SP无堵塞旋流泵的优化设计探讨
SP无堵塞旋流泵的优化设计探讨
发表时间：2019-08-05T11:36:44.453Z 来源：《基层建设》2019年第11期作者：于豪杰
[导读] 摘要：旋流泵是一种因其内部流体存在旋转的旋涡运动而得名的设备，多用于输送复杂介质或含杂质流体，如含垃圾、短纤维物质或粪便的两相流体，可抽送含气率较高的液体。
烟台恒邦泵业有限公司
摘要：旋流泵是一种因其内部流体存在旋转的旋涡运动而得名的设备，多用于输送复杂介质或含杂质流体，如含垃圾、短纤维物质或粪便的两相流体，可抽送含气率较高的液体。
关键词：旋流泵；无堵塞泵；优化设计
旋流泵的结构特点是叶轮为开式或半开式，叶片为直叶片并呈放射状布置，叶轮与前泵壳之间有较宽阔的轴向空间，或者说叶轮后缩至泵壳后腔，这便为固体介质通过泵体提供了良好的条件。
1 结构特点及工作原理
1.1发展史
美国西部机械公司（Western Machine Company）研制出第一台WEMCO型旋流泵之后，其它泵公司也相继开始了对旋流泵的设计研究。1956年Stenbery Flygt公司试制出了旋流潜水泵。1959年瑞士埃格尔（Egger）公司开始生产旋流泵。而后日本也开展了对该种泵的研究和生产。1968年，西德学者Rutschi公开发表了旋流泵实验研究报告。到目前已有多个国家和地区生产旋流泵，国外一些大的泵制造公司已将该泵型作为标准泵型生产。
国内对旋流泵的研究起步较晚，石家庄水泵厂曾在20世纪60年代中期试制过一台用于输送顺丁橡胶的旋流泵。1979年蔡振成对6J35型旋流泵进行了试验研究。80年代，北京农业工程大学和江苏工学院公开发表了旋流泵方面的一些研究成果。近些年来，国内关于旋流泵的研究主要集中在兰州理工大学、江苏大学等高校，研究内容多为综述、CFD模拟及性能分析。产品方面，以企业为主导，开发了一些具有特殊性能和应用领域的泵型，如切线泵、旋流稳压泵等。
1.2结构特点
叶轮为开式或半开式，叶片为直叶片并呈放射状布置。在输送含有固体颗粒的介质时，由于水流在进入旋流泵叶轮这前将在环形涡壳中将大部分颗粒分离出去，因而无堵塞性能好，叶轮磨损也相应减轻；输送的物质大部分在无叶腔的旋流带动下流出，因而无损性差，即对物质的破坏作用大；可以输送含气体的液体。
1.3工作原理
旋流泵的工作原理是当叶轮旋转时介质受离心力的作用能量增加，进入叶片间的介质受叶片的推动与叶轮一起运动，在叶轮出口顶部附近的介质因离心力较大形成了贯通流，在叶轮中部的介质形成了循环流，贯通流经泵腔出口流出，形成一定的扬程；介质中的固体颗粒和纤维在循环流的作用下获得能量，绝大部分不经过叶轮，而在无叶腔内运动后经泵出口排出，从而达到输送复杂介质或含杂质流体的目
旋流泵的流动情况
旋流泵的流动情况 在旋流泵内部流动计算中,都是把无叶腔和叶轮各自单独讨论,没有将无叶腔和叶轮作为一个整体计算,大多是模拟一维、二维流动状况,没有利用湍流理论和相关模型对其内部流动进行三维数值模拟。实际上旋流泵内部的流动可以认为是复杂的三维不可压湍流流动,将旋流泵无叶腔和叶轮作为一个整体,对其内部三维不可压湍流进行数值模拟,并对数值模拟结果进行分析旋流泵的主要结构特征是叶轮退缩在
压水室后面的泵腔内,叶轮旋转时在叶轮和前面的无叶腔内形成贯通流和循环流。旋流泵特殊的结构形式和流动与传统泵有很大差别,它的特点是结构简单,容易制造,运行平稳;无堵塞性能良好,叶轮受磨损程度较小;可以输送含气体的液体。 一、产品概述 FY-XL系列无堵塞旋流泵分立式及卧式两种形式，叶轮为旋流式叶轮，适合输送含有45%以下固体颗粒（颗粒度小于20mm）的腐蚀性液体。 二、运行原理 该泵壳体与叶轮采用新颖独特设计理念，叶轮在泵体内旋转，靠介质的内部张力带动泵体流道内的介质旋转形成涡流而获得动能，泵体流道内的介质通过泵体出口被抛出，而叶轮间介质与叶轮叶片并不发生相对运动，从而使叶轮的使用寿命大大延长，是常规离心泵寿命的三倍，叶轮与泵体前端盖存在较大的间隙（30-90mm），使此泵适合输送有较大固体颗粒（颗粒度小于等于20mm）的腐蚀性液体，在结构上就避免了叶轮因固体颗粒而卡死的事故发生，并且叶轮等过流部件不易结垢，从而在整体上解决了过流部件使用寿命短，检修频繁，设备消耗高的问题。 三、泵型优点
轴采用重型轴设计，承载能力强，运行平稳；泵采用径向剖分、前开门、后开门结构，检修方便。 四、适用范围 该泵型适用于含有大颗粒腐蚀性介质的输送。具有更可靠的运转稳定性及平稳性。该泵已广泛用于化工、化肥、石油、造纸、冶金等行业。 五、叶轮内部流动状况 叶轮内流体的圆周速度是随着半径的增大而不断增大的,流速在靠近叶片背面较高,而且比较均匀地向出口流动。叶轮径向速度也存在着一些负值,说明在叶片工作面存在较强的回流,这是由于涡壳壁和叶轮距离很小,强迫叶轮内流体由径向改为轴向的缘故。叶轮内轴向速度在轮毂附近最大,随着半径增大而有规律地减小,然后变为负值,这说明液体开始由流入叶轮逐渐变为流出。另外,叶轮内部存在着比较强的轴向旋涡和纵向旋涡。总体来说,叶轮内的圆周速度远大于轴向速度和径向速度,叶轮内流动具有良好的轴对称性。从分析结果看,叶轮内流动趋势和无叶腔内部流动趋势有许多相似之处。
大型立式斜流泵发展现状及问题
大型立式斜流泵发展现状及存在的问题 一、前言 叶片泵按其叶轮出口流体流出的方向，可分为离心泵(径流泵)、混(斜)流泵和轴流泵。 其中带空间导叶的混流泵一般称之为斜流泵。叶片泵的发展进程大致是离心泵、轴流泵，而后混流泵。技术史上第一台叶片泵是现存于法国国立巴黎博物馆中，在1772年7月31日被发现的公元5世纪葡萄牙人在圣多明戈铜矿中所用的木制排水离心泵。该泵叶轮安装有双曲率的叶片。近代第一台适于提升液体的泵是法国物理学家帕潘于1705年制造。1785年丁·斯盖宣布了一种新泵的专利，这是一种轴流泵的雏形。混流泵明确提出则是由格瑞尼1918年在《水泵》一书中，出示了艾利斯螺旋泵的混流叶轮图形(故混流泵在以前又称为螺旋泵，但这是一个容易产生误解的名称)。根据有关记载，实际上在1907年由于低扬程泵的发展需要，各工业化国家已部分地用混流泵、斜流泵和轴流泵代替离心泵，并有批量的生产。 通常情况下，人们把比转速ns在300～500范围内的叶片泵称为斜(混)流泵。它的部分使用范围与离心泵和轴流泵相重叠，单级扬程可高达60m，流量可由20m3/h到叶片泵的最大流量值，泵的类型与比转速的关系......(以下详细内容略) 二、大型立式斜流泵的研发、生产现状 1.大型立式斜流泵的典型结构型式 2.立式斜流泵轴向推力的承受 3.大型立式斜流泵的轴承问题 4.海水泵防海水腐蚀的附加保护措施 三、发展趋势及存在的问题 1.水力模型的研发 2.进水流道的研究 3.特大型立式斜流泵的研制 4.变频调速调节流量方式的推广问题 5.设计方法及相关学科的进一步研究 本文源自长沙水泵厂中联泵业有限公司https://www.wendangku.net/doc/3818143255.html,/chanpin/ 更多资料可以进入以上网站观看
