[發明專利]一種基于多目標遺傳算法的離心泵節能優化設計方法

有效

• 申請號: 201710461026.X
• 申請日: 2017-06-18
• 公開（公告）號: CN109145321B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 胡二華;閆軍沛;王延鋒;李書晟;鄧波
• 申請（專利權）人: 河南鄭泵科技有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F30/27;G06F111/06;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
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本發明公開了一種基于多目標遺傳算法的離心泵節能優化設計方法，初步確定離心泵轉速、出口端節流閥開度和入口端節流閥開度三個性能參數；建立離心泵三維水力模型，對模型進行網格劃分；采用正交試驗設計方法安排試驗的順序與數量，并采用ANSYS FLUENT軟件進行數值計算；以軸功率和阻力損失為目標函數，以實際揚程、流程及汽蝕余量為約束條件，建立以性能參數為設計變量的二次響應面模型；采用多目標遺傳算法求解符合實際運行工況的性能參數；最后再次驗證性能參數優化組合方式的準確性。本發明提高了離心泵變工況運行設計的準確性與科學性，為離心泵節能優化設計提供了理論與技術支持。

技術領域

本發明涉及旋轉流體機械節能調節領域，尤其涉及一種基于多目標遺傳算法的離心泵節能優化設計方法。

背景技術

離心泵既是應用最廣泛的化工通用機械設備，又是能耗最高的流體機械設備。據統計，我國的電能消耗中，泵類的電能消耗約占總消耗量的21％。因此，如何合理優化設計以及使用離心泵設備，有效地降低泵的能源消耗量，成為現代流體機械領域的研究重點。

目前，由于設計規范、泵型號等條件的限制以及工況環境的動態化、復雜化等特點，離心泵在實際運行過程中，需根據離心泵設計工況對泵的實際運行工況進行適當的調整，以滿足實際流量與揚程的使用要求。現階段，改變離心泵運行工況的途徑主要由三種：一是單獨改變管路的性能曲線，以出口端節流調節方法為主；二是單獨改變泵的特性曲線，以變速調節法為主；三是同時改變管路的性能曲線和泵的特性曲線，以入口端節流調節方法為主。

上述的三種改變離心泵運行工況的途徑，目前是采用半理論半經驗相結合的方式分別對離心泵的出口端節流閥開度、轉速和入口端節流閥開度進行調節，以達到改變離心泵運行工況的目的，若同時通過上述三種方式實現離心泵的運行工況的改變，僅僅依靠半理論半經驗相結合的方式往往會產生某些副作用，對離心泵的壽命產生影響，例如入口端節流閥調節易使泵產生汽蝕現象，從而嚴重的影響離心泵的使用壽命。而計算流體力學(Computational Fluid Dynamics，CFD)已經成為流體力學研究方法中最有活力的領域，為復雜的非定常三維湍流數值模擬提供了一種理論可靠、符合實際的模擬工具。因此，將CFD數值模擬技術引入離心泵變工況運行中，通過對上述三種變工況運行方式進行理論分析與數值計算，建立三種變工況運行方式之間的相互耦合數學模型，以軸功率最小以及阻力損失最小為目標函數，以離心泵的轉速、入口端節流閥開度和出口端節流閥開度為設計變量，以離心泵的實際揚程、流量以及汽蝕余量為約束條件，通過遺傳算法的多目標優化理論對輸入變量進行優化求解，實現通過三種方式對離心泵變工況運行的目的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于多目標遺傳算法的離心泵節能優化設計方法，通過對離心泵轉速、出口端節流閥開度和入口端節流閥開度三個參數的優化設計，從而實現離心泵變工況運行高效節能的設計要求。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種基于多目標遺傳算法的離心泵節能優化設計方法，包括以下步驟：

步驟一：根據離心泵設計工況的性能參數，設離心泵設計轉速為n、出口端節流閥最大開度為x以及入口端節流閥最大開度為y，初步確定離心泵變工況運行時其轉速n_i、出口端節流閥開度x_i、入口端節流閥開度y_i；

步驟二：根據步驟一所述的性能參數，采用SolidWorks、Pro/E等三維造型軟件繪制離心泵的三維水力模型，保存為*.stp文件，并導入ANSYS ICEM CFD網格生成軟件中，采用非結構化四面體網格方式對離心泵的三維水力模型進行網格劃分，將網格文件導入ANSYS FLUENT軟件中進行網格質量的檢查，若網格出現負體積、左手網格等問題，需要在ANSYS ICEM CFD網格生成軟件中對網格劃分的參數進行適當的調整，直至網格質量符合要求為止；