對多級離心泵技術(shù)的研究可以追溯到18世紀(jì),早在1750年數(shù)學(xué)家歐拉就對離心泵內(nèi)的液體流動進(jìn)行了理論的分析,為離心泵的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ),但直到19世紀(jì)末,高速電動機(jī)的發(fā)明使離心泵獲得理想動力源之后,它的*性才得以充分發(fā)揮。1893年,人們發(fā)現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象,隨后對螺旋槳、水輪機(jī)和水泵等水力機(jī)械的汽蝕問題進(jìn)行了大量研究。隨著離心泵越來越向高速運(yùn)轉(zhuǎn)方向發(fā)展,汽蝕一直都是離心泵面臨的zui重要的問題之一。
1938年英國科學(xué)家Anderson提出面積比原理設(shè)計(jì)法,他指出葉輪出口過流面積與泵體喉部面積之比乃是離心泵揚(yáng)程、效率等性能指標(biāo)的重要參數(shù)。但直到1963年,R .C. Worster 才從理論上證明了面積比原理的科學(xué)性。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法都是建立在一元流動理論基礎(chǔ)上的,認(rèn)為流動參數(shù)僅沿流動方向有變化,這與實(shí)際情況不相符合。在20世紀(jì)90年代初期和中期,對離心泵二元流動理論和三元流動理論及其設(shè)計(jì)方法的研究就在一些高等院校和科研單位掀起了高潮,也取得了一定的理論研究成果。
我國的離心泵研究真正開始于20世紀(jì)80年代,1997年袁壽其在其論文中對面積比原理設(shè)計(jì)法進(jìn)行了理論推導(dǎo),并通過試驗(yàn)分析得出影響離心泵zui大軸功率位置的zui關(guān)鍵因素是面積比,而非傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為的葉輪。我國一直沿用的離心泵水力設(shè)計(jì)方法是傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法-模型換算法和速度系數(shù)法。實(shí)踐表明,這類方法存在較大的弊端,不利于泵性能進(jìn)一步提高和改善。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,人們開始將優(yōu)化理論應(yīng)用于離心水泵的設(shè)計(jì)領(lǐng)域。但優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型往往不盡完善,在很多情況下與實(shí)際問題并不符合,所以常常只做局部優(yōu)化,進(jìn)步緩慢。近年來,隨著采用新的優(yōu)化技術(shù)和汲取相近學(xué)科的成功經(jīng)驗(yàn),泵的優(yōu)化由局部向整體,由流線向流面、流場,由靜態(tài)向動態(tài)發(fā)展。
遺傳算法作為一種全新的隨機(jī)優(yōu)化方法,遺傳算法已廣泛地應(yīng)用于透平機(jī)械設(shè)計(jì)的多個方面,例如遺傳算法直接用于氣動元件的形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)、超音速噴管的*形狀、離心風(fēng)扇的*箱體形狀等,已發(fā)展到可以用來協(xié)助計(jì)算流體動力學(xué)(CFD)方法進(jìn)行有關(guān)流場計(jì)算等,并且已滲透到更為復(fù)雜的透平機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域。如采用遺傳算法對孤立翼形進(jìn)行*化設(shè)計(jì),用遺傳算法進(jìn)行航空機(jī)翼的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究;離心壓縮機(jī)擴(kuò)壓器葉柵正、逆命題設(shè)計(jì)的遺傳算法模型,基于遺傳算法的蒸汽透平二維葉片型線自動設(shè)計(jì)系統(tǒng),亞音速和跨音速工況下機(jī)翼表面的*壓力分布等。
對于泵的抗汽蝕問題,當(dāng)前有一種應(yīng)用快速攝影和CFD技術(shù)對發(fā)生汽蝕的離心泵進(jìn)行研究的,探索降低泵NPSHr的方法。還有通過控制和分析離心泵進(jìn)口處的流態(tài)來改善離心泵的汽蝕。在探索泵的初生汽蝕方面,還可以利用小波分析方法對模擬的汽蝕初始信息進(jìn)行了診斷分析。另外,也可以通過測試泵出口的壓力波動特性對泵的汽蝕進(jìn)行診斷。在國外,應(yīng)用聲發(fā)射、振動分析等*實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及擬序渦結(jié)構(gòu)等現(xiàn)代計(jì)算方法對汽蝕的研究近幾年也逐步興起并活躍起來。
(來源:永嘉海誠泵業(yè)有限公司)
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