UG在軸流風機缸體造型上的應用

王玲，王景生

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150046）

0 引言

為了進行軸流風機缸體造型，提出基于參數化軟件設計方法，利用UG NX6.0 的軸流風機氣缸的參數化設計方法，通過計算機輔助設計、分析和制造功能，就可以完成軸流風機氣缸的造型設計。

1 軸流風機工作原理簡介

軸流風機就是氣流與風葉軸同方向，是將空氣進行壓縮、使空氣增壓的同時溫度有所升高的一種旋轉機械。空氣由進氣型腔進入軸流風機，通過通流通道的各個基元級對空氣進行壓縮（每個基元級由一級動葉與一級導葉組合而成），從而達到一定風量和風壓的壓縮空氣。

軸流風機的進、排氣型腔的型線對風機的性能有著重要的影響。如果該型腔的型線設計不好將直接導致風機振動及喘振的發生，嚴重時會直接造成風機機損的事故，所以進、排氣型腔的型線非常關鍵，故軸流風機進排氣型腔的設計至關重要。各軸流風機廠家都把進、排氣腔的型線設計當作一項重要的評審指標，用各種先進的手段來保證型線的高效性和流暢性。

2 UG 軟件的設計特點

利用UG 軟件，在對軸流風機缸體設計時，可以完成產品從設計理念、模型建立、性能分析和運動分析的開發過程，實現無圖紙設計。

2.1 無縫集成的產品開發環境

UG 是高科技產品，是一種工程解決方案的工具，它為用戶的產品設計及加工過程提供了數字化造型和驗證手段。是一個集CAD、CAE、CAM 于一體的計算機輔助系統，針對用戶的虛擬產品設計和工藝設計的需求，可以完成從產品概念設計、外觀造型、詳細設計、圖紙輸出、運動與受力分析等工作，同時又能自動生成零件的數控加工程序，為實際應用提供了解決方案，還可以對生產過程進行管理。

2.2 基于裝配的產品設計技術

對軸流風機氣缸的設計，要從整體的產品概念設計出發，利用UG 軟件進行軸流風機缸體造型的設計，根據設備的裝配條件，建立主模型，采用自頂向下的設計方法，從產品的總體設計入手，按照工藝程序設計軸流風機氣缸的每一個零部件。

3 軸流風機氣缸的設計

3.1 排汽缸的參考模型

根據熱力專業計算的數據，將風機的通流進行布置，大致確定相關部套的尺寸，選擇軸流風機母型機的氣缸外缸作為設計藍本（如圖1），同時也將風機氣缸內缸進行設計（如圖2），然后在UG 軟件中進行軸流風機相關氣缸的參數化設計。

圖1 風機外缸的設計圖

圖2 風機內缸的設計圖

3.1.1 外缸進、排氣腔的型線設計

軸流風機的進、排氣腔的型線不同于其它部套的型線設計，進、排氣腔的型線的優劣直接關系到軸流風機的安全性及穩定性。有時由于進氣型腔的型線不夠好，風機在啟機時就進入喘振，致使風機無法啟機運行。進氣腔的型線不僅與進入軸流風機的氣流的流向和穩定程度有很大關系，還關系到與風機入口進口導葉的匹配效果。排氣腔的型線對風機排氣的擴壓程度有著直接影響，對于風機排氣的動能回收起到至關重要的作用。進、排氣腔的型線設計對于風機的效率也有一定的影響。圖3 為氣缸進氣型腔的型線設計。

圖3 氣缸進氣型腔的型線設計圖

3.1.2 氣缸排氣型腔的選定

針對風機排氣腔的型線設計，先初步采用模化手段，在母型機外缸基礎上先模化設計大致的型腔型線，然后進行實體造型，再對型腔進行流場分析。最后選擇最優的型線用于定稿設計。

對于風機排氣型的型線，要計算參數截面不均勻度對氣流的影響，選取的氣流截面為進入壓氣機排氣腔處，在出口導葉前方的某個截面，如圖4。

圖4 氣缸排氣型腔的型線設計圖

軸流風機的進、排氣腔確定后，風機的氣缸就已基本定型，再對氣缸的強度進行分析計算，同時對氣缸與相關部套的配合結構進行分析，并選擇一種最優的方案，這樣風機的氣缸形式就完全設計完成。

3.2 軸流風機氣缸的相關性能分析

通過氣缸型腔的選型設計，當確定了氣缸的基本形式，還需要對氣缸進行相關的性能分析，可利用UG 的CAE 功能直接進行有限元分析，可以把排汽缸的曲面圖及框架圖導入到有限元分析軟件中，利用設計軟件，進行結構有限元分析和強度、剛度分析，就可用于生產加工。利用UG/Shape Studio 的三維渲染功能，還可對產品進行渲染宣傳或生成效果圖。

3.3 風機外缸進氣型腔的選定

針對風機進氣腔的型線設計，先初步采用模化手段，在母型機外缸基礎上先模化設計一版大致的型腔型線，然后進行實體造型，再對型腔進行流場分析。選擇最優的型線用于定稿設計。對于風機進氣型腔的型線，要計算參數截面不均勻度對氣流的影響，選取的氣流分析截面為過型腔后要進入壓氣機流道處，在進口導葉前的某個截面，如圖3。

4 結語

實踐證明，采用原二維AutoCAD 設計手段，該排汽缸的設計周期大約需90 d 時間，而采用UG 軟件造型設計最多需30 d 時間，如果變更相關參數，會自動派生出新的氣缸。既提高了工作效率，降低了開發成本，具有很高的實用、推廣價值，同時又減少了空間布局中出現的部件相干涉的情況。

［1］謝厚恒.CS1000 在軸流風機防喘振控制上的應用［J］.自動化博覽，2009（1）：69-71.

［2］高平，劉夢安，陽吉初.軸流風機效率降低問題分析與處理［J］.機械工程師，2012（4）：96-97.

［3］付曙祥，李香蓮.軸流風機缺陷分析及結構改進［J］.機械工程師，2008（2）：104.