1.一种考虑长周期运行的离心泵转子系统设计方法,包括以下步骤:步骤1、根据离心泵长周期运行要求,对离心泵水力性能及结构进行设计;
步骤2、从转子动力学科进行综合分析,提取主流场激振力和间隙流场激振力;
步骤3、从结构学科对离心泵装配精度的确定定量控制目标;
步骤4、从制造工艺学科对多级离心泵转子装配同轴度进行分析;
步骤5、根据多学科设计优化方法,选择所需优化的设计变量、构造优化函数、确立离心泵转子系统优化的数学模型;
步骤6、使用多目标人工蜂群算法对数学模型进行求解,得到最优解集;
步骤7、基于最优解集,构建优化后离心泵转子系统模型,进行长周期运行分析;
所述步骤1对离心泵水力性能及结构进行设计包括:根据离心泵长周期要求,设定满足离心泵转子系统长周期运行的公式为:其中:
为离心泵实际振动幅值, 为规定的振动幅值,t为离心泵连续无故障运行的时间,为离心泵连续无故障运行的时间限值;
所述步骤2中的提取主流场激振力和间隙流场激振力包括:步骤2.1主流场激振力的求解:
对离心泵转子部件表面受压力作用的面积分来获取主流场激振力分量;
其主流场激振力则可以表示为:
其中: 为主流场激振力, 分别为垂直于旋转轴的转子径向方向与转子周向方向的流场激振力,为转子径向变量,为转子周向变量, 为转子径向方向的速度,为转子周向方向的速度,ρ为流体密度,为流体流速, 为转子起始轴端面积, 为转子末端轴端面积,为流体流量, 为转子角速度;
步骤2.2间隙流场激振力的求解:
步骤2.21构建间隙流场激振力微元控制方程组:创建基于Moody摩擦模型的流体微元控制方程组:上述方程组中从上至下依次为轴向动量方程、周向动量方程、径向动量方程以及连续性方程;
其中:S为流体局部间隙, 为转子半径,τ为剪切力, 为转子径向方向的剪切力, 为转子轴向方向的剪切力, 为转子周向方向的剪切力,z为转子轴向变量,u为速度, 为转子轴向方向的速度, 为时间变量;P为离心泵内压力;
步骤2.22流体微元控制方程组的求解:
使用摄动法对流体微元控制方程组进行求解,将原始方程简化为关于摄动量的零阶和一阶摄动方程,进一步转化为一阶微分方程组的数值求解问题;通过打靶法求解该方程组,可以获取间隙流道内流体的速度、压力脉动、激振力以及其等效动力学特性参数。
2.根据权利要求1所述的考虑长周期运行的离心泵转子系统设计方法,其特征在于:构建转子系统动力学特性方程如下:;
其中:在方程左边,M为质量矩阵、C为阻尼矩阵、K为刚度矩阵,在方程右边, 为间隙流场激振力,H为转子系统重量矩阵, 、、 为未知量,通过求取该转子运动方程的特征值,可以进而求得转子系统的临界转速、响应等动力学特性与行为,B1、B2及B3分别为节点划分后的转子系统位置矩阵。