基于SOLIDWORKS的主轴密封水平台的三维建模设计

京方唱馬评*务
DONGFANG ELECTRIC REVIEW
2020.6.25第34卷Vol.34总第134期
何林玲
东方电气集团东方电机有限公司，四川德阳618000摘要：本文主要介绍了运用三维设计软件Solidworks在设计主轴密封水平台方面的作用，特别是在有复杂管道系统的设计中，利用三维设计软件解决了CAD二维设计可能出现的元器件和管道相互干涉的问题，文中辅以一些设计过程中的图纸和三维模型图片作为参考。

关键词：Solidworks；主轴密封；安装平台；元件干涉
中图分类号：TK730文献标识码：A 文章编号：1001-9006(2020)02-0077-03
The Design Realization of Main Shaft Sealing Water Platform
HE Linling
(Dongfang Electric Machinery Co.,Ltd.,618000,Deyang,Sichuan,China)
Abstract:This paper introduces the role of using3D Solidworks on the design and implementation process of the main shaft sealing horizontal stand,especially in the design of a complex pipeline system.Both components and pipes are very difficult in the design of complex pipeline system by2D design software CAD,but they become easily in the design process by3D design software.Some drawings and3D model pictures in the design process may be reference for future.
Key words:Solidworks;main shaft seal;platform;interferenee of component
水轮机的主轴密封是设置在水轮机主轴与顶盖间防止漏水的密封装置，分工作密封与检修密封两种，工作密封式采用泵板和无接触间接式密封，在机组正常运行时，从上止漏环处流出的泄漏水，通过转轮泵板排至顶盖取水管.密封体上接有排水管，从而将开机停机过程中流出的水排至集水井里面。

检修密封形式主要为空气围带式。

1水轮机主轴密封介绍
水轮机工作密封保护着水轮机的安全运行,它可以防止压力水渗漏到水轮机机舱，破坏水导轴承的工作，淹没水轮机机舱内的其他设备，影响机组的运行。

造成水电站机组停机的重要原因之一是主轴密封水的流量中断。

水轮机主轴密封水平台上集成了一系列的过滤器、压力开关、压力表、电磁阀等仪器仪表，它可以为主轴工作密封提供连续的、恒定压力的和干净的冷却水，对冷却密封块与密封转环间的接触面起到密封、润滑等作用,防止密封块被干摩擦烧损。

2传统主轴密封水平台二维设计存在的问题和三维设计的优势
(1)传统的主轴密封平台设计都是二维设计,
收稿日期：2020-04-10
作者简介：何林玲(1986-)，男，2011年毕业于武汉理工大学机械电子专业，硕士，工程师。

现在东方电机有限公司工程技术事业部工作，主要从事系统设计及运用工作。

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由于元器件多，管路复杂，在二维设计时不利于
节约空间，且元器件之间，管路之间容易出现干
涉等。

三维设计则恰恰可以解决这些问题，在三 维软件中进行设计，可以最大限度并合理地利用
平台空间，并且避免元器件和管道之间的干涉
问题。

(2) 传统的二维设计，每次调整布局后都需要
重新绘制平台布置图，耗时费力；而三维设计方
便修改，在修改完成后可以直接生成平台布置图，
大大节约了设计人员的时间，提高了工作效率；
(3) 传统的二维设计不利于建立产品模型库,
三维设计可以方便地建立产品模型库，建立的模
型库可以用于后续项目的设计。

3主轴密封水平台系统原理
图2部分关键元器件的三维图
5主轴密封水元器件安装平台设计
参考某水电站主轴密封水系统的运行经验,
在AUTOCAD 平台中初步设计了平台的布置形式、 结构和尺寸，最终确定了主轴密封水管路系统的
设计方案。

采取一主一备两路水源的布置方式是为了确
保主轴密封水的水源可靠性，从节约成本的角度 出发，拟采用两路并联过滤的方式进行水处理,
为避免主轴密封水供水中断，主过滤器采用全自
动过滤器，在全自动过滤器检修时或者工作运行
初期切换至常规过滤器运行。

