基于Pro/E的离心泵扭曲叶片造型

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1 叶片数据的提取离心泵在排水灌溉等农业生产中发挥着举足轻重的作用，是从事生产活动不可或缺的工具。叶轮是离心泵重要的过流部件，由它将动力传递给液体。由于叶片承担能量转换的任务，因此叶片性能的好坏将直接影响泵的水力性能。目前，叶片的设计多数仍基于-元设计理论 J。-元设计理论假设速度沿同-个过水截面均匀分布，则轴面流速只随轴面流线的-个坐标变化。而事实上离心泵叶轮中的流动是复杂的三元流动 J，这种近似与简化的设计理论在最终效果上无疑会带来误差。再加上基于速度系数法的经验设计又存在-些设计结果的不确定因素，因此对于设计好的叶轮需要进行数值模拟，确保满足使用要求后才可用于加工。另外，传统的二维木模图也不利于数控加工。所以，无论做数值模拟，还是数控加工，都需要精确构建叶轮的三维实体。Pro/E具有很强大的曲面造型能力，并且拥有丰富的曲面分析修改工具，利用 Pro/E软件构建叶片曲面，可以建立比较光顺且精确的叶片实体。-方面，由于 Pro/E与 ANSYS软件有无缝接口，可直接导入其子软件 FLUENT中进行流体仿真；另-方面，Pro/E自身也具有良好的数控加工拈，可直接进行数字化制造。

收稿 日期：2012-09-29基金项 目：陕西杨凌农业机械化新技术新机具实验示范园建设项目(陕农机发2000064)作者简介：千勃兴(1987-)，男，陕西户县人，硕士研究生，(E-mail)qianboxing1023### 126.com。

通讯作者：卢博友(1950-)，男，陕西礼泉人，教授 ，博士生导师，(E-mail)luboyou###163.corn。

叶轮建模的关键在于叶片形状的绘制。目前 ，已证实扭曲叶片在提高水力效率和抗空化性能方面优于圆柱形叶片 J，因此叶片往往被设计成扭曲形状，它反映在空间中是不规则的复杂曲面。通常情况下 ，建立叶片三维模型的方法多是将获得的点云导入到CAD造型软件中，利用样条工具(多数基于 NURBS算法)将这些点拟合成线条，再把线条拟合成曲面 。

采集点云的途径有两种：-是属于反求设计 ，是逆向工程的范畴，利用三坐标测量机等设备扫描现有叶轮的轮廓，来获取叶片表面上-系列坐标点 J。这种做法需要先进的硬件支持，其建模效果的优劣撒于仪器的精度、测量者的操作以及叶片本身的光滑度。通常需要先对点云进行预处理 ，去除毛刺，然后才可导人造型软件。二是通过设计计算，然后在二维CAD软件中绘制木模图而得，流程如下：根据给定的设计要求，粗精算叶轮尺寸-叶轮轴面投影图-流线分段-方格网-轴面截线-木模图(剪裁图)。这种做法不需要实物和测量设备，得出的数据点也较前者规整，但设计过程中需要对前人类似的产品图样进行参考，这在很大程度上依赖经验，并且存在计算繁琐和操作重复的缺点。因此，设计的程序化成为必然趋势。在 AutoCAD中绘制二维木模图时编写-些简单的Auto LISP语句(如 while或 repeat)，来实现循环操作 ，可有效减轻设计者的工作量。目前已经有这-类的水泵设计软件问世，在不断向着高精度、高效率和集成化的方向迈进。

· 202 ·201 3年 10月 农 机 化 研 究 第 10期设计就显得有难度。要想在三维软件 中实现-站式造型，就必须把图形操作用数理计算来替代，为此就需要构建数学方程 ，去近似拟合成叶片曲面的骨线。

本文论述了离心泵扭曲叶片在 Pro/E 4.0中的造型与曲面分析方法，建立了比较精准的叶轮实体 ，为离心泵全流道的流体仿真和叶轮的数字化制造打下了基础，从而保证离心泵在农业生产中有较好的抗空化能力和较高的水力效率。