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1、附件4: 模版基于相似设计法的离心泵叶轮计算机辅助设计机械设计制造及自动化02 李富邦 指导老师 王玉昆摘要：本课题以相似设计法为理论基础，面向对象的编程语言VC+6.0为开发平台、ObjectARX 2000为开发语言、AutoCAD 2002为图形支撑软件，进行CAD二次开发，借助ODBC数据库建立优秀水力模型库，根据设计参数，编制程序选择优秀水力模型并经相似换算计算出的各种基本参数，进行扭曲叶片绘型。其具有用户界面友好，通用性好，实用性强，灵活性高，系统运行稳定等优点。关键词：二次开发 优秀水力模型 扭曲叶片绘型0.前言随着CAD技术迅速成长， CAD技术的应用水平己成为衡量一个国家和企
2、业技术水平的重要标志。离心泵CAD技术在我国国内泵制造行业得到了深入推广，其有利于缩短设计周期，提高设计水平和质量，提高经济效益。离心泵的叶轮是离心泵的核心部件之一，其优劣直接关系着离心泵整机的整体性能的优劣。相似设计法是离心泵的主要设计方法之一，在实际生产中应用很广。相似设计法具有设计计算简单，准确性高，把握性大，实验结果与设计要求差别小的优点。因此，相似设计法与离心泵叶轮CAD技术的结合应用是急待研究的问题。本文正以此为研究课题，以相似设计法为理论基础，多种软件为开发工具，开发离心泵叶轮CAD系统。实现了建立水力模型库，叶片绘型等功能。1.离心泵叶轮CAD系统开发平台软件简介本系统以AUT
3、OCAD2002为开发平台，以Visual C+为开发语言，借助ObjectARX2000接口程序进行CAD二次开发，人机交互采用对话框操作，使用ODBC建立数据库，叶片的几何形体采用Bezier曲线描述。1.1 Visual C+Visual C+是一款功能非常强大的编程软件，它可以用来支持最新的微软平台和技术。使用Visual C+6.0可以轻松地为MFC应用程序编制脚本程序。使用控件编辑器可以轻松地制作出外观简练实用的对话框，只需要添加少量的控制程序就可以实现各种人机交互的需要。而且Visual C+6.0 支持与ODBC(Open Database Connectivity，开放式数据
4、库互连)，可以通过简单的变成过程就可以快速的调用数据库的内容，设置可以直接对数据库脚本和源代码进行制作和修改。1.2 AutoCADAutoCAD是目前国内外使用的最广泛的微机绘图软件包，其绘图功能丰富,编辑功能强大,用户界面良好。AutoCAD提供的各种编程工具与接口，为用户在该软件平台的基础上进行二次开发创造了便利的条件。现在已经成为强有力的绘图工具。1.3 ODBC数据库ODBC是一种使用标准应用程序编程接口和SQL语法与一个DBMS进行通讯方式。ODBC是一个具有类似SQL接口的DBMS，使用ODBC的应用程序能够与任何DBMS设置接口。ODBC具有高度兼容性和快速调用数据的优点，并且
5、支持使用SQL语法的变成语言对脚本进行修改。ODBC数据库是一种开放性的数据库，具有很好的操作性。可以实现不同数据源的资源共享，还可以结合类似VBA及VC等程序开发平台进行二次开发，使得它具有更专业、更完备的功能。1.4 ObjectARX2000ObjectARX2000是新一代功能强大的二次开发工具。它使用面向对象的C+应用程序开发机制，以动态链接库的形式与AutoCAD共享地址空间，并可以被AutoCAD环境直接调用，具有较高的程序开发和执行效率。在ObjectARX2000中包含了用来开发AutoCAD的应用程序和协议、创建与AutoCAD开发的体系结构。ObjectARX2000具有
