一種延長核主泵惰轉(zhuǎn)時間的導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種延長核主泵惰轉(zhuǎn)時間的導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計方法，首先建立通過優(yōu)化徑向?qū)~主要參數(shù)來提高惰轉(zhuǎn)下運轉(zhuǎn)效率的主目標(biāo)函數(shù)，然后將主要參數(shù)分成三組分設(shè)計變量，分別以惰轉(zhuǎn)效率為分目標(biāo)函數(shù)進行優(yōu)化，在初始約束條件內(nèi)優(yōu)化求解，得到各參數(shù)的性能最優(yōu)點，然后再將最優(yōu)點為中心確定新的約束條件，在新約束內(nèi)對主目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化求解，得到最終優(yōu)化結(jié)果。本發(fā)明對核主泵徑向?qū)~的設(shè)計，能夠改善惰轉(zhuǎn)過程效率偏低和產(chǎn)生二次回流的問題，延長惰轉(zhuǎn)時間，保證充足流量通過冷卻堆芯，增強核安全性。本發(fā)明運用分目標(biāo)約束隨機方向搜索法縮小約束范圍，主目標(biāo)外點發(fā)函數(shù)法尋找最優(yōu)點的分步優(yōu)化的設(shè)計方法，保證了優(yōu)化結(jié)果的有效性，提高了優(yōu)化的速度。
【專利說明】
-種延長核主累惰轉(zhuǎn)時間的導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明所設(shè)及的是核主累惰轉(zhuǎn)工況分析及導(dǎo)葉優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域，具體設(shè)及采用現(xiàn)代 機械優(yōu)化設(shè)計方法對累導(dǎo)葉參數(shù)進行分步優(yōu)化的設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟的加快發(fā)展，過度消耗資源和能源緊缺的問題越發(fā)突出。核電作為一種 技術(shù)成熟、可大規(guī)模生產(chǎn)的安全、經(jīng)濟、清潔的能源，在我國的遠景規(guī)劃中將有很大的發(fā)展 空間。核主累全稱核反應(yīng)堆冷卻劑主循環(huán)累，其功能是驅(qū)動核島內(nèi)高放射性高溫高壓水循 環(huán)，將反應(yīng)堆忍核裂變的熱能傳遞給蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽，推動汽輪機發(fā)電。核主累是確保 核電站安全和可靠運行的最關(guān)鍵動力設(shè)備，屬于核工級累，是核島內(nèi)唯一旋轉(zhuǎn)設(shè)備，也是一 回路的壓力邊界之一。
[0003] 核主累長期穩(wěn)定安全地運行對冷卻堆忍、W及防止核電站事故的發(fā)生尤為重要， 因此核主累常被喻為核電站的屯、臟。當(dāng)斷電發(fā)生時，由于慣性將繼續(xù)進行惰轉(zhuǎn)，核主累將在 短時間內(nèi)發(fā)生由累工況到制動工況的瞬變過渡過程，同時伴隨流量逐步減小。在小流量工 況，核主累運行不穩(wěn)定，導(dǎo)葉出口附近產(chǎn)生二次回流，引起累的振動和效率降低。提出一種 優(yōu)化小流量工況下核主累導(dǎo)葉，進而優(yōu)化其出口流場的措施顯得十分必要。因此優(yōu)化設(shè)計 時，要求核主累在斷電惰轉(zhuǎn)的工況下運轉(zhuǎn)效率足夠高，盡量降低流量突變，從而保證流量充 足，同時延長惰轉(zhuǎn)時間，確保全廠斷電后堆忍安全。
