插图 第10章 蜗壳的建模过程 1——绘制蜗壳截面
蜗壳设计
17．1 进气蜗壳类型按通道数目划分，向心涡轮进气蜗壳可分为单通道和多通道两种。
图17-3 双通道串列进气蜗壳在图17-5中示出向心涡轮进气蜗壳常见的截面形状。
为今后叙述方便，每一种都取一个象形的名称。
图17-5 进气蜗壳常见截面形状17．2 蜗壳流动流动假定：不可压缩流体，稳定，等熵，等环量流动。
蜗壳进口处气流马赫数很低，可合理地假定为不可压缩流体。
在蜗壳出口处气流马赫数己很高，特别是无叶喷嘴环向心涡轮蜗壳出口，不可压缩流体必然导致较大误差。
内燃机出口气流是脉动的，稳定流动假定并不合理。
因非稳定流动的求解非常复杂，此假定是不得己而为之。
等熵流动假定意昧着计算中不考虑损失系数修正。
由于蜗壳中流体遵守动量距守恒规律，故等环量流动是比较符合实际的合理假定。
图17-1 单通道进气蜗壳图17-2双通道并列进气蜗壳图17-2图17-4 双通道串列进气蜗壳周向布置图17-6 进气蜗壳流动示意图进口流动：图17-6为进气蜗壳流动示意图。
在蜗壳进口处（O-O 截面）有，⎰=RCREi Ui dR b C G ρ0 (1)式中，0G 蜗壳进气流量。
ρ流体密度，不可压缩，故为常数。
i U C ,微流管周向分速。
i b 微流管宽度。
按气流流动是等环量分布的假定，Γ=i i U R C ,，可将上式改写成，⎰Γ=RCRE iidR R b G ρ0 ……………………………………….(2) 令 ⎰=RCREi dR b A 0，即蜗壳进口截面面积。
若设=0R A 0S dR R b RCRE ii=⎰，则 00S G Γ=ρ=0R A Γρ ……………………………………….(3) 式中，0R 是进口截面当量平均半径，由下式计算，⎰=RCRHiidR R b A R 00 ………………………………………. (4) 出口流动：蜗壳出口截面是宽度为b ，半径为h R 的圆柱面。
假定蜗壳出口气流沿周向均匀分布，即沿整个蜗壳出口截面的气流速度C 和气流角度α均为常数。
用等边与不等边基元法绘制鼓风机蜗壳
主题：用catia绘制鼓风机的蜗壳软件：catia v5 R20步骤：分别采用等边基元法与不等边基元法绘制鼓风机蜗壳，这两种方法都是以阿基米德螺旋线方程为基础的。
以蜗壳张开度A=240mm，叶轮半径R2=500mm为例。
（1）等边基元法第一步、新建一个part文件，命名为case01。
第二步、单击知识工具栏中的函数“f(X)”命令，输入以下内容，见下图。
第三步、以XY平面为基准，建立如下正方形，边长为a，见下图，退出草图。
第四步、继续以XY平面建立草图，首选绘制一段圆弧，见下图，半径为Ra。
第五步、继续绘制剩余三段圆弧，半径分别为Rb，Rc，Rd，见下图。
第六步、绘制出蜗舌部分，见下图，接着退出草图。
第七步、将上步创建的草图拉伸，拉伸距离为300，见下图。
第八步、将拉伸体抽壳，厚度为1，见下图。
第九步、以XY为平面，建立草图，半径为R2，见下图。
第十步、用凹槽命令，在上步草图的基础上，进行操作，见下图。
（2）不等边基元法第一步、第一步、新建一个part文件，命名为case02。
第二步、单击知识工具栏中的函数“f(X)”命令，输入以下内容，见下图。
第三步、以XY为平面，建立如下草图，图中四个正方形的边长分别为a、b、c、d。
第四步、继续以XY平面建立草图，分别绘制四段圆弧，见下图，半径分别为Ra，Rb，Rc，Rd。
第五步、绘制出蜗舌部分，见下图，接着退出草图。
第六步、将上步创建的草图拉伸，拉伸距离为300，见下图。
第七步、将拉伸体抽壳，厚度为1，见下图。
第八步、以XY为平面，建立草图，半径为R2，见下图。
第九步、用凹槽命令，在上步草图的基础上，进行操作，见下图。
一种用于绘制离心泵梯形蜗壳截面的新方法
一种用于绘制离心泵梯形蜗壳截面的新方法
引言：
离心泵是一种常见的流体机械，其工作原理是通过离心力将液体从中
心吸入，然后将其推向周围。
离心泵的核心部件是蜗壳，它的截面形
状对泵的性能有着重要的影响。
本文介绍了一种新的方法，用于绘制
离心泵梯形蜗壳截面。
正文：
传统的绘制方法是通过手工绘制或使用计算机辅助设计软件来完成。
然而，这些方法存在一些问题，例如手工绘制需要大量的时间和精力，而计算机辅助设计软件则需要高昂的费用和专业的技能。
因此，我们
提出了一种新的方法，它可以快速、准确地绘制离心泵梯形蜗壳截面。
该方法基于三维打印技术，使用一种特殊的材料来打印出蜗壳的模型。
这种材料可以在打印过程中自动形成梯形截面，从而省去了手工绘制
的步骤。
此外，该方法还可以通过调整打印参数来实现不同形状的蜗
壳截面，从而满足不同的需求。
该方法的优点不仅在于快速、准确，还在于成本低廉。
相比于传统的
绘制方法，使用三维打印技术可以大大降低成本，同时还可以提高生
产效率。
此外，该方法还可以实现批量生产，从而满足大规模生产的
需求。
结论：
综上所述，我们提出了一种新的方法，用于绘制离心泵梯形蜗壳截面。
该方法基于三维打印技术，可以快速、准确地绘制出蜗壳模型，同时
还可以实现不同形状的蜗壳截面。
该方法的优点在于成本低廉、生产
效率高，可以满足大规模生产的需求。
我们相信，这种新的方法将会
在离心泵的设计和生产中得到广泛应用。
模壳的绘制流程
模壳工程的绘制流程：如下图某工程一个区域的布置图列：在福莱一点通软件绘制中的顺序，绘制模壳→绘制肋梁→绘制空挡第一步：绘制模壳绘（图建模区域板（图层下增加了“空心楼盖”构件，点击空心楼盖弹出属性定义对话框如（图一）在属性定义里面进行模壳规格a1*b1/a2*b2/a3*b3/a4*b4…如（图二）、模壳截面如（图三）和空挡钢筋信息设置。
