一种修削离心泵叶轮盖板的优化设计方法技术

本发明专利技术属于离心泵研究领域的一种修削离心泵叶轮盖板的优化设计方法，包括以下步骤：选取离心泵叶轮盖板的修削参数，并确定修削参数的设计范围，采用最优拉丁超立方试验设计方法，得到不同的设计方案；对各个方案进行模拟得到外特性和流动诱导噪声，通过响应面模型建立修削参数与诱导噪声、外特性之间的函数关系，并应用遗传算法进行求解，从而得到最优的优化设计参数，在不剧烈影响离心泵外特性的前提下，通过修削叶轮前后盖板，增大叶轮出口面积，从而减小叶轮出口的轴面速度，减小蜗壳隔舌处的压力脉动及流动不稳定性，达到减振降噪的目的。

Optimization design method for repairing centrifugal pump impeller cover plate

A trim cover of centrifugal pump impeller optimization design method of the invention belongs to the field of centrifugal pump, which comprises the following steps: selecting the cover of centrifugal pump impeller trimming parameters, and determine the repair design range of machining parameters, the design method of optimal Latin hypercube experiment, obtained different design schemes is simulated to obtain noise induced; the external characteristic and flow of each plan by trimming model parameters and noise induced, characteristics of the functional relationship between the response, and the application of genetic algorithm to solve the problem, then the optimal optimal design parameters, without severe effects outside the characteristics of centrifugal pumps, by trimming the front and back cover of impeller, increasing the impeller outlet the surface area, thereby reducing the speed of the shaft of the impeller outlet pressure pulsation and flow decreasing volute tongue instability, reduce vibration and noise Purpose.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于离心泵研究领域，具体涉及一种修削离心泵叶轮盖板的优化设计方法。
技术介绍
泵是流体输送系统的“心脏”，广泛应用于国民经济各部门以及舰船、潜艇、航空航天等尖端
，其运行过程中常伴有强烈的振动噪声。离心泵的噪声主要分为机械噪声和流动诱导噪声，随着制造工艺水平的提高，机械噪声逐渐得以控制，泵内流动诱导噪声成为主要的噪声类型。按照发声机理，流动诱导噪声主要由流场内部的非定常流动引起，包括空化、运动流体与固体边界的耦合、流体间的相互干涉以及流体内部的不稳定流动等。此外，工作介质从叶轮中高速流出，并撞击隔舌，造成剧烈的压力脉动，这种动静干涉作用是泵内部不稳定流动的主要原因。传统的设计方法只注重离心泵的效率、成本和寿命，而对离心泵的低振动低噪声设计不够重视，离心泵产生的噪声严重影响着工作环境及整体性能。