[0004] 經(jīng)檢索，與本發(fā)明相關(guān)的專利有:一種帶長短葉片導(dǎo)葉的APlOOO核主累(公開號： CN203239626U)，設(shè)及一種帶長短葉片導(dǎo)葉的APlOOO核主累的設(shè)計方法，其設(shè)計方法為長短 葉片間隔，長短葉片數(shù)相等，有效的防止二次回流的產(chǎn)生與發(fā)展，同時提高效率和確保小流 量下的穩(wěn)定運行，但是僅從導(dǎo)葉葉片進行優(yōu)化，可能會帶來其他惰轉(zhuǎn)運行問題;APlOOO核主 累徑向?qū)~水力設(shè)計(CN103775387A)，其特征是結(jié)合核主累球形蝸殼的特殊性，采用徑向 導(dǎo)葉正導(dǎo)葉的設(shè)計方法，達到導(dǎo)流和能量轉(zhuǎn)換的要求，同時運行穩(wěn)定且安全，同時優(yōu)化其集 合參數(shù)可W滿足較少能量損失的要求，但是其水力設(shè)計時大多通過經(jīng)驗設(shè)計，缺乏一定嚴(yán) 謹(jǐn)性和全面性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對W上對核主累導(dǎo)葉優(yōu)化過程遇到的問題，本發(fā)明提供一種在核主累斷電工況 下延長惰轉(zhuǎn)時間的方法和思路，W優(yōu)化導(dǎo)葉的設(shè)計來達到提高核主累惰轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)效率，增 強惰轉(zhuǎn)時的流量，獲得更長的惰轉(zhuǎn)時間，保證核主累的核安全性。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種延長核主累惰轉(zhuǎn)時間的導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計方法，步驟包括如下：
[000引SI:首先構(gòu)建一個可W通過優(yōu)化徑向?qū)~主要參數(shù)：導(dǎo)葉基圓直徑化、導(dǎo)葉進口寬 度b3、預(yù)選包角A巧、導(dǎo)葉葉片數(shù)Z、導(dǎo)葉進口安放角03、導(dǎo)葉喉部面積F，來提高惰轉(zhuǎn)效率的主 目標(biāo)函數(shù)；
[0009] S2:然后將主要參數(shù)分成=組分設(shè)計變量，建立=個分目標(biāo)函數(shù)，在不同初始約束 條件內(nèi)分別利用約束隨機方向捜索法對惰轉(zhuǎn)效率分目標(biāo)函數(shù)求解，得到=個分目標(biāo)函數(shù)最 優(yōu)點；
[0010] S3:最后在W分目標(biāo)函數(shù)求解的最優(yōu)點為中屯、確定一個小的范圍作為新的約束條 件，在新約束條件內(nèi)用外點罰函數(shù)法對主目標(biāo)巧數(shù)優(yōu)化求解，得到最終優(yōu)化結(jié)果。
[001U 步驟Sl中，所述的設(shè)計變量為：
，則主目標(biāo)函數(shù)為：
[0012]
[OOU] 式中，〇3_導(dǎo)葉基圓直徑，單位米；
[0014] b3-導(dǎo)葉進口寬度，單位米；
[001引卸-預(yù)選包角，單位度；
[0016] Z-導(dǎo)葉葉片數(shù)；
[0017] Q3-導(dǎo)葉進口安放角，單位度；
[0018] F-導(dǎo)葉喉部面積，單位平方米。
[0019] 步驟S2中，所述的=組分設(shè)計變量為：
[0020] Xi= [D3、b3]T，
[0021]
[002^ X3=[a 己、F]t，
[0023] 所述的=個分目標(biāo)函數(shù)為：
[0024]
[0025]
[0026]
[0027] 步驟S2中，所述的初始約束條件求解過程先參照累手冊的如下設(shè)計方法計算：
[0028] 1)導(dǎo)葉基圓直徑化是指切于導(dǎo)葉進口螺旋線始點的圓，提高效率且不影響運行的 情況下滿足，
