离心泵叶轮CAD系统开发
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814781
3314615
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1515013
3210498
……
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即可将所计算出的参数以文本文件保存起来 。
21112 读取泵参数设计模块
在新建泵参数设计模块中设计的参数可以以文
本文件格式保存 , 因此设计读取现成数据的接口模
块 ,以读取已保存的泵参数数据 ,减少泵参数一步一
步设计的工作量 ,使操作更简单 。
212 叶轮参数设计模块
此模块与泵参数设计模块的设计思路相似 ,主要
后盖板圆弧段半径 R2 就可 画出轴面投影图 (如图 3 所
示 ) 。为方便使用 , 将本程序
中 R1 、R2 、af 由对话框输入 , 当输入不同 的值 , 将 得到 不
同形状的叶轮轴面图 。绘图
算法设计如下 。
1)在图中必要关键点处
图 3 轴面投影
设置节 点 。如 将 前 、后 盖 板
的圆弧圆心分别定为 O1 、O2 , 前盖板的圆弧端点设为 A1 ,前盖板与斜线的切点设为 A2 ; 后盖板的圆弧端点 设为 B1 ,后盖板与垂直直线的切点设为 B2 。
现代制造工程 2006年第 3期
CAD /CAE /CAPP /CAM
离心泵叶轮 CAD 系统开发3
吴婷 ,张礼兵 (安徽建筑工业学院机电系 ,合肥 230601)
摘要 建立 W indow s环境下的离心泵叶轮三维 CAD 系统 ,该系统运用 V isual C ++ ,选择 Pro / E为支撑软件 ,根据离心泵 水力设计原则 ,完成了从离心泵基本设计参数的输入 、计算到叶轮轴面图生成这一整套的参数化 CAD过程 ,并生成 Pro / E接口文件 ,然后在 Pro / E中实现叶轮空间扭曲叶片的三维实体造型设计 ,摒弃了传统生成叶轮二维木模图的方法 。 关键词 :离心泵 叶轮 CAD Pro / E 中图分类号 : TH311 文献标识码 : A 文章编号 : 1671—3133 (2006) 03—0046—04
p rogramm ing language V isual C ++ and supporting w ith Pro / E, the system can achieve the whole parameterized CAD p rocess from the centrifugal pump basic dimension input, computation to the axial draw ing of the impeller. And it can also create the in2 terface file of Pro / E, and then can in Pro / E achieve 3D molding of the impeller, which abandon the traditional impeller 2D wooden2mold draw ing. Key words: Centrifugal pump Impeller CAD Pro / E
画好轴面投影图后 , 应检查流道的过水断面变化 情况 。轴面流线形成以后 , 作出一系列的内切圆与 前 、后盖板流线相切 , 内切圆圆心的连线即为轴面流 道中线 , 进而求出过流面积沿流道中线的变化曲线 , 可由以下数学模型描述 。
1)等分流线 。将前盖板流线等分若干份 , 其中 A1 到 A2 圆弧部分按圆弧长度等分 N 份 , 前盖板从 A2 到 A3 的直线部分等分 N 份 ,等分节点的坐标分别用数组 A x [ i ], A y [ i ]定义 , i = 0 ～2N。其中前盖板圆弧圆心 O1 和 A2 的连线与垂直方向的夹角即为输入的前盖板 倾角 。