（图一）（图二）（图三）定义完成后点击选用绘制空心楼盖，空心楼盖在绘制时可以选择多边形布置和矩形布置。
绘制完成后点击区域内部一点出现动态命令如（图四），点击“绘制模壳”，会出现空心楼盖尺寸的选择如（图五）。
（图四）（图五）●布置模壳时可以选择点式布置和矩形布置，在布置时可以借助追踪功能布置柱帽边缘第一个2号模壳如（图五），有了第一个模壳的位置之后软件根据属性中定义的肋梁宽度智能定位第二个模壳的位置无需使用追踪功能），为了更快捷的布置模壳系统还提供“空格键”切换模壳的插入点以及“Tab键”旋转模壳的方向；利用“矩形布置”依次布置四周的2号模壳和中间的1号模壳；利用点式布置分别布置左下角、右下角的3号模壳；布置完后的效果如（图六）。
（图六）第二步：绘制肋梁●在绘（图建模区域选择梁如（图七），在类别里新增加了肋梁，肋梁的钢筋信息与框架梁、主梁、次梁的填写方式是一样的如（图八），定义完钢筋信息后再定义肋梁的截面如（图九）。
（图七）（图八）（图九）属性定义完成后选用，点击空心楼盖内部一点，动态命令里面选择“智能布梁”如（图十），弹出来的空心楼盖对话框选择布置方向，肋梁的布置默认为“矩形布置”，分别点击“空心楼盖”的左上顶点和右下顶点如（图十一），也可以像框架梁主次梁一样选择直线布置，利用追踪布置来完成肋梁的布置如（图十二），布置完成后的肋梁如（图十三。
（图十）（图十一）（图十二）（图十三）第三步：绘制空挡点击空心楼盖内部一点出现的动态命令里可以选择绘制空挡（如图十四），空挡的绘制可以用多边形、矩形的绘制方式，根据（图示上空挡的位置绘制成封闭的区域右键结束命令选择空挡的属性（如图十五），点击“确定”将空挡布置完成（如图十六）。
用UG画风扇蜗壳
UG建模之风扇蜗壳建模目标：通过蜗壳二维图建立蜗壳的三维模型。
效果预览：建模步骤：第一步、新建prt文件，命名为woke。
首先，导入DWG文件，蜗壳二维图见下图。
第二步、将主视图移至坐标原点。
第三步、将顶视图与右视图旋转90°放置，见下图。
第四步、做一条辅助拉伸直线，见下图。
第五步、进行拉伸（距离为20），见下图。
第六步、做几条辅助曲线（图中绿色曲线），将要拉伸的曲线连接起来，见下图。
第七步、对上步连接起来的曲线进行拉伸处理（拉伸距离为260），见下图。
第八步、做辅助曲线，将连接曲线拉伸，拉伸距离任意，见下图。
第九步、利用上步建立的拉伸片体对蜗壳主体进行修剪，见下图。
第十步、做辅助直线，将连接曲线拉伸（拉伸距离为1000到1200），见下图。
第十一步、利用修剪体命令对蜗壳主体进行修剪，见下图。
第十二步、拉伸图中红色直线，拉伸距离为232至240，求差，见下图。
第十三步、绘制辅助曲线（图中绿色曲线），将连接曲线拉伸，拉伸距离为170，见下图。
第十四步、绘制辅助曲线（图中绿色），见下图。
第十五步、将上述连接曲线拉伸（拉伸距离为200），见下图。
第十六步、绘制如下辅助直线，见下图。
第十七步、将连接曲线投影到加强筋侧面，见下图。
第十八步、将投影曲线回转，回转角度为-10到10，偏置-100，见下图。
第十九步、进行求差，见下图。
第二十步、同理，作出另一侧加强筋，效果如下：第二十一步、拉伸下图中外圆，拉伸距离为15到25，与底板求差，见下图。
第二十二步、做辅助曲线，见下图。
第二十三步、将连接曲线拉伸（距离为15到25，并求差），见下图。
第二十四步、将底座与壳体模型求和，见下图。
第二十五步、对模型进行抽壳处理，厚度为10，见下图。
第二十六步、做如图辅助直线，构成连接曲线，见下图。
第二十七步、将上步连接曲线拉伸，拉伸距离为208至240，与壳体求差，见下图。
第二十八步、拉伸下图曲线，拉伸距离为208到230，与壳体求和，见下图。
风机蜗壳设计
0 引言蜗壳的作用是将离开叶轮的气体导向蜗壳出口，并将部分动压转变为静压。
蜗壳的结构是复杂的空间曲面体，理论上，蜗壳的型线是螺旋线，但是由于螺旋线结构较复杂，难于手工绘制。
因此，在生产中通常用简化的模型来近似。
由于蜗壳是离心通风机的关键部件，蜗壳型线的绘制不仅直接关系到蜗壳内的流动损失，还对叶轮的气动性能有很大影响，它直接影响风机的效率及输出流量、压力等性能参数，当工况变化时，需要重新计算并设计 , 使得产品设计周期延长。
本文应用三维建模工具CATIA，对蜗壳型线进行精确参数化建模，实现蜗壳的快速设计。
1 蜗壳的型线及结构参数1. 1 蜗壳的对数螺线型线及结构蜗壳的型线见图1。
图中R为蜗壳处半径，R 2 为叶道出口半径。
对于每一个角度φ值都可以得到一个R值，把各点连接起来就是蜗壳的型线。
其中：截面a-a 称为终了截面，A称为终了截面的张开度。
蜗壳的尺寸与张开度A有关，任意角度φ处的张开度Aφ为理论上，为了便于分析和计算，假定气流在蜗壳中为定常流动，忽略气体的粘性,气体沿着整个叶轮出口均匀地流出[1]。
图2表示在蜗壳型线起始段气体在蜗壳内的流动。
图中：R2为叶轮半径（即叶道出口半径），c为距离轮心R处的气流速度，a为气流角，c u、c m分别为R处的周向速度和径向速度。
c′2为叶道出口速度，c′2u、c′2m、a′2分别为叶道出口后的周向速度、径向速度及气流角(叶道出口后速度——刚出口时气流未充满截面，很快即互相混合，混合后的速度也即蜗壳的进口速度)。
蜗壳整个截面充满有效气流，由于忽略空气黏性，蜗壳内的流动满足动量守恒定律，当蜗壳宽度B为常数时，得任意截面处R与φ的函数关系式[1]为式中b 2 为叶片出口宽度，mm；α’ 2 为叶道出口后气流角，(°)；φ为该截面与起始截面之间的夹角，rad。
此式表明蜗壳型线为对数螺线。