[0029]
[0030] 式中，〇2-葉輪外徑，單位米；
[0031] ns-比轉(zhuǎn)速；
[0032] Q-流量，單位立方米每秒；
[0033] n-轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)每分鐘；
[0034] 2)導(dǎo)葉進口寬度b3,也即軸向?qū)挾葷M足，
[0035]
[0036] 式中，kb2-葉輪出口寬度修正系數(shù)，與比轉(zhuǎn)速ns相關(guān)；
[0037] 3)預(yù)選包角A巧與流道外壁流線有關(guān)，流線在外壁處相切，同時要保證展開圖中型 線光滑通順，通常巧妒 < 卸 < 巧護，取卸=1度0°;
[0038] 4)導(dǎo)葉葉片數(shù)Z與喉部半徑Re,喉部面積是關(guān)鍵尺寸，實踐證明喉部斷面接近正方 形其效果最好，根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)導(dǎo)葉葉片數(shù)Z通常為:6《Z《8;
[0039] 5)為了改善導(dǎo)葉的形狀，導(dǎo)葉進口安放角日3應(yīng)大于液流角日/3,即日3 =日/3+Aa，Aa 取6°，其中，導(dǎo)葉進口液流角
[0040] 導(dǎo)葉進口圓周分速
[004。 式中，vu2-葉輪出口圓周分速度，單位米每秒；
[0042] D2-葉輪外徑，單位米；
[0043] 〇3-導(dǎo)葉基圓直徑，單位米；
[0044] 導(dǎo)葉進口軸面速月
[0045] 式中，b3-導(dǎo)葉進口寬度，單位米；
[0046] (63-排擠系數(shù)，其中
；
[0047] 53-導(dǎo)葉葉片厚度，單位毫米；
[004引 R3-導(dǎo)葉基圓半徑，單位米；
[0049] 6)喉部面積F滿足
[0050] 式中，k3-速度系數(shù)，與比轉(zhuǎn)速有一定函數(shù)關(guān)系；
[0051] H-揚程，單位米；
[0052] 上述六項計算完成后，得到的所述的初始約束條件為：
[0053] 分目標(biāo)函數(shù)f (Xi)的初始約束條件夫
[0化4]分目標(biāo)函數(shù)f(X2)的初始約束條件夫
[0055] 分目標(biāo)函數(shù)f(X3)的初始約束條件夫
[0056] 步驟S2中，所述的分目標(biāo)函數(shù)分別在各自初始約束下運用約束隨機方向捜索法， 對分目標(biāo)函數(shù)進行優(yōu)化求解，具體包括如下步驟：
[0057] (1)選擇一個可行的初始點XW，取實驗步長aW，給定收斂精度ei、。，隨即點個數(shù) N，W及隨機捜索方向允許試算失敗的總次數(shù)M，一般規(guī)定M=IO~20次，若超過運個數(shù)，且步 長取得很小時，則可停機；
[005引（2)在(-1,1)區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生偽隨機數(shù)ri(j)(i = l，2,…，n;j = l，2,…，N)，按下式產(chǎn)生 N個n維隨機單位向量eW( j = l，2,…，N)
[0化9]
[0060] (3)取一試驗步長a〇,按下式計算k個隨即點
[0061 ] X(j)=xW+a〇e(j)(j = l，2，...，N)
[0062] 顯然，N個隨機點分布在W初始點X(W為中屯、，W試驗步長aW為半徑的超球面上；
[0063] (4)檢驗N個隨機點xW(j = l，2,…，N)是否為可行點，除去非可行點，計算余下的 可行隨即點的目標(biāo)函數(shù)值，比較其大小，選出目標(biāo)函數(shù)值最小的點
[0064] (5)比較X(L哺X(W兩點的目標(biāo)函數(shù)值，若F(XfUXFUW),貝峨X (U和X(W的連線方 向作為可行捜索方向；若F(XW)>F(XW)，則將步長aW縮小，轉(zhuǎn)步驟(1)重新計算，直至F(x (Uxf(XW)為止。如果aW縮小到很小(例如aW《l〇-6)，仍然找不到一個 F(XW)，則說明是一個局部極小點，此時可更換初始點，轉(zhuǎn)至步驟(1);
