基于ANSYS的离心泵叶轮优化设计
9-19型某离心通风机叶轮的ANSYS建模与应力分析毕业设计论文
2015 届毕业设计论文题目 9-19型某离心通风机叶轮的ANSYS建模与应力分析9-19某型离心通风机叶轮的ANSYS建模与应力分析ANSYS modeling and stress analysis of9-19centrifuge fan impeller学生姓名指导老师黄忠文摘要风机在各个行业的应用十分广泛，几乎涉及到国家发展生产的所有领域，而叶轮则是风机的关键部件。
整个风机的运作过程则是通过叶轮的机械转动，形成气压差，引起气流的定向流动，从而达到通风的效果。
由于风机应用广泛工作环境千变万化，对风机主要是叶轮的要求就进一步增强了。
一个合格的叶轮必须具有良好的综合性能，本文则尝试对9-19型某离心通风机叶轮的ANSYS建模与应力分析。
为了便于对离心通风机叶轮进行结构静力分析，进而对1-19型某离心通风机结构进行了合理的研讨，适当优化，本文建立了一个简单，合理，有效的叶轮有限元分析模型，对于离心机叶轮而言，真是结构相当复杂，本文中对各部件做了合理的简化，确定了叶轮的结构尺寸及各部分的材料常数，并应用于整体模型的建立中。
建立有限元模形式时，有限单元的选择非常重要，合式的单元不仅使建模，计算方便，而且能够更加真实的模拟结构的受力，变形情况，本文侧重对叶轮的建模与有限元分析，对模型进行了合理的简化，如螺栓省略了，模型一体化以及不计重力对叶轮的影响。
关键词：离心通风机叶轮ANSYS有限元AbstractFans are widely used in various industries, almost involves all areas of the national development and production, and the impeller is the key components of the fan.The whole operation process of the fan is through the rotation of the mechanical impeller, formation pressure difference, cause the directional flow of air flow, so as to achieve the effect of ventilation.Widely used because of the fan working environment, requirements for fan is mainly the impeller is further enhanced.A qualified impeller must have good comprehensive performance, this paper try to 9-19 ANSYS modeling and stress analysis of a centrifugal fan impeller.In order to carry out structural static analysis of centrifugal fan impeller, and a centrifugal fan in type 1-19 structure has carried on the rational discussion, appropriate optimization, this paper set up a simple, reasonable and effective finite element analysis model of impeller for the centrifugal impeller, it's structure is quite complicated, this article made a reasonable simplification, the components to determine the structure of the impeller size and material constant of each part, and applied to setting up the model of the whole.Establishing finite element model form, the choice of the finite element is very important, shaped unit not only make the modeling and calculation is convenient, but also more realistic simulation of the structure of the stress, deformation, this paper focuses on the modeling and finite element analysis of the impeller, to the reasonable simplified model, such as bolt is omitted, model integration, and regardless of the gravity effect on the impeller.Key words ：Centrifugal fan Impeller ANSYS Filet element目录摘要 (1)Abstract (2)目录 (3)第一章绪论 (5)1.1课题背景 (5)1.1.1行业现状 (5)1.1.2课题研究的意义 (6)第二章关于风机 (7)2.1 风机的应用 (7)2.2风机的构造与分类 (7)2.3 离心机的工作过程 (8)第三章9-19型离心通风机的三维图与平面图 (10)3.1 9-19型离心通风机平面图 (10)3.2 1-19型离心通风机叶轮三维图 (11)第四章9-19型某离心通风机叶轮的建模 (12)4.1 绘制上圆盘 (12)4.1.1 创建草图 (12)4.1.2 绘制草图 (12)4.1.3 旋转成体 (13)4.2绘制下圆盘 (13)4.2.1 创建草图 (13)4.2.2绘制草图 (13)4.2.3旋转成体 (14)4.3绘制叶片 (14)4.3.1 创建草图 (14)4.3.2 绘制草图 (15)4.3.3 拉伸成体 (15)4.3.4 布尔运算 (16)4.4 打孔与螺栓 (17)4.4.1 创建草图 (17)4.4.2 绘制草图 (17)4.4.3 打孔 (17)4.5 求和 (18)第五章叶轮的ANSYS有限元分析 (19)5.1 有限元的基本思想 (19)5.1.1 有限元结构分析的分析流程 (20)5.1.2 有限元法的优缺点 (21)第六章离心通风机叶轮的ANSYS分析 (22)6.1 UG叶轮模型导入到ANSYS (22)6.2 离心通风机叶轮的有限元分析 (23)6.2.1 设立工作目录、文件名、标题和分析模块 (23)6.2.2选择单元类型 (24)6.2.3 设置材料属性 (24)6.2.4划分网格 (24)6.2.5 施加约束 (25)6.2.6 施加荷载 (25)6.2.7 求解 (25)6.3 后处理 (26)6.3.1总位移云图 (26)6.3.2梅森应力图 (26)6.3.3应力强度 (27)6.3.4环向位移 (27)6.3.5环向应力 (28)6.3.6径向变形图 (29)6.3.7径向应力分布图 (29)第七章结论 (30)参考文献 (31)致谢 (32)第一章绪论1.1课题背景进入21世纪，现已成为世界第二大经济体的中国经济发展令世界倾慕。
