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闭式叶轮轮盖空腔流场的数值研究

推进技术 2017年第6期38卷 1241-1248页

作者：邵冬孙志刚谭春青陶海亮中国科学院工程热物理研究所轻型动力实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

为研究轮盖空腔内部流场结构,分析轮盖空腔及泄漏流对叶轮的影响,对闭式离心叶轮及其空腔进行了数值模拟计算。结果表明,在设计流量下,与只计算主流道的常规方案相比,加入空腔无泄漏的方案压比基本不变,效率降低了0.82%,加入空腔存在泄... 详细信息

为研究轮盖空腔内部流场结构,分析轮盖空腔及泄漏流对叶轮的影响,对闭式离心叶轮及其空腔进行了数值模拟计算。结果表明,在设计流量下,与只计算主流道的常规方案相比,加入空腔无泄漏的方案压比基本不变,效率降低了0.82%,加入空腔存在泄漏的方案压比及效率分别降低了3.7%和2.4%。空腔内压力径向平衡,温度高于主流道。轮盖空腔中存在环流,同时空腔中气流和叶轮主流之间又存在环流现象,二者形成独特的双层环流结构。泄漏流会增加叶轮所受总轴向推力,设计流量下存在泄漏时总轴向推力为无泄漏时的3.17倍。

关键词：闭式叶轮轮盖空腔轴向推力

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闭式叶轮铣削加工干涉自修正轨迹规划算法

沈阳工业大学学报 2012年第5期34卷 520-525页

作者：梁全郑鹏王永章沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

针对目前绝大部分商用CAD/CAM软件在刀具轨迹规划过程中只能检测干涉碰撞的发生、而无法自动生成无干涉碰撞刀具轨迹的问题,提出了一种干涉碰撞自修正算法.该算法提取避让几何体边界,利用配置空间理论把提取的避让几何体边界映射到二维... 详细信息

针对目前绝大部分商用CAD/CAM软件在刀具轨迹规划过程中只能检测干涉碰撞的发生、而无法自动生成无干涉碰撞刀具轨迹的问题,提出了一种干涉碰撞自修正算法.该算法提取避让几何体边界,利用配置空间理论把提取的避让几何体边界映射到二维配置空间中,将三维空间中的干涉碰撞问题转化到二维空间中,并利用空间分区二叉树、多边形偏置等算法,解决了自动修正干涉碰撞处刀具姿态的问题.应用该算法生成了闭式叶轮流道的刀具轨迹,从刀具轨迹规划的效果上看,提出的算法确实避免了闭式叶轮刀具轨迹规划过程中干涉碰撞的发生.

关键词： CAD/CAM软件轨迹规划闭式叶轮五坐标加工干涉碰撞配置空间轮廓偏置自动修正避让几何规划

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闭式叶轮通道五轴数控粗加工刀具路径规划

大连理工大学学报 2013年第4期53卷 514-520页

作者：曹利新薛亚峰大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

针对离心式通风机中闭式叶轮通道的五轴数控粗加工,提出了一种用圆锥面截取叶轮流道的分层加工方法,该圆锥面由叶轮子午面内的直母线绕叶轮轴线回转形成,这种分层方法可以使每一截面的加工区域均由4条曲线围成,保证每一层刀具路径的形... 详细信息

针对离心式通风机中闭式叶轮通道的五轴数控粗加工,提出了一种用圆锥面截取叶轮流道的分层加工方法,该圆锥面由叶轮子午面内的直母线绕叶轮轴线回转形成,这种分层方法可以使每一截面的加工区域均由4条曲线围成,保证每一层刀具路径的形状相似.在此基础上,给出了适合流道分层加工的等参数环切和螺旋加工2种刀具路径规划方法.该方法简单、效率高,非常适合于通道类零件的粗加工.

关键词：闭式叶轮分层加工刀具路径规划粗加工

三元流闭式叶轮组合电加工技术研究Ⅱ——数控电解预加工

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航空学报 2010年第4期31卷 871-876页

作者：刘辰徐家文赵建社吴锐南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室江苏南京210016

数控电解预加工是组合电加工技术中不可或缺的关键工艺,本文专题论述了三元流闭式叶轮数控电解预加工中阴极及其运动轨迹设计等关键技术。提出了采用多个阴极分区域加工流道的方法,利用先层切再叠加的方法将三维问题简化为二维问题处理... 详细信息

数控电解预加工是组合电加工技术中不可或缺的关键工艺,本文专题论述了三元流闭式叶轮数控电解预加工中阴极及其运动轨迹设计等关键技术。提出了采用多个阴极分区域加工流道的方法,利用先层切再叠加的方法将三维问题简化为二维问题处理而实现阴极加工型面的数值求解。在完成阴极结构优化设计专用工装夹具设计和数控加工程序编制的基础上,以某型三元流闭式叶轮为研究对象进行了加工工艺试验,并加工了符合设计要求的三元流闭式叶轮。试验研究表明,采取数控电解预加工工艺方案能够满足实际生产要求,可提高效率40%,降低电火花加工的电极损耗50%。