机械优化设计论文(基于MATLAB工具箱的机械优化设计)
基于MATLAB工具箱的机械优化设计 长江大学机械工程学院机械11005班刘刚 摘要：机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计效率和质量。本文系统介绍了机械优化设计的研究内容及常规数学模型建立的方法，同时本文通过应用实例列举出了MATLAB 在工程上的应用。 关键词：机械优化设计；应用实例；MATLAB工具箱；优化目标 优化设计是20世纪60年代随计算机技术发展起来的一门新学科, 是构成和推进现代设计方法产生与发展的重要内容。机械优化设计是综合性和实用性都很强的理论和技术, 为机械设计提供了一种可靠、高效的科学设计方法, 使设计者由被动地分析、校核进入主动设计, 能节约原材料, 降低成本, 缩短设计周期, 提高设计效率和水平, 提升企业竞争力、经济效益与社会效益。国内外相关学者和科研人员对优化设计理论方法及其应用研究十分重视, 并开展了大量工作, 其基本理论和求解手段已逐渐成熟。 国内优化设计起步较晚, 但在众多学者和科研人员的不懈努力下, 机械优化设计发展迅猛, 在理论上和工程应用中都取得了很大进步和丰硕成果, 但与国外先进优化技术相比还存在一定差距, 在实际工程中发挥效益的优化设计方案或设计结果所占比例不大。计算机等辅助设备性能的提高、科技与市场的双重驱动, 使得优化技术在机械设计和制造中的应用得到了长足发展, 遗传算法、神经网络、粒子群法等智能优化方法也在优化设计中得到了成功应用。目前, 优化设计已成为航空航天、汽车制造等很多行业生产过程的一个必须且至关重要的环节。 一、机械优化设计研究内容概述 机械优化设计是一种现代、科学的设计方法, 集思考、绘图、计算、实验于一体, 其结果不仅“可行”, 而且“最优”。该“最优”是相对的, 随着科技的发展以及设计条件的改变, 最优标准也将发生变化。优化设计反映了人们对客观世界认识的深化, 要求人们根据事物的客观规律, 在一定的物质基和技术条件下充分发挥人的主观能动性, 得出最优的设计方案。 优化设计的思想是最优设计, 利用数学手段建立满足设计要求优化模型; 方法是优化方法, 使方案参数沿着方案更好的方向自动调整, 以从众多可行设计方案中选出最优方案; 手段是计算机, 计算机运算速度极快, 能够从大量方案中选出“最优方案“。尽管建模时需作适当简化, 可能使结果不一定完全可行或实际最优, 但其基于客观规律和数据, 又不需要太多费用, 因此具有经验类比或试验手段无可比拟的优点, 如果再辅之以适当经验和试验, 就能得到一个较圆满的优化设计结果。 传统设计也追求最优结果, 通常在调查分析基础上, 根据设计要求和实践
SP无堵塞旋流泵的优化设计探讨
SP无堵塞旋流泵的优化设计探讨 摘要：旋流泵是一种因其内部流体存在旋转的旋涡运动而得名的设备，多用于 输送复杂介质或含杂质流体，如含垃圾、短纤维物质或粪便的两相流体，可抽送 含气率较高的液体。 关键词：旋流泵；无堵塞泵；优化设计 旋流泵的结构特点是叶轮为开式或半开式，叶片为直叶片并呈放射状布置， 叶轮与前泵壳之间有较宽阔的轴向空间，或者说叶轮后缩至泵壳后腔，这便为固 体介质通过泵体提供了良好的条件。 1 结构特点及工作原理 1.1发展史 美国西部机械公司（Western Machine Company）研制出第一台WEMCO型旋 流泵之后，其它泵公司也相继开始了对旋流泵的设计研究。1956年Stenbery Flygt 公司试制出了旋流潜水泵。1959年瑞士埃格尔（Egger）公司开始生产旋流泵。 而后日本也开展了对该种泵的研究和生产。1968年，西德学者Rutschi公开发表 了旋流泵实验研究报告。到目前已有多个国家和地区生产旋流泵，国外一些大的 泵制造公司已将该泵型作为标准泵型生产。 国内对旋流泵的研究起步较晚，石家庄水泵厂曾在20世纪60年代中期试制 过一台用于输送顺丁橡胶的旋流泵。1979年蔡振成对6J35型旋流泵进行了试验 研究。80年代，北京农业工程大学和江苏工学院公开发表了旋流泵方面的一些研究成果。近些年来，国内关于旋流泵的研究主要集中在兰州理工大学、江苏大学 等高校，研究内容多为综述、CFD模拟及性能分析。产品方面，以企业为主导， 开发了一些具有特殊性能和应用领域的泵型，如切线泵、旋流稳压泵等。 1.2结构特点 叶轮为开式或半开式，叶片为直叶片并呈放射状布置。在输送含有固体颗粒的介质时， 由于水流在进入旋流泵叶轮这前将在环形涡壳中将大部分颗粒分离出去，因而无堵塞性能好，叶轮磨损也相应减轻；输送的物质大部分在无叶腔的旋流带动下流出，因而无损性差，即对 物质的破坏作用大；可以输送含气体的液体。 1.3工作原理 旋流泵的工作原理是当叶轮旋转时介质受离心力的作用能量增加，进入叶片间的介质受 叶片的推动与叶轮一起运动，在叶轮出口顶部附近的介质因离心力较大形成了贯通流，在叶 轮中部的介质形成了循环流，贯通流经泵腔出口流出，形成一定的扬程；介质中的固体颗粒 和纤维在循环流的作用下获得能量，绝大部分不经过叶轮，而在无叶腔内运动后经泵出口排出，从而达到输送复杂介质或含杂质流体的目的，因为输送的介质不经过叶轮，而是从叶轮 旁边的泵腔通过，因此堵塞现象完全排除。 1.4影响因素 （1）提高旋流泵的效率必须考虑如何降低旋流泵的循环流和轴向漩涡。 （2）通过观察输送胡萝卜试验，当小流量时，萝卜几乎不循环就快速流出涡室；随着流 量加大，萝卜循环圈数明显增多。 （3）泵体形状对旋流泵性能的影响：对于螺旋形泵体，Q-H曲线降低，轴功率大，效率低，但高效范围宽；对于半螺旋线形泵体，Q-H曲线升高，轴功率曲线下降，效率明显提高；对于圆环形泵体，Q-H曲线与半螺旋线形相近，最高效率点效率值高，高效点向小流量方向 移动，但高效范围较窄，大流量区域的效率明显下降。 （4）轴向间隙对旋流泵性能的影响：一般可通过减小叶轮与泵壳的轴向空间宽度来提高 效率，但这样将降低固体介质的通过性，换言之，旋流泵是以牺牲效率为代价来换取工作的 可靠性的。 （5）叶轮直径D2对旋流泵性能的影响：对于其他结构尺寸参数固定匹配情况下，D2以