[0065] 綜上所述，產(chǎn)生可行捜索方向的條件概括為，當(dāng)點滿足
[0066]
[0067] 則，可行捜索方向為S=XofU-XW;
[0068] (6)從初始點XW出發(fā)，沿可行捜索方向法SW步長a進行迭代計算，直至捜索到一 個滿足全部約束條件，且目標(biāo)函數(shù)值不再下降的新點X;
[0069] (7)若收斂條巧
得到滿足，迭代終止;其最優(yōu)解為X* = X，F(xiàn) (X*) =F(X),否則令
> 轉(zhuǎn)步驟(2)。
[0070] 步驟52中，所述分目標(biāo)函數(shù)求解得到最優(yōu)解Xl^ = [D3(i)\b3(i)^]T、
X3*=[Q3(3)*、F(3)*]T。 .、
[0071] 步驟S3中，在W最優(yōu)解各導(dǎo)葉參數(shù)為中屯、，在小范圍內(nèi)確定所述的新約束條件如 下：[0.95D3(i)*，1.05D3(i)*]、[0.95b3(i)*，1.05b3(i)*]'
[0.952(2)*, 1.052(2)*]、[0.95日3(3)*，1.05日3(3)*]
[0072] 步驟S3中，所述在新約束條件內(nèi)求解主目標(biāo)函數(shù)運用的是SUMT法中多適用于多維 約束條件的外點罰函數(shù)法，具體包括如下步驟：
[0073] (1)選擇一個適當(dāng)?shù)某跏键cXW和一個rW值，規(guī)定收斂精度ei、E2,并確定遞增系數(shù) C，令 k = 0;
[0074] (2)用無約束優(yōu)化方法求懲罰函數(shù)的最優(yōu)極小點滬(r?)，即
[0075] .
[0076] (3)檢驗收斂條件。若滿足MX*(r(k))-X*(r(k-i))||句謝 ?
[0077]
兩個不等式，則得最優(yōu)解X* = X*(r(k-i))，停止迭 代;否則轉(zhuǎn)下一步；
[007引 （4:
，轉(zhuǎn)向第(2)步。
[0079] 在新的約束條件下對主目標(biāo)函數(shù)進行上述優(yōu)化設(shè)計后，對求解的最優(yōu)解進行圓整 驗證后，可W得到滿足一種延長核主累惰轉(zhuǎn)時間的導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計方法的最終優(yōu)化結(jié)果
[0080] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0081] (1)本發(fā)明提出的一種延長核主累惰轉(zhuǎn)時間的導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計方法，對核主累徑 向?qū)~的設(shè)計制造具有一定積極意義，能夠改善惰轉(zhuǎn)過程中因?qū)~設(shè)計不合理效率偏低和 產(chǎn)生二次回流的問題，同時延長核主累全廠斷電狀況下的惰轉(zhuǎn)時間，保證了惰轉(zhuǎn)時有一定 的流量通過堆忍，增強了核主累的核安全性。
[0082] (2)本方法運用了分目標(biāo)約束隨機方向捜索法縮小約束范圍，主目標(biāo)外點發(fā)函數(shù) 法尋找最優(yōu)點的分步優(yōu)化的設(shè)計方法，不僅保證了優(yōu)化結(jié)果的有效性，同時提高了優(yōu)化的 速度。
【附圖說明】
[0083] 圖1是約束隨機方向捜索法程序框圖。
[0084] 圖2是外點罰函數(shù)法程序框圖。
【具體實施方式】
[0085] 下面結(jié)合附圖和具體技術(shù)方案對本發(fā)明進一步說明。
