CN112761969A - 一种离心泵结构参数的优化方法 - Google Patents

一种离心泵结构参数的优化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112761969A
CN112761969A CN202110075379.2A CN202110075379A CN112761969A CN 112761969 A CN112761969 A CN 112761969A CN 202110075379 A CN202110075379 A CN 202110075379A CN 112761969 A CN112761969 A CN 112761969A
Authority
CN
China
Prior art keywords
centrifugal pump
pump
structural parameters
impeller
volute
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110075379.2A
Other languages
English (en)
Inventor
熊磊
王幼民
徐彬雪
王强强
沈蒙蒙
张天雨
许虹璐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anhui Polytechnic University
Original Assignee
Anhui Polytechnic University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anhui Polytechnic University filed Critical Anhui Polytechnic University
Priority to CN202110075379.2A priority Critical patent/CN112761969A/zh
Publication of CN112761969A publication Critical patent/CN112761969A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0088—Testing machines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/24—Vanes
    • F04D29/242—Geometry, shape
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本发明公开了一种离心泵结构参数的优化方法，包括以下步骤：步骤一、对离心泵的过流部件进行水力设计，建立三维模型，进行内部流场数值模拟，提出离心泵的效率和汽蚀性能两个质量评价指标(其中，以泵的蒸汽体积分数来表示汽蚀程度，蒸汽体积分数越大，汽蚀越严重)，步骤二、设计正交实验表，通过正交实验优化离心泵的结构参数，并对结构参数进行基于CFD的数值模拟分析。该离心泵结构参数的优化方法，设计基于CFD流场分析的正交试验，选取离心泵结构参数中起主导作用的几个参数来进行试验，即叶轮进口直径、出口宽度、叶片出口角以及叶片数，用极差分析法处理结果，得到效率及汽蚀性能最优的结构参数组合，试验结果有一定代表性。

Description

一种离心泵结构参数的优化方法
技术领域
本发明涉及离心泵结构参数技术领域，具体为一种离心泵结构参数的优化方法。
背景技术
离心泵是利用叶轮旋转而使水产生的离心力来工作的，广泛应用于各个生产领域，在制造前难以评估其效率及汽蚀余量，且影响因素往往也不止一个，因此每个因素对试验的影响程度也有所不同，因而存在一定的使用缺陷。
如果将所有的影响因素都考虑在试验范围内，那必将会增大试验难度，费时费力，若合理选取试验中影响权重较大的因素来进行试验则会降低试验难度，节约计算资源。
针对上述问题，急需在原有优化方法的基础上进行创新设计。
发明内容
本发明的目的在于提出一种离心泵结构参数的优化方法，以解决上述背景技术中提出的在制造前难以评估离心泵效率及汽蚀余量的问题。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种离心泵结构参数的优化方法，包括前盖板，包括以下步骤：
步骤一、对离心泵的过流部件进行水力设计，建立三维模型，进行内部流场数值模拟，可得出离心泵的效率和汽蚀性能两个质量评价指标。
