本發(fā)明涉及到一類泵的優(yōu)化設(shè)計方法，尤其是一種雙蝸殼混流泵隔板的優(yōu)化設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

混流泵具有使用流量及揚程變化范圍大、高效區(qū)寬、運行穩(wěn)定等特點，目前廣泛應(yīng)用于農(nóng)田排灌、防澇排洪、水利工程、污水處理、電站冷卻系統(tǒng)等各個領(lǐng)域。其中雙蝸殼式混流泵不僅有混流泵原有的流量及揚程變化范圍大、高效區(qū)寬、運行穩(wěn)定等特點，同時可以減小葉輪徑向力，平衡軸向力，穩(wěn)定泵運行，提高混流泵的效率。

目前，在泵領(lǐng)域?qū)﹄p蝸殼泵的設(shè)計研究有一定進展，主要針對于離心泵，但對混流泵的隔板優(yōu)化設(shè)計相關(guān)內(nèi)容缺失，而雙蝸殼混流泵在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，因此對雙蝸殼混流泵隔板設(shè)計尤為重要。

對雙蝸殼混流泵的建模和分析的計算方法已經(jīng)比較成熟，概括起來主要分為以下幾步驟：三維建模，網(wǎng)格化分，cfx數(shù)值模擬。其中隔板起始位置是建立在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)之上，采用經(jīng)驗最優(yōu)位置。實際對于不同尺寸混流泵，最優(yōu)工況對應(yīng)的隔板起始位置不同。隨著雙蝸殼混流泵隔板起始位置的改變，混流泵內(nèi)部的流動特性、外部水力性能，以及混流泵的軸向力都會有較大改變。

雙蝸殼結(jié)構(gòu)可以使混流泵內(nèi)部流動更加對稱，減小流動引起的徑向力，使泵運行更加平穩(wěn)，但隔板的設(shè)計合理與否對泵的性能影響較大。因此對隔板的優(yōu)化設(shè)計尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

考慮到隔板的起始位置和厚度都會影響雙蝸殼混流泵的運行狀況，本發(fā)明的目的是提供一種雙蝸殼混流泵隔板的優(yōu)化設(shè)計方法，為雙蝸殼混流泵隔板設(shè)計提供依據(jù)，既保證原型泵的水力性能，同時提高優(yōu)化方案的揚程、效率等參數(shù)，有效平衡徑向力。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：1.一種雙蝸殼混流泵隔板的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，包括如下步驟：s1：根據(jù)提供的主要設(shè)計參數(shù)進行葉輪蝸殼的初始設(shè)計；s2：以蝸殼基圓最底處作為第六斷面，順時針每隔45°依次設(shè)置為第五斷面v、第四斷面iv、第三斷面iii、第二斷面ii和第一斷面i，逆時針方向每隔45°依次設(shè)置為第七斷面vii和第八端面viii，同時將蝸殼出口段隔舌位置設(shè)置為第九斷面ix，將蝸殼出口擴散段中間位置設(shè)置為第十?dāng)嗝鎥；以蝸殼隔舌處逆時針旋轉(zhuǎn)180°到第七斷面之間位置作為隔板始端取值位置；以第八斷面到第十?dāng)嗝孀鳛楦舭迥┒说娜≈捣段恢?，將隔板厚度定?mm-12mm作為第三個設(shè)計參數(shù)；s3：采用最優(yōu)拉丁超立方設(shè)計方法對隔板的三個設(shè)計參數(shù)進行多組方案設(shè)計；s4：將通過最優(yōu)拉丁超立方方法設(shè)計的多組方案進行三維建模，并將其導(dǎo)入網(wǎng)格軟件進行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格化分，再通過數(shù)值模擬軟件對其進行數(shù)值模擬計算，分析得出不同模型的揚程h、效率分布η，以及葉輪徑向力情況fr；s5：采用kriging模型建立目標(biāo)函數(shù)與輸入變量之間的近似函數(shù)關(guān)系，并應(yīng)用優(yōu)化算法對近似函數(shù)進行求解，通過多島遺傳算法，并運用r平方誤差分析方法對近似模型的可信程度進行分析，得到雙蝸殼混流泵隔板的三個最優(yōu)設(shè)計參數(shù)；s6：將雙蝸殼混流泵隔板起始位置之間采用對數(shù)螺旋線進行連接。

