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　　离心压缩机作为一种通用机械，广泛应用于各国民经济领域，如冶金、化工、炼油、制药、空分等行业。由于其重要性，被喻为这些装置中的心脏设备。由于各种不同装置中，压缩机流量、压比、进口温度都不尽相同，介质组分更是各种各样，因此绝大多数的离心压缩机设计参数都不相同，属于单独设计、单件生产的产品。由于压缩机单台功率大、提高离心压缩机运行效率，对节省能耗具有重大意义。

　　离心压缩机的设计方法主要有效率法、流道法和模化法。效率法是预先给定级效率，级的主要几何参数和气动参数，按已有的经验数据选取，进行压缩机的热力设计。这种方法的缺点在于用级的平均效率代替各部件的效率，十分明显，各部件的效率是不一样的，这种方法不能反映各部件的真实情况。流道法，是以各元件的试验为基础，按照已有机器相对几何参数和气流参数相对值，设计压缩机的流道。流道法的缺点是不能很好地考虑各元件之间的影响，而这种影响对于高压比的级是十分大的。模化法包括整机模化和按模型级模化。以相似理论为基础，按模型级匹配方法可以组合出各种性能的压缩机，具有很大的灵活性，但需要有相应的模型级数据做支持。

　　目前，采用模型级模化法设计时，通常由设计者根据经验选取模型级设计离心压缩机。然而，由于模型级种类众多，特性各自不同，模型级组合方式很多，对设计者的经验要求很高。根据经验选取模型级设计离心压缩机，会造成选择的模型级组合存在局限。根据经验选择的组合不是最优化解，并且对设计人员经验依赖高且耗时长。造成离心压缩机效率偏低，且工况范围较窄，不利于实现节能减排的目的。

　　有鉴于此，本发明提供一种离心压缩机设计系统，主要目的在于消除根据经验选取模型级的局限，提高设计出的离心压缩机效率和扩宽工况范围。

　　模型级组合选取装置，用于根据所述设计输入参数从预设模型级数据库选取模型级组合；

　　气体物性参数计算装置，用于根据所述模型级组合和模化规则，迭代计算所述模型级组合模化的离心压缩机各级进出口状态对应的气体物性参数；

　　性能参数计算装置，还用于根据所述气体物性参数，迭代计算所述离心压缩机所对应的性能参数；

　　模型级组合判断装置，用于根据所述出口性能参数及整机性能参数判断所述模型级组合是否符合预设最优规则；

　　设计方案生成装置，用于判断所述模型级组合若符合预设最优规则，则生成所述离心压缩机的设计方案；

　　所述模型级组合选取装置，还用于若判断所述模型级组合不符合预设最优规则，则根据所述设计输入参数重新选取模型级组合，直到符合所述预设最优规则。

　　本发明提供一种离心压缩机设计系统，与目前根据经验选取模型级设计离心压缩机相比，本发明能够确定离心压缩机的设计输入参数；根据所述设计输入参数从预设模型级数据库选取模型级组合，所述预设模型级数据库保存经过试验验证的各种模型级数据；根据所述模型级组合和模化规则，迭代计算所述模型级组合模化的离心压缩机各级进出口状态对应的气体物性参数；根据所述气体物性参数，迭代计算所述离心压缩机所对应的性能参数。与此同时，能够根据所述性能参数判断所述模型级组合是否符合预设最优规则；若符合，则生成所述离心压缩机的设计方案；若不符合，则根据所述设计输入参数重新选取模型级组合，直到符合所述预设最优规则，从而能够实现模型级组合选择，性能参数计算、模型级组合最优判断交替进行，消除根据设计者经验选取模型级组合的局限，直到能够选择出符合设计要求的模型级组合，进而能够提高设计出的离心压缩机效率和扩宽工况范围。