6、下列一些显著的特点：功能强大，面向对象，运行性能好。2.基于相似设计法离心泵叶轮的水力设计计算2.1 相似设计法理论基础如果以知一台泵的几何形状和曲线，就可以根据相似律，按一定比例放大或缩小为另一台几何相似的泵，并换算出这台泵相应的性能曲线，这就是相似设计法。相似设计法具有设计简单，准确性高，把握性大，实验结果与设计要求差别小的优点。2.2 基于相似设计法主要步骤1、按照比转数ns选择模型泵；2、计算设计泵和模型泵之间的相似放大或缩小比例；3、按下式确定设计泵过流部分的所有尺寸和其它几何参数；4、换算设计泵的特性曲线；5、绘制叶轮图。2.3 相似设计法的修正相似设计法中主要从以下两面进行修正：
7、1、考虑尺寸效应修正时的相似设计；2、考虑比转数ns不完全一致时的相似设计法修正。3.基于相似设计法叶轮CAD系统的实现3.1 优秀水力模型库的建立3.1.1水力模型库的功能组成水力模型库包括优秀水力模型库和设计模型库两部分，其主要功能组成如图1：图1水力模型库的功能组成优秀水力模型库主要用于存储优秀水力模型的相关信息，以便为相似设计提供可靠的数据；设计模型库则主要用于存储设计模型（即设计泵）的相关信息。3.1.2水力模型库设计的关键1、离心泵叶轮特征参数的归纳和分类、特征参数的组成 主要性能参数：流量（Q）、扬程(H)、转速(n)、效率()、必需汽蚀余量(NPSH)等； 性能曲线参数：Q-H
8、曲线、Q-曲线、Q-N曲线、Q-NPSH曲线以及振动、噪声等曲线的参数； 水力几何参数：木模截线图几何参数，叶轮的轴面投影图的几何参数；叶轮的木模截线图几何参数包括：截线间距、截线条数、轴面条数、轴面夹角、叶片包角、截线坐标等；、特征参数的分类离心泵叶轮特征参数的分类见图2：图形参数是用于直接描述图形的图素信息，如性能曲线参数、水力几何参数；非图形参数是用于描述离心泵叶轮主要性能的非图素信息，它又分为静态和动态两种。2、离心泵叶轮特征参数的组织和管理在离心泵叶轮特征参数分类的基础上，为了实现水力模型库的功能，须选用恰当的数据库支撑系统来组织和管理离心泵叶轮的特征参数，是水力模型库建立的又一个关
9、键问题。对于非图形参数，数据类型比较单一，各个数据表之间的相互关联较少，对数据管理的要求不高，因此，数据库支撑系统选用的是数据库产品Access。对于图形参数，直接利用AutoCAD 自身的数据库系统来组织和管理。图2 离心泵叶轮特征参数的分类3、优秀水力模型的选择在相似换算中，模型泵要满足下面的要求： 模型泵最佳工况下的比转数与所要设计的泵设计工况下的比转数要自相同或接近； 模型泵的效率要高，高效区要宽，效率曲线要平坦； 模型泵的性能曲线要平坦，并且有连续下降的形式； 作为第一级叶轮的模型泵汽蚀性能要好，汽蚀比转数要大。根据相似换算中模型泵的要求，在选择优秀水力模型时要按照比转数的接近程度来
10、进行，一般讲，比转数的近似程度有优秀水力模型的比转数与设计泵的比转数之差除以设计泵的比转数来衡量。但由于收集的优秀水力模型有限，可能会出现下面两种情况： 优秀水力模型库中存在比转数相同的多个记录； 优秀水力模型库中不存在满足模型换算要求的模型记录。此时，应采用适当的方法进行优秀水力模型的选择，以达到相似设计的目的。本文在水力模型库的程序实现部分给出了具体的解决方案。3.1.3水力模型库的程序实现1、数据存储与访问以离心泵叶轮特征参数的分类和水力模型库的功能组成为依据，建立两个数据库即优秀水力模型库和设计模型库。 数据存储在优秀水力模型库中，图形参数以AutoCAD图形实体的形式存储在相应的水力
11、模型图形文档中；非图形参数则以参数化的形式存储在Access数据库中。在设计模型中，除存储图形数据和非图形数据外，还需存储AutoCAD设计模型图形文档的文件系统路径。 数据访问对于非图形参数，数据的访问利用数据访问对象来实现，通过使用数据访问对象，可以对数据直接进行操作，并且没有用户中断，数据提取时，首先将数据提取指针定位到指定数据表的指定记录，然后将数据提取到主模型的相关结构变量中。对于图形参数，可以使用ObjectIDToObject方法通过访问图形实体来实现。在一般绘图过程中，模型空间的一条直线只是一个图元，在AutoCAD的对象模型中，它被看作一个对象，系统设计时就是据这一点通过Au
