屏蔽泵的计算机辅助设计

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3.0 赵德峰 2024-11-19 5 4 2.24MB 57 页 15积分

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摘要

计算机在社会生产的各个方面得到了广泛的应用，计算机的应用降低了生产

成本，提高了生产效率，极大地促进了社会的发展。在机械行业中使用 CAD 技术，

能够极大的提高研发的效率，提高企业在市场竞争中的竞争力，及时设计出适合

市场的产品，对于企业来说这就抓住了发展的契机，有利于企业的发展壮大。

本文对屏蔽泵的工作原理和结构进行了深入的研究，提出了屏蔽泵的水力设

计和屏蔽电机设计的方法；对产品的参数化设计方法进行了深入的研究，最终实

现了屏蔽泵的参数化设计。在参数化设计中，使用 VB 程序语言将屏蔽泵的设计方

法以程序的方式表现出来，通过设计计算得到屏蔽泵的零件的尺寸参数，这些参

数通过 SolidWorks API 函数，实现了屏蔽泵的三维参数化设计，得到屏蔽泵三维

零件图和二维工程图，以及产品设计说明书。

在设计中，使用到了大量的设计计算参数，以及一些国家标准。在普通的设

计中，这些参数是以图表或以系列的形式给出的，但是都必须要由设计人员查找

相关设计手册。本文将设计中的计算参数以数据表的形式给出。对于标准和系列

数据，直接将设计数据调整到这些标准；对于图表形式查找的数据，则将关键点

的数据存储到数据表中，通过两点之间插值计算，就可以得到所需点的数据。通

过这种方法，解决了的设计人员查找设计数据时间长的问题，提高了设计的效率。

本文的研究方法对于相似产品具有一定的指导作用。

关键词：屏蔽泵 SolidWorks API 参数化

ABSTRACT

The computer has been widely applied in all aspects of social production .The

application of computer reduce the cost, improve the efficiency and greatly promote the

development of the society. Used CAD technology in mechanical industry, can greatly

increase the efficiency of the development, enhance the enterprise the competitive in the

market competition, design products suitable for the market for the enterprise in time,

seized the opportunity for development.

The paper has further research the working principle and structure of pump, puts

forward the design of hydraulic pump and motor design method and the method of

parametric design research, and finally realizes the pump parametric design. In the

parametric design process, VB programming languages was used for pump design,

calculated the parameters of canned motor pump which through the SolidWorks API

realized 3d parametric design, and finally got two-dimensional engineering graphics.

In the design, used a lot of design parameters. Some of which is national standard.

In general, the design of these parameters is given in the form of either the chart or in

the series, designers must search through manual. In this paper, the design parameters

were given in the form of data. For standard and series data, directly to the standard data,

if it is not, the data must search from the form. The form has the key point value of

parameters. If the key point is different from the data in the form, we can calculate the

value by the closed two points. Through this method, the design solution for the data for

design work improves the design efficiency.

This research method has certain directive role for the similar product.

Key Words: Screened Pump, SolidWorks API, Parameter

摘要

ABSTRACT

第一章绪论 .................................................................................................................1

§1.1 屏蔽泵国内外的概述 ........................................................................................1

§1.1.1 国外屏蔽泵的概述 ..................................................................................1

§1.1.2 国内屏蔽泵的概述 ..................................................................................3

§1.2 屏蔽泵的优缺点 ................................................................................................3

§1.3 研究目的及意义 ................................................................................................5

§1.4 主要研究内容 ....................................................................................................5

第二章屏蔽泵的工作原理及结构 .................................................................................7

§2.1 屏蔽泵的工作原理 ............................................................................................7

§2.2 屏蔽泵的结构 ....................................................................................................7

第三章屏蔽泵关键零件设计 .......................................................................................13

§3.1 屏蔽泵电机主要尺寸设计 ..............................................................................13

§3.1.1 屏蔽套对屏蔽泵电机的影响 ................................................................13

§3.1.2 屏蔽泵电机气隙的确定 ........................................................................14

§3.1.3 屏蔽泵电机主要尺寸设计 ....................................................................15

§3.2 屏蔽泵水力设计 ..............................................................................................18

