齿轮组装式压缩机蜗壳的参数化设计.pdf

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1、机械工程师MECHANlCALENGlNEER齿轮组装式压缩机蜗壳的参数化设计张鹏飞(沈阳鼓风机集团有限公司，沈阳100869)摘要：研究了SolidWorks软件平台下压缩机铸造蜗壳的结构设计和三维实体造型方法，基于标准化、系列化设计准则，采用SolidWorks系列零件设计模块，对压缩机铸造型式蜗壳三维模型进行参数化定义，实现高效率、高质量的系列蜗壳设计。关键词：压缩机；铸造蜗壳；参数化设计中图凳类号：TP391．7；TH45文献标志码：A文章编号：1002—2333(2016)07—0072—030引言近年来，随着冶金、煤化工等行业的快速发展，与之

2、配套的空分装置规模也不断扩大，齿轮组装式离心压缩机以其高效节能、性能调节范围宽、结构紧凑等优点，在中、大型空分装置中逐渐替代传统的单轴型离心压缩机而得到广泛的应用。目前，国内组装式离心压缩机的专业制造企业已掌握了多项世界先进的关键技术【l】，并已有数百台的运行业绩，取代了大量的进口压缩机。计算机软、硬件的高速发展使三维CAD在机械设计、制造中得以广泛应用。为了提高组装式离心压缩机的设计工作效率，缩短设计周期，进行了蜗壳的参数化三维设计研究。在压缩机系列化设计中，三维设计是国际上普遍采用的设计方法，常用的三维设计软件有SolidWorks、Pro／E、Un

3、igraphics(UG)、CATIA、Inventor等。SolidWorks具有功能强大、易学易用、技术创新等特点，这使得SolidWorks成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量，不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。从个人而言，在曲面造型方面，SolidWorks的功能不及UG、CATIA，鉴于压缩机铸造蜗壳的曲面造型相对于汽车、飞机等流线曲面来说较简单，本文选用了SolidWorks软件进行三维造型。l蜗壳型线基本造型设计J．

4、』蜗壳的结构蜗壳是组装式离心压缩机的关键部件，作用是将叶轮或扩压器出口的气体动压转变为静压。蜗壳的通流部分为变截面螺旋形结构，在传统的二维绘图中，难于将空间结构直观地表达出来。蜗壳的设计直接影响压缩机级效率，蜗壳的横截面形状有圆形、椭圆形、梯形、梨形和矩形结构。试验表明：蜗壳截面形状对流动性能的好坏影响不大，不同截面形状的蜗室内部的流动特性差别可通过数值计算或试验进行比较，采用何种截面主要根据结构和制造上的方便来确定。从制造工艺上分类，蜗壳有焊接和铸造两种型式，对于组装式离心压缩机，蜗壳横截面一般采用铸造型式的圆形或椭圆形，本文以圆形截面蜗壳为例，采用三

5、维设计软件进行参数化设计。J．2蜗壳各截面几何尺寸的计算压缩机蜗壳包括两部分：蜗室和排气室。蜗壳的结构设计是根据压缩机级的进、出口法兰处气体流速决定的，不同的介质组分、气体压力对法兰处的最大气体流速要求不同。蜗室中不同截面处气体的容积流量是不同的，在蜗室任意截面处，气体的容积流量与位置角p成正比：g，fqi。‘q，／360。式中，q。i。为蜗壳进口处流量。为保证蜗室型线内的气体能自由流动，在不考虑黏性的情况下，气体在蜗壳内的流动遵循动量矩不变定律：cⅢ=cu4·r,／r=-常数。蜗室型线的设计方法主要有两种[41：一种是蜗室型线按照气体自由流动的轨迹来设

6、计，即动量矩不变定律(不考虑流体黏性产生的摩擦影响)；另一种是按照蜗室内各截面气体平均速度C。的变化规律，再通过流量计算出截面积的大小来确定蜗室型线尺寸。排气室的结构是近似锥形的扩张通道，为减少排气室中边界层分离产生的能量损失，通常要求0角不宜过大，避免截面面积突然变化，一般取80～150，截面面积s。一(0．3～0．5)SA。通过由上述设计方法确定压缩机基本级蜗壳的横截面数据，进行蜗壳的结构设计，各横截面直径按照蜗壳的系列规划数据进行模化，蜗室的基圆根据叶轮基本级和扩压器直径，设计为内切基圆，从30。起，每30。确定一个横截面，共12个截面，见图l。7

7、2l2016年第7期网址：WWW．jxgcs．com电邮：hrbengineer@163．com机械工程师醐ECHANlCALENGINEER2三维模型设计参数定义及实体造型如1．1节所述，蜗壳三维造型分为两部分：蜗室和排气室。基于SolidWorks软件的特点，蜗室的实体造型主要有两种方法：1)通过各截面放样生成实体。为保证实体各截面均匀变化，可适当设置引导线完成实体造型，这种方法较简单，但输入数据较多，适用于不规则变截面的蜗室造型。2)使用曲面扫描生成实体，以螺旋线为引导线，螺旋线的螺距、圈数(默认1)、起始角度、旋向等数据根据蜗室尺寸计算得出，这种

8、方法适用于严格按照螺旋规律变截面的蜗室造型。排气室的实体造型通过蜗室排出截面(3