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离心泵优化设计方法

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2017-10-18 09:24:00

随着计算机技术的发展和计算机的普及,对离心泵的水力设计、结构设计等进行优化已经成为现实可行的有效方案。泵的优化设计是根据设计要求(流量、扬程和汽蚀余量等),按照某种优化原则和优化方法,选择和确定叶轮及泵体等过流部件的几何参数和结构形式,使所设计出来的泵的性能满足最初给定的要求。泵的优化设计是实现泵获得良好性能的主要方法之一。
设计计算系统所基于的思想也必然是一个整体、综合的优化思想,即多目标、多变量、有约束的优化设计。根据优化设计的对象、优化的原则和手段的不同,优化设计可以分为试验优化设计、速度系数优化设计、损失极值法优化设计、准则筛选法优化设计和完全优化设计等。

 

1.试验优化设计
泵的水力试验研究泵主要几何参数对泵性能的影响。由于确定泵内的流动机理和内部流场尚有许多困难,至今未能完全透彻了解,因此 试验仍然在泵的研究中占有一席之地。此外,设计泵所使用的经验公式飞和系数图表也是从模型泵的试验中统计得出。试验的优化设计就是研究如何科学地减少和避免重复试验和无效试验。试验优化设计仍是优化设计的先导。

 

2.速度系数优化设计
如何利用优秀的水力模型,统计出各种速度系数以用于设计计算就是速度系数优化设计研究的内容。实际上,对速度系数的选择和约束就是一个优化过程。通过分析研究和统计模型泵,建立其设计离心泵叶轮和泵体的主要几何参数的系数图表和公式,并及时更新和优化这些系数,以丰富离心泵的设计。

 

3.损失极值法优化设计
损失极值法优化设计的思路是建立各种能量损失与泵的几何参数立间的关系,通过这些参数的不同组合,满足在设计工况下损失最小、效率最高。这种优化设计是以效率为优化目标,以泵的主要几何结构和尺寸作为参变量,根据预估模型和设计的实践经验完成优化过程。

 

4.准则筛选法优化设计
准则筛选法优化设计是一种反→正→反的优化算法。反问题的计算是根据设计要求设计出相应的水泵重要过流部件的几何形状与尺寸参数;正问题的计算是按J定的准则校核反问题计算中采用的流动假设,进而修改叶轮等过流部件的几何形状与尺寸参数。因此,准则筛选 法优化设计就是在分析离心泵内流动机理的基础上,以减少损失和控制性能指标为目标函数,从各种结构参数和流道形状的不同组合中筛选出 最佳方案。

 

5.完全优化设计
完全优化设计是借助各种经验或理论或半经验半理论公式,准确或 模糊地进行结构设计和几何参数的选择,最后通过综合性能的考察来决 定设计结果的接受与否,可以根据不同设计者的不同设计要求决定具体 的设计结果。其优点就是优化设计的适应性和交互’性更强,并且随着设 计理论和流动机理研究的发展而发展。
在水泵设计方面多是单部件计算,涉及蜗壳等整体泵设计的研究鲜为报导。总体上看,水泵研究无论从内容、方法还是深度、广度上均与国 外存在较大差距。因此,如何创造性地研制出新型泵,并对其内部流动和性能进行全面研究,是目前我国水泵技术研究领域中的重点。
据文献资料,20世纪70年代主要是对离心泵提出了一些研究设想和进行一些初步的试验。20世纪80年代对离心泵的研究主要围绕如何提高其效率而开展的。国内一些学者,如查森、於载珍、周德峰等进行了 大量的试验研究,以寻找几何参数对泵性能的影响规律及提高效率的途径。20世纪90年代初则侧重于离心泵的优化设计及改善驼峰特性和轴功率特性等的研究。
尽管流动分析与性能预测的研究取得了巨大的进展,但基于三维流动分析的泵的优化水力设计仍存在困难,故目前发表的有关泵的优化设 计的工作,多数仍建立在一元或二元理论的基础之上。
在泵的优化设计方面,今后应将主要在以下几个方面发展:
(1)泵水力性能CAD与CFD技术相结合,推动流场显示技术、预测技术的发展。
(2)CFD与PIV( Particle Image V elocimetry)技术结合,推动对泵内流流动规律的认识和设计技术的发展。
(3)泵产品CAD技术向虚拟技术发展、结构设计技术和三维技术、动态技术的发展。
(4)更多地采用优化技术,使泵的优化由局部向整体发展;由叶轮向全部过流部件发展;由流线向流面、流场发展;由静态向动态发展等问。
 

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