[发明专利]一种用来降低离心泵内部压力脉动的离心泵改进方法

说明书

技术领域

本发明涉及到水力旋转机械中离心泵领域，尤其涉及到一种用来降低离心泵内部压力脉动的离心泵改进方法。

背景技术

离心泵作为一种重要的流体输送设备，广泛应用于城市供水、航海、航空等众多国民经济领域。由于离心泵在运行过程中，离心泵内部易发生不稳定流动，导致较大的压力脉动，从而一方面产生噪声，影响居民正常生活，一方面产生激励力，对结构产生较大的疲劳损伤。严重地减少泵的运行时间，对配套的设备系统、工业等产生不利影响。

在过去泵的设计中，主要是考虑如何实现泵的高效运行。然而随着离心泵的广泛应用，对泵设计的要求越来越高，在高效的基础上，实现可靠运行，满足较宽的运行工况、低压力脉动、低噪声等要求。

在如何降低水力旋转机械的压力脉动研究方面，专家学者提出了一些设计方法。专利号为201510076194.8提出了一种将叶轮叶片数设计为奇数和将蜗壳设计为双蜗壳(蜗壳隔舌相隔180度对称分布)的方法。专利号为201210524582.4提出了一种改善混流式水泵水轮机压力脉动的方法，具体的是选择合适的活动导叶叶片数、合理的活动导叶分布圆直径和合理的转轮与顶盖和下密封环之间的距离，从而实现提高抽水蓄能机组运行稳定性的目的。然而提出的这些方法并不能实现其设计方法的通用性，尤其是离心泵领域。除此之外，专家学者对不同的蜗壳隔舌位置对离心泵内部压力脉动的影响进行了研究。

经检索，关于降低离心泵内部压力脉动改进方法的研究鲜有相关报道。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种降低离心泵内部压力脉动改进方法，其采用的技术方案如下：一种用来降低离心泵内部压力脉动的离心泵改进方法，包括如下步骤：

步骤一：用动态压力传感器测量样本离心泵在设计工况下的进出口压力，得到实验测量值；

步骤二：对样本离心泵进行三维造型，并对其进出口压力进行数值模拟，对比步骤一的实验测量值，使得数值模拟值与实验测量值吻合，并根据数值模拟结果分析离心泵内部压力脉动频域变换幅值最大值以及发生的位置，并以压力脉动频域变换幅值最大值作为改进设计目标；

步骤三：以离心泵的叶轮和蜗壳的几何参数为参量，采用全因子实验设计方法进行叶轮和蜗壳的多方案设计，并采用数值模拟方法得到各个方案的压力脉动频域变换幅值最大值；

步骤四：利用步骤三中得到的各个方案的数据，采用最小二乘法建立压力脉动频域变换幅值最大值与叶轮和蜗壳的几何参数之间的二阶近似函数；再采用梯度优化算法对二阶近似函数进行优化，得到压力脉动频域变换幅值最大值在最小情况下，叶轮和蜗壳的最优几何参数组合；

步骤五：根据叶轮和蜗壳最优几何参数组合，重新进行离心泵三维造型和数值模拟，并与样本离心泵内部压力脉动频域变换幅值最大值进行对比，确定改进方案降低了离心泵内部压力脉动。

上述方案中，步骤三离心泵的叶轮几何参数包括：叶轮进口直径D_j，叶轮出口直径D₂，叶片出口宽度b₂，叶片进口安放角β₁，叶片出口安放角β₂，叶片包角叶片数z；离心泵的蜗壳几何参数包括：蜗壳基圆D₃，隔舌安放角α₃和蜗壳出口直径D_d。

上述方案中，步骤二中，对样本离心泵进行三维造型时首先采用三维软件根据叶轮和蜗壳的几何参数进行计算域建模，接着应用网格划分软件ANSYS ICEM对计算域进行结构网格划分，然后导入ANSYS CFX数值计算软件进行边界条件设置。

上述方案中，在对进出口压力进行数值模拟时，首先在蜗壳流道内设置监测点，得到离心泵的外特性曲线，然后采用傅里叶变换得到各个监测点的频域特性；

上述方案中，监测点的压力采用无量纲压力系数，其中找出压力脉动幅值最大的监测点，并以压力脉动频域变换幅值最大值作为改进设计目标。

本发明的有益效果是：在较短的周期内完成对离心泵叶轮和蜗壳的改进，达到降低离心泵内部压力脉动的作用。

附图说明

图1为一种降低离心泵内部压力脉动改进方法的流程图。

具体实施方式