　　上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

　　通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

　　图3示出了本发明实施例提供的一种离心压缩机预期性能曲线示出了本发明实施例提供的一种离心压缩机设计方法流程图。

　　下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

　　如背景技术所述，目前通常由设计者根据经验选取模型级设计离心压缩机。然而，由于模型级种类众多，特性各自不同，模型级组合方式很多，对设计者的经验要求较高，根据经验选取模型级设计离心压缩机，会造成选择的模型级组合存在局限，造成离心压缩机效率偏低，且工况范围较窄，不利于实现节能减排的目的。

　　为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种离心压缩机设计系统，如图1所示，所述系统包括：设计输入参数确定装置11、模型级组合选取装置12、气体物性参数计算装置13、性能参数计算装置14、模型级组合判断装置15、设计方案生成装置16。

　　所述设计输入参数确定装置11，可以用于确定离心压缩机的设计输入参数。所述设计输入参数确定装置11是本系统中确定离心压缩机的设计输入参数的主要功能装置。

　　其中，所述设计输入参数可以为设计者根据设计需求输入的设计参数，所述设计输入参数可以包括所述离心压缩机的进口流量、进口压力、进口温度、出口需要达到的压力、气体组分、所述气体组分所对应的含量。

　　所述模型级组合选取装置12，可以用于根据所述设计输入参数从预设模型级数据库选取模型级组合，所述预设模型级数据库保存经过试验的各种模型级数据。所述模型级组合选取装置12是本系统中根据所述设计输入参数从预设模型级数据库选取模型级组合，能够触发气体物性参数计算装置13进行计算操作。

　　其中，所述预设模型级数据库保存经过试验的各个模型级数据。所述模型级由叶轮、扩压器、弯道、回流器等组成，所述预设模型级数据库包括各种流量系数模型级系列，及各类高、中、低输入功系数的模型级系列，覆盖常见工业用离心压缩机的设计需要。模型级的性能数据为通过试验测量手段得到的，准确可靠，具体地可对性能数据进行必要的无量纲化处理；所述预设模型级数据库还可以存储有必要的几何信息数据；所述必要的几何信息数据可以包括叶轮直径；叶轮出口宽度；扩压器进口宽度；扩压器出口宽度；叶轮叶根半径；叶顶半径；叶轮叶片数；扩压器叶片数；回流器叶片数；子午流道数据。

　　所述气体物性参数计算装置13，可以用于根据所述模型级组合和模化规则，迭代计算所述模型级组合模化的离心压缩机各级进出口状态对应的气体物性参数。

　　其中，所述气体物性参数可以包括压缩因子z、密度ρ、比热比k、温度定熵指数kt、容积定熵指数kv、焓值h、熵值s、导数压缩因子zp和zt、压缩性函数x和y、定压比热cp、定容比热cv、音速a、粘度。所述气体物性参数根据物性方程和气体特征物性参数计算得到，所述气体特征物性参数可以为从预设物性数据库中提取。所述模化规则可以为模化成离心压缩机的规则，所述模化规则可以为根据选取的模型级组合从预设模化规则库中提取。

　　对于本发明实施例，通过迭代计算所述出口性能参数和整机性能参数，能够提高选取的模型级组合判断结果的精度。

　　此外，所述出口性能参数可以包括出口压力、出口温度。所述整机性能参数包括功率、能量头、多变能头、多变效率和容积流量。密度ρ可以用于计算迭代中容积流量；压缩性函数x和y用于计算过程指数mv，过程指数mv可以计算出口压力，焓值h可以用于计算能量头，音速a用于计算机器马赫数，粘度用于计算雷诺数等等。

　　所述性能参数计算装置14，还可以用于根据所述气体物性参数，迭代计算所述离心压缩机所对应的性能参数。所述性能参数计算装置14是本系统中根据迭代计算所述模型级组合模化的离心压缩机所对应的性能参数的主要功能装置，也是本系统的核心装置。

　　需要说明的是，同样的设计输入参数，存在多种模型级选取的组合。这些组合而制成的离心压缩机，性能有好有坏。如果选的组合不合适，会造成压缩机效率低，曲线范围短，严重的甚至不能正常运行。所述性能参数可以包括出口性能参数和整机性能参数，因此，通过根据所述出口性能参数和整机性能参数判断所述模型级组合是否符合预设最优规则，能够保证选取的模型级组合制成的离心压缩机的性能，使离心压缩机整个工作周期内，总耗功最少、工况范围宽。

