[发明专利]一种轴流泵辐条多工况优化设计的方法

说明书

本发明公开了一种轴流泵辐条多工况优化设计的方法，包括步骤为：确定辐条多工况优化设计的初始条件，包括设计参数及典型运行工况；基于正交试验设计合理安排试验方案，并针对各典型工况对试验方案进行数值计算，得到各样本点的扬程值；采用多元二次回归模型建立辐条参数与扬程之间的函数关系；通过综合目标法将多目标优化问题转化成综合目标函数，采用线性加权法与粒子群算法相结合的方式，求得适用于多工况运行下的辐条最优参数组合，并对其改善效果进行验证分析。本发明能够在保证额定工况下轴流泵外特性不受影响的同时，有效抑制失速工况下“马鞍区”的形成，有利于提高轴流泵的整体水力性能。

技术领域

本发明涉及轴流泵水力优化领域，特别是一种轴流泵辐条多工况优化设计的方法。

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，通过对辐条参数合理设计便能够有效地抑制“马鞍区”的形成。但目前对辐条参数的设计方法，大多采用的是以经验为主的定性分析法，此方法没有科学的理论与数学模型作为支撑，消耗计算周期长且效率低；同时这种设计方法往往只能针对单工况运行，难以给出普遍适用于多工况的辐条最优参数组合。因此，为提升增设辐条后轴流泵的整体水力性能，对辐条参数进行多工况优化设计就显得尤为重要。

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，而提供一种轴流泵辐条多工况优化设计的方法，该轴流泵辐条多工况优化设计的方法能够给出普遍适用于多工况的辐条最优参数组合，能提升增设辐条后轴流泵的整体水力性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种轴流泵辐条多工况优化设计的方法，包括如下步骤：

步骤1、确定辐条多工况优化设计的初始条件：初始条件包括辐条参数及典型运行工况。辐条参数包括辐条长度、辐条厚度、辐条个数以及辐条位置。典型运行工况包括额定工况、临界失速工况、中度失速工况和深度失速工况。

步骤2、试验设计并获得样本点扬程：基于正交试验，对辐条参数设计不少于15组试验方案，对每组试验方案均进行额定工况、临界失速工况、中度失速工况和深度失速工况四种工况下的数值计算，得到每组试验方案在四种工况下的扬程。

步骤3、建立辐条参数与扬程之间的扬程函数f(x)：采用多元二次非线性回归模型分别拟合四种工况下辐条参数x与轴流泵扬程之间的扬程函数f(x)，并采用最小二乘法求解系数。

步骤4、构造综合目标评价函数F(x)：将步骤3中建立的四种工况下的扬程函数f(x)，通过线性加权法构造多目标优化问题的综合目标评价函数F(x)。

步骤5、粒子群算法全局寻优：针对步骤构造的综合目标评价函数F(x采用粒子群算法进行全局寻优，得到满足四种工况运行的辐条最优参数组合。

步骤6、优化效果验证：将步骤5得到的辐条最优参数组合分别在四种工况下进行非定常计算，判断其优化效果是否显著；当四种工况均满足设定优化效果，则优化结束；否则，返回步骤4调整加权系数，重复步骤4-6，直至满足要求为止。

辐条参数经均值化处理后，分别记为：辐条长度L_J、辐条厚度D_J、辐条个数N_J以及辐条位置S_J，其中，辐条位置S_J为辐条头部距叶轮中心的轴向距离。