[发明专利]一种贯流式水轮机转轮叶片的三维造型方法

说明书

本发明公开了一种贯流式水轮机转轮叶片的三维造型方法，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。本发明采用点、线、面、体的方法生成叶片体，再对叶片体进行修型，最终实现叶片的三维造型；通过对贯流式水轮机转轮叶片进行准确地三维造型便于了数控加工、流体力学计算分析与性能预测。

技术领域

本发明属于流体力学计算分析与性能预测技术领域，具体地是涉及一种贯流式水轮机转轮叶片的三维造型方法。

背景技术

贯流式水轮机的转轮叶片是贯流式水轮机的核心部件，实现能量的转换，将水流的能量转换为旋转机械的动力势能，它的性能好坏直接影响贯流式水轮机机组的整体效率；叶片是转轮的重要组成部分，贯流式水轮机转轮叶片具有雕塑曲面的正面、背面、进水边变圆弧半径曲面、出水边曲面、轮毂球面、轮缘柱面等构成；叶片三维结构是复杂扭曲的曲面体，以往的贯流式转轮叶片设计方法大多靠经验、仿造设计，不能满足实际要求；再有传统的贯流式转轮叶片优化设计只关注几何参数对转轮叶片水力性能的影响，在水力性能满足后才以强度性能作为校核，这种方法会造成设计工作的来回反复从而延长优化设计的周期。

发明内容

本发明就是针对上述问题，弥补以往贯流式转轮叶片设计方法技术的不足，提供一种贯流式水轮机转轮叶片的三维造型方法；本发明采用点、线、面、体的方法生成叶片体，再对叶片体进行修型，最终实现叶片的三维造型；通过对贯流式水轮机转轮叶片进行准确地三维造型便于了数控加工、流体力学计算分析与性能预测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明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。

本发明一种贯流式水轮机转轮叶片的三维造型方法具体包括如下步骤。

（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；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。