　　所述模型级组合判断装置15，可以用于根据所述性能参数判断所述模型级组合是否符合预设最优规则。所述模型级组合判断装置15是本系统中根据所述性能参数判断所述模型级组合是否符合预设最优规则的主要功能装置，也是本系统的核心装置。

　　所述设计方案生成装置16，可以用于若判断所述模型级组合符合预设最优规则，则生成所述离心压缩机的设计方案。所述生成单元是本系统中在所述模型级组合符合预设最优规则时，生成所述离心压缩机的设计方案的主要功能装置。

　　其中，所述设计方案包括所述离心压缩机对应的各段组成，所述各段对应的各级组成，所述各段对应的进口流量、压缩因子、能量头、段效率，所述各级对应的叶轮直径、叶轮圆周速度、功率、转速、进口流量、压缩因子、能量头、多变效率、绝热效率，所述离心压缩机的整机功率、整机性能曲线、所述各段的性能曲线。

　　所述模型级组合选取装置15，还可以用于若判断所述模型级组合不符合预设最优规则，则根据所述设计输入参数重新选取模型级组合，直到符合所述预设最优规则。所述模型级组合选取装置还是本系统中根据所述设计输入参数重新选取模型级组合，直到符合所述预设最优规则的主要功能装置。

　　如图2所示，对于本发明实施例，为了计算所述模型级组合对应压缩机的各级的气体物性参数，所述气体物性参数计算装置13包括：调取模块131、模化模块132和第一计算模块133。

　　所述调取模块131，可以用于从预设模化规则库调取所述模型级对应的模化规则，所述预设模化规则库中保存不同模型级对应的模化规则。所述预设模化规则库中保存不同模型级对应的模化规则。

　　所述模化模块132，可以用于根据所述模化规则对所述模型级组合进行模化，得到模化的离心压缩机。

　　所述第一计算模块133，可以用于从预设物性数据库中调取所述离心压缩机对应的气体特征物性参数，并根据所述气体特征物性参数和预设计算公式，计算所述离心压缩机各级进出口状态对应的气体物性参数。

　　r＝8.3143kj/(kmol·k)、a0、b0、c0、d0、e0、a、b、c、d、α、γ为状态方程的11参数，对于不同气体，他们的数值不同，存储在物性数据库中，在计算时可以自动调用无需人为干预。

　　方程密度根的求解对于气体物性参数的计算至关重要。方程具有1到3个正实数根。求解密度根时，必须注意所对应的相态。密度根采用正割法求解：

　　式中k可以为迭代次数。应用正割法时，应设置两个密度初值。当初值ρ1和ρ2分别求出f(ρ1)和f(ρ2)后，依次求出下一次迭代用密度值，直到得出满足精度要求的解。绝大多数情况，正割法均能计算收敛。个别可能存在不收敛情况，此时程序的内置判断会切换到备用算法重新计算。密度根迭代需达到的精度，可以存储在规则数据库中，不需要用户提供。

　　所述a0、a1、a2、a3、a4各气体的特性数据，存储在预设物性数据库中，计算时可以自动调用。

　　同理，本发明实施例还可以通过其他气体物性参数的计算公式计算相对应的气体物性参数。本发明实施例中物性计算模块能够保证气体物性参数计算准确，具有多个物性方程计算子模块，可根据不同介质采用不同子模块计算，消除了物性参数计算不准确而带来的偏差。

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　　对于本发明实施例，为了计算出所述模型级组合模化的离心压缩机所对应的性能参数，所述性能参数计算装置14可以包括：确定模块141、第二计算模块142和对比模块143。

