[发明专利]一种基于数据样本的离心泵无过载设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及到离心泵设计领域，尤其涉及到一种低比转数离心泵无过载设计方法。

背景技术

低比转数离心泵广泛应用于排灌、城市供水、航空航天等许多国民经济领域。低比转数离心泵一般指比转数为30～80的离心泵，泵在系统中的运行稳定性较差，在大流量工况运行时容易发生过载现象，以至缩短泵的使用寿命，严重时造成经济损失。

离心泵无过载特性一直是泵领域长期的一个研究热点之一。专利号为200410014937.0提出一种低比转数离心泵叶轮设计方法，通过联系叶轮的几何参数和设计工况性能参数并建立新的数学关系式，这依赖于大量的低比转数叶轮的统计数据，具有可参考意义，但是通过该方法进行设计，需要丰富的水力设计经验才能完成。

现有的低比转数离心泵的设计主要是依靠设计经验，以及采用数值模拟设计方法。目前还没有采用现代优化设计方法来提高离心泵无过载特性的方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于数据样本的离心泵无过载设计方法，其采用的技术方案如下：

一种基于数据样本的离心泵无过载设计方法，包括如下步骤：

步骤一：根据离心泵的设计流量Q、设计扬程H和设计转速n，来获得低比转数离心泵的比转数n_s；

步骤二：采用离心泵传统设计方法确定离心泵叶轮的叶轮进口直径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φ；

步骤三：选取对低比转数离心泵功率影响较大的叶片出口安放角β₂、叶片包角φ、叶片出口宽度b₂，采用优化拉丁超立方试验设计方法，对所述叶片的三个参数进行M组方案设计，其中M为整数；

步骤四：采用Solidworks软件对步骤三中M组方案设计中的每一组叶轮的三个参数进行三维造型，保存为*.stp文件，将*.stp文件导入到ICEM软件进行非结构网格划分，网格为*.cfx5文件，将*.cfx5导入到CFX中进行设计工况的定常数值模拟计算并获得低比转数离心泵在1.4倍设计工况下的功率，得到M组功率值，其中M为整数；

步骤四：以每组叶轮的叶片出口安放角β₂、叶片包角φ、叶片出口宽度b₂作为输入值，泵在1.4倍设计工况下的的功率P_1.4Q为响应值，建立数据样本，采用二阶响应面模型建立响应值与叶轮几何参数之间的近似模型；

其中x₁、x₂……x₉、x₁₀为计算得到的系数；并采用粒子群优化算法求解响应面模型的最小值，从而得到每一组叶轮的叶片出口安放角β₂、叶片包角φ、叶片出口宽度b₂的最优组合；

步骤五：对每一组叶轮的叶片出口安放角β₂、叶片包角φ、叶片出口宽度b₂的最优组合进行三维造型，并采用相同的CFX设置进行数值模拟，判断能否达到设计要求，若达到设计要求，则设计完成，若没达到设计要求，则返回步骤三，重新选择一组参数。

上述方案中，低比转数离心泵的比转数n_s的计算公式为：

ns=3.65nQH0.75]]>

式中：n为转速，单位r/min；Q为流量，单位m³/h；H为扬程，单位m。

本发明的有益效果是：能在较短的设计周期内完成对离心泵无过载特性的设计要求，同时能减小设计成本。

附图说明

图1为一种基于数据样本的离心泵无过载设计方法的流程图。

图2为设计无过载叶轮的三造型示意图。

具体实施方式