[0086] -種延長核主累惰轉(zhuǎn)時間的導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計方法，它包含構(gòu)建一個可W通過優(yōu)化 導(dǎo)葉主要參數(shù)(導(dǎo)葉基圓直徑化、導(dǎo)葉進口寬度b3、預(yù)選包角A勞、導(dǎo)葉葉片數(shù)Z、導(dǎo)葉進口安 放角03、導(dǎo)葉喉部面積F)來提高惰轉(zhuǎn)效率的主目標(biāo)函數(shù)，具體過程為：
[0087] W設(shè)計變量為；
構(gòu)建的主目標(biāo)函數(shù)為：
[008引
[0089] 式中，D3-導(dǎo)葉基圓直徑，單位米；
[0090] b3-導(dǎo)葉進口寬度，單位米；
[0091] A口-預(yù)選包角，單位度；
[0092] Z-導(dǎo)葉葉片數(shù)；
[0093] Q3-導(dǎo)葉進口安放角，單位度；
[0094] F-導(dǎo)葉喉部面積，單位平方米；
[00M]然后將主要變量分為=組分設(shè)計變量：
[0096] Xi= [D3、b3]T，
[0097]
[009引 X3=[as、F]T，
[0099] 得到的S個分目標(biāo)巧數(shù)分別為：
[0100]
[0101]
[0102]
[0103] 結(jié)合相關(guān)的設(shè)計參數(shù)和設(shè)計經(jīng)驗確定求解優(yōu)化過程中必須滿足的最初的約束條 件，具體實施過程中如下：
[0104] 1)導(dǎo)葉基圓直徑化是指切于導(dǎo)葉進口螺旋線始點的圓，提高效率且不影響運行的 情況下滿足，
[0105]
[0106] 式中，〇2-葉輪外徑，單位米；
[0107] ns-比轉(zhuǎn)速；
[010引 Q-流量，單位立方米每秒；
[0109] n-轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)每分鐘；
[0110] 2)導(dǎo)葉進口寬度b3,也即軸向?qū)挾葷M足，
[0111]
[OW]式中，kb2-葉輪出口寬度修正系數(shù)，與比轉(zhuǎn)速ns相關(guān)；
[0113] 3)預(yù)選包角A0與流道外壁流線有關(guān)，流線在外壁處相切，同時要保證展開圖中型 線光滑通順，通常
，
[0114] 4)導(dǎo)葉葉片數(shù)Z與喉部半徑Re,喉部面積是關(guān)鍵尺寸，實踐證明喉部斷面接近正方 形其效果最好，根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)導(dǎo)葉葉片數(shù)Z通常取值為6《Z《8;
[0115] 5)為了改善導(dǎo)葉的形狀，導(dǎo)葉進口安放角日3應(yīng)大于液流角日/3,即日3 =日/3+Aa，Aa 取6°，其中，導(dǎo)葉進口液流角
導(dǎo)葉進口圓周分速度
；
[0116] 式中，Vu2-葉輪出口圓周分速度，單位米每秒；
[0117] D2-葉輪外徑，單位米；
[011引03-導(dǎo)葉基圓直徑，單位米；
[0119] 導(dǎo)葉進口軸面速度
[0120] 式中，b3-導(dǎo)葉進口寬度，單位米；
[0121] (63-排擠系數(shù)，其中
[0122] 53-導(dǎo)葉葉片厚度，單位毫米；
[0123] R3-導(dǎo)葉基圓半徑，單位米；
[0124] 6)喉部面積F滿足
；
[0125] 式中，k3-速度系數(shù)，與比轉(zhuǎn)速有一定函數(shù)關(guān)系；
[0126] H-揚程，單位米；
[0127] 上述六項計算完成后，得到的新的初始約束條件為：
[0128] 分目標(biāo)函數(shù)f (Xi)的初始約束條件為[0.9D3，1. 1D3]、[0. %3，1.化3];
[01巧]分目標(biāo)函數(shù)f祐)的初始約束條件為[化9這仍UA礎(chǔ)[6，引；
