CFturbo泵与旋转机械设计解决方案

CFturbo泵与旋转机械设计解决方案北京海基科技发展有限责任公司目录1.引入专业泵设计软件的必要性......................................................................................................32.CFTURBO公司及软件介绍.............................................................................................................42.1公司介绍.......................................................................................................................................42.2CFTURBO软件介绍..........................................................................................................................42.2.1CFturbo的功能模块...............................................................................................................52.2.2CFturbo方便的设计界面.......................................................................................................52.2.3CFturbo强大的专业数据库...................................................................................................62.2.4完备的软件接口....................................................................................................................73.CFTURBO的应用范围及易用性介绍.............................................................................................84.CFTURBO典型用户......................................................................................................................145.CFTURBO与同类软件的比较......................................................................................................216.结论............................................................................................................................................211.引入专业泵设计软件的必要性CAE技术在泵、压缩机、风机等旋转机械领域的仿真分析中应用广泛。然而，如何根据旋转机械的性能需求，快速高效地设计CAD造型，是深入应用CAE技术的一大瓶颈。泵类元件的设计是一个不断改进、优化的过程。在以往的设计中，设计人员往往根据经验去更改设计，然后再将其反映到三维模型中，而这样的设计大多是没有方向性的，而且常用的三维建模工具并不具备泵的专用设计函数，因此模型的修改会牵涉到大量的工作，这样的设计流程通常跟不上型号的进度。只有通过数值仿真技术进行设计工作，并结合专业的CFD设计工具进行验证，从而有效地降低设计成本，缩短设计周期，提高产品质量。随着计算机技术和数值算法的不断进步，数值仿真软件逐渐成为工程设计人员进行产品研发的得力助手。其高效的建模和性能分析功能可以在泵的设计阶段缩短设计周期，提高设计效率。因此，专业的泵设计工具已经成为泵设计单位成为行业领头羊的一个重要手段。2.CFturbo公司及软件介绍2.1公司介绍CFturbo是CFturbosoftware&EngnieeringGMBH公司的产品。该公司是一家德国专业的旋转机械设计软件/咨询公司，总部位于德国的德累斯顿市，公司在旋转机械设计领域已有超过15年的历史，通过大量的工程实践积累了非常丰富的设计经验。涉及领域包括包括泵在内的旋转机械的CFD仿真，FEM仿真，模型设计及优化，并且在旋转机械设计工具中集成了大量的内置经验函数，在推向市场之后，很快就被相关行业的设计人员接受和认可。目前CFturbo在旋转机械设计软件开发上坚持走面向旋转机械行业用户的专业化道路，在软件面世不久便迅速打开市场。目前Grundfos,AbelPump,Hoover等行业领先用户都是CFturbo的正式客户。在国内，北京昌宁集团、北京石油化工学院、山东双轮集团等单位均是CFturbo的正式用户。2.2CFturbo软件介绍CFturbo是专业的叶轮及蜗壳设计软件，该软件结合了成熟的旋转机械理论与丰富的实践经验，基于设计方程与经验函数开展设计，并且能够根据用户积累的专业技术和设计准则来定制特征函数。