是确定叶轮的进 、出口直径 、出口宽度和叶片数等 ,这
里就不再赘述 。
213 叶片绘型模块
叶片绘型模块所用到的数据来自泵和叶轮参数
模块中的数据文件 。本文将此模块再分为轴面流道
绘制 、过水断面检查 、轴面流线分点以及确定进口边
等小模块 。将每个模块相应的绘图过程进行数值分
析 ,使之解析化和算法化 ,最后用 VC ++来完成叶轮
2)求解内切圆圆心 。当等分节点在前盖板圆弧 上时 ,此时 i = 0～N , 将前盖板的等分节点定义为内切 圆在前盖板的切点 ,内切圆圆心坐标 O 一定在前盖板 圆弧的圆心 O1 与等分节点 A 的延长线 O1 A 上 , 然后 用逐步逼近的算法在后盖板上找一点 B , 内切圆圆心 坐标也在此点与后盖板圆弧的圆心 O2 延长线 O2B 上 的 ,若两条延长线的交点到后盖板上的点 B 的距离与 该交点到前盖板的切点 A 距离之差的绝对值小于 1% 时 ,可将该交点作为内切圆圆心 , 后盖板上的点 B 即 为相应内切圆在后盖板上的切点 。内切圆圆心坐标 用数组 O x [ i ]、O y [ i ] 表示 ,后盖板上相应的切点用数 组 B x [ i ], B y [ i ]表示 。
1 总体设计
本离心泵叶轮 CAD 系统是以一元流动理论为基 础 ,运用 V isual C ++来编制 ,采用结构化 、模块化的设 计方法 ,设计参数的输入采用对话框形式 ,实现人机 交互 。为此将整个 CAD 系统分成四大模块 :泵参数设
计模块 、叶轮参数设计模块 、叶片绘型模块 、Pro / E 接 口文件输出模块 。各模块间的关系如图 1所示 。
Rc = 1 /3 ×(A y [ i ] +B y [ i ] +O y [ i ] )
b = 2 ( s +ρ) 3
式中 : s为内切圆弦 AB 长度 ;ρ为内切圆半径 。然后 画出 F [ i ]随轴面流道中线的变化曲线 ,高效率叶轮的 轴面流道过水断面曲线应是平直和光滑的线 , 抗汽蚀
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现代制造工程 2006年第 3期
图 1 系统模块关系
2 主要模块设计
211泵参数设计模块 根据泵水力设计过程 ,以及为了便于系统调用已
经设计好的泵参数数据 ,将此模块分成两个子模块 : 新建泵参数设计模块 、读取泵参数设计文件模块 。 21111 新建泵参数设计模块
此模块通过人机对话实现设计参数的输入 。首 先从屏幕输入流量 Q、扬程 H、汽蚀余量 、转速等主设 计参数 ,如图 2所示 。
3 安徽建筑工业学院硕博科研基金项目 (04 - 036)
46
CAD /CAE /CAPP /CAM
现代制造工程 2006年第 3期
由计算公式算
出泵 进 、出 口 直 径
与比转速 、效率等 。
在每一步过程中 ,
设计人员都可根据
经验和屏幕提示 (参数系数选择表 )
图 2 泵主要参数设置对话框
进行优选 ,满意后 ,
Begin Curve ! 1 1 10610000 010000 3815000
D evelopm en t of 3D CAD system on cen tr ifuga l pum p im peller
W u Ting, Zhang L ibing (Department of Mechanical and Electric, Anhui Institute of A rchitecture & Industry, Hefei, 230022, CHN) Abstract A centrifugal pump impeller CAD system is established in the environment ofW indow s. By using the object2oriented
