离心式输油泵工作原理的三维动画制作

何志州 卞欢 常乐 汪明 西安石油大学计算机学院

离心式输油泵工作原理的三维动画制作

何志州 卞欢 常乐 汪明 西安石油大学计算机学院

基于企业培训用途的系列石油机械原理动画的制作——离心式输油泵工作原理三维动画的制作，所选的离心式输油泵的型号为新型单级单吸KS离心式输油泵，通过对新型单级单吸KS125-100-200离心式输油泵的吸入式，压出式，泵钻子的工作原理动画以及零部件和组装动画的实现，能让油泵使用者更加清晰明了的了解输油泵的内部结构和工作原理。吸入式动画和压出式动画主要实现了让用户能够清楚的理解原油是怎样吸入和压出到输油泵中的，泵钻子动画为用户显示了原油进入输油泵中后对原油的一些处理过程。而零部件和组装动画则为我们展现了输油泵的各个零部件以及零部件的组装过程。实现的软件技术支持为3DMAX，并以Real flow作为辅助工具。

新型单级单吸KS125-100-200离心式输油泵 3DMAX Real flow

1 项目制作背景

基于企业培训用途的系列石油机械原理动画的制作项目，选择石油企业普遍使用的通用设备输油泵为主题对象，开发其工作原理与组装三维动画用于现场人员培训。主要因为输油泵结构复杂，现场故障率高。现场组装人员，维修维护人员很难精确，高效的完成组装与维修任务。为了克服此类困难，提高现场组装人员，维修维护人员专业素养与专业技能，减少设备故障及故障损失是该原理动画开发的意义所在。离心式输油泵工作原理三维动画的制作正是基于以上目的。

2 项目制作内容

本次项目制作拟实现5个动画，分别是依据基本型离心式输油泵测绘电子图设计压出式工作原理动画；依据基本型离心式输油泵测绘电子图设计吸入式工作原理动画；基本型离心式输油泵的平衡装置，泵钻子工作原理动画的实现；基本型离心式输油泵其他零部件动画元件的实现；基本型离心式输油泵整体组装动画的渲染与实现。本次项目所选择的泵的型号为新型KS125-100-200单级单吸离心式输油泵。新型KS单级单吸离心泵的基本构造是由6部分组成的，分别是：叶轮，泵体，泵轴，轴承，悬架，机械密封。

3 离心式输油泵的分类和工作原理

离心油泵作为石油储存和运输工程中的动力源，它结构简单，运转平稳，操作方便，易于维护。新型KS单级单吸离心泵工作原理如下，先将泵内充满液体，然后启动离心泵，叶轮快速转动，叶轮的叶片驱使液体转动，液体转动时依靠惯性向叶轮外缘流去，同时叶轮从吸入式吸进液体，在这一过程中，叶轮中的液体绕流叶片，在绕流运动中液体作用一升力于叶片，反过来叶片以一个与此升力大小相等，方向相反的力作用于液体，这个力对液体做功，使液体得到能量而流出叶轮，这时液体的动能与压能均增大。

启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动，在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排除管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排除。

4 离心式输油泵工作原理动画制作过程

新型KS单级单吸离心泵的基本工作步骤如下：叶轮被泵轴带动旋转，对位于叶片间的流体做功，流体受离心作用，由叶轮中心被抛向外围。当流体到达叶轮外周时，流速非常高；泵壳汇集从各叶片间被抛出的液体，这些液体在壳内顺着蜗壳形通道逐渐扩大的方向流动，使流体的动能转化为静压能，减小能量损失。所以泵壳的作用不仅在于汇集液体，它更是一个能量转换装置；液体吸上原理：依靠叶轮高速旋转，迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开，从而在叶轮中心形成低压，低位槽中的液体因此被源源不断地吸上。

叶轮外周安装导轮，使泵内液体能量转换效率高。导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。这些叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。

后盖板上的平衡孔消除轴向推力。离开叶轮周边的液体压力已经较高，有一部分会渗到叶轮后盖板后侧，而叶轮前侧液体入口处为低压，因而产生了将叶轮推向泵入口一侧的轴向推力。这容易引起叶轮与泵壳接触处的磨损，严重时还会产生振动。平衡孔使一部分高压液体泄露到低压区，减轻叶轮前后的压力差。但由此也会引起泵效率的降低。

轴封装置保证离心泵正常、高效运转。离心泵在工作是泵轴旋转而壳不动，其间的环隙如果不加以密封或密封不好，则外界的空气会渗入叶轮中心的低压区，使泵的流量、效率下降。

本项目采用的是3dmax动画制作软件来实现的，首先采用3dmax的三维建模功能根据cad图纸制作出基本零件的三维模型，其次使用3dmax的制作动画的时间轴以及关键帧还有摄像机动画制作出零部件展示动画以及组装动画。而吸入式和压出式动画主要是应用3dmax中的粒子系统，来制作出原油的吸入，压出，以及泵钻子处理原油的过程，这个制作过程需要有Real flow来作为辅助工具，这样整个动画才能完整的完成。

5 结论

正是基于以上的工作原理以及基于完善的动画设计和修正方案，用当前流行的多媒体开发环境和三维动画制作软件，设计开发该多媒体软件和三维动画稿。

我们才得以正确的掌握输油泵的运行机制并准确的在3DMAX中对元件进行建模以及制作出相应的动画。在具体设计过程中，要充分考虑离心泵的安装高度和汽蚀现象，应当在设计之前就要通过严格的计算来达到要求，避免在设计完成之后再想补救的办法，才能保证整个油泵动画系统的完善和设计制作目的的实现。