【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水泵控制，具体来说，涉及一种基于泵体径向力分布的水力激振优化控制方法。
技术介绍
1、泵是重要的能量转换装置和流体输送设备，被广泛应用于各大水利枢纽和泵站工程，对国民经济的稳定发展起到了十分重要的作用。振动在泵故障中占了很大的比重，是影响机组乃至整个泵站安全、稳定运行的重要因素；另一方面，剧烈振动产生的噪声污染也不利于工程人员的健康和环境友好型工程的建设。泵机组装置振动的来源极为复杂，是激振力、机械力、结构刚度以及共振等多种因素共同作用的结果，其中流体激振力的作用占比很大。因此，建立算法优化水力激振，以寻求最优减振方案具有重要意义。
2、目前，泵机组的水力激振问题主要依靠计算流体动力学（cfd）数值模拟与实验相结合的技术手段来解决，该方法往往需要花费很长的时间周期和较大的经济成本。具体的，以水力激振为优化对象而展开的cfd研究，其分析重点多集中于流道内不同监测点的压力脉动，这种模拟方法因具有成熟的理论基础和配套实验装置而被广泛采用，但是其本质并非直接对泵体本身进行振动分析，而是通过计算流道水体内各个点的压力脉动数据，再通过分析脉冲特性来反映泵体的水力激振情况。因此该方法是一种间接推测方法，即以水力脉冲推测泵体振动。此外，关于压力脉动的实验也多在缩放后的模型泵上进行，其目的是为了使实验模型满足相关的实验条件，并节省实验成本，这就导致了所做实验与实际工程存在较大的工况偏差，无法准确地反映工程实际情况。尽管现阶段已有部分学者和相关企业打造出了等比例缩放的工程模型实验装置，在相似理论的支持下，能够保证实验工况与
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于泵体径向力分布的水力激振优化控制方法，直接对泵体本身进行振动分析进行优化，高效、低成本且具有较强的普适性。
2、为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种基于泵体径向力分布的水力激振优化控制方法，包括以下步骤：
3、步骤101，根据实际工程需求，制定初始水泵选型方案；
4、步骤102，对水泵选型方案中的水泵和工程环境进行三维建模，并对建立的计算模型进行网格划分，得到离散模型；
5、步骤103，利用计算流体力学软件对离散模型进行定常计算，得到静态计算结果；
6、步骤104，基于静态计算结果，利用计算流体力学软件对离散模型进行非定常计算；计算过程中，通过水泵径向力函数计算得到水泵径向力时域数据；
7、步骤105，对水泵径向力时域数据进行频域转换，得到水泵径向力频域数据；
8、步骤106，根据水泵径向力频域数据，判断水力激振的主要来源，针对不同来源进行优化，得到最优减振方案。
9、作为本专利技术实施例的进一步改进，所述水泵径向力时域数据包括叶轮的径向分力时域数据、导叶体的径向分力时域数据、泵体壁面的径向分力时域数据和水泵径向合力时域数据；
10、所述步骤104中，在进行非定常计算前，先在计算流体力学软件中编写水泵水力部件的径向分力函数和水泵径向合力函数。
11、作为本专利技术实施例的进一步改进，所述水泵水力部件的径向分力函数包括式（1）所示的叶轮的径向分力函数、式（2）所示的导叶体的径向分力函数和式（3）所示的泵体壁面的径向分力函数：
12、 式（1）
13、 式（2）
14、 式（3）
15、水泵径向合力函数如式（4）所示：
16、 式（4）
17、式中，表示叶轮的径向分力，表示导叶体的径向分力，表示泵体壁面的径向分力，表示水泵径向合力，表示计算流体力学软件中自带的径向力函数，表示计算模型中叶轮的名称，表示计算模型中导叶体的名称，表示计算模型中泵体壁面的名称。
18、作为本专利技术实施例的进一步改进，所述步骤106中，分别根据各水泵水力部件径向分力频域数据和水泵径向合力频域数据，判断水力激振的主要来源，针对不同来源进行优化，得到各水泵水力部件分力的最优减振方案和水泵合力的最优减振方案。
19、作为本专利技术实施例的进一步改进，所述步骤106具体包括：
20、步骤1061，将水泵径向力频域数据按照幅值从大到小进行排序，得到排在前5位的幅值、、、和分别对应的5个频率、、、和；
21、利用式（5）计算振动总能量：
22、 式（5）
23、步骤1062，如果5个频率中有与泵体固有频率相等的频率或有与泵体固有频率差小于5%的频率，则重新制定水泵选型方案，执行步骤102；否则执行步骤1063；
24、步骤1063，如果5个频率中有为叶轮转频n倍的频率，所述n为大于等于1的整数，则优化水泵选型方案中的水泵水力部件，执行步骤102；否则，如果振动总能量达到最小值或不再发生变化，则执行步骤1064；否则优化水泵选型方案中的主泵水力部件，执行步骤102；
25、步骤1064，优化水泵选型方案中的工程流道，执行步骤102；如果振动总能量达到最小值或不再发生变化，则得到最优减振方案；否则优化水泵选型方案中的工程流道，执行步骤102。
26、作为本专利技术实施例的进一步改进，所述步骤106还包括：
