基于NSGA-Ⅱ的滑油泵叶轮结构优化设计

滑油泵常需要在高空、低压工况下稳定运转,常会出现供油不足、效率降低等问题。为了得到满足设计要求且具有最佳性能的滑油泵,以某直升机用滑油泵叶轮为研究对象,对其结构进行优化设计。选择高空两个典型工况的效率与扬程作为优化目标,利用NSGA-Ⅱ算法对滑油泵叶轮几何参数进行寻优,对优化前后的滑油泵效率、扬程进行对比分析。采用CFD流体仿真及实验方法对优化结果进行对比验证。结果表明:所选优化参数对滑油泵性能有较大影响,优化后的滑油泵叶片位置附近流动更加平稳,高低压区域过渡平缓,能量损失更小,且降低了汽蚀发生的可能性;优化后的滑油泵设计点扬程提高2.6 m,效率提高2.86%。

机采系统优化设计软件应用与评价

为进一步摸索降低游梁式抽油机井单井能耗,提高游梁式抽油机井系统效率的高效途径,开展了机采系统优化设计软件现场应用。通过对比该优化方式与常规优化技术的参数差异,对检泵作业可优化调整的泵径、冲程和冲次等参数进行了深入细致的分析,建立软件模型,得出“大泵径、长冲程、低冲次”的设计理念,通过软件对生产井进行模拟优化。现场优化460口井,平均节电率达到34.18%,游梁式抽油机系统效率升高了11.92个百分点,取得了较好的节能效果,年创经济效益675.08万元,机采系统优化设计软件的应用为检泵井优化设计提供了手段。

Performance Enhancement of a Pump Impeller Using Optimal Design Method

This paper presents the performance evaluation of a regenerative pump to increase its efficiency using optimal design method. Two design parameters which define the shape of the pump impeller, are introduced and analyzed. Pump performance is evaluated by numerical simulation and design of experiments(DOE). To analyze three-dimensional flow field in the pump, general analysis code, CFX, is used in the present work. Shear stress turbulence model is employed to estimate the eddy viscosity. Experimental apparatus with an open-loop facility is set up for measuring the pump performance. Pump performance, efficiency and pressure, obtained from numerical simulation are validated by comparison with the results of experiments. Throughout the shape optimization of the pump impeller at the operating flow condition, the pump efficiency is successfully increased by 3 percent compared to the reference pump. It is noted that the pressure increase of the optimum pump is mainly caused by higher momentum force generated inside blade passage due to the optimal blade shape. Comparisons of pump internal flow on the reference and optimum pump are also investigated and discussed in detail.

超高比转速离心泵的高效设计

为研究叶轮结构参数对提升n_(s)在300~450间的超高比转速离心泵设计点效率的影响,以某超高比转速单级单吸立式离心泵为研究对象,选取叶轮出口宽度b_(2)、叶片进口安放角β_(1)、叶片出口安放角β_(2)和叶片包角φ为试验因素,建立L_(9)(4~3)正交试验方案,在0.9Q_(n)~1.1Q_(n)工况内对各方案模型进行数值计算,分析各因素对泵水力性能影响的主次顺序,进而得到叶轮结构尺寸的最佳参数组合。按照最佳尺寸优化叶轮,将优化后的泵外特性试验结果与原型进行了对比分析。结果表明:(1)高效设计时超高比转速离心泵叶轮结构参数对效率影响的主次顺序为φ→b_(2)→β_(2)→β_(1),影响水力性能的主要因素为φ,以便指导超高比转速离心泵的高效设计;(2)确定了高效设计时叶轮结构参数的最优水平组合;(3)优化后泵设计点效率较原型提高约4.2%,高效区扩宽至0.75Q_(n)~1.1Q_(n)工况,效率整体提升2.5%以上;(4) 0.75Q_(n)~1.2Q_(n)工况优化后泵轴功率与原型相比降低5.8%~15.8%,利于节能减排。

