适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法
专利汇可以提供适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种适用于不同进 水 锥管的轴流 泵 辐条 优化设计方法，包括步骤为：根据轴流泵辐条布置形式，构建辐条设计参数与进口锥管结构参数之间的几何关系；采用 正交 试验方法设计样本空间，基于CFD技术计算出样本点在典型工况下的目标响应值，并构建设计变量与目标变量之间的响应面近似模型；以各典型工况下扬程值为优化目标，根据辐条与进水锥管之间的几何关系确定约束条件，建立多目标优化模型；采用带罚函数的改进多目标粒子群 算法 优化多目标模型，并对求得的最优组合进行验证分析。本发明考虑辐条优化中进水锥管结构的影响，提供了一种更具普适性的辐条优化设计方法，用于指导实际生产与设计。，下面是适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法专利的具体信息内容。
1.一种适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，构建辐条与进水锥管之间的几何关系：辐条沿周向均匀布设在轴流泵的进水段中，根据辐条在进水段中的布设形式，构建辐条参数与进水段中进水锥管结构参数之间的几何关系；
步骤2，正交试验设计及数值计算，包括如下步骤：
步骤21，正交试验设计：在满足步骤1构建的辐条与进水锥管间几何关系的前提下，采用正交试验方法，设计关于辐条参数的样本空间；辐条参数样本空间中的每个样本点均对应一组辐条参数；
步骤22，目标响应值计算：基于CFD技术，对步骤21中的每个样本点，均计算其在若干种典型工况下的目标响应值，目标响应值也称为轴流泵扬程值；
步骤3，构建辐条与扬程近似模型：步骤21中每个样本点的辐条参数及对应的扬程值，构成一组数据样本；根据样本空间中所有组数据样本，构建每种典型工况下的辐条与扬程近似模型，并在CodeBlocks环境中采用C语言编写脚本文件求解每种典型工况下辐条与扬程近似模型中的二次函数系数；
步骤4，构建轴流泵辐条多目标优化模型：以所选取的典型工况下扬程值均能达到较高值为优化目标，并将步骤1构建的辐条与进水锥管之间的几何关系作为约束条件，建立适用于不同进水锥管的轴流泵辐条多目标优化模型；
步骤5，采用带罚函数的改进多目标粒子群算法对步骤4构建的轴流泵辐条多目标优化模型进行寻优，并对求得的最优组合进行验证分析。
2.根据权利要求1所述的适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法，其特征在于：步骤1中，轴流泵的进水段包括进水锥管和位于进水锥管上游端的进口延伸段；辐条参数包括辐条头部距叶轮中心的轴向距离SJ、辐条全长LJ、辐条厚度DJ以及辐条个数NJ；进水锥管结构参数包括：锥管母线长LG、锥管母线与水平夹角αG以及锥管头部距叶轮中心的轴向距离SG；构建的辐条与进水锥管之间几何关系如下：
LJ＝LJZ+LJX (1)
式中，LJZ为辐条布设在进口延伸段的轴向长度，也称辐条直管长度；LJX为辐条布设在进水锥管中的轴向长度，也称辐条斜管长度。
3.根据权利要求2所述的适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法，其特征在于：步骤2中的正交试验设计时：将步骤21中的辐条参数作为优化目标变量，其中辐条参数包括辐条头部距叶轮中心的轴向距离SJ、辐条直管长度LJZ、辐条斜管长度LJX、辐条厚度DJ和辐条个数NJ；将步骤22中的轴流泵扬程值作为优化设计变量，再根据计算精度和时间确定每个因素水平数；最后根据正交试验设计规则，选取正交试验表Ln(qp)，其中n为试验方案总次数，也即样本空间中的样本点数；q为最多允许试验因素个数，P为每个因素水平数。
4.根据权利要求3所述的适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法，其特征在于：步骤22中的典型工况包括0.13QBEP、0.27QBEP、0.53QBEP；其中，QBEP为额定流量。
5.根据权利要求4所述的适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法，其特征在于：步骤22中，基于CFD技术计算目标响应值的具体方法为：采用Creo软件对轴流泵进行三维建模，导入ICEM软件进行结构化网格划分，并通过CFX软件结合Windows批处理文件，对
0.13QBEP、0.27QBEP、0.53QBEP三种典型工况下的正交试验设计方案进行定常数值模拟，得到相应的轴流泵扬程值。
6.根据权利要求4所述的适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法，其特征在于：步骤3中，选取Full Quadratic model作为辐条与扬程之间的近似模型，其公式为：
其中，a0、ai、aii和aij分别待定的二次函数系数，ε为误差，m表示设计变量个数，xi表示第i个设计变量，xj表示第j个设计变量，Yi(x)表示输出特性，即轴流泵扬程值。
7.根据权利要求4所述的适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法，其特征在于：步骤4中，构建的轴流泵辐条多目标优化模型，分为以下三种情况：
①当SJ≤(LG-LJ)cosαG+SG时，构建的轴流泵辐条多目标优化模型为：
Max{H0.13,H0.27,H0.53}
s.t.h1＝LJZ＝0
h2＝LJX-LJ＝0
g1＝SJ+LJcosαG-LGcosαG-SG≤0；
SJmin≤SJ≤SJmax；
LJmin≤LJ≤LJmax；
DJmin≤DJ≤DJmax；
NJmin≤NJ≤NJmax；
其中，H0.13为0.13QBEP典型工况下的扬程值；H0.27为0.27QBEP典型工况下的扬程值；H0.53为0.53QBEP典型工况下的扬程值；h1表示第一个等式约束；h2表示第二个等式约束；g1表示第一个不等式约束；
SJmin，LJmin，DJmin，NJmin分别为辐条头部距叶轮中心的轴向距离SJ、辐条长度LJ、辐条厚度DJ以及辐条个数NJ的下界；SJmax，LJmax，DJmax，NJmax分别为辐条头部距叶轮中心的轴向距离SJ、辐条长度LJ、辐条厚度DJ以及辐条个数NJ的上界；
②当(LG-LJ)cosαG+SG
s.t.
g1＝SJ-LGcosαG-SG-1≤0；
g2＝(LG-LJ)cosαG+SG-SJ+1≤0；
SJmin≤SJ≤SJmax；
LJmin≤LJ≤LJmax；
DJmin≤DJ≤DJmax；
NJmin≤NJ≤NJmax；
③当SJ≥LGcosαG+SG时，建立多目标优化模型为：
Max{H0.13,H0.27,H0.53}
s.t.h1＝LJZ-LJ＝0
h2＝LJx＝0
g1＝LGcosαG+SG-SJ≤0；
SJmin≤SJ≤SJmax；
LJmin≤LJ≤LJmax；
DJmin≤DJ≤DJmax；
NJmin≤NJ≤NJmax。
适用于不同进水锥管的轴流泵辐条优化设计方法
技术领域
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具体实施方式
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