基于响应面法的消防泵S型叶片改进优化设计

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Optimization for S-type Blade of Fire Pump Based onResponse Surface M ethodWANG Chunlin PENGHaibo DING Jian LIU Dong(School of Energy and Power Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 2 1 20 1 3)Abstract：The design optimization method for variable curvature blade of fire pump is established，based on experimental designtheory and response surce approximation.The objective functions are defined as the maximum eficient.high efective area andstability of head·flow curve in the small flow region.Through taking a single·stage single suction centrifugal pump MY56-50 as theinitial model and by using Bezier parameter curve fiting blade surfaces，the model of blade profile parameters are goten.First asignificant impact on the blade profile parameters are filtered out by single factor experimental design，and then the filter parametersof the optimal design point are analyzed and determined by the central composite design and response surface methodology。

According the results by computational fluid dynamics(CFD)calculated，the variable curvature blade profile control parameters andobjective function response surface approximation model are constructed，and the interaction efects between the parameters areanalyzed.Experimental study on the optimal design point of the pump，CFD calculated values are consistent with the approximationof the response surface，and the new pum p than the pump of MY56-50 have greatly improved in perform ance.It indicated that theoptimal design method based on the experimental design and response surface Can be used for optimized the design of variablecurvature blade of fire pump。

Key words：Variable curvature blade Fire pum p Optimal design Response surface methodology Central composite design 0 前言随着计算流体力学的发展，通过流体分析和数值优化相结合进-步提高泵性能的方法越来越受到江苏高校优势学科建设工程(苏财教[201118号)和国家自然科学基金(51109094)资助项目。20120704收到初稿，20130415收到修改稿重视。泵内部流动呈现复杂三维的特性，撒于泵内部结构参数的相互作用¤助于计算流体力学(Computational fluid dynamics，CFD)计算可以获得大量的信息，而数值优化方法可作为分析这些信息的工具，用来研究结构参数与机器性能之间的关系，并且寻找结构参数的最佳组合。

近几年来，-些优化方法在离心叶轮的设计中176 机 械 工 程 学 报 第 49卷第 1O期! ---- U.Ulj仉式中， 为水力效率； 1/(10.68， )；为圆盘摩擦损失功率， 为计算轴功率。

1.Ix75×10 23 2 (10)Pgq H (11)式中， 为扬程， 为体积流量，P为水的密度。

图20为最优设计点的泵与MY.56 50参考模型的性能曲线对比，其中PUMPinl表示MY.56.50的性能曲线，PUMPopt预测值表示优化设计后由CFD计算 并按照式(8)转换 成总效率 的性能 曲线 ，PUMPopt试验值为通过对优化后的模型进行外特性试验所得的性能曲线。从图20中可以看出改型后泵的扬程较原泵的扬程高，扬程的稳定区域宽泛，与试验值相比其相对误差较小，性能曲线走势相对- 致。改型后对模型泵试验的最高效率较比原泵效率高，整体效率较高，但其高效区右移。这是由于改型后的叶片为复合变曲率叶型，叶片的出口芭角较大，提高了泵的扬程，随之流量的增大效率升高，高校区右移。改型后的泵更符合消防泵的要求。

体积流量g /(m /h)图 20 优选 S型叶片消防泵与普通离心泵性能比较6 结论综合考虑了四个性能目标，使其都达到最优，经过优化设计，确定最优设计点，其性能指标较优化前的模型有明显改善，达到了消防泵的基本要求。

(1)以普通离心泵为初始模型，基于三阶Bezier参数曲线拟合叶型曲面，对参数化的叶片进行了改型研究。使用单因素试验设计，分析了9个控制参数对性能曲线的影响，得出4个显著影响参数( ，、、 、 )。

(2)以最高效率 、高效区范围血 A、 E和 E为目标函数，基于 RSM 方法，分析了 S型叶片型线的4个显著影响参数对泵性能的影响，得到了参数间的交互作用。

(3)建立了基于试验设计理论和响应面近似的消防泵 S型叶片优化设计方法，计算量相对较小，计算结果的精度和可靠度较高，可以快速准确地选出旋流泵结构参数的最优组合。通过试验验证对改型后的泵和原泵进行性能对比，较原泵有明显的改善，且符合消防泵的要求，该方法可用于多目标 S型叶片消防泵的优化设计。