[发明专利]基于三维数字模型的离心泵叶轮水力图生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及离心泵叶轮水力图绘制方法技术领域，具体地指一种基于三维数字模型的离心泵叶轮水力图生成方法。

背景技术

目前，国内离心泵水力设计大多基于一元设计理论的传统设计方法，采用速度系数法和相似设计法进行水力模型设计。通过对离心泵叶轮设计方法的现状和发展趋势的详细研究后发现，叶轮水力设计方法归纳起来为基于一元设计理论的离心泵叶轮传统设计方法；基于计算机的流体力学的现代设计方法和全三元反设计方法。基于一元设计理论的离心泵叶轮传统设计方法，首先进行水力设计，生成木模图，然后进行样机试制，再根据样机的性能测试结果反复进行修正设计，最后生产加工。一元设计理论存在如下五个较为明显的缺陷：叶片前方来流速度计算不准确，造成过大冲角、无法控制叶片表面流体动力负荷、叶片表面角度光滑变化，但是并不保证叶片表面相对流速也光滑变化、叶轮前后盖板仅间接影响到叶轮流道内部相对流速、无法确定哪种叶片设计方案是最优的。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种基于三维数字模型的离心泵叶轮水力图生成方法，该方法可以直接根据叶轮的三维数字模型，通过图形的几何变换和数学计算，得到叶轮的水力图及轴垂面、轴截面与叶片前后工作面相交处的数据点坐标参数，极大的缩短了设计周期，提高了设计精度。

为实现此目的，本发明所设计的基于三维数字模型的离心泵叶轮水力图生成方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：通过三维建模软件打开预设的离心泵叶轮三维模型；

步骤2：在三维建模软件中建立一组与离心泵叶轮的旋转轴相垂直且与离心泵叶轮的三维模型表面相交的平面，该组平面与离心泵叶轮三维模型中叶片模型的迎水面和背水面相交，得到两组交叉曲线，这两组交叉曲线即为离心泵叶轮木模图中的木模截线；

步骤3：对两组交叉曲线沿离心泵叶轮旋转轴方向投影，得到离心泵叶片轴向投影面，然后以离心泵叶轮旋转轴的轴心为原点，作多条辅助射线，相邻两个辅助射线之间的夹角相等且为预设值，即可得到离心泵叶片的木模图；

步骤4：开始绘制轴面图，在离心泵叶轮三维模型中任取一个离心泵叶轮旋转轴的轴截面，该轴截面与离心泵叶轮三维模型中叶片模型的迎水面和背水面相交，得到截交线，将截交线绕离心泵叶轮旋转轴旋转，生成旋转曲面；

步骤5：在离心泵叶轮三维模型中取离心泵叶轮旋转轴的多个轴截面，相邻两个轴截面之间的夹角相等且为预设值，每个轴截面与叶片模型相交得到的截交线均按照步骤4的方式得到一个对应的旋转曲面，即得到了一组旋转曲面；

步骤6：用另取的一个轴截面去截形成的这一组旋转曲面，即可在该另取的轴截面上的得到一组曲线；

步骤7：将步骤6中另取的一个轴截面以及步骤6中得到的一组曲线沿离心泵叶轮旋转轴同时旋转，旋转到水平面内，再在上述水平面内添加相互平行的多条辅助直线，即可得到离心泵叶轮水力图中的轴面图；

步骤8：开始获取离心泵叶轮三维模型中叶片模型的水力数据表，首先，启动三维建模软件中水力图设计插件；

步骤9：通过上述水力图设计插件，在步骤2中得到的一组平面中任意选取一个平面，该平面与离心泵叶轮三维模型中叶片模型的迎水面相交得到第一曲线，在离心泵叶轮三维模型中任取一个离心泵叶轮旋转轴的轴截面与离心泵叶轮三维模型中叶片模型的迎水面相交得到第二曲线，上述第一曲线和第二曲线相交得到交叉点，该交叉点即为离心泵叶轮三维模型中叶片模型的水力数据表的一个取样点，该取样点的坐标即为离心泵叶轮三维模型中叶片模型的水力数据表中的一个水力数据点坐标值；

步骤10：通过三维建模软件中的应用程序编程接口函数，计算得到上述水力数据点坐标值的极坐标值；

步骤11：用与步骤9相同的方式得到步骤2中的一组平面中剩下的各个平面所对应的交叉点，然后得到上述剩下的各个平面所对应的交叉点的坐标值，然后用步骤10的方式得到剩下的各个平面所对应的交叉点的极坐标值，即完成三维数字模型的离心泵叶轮水力图的生成。

本发明的有益效果：

本发明可直接根据离心泵叶轮的三维模型反求水力图，同时，对于叶片迎水面的液体流速利用计算机来仿真计算更为准确，为后续的叶片表面流体动力负荷的测量提供更为直接的数据，此外为设计过程中的最优方案选取提供可量化的数据支持，克服了传统一元设计理论的不足之处，使离心泵叶轮的水力图求解速度更快，精度更高。

附图说明

图1是本发明方法中三维数字模型的实体结构示意图。

图2是本发明方法的水力图中木模截线的求解窗口图。