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
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。
基于ANSYS的叶片泵有限元分析
在现代工程设计中通过有限元分析，工程师能够得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的 分析，从而可以解决很多实际工程中需要解决而理论分析又无法解决地复杂问题。本文笔者介绍了使用 ANSYS软件进行叶片泵有限元分析的完整过程，这为叶片泵的优化设计提供了依据。
基于ANSYS的叶片泵有限元分析
在液压传动与控制中使用最多的液压泵主要有齿 轮泵、叶片泵和柱塞泵三中类型。其中叶片泵是在近代 液压技术发展史上最早的一种液压泵。它与齿轮泵、柱 塞泵相比，叶片泵具有尺寸小、重量轻、流量均匀、噪 声低的突出优点。在各类液压泵中，叶片泵输出单位的 液压功率所需的重量几乎是最轻的。由于其结构比较简 单，价格也比柱塞泵低，而且也可以和齿轮泵相竞争。 与此同时，将叶片泵的噪声控制在65~68dB(A)以下的低 噪声水平是完全可能的，甚至可以更低。这也是齿轮泵 和柱塞泵所无法比拟的，但它也仍存在着结构复杂、吸 油能力差、对油液污染敏感等缺点。
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二、叶片泵的特性与工作原理
叶片泵的性能主要通过流量（或排量）、压力、 转速、驱动扭矩、效率、吸入性能等特性参数来表 示。此外，自上个世纪60年代以来，随着叶片泵向着 高压、高转速方面发展，噪声和使用寿命也成了衡量 叶片泵性能的重要指标。
叶片泵分为单作用叶片泵和双作用叶片泵，本文 笔者仅对双作用叶片泵进行有限元分析。双作用叶片 泵的工作原理如图1所示，转子10和定子9是同心的，
此外，对叶片泵泵体进行模态分析，从其模态变 形相对位移云图和相对位移应力图（图略）上可以看 出， 当激振力频率从4.209 Hz增加到5.728 Hz时，发 生的最大形变逐渐增加，激振力频率再增加到7.341Hz 时，发生的最大形变急剧下降。因此笔者可以确定， 共振发生在频率为5.728Hz附近，也就是说此叶片泵 的固有频率在5.728Hz附近，所以我们要避开这个频 率或者最大限度地减小对这个频率的激励，从而消除 过度振动和噪音，减少变形，以达到提高叶片泵使用 寿命的目的。
基于ANSYSWorkbench的离心泵叶轮强度分析
图6
离心力作用下的叶轮位移云图
2 ） 旋转载荷及流体压力载荷共同作用下叶轮
－3 的变形。 最大位移是 2. 45 × 10 mm， 部位靠近叶
如图 7 所示。 片出水边，
Hale Waihona Puke 图7加载流体压力后叶轮的位移云图
第6 期
贾宁宁， 等： 基于 ANSYS Workbench 的离心泵叶轮强度分析
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3. 3. 2
离心泵具有节能且生产率高的优点， 被广泛应 用。叶轮是离心泵最重要的工作元件之一 。叶轮的 性能取决于水力设计， 也与结构设计密切相关， 其可 靠性设计对整个离心泵的安全运行有着重要影响 ； 因此对离心泵叶轮在工作状态下的应力分析及变形 进行研究具有重要的应用价值。 理论计算、 应力应变测试及数值计算是对机械 设备的结构力学行为进行分析的 3 种方法。由于叶 轮结构复杂且作高速旋转运动， 理论计算和应力测 试相对困难， 以往主要依靠长期的经验积累进行设 计 。计算机技术的进步促进了数值计算方法的 ， 发展 有限元法（ FEM ） 逐渐成为辅助工程师进行产 ［2 ］ 品设计及分析的重要手段 。 本文应用有限元分析软件 ANSYS Workbench 对 离心泵叶轮进行流体流动和结构之间的单向耦合分
图2 叶轮与流动空间三维几何模型
pκ =
2
2. 1
叶轮内流体流动分析
计算区域
μ t μ i μ j μ i （ + ） ρ x j x i x j
（ 7）
C1 = 1. 44 ， C2 = 相关 系 数 取 值 分 别 为： C μ = 0. 09 ， 1. 92 ， σ κ = 1. 0 ， σ ε = 1. 3 。 2. 3 叶轮的流体计算及结果分析 利用 ANSYS Workbench 中的 Fluent 模块加载 流场网 格 模 型。 叶 轮 设 计 工 况 为： H = 16 m； n = 标 及无滑移壁面边界条件。 采用 N － S 控制方程、 SIMPLEC 算法、 QUICK 差分格式对叶 准 κ － ε 模型、 轮内旋转流场进行了三维流动计算 。 叶轮内流体压力分布如图 4 所示， 其最大压力 0. 157 MPa。
基于ANSYS的叶片泵的泵体的建模与模态分析
基于ANSYS的叶片泵的泵体的建模与模态分析【摘要】采用ANSYS有限元软件建立了叶片泵泵体的实体模型，并进行了模态分析，得到叶片泵泵体的固有频率和振型特征，分析了叶片泵的噪音频率范围，对叶片泵泵体结构参数进行了修改，使其固有频率远离叶片泵噪音频率范围，避免噪声的产生。
为叶片泵的进一步研究提供了参考依据。
