[發(fā)明專(zhuān)利]一種液力透平葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710003439.3
• 申請(qǐng)日: 2017-01-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106844905B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹新澤;曹大清;王秀禮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 濱州東瑞機(jī)械有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/17
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/17;G06N3/12
• 代理公司: 37218 濟(jì)南泉城專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 張貴賓

本發(fā)明專(zhuān)利涉及水力優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是一種液力透平葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。采用主目標(biāo)和分目標(biāo)兩層的優(yōu)化方式，分目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化加速了優(yōu)化變量向最優(yōu)解靠近，提高了多約束優(yōu)化的精度和速度。分目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化采用遺傳優(yōu)化算法，以面出發(fā)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的以點(diǎn)出發(fā)，較傳統(tǒng)水力優(yōu)化設(shè)計(jì)方法提升了優(yōu)化計(jì)算效率。主目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化采用多島遺傳算法，增加了優(yōu)化算法的多峰搜索能力，一定程度上消除了局部收斂對(duì)優(yōu)化的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專(zhuān)利涉及水力優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是一種液力透平葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

透平是將流體工質(zhì)中蘊(yùn)有的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的機(jī)器，又稱(chēng)渦輪機(jī)。透平機(jī)械的工質(zhì)可以是液體、蒸汽、燃?xì)狻⒖諝夂推渌麣怏w或混合氣體。以液體為工質(zhì)的透平稱(chēng)為液力透平。液力透平可以對(duì)工藝流程中產(chǎn)生的高壓液體進(jìn)行再利用，是一種能量回收裝置，目前廣泛應(yīng)用于石油化工加氫裂化裝置、大型合成氨裝置以及海水淡化裝置等。透平的最主要的部件是一個(gè)旋轉(zhuǎn)元件，即轉(zhuǎn)子，或稱(chēng)葉輪，它安裝在透平軸上，具有沿圓周均勻排列的葉片。流體所具有的能量在流動(dòng)中，經(jīng)過(guò)噴管時(shí)轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，流過(guò)葉輪時(shí)流體沖擊葉片，推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)透平軸旋轉(zhuǎn)，透平軸直接或經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)其他機(jī)械，輸出機(jī)械功。液力透平是具有長(zhǎng)遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)效益的節(jié)能裝置。

但受?chē)?guó)外技術(shù)封鎖，我國(guó)對(duì)液力透平整個(gè)工藝流程的核心技術(shù)一直未能突破，國(guó)內(nèi)大多煉化企業(yè)只能采用進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格高且加工時(shí)間長(zhǎng)、維修難，給國(guó)內(nèi)應(yīng)用企業(yè)帶來(lái)很多困擾。而雖然國(guó)產(chǎn)千萬(wàn)噸級(jí)加氫裝置液力透平機(jī)組價(jià)格僅為進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格的1/2左右，但國(guó)內(nèi)對(duì)于液力透平的主要過(guò)流部件——葉輪的水力設(shè)計(jì)采用的是類(lèi)泵的半經(jīng)驗(yàn)、半理論的方法，設(shè)計(jì)出來(lái)的液力透平可能會(huì)在性能、安全運(yùn)行及使用壽命等方面存在一系列問(wèn)題：效率低、運(yùn)行穩(wěn)定性差、使用壽命短、存在嚴(yán)重的噪聲和振動(dòng)等等。液力透平泵體的工作狀態(tài)常常是高溫高壓，且過(guò)流部件經(jīng)常遇到?jīng)_刷、氣蝕、氣液混輸以及軸向平衡力等諸多困難，這些技術(shù)難題急需解決。

本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于，直接從葉輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)入手，結(jié)合兩種不同遺傳算法對(duì)效率進(jìn)行了兩次不同程度優(yōu)化，消除了優(yōu)化局部收斂的影響，使效率得以提高且保證了工作工況的穩(wěn)定運(yùn)行；經(jīng)檢索，與本發(fā)明專(zhuān)利相關(guān)的專(zhuān)利有：徑流式液力透平優(yōu)化設(shè)計(jì)方法(公開(kāi)號(hào)：CN102608914 A)，本發(fā)明公開(kāi)了一種徑流式液力透平通流部件整機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包含一元熱力優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及整機(jī)優(yōu)化平臺(tái)，將復(fù)雜的多變量?jī)?yōu)化問(wèn)題分解為多個(gè)相對(duì)獨(dú)立卻又相互作用的子問(wèn)題,既保留了原問(wèn)題的特性，又有效減少了計(jì)算量，但其對(duì)于多變量問(wèn)題求解時(shí)容易陷入局部?jī)?yōu)化的問(wèn)題沒(méi)有解決；考慮缺陷的大型透平膨脹機(jī)葉輪葉片結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法(公開(kāi)號(hào)：CN104331553 A)，在原有葉輪應(yīng)力分析基礎(chǔ)上，加入缺陷因素，利用廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和基于遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化算法對(duì)葉輪參數(shù)進(jìn)行遺傳優(yōu)化操作，最終得到分布均勻的最優(yōu)解作為葉輪葉片優(yōu)化參數(shù)，但其優(yōu)化過(guò)程較復(fù)雜繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容

為了改進(jìn)液力透平運(yùn)行中過(guò)程遇到的問(wèn)題，本發(fā)明專(zhuān)利提供一種液力透平葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其目的是提高液力透平工作效率。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種液力透平葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，具體包括以下步驟：

步驟1：設(shè)置所述一種液力透平葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的優(yōu)化變量X＝[D₁、D₂、β_2e、β_1e、Z、k]，包括葉輪標(biāo)稱(chēng)直徑D₁、葉輪出口直徑D₂、葉片出口安放角β_2e、葉片進(jìn)口角β_1e、葉片數(shù)Z和長(zhǎng)、短葉片長(zhǎng)度比k；