2019Solidworks在混流式水轮机转轮叶片设计中的应用

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1、Solidworks在混流式水轮机转轮叶片设计中的应用　　(1.内蒙古电力勘测设计院，内蒙古呼和浩特010020；　　2.河海大学水利水电工程学院，江苏南京210098)　　摘要：文章重点介绍了SolidWorks在水轮机转轮叶片设计中的应用，为水轮机转轮叶片的优化设计提供了另一种思路与方法。　　关键词：SolidWorks；混流式水轮机；三维建模；叶片　　中图分类号：TP391.7∶TK733+.1文献标识码：A文章编号：1007—6921(XX)18—0099—02　　为了更方便的分

2、析产品各个方面的性能，通常设计者会利用计算机及其相关行业软件首先对产品模型进行分析。因此产品模型的建立对于分析实际物体十分重要，而模型建立的好坏，又会直接影响产品的生产制造与相关性能。　　目前国内外有许多三维建模软件，其中SolidWorks是一种功能强大的实体建模软件，并在众多工程领域得到了广泛的应用。　　转轮是水轮机的核心过流部件，也是水轮机实现能量转换的重要零件，其制造质量的优劣直接影响到水轮机性能的好坏以及机组的稳定性，而叶片又是转轮的关键组成部分。因此叶片的设计对水轮机有着重要的影响。

3、利用SolidWorks、AutoCAD和计算流体动力学软件之间的良好接口可以实现对水轮机的转轮叶片优化设计，并为后续的生产制造提供精确加工图，从而最终能够帮助提高水轮机的性能与机组的稳定性。　　1SolidWorks软件特点的介绍　　SolidWorks是基于特征的三维参数化CAD软件，是世界第一家基于Windows开发平台的三维CAD软件，它的设计数据100%可以编辑，尺寸、相互关系和几何轮廓形状可以随时修改；SolidWorks具用特征管理器，是同Windows资源管理器一样的CAD文件管

4、理器，复杂零部件的细节和局部设计安排条理清晰明了，用它可以方便地管理CAD文件；SolidWorks的全相关技术使得零部件之间和零部件与图纸之间的更新完全同步；SolidWorks能自动进行动态约束检查，具有强劲复杂曲面造型能力，能设计表面形状复杂的曲面零件。SolidWorks软件是完全基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统。提供了各种各样的数据转换接口，并具用独特的特点:①支持转换数据格式比较多；②转换效率高；③创新的特征识别技术。　　功能强大、易学易用和技术创新是Sol

5、idWorks的三大特点，使得SolidWorks成为领先的、主流的三维CAD解决方案。　　SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks强劲的实体建模能力和易用友好的Windows界面形成了三维产品设计的标准［1］。SolidWorks的这些特点，决定了它能够用于水轮机转轮叶片的复杂造型，并为通过该造型绘制精确叶片木模图打下基础。　　2叶片的三维建模　　2.1叶片模型的实现　　混流式水轮机转轮的叶片一般为三维扭曲曲面体，形状十分复杂，传

6、统的叶片工艺制作及放样主要依据叶片木模图来实现［2］，即用保角变换法对各计算流面进行叶片绘形，并绘制叶片的正面轴面截线，然后通过某种方法(如轴面加厚法或流面加厚法)进行叶片加厚并绘制出叶片背面轴面截线，最后通过一组水平的辅助截线求出其与正、背面轴面截线的交点，得到叶片木模图［3］。计算机辅助绘图软件AutoCAD能够实现并输出二维的叶片术模图，但无论是进行有限元分析还是流场分析或是数控加工，都需要提供完整的真正意义上的三维数据模型［4］。当完整建立了水轮机模型时，需要利用在工程领域广泛应用的CFD软

7、件对模型进行计算分析，以得到满足设计要求的水轮机转轮及其叶片模型，往往通过计算分析后，原有的叶片模型并不能够完全满足设计要求，这就需要在原叶片模型的基础上作出具体调整，再进行计算分析，重复上述过程，直至得到满足设计要求的新叶片模型。在这个过程中，SolidWorks能够更加直观的反映叶片结构的变化，利用SolidWorks可以得到最终方案叶片的木模图，为后续叶片的加工制造提供工程图纸。　　2.2叶片模型构造的实例　　在新型环保小型水轮机节能开发研究［5］一文中所提到的背景下，需要设计一种新型

8、节能小水轮机，以满足在工业冷却塔中代替电动机,带动风机旋转制冷,达到节能的目的。这种小型水轮机的研制开发，需要在传统设计方法的基础上，进行改进与创新。特别是转轮的叶片，要进行反复改进，以使得设计出的产品能够满足现场需要。已有的叶片木模图，是用AutoCAD所表示的一些特征截面，如图1所示为某混流型号的水轮机转轮叶片的木模图及其一个特征断面形状。这些特征断面是由一系列型值点所连成的特征曲线，进而由这些特征曲线所构成的。将这些特征截面，以.sat文件输出保存，并用CFD