基于CATIA的混流式水轮机蜗壳设计
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７ ０
机 电技术
２１年 ４ ０２ 月
基于 Ｃ Ｔ Ａ 的混流式水轮机蜗壳设计 Ａ Ｉ
陈忠 玉
ｆ 东方 电气集团东风 电机有 限公司 ，四川 乐 山 ６ ４ ０ ） １０ ０ 摘 要：阐述 了大型混流式水轮机金属蜗壳 的两个设计要点：其一 ，绘制具有复杂曲面 的壳节 ；其二，提交合 理的
为 ，分别对 每 一份进 行横 向 ， 向标注 （ 纵 向 纵 设
图 ５所 示） 。同时 由于 蜗壳 是从 进 口断面到 鼻端 断 面 ，依次 从大 到小 ，所 以当某一 断面 尺寸 满足 运 输要 求时 ，便 无 需再进 行分 半处 理 ，这样 可 以避
免焊缝 过 多 的问题 。
尺寸为 厶、 、． 、 ） ． ，如图 ３ …． 、图 ４ 所示。
图 １ 蜗壳型线图
１ 蜗 壳 的 设 计
对于 混流 式水 轮机 而 言 ，金 属蜗 壳是 由多个 壳 节拼 焊 而成 ［。因此 ，其三 维实 体模 型 构建 的 ２ １ 步 骤为 ： ）按蜗 壳 型线 图尺寸 ， 制各 断面草 图 ； １ 绘
２ ）利 用 截面 扫 掠命 令 ，生 成 金属 壳 节 ；３ ）延 展
以上条 件无法 满 足 ，则会造 成产 品强度 不足 ，导 致变 形量 增大【，影 响机 组 的运 行稳 定性 。由此 ， ３ 】
用 的方法 是 ，延展 壳节 曲面 ， 其伸 展为 平面 图 ， 将 再 按平面尺 寸加 工 ， 再将 平面钢 板卷 成流 道壳 节 。
制 出各 断面 的草 图（ｎ １ Ｏ 图 所示） 。 １ 蜗壳 三维 模型 的生成 ． ２
完 成 蜗 壳 断 面 的 绘 制 的 操 作 之 后 ， 利 用
每 段 曲面 壳节 ，完 成设计 。
１１ 蜗壳 断面 的绘制 ．
蜗 壳 断面 ，是根 据蜗 壳流 道型 线尺 寸划 分 的
多个截 面 的统称 。 将这 些 断面按 照一定 方式 搭接 ，
可 以准 确地 绘制 出流 场 的三维 模 型 。在 该步 骤 的 操 作 中，首 先 以电站 的水头 Ｈ、转轮 型号 以、转
蜗 壳部 件作 为水 轮机 的流 道之 一 ，其设 计 的 合 理性 ，影 响到 整个 机组 的 发 电效 率 、运行 稳 定 性 以及 空化 性 能 ，它水 力性 能 的好 坏 ，关键 在 于 两点…： ）蜗壳流 道是 否光滑 ； ）分 半是 否合理 ， １ ２ 将 各壳 节组 焊成 整体后 ，强 度是 否足够 。
（）偶数壳节分半图 ａ
图 ３ 壳节 １ 展开
图 ４ 壳节 １ 标注
２ 分 半 方 式 的 选择
大 型 的混流 式机 组 ，蜗 壳 的断面 尺 寸较 大 ，
（）奇 数 壳 节 分 半 图 ｂ 图 ５ 蜗 壳分 半示 意 图
为 满足 运输 条件 ，必 须对 产品进 行 分半 处理 ，将 分 半件 运输 至工 地现场 后 ，再拼 焊 成整体 。分半 设 计 的要点 ，就是 满足 强度要 求【。本 文 从 ３个 Ｊ Ｊ 方 面分 析 ， 定分 半方 案 ： ）防止焊 缝过 于集 中； 确 １
作 者 简介 ： 陈忠玉 （９９ ，女 ，工程 师，主 要从 事水 轮发 电机组 装配 工艺 设计 。 １５ 一）
第 ２期
陈忠玉 ：基于 Ｃ Ｔ Ａ的混流式水轮机蜗壳设计 ＡＩ
百度文库
７ １
本文 以壳节 １ 为例 进 行介绍 。将 壳节 １展开 并 投影 到平面 图后 ， 由于展开 图也 是不规 则形 状 ， 因此 ，将 其沿 水平 方 向平 均分成 Ⅳ份 ，每份 长度
对 于上 述 问题 ， 本文在 某 电站蜗 壳 的设 计 中 ， 采 用从 三 维到二 维 的方法 ， 即运用 Ｃ ＴＡ 建立光 ＡＩ
以保 证断 面之 间 的壳节 生成 光滑 。构 建 的蜗 壳三
维模 型如 图 ２所示 。
滑 的蜗壳 三维模 型 ，再将 壳 节伸 展 ，并投影 到 平