【关键词】叶片泵；模态分析；泵体；噪音Modeling and modal analysis of pump body of vane pump based on FEMCHEN Hao（Hu Bei Ao Lin hydraulic Co Ltd Suizhou 441300 Hubei China）【Abstract】Entity model of pump body of vane pump and modal analysis were done by using ANSYS finite element software. Then the natural frequency and characteristics of mode types were gained. The range of noise frequency of vane pump was analyzed. The natural frequency of vane pump were out of the frequency range of noise by modifying the structure parameters of pump body. Noise was avoided. Reference basis for the further study on vane pump is provided.【Key words】Vane pump；Modal analysis；Pump body；Noise叶片泵是液压泵中的主要产品，比较其它液压泵如柱塞泵具有运转平稳，重量轻，体积小等优点，近年来在国内得到快速发展[1-4]。
双吸泵叶轮结构的广义优化设计
工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald91DOI：10.16660/ki.1674-098X.2020.10.091双吸泵叶轮结构的广义优化设计杨溢(沈阳鼓风机集团股份有限公司 辽宁沈阳 110869)摘 要：双吸离心泵具有流量大、扬程高、性能稳定等特点，且应用范围广泛。
但是吸离心泵又是一种高能耗设备，效率普遍不高，因此设计出高效率的双吸泵水力模型对于泵制造企业尤为重要。
对现有某S型双吸离心泵进行优化设计，基于Ansys Fluent软件，采用正交试验法对叶轮的出口宽度、出口安放角、叶片包角和叶片数进行改进，从而提高效率。
关键词：双吸离心泵 效率 叶轮 优化设计中图分类号：TH311 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)04(a)-0091-02双吸离心泵由于所配备的功率较大，是一种高耗能的设备，使用单位对其基本的要求是能够使用高效率的双吸泵，然而国内生产的双吸泵效率不高已经是普遍现象。
本文对现有某S型双吸泵离心泵进行优化设计，从而提高效率。
现有S型泵的扬程为44.5m，效率为78.9%，双吸泵的目标性能参数为流量Q=280m 3/h，扬程H=45m，转速n=2950 r/min，效率η=79.2%，功率P a =43.5 kW。
1 改进设计方案的确定叶轮是泵的核心部件，其结构设计影响着双吸泵的外部特性参数。
通过改变叶轮的结构参数，来达到提高扬程和效率的目的，具体影响因素如下：（1）叶轮出口宽度[1]。
适当增加宽度，有利于减少压水室的水力损失。
（2）叶片出口角[2]。
适当增加出口安放角，减小圆盘摩擦损失。
（3）叶片包角[3]。
增加包角能获得更好的水力性能。
（4）叶片数[4]。
较多的叶片数可以强有力地控制着过流流体。
叶轮的主要结构参数为叶轮出口宽度b 2=40mm，叶片出口角β2=29°，叶片包角φ=101°，叶片数Z=5。
基于组合优化策略的离心泵叶轮优化设计
!""#$%%%&%%’( )#$$&***+,#清华大学学报-自然科学版./012345678329-":2;0<:5.=*%%>年第(>卷第’期*%%>=?@A B(>=#@B’*+,+’C%%&C%+基于组合优化策略的离心泵叶轮优化设计肖若富=王正伟-清华大学热能工程系=北京$%%%D(.收稿日期E*%%’&%(&%C作者简介E肖若富-$F C>&.=男-汉.=浙江=博士后G通讯联系人E王正伟=副教授=H&I72A E J K J L I72A B M1234567B<N6B:3摘要E为了缩短水力机械的水力设计周期和提高设计效率!提出了一种水力机械全三维的优化设计体系!实现了叶片参数化设计"网格划分"#$%计算和后处理的过程全自动集成&采用了遗传算法’()*全局探索"响应面’+,-*近似建模和二次序列规划方法’,./*局部寻优的二阶组合优化策略!达到了高效优化设计水力机械叶轮的目的&利用该优化设计平台!以离心泵叶轮水力效率最大化为目标函数!以影响叶片形状的多个几何参数为设计变量!对离心泵叶轮进行了优化设计&优化设计后叶轮水力效率由原来的01203提高到14253&关键词E水力机械6水力设计6离心泵6优化中图分类号E0?$+>B$文献标识码E O 文章编号E$%%%&%%’(-*%%>.%’&%C%%&%(P Q R S T U V W X Y Z[W\[]Z Y^Q_[S U\U‘Y S U_R]Y a Q^ _RY b_\]U R Q^_[S U\U‘Y S U_Ra S T Y S Q X cd e f g h i j k i=lf m n o p q r s t q u-v Q[Y T S\Q R S_V w x Q T\Y Z y R X U R Q Q T U R X=w a U R X x W Y z R U{Q T a U S c=|Q U}U R X~!!!"#=P x U R Y.$]a S T Y b S E05<N<1243@%5&N’76A2:I7:523<’&J71I7N<I@’< <%%2:2<3M A&6123475&(’2N@)M2I2K7M2@3N<1243I<M5@N%@’+&* 5&N’76A2:’633<’1B05<I<M5@N23M<4’7M<1M5<I<154<3<’7M2@3= 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)6I)1@)M2I2K7M2@3常见的水力机械叶片设计方法有正命题方法和逆命题方法G正命题方法一般是对一给定叶片形状根据流场分析结果进行反复修正=以获得具有较好流动特性的叶片=而这个过程非常耗时=使得水力机械的水力设计周期较长=不利于新产品的开发G逆命题方法则是由给定叶片表面的压力或速度分布直接确定叶片形状=但该方法所需要的压力或速度分布地确定往往十分困难=该方法还较少地应用于实际工程中=仅限于理论上的研究G还有一类设计方法=称之为最优化方法=是通过最优化一个以叶片形状参数为变量的目标函数来实现叶片设计G近年来随着计算流体动力学-)+*.技术和优化技术的发展=已有较多成功利用优化技术进行各种叶轮机械优化设计的例子G文2$=*3中利用组合的优化策略实现了叶轮机械的叶栅基迭规律的优化1文2+=(3中利用了遗传算法实现了混流式水轮机叶轮的优化设计=文中对人工优化得到的转轮和利用优化技术得到的叶轮水力性能进行了比较=发现利用优化技术得到的叶轮将具有更好的水力性能G本文中将正命题方法的设计步骤=包括叶轮参数化设计4网格划分4)+*计算及其后处理=进行过程集成=利用组合优化策略=实现水力机械叶轮的自动优化设计G这种方法既可以利用传统正命题方法的优点=又节省了水力机械水力设计中大部分的人工反复修正的时间=把设计人员从繁重的重复的试探性工作中解脱出来G~叶轮参数化表示水力机械叶轮的参数化表示是优化设计的基础G在水力机械叶轮的基本尺寸确定后=水力机械叶轮的设计要确定的参数主要是子午型线及叶片形状G离心泵叶轮子午型线如图$所示=文中以5<K2<’曲线对离心泵叶轮子午型线进行表示=后盖板型线以’个控制点5<K2<’样条曲线表示=前盖板采用(个控制点5<K2<’样条曲线表示G只要通过改变控制点!"