叶轮是水泵的关键过流部件 ,它直接影响到水泵 的水力性能及运行稳定性 。叶轮叶片是复杂的空间 曲面体 ,传统的方法是计算出流道 、叶片轴面截线及 木模截线 ,然后根据图样制成模型 。本文以离心泵为 研究对象 , 建立 W indow s环境下的离心泵叶轮三维 CAD系统 。该系统运用 V isual C ++ ,选择 Pro / E为支 撑软件 ,根据离心泵水力设计原则 ,完成从离心泵基 本设计参数的输入 、计算到叶轮轴面图生成这一整套 的参数化 CAD 过程 ,并生成 Pro / E接口文件 ,然后在 Pro / E中实现离心泵叶轮空间扭曲叶片的三维实体造 型设计 。从而摒弃了传统生成叶轮二维木模图的方 法 ,实现人机交互 , CAD /CAM 一体化 。
2)设置坐标 。把后盖板处圆弧端点 B1 的横坐标 设为 0,即 B1 的坐标定为 ( 0, dh /2) , 其中 dh 为叶轮轮 毂直径 , 则 B 2 坐标为 ( R2 , dh /2 + R2 ) , O2 坐标为 ( 0, dh /2 + R2 ) , 其他节点坐标则根据几何关系可依次算 出 ,然后就可利用绘图函数绘出流线 。 21312 轴面流道过水流断面变化检查
以上步骤都完成后 , 就可以 输出每条流线上所分点的空间坐 标 ,它们就是叶片的型值点 。具 体步骤如下 。
1) 转 换 成 三 维 坐 标 。上 面 图 6 叶轮轴面流线 所得的轴面流线分点坐标 , 只是二维坐标 , 但实际上 叶片流线是三维空间流线 , 所以必须把此二维坐标转 化为三维坐标 。由方格网包角变换法绘型原理可知 , 每个分点都可用柱面坐标形式表示 ( y,θ, x ) 。但由于 Pro / E接受点坐标的形式 ,只有直角坐标 ,因此还必须 将柱面坐标转换成直角坐标 ,即为 ( ycosθ, y sinθ, x) 。
线进行分点 ,为防止所分节点过多 , 取 Δθ= 5°, 以前盖 板为例 ,将前盖板上的分点用数组 ax [ i ], ay [ i ]来定 义 ,然后从出口开始 , 前盖板流线上的出口点即为流 线分点的第 1个点 ax [ 0 ], ay [ 0 ], 沿轴面流线试取长 度 Δs,若 Δs弧长中点的 y坐标值 Ri 对应的 Δu = Ri × 5 ×π / 180, 与试取的Δs相等 , 则分点是正确的 。如果 不相等 ,另取 Δs, 直到 Δs =Δu为 止 。第 2 点确定后 , 用同样的方 法分第 3、4 ……点 , 一直到进口 边部分 。其他流线上的设计方法 与此类似 , 这里就不再赘述 。图 6所示即为分好的流线 。 214 接口文件输出模块
CAD /CAE /CAPP /CAM
性能良好叶轮的轴面流道过水断面曲线 , 应为进口部 有隆起的曲线 ,如图 5所示 。曲线形状不良 ,应修改轴 面流线参数 ,直到满足要求为止 。
图 4 轴面流线过水断面积
图 5 轴面液流过水 断面变化情况
21源自文库13 轴面流线分点 本程序即用方格网包角变换法绘型并对轴面流
3)三次样条差值函数拟合流道中线 。求出一系 列内切圆圆心坐标之后 , 即可用“三次样条差值函数 法 ”将其拟合成光滑的连续曲线 , 并画出图形 。为保 证图形逼近程度和程序的运行速度 , 一般所分的节点 在 10个左右 。
4)检查轴面流道过水断面变化 。首先求出各个 节点处的过水段面积 : F = 2πRc b, 其中 Rc 为过水断面 形成线的中心半径 , b为过水断面形成线的长度 , 如图 4所示 。计算方法为 :
2) Pro / E接口文件格式 。为了满足在 Pro / E中三 维设计的要求 ,必须将系统计算得到的型值点数据通 过文件输出模块以文本格式 ( 3 . IBL文件 )保存起来 , 即转化成 Pro / E所支持的数据文件格式 (文件扩展名 为 IBL ) , Pro / E所支持的数据文件格式如下 。
的绘制 。
21311 轴面流道绘制
叶轮各部分的尺寸通过泵和叶轮参数设计模块
算得的计算结果 :叶轮进口直径 D j、叶轮出口直径 D2 、 轮毂直径 dh 和出口宽度 b2 后 , 在这里只需要知道前 盖板出口部分倾角 af (前盖板与出口边的夹角 ) ,前盖 板圆弧半径 R1 , 后盖板出口 部分倾角 (这里定为 90°) 及