立式斜流泵 - 长沙水泵厂
立式斜流泵 斜流泵又叫做导叶式混流泵，具有占地面积少、外径小、易启动以及效率高等优性，是一种性能和结构介于离心泵和轴流泵之间的水泵，补偿了两者的缺点同时具有两者的优点，。斜流泵的比转速在290～590,目前其应用范围也开始逐渐向其他泵类产品的领域拓展。 TKX(S)、LKX(S)、LBX(S)型立式斜流泵，适合作大型火电站和核电站的循环泵，作冶金、城市和农田给排水和工矿工程泵，用来输送55℃以下的清水、雨水、污水以及海水。 立式斜流泵型号说明： 80LKXC-20A 80-泵的吐出口径(寸，即2000/25=80) L-表示立式斜流泵，T表示叶片可调; K-表示泵转子可抽出，B表示转子不可抽; X-表示泵吐出口在基础层之下，S表示吐出口在基础层之上; C-泵的设计顺序; 20-泵设计点扬程; A-表示叶轮经过切割。 立式斜流泵数据参数： 流量Q 0.20~25m3/s 扬程H 3~60m 立式斜流泵结构型式： 立式斜流泵轴均为立式安装，吸入口垂直向下，吐出口水平外伸，转子部件有可抽出式和不可抽出式两种形式。T型泵的叶轮片叶片角度可在机组运行中进行改变。安装方式有泵、电动机分别安装在两个基础层和泵、电动机直联安装在一个基础层两种形式。密封用填料密封。泵的吸入水池有湿坑式和干坑式两种。立式斜流泵的轴向推力一般由电动机承受，小型立式斜流泵也可由泵自身承受。叶轮通常为一级，根据需要也可设计成多级。立式斜流泵的轴承采用橡胶轴承和赛龙轴承两种，当采用橡胶轴承时，泵轴设有保护套管，内心清洁压力水进行润滑。 立式斜流泵零件材质： 立式斜流泵泵轴为优质碳素钢。 叶轮为铸铁或铸钢或不锈钢。
机械优化设计方法论文
浅析机械优化设计方法基本理论 【摘要】在机械优化设计的实践中，机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计的效率和质量。每一种优化方法都是针对某一种问题而产生的，都有各自的特点和各自的应用领城。在综合大量文献的基础上，总结机械优化设计的特点，着重分析常用的机械优化设计方法，包括无约束优化设计方法、约束优化设计方法、基因遗传算方法等并提出评判的主 要性能指标。 【关键词】机械；优化设计；方法特点；评价指标 一、机械优化概述 机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一门科学，它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等诸多内容。该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益，在科技发达国家已将优化设计列为科技人员的基本职业训练项目。随着科技的发展，现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率、高精度方向发展。]1[ 优化设计方法的分类优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以做出各种不同的分类。按目标函数的多少，可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法按维数，可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法按约束情况，可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法按寻优途径，可分为数值法、解析法、图解法、实验法和情况研究法按优化设计问题能否用数学模型表达，可分为能用数学模型表达的优化设计问题其寻优途径为数学方法，如数学规划法、最优控制法等。 1.1 设计变量 设计变量是指在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，在优化过程中，这些参数就是自变量，一旦设计变量全部确定，设计方案也就完全确定了。设计变量的数目确定优化设计的维数，设计变量数目越多，设计空间的维数越大。优化设计工作越复杂，同时效益也越显著，因此在选择设计变量时。必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。
关于现代机械设计创新方法的研究
关于现代机械设计创新方法的研究 摘要：随着我国企业机械优化设计方案的不断创新，一些新型的企业机械设计 程序对提升机械软件的创新应用具有重要的作用。机械软件人员还应当不断加强 专业学习，巩固专业知识，尤其要实现机械设计方案的创新发展与推广。相关企 业应当加强机械设计领域的成本投入与质量监管机制，使我国企业机械设计方案 得到优化。 关键词：机械设计；创新；研究 Abstract：with the continuous innovation of mechanical optimization design schemes in Chinese enterprises，some new enterprise mechanical design programs play an important role in promoting the innovative application of mechanical software. Mechanical software personnel should also continue to strengthen professional learning，consolidate professional knowledge，especially to realize the innovative development and promotion of mechanical design schemes. 