12、toCAD的图形对象存储叶轮模型的有关信息每一个图形对象有1个句柄值在模型空间惟一标识。当需要从图形实体中提取数据时，只要包含该图元对象的文档为当前文档，就可以使用ObjectIOToObject方法从句柄值访问到图形实体，从而可方便、快速地从各个图形实体中提取数据，在设计中，通过专门的子程序实现从AutoCAD的DWG文档中获取各个图形对象的句柄值该子程序通过遍历模型空间的每一个图元对象，记录满足特定要求的图元对象的句柄，将其保存在相应的全局变量中。2、数据操纵数据操纵是指对数据库中的数据进行添加、修改、删除等操作，选定数据库支撑系统后，利用数据库提供的添加、修改、删除、更新函数即可实现上述
13、操作。3、数据检索在相似换算中，按照模型泵的要求，对优秀水力模型的数据检索先依比转数的近似程度来进行。当优秀水力模型库中存在比转数相同的多个记录时，再以Q（流量）、H（扬程）最接近的为换算模型；当优秀水力模型库中不存在 满足换算要求的模型记录时，采用下面的方法处理：添加能满足换算要求的新的优秀水力模型；利用经验修改现有的优秀水力模型的部分参数以便满足换算要求；改用速度系数法继续进行设计。程序流程图如图3：图3 程序流程图3.2 基于相似设计法的离心泵叶轮CAD设计的叶轮绘型本设计中，扭曲叶片的绘型方法采用的是保角变换法，其步骤为：1、作叶轮的轴面图；2、作轴面流线；3、在轴面投影图上对各点条流
14、线进行分点（即流面上作方格网）；4、作流线方格网，并在方格网上进行叶片绘型；5、作叶片的轴面截线；6、叶片加厚；7、绘制叶片剪裁图（即叶片木模图）4.运行实例4.1 添加记录实例以添加 “IS 10065100离心泵”记录为例：1、打开AutoCAD 2002，点击工具拦的“离心泵叶轮设计计算”选项，弹出下拉菜单，先击“加载程序”选项，再击下面的“离心泵水力计算”，弹出如图4对话框如下：2、点击“添加记录”按扭，弹出图5对话框如下：3、添加相应的数据，点击“下一步”按扭返回图4对话框，添加记录成功。图4 优秀水力模型对话框图5优秀水力模型的参数对话框4.2 绘图实例设计参数：流量200（立方米
15、/小时），扬程50（米），转速2900（转/分钟），汽蚀余量5（米），设计泵效率81%。1、点击如图4对话框“下一步”，弹出图6对话框，输入设计参数。2、根据系统给定的信息提示及要求，操作每个对话框，最终弹出“设计参数列表”对话框 ，如图6：3、点击如图7中“绘图”，根据系统给定的信息提示及要求，即可绘图，其顺序为：1轴面投影图绘型、2分中间流线、3方格网展开图、4模型剪裁图。结果如图811：图6 设计参数输入对话框 图7设计泵的尺寸参数 图8轴面图 图10方格网展开图 图9分中间流线图 图11木摸剪裁图5.结论本设计最终满足了基于相似设计法离心泵叶轮的计算机辅助设计要求。完成了优秀水力模型库
16、的建立、选择优秀水力模型、结构设计与相似换算、扭曲叶片绘型等工作。与以往的相似法设计成果相比，在界面的开发和设计上更具有人性化。具体表现为：用户界面友好，通用性好，实用性强，灵活性高，系统运行稳定。参考文献1 关醒凡、姚林生编译.泵零部件强度计算（第一版）.北京.机械工业出版社.1980年2 离心泵设计基础编写组.离心泵设计基础（第二版）.北京.机械工业出版社.1977年3 关醒凡译. 泵类产品样本（第二册）.北京.机械工业出版社.1988年4 冯汉民主编. 水泵学.水利电力出版社.19895 戴正元.离心泵叶轮绘型计算及水力设计CAD.博士论文.镇江:江苏理工大学，20016 曹银春.离心泵CAD:学位论文.镇江:江苏工学院，19977 刘厚林.离心泵CAD的完善:学位论文.镇江:江苏工学院，19988 谢俊.贝赛尔曲线设计离心泵叶轮的叶片型线. 排灌机械.vol 18(4):139 莫蓉、吴英.计算机辅助几何造型技术.科学出版社2004，2（第一版）10 周玉娟、赵林明.Bezier曲线在离心泵叶轮水力设计中的应用.华北水利水电学院学报.vol 20(4):3941
