离心泵叶轮轴面图的优化设计
离心泵叶轮轴面图的全自动CFD优化_王凯
采用 OLH 方法设计了 24 组方案，见表 2。
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
2 优化理论与方法
2.1 优化模型
离心泵叶轮轴面图水力优化问题的数学模型如下
求 x=[R0，R1，R2，T1，T2]T 使 ηh = ρ gQH / P → max
（1）
H = Δz + Poutlet − Pinlet ρg
（2）
P = N ⋅ 2πn 60
（3）
式中，x 为 5 维向量；ηh 为水力效率，%；H 为泵的扬程， m；Δz 为泵进、出口之间的位差，m；Pinlet 和 Poutlet 为泵 的进、出口总压，Pa，由 CFD 数值计算得到；P 为泵在 不考虑机械损失和容积损失的情况下的输入功率，W；N
37.91
94.52
72.66
13.39
34.43
96.61
72.83
12.70
37.22
94.17
73.01
15.65
38.26
97.65
图 3 软件集成框图 Fig.3 Impeller meridional shape
试验方案自动运行结束后，水力效率最高的那组方
第 10 期
王 凯等：离心泵叶轮轴面图的全自动 CFD 优化
41
案即为最优方案。 5）建立叶轮水力模型。 在优化得到的 R0、R1、R2、T1 和 T2 基础上，保持叶
片出口安放角、叶片数、包角、叶片厚度不变，采用泵 水力设计软件 PCAD 2010 对叶片进行设计，重新建立该 泵叶轮的水力模型，并对其进行 CFD 数值计算。
离心泵叶轮轴面图的优化设计
进行正交试验直观分析计算时，首先计算各因 素的水平总值。将第 i 列所安排因素的第 j 个水平
总值记为Tij 其值等于该因素在第 j 个水平所做的试
验（计算）结果之和。 例如第 1 个因素（R1)
第1 个水平总值为 T11 y1 y2 y3 y4 第2 个水平总值为 T12 y5 y6 y7 y8 第3 个水平总值为 T13 y9 y10 y11 y12 第4 个水平总值为 T14 y13 y14 y15 y16
素确定为 R1 、 R2 、 R3 、1 。
2.3 确定因素水平 因素所处的状态称为因素水平。因素水平的确
定往往受到一定的限制，相当于非线性规划中设计 变量的约素束条件，如:
前盖板型线小圆弧段BC 的半径 R1 的最小值受 叶轮铸造工艺的限制，通常 R1min 5 mm；而 R1 的最大值 R1max 0.5(D2 D j ) L2 。
Fpi f (Li ) 17.91Li 1661
离心泵叶轮轴面图的优化设计
于是可按式(4)确定评价指标 y F ,并设定
表 1 L16 (45) 正交试验直观分析计算表
试验号
因素1 R1 （mm）
因素2 R2 （mm）
因素3 R3 （mm）
因素4 L2 （mm）
因素5 α1 （°）
评价指标 y
前盖板型线中出口直线段DE与大圆弧段 CD
交点处至叶轮出口直径的距离 L2 的最小值取有实 际意义的 L2min 5 mm,其最大值应为
L2max 0.5(D2 D j ) R1
前盖板型线中出口直线段DE 与纵坐标的夹角
1 通常在 5°～8°范围，因此可得 1min 5 和 1max 8 。
满足精度要求,可终止计算。此时对应于该 y 值的
离心泵叶轮轴面图的全自动CFD优化
离心泵叶轮轴面图的全自动CFD优化王凯;刘厚林;袁寿其;吴贤芳;王勇【期刊名称】《农业工程学报》【年(卷),期】2011(027)010【摘要】叶轮轴面图设计的好坏直接影响离心泵的效率.以轴面图上的前盖板圆弧半径R0和R1、前盖板倾角T1、后盖板圆弧半径R2后盖板倾角T2等5个几何参数为自变量,以泵水力效率最大为目标,采用Isight集成Pro/E、Gambit和Fluent 等软件,实现了对离心泵叶轮轴面图进行CFD全自动优化.优化样本数据设计采用最优拉丁方试验设计方法确定.采用该方法对—比转数为84.8的离心泵进行优化.结果表明:优化后的扬程比优化前提高了4.85％,且优化后的水力效率从83.20％增加到84.51％,提高了1.31个百分点.因此,建立的叶轮轴面图全自动CFD优化方法是可行有效的,可为离心泵的水力优化设计提供参考.