#!$#!%和!&就可以实现叶轮子午型线形状的变化’为了减少优化设计参数变量()个控制点的移动方向限制为*方向的移动’文中以$个流面+包括前盖板流面#中间流面及后盖板流面,作为基础流面进行计算’计算各流面上叶片的进口角和出口角(根据给定叶片安放角的变化规律和叶片厚度变化规律(对其进行积分得到各流面上的型线(生成叶片的三维形状’图-离心泵子午型线设计变量示意图.三维/01求解当优化样本确定后(需要对样本进行计算(得到样本的水力性能(即对离心泵内流进行234计算(这是整个优化过程中最为耗时的过程’不同的234求解器(湍流模型(网格尺度均影响计算的速度及准确度’在该环节中并不需要得到样本的非常准确的内流特性(而只是对样本进行比较’因此可以适当的降低求解精度(只要对所有的样本采用相似的网格以及同一湍流模型(得到的性能比较结果是可靠的’由于本文中计算工况为设计工况点(考虑到减少优化计算的时间(文中采用567方程湍流模型(对离心泵叶轮进行单流道的234定常计算’这样可以节省大量的234求解时间(提高优化的效率’8组合优化策略对于水力机械内部流场这种高度非线性的物理现象(文中采用遗传算法+9:,;<=全局搜索#响应面+>?@,;A=近似建模和二次序列规划方法+?B C,局部寻优的二阶组合优化策略来进行其叶轮的优化设计’首先(采用遗传算法对整个设计空间进行全局的探索D然后采用"阶响应面回归分析法对遗传算法得到的结果数据进行目标函数的近似建模D最后通过逐次二次序列规划方法在响应面近似模型上进行反复迭代局部寻优(直到逼近最优解’优化设计流程如图"所示’图.优化设计过程流程图E算例分析以离心泵叶轮水力设计为算例进行叶轮的优化设计’该离心泵叶轮进口边外径和内径分别为""F G G和<F G G(出口直径H"为)F F G G(出口宽度I"为$F G G(叶片数%个(转速J"F F K L G M N O J(设计流量F P"&G$Q R(单级设计扬程$F G’优化设计样本234计算时采用非结构化网格(在叶片表面采用棱柱状网格(流场其他部位采用四面体网格(单流道网格节点数为$万’JF%肖若富(等S基于组合优化策略的离心泵叶轮优化设计本文以初始设计的叶片作为优化设计的初始点!子午型线上以"#$"%$"&$"’在(方向上的变化值)(作为控制叶轮子午型线的设计变量!叶片的形状以三条流线上的叶片进出口角及进出口上的包角位置作为控制叶片形状的设计变量*优化设计中流量$扬程要求不变!设计变量设置为三个流面上的进口角+$叶片进口点位置,以及叶片进口位置线控制点"-.*设计变量共有--个*目标函数为叶轮水力效率/0*优化问题可以表示为123/04)(#!)(%!)(&!)(’!)(-.!)+-!)+#!)+%!),-!),#!),%5其中67#.8)(#8#.!7#.8)(%8#.!7#.8)(&8#.!798)(’89!7-.8)(#8-.!79:8)+-89:!79:8)+#89:!79:8)+%89:!7-.:8),-8-.:!7-.:8),#8-.:!7-.:8),%8-.:;为了减少计算量提高优化效率!分两步进行优化设计*第一步!在不改变叶片进口角和包角基础上!对子午型线进行优化设计<第二步!在优化得到子午型线的基础上!以叶片的进口位置控制点"-.$各流面上的进口角+以及叶片进口点位置,为设计变量!进行叶片形状的优化设计*图%及图=分别为优化前后离心泵叶片子午型线和叶片的三维形状比较图*为了详细分析优化前后!离心泵转轮内部的流态及水力损失!文中分别对初始设计的叶轮和优化设计后的叶轮进行单独的单流道>?@计算!其中采用了结构化六面体网格和A B C 湍流模型!其单流道网格节点数为-9万*图D 优化设计前后离心泵子午型线比较图E 优化前后离心泵叶片三维形状比较为了分析离心泵叶轮水力性能!定义压力系数F G 为F G H 4"7"I J K L M N 5O4P Q R5!4-5其中6"I J K L M N为叶轮进口平均压力!R 为叶轮扬程*图9为叶片前盖板流面上从叶片进口到出口的压力系数F G 分布图!图中S T 为从叶片进口到出口!量纲为-的长度*从图中可以看出6初始设计时!由于叶轮设计不当!叶片进口处存在负冲角!造成叶片压力面上存在一低压区<而优化后!叶片压力面上的低压区明显消失!这有利于该叶轮水力效率的提高和空化性能的改善*图U 前盖板流面上叶片表面压力系数V W 分布图X 为优化设计前后叶片背面的压力分布*从图中可以看出!优化设计后叶片背面的压力分布更加均匀<优化设计后叶片背面的最低压力比优化设计前有所提高!这有利于叶轮空化性能的提高<同时初始设计时存在的叶片进口负冲角而造成的叶片背面的高压区在优化设计后也消失了*图&为优化设计前后叶片背面附近流线分布图*优化设计后的叶片!由于受叶片背面弯曲的影响!靠近叶片背面的径向二次流以及在后盖板处与叶片背面附近的周向二次流!比叶片初始设计时更为明显*#.&清华大学学报4自然科学版5#..X !=X 495图!优化设计前后叶片背面压力系数"#分布图$优化设计前后叶片背面附近流线图综上所述%优化设计后叶片背面附近的二次流水力损失虽然增加%但叶片进口冲击损失明显下降%优化设计后叶轮水力效率由原来的&’(&)提高到’*(+)%而且叶片表面最低压力有所提高,这说明该优化设计是比较成功的,-结论本文利用过程集成和优化技术%提出了一种基于多种优化方法的组合优化策略的水力机械优化设计体系,该优化设计方法成功地实现了对叶片参数化设计.网格划分./01计算及后处理进行的过程集成%并利用多种优化技术实现了水力机械叶轮的全自动优化%并成功应用于离心泵叶轮的优化设计,分析表明%与传统的正命题方法相比%该优化设计方法节省了大量人工反复修正的时间%减少水力机械的水力设计周期%提高了设计效率2同时该优化设计体系还具有很好的可靠性及全局优化探索能力,参考文献3456575895:;<=>赖宇阳%袁新(基于遗传算法和逐次序列二次规划的叶栅基迭优化<?>(工程热物理学报%*@@A%B C DE*E+(F G H I J K L M N%I O G P Q R M(S T L U V W X L Y Z R M N[\X R]R^L X R_M‘L a V U_Mb G L M UW c deV X f_U a<?>(g h i j k l m h no k p q k r r j q k ps t r j u h v t w x q y x%*@@*%B C DE*E+(3R M/f R M V a V;<*>0J N T a L M N d%eL U a V M z([\X R]R^L X R_M]V X f_U{_|}R M U X J|‘R M V|_X_|a<?