一种基于数据样本的离心泵无过载设计方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 离心泵无过载特性一直是泵领域长期的一个研宄热点之一。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。
[0004] 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】
[0005] 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：
[0006] 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：
[0007] 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ns;
[0008] 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Dj，叶轮出口 直径D2，叶片出口宽度132，叶片进口安放角，叶片出口安放角0 2，叶片包角巾；
[0009] 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02、叶片包角 小、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；
[0010] 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；
[0011] 步骤四：以每组叶轮的叶片出口安放角02、叶片包角（K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；
【主权项】
1. 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ns; 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叶轮出口直径 D2，叶片出口宽度132，叶片进口安放角，叶片出口安放角β2，叶片包角 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9、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、叶片包角心叶片出口宽度b2作为输入值， 泵在1. 4倍设计工况下的的功率Ph4eS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Xl、x2……χ9、χ1(ι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β 2、叶片包角心叶片出口宽度1^2的最优组 合； 步骤五：对每一组叶轮的叶片出口安放角β 2、叶片包角P、叶片出口宽度匕的最优组 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。
2. 根据权利要求1所述的一种基于数据样本的离心泵无过载设计方法，其特征在于， 低比转数离心泵的比转数ns的计算公式为：
式中：η为转速，单位r/min ;Q为流量，单位m3/h ;H为扬程，单位m。
【专利摘要】本发明公开了一种基于数据样本的离心泵无过载设计方法，首先对离心泵的设计工况进行比转数求解，根据比转数计算出叶轮几何参数的初始值；然后根据设计经验选取对低比转数离心泵功率影响较大的参数并采用优化拉丁超立方进行M组试验设计；然后采用Solidworks软件对叶轮进行三维造型，采用ICEM软件对离心泵模型进行非结构网格划分并采用CFX软件对M组方案进行数值模拟，计算离心泵在1.4倍设计流量下的功率；最后以叶轮主要几何参数作为输入值，泵功率为响应值，建立数据样本，采用二阶响应面近似模型建立输入值与响应值之间的数学模型，结合粒子群算法对数学模型进行极值寻优。本发明能在较短的设计周期内完成对离心泵无过载特性的设计，减小了设计成本。
【IPC分类】F04D15-00
【公开号】CN104675713
【申请号】CN201510071112
【发明人】王文杰, 袁寿其, 裴吉, 张金凤, 陈佳, 孟凡
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月10日