%The design of impeller meridional shape influences directly efficiency of centrifugal pumps. A hydraulic optimum design method of impeller meridional shape for centrifugal pumps was presented. The shroud radius Ro and Ri, shroud angle T1 hub arc radius R2 and hub angle T2 on the meridional shape were selected as the optimum variables and the maximum of hydraulic efficiency was chosen as the objective function. The Isight software was used to integrate Pro/E, Gambit and Fluent, and the CFD automatic optimization of impeller meridional shape was realized. Optimal Latin hypercube experimental design method was used to produce data samples. A centrifugal pump with special speed of 84.8 was optimized withthe method. The results show that the optimized head has increased by 4.85% than that of original design and the optimized hydraulic efficiency increases from 83.20% to 84.51% which improved 1.31 percentage points. Therefore, the automatic CFD optimum method of impeller meridional shape for centrifugal pumps is feasible and could provide a certain reference for optimum design of other pumps.【总页数】5页(P39-43)【作者】王凯;刘厚林;袁寿其;吴贤芳;王勇【作者单位】江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TH311【相关文献】1.离心泵叶轮轴面图的3点水力优化 [J], 王凯;刘厚林;袁寿其;吴贤芳;王勇2.离心泵叶轮轴面图的绘制 [J], 胡家顺;李翔;王敏辉;余猛3.离心泵叶轮轴面图的优化设计 [J], 王敏辉;余猛;胡家顺;李翔4.用流道中线法绘制离心泵叶轮轴面图的改进 [J], 胡家顺;沈飞;陈斌;余猛5.叶轮轴面图参数对离心泵性能的影响 [J], 马皓晨;王凯;吴贤芳;陈新响;周孝华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于离心泵参数优化设计及分析
基于离心泵参数优化设计及分析为了解决离心泵扬程短、功率小的问题，文章对离心泵的参数进行了优化分析，其中包括：离心叶轮CAD参数优化设计、内流参数优化设计以及响应曲面参数优化设计。
优化设计为得到高性能运行稳定的离心泵研发提供了保证，也将会创造不可估计的社会效益和经济效益。
标签：离心泵；优化设计；水断面；流体半径引言原有离心泵在设计结构上存有一定的缺陷因素，无论是在扬程方面还是在电机运行功率方面都难以达到实际要求。
而现有模式中通过对离心泵参数的优化设计，不但解决了扬程短、功率小的缺陷，而且在离心泵叶轮设计结构上也有了一定的突破，提高了设备的运行效率。
1 离心泵叶片设计优化近年来，国内针对离心泵叶片设计的研究有了一定的突破，其中针对叶片安放角、叶片数量以及叶片出口宽度等进行了优化设计分析，叶片安放角指的是叶轮叶片进口与出口之间的夹角，若出口与进口的夹角越大，运行时产生的流体压强便越大；设计优化过程中对叶片安放角采用极限最大值算法，数值取无穷大时，该极限值会趋于0；取0时，该极限值会趋于无穷大；取定某一值时，便会趋于一个特定的数值，该数值便为叶片安放角的角度，即。