将式（2）按照泰勒级数展开，并代入式（1），得任意角度φ处的张开度为式（3）即为按等环量法[4]设计的蜗壳型线模型。
单级单吸离心泵蜗壳PROE三维造型
蜗壳PROE画法1.打开，新建一零件特征，如下图所示2.点击创建基准轴图标，点选空间坐标系的Z轴，创建以Z轴作为参照的基准轴，如下图所示3.点击图标，点选FRONT平面，以FRONT平面做为草绘平面，如下图所示点击草绘，在FRONT平面中画出蜗壳的二维投影图，如下图所示二维图的画法请读者参照林清安的《综合教程》，这里不在赘述。
4.蜗壳的二维投影图画完以后，做出蜗壳的一到八断面与基圆的交点，方面以后做扫描混合的时候用，点击图标，创建蜗壳的一到八断面与基圆的交点，方法如下图所示依次创建出所需要的八个交点，如下图所示5.绘制第二断面到第八断面的扫描引导线，实际上是基圆的点PNT1到点PNT7那段，所绘制的引导线如下图所示6.点击扫描混合图标，创建曲面图标，点击上图所绘制的引导线，如下图所示点击中的截面菜单，出现如下图所示的对话框鼠标单击PNT1，激活该对话框，旋转改为90度，对话框如下图所示点击上图的草绘，进入二维的草绘状态，画出第二断面形状，所绘制的断面形状如下图所示（应注意在绘制后面的断面形状时，应保证绘图的起始点与绘图的方向相一致，以免扫描混合时出现扭曲的状态）第二断面绘制完成后，点击确定图标，选择下图中的插入图标按照上述的方法，依次绘制出剩余的几个断面，最后得到的形状如下图所示7.创建第九断面所在平面，如下图所示利用草绘工具，进入刚创建的平面，草绘出如下图形其中垂直线所对应部分为上图红线所示部分，创建完成后，点击确定图标，绘制完成后图形如下所示点击基准坐标系工具图标，创建如下图所示的CSO参考坐标系，如下图所示利用蜗壳水力模型图上的第九断面数据，利用偏移坐标系工具，选择上一步创建的CSO参考坐标系，利用圆柱坐标系，将第九断面所对应的点的数据输入，如下图所示利用插入基准曲线工具，选择上一步所创建的点，所得到的图形如下点击草绘工具，选择第九断面所在平面为草绘平面，绘制出第九断面形状，如下图所示利用相同的方法绘制出第十断面的形状，所绘第十断面的形状如下图所示创建蜗壳出口平面，如下图所示以蜗壳出口平面为草绘平面，创建出蜗壳出口形状，如下图所示8.点击草绘工具，选择FRONT平面为草绘平面，绘制引导线1，如下图所示重复上述操作，绘制出引导线2，如下图所示9.草绘完第九、第十和出口断面以及2段引导线后，利用边界混合工具，绘制出如下的图形，即为第九断面到蜗壳出口的形状10.草绘第一断面，如下图所示11.草绘第二断面，如下图所示12.草绘处第一断面到第二断面的三段引导线，分别如下图所示引导线1引导线2引导线313.利用边界混合工具，以上述所绘制的第一、第二断面为边界曲面，三段引导线做为控制线做一边界混合操作，绘制的第一断面到第二断面的过渡形状如下图所示14.草绘出第九断面的过渡形状，此过渡形状为第九断面的一部分，如下图所示15.草绘出第八断面的过渡形状，注意第八断面为一不闭合的曲线段，如下图所示16.利用边界混合工具，选取上述绘制的2个过渡形状，做出第八断面到第九断面的过渡曲面，如下图所示17.草绘出曲线1，如下图所示利用偏移工具，得到曲线2，如下图所示曲线218.利用边界混合工具，选取下图中的2段曲线进行边界混合操作，设置条件如下图所示19.利用点工具，找到曲线2在第九断面上的端点，如下图所示20. 利用点工具，找到第一端面线的某个端点，如下图所示21.以FRONT平面为草绘平面，利用样条曲线工具，以上述的2个点作为参考，画出相应的样条曲线，如下图所示22.选中上图中绘制的样条曲线，利用拉伸工具，从中心向两侧拉升，做一拉伸曲面，深度要超过涡室进口宽度b,拉伸出的图形如下图所示，此步骤是方3面后面的补面之用。
风机蜗壳设计
0 引言蜗壳的作用就是将离开叶轮的气体导向蜗壳出口,并将部分动压转变为静压。
蜗壳的结构就是复杂的空间曲面体,理论上,蜗壳的型线就是螺旋线,但就是由于螺旋线结构较复杂,难于手工绘制。
因此,在生产中通常用简化的模型来近似。
由于蜗壳就是离心通风机的关键部件,蜗壳型线的绘制不仅直接关系到蜗壳内的流动损失,还对叶轮的气动性能有很大影响,它直接影响风机的效率及输出流量、压力等性能参数,当工况变化时,需要重新计算并设计 , 使得产品设计周期延长。
本文应用三维建模工具CATIA,对蜗壳型线进行精确参数化建模,实现蜗壳的快速设计。
1 蜗壳的型线及结构参数1、 1 蜗壳的对数螺线型线及结构蜗壳的型线见图1。
图中R为蜗壳处半径,R 2 为叶道出口半径。
对于每一个角度φ值都可以得到一个R值,把各点连接起来就就是蜗壳的型线。
其中:截面a-a 称为终了截面,A称为终了截面的张开度。
蜗壳的尺寸与张开度A有关,任意角度φ处的张开度Aφ为理论上,为了便于分析与计算,假定气流在蜗壳中为定常流动,忽略气体的粘性,气体沿着整个叶轮出口均匀地流出[1]。
图2表示在蜗壳型线起始段气体在蜗壳内的流动。
图中:R2为叶轮半径(即叶道出口半径),c为距离轮心R处的气流速度,a为气流角,c u、c m分别为R处的周向速度与径向速度。
c′2为叶道出口速度, c′2u、c′2m、a′2分别为叶道出口后的周向速度、径向速度及气流角(叶道出口后速度——刚出口时气流未充满截面,很快即互相混合,混合后的速度也即蜗壳的进口速度)。
蜗壳整个截面充满有效气流,由于忽略空气黏性,蜗壳内的流动满足动量守恒定律,当蜗壳宽度B为常数时,得任意截面处R与φ的函数关系式[1]为式中b 2 为叶片出口宽度,mm;α’ 2 为叶道出口后气流角,(°);φ为该截面与起始截面之间的夹角,rad。
此式表明蜗壳型线为对数螺线。
