基于UG三維建模功能在絞吸泵設計與建模中的應用

樊小波，張東東，王彩君

基于UG三維建模功能在絞吸泵設計與建模中的應用

樊小波，張東東，王彩君

（青海高等職業技術學院，青海 海東 810799）

絞吸泵作為絞吸式疏浚船的核心部件，其質量直接影響疏浚作業的效率和使用壽命。目前因為港口建設、內河道維護、淺海作業等工程的不斷開展以及作業成本的不斷提高，如何設計高效、大功率的疏浚船成為各個疏浚船制造商競相追逐的一個目標。因為絞吸泵設計的合理性對后續模型建立和流場分析有著比較關鍵的影響，所以首先對絞吸泵進行設計，葉輪設計主要依據《現代泵技術手冊》，再通過UG三維建模功能對絞吸泵的整體機構、葉輪流道、壓水室流道進行建模。

絞吸泵；疏浚船；葉輪設計；UG三維建模

1 引言

為使生產的工程船能夠在淺海進行高效作業，對工作的核心部件大型絞吸泵從設計和三維建模上著手進行研究。在設計上，結合普通水泵的設計方法和泥沙沉降理論，確定了葉輪和壓水室的結構和形式。建模方面，利用建模軟件UG進行三維建模。

葉片數量和形狀方面，主要通過比較葉片工作面為Bezier曲線和分段圓弧，以及葉片數量和分流葉片對泵內部的流場分布的影響；流量方面，比較了基于設計流量，泵在不同流量點下的流場分布；濃度方面，分析了所設計的泵所能輸送物質中固體顆粒的最大濃度含量；工作角度方面，模擬絞吸泵在疏浚船實際的工作位置，根據流場分布確定最佳工作角度的范圍。

2 絞吸泵的設計

絞吸泵設計的合理性對后續模型建立和流場分析有著較關鍵的影響，整個泵的設計計算基于《現代泵技術手冊》。

已知設計參數要求：流量=8 000 m3/h，揚程=70 m，必需汽蝕余量=5 m。

2.1 葉輪、葉片直徑的確定

2.1.1 葉輪進口當量直徑0

2.1.2 葉輪進口直徑j

對于單級離心泵，j=0=740.7 mm。

對葉片進口直徑1的初步計算，由于泵的比轉速為78.69，取1=1，1=1j=1×740.7=740.7 mm。

2.1.3 葉片進口寬度1

2.1.4 葉片出口寬度2

由于過流物質為泥沙、石頭等，為防止大顆粒石頭無法排出葉輪導致無法工作，增加葉輪出口寬度，取2=150 mm。

2.2 葉輪外徑

2.2.1 理論揚程

2.2.2 無窮葉片數理論揚程

按直錐形吸水室，取系數=0.62，則：

2.2.3 出口速度

取葉片實際厚度2=100 mm，2=90°，則排擠系數

2.2.4 出口軸面速度

2.2.5 出口圓周速度

2.2.6 葉輪出口直徑

計算結果2=1 919.2 mm與假設值1 900 mm相差較大，以2=1 919.2 mm為假設值重新計算。取2=1 919.2 mm。

綜上所述，葉輪的部分主要幾何參數如表1所示。渦室斷面圖和平面如圖1所示。

表1 葉輪部分主要參數

參數名稱計算結果/mm最終取值/mm 泵的最小軸徑d205.5206 葉輪進口直徑Dj740.7750 葉片進口直徑D1740.7750 葉片出口直徑D21 919.21 920 葉輪進口寬度b1231.47250 葉輪出口寬度b297150 葉片數Z84+4

3 UG三維建模

3.1 整體結構的建模

完成計算之后，利用機械繪圖軟件UG對絞吸泵的結構進行建模，如圖2和圖3所示。

3.2 葉輪流道的建模

通過上述計算之后利用木模設計出葉輪的曲線，為便于分析和網格劃分對葉輪進行了部分結構的變化，如圖4所示。根據分析需要對不同形式的葉片也進行了建模，如圖5所示。在UG軟件中將完整的葉輪與葉片求差，就可以得到需要進行分析的葉輪流道形式，如圖6所示。

3.3 壓水室流道的建模

通過計算之后畫出各個截面的形狀，通過UG軟件中的曲線網格命令對壓水室流道的模型進行網格，如圖7所示。將葉輪和壓水室裝配，如圖8所示。

4 結論

本文主要根據選定的工況，通過渣漿泵的計算公式進行了葉輪尺寸以及壓水室結構的設計計算。根據計算結果，利用三維建模軟件UG對泵的葉片（不同形式）、壓水室、蓋板以及葉輪流道和壓水室流道進行了建模。

圖1 渦室斷面圖和平面圖

圖2 絞吸泵裝配爆炸圖

1—泵前蓋；2—葉輪；3—蝸殼；4—泵后蓋。

圖4 葉輪流道

圖5 葉片形式

圖6 葉輪全流道

圖7 壓水室建模

圖8 泵的裝配

［1］張曉娜，周凌九，彭光杰.數值模擬的離心挖泥泵葉輪優化設計［J］.水泵技術，2005（6）：35-37.

［2］吳志旺，見文，劉衛偉.葉片進口安放角對離心泵性能影響［J］.水電能源科學，2012，30（9）：133-135.

［3］見文，吳志旺，劉衛偉，等.葉片進口安放角對離心泵空化性能影響［J］.中國農村水利水電，2012（4）：27.

［4］王勇，劉慶，劉東喜，等.葉片包角對離心泵空化性能的影響［J］.中國農村水利水電，2012（11）：32.

［5］沈艷寧，袁壽其，陸偉剛，等.復合葉輪離心泵數值模擬正交試驗設計方法［J］.農業機械學報，2010，41（9）：22-26.

［6］趙斌，孫鐵，周長茂，等.基于CFD技術的離心泵葉輪的優化設計［J］.石油化工設備技術，2007，28（6）：43-45.

［7］羅先武，張瑤，彭俊奇，等.葉輪進口幾何參數對離心泵空化性能的影響［J］.清華大學學報（自然科學版），2008，48（5）：836-839.

［8］楊平.離心泵葉輪的優化設計［J］.青島大學學報（工程技術版），2001（1）：15.

［9］王幼民，唐鈴鳳.離心泵葉輪的優化設計［J］.安徽機電學院學報，2000（1）：7.

［10］周玉豐，燕杰春，方毅.基于ANSYS的離心泵葉輪優化設計［J］.化工機械，2010，37（2）：165-169.

［11］崔寶玲，朱祖超，林勇剛，等.不同形式高速離心葉輪內部流動的數值模擬［J］.機械工程學報，2007，43（5）：19-23.

TH311

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.004

2095－6835（2019）20－0009－03

〔編輯：嚴麗琴〕