关键词：三元流闭式叶轮弯扭型腔电解加工阴极

三元流闭式叶轮组合电加工技术研究Ⅰ——总体方案设计及关键技术

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航空学报 2010年第3期31卷 650-654页

作者：刘辰徐家文赵建社吴锐南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室江苏南京210016

针对难切削材料三元流闭式叶轮上复杂弯扭型腔的加工难题,提出数控电解(NC-ECM)/数控电火花(NC-EDM)组合加工数字化制造技术方案。本文重点论述了其总体方案设计及关键技术,包括总体工艺流程设计,数控电解预加工中阴极及运动轨迹设计,... 详细信息

针对难切削材料三元流闭式叶轮上复杂弯扭型腔的加工难题,提出数控电解(NC-ECM)/数控电火花(NC-EDM)组合加工数字化制造技术方案。本文重点论述了其总体方案设计及关键技术,包括总体工艺流程设计,数控电解预加工中阴极及运动轨迹设计,数控电火花精加工中电极及加工轨迹设计,工装夹具设计以及加工参数的选择与优化等问题。成功试制了合格的某型三元流闭式叶轮,试验结果表明,组合电加工技术能够满足三元流闭式叶轮的实际生产要求。

关键词：三元流闭式叶轮组合电加工数控系统电解加工电火花加工

三元流闭式叶轮组合电加工技术研究Ⅲ——数控电火花精加工关键技术

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航空学报 2010年第6期31卷 1299-1304页

作者：刘辰徐家文赵建社吴锐南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

数控电火花(NC-EDM)精加工,是三元流闭式叶轮组合电加工的最终加工工序,是决定三元流闭式叶轮整体制造精度的关键工序。本文专题介绍了其主要关键技术,包括工具电极、运动轨迹以及工装夹具设计。基于关键技术的解决,进行了某型三元流闭... 详细信息

数控电火花(NC-EDM)精加工,是三元流闭式叶轮组合电加工的最终加工工序,是决定三元流闭式叶轮整体制造精度的关键工序。本文专题介绍了其主要关键技术,包括工具电极、运动轨迹以及工装夹具设计。基于关键技术的解决,进行了某型三元流闭式叶轮组合电加工工艺试验,试制加工了合格零件。研究结果表明,数控电解(NC-ECM)预加工可充分发挥电解加工高效率的特点,而数控电火花精加工又可保证对复杂整体构件加工需要万无一失的高可靠性和高精度的要求。两者结合,可以实现高效、精密、可靠、整体制造三元流闭式叶轮的目标。

关键词：三元流闭式叶轮数控电火花加工电极设计

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离心泵闭式叶轮反求技术研究

热能动力工程 2015年第3期30卷 436-441,497页

作者：唐健赖喜德宋威张伟西华大学能源与动力工程学院四川成都610039

采用三维激光扫描仪采集模型数据,利用激光三角法和叶轮快速曲面重构法相结合开发出了一套适用于离心泵闭式叶轮的叶轮反求方法。借助蜡模辅助成型技术测量叶轮内部流道,解决了激光扫描无法采集封闭流道的数据问题;基于ICP(迭代最近点算... 详细信息

采用三维激光扫描仪采集模型数据,利用激光三角法和叶轮快速曲面重构法相结合开发出了一套适用于离心泵闭式叶轮的叶轮反求方法。借助蜡模辅助成型技术测量叶轮内部流道,解决了激光扫描无法采集封闭流道的数据问题;基于ICP(迭代最近点算法)数据对齐理论进行流道与盖板精确定位,提出了一种基于"点-三角网格-曲面片-曲面"和"点-线-面"相结合的曲面重构方法,提高了建模精度与效率。通过某离心泵闭式叶轮重构实例,利用水力性能模拟,验证了该方法的可行性。

关键词：离心泵闭式叶轮反求曲面重构水力性能模拟

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闭式叶轮的几何造型与数控分层加工方法研究

闭式叶轮的几何造型与数控分层加工方法研究

作者：薛亚峰大连理工大学

学位级别：硕士

闭式叶轮作为一种典型的具有复杂曲面的通道类零件,广泛应用在航空、航天、核电、能动、石化、冶金等领域。由于流道狭长,结构封闭、叶型复杂、叶片薄、扭曲大,闭式叶轮的制造技术对其整体性能有很大影响。所以,针对闭式叶轮类零件的数... 详细信息

