專利名稱：一種抗空蝕離心泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于離心泵葉輪制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種抗空蝕離心泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
離心泵是使用最廣泛的通用機(jī)械之一，在電力工業(yè)領(lǐng)域、化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域等都具有廣泛的應(yīng)用。離心泵的作用是根據(jù)離心力原理，使葉輪葉片高速旋轉(zhuǎn)從而帶動水轉(zhuǎn)動并將水甩出，達(dá)到輸送水的目的。我國現(xiàn)有的離心泵普遍效率較低，空蝕性能差，其主要原因是優(yōu)化設(shè)計(jì)方法落后。 離心泵內(nèi)部的流動是復(fù)雜的全三維粘性流動，內(nèi)部存在二次流以及分離流動在內(nèi)的復(fù)雜非定常流動，而現(xiàn)在大部分離心泵葉輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)都是采用一元或二元理論，盡管有的一些廠家和研究所采用的是全三元的設(shè)計(jì)方法，但所采用的全三元的設(shè)計(jì)方法是基于無粘假設(shè)建立的，無法得出準(zhǔn)確的符合離心泵葉輪內(nèi)部流動特性的葉輪形狀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種抗空蝕離心泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化參數(shù)構(gòu)建科學(xué)， 優(yōu)化過程自動化程度高，優(yōu)化后離心泵葉輪葉片效率，空化空蝕性能優(yōu)良。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種抗空蝕離心泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟步驟1、得到原始葉輪的周向XY平面上的前蓋板二維翼型骨線1、中間二維翼型骨線Gm以及后蓋板二維翼型骨線Gh ；步驟2、采用四點(diǎn)三次貝塞爾曲線分別對上述前蓋板二維翼型骨線Gs、中間二維翼型骨線Gm以及后蓋板二維翼型骨線Gh進(jìn)行參數(shù)化，以得到各骨線的四個(gè)控制點(diǎn)Ptl，P1, P2, P3的在周向XY平面上的坐標(biāo)，其中，控制點(diǎn)Ptl為首點(diǎn)，控制點(diǎn)P3為末點(diǎn)，控制點(diǎn)P1和P2為中間點(diǎn)；步驟3、構(gòu)建葉輪優(yōu)化參數(shù)步驟3. 1、構(gòu)建前蓋板二維翼型骨線Gs的撓度參數(shù)C1和C2 連接前蓋板二維翼型骨線Gs的控制點(diǎn)Ptl和P1,以及控制點(diǎn)P2和P3,延長
直線PqP1和直線P2P3并交于Q點(diǎn)，令
權(quán)利要求
1. 一種抗空蝕離心泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1、得到原始葉輪的周向XY平面上的前蓋板二維翼型骨線Gs、中間二維翼型骨線 Gffl以及后蓋板二維翼型骨線Gh ；步驟2、采用四點(diǎn)三次貝塞爾曲線分別對上述前蓋板二維翼型骨線Gs、中間二維翼型骨線Gm以及后蓋板二維翼型骨線Gh進(jìn)行參數(shù)化，以得到各骨線的四個(gè)控制點(diǎn)Ptl, P1, P2, P3在周向XY平面上的坐標(biāo)，其中，控制點(diǎn)Ptl為首點(diǎn)，控制點(diǎn)P3為末點(diǎn)，控制點(diǎn)P1和P2為中間點(diǎn)； 步驟3、構(gòu)建葉輪優(yōu)化參數(shù)步驟3. 1、構(gòu)建前蓋板二維翼型骨線Gs的撓度參數(shù)C1和C2