前言： 时代的发展使得机械行业快速前进，此时与之相关的设计规定也越来越严格。创新是该 行业的一次重大发展。对于发展中的我们国家来讲，要想和世界先进水平保持一致，就要不 断优化设计理念，积极开展创新工作。 1 有关现代机械设计优化原理的概述 1.1 企业机械设计的概念和优化原理 企业机械设计主要是一些技术人员进行编程系统或者机械软件的设计工作，尤其是要实 现一些设计领域与机械设计方案的有效结合。计算机技术人员应当实现一些机械软件的有效 应用，尤其要实现机械设计原理的不断优化，创新机械工程设计方案。[1]企业机械设计人员 要合理设计相关的技术参数，将机械设计方案适用实现最优化。[2]企业机械设计人员还应当 实现机械系统的充分运用、充分发挥企业机械设计系统的创新功能，这有利于提升现代机械 设计的技术标准，这有利于促进我国现代机械人员实现整套机械设计的科学编制和优化设计。 1.2 现代企业机械设计的联系及特点 现代企业机械设计作为一种包含目标函数、控制语句、数据结构、对象编程的高级阵列 语言，企业机械设计和机械设计软件开发人员应当控制好输出和输入系统，有效指引用户在 命令窗口中输入有效的执行命令，编写灵活科学的应用程序和运行。现代企业机械设计具有 可拓展性强、可移植性好、工具方便特点的新型企业机械设计语言，有利于深入分析科学研 究和工程计算的不同领域，使软件用户能够充分利用企业机械设计的目标函数和数据文件， 具体包括企业机械设计桌面的编辑器和调试器，做好路径搜索和用户浏览工作，确保调试系 统的完备程序的有序运行。 2 现代企业机械设计原理在创新设计中的运用探究 2.1 现代企业机械设计在计算机语言中的运用 随着互联网的快速发展，企业机械设计在计算机语言中的运用中，它广泛运用于一些子 程序的机械优化设计中，并且具备了非常好的的语言指导功能和非常高的可靠性。现在企业
SP无堵塞旋流泵的优化设计探讨
SP无堵塞旋流泵的优化设计探讨 发表时间：2019-08-05T11:36:44.453Z 来源：《基层建设》2019年第11期作者：于豪杰 [导读] 摘要：旋流泵是一种因其内部流体存在旋转的旋涡运动而得名的设备，多用于输送复杂介质或含杂质流体，如含垃圾、短纤维物质或粪便的两相流体，可抽送含气率较高的液体。 烟台恒邦泵业有限公司 摘要：旋流泵是一种因其内部流体存在旋转的旋涡运动而得名的设备，多用于输送复杂介质或含杂质流体，如含垃圾、短纤维物质或粪便的两相流体，可抽送含气率较高的液体。 关键词：旋流泵；无堵塞泵；优化设计 旋流泵的结构特点是叶轮为开式或半开式，叶片为直叶片并呈放射状布置，叶轮与前泵壳之间有较宽阔的轴向空间，或者说叶轮后缩至泵壳后腔，这便为固体介质通过泵体提供了良好的条件。 1 结构特点及工作原理 1.1发展史 美国西部机械公司（Western Machine Company）研制出第一台WEMCO型旋流泵之后，其它泵公司也相继开始了对旋流泵的设计研究。1956年Stenbery Flygt公司试制出了旋流潜水泵。1959年瑞士埃格尔（Egger）公司开始生产旋流泵。而后日本也开展了对该种泵的研究和生产。1968年，西德学者Rutschi公开发表了旋流泵实验研究报告。到目前已有多个国家和地区生产旋流泵，国外一些大的泵制造公司已将该泵型作为标准泵型生产。 国内对旋流泵的研究起步较晚，石家庄水泵厂曾在20世纪60年代中期试制过一台用于输送顺丁橡胶的旋流泵。1979年蔡振成对6J35型旋流泵进行了试验研究。80年代，北京农业工程大学和江苏工学院公开发表了旋流泵方面的一些研究成果。近些年来，国内关于旋流泵的研究主要集中在兰州理工大学、江苏大学等高校，研究内容多为综述、CFD模拟及性能分析。产品方面，以企业为主导，开发了一些具有特殊性能和应用领域的泵型，如切线泵、旋流稳压泵等。 1.2结构特点 叶轮为开式或半开式，叶片为直叶片并呈放射状布置。在输送含有固体颗粒的介质时，由于水流在进入旋流泵叶轮这前将在环形涡壳中将大部分颗粒分离出去，因而无堵塞性能好，叶轮磨损也相应减轻；输送的物质大部分在无叶腔的旋流带动下流出，因而无损性差，即对物质的破坏作用大；可以输送含气体的液体。 1.3工作原理 旋流泵的工作原理是当叶轮旋转时介质受离心力的作用能量增加，进入叶片间的介质受叶片的推动与叶轮一起运动，在叶轮出口顶部附近的介质因离心力较大形成了贯通流，在叶轮中部的介质形成了循环流，贯通流经泵腔出口流出，形成一定的扬程；介质中的固体颗粒和纤维在循环流的作用下获得能量，绝大部分不经过叶轮，而在无叶腔内运动后经泵出口排出，从而达到输送复杂介质或含杂质流体的目
30586机械优化设计考纲
高纲1513 江苏省高等教育自学考试大纲 30586 机械优化设计 南京理工大学编 江苏省高等教育自学考试委员会办公室 Ⅰ课程性质与课程目标 一、课程性质和特点 《机械优化设计》是高等工科院校中机械设计制造及其自动化专业现代设计方法模块的一门选修课程，它综合运用先修课程所学到的数学、计算机编程和机械等方面知识与理论，来解决机械工程领域内有关机构、机械零部件、机械结构及机械系统的优化设计问题及机械工程领域的其他优化问题。通过课程的学习可以培养学生运用现代设计理论与方法来更好地解决机械工程设计问题的能力。为进一步深入学习现代机械设计的理论与方法及更好地从事机械工程方面的设计、制造和管理等相关工作打下良好的基础。本课程的特点是数学基础理论与计算机编程语言与机械设计专业知识高度结合的综合课程。 二、课程目标 本门课程通过授课、练习和上机实践等教学环节，使学生树立机械优化设计的基本思想，了解机械优化设计的基本概念，初步掌握建立优化数学模型的基本方法和要求，了解和掌握一维搜索、无约束优化和约束优化中的一些基本算法及各种基本优化方法的特点和相关优化参数的选用原则，具有一定的编制和使用优化软件工具的能力，并具备一定的将机械工程问题转化为最优化问题并求解的应用能力。 三、与相关课程的联系与区别 本课程教学需要的先修课程：高等数学、理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、机械制造装备设计、计算机编程语言。 本门课程要利用高等数学中有关偏导数、函数、极值、线性代数和矩阵等知识来
