【文章內(nèi)容簡介】 d 泵的輸入功率 P為： P= ? ?KWgHQ??1000= ? ?KW%681000 ? ??? =? ?KW 式中泵的效率可以根據(jù)已決定的泵的結(jié)構(gòu)形式、泵的比轉(zhuǎn)數(shù)和泵流量的大小，參考同類型水泵先估計。泵的計算功率 Pd等于： Pd=K1K2P= ?? =? ?KW 式中 K1為特性曲線偏差系數(shù)， K1= ~ ，工廠工藝水平高者取小值，低者取大值。 K2 為流量偏差系數(shù)，泵運轉(zhuǎn)時流量可能大于或小于設(shè)計工況的流量，流量偏離設(shè)計工況的流量后，輸入功率也會變化，故系數(shù) K2=。 四、 計算轉(zhuǎn)子力矩 M= ? ?MNn Pd ?9550 = ? ?MN ??2800 =? ?MN? 式中， Pd的單位為 KW， n 的單位為 r/min。 五、 求軸的最小直徑 d= ? ?cmM3 ?= ? ?cm3 ??=? ?cm 式中單位 M 取 N cm? ， ? 取 N/cm2。許用切應(yīng)力 ? 因為只考慮扭矩，而其他應(yīng)力均被忽略，故要降低使用，對 45 號剛 ? 可 5000~4900 N/cm2。 六、根據(jù)泵的級數(shù) i，泵的結(jié)構(gòu)類型，參考類似水泵轉(zhuǎn)子的圖紙，繪制出泵的結(jié)構(gòu)草圖。 七、計算葉輪各部分的尺寸 葉輪的輪轂直徑 dh可用下式求得： dh=? ? ~ d 而后再求出葉輪的頸部直徑 Dn、葉輪的出口寬度 b2以及葉輪的出口直徑 D2。 八、找相近比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪的軸面投影圖作為參考，根據(jù)計算所得的葉輪線性尺寸 D b Dn及 dh以及對汽蝕性能的要求，初步作出葉輪的軸 面投影圖，如圖 21所示。 圖 21 葉輪軸面投影圖 圖 22 在軸面液流過流斷面上分流線 葉片的繪型 在軸面流動計算中，已經(jīng)確定了葉輪的軸面投影圖。為了確定離心泵葉片的形狀，還需計算葉片上各點所在軸面的位置。對應(yīng)軸面流動計算時采取的方法，葉片繪形也有多種方法。 一元理論葉片繪形方法 運用一元理論設(shè)計葉片時，較常使用的有保角變換法，扭曲三角形法，柱形葉片繪形法以及逐點積 分法。 保角變換法 保角變換法的實質(zhì)是將流面通過保角變換方法展開成圓柱面，在圓柱展開平面上憑借經(jīng)驗繪制流線，再將平面流線轉(zhuǎn)換成流面上的空間流線。由平面流線即可確定各流線上計算點的軸面位置，從而確定葉片的空間形狀。保角變換法的優(yōu)點是可以保證葉形骨線上葉片安放角的合理變化規(guī)律。葉片包角也容易控制。 扭曲三角形法 在葉輪中，作一系列軸面以及垂直于葉輪旋轉(zhuǎn)軸線的平面，這兩組平面與空間流面的交線形成了正交網(wǎng)格。這些正交網(wǎng)格線與空間流線形成了一系列曲邊三角形。當(dāng)這些曲邊三角形 足夠小時，可以近似認為它們是平面三角形，扭曲三角形法正是利用這一點，在平面內(nèi)憑借經(jīng)驗繪制流線，結(jié)合軸面投影圖將展開面內(nèi)的流線轉(zhuǎn)換成空間流線在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的平面內(nèi)的投影。扭曲三角形方法的優(yōu)點是可以保證展開平面內(nèi)的流線長度與空間流線長度比較近似，但包角不易控制，因而進出口邊難以保證都在同一軸面內(nèi)。 柱形葉片繪形法 這種方法主要適用于比轉(zhuǎn)速比較低，葉片扭曲程度很小的離心泵葉片。柱形葉片繪形方法非常簡單，但對于葉輪前蓋板位置，葉片安放角與水流角可能差別較大，這樣設(shè)計的葉片撞擊損失較大。 二 元理論葉片繪形方法 在運用二元理論計算軸面流線之后，通常使用軸面有勢流動二元理論葉片繪形方法。這種方法通過葉片骨線微分方程，給定第一條流線上的速度矩分布規(guī)律求出該流線的包角。根據(jù)有勢流動的假設(shè)，沿著葉片軸面截線的速度矩為常數(shù)，在其他流線上找到與第一條流線各計算點具有相同速度矩的計算點，連接各流線的同名點即繪制出葉片的軸面截線。這種方法在理論上較嚴格，但速度矩分布規(guī)律的給定依賴于設(shè)計者的經(jīng)驗，葉片包角也不易控制。 葉片繪型的具體過程 在 二元理論葉片繪形方法 中， 理論上較嚴格，但速度矩分布規(guī)律的給定依賴 于設(shè)計者的經(jīng)驗，葉片包角也不易控制。 