§3.2.1 屏蔽泵进出口直径 ................................................................................18

§3.2.2 屏蔽泵的水力效率 ................................................................................18

§3.2.3 屏蔽泵轴功率及泵轴直径计算 ............................................................19

§3.2.4 叶轮设计 ................................................................................................19

§3.2.5 泵壳设计 ................................................................................................22

第四章三维参数化设计方法 .......................................................................................27

§4.1SolidWorks 二次开发关键技术 ...................................................................... 27

§4.1.1 参数化设计编程语言选择 ....................................................................27

§4.1.2SolidWorks 二次开发方法 .................................................................... 27

§4.2 系统开发中参数化设计方法 ..........................................................................28

§4.3 屏蔽泵零件参数化设计方法 ..........................................................................29

§4.3.1 确定零件的设计参数 ............................................................................30

§4.3.2 零件的参数化建模 ................................................................................31

§4.3.3 建立参数化零件库 ................................................................................32

§4.4 屏蔽泵部件参数化设计 ..................................................................................33

§4.4.1 零部件之间的关系 ................................................................................33

§4.4.2 基于装配关系的部件参数化设计方法 ................................................33

第五章屏蔽泵的三维参数化设计 ...............................................................................35

§5.1 屏蔽泵总体结构设计 ......................................................................................35

§5.2 屏蔽泵三维参数化设计关键技术 ..................................................................36

§5.2.1 数据库设计 ............................................................................................36

§5.2.2 屏蔽泵模型生成技术 ............................................................................38

§5.2.3 线图数据程序化处理技术 ....................................................................39

§5.3 屏蔽泵三维参数化系统设计 ..........................................................................40

§5.4 屏蔽泵三维参数化设计实例 ..........................................................................40

§5.4.1 产品工程的建立删除及更新操作 ........................................................41

§5.4.2 屏蔽泵参数设计 ....................................................................................44

§5.4.3 屏蔽泵三维设计 ....................................................................................46

§5.4.4 生成屏蔽泵二维工程图及零件图 ........................................................48

§5.4.5 生成产品设计说明书 ............................................................................49

第六章总结 .................................................................................................................53

参考文献 .........................................................................................................................55

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................59

致谢 ...............................................................................................................................61

