一种混流泵叶轮的设计方法.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CN106650105A(43)申请公布日2017.05.10(21)申请号201611213880.6(22)申请日2016.12.25(71)申请人宁波至高点工业设计有限公司地址315000浙江省宁波市江东区江东北路375号006幢（19-1）(72)发明人张明(74)专利代理机构杭州丰禾专利事务所有限公司33214代理人张强(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)F04D29/18(2006.01)权利要求书2页说明书4页(54)发明名称一种混流泵叶轮的设计方法(57)摘要本发明公开了一种混流泵叶轮的设计方法，包括以下步骤：（1）将混流泵叶轮从二维木模图到三维几何模型的转化；（2）对三维几何模型进行参数化转化；（3）对参数化的混流泵进行CFD数值模拟；（4）通过设计优化平台集成CAD几何建模模块，CFD数值模拟模块和数值优化软件，对叶轮进行优化，该方法可避免人工重复劳动，采用该方法获得的轴流泵扬程和效率曲线都在原来基础上有所提高，各工况点扬程提高了5m以上，效率提高在2%左右；优化后效率曲线整体抬高，高效区范围变宽，提高了泵站运行稳定性，降低了泵站运行成本，泵装置优化效果十分明显，本方法具有较好的市场前景。CN106650105ACN106650105A权利要求书1/2页1.一种混流泵叶轮的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将混流泵叶轮从二维木模图到三维几何模型的转化：通过把叶轮子午面前盖板后盖板型线的的数据，工作面压力面的径向坐标输入到txt文件中，在CAD软件中通过写好的程序读入txt文档中的内容，并根据文档中的内容自动建模；(2)对三维几何模型进行参数化转化：a、根据读入的叶轮子午面数据读取叶轮设计参数，并将其参数化；b、根据读入的叶片型线数据，用贝塞尔曲线进行拟合，并通过控制贝塞尔曲线控制点的坐标实现子午面的参数化；c、通过编程把叶轮叶片分割成n个流面，截取流面上的流线，计算出流线上的中心线，流线上叶片的厚度变化规律，通过贝塞尔曲线拟合流线，读取多条贝塞尔曲线上的叶轮参数；(3)对参数化的混流泵进行CFD数值模拟：将进水直管段和压水室采用ICEM软件进行结构化网格划分，混流泵叶轮在TurboGrid中进行结构化网格划分，泵装置计算域进口为进水管的进口，进口边界条件设置为总压条件，即进口处总压设置为一个标准大气压，泵装置计算域出口为压水室出口，出口边界设置为质量流量出口，叶轮设为旋转域，其余计算域均为静止域，动静交界面采用速度平均的stage模型；(4)通过设计优化平台集成CAD几何建模模块，CFD数值模拟模块和数值优化软件，对叶轮进行优化：以混流泵在多个工况下的加权平均效率最优为目标，扬程为约束条件，选用遗传算法或者序列二次规划算法，不断改变混流泵叶轮设计参数，对泵装置进行迭代数值计算，通过迭代，最终找到使泵加权平均效率最高的混流泵叶轮的设计方案，在工况选择时，选取不同流量为工况点，通过改变混流泵叶片设计变量的值，使得不同流量工况点泵装置效率都达到最优值，以拓宽混流泵装置的高效区范围，进而确定混流泵叶轮的设计方案，优化模型如下：目标函数：maxη(x)＝w1η1(x)+w2η2(x)+w3η3(x)(1)设计变量范围：约束条件：T设计变量：x＝[al，a2，…an]其中η1、η2和η3分别是不同流量工况的效率；w1、w2和w3分别为对应的权重值，权重值根据多个实际运行时间确定；H1、H2和H3分别为不同流量工况的扬程，选取其中一个工况下设计的叶轮为初始方案，对应叶轮的初始设计变量为a1、a2…an。2.根据权利要求1所述的一种混流泵叶轮的设计方法，其特征在于，所述H1和H3的范围取值为-6～6m，所述H2的范围取值-5～5m。3.根据权利要求1所述的一种混流泵叶轮的设计方法，其特征在于，所述叶轮设计参数包括叶轮进口直径、叶轮出口直径、叶轮出口宽度。4.根据权利要求1所述的一种混流泵叶轮的设计方法，其特征在于，所述叶片型线数据包括叶片进口型线，叶片前盖板型线，叶片后盖板型线。5.根据权利要求1所述的一种混流泵叶轮的设计方法，其特征在于，所述叶轮参数包括2CN106650105A权利要求书2/2页叶轮进口安放角、叶轮出口安放角，叶轮包角。3CN106650105A说明书1/4页一种混流泵叶轮的设计方法技术领域[0001]本发明涉及流体与动力工程技术领域，尤其涉及一种混流泵叶轮的设计方法。背景技术[0002]传统的混流泵设计只按单一工况设计，即按照使用场合提出某一组设计流量和设计扬程值对整台泵进行设计，而所谓的设计工况事实上只是扬程-流量(H-Q)性能曲线上的某一点，通过该方法设计的混流泵只能在理想流体和理想化的流动条件