基于ug的离心泵蜗壳造型

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1、基于UG的离心泵蜗壳造型张江源，唐学林，王福军（中国农业大学水利与土木工程学院北京100083）摘要：蜗壳三维实体造型是离心泵全流道数值模拟的关键步骤之一，其造型的优劣特别是蜗壳隔舌部分的准确建模，直接关系到加工制造或流场数值模拟结果的真实可靠。结合一通用离心泵实例，采用UG软件以拉伸结合布尔运算和片体缝合生成实体两种不同的方法，进行了离心泵蜗壳的三维实体造型。研究表明，结合工程实际选择合理造型方法可缩短造型周期，提高建模质量。该成果对于其他类似流体机械造型具有参考价值。关键词：UG；离心泵蜗壳；三维实体造型；数值模拟中图分

2、类号：TV675文献标识码：A60前言UG（UnigraphicsNX）由EDS公司出品的以机械产品为主的CAD/CAM/CAE软件。其优越的参数化设计与传统的实体、曲面和线框功能结合在一起，能够提高造型效率和造型质量，为后续的数值模拟奠定良好基础[1,2]。尤其在机械零、部件设计和多维数控加工中得到了广泛的应用[3-5]。离心泵螺旋形压水室常称为蜗壳，是转换能量的过流部件。具有适应性强，效率高，高效区宽等优点，其主要作用是收集从叶轮中流出的液体，并输送到排出口或下一级叶轮吸入口[6]。蜗壳区域压力脉动是离心泵压力脉动研究的

3、热点，叶轮与蜗壳动静干涉问题也常常围绕蜗壳隔舌与叶轮间隙展开[7-9]。可见蜗壳造型尤其是隔舌部分的准确造型将对非定常湍流流场模拟的结果产生显著影响。之前的参数化造型主要围绕离心泵叶轮展开，对蜗壳造型研究较少[10]。1工程实例本实例是一单级离心泵的蜗壳，蜗壳主要分为螺旋段和扩散段两部分，由0断面到10断面共分为11收稿日期：2011-06-25基金项目：国家自然科学基金项目（51079151）；中国农业大学研究生科研创新专项项目（KYCX2011080）作者简介：张江源（1978-），男，博士研究生，主要从事水力机械方面的

4、研究。6个断面，其主要结构如图1所示。基圆直径为242mm，隔舌安放角约14°。蜗壳进口宽度32mm，断面为梯形断面，侧向出水，出口直径80mm，扩散段总长220mm。2UG建模蜗壳螺旋段构造比较复杂，其壁面沿螺旋型线由隔舌延伸至第八断面，断面轮廓线为带过渡圆弧的梯形。隔舌位于螺旋段与扩散段圆滑过渡处，并与扩散段存在高度差。扩散段由第八断面开始直至蜗壳出口，由带过渡圆弧的梯形光滑过渡为圆。为保证模型完整、准确表达实体特征，常采用从二维草图绘制为基础，再调用“通过曲线网格”（“”为引用UG中的命令，下同）生成三维实体。以下分

5、两种造型方法进行详细介绍。图1蜗壳各断面示意图2.1拉伸+布尔求和首先，在XY平面内依据二维CAD图进行草图绘制，各断面由“自参考对象”表示，螺旋段由“3次样条”生成。此步骤中应注意生成隔舌时，倒圆角会引起扩散段轮廓线偏移，需要对相应轮廓线条进行固定约束。完成草图后在x-z平面内绘出各个断面轮廓线。图2蜗壳各断面轮廓线采用“通过曲线网格”生成1断面至出口的片体部分。应注意选择主线串时，确认后有一个方向的箭头提示，必须保证一致性，否则生成的曲面会产生严重扭曲。依次点选交叉线串如图3中螺旋段轮廓线和基圆，生成片体如图4。生成如图

6、4中的片体后，在1断面和出口断面采用“n边曲面”生成两端的片体，“缝合”片体即可得到实体。0断面至1断面（包含隔舌部分），在本方法中可采用“拉伸”成型。在x-y平面草图中提取0断面至1断面，并将轮廓向螺旋段和扩散段相应延伸，按蜗壳进口宽度32mm向两侧拉伸，最后通过“布尔求和”就能快速获得最终造型如图5。当在1断面拉伸体与实体出现高度差时，应将实体的1断面向隔舌方向“偏置”并适当修剪，保证轮廓的圆滑过渡。6图31断面至出口片体造型关键步骤图41断面至出口片体缝合后图5布尔求和生成实体2.2片体缝合本方法中在隔舌安放角位置添加

7、辅助平面，相当于将方法1中拉伸成体的隔舌部分按实际尺寸由片体勾勒出来。扩散段和螺旋段辅助平面高度应与蜗壳进口高度一致，其余部分由过渡圆弧围成。由“空间曲线”绘制螺旋段与扩散段连接所需小片如图6。随后利用“通过曲线网格”生成其他片体，再利用“缝合”和“用平面做镜像”最终生成实体。图6补片3分析方法一生成实体快，但仅适用于矩形断面蜗室和1断面过渡圆弧较小的梯形断面蜗室。过网格生成曲面命令中，主线串和交叉线串可互换，推荐将较复杂线串定为主线串，这样有利于片体的生成。如果螺旋段轮廓线曲率较小，片体扭曲程度较大，常导致片体无法生成，一

8、是要注意绘图细节捕捉正确的节点，另一点是可分段进行片体生成。当螺旋段过渡圆弧最小半径很小时，应先对隔舌处小半径部分进行倒圆，然后再对大半径部分进行倒圆，否则会导致倒圆命令不能实现。当拉伸生成的隔舌部分与1断面实体轮廓存在较大误差时，为保证与水力图一致性，应采用方法二生成。由布尔求和直接生成