Kenics靜態(tài)混合元件的快速原型制造

中石油建設(shè)hy

Kenics靜態(tài)混合器(Kenics Static Mixer，KM)
是近30年來發(fā)展應(yīng)用十分迅速的一種混合裝置。
盡管KM適應(yīng)了現(xiàn)代工業(yè)工程的要求而得到了迅
速和廣泛的應(yīng)用，但它主要還是基于眾多的專利
資料的多種結(jié)構(gòu)體的翻新與改造。在應(yīng)用中，
流體混合的效果僅僅依靠驗證性實驗獲得感性認(rèn)
識，理論分析和數(shù)值模擬較少，通過“理論分析一數(shù)
值模擬一實驗研究一工程放大．信息反饋一修正優(yōu)化-
敏捷制造”的思路進行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和規(guī)模制造則少
有報道。
由于其自身的復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)，Kenics靜態(tài)混
合器的研發(fā)、制造一直進展緩慢。快速原型制造
(Rapid Prototyping&Part Manufacturing，RPM)的飛
速發(fā)展和應(yīng)用研究的迅速普及，為實現(xiàn)Kenics靜
態(tài)混合器的敏捷化設(shè)計與制造提供了嶄新的思路
和方法。
1 快速原型制造原理
快速原型制造的工作原理是：首先在CAD系
統(tǒng)上設(shè)計出三維的零件模型。然后將模型內(nèi)外表
面用小三角平面片離散化，每個三角片由其3個
頂點和1個指向體外的向量來描述，得到的數(shù)據(jù)
便是快速原型機床所接收的描述零件的STL文
件。(sTL文件是由33家CAD軟件公司共同制
定的一種文件標(biāo)準(zhǔn)，是快速原型機床通用的“準(zhǔn)
標(biāo)準(zhǔn)”)。再將CAM系統(tǒng)作為“切片”計算機，它
對CAD系統(tǒng)設(shè)計好的三維模型進行軟件切片，然
后用工業(yè)cT技術(shù)得到各切片斷面信息，來確定
機床制作每一切片的激光束最佳路徑，包括切片
斷面的輪廓路徑和輪廓內(nèi)的掃描路徑。切片信息
及生成的路徑信息存人sLI文件。sLI文件直接
控制數(shù)控系統(tǒng)，把由cAM生成的切片信息和掃描
路徑信息，以su命令文件形式輸入計算機數(shù)控
(cNc)系統(tǒng)。cNc根據(jù)輸入的命令控制其沿各
坐標(biāo)軸的動作，從而在機床的運動過程中將三維
零件逐層累積加工出來。
將RPM用在KM的研發(fā)、制造過程中，基本
原理如圖l所示。
2基于快速原型技術(shù)和CFD虛擬原型技術(shù)的
產(chǎn)品優(yōu)化及快速創(chuàng)型
筆者在KM的研發(fā)、制造過程中，確定了以快
速原型與虛擬原型相結(jié)合的方法。虛擬創(chuàng)型和產(chǎn)
品優(yōu)化的總體思路(圖2)是：
a．預(yù)研KM的設(shè)計開發(fā)中存在的主要問題
和期望的目標(biāo)，確定解決問題的技術(shù)路線。經(jīng)過
筆者所在研究室的理論研究與實驗論證，確定了
采用計算流體動力學(xué)方法(computational Fluid
Dynamics，cFD)進行數(shù)值模擬KM的運作機理和
所涉及的流體力學(xué)性能的技術(shù)路線；
b．使用專業(yè)CFD軟件工具，虛擬研究KM
涉及不同工況、不同應(yīng)用條件和不同性能要求的