離心泵優化設計
關注創建者：泵泵泵 創建時間：2017-05-30
離心泵優化設計的視頻教程
基于Pro/E的混凝土泵S閥擺搖機構優化設計
減小擺搖機構驅動到位時沖擊力的具體措施包括設計液壓缸緩沖裝置，減小擺搖機構驅動到位時的驅動力矩（在力不變的情況下，即減小終止力臂）。目前，液壓缸緩沖裝置在設計液壓缸時均已采用，因此減小終止力臂是實現終止力矩減小的首選。提高泵送連續性，就是縮短換向時間，在不改變液壓系統的條件下，關鍵因素是減小擺閥液壓缸的行程。
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離心泵優化設計的實例教程
06
◆ 小結
本文通過CFD仿真、元建模和貝葉斯推斷這一系統方法對葉輪形狀設計進行優化，優化后的泵的額定揚程提升了25%。該方法優勢在于通過貝葉斯優化，在設計空間中，對抽取的樣本進行序列更新。在有限的迭代次數后，使序列收斂到全局最優。使用高斯過程回歸器作為替代模型，在參數的容許空間上，提供了估計目標函數值的置信度優化器。有利于工程師研究不同因素對離心泵揚程和效率等結果的影響，得到更加準確的結果，指導對離心泵進行最優設計。
本文通過Simerics MP+軟件進行瞬態數值模擬，對優化設計的性能進行了詳細分析。研究得出以下幾點結論：
在最佳方案下，觀察到泵輸送性能提高了37%。葉輪半徑內的壓力分布得到了改善。
展開 吉林省宇琦泵業有限公司
摘 要：葉輪是影響離心泵性能的主要水力零件，涉及到人們關注的泵的整體能效和運行可靠性。本文從定性的角度、結合經驗及同行們的研究成果來簡要談一談如何通過優化離心泵的葉輪來改善泵的吸入性能和水力性能，僅供參考。
關鍵詞：離心泵 葉輪 優化 吸入性能 水力性能
引言
有朋友希望我談一談離心泵葉輪的優化設計。為此，首先必須要弄清楚優化的目的：改善吸入性能？提高泵的效率？調整Q-H曲線的上升幅度……其次再根據具體需要進行優化。
影響離心泵性能的主要水力零件是葉輪，另外，還包括與其配合的蝸殼/導葉等過流零件。其實，對于離心泵葉輪的優化設計，作者在微信公眾號《泵沙龍》里不少文章中都有部分涉及，如：《全面理解汽蝕及其對離心泵的影響》、《全面理解離心泵吸入比轉速》、《葉輪幾何參數對離心泵性能的影響》等等。
流體機械屬于一門半理論、半經驗的學科，還存在很多無法準確設計/模擬/預測的地方，例如不同結構、不同溫度、不同泵送介質下無法準確地模擬出流體真實的流態及其對泵性能的影響。因此，本文只能從定性的角度、結合經驗及同行們的研究成果來簡要談一談如何優化離心泵的葉輪來改善泵的吸入性能和水力性能。僅供參考。
改善吸入性能
經常會看到來自各種專家的期刊文章，介紹汽蝕所造成損傷的類型、原因和解決方案。然而，對于普通工程師和現場操作人員來說，汽蝕現象的診斷及避免/消除并不簡單，往往很難糾正。
葉輪葉片有兩種彎曲型式：前彎曲和后彎曲。由于后彎葉片葉輪在最大化動力、賦予流體高旋轉力及防止脫流方面更有效，因此離心泵通常均采用后彎曲葉片葉輪。
對于泵本體來說，泵的汽蝕行為和吸入性能在很大程度上受葉輪入口（eye處）的幾何形狀及面積的影響。
展開 這意味著隨著流速加大，泵的功率消耗在達到一個極限后趨于穩定。
離心泵設計優化研究
流體在渦輪機內的流動非常復雜，主要是因為三維結構帶來的湍流、二次流、不穩定等。
離心泵設計過程初期主要是基于經驗相關性，以及模型試驗與工程經驗的結合，但現在的設計要求對內部流動情況有詳細的了解。借助CFD的幫助，有望實現這一目標。
CFD仿真使離心泵內部流動的可視化成為可能，并為泵的水力模型設計提供了富有價值的信息。仿真結果被用來計算和預測離心泵的性能，從而取代了過去耗時而成本高昂的物理實驗，除了縮短整個設計周期外，還節省了大量工作。
