一种基于数据样本的离心泵无过载设计方法

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。

主权项

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n_s；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D_j，叶轮出口直径D₂，叶片出口宽度b₂，叶片进口安放角β₁，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P_1.4Q为响应值，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x₁、x₂……x₉、x₁₀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β₂、叶片包角叶片出口宽度b₂的最优组合；步骤五：对每一组叶轮的叶片出口安放角β₂、叶片包角叶片出口宽度b₂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。