>(g h i j k l m h n~q k!o k p q k r r j q k p l k!"k!i x#j q l m$r j h!w k l u q y x%=’’’%%&D=’=*@’(<A>(_]L aF%d V U|V X X R/%/f R L\\L((G J X_]L X V UU V a R N M_{L0|L M Y R aX J|‘R M V|J M M V|J a R M NN T_‘L T_\X R]R^L X R_ML T N_|R X f]a<G>(d|_Y V V U R M N a_{X f V*=a X H G z)W K]\_a R J]_Mz K U|L J T R YeL Y f R M V|K L M U W K a X V]a</>(F L J a L M M V%W}R X^V|T L M U D*d0F+W(H+F ez%*@@*(A=E A*E(<+>W Y f R T T R M N)%(f J]W%)R V U V T P%V X L T(1V a R N M_\X R]R^L X R_M_{f K U|L J T R Y]L Y f R M V|K‘T L U V‘K]J T X RT V,V T/01-X V Y f M R.J V<G>(d|_Y V V U R M N a_{X f V*=a X H G z)W K]\_a R J]_Mz K U|L J T R YeL Y f R M V|K L M U W K a X V]a</>(F L J a L M M V%W}R X^V|T L M U D*d0F+W(H+F ez%*@@*(A*E A A=(<E>[‘L K L a f R W%(L Z L M L a f R W(b V M V X R Y_\X R]R^L X R_M a_{X L|N V X\|V a a J|V U R a X|R‘J X R_M a{_|R M,V|a V U V a R N M]V X f_U a<?>($"$$g h i j k l m%=’’’%/C D&&=&&’(<’>b L M N J T R)([\X R]J]U V a R N M_{|_X_|{_|T_},R‘|L X R_MJ a R M N L V|_V T L a X R Y L M L T K a R a L M U|V a\_M a V a J|{L Y V]V X f_U a<?>(g h i j k l m h n0h i k!l k!1q2j l#q h k%*@@*%B-%DA*3A A+(3上接第’’’页;参考文献3456575895:;<=>4K T R V*S%W X|V V X V|5F(0T J R U(|L M a R V M X a R MW K a X V]a<e>( *M N T V}__U/T R{{a%P?Dd|V M X R Y V z L T T%=’’A(<*>李辉%陈乃祥%樊红刚%等(具有明满交替流动的三峡右岸地下电站的动态仿真<?>(清华大学学报3自然科学版;% =’’’%/63==;D*’A=(F H z J R%/z*P P L R7R L M N%0G P z_M N N L M N%V X L T((|L M a R V M Xa R]J T L X R_M}R X f]R7V U{|V V-a J|{L Y V-\|V a a J|V{T_}{_||R N f X‘L M ZJ M U V|N|_J M Uf K U|_\_}V|a X L X R_M_{X f V(f|V Vb_|N V a <?>(gs x q k p t i l8k q930y q:s r y t;%=’’’%/63==;D*’A=( 3R M/f R M V a V;<A>李庆扬%关治%白峰杉(数值计算原理<e>(北京D清华大学出版社%*@@@(F H c R M N K L M N%b OG P;f R%S G H0V M N a f L M(d|R M Y R\T V_{P J]V|R Y L T/_]\J X L X R_M<e>(S V R<R M N D(a R M N f J LO M R,V|a R X K d|V a a%*@@@(3R M/f R M V a V;<+>都志辉(高性能计算并行编程技术==ed H并行程序设计<e>(北京D清华大学出版社%*@@=(1O;f R f J R(d L|L T T V T d|_N|L]_{z R N f d V|{_|]L M Y V /_]\J X L X R_M=d|_N|L]1V a R N M}R X f ed H<e>(S V R<R M N D(a R M N f J L O M R,V|a R X Kd|V a a%*@@=(3R M/f R M V a V;<E>樊红刚%陈乃祥(半开式串联电站系统过渡过程数值模拟<?>(水力发电学报%*@@*%3W=;D=3@=3E(0G P z_M N N L M N%/z*P P L R7R L M N((|L M a R V M Xa R]J T L X R_M_{ X f V\L|X_\V M R M NX L M U V]f K U|_V T V Y X|R Ya X L X R_M a K a X V]<?>(g h i j k l m h n>w!j h r m r y#j q yo k p q k r r j q k p%*@@*%3W=;D=3@=3E(3R M/f R M V a V;<’>樊红刚(复杂水力机械装置系统瞬变流计算研究<1>(北京D 清华大学%*@@A(0G P z_M N N L M N((|L M a R V M X0T_}/_]\J X L X R_M_{/_]\T V7 W K a X V]_{z K U|L J T R Y eL Y f R M V|K<1>(S V R<R M N D(a R M N f J L O M R,V|a R X K%*@@A(3R M/f R M V a V;A@3肖若富%等D基于组合优化策略的离心泵叶轮优化设计。
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离心泵是一种重要的流体机械设备，广泛应用于工业领域。
离心泵参数的优化设计和分析是提高离心泵性能和效率的重要途径。
本文将从离心泵的参数优化设计和分析两个方面来详细阐述。
一、离心泵参数优化设计离心泵参数优化设计是指在满足一定流量和扬程要求的基础上，通过改变离心泵的几何尺寸、叶轮参数和叶轮几何形状等来达到提高泵效的目的。
具体的优化设计步骤如下：1、确定设计要求和基本参数首先需要确定离心泵的设计流量、扬程和转速等基本参数，并考虑离心泵的使用环境、工作介质等要素，确定离心泵的设计要求。