本文主要運用 一元理論葉片繪形方法 中的方格網(wǎng)保角變換葉片繪型法，此方法也解決了二元理論葉片繪型方法的缺點。在前面已經(jīng)把軸面投影圖畫出來了，并且在上面分好流線，下面就可以直接進行葉輪葉片的繪型，即是把葉輪內(nèi)葉片的形狀設(shè)計出來。每條軸面流線繪制一個葉片型線， 5~3 條軸面流線可繪制 5~3 個葉片型線，把 5~3 葉片型線拼起來，就可得到一個葉片的形狀。 在軸面投影圖的 軸面流線上分點 在流面上分點相當(dāng)于在流面上做方格網(wǎng)，具體分點法如圖 23 所示， 圖 23 在軸面流線上分點 修改進口邊位置 做方格網(wǎng)并在方格網(wǎng)上進行葉片繪型 做軸面截線 檢查葉片與蓋板之間的夾角 ? 決定葉片厚度 S 檢查葉輪中的相對速度與葉片長度 L 的關(guān)系曲線以及檢查速度矩與葉片長度的關(guān)系曲線。 在軸面截線圖上加葉片厚度 作木模圖 圖 24 葉輪的木模圖 ： 本章主要對離心泵葉輪的計算公式進行研究，并對離心泵葉輪的尺寸進行計算。建立了一個葉輪軸面投影圖，為葉輪的繪型做準(zhǔn)備。著重講述了離心泵葉輪的幾種繪型方法，選擇一種適合的方法，完成離心泵葉輪的繪型。 第三章 基于 PRO/E 離心泵葉輪三維建模及劃分網(wǎng)格 葉輪是離心泵的重要過流部件，葉輪設(shè)計的優(yōu)劣對泵的性能有很大的影響。近幾年來，用 CFD對離心泵葉輪內(nèi)流場計算已成為優(yōu)化設(shè)計結(jié)果的重要工具。本文選用 PRO/E進行三維建模，再應(yīng)用 GAMBIT軟件對二維葉輪進行網(wǎng)格劃分。 Pro/Engineer操作 軟件 是美國參數(shù)技術(shù)公司（ PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。 Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位， Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域占據(jù)重要位置。 PRO/E第一個提出了 參 數(shù)化設(shè)計 的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進行選擇，而不必安裝所有模塊。 PRO/E 的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工程設(shè)計。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機上。 PRO/E采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計、鈑金設(shè)計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用。 1． 參數(shù)化設(shè)計，相對于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無論多么復(fù)雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù) 量的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征，都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的基本概念。 2． 基于 特征建模 Pro/E 是基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。 3． 單一數(shù)據(jù)庫（全相關(guān)） Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一 基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變， NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨特的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場 ，價格也更便宜。 Pro/Engineer 功能如下： 1． 