因此，改造既有的离心泵，或者重新改进设计图纸，达到降噪减振的目的，从而提升离心泵的整体性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题提供一种修削离心泵叶轮盖板的优化设计方法，在不剧烈影响离心泵外特性的前提下，通过修削叶轮前盖板和后盖板，增大叶轮出口面积，从而减小叶轮出口的轴面速度，减小蜗壳隔舌处的压力脉动及流动不稳定性，达到减振降噪的目的。本专利技术的技术方案是：一种修削离心泵叶轮盖板的优化设计方法，包括以下步骤：S1、选取离心泵叶轮盖板的修削参数，并确定修削参数的设计范围，设计多组修削方案；S2、对各组方案的叶轮流域进行三维建模，划分网格并与原始压水室流体域网格进行装配，采用软件进行定常和非定常计算，定常计算得到各个方案的外特性；S3、提取各组方案压水室固体域结构与流体域交界面上的压力时域波动，并加载到软件中，在软件中分别模拟压水室固体域结构在压力脉动作用下的振动位移响应和压水室固体域结构的模态，最后在软件中模拟得到各组方案的流体诱导噪声；S4、采用近似模型建立修削参数与诱导噪声、外特性之间的函数关系，应用优化算法求解这个近似模型，最终得到优化的修削设计参数。上述方案中，所述步骤S1中采用最优拉丁超立方试验设计方法设计20～200组修削方案，在计算资源及设计周期允许的情况下，方案的数量应尽量多，这样更加精确的建立近似模型。上述方案中，所述步骤S2中采用ANSYS CFX软件进行进行定常和非定常计算。上述方案中，所述步骤S3中所述软件为LMS软件。上述方案中，所述步骤S4中近似模型采用响应面模型，能够准确有效的反应设计参数与目标参数之间的函数关系。上述方案中，所述步骤S4中优化算法采用遗传算法，能精确的求解模型最优解。上述方案中，离心泵叶轮盖板的修削参数中前盖板出口厚度为B1，后盖板出口厚度为B2，前盖板修削厚度为B3，后盖板修削厚度为B4，修削后的叶轮出口处的盖板厚度不小于2mm，即B1-B3≥2mm，B2-B4≥2mm。进一步的，前盖板修削直径为d1，后盖板修削直径为d2，叶轮出口外径为D2，且d1＝[0.5，1)D2，d2＝[0.5，1)D2。进一步的，从修削点到叶轮出口，其修削型线可采用直线或者圆弧，直线容易加工，圆弧可防止脱流损失产生。进一步的，所述修削型线采用圆弧，圆弧直径应大于或等于叶轮出口外径D2，这样可以防止严重脱流现象的发生。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术所述减小振动噪声的修削离心泵叶轮盖板的优化设计方法，通过修削叶轮前后盖板，减小叶轮出口的轴面速度，减弱了工作介质直接冲击隔舌而造成剧烈压力脉动的影响，流动趋于稳定，达到减振降噪的目的。附图说明图1为本专利技术一实施方式的修削离心泵叶轮盖板的优化设计方法的设计流程图；图2为本专利技术一实施方式的离心泵叶轮盖板修削示意图。图中：1、前盖板；2、后盖板。具体实施方式为了对专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本专利技术的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同或相似的部分。附图仅用于说明本专利技术，不代表本专利技术的实际结构和真实比例。图1所示为本专利技术所述修削离心泵叶轮盖板的优化设计方法的一种实施方式，所述修削离心泵叶轮盖板的优化设计方法包括以下步骤：S1、选取离心泵叶轮盖板的修削参数，并确定修削参数的设计范围，采用最优拉丁超立方试验设计方法设计20～200组修削方案；S2、对各组方案的叶轮流域进行三维建模，划分网格并与原始压水室流体域网格进行装配，采用ANSYS CFX软件进行定常和非定常计算，定常计算得到各个方案的外特性；S3、提取各组方案压水室固体域结构与流体域交界面上的压力时域波动，并加载到LMS软件中，在LMS软件中分别模拟压水室固体域结构在压力脉动作用下的振动位移响应和压水室固体域结构的模态，最后在LMS软件中模拟得到各组方案的流体诱导噪声；S4、采用响应面近似模型建立修削参数与诱导噪声、外特性之间的函数关系，应用采用遗传算法求解这个近似模型，优化目标是诱导噪声小、外特性满足设计要求，最终得到优化的修削设计参数。图2所示为离心泵叶轮盖板修削示意图，离心泵叶轮盖板的修削参数中前盖板1出口厚度为B1，后盖板2出口厚度为B2，前盖板修削厚度为B3，后盖板修削厚度为B4，为保证盖板强度，修削后的叶轮出口处的盖板厚度不小于2mm，即B1-B3≥2mm，B2-B4≥2mm。