離心式輸油泵工作原理的三維動(dòng)畫(huà)制作

何志州 卞歡 常樂(lè) 汪明 西安石油大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院

離心式輸油泵工作原理的三維動(dòng)畫(huà)制作

何志州 卞歡 常樂(lè) 汪明 西安石油大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院

基于企業(yè)培訓(xùn)用途的系列石油機(jī)械原理動(dòng)畫(huà)的制作——離心式輸油泵工作原理三維動(dòng)畫(huà)的制作，所選的離心式輸油泵的型號(hào)為新型單級(jí)單吸KS離心式輸油泵，通過(guò)對(duì)新型單級(jí)單吸KS125-100-200離心式輸油泵的吸入式，壓出式，泵鉆子的工作原理動(dòng)畫(huà)以及零部件和組裝動(dòng)畫(huà)的實(shí)現(xiàn)，能讓油泵使用者更加清晰明了的了解輸油泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。吸入式動(dòng)畫(huà)和壓出式動(dòng)畫(huà)主要實(shí)現(xiàn)了讓用戶能夠清楚的理解原油是怎樣吸入和壓出到輸油泵中的，泵鉆子動(dòng)畫(huà)為用戶顯示了原油進(jìn)入輸油泵中后對(duì)原油的一些處理過(guò)程。而零部件和組裝動(dòng)畫(huà)則為我們展現(xiàn)了輸油泵的各個(gè)零部件以及零部件的組裝過(guò)程。實(shí)現(xiàn)的軟件技術(shù)支持為3DMAX，并以Real flow作為輔助工具。

新型單級(jí)單吸KS125-100-200離心式輸油泵 3DMAX Real flow

1 項(xiàng)目制作背景

基于企業(yè)培訓(xùn)用途的系列石油機(jī)械原理動(dòng)畫(huà)的制作項(xiàng)目，選擇石油企業(yè)普遍使用的通用設(shè)備輸油泵為主題對(duì)象，開(kāi)發(fā)其工作原理與組裝三維動(dòng)畫(huà)用于現(xiàn)場(chǎng)人員培訓(xùn)。主要因?yàn)檩斢捅媒Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)故障率高?，F(xiàn)場(chǎng)組裝人員，維修維護(hù)人員很難精確，高效的完成組裝與維修任務(wù)。為了克服此類困難，提高現(xiàn)場(chǎng)組裝人員，維修維護(hù)人員專業(yè)素養(yǎng)與專業(yè)技能，減少設(shè)備故障及故障損失是該原理動(dòng)畫(huà)開(kāi)發(fā)的意義所在。離心式輸油泵工作原理三維動(dòng)畫(huà)的制作正是基于以上目的。

2 項(xiàng)目制作內(nèi)容

本次項(xiàng)目制作擬實(shí)現(xiàn)5個(gè)動(dòng)畫(huà)，分別是依據(jù)基本型離心式輸油泵測(cè)繪電子圖設(shè)計(jì)壓出式工作原理動(dòng)畫(huà)；依據(jù)基本型離心式輸油泵測(cè)繪電子圖設(shè)計(jì)吸入式工作原理動(dòng)畫(huà)；基本型離心式輸油泵的平衡裝置，泵鉆子工作原理動(dòng)畫(huà)的實(shí)現(xiàn)；基本型離心式輸油泵其他零部件動(dòng)畫(huà)元件的實(shí)現(xiàn)；基本型離心式輸油泵整體組裝動(dòng)畫(huà)的渲染與實(shí)現(xiàn)。本次項(xiàng)目所選擇的泵的型號(hào)為新型KS125-100-200單級(jí)單吸離心式輸油泵。新型KS單級(jí)單吸離心泵的基本構(gòu)造是由6部分組成的，分別是：葉輪，泵體，泵軸，軸承，懸架，機(jī)械密封。

3 離心式輸油泵的分類和工作原理

離心油泵作為石油儲(chǔ)存和運(yùn)輸工程中的動(dòng)力源，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，操作方便，易于維護(hù)。新型KS單級(jí)單吸離心泵工作原理如下，先將泵內(nèi)充滿液體，然后啟動(dòng)離心泵，葉輪快速轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪的葉片驅(qū)使液體轉(zhuǎn)動(dòng)，液體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)依靠慣性向葉輪外緣流去，同時(shí)葉輪從吸入式吸進(jìn)液體，在這一過(guò)程中，葉輪中的液體繞流葉片，在繞流運(yùn)動(dòng)中液體作用一升力于葉片，反過(guò)來(lái)葉片以一個(gè)與此升力大小相等，方向相反的力作用于液體，這個(gè)力對(duì)液體做功，使液體得到能量而流出葉輪，這時(shí)液體的動(dòng)能與壓能均增大。

