[发明专利]一种贯流式水轮机转轮叶片的三维造型方法

权利要求书

1.一种贯流式水轮机转轮叶片的三维造型方法，其特征在于：该方法分两步进行，第一步生成三维软件所能使用的叶片叶型曲线，第二步利用曲线生成三维实体叶片；采用二维AutoCAD软件将木模图叶片叶型导入Pro/E生成叶片截面曲线，使用的命令有来自基准、草绘、选草绘平面、草绘来自文件、完成；采用AutoCAD和Pro/E良好性能的接口，不需要计算各个点的坐标，但适合用于笛卡尔坐标系。

2.根据权利要求1所述的一种贯流式水轮机转轮叶片的三维造型方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

（1）第一步生成叶片叶型曲线：叶片叶型线在木模图中以柱坐标系半径R、截面线坐标Z、角度φ形式给出，因而在导入Pro/E 前需先做出与模型对应的笛卡尔坐标系叶型曲线，再使用Pro/E 数据文件功能依次生成叶片曲线；人工直接转换叶片曲线坐标需要输入大量坐标点且结果不准确，Matlab具有很强的数学计算功能，以表1中的R=1125处截面叶型线坐标为例，利用Matlab软件使叶片叶型线柱坐标转化为笛卡尔坐标；

表1

对于木模图中存在不闭合的叶型曲线，因为相邻截面曲线曲率变化不大，可以用相邻闭合截面叶型曲线补齐缺口处叶型曲线形成封闭曲线，再取其缺口处的柱坐标导入Matlab中进行计算；Pro/E软件读入数据文件时只能支持4种文件格式：ibl、igs、vda、pts，本发明采用ibl文件格式，在txt文本下将Matlab生成的坐标在每条曲线开始端加上beginsection!、begin curvel!就可以形成ibl 文件，示例如下；在将其生成多个叶片叶型的ibl文件，利用Pro/E 读入数据功能就可在Pro/E 中形成一系列的三维叶片叶型曲线；

（2）第二步进行叶片的三维实体造型：在三维软件Pro/E建模中需要将这些平面展开图重新恢复到对应的同心圆柱面上，按叶片木模图对叶片进行造型设计；利用Pro/E读入点文件的方法绘制空间扭曲叶片R=1125处正面和背面的曲线，因本文采用的是ibl文件格式，其主要步骤：新建柱坐标系、插入、模型基准、曲线、来自文件、完成，其它叶片截面叶型曲线也采用同样ibl文件导入方法，生成具有同心圆柱面的叶片骨架；

为了形成较少的曲面进行合并，从而使曲面变的更光滑，将形成叶片骨架的曲线依次连接捕捉到的前缘点至后缘点形成进水边曲线；同样的方法形成出水边曲线；叶片正面执行操作依次：插入、边界混合、各截面上方曲线为第一方向线、完成；叶片背面及其两端面重复上述生成的方法，以便形成封闭曲面进行实体化的生成；在实体化前要求是一条完整封闭曲面，因此先进行合并；曲面合并具体操作：选取曲面、按Ctrl 键选取相邻曲面、编辑、合并；为了进行转轮装配与叶片流场的计算需要对叶片进行实体化；实体生成操作：选择曲面、编辑、实体化、完成；由于木模图本身原因使形成的轮毂球面、轮缘柱面存在向上翻翘的现象时，可通过先延长轮毂面、轮缘面叶片实体，再分别用相应轮毂球面、轮缘柱面切割，可形成光滑叶片；

构造的叶片曲面不仅应确保对原始数据点的逼近精度，最大限度地拟合叶片的真实形状，且需具有良好的几何和流体光顺性能；利用Pro/E的曲面分析工具检验工作面和背面的光滑性，主要操作：分析、几何、曲率，查看分析曲线，对于不光滑处，通过调整截面线上各个点的坐标值使正面和背面都达到光滑性要求；主要操作：选取曲线、右击编辑定义、曲线、编辑文件；最后完成叶片的三维实体造型。