[0130] 分目標(biāo)函數(shù)f (X3)的初始約束條件為[0.9日3，1. 1日3]、[0.9F，1. 1F]。
[0131] 在初始約束條件內(nèi)對分目標(biāo)函數(shù)運用約束隨機方向捜索法進行求解，而約束隨機 方向捜索法的關(guān)鍵是如何確定初始點，捜索方向和捜索步長。
[0132] 如附圖1所示為約束隨機方向捜索法程序框圖，其具體步驟可W用下面過程來表 示：
[0133] (1)選擇一個可行的初始點XW，取實驗步長aW，給定收斂精度ei、。，隨即點個數(shù) N，W及隨機捜索方向允許試算失敗的總次數(shù)M，一般規(guī)定M=IO~20次，若超過運個數(shù)，且步 長取得很小時，則可停機。
[0134] (2)在(-1,1)區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生偽隨機數(shù)riW(i = i，2,…，n;j = l，2,…，N)，按下式產(chǎn)生 N個n維隨機單位向量eW( j = l，2,…，N)
[0135]
[0136] (3)取一試驗步長a〇，按下式計算k個隨即點
[0137] X(j)=xW+a〇e(j)(j = l，2，...，N)
[0138] 顯然，N個隨機點分布在W初始點XW為中屯、，W試驗步長aW為半徑的超球面上。
[0139] (4)檢驗N個隨機點xW(j = l，2,…，N)是否為可行點，除去非可行點，計算余下的 可行隨即點的目標(biāo)函數(shù)值，比較其大小，選出目標(biāo)函數(shù)值最小的點。
[0140] (5)比較X(L哺X(W兩點的目標(biāo)函數(shù)值，若F(XfUXFUW),貝峨X (U和X(W的連線方 向作為可行捜索方向；若F(XW)>F(XW)，則將步長aW縮小，轉(zhuǎn)步驟(1)重新計算，直至F(x (Uxf(XW)為止。如果aW縮小到很小(例如aW《l〇-6)，仍然找不到一個X(L>，使FUfUXF (xw)，則說明xW是一個局部極小點，此時可更換初始點，轉(zhuǎn)至步驟(1)。
[0141] 綜上所述，產(chǎn)生可行捜索方向的條件概括為，當(dāng)點滿足
[0142]
[01創(chuàng)則，可行捜索方向為S=XofU-XWn
[0144] (6)從初始點XW出發(fā)，沿可行捜索方向法SW步長a進行迭代計算，直至捜索到一 個滿足全部約束條件，且目標(biāo)函數(shù)值不再下降的新點X。
[0145] (7)若收斂條f
，得到滿足，迭代終止。其最優(yōu)解為X* = X，F(xiàn) (X*) =F(X)，否則令義今轉(zhuǎn)步驟(2)。
[0146] 分目標(biāo)函數(shù)求解得到最優(yōu)解Xl*=[D3(l)*、b3(l)*]T、. X3* = -1
[曰3削"^?^叩后，我們^最優(yōu)解各參數(shù)為中屯、，在小范圍內(nèi)確定主目標(biāo)函數(shù)的新約束
[0147] 然后在新的約束條件下對主目標(biāo)函數(shù)運用外點罰函數(shù)法進行求解，其中外點罰函 數(shù)法的關(guān)鍵是外點罰函數(shù)的構(gòu)造，構(gòu)造步驟如下：
[014引對于扣村）《0，11=1，2^''，111的形式取為
[0149] 式中，Ii為違反約束條件的集合，即Ii={u|gu(X)>0，u = l，2r''，m}
[0150] 當(dāng)在可行域外時，則gu(X)>0;當(dāng)在可行域內(nèi)時，則的(X)《0。
[0151] 如附圖2所示是外點罰函數(shù)法程序框圖，其過程用下面步驟來表示：
[0152] (1)選擇一個適當(dāng)?shù)某跏键cXW和一個rW值，規(guī)定收斂精度ei、E2,并確定遞增系數(shù) C，令 k = 0。
[0153] (2)用無約束優(yōu)化方法求懲罰函數(shù)的最優(yōu)極小點滬(r?)，即
[0154]
.
