[发明专利]基于级间匹配效应的立式多级泵叶轮水力设计方法

摘要

本发明公开了基于级间匹配效应的立式多级泵叶轮水力设计方法，在考虑多级泵级间匹配效应的基础上，结合外特性试验和CFD技术，采用优化算法并计算加权平均功率的最大值或加权平均效率最小值的方法来最终获得多级泵叶轮进出口直径和叶轮出口宽度的最佳值。本发明提出的一种基于级间匹配效应的立式多级泵叶轮水力设计方法，较以经验为主的设计方法而言，经验因素偏少且理论基础支撑更可靠，为多级泵叶轮的水力设计的提供了一种全新的思路和方法，在一定程度上还可以节约成本。

主权项

1.一种基于级间匹配效应的立式多级泵叶轮水力设计方法，其特征在于：该设计方法是通过以下具体步骤来实现的：/n(1)搭建立式多级泵外特性试验台，测量设计工况下立式多级泵的流量、扬程、功率和效率；/n(2)采用CFD技术对不同工况下立式多级泵内流场进行全流场数值计算，得到多级离心泵的内部流动状态，以及不同工况下立式多级泵的加权平均值；/n(3)若内部流动状态和加权平均值不满足要求，则采用全局优化算法重新对立式多级泵的叶轮进、出口直径D₁、D₂和叶轮出口宽度b₂的数学模型进行求解，解出立式多级泵的叶轮进、出口直径D₁、D₂和叶轮出口宽度b₂的Pareto解集；/n(4)重复全局优化，直到获得的内部流动状态和加权平均值满足要求为止，与之相对应的立式多级泵的叶轮进、出口直径D₁、D₂和叶轮出口宽度b₂为Pareto最优解；/n在所述步骤(1)中，搭建立式多级泵外特性试验台，测量设计工况下立式多级泵的流量、扬程、功率和效率的具体步骤如下：/n(A)在考虑立式多级泵级间干涉和级间匹配效应的基础上，对立式多级泵叶轮几何参数进行水力设计；/n(B)搭建立式多级泵的外特性试验台，并对立式多级泵进行加工；/n(C)在外特性试验台上测试所设计的立式多级泵的外特性是否符合要求；/n在所述步骤(2)中，对不同工况下立式多级泵内流场进行全流场数值计算的具体步骤如下：/n(A)在一组立式多级泵的外特性满足要求的情况下，采用CFD技术对该组满足外特性要求的模型进行全流场数值模拟；/n(B)当数值模拟外特性结果和试验结果的误差在允许范围内时，对比分析满足要求的该组立式多级泵的各单级叶轮的内流场变化情况，并研究各级叶轮内部流动状态对外特性的具体影响的大小；/n(C)计算不同流量工况下的立式多级泵的效率值、功率值以及加权平均值；/n在所述步骤(3)中，求解立式多级泵的叶轮进、出口直径D₁、D₂和叶轮出口宽度b₂的Pareto解的具体方法如下：/n(A)根据立式多级泵的流量Q、扬程H、转速n和比转速n_s建立叶轮进口直径系数k_D1的求解关系：/n /n /n同理，由立式多级泵的流量Q、扬程H、转速n和比转速n_s建立叶轮出口直径D₂的函数求解关系：/n /n其中此时考虑多级泵的级间干涉和级间匹配效应的影响，/n基于以上函数关系式，叶轮出口宽度b₂的数学模型：/n /n其中，考虑多级泵级间匹配效应对流动的影响，叶轮出口宽度k_b2＝1.31～1.41；/n(B)如获得的模型的内部流动状态和加权平均值满足指定的范围要求，则所对应的立式多级泵的叶轮进、出口直径D₁、D₂和叶轮出口宽度b₂为Pareto最优解；/n如获得的模型的内部流动状态和加权平均值不满足指定的范围要求，则重复全局优化，直到最终获得满足要求的立式多级泵的叶轮进、出口直径D₁、D₂和叶轮出口宽度b₂为Pareto最优解为止；/n所述加权平均值是加权效率平均值或加权功率平均值，所述全局优化算法是遗传算法或粒子群算法。/n