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即可将所计算出的参数以文本文件保存起来 。
21112 读取泵参数设计模块
在新建泵参数设计模块中设计的参数可以以文
本文件格式保存 , 因此设计读取现成数据的接口模
块 ,以读取已保存的泵参数数据 ,减少泵参数一步一
步设计的工作量 ,使操作更简单 。
212 叶轮参数设计模块
此模块与泵参数设计模块的设计思路相似 ,主要
后盖板圆弧段半径 R2 就可 画出轴面投影图 (如图 3 所
示 ) 。为方便使用 , 将本程序
中 R1 、R2 、af 由对话框输入 , 当输入不同 的值 , 将 得到 不
同形状的叶轮轴面图 。绘图
算法设计如下 。
1)在图中必要关键点处
图 3 轴面投影
设置节 点 。如 将 前 、后 盖 板
的圆弧圆心分别定为 O1 、O2 , 前盖板的圆弧端点设为 A1 ,前盖板与斜线的切点设为 A2 ; 后盖板的圆弧端点 设为 B1 ,后盖板与垂直直线的切点设为 B2 。
现代制造工程 2006年第 3期
CAD /CAE /CAPP /CAM
离心泵叶轮 CAD 系统开发3
吴婷 ,张礼兵 (安徽建筑工业学院机电系 ,合肥 230601)
摘要 建立 W indow s环境下的离心泵叶轮三维 CAD 系统 ,该系统运用 V isual C ++ ,选择 Pro / E为支撑软件 ,根据离心泵 水力设计原则 ,完成了从离心泵基本设计参数的输入 、计算到叶轮轴面图生成这一整套的参数化 CAD过程 ,并生成 Pro / E接口文件 ,然后在 Pro / E中实现叶轮空间扭曲叶片的三维实体造型设计 ,摒弃了传统生成叶轮二维木模图的方法 。 关键词 :离心泵 叶轮 CAD Pro / E 中图分类号 : TH311 文献标识码 : A 文章编号 : 1671—3133 (2006) 03—0046—04
p rogramm ing language V isual C ++ and supporting w ith Pro / E, the system can achieve the whole parameterized CAD p rocess from the centrifugal pump basic dimension input, computation to the axial draw ing of the impeller. And it can also create the in2 terface file of Pro / E, and then can in Pro / E achieve 3D molding of the impeller, which abandon the traditional impeller 2D wooden2mold draw ing. Key words: Centrifugal pump Impeller CAD Pro / E
画好轴面投影图后 , 应检查流道的过水断面变化 情况 。轴面流线形成以后 , 作出一系列的内切圆与 前 、后盖板流线相切 , 内切圆圆心的连线即为轴面流 道中线 , 进而求出过流面积沿流道中线的变化曲线 , 可由以下数学模型描述 。
1)等分流线 。将前盖板流线等分若干份 , 其中 A1 到 A2 圆弧部分按圆弧长度等分 N 份 , 前盖板从 A2 到 A3 的直线部分等分 N 份 ,等分节点的坐标分别用数组 A x [ i ], A y [ i ]定义 , i = 0 ～2N。其中前盖板圆弧圆心 O1 和 A2 的连线与垂直方向的夹角即为输入的前盖板 倾角 。
是确定叶轮的进 、出口直径 、出口宽度和叶片数等 ,这
里就不再赘述 。
213 叶片绘型模块
叶片绘型模块所用到的数据来自泵和叶轮参数
模块中的数据文件 。本文将此模块再分为轴面流道