　　所述确定模块141，可以用于根据所述气体物性参数和所述模化规则，计算中间参数，所述中间参数包括流量系数、机器马赫数、雷诺数、压缩因子、焓值、粘度。

　　所述第二计算模块142，可以用于根据所述中间参数，计算性能参数，所述性能参数包括出口性能参数和整机性能参数，所述出口性能参数包括出口压力、出口温度，所述整机性能参数包括功率、多变能头、多变效率和容积流量。

　　其中，qin为叶轮进口容积流量，d2为叶轮出口直径，u2为叶轮外径处线速度。

　　若所述中间参数为机器马赫数mu2，则可以根据如下公式计算机器马赫数mu2：

　　其中，d2为叶轮出口直径，n为叶轮转速，z1为压缩因子，t1叶轮入口温度，kv为容积定熵指数，r为气体常数。

　　上述公式中，z1为压缩因子，r为气体常数，t1叶轮入口温度、htot为总能量头，ηp为多变效率，mv过程指数。

　　需要说明的是，为了保证计算的出口性能参数精度，还可以对本次计算出的出口性能参数进行修正，具体地可以为：实时从预设经验知识数据库中提取修正规则和修正参数；根据所述修正规则和所述修正参数，对本次计算出的出口性能参数进行修正；将修正后的出口性能参数确定为所述离心压缩机所对应的出口性能参数。例如，可以根据雷诺数影响、尺寸效应等影响对出口性能参数修正。

　　所述对比模块143，可以用于将计算出的出口压力和上一次计算出的出口压力进行对比。

　　所述确定模块141，还可以用于当计算出的出口压力和上一次计算出的出口压力之间的差值小于预设阈值时，将本次计算出的性能参数确定为所述离心压缩机所对应的性能参数。其中，所述预设阈值本发明实施例不做限定。例如，所述预设阈值可以为0.0001、0.000005mpa等。

　　所述第二计算模块142，还用于当本次计算出的出口压力和上一次计算出的出口压力之间的差值大于或者等于预设阈值时，重新计算性能参数。

　　对于本发明实施例，为了保证性能参数计算的精度，所述性能参数计算装置14，具体可以用于实时从预设经验知识数据库中提取修正规则和修正参数；根据所述修正规则和所述修正参数，对本次计算出的性能参数进行修正；将修正后的性能参数确定为所述离心压缩机所对应的性能参数。

　　所述模型级组合判断装置12，具体可以用于判断所述性能参数是否符合预设性能条件；若符合，则确定所述模型级组合符合预设最优规则；若不符合，则确定所述模型级组合不符合预设最优规则。预设性能条件可以为所述性能参数所叠加的性能曲线图符合预期性能曲线示出了预期性能曲线图，所述预设性能条件可以为离心压缩机服役期总耗功率最少，若符合，则确定所述模型级组合符合预设最优规则；若不符合，则确定所述模型级组合不符合预设最优规则。

　　对于本发明实施例，所述性能参数计算装置14，具体可以用于若所述中间参数为机器马赫数和流量系数，所述性能参数为多变效率和输入功系数，则从所述预设模型级数据库中读取所述模型级的性能参数，所述预设模型级数据库保存经过试验的性能参数；利用插值算法计算出所述机器马赫数时的性能曲线，所述性能曲线包括流量系数-效率曲线和流量系数-输入功系数曲线；在插值出的曲线中，对流量系数进行二次插值处理，得到所述多变效率和所述输入功系数。通过先计算出所述多变效率，用于迭代计算出口压力、出口温度、功率、多变能头和容积流量等参数。

　　需要说明的是，为了方便离心压缩机购买用户获知离心压缩机的性能特征，在得出离心压缩机的设计方案同时，还可以生成所述离心压缩机的曲线图谱，所述设计方案生成装置16，还可以用于对所述整机性能曲线和/或所述各段的性能曲线进行叠加计算，生成并输出所述离心压缩机的曲线图谱，所述曲线图谱用于表示所述离心压缩机的性能特性。所述曲线图谱用于表示所述离心压缩机的性能特性。通过所述曲线图谱离心压缩机的购买客户可以获知离心压缩机的性能特性。所述曲线图谱可以以excel文件格式输出，也可以保存为png图片输出，本发明实施例对曲线图谱的输出方式不进行限定。此外，还可以自动判断喘振点是由哪一级引起，阻塞点是由哪一级引起的，然后根据需要计算变转速曲线，得到所述离心压缩机的曲线图谱。具体地，可以在计算中，动态计算各级的流量系数，并与预设模型级数据库中的无量纲参数对比。如果某一级达到喘振边界，则是由该级引起的喘振。同理，可以判断阻塞点是由哪一级引起的。

