離心泵葉輪優(yōu)化設(shè)計

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1、678+’5，97+&，’$$!:;<0=>?@A09BCD!5低比速離心泵優(yōu)化設(shè)計方法!江蘇理工大學(xué)陳洪海袁壽其摘要對低比速離心泵優(yōu)化設(shè)計的各種數(shù)學(xué)模型作了簡要評述，指出了其優(yōu)缺點，提出了一些改進(jìn)措施，為進(jìn)一步提高泵性能指出了方向。關(guān)鍵詞低比速離心泵數(shù)學(xué)模型優(yōu)化設(shè)計!前言)+%*（+#）"$，+"!，’，?，,-（+#）#$，+",,!，?，.低比速離心泵一般是指比轉(zhuǎn)速!""#$%&$其中#"［$，$，?，$］%為設(shè)計變量，&!為!!’!的離心泵。與中高比轉(zhuǎn)速離心泵相比，低比速泵維歐氏空間，’

2、（#），’（#），?，’（#）為目標(biāo)函!’(流量較小、揚(yáng)程高，致使軸面流道狹長、圓盤摩擦數(shù)，*（#）"$為等式約束，-（#）#$為不等式約++損失大，因此效率低。同時低比速泵的輸入功率束，()*也可以寫成(-.。設(shè)計變量#、目標(biāo)函數(shù)隨流量增大快速上升，最大軸功率與設(shè)計點功率’（!#），’（’#），?，’(（#）和約束條件*（+#）與之比遠(yuǎn)大于一般離心泵的相應(yīng)值，這使其比大流-（+#）是構(gòu)造優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的三要素。量、低揚(yáng)程工況運(yùn)行時極易過載，燒毀電動機(jī)。在中、高比轉(zhuǎn)速離心泵中，為取得較高的效率值和

3、較#低比速離心泵的優(yōu)化設(shè)計方法小的最大軸功率，已有比較豐富的設(shè)計經(jīng)驗和設(shè)計理論來保證。但低比速泵自身的特性決定了要#/!速度系數(shù)法優(yōu)化設(shè)計取得這兩項較好的效果并不太容易。目前，低比速度系數(shù)法是泵設(shè)計中常用的方法，通過對速泵的主要設(shè)計方法有加大流量設(shè)計法、無過載設(shè)計法、優(yōu)化設(shè)計法、復(fù)合葉輪設(shè)計法等。文獻(xiàn)已有模型進(jìn)行歸納統(tǒng)計而得。目前已有一批經(jīng)過［!］對上述方法有較詳細(xì)的論述。本文擬對現(xiàn)有優(yōu)化了的先進(jìn)水力模型，如01型、02型、31型和各種優(yōu)化設(shè)計方法及數(shù)學(xué)模型作簡要評述，并指14型等泵模型。計算機(jī)

4、技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用給速出其優(yōu)缺點及改進(jìn)方向。度系數(shù)法優(yōu)化設(shè)計帶來了方便，人們建立了優(yōu)秀水力模型庫，可隨時吸收先進(jìn)模型入庫，及時優(yōu)化’優(yōu)化設(shè)計方法概述各種速度系數(shù)，跟隨當(dāng)前水泵的先進(jìn)水平，其不足是所設(shè)計泵的性能難以超過現(xiàn)有水平。所謂優(yōu)化是指從所有可能的解決方案中選擇#/’損失極值法優(yōu)化設(shè)計一個適合的，以使預(yù)先規(guī)定的目標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。用如何提高泵的效率，歷來是水泵工作者們的優(yōu)化設(shè)計方法設(shè)計低比速泵大都是多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)重要課題。而效率是與損失緊密聯(lián)系的，最高效［’］計，多目標(biāo)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型可以寫為：率應(yīng)該與最

5、小損失相對應(yīng)。因此，優(yōu)化設(shè)計的一%!求#"［$!，$’，?，$!］"&使得種思路自然便是建立各種損失!-+與泵的幾何形［#］()*’（!#）狀之間的關(guān)系，即：()*’（’#）!-+"/+（$!，$’，?，$0，?，$!）()*’(（#）（+"!，’，?，(；0"!，’，?，!）!本文研究系江蘇省應(yīng)用基礎(chǔ)基金資助項目（1E’$$$$$F）收稿日期：’$$!—$#—’’#’流體機(jī)械#’’"年第#(卷第8期總損失為：遍被采用的低比速離心泵的優(yōu)化設(shè)計模型是以提!!高泵效率為主要目標(biāo)的。!!#"!!$（"

6、%"，%#，%&，?，%’）"!""!"在低比速泵的損失中，水力損失目前尚無法這種優(yōu)化方法是在保證設(shè)計工況點要求的揚(yáng)計算。容積效率隨比轉(zhuǎn)速下降而下降，比較精確程(與流量)的條件下，通過%、%、?、%的不"#’的計算表明，即使’低到#’左右時，一般也不*"+!同組合，使得總損失!!#"取得最小值，被稱為損低于’%(，與機(jī)械效率相比，泵的容積效率是不低"!"失極值法。這種方法在獲得高效離心泵性能方面的。在機(jī)械損失中軸承密封損失功率所占比重不是較為成熟的，也是應(yīng)用最普遍的。但它也有不大，泵的比轉(zhuǎn)速越低

7、損失越小，而圓盤摩擦損失正足之處。因為從理論上講，每一項具體損失的計比于葉輪半徑或直徑的)次方，因此葉輪半徑的算是難以估計準(zhǔn)確的；其次，在實際優(yōu)化過程中除微小增長也會引起圓盤損失的迅速上升。為了使了優(yōu)化設(shè)計變量外，其它參數(shù)就需按經(jīng)驗賦值，這低比速泵產(chǎn)生較高的揚(yáng)程，葉輪直徑必須較大，這又加大了優(yōu)化設(shè)計的局限性。另外，上式只強(qiáng)調(diào)正是造成低比轉(zhuǎn)速泵效率過低的主要原因。因此了損失與有關(guān)幾何參數(shù)之間的關(guān)系，而忽略了葉在其它條件不變的情況下，盡量減小圓盤摩擦損輪流道形狀、前后蓋板形狀和葉片形狀等對離心失，即

8、縮小葉輪直徑，并使其最小是改善低比速泵泵性能的影響，因而也有其局限性。的唯一辦法。$%$反—正—反準(zhǔn)則篩選法優(yōu)化設(shè)計這種優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)即葉輪出口幾何參反—正—反準(zhǔn)則篩選法是在對離心葉輪內(nèi)流數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，是利用*+,-,./有限葉片數(shù)修機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，建立各種優(yōu)化準(zhǔn)則，即減小損正公式，且假定葉輪進(jìn)口無預(yù)旋時，從葉片泵的基［&］失與控制性能指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)，尋求泵結(jié)構(gòu)參數(shù)本方程推得：及相應(yīng)流道形狀的各種組合，并從中篩選出最佳#’).%567$#’%#,#!（-(.0）（3"4）（）方案。這種