步骤二、设计正交实验表，通过正交实验优化离心泵的结构参数，并对结构参数进行基于CFD的数值模拟分析，利用极差分析法对该模拟的结果进行处理，从而得出效率和汽蚀性能最优的结构参数组合。
优选的，所述本文采用的是CFturbo10.0，根据衬塑泵水力设计得到的叶轮和蜗壳相关参对叶轮和蜗壳流体域进行三维建模。
根据水力设计得到的蜗壳相关参数应用CEtrbo对蜗壳进行了三维建模，为了避免进出口速度梯度扩散对计算结果有较大影响，对蜗壳出口进行了适当延长。
采用PumpLinx对衬塑泵内部流场进行模拟，在CFturbo工具栏中选择Export，将在CFturtbo中建立的衬塑泵流体域三维模型导入到PumpLinx中。
将叶轮和蜗壳导入PumpLinx中后，需要在叶轮入口处建立-个入口段，并对入口段、叶轮和蜗壳进行网格划分，因入口段的出口面和叶轮入口的入口面，以及叶轮出口面和蜗壳入口面之间的数据在模拟过程中有交互，所以需要建立两个交互面并以此交互模拟过程中的数据。
完成衬塑泵网格划分及交互面设置后需设置边界条件，对转速、流速、进口压力等设置按照衬塑泵给定条件及计算参数进行设置。
优选的，所述采用正交试验法，选取叶轮进口直径、出口宽带、叶片出口角以及叶片数作为正交实验的四个因素，且每个因素为五个水平，以离心泵的效率和汽蚀性能作为评价指标。
优选的，所述通过Pumplinx软件对实验数据进行模拟仿真，采用极差分析法对仿真结果进行处理，得到效率和汽蚀性能最优的结构参数组合。
优选的，所述前盖板设置有后盖板、叶片、叶槽、吸水口、轮毂和泵轴，且前盖板的外端固定连接有后盖板，并且前盖板和后盖板的内侧固定连接有叶片，同时前盖板和后盖板的内侧开设有叶槽和吸水口，并且前盖板和后盖板的中端设置有轮毂和泵轴，同时叶片和叶槽呈圆弧状结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该离心泵结构参数的优化方法；
设计基于CFD流场分析的正交试验，选取离心泵结构参数中起主导作用的几个参数来进行试验，即叶轮进口直径、出口宽度、叶片出口角以及叶片数，用极差分析法处理结果，得到效率及汽蚀性能最优的结构参数组合，试验容易进行，试验结果具有一定代表性。
附图说明
图1为本发明离心泵叶轮剖视结构示意图；
图2为本发明叶轮几何形状和主要尺寸参数结构示意图；
图3为本发明正交实验因素水平表示意图；
图4为本发明离心泵效率计算公式示意图；
图5为本发明正交实验表及结果示意图；
图6为本发明正交实验结果的极差分析示意图；
图7为本发明正交实验因素水平表示意图；
图8为本发明正交实验表及结果示意图；
图9为本发明各因素对效率的影响数据示意图；
图10为本发明各参数对汽蚀影响数据示意图；
图11为本发明边界条件参数设置示意图。
图中：1、前盖板；2、后盖板；3、叶片；4、叶槽；5、吸水口；6、轮毂；7、泵轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-11，本发明提供一种技术方案：一种离心泵结构参数的优化方法，包括前盖板1、后盖板2、叶片3、叶槽4、吸水口5、轮毂6和泵轴7，包括以下步骤：
步骤一、对离心泵的过流部件进行水力设计，建立三维模型，进行内部流场数值模拟，可得出离心泵的效率和汽蚀性能两个质量评价指标(其中，以泵的蒸汽体积分数来表示汽蚀程度，蒸汽体积分数越大，汽蚀越严重)。
步骤二、设计正交实验表，通过正交实验优化离心泵的结构参数，并对结构参数进行基于CFD的数值模拟分析，利用极差分析法对该模拟的结果进行处理，从而得出效率和汽蚀性能最优的结构参数组合。
步骤一采用的是CFturbo10.0，根据衬塑泵水力设计得到的叶轮和蜗壳相关参对叶轮和蜗壳流体域进行三维建模。
根据水力设计得到的蜗壳相关参数应用CEtrbo软件对蜗壳进行了三维建模，为了避免进出口速度梯度扩散对计算结果有较大影响，对蜗壳出口进行了适当延长。
采用PumpLinx软件对衬塑泵内部流场进行模拟，在CFturbo工具栏中选择Export，将在CFturtbo中建立的衬塑泵流体域三维模型导入到PumpLinx中。
将叶轮和蜗壳导入PumpLinx中后，需要在叶轮入口处建立一个入口段，并对入口段、叶轮和蜗壳进行网格划分，因入口段的出口面和叶轮入口的入口面，以及叶轮出口面和蜗壳入口面之间的数据在模拟过程中有交互，所以需要建立两个交互面并以此交互模拟过程中的数据。
完成衬塑泵网格划分及交互面设置后需设置边界条件，对转速、流速、进口压力等设置按照衬塑泵给定条件及计算参数进行设置。
边界条件参数设置
Figure BDA0002907426020000041