绘制 、过水断面检查 、轴面流线分点以及确定进口边
等小模块 。将每个模块相应的绘图过程进行数值分
析 ,使之解析化和算法化 ,最后用 VC ++来完成叶轮
2)求解内切圆圆心 。当等分节点在前盖板圆弧 上时 ,此时 i = 0～N , 将前盖板的等分节点定义为内切 圆在前盖板的切点 ,内切圆圆心坐标 O 一定在前盖板 圆弧的圆心 O1 与等分节点 A 的延长线 O1 A 上 , 然后 用逐步逼近的算法在后盖板上找一点 B , 内切圆圆心 坐标也在此点与后盖板圆弧的圆心 O2 延长线 O2B 上 的 ,若两条延长线的交点到后盖板上的点 B 的距离与 该交点到前盖板的切点 A 距离之差的绝对值小于 1% 时 ,可将该交点作为内切圆圆心 , 后盖板上的点 B 即 为相应内切圆在后盖板上的切点 。内切圆圆心坐标 用数组 O x [ i ]、O y [ i ] 表示 ,后盖板上相应的切点用数 组 B x [ i ], B y [ i ]表示 。
1 总体设计
本离心泵叶轮 CAD 系统是以一元流动理论为基 础 ,运用 V isual C ++来编制 ,采用结构化 、模块化的设 计方法 ,设计参数的输入采用对话框形式 ,实现人机 交互 。为此将整个 CAD 系统分成四大模块 :泵参数设
计模块 、叶轮参数设计模块 、叶片绘型模块 、Pro / E 接 口文件输出模块 。各模块间的关系如图 1所示 。
Rc = 1 /3 ×(A y [ i ] +B y [ i ] +O y [ i ] )
b = 2 ( s +ρ) 3
式中 : s为内切圆弦 AB 长度 ;ρ为内切圆半径 。然后 画出 F [ i ]随轴面流道中线的变化曲线 ,高效率叶轮的 轴面流道过水断面曲线应是平直和光滑的线 , 抗汽蚀
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现代制造工程 2006年第 3期
图 1 系统模块关系
2 主要模块设计
211泵参数设计模块 根据泵水力设计过程 ,以及为了便于系统调用已
经设计好的泵参数数据 ,将此模块分成两个子模块 : 新建泵参数设计模块 、读取泵参数设计文件模块 。 21111 新建泵参数设计模块
此模块通过人机对话实现设计参数的输入 。首 先从屏幕输入流量 Q、扬程 H、汽蚀余量 、转速等主设 计参数 ,如图 2所示 。
3 安徽建筑工业学院硕博科研基金项目 (04 - 036)
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CAD /CAE /CAPP /CAM
现代制造工程 2006年第 3期
由计算公式算
出泵 进 、出 口 直 径
与比转速 、效率等 。
在每一步过程中 ,
设计人员都可根据
经验和屏幕提示 (参数系数选择表 )
图 2 泵主要参数设置对话框
进行优选 ,满意后 ,
Begin Curve ! 1 1 10610000 010000 3815000
D evelopm en t of 3D CAD system on cen tr ifuga l pum p im peller
W u Ting, Zhang L ibing (Department of Mechanical and Electric, Anhui Institute of A rchitecture & Industry, Hefei, 230022, CHN) Abstract A centrifugal pump impeller CAD system is established in the environment ofW indow s. By using the object2oriented
