王玲，王景生

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

0 引言

為了進(jìn)行軸流風(fēng)機(jī)缸體造型，提出基于參數(shù)化軟件設(shè)計(jì)方法，利用UG NX6.0 的軸流風(fēng)機(jī)氣缸的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造功能，就可以完成軸流風(fēng)機(jī)氣缸的造型設(shè)計(jì)。

1 軸流風(fēng)機(jī)工作原理簡介

軸流風(fēng)機(jī)就是氣流與風(fēng)葉軸同方向，是將空氣進(jìn)行壓縮、使空氣增壓的同時溫度有所升高的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械?？諝庥蛇M(jìn)氣型腔進(jìn)入軸流風(fēng)機(jī)，通過通流通道的各個基元級對空氣進(jìn)行壓縮（每個基元級由一級動葉與一級導(dǎo)葉組合而成），從而達(dá)到一定風(fēng)量和風(fēng)壓的壓縮空氣。

軸流風(fēng)機(jī)的進(jìn)、排氣型腔的型線對風(fēng)機(jī)的性能有著重要的影響。如果該型腔的型線設(shè)計(jì)不好將直接導(dǎo)致風(fēng)機(jī)振動及喘振的發(fā)生，嚴(yán)重時會直接造成風(fēng)機(jī)機(jī)損的事故，所以進(jìn)、排氣型腔的型線非常關(guān)鍵，故軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)排氣型腔的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。各軸流風(fēng)機(jī)廠家都把進(jìn)、排氣腔的型線設(shè)計(jì)當(dāng)作一項(xiàng)重要的評審指標(biāo)，用各種先進(jìn)的手段來保證型線的高效性和流暢性。

2 UG 軟件的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

利用UG 軟件，在對軸流風(fēng)機(jī)缸體設(shè)計(jì)時，可以完成產(chǎn)品從設(shè)計(jì)理念、模型建立、性能分析和運(yùn)動分析的開發(fā)過程，實(shí)現(xiàn)無圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。

2.1 無縫集成的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境

UG 是高科技產(chǎn)品，是一種工程解決方案的工具，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。是一個集CAD、CAE、CAM 于一體的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，針對用戶的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的需求，可以完成從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、外觀造型、詳細(xì)設(shè)計(jì)、圖紙輸出、運(yùn)動與受力分析等工作，同時又能自動生成零件的數(shù)控加工程序，為實(shí)際應(yīng)用提供了解決方案，還可以對生產(chǎn)過程進(jìn)行管理。

2.2 基于裝配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)

對軸流風(fēng)機(jī)氣缸的設(shè)計(jì)，要從整體的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)出發(fā)，利用UG 軟件進(jìn)行軸流風(fēng)機(jī)缸體造型的設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)備的裝配條件，建立主模型，采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，從產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)入手，按照工藝程序設(shè)計(jì)軸流風(fēng)機(jī)氣缸的每一個零部件。

3 軸流風(fēng)機(jī)氣缸的設(shè)計(jì)

3.1 排汽缸的參考模型

根據(jù)熱力專業(yè)計(jì)算的數(shù)據(jù)，將風(fēng)機(jī)的通流進(jìn)行布置，大致確定相關(guān)部套的尺寸，選擇軸流風(fēng)機(jī)母型機(jī)的氣缸外缸作為設(shè)計(jì)藍(lán)本（如圖1），同時也將風(fēng)機(jī)氣缸內(nèi)缸進(jìn)行設(shè)計(jì)（如圖2），然后在UG 軟件中進(jìn)行軸流風(fēng)機(jī)相關(guān)氣缸的參數(shù)化設(shè)計(jì)。

圖1 風(fēng)機(jī)外缸的設(shè)計(jì)圖

圖2 風(fēng)機(jī)內(nèi)缸的設(shè)計(jì)圖

3.1.1 外缸進(jìn)、排氣腔的型線設(shè)計(jì)