将式(2)按照泰勒级数展开,并代入式(1),得任意角度φ处的张开度为式(3)即为按等环量法[4]设计的蜗壳型线模型。
基于Revit软件的水电站厂房蜗壳及尾水管建模
同理，尾水管结构建模与蜗壳建模类似，同样是导入尾水管单线图cad，至左视图，运用空心放样融合、剪切命令。灵活运用参考平面、参考线、模型线等辅助，切记保证衔接出的完全吻合。
1.新建族：新建模型族可采用不同的族样板，如公制常规模型、公制结构基础等。本文采用公制结构柱族样板，为的是适应revit三维配筋的需要。
2.建立正交的两个参照平面，定义交点为原点。
3.为尽量精确蜗壳建模，需要参照蜗壳单线图建模。制作蜗壳单线图cad，单线图保留部分关键分节线、中心线等。定义绘图单位为mm。
拾取刚绘制的圆弧或样条曲线作为空心放样融合的路径自动在两端生成垂直该路径端点切线的两个工作平面用于绘制两个放样轮廓切记路径的工作平面1必须与前一段空心体的末端面重合
基于Revit软件的水电站厂房蜗壳及尾水管建模
—小龙yin
本文博客地址：/s/blog_4aff7e9101016skn.html（版权所有，转载请注明出处）
5.模拟路径确定后，开始进行分段空心体建模。再外部建立蜗壳外围混凝土块体（赋予混凝土材质：需新建材质），应用revit剪切命令：实体剪切空心体，掏出蜗壳空腔。
注意：空心体各段之间相衔接处，轮廓面必须重合，以便以后整个空腔融合。绘制方法如下：绘制完一段空心体后，下一段即以上段的路径末端点为路径起点，绘制垂直端点的路径，以便放样融合。在Revit中，可用模型线事先进行模拟路径，相应模型线建立后，放样融合时可以直接拾取该线作为路径，起始轮廓1可以拾取上段的末端轮廓，保证衔接处重合。
绘制轮廓1：直接拾取前一段末端的圆形轮廓，确定。
绘制轮廓2：绘制工作平面2上确定半径的圆形，确定。注意选择与外侧交点作为半径（因为里面要被剪切出座环，故里面并不是真正的半径），当半径点移至于外侧线相交时，外侧蜗壳轮廓线会高亮显示。
蜗壳计算讲解
第五章蜗壳45蜗壳形式与其主要尺寸的选择现代的中型及大型水轮机都是用蜗壳引导进水的。
各种水力实验中所进行的试验指出，设计合理的蜗壳，它的引水能力及效率与小型水轮机所采用的明槽式装置及罐式机壳相比较并无明显的降低。
蜗壳的优点是可以大大缩短机组之间的距离，这在选择电站厂房的大小时，有着很大的意义。
从蜗壳的研究当中，可以确定各种不同水头下蜗壳内的最佳水流速度，最合理的蜗壳形式，经及制造它的材料。
大部分的转桨式及螺桨式水轮机都采用梯形截面的混凝土蜗壳。
目前设计混凝土蜗壳的最高水头是30～35公尺。
然而，有很多大型水电站，在水头低于35公尺时还应用金属蜗壳。
轴向辐流式水轮机通常采用金属蜗壳，按照水头及功率的不同，金属蜗壳可由铸铁或铸钢浇铸（图62），焊接（图63）或铆接而成。
图64所示是根据水轮机的水头及功率，对于各种不同型式蜗壳通常所建议采用的范围。
蜗壳的大小决定了它的进水截面，而进水截面是与所采取的进水速度有关的。
最通用的进水速度与水头之间的关系，对于12～15公尺以下的水头来说如下式所示：v k Hc(84)v式中v c—蜗壳中的进水速度；H—有效水头；k v—速度系数，约为 1.0。
中水头或高水头则常应用下列关系：v c k3H(85)v0如果把列宁格勒斯大林金属工厂和其它制造厂所出品的中水头及高水头水轮机的现有蜗壳进水速度画在圆上，那么对于水头超过12～15公尺时，我们可得符合下式的曲线：v c 1.5H3然而，有许多由列宁格勒斯大林金属工厂及外国厂家制造的良好的蜗壳，进水速度大大超过了所示的数值。
图65所示为根据有效水头选择蜗壳进水速度用的诺模图，此图是根据上述的公式而做成的。
46蜗壳的水力计算当工质—水，流经水轮机的运动机构—转轮时，由于运动量的变化而产生流体能量的转变。
这可用水轮机的基本方程式来表示：ghv u v u u ruη1 21 2由蜗壳所产生的环流（旋转）及速度v u1只与当时一瞬间的流量Q和蜗壳尺寸有关。
插图 第10章 蜗壳的建模过程 1——绘制蜗壳截面
第三篇蜗壳和尾水管建模第十章蜗壳的建模过程1——绘制蜗壳截面图10.1水轮机蜗壳设计图（a）焊接蜗壳建模（b）铸造蜗壳建模图10.2水轮机蜗壳三维模型（剖切视图）图10.3创建草图（a）（b）图10.4草绘圆弧（a）（b）图10.5 约束圆弧圆心点到X轴图10.6 为圆弧添加几何约束图10.7 为圆弧添加尺寸约束图10.8草图完全约束图10.9 镜像圆弧，构成整圆图10.10圆截面草图的参数变量（a）（b）（c）（d）图10.11导入部件至指定位置（a）（b）俯视图图10.12在蜗壳进口位置导入截面草图图10.13随草图特征对象一齐被导入的参数表达式图10.14预置WCS（工作坐标系）（俯视图）图10.15 开始录制宏图10.16录制过程之一：旋转WCS 图10.17录制过程之二：导入部件图10.18停止录制宏（a）轴侧图（b）俯视图1图10.19 完成导入截面图10.20导入所有截面图10.21编辑表达式图10.22 Excel界面，工作表在Expression-Spiralcase_sections.prt（a）蜗壳型线设计数据表文件（b）工作表在Expression-Spiralcase_sections.prt图10.23 在Excel中粘贴Ai的设计表（a）蜗壳型线设计数据表文件（b）工作表在Expression-Spiralcase_sections.prt图10.24 在Excel中粘贴Ri的设计表图10.25 在Excel中更新公式（a）Excel （b）NX的“表达式”对话框图10.26 从Excel返回NX（a）俯视图（b）轴侧图图10.27 完成在三维空间中绘制蜗壳截面。