面 ，进行 尺寸 标注 ；同时 ， 以蜗 壳单 线 图的具 体 尺 寸 为依 据 ，采用 错边 法 ，进行 分半 设计 ，提 出 了合 理 的分半方 案 。
图 ２ 蜗 壳 实 体 模 型
１３ 壳 节 的延展 ＿ 由图 ２可 知 ，壳节 是 由复 杂 的、非 规则 曲面
轮直径 Ｄ等特征参数为依据， 采用文献【 中的方 ｌ 】
法 ，确 定 出各 断面 的详细 尺 寸 。然 后 根据尺 寸 绘
组 成 。因此要 描述 其 具体形 状难 度较 大 。所 以采
蜗壳分半方案。以某 电站大型混流式水轮机蜗壳设计 为例 ，应用 Ｃ Ｔ Ａ 软件 建立三维实体模型 ，并利用伸展 功能，展 ＡＩ 开壳节，然后进行产品分半方案分析，最后提出了合理 的设计方案 ，为后续产品的生产、下料 以及运输 ，提供 了有 利的
理论支持 。
关键词：蜗壳；模 型；Ｃ Ｔ Ａ Ａ Ｉ 中图分类号：Ｔ ３ ＋ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：６ ２４ ０ （０ ２０ ．７ —２ Ｋ ７ ３． １ １７ ．８ １ １）２０ ００ ２
主 要工作 有 ：１ 用软 件展开 功 能 ，分 别将每 段 １应 壳 节 由曲面展 开成平 面 ；２ １将展 开 图另存为 ｄ ｗｇ 格 式 ，进 行尺 寸标注 。
Ｃ ＴＡ 软件 的 多截 面 功能 ，桥 接每 段断 面 ，操 作 ＡＩ 过程 中， 相邻 断面之 间选 择样 条 曲线 作 引导线 ， 在
２ １禁 止 产生 十 字焊 缝 ；３ ）避 免 焊 缝过 多 。如果
３ 结 束 语
在 大 型混流 式 水轮 机金 属蜗 壳 的设计 中 ，本
文采 用从 三维 Ｎ－ 维 的方法 ，建 立 了蜗 壳三维 模 型， 并展开 曲面 壳节 生成 了可 以描述 的平 面 图形 ，
完成 了曲面复 杂 的壳节 设计 。采 用错 边分 办法 ， 提 出了蜗 壳 的运输 分半 方案 。有 效地 解决 了蜗 壳 设计 中最 关键 的两 个 问题 ，为后 续产 品 的生产 、
机 电技术
２１年 ４ ０２ 月
基于 Ｃ Ｔ Ａ 的混流式水轮机蜗壳设计 Ａ Ｉ
陈忠 玉
ｆ 东方 电气集团东风 电机有 限公司 ，四川 乐 山 ６ ４ ０ ） １０ ０ 摘 要：阐述 了大型混流式水轮机金属蜗壳 的两个设计要点：其一 ，绘制具有复杂曲面 的壳节 ；其二，提交合 理的
为 ，分别对 每 一份进 行横 向 ， 向标注 （ 纵 向 纵 设
图 ５所 示） 。同时 由于 蜗壳 是从 进 口断面到 鼻端 断 面 ，依次 从大 到小 ，所 以当某一 断面 尺寸 满足 运 输要 求时 ，便 无 需再进 行分 半处 理 ，这样 可 以避
免焊缝 过 多 的问题 。
尺寸为 厶、 、． 、 ） ． ，如图 ３ …． 、图 ４ 所示。
图 １ 蜗壳型线图
１ 蜗 壳 的 设 计
对于 混流 式水 轮机 而 言 ，金 属蜗 壳是 由多个 壳 节拼 焊 而成 ［。因此 ，其三 维实 体模 型 构建 的 ２ １ 步 骤为 ： ）按蜗 壳 型线 图尺寸 ， 制各 断面草 图 ； １ 绘
２ ）利 用 截面 扫 掠命 令 ，生 成 金属 壳 节 ；３ ）延 展
以上条 件无法 满 足 ，则会造 成产 品强度 不足 ，导 致变 形量 增大【，影 响机 组 的运 行稳 定性 。由此 ， ３ 】
用 的方法 是 ，延展 壳节 曲面 ， 其伸 展为 平面 图 ， 将 再 按平面尺 寸加 工 ， 再将 平面钢 板卷 成流 道壳 节 。
制 出各 断面 的草 图（ｎ １ Ｏ 图 所示） 。 １ 蜗壳 三维 模型 的生成 ． ２
完 成 蜗 壳 断 面 的 绘 制 的 操 作 之 后 ， 利 用
每 段 曲面 壳节 ，完 成设计 。
１１ 蜗壳 断面 的绘制 ．
蜗 壳 断面 ，是根 据蜗 壳流 道型 线尺 寸划 分 的
多个截 面 的统称 。 将这 些 断面按 照一定 方式 搭接 ，
