UG在軸流風(fēng)機缸體造型上的應(yīng)用

王玲，王景生

（哈爾濱汽輪機廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

0 引言

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

1 軸流風(fēng)機工作原理簡介

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

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

2 UG 軟件的設(shè)計特點

利用UG 軟件，在對軸流風(fēng)機缸體設(shè)計時，可以完成產(chǎn)品從設(shè)計理念、模型建立、性能分析和運動分析的開發(fā)過程，實現(xiàn)無圖紙設(shè)計。

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)計及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗證手段。是一個集CAD、CAE、CAM 于一體的計算機輔助系統(tǒng)，針對用戶的虛擬產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計的需求，可以完成從產(chǎn)品概念設(shè)計、外觀造型、詳細設(shè)計、圖紙輸出、運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，為實際應(yīng)用提供了解決方案，還可以對生產(chǎn)過程進行管理。

2.2 基于裝配的產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)

對軸流風(fēng)機氣缸的設(shè)計，要從整體的產(chǎn)品概念設(shè)計出發(fā)，利用UG 軟件進行軸流風(fēng)機缸體造型的設(shè)計，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)計方法，從產(chǎn)品的總體設(shè)計入手，按照工藝程序設(shè)計軸流風(fēng)機氣缸的每一個零部件。

3 軸流風(fēng)機氣缸的設(shè)計

3.1 排汽缸的參考模型

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

圖1 風(fēng)機外缸的設(shè)計圖

圖2 風(fēng)機內(nèi)缸的設(shè)計圖

3.1.1 外缸進、排氣腔的型線設(shè)計

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

圖3 氣缸進氣型腔的型線設(shè)計圖

3.1.2 氣缸排氣型腔的選定

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

對于風(fēng)機排氣型的型線，要計算參數(shù)截面不均勻度對氣流的影響，選取的氣流截面為進入壓氣機排氣腔處，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)計圖

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

3.2 軸流風(fēng)機氣缸的相關(guān)性能分析

通過氣缸型腔的選型設(shè)計，當(dāng)確定了氣缸的基本形式，還需要對氣缸進行相關(guān)的性能分析，可利用UG 的CAE 功能直接進行有限元分析，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)計軟件，進行結(jié)構(gòu)有限元分析和強度、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)品進行渲染宣傳或生成效果圖。

3.3 風(fēng)機外缸進氣型腔的選定

針對風(fēng)機進氣腔的型線設(shè)計，先初步采用?；侄危谀感蜋C外缸基礎(chǔ)上先?；O(shè)計一版大致的型腔型線，然后進行實體造型，再對型腔進行流場分析。選擇最優(yōu)的型線用于定稿設(shè)計。對于風(fēng)機進氣型腔的型線，要計算參數(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入壓氣機流道處，在進口導(dǎo)葉前的某個截面，如圖3。

4 結(jié)語

實踐證明，采用原二維AutoCAD 設(shè)計手段，該排汽缸的設(shè)計周期大約需90 d 時間，而采用UG 軟件造型設(shè)計最多需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，具有很高的實用、推廣價值，同時又減少了空間布局中出現(xiàn)的部件相干涉的情況。

［1］謝厚恒.CS1000 在軸流風(fēng)機防喘振控制上的應(yīng)用［J］.自動化博覽，2009（1）：69-71.

［2］高平，劉夢安，陽吉初.軸流風(fēng)機效率降低問題分析與處理［J］.機械工程師，2012（4）：96-97.

［3］付曙祥，李香蓮.軸流風(fēng)機缺陷分析及結(jié)構(gòu)改進［J］.機械工程師，2008（2）：104.