一种可提高泵效率的离心叶轮几何参数优化设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种可提高泵效率的离心叶轮几何参数优化设计方法，它包括一个建立含效率迭代的离心叶轮几何参数的优化模型的步骤、一个计算泵在设计点容积效率ηv和机械效率ηm的步骤、一个叶轮几何参数优化过程中的效率迭代的步骤；叶轮两项损失之和能使h最小的β2值及对应的R2值就是设计的最终解。本发明提供了一种可有效提高离心泵效率的离心叶轮几何参数设计方法，在更大范围内改善了泵的性能，通过离心叶轮几何参数的效率迭代计算得到叶轮出口冲击损失和叶轮圆盘摩擦损失之和最小；编写计算机软件程序实现离心叶轮几何参数的精确计算，设计方便、速度快，且可有效提高离心叶轮的设计及制造精度，可适用于工业化设计和生产。
【专利说明】一种可提高泵效率的离心叶轮几何参数优化设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可提高泵效率的离心叶轮几何参数优化设计方法。
【背景技术】
[0002]离心泵是泵类主流产品，占有全国每年1000万余台生产泵的很大分额。据统计，国内每年发电量的20%用于拖动泵与风机。提高离心泵这类面广量大的产品性能和运行效率，对实现节能减排的宏观经济目标有特殊重要的意义。
[0003]泵的外特性，包括其各工况点下的效率，主要由叶轮、蜗壳等过流部件的水力设计所决定，先进的设计原理与方法是制造优秀产品的基础。在接受定货合同后，目前国内企业，包括中小型企业和大型企业，仍主要以下述两个方法完成叶轮、蜗壳水力设计的第一步以确定它们的全部几何参数:
[0004](I)相似换算法，寻求一个比转速与待设计产品相近的优秀模型，以相似定理进行换算，将原产品的相关几何尺寸缩放后得到待设计泵的有关几何尺寸。
[0005](2)速度系数法，根据待设计泵的比转速，由速度系数统计资料，即通过反映叶轮，蜗壳过流部件的几何尺寸与泵的比转速之间的统计关系，得到待设计泵的待求几何尺寸。
[0006]这两种方法都有设计周期短，计算量较小等优点，但它们的缺陷与不足也十分明显，越来越无法适应创新技术，无法提升企业及用户经济效益的目标和要求。
[0007]这两种传统方法实际都是对已有产品的模拟，尽管希望摸拟对象是优秀的，但这里的“优秀”本身就是一个模糊的概念。不同的客户对泵产品有不同的要求，有的要求泵在设计点的效率比较高，有的要求泵有较好的抗汽蚀性能以提高泵的可靠性，有的要求泵的最大轴功率最小化以降低电机成本，等等。每台泵都应针对客户的特殊要求进行设计，依赖现有产品资料进行的设计并不一定能满足客户的具体要求。模型是已有产品，速度系数资料则是对已有多台产品的总结和概括，它们一般都不包含最新的先进成果。这些方法实际不具有创新的设计理念与行为，不能推动企业的技术进步。最后，企业，特别是中小型企业，有时要找到一个特定的水力模型和合适的速度系数资料并不容易。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可有效提高离心泵泵效率的离心叶轮几何参数设计方法，在更大范围内改善泵的性能，通过离心叶轮几何参数的效率迭代计算得到叶轮出口冲击损失和叶轮圆盘摩擦损失之和最小；编写计算机软件程序实现离心叶轮几何参数的精确计算，设计方便、速度快，且可有效提高离心叶轮的设计及制造精度，适用于工业化设计和生产。
[0009]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0010]一种可提高泵效率的离心叶轮几何参数优化设计方法，它包括一个建立含效率迭代的离心叶轮几何参数的优化模型的步骤、一个计算泵在设计点容积效率nv和机械效率nffl的步骤、一个叶轮几何参数优化过程中的效率迭代的步骤；[0011](I)所述的建立含效率迭代的离心叶轮几何参数的优化模型的步骤包括:
[0012]SlOl:计算设计点的叶轮出口冲击损失hv，hv正比于叶轮出口水流的速度水头和
叶轮流量:
【权利要求】
1.一种可提高泵效率的离心叶轮几何參数优化设计方法，其特征在于:它包括ー个建立含效率迭代的离心叶轮几何參数的优化模型的步骤、一个计算泵在设计点容积效率nv和机械效率nm的步骤、一个叶轮几何參数优化过程中的效率迭代的步骤； (1)所述的建立含效率迭代的离心叶轮几何參数的优化模型的步骤包括: 5101:计算设计点的叶轮出ロ冲击损失hv, hv正比于叶轮出ロ水流的速度水头和叶轮流量:
2.根据权利要求1所述的一种可提高泵效率的离心叶轮几何参数优化设计方法，其特征在于:所述的叶轮出口宽度匕为:
当 Ns < 60 时，
3.根据权利要求1所述的一种可提高泵效率的离心叶轮几何参数优化设计方法，其特征在于:所述的叶轮叶片数z根据泵的比转速Ns确定，具体确定原则为: 泵的比转速Ns为20~30时，叶轮叶片数z取4 ;泵的比转速Ns为30~45时，叶轮叶片数z取5，泵的比转速Ns大于45时，叶轮叶片数z取6。
4.根据权利要求1所述的一种可提高泵效率的离心叶轮几何参数优化设计方法，其特征在于:所述的效率迭代的具体步骤为: 在三个分效率之积等于泵在设计点的给定效率n的前提下，任意给定nv、nffl> nh，按步骤(I)所述方法计算优化后的β2和R2的初始值，确定全部叶轮几何参数值；由叶轮的几何参数反算机械效率和容积效率，如果计算值恰好等于最初的假定值，说明最初的效率假定值正确，输出叶轮几何参数，计算结束； 如果机械效率和容积效率的计算值不等于最初的假定值，则开始第一轮迭代计算:不改变初定的容积效率值，而以初始计算中初定的机械效率和最后所得机械效率的平均定值作为新的机械效率，并按三个分效率之积等于总效率的原则重定新的水力效率，重新求解叶轮几何参数，在容积效率一定的条件下不断重复上述过程，直到最后一次的初定和最终机械效率相等为止； 这时容积效率一般并不收敛，即最后一次计算中容积效率的初值与终值不等，于是，也以平均值作为新的容积效率，始终保证机械效率不变，以三个分效率之积等于总效率的原则重定水力效率，再次计算叶轮几何参数，重复多次上述过程，直到容积效率收敛为止，第一轮迭代结束； 第一轮迭代结束 时，容积效率收敛，但机械效率的收敛性被破坏，于是进行后续迭代计算，直至最后一次计算叶轮几何参数的优化过程中，这两个分效率的初定值与几何参数决定的终值都相等，到此迭代计算结束，输出最后的叶轮几何参数。
【文档编号】F04D29/22GK103452900SQ201310429945
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】严敬, 周绪成 申请人:成都市永益泵业有限公司