Диссертация (1024729), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Распределение амплитуды скоростей в сечении модели №220165Рисунок 4.52. Распределение давлений в сечении модели №220Рисунок 4.53. Пульсации расчетного КПД у наилучшей модели насосаНМ2500-230Если сравнивать поля распределения скоростей и давлений в проточнойчасти данного насоса сложно обнаружить существенные отличия илипреимущества,полученныеврезультатеоптимизациилопаточныхдиффузоров, однако они показывают существенно лучшие энергетическиехарактеристики.166Также можно заметить, что наилучшей моделью не всегда можетоказатьсямодельснаилучшимихарактеристикамипорезультатамстационарного расчета.Параметры полученных моделей приведены в Таблице 27.Таблица 27.Параметры полученных моделейИсходнаяОптимизированнаяпроточная частьпроточная частьКПДгидр , %КПДгидр , %НМ 2500-230, основной ротор89,8490,9НМ 2500-230, сменный ротор83,9986,53НМ 1250-260, основной ротор86,3488,5НМ 1250-260, сменный ротор82,8486,4Марка насоса4.5.5.
Вывод по результатам оптимизацииПо результатам применения предлагаемого метода оптимизации можносделать несколько выводов:Комбинация стационарного расчета с последующим расчетом внестационарной постановке только лучших моделей позволяет существенноэкономить время расчета и оптимизации. При расчете всех моделей внестационарной постановке потребовалось бы примерно в 10 раз большевремени.Результаты оптимизации в стационарной постановке позволяютуточнить диапазоны изменения параметров, а также выбрать параметры,оказывающие наибольшее влияние на исследуемые критерии.Моделирование насоса в целом позволяет учесть взаимовлияниеотдельных элементов проточной части друг на друга, тем самым получивнаиболее достоверный результат.167Полученные в результате НИОКР проточные части и методикаоптимизациивнастоящиймоментиспользуетсяАО«Конар»припроизводстве серийных образцов насосов.4.6.Оптимизация проточной части насоса типа «Д»Припроектированииновойпроточнойчастиснеизвестнымигеометрическими параметрами можно по-разному подходить к решениюзадачи.
В зависимости от наличия времени на проведение работ и достаточныхвычислительных ресурсов будут отличаться и подходы к оптимизации насоса.В условиях ограничения по времени либо для получения хорошегопервого приближения для дальнейшей поэлементной оптимизации насоса,описанной выше, необходимо использовать оптимизацию по основнымразмерам проточной части, существенное влияние которых на выбранныекритерии не вызывает сомнений.В качестве примера применения данного подхода рассмотрим насос дляперекачки воды двустороннего входа. К такому насосу предъявляютсятребования по КПД, а также требования по наклону напорной характеристикивблизи нулевой подачи. Такие насосы часто работают параллельно иположительный наклон характеристики может вызвать неустойчивые режимыработы насосной станции.4.6.1.
Проектирование начального варианта с использованием известныхметодикИмеющиеся методики выбора основных размеров проточной частинасоса реализованы, например, в программном пакете CF-Turbo.На заданные параметры (630 м3/ч, 125 м) программный пакет предлагаетследующие основные размеры рабочего колеса:Диаметр рабочего колеса: D2=570 мм,Ширина рабочего колеса на выходе: b2=20 мм,168Диаметр рабочего колеса на входе: D1=203 мм.Геометрия элементов предлагаемой проточной части представлена ниже(Рисунок 4.54, 4.55).Рисунок 4.54.
Проточная часть рабочего колеса, рассчитанного с основнымиразмерами, предложенными программным пакетом CF-TurboРисунок 4.55. Проточная часть отводящего устройства, рассчитанного сосновными размерами, предложенными программным пакетом CF-Turbo4.6.2. Гидродинамическое моделирование проточной частиМатематическая модель для гидродинамического моделированияописана в главе 2.169Ниже приведены иллюстрации расчетной сетки и картина течения висходной проточной части (Рисунок 4.56, 4.57).Рисунок 4.56. Расчетная сетка исходной проточной частиРисунок 4.57.
Распределение модуля скорости в проточной части исходноймоделиПо результатам расчета гидравлический КПД исходной проточной частинасоса составил 82%. Такое значение гидравлического КПД является крайненизким и не удовлетворяющим современным требованиям.170Напорнаяхарактеристикатакжеполучилась«западающей»(Рисунок 4.58).Рисунок 4.58. Напорная характеристика исходной проточной части4.6.3. Постановка задачи оптимизации проточной частиКак и в предыдущих примерах здесь применяется зарекомендовавшийсебя эффективный метод ЛП-тау поиска. В условиях профилирования новойпроточной части и отсутствия информации о влиянии отдельных параметровна критерии оптимизации стохастический метод ЛП-тау поиска выглядитнаиболее предпочтительным.В качестве критерия оптимизации здесь выступает КПД.
Однако дляполучения пологопадающей напорной характеристики необходимо ввестидополнительное ограничение.Необходимо провести расчет напора не только в номинальной точке, нои в точках 20% и 60% подачи от номинальной. Если напор растет приуменьшении подачи, значит ограничение выполнено.1714.6.4. Выбор параметров оптимизацииДля данного насоса были выбраны следующие параметры и диапазоныих изменения (Таблица 28).Таблица 28.Пределы изменения параметров оптимизации для насоса Д630/125Параметр оптимизацииМинимальноеМаксимальноезначениезначение0.5810.6171025Угол лопасти на выходе β215 град40 градУгол охвата лопасти рабочего70 град130 град400600Диаметр рабочего колеса D2, мШирина на выходе рабочегоколеса b2, ммколеса φРасходный параметр A, м3/чКак видно, были выбраны только самые основные параметры насоса,определяющие требуемые характеристики.
