[发明专利]适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法

权利要求书

1.一种适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，构建辐条与进水锥管之间的几何关系：辐条沿周向均匀布设在轴流泵的进水段中，根据辐条在进水段中的布设形式，构建辐条参数与进水段中进水锥管结构参数之间的几何关系；其中，辐条参数包括辐条头部距叶轮中心的轴向距离S_J、辐条全长L_J、辐条厚度D_J以及辐条个数N_J；

轴流泵的进水段包括进水锥管和位于进水锥管上游端的进口延伸段；进水锥管结构参数包括：锥管母线长L_G、锥管母线与水平夹角α_G以及锥管头部距叶轮中心的轴向距离S_G；构建的辐条与进水锥管之间几何关系如下：

L_J＝L_JZ+L_JX (1)

式中，L_JZ为辐条布设在进口延伸段的轴向长度，也称辐条直管长度；L_JX为辐条布设在进水锥管中的轴向长度，也称辐条斜管长度；

步骤2，正交试验设计及数值计算，包括如下步骤：

步骤21，正交试验设计：在满足步骤1构建的辐条与进水锥管间几何关系的前提下，采用正交试验方法，设计关于辐条参数的样本空间；辐条参数样本空间中的每个样本点均对应一组辐条参数；

步骤22，目标响应值计算：基于CFD技术，对步骤21中的每个样本点，均计算其在若干种典型工况下的目标响应值，目标响应值也称为轴流泵扬程值；其中，典型工况包括0.13Q_BEP、0.27Q_BEP、0.53Q_BEP；其中，Q_BEP为额定流量；

步骤3，构建辐条与扬程近似模型：步骤21中每个样本点的辐条参数及对应的扬程值，构成一组数据样本；根据样本空间中所有组数据样本，构建每种典型工况下的辐条与扬程近似模型，并在CodeBlocks环境中采用C语言编写脚本文件求解每种典型工况下辐条与扬程近似模型中的二次函数系数；

步骤4，构建轴流泵辐条多目标优化模型：以所选取的典型工况下扬程值均能达到较高值为优化目标，并将步骤1构建的辐条与进水锥管之间的几何关系作为约束条件，建立适用于不同进水锥管的轴流泵辐条多目标优化模型；

步骤5，采用带罚函数的改进多目标粒子群算法对步骤4构建的轴流泵辐条多目标优化模型进行寻优，并对求得的最优组合进行验证分析。

2.根据权利要求1所述的适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法，其特征在于：步骤2中的正交试验设计时：将步骤21中的辐条参数作为优化目标变量，其中辐条参数包括辐条头部距叶轮中心的轴向距离S_J、辐条直管长度L_JZ、辐条斜管长度L_JX、辐条厚度D_J和辐条个数N_J；将步骤22中的轴流泵扬程值作为优化设计变量，再根据计算精度和时间确定每个因素水平数；最后根据正交试验设计规则，选取正交试验表L_n(q^p)，其中n为试验方案总次数，也即样本空间中的样本点数；q为最多允许试验因素个数，P为每个因素水平数。

3.根据权利要求1所述的适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法，其特征在于：步骤22中，基于CFD技术计算目标响应值的具体方法为：采用Creo软件对轴流泵进行三维建模，导入ICEM软件进行结构化网格划分，并通过CFX软件结合Windows批处理文件，对0.13Q_BEP、0.27Q_BEP、0.53Q_BEP三种典型工况下的正交试验设计方案进行定常数值模拟，得到相应的轴流泵扬程值。