[发明专利]一种低振高效离心泵叶轮数值优化方法

说明书

本发明属于水泵技术领域，公开了一种低振高效离心泵叶轮数值优化方法。本发明的过程为：试验测量离心泵的能量性能和振动性能；将长度尺度引入LES亚格子应力模型的涡粘系数中，建立一种IDDES耦合模型；对离心泵的能量性能和振动性能进行数值计算，并分析离心泵扬程、效率和加权振动速度水平的计算误差；基于DOE方法建立数值优化的样本库；采用全局优化算法对构建的近似模型进行优化。本发明提供了一种低振高效离心泵叶轮的数值优化方法，不仅可以较为准确地得到低振高效离心泵叶轮主要几何参数的最优组合，还可以降低设计成本。

技术领域

本发明涉及水泵技术领域，特指一种低振高效离心泵叶轮数值优化方法。

背景技术

泵作为广泛应用于国民经济的各个部门和领域的通用机械，其运行时产生的过量振动与噪声日益受到关注，而振动是引起噪声的根源，因此这就对离心泵的振动性能提出了较高的要求。如何有效地降低离心泵运行时产生的振动能量，一直是离心泵设计的重点与热点之一。

目前，提高机械工程产品的效率并降低运行时产生的振动噪声能量，已经成为机械行业发展的趋势所向，如中国专利申请号为201610383068.1、名称为一种涡轮叶片减振分析优化方法，采用干摩擦模型，基于振动响应计算提出了一种可以有效降低涡轮叶片振动能量的优化方法；中国专利申请号为201710043972.2、名称为一种船舶柴油机推进动力模块的减振降噪装置，设计了一种具备开展船舶柴油机推动力模块的多项试验能力的减振降噪装置，实现了对柴油机振动噪声能量的控制；中国专利申请号为201410802607.1、名称为一种混合动力汽车的正交试验设计标定优化方法及系统，采用正交试验方法，根据测试次数和控制曲线进行组合，通过对临界点控制参数标定优化，减少了单位路程耗油量进而达到环保的目的。因此，利用数值优化方法可以有效地解决大部分工程实际问题，为一些产品的优化改进提供了高效可靠的方法。

发明内容

针对上述问题，本发明主要针对离心泵的能量性能及振动性能进行了数值优化研究，提供了一种低振高效离心泵叶轮数值优化方法，旨在为低振高效离心泵叶轮的设计提供参考。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种低振高效离心泵叶轮数值优化方法，包括以下步骤：

(1)进行试验测量离心泵的能量性能和振动性能，得到设计流量下离心泵的扬程、效率的试验值以及位于轴承座水平方向、底座竖直方向和出口法兰水平方向处多个测点的加权振动速度水平的试验值；

具体如下：

(A)试验前，对离心泵进口压力变送器、出口压力变送器和振动传感器校零；

(B)当离心泵在设计流量平稳运行后，采用电测法或扭矩法得到设计流量下离心泵的扬程、效率以及位于轴承座水平方向、底座竖直方向和出口法兰水平方向处等多个测点处的加权振动速度水平的试验值。

(2)将长度尺度l_DES引入LES的Smagorinsky亚格子应力模型的涡粘系数中，建立一种IDDES耦合模型；

采用建立的IDDES耦合模型对离心泵内部流动进行数值计算，得到设计流量下离心泵的扬程和效率的计算值；

基于试验得到的扬程和效率的试验值，对扬程和效率的计算值进行误差分析；若扬程和效率的计算值与试验值之间的相对误差大于计算精度ε₁，则改变涡粘系数中的长度尺度l_DES，直至计算值与试验值之间的差值小于或等于ε₁。

建立离心泵有限元模型，采用插值搜索算法，将压力分布数据映射到结构体上，根据离心泵实际试验情况，基于模态响应对流体激励动载荷下离心泵的振动进行计算；