离心泵宽高效水力设计方法的研究及应用

为了达到离心泵宽高效,以实现泵设备节能增效的目的。本文通过对离心泵宽高效机理的分析,揭示了离心泵宽高效的基本规律。提出了泵设计中采用叶片分区设计的方法,即叶片包角范围内共分三个区,即非控制区、过渡区和控制区。具体地讲首先设计泵叶片进口角-出口角的角度分布线,同时应用微积分方程求解方格网中的保角变换线,进而产生宽高效的离心泵叶轮型线。试验结果表明此叶轮设计方法达到了离心泵宽高效的节能特性,电动机的配套功率或输入功率变小。离心泵宽高效机理和试验都证明了离心泵叶轮的叶片进口角至出口角分布线的形状是决定离心泵宽高效的关键因素。

西南某成品油管道增输改造工艺优化设计

随着西南某区域社会经济的快速发展,成品油市场需求量不断扩大,现有成品油管道不能满足输送量的要求。结合已建成品油管道现状及下游市场增输要求,开展水力分析,得出增输水力计算结果,对各个站场输油泵进行校核,对已建管道进行研究分析、优化设计,针对性的提出加注减阻剂和更换输油泵改造方案,在管道安全运行的同时实现管道的增输上量。

基于效率增强的锅炉给水泵整体性能优化设计研究

为了提高锅炉给水泵的整体性能和效率,通过分析影响泵效率的关键因素,提出包括叶轮结构、泵壳流道、密封系统以及轴承与支撑结构的优化设计方案。实验结果表明,综合优化方案使水力效率提高了4.1个百分点,轴功率降低了4.4%,同时振动和噪声水平显著降低。整个研究成果可为提升电站锅炉给水泵性能和可靠性提供依据。

一种双联内啮合齿轮泵的结构优化设计

针对一款变速箱的双联内啮合齿轮泵在实际运行过程中存在的泵容积效率低的问题,该文从泵的结构上进行了原因分析,在此基础上,通过增加后端盖、紧固螺钉等措施对泵进行了结构优化设计,同时对优化前、后的双联内啮合齿轮泵进行了试验对比测试,测试结果表明,优化后的双联内啮合齿轮泵的容积效率明显高于优化前的,说明此次结构优化设计改进能够减小泵的泄露,提高泵的容积效率,保证其工作的良好性能。

有杆抽油系统效率分析及抽汲参数优化设计

针对有杆泵往复抽汲采油方式使用广泛,但系统效率较低的实际情况,对有杆泵抽油系统进行了能量消耗分析,以机械采油系统效率最高为目标,确立了机械采油系统优化设计的目标函数和约束条件,给出了有杆泵抽油时机、杆、泵及抽汲参数的优化设计方法。该方法可应用于机抽油井的参数优化和新投产井的优化设计。胜利采油厂的应用实例表明,参数优化后油井的系统效率提高了11.6%,降低了综合成本,提高了经济效益。

航天器用超低黏度齿轮泵轻量化设计

为追求航天器用超低黏度介质齿轮泵较好的容积率和较低的发射成本,该文在创建容积率和新重合度公式的基础上,采用最优化设计方法,通过泵的单位排量体积或单位排量质量最小化,实现了90%的最小容积率和质量最轻化,分析了结构参数对优化结果的影响。结果表明:采用齿顶重合度优化设计后的根切重合度为–0.3429,不能保证连续传动要求;压力角、轴半径、齿条刀具齿顶圆角半径和过渡区起始角对优化结果,分别有6.07%、7.8%、2.9%和6.4%的影响,总体上影响不大;径向、轴向间隙的影响很大,并具有0.04、0.07 mm的影响转折点,该转折点为径向、轴向间隙的取值上限提供了依据。初次针对航天用齿轮泵的优化设计尝试,阐明了超低黏度介质同样适用于齿轮泵。该研究可为提高其他行业用超低黏度液压泵的研发提供参考。