27、步骤1065，利用式（6）计算得到最优减振方案的减振总能量：
28、 式（6）
29、式中，表示最优减振方案的减振总能量，表示初始水泵选型方案的振动总能量，表示最优减振方案的振动总能量。
30、作为本专利技术实施例的进一步改进，优化水泵选型方案中的水泵水力部件的方法包括调整叶轮叶片的进出口安放角，调整导叶叶片的进出口安放角，调整叶轮与导叶体的间距，调整叶顶间隙尺寸，调整导叶叶片数量、包角和高度中的一种或多种。
31、作为本专利技术实施例的进一步改进，优化水泵选型方案中的工程流道的方法包括设计进水流道内的防旋板设计，调整进水流道的断面过渡，调整泵体井筒的后壁距，调整吸水喇叭的断面过渡，调整导叶体扩散角和调整出水弯管的中心半径中的一种或多种。
32、作为本专利技术实施例的进一步改进，所述步骤105中，对计算过程中的最后3圈的水泵径向力时域数据进行频域转换。
33、作为本专利技术实施例的进一步改进，所述步骤102中，在进行网格划分时，对水泵水力部件区域进行网格加密处理。
34、与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：本专利技术提供的基于泵体径向力分布的水力本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于泵体径向力分布的水力激振优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于泵体径向力分布的水力激振优化控制方法，其特征在于，所述水泵径向力时域数据包括叶轮的径向分力时域数据、导叶体的径向分力时域数据、泵体壁面的径向分力时域数据和水泵径向合力时域数据；
3.根据权利要求2所述的基于泵体径向力分布的水力激振优化控制方法，其特征在于，所述水泵水力部件的径向分力函数包括式（1）所示的叶轮的径向分力函数、式（2）所示的导叶体的径向分力函数和式（3）所示的泵体壁面的径向分力函数：
4.根据权利要求2所述的基于泵体径向力分布的水力激振优化控制方法，其特征在于，所述步骤106中，分别根据各水泵水力部件径向分力频域数据和水泵径向合力频域数据，判断水力激振的主要来源，针对不同来源进行优化，得到各水泵水力部件分力的最优减振方案和水泵合力的最优减振方案。
5.根据权利要求1所述的基于泵体径向力分布的水力激振优化控制方法，其特征在于，所述步骤106具体包括：
6.根据权利要求5所述的基于泵体径向力分布的水力激振优化
7.根据权利要求5所述的基于泵体径向力分布的水力激振优化控制方法，其特征在于，优化水泵选型方案中的水泵水力部件的方法包括调整叶轮叶片的进出口安放角，调整导叶叶片的进出口安放角，调整叶轮与导叶体的间距，调整叶顶间隙尺寸，调整导叶叶片数量、包角和高度中的一种或多种。
8.根据权利要求5所述的基于泵体径向力分布的水力激振优化控制方法，其特征在于，优化水泵选型方案中的工程流道的方法包括设计进水流道内的防旋板设计，调整进水流道的断面过渡，调整泵体井筒的后壁距，调整吸水喇叭的断面过渡，调整导叶体扩散角和调整出水弯管的中心半径中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的基于泵体径向力分布的水力激振优化控制方法，其特征在于，所述步骤105中，对计算过程中的最后3圈的水泵径向力时域数据进行频域转换。
10.根据权利要求1所述的基于泵体径向力分布的水力激振优化控制方法，其特征在于，所述步骤102中，在进行网格划分时，对水泵水力部件区域进行网格加密处理。
...【技术特征摘要】
1.一种基于泵体径向力分布的水力激振优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于泵体径向力分布的水力激振优化控制方法，其特征在于，所述水泵径向力时域数据包括叶轮的径向分力时域数据、导叶体的径向分力时域数据、泵体壁面的径向分力时域数据和水泵径向合力时域数据；
3.根据权利要求2所述的基于泵体径向力分布的水力激振优化控制方法，其特征在于，所述水泵水力部件的径向分力函数包括式（1）所示的叶轮的径向分力函数、式（2）所示的导叶体的径向分力函数和式（3）所示的泵体壁面的径向分力函数：
4.根据权利要求2所述的基于泵体径向力分布的水力激振优化控制方法，其特征在于，所述步骤106中，分别根据各水泵水力部件径向分力频域数据和水泵径向合力频域数据，判断水力激振的主要来源，针对不同来源进行优化，得到各水泵水力部件分力的最优减振方案和水泵合力的最优减振方案。
5.根据权利要求1所述的基于泵体径向力分布的水力激振优化控制方法，其特征在于，所述步骤106具体包括：
6.根据权利要求5所述的基于...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨陈，陈斌，张华，黄学军，
申请(专利权)人：蓝深集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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