軸流風(fēng)機(jī)的進(jìn)、排氣腔的型線不同于其它部套的型線設(shè)計(jì)，進(jìn)、排氣腔的型線的優(yōu)劣直接關(guān)系到軸流風(fēng)機(jī)的安全性及穩(wěn)定性。有時由于進(jìn)氣型腔的型線不夠好，風(fēng)機(jī)在啟機(jī)時就進(jìn)入喘振，致使風(fēng)機(jī)無法啟機(jī)運(yùn)行。進(jìn)氣腔的型線不僅與進(jìn)入軸流風(fēng)機(jī)的氣流的流向和穩(wěn)定程度有很大關(guān)系，還關(guān)系到與風(fēng)機(jī)入口進(jìn)口導(dǎo)葉的匹配效果。排氣腔的型線對風(fēng)機(jī)排氣的擴(kuò)壓程度有著直接影響，對于風(fēng)機(jī)排氣的動能回收起到至關(guān)重要的作用。進(jìn)、排氣腔的型線設(shè)計(jì)對于風(fēng)機(jī)的效率也有一定的影響。圖3 為氣缸進(jìn)氣型腔的型線設(shè)計(jì)。

圖3 氣缸進(jìn)氣型腔的型線設(shè)計(jì)圖

3.1.2 氣缸排氣型腔的選定

針對風(fēng)機(jī)排氣腔的型線設(shè)計(jì)，先初步采用模化手段，在母型機(jī)外缸基礎(chǔ)上先?；O(shè)計(jì)大致的型腔型線，然后進(jìn)行實(shí)體造型，再對型腔進(jìn)行流場分析。最后選擇最優(yōu)的型線用于定稿設(shè)計(jì)。

對于風(fēng)機(jī)排氣型的型線，要計(jì)算參數(shù)截面不均勻度對氣流的影響，選取的氣流截面為進(jìn)入壓氣機(jī)排氣腔處，在出口導(dǎo)葉前方的某個截面，如圖4。

圖4 氣缸排氣型腔的型線設(shè)計(jì)圖

軸流風(fēng)機(jī)的進(jìn)、排氣腔確定后，風(fēng)機(jī)的氣缸就已基本定型，再對氣缸的強(qiáng)度進(jìn)行分析計(jì)算，同時對氣缸與相關(guān)部套的配合結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并選擇一種最優(yōu)的方案，這樣風(fēng)機(jī)的氣缸形式就完全設(shè)計(jì)完成。

3.2 軸流風(fēng)機(jī)氣缸的相關(guān)性能分析

通過氣缸型腔的選型設(shè)計(jì)，當(dāng)確定了氣缸的基本形式，還需要對氣缸進(jìn)行相關(guān)的性能分析，可利用UG 的CAE 功能直接進(jìn)行有限元分析，可以把排汽缸的曲面圖及框架圖導(dǎo)入到有限元分析軟件中，利用設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析和強(qiáng)度、剛度分析，就可用于生產(chǎn)加工。利用UG/Shape Studio 的三維渲染功能，還可對產(chǎn)品進(jìn)行渲染宣傳或生成效果圖。

3.3 風(fēng)機(jī)外缸進(jìn)氣型腔的選定

針對風(fēng)機(jī)進(jìn)氣腔的型線設(shè)計(jì)，先初步采用?；侄?，在母型機(jī)外缸基礎(chǔ)上先?；O(shè)計(jì)一版大致的型腔型線，然后進(jìn)行實(shí)體造型，再對型腔進(jìn)行流場分析。選擇最優(yōu)的型線用于定稿設(shè)計(jì)。對于風(fēng)機(jī)進(jìn)氣型腔的型線，要計(jì)算參數(shù)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(jìn)入壓氣機(jī)流道處，在進(jìn)口導(dǎo)葉前的某個截面，如圖3。

4 結(jié)語

實(shí)踐證明，采用原二維AutoCAD 設(shè)計(jì)手段，該排汽缸的設(shè)計(jì)周期大約需90 d 時間，而采用UG 軟件造型設(shè)計(jì)最多需30 d 時間，如果變更相關(guān)參數(shù)，會自動派生出新的氣缸。既提高了工作效率，降低了開發(fā)成本，具有很高的實(shí)用、推廣價(jià)值，同時又減少了空間布局中出現(xiàn)的部件相干涉的情況。

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