构建优化的方法；利用力学、机械设计和机械制造等方面的专业知识将工程问题转化成规范的优化设计数学模型，并利用计算机编程语言将优化方法和数学模型转化成可以执行的计算机程序，从而得到优化问题的解。因此，它既区别于基础的数学、力学课程和计算机编程语言课，又不同于机械设计和机械制造等机械专业课程，是利用数学方法和编程语言来解决机械工程设计问题的综合性课程。需要培养学生综合应用各选修课程知识解决工程设计问题的能力。 四、课程的重点和难点 本课程的重点内容：机械优化设计的基本概念、一维搜索优化方法、基本的无约束优化方法和约束优化方法。 本课程的次重点内容：机械优化数学模型建立方法和原则、优化设计的数学基础、线性规划方法、多目标和离散变量的优化方法。 本课程的的难点内容：约束优化方法、优化方法在机械工程设计中的实际应用。 Ⅱ考核目标 本大纲在考核目标中，按照识记、领会和应用三个层次规定其应达到的能力层次要求。三个能力层次是递升的关系，后者必须建立在前者的基础上。各能力层次的含义是： 识记（Ⅰ）：要求考生能够识别和记忆本课程中有关优化设计数学模型和各种基本优化方法基本概念、基本原理、算法特点、算法步骤等主要内容并能够根据考核的不同要求，做正确的表述、选择和判断。 领会（Ⅱ）：要求考生能够领悟和理解本课程中有关优化问题数学建模、求解及各种基本优化方法的概念及原理的内涵及外延，理解各种优化方法的数学基础和求解步骤的确切含义，掌握每种方法的适用条件和优化参数选用原则；理解相关知识的区别和联系，做出正确的判断、解释和说明。 应用（Ⅲ）：要求考生能够根据所学的方法，对简单的优化问题求解，得出正确的结论或做出正确的判断。能够针对具体、实际的工程情况发现问题，并能探究解决问题的方法，建立合理的数学模型，用所学的优化方法进行求解，并学会编程或利用现有优化软件求解优化问题。 Ⅲ课程内容与考核要求 绪论 一、学习目的与要求 了解机械优化设计的特点、发展概况以及本课程的主要内容。 二、课程内容 传统设计和优化设计的特点和区别，机械优化设计发展概况及本课程的主要内容。 三、考核知识点与考核要求 1. 传统设计和优化设计 识记：传统设计特点，传统设计流程； 领会：优化设计特点，现代设计流程。 2. 机械优化设计发展概况
机械优化设计方法基本理论
机械优化设计方法基本理论 一、机械优化概述 机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一门科学，它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等诸多内容。该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益，在科技发达国家已将优化设计列为科技人员的基本职业训练项目。随着科技的发展，现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率、高精度方向发展。]1[ 优化设计方法的分类优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以做出各种不同的分类。按目标函数的多少，可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法按维数，可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法按约束情况，可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法按寻优途径，可分为数值法、解析法、图解法、实验法和情况研究法按优化设计问题能否用数学模型表达，可分为能用数学模型表达的优化设计问题其寻优途径为数学方法，如数学规划法、最优控制法等 1.1 设计变量 设计变量是指在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，在优化过程中，这些参数就是自变量，一旦设计变量全部确定，设计方案也就完全确定了。设计变量的数目确定优化设计的维数，设计变量数目越多，设计空间的维数越大。优化设计工作越复杂，同时效益也越显著，因此在选择设计变量时。必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。 1.2 约束条件 约束条件是设计变量间或设计变量本身应该遵循的限制条件，按表达方式可分为等式约束和不等式约束。按性质分为性能约束和边界约束，按作用可分为起作用约束和不起作用约束。针对优化设计设计数学模型要素的不同情况，可将优化设计方法分类如下。约束条件的形式有显约束和隐约束两种，前者是对某个或某组设计变量的直接限制，后者则是对某个或某组变量的间接限制。等式约束对设计变量的约束严格，起着降低设计变量自由度的作用。优化设计的过程就是在设计变量的允许范围内，找出一组优化的设计变量值，使得目标函数达到最优值。
固液两相流泵的研究现状和进展
固液两相流泵的研究现状和进展 摘要：本文重点阐述了固液两相流泵的研究现状，从叶轮内部磨损、固体颗粒运动规律、固液两相流动规律和结构优化等几个方面对固液两相泵的研究现状进行了综述，最后提出了展望。 关键词：固液两相流泵研究现状结构优化 1、引言 两相流泵是在工业生产各部门应用广泛的流体机械，在水利、煤炭、矿山、化工、电力、建材、土建、冶金等行业都起着重要的作用。多年来液固两相流泵的设计大多都是按输送清水介质设计的，这样导致了泵的运行效率低，噪声大，局部磨损严重，造成能源和设备的大量浪费[1]。为克服上述缺点，国外在20世纪30年代就把两相流理论运用到渣浆泵的设计中，并取得了很大的成就。 我国对液固两相流泵的研究开始于20世纪70年代末80年代初，直到80年代中期才逐步得到应用。 在流体力学中，将动力学性质相同的一群物质称为一相。据此，一个包含两种以上不同态物质的流动是多相流；有时也把流动中包含的不同尺寸和形状的物质颗粒，当不同的相来处理，例如可以根据具体情况，把同流体一起运动的不同形状、不同尺寸的各种固体颗粒分成许多不同的相。对多相流中的每一相都需要一租力学和热力学的参数来描述，同时还要考虑相间的力学耦合关系，多相流通常是由连续介质与不连续介质组成的流体流。连续介质称为连续相，不连续介质称为分散相。一般碰到的多相流，往往是在连续相中含有分散相的均匀的混合物的两相流动，如固液两相流、气液两相流等[1]。 我们把专门输送多相流体的泵称为多相流泵，特别地把输送两相流体的泵叫两相流泵。这里我们只讨论固液两相流体的问题。 2、研究现状 由于固液两相流动的复杂性和特殊性，所以固液两相流泵在性能、噪声、寿命等方面存在着较大的缺陷。为了克服上述缺点，国内外学者先后通过理论分析，实验研究和数值模拟等方法深入研究固液两相流泵的流动机理，优化泵的设计来提高其效率和寿命，降低噪音。