步骤二采用正交试验法，选取进口直径Dj、出口宽度b2，叶片出口角β2以及叶片数Z作为正交实验的四个因素，且每个因素为五个水平，故为4因素5水平试验，所以采用L25(54)，如表1所示，以离心泵的效率和汽蚀性能(蒸汽体积分数)作为评价指标。
表1正交试验因素水平表
Figure BDA0002907426020000051
通过Pumplinx软件对正交试验得到的25组试验数据进行模拟仿真，得到各组参数下的蒸汽体积分数，再由式(1)、(2)计算相应组的离心泵效率，得到结果因素值，如表2所示。
Figure BDA0002907426020000052
Figure BDA0002907426020000053
式(1)、(2)中：
ρ——流体介质的密度(kg/m3)；
η——效率(％)；
P——轴功率(kW)；
ΔP——泵进出口的压差。
表2正交试验表及结果
Figure BDA0002907426020000061
(A-进口直径，B-出口宽度，C-叶片出口角，D-叶片数)
基于极差分析法对正交实验的结果进行分析，计算Kjm及
Figure BDA0002907426020000062
如表3所示，Kjm为因素m水平j所对应的试验评价指标和，
Figure BDA0002907426020000063
为其平均值，由
Figure BDA0002907426020000064
的大小即可判断因素m的优水平和各因素优水平组合，M、N、P、Q分别表示
Figure BDA0002907426020000065
所对应因素m的最大/小值，取
Figure BDA0002907426020000066
最大/小值为最优值，即最优组合。
表3正交试验结果的极差分析
Figure BDA0002907426020000071
根据相应的评价指标，可以得到离心泵的最佳结构参数组合为AMBNCPDQ，即当叶轮进口直径Dj为Mmm，出口宽度b2为Nmm，叶片出口角β2为P，叶片数Z为Q时，可得相应评价指标下的最优结构参数组合。
前盖板1设置有后盖板2、叶片3、叶槽4、吸水口5、轮毂6和泵轴7，且前盖板1的外端固定连接有后盖板2，并且前盖板1和后盖板2的内侧固定连接有叶片3，同时前盖板1和后盖板2的内侧开设有叶槽4和吸水口5，并且前盖板1和后盖板2的中端设置有轮毂6和泵轴7，同时叶片3和叶槽4呈圆弧状结构。
算例：
所述步骤二的正交实验及其极差分析得出最优组合的具体步骤如下：
基于流量Q＝100m3/h，扬程H＝80m，转速n＝2900rpm的离心泵，本发明选择叶轮进口直径Dj、出口宽度b2，叶片出口角β2以及叶片数Z作为本次正交试验的的四个因素，分别用A、B、C、D来表示，每个因素是五个水平的。
正交试验各个因素及其各因素的各水平值的取值如表4：
表4正交试验因素水平表
Figure BDA0002907426020000081
通过对正交试验的25组参数利用PumpLinx软件进行模拟，得到各组参数下的蒸汽体积分数，由式(1)、(2)计算相应组的离心泵效率，得到结果因素值，最终通过计算得到的正交试验结果如表5所示。
表5正交试验表及结果
Figure BDA0002907426020000091
基于极差分析法，得出各工艺参数对于效率作为评价指标的影响大小，分析结果如表6所示：
表6各因素对效率的影响数据
Figure BDA0002907426020000101
根据效率最高的评价指标，可以得到衬塑泵的最佳结构参数组合为A5B5C4D3，即当叶轮进口直径Dj为98mm，出口宽度b2为14mm，叶片出口角β2为32°，叶片数Z为6时，可获得最大效率值。
对于汽蚀(蒸汽体积分数)作为评价指标，分析结果如见表7：
表7各参数对汽蚀影响数据
Figure BDA0002907426020000102
由表4可知，根据汽蚀破坏最小(蒸汽体积分数最小)的评价指标，可得到衬塑泵的最佳结构参数组合为A2B5C5D3，即当叶轮进口直径Dj为86mm，出口宽度b2为14mm，叶片出口角β2为34°，叶片数Z为6时，蒸汽体积分数最小，即汽蚀破坏最小。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种离心泵结构参数的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、对离心泵的过流部件进行水力设计，建立三维模型，进行内部流场数值模拟，提出离心泵的效率和汽蚀性能两个性能评价指标(其中，以泵的蒸汽体积分数来表示汽蚀程度，蒸汽体积分数越大，汽蚀越严重)。
