工業(yè)泵網(wǎng)對多級離心泵技術(shù)的研究可以追溯到18世紀,早在1750年著名數(shù)學家歐拉就對離心泵內(nèi)的液體流動進行了理論的分析,為離心泵的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ),但直到19世紀末,高速電動機的發(fā)明使離心泵獲得理想動力源之后,它的優(yōu)越性才得以充分發(fā)揮。1893年,人們首次發(fā)現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象,隨后對螺旋槳、水輪機和水泵等水力機械的汽蝕問題進行了大量研究。隨著離心泵越來越向高速運轉(zhuǎn)方向發(fā)展,汽蝕一直都是離心泵面臨的最重要的問題之一。
1938年英國科學家Anderson提出面積比原理設(shè)計法,他指出葉輪出口過流面積與泵體喉部面積之比乃是離心泵揚程、效率等性能指標的重要參數(shù)。但直到1963年,R .C. Worster 才從理論上證明了面積比原理的科學性。傳統(tǒng)的設(shè)計方法都是建立在一元流動理論基礎(chǔ)上的,認為流動參數(shù)僅沿流動方向有變化,這與實際情況不相符合。在20世紀90年代初期和中期,對離心泵二元流動理論和三元流動理論及其設(shè)計方法的研究就在一些高等院校和科研單位掀起了高潮,也取得了一定的理論研究成果。
我國的離心泵研究真正開始于20世紀80年代,1997年袁壽其在其論文中對面積比原理設(shè)計法進行了理論推導(dǎo),并通過試驗分析得出影響離心泵最大軸功率位置的最關(guān)鍵因素是面積比,而非傳統(tǒng)觀點認為的葉輪。我國一直沿用的離心泵水力設(shè)計方法是傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計法-模型換算法和速度系數(shù)法。實踐表明,這類方法存在較大的弊端,不利于泵性能進一步提高和改善。
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,人們開始將優(yōu)化理論應(yīng)用于離心水泵的設(shè)計領(lǐng)域。但優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學模型往往不盡完善,在很多情況下與實際問題并不符合,所以常常只做局部優(yōu)化,進步緩慢。近年來,隨著采用新的優(yōu)化技術(shù)和汲取相近學科的成功經(jīng)驗,泵的優(yōu)化由局部向整體,由流線向流面、流場,由靜態(tài)向動態(tài)發(fā)展。
遺傳算法作為一種全新的隨機優(yōu)化方法,遺傳算法已廣泛地應(yīng)用于透平機械設(shè)計的多個方面,例如遺傳算法直接用于氣動元件的形狀優(yōu)化設(shè)計、超音速噴管的最佳形狀、離心風扇的最佳箱體形狀等,已發(fā)展到可以用來協(xié)助計算流體動力學(CFD)方法進行有關(guān)流場計算等,并且已滲透到更為復(fù)雜的透平機械設(shè)計領(lǐng)域。如采用遺傳算法對孤立翼形進行最優(yōu)化設(shè)計,用遺傳算法進行航空機翼的優(yōu)化設(shè)計方面的研究;離心壓縮機擴壓器葉柵正、逆命題設(shè)計的遺傳算法模型,基于遺傳算法的蒸汽透平二維葉片型線自動設(shè)計系統(tǒng),亞音速和跨音速工況下機翼表面的最優(yōu)壓力分布等。
對于泵的抗汽蝕問題,當前有一種應(yīng)用快速攝影和CFD技術(shù)對發(fā)生汽蝕的離心泵進行研究的,探索降低泵NPSHr的方法。還有通過控制和分析離心泵進口處的流態(tài)來改善離心泵的汽蝕。在探索泵的初生汽蝕方面,還可以利用小波分析方法對模擬的汽蝕初始信息進行了診斷分析。另外,也可以通過測試泵出口的壓力波動特性對泵的汽蝕進行診斷。在國外,應(yīng)用聲發(fā)射、振動分析等先進實驗技術(shù)以及擬序渦結(jié)構(gòu)等現(xiàn)代計算方法對汽蝕的研究近幾年也逐步興起并活躍起來。