闭式叶轮作为一种典型的具有复杂曲面的通道类零件,广泛应用在航空、航天、核电、能动、石化、冶金等领域。由于流道狭长,结构封闭、叶型复杂、叶片薄、扭曲大,闭式叶轮的制造技术对其整体性能有很大影响。所以,针对闭式叶轮类零件的数控加工展开研究具有深远意义。论文以鼓风机闭式叶轮粗/精加工策略的确定,流道分层铣削的刀具路径规划、刀轴矢量计算为核心研究内容,结合参数曲线曲面造型技术,对闭式叶轮关键曲线曲面的几何造型和流道分层粗加工方法进行了深入研究。首先,根据B样条技术,构造叶片吸力面、压力面在轴盘、盖盘侧的四条插值曲线,建立直纹面叶型的叶片曲面以及轴盘、盖盘回转曲面,并完成对前缘几何形状的处理。通过VC++/MFC环境下基于OpenGL造型程序框架的创建,完成闭式叶轮几何造型的三维显示。其次,从闭式叶轮的结构特点出发,介绍了一种简单、有效,适合于叶片与回转曲面求交的算法,并提出了一种利用圆锥面截取闭式叶轮流道的分层加工方法,该圆锥面由叶轮子午面内的叶片直母线绕叶轮轴线回转形成。在此基础上,给出了适合流道分层高速加工的等参数环切和螺旋加工两种刀具路径规划方法,讨论了适合于该路径的刀轴矢量算法,并对螺旋刀具路径上有代表性的离散刀位点与圆锥截面之间的距离进行了计算,在对路径连续性以及路径与圆锥截面之间小量误差分析的基础上验证了算法的可行性。然后对轴盘、盖盘曲面进气口部分进行了适当裁剪,划分了加工区域并计算了走刀行距、步长等,完成了精加工环切和等参数刀具路径的计算。最后,在介绍VC++/MFC环境下基于OpenGL双缓存技术的闭式叶轮数控加工仿真实现方法的基础上,建立了闭式叶轮加工仿真模型,模拟了加工过程中刀具与闭式叶轮模型之间的动态变化,验证了刀位轨迹的正确性。

关键词：闭式叶轮几何造型数控分层加工刀具路径规划

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闭式叶轮激光光内送粉成形工艺研究

闭式叶轮激光光内送粉成形工艺研究

作者：陈磊苏州大学

学位级别：硕士

密排闭式叶轮具有封闭空腔、内流道等特征结构,在工程领域有广泛的应用。激光熔覆成形是一种快速成形技术,具有能直接成形复杂金属薄壁零件、制造流程短、材料利用率高等优点。密排分布的叶片结构流道间间隙狭窄,故存在位置干涉问题。... 详细信息

密排闭式叶轮具有封闭空腔、内流道等特征结构,在工程领域有广泛的应用。激光熔覆成形是一种快速成形技术,具有能直接成形复杂金属薄壁零件、制造流程短、材料利用率高等优点。密排分布的叶片结构流道间间隙狭窄,故存在位置干涉问题。目前针对开式叶轮激光成形工艺研究较多,但对于闭式叶轮这种封闭结构尚未有较好的激光熔覆成形方案。本文针对密排闭式叶轮中的封闭空腔、薄壁桥接,叶片间距小等结构特点,利用中空激光光内送粉技术进行熔覆成形研究。本文构建一套激光熔覆成形系统,进行单道实验研究熔覆基础工艺。结果表明熔覆层质量与离焦量、激光功率、扫描速度、激光偏转角等因素相关。激光偏转角的存在会使得熔道最高点偏离中心,在0°-30°范围内,熔覆层最高点偏移量随偏转角的增大而增大。工艺参数对熔覆层高度影响主次关系为:送粉速度、扫描速度、激光功率;对宽度的影响主次关系为:离焦量、激光功率、扫描速度。针对斜向熔覆工艺,提出了斜向分层方法,建立斜向分层熔覆高度与实际提升量关系模型。实验验证了斜向错位成形直墙的可行性,激光轴线偏转在30°以内,均能够成形垂直度较好的直墙,无明显向外侧生长的迹象。对熔覆过程中桥接成形模型进行ANSYS仿真,模拟其应力场分布情况,结果表明激光功率越高,零件残余应力越大。提出路径优化首末端能量补偿方案,以解决薄壁件首端凸起,末端凹陷的问题。在叶片成形路径中加入首尾空行程以及变速段,验证了该方案的可行性。针对整体密排闭式叶轮成形方案,提出分区域分步成形方法,对不同部分不同结构特征采用不同成形方法分步实现。采用分段跳转生长工艺,既克服了逐层堆积效率低下的不足,又克服了依次独立成形各单元间激光干涉及应力集中问题,提高了密排闭式叶轮的加工效率。采用斜向桥接工艺成形闭式叶轮轮盖结构,解决了闭式叶轮中的封盖问题。采用增减材复合工艺,对密排闭式叶轮进行精加工,最终得到的成形件表面质量良好,尺寸符合设计使用要求,轮盖与叶片熔合良好,无开裂、无缝隙。桥接结合处组织致密,晶粒大小均匀,各部分硬度分布均匀。

关键词：激光熔覆成形光内送粉闭式叶轮斜向分层封闭结构