座环与蜗壳分析
概述座环、蜗壳是混流式水轮机埋人部分的两大部件,它们既是机组的基础件,又是机组通流部件的组成部分,它们承受着随机组运行工况改变而变化的水压分布载荷以及从顶盖传导过来的作用力。
座环一般为上、下环板和固定导叶等组成的焊接结构。
蜗壳采用钢板焊接,其包角一般介于345 一360 范围以内。
蜗壳通过与座环上、下环板的外缘上碟形边或过渡板焊接成一整体, 其焊缝需要严格探伤检查, 必要时还需要进行水压试验。
近年来, 随着水轮发电机组单机容量的不断提高,给机组的设计和制造带来一系列技术和工艺方面的问题，仅就水轮机的座环蜗壳来说，若按传…反击式水轮机的基本结构第三节：反击式水轮机的引水室一、简介一般混流式水轮机的引水室和压力水管联接部分还装有阀门，小型水轮机为闸阀或球阀，大型多为碟阀。
阀的作用式在停机时止水，机组检修时或机组紧急事故时导叶又不能关闭时使用，绝不能用来调节流量水轮机引水室的作用：1.保证导水机构周围的进水量均匀，水流呈轴对称，使转轮四周受水流的作用力均匀，以便提高运行的稳定性。
2.水流进入导水机构签应具有一定的旋转（环量），以保证在水轮机的主要工况下导叶处在不大的冲角下被绕流。
、引水室引水室的应用范围1. 开敞式引水室2. 罐式引水室3.蜗壳式引水室混凝土蜗壳一般用于水头在40M以下的机组。
由于混凝土结构不能承受过大水压力，故在40M以上采用金属蜗壳或金属钢板与混凝土联合作用的蜗壳蜗壳自鼻端至入口断面所包围的角度称为蜗壳的包角蜗壳包角图金属蜗壳的包角340度到350度三、金属蜗壳和混凝土蜗壳的形状及参数1. 蜗壳的型式水轮机蜗壳可分为金属蜗壳和混凝土蜗壳当水头小于40M时采用钢筋混凝土浇制的蜗壳，简称混凝土蜗壳；一般用于大、中型低水头水电站。
当水头大于40M时，由于混凝土不能承受过大的内水压力，常采用钢板焊接或铸钢蜗壳，统称为金属蜗壳。
? 蜗壳应力分布图椭圆断面应力分析图金属蜗壳按制造方法有焊接RU L C 9H C E 严且滞0—二 呼应变化从刃》-廿亦酣 g 巾 30,焊接蜗売结构图?铸焊放大和铸造蜗売铸造三种。
插图 第11章 蜗壳的建模过程 2——蜗壳部件建模
第十一章蜗壳的建模过程2——蜗壳部件建模（a）起点（b）目标图11.1焊接蜗壳的建模过程图11.2创建蜗壳进口段内腔——通过曲线组特征图11.3创建蜗壳型腔分段1~2的直纹面图11.4创建蜗壳型腔分段2~3的直纹面图11.5创建蜗壳型腔分段（例，21~22）的直纹面图11.6依次（1～24）选择型腔分段实体图11.7 为24个蜗壳型腔分段实体添加“名称”属性图11.8利用反向选择隐藏型腔分段实体图11.9创建草图（a）（b）（c）（d）图11.10初步创建“鼻端”型线圆弧（a）（b）图11.11 约束圆弧的终点到-X轴图11.12确定圆弧圆心的Y坐标图11.13标注圆弧半径（a）（b）图11.14标注圆弧起点的Y坐标（a）在被隐藏的对象中选择要要显示的对象（b）显示结果图11.15显示蜗壳型腔分段（section22、section 23和section 24）图11.16布尔运算——三个蜗壳型腔分段求和图11.17布尔运算——section1和section22_24求和（保留原实体）图11.18隐藏名称含sec的对象图11.19 创建拉伸求交实体（a）（b）俯视图图11.20 鼻端隔舌图11.21创建求和实体：（section1）+section2图11.22创建求和实体：（section1+section2）+ section3+…+ section21图11.24对“求和”体｛（section1）～section21｝进行抽壳图11.25求差：第一个壳体－实体section22_24图11.26打通蜗壳尾部型腔图11.27创建第二个壳体（a）（b）图11.28 需要去除蜗壳设计中的交叉部分图11.29求差：第二个壳体－section1 图11.30 蜗壳整体图11.31开座环孔后的蜗壳模型图11.32 座环的平面设计图图11.33 固定导叶翼型图图11.34 固定导叶翼型的图形构成（a）（b）图11.35草绘翼型轮廓图11.36 添加尺寸1和尺寸2（a）（b）（c）（d）图11.37创建圆弧1图11.38创建圆弧2和圆弧3（a）（b）（c）图11.39创建头部圆（a）（b）图11.40修剪直线1、直线2和直线3图11.41为翼型添加尺寸约束图11.42添加翼型的基准轴线（a）（b）图11.43给定固定导叶的安放角以及相对蜗壳的分布位置图11.44固定导叶型线草图图11.45添加“凸台”特征——选择平的放置面图11.46添加“凸台”特征——定位凸台圆心到坐标原点（a）（b）图11.47添加第二个“凸台”特征图11.48凸台——上座环的构成部分图11.49打中心台阶孔图11.50倒斜角（a）（b）图11.51唇边倒圆图11.52 选择要镜像的特征图11.53 选择要镜像的平面图11.54 用镜像特征创建下座环唇边环（a）（b）图11.55创建下座环的中心孔特征（a）（b）图11.56创建上座环的孔特征图11.57创建下座环的螺纹孔特征图11.58添加倒角和圆角特征（剖面图）图11.59圆形阵列——选择要引用的特征图11.60创建座环模型图11.61显示壳体与座环图11.62视图操作→截面（a）壳体与座环唇边的对接形状（b）鼻端隔舌局部图11.63求差：壳体实体－座环实体（a）（b）图11.64 延伸隔舌与“鼻端固定导叶”相交图11.65“鼻端固定导叶”与隔舌的封口部分图11.66 鼻端建模存在的缺陷图11.67 在鼻端型线草图中添加圆弧图11.68 完全约束草图图11.69 完成鼻端建模缺陷的补修（a）（b）图11.70完成蜗壳部件图11.71创建第一个通过曲线组特征图11.72创建第二个通过曲线组特征——选相切约束面（a）（b）图11.73抑制“求和”特征以恢复型线（俯视图）图11.74 鼻端型线草图：创建圆弧1和圆弧2图11.75 鼻端型线草图：创建圆弧3、4、5及直线6。
