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潜水泵导流器的三维建模研究

发布日期:2017-11-15 来源: 中国真空网 查看次数: 218 作者:admin
核心提示:  在潜水泵的设计中,导流器在一定程度上决定了泵的结构形式和性能。高效率的潜水泵不但要求高效的叶轮,而且还需要与叶轮有良好匹配的导流器。  如果导流器不匹配,不但降低泵的效率,而且还会在一定程度上影响

  在潜水泵的设计中,导流器在一定程度上决定了泵的结构形式和性能。高效率的潜水泵不但要求高效的叶轮,而且还需要与叶轮有良好匹配的导流器。

  如果导流器不匹配,不但降低泵的效率,而且还会在一定程度上影响泵的性能稳定111.以往对导流器的设计是依据传统的方法绘制图纸,进而制作模型,然后在试验台上测试其性能,直至达到满意的结果为止。显然,这种做法对导流器内部流动知之甚少,而且研发时间长、费用高。随着计算机技术的发展,研究人员通过数值模拟的方法来研究潜水泵的内部流动规律。借助CID(Canpumiaial FUidDynanCS)数值模拟技术,可以缩短产品研发时间,降低费用,同时能较好地掌握内部流动规律。在运用计算流体力学(CF))模拟的过程中,实体模型的建立是CFD十算的前提。在国内外,研究人员对潜水泵三维设计主要集中在叶轮的三维建模研究上,而对导流器的研究较少121.导流器是一个复杂的空间曲面体在其设计过程中,叶片形状复杂,扭曲严重,且厚度不一致,使得导流器叶片的建模成为整个实体模型建立的重点和难点。笔者以250Q125型潜水泵为例,采用AuAD2006软件,来介绍基于剪裁图的潜水泵导流器三维建模方法和步骤。

  1数据准备根据潜水泵设计参数(如流量、扬程、转速和效率等)进行水力计算,得到泵的主要结构参数。利用速度系数法计算出导流器叶片绘型时所需要的几何尺寸、角度和叶片数等参数,生成导流器叶片的水力模型。对于250Q25型潜水泵,其设计参数如下:效率/%76经计算得到的导流器结构参数如表1所示,轴面投影图如所示。

  表1导流器结构参数Tb 80553109.9273090857导流器叶片绘型采用扭曲三角形法,步骤如下:1)在轴面投影图上做木模截面;3)在展开图上画流线;基金项目:山西农业大学科技创新基金项目(2⑴8034)―)男,山西太谷人,讲师,(E叶片加厚;叶片绘型质量检查;叶片间进口流道面积的检查。

  导流器叶片的剪裁图和流线展开图如和所示。

  2潜水泵导流器建模的方法和步骤基于剪裁图的潜水泵导流器三维建模是利用导流器叶片剪裁图上的截面数据,结合轴面投影图,反算出叶片工作面的轴面截线坐标。以轴截面流线的三维控制点坐标值为基础,进行曲线拟合,并以此来实现叶片曲面的造型,进而生成叶片实体的过程。

  21叶片工作面控制点的生成根据叶片木模剪裁图,对叶片轴面投影图和叶片水平截面图的平面坐标进行空间转化,这样可以得到每个截面图中截线上点的三维空间坐标,即叶片工作面控制点。叶片工作面控制点坐标数据如表2所示。

  表2导流器叶片木模剪裁图工作面坐标外流线坐标内流线坐标a―a进口边出口边22叶片轴面截线的生成空间三维曲线的生成方法有多种,既可以调入曲线方程,又可以导入AuoCAD二维曲线。本文采用的是输入控制点数据的方法。

  首先,根据表2得到的工作面控制点数据,将生成的点数据转化为AutoCAD所支持的xl文件格式,即XYz XYZ导流器叶片内外流线展开36.632生成,可以通过绕轴旋转闭合对象360°来创建轮毂实649.5 24体。导流器轮毂实体如所示。具体操作是调用下963.3 16拉式菜单:绘图―多段线;绘图―面域;绘图―建模―然后,根据叶片内外流线三维坐标,绘制叶片工作面控制点,顺次连接相应截面上内外流线的两个控制点,生成叶片工作面轴面截线图,如所示。具体操作是调用下拉式菜单:绘图―点―多点;绘图―直线。

  叶片工作面轴面截线图Fig4 The 23叶片工作面及叶片实体的生成首先,通过对包含两条或两条以上横截面曲线的一组曲线进行放样来创建三维曲面。横截面上的曲线通过平滑拟合方式生成流畅的叶片工作面,如所示。具体操作是调用下拉式菜单:绘图―建模―放样。

  其次,依据叶片厚度的加工要求,即从工作面向背面加厚,外流线为等厚4mm内流线为等厚3mm对叶片工作面进行加厚,生成叶片实体模型,如所示。具体操作是调用下拉式菜单:修改―三维操作―加厚。

  24导流器的建模导流器是叶片实体和轮毂实体的组合体。导流器轮毂是轴对称的回转体,从特征造型的角度来看,属于隆起特征中的旋转特征。旋转特征是由特征截面绕旋转中心线旋转一定的角度而生成的一类特征。相对而言,这类特征比较单一,控制的参数也有限,比较容易综合叶片实体与导流器轮毂实体,在三维空间中绕轮毂旋转轴对叶片进行三维环形阵列操作,就得到导流器实体,如所示。具体操作是调用下拉式菜单,修改―三维操作―三维阵列。

  叶片实体图Fig导流器轮毂实体图Fig导流器实体图Fig 3建模中需注意的问题为了保证截面转换过程中数据的有效性,要增加截面控制点的数量151,尤其是在曲率比较大的位置。

  2)在轴面投影图上做木模截面时,截面间一般取等距离,弯曲严重的部位间距要适当缩小。

  3)模型建好后,调用EXPCRT命令,将绘图结果输出为ASC萼式文件(扩展名为a)以便在GAMBT中进行后续处理,进而为CF分析奠定可靠的基础。

  4结论基于剪裁图的导流器三维建模能系统地反映导流器叶片设计理论,从而更好地进行深层次的研究。

  潜水泵导流器的三维建模是对其内部流场分析的基础和前提。基于AuAD的三维建模功能,采用从点到线、从线到曲面、再从曲面到实体的方法,实现了潜水泵导流器的三维实体建模。

  运用AutoCAD软件能够很好地实现潜水泵导流器的三维建模,较好地保证生产出的导流器更加符合潜水泵性能,对提高产品设计质量、缩短研发周期、降低生产成本具有较大的科研和经济意义。

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