一種基于數(shù)據(jù)樣本的離心泵無(wú)過(guò)載設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到離心泵設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及到一種低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵無(wú)過(guò)載設(shè)計(jì)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵廣泛應(yīng)用于排灌、城市供水、航空航天等許多國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。低比 轉(zhuǎn)數(shù)離心泵一般指比轉(zhuǎn)數(shù)為30~80的離心泵，泵在系統(tǒng)中的運(yùn)行穩(wěn)定性較差，在大流量工 況運(yùn)行時(shí)容易發(fā)生過(guò)載現(xiàn)象，以至縮短泵的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)造成經(jīng)濟(jì)損失。
[0003] 離心泵無(wú)過(guò)載特性一直是泵領(lǐng)域長(zhǎng)期的一個(gè)研宄熱點(diǎn)之一。專(zhuān)利號(hào)為 200410014937. 0提出一種低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵葉輪設(shè)計(jì)方法，通過(guò)聯(lián)系葉輪的幾何參數(shù)和設(shè)計(jì) 工況性能參數(shù)并建立新的數(shù)學(xué)關(guān)系式，這依賴(lài)于大量的低比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，具有可 參考意義，但是通過(guò)該方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要豐富的水力設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)才能完成。
[0004] 現(xiàn)有的低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵的設(shè)計(jì)主要是依靠設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以及采用數(shù)值模擬設(shè)計(jì)方 法。目前還沒(méi)有采用現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)方法來(lái)提高離心泵無(wú)過(guò)載特性的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于數(shù)據(jù)樣本的離心泵無(wú)過(guò)載設(shè)計(jì)方法， 其采用的技術(shù)方案如下：
[0006] 一種基于數(shù)據(jù)樣本的離心泵無(wú)過(guò)載設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟一：根據(jù)離心泵的設(shè)計(jì)流量Q、設(shè)計(jì)揚(yáng)程H和設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速n，來(lái)獲得低比轉(zhuǎn)數(shù)離心 泵的比轉(zhuǎn)數(shù)ns;
[0008] 步驟二：采用離心泵傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法確定離心泵葉輪的葉輪進(jìn)口直徑Dj，葉輪出口 直徑D2，葉片出口寬度132，葉片進(jìn)口安放角，葉片出口安放角0 2，葉片包角巾；
[0009] 步驟三：選取對(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵功率影響較大的葉片出口安放角02、葉片包角 小、葉片出口寬度b2，采用優(yōu)化拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，對(duì)所述葉片的三個(gè)參數(shù)進(jìn)行M組 方案設(shè)計(jì)，其中M為整數(shù)；
[0010] 步驟四：采用Solidworks軟件對(duì)步驟三中M組方案設(shè)計(jì)中的每一組葉輪的三個(gè)參 數(shù)進(jìn)行三維造型，保存為*.stp文件，將*.stp文件導(dǎo)入到ICEM軟件進(jìn)行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分， 網(wǎng)格為*.cfx5文件，將*.cfx5導(dǎo)入到CFX中進(jìn)行設(shè)計(jì)工況的定常數(shù)值模擬計(jì)算并獲得低 比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵在1. 4倍設(shè)計(jì)工況下的功率，得到M組功率值，其中M為整數(shù)；