　　需要说明的是，曲线叠加计算的过程可以为：先选择一个流量点，计算第一级的出口性能参数，以第一级出口作为第二级的入口，计算第二级出口参数，依此类推。对各个流量点分别计算，完成曲线上所有流量点性能的计算构成曲线图谱。

　　为了满足设计需要，本发明实施例还可以提供等效率线、等功率线、防喘振线、保证点绘制功能。例如通过等效率线计算算法，计算所有可能情况，自动判断等效率线的形状，并计算数据点。用户可以输入指定的效率进行等值线计算；如果用户没输入任何数值，可以自动计算效率数值的范围。

　　对于本发明实施例，为了进一步提升后续离心压缩机的设计效率，所述系统还可以包括：设计方案存储装置17。

　　所述设计方案存储装置17，可以用于将所述设计输入参数，符合预设最优规则的模型级组合、生成的设计方案存储到预设典型产品业绩数据库，以便于下次设计离心压缩时，优先根据所述预设典型产品业绩数据库选取模型级组合。

　　对于本发明实施例，为了保证离心压缩机所涉及敏感数据的安全性，还可以基于许可证和登录验证双重机制进行验证，所述系统还包括：许可证文件解析装置18、登录界面弹出装置19和客户端启动单元10。

　　所述许可证文件解析装置18，可以用于当需要启动所述客户端时，判断是否存在所述客户端对应的许可证文件；若判断存在所述客户端对应的许可证文件，则对所述许可证文件进行解析，得到计算机硬件信息和所述客户端的使用期限，并读取当前计算机硬件信息和当前日期。

　　所述登录界面弹出装置19，可以用于若计算机硬件信息与所述当前计算机硬件信息相符，且根据所述使用期限确定所述当前日期有效，则弹出用户登录界面。

　　所述客户端启动单元10，可以用于若通过所述用户登录界面输入的用户信息和密码信息通过验证，则启动所述客户端。所述硬件信息包括计算机的ip地址、mac地址、硬盘序列号。离心压缩机设计系统还包括加密装置，客户在登录时采用aes加密认证，防止非法用户。还可以通过服务器端对各用户的操作保存记录，以利于企业的保密管理和审查。

　　为了更好的理解本发明实施例，如图4所示，提供了如下应用场景，但不限于此包括：具有完备的模型级数据库，数据库中模型级的性能经过试验测试验证；具有真实气体物性计算模块，能够自动准确计算真实气体的物性参数；具有自动选型计算功能，根据输入参数，自动优化出设计方案；具有性能曲线计算模块，能迭代计算出压缩机的预期性能曲线。根据用户输入的设计输入参数，从模型数据库中选取模型级组合，然后迭代计算模型级组合所制成的离心压缩机的性能参数，根据迭代计算的出口性能参数和整机性能参数对选取的模型级组合进行评价，若选取的模型级组合是最优的，则生成并输出离心压缩机的设计方案和曲线图谱，若选取的模型级组合并非最优的，则重新选择模型级组合，直到选到最优的。

　　在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

　　可以理解的是，上述方法及装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。

　　所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

　　在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示例一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

　　在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

　　类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

　　本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

　　此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

　　本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本发明实施例的离心压缩机设计系统中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

　　应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

　　1.计算机视觉 2.无线.计算机仿线.网络安全；物联网安全 、大数据安全 2.安全态势感知、舆情分析和控制 3.区块链及应用

　　离心式压缩机、具有该离心式压缩机的涡轮增压器以及该离心式压缩机的制造方法