可 以准 确地 绘制 出流 场 的三维 模 型 。在 该步 骤 的 操 作 中，首 先 以电站 的水头 Ｈ、转轮 型号 以、转
蜗 壳部 件作 为水 轮机 的流 道之 一 ，其设 计 的 合 理性 ，影 响到 整个 机组 的 发 电效 率 、运行 稳 定 性 以及 空化 性 能 ，它水 力性 能 的好 坏 ，关键 在 于 两点…： ）蜗壳流 道是 否光滑 ； ）分 半是 否合理 ， １ ２ 将 各壳 节组 焊成 整体后 ，强 度是 否足够 。
（）偶数壳节分半图 ａ
图 ３ 壳节 １ 展开
图 ４ 壳节 １ 标注
２ 分 半 方 式 的 选择
大 型 的混流 式机 组 ，蜗 壳 的断面 尺 寸较 大 ，
（）奇 数 壳 节 分 半 图 ｂ 图 ５ 蜗 壳分 半示 意 图
为 满足 运输 条件 ，必 须对 产品进 行 分半 处理 ，将 分 半件 运输 至工 地现场 后 ，再拼 焊 成整体 。分半 设 计 的要点 ，就是 满足 强度要 求【。本 文 从 ３个 Ｊ Ｊ 方 面分 析 ， 定分 半方 案 ： ）防止焊 缝过 于集 中； 确 １
作 者 简介 ： 陈忠玉 （９９ ，女 ，工程 师，主 要从 事水 轮发 电机组 装配 工艺 设计 。 １５ 一）
第 ２期
陈忠玉 ：基于 Ｃ Ｔ Ａ的混流式水轮机蜗壳设计 ＡＩ
百度文库
７ １
本文 以壳节 １ 为例 进 行介绍 。将 壳节 １展开 并 投影 到平面 图后 ， 由于展开 图也 是不规 则形 状 ， 因此 ，将 其沿 水平 方 向平 均分成 Ⅳ份 ，每份 长度
对 于上 述 问题 ， 本文在 某 电站蜗 壳 的设 计 中 ， 采 用从 三 维到二 维 的方法 ， 即运用 Ｃ ＴＡ 建立光 ＡＩ
以保 证断 面之 间 的壳节 生成 光滑 。构 建 的蜗 壳三
维模 型如 图 ２所示 。
滑 的蜗壳 三维模 型 ，再将 壳 节伸 展 ，并投影 到 平
面 ，进行 尺寸 标注 ；同时 ， 以蜗 壳单 线 图的具 体 尺 寸 为依 据 ，采用 错边 法 ，进行 分半 设计 ，提 出 了合 理 的分半方 案 。
图 ２ 蜗 壳 实 体 模 型
１３ 壳 节 的延展 ＿ 由图 ２可 知 ，壳节 是 由复 杂 的、非 规则 曲面
轮直径 Ｄ等特征参数为依据， 采用文献【 中的方 ｌ 】
法 ，确 定 出各 断面 的详细 尺 寸 。然 后 根据尺 寸 绘
组 成 。因此要 描述 其 具体形 状难 度较 大 。所 以采
蜗壳分半方案。以某 电站大型混流式水轮机蜗壳设计 为例 ，应用 Ｃ Ｔ Ａ 软件 建立三维实体模型 ，并利用伸展 功能，展 ＡＩ 开壳节，然后进行产品分半方案分析，最后提出了合理 的设计方案 ，为后续产品的生产、下料 以及运输 ，提供 了有 利的
理论支持 。
关键词：蜗壳；模 型；Ｃ Ｔ Ａ Ａ Ｉ 中图分类号：Ｔ ３ ＋ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：６ ２４ ０ （０ ２０ ．７ —２ Ｋ ７ ３． １ １７ ．８ １ １）２０ ００ ２
主 要工作 有 ：１ 用软 件展开 功 能 ，分 别将每 段 １应 壳 节 由曲面展 开成平 面 ；２ １将展 开 图另存为 ｄ ｗｇ 格 式 ，进 行尺 寸标注 。
Ｃ ＴＡ 软件 的 多截 面 功能 ，桥 接每 段断 面 ，操 作 ＡＩ 过程 中， 相邻 断面之 间选 择样 条 曲线 作 引导线 ， 在
２ １禁 止 产生 十 字焊 缝 ；３ ）避 免 焊 缝过 多 。如果
３ 结 束 语
在 大 型混流 式 水轮 机金 属蜗 壳 的设计 中 ，本
文采 用从 三维 Ｎ－ 维 的方法 ，建 立 了蜗 壳三维 模 型， 并展开 曲面 壳节 生成 了可 以描述 的平 面 图形 ，
完成 了曲面复 杂 的壳节 设计 。采 用错 边分 办法 ， 提 出了蜗 壳 的运输 分半 方案 。有 效地 解决 了蜗 壳 设计 中最 关键 的两 个 问题 ，为后 续产 品 的生产 、