[01巧](3)檢驗收斂條件。若滿足I
兩個不等式，則得最優(yōu)解)，停止迭代;否則轉(zhuǎn)下一步。
[0156] (4H
，轉(zhuǎn)向第(2)步。
[0157] 在新的約束條件下對主目標(biāo)函數(shù)進行上述優(yōu)化設(shè)計后，對求解的最優(yōu)解進行圓整 驗證后，可W得到滿足一種延長核主累惰轉(zhuǎn)時間的導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計方法的最終優(yōu)化結(jié)果
[0158]本發(fā)明不限于上述實施例，也包含本發(fā)明構(gòu)思范圍內(nèi)其它實施例和變形例。
【主權(quán)項】
1. 一種延長核主栗惰轉(zhuǎn)時間的導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，步驟包括如下： SI:首先構(gòu)建一個可以通過優(yōu)化徑向?qū)~主要參數(shù):導(dǎo)葉基圓直徑D3、導(dǎo)葉進口寬度b3、 預(yù)選包角Δρ、導(dǎo)葉葉片數(shù)Z、導(dǎo)葉進口安放角α3、導(dǎo)葉喉部面積F，來提高惰轉(zhuǎn)效率的主目標(biāo) 函數(shù)； S2:然后將主要參數(shù)分成三組分設(shè)計變量，建立三個分目標(biāo)函數(shù)，在不同初始約束條件 內(nèi)分別利用約束隨機方向搜索法對惰轉(zhuǎn)效率分目標(biāo)函數(shù)求解，得到三個分目標(biāo)函數(shù)最優(yōu) 占 . S3:最后在以分目標(biāo)函數(shù)求解的最優(yōu)點為中心確定一個小的范圍作為新的約束條件， 在新約束條件內(nèi)用外點罰函數(shù)法對主目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化求解，得到最終優(yōu)化結(jié)果。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種延長核主栗惰轉(zhuǎn)時間的導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在 于，步驟Sl中，所述的設(shè)計變量為:Χ = [Α、仏、Δ% Ζ、％、ΓΤ則主目標(biāo)函數(shù)為：式中，D3-導(dǎo)葉基圓直徑，單位米； b3-導(dǎo)葉進口寬度，單位米； △辦-預(yù)選包角，單位度； Z-導(dǎo)葉葉片數(shù)； Ct3-導(dǎo)葉進口安放角，單位度； F-導(dǎo)葉喉部面積，單位平方米。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種延長核主栗惰轉(zhuǎn)時間的導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在 于，步驟S2中，所述的三組分設(shè)計變量為：X3= [Cl5、F]T， 所述的三個分目標(biāo)函數(shù)為：4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種延長核主栗惰轉(zhuǎn)時間的導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在 于，步驟S2中，所述的初始約束條件為： 分目標(biāo)函數(shù)f (X1)的初始約束條件為[0.9D3,1. ID3]、[0.9b3，I. Ib3]; 分目標(biāo)函數(shù)f(X2)的初始約束條f分目標(biāo)函數(shù)f (X3)的初始約束條件為[0 · 9a3，1 · Ia3]、[〇 ·9F，1 · 1F]。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種延長核主栗惰轉(zhuǎn)時間的導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在 于，步驟S2中，所述的初始約束條件求解過程先參照栗手冊的如下設(shè)計方法計算： 1) 導(dǎo)葉基圓直徑D3是指切于導(dǎo)葉進口螺旋線始點的圓，提高效率且不影響運行的情況 下 iS B·-式中，D2-葉輪外徑，單位米； ns-比轉(zhuǎn)速； Q-流量，單位立方米每秒； η-轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)每分鐘； 2) 導(dǎo)葉進口寬度b3,也即軸向?qū)挾葷M足，式中，kb2-葉輪出口寬度修正系數(shù)，與比轉(zhuǎn)速ns相關(guān)； 3) 預(yù)選包角Af與流道外壁流線有關(guān)，流線在外壁處相切，同時要保證展開圖中型線光 滑通順，通常丨2〇 <Δ^17〇，取_=150'; 4) 導(dǎo)葉葉片數(shù)Z與喉部半徑R。