水泵的各种分类
水泵的各种分类 水泵知识 利用自然能源或借动力设备和传动装置将水由低处升至高处的水力机械装置。广泛应用于农田灌溉、排水以及农牧业、城镇供水、工矿企业、排水等方面。用于农田排灌、农牧业生产过程中的水泵称农用水泵，是农田排灌机械的主要组成部分之一。 类型根据工作原理的不同可分为容积泵、叶片泵等类型。容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量，主要有活塞泵、柱塞泵、齿轮泵、隔膜泵、螺杆泵等类型。叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，有离心泵、混流泵和轴流泵等类型。潜水电泵的泵体部分是叶片泵。其他类型的水泵有水锤泵、射流泵、内燃水泵等，分别利用射流水锤和燃料爆燃的原理进行工作。水轮泵则是水轮机与叶片泵的结合。上述各类水泵中以下列各式较具代表性。 贯流泵是卧式轴流泵的一种。由电动机、减速装置和水泵组成一整体，装设在水下堤坝内部的机坑内，其进出水流道位于一条直线上，近似直圆筒形，水力损失少，提水效率高，且结构紧凑，安装、检修方便，泵站工程简单。圬工泵是一种低扬程轴流泵，除叶轮及其外围的泵壳用金属材料制成以外，进水流道和出水流道均采用砖石或混凝土结构，其扬程在2米以下,流量大、结构简单、造价低、效率高。适用于低洼地区的排涝和灌溉。 混流泵构造和工作原理兼有离心泵和轴流泵两种类型的特点的一种水泵。叶轮被动力机械带动旋转时，叶片一方面推动着水体，同时又驱使水体旋转产生离心作用。水体在叶片的推力和离心力的作用下产生流动和提高压力。水流由轴向流入叶轮后沿叶片斜向流出，常用于输送排量较大而压力中等的场合。通常有蜗壳式和导叶式两种类型。蜗壳式混流泵的结构同离心泵相似，利用蜗壳形流道将水流通过叶轮后获得的动能转换为压力能，一般中、小型混流泵多采用蜗壳式结构。导叶式混流泵也称斜流泵，其结构与轴流泵相似，具有径向尺寸较小，结构简单轻便等特点。大型混流泵以导叶式居多，其叶片的安装角度一般也能调节。混流泵的扬程范围一般为3～10.5米，起动功率较低，能适应水位的变化,流量为0.1～50米3/秒；效率可达64～86％。20世纪70年代以来，大型混流泵的发展速度较快，在许多场合有取代大型轴流泵的趋势。 长轴深井泵多数是一个立式单吸离心泵，其叶轮装在井中动水位以下，动力机设置在井上，通过传动长轴驱动叶轮在导流壳内旋转，水流沿导流壳与叶轮之间的流道，经输水管向上提升到地面。扬程高时可采用多个叶轮串联的多级离心泵。由于传动长轴的制造和安装精度要求较高，效率随井深的增加而显著降低，因而一般只用于不超过100米的深井。 拉杆式活塞泵由畜力原动机、风力机或内燃机等驱动，常在放牧场上从井中提水时使用。由
MATLAB软件在机械优化设计中的应用研究
摘要本文分析了MATLAB软件在机械优化设计中常用的线性规划、一维优化、无约束非线性优化及约束非线性优化四种优化问题的标准数学模型、调用函数及参数的设置。并以具体实例对利用MATLAB解决优化问题的具体过程进行了详细的阐述，该过程可以供工程设计人员参考，以提高优化设计效率。 关键词机械优化设计MATLAB Research on Application of MATLAB Software in Mecha-nical Optimization Design//Jiao Lili Abstract Standard mathematical model,function and the para-meter settings of matlab software which used in mechanical optimization design such as linear programming,one-dimensional optimization,unconstrained nonlinear optimization and constrained nonlinear optimization were analyzed.Specific process of solving the optimization problem with Matlab is expounded by concrete examples,the process could be referenced by engineering staff, and then improve the efficiency optimization design. Key words mechanism;optimization design;Matlab Author's address Faculty of UG,Yancheng Institute of Techn-ology,224051,Yancheng,Jiangsu,China 机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下，在对机械产品的形态、几何尺寸关系以及其他因素的限制(约束)范围内，以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象，选取设计变量,建立目标函数和约束条件，并使目标函数获得最优值的一种现代设计方法。目前,已有很多成熟的优化方法程序可供选择,但它们各有自己的特点和适用范围，实际应用时必须注意因为优化方法或初始参数选择而带来的收敛性等问题。而M ATLAB语言的优化工具箱则选用最佳方法求解、初始参数输入简单、语法符合工程设计语言要求、编程工作量小、优越性明显。 1MATLAB优化函数介绍 M ATLAB是美国M athWorks公司于20世纪80年代中期推出的数学软件，其优秀的数值计算能力和卓越的数据可视化能力使其很快在数学软件中脱颖而出。