UG在轴流风机缸体造型上的应用

2014-11-28王玲王景生

机械工程师 2014年6期

关键词：型线轴流型腔

王玲，王景生

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046）

0 引言

为了进行轴流风机缸体造型，提出基于参数化软件设计方法，利用UG NX6.0 的轴流风机气缸的参数化设计方法，通过计算机辅助设计、分析和制造功能，就可以完成轴流风机气缸的造型设计。

1 轴流风机工作原理简介

轴流风机就是气流与风叶轴同方向，是将空气进行压缩、使空气增压的同时温度有所升高的一种旋转机械。空气由进气型腔进入轴流风机，通过通流通道的各个基元级对空气进行压缩（每个基元级由一级动叶与一级导叶组合而成），从而达到一定风量和风压的压缩空气。

轴流风机的进、排气型腔的型线对风机的性能有着重要的影响。如果该型腔的型线设计不好将直接导致风机振动及喘振的发生，严重时会直接造成风机机损的事故，所以进、排气型腔的型线非常关键，故轴流风机进排气型腔的设计至关重要。各轴流风机厂家都把进、排气腔的型线设计当作一项重要的评审指标，用各种先进的手段来保证型线的高效性和流畅性。

2 UG 软件的设计特点

利用UG 软件，在对轴流风机缸体设计时，可以完成产品从设计理念、模型建立、性能分析和运动分析的开发过程，实现无图纸设计。

2.1 无缝集成的产品开发环境

UG 是高科技产品，是一种工程解决方案的工具，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。是一个集CAD、CAE、CAM 于一体的计算机辅助系统，针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，可以完成从产品概念设计、外观造型、详细设计、图纸输出、运动与受力分析等工作，同时又能自动生成零件的数控加工程序，为实际应用提供了解决方案，还可以对生产过程进行管理。

2.2 基于装配的产品设计技术

对轴流风机气缸的设计，要从整体的产品概念设计出发，利用UG 软件进行轴流风机缸体造型的设计，根据设备的装配条件，建立主模型，采用自顶向下的设计方法，从产品的总体设计入手，按照工艺程序设计轴流风机气缸的每一个零部件。

3 轴流风机气缸的设计

3.1 排汽缸的参考模型

根据热力专业计算的数据，将风机的通流进行布置，大致确定相关部套的尺寸，选择轴流风机母型机的气缸外缸作为设计蓝本（如图1），同时也将风机气缸内缸进行设计（如图2），然后在UG 软件中进行轴流风机相关气缸的参数化设计。

图1 风机外缸的设计图

图2 风机内缸的设计图

3.1.1 外缸进、排气腔的型线设计

轴流风机的进、排气腔的型线不同于其它部套的型线设计，进、排气腔的型线的优劣直接关系到轴流风机的安全性及稳定性。有时由于进气型腔的型线不够好，风机在启机时就进入喘振，致使风机无法启机运行。进气腔的型线不仅与进入轴流风机的气流的流向和稳定程度有很大关系，还关系到与风机入口进口导叶的匹配效果。排气腔的型线对风机排气的扩压程度有着直接影响，对于风机排气的动能回收起到至关重要的作用。进、排气腔的型线设计对于风机的效率也有一定的影响。图3 为气缸进气型腔的型线设计。

图3 气缸进气型腔的型线设计图

3.1.2 气缸排气型腔的选定

针对风机排气腔的型线设计，先初步采用模化手段，在母型机外缸基础上先模化设计大致的型腔型线，然后进行实体造型，再对型腔进行流场分析。最后选择最优的型线用于定稿设计。

对于风机排气型的型线，要计算参数截面不均匀度对气流的影响，选取的气流截面为进入压气机排气腔处，在出口导叶前方的某个截面，如图4。

图4 气缸排气型腔的型线设计图

轴流风机的进、排气腔确定后，风机的气缸就已基本定型，再对气缸的强度进行分析计算，同时对气缸与相关部套的配合结构进行分析，并选择一种最优的方案，这样风机的气缸形式就完全设计完成。

3.2 轴流风机气缸的相关性能分析

通过气缸型腔的选型设计，当确定了气缸的基本形式，还需要对气缸进行相关的性能分析，可利用UG 的CAE 功能直接进行有限元分析，可以把排汽缸的曲面图及框架图导入到有限元分析软件中，利用设计软件，进行结构有限元分析和强度、刚度分析，就可用于生产加工。利用UG/Shape Studio 的三维渲染功能，还可对产品进行渲染宣传或生成效果图。

3.3 风机外缸进气型腔的选定

针对风机进气腔的型线设计，先初步采用模化手段，在母型机外缸基础上先模化设计一版大致的型腔型线，然后进行实体造型，再对型腔进行流场分析。选择最优的型线用于定稿设计。对于风机进气型腔的型线，要计算参数截面不均匀度对气流的影响，选取的气流分析截面为过型腔后要进入压气机流道处，在进口导叶前的某个截面，如图3。