一种液力透平叶轮优化设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106844905A(43)申请公布日2017.06.13(21)申请号201710003439.3(22)申请日2017.01.04(71)申请人滨州东瑞机械有限公司地址256500山东省滨州市博兴县曹王镇(72)发明人曹新泽曹大清王秀礼(74)专利代理机构济南泉城专利商标事务所37218代理人张贵宾(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)G06N3/12(2006.01)权利要求书5页说明书10页附图3页(54)发明名称一种液力透平叶轮优化设计方法(57)摘要本发明涉及水力优化设计领域，特别是一种液力透平叶轮优化设计方法。采用主目标和分目标两层的优化方式，分目标函数的优化加速了优化变量向最优解靠近，提高了多约束优化的精度和速度。分目标函数的优化采用遗传优化算法，以面出发代替传统的以点出发，较传统水力优化设计方法提升了优化计算效率。主目标函数的优化采用多岛遗传算法，增加了优化算法的多峰搜索能力，一定程度上消除了局部收敛对优化的影响。CN106844905ACN106844905A权利要求书1/5页1.一种液力透平叶轮优化优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：设置所述一种液力透平叶轮优化优化设计方法的优化变量X＝[D1、D2、β2e、β1e、Z、k]，包括叶轮标称直径D1、叶轮出口直径D2、叶片出口安放角β2e、叶片进口角β1e、叶片数Z和长、短叶片长度比k；步骤2：所述一种液力透平叶轮优化优化设计方法的优化目标为提高液力透平效率η，建立三个分目标函数η1、η2、η3，分别为η1(D1、D2)→max、η2(β2e、β1e)→max、η3(Z、k)→max；步骤3：运用单目标遗传算法分别对三个分目标函数η1、η2、η3进行优化计算，计算收敛后得到三组最优值分别为{D1′,D2′}、{β2e′,β1e′}和{Z′,k′}，其中分别为分目标优化后的叶轮标称直径D1′、叶轮出口直径D2′、叶片出口安放角β2e′、叶片进口角β1e′、叶片数Z′和长、短叶片长度比k′；步骤4：基于分目标函数得到的三组最优值{D1′,D2′}、{β2e′,β1e′}和{Z′,k′}，对优化变量X＝[D1、D2、β2e、β1e、Z、k]重新进行约束，建立主目标函数并将重新约束后的优化变量X代入主目标函数进行多岛遗传算法优化计算时，计算得到最终优化结果[D1″、D2″、β2e″、β1e″、Z″、k″]，其中最终优化结果包括叶轮标称直径D1″、叶轮出口直径D2″、叶片出口安放角β2e″、叶片进口角β1e″、叶片数Z″和长、短叶片长度比k″。2.根据权利要求1所述的一种液力透平叶轮优化优化设计方法，其特征在于：步骤1中所述的优化变量X＝[D1、D2、β2e、β1e、Z、k]初设值根据以下方法确定：(1)叶轮标称直径D1式中，Pr-设计功率，单位kw；Q11-单位流量，根据设计参数和水头范围查相关转轮型谱参数确定，单位L/s；Hr-设计水头，单位m；η-设计效率；(2)叶轮出口直径D2式中，K-修正系数，K＝4.4～4.8,较小数值适于高比转速，较大数值适于低比转速；3Qr-设计流量，单位m/h；nr-设计转速，单位r/min；(3)叶片出口安放角β2eβ2e＝β2-Δβ式中，Δβ-考虑有限叶片数的修正角，当比转速ns＝200～400时，Δβ＝2°～4°，当比转速ns＜200时，Δβ＝0°～2°；β2-叶片出口边液流角，单位°；其中叶片出口边液流角β2按如下公式计算：2CN106844905A权利要求书2/5页上列式中，vm2-叶片出口轴面速度，单位m/s；u2-叶片出口圆周速度，单位m/s；vu2-叶片出口圆周分速度，单位m/s；2Γ2-转轮的出口环量，单位m/s；r2-叶片出口边计算点半径，单位m；ηV-容积效率；2F2-叶片出口边计算点过水断面面积，单位m；ψ2-出口边排挤系数，其中，δu2为叶片在出口圆周方向的厚度，单位mm；(4)叶片进口角β1eβ1e＝β1-α式中，α-进口冲角，α＝3°～10°，对比转速低的转轮取大值；β1-叶片进口边液流角，单位°；其中叶片出口液流角β2按如下公式计算：上列式中，vm1-叶片进口轴面速度，单位m/s；u1-叶片进口圆周速度，单位m/s；vu1-叶片进口圆周分速度，单位m/s；2Γ1-转轮的进口环量，单位m/s；r1-叶片进口边计算点半径，单位m；ηV-容积效率；2F1-叶片进口边计算点过水断面面积，单位m；ψ1-进口边排挤系数，其中，δu2为叶片在进口圆周方向的厚度，单位mm；3CN106844905A权利要求书3/5页(5)叶片数Z所述的一种液力透平叶轮优化叶片包括长度不同的长叶片和短叶片，长短叶片间隔分布，通