M ATLAB优化工具箱可以解决线性规划、非线性规划和多目标规划等问题。具体包括线性、非线性最小化，最大最小化，二次规划，半无限问题，线性、非线性方程（组）的求解，线性、非线性的最小二乘问题以及整数规划等问题的求解。另外，该工具箱还提供了线性、非线性最小化，方程求解，曲线拟合，二次规划等问题中的大型课题的求解方法。为优化方法在工程中的实际应用提供了更方便快捷的途径。 M ATLAB优化工具箱能解决很多优化问题，但从目标函数、约束条件和设计变量的性质上划分，典型的机械优化问题大致分为线性规划问题、一维优化问题、多维无约束非线性规划问题、约束非线性规划问题几大类型。表1中列出了几种优化类型的标准数学模型、M ATLAB优化函数及相应的调用形式、函数中的一些参数的详细说明。 当优化问题的目标函数是优化变量的线性函数，且约束条件也是优化变量的线性等式或不等式时，该问题为线性规划问题。当优化问题中只有一个变量时，无论目标函数是变量的线性关系还是非线性关系都属于一维优化问题，只要调用fminbnd函数即可实现优化目标的求解。如目标函数和约束函数中存在一个或多个非线性函数时，则为非线性规划问题。非线性规划问题则又分为无约束和有约束两大类。 求解无约束优化问题的方法有很多，包括直接搜索法的坐标轮换法、鲍威尔法、单形替换法，间接法的梯度法、牛顿法和变尺度法等。直接搜索法适用于目标函数高度非线性，没有导数或导数很难求的情况，其缺点是收敛速度慢。在函数的导数可求的情况下，梯度法是一种更优的方法，该法利用函数梯度（一阶导数）和Hessian矩阵（二阶导数）构造算法，可获得更快的收敛速度。M ATLAB优化工具箱中的fminunc或fminsearch函数其默认实现思想是BFGS(Broy-den-Fletcher-Gold farb-Shanno)变尺度法。函数fminunc要求目标函数必须连续，函数fminsearch常用来处理不连续的目标函数，对于求解二次以上的问题，fminsearch函数比fmin-unc函数有效。 机械优化设计问题大多是有约束非线性规划问题。有约束非线性规划问题的解法有很多，但这些算法仅能解决某类特殊的非线性规划问题。早期的方法通常是通过构造惩罚函数来将有约束的优化问题转化为无约束优化问题进 中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1672-7894（2011）16-090-02 优化类型线性规划一维约束优 化 无约束非线 性规划 约束非线性 规划 数学模型min f（x） M ATLAB 优化函数linprog fminbnd fminunc、 fminsearch fmincon 常用调用形式[x,fval,exitflag]= linprog(f,A,b,Aeq, beq,lb,ub,x0) [x,fval,exitflag] =fminbnd(fun, lb,ub) [x,fval,exitflag] =fminunc [/fminsearch] (fun,x0) [x,fval,exitflag] =fmincon(fun, x0,A,b,Aeq, beq,lb,ub, nonlcon) 参数解释1.线性规划中f为优化变量x的系数向量，其他类型的f（x）要定义成M ATLAB函数文件(fun)； 2.Ax≤b为线性不等式约束，A为不等式约束系数矩阵，b为不等式约束右端向量； 3.Aeq*x=Beq为线性等式约束，Aeq为等式约束系数矩阵，beq 为等式约束右端向量； 4.c（x）≤0和ceq（x）=0分别为非线性不等式约束和等式约束，要定义成M ATLAB函数文件(nonlcon)； 5.ub,lb,x0分别为优化变量x的上界、下界和初始值； 6.x,fval,exitflag分别是返回目标函数的最优解x，在x点的函数值，算法的终止标志（为1时算法收敛）。 表1MATLAB优化函数 min f T x s.t. Ax≤b Aeq*x=Beq lb≤x≤u ≤ b s.t.lb≤x≤ub min f（x） s.t. Ax≤b Aeq*x=Beq c（x）≤0 ceq（x）=0 lb≤x≤u ≤ ≤ ≤ ≤≤ ≤ ≤ ≤ ≤≤ ≤ b min f（x） ９０
旋流泵设计说明书
JIANGSU UNIVERSITY 本科毕业设计毕业设计说明书 学院名称：能源与动力工程学院 专业班级：J动力流体0901 学生姓名：杨锡平 学号：3091104028 指导老师：杨敏官高波李忠
2013年6月 毕业设计题目旋流泵设计 (ns=63)
目录 第一章摘要----—————————————4 第二章叶轮水利设计———————————6 第一节概述—————————————6 第二节参数计算———————————7 第三章压出室水利设计—————————— 26 第四章标准件的选用——————————— 31 第五章强度计算————————————— 32 附毕业小结——————————————39 参考文献——————————————40
第一章摘要 内容摘要 泵可能是世界上除了发动机外运用最广泛的机械了，凡是有水流动的地方就会有泵在工作。它被广泛应用于工业，农业，军事业等，已经成为人们生活所不可缺少的一部分。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 旋流泵是离心泵的一种，因其内部流体存在旋转的漩涡运动而得名。旋流泵多用于抽送复杂介质或含杂质流体，如含垃圾，短纤维物质或含便类的两相流体。旋流泵亦称无堵塞泵，自由流泵或WEMCO泵。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 本次设计的内容是旋流泵。旋流泵设计的结构特点是叶片为开式或半开式叶片为直叶片并呈放射状布置。叶轮与前泵壳之间有较宽的轴向空间，或者说叶轮后缩至泵壳后腔，这便为固体介质通过泵体提供了良好的条件。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