风机蜗壳设计
0 引言蜗壳的作用是将离开叶轮的气体导向蜗壳出口，并将部分动压转变为静压。
蜗壳的结构是复杂的空间曲面体，理论上，蜗壳的型线是螺旋线，但是由于螺旋线结构较复杂，难于手工绘制。
因此，在生产中通常用简化的模型来近似。
由于蜗壳是离心通风机的关键部件，蜗壳型线的绘制不仅直接关系到蜗壳内的流动损失，还对叶轮的气动性能有很大影响，它直接影响风机的效率及输出流量、压力等性能参数，当工况变化时，需要重新计算并设计, 使得产品设计周期延长。
本文应用三维建模工具CATIA，对蜗壳型线进行精确参数化建模，实现蜗壳的快速设计。
1 蜗壳的型线及结构参数1. 1 蜗壳的对数螺线型线及结构蜗壳的型线见图1。
图中R为蜗壳处半径，R 2 为叶道出口半径。
对于每一个角度φ值都可以得到一个R值，把各点连接起来就是蜗壳的型线。
其中：截面a-a 称为终了截面，A称为终了截面的张开度。
蜗壳的尺寸与张开度A有关，任意角度φ处的张开度Aφ为理论上，为了便于分析和计算，假定气流在蜗壳中为定常流动，忽略气体的粘性,气体沿着整个叶轮出口均匀地流出[1]。
图2表示在蜗壳型线起始段气体在蜗壳内的流动。
图中：R2为叶轮半径（即叶道出口半径），c为距离轮心R处的气流速度，a为气流角，c u、c m分别为R处的周向速度和径向速度。
c′2为叶道出口速度，c′2u、c′2m、a′2分别为叶道出口后的周向速度、径向速度及气流角(叶道出口后速度——刚出口时气流未充满截面，很快即互相混合，混合后的速度也即蜗壳的进口速度)。
蜗壳整个截面充满有效气流，由于忽略空气黏性，蜗壳内的流动满足动量守恒定律，当蜗壳宽度B为常数时，得任意截面处R与φ的函数关系式[1]为式中b 2 为叶片出口宽度，mm；α’ 2 为叶道出口后气流角，(°)；φ为该截面与起始截面之间的夹角，rad。
此式表明蜗壳型线为对数螺线。
将式（2）按照泰勒级数展开，并代入式（1），得任意角度φ处的张开度为式（3）即为按等环量法[4]设计的蜗壳型线模型。
十步构建全参数化蜗壳模型
如何在CAESES中，10步创建一个参数化蜗壳蜗壳的参数化建模是一项十分棘手的工作，单个蜗壳的建模看上去并不复杂，只是设计一条简单的型线；然而当你需要通过仿真结果来指导模型的变形及优化时，就会遇上很多的挑战。
在优化过程中，我们一般需要模型能够自动变化更新，并且网格也能够自动生成。
在这种情况下，我们必须能够通过参数控制模型变化，并确保所有的蜗壳模型变体有较好的密闭性及鲁棒性；另外，为了满足网格的要求，各个部件的面需要独立表征，以区分不同的边界类型；并且几何模型必须满足诸如A/R比等参数及其他一些尺寸约束。
在本篇文章中，我们整理了10个主要步骤来演示如何在CAESES中创建参数化的蜗壳模型。
第一步：参数化横截面构建不同的客户可能都会有自己的方式来描述一个横截面，我们这里通过一种典型的方式来介绍其构建方法。
为了有效地改变形状，通常需要定义二维参数，譬如进/出口宽度（相对于压缩机或涡轮蜗壳）、型心的数据、A/R的比值以及更多的用以控制形状的几何控制参数。
这些控制变量可能会比较多，由你想生成的独立个体的形状所决定。
在下图中，控制型线的还有NURBS曲线几个控制点的权重。
定义一个参数化横截面第二步：参数分布对于横截面上的每个二维参数，您都可以创建函数来定义该参数在圆周方向上的变化。
这些函数（或者说是参数分布）都可以在后面的设计研究和几何优化过程不断改变。
对每一个参数，定义一个灵活的控制函数第三步：生成圆周曲面基于横截面的定义和相应的参数分布，你可以生成整个圆周曲面了。
在CAESES里，我们可以使用“Lofted Surface”的方式（插入一系列有限数量的横截面），或者使用“Meta Surface”（它能直接根据二维截面定义和函数曲线来生成一个光滑的曲面）来生成圆周曲面。
圆周曲面的生成第四步：创建进出口对应于创建的是涡轮还是压缩机的蜗壳，我们需要创建入口或出口几何。
这部分模型通常不是特别复杂，一般是通过一个规则的表面或一个简单的B样条几何与圆形出口连接，同时我们也会引入一些参数来控制形状。
蜗壳、尾水管
绘制蜗壳单线图 1、蜗壳的型式型式：由于水电站特征水头大于40米，所以选用断面形状为圆形的金属蜗壳。
2、蜗壳主要参数的选择（主要参考《水力机械》第二版，水利水电出版社） 依据《水力机械》第二版P98知圆断面金属蜗壳的进口断面的包角︒︒=345ϕ； 蜗壳进口断面的流量s m 3.373453609.38360Q Q 3max c =⨯==︒︒ϕ，设计水头=46.2m 。
查《水力机械》第二版P99图4—30(a)曲线得C V =6.15m/s 。
依据水轮机的型号HL220—LJ —225知《水力机械》第二版P162的附表五得：当水轮机的转轮直径D 1=2250mm 时，金属蜗壳的座环外径为mm 3850D a =，座环内径为mm 3250D b =。
因此此金属蜗壳的座环外半径为a r =1925mm ， 金属蜗壳座环的内半径为b r =1625mm 。