上述方案中，對數(shù)螺旋線上任意位置點的坐標(biāo)表示為其中α為液體流動方向與圓周方向的夾角；為任一點與隔舌位置的夾角；r為隔板距基圓中心的距離。

上述方案中，采用最優(yōu)拉丁超立方方法對隔板三個設(shè)計參數(shù)進行20組方案的設(shè)計。

本發(fā)明的有益效果是：(1)該設(shè)計的里面包含采用最優(yōu)拉丁超立方方法選取多種方案，保證選取參數(shù)點均勻分布于參數(shù)設(shè)計范圍內(nèi)。(2)采用kriging模型建立目標(biāo)函數(shù)與輸入變量之間的近似函數(shù)關(guān)系，并應(yīng)用優(yōu)化算法對近似函數(shù)進行求解。(3)通過多島遺傳算法，縮短計算周期和減小計算資源占用，快速高效的獲得最優(yōu)方案。(4)本發(fā)明采用的合理的雙蝸殼混流泵隔板設(shè)計，在既能優(yōu)化混流泵的水力性能的同時，又可以有效的平衡葉輪的徑向力，減小軸向力。(5)本發(fā)明為雙蝸殼混流泵的隔板設(shè)計提供了方法，可以有效減少數(shù)值計算資源及縮短優(yōu)化設(shè)計周期，達到設(shè)計生產(chǎn)目的。

附圖說明

圖1雙蝸殼混流泵構(gòu)圖

圖2隔板優(yōu)化設(shè)計流程圖

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步說明。

(1)如附圖1所示，以蝸殼基圓最底處作為第六斷面，順時針每隔45°依次設(shè)置為第五斷面v、第四斷面iv、第三斷面iii、第二斷面ii和第一斷面i，逆時針方向每隔45°依次設(shè)置為第七斷面vii和第八端面viii，同時將蝸殼出口段隔舌位置設(shè)置為第九斷面ix，將蝸殼出口擴散段中間位置設(shè)置為第十?dāng)嗝鎥；以蝸殼隔舌處逆時針旋轉(zhuǎn)180°到第七斷面之間位置作為隔板始端取值位置，本實施例中，逆時針旋轉(zhuǎn)的角度為α，以第八斷面到第十?dāng)嗝孀鳛楦舭迥┒说娜≈捣段恢?，本實施例中，以第八斷面位置為參考位置，順時針朝第十?dāng)嗝嫘D(zhuǎn)的角度為β；將隔板厚度定位8mm-12mm作為第三個優(yōu)化輸入量，厚度為d。

(2)采用最優(yōu)拉丁超立方設(shè)計方法對隔板的三個設(shè)計參數(shù)進行多組方案設(shè)計，最終形成最優(yōu)拉丁超立方設(shè)計的優(yōu)點在于讓所有的試驗設(shè)計點盡可能均布地分布在設(shè)計空間里，具有較好的空間均衡性。

(3)將通過最優(yōu)拉丁超立方方法設(shè)計的多組方案進行三維建模，并將其導(dǎo)入網(wǎng)格軟件進行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格化分，再通過數(shù)值模擬軟件對其進行數(shù)值模擬計算，分析得出不同模型的揚程h、效率分布η，以及葉輪徑向力情況fr。

本實施例根據(jù)最優(yōu)拉丁超立方方法對隔板三個設(shè)計參數(shù)進行了20組方案設(shè)計：

5)kriging模型由回歸模型和相關(guān)模型兩部分構(gòu)成，其中回歸模型為零階、一階或二階多項式擬合。相關(guān)模型為有高斯函數(shù)、線性函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等。設(shè)一個n維的設(shè)計變量x＝[x1…xn]t，響應(yīng)值y(x)＝[y1…yn]t，那么響應(yīng)值可以表示為：

y(x)＝f(x)+ε

f(x)＝αg(x)+h(x)

其中f(x)為近似函數(shù)，ε為近似值與響應(yīng)值之間的隨機誤差，通常服從(0,σ2)的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，σ2為標(biāo)準(zhǔn)差；g(x)為kriging模型中的回歸模型，α為回歸系數(shù)，h(x)為相關(guān)函數(shù)，本文中選取guassian函數(shù)為相關(guān)函數(shù)。

多島遺傳算法是在傳統(tǒng)遺傳算法的基礎(chǔ)又進行了改進，將每個種群分為幾個子群，即“島”，這個可以抑制傳統(tǒng)遺傳算法中的早熟現(xiàn)象，具有更優(yōu)良的全局求解能力和求解效率。子島數(shù)設(shè)為10，種群數(shù)為10，種群遺傳代數(shù)為50，交叉遺傳率為0.9。

采用kriging近似模型建立了效率、揚程、徑向力和3個輸入變量之間的近似模型，并應(yīng)用優(yōu)化算法對近似函數(shù)進行求解，通過多島遺傳算法，并運用r平方誤差分析方法對近似模型的可信程度進行分析，得到最優(yōu)方案如下。

6)雙蝸殼混流泵隔板起始位置之間采用對數(shù)螺旋線連接，螺旋線上任意位置點的坐標(biāo)可以表示為其中α為液體流動方向與圓周方向的夾角；為任一點與隔舌位置的夾角；r為隔板距基圓中心的距離。