Abstract Pump may be the most universal machine in the world except for electric motor. where there is flowing water,there is a pump.It’s applied in many fields,such as industragriculture, military etc.Pump is essencial in people’s daily life.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 The vortex pump is a kind of centrifugal pump, named for its internal fluid rotation in vortex motion. The vortex pump used for pumping complex media the impurities fluid, such as with trash, short fibers material or faeces of two-phase fluid. V ortex pump, also known as non-clog pump, free-flow pump or WEMCO pump.The design of the contents of the vortex pump. The structural characteristics of the vortex pump impeller, said impeller for open or semi-open, straight blade and radial arrangement of leaves, wide axial space between the impeller and the pump casing or shrink to the pump housing cavity this solid media
优化作业
第1章 思考题 1. 何为约束优化设计问题？什么是无约束优化设计问题？试各举一例说明。机械优化设计问题多属哪一类？ 2. 一般优化问题的数学模型包括哪些部分？写出一般形式的数学模型。 3. 试简述优化算法的迭代过程。 习题 1. 画出满足下列约束的可行域。 g1(X )= 3x1+2x1-48≤0 g2(X )= x1–18+x2≤0 g3(X )=–x1≤0 g4(X )=–x2≤0 2. 试将优化问题 min F (X)=x12+x22-4x2+4 X∈D?R2 D：g1(X )= 1-x1+x22≤0 g2(X )= x1-3≤0 g3(X )= -x2≤0 的目标函数等值线和约束边界曲线勾画出来，并回答下列问题： (a) X=[1，1]T是不是可行点？ (b) T X? ? ? ?? ? = 2 1 2 5 是不是可行点？ (c) 可行域D是否为凸集，用阴影线描绘出可行域的范围。 3. 已知某约束优化问题的数学模型为 min F (X)=(x1-3)2+(x2-4)2 X∈D?R2 D：g1(X )= x1-5+x2≤0 g2(X )= 2.5 -x1+x2≤0 g3(X )= -x1≤0 g4(X )= -x2≤0 (1) 该问题是线性规划问题还是非线性规划问题？ (2) 按一定比例画出目标函数F(X )的值分别等于1、2、3时的三条等值线，并在图上划出可行域。 (3) 在图上确定无约束最优解和约束最优解。 (4) 若在该问题中又加入等式约束h(x)= x1-x2=0，其约束最优解X*、F(x*)又为多少？ 第2章 思考题
1. 试说明函数的方向导数与梯度之间的关系？研究函数的梯度对求函数的极值有什么意义？为什么说梯度方向是函数值上升最快的方向只是函数的一种局部性质？ 2. 怎样判断多元函数有无极值？ 习题 1. 试将函数F (X ) = x 12-x 1x 2+x 22写成矩阵向量式，并判断其二次型的系数矩阵是否为正定。 2. 试用矩阵形式表示函数F (X ) = x 12 +x 22-x 1x 2-4x 2+60，并写出其海森矩阵。 3. 求函数121222122 123)(x x x x x X F --+=在点X (0) =[-2，4]T 处的梯度。 4. 计算二元函数F (X ) = x 13 - x 1x 22+5x 1 -6在点X (0) =[1，1]T 处沿方向L =[-1，2]T 的方向导数F L ' (X (0) )和沿梯度方向?F (X (0) )的方向导数F ?F ' (X (0) )。 5. 已知目标函数 F(X)=(x 1－2)2+x 22 X =[x 1，x 2]T ∈＆?R 2 在不等式约束 g 1(X)=x 12+x 2－1≤0 g 2(X)= －x 2≤0 g 3(X)= －x 1≤0 条件下求得最优点为X *=[1，0]T ，用库恩-塔克条件检验该点是否为条件极值 。 第3章 思考题 1. 为什么说一维优化方法是优化方法中最简单、最基本的方法？ 2. 何为初始单峰区间，它在一维优化方法中有何意义？ 3. 利用0.618法和二次插值法求解一维优化问题的基本思想各是什么？ 4. 0.618法和二次插值法各有什么优缺点？ 5. 对二次函数用二次插值法求优时，为什么从理论上说只需进行一次迭代就可求得最优点？ 习题 1. 试用进退法确定函数F (x )=3x 3-8x +92的初始单峰区间，给定初始点x 0=0，初始步长h =0.1。 2. 试用黄金分割法求函数F (x )=(x -3)2的最优解(最小值)。已知初始单峰区间为[1，7]，迭代精度为ε=0.4。 3. 试用二次插值法求函数F (x ) =8x 3-2x 2-7x +3的最优解。给定初始区间[0，2]，迭代精度为ε =0.01。 4. 分别利用黄金分割法和二次插值法的程序求函数F (x ) =x 4-4x 3-6x 2-16x +4的最小值，给定单峰区间为[-1，6]，精度要求ε =0.05。 5. 已知某汽车行驶速度x (km/min)与百公里油耗Q ( l )的函数关系为)(20)(l x x x Q +=，试用黄金分割法求当速度x 在0.2~1(km/min)时的最经济的车速x *，并计算此时汽车每行驶100km 的油耗量是多少？