[0011] 步驟四：以每組葉輪的葉片出口安放角02、葉片包角（K葉片出口寬度b2作為輸 入值，泵在1.4倍設(shè)計(jì)工況下的的功率響應(yīng)值，建立數(shù)據(jù)樣本，采用二階響應(yīng)面模型 建立響應(yīng)值與葉輪幾何參數(shù)之間的近似模型；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于數(shù)據(jù)樣本的離心泵無(wú)過(guò)載設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟： 步驟一：根據(jù)離心泵的設(shè)計(jì)流量Q、設(shè)計(jì)揚(yáng)程H和設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速n，來(lái)獲得低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵的 比轉(zhuǎn)數(shù)ns; 步驟二：采用離心泵傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法確定離心泵葉輪的葉輪進(jìn)口直徑葉輪出口直徑 D2，葉片出口寬度132，葉片進(jìn)口安放角，葉片出口安放角β2，葉片包角 步驟三：選取對(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵功率影響較大的葉片出口安放角β2、葉片包角9、葉 片出口寬度b2，采用優(yōu)化拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，對(duì)所述葉片的三個(gè)參數(shù)進(jìn)行M組方案設(shè) 計(jì)，其中M為整數(shù)； 步驟四：采用Solidworks軟件對(duì)步驟三中M組方案設(shè)計(jì)中的每一組葉輪的三個(gè)參數(shù)進(jìn) 行三維造型，保存為stp文件，將stp文件導(dǎo)入到ICEM軟件進(jìn)行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格 為cfx5文件，將*. cfx5導(dǎo)入到CFX中進(jìn)行設(shè)計(jì)工況的定常數(shù)值模擬計(jì)算并獲得低比轉(zhuǎn) 數(shù)離心泵在1. 4倍設(shè)計(jì)工況下的功率，得到M組功率值，其中M為整數(shù)； 步驟四：以每組葉輪的葉片出口安放角β2、葉片包角心葉片出口寬度b2作為輸入值， 泵在1. 4倍設(shè)計(jì)工況下的的功率Ph4eS響應(yīng)值，建立數(shù)據(jù)樣本，采用二階響應(yīng)面模型建立響 應(yīng)值與葉輪幾何參數(shù)之間的近似模型；
其中Xl、x2……χ9、χ1(ι為計(jì)算得到的系數(shù)；并采用粒子群優(yōu)化算法求解響應(yīng)面模型的最 小值，從而得到每一組葉輪的葉片出口安放角β 2、葉片包角心葉片出口寬度1^2的最優(yōu)組 合； 步驟五：對(duì)每一組葉輪的葉片出口安放角β 2、葉片包角P、葉片出口寬度匕的最優(yōu)組 合進(jìn)行三維造型，并采用相同的CFX設(shè)置進(jìn)行數(shù)值模擬，判斷能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，若達(dá)到設(shè) 計(jì)要求，則設(shè)計(jì)完成，若沒(méi)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則返回步驟三，重新選擇一組參數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)樣本的離心泵無(wú)過(guò)載設(shè)計(jì)方法，其特征在于， 低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵的比轉(zhuǎn)數(shù)ns的計(jì)算公式為：
式中：η為轉(zhuǎn)速，單位r/min ;Q為流量，單位m3/h ;H為揚(yáng)程，單位m。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于數(shù)據(jù)樣本的離心泵無(wú)過(guò)載設(shè)計(jì)方法，首先對(duì)離心泵的設(shè)計(jì)工況進(jìn)行比轉(zhuǎn)數(shù)求解，根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算出葉輪幾何參數(shù)的初始值；然后根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)選取對(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵功率影響較大的參數(shù)并采用優(yōu)化拉丁超立方進(jìn)行M組試驗(yàn)設(shè)計(jì)；然后采用Solidworks軟件對(duì)葉輪進(jìn)行三維造型，采用ICEM軟件對(duì)離心泵模型進(jìn)行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分并采用CFX軟件對(duì)M組方案進(jìn)行數(shù)值模擬，計(jì)算離心泵在1.4倍設(shè)計(jì)流量下的功率；最后以葉輪主要幾何參數(shù)作為輸入值，泵功率為響應(yīng)值，建立數(shù)據(jù)樣本，采用二階響應(yīng)面近似模型建立輸入值與響應(yīng)值之間的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合粒子群算法對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行極值尋優(yōu)。本發(fā)明能在較短的設(shè)計(jì)周期內(nèi)完成對(duì)離心泵無(wú)過(guò)載特性的設(shè)計(jì)，減小了設(shè)計(jì)成本。
【IPC分類(lèi)】F04D15-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104675713
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510071112
【發(fā)明人】王文杰, 袁壽其, 裴吉, 張金鳳, 陳佳, 孟凡
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月10日