作为一个便捷高效的工程设计软件，CFturbo广泛应用于离心泵、混流泵、离心风机、混流风机、压缩机、涡轮等旋转机械的设计，只需要给出流量、效率等性能需求，就可以自动生成叶轮及蜗壳造型。CFturbo具备与多种CAD与CAE软件的直接接口，从而确保CFturbo设计生成的几何造型能够便捷地导入各种软件进行模型修改、性能校核、优化设计、性能分析等相关工作。除了IGES，STEP，DXF以及ASCII文本等中间格式外，CFturbo还具备与多种CAD/CAE/CFD大型软件的直接接口。例如，CFturbo与专业的泵、阀仿真软件PumpLinx即可实现完美集成，从而深层次发挥各自的效能。2.2.1CFturbo的功能模块作为功能强大、使用便捷的交互式泵与旋转机械设计软件，CFturbo可以用来设计离心及混流式的：泵风机压缩机涡轮CFturbo不仅可以设计以上几种旋转机械的转子结构，并且还可以设计相应的蜗壳流道结构。用户在软件初始界面可以选择相应的模块进入设计界面。2.2.2CFturbo方便的设计界面在叶轮的设计中，CFturbo提供了清晰的设计流程，依据用户给定的设计参考点，CFturbo会自动推荐叶轮的几何特征，包括进口直径、叶片数量、叶片弦长，叶片高度、叶片厚度、叶轮直径等。当然用户可以根据自己的实际情况去修改这些几何特征，CFturbo会自动进行相应的修改并直接反映为几何模型的变化。对于蜗壳，用户需要导入相应的叶轮，CFturbo会自动推荐蜗壳的所有几何特征，包括流道截面、扩散器型式等，当然用户也可以修改这些特征。CFturbo的整个设计过程清晰明朗，流程化的界面让新用户也能很快上手。2.2.3CFturbo强大的专业数据库CFturbo具有强大的专业数据库，其中集成了CFturbo公司十几年的行业内的设计经验积累，当模型创建好之后，用户可以直接应用其预估的功能对模型进行性能评估，包括以下典型特性：扬程-流量特性曲线功率系数-流量特性曲线必需气蚀余量-流量特性曲线功率-流量特性曲线此外，CFturbo还可以预估不同转速下，泵性能的变化。那么基于泵的预估特性，用户可以及时对模型参数进行修改，将修改之后的模型预估特性与原有模型特性进行对比，以确定修改方案是否合理。这样，设计人员在进行泵的设计时方向性就更加明确，就能避免不必要的工作，节省了设计时间，提高了工作效率。2.2.4完备的软件接口CFturbo具备丰富的软件接口，由CFturbo创建的模型可以方便地导出到各种CAD工具进行进一步的操作，也可以导入ICEM，Gambit等CFD前处理工具进行网格划分，然后将划分好的网格导入CFX或Fluent等CFD计算软件进行计算。值得一提的是，CFturbo还具备与PumpLinx的直接接口，CFturbo创建好的模型可以直接导入PumpLinx之中进行验证计算，流体域的提取、计算模型的选择等工作都是在后台完成的，用户只需要“一键式”的操作便可实现设计和仿真的一体化。3.CFturbo的应用范围及易用性介绍作为功能强大、使用便捷的交互式泵与旋转机械设计软件，CFturbo可用来设计旋转机械的叶轮和蜗壳结构，CFturbo的典型应用包括：（1）泵（叶轮/蜗壳）（2）风机（叶轮/蜗壳）（3）压缩机（叶轮/蜗壳）（4）涡轮（叶轮/蜗壳）此外，CFturbo也可以对诱导轮等结构进行建模。如下图所示:CFturbo庞大的经验函数数据库是公司多年以来通过大量的咨询项目积累得到的，参数化的设计使得软件的通用性更强，完备的接口可以保证模型向多种CFD/FEM前处理工具输出。通过CFturbo与其他建模和方针工具结合，便可以实现从设计到仿真，从优化到生产制造的整个过程的一体化，从而为泵等旋转机械的设计单位提供一体化的解决方案。以泵的叶轮为例，用户需要设置包括设计流量、扬程、转速、流体密度、流动角、转向、叶片数等基本参数。CFturbo会根据设计参数自动求解比转速、输出功等参数，然后再根据内置的经验函数计算子午线的基本参数。由CFturbo生成的子午线为贝塞尔曲线，用户可以通过拖动其顶点和控制点来更改子午线的线型，在修改过程中，子午线曲率、栅距面积沿轴向的变化曲线会实时发生变化，从而为设计人员提供修改指导。此外，叶片的前缘线和尾缘线的位置也可以进行编辑。叶型设置包括叶型选择、叶片厚度设置、入射角度设置、叶片表面分离系数计算等内容。CFturbo求解器会自动计算叶片速度三角形，并以图形的形式在右侧界面中显示。叶片前缘到尾缘的厚度呈线型增加或减少，如果用户需要修改叶片的叶型线，则可通过叶片上的控制点来实现。在叶轮设计完成之前，建议用户对叶片的前缘磨圆角，而事实上，在叶片设计中也往往采用磨圆的结构。最后生成如下图所示的叶轮结构。接下来，对该叶轮进行蜗壳设计。首先，将该模型导入CFturbo的蜗壳生成界面，CFturbo会根据叶轮设计参数自动计算蜗壳参数与其匹配。选择蜗壳的截面形式，包括椭圆形、矩形、圆形等形式供用户选择。然后设计蜗壳尺寸，包括涡旋角度、蜗壳出口尺寸等等。最后，进行扩散器的设计，包括扩散器型式，长度、扩散器出口直径等等。最后，将生成的模型导出至相应的工具中进行下一步的工作。4.CFturbo典型用户AbelPumpsCorp.USAAerojetUSAAlconzaBerangoS.L.SpainALLWEILERAGGermanyAlfredKärcherGmbH&Co.KGGermanyAmarinthLtd.GreatBritainApollowerkGößnitzGmbHGermanyBeijingChangningGroupChinaBIPTBeijingInstituteofPetrochemicalTechnologyChinaChungjuNationalUniversitySouthKoreaCorporativoValsiS.AdeC.V.MexicoCPPumpenAGSwitzerlandCTDTechnol