提高机械采油系统效率的理论研究及应用

提出了将有杆泵抽油系统输入功率划分为有效功率、地面损失功率、井下粘滞损失功率、井下滑动损失功率、溶解气膨胀功率 5部分的新观点 ,找出了各部分功率的影响因素 ,并确定了其函数关系。建立了油井在各种不同物性参数、井斜参数、设备参数、生产参数组合条件下所对应输入功率的数学计算公式 ,提出了以能耗最低或以成本最低为原则的确定机采参数的新方法。据此找出的最经济机采参数组合能大幅度提高机采系统效率 ,从而实现经济采油的目标。

高扬程潜水排污泵叶轮和蜗壳的匹配优化与试验

为提高高扬程潜水排污泵的性能,该文基于数值模拟、粒子成像测速(particle image velocimetry,PIV)测量和外特性试验并重的研究方法,以比转速为60的高扬程排污泵为研究对象,针对具有超厚叶片的叶轮与3种不同基圆直径的蜗壳进行了匹配优化。数值计算结果表明,具有超厚叶片的高扬程潜污泵蜗壳基圆直径对泵性能影响较大,当其与叶轮直径比D3/D2=1.13时,泵额定点的效率和扬程下降值均小于1%,但当D3/D2增大至1.19时,泵最高效率下降了3.3%;超厚叶片与蜗壳的匹配将直接决定泵内部流场特征,当D3/D2=1.01时,泵内部压力脉动和非定常径向力的峰峰值为D3/D2=1.13时的3倍左右,当D3/D2大于1.13时,其峰峰值变化较小。试验结果表明,兼顾考虑泵的外特性和内流场,方案B(D3/D2=1.13)具有陡降的流量-扬程曲线和饱和轴功率特性,最大轴功率不超过45kW,比国标规定的55kW小10kW,降低了生产成本。泵的高效区范围宽,在设计点泵效率达到71.80%,比国家标准高10.8个百分点;3个超厚叶片形成的3个通道,最大可通过颗粒直径为40mm的固体颗粒。PIV测量结果表明,在较大的流量范围内,叶轮内流场稳定,未出现不良流动现象,且此时泵内的压力脉动和径向力较小。该研究可为"高效率、无过载、无堵塞"的高扬程潜水排污泵的设计研究提供新的思路和实践指导。

可逆式水泵水轮机转轮的三维反问题优化设计

与常规的水泵或水轮机转轮相比,可逆式水泵水轮机转轮要兼顾水泵和水轮机2种工况下的性能,设计要求高、难度大,且影响转轮性能的设计参数较多,很难通过设计-修正-试验的方法获得2种运行工况下性能均优的可逆式水泵水轮机转轮。针对这些困难,该文将三维反问题设计、CFD计算与多目标优化策略相结合,构建了可逆式水泵水轮机转轮的优化设计系统。该设计系统不仅可缩短转轮设计周期,且能对多个运行工况下的多个目标同时进行优化。利用该优化设计系统,以叶片载荷和叶片倾角为优化变量,以水泵设计工况点的转轮效率和水轮机额定工况点的转轮效率为优化目标,以水泵设计工况的扬程为约束,对某一抽水蓄能电站的水泵水轮机转轮进行了优化设计。结果表明利用该优化设计系统能够设计出在水泵和水轮机2种运行工况下转轮水力效率均高于95%的可逆式水泵水轮机转轮,其中水泵设计工况下转轮效率提高了0.15%,水轮机额定工况下转轮效率提高了2%,表明了该优化设计系统在提高可逆式水泵水轮机转轮性能方面的可行性和有效性。该研究可为水力机械,包括水泵水轮机、常规水轮机、水泵的设计开发提供参考。

基于CFD的离心泵侧壁式压水室优化设计

为了获得侧壁式压水室离心泵较高的水力效率和低的压力脉动水平,通过控制侧壁式压水室的侧壁倾斜角及叶轮外径和压水室基圆直径之间的间隙,在相同的叶轮及进出口边界条件下,采用Fluent软件对比转数为130的侧壁式压水室离心泵进行数值计算.结果表明:间隙率不变,侧壁倾斜角为15°,离心泵的水力效率达到最大值;侧壁倾斜角不变时,随着间隙率的增大泵的水力效率提高,并在间隙率为0.308时达到最大值;将时域信号进行FFT变换为频域信号,在倾斜角为15°时,叶频的脉动幅值最低;当倾斜角不变时,随着间隙率增加叶频的脉动幅值水平呈下降趋势;考虑泵的径向尺寸,侧壁式压水室间隙率不能取太大,提出的间隙率取值范围为0.134～0.192.