前盖板(1)修削直径为d1，后盖板(2)修削直径为d2，叶轮出口外径为D2，为保证从修削点到叶轮出口的过流断面面积能够缓慢、平顺过渡，防止发生脱流，前后盖板的修削直径应为叶轮外径D2的[0.5,1)，即d1＝[0.5，1)D2，d2＝[0.5，1)D2。从修削点到叶轮出口，其修削型线可采用直线或者圆弧。所述修削型线采用圆弧，圆弧直径应大于或等于叶轮出口外径D2。实施例：以一台低比转数离心泵IS50-32-160为例，泵的设计流量为6.3m3/h，泵叶轮出口外径D2＝160mm，设计扬程H＝8m，效率η＝65％，前盖板出口厚度等于后盖板出口厚度，即B1＝B2＝4mm。该泵在设计工况下工作时，产生了剧烈的振动噪声，因此采用本专利技术所述设计方法，进行改进，设计步骤如下：S1、选取前盖板修削厚度B3、后盖板修削厚度B4、前盖板修削直径d1、后盖板修削直径d2，并确定修削参数的设计范围，分别为(0，2]、(0，2]、[80，160)、[80，160)，采用最优拉丁超立方试验设计方法，得到25组设计方案；S2、对各组方案的叶轮流域进行三维建模，划分网格并与原始压水室流体域网格进行装配，采用ANSYS CFX进行定常和非定常计算，定常计算得到各个方案的外特性；S3、提取各组方案压水室固体域结构与流体域交界面上的压力时域波动，并加载到LMS软件中，LMS软件中分别模拟压水室固体域结构在压力脉动作用下的振动位移响应和压水室固体域结构的模态，最后在LMS中模拟得到各方案的流体诱导噪声；下表为各组方案的设计参数及模拟得到的外特性和流动诱导噪声。S4、采用响应面近似模型建立修削参数与诱导噪声、外特性之间的函数关系，应用遗传算法求解这个近似模型，优化目标是诱导噪声小、外特性满足设计要求，最终得到优化的修削设计参数为：前盖板修削厚度B3＝1.4mm，后盖板修削厚度B4＝0.8mm，前盖板修削直径d1＝115mm，后盖板修削直径d2＝85mm，扬程H＝8.6m，效率η＝68％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种修削离心泵叶轮盖板的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选取离心泵叶轮盖板的修削参数，并确定修削参数的设计范围，设计多组修削方案；S2、对各组方案的叶轮流域进行三维建模，划分网格并与原始压水室流体域网格进行装配，采用软件进行定常和非定常计算，定常计算得到各个方案的外特性；S3、提取各组方案压水室固体域结构与流体域交界面上的压力时域波动，并加载到软件中，在软件中分别模拟压水室固体域结构在压力脉动作用下的振动位移响应和压水室固体域结构的模态，最后在软件中模拟得到各组方案的流体诱导噪声；S4、采用近似模型建立修削参数与诱导噪声、外特性之间的函数关系，应用优化算法求解这个近似模型，最终得到优化的修削设计参数。

【技术特征摘要】
1.一种修削离心泵叶轮盖板的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选取离心泵叶轮盖板的修削参数，并确定修削参数的设计范围，设计多组修削方案；S2、对各组方案的叶轮流域进行三维建模，划分网格并与原始压水室流体域网格进行装配，采用软件进行定常和非定常计算，定常计算得到各个方案的外特性；S3、提取各组方案压水室固体域结构与流体域交界面上的压力时域波动，并加载到软件中，在软件中分别模拟压水室固体域结构在压力脉动作用下的振动位移响应和压水室固体域结构的模态，最后在软件中模拟得到各组方案的流体诱导噪声；S4、采用近似模型建立修削参数与诱导噪声、外特性之间的函数关系，应用优化算法求解这个近似模型，最终得到优化的修削设计参数。2.根据权利要求1所述的修削离心泵叶轮盖板的优化设计方法，其特征在于，所述步骤S1中采用最优拉丁超立方试验设计方法设计20～200组修削方案。3.根据权利要求1所述的修削离心泵叶轮盖板的优化设计方法，其特征在于，所述步骤S2中采用ANSYS CFX软件进行进行定常和非定常计算。4.根据权利要求1所述的修削离心泵叶轮盖板的优化设计方法，其特征在于，所述步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾延东，袁寿其，裴吉，张金凤，黄茜，王逸云，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32