基于SOLIDWORKS和VIRTOOLS的水轮机建模与仿....pdfVIP

主里查垄垄皇三堡堂全信息化专委会、中国水力发电工程学会水电控制设备专委会·2014年学术交流会论文集 王豪、程远楚、王杰飞 (武汉大学动力与机械学院湖北武汉430072) 摘要：水轮机是将水的动能转化为电能的流体机械，它是水电站中最为重要的设备。然而，由于国内的 技术水平限制，我国当前的水利水电工程设计行业虽然正在飞速发展，但设计技术却仍然停留在 传统设计模式与二维设计的阶段，相对于国外的三维协同设计仍有较大的差距。且国内对水轮机 运行、安装与检修进行虚拟仿真的实例也很有限。有鉴于此，本论文将以棉花滩电站为例，用 SOLIDWORKS对其三维建模，并导入VIRTOOLS进行检修仿真虚拟平台的搭建。 ．． 关键词：三维建模SOLIDWORKSVIRTOOLS检修仿真 0引言 目前，水电站检修人员的培训主要还是通过老员工亲手传教，这样所花费的时间较长， 且对水电站结构的整体把握也不够清楚。近年来，随着3D技术与虚拟现实技术的发展与应 用，在机械设备领域，广泛开展了三维可视化建模，并拟通过虚拟现实技术实现机械设备的 虚拟维修与装配，从而提高培训效果，缩短培训时间。本文探讨基于SOLIDWORKS技术进行 水轮机的三维可视化建模，并利用VIRTOOLS软件，搭建水轮机检修仿真虚拟平台，开展水 电站检修人员的虚拟培训。 1水轮机零部件的三维建模 首先，先根据水轮机的装置与工程图找出与各个零部件如转轮、蜗壳、主轴、导叶、顶 盖、底环、套筒等部件的相关图纸，并加以归类编号，以便于绘制三维模型时更快的查找到 所对应的尺寸。然后，根据各个零件工程图上所标注的尺寸，以规范化、标准化为设计要求， 图中，根据总的装配工程图，各零部件的相对关系，对各零部件进行装配，保证其装配精度。 1．1导叶 选择上视基准面为参考面绘制导叶的横截面。先绘制一条中心线作为参考基准线，再根 据工程图绘制一系列点作为导叶横截面的边界点，用多段线将这些点连起来，得到的导叶的 截面图。 退出草图绘制，在特征中选择拉伸凸台，在属性设置中选择两侧对称，长度设置为 1255mm，单击确认。以凸台的上表面作为基准面进行草图绘制，以工程图所给定的圆轴的尺 寸和位置绘圆，退出草图。选择特征的拉伸命令，设定拉伸长度为30ram，单击确认。 465 中国水力发电工程学会信息化专委会、中国水力发电工程学会水电控制设备专委会·2014年学术交流会论文集 然后以类似方法，分别以各凸台的表面作为基准面绘制草图，再使用拉伸命令得到导 叶各圆柱轴段。最后在导叶叶片和与其相邻的圆柱段设置倒角，点选特征中的圆角命令，点 选需要倒角的地方作为倒角的边线，倒角的半径设为40ram，确认操作，得到导叶的三维模 型。 图1．1导叶 1．2转轮 选择前视基准面为参考面，进行草图绘制。根据转轮旋转截面的几何参数，使用直线命 令、圆命令以及智能尺寸，画出截面的二维工程图。退出草图绘制，选择特征中的旋转凸台 命令，旋转轴设为转轮的中心轴，单击确认。以转轮上平面为基准面进行草图绘制。根据转 轮与主轴相连的孔的位置和大小使用圆命令绘制一个圆，退出草图绘制。选择特征中的拉伸 切除命令，深度设为180mm，单击确认。选择圆周阵列，基准轴设为转轮的中心轴，角度设 为20度，个数设为18，单击确认，得到转轮上冠的三维模型。 选择前视基准面为参考面，进行草图绘制。根据下环的横截面的尺寸和位置，使用直线 命令、样条曲线命令和智能尺寸画出下环的横截面，退出草图绘制。选择特征的旋转凸台命 令，以转轮中心为旋转轴，单击确认，画出下环。 以右视基准面为参考面，进行草图绘制。根据转轮叶片的工程图，使用样条曲线命令画 出叶片与上冠相交部分的平面投影曲线，退出草图绘制。选择特征命令中曲线的投影曲线命 令，将要投影的草图设为之前所绘制的样条曲线，所投影的面设为上冠的曲面，单击确认。 用同样的方法得到转轮叶片与下环相交的曲线。 选择特征中参考几何体的基准面，第一参考设为前视基准面，第二参考设为叶片与上冠 相交部分的曲线的一个端点，第三参考设为转轮叶片与下环相交的曲线所对应的一个端点， 右键单击所创建的基准面，选择草图