抽油机井合理下泵深度的优化设计

针对抽油机井下泵深度往往是按经验选取一定的沉没度或利用泵效与沉没度关系确定的问题。通过对下泵深度与泵效和系统效率关系的对比分析,提出了以系统效率最高或产液量最大或经济效益最佳作为目标函数,对抽油机井系统的优化设计和多个设计方案进行了对比,认为目标函数最高的下泵深度才是合理的下泵深度,自喷转抽井、稠油井、间抽井、排水采气井等不同井况,目标函数的选取应有所区别。对油田开采具有较大的应用价值。

抽油泵合理沉没度的确定

我国各油田对于抽油泵的沉没度都有各自的推荐值，其中有些是不合理的，以致造成一定的浪费。分别以系统效率和经济效益为目标函数探讨了两种沉没度的优化方案，计算表明，采用优化方法确定的沉没度可较明显地提高系统效率和经济效益。

有杆抽油泵沉没度的优化设计方法

机抽井泵的沉没度是影响泵效和系统效率的重要因素。通过分析有杆泵抽油系统的能耗,以机采系统效率最高为目标,确立了机采系统优化设计的目标函数和约束条件,同时分析泵效对机采系统效率的影响以及影响泵效的因素,给出了沉没度和其他抽汲参数的优化设计方法。应用结果表明,以优化设计方法来确定泵的沉没度,可明显降低能耗,提高系统效率和经济效益,为油田生产提供设计依据。

能耗最低机采系统设计方法的研究及应用

为了有效地降低有杆泵抽油系统能耗及提高抽油机井系统效率,建立了一套有杆泵抽油系统输入功率理论计算体系。该体系将有杆抽油系统输入功率划分为有效功率、地面损失功率、井下粘滞损失功率、井下滑动损失功率及溶解气膨胀功率5部分。分析了各部分功率的影响因素,确定了抽油系统输入功率与物性参数、井斜参数、设备参数及生产参数组合间的函数关系式。根据新的输入功率计算体系,提出了以能耗最低或以成本最低为目标函数的机采系统设计方法。运用该方法进行机采参数优化,能够确定最经济机采参数组合。现场应用表明,该方法可以有效降低抽油机井系统能耗,大幅度提高机采系统效率。

基于CFD技术的多级潜水泵优化设计

结合多级潜水泵的特点,针对后倾式叶轮及空间导叶的多级潜水泵,以效率最大为优化目标进行优化设计。为了提高优化的精度,对后倾式叶轮和空间导叶进行参数化拟合处理,选择叶轮和导叶的进出口角作为控制参数并在原模型基础上增加±20°作为优化范围,在不断进行流场校核的基础上基于遗传算法寻找目标函数的最优值,得到控制参数变化范围内的最优叶轮模型。数值模拟结果表明:当叶轮根部进口角为35.53°,出口角为27.32°,导叶进口角为15.48°,出口角为61.75°时获得最优模型,优化后的水泵效率提高了4.12%,单级扬程提高了1.449 m,拓宽了水泵的高效区,提高了水泵的运行稳定性,泵性能得到了优化。

基于火用分析的太阳能热泵系统优化研究

该文以热力学第一、第二定律为指导,建立了非直膨式太阳能热泵系统各部件的火用模型。根据系统投入火用的特点,首次提出代价火用效率(即收益火用与代价火用之比)作为太阳能热泵系统的优化指标。将其应用于北京某别墅太阳能热泵系统优化设计分析中,获得此建筑太阳能热泵系统太阳能集热器面积与储水箱容积的最佳配比,计算结果表明优化后代价火用效率提高了15%。研究结果为该系统在设计和运行方面提供了一定理论依据。