2、分析流场和叶轮叶片的工作状态通过数值模拟或实验记录离心泵在不同转速下的流场变化，分析叶轮叶片的工作状态。
根据分析结果，确定离心泵的基本结构及叶轮形状等参数。
3、确定叶轮的几何尺寸和要素根据叶轮的工作状态和流场分析结果，确定叶轮的几何尺寸和要素，包括叶片数目、叶片倾斜角度、面积、进口和出口直径等。
4、进行叶轮优化设计根据叶轮的几何尺寸和要素，进行叶轮的优化设计，改进离心泵的水力性能和效率。
5、进行制造、组装和试验完成离心泵的制造、组装和试验，并进行性能测试，评估离心泵的实际效果。
二、离心泵参数分析离心泵参数分析是通过对离心泵的流道参数、叶轮参数、出口压力等参数进行分析，揭示离心泵性能和效率的原理和规律。
具体的参数分析内容如下：1、分析流道参数对流道的进口形状、出口形状、弯管半径等参数进行分析，以确定流道参数对离心泵性能的影响。
2、分析叶轮参数对叶轮叶片倾斜角度、叶轮面积、叶轮转速等参数进行分析，以确定叶轮参数对离心泵性能的影响。
3、分析出口压力对离心泵出口压力进行分析，以确定出口压力对离心泵性能和效率的影响。
4、分析效率曲线通过计算得出离心泵的效率曲线，以研究离心泵在不同扬程下的分析效率变化规律。
综上所述，离心泵参数优化设计和分析都是提高离心泵性能和效率的关键。
合理优化离心泵的参数，提高其性能和效率，有利于促进工业领域的发展。
基于ANSYS软件的离心风机叶轮有限元分析
775 850 1 600 160 85
20
35
10
采用 CREO 软件对离心风机叶轮进行三维建 模，三维模型见图 1 所示。
图 1 离心风机叶轮三维模型
收稿日期：2018-03-12 第一作者简介：李鹏飞（1986—），男，本科，2009 年毕业于内蒙 古科技大学过程装备与控制工程（化工机械）专业，现为机械 工程专业在读工程硕士，安全评价师，工程师，就职于内蒙古 安邦安全科技有限公司。
5.710e+001 4.282e+001 2.855e+001 1.427e+001 0.000e+000 m/s
图 2 500 r/min 转速下 2 000 步后的流线图
不同转速下 2 000 步后离心风机的出口速度和 出口压力见表 2。
表 2 不同转速下 2 000 步后离心风机的出口速度和
关键词：离心风机叶轮 强度分析 动力学分析
中图分类号：TH432；TP391.72
文献标识码：A
文章编号：1003-773X（2018）06-0035-03
引言 叶轮作为离心风机实现机械能转换为风能的核
心部件，其力学性能的好坏直接影响了离心风机的 寿命及安全性。离心风机运行过程中叶轮存在弯曲、 撕裂、断裂等安全隐患，传统设计过程中一般采用理 论公式对叶轮进行强度计算不能完整的预测叶轮的 力学性能，而采用 ANSYS 有线元法不仅可对离心风 机叶轮进行强度分析和动力学特性分析，还可求得 不同转速下叶轮的应力分布、变形分布和运转过程 中的临界转速，从而为实际生产运行工况提供理论 基础[1-2]。 1 离心风机叶轮建模与流场分析
离心风机风道流动为湍流，基于 FLUENT 软件 选用 RNG k-ε 湍流模型对风道流场进行分析[4]。
基于ANSYS的离心风机叶轮结构优化研究
基于ANSYS的离心风机叶轮结构优化研究冀春俊;高亚威;孙琦;冀文慧【摘要】Impeller is the core part of a centrifugal fan. As the impeller is rotating at a very high speed, the rotor and stator part should not contactat all. The tip clearance has a great influence on the fan efficiency because of the leakage loss and the secondary flow loss. A convex structure on the impeller wheel side was proposed to reduce the strain of the impeller so as to control the impeller tip clearance more accurately. Four new structure were designed and evaluated numerically by ANSYS. The results indicate that the new structure may reduce the axial and radial displacement of the impeller effectively. The design of the convex minimize the leakage loss and secondary flow loss by optimizing the tip clearance.%叶轮是离心风机的核心部件，由于叶轮是高速旋转的部件，动静之间不能有接触，同时动静之间的间隙通过泄漏损失和二次流损失直接影响风机的效率。
清水离心泵再制造叶轮优化设计方法研究
清水离心泵再制造叶轮优化设计方法研究作者：张宇淞钱进邓传记王康杨柳来源：《贵州大学学报（自然科学版）》2024年第03期摘要：针对广泛存在的数量众多、效率低下、结构陈旧、面临淘汰的离心水泵，探寻其叶轮再制造优化设计有效途径。
基于ANSYS workbench联合CFturbo，提出一种叶轮参数化仿真建模和叶轮优化设计的方法，借助ANSYS workbench响应面优化模块，以扬程不小于原始泵为约束条件，效率为目标函数，采用拉丁超立方抽样方法设计41组实验，建立响应面代理模型，并采用MOGA算法对低比转速离心泵进行寻优。
研究结果表明，该方法应用于某一低比转速离心式水泵，在其扬程不变的条件下，效率提高了2.11%，对清水离心泵叶轮再制造优化设计、提高离心泵运行效率有一定的参考价值。
关键词：离心泵；叶轮；再制造；参数化仿真；优化设计中图分类号：TH311文献标志码：A离心泵作为通用的流体机械设备之一，被广泛应用于石油化工、灌溉、火电厂等各种领域。
但是，面对出台的越来越严格的能效指标，如《中国节能技术政策大纲》明确指出发展高效率的泵，所以大量效率低下，结构陈旧的设备被淘汰，从而造成了严重的资源浪费。
再制造是以先进技术和产业化生产为手段，修复和改造废旧机电设备，使之恢复性能甚至获取新的性能，延长设备使用寿命。
再制造在节能、节材、降耗、减少污染和提高经济效益方面作用巨大。
对企业既能将能效低下、结构陈旧的离心式水泵进行再制造，还能提高离心泵的运行效率，同时能减少资源浪费，降低企业换泵成本。
符合国家绿色可持续发展的相关政策。