叶片数的优化设计需要根据叶轮的半径进行制定，假设在模拟过程中，设定叶轮半径维数变量为n，则在优化设计过程中需要进行2n次的流场计算，才能得到较为合理的叶数值。
针对叶片出口宽度方面的优化设计，叶片宽度根据叶片包角和叶片数量进行选定，设定叶片的包角为&、比转数为ns、z为叶片数，一般包角&的取值在90-120°，比转数固定，根据参数代换便可求出叶片出口宽度。
这种方案在现如今离心泵优化设计中较为普遍，并取得了较好的试验成果。
2 离心泵参数优化设计2.1 离心叶轮CAD参数优化设计离心叶轮CAD设计采用的是三维模式，但是由于传统设定的设计参数较为复杂，所以给叶轮流动结构的设计加大了难度。
如图1所示，在叶轮流体半径设计中，通过改变外侧半径Rc以及流道中线的长度增大离心叶轮过水断面的面积F，但是随着长度L的增加，该面积便会趋于一定峰值。
离心泵叶轮与蜗壳设计几何参数的优化研究
离心泵叶轮与蜗壳设计几何参数的优化研究离心泵是一种常用的流体机械设备，广泛应用于工业生产和民用领域。
其工作原理是通过离心力将液体推向出口，实现流体输送的目的。
离心泵的性能直接受到叶轮和蜗壳的设计参数的影响，因此对这些几何参数进行优化研究，可以改善离心泵的工作效率和节能性能。
叶轮是离心泵的核心部件，其结构形式多样，包括正向叶轮、背靠背叶轮和双吸入流通道叶轮等。
在进行叶轮设计时，需要考虑叶轮的轴长、轴功率、进口直径和出口直径等参数。
叶轮的直径越大，对应的扬程和流量也会增加，但是叶轮过大会导致泵的体积增大，造成不必要的浪费。
轴功率则与流量和工作压力有关，合理控制轴功率可以提高泵的工作效率。
另外，在叶轮的设计中，还需要考虑叶片的形状、数量和间隙等因素。
叶片的形状通常遵循空气动力学原理，采用弯曲或弯折形式，以减小流体在泵内的速度和压力变化，并提高泵的稳定性。
蜗壳是离心泵的另一个重要部件，其作用是引导进入泵的液体流向叶轮，并将离心泵的压力能转化为流体动能。
蜗壳的几何参数包括进口直径、出口直径、蜗舌角度和蜗舌长度等。
进口直径和出口直径是决定流量和扬程的关键参数，通常根据泵的设计工况和流体性质来确定。
蜗壳的设计还需要考虑蜗舌角度和蜗舌长度，这两个参数对泵的效率和稳定性影响较大。
蜗舌角度越小，流体在蜗壳内的速度变化越小，从而减小能量损失；而蜗舌长度越长，流体在蜗壳内的速度变化越平缓，减少压力波动和振动。
离心泵叶轮与蜗壳的几何参数优化研究的目标是找到一组最佳参数组合，使得离心泵在给定的工况下能够实现最大的效率和能量转换。
该研究可以通过理论计算、数值模拟和实验测试等方法进行。
对于叶轮的优化研究，可以通过设计不同形状和数量的叶片，采用数值模拟方法进行性能评估，并通过实际测试验证。
对于蜗壳的优化研究，可以通过调整进出口直径和蜗舌角度等参数，采用CFD模拟方法进行性能预测，并通过试验验证。
在离心泵叶轮与蜗壳设计几何参数的优化研究中，需要考虑的因素很多，如流体性质、工况参数、材料选择等，且不同泵的要求和工况也存在差异。
基于ANSYS的离心泵叶轮优化设计
Ｑ
ｃ ． ＞９ ０。
Ｑ
图 ２ 叶片 出口角 对 泵性 能 的影响
１ ２ 叶轮 出 口宽 度 ｂ ． ：的影 响 叶轮 出 口宽 度 ｂ 对泵 性能 曲线 的影 响如 图 ３
不低的。在机械损失 中， 轴承和密封损失功率所 占比重不大 ， 而且泵的比转数越低 ， 其轴承和密封 损失越小 。目前圆盘摩擦损失 Ⅳ 常采用下式估
（ 试验 室为 Ｂ级 ） 图 １所 示 。 由图 １可 以看 如
泵 的特性曲线的差别是液体在泵 内不同运动 状态的外部表现形式 ， 而运动状 态是 由泵过流部 件的几何形状决定的。下面就叶轮出口几何参数 对泵特性曲线及效率 的影响进行分析。
１ １ 叶片 出 口角 Ｊ ． Ｂ ２的影 响 叶片 出 口角 对 泵 性 能 曲线 的 影 响 如 图 ２
化设计 。结果表 明， 优化后叶轮 的圆盘摩擦损 失有较为显著的下 降， 泵的效率有所提 高。
关 键 词 离 心 泵 中图分类号 叶轮 优 化 设 计 文献标识码 Ａ 文章编 号 ０ ５ －０４ ２ １ ） ２０ ６ －５ ２ ４６ ９ （ ０ ０ ０ －１５０ Ｔ ０ １２ Ｑ ５．１