啟動(dòng)后，葉輪由軸帶動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開(kāi)葉輪外緣進(jìn)入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴(kuò)大而減速，又將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排除管道，送至需要場(chǎng)所。液體由葉輪中心流向外緣時(shí)，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中。可見(jiàn)，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，液體便會(huì)不斷地被吸入和排除。

4 離心式輸油泵工作原理動(dòng)畫(huà)制作過(guò)程

新型KS單級(jí)單吸離心泵的基本工作步驟如下：葉輪被泵軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，對(duì)位于葉片間的流體做功，流體受離心作用，由葉輪中心被拋向外圍。當(dāng)流體到達(dá)葉輪外周時(shí)，流速非常高；泵殼匯集從各葉片間被拋出的液體，這些液體在殼內(nèi)順著蝸殼形通道逐漸擴(kuò)大的方向流動(dòng)，使流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，減小能量損失。所以泵殼的作用不僅在于匯集液體，它更是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置；液體吸上原理：依靠葉輪高速旋轉(zhuǎn)，迫使葉輪中心的液體以很高的速度被拋開(kāi)，從而在葉輪中心形成低壓，低位槽中的液體因此被源源不斷地吸上。

葉輪外周安裝導(dǎo)輪，使泵內(nèi)液體能量轉(zhuǎn)換效率高。導(dǎo)輪是位于葉輪外周的固定的帶葉片的環(huán)。這些葉片的彎曲方向與葉輪葉片的彎曲方向相反，其彎曲角度正好與液體從葉輪流出的方向相適應(yīng)，引導(dǎo)液體在泵殼通道內(nèi)平穩(wěn)地改變方向，使能量損耗最小，動(dòng)壓能轉(zhuǎn)換為靜壓能的效率高。

后蓋板上的平衡孔消除軸向推力。離開(kāi)葉輪周邊的液體壓力已經(jīng)較高，有一部分會(huì)滲到葉輪后蓋板后側(cè)，而葉輪前側(cè)液體入口處為低壓，因而產(chǎn)生了將葉輪推向泵入口一側(cè)的軸向推力。這容易引起葉輪與泵殼接觸處的磨損，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。平衡孔使一部分高壓液體泄露到低壓區(qū)，減輕葉輪前后的壓力差。但由此也會(huì)引起泵效率的降低。

軸封裝置保證離心泵正常、高效運(yùn)轉(zhuǎn)。離心泵在工作是泵軸旋轉(zhuǎn)而殼不動(dòng)，其間的環(huán)隙如果不加以密封或密封不好，則外界的空氣會(huì)滲入葉輪中心的低壓區(qū)，使泵的流量、效率下降。

本項(xiàng)目采用的是3dmax動(dòng)畫(huà)制作軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，首先采用3dmax的三維建模功能根據(jù)cad圖紙制作出基本零件的三維模型，其次使用3dmax的制作動(dòng)畫(huà)的時(shí)間軸以及關(guān)鍵幀還有攝像機(jī)動(dòng)畫(huà)制作出零部件展示動(dòng)畫(huà)以及組裝動(dòng)畫(huà)。而吸入式和壓出式動(dòng)畫(huà)主要是應(yīng)用3dmax中的粒子系統(tǒng)，來(lái)制作出原油的吸入，壓出，以及泵鉆子處理原油的過(guò)程，這個(gè)制作過(guò)程需要有Real flow來(lái)作為輔助工具，這樣整個(gè)動(dòng)畫(huà)才能完整的完成。

5 結(jié)論

正是基于以上的工作原理以及基于完善的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)和修正方案，用當(dāng)前流行的多媒體開(kāi)發(fā)環(huán)境和三維動(dòng)畫(huà)制作軟件，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)該多媒體軟件和三維動(dòng)畫(huà)稿。

我們才得以正確的掌握輸油泵的運(yùn)行機(jī)制并準(zhǔn)確的在3DMAX中對(duì)元件進(jìn)行建模以及制作出相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮離心泵的安裝高度和汽蝕現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)之前就要通過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算來(lái)達(dá)到要求，避免在設(shè)計(jì)完成之后再想補(bǔ)救的辦法，才能保證整個(gè)油泵動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)的完善和設(shè)計(jì)制作目的的實(shí)現(xiàn)。