第一章绪论

21 世纪在现代工业高速发展的同时，人们也对环境保护有了相当的关注，世

界各国都相继的制定法律法规来保护环境。这就对工业的发展提出了更高的要求，

特别需要有新的技术和新的产品来推动工业的发展。在化工行业中，液体输送过

程中出现的泄露问题一直很严重，屏蔽泵的出现可以很好的解决这个问题，这种

产品不仅符合工业的发展而且也能很好的保护环境。

屏蔽泵又叫无填泵，也称密闭电动泵，这种泵是没有泄露的。屏蔽泵的叶轮

与电机的转子联结为一体，并且在同一个密封壳体内工作，没有填料密封也没有

机械密封，成功的解决了泵输送液体时的外漏现象。电机的定子与转子是用薄壁

圆筒(称屏蔽套)与介质隔离开的。屏蔽泵是将传统的离心泵的密封，由动密封变成

静密封，来实现无泄漏的。因为不会产生泄露，屏蔽泵非常适合输送危险液体和

稀有贵重液体。

屏蔽泵已经有了 80 年的历史，

1950 年以后随着化工行业和核工业的发展，安

全问题和环境保护问题已经凸现，并且引起了人们的广泛关注。工业的发展要求

设备在运转时没有泄漏，于是开始研制开发屏蔽泵，到了 1980 年已经取得了较好

的成果，现在屏蔽泵技术也日趋成熟了。

通过对离心式化工用泵的故障分析发现：在泵的轴封处出现故障的概率为

66%，在泵的轴承处出现故障的概率为 29%，而在泵运转半年以后，40~50%的机

械密封几乎全部失效，所以大力研究屏蔽泵和发展屏蔽泵非常重要而且很有必要。

在化工业发展的同时，及人们对环境保护和安全保护意识也逐渐增强，对泵

的性能要求也越来越苛刻，对于在某些特殊场合使用的泵，甚至提出了绝对不能

发生泄漏的要求，这些要求对屏蔽泵的发展有很大的促进作用。屏蔽泵因为没有

动密封，能够实现绝对地无泄漏，所以在化工生产中的使用也越来越普遍。

§1.1 屏蔽泵国内外的概述

§1.1.1 国外屏蔽泵的概述

在泵类的装置上，每年因为动密封产生的泄漏会造成很大的损失，而修理填

料密封所产生的费用也很大。另外，因为泄漏工人工作的环境也变的很恶劣。为

了降低生产成本，也是为了改善工作的环境，在 20 世纪初就有了制造无泄漏泵的

设想了。早在 1888 年苏联人多里沃—多勃罗沃尔斯基就已经获得了屏蔽电传动的

屏蔽泵的计算机辅助设计

专利权。但是直到 1930 年左右，因为核工业的发展需要才加速了对屏蔽泵的研究。

美国化工泵公司在 1947 年制成了最早的化工用屏蔽泵，如图 1-1 所示，这种

屏蔽泵将电动机的定子绕组嵌在有薄壁金属圆筒的容器里面，薄壁金属圆筒将定

子绕组与所输送的液体隔离开。这种结构的屏蔽泵，泵的叶轮的直径因为定子内

径的局限，在尺寸上受到了很大的限制，进而泵在流量和扬程方面的性能也就受

到了限制。所以需要对这种屏蔽泵进行了结构改进。在 1948 年又制造出了新的屏

蔽泵，将叶轮移到了电动机的外面、把泵和电动机整合成为一体，这样就有可能

制造大型屏蔽泵，该种结构直到现在仍是世界各国制造成产屏蔽泵的基础，见图

1-2。20 世纪 60 年代以来，美国在这方面的发展很快。据统计，从 1960 年到 1966

年，美国约有 20 万台的屏蔽泵在使用。

图1-1 世界上最早的屏蔽泵图 1-2 成为现在基础的屏蔽泵

英国早期的无泄漏泵是从潜水泵发展起来的。从 20 世纪初，往复泵被从井内

泵水的离心泵取代了，当时电动机是放在地面上的，井底的离心泵是用垂直长轴

驱动的。从 1930 年开始，电动机也放到井底了，并且与泵是直接装成一体的，就

是潜水泵。这种泵的电动机的定子绕组是用耐水绝缘的电线缠绕的，在浸水环境

里使用，所以也叫湿定子型潜水泵。根据这个工作原理，哈依瓦德—泰勒公司

(HaywardTyler)在1944 年成功制造了第一台用于锅炉的高温高压水循环的大型湿

定子型屏蔽泵。随后，为了满足原子能工业的发展要求，该公司开始设计制造屏

蔽泵。现在，在全世界范围内有 13 个国家的原子能站以及高压电站都在使用该公

司生产的屏蔽泵。

日本在二战前后就曾经试图制造生产屏蔽泵，但是因为制造技术的落后而没

有成功。在 50 年代的中期，为了发展石化工业，日本引进了国外屏蔽泵的技术，

填补了日本国内的空白。在 1956 年，日本机城计装株式会社从美国化工泵公司引

进屏蔽泵技术，并且在 1958 年成功制造了第一台屏蔽泵。接着，富士电机制造株

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摘要计算机在社会生产的各个方面得到了广泛的应用，计算机的应用降低了生产成本，提高了生产效率，极大地促进了社会的发展。在机械行业中使用CAD技术，能够极大的提高研发的效率，提高企业在市场竞争中的竞争力，及时设计出适合市场的产品，对于企业来说这就抓住了发展的契机，有利于企业的发展壮大。本文对屏蔽泵的工作原理和结构进行了深入的研究，提出了屏蔽泵的水力设计和屏蔽电机设计的方法；对产品的参数化设计方法进行了深入的研究，最终实现了屏蔽泵的参数化设计。在参数化设计中，使用VB程序语言将屏蔽泵的设计方法以程序的方式表现出来，通过设计计算得到屏蔽泵的零件的尺寸参数，这些参数通过SolidWorksAPI函数，实...

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