对离心式水泵的再制造是解决资源浪费的途径之一，而这一过程中，优化设计是再制造的基础，寻找离心泵的最佳效率和最优水力结构，延长离心泵的运行寿命是其关键。
传统的优化设计方法依靠大量的试验数据和设计者的优化经验，设计者通过改变单一几何参数等措施来提高离心泵的效率，万伦等［1］研究不同叶轮出口宽度对离心泵性能的影响，研究结果表明，适当增大叶轮出口宽度能提高离心泵的性能。
基于ANSYS的离心风机叶轮结构优化研究
ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｅ ａ ｋ ａ ｇ ｅ ｌ ｏ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ａ ｒ ｙ ｆ ｌ ｏ ｗ
ｌ ｏ ｓ ｓ ． Ａ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｘ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｗｈ ｅ ｅ ｌ ｓ ｉ ｄ ｅ ｗａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ
基 于 ＡＮＳ ＹＳ的 离 心 风 机 叶 轮 结 构 优 化 研 究
冀春俊 高亚威 孙 琦／ 大连理工大学能源与动力学院
冀 文慧 ／ 大连 中意 透平 科技 有 限公 司 中图分 类号 ： Ｔ Ｈ４ ５ ２ ； Ｔ Ｋ ０ ５ 文 献标 志码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ６ — ８ １ ５ ５ 一 （ ２ ０ １ ６ ） ０ ６ — ０ ０ ４ ９ — ０ ４
离心叶轮的应力数值分析与结构优化
（a）型线 a
（c）型线 b
由上述分析可见，最理想的轮盘应该选型线 c 中 y = 50mm、β = 3º 时的轮盘型线（此形状的轮 盘应力分布最小），其最大应力为 252MPa。与采 用型线 a 时轮盘的最大应力 315MPa 相比降低了 20% 。
在此基础上计算整体叶轮的应力分布，若选 择轮盘型线 a，将生成的叶片伸进轮盘中得到整 体叶轮，计算得到整体叶轮最大应力为 340MPa； 若选择前面得到的最理想轮盘型线，即选型线 c 中 y = 50mm、β= 3º时的轮盘型线，将生成的叶片 伸进轮盘中得到整体叶轮，计算得整体叶轮最大 应力为 301MPa。与采用型线 a 时整体叶轮的最 大应力相比降低了 11 . 5% ，其最大应力出现在叶 片进口轮盘侧。
所示。
表 3 轮盘最大等效应力（型线 c）
（y mm）
应力值（MPa）
1º
3º
5º
50
301
252
262
45
293
285
280
本文给出了应用 ANSYS 软件进行离心叶轮 分析的步骤以及应用方法和技巧，提供了叶轮的 建模方法和边界条件的处理方法；通过算例检查 了在 ANSYS 中选取单元及划分网格对计算结构 应力的影响；在此基础上计算了实际叶轮的应力 分布，优化了叶轮形状，使叶轮的最大应力降低了 11 . 5% ，为实际的叶轮设计提供了重要工程参考。
1 前言
叶轮是离心压缩机中非常重要的一个部件， 承担着由机械能转化为气体能的重任，由于离心 叶轮在转动中不仅承受着离心力、稳定气体力的 作用，而且还承受着气体非稳定力以及介质腐蚀、 粉尘磨损等多种其它因素的共同作用，因此对叶 轮强度方面的要求也越来越高。对设计者来说， 在通过流场计算等完成气动设计后，利用有限元 方法对叶轮强度进行校核、优化叶轮形状已成为 设计过程中的重要一环。ANSYS 有限元分析软 件现在已经广泛应用于石油化工、航空航天、机械 制造等各领域。利用 ANSYS 可以方便有效地进 行应力分析［1］，三维有限元模型能够很好地反映
离心泵叶片的参数化设计及其优化研究
离心泵叶片的参数化设计及其优化研究一、本文概述离心泵作为一种常见的流体输送设备，广泛应用于工业、农业、城市供水等领域。
叶片作为离心泵的核心部件，其设计质量直接影响到泵的性能和效率。
因此，对离心泵叶片的参数化设计及其优化研究具有重要的理论价值和实际应用意义。
本文旨在通过对离心泵叶片的参数化设计进行深入研究，建立一套高效、精准的叶片设计方法。
在此基础上，进一步探讨叶片设计的优化策略，以提高离心泵的性能和效率。
本文的研究内容涵盖了离心泵叶片的几何参数、流体动力学特性、优化设计方法等多个方面，旨在为离心泵的设计制造提供理论支持和技术指导。
本文将对离心泵叶片的几何参数进行详细的分析和研究，包括叶片的形状、尺寸、安装角度等。
通过对这些参数进行参数化描述，建立起叶片设计的数学模型，为后续的优化设计提供基础。
本文将深入研究离心泵叶片的流体动力学特性，包括流场分布、压力分布、速度分布等。
通过对这些特性的分析，可以进一步揭示叶片设计对泵性能的影响机制，为优化设计提供理论依据。
本文将探讨离心泵叶片的优化设计方法。
通过采用先进的优化算法和计算流体力学技术，对叶片设计进行迭代优化，以达到提高泵性能和效率的目的。
还将对优化后的叶片设计进行实验验证，以确保其在实际应用中的可行性和有效性。
本文将对离心泵叶片的参数化设计及其优化进行深入研究，旨在建立一套高效、精准的叶片设计方法，并探讨其在实际应用中的优化策略。
本文的研究成果将对离心泵的设计制造具有重要的指导意义，有望推动离心泵技术的进一步发展。
二、离心泵叶片参数化设计离心泵叶片的参数化设计是一个涉及多个复杂因素和多学科知识的综合性问题。
在进行参数化设计时，我们需充分理解离心泵的工作原理和流体动力学特性，并结合现代设计方法和计算机技术，以实现高效、精确的叶片设计。
叶片的几何参数是参数化设计的核心。
这些参数包括但不限于叶片的进口角、出口角、叶片数、叶片厚度、叶片安装角等。
这些参数的选择直接影响到泵的性能，如流量、扬程、效率等。
离心泵的主要参数设计及基于Ansys对泵轴的有限元分析
离心泵的主要参数设计及基于Ansys对泵轴的有限元分析发表时间：2017-01-17T16:42:34.550Z 来源：《基层建设》2016年31期作者：符叠强[导读] 摘要：本设计是根据叶轮、泵壳的水力设计，以及泵的总体结构设计，并验算泵的抗汽蚀性能，得出数据来绘制泵的总装图及叶轮、泵壳、泵轴等零件图，最后并且对叶轮、泵体、泵轴、轴承、键、等泵的主要零部件进行强度校核。
佛山市南海区九江自来水公司 528203摘要：本设计是根据叶轮、泵壳的水力设计，以及泵的总体结构设计，并验算泵的抗汽蚀性能，得出数据来绘制泵的总装图及叶轮、泵壳、泵轴等零件图，最后并且对叶轮、泵体、泵轴、轴承、键、等泵的主要零部件进行强度校核。
经过今次设计，深知水泵叶轮叶片的难度性较大且精度较高，在设计过程中可能存在计算偏差，需要在涡室轮廓描画中加以改进，这次设计使自己所学的理论与实践中充分的结合起来。
