一種可提高泵效率的離心葉輪幾何參數(shù)優(yōu)化設計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可提高泵效率的離心葉輪幾何參數(shù)優(yōu)化設計方法，它包括一個建立含效率迭代的離心葉輪幾何參數(shù)的優(yōu)化模型的步驟、一個計算泵在設計點容積效率ηv和機械效率ηm的步驟、一個葉輪幾何參數(shù)優(yōu)化過程中的效率迭代的步驟；葉輪兩項損失之和能使h最小的β2值及對應的R2值就是設計的最終解。本發(fā)明提供了一種可有效提高離心泵效率的離心葉輪幾何參數(shù)設計方法，在更大范圍內改善了泵的性能，通過離心葉輪幾何參數(shù)的效率迭代計算得到葉輪出口沖擊損失和葉輪圓盤摩擦損失之和最小；編寫計算機軟件程序實現(xiàn)離心葉輪幾何參數(shù)的精確計算，設計方便、速度快，且可有效提高離心葉輪的設計及制造精度，可適用于工業(yè)化設計和生產(chǎn)。
【專利說明】一種可提高泵效率的離心葉輪幾何參數(shù)優(yōu)化設計方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可提高泵效率的離心葉輪幾何參數(shù)優(yōu)化設計方法。
【背景技術】
[0002]離心泵是泵類主流產(chǎn)品，占有全國每年1000萬余臺生產(chǎn)泵的很大分額。據(jù)統(tǒng)計，國內每年發(fā)電量的20%用于拖動泵與風機。提高離心泵這類面廣量大的產(chǎn)品性能和運行效率，對實現(xiàn)節(jié)能減排的宏觀經(jīng)濟目標有特殊重要的意義。
[0003]泵的外特性，包括其各工況點下的效率，主要由葉輪、蝸殼等過流部件的水力設計所決定，先進的設計原理與方法是制造優(yōu)秀產(chǎn)品的基礎。在接受定貨合同后，目前國內企業(yè)，包括中小型企業(yè)和大型企業(yè)，仍主要以下述兩個方法完成葉輪、蝸殼水力設計的第一步以確定它們的全部幾何參數(shù):
[0004](I)相似換算法，尋求一個比轉速與待設計產(chǎn)品相近的優(yōu)秀模型，以相似定理進行換算，將原產(chǎn)品的相關幾何尺寸縮放后得到待設計泵的有關幾何尺寸。
[0005](2)速度系數(shù)法，根據(jù)待設計泵的比轉速，由速度系數(shù)統(tǒng)計資料，即通過反映葉輪，蝸殼過流部件的幾何尺寸與泵的比轉速之間的統(tǒng)計關系，得到待設計泵的待求幾何尺寸。
[0006]這兩種方法都有設計周期短，計算量較小等優(yōu)點，但它們的缺陷與不足也十分明顯，越來越無法適應創(chuàng)新技術，無法提升企業(yè)及用戶經(jīng)濟效益的目標和要求。
[0007]這兩種傳統(tǒng)方法實際都是對已有產(chǎn)品的模擬，盡管希望摸擬對象是優(yōu)秀的，但這里的“優(yōu)秀”本身就是一個模糊的概念。不同的客戶對泵產(chǎn)品有不同的要求，有的要求泵在設計點的效率比較高，有的要求泵有較好的抗汽蝕性能以提高泵的可靠性，有的要求泵的最大軸功率最小化以降低電機成本，等等。每臺泵都應針對客戶的特殊要求進行設計，依賴現(xiàn)有產(chǎn)品資料進行的設計并不一定能滿足客戶的具體要求。模型是已有產(chǎn)品，速度系數(shù)資料則是對已有多臺產(chǎn)品的總結和概括，它們一般都不包含最新的先進成果。這些方法實際不具有創(chuàng)新的設計理念與行為，不能推動企業(yè)的技術進步。最后，企業(yè)，特別是中小型企業(yè)，有時要找到一個特定的水力模型和合適的速度系數(shù)資料并不容易。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種可有效提高離心泵泵效率的離心葉輪幾何參數(shù)設計方法，在更大范圍內改善泵的性能，通過離心葉輪幾何參數(shù)的效率迭代計算得到葉輪出口沖擊損失和葉輪圓盤摩擦損失之和最??；編寫計算機軟件程序實現(xiàn)離心葉輪幾何參數(shù)的精確計算，設計方便、速度快，且可有效提高離心葉輪的設計及制造精度，適用于工業(yè)化設計和生產(chǎn)。