項目概況
本案例研究采用了“用CFD仿真優化離心泵的設計”這個仿真項目作為模板。
展開 這意味著，隨著流量的增加，泵的功耗在達到極限之后將趨于穩定。
離心泵設計優化研究
渦輪機械中流動的復雜性主要是由于3D開發的結構涉及湍流、二次流、不穩定等。離心泵的設計過程最初基于經驗相關性、模型測試和工程經驗的結合。然而，如今的設計要求對內部流動有詳細的了解 -這在CFD的幫助下是可能的。
CFD模擬使離心泵內部的流動狀態可視化成為可能，并提供了有關泵的水力設計的寶貴信息。模擬結果用于計算和預測離心泵的性能，取代了過去漫長而昂貴的物理實驗。除了縮短整個設計周期外，還節省了大量的工作。
項目概況
在我們的案例研究中，我們將使用這個模擬項目作為模板：通過CFD模擬對離心泵設計進行優化。
該項目使用穩態多參考系（MRF）方法和k-ω SST湍流模型模擬了一臺典型的離心水泵。通過SIMPLE算法實現了壓力-速度耦合。MRF區域的旋轉速度為157.08 rad/s（1,500 rpm）。本項目研究了：1）出口葉片角和2）葉片數量對離心水泵性能的影響。使用SimScale對具有三個不同出口葉片角（即13、23和33度）和三個不同葉片數量（即6、8和10片）的葉輪的性能特性曲線以及局部和全局流量變量進行了數值預測。
所考慮的離心泵設計入口直徑為150 mm，出口直徑為151.5 mm，葉輪直徑為340 mm。域是使用SimScale平臺上的“快速十六進制網格”進行網格劃分的幾何體。
展開 前言
在處理渦輪機械時，例如壓縮機、螺旋槳或離心泵等，最輕微的設計變化往往會產生巨大的影響。根據機器的不同，即使是1% 的效率提高，也可以在機器的使用壽命內節省數千美元的成本。
渦輪機械在轉子和流體之間傳遞能量。通過這種方式，機械能被轉換為壓力或揚程。通常在渦輪機械設計中，工程師的主要目標是效率、可靠性、性能和延長使用壽命。粗略地說，機器應該在盡可能長的時間內盡可能好地運行、有效地回收盡可能多的能量，并且需要盡可能少的維護。雖然這些因素符合制造商、供應商和客戶的直接利益，但由于環境影響法規的收緊和人們對舒適度需求的增加，噪音污染或排放等其它考慮因素變得越來越重要。所有這些方面都需要在設計階段進行仔細評估。
案例：用CFD設計離心泵
作為渦輪機械的一個例子，本案例模擬了一種常見的泵類型 - 離心泵。這種類型的泵通過旋轉元件將機械旋轉能量轉換為流體中的能量。為了最大限度地提高效率，減少能量損失以確保離心泵利用盡可能多的動力至關重要。例如，由于摩擦或再循環（回流），可能會發生能量損失。計算流體動力學（CFD）可以以扭矩、軸向推力、壓降和域內任何點的流速的形式量化性能，以確定可以優化效率的區域。
圖1：離心泵設計的CFD分析
有許多設計方面會影響泵的效率，例如泵殼體，葉輪蓋板、葉輪葉片數量或葉片角度等。以葉輪為例，可以改變其尺寸，例如增加直徑，但這會增加其質量，從而導致更大的能量損失。
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引文格式：
劉澤輝，張松，屈一飛. 基于計算流體動力學仿真的離心式人工心臟泵葉片參數優化[J].工具技術,2021,55(10):51-57.
Liu Zehui，Zhang Song，Qu Yifei. Blade Parameter Optimization of Centrifugal
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