汽轮机叶片参数化设计关键技术研究

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计算机集成制造系统第１２卷１叶片的结构及参数化设计的基本思想篓篥竺蕊糍嚣尝譬詈霎；辜妻用于汽轮机上的叶片大部分由叶根、叶身和叶据表组成，每一个数据表代表某一类隔板中叶片的冠组成，如图１所示。常见的叶根结构形式有菱形、数据，数据表又由数据库结构和数据记录组成。图Ｔ形、叉形和纵树形等。叶身是叶片的基本部分，由３所示为某环形隔板叶片的参数表，其数据库结构它构成汽流的通道。叶身部分的横截面称为叶型，中包括６个字段（隔板类型、零件名称、参数名称、参其周线称为型线。一条型线由进汽边圆弧和背弧、数值、上偏差和下偏差），每个字段的数据类型都设出汽边圆弧和内弧组成。叶片的叶身是由若干条型为文本类型，以便开发通用的数据库操作函数，数据线拟合而成的光滑复杂曲面。表中的记录代表尺寸的名称及尺寸值。不同的程序

开发者可设计不同的数据结构和数据表，设计的原

则是字段数尽量地少。数据表中的初始数据记录可

手工填写，也可通过程序填写。为了便于数据库数

据的存取方便，开发了通用的数据存操作函数Ｇｅｔ—

ＦｉｅｌｄＶａｌｕｅ（）和数据取操作函数ＳｅｔＦｉｅｌｄＶａｌｕｅ（）。

图ｌ叶片结构示意图

叶片的设计包括３维建模和２维工程图两部

分。由于叶片的型面是复杂的曲面，且ＵＧ软件本

身提供的工程图模块生成的工程图，不能满足特定

企业工程图标注的要求，加之参数变化后原先标注

好的尺寸不能随动，所以叶片的３维建模及２维工程图都必须自行开发，本系统以Ａｃｃｅｓｓ数据库为核心进行开发。开发的基本思想是：设计参数通过对话框输入，然后通过程序将输入的参数存到数据库中；当进行３维设计和２维设计时，再到数据库中提取所需的设计参数，这样可实现３维设计与２维设计间的尺寸联动。图２为叶片参数化设计系统的数据流向图。

图２叶片参数化设计系统的数据流向图

叶片参数化设计系统包括数据库的建立及其操作、叶片的３维建模和叶片的２维工程图３个部分，现对这３部分内容中所涉及到的设计步骤和关键技术进行介绍。

２数据库的建立及其操作

由图２可以看出，数据库是本参数化设计系统

图３某环形隔板的数据表

３叶片的３维建模

每个叶片都可看成由叶身、叶根和叶冠３个特征组成。进行叶片的３维造型时，首先进行叶身造型，其次进行叶根和叶冠造型，然后再将三者进行布尔运算相加到一起，最后进行附加结构的操作，这样便可形成一个完整的叶片。由于叶根和叶冠的形式多种多样，必须单独开发相应的叶根和叶冠，但叶身部分的造型方法都相同。下面以图１所示的菱形导叶片为例，介绍叶片３维造型的关键技术。

３．１叶身特征的造型

叶身是由若干个截面型线拟合而成的光滑曲面体，其造型可按如下步骤进行开发。

步骤１获取叶片零件的设计参数。叶片零件的设计参数从对话框中获取，本系统的对话框由ＵＧ／ＯｐｅｎＵＩＳｔｙｌｅｒ用户界面开发。

步骤２读取叶片型线数据。由于构成叶片的截面型线的数量以及组成每一条截面型线的点数是变化的，叶片型线数据必须随时读取才能满足参数

化设计的要求。构成叶片型线的全部数据以一定的　万方数据

第１０期于红英等：汽轮机叶片参数化设计关键技术研究

格式存放在一个文本文件中，这样一次可读人多条

型线数据。

步骤３计算截面型线的高度。对于截面型线

的高度，有时直接给定ｚ坐标值（叶片高度方向，叶

片型线放在ｚ３，平面内），此时不需计算截面型线的

高度；有时数据文件中只给出相对高度，如给定各型

线沿叶高方向分布的百分数或等分数，这时需根据

叶片高度计算出各截面高度。

步骤４确定基准截面型线。基准截面型线是

各截面型线中ｚ坐标等于。的截面型线，即经过图

４中优，点的截面型线。叶片的高度是从基准截面

开始计算的，有时给定的第１个截面位置比ｍ。点

低，所以基准截面型线必须通过程序动态确定。

步骤５插值生成底平面和顶平面截面型线。

图４所示为菱形导叶片的工作截面图。对于此菱形

导叶片，叶根、叶冠与叶身接触的一面是圆锥面，沿

叶片高度方向给定６条截面型线，最低截面型线经

过ｍ。点，最高截面型线经过ｍ。点。在进行叶片造

型时，叶身的最低点是ｍ。点，所给定的型线的最低

位置不够低，因此需要用插值的方法生成一个底平

面。有时给定的截面型线位置不够高，需插值生成

一个顶平面。为了统一算法，无论所给定截面型线

的位置是否合适都进行插值，生成一个顶平面和底

平面截面型线。插值时，需分别对背弧点插值、内弧

点插值、进汽边圆弧插值和出汽边圆弧插值。本系

统采用３次Ｂ样条插值。

，一Ｅ—Ｄ—Ｃ一

曰一一Ｆ—Ｅ—Ｄ——Ｃ

一曰

圈４叶片工作截面图

步骤６叶片型线数据处理。叶片型线数据处理是叶片造型的关键，如果型线数据处理不好，造型出来的叶片则不光滑或发生意想不到的畸变。给定的叶片型线点的排列方向不一定相同，通常背弧和内弧曲线给定的点超出背弧、内弧曲线与进、出汽边圆弧的切点，叶片型线处理是首先将超出的多余点去掉，然后再将型线坐标点按一定方向排列（顺时针或逆时针），从而得到造型用的实际型线。

步骤７生成叶身实体。以处理好的叶片型线为已知参数，调用ＵＧ提供的底层函数ＵＦ＿ＭＯＤＬ—ｃｒｅａｔｅ—ｔｈｒｕ—ｃｕｒｖｅｓ（）可生成叶身实体，如图５所示。

倒５叶身实体

上述生成叶身实体的过程可编制成通用程序，适用于各类型线为坐标点型的叶身实体造型。

３．２叶根和叶冠特征的造型

不同叶片的叶根和叶冠不相同，其造型方法也不相同，因此可开发出一些常用的叶根和叶冠特征造型模块，以备随时调用。

３．３生成叶片实体

将叶冠实体、叶身实体与叶根实体通过布尔运算相加到一起，形成一个叶片实体。图６所示为某菱形导叶片的３维实体。

图６菱形导叶片３维实体

４叶片２维工程图的生成

目前，在我国还没有完全实现无图纸加工，所以设计过程中必须给出２维工程图。本系统的２维工程图全部由程序命令按实体的实际投影生成。生成２维工程图时，首先进行工程图布局，将图形放置在图纸上合适的位置，并绘制工程图，然后对绘制好的工程图进行标注，最后填写技术要求与标题栏，便可

完成一套完整的叶片工程图。现就工程图生成过程

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