主轴密封水元器件安装平台设计要满足以下
要求：
(1) 进、出管路连接法兰的位置、方位需要满
足电站实际布置要求。

(2) 在最小结构尺寸的平台上要集成所有的管
路、设备，要方便在安装时组装施工，调试操作,
要做到方便用户使用中的操作、维护、更换、检
修，操作维护尽量人性化。

(3) 能将全部管路、阀门和设备元器件组装在
最小结构尺寸的安装平台上。

根据这些元件的几何尺寸，首先在CAD 中对
平台和进行简单的布局，初步确定安装平台的几
何尺寸和各元器件的布置位置，详见图三：
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图1主轴密封水一主一备系统图
4元器件选型和三维建模
根据管路系统原理图及合同要求，确定排污
水管道、压力水钢管、压力变送器、压力开关和
压力表之间的钢管的尺寸大小以及以上仪器仪表
的型号。

在Solidworks 中完成所有元器件的三维建模, 根据产品样本绘制元器件和管路的尺寸。

图二所
示为部分关键元器件的三维图:图3主轴密封水安装平台布置图
6在三维设计软件中进行仿真
在三维设计软件Solidworks 中进行三维建模,
在设备安装平台的三维模型上进行装配，先进行
管路系统的装配，再装配全自动滤水器、电控柜
等主要元器件，然后通过平行、同心、共面等约
束条件，将压力变送器、压力开关、压力表等管
道元器件装配到管路上。

三维设计的好处在于可 以直观地发现干涉的问题存在，装配好后，为使
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其布置更加合理，对元器件的布置位置进行微调,如果发现有元器件之间出现干涉的情况，可以重新修改设计，从而避免了元器件之间相互干涉的情况的发生。

在修改完成后，三维体仿真装配模型布局紧凑并且有合适的操作空间，便于工人在厂内的装配和用户的操作和维护，三维装配效果如图四所示：
图4主轴密封水平台仿真装配效果图
7从三维设计软件生成CAD装配图纸
在三维设计软件中点击“从零件/装配体制作工程图”选项，进入二维图纸界面，在左侧的“模型视图”选型框里选择三维装配模型，并插入工程图。

选择生成投影正视图、俯视图和一个轴向二等测视图，然后再添加材料明细表和技术说明，序号，尺寸等信息，完成后将其保存为CAD 格式。

在CAD设计软件中对图纸进行进一步优化,完成总装图纸。

以上就完成了主轴密封水平台的设计工作。

设计完成的CAD图纸如图五所示。

图五主轴密封水平台CAD图纸效果图
8结语
三维建模不仅仅可以给用户提供一个直观的产品展示，而且对于像主轴密封水平台这样管道复杂，阀门和法兰众多的组合型产品，要在狭小的平台上布置如此多的管路和仪器仪表，又要防止元器件直接干涉的发生，三维建模提供了一个很好的解决方案。

通过三维建模还可以极大地方便车间工人进行产品装配，此外，通过三维建模建立了产品数据库，且二维的生产图纸也是直接通过三维设计软件直接生成，以后进行类似的产品设计可以直接调用产品模型，极大地方便了后续的产品设计。

(上接第76页)
却，其转动部件线速度降低、总风量显著降低,风噪将大幅度降低，从而机组整体噪音水平可降
低，用户体验可显著提升。

3结语
高转速大容量发电电动机采用全空冷方式,设计制造难度大，特别是转动部件的设计制造难度很大。

而采用蒸发冷却方式，可大幅度减小定子铁心内径，显著降低转动部件线速度，利于保证转动部件的本质安全性。

蒸发冷却更适应高转速大容量发电电动机长铁心、负荷陡变、起停频繁、转速高等特点，可降低定子绕组、绕组绝缘和定子铁心的温度以及温差，可降低风噪。

综上所述，高转速大容量发电电动机采用蒸发冷却优势显著。

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