[0009]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:
[0010]一種可提高泵效率的離心葉輪幾何參數(shù)優(yōu)化設計方法，它包括一個建立含效率迭代的離心葉輪幾何參數(shù)的優(yōu)化模型的步驟、一個計算泵在設計點容積效率nv和機械效率nffl的步驟、一個葉輪幾何參數(shù)優(yōu)化過程中的效率迭代的步驟；[0011](I)所述的建立含效率迭代的離心葉輪幾何參數(shù)的優(yōu)化模型的步驟包括:
[0012]SlOl:計算設計點的葉輪出口沖擊損失hv，hv正比于葉輪出口水流的速度水頭和
葉輪流量:
【權利要求】
1.一種可提高泵效率的離心葉輪幾何參數(shù)優(yōu)化設計方法，其特征在于:它包括ー個建立含效率迭代的離心葉輪幾何參數(shù)的優(yōu)化模型的步驟、一個計算泵在設計點容積效率nv和機械效率nm的步驟、一個葉輪幾何參數(shù)優(yōu)化過程中的效率迭代的步驟； (1)所述的建立含效率迭代的離心葉輪幾何參數(shù)的優(yōu)化模型的步驟包括: 5101:計算設計點的葉輪出ロ沖擊損失hv, hv正比于葉輪出ロ水流的速度水頭和葉輪流量:
2.根據(jù)權利要求1所述的一種可提高泵效率的離心葉輪幾何參數(shù)優(yōu)化設計方法，其特征在于:所述的葉輪出口寬度匕為:
當 Ns < 60 時，
3.根據(jù)權利要求1所述的一種可提高泵效率的離心葉輪幾何參數(shù)優(yōu)化設計方法，其特征在于:所述的葉輪葉片數(shù)z根據(jù)泵的比轉速Ns確定，具體確定原則為: 泵的比轉速Ns為20~30時，葉輪葉片數(shù)z取4 ;泵的比轉速Ns為30~45時，葉輪葉片數(shù)z取5，泵的比轉速Ns大于45時，葉輪葉片數(shù)z取6。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種可提高泵效率的離心葉輪幾何參數(shù)優(yōu)化設計方法，其特征在于:所述的效率迭代的具體步驟為: 在三個分效率之積等于泵在設計點的給定效率n的前提下，任意給定nv、nffl> nh，按步驟(I)所述方法計算優(yōu)化后的β2和R2的初始值，確定全部葉輪幾何參數(shù)值；由葉輪的幾何參數(shù)反算機械效率和容積效率，如果計算值恰好等于最初的假定值，說明最初的效率假定值正確，輸出葉輪幾何參數(shù)，計算結束； 如果機械效率和容積效率的計算值不等于最初的假定值，則開始第一輪迭代計算:不改變初定的容積效率值，而以初始計算中初定的機械效率和最后所得機械效率的平均定值作為新的機械效率，并按三個分效率之積等于總效率的原則重定新的水力效率，重新求解葉輪幾何參數(shù)，在容積效率一定的條件下不斷重復上述過程，直到最后一次的初定和最終機械效率相等為止； 這時容積效率一般并不收斂，即最后一次計算中容積效率的初值與終值不等，于是，也以平均值作為新的容積效率，始終保證機械效率不變，以三個分效率之積等于總效率的原則重定水力效率，再次計算葉輪幾何參數(shù)，重復多次上述過程，直到容積效率收斂為止，第一輪迭代結束； 第一輪迭代結束 時，容積效率收斂，但機械效率的收斂性被破壞，于是進行后續(xù)迭代計算，直至最后一次計算葉輪幾何參數(shù)的優(yōu)化過程中，這兩個分效率的初定值與幾何參數(shù)決定的終值都相等，到此迭代計算結束，輸出最后的葉輪幾何參數(shù)。
【文檔編號】F04D29/22GK103452900SQ201310429945
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權日:2013年9月18日
【發(fā)明者】嚴敬, 周緒成 申請人:成都市永益泵業(yè)有限公司