特征驅(qū)動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等）； 2． 參數(shù)化（參數(shù) =尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）； 3． 通過零件的特征值之間，載荷 /邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來進行設(shè)計。 4． 支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計 (規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro／ PROGRAM 的各種能用零件設(shè)計的程序化方法等 )。 5． 貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性 (任何一個地方的變動都將引起與之有關(guān)的每個地方 變動 )。其它輔助模塊將進一步提高擴展 Pro／ ENGINEER的基本功能。 基于以上優(yōu)點，本文選用 PRO/E進行三維建模。 PRO/E離心泵葉輪的三維建模 在泵研究與制造領(lǐng)域中 CAD技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，并從二維繪圖發(fā)展到三維設(shè)計 。 三維實體模型能進行裝配，檢查其干涉情況，進行機構(gòu)的運動分析 、 有限元分析以及流場流動的校核，并預(yù)測其產(chǎn)品性能等 。 如今三維建模主要的軟件有Pro/Engineer、 UG、 SloidWorks、 MDT、 CATIA。 汪永志 、 李安虎 、 陳次昌 、 黃明星等人分別使用 PRO/E、 MDT、 SloidWorks、 CATIA對離心泵的葉輪 、 過流部件和蝸殼進行了三維設(shè)計，但至今尚未看到關(guān)于多級離心泵整體三維造型的文獻，因此 本文 通過 Pro/Engineer的實體三維造型方法對多級離心泵進行了三維建模和裝配設(shè)計 。 (1)拉伸得到圓柱； (2)做出 圓弧 曲線旋轉(zhuǎn)即得到葉輪 頸部 ； (3)描繪出葉片繪制如圖 31 圖 31 葉片的描繪 陣列后 拉伸即得到葉片如圖 32 圖 32 葉片圖的繪制 (1)草繪圓形 (2)拉伸即得到頂部 (3)再拉伸 祛除 即得到完整葉輪如圖 33 圖 33 葉輪的整體圖 Gambit軟件對二維建模進行劃分網(wǎng)格 Gambit是為了幫助分析者和設(shè)計者建立并網(wǎng)格化計算流體力學(xué)（ CFD）模型和其它科學(xué)應(yīng)用而設(shè)計的一個軟件包。 即 專用的 CFD前置處理器， Fluent系列產(chǎn)品皆采用 Fluent公司自行研發(fā)的 Gambit前處理軟件來建立幾何形狀及生成網(wǎng)格，是一具有超強組合建構(gòu)模型能力之前處理器，然后由 Fluent進行求解。也可以用 ICEM。 Gambit 是為了幫助分析者和設(shè)計者建立并 網(wǎng)格化計算機流體動力學(xué)（ CFD）模型和其 它科學(xué)應(yīng)用而設(shè)計的一個 軟件包 。 Gambit 通過它的用戶界面（ GUI）來接受用戶的輸入。 GAMBIT GUI 簡單而又直接的做出建立模型、網(wǎng)格化模型、指定模型區(qū)域大小等基本步驟，然而這對很多的模型應(yīng)用已是足夠了。 面向 CFD分析的高質(zhì)量的前處理器，其主要功能包括 幾何建模 和網(wǎng)格生成。由于 Gambit 本身所具有的強大功能，以及快速的更新，在目前所有的 CFD 前處理 軟件 中， Gambit 穩(wěn)居上游。 Gambit 軟件具有以下特點： ACIS 內(nèi)核基礎(chǔ)上的全面三維幾何建模能力，通過多種方式直接建立點、線、 面、體，而且具有強大的布爾運算能力， ACIS 內(nèi)核已提高為ACIS R12。該功能大大領(lǐng)先于其它 CAE 軟件的前處理器； 可對自動生成的 Journal 文件進行編輯，以自動控制修改或生成新幾何與網(wǎng)格； 可以導(dǎo)入 PRO/E、 UG、 CATIA、 SOLIDWORKS、 ANSYS、 PATRAN 等大多數(shù) CAD/CAE 軟件所建立的幾何和網(wǎng)格。導(dǎo)入過程新增自動公差修補幾何功能，以保證 Ga