关键词：离心泵；水力设计；强度校核；泵轴；有限元法；静力分析1.前言传统的泵轴强度校核方法有两种：一是试验研究，二是分析计算。
鉴于第一种方法（试验研究）存在需要较高的研究费用和耗费较长的时间等多方面的缺点，因此，利用分析计算的方法研究轴的强度早期就被人们予以重视。
受各方面因素的影响，使轴强度的计算有一定的难度。
2.主要参数计算2.1泵主要参数的确定2.1.1泵进出口直径的参数确定泵吸入口径。
泵吸入口直径由合理流速确定。
泵吸入口流速一般取1.4-2.2m/s左右，但从制造方法考虑，大型泵的流速取大一些，以减少泵的体积，提高过流能力；但为了提高泵的抗汽蚀性能，应减少吸入流速。
泵排出口径。
对于低扬程泵，可取与吸入口径相同，而对于高扬程泵，为减少泵的体积和排出口直径，可使排出口径小于吸入口径，一般取4.离心泵部分零件的计算与校核4.1泵的结构特点4.1.1叶轮叶轮在泵体内悬臂安装在主轴的一端，与轴采用键连接方式 4.1.2泵体泵体也称泵壳，它是泵的主体，蜗壳就是它的一部分，起到支撑固定的作用，并于安装轴承的悬架相连接。
基于ANSYS的离心压缩机叶轮结构优化分析
转 的安 全性 对 于整个 机组 的可 靠性有 着至 关重要 的作
用，而其结 构设计的合理性 又直接影响 着应 力的分布和
Ｇ ｌ ｈ ｍｕ ｌ ａ ｃ ｔ ｗ． ｕ ｒ ｅ Ｉ
圳
基于Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 的离心压缩机叶轮结构 优化分析
三 一 集团有 限 公 司 （ 湖 南长 沙 ４ １ Ｏ １ Ｏ Ｏ ） 刘 辉
【 摘
要】叶轮是 离心压缩机的核心部件 ，其运
二 、有 限元法 及其计 算软件
性 的想 法，从 而有效地降低应 力和 变形 的大小，为叶轮
结构设 计提供 了很好 的方向和思路 。
【 关键 词 】叶轮
压 缩 机
结构优 化
有 限元 分析 离心
三、结构参数及计算模型
前 言
１ ． 叶轮材料和转速
叶轮材料为Ｆ Ｖ ５ ２ ０ Ｂ 不锈钢 ，它的标 准值 见表 １ ，叶 轮 的转 速见表２ 。
表 １ 缩 比 高 、工艺性 能 好而被
广泛应用于钢铁冶金 、煤 化工、空气分离 、石油化工和 天然气输送等领域 。压缩 机的叶轮是它的核心部件 ，其 运 转的安全性对于整个机 组的可靠性有着至关重要的作 用 ，而其结构设计 的合理性 又直接影响着应力的分布和 变 形的大小 。因此 ，在满 足气动要 求的条件下 ，叶轮的 整体结 构设计是产 品研发 的关 键。 本文通 过大型有 限元分析 软件Ａ ＮＳ Ｙ Ｓ ，对 叶轮的 叶 片根 部倒角的结构尺寸进行 了调 整 ，建立了不同的优
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ｃ ． ＞９ ０。
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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
外 目前应 用较 多 的是 Ｌ ｂｎｆ在 ２ 纪 ９ ｏａｏ Ｏ世 Ｏ年代
Ⅳ， Ｗ ｋ
２ １ 函数 的确 定 ．
图 ３ 叶轮 出 口宽度 ｂ 泵性 能 曲线的影 响 对
２ 叶轮优 化设 计数 学模 型的 建立
由上 分 析可 知 ， 心 泵存 在 的主 要 问题 是 泵 离
的效率较低。因此 ， 本文对叶轮的优化设计以提
高泵效率为 目标。为了提高泵 的效率 ， 就必须尽 量减小泵 中的各种能量损失。泵在把机械能转化 为液体能量的过程 中， 伴有水力损失、 容积损失和
４ ３
发表的回归曲线 ， 国内还 缺乏相关介绍与分 ｊ但
析。
２ １
０
０ ０
１ ０
２ ０
８ ｍ。 ｈ ０ Ｑ／ ・
本文以离心泵叶轮转子原设计参数为基础建
立 有 限元计 算模 型 ， 在对 原 设 计 泵 试 验 性 能 曲线 分 析 的基础 上 ， 立 了 以减小 圆盘 摩擦 损失 、 高 建 提
因此 ， 为获 得下降的特性曲线 ， 不宜选过 大的
角。综合考虑 ， 泵叶片出 口角可取 ２ ． ３ 。 ２５— ８
周玉丰 ， ，９ ３年 １ 男 １７ ２月生 ， 副教授 。四川省广元 市 ，２ ０ ７ ６８１。
１６ ６
化
工
机
械
２１ ０ ０年
Ｑ
ａ ． ＜９ ０。 ｂ ２＝９ ． ０。
第３ 卷 ７
第 ２期
化
工
机
械
１５ ６
基 于 Ａ Ｓ Ｓ的 离心 泵 叶 轮 优 化 设 计 Ｎ Ｙ
周 玉丰 燕杰春 方 毅
（ 四川信息职业技术学 院）
摘
要
在 对原设计 泵试验性能 曲线分析 的基础 上 ， 建立 了以减 小圆盘摩擦 损失、 高 离心 泵效率 为 目 提
标 的叶轮优化设计数 学模 型 ， 用有 限元分析软件 Ａ Ｓ Ｓ 离心泵 的叶轮 直径 和 出 １几何参数进 行优 利 ＮＹ 对 ５ ／
降变为平坦 ， ３ 过了某个 区间后 ， 当／ 再增大时， 特 性 曲线 出现 驼峰 如 图 ２ 、 示 。选 择 大 的 以 ｂｃ所
增加扬 程 ， 小 ， 而减 小 圆盘摩 擦 损 失 ， 高 减 从 提 泵的效率。但增大 角， 在相同流量下叶轮出 口
速度增加 ， 压水室的水力损失增加 ， 并且在非设计 流量下冲击损失增加 ， 容易使特性曲线出现驼峰。
所示 。图 中 为 理 论 扬 程 ， 为 理 论 流量 。 Ｑ
从很 小 的角度 起逐 渐 增 大 时 ， 性 曲线 Ｑ 由陡 特
出 ， 口曲线 为稳定 的平 坦 曲线 。 ｒＱ的高效 区较 宽 ， ０ｍ ／ ） 效 ／ 一 轴 功 率 曲线 Ｎ Ｑ随流量 的增 大 而上 升 ， 应 设 计 点 － 对 的效率为 ６ ％。按 Ｂ级试验要求 ， ４ 泵对应 于设计 点的效率应不低 于规定值 的 ０ ９ ２ 即 Ｌ ５ ． ０ ．７ ， Ｂ ０１ ６ 泵对 应 设 计 点 的 效 率 应 不 低 于 ０ ９２Ｘ６ ％ ＝ ． ７ ４ ６％ 。因此 ， ２ 原设计泵的主要问题为效率较低 ， 达 不 到设计 要求 。
由此可 知 ， 盘 摩 擦 损 失 圆
正 比于 叶轮 直
径 的 ５次 方 ， 因此 叶轮 直 径 的微 小 增 加 也 会 引起
Ｑ
圆盘摩擦损失 的迅速上升。为了使低 比转数泵产 生较高的扬程 ， 叶轮直径必须较大， 则圆盘摩擦损 失较大 ， 这正是造成低 比转数泵效率过低的主要 原因。在其它条件不变的情况下 ， 尽量减小圆盘 摩擦损失 ， 并使其最小是改善低 比转数泵性能的 唯 一办法 Ｊ 。
算：
：
所示 ］ 。如果改变 ｂ ， ：会使性能 曲线变得倾斜或
平 坦 。理论 扬程 曲线 呈 水 平线 ， 际扬 程 曲线 就 实 容 易 出现驼 峰 。为 获 得 稳 定 的性 能 曲线 ， 减 小 应
出 口宽 度 ｂ。 ２
（） １
式中
ｕ——叶轮出 口圆周速度 。
２ — （） ２