(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111390031.9 (22)申请日 2021.11.22 (71)申请人 南昌大学 地址 330000 江西省南昌市红谷滩新区学 府大道999号 (72)发明人 黄伟　林弘康　李火坤　曾敏　 何中政　胡新　谢杰　万子豪　 陈祥即　黄鑫　祖子豪　 (74)专利代理 机构 北京众合诚成知识产权代理 有限公司 1 1246 代理人 王焕巧 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/17(2020.01) F04D 15/00(2006.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种离心泵 全特性曲线的预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种离心泵全特性曲线的预 测方法， 包括： 基于离心泵稳定运行时的欧拉方 程及叶轮处水流的流速三角形， 根据相似定律建 立表征离心泵水头全特性关系、 力矩全特性关系 的数学模型； 收集多种比转速的离心泵全特性曲 线数据， 对离心泵全特性曲线进行改造变换， 提 取改造后曲线上特征工况点对应的特征参数值； 采用非线性回归模型建立各特征工况点特征参 数与离心泵比转速之间的关系函数； 将关系函数 代入到描述离心泵全特性的数学模 型中， 求解模 型中的待定系数， 并通过逆变换实现对任意比转 速的离心泵全特性曲线的预测。 本方法理论性 强、 程序简单， 有效解决某些工程无法通过线性 插值获得离心泵全特性曲线的问题， 节省人力物 力、 加快工程设计进程。 权利要求书3页 说明书10页 附图5页 CN 114186506 A 2022.03.15 CN 114186506 A 1.一种离心泵全特性曲线的预测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 基于离心泵稳定运行时的欧拉方程及离心泵叶轮处水流的流速三角形， 结合相 似定律建立表征离心泵水头全特性关系、 力矩全特性关系的数学模型； 该数学模型可由 和 两条曲线来描述， 其中q＝Q/Qr为离心泵相对流量、 h＝H/Hr为相对扬 程、 n＝N/Nr为相对转速以及m＝M/Mr为相对力矩； Q、 H、 N和M分别为离心 泵流量、 扬程、 转速和 轴力矩； 下 标r表示额定工况； 步骤2： 收集多种比转速的离心泵全特性曲线数据， 通过数学变换将所收集的离心泵全 特性曲线改造成步骤1中反映离心泵全特性的 和 两条曲线， 提取多种 比转速对应的 曲线上各特征工况点对应的特 征参数值； 步骤3： 采用非线性回归模型建立 曲线上各特征工况点特征参数 与离心泵比转速ns之间的关系函数； 步骤4： 通过上述关系函数得到任意比转速对应 曲线上各特征工 况点的特征参数， 从而确定步骤1 中数学模型的待定系数， 并在此基础上通过逆变换实现对 任意比转速下离心泵全特性曲线预测。 2.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤1中表征离心泵水头全特性、 力矩全特性 的数学模型构建过程如下 所示： 当离心泵处于稳定工况运行时， 通过分析离心泵叶轮中间流面翼栅处的水流流速三角 形可建立离心泵稳定 工况运行时流 量、 扬程之间的关系， 以及流 量、 力矩之间的关系。 3.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 通过引入相对流量q＝Q/Qr、 相对扬程h＝H/ Hr、 相对转速n＝N/Nr、 相对力矩m＝M/Mr以及ω＝2πN/60， η＝H/(H +KQ2)， 并结合离心泵相似 定律即可获得表征离心泵水头全特性、 力矩全特性的数 学模型： 然而当离心泵在过渡过程中运行时， 离心泵内部流态复杂， 流量、 转速参数随时间发生 较大变化， 特别是当离心泵流量为零时， 其对应的力矩往往并不为零， 因此， 需对上式进行 修正： 其中： λ3为修正系数； ζ2＝‑π(cotα1/2 πb1+cotβ2/2 πb2)QrNr/(30gHr)； 由上式可知， 以 和m/h为横坐标， 为纵坐标， 可分别绘制出 和 两条曲线， 可反映离心泵在不同转速下q， n， h和m之间的关系。 4.如权利要求2所述的方法， 其特征在于， 利用欧拉方程及叶轮处 的水流流速三角形得权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114186506 A 2到离心泵稳定工况运行时流量、 扬程之 间的关系， 以及流量、 力矩之 间的关系推导过程具体 如下： 根据动量矩定理， 离心泵处于稳定工况运行时其力矩及理论扬程可由欧拉方程来确 定： 下标1、 2分别表示离心泵叶轮进出口断面； M为离心泵轴力矩， N ·m； He为理论扬程， m； H 为实际扬程， m； η＝H/(H+KQ2)为水力效率； K为水力损失系数； Q为进入离心泵叶轮内的流 量， m3/s； ω为旋转角速度， rad/s； N为离心泵转速， rpm； ρ 为水的密度， kg/m3； g为重力加速 度， m/s2； Vur为速度矩， m2/s； Vu为叶轮绝对速度在圆周方向的分速度， m/s； r为叶轮半径， m。 5.如权利要求2所述的方法， 其特征在于， 根据连续性定理， 叶轮中间流面进出口处的 径向流速V1m、 V2m分别为： 式中： V1m为叶轮进口断面的径向流速， m/s； V2m为叶轮出口断面 的径向流速， m/s； A1、 A2 分别为叶轮进口、 出口断面的过流面积， m2； b1、 b2分别为叶轮中间流面翼栅进口、 出口处的 过水断面宽度， m； r1、 r2分别为叶轮进口、 出口半径， m。 6.如权利要求4所述的方法， 其特征在于， 同时由离心泵叶轮内部流动状态的流速三角 形可知， 所述欧拉方程中的V1u以及V2u可写成： 式中： U2为叶轮圆周速度， m/s； α1为水流绝对速度角， °； β2为水流相对速度角， °。 7.如权利要 求6所述的方法， 其特征在于， 将上述V1u、 V2u的具体表 达式带入欧拉方程中， 可得离心泵稳定 工况运行时流 量、 扬程之间的关系， 以及流 量、 力矩之间的关系如下： 8.如权利要求4所述的方法， 其特征在于， 步骤2中将现有离心泵全特性曲线改造变换 成 形式的曲线过程如下 所示： 离心泵全特性曲线由无量纲的流 量函数WH(x)、 力矩函数WB(x)表示， 其形式具体如下： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114186506 A 3