叶轮是水泵的关键过流部件 ,它直接影响到水泵 的水力性能及运行稳定性 。叶轮叶片是复杂的空间 曲面体 ,传统的方法是计算出流道 、叶片轴面截线及 木模截线 ,然后根据图样制成模型 。本文以离心泵为 研究对象 , 建立 W indow s环境下的离心泵叶轮三维 CAD系统 。该系统运用 V isual C ++ ,选择 Pro / E为支 撑软件 ,根据离心泵水力设计原则 ,完成从离心泵基 本设计参数的输入 、计算到叶轮轴面图生成这一整套 的参数化 CAD 过程 ,并生成 Pro / E接口文件 ,然后在 Pro / E中实现离心泵叶轮空间扭曲叶片的三维实体造 型设计 。从而摒弃了传统生成叶轮二维木模图的方 法 ,实现人机交互 , CAD /CAM 一体化 。
2)设置坐标 。把后盖板处圆弧端点 B1 的横坐标 设为 0,即 B1 的坐标定为 ( 0, dh /2) , 其中 dh 为叶轮轮 毂直径 , 则 B 2 坐标为 ( R2 , dh /2 + R2 ) , O2 坐标为 ( 0, dh /2 + R2 ) , 其他节点坐标则根据几何关系可依次算 出 ,然后就可利用绘图函数绘出流线 。 21312 轴面流道过水流断面变化检查
以上步骤都完成后 , 就可以 输出每条流线上所分点的空间坐 标 ,它们就是叶片的型值点 。具 体步骤如下 。
1) 转 换 成 三 维 坐 标 。上 面 图 6 叶轮轴面流线 所得的轴面流线分点坐标 , 只是二维坐标 , 但实际上 叶片流线是三维空间流线 , 所以必须把此二维坐标转 化为三维坐标 。由方格网包角变换法绘型原理可知 , 每个分点都可用柱面坐标形式表示 ( y,θ, x ) 。但由于 Pro / E接受点坐标的形式 ,只有直角坐标 ,因此还必须 将柱面坐标转换成直角坐标 ,即为 ( ycosθ, y sinθ, x) 。
线进行分点 ,为防止所分节点过多 , 取 Δθ= 5°, 以前盖 板为例 ,将前盖板上的分点用数组 ax [ i ], ay [ i ]来定 义 ,然后从出口开始 , 前盖板流线上的出口点即为流 线分点的第 1个点 ax [ 0 ], ay [ 0 ], 沿轴面流线试取长 度 Δs,若 Δs弧长中点的 y坐标值 Ri 对应的 Δu = Ri × 5 ×π / 180, 与试取的Δs相等 , 则分点是正确的 。如果 不相等 ,另取 Δs, 直到 Δs =Δu为 止 。第 2 点确定后 , 用同样的方 法分第 3、4 ……点 , 一直到进口 边部分 。其他流线上的设计方法 与此类似 , 这里就不再赘述 。图 6所示即为分好的流线 。 214 接口文件输出模块
CAD /CAE /CAPP /CAM
性能良好叶轮的轴面流道过水断面曲线 , 应为进口部 有隆起的曲线 ,如图 5所示 。曲线形状不良 ,应修改轴 面流线参数 ,直到满足要求为止 。
图 4 轴面流线过水断面积
图 5 轴面液流过水 断面变化情况
21源自文库13 轴面流线分点 本程序即用方格网包角变换法绘型并对轴面流
3)三次样条差值函数拟合流道中线 。求出一系 列内切圆圆心坐标之后 , 即可用“三次样条差值函数 法 ”将其拟合成光滑的连续曲线 , 并画出图形 。为保 证图形逼近程度和程序的运行速度 , 一般所分的节点 在 10个左右 。
4)检查轴面流道过水断面变化 。首先求出各个 节点处的过水段面积 : F = 2πRc b, 其中 Rc 为过水断面 形成线的中心半径 , b为过水断面形成线的长度 , 如图 4所示 。计算方法为 :
2) Pro / E接口文件格式 。为了满足在 Pro / E中三 维设计的要求 ,必须将系统计算得到的型值点数据通 过文件输出模块以文本格式 ( 3 . IBL文件 )保存起来 , 即转化成 Pro / E所支持的数据文件格式 (文件扩展名 为 IBL ) , Pro / E所支持的数据文件格式如下 。
的绘制 。
21311 轴面流道绘制
叶轮各部分的尺寸通过泵和叶轮参数设计模块
算得的计算结果 :叶轮进口直径 D j、叶轮出口直径 D2 、 轮毂直径 dh 和出口宽度 b2 后 , 在这里只需要知道前 盖板出口部分倾角 af (前盖板与出口边的夹角 ) ,前盖 板圆弧半径 R1 , 后盖板出口 部分倾角 (这里定为 90°) 及