[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

说明书

本发明公开了一种适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法，包括步骤为：根据轴流泵辐条布置形式，构建辐条设计参数与进口锥管结构参数之间的几何关系；采用正交试验方法设计样本空间，基于CFD技术计算出样本点在典型工况下的目标响应值，并构建设计变量与目标变量之间的响应面近似模型；以各典型工况下扬程值为优化目标，根据辐条与进水锥管之间的几何关系确定约束条件，建立多目标优化模型；采用带罚函数的改进多目标粒子群算法优化多目标模型，并对求得的最优组合进行验证分析。本发明考虑辐条优化中进水锥管结构的影响，提供了一种更具普适性的辐条优化设计方法，用于指导实际生产与设计。

技术领域

本发明涉及轴流泵水力及结构设计领域，特别是一种适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法。

背景技术

轴流泵具有过流量大、扬程低、水利损失小等特点，近年来，在低扬程泵站工程中得到广泛应用，同时对提高抵抗自然灾害的能力以及促进水资源开发利用等方面发挥了重要作用。一般情况下，轴流泵在最优工况点附近具有较高的水力性能，但在小流量工况下易发生旋转失速，在失速工况运行时泵内部流动紊乱，效率急剧下降、形成不稳定的“马鞍区”，严重影响机组的安全稳定运行。因此，对于如何改善轴流泵在偏工况下的不稳定性能的研究一直备受关注。

辐条控制技术作为一种新兴的被动控制技术，基于J-Groove控制思想，对于偏工况下的轴流泵性能改善方面取得较好的效果，能够有效地抑制“马鞍区”的形成，且结构简单、便于工程应用。然而目前对于此项技术的研究还存在着一些关键性问题有待于进一步解决，主要有：对辐条优化设计方面缺乏系统性的研究，且因辐条参数的设计受进水锥管结构的限制，目前难以建立能够普遍适用于不同进水锥管的辐条几何参数与轴流泵外特性之间的近似模型，故无法针对不同进水锥管提供适宜的辐条优化设计方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法，该适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法能够建立普遍适用于不同进水锥管的辐条几何参数与轴流泵外特性之间的近似模型，不受进水锥管结构的限制，从而指导实际生产设计。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法，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。

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。

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。