基于UG的混流式水轮机转轮叶片三维建模

喻智锋+张建蓉+苏博

摘要：

针对混流式水轮机转轮叶片形状复杂、实体造型困难的问题，以混流式转轮叶片平面木模图为基础，利用UG软件这一交互式CAD/CAM系统，采用创建叶片表面的网格线和“通过曲线网格”特征，最终生成叶片表面曲面形状的方法，对已有的混流式转轮叶片木模图进行了叶片的三维建模。结果表明，采用此法建立的模型精确、完整的反映了叶片的曲面形状，和实际情况吻合，为混流式水轮机机组水力性能预测、CFD流动分析、刚强度计算分析等奠定了可靠的基础。

关键词：

混流式水轮机；转轮叶片；UG；木模图；三维建模

DOIDOI：10.11907/rjdk.172834

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2017）012-0175-04

Abstract：Aimed at the difficulty in building a 3D model of the Francis turbine runner blade due to the complexity of the blades shape， in this paper， the UG software， an interactive CAD/CAM system， is used to build a 3D model of the blade based on its 2D wooden pattern drawing by methods of creating the Curve Mesh and “Through Curve Mesh” feature of the blade surface and finally generate the blade surface shape. The result shows that the blades surface shape is accurately and completely reflected by this 3D model established by the above method and the model is accordant with practical circumstances.The result also provides a reliable basis for performance prediction of Francis turbine unit， CFD analysis of flow， calculation and analysis of stiffness and strength， etc.

Key Words：Francis turbine； runner blade； UG；wooden pattern drawing；3D Modeling

0 引言

轉轮是水轮机能量转换的关键部件，叶片是转轮的重要组成部分。混流式水轮机的转轮叶片呈空间扭曲状，与上冠、下环构成若干个转轮小流道，是直接转换能量的部件，其形状对水轮机性能影响很大，特别是对效率和空化的影响更大。长期以来，水力机械行业一直采用平面木模图这一传统的工程图形式对叶片进行加工及放样。然而，随着计算机技术的发展，木模图的不足凸现出来：如转轮叶片的数控加工、性能分析等均需要精确有效的三维数字化模型。因而，研究如何将木模图的二维线条生成精确、完整的叶片三维模型具有现实意义。

转轮叶片的三维建模经由点生成线、由线成面，最后生成实体，此过程中的关键是曲线曲面的数学表达，而混流式叶片表面及其控制线是典型的自由曲线曲面，形状复杂。……