步骤二、设计正交实验方法，对结构参数进行基于CFD的数值模拟分析，通过正交实验优化离心泵的结构参数，利用极差分析法对该模拟的结果进行数据处理，从而得出效率和汽蚀性能综合最优的结构参数组合。
2.根据权利要求1所述的一种离心泵结构参数的优化方法，其特征在于：所述本文采用的是CFturbo10.0，根据衬塑泵水力设计得到的叶轮和蜗壳相关参对叶轮和蜗壳流体域进行三维建模。
根据水力设计得到的蜗壳相关参数应用CEtrbo对蜗壳进行了三维建模，为了避免进出口速度梯度扩散对计算结果有较大影响，对蜗壳出口进行了适当延长。
采用PumpLinx软件对衬塑泵内部流场进行模拟，在CFturbo工具栏中选择Export，将在CFturtbo中建立的衬塑泵流体域三维模型导入到PumpLinx中。
将叶轮和蜗壳导入PumpLinx中后，需要在叶轮入口处建立-个入口段，并对入口段、叶轮和蜗壳进行网格划分，因入口段的出口面和叶轮入口面，以及叶轮出口面和蜗壳入口面之间的数据在模拟过程中有交互，所以需要建立两个交互面并以此交互模拟过程中的数据。
完成衬塑泵网格划分及交互面设置后需设置边界条件，对转速、流速、进口压力等设置按照衬塑泵给定条件及计算参数进行设置。
3.根据权利要求1所述的一种离心泵结构参数的优化方法，其特征在于：所述采用正交试验法，选取叶轮进口直径、出口宽带、叶片出口角以及叶片数作为正交实验的四个因素，且每个因素为五个水平，以离心泵的效率和汽蚀性能(蒸汽体积分数)作为评价指标。
4.根据权利要求1所述的一种离心泵结构参数的优化方法，其特征在于：所述通过Pumplinx软件对实验数据进行模拟仿真，采用极差分析法对仿真结果进行处理，得到效率和汽蚀性能最优的结构参数组合。
5.根据权利要求1所述的一种离心泵结构参数的优化方法，其特征在于：所述前盖板(1)设置有后盖板(2)、叶片(3)、叶槽(4)、吸水口(5)、轮毂(6)和泵轴(7)，且前盖板(1)的外端固定连接有后盖板(2)，并且前盖板(1)和后盖板(2)的内侧固定连接有叶片(3)，同时前盖板(1)和后盖板(2)的内侧开设有叶槽(4)和吸水口(5)，并且前盖板(1)和后盖板(2)的中端设置有轮毂(6)和泵轴(7)，同时叶片(3)和叶槽(4)呈圆弧状结构。
CN202110075379.2A 2021-01-20 2021-01-20 一种离心泵结构参数的优化方法 Pending CN112761969A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110075379.2A CN112761969A (zh) 2021-01-20 2021-01-20 一种离心泵结构参数的优化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110075379.2A CN112761969A (zh) 2021-01-20 2021-01-20 一种离心泵结构参数的优化方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112761969A true CN112761969A (zh) 2021-05-07

Family

ID=75703543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110075379.2A Pending CN112761969A (zh) 2021-01-20 2021-01-20 一种离心泵结构参数的优化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112761969A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114925481A (zh) * 2022-06-30 2022-08-19 江苏大学 一种基于能效指标的水力模型库离心泵性能提升方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101956711A (zh) * 2010-10-27 2011-01-26 江苏大学 一种基于cfd的离心泵多工况水力优化方法
CN103994105A (zh) * 2014-04-29 2014-08-20 江苏大学 一种低汽蚀无过载离心泵的叶轮水力设计方法