，喉部面積是關(guān)鍵尺寸，實踐證明喉部斷面接近正方形其 效果最好，根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)導(dǎo)葉葉片數(shù)Z通常為:6<Ζ<8; 5) 為了改善導(dǎo)葉的形狀，導(dǎo)葉進口安放角α3應(yīng)大于液流角α'3,即Ct3 = VdAa, Δα取6°，其中，導(dǎo)葉進口液流角 導(dǎo)葉進口圓周分i 式中，VU2_葉輪出口圓周分速度，單位米每秒； D2-葉輪外徑，單位米； D3-導(dǎo)葉基圓直徑，單位米； 導(dǎo)葉進口軸面速5式中，b3-導(dǎo)葉進口寬度，單位米； φ3-排擠系數(shù)，其MS3-導(dǎo)葉葉片厚度，單位毫米； R3-導(dǎo)葉基圓半徑，單位米； 6) 喉部面積F滿足k3_速度系數(shù)，與比轉(zhuǎn)速有一定函數(shù)關(guān)系； H-揚程，單位米。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種延長核主栗惰轉(zhuǎn)時間的導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在 于，步驟S2中，所述的分目標(biāo)函數(shù)分別在各自初始約束下運用約束隨機方向搜索法，對分目 標(biāo)函數(shù)進行優(yōu)化求解，具體包括如下步驟： (1) 選擇一個可行的初始點X(())，取實驗步長α(())，給定收斂精度隨即點個數(shù)N，以 及隨機搜索方向允許試算失敗的總次數(shù)Μ，一般規(guī)定M=IO~20次，若超過這個數(shù)，且步長取 得很小時，則可停機； (2) 在(_1，1)區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生偽隨機數(shù)ri(j)(i = l，2,…，n;j = l，2,…，Ν)，按下式產(chǎn)生N個η 維隨機單位向量ew( j = l，2,…，Ν)(3) 取一試驗步長α〇,按下式計算k個隨即點 X(j) = X(0)+a〇e(j)(j = l,2,---,N) 顯然，N個隨機點分布在以初始點X(())為中心，以試驗步長a(())為半徑的超球面上； (4) 檢驗N個隨機點乂0〇 = 1，2，一，《是否為可行點，除去非可行點，計算余下的可行 隨即點的目標(biāo)函數(shù)值，比較其大小，選出目標(biāo)函數(shù)值最小的點χα); (5) 比較XaWPXw兩點的目標(biāo)函數(shù)值，若F(Xa))<F(X (Q))，則取XaWPXw的連線方向作 為可行搜索方向；若F(X a))彡F(Xw),則將步縮小，轉(zhuǎn)步驟（1)重新計算，直至F(Xa)) <F(X(°))為止。如果一)縮小到很小(例如a( Qkl〇-6)，仍然找不到一個Χω，使F(Xa))<F(X (<3))，則說明X(())是一個局部極小點，此時可更換初始點，轉(zhuǎn)至步驟(1); 綜上所述，產(chǎn)生可行搜索方向的條件概括為，當(dāng)χα)點滿足則，可行搜索方向為S = X〇a)-X(()); (6) 從初始點Xw出發(fā)，沿可行搜索方向法S以步長a進行迭代計算，直至搜索到一個滿 足全部約束條件，且目標(biāo)函數(shù)值不再下降的新點X; (7) 若收斂；得到滿足，迭代終止;其最優(yōu)解為X* = X，F(xiàn)(X*) = F(X)，否則令;T 1轉(zhuǎn)步驟(2): 所述分目標(biāo)函數(shù)求解得到最優(yōu)7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種延長核主栗惰轉(zhuǎn)時間的導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在 于，步 驟S3中，在以最優(yōu)解各導(dǎo)葉參數(shù)為中心，在小范圍內(nèi)確定所述的新約束條件如下：8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種延長核主栗惰轉(zhuǎn)時間的導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在 于，步驟S3中，所述在新約束條件內(nèi)求解主目標(biāo)函數(shù)運用的是SUMT法中多適用于多維約束 條件的外點罰函數(shù)法，具體包括如下步驟： (1) 選擇一個適當(dāng)?shù)某跏键cXw和一個r(())值，規(guī)定收斂精度￡1、4，并確定遞增系數(shù)c，令 k = 0; (2) 用無約束優(yōu)化方法求懲罰函數(shù)的最優(yōu)極小點)^(r(k))，即在新的約束條件下對主目標(biāo)函數(shù)進行上述優(yōu)化設(shè)計后，對求解的最優(yōu)解進行圓整驗證 后，可以得到滿足一種延長核主栗惰轉(zhuǎn)時間的導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計方法的最終優(yōu)化結(jié)果
【文檔編號】F04D29/44GK106015102SQ201610318444
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】朱榮生, 蔡崢, 王秀禮, 付強, 盧永剛, 王海濱
【申請人】江蘇大學(xué)