樊小波，張東東，王彩君

基于UG三維建模功能在絞吸泵設(shè)計(jì)與建模中的應(yīng)用

樊小波，張東東，王彩君

（青海高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院，青海 海東 810799）

絞吸泵作為絞吸式疏浚船的核心部件，其質(zhì)量直接影響疏浚作業(yè)的效率和使用壽命。目前因?yàn)楦劭诮ㄔO(shè)、內(nèi)河道維護(hù)、淺海作業(yè)等工程的不斷開展以及作業(yè)成本的不斷提高，如何設(shè)計(jì)高效、大功率的疏浚船成為各個(gè)疏浚船制造商競(jìng)相追逐的一個(gè)目標(biāo)。因?yàn)榻g吸泵設(shè)計(jì)的合理性對(duì)后續(xù)模型建立和流場(chǎng)分析有著比較關(guān)鍵的影響，所以首先對(duì)絞吸泵進(jìn)行設(shè)計(jì)，葉輪設(shè)計(jì)主要依據(jù)《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》，再通過UG三維建模功能對(duì)絞吸泵的整體機(jī)構(gòu)、葉輪流道、壓水室流道進(jìn)行建模。

絞吸泵；疏浚船；葉輪設(shè)計(jì)；UG三維建模

1 引言

為使生產(chǎn)的工程船能夠在淺海進(jìn)行高效作業(yè)，對(duì)工作的核心部件大型絞吸泵從設(shè)計(jì)和三維建模上著手進(jìn)行研究。在設(shè)計(jì)上，結(jié)合普通水泵的設(shè)計(jì)方法和泥沙沉降理論，確定了葉輪和壓水室的結(jié)構(gòu)和形式。建模方面，利用建模軟件UG進(jìn)行三維建模。

葉片數(shù)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(shù)量和分流葉片對(duì)泵內(nèi)部的流場(chǎng)分布的影響；流量方面，比較了基于設(shè)計(jì)流量，泵在不同流量點(diǎn)下的流場(chǎng)分布；濃度方面，分析了所設(shè)計(jì)的泵所能輸送物質(zhì)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(shí)際的工作位置，根據(jù)流場(chǎng)分布確定最佳工作角度的范圍。

2 絞吸泵的設(shè)計(jì)

絞吸泵設(shè)計(jì)的合理性對(duì)后續(xù)模型建立和流場(chǎng)分析有著較關(guān)鍵的影響，整個(gè)泵的設(shè)計(jì)計(jì)算基于《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》。

已知設(shè)計(jì)參數(shù)要求：流量=8 000 m3/h，揚(yáng)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(jìn)口當(dāng)量直徑0

2.1.2 葉輪進(jìn)口直徑j(luò)

對(duì)于單級(jí)離心泵，j=0=740.7 mm。

對(duì)葉片進(jìn)口直徑1的初步計(jì)算，由于泵的比轉(zhuǎn)速為78.69，取1=1，1=1j=1×740.7=740.7 mm。

2.1.3 葉片進(jìn)口寬度1

2.1.4 葉片出口寬度2

由于過流物質(zhì)為泥沙、石頭等，為防止大顆粒石頭無(wú)法排出葉輪導(dǎo)致無(wú)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(yáng)程

2.2.2 無(wú)窮葉片數(shù)理論揚(yáng)程

按直錐形吸水室，取系數(shù)=0.62，則：

2.2.3 出口速度

取葉片實(shí)際厚度2=100 mm，2=90°，則排擠系數(shù)

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(jì)算結(jié)果2=1 919.2 mm與假設(shè)值1 900 mm相差較大，以2=1 919.2 mm為假設(shè)值重新計(jì)算。取2=1 919.2 mm。

綜上所述，葉輪的部分主要幾何參數(shù)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(shù)

參數(shù)名稱計(jì)算結(jié)果/mm最終取值/mm 泵的最小軸徑d205.5206 葉輪進(jìn)口直徑Dj740.7750 葉片進(jìn)口直徑D1740.7750 葉片出口直徑D21 919.21 920 葉輪進(jìn)口寬度b1231.47250 葉輪出口寬度b297150 葉片數(shù)Z84+4

3 UG三維建模

3.1 整體結(jié)構(gòu)的建模

完成計(jì)算之后，利用機(jī)械繪圖軟件UG對(duì)絞吸泵的結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jì)算之后利用木模設(shè)計(jì)出葉輪的曲線，為便于分析和網(wǎng)格劃分對(duì)葉輪進(jìn)行了部分結(jié)構(gòu)的變化，如圖4所示。根據(jù)分析需要對(duì)不同形式的葉片也進(jìn)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(jìn)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(jì)算之后畫出各個(gè)截面的形狀，通過UG軟件中的曲線網(wǎng)格命令對(duì)壓水室流道的模型進(jìn)行網(wǎng)格，如圖7所示。將葉輪和壓水室裝配，如圖8所示。

4 結(jié)論

本文主要根據(jù)選定的工況，通過渣漿泵的計(jì)算公式進(jìn)行了葉輪尺寸以及壓水室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，利用三維建模軟件UG對(duì)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(jìn)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

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TH311

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.004

2095－6835（2019）20－0009－03

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