图 １ Ｌ ５ ．６ Ｂ ０ １ ０型 离心泵原 设 计泵性 能 试验 曲线
离心泵效率为 目标 的叶轮优化设计数学模 型， 对 Ｌ ５ －６ 离心 泵 的 叶 轮 直 径 和 出 口几 何 参 数 Ｂ ０１０型 进行 了优化设计 ， 实现从静态分析向动态分析、 从
按 经验设 计 向优化 设计 的转变 。 １ 原 设计泵 性 能 曲线的 分析 Ｌ ５—６ Ｂ０１０型离 心 泵 原 设 计 泵 性 能 试 验 曲线
传统的离心泵设计方法是建立在一元理论和 相似理论基础上的模型换算法 和速度系数法 ， 速 度系数法和模型换算法实质上是相同的。目前国 内资料 大 多 基 于 Ｓｅｎｏ 早 期 统 计 结 果 … 。 国 ｔｐｎｆ
离心泵叶轮轴面图的3点水力优化
Ｗ ＡＮＧ ｉ Ｌ Ｕ ｕ ｉ ＹＵＡＮ ｈ ｕ ｉ Ｗ Ｕ ａ ｆ ｎ Ｗ ＡＮＧ ｎ Ｋａ ， Ｉ Ｈｏ ｌｎ， Ｓ ｏｑ， Ｘｉｎ ａ ｇ， Ｙｏ ｇ
（ ｅｅ ｒｈＣ ｎｅ ｌｉ Ｍａｈｎ ｒ Ｅ ｇｎ ｅ ｎ ｎ ｅ ｈ ｏ ｇ ， ｉ ｇｕ Ｕ ｉ ｒ ｔ ， ｈ ｎｉ ｇ２ ２ １ ， ｈ ａ Ｒ ｓａｃ ｅ ｔｒ ｆ ｕ ｃ ｉｅ ｎ ｉｅ ｒ ｇａ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｊ ｎ ｓ ｎ ｅｓ ｙ Ｚ ｅ ｊ ｎ １ ０ ３ Ｃ ｉ ） ｏＦ ｄ ｙ ｉ ｏ ａ ｖ ｉ ａ ｎ
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中图分类号 ：Ｈ １ 文献标 志码 ： 文章编号 ：０ ６７４ （０ ２ ０ －８４０ Ｔ ３１ Ａ １０ － ３ ２ １ ）７０ ３ －５ ０
Ｔｈｒ ｅ ｐ ｉ ｔ ｈ ｄ ａ ｌ ｐ ｉ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｍ ｐ ｌ ｒ ｅ － ｏ ｎ ｙ ｒ ｕ ｉ ｏ ｔｍ ｚ ｔｏ ｆ ｉ ｅ ｌ ｃ ｅ ｍ ｅ ｉ ｉ ｎ ｌｐ ａ ｅ ｆ ｒ ｃ ｎ ｒ ｆ ｇ ｌｐ ｍ ｐ ｒ ｄ ｏ ａ ｌ ｎ ｏ ｅ ｔ ｉｕ ａ ｕ ｓ
离心泵叶轮轴面图的优化设计
后 盖板 型线 圆弧段日Ｇ的半 径 尺 的最小值 和最 ，
第３ ２卷 第 ３期
２ １ 年 ６月 ０１
化 工装 备技 术
５ ３
离心泵 叶轮轴面 图的优化 设计
王敏 辉 余 猛 胡 家顺 李 翔
（ 中船重 工集 团七一二研究所 ） （ 武汉工程大学机 电工程学 院）
摘 要 在 叶 轮 轴 面投 影 图绘 制 方 法 的基 础 上 ，用正 交设 计 方 法 完成 对 流道 型 线进 行 反 复 检 验一 整 、修 改 的优化 ，以取得 较 为理 想 的叶轮 轴 面投 影 图。 调
Ｗａ ｇＭｉｈ ｉ ｎ ｎ ｕ ＹｕＭｅ ｇ ｎ ＨｕＪａｈ ｎ Ｌ Ｘｉ ｇ ｉｓ ｕ ｉ ａ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｓ ａ ｔ ｌ ｉｃ ｓ ｅ ｈ ｔ ｏ ｆ ｕ ｉ ｇ ｒ ｏ ｏ ａ ｄ ｓｇ ｏ ｃ ｎ ｕ ｔ ｉ ｒ ｃｅ ｄ ｓ ｕ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍｅｈ ｄ ｏ ｓ ｏ ｔ ｇ ｎ ｌ ｅ ｉ ｎ ｔ ｏ ｄ ｃ ｍｕ ｔ ｌ ｎ ｐ ｃｉ ｎ ， ｉ ｎ ｈ ｌｐｅ ｉｓ ｅ ｔ ｓ ｉ ｏ
到 最好 （ ）的试验 结果 。 优
０ 引 言
当正交设 计 用于 优化 计算 时 ，以上 所说 的 “ 试 验 ”就 是访 问 目标 函数 的一次计 算 。也 即用 正 交设 计进 行 优化 计算 时 ，可用 较少 的访 问 目标 函数 的计
算 次数 得到 最优 解 。 用 正交设 计 方法 进行 优化计 算 可归 结 为如 下过
ｐｏ ｉｇ ｔｏ ，ｏ ｃ ｉ ｅ ｈ ｔ ａ ｉ ｅｌ ｉ — ｌｎ ｒｊｃｄａ ｉｇ ｌｔｎ ｈ ｄｔ ａｈｅ ｅｏ ｉ ｌｍｐｌ ｒ ｘａ ｐａｅｐｏｅｔ ｒ ｎ． ｔ ｍｅ ｖｔ ｐｍ ｅａ ｌ ｗ
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。