Как известно, на КПД насосасущественное влияние оказывает диаметр на входе в рабочее колесо. В данномслучае диаметр на входе выбран наименьший при условии обеспечениякавитационных качеств.Расчетные точки, полученные алгоритмом формирования ЛП-таупоследовательности, приведены в Таблице 29.Таблица 29.Расчетные точки ЛП-тау последовательности для насоса Д630/125№D2, мb2, ммβ2φA, м3/ч00.617.527.5 град100.0 град50010.6113.7533.75 град85.00 град550точкиДобавлено примечание ([ST18]): Что это за параметр172Таблица 29 - продолжение20.5921.2521.25 град115.00 град45030.60511.87530.625 град122.5 град57540.58519.37518.125 град92.5 град47550.59515.62524.375 град107.5 град42560.61423.12536.875 град77.5 град52570.61610.93838.438 град111.25 град462.580.59818.43825.938 град81.25 град562.590.58814.68819.688 град126.25 град512.5100.60722.18832.188 град96.25 град412.5110.59312.81322.813 град88.75 град537.5120.61220.31335.313 град118.75 град437.5130.60316.56329.063 град73.75 град487.5140.58224.06316.563 град103.75 град587.5150.60110.46928.281 град94.375 град443.75160.58117.96915.781 град124.375 град543.75170.59214.21922.031 град79.375 град593.75180.61121.71934.531 град109.375 град493.75190.58612.34418.906 град101.875 град568.75200.60619.84431.406 град71.875 град468.75210.61516.09437.656 град116.875 град418.75220.59723.59425.156 град86.875 град518.75230.59911.40626.719 град120.625 град481.25240.61718.90639.219 град90.625 град581.25280.59420.78123.594 град113.125 град406.25290.58417.03117.344 град98.125 град456.25300.59613.57324.623 град88.165 град513.25310.61110.23434.922 град127.188 град534.375173Как и в предыдущих случаях полученные модели проточных частей сгеометрическими параметрами, сгенерированными методом ЛП-тау поиска,посчитаны методами CFD моделирования.Результаты оптимизации сведены в Таблицу 30.Таблица 30.Результаты оптимизации проточной части насоса№ точкиНапор Н, мГидравлическийОграничение поКПД , %формехарактеристики0128,286,5+1132,186+2125,487,6-3123,087,1+4118,086,7+5121,186,5-6118,086,9-7131,685,1-8119,384,8+9131,685,1-10121,585,5+11131,685,1-12136,785+13120,484,7-14136,685-15115,685,8+16119,384,7+17114,984,9+18140,785,7+174Таблица 30 - продолжение19122,185,1-20140,785,7-21134,784,9-22132,686,2-23116,487,5+24117,886,5+25116,386+26119,587,6+27116,387,1+28116,786,7+29116,386,5+30136,787,7+31124,485,1+В качестве лучшей была выбрана проточная часть №30.
Результаты еерасчетов приведены ниже (Рисунок 4.59 - 4.61).Рисунок 4.59. Распределение амплитуды скорости в сечении насоса №30175Рисунок 4.60. Распределение давления в сечении насоса №30Рисунок 4.61. Характеристика модели №22, не удовлетворяющая введенномуограничениюРезультатоптимизациипоказал,чтоизменениеуказанныхгеометрических параметров приводит к изменению как напора, так игидравлического КПД.176Моделированиеисходнойпроточнойчасти,построеннойпорекомендациям CFTurbo, показало значение гидравлического КПД 82%, порезультатам оптимизации гидравлический КПД был повышен до 87,7%.Расчетная характеристика лучшей модели приведена на Рисунке 4.62.При моделировании не учитывались перетечки и дисковые потери, поэтомукривая напора на графике – это теоретический напор насоса, умноженный нагидравлический КПД (т.е. без учета снижения напора за счет перетечек).Рисунок 4.62.
Расчетная характеристика насоса Д630/1254.6.5. Выводы по результатам применения метода оптимизации спараметризацией нескольких элементов проточной частиПараметризациянесколькихэлементовпроточнойчастиодновременно позволяет получить алгоритм оптимизации с возможностьюучета совместного влияния параметров разных элементов проточной части навыбранные критерии.Выбор в качестве параметров оптимизации только основныхразмеров проточной части позволяет получить хорошее приближение длядальнейшегоусовершенствованиялибофинальныйвариант,удовлетворяющий всем требованиям технического задания.ПрименениеЛП-тауметодапозволяетлегкоограничения, введенные вместе с критериями оптимизации.учитывать1774.7.Оптимизация проточной части насоса низкой быстроходности сприменением двух методов оптимизацииПрименяемый по сих пор ЛП-тау метод оптимизации показал своювысокую эффективность, однако, как любой стохастический метод, онобладает характерными недостатками.
Дело в том, что вероятность найтитаким методом глобальный максимум критерия КПД крайне мала. Внастоящей работе данный метод был модифицирован. После проведенияпредварительной оптимизации ЛП-тау методом предлагается использоватьметоды направленной оптимизации (в данном случае метод градиентногоспуска [57]) для улучшения результатов предварительной оптимизации.Целью является разработка методики двухэтапной оптимизациипроточнойчастинасосанаосновесовместногоиспользованиястохастического и направленного методов оптимизации.В качестве объекта исследования выбрана проточная часть насосанизкой быстроходности. Такие насосы обладают крайне низким значениемКПД, а методикам их профилирования не уделялось столько внимания какнасосам средней и высокой быстроходности.Проточная часть исследуемого насоса представлена на Рисунке 4.63.178Рисунок 4.63.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