2.按照權(quán)利要求1所述抗空蝕離心泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，其中，步驟1的具體步驟為由原始葉輪的軸面投影圖得到前蓋板流線Is、中間流線Im以及后蓋板流線lh， 將前蓋板流線Is、中間流線Im以及后蓋板流線Ih分別繞葉輪旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)得到前蓋板流面、 中間流面以及后蓋板流面；原始葉輪與得到的前蓋板流面、中間流面和后蓋板流面相交得到相對應(yīng)的三維翼型，再投影到周向平面上，即得到前蓋板二維翼型型線/、中間二維翼型型線Zf以及后蓋板二維翼型型線；沿所述前蓋板二維翼型型線/作一系列內(nèi)切圓，連接內(nèi)切圓圓心得到的光滑曲線為前蓋板二維翼型骨線Gs ；沿所述中間二維翼型型線作一系列內(nèi)切圓，連接內(nèi)切圓圓心得到的光滑曲線為中間二維翼型骨線Gm;沿所述后蓋板二維翼型型線作一系列內(nèi)切圓，連接內(nèi)切圓圓心得到的光滑曲線為后蓋板二維翼型骨線Gh。
3.按照權(quán)利要求1所述抗空蝕離心泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，其中，步驟2中， 根據(jù)所述前蓋板二維翼型骨線Gs、中間二維翼型骨線Gm以及后蓋板二維翼型骨線Gh上的已知的多個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)，利用以下公式構(gòu)成方程組，求各骨線對應(yīng)的四個(gè)控制點(diǎn)Ptl, P1, P2, P3的坐標(biāo)
4.按照權(quán)利要求1所述抗空蝕離心泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，其中，所述步驟 3. 3中，定義前蓋板二維翼型骨線Gs、中間二維翼型骨線Gm以及后蓋板二維翼型骨線Gh的控制點(diǎn)Pq的Θ坐標(biāo)的變化量= Aes=Aem=Aeh=Ae。
5.按照權(quán)利要求1所述抗空蝕離心泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，其中，步驟5加厚的具體方法為以變化后的前蓋板二維翼型骨線Gs的多個(gè)點(diǎn)為圓心，以已知的葉輪翼型厚度分布值為半徑作一系列圓，連接所作圓的外部輪廓線得到的光滑曲線為變化后的前蓋板二維翼型型線/；依照上述方法，根據(jù)變化后的中間二維翼型骨線Gm和后蓋板二維翼型骨線Gh，分別得到變化后的中間二維翼型型線和后蓋板二維翼型型線。
6.按照權(quán)利要求1所述抗空蝕離心泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，其中，步驟6的具體步驟為由原始葉輪的軸面投影圖得到前蓋板流線Is、中間流線Im以及后蓋板流線Ih ；在前蓋板流線Is上取均勻分布的多個(gè)點(diǎn)，并得到該多個(gè)取點(diǎn)的柱坐標(biāo)，根據(jù)三次樣條差值函數(shù)擬合得出Z = f(r)函數(shù)，將變化后的前蓋板二維翼型型線/上各點(diǎn)柱坐標(biāo)的r坐標(biāo)代入ζ = f(r)函數(shù)，求得變化后的前蓋板二維翼型型線/各點(diǎn)的Z軸坐標(biāo)；依照上述方法，分別求得變化后的中間二維翼型型線以及后蓋板二維翼型型線^各點(diǎn)的Z軸坐標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明一種抗空蝕離心泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，獲得原始葉輪的周向XY平面上的前蓋板二維翼型骨線、中間二維翼型骨線以及后蓋板二維翼型骨線，并參數(shù)化后，構(gòu)建葉輪優(yōu)化參數(shù)，構(gòu)建變化后的骨線，再將其三維化得到的變化后的前蓋板三維翼型型線、中間三維翼型型線以及后蓋板三維翼型型線，輸入到幾何造型軟件中，形成變化后的葉輪三維形狀，在單流道網(wǎng)格劃分的基礎(chǔ)上進(jìn)行水利性能測算，以多目標(biāo)遺傳算法NSGA-II遺傳算法為優(yōu)化工具，對離心泵葉輪參數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，選取水利性能最佳的一組葉輪參數(shù)作為優(yōu)化后的葉輪參數(shù)；本發(fā)明方法優(yōu)化參數(shù)構(gòu)建科學(xué)，優(yōu)化過程自動化程度高，優(yōu)化后離心泵葉輪葉片效率，空化空蝕性能優(yōu)良。
文檔編號F04D29/22GK102251983SQ20111020252
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者盧金玲, 朱國俊, 羅興锜, 鄭小波, 郭鵬程 申請人:西安理工大學(xué)