座环示意图如图所示：3、蜗壳的水力计算（1）对于蜗壳进口断面：依据《水力机械》第二版P100计算如下：断面的面积：2c c c 065.615.63.37V F m Q ===断面的半径：390.114.3065.6max ===πρcF m 从轴中心线到蜗壳外缘的半径：m r a 705.4390.12925.12R max max =⨯+=+=ρ （2）、对于中间任一断面（规范）设i ϕ为从蜗壳鼻端起算至计算断面i 处的包角，则该计算断面处： 0i i max Q =/360Q ϕ（） i a i R =r +2ρ i m a x i C =Q /360V ρϕπ（）分别取i ϕ为0003075.....345、列表计算如下：i ϕ ρi Ri0.000 0.000 1.925 15.000 0.290 2.504 30.000 0.410 2.744 45.000 0.502 2.929 60.000 0.579 3.084 75.000 0.648 3.221 90.000 0.710 3.344 105.000 0.767 3.458 120.000 0.819 3.564 135.000 0.869 3.663 150.000 0.916 3.757 165.000 0.961 3.847 180.000 1.004 3.932 195.000 1.045 4.014 210.000 1.084 4.093 225.000 1.122 4.169 240.000 1.159 4.243 255.000 1.195 4.314 270.000 1.229 4.383 285.000 1.263 4.451 300.000 1.296 4.516 315.000 1.328 4.580 330.000 1.359 4.643 345.000 1.3894.705尾水管单线图的绘制根据前面已知的资料，结合水轮机的型号HL220—LJ —225，参考《水力机械》第二版可知：选用水轮机的标称直径为1 2.25D m =，当水轮机的出口直径21D D >的混流式水轮机，由《水力机械》第二版表4-17知： 当11D m =hL 5B 4D 4h 6h 1L 5h 2.64.52.7201.351.350.6751.821.22当1 2.25D m =时，h L 5B 4D 4h 6h 1L 5h 5.8510.1256.123.0383.0381.5194.0952.745为了减少尾水管的开挖深度，采用弯肘形尾水管，弯肘形尾水管由进口直段、肘管和出口扩散段三部分组成。
十步构建全参数化蜗壳模型
如何在CAESES中，10步创建一个参数化蜗壳蜗壳的参数化建模是一项十分棘手的工作，单个蜗壳的建模看上去并不复杂，只是设计一条简单的型线；然而当你需要通过仿真结果来指导模型的变形及优化时，就会遇上很多的挑战。
在优化过程中，我们一般需要模型能够自动变化更新，并且网格也能够自动生成。
在这种情况下，我们必须能够通过参数控制模型变化，并确保所有的蜗壳模型变体有较好的密闭性及鲁棒性；另外，为了满足网格的要求，各个部件的面需要独立表征，以区分不同的边界类型；并且几何模型必须满足诸如A/R比等参数及其他一些尺寸约束。
在本篇文章中，我们整理了10个主要步骤来演示如何在CAESES中创建参数化的蜗壳模型。
第一步：参数化横截面构建不同的客户可能都会有自己的方式来描述一个横截面，我们这里通过一种典型的方式来介绍其构建方法。
为了有效地改变形状，通常需要定义二维参数，譬如进/出口宽度（相对于压缩机或涡轮蜗壳）、型心的数据、A/R的比值以及更多的用以控制形状的几何控制参数。
这些控制变量可能会比较多，由你想生成的独立个体的形状所决定。
在下图中，控制型线的还有NURBS曲线几个控制点的权重。
定义一个参数化横截面第二步：参数分布对于横截面上的每个二维参数，您都可以创建函数来定义该参数在圆周方向上的变化。
这些函数（或者说是参数分布）都可以在后面的设计研究和几何优化过程不断改变。
对每一个参数，定义一个灵活的控制函数第三步：生成圆周曲面基于横截面的定义和相应的参数分布，你可以生成整个圆周曲面了。
在CAESES里，我们可以使用“Lofted Surface”的方式（插入一系列有限数量的横截面），或者使用“Meta Surface”（它能直接根据二维截面定义和函数曲线来生成一个光滑的曲面）来生成圆周曲面。
圆周曲面的生成第四步：创建进出口对应于创建的是涡轮还是压缩机的蜗壳，我们需要创建入口或出口几何。
这部分模型通常不是特别复杂，一般是通过一个规则的表面或一个简单的B样条几何与圆形出口连接，同时我们也会引入一些参数来控制形状。
水轮机的蜗壳尾水管ppt课件
4H型尾水管几何形状以弯管段最为复杂，体 形如图所示，它是由圆环面(A)、斜圆锥面(B)、 斜平面(C)、水平圆柱面(D)、垂直圆柱面(E)、 立平面(F)及水平面(G)组成
35
3、出口扩散段
矩形扩散管，出口宽度B5=肘管出口宽度B6 顶板 α=10°~13°，L2 = L-L1=(2～
3)D1 底板水平，B5很大时，加隔墩。
9
(1) 金属蜗壳：φ0=340°~350°，常取 345°
φ0大，过流条件好，但平面尺寸增大，厂 房尺寸加大。金属蜗壳的流量小，尺寸小， 一般取较大包角；从构造上讲，最后 100°内，断面演变成为椭圆。
10
(2)、混凝土蜗壳：Q大，为减小平面尺寸， φ0=180°~270°，一般取180°，一 部分水流未进入蜗形流道，从而减小了蜗 壳进口断面尺寸，这部分水流直接进入导 叶，为非对称入流，加重了导叶的负担， 因此在非蜗形流道处，固定导叶断面形状 常需特殊设计。
w(2v2 22g5v5 2h25)/22g v2 2
ηw >0.8 时，效果较好；≦0.3～0.4时，效果 较差。对于低水头水轮机更有意义。
27
三、尾水管型式及主要尺寸
(一)直锥形、(二)弯锥形
直锥形
28
弯锥形
29
（三）、弯肘形尾水管：大中型水轮机所 采用的尾水管，为了减小开挖深度，均采 用弯肘形尾水管。由直锥段、肘管、出口 扩散段组成。