CN105201901A (zh) * 2015-10-19 2015-12-30 江苏大学 基于流固耦合计算的离心泵叶轮水力及结构设计方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101956711A (zh) * 2010-10-27 2011-01-26 江苏大学 一种基于cfd的离心泵多工况水力优化方法
CN103994105A (zh) * 2014-04-29 2014-08-20 江苏大学 一种低汽蚀无过载离心泵的叶轮水力设计方法
CN105201901A (zh) * 2015-10-19 2015-12-30 江苏大学 基于流固耦合计算的离心泵叶轮水力及结构设计方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
徐彬雪等: "基于CFturbo-PumpLinx的离心泵流场模拟与结构优化", 《蚌埠学院学报》 *
马飞红等: "基于CFD的离心泵结构参数优化", 《重庆文理学院学报(社会科学版)》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114925481A (zh) * 2022-06-30 2022-08-19 江苏大学 一种基于能效指标的水力模型库离心泵性能提升方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107693868B (zh) 心脏泵叶轮设计方法和叶轮
Lee et al. Impeller design of a centrifugal fan with blade optimization
CN109598081B (zh) 基于数据降维及多二维流面的径流式透平气动优化方法
CN110909422B (zh) 一种离心泵叶轮高效工况区范围的预测及优化方法
KR101679186B1 (ko) 원심 및 사류 펌프 임펠러 최적화 설계 방법, 이에 의하여 설계된 원심 및 사류 펌프 임펠러 및 원심 및 사류 펌프
CN105156360B (zh) 一种多级离心泵流道式导叶多工况水力优化方法
CN106382253B (zh) 流量系数0.02管线压缩机模型级及叶轮设计方法
CN110617238B (zh) 一种离心泵叶轮的优化设计方法
Wang et al. Effect of the tip clearance variation on the performance of a centrifugal compressor with considering impeller deformation
CN103195757A (zh) 一种结合附面层抽吸的对转压气机气动设计方法
CN111046504B (zh) 一种适用于仿生叶片泵几何参数的低噪声优化方法
CN113898607B (zh) 叶轮机械的叶片相贯线、叶片的设计方法及叶轮机械的叶片
CN112761969A (zh) 一种离心泵结构参数的优化方法
CN103883555A (zh) 混流式双吸泵叶轮水力设计方法
KR101808076B1 (ko) 효율 및 흡입성능을 동시에 최적화하는 원심 및 사류 펌프 임펠러 최적화 설계 방법, 이에 의하여 설계된 원심 및 사류 펌프 임펠러 및 원심 및 사류 펌프
CN202348525U (zh) 一种轴流转桨式水轮机
Mohammadi et al. Analysis of effect of impeller geometry including blade outlet angle on the performance of multi-pressure pumps: Simulation and experiment
CN114692338B (zh) 一种低温离心泵空化和效率综合优化设计方法
CN113361028B (zh) 一种蜗壳二维设计方法
Ju et al. Effect of blade shape on hydraulic performance and vortex structure of vortex pumps
CN111677689A (zh) 一种减振降噪的混流泵或轴流泵的设计方法
CN110985435A (zh) 一种抑制混流泵叶片空化的装置
CN106050730B (zh) 一种叶片泵及用于叶片泵的叶轮叶片
CN212508963U (zh) 一种混流泵或轴流泵
CN110046420A (zh) 一种用于确定斜轴泵在不同叶片角度下飞逸转速的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210507