基于正交试验的轴流泵优化设计

导叶进行正交优化 ， 利用极差分析找到 影 响 流 道 式 导 叶 性 能 的
６］ 。 王秀礼 等 采 用 正 交 设 计 法 对 旋 流 泵 叶 轮 参 数 进 关键因素 ［
行优化设计wk.baidu.com， 通过数 值 计 算 结 果 的 极 差 分 析 ， 得出最优参数组
７］ 。 黄健勇等通过对正交试验方案 的 数 值 结 果 进 行 分 析 ， 得 合［ ８］ 。但以上正交 到了几何因素对 轴 流 泵 水 力 性 能 的 影 响 规 律 ［
， ； ， ， （ ２ １ ２ ０ １ ３， Ｊ ｉ ａ ｎ ｓ ｕ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｉ ａ ｎ Ｊ ｉ ａ ｎ ｓ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ Ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ Ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ １． ｇ ｊ ｇ ｇ ｙ ｇ ｇ ｙ ） ， ，Ｎ ２ １ １ １ ０ ６， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｏ ｆ Ａ ｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ａ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ Ｎ ａ ｎ ｉ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａ ｎ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ２． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｅ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｊ ｇ ｙ ｊ ｇ ｇ ｇ ｇ ｇ ｙ ： Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅ ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｏ ｆ Ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｏ ｗ ｕ ｍ ｓ ｉ ｓ ｄ ｏ ｎ ｅ ｂ ｕ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｏ ｎ ａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ．Ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｏ ｎ ａ ｌ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ － ｆ ｌ ｐ ｇ ｐ ｐ ｙ ｇ ｇ ｇ ｇ ， ， ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｗ ｏ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｓ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｕ ｉ ｄ ｅ ｖ ａ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ ｈ ｏ ｒ ｎ ｔ ｕ ｂ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ． ｇ ｐ ｇ Ｅ ａ ｃ ｈ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍ ｅ ｉ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ ． Ｏ ｔ ｉ ｍ ａ ｌ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ｂ ａ ｎ ａ ｌ ｚ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ａ ｓ ｔ ｏ ｆ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｓ ． Ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｐ ｙ ｙ ｇ ｐ ， ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｕ ｉ ｄ ｅ ｖ ａ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ ｈ ｏ ｒ ｎ ｔ ｕ ｂ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｒ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｂ ｒ ａ ｎ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｐ ｇ ｙ ｇ ｙ ｐ ｐ ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ａ ｃ ｏ ｍ ｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ． Ｔ ｈ ｅ ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ － ｐ ｙ ｐ ｐ ｐ ， ， ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｉ ｍ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ａ ｎ ｌ ｅ ° ｕ ｉ ｄ ｅ ｖ ａ ｎ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｄ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ ｈ ｏ ｒ ｎ ｔ ｕ ｂ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｏ ｆ ｉ ｍ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｄ ｉ ｍ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｎ ａ ｐ ｇ ｇ ｐ ｐ ψ＝０ ＤＬ／ Ｄ０ ＝１． ＨＬ／ Ｄ０ ＝０． ５ ６， ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｏ ｆ ｈ ｅ ｉ ｈ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｄ ｉ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ８ ２． Ｔ ｈ ｅ ｏ ｔ ｉ ｍ ａ ｌ ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｈ ｏ ｗ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｇ ｐ ｐ ｈ ｅ ａ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｆ ｌ ｏ ｗ ｏ ｉ ｎ ｔ ｉ ｓ ｈ ｉ ｈ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ｄ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｂ ６． １ ６％ ， ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｆ ｌ ｏ ｗ ｏ ｉ ｎ ｔ ｉ ｓ ｈ ｉ ｈ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ － ｐ ｇ ｇ ｙ ｙ ｐ ｇ ｐ ｒ ｉ ｂ ｅ ｄ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｂ ５． ０ ７％． Ｔ ｈ ｅ ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｏ ｗ ｕ ｍ ｈ ａ ｓ ａ ｎ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ａ ｒ ｅ ａ ． Ｉ ｔ ｄ ｅ ｍ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｕ ｒ ｏ ｓ ｅ ｉ ｓ ｒ ｅ ａ ｃ ｈ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｃ － ｆ ｌ ｙ ｐ ｐ ｐ ｐ ｐ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ ． ｇ ； ； ； ； ； ： Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｔ ｈ ｏ ｏ ｎ ａ ｌ ｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ； ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｏ ｗ ｕ ｍ ｏ ｔ ｉ ｍ ａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｉ ｍ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｕ ｉ ｄ ｅ ｖ ａ ｎ ｅ ｈ ｏ ｒ ｎ ｔ ｕ ｂ ｅ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｅ ｏ ｒ － ｆ ｌ ｄ ｉ ｙ ｇ ｐ ｐ ｐ ｐ ｇ ｐ ｇ 行稳定性提出了更 高 的 要 求 ， 对 轴 流 泵 进 行 优 化 设 计， 进一步 提高其效率成为目前亟须解决的问题 。 目前 ， 国内外对于轴流泵的优化设 计 采 用 最 准 确 的 方 法 是 模型试验 ， 在其优化 设 计 过 程 中 ， 需要对多个因素进行组合方 案的模型试验 ， 这将会耗费大量时 间 。 正 交 试 验 法 作 为 一 种 高 效处理多因素 优 化 设 计 的 方 法 ， 已被广泛应用于泵的优化设
对轴流泵进行正交试验法优化设计 ， 为了研究 叶 轮 、 导叶、 喇叭管对轴流泵性能的影响， 设计了一个三因素 摘 要 ： 二水平的正交方案 。 对每个方案进行试 验 测 试 ， 通过分析每个试验方案的性能曲线图， 得到了对于各个性能的最优方 案， 对各个方案的试验数据进行极差分析 ， 得到了轴流泵叶轮 、 导叶 、 喇叭管影响性能的主次顺序 。 通过分 析 与 比 较 得 出 最优参数组合 ， 即叶片角度 ψ＝０ 高 度 ＨＬ／ 的叶轮 ， 加导流锥的导叶体 ， 进口直径与叶轮直径比值为 ＤＬ／ ° ５ ６、 Ｄ０ ＝１． Ｄ０ ＝ 轴流泵 效率比规定值高出 ５． 最优组合方案在额定流量点扬程高于设计值 ６． ０． ０ ７％ ， ８ ２ 的喇叭管 。 试验结果表明 ， １ ６％ ， 的高效区较宽 ， 性能达到设计要求 。 正交试验 ； 轴流泵 ； 优化设计 ； 叶轮 ； 导叶体 ； 喇叭管 ； 导流锥 关键词 ： ３ １ １ 文献标识码 ： Ａ ＴＨ 中图分类号 ：
５］ 。周岭等对流道式 计， 有效解决了模型试验周期过 长 的 问 题 ［
０ 引 言
是一种高比转速泵型， 轴流泵具有低扬程 、 大流量的特 点 ， 因其结构简单和使 用 方 便 ， 广 泛 应 用 于 国 民 经 济 各 领 域， 如农 田灌溉 、 市政给排水 、 船舶推进等方面 ， 具有很大的应用价值和
１－４］ 。大量的市场需求对轴流泵的效率和运 广阔的市场前 景 ［
收稿日期 ： ０ ３ ２ ８ １ ４ ２ ０ － － ） ； 基金项目 ： 国家自然科学基金（ 江苏省自然科学基金科 ５ １ ３ ７ ９ ０ ９ １ ； 技项目资 助 （ 江苏高校优势学科建设工 ２ ０ １ ３ ０ ５ １ ６） Ｂ Ｋ 。 程资助项目 （ Ｐ Ａ） Ｐ Ｄ ， 作者简介 ： 邢树兵 （ 主要从事流体机械水力优化 男， 研究生 ， ８ ９ １ ９ －） ： ＿ 设计 。 Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｕ ｓ ｘ ｉ ｎ ＠１ ６ ３． ｃ ｏ ｍ。 ｊ ｇ
中国农村水利水电 ·２ １ ５ 年第 １ 期 ０
（ ） 文章编号 ： ２ ２ ０ １ ０ ５ ０ ７ ８ ４ ２ ０ １ ５ ０ １ ６ ７ １ ０ － － －
６ ７ １
基于正交试验的轴流泵优化设计
朱荣生１， 朱冬欣２， 龙 云１， 贺 博１， 曹 梁１ 邢树兵１，
（ ） 江苏大学流体机械工程技术研究中心 ， 镇江 ２ 南京航空航天大学能源与动力学院 ， 南京 ２ １． １ ２ ０ １ ３； ２． １ １ １ ０ ６
６ ８ １
基于正交试验的轴流泵优化设计 邢树兵 朱荣生 朱冬欣 等 素及每个因素的水 平 数 、 设 计 合 适 的 正 交 表、 列出试验方案及 试验结果 、 对正交试 验 设 计 结 果 进 行 极 差 分 析 及 回 归 分 析 、 确 定最优或较优因素水平组合 。 本文 对 于 轴 流 泵 水 力 性 能 优 化 ， 引入 ３ 个 影 响 因 素 ： 叶 轮、 导 叶、 喇 叭 管， 每个因素均取２个水 平， 根据正交法原则 选 取 ３ 因 素 ２ 水 平 进 行 计 算 因 素 水 平 表 ， 因素水平表如表 ２ 所示 。
Ａ ｘ ｆ ｌ ｉ ａ ｌ ｏ ｗ Ｐ ｕ ｍ Ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｏ ｎ ａ ｌ Ｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ － ｐ ｐ ｇ ｇ ｐ
１ １ ２ １ １ １ ， ， ， Ｚ Ｈ Ｚ Ｈ Ｌ Ｏ Ｈ Ｅ Ｂ Ｃ Ａ Ｘ Ｉ ｂ ｉ ｓ ｈ ｘ ｉ Ｎ Ｇ Ｓ ｈ ｕ ｎ Ｕ Ｒ ｏ ｎ ｅ ｎ Ｕ Ｄ ｏ ｎ ｎ Ｎ Ｇ Ｙ ｕ ｎ ｏ Ｏ Ｌ ｉ ａ ｎ － － － ｇ， ｇ ｇ， ｇ ｇ