[发明专利]一种气体透平真空泵叶轮优化设计方法

说明书

本发明专利涉及水力优化设计领域，特别是一种气体透平真空泵叶轮优化设计方法，本发明专利优点在于：采用主目标和分目标两层的优化方式，分目标函数的优化加速了优化变量向最优解靠近，提高了多约束优化的精度和速度。分目标函数的优化采用遗传优化算法，以面出发代替传统的以点出发，较传统水力优化设计方法提升了优化计算效率。主目标函数的优化采用多岛遗传算法，增加了优化算法的多峰搜索能力，一定程度上消除了局部收敛对优化的影响。

技术领域

本发明专利涉及水力优化设计领域，特别是一种气体透平真空泵叶轮优化设计方法。

背景技术

透平是将流体工质中蕴有的能量转换成机械能的机器，又称涡轮机。透平机械的工质可以是液体、蒸汽、燃气、空气和其他气体或混合气体。透平的最主要的部件是一个旋转元件，即转子，或称叶轮，它安装在透平轴上，具有沿圆周均匀排列的叶片。高速透平真空泵包括自控柜，主抽真空管路，抽中、低压真空单元和抽高真空单元，其中抽中、低压真空单元包括高速透平风机和风机驱动电机，抽高真空单元包括容积式真空机和真空机驱动电机，因其自动化程度高，适应当前科技高速发展的需要，可广泛应用于冶金、石油、化工、食品、航空、航天、制药、制糖、印染、陶瓷、环保、电子及科研等行业。但受国外技术封锁，我国对高速透平真空泵整个工艺流程的核心技术一直未能突破，国内大多企业只能采用进口产品，价格高且加工时间长、维修难，给国内应用企业带来很多困扰。而国内对于透平的主要过流部件叶轮的水力设计采用的是类泵的半经验、半理论的方法，设计出来的透平可能会在性能、安全运行及使用寿命等方面存在一系列问题：效率低、运行稳定性差、使用寿命短、存在严重的噪声和振动等等。

本发明的创新点在于，直接从叶轮的结构参数入手，结合人工神经网络和不同形式的遗传算法对效率进行优化，既可避免局部优化收敛，同时还能保证效率提高且正常稳定运行；经检索，对透平真空泵优化设计相关的专利较少，与本发明专利相关的专利有：高速透平真空泵(公开号：CN1730949 A)，主抽真空管路上装设有真空压力传感器，主抽真空管路通过支管分别与高速透平风机的入气口和容积式真空机的入气口连接，在不同入气口支管上分别设有不同电磁阀，具有其它品种真空泵无法同时达到的抽气速率(150～20000L/S)和高真空度(0.099MPa)的优点；一种透平式真空泵(公开号：CN105257559 A)，采用高速电机取代普通电机，同时不再设置联轴器和齿轮增速箱，高速电机内设置的轴承均为磁悬浮轴承，简化了动力传递结构，安装便利性提高，进一步减少了潜在故障点，提升了其工作效果。

发明内容

为了优化气体透平真空泵效率低、运行稳定性差、使用寿命短、存在严重的噪声和振动等问题，本发明专利提供一种气体透平真空泵叶轮优化设计方法，其目的是提升气体透平真空泵流动效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种气体透平真空泵叶轮优化设计方法，主要包括以下步骤：

步骤1：设置所述一种气体透平真空泵叶轮优化设计方法的优化变量X＝[D₁、b₂、Lβ_b、δ、Z]，包括叶轮外径D₁、叶轮出口宽度b₂、叶轮轴向长度L、叶片出气边几何角β_b、叶片厚度δ和叶片数Z；

步骤2：所述一种气体透平真空泵叶轮优化设计方法的目标为提高气体流动效率η，建立三个分目标函数η₁、η₂、η₃，分别为η₁(D₁、b₂)→max、η₂(L、β_b)→max、η₃(δ、Z)→max；