进入座环时，按照蜗壳的要求，水流均匀、 轴对称入流的要求，Vr=常数。
Vr
Qmax
Da b0
Da：座环外经
14
圆周流速Vu的变化规律，有两种基本假定： (1) 速度矩Vur=Const 假定蜗壳中的水流是一种轴对称有势流，忽略
第三节 蜗壳
这种结构型式的金属蜗壳，施工时所施加的预压力大小视外围结构承担的能力而定。有的电站以正常运一行时蜗壳承受的最大静水压力为预压值，这样蜗壳与外围结构共同承担水击部分的压力。
通常，根据受力计算外围结构往往不需配置钢筋，或者只要按少筋混凝土的要求配筋。某工程对蜗壳外围结构的钢筋进行了规场量测，与常规计算比较，实测应力均较计算值小。目煎有不少工程，根据情况，只在蜗壳顶板和顶板与座环的接头处设置少量钢筋，底部及边墙均不配筋。
二、钢筋混凝土蜗壳
钢筋混凝土蜗壳一般用于水头小于40m的水电站厂房中、水头不大时蜗壳直接承受水流作用；水头较大时蜗壳内壁衬有薄钢板，不过内水压力仍由蜗壳混凝土承受，钢板主要起防渗作用，有的工程采用防渗涂料如环氧树脂等防渗。
图18-10顶板计算分块图
环形板外周固结，内周铰支，荷载为均布垂直力q时，内力计算原理如下：
环形板的外半径为a，内半径为b。
首先计算外周固定的圆形板在均布力q作用下产生的挠度和内力，见图18-11(b)
令r=b处的 为Qo， 为 ，则
式中ω—上标q表示荷载为均布力q；
、 —径向和环向截面单位长度上的弯矩；
采用金属蜗壳与外围结构用垫层分开的这种结构型式时，两者受力明确，外围结构只承受本身自重和从上部传来的荷载。
（2）外围混凝土结构承担少部分蜗壳内水压力。采用这种结构型式的金属蜗壳，在蜗壳安装好之后，采取措施临时封闭蜗壳的进出口，向蜗壳内充水并加压到预定值，然后浇外围混凝土，3-7天后卸除内压，再浇筑蜗壳座环下未填实的部分，施工结束时蜗壳与外围结构之间存在空隙，空隙的大小与预加压力有关。
【原创技术贴】CAESES在双涡管蜗壳参数化建模中的应用
CAESES在双涡管蜗壳参数化建模中的应用在蜗壳的参数化建模方面，CAESES有着非常独特的优势。
下面以一种需要控制过流面面积及形心位置的透平机双涡管蜗壳为例，介绍蜗壳的涡管区建模思路。
图1 双蜗壳模型示例图1的绿色部分表示蜗壳的涡管区，对于设计者而言，首先需要控制涡管周向截面的面积变化，其次调整涡管周向截面的形心位置。
蜗壳两根涡管的建模方式只有位置不同，建模思路是一样的，截面曲线的创建以挡板头部的圆弧作为基准，涡管截面中作为面积计算的部分属于轴对称的结构。
图2 涡管截面轴对称型线涡管的创建流程可以简单描述为：以上创建流程可以集成在一个feature中，包括公式计算、型线特征创建、数值迭代等内容。
Feature的创建过程如下：（1）首先以初始φ角定义涡管；图3 Baffle定位示意图图4 hub侧涡管定位点图5 hub侧涡管基准线图6 hub侧涡管圆角曲线（2）封闭hub侧涡管计算面积的区域；图7 hub侧涡管出口延伸线图8 裁剪hub侧涡管截面型线（3）通过CAESES自带的getCOA功能得到涡管封闭线框的形心，利用CAESES 的Brent算法进行循环迭代，最后迭代出合适的φ角，并得到最终的hub侧涡管截面轮廓曲线；图9 hub侧涡管截面中心图10 hub侧截面中心位置优化图11 优化后的hub侧涡管截面（4）以同样的方式制作另一根涡管的截面轮廓线；图12 shroud侧涡管截面定位点图13 shroud侧涡管截面基准线图14 shroud侧涡管截面圆角曲线图15 shroud侧涡管截面中心图16 shroud侧涡管截面中心点优化图17 优化后的shroud侧涡管截面型线（5）将两根涡管连接并得到整体的轮廓线，再以CAESES的Meta Surface功能得到涡管面；图18 涡管面。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第三篇蜗壳和尾水管建模第十章蜗壳的建模过程1——绘制蜗壳截面
图10.1水轮机蜗壳设计图
（a）焊接蜗壳建模（b）铸造蜗壳建模
图10.2水轮机蜗壳三维模型（剖切视图）
图10.3创建草图
（a）
（b）
图10.4草绘圆弧
（a）（b）
图10.5 约束圆弧圆心点到X轴
图10.6 为圆弧添加几何约束
图10.7 为圆弧添加尺寸约束
图10.8草图完全约束
图10.9 镜像圆弧，构成整圆
图10.10圆截面草图的参数变量
（a）（b）（c）（d）
图10.11导入部件至指定位置
（a）（b）俯视图
图10.12在蜗壳进口位置导入截面草图
图10.13随草图特征对象一齐被导入的参数表达式
图10.14预置WCS（工作坐标系）（俯视图）
图10.15 开始录制宏
图10.16录制过程之一：旋转
WCS 图10.17录制过程之二：导入部件
图10.18停止录制宏
（a）轴侧图（b）俯视图
1
图10.19 完成导入截面
图10.20导入所有截面
图10.21编辑表达式
图10.22 Excel界面，工作表在Expression-Spiralcase_sections.prt
（a）蜗壳型线设计数据表文件（b）工作表在Expression-Spiralcase_sections.prt
图10.23 在Excel中粘贴Ai的设计表
（a）蜗壳型线设计数据表文件（b）工作表在Expression-Spiralcase_sections.prt
图10.24 在Excel中粘贴Ri的设计表
图10.25 在Excel中更新公式
（a）Excel （b）NX的“表达式”对话框
图10.26 从Excel返回NX
（a）俯视图（b）轴侧图
图10.27 完成在三维空间中绘制蜗壳截面。