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基于Solidworks轴流泵叶轮叶片的三维建模方法关键字: 轴流泵叶轮叶片曲面零件几何造型Solidworks 三维建模轴流泵叶轮叶片是一种特殊的曲面零件，这种零件的几何造型是三维建模中的重点和难点。
基于Solidworks的三维建模功能，研究了轴流泵叶轮叶片的三维建模方法，并以具体实例实现T轴流泵叶轮叶片的三维模型。
1 引言在叶轮机械的水力设计中，为了设计出性能优良的泵，目前的发展是采用正反问题相互迭代的方法，根据初步设计的泵，进行三维湍流计算，根据计算结果，修正某些几何边界，再进行流动计算，采用人机对话，反复迭代，会得到性能优良，即高效率，并满足空化条件及其它要求的泵。
近几年来，随着计算机计算能力和流体计算动力学的迅速发展，尤其是三维流动分析的使用，三维数值模拟应用越来越广。
这里基于Solidworks的三维建模功能，研究轴流泵叶轮叶片的三维建模方法。
2 基于Solidworks轴流泵叶轮叶片三维建模方法在轴流泵叶轮叶片的设计和加工中，叶片的表面是由翼型的型值点给定的。
用半径为:和r十dr的两个无限接近且与叶轮轴同轴的圆柱面截取一个微小圆柱层，取出并沿其母线切开展为平面，叶片被圆柱面截割，其截面在平面上展开就组成等距排列的一系列翼型，这一系列翼型称为平面直列叶栅。
在用平面直列叶栅理论设计轴流泵叶轮时，得到在平面上给定的型值点，如果把各型值点拟合的型值曲线直接作为半径r处的截面轮廓曲线，由此得到的叶轮叶片三维模型误差较大。
因此为了得到比较理想的三维模型，必须寻找一种好的方法。
经分析可知，如果能得到半径r处的截面，问题就解决了。
如何由翼型型值点得到半径r处的截面呢尸根据Solidworks的建模功能，研究了如下的方法:先由翼型型值点找到对应的截面在翼型展开面上的投影点，把各投影点拟合为投影曲线，然后通过一些命令就可得到轴流泵叶轮叶片的截面。
其中最关键的是找出型值点与投影点的对应关系。
下面对型值点与投影点的对应关系进行分析推导。
泵体制作1.选择正视基准面，在正视基准面上绘制直径为132的圆。
2.使用“拉伸凸台/基体”工具，选择上一步绘制的轮廓，拉伸距离为18。
3.选择上一步得到的实体的上表面为基准面，绘制直径120的圆，然后拉伸46。
4. 选择上一步得到的实体的上表面为基准面，绘制直径36的圆，然后退出草图编辑。
5.点击“参考集合体”按钮，设置基准面1，基准面1距第三步得到的实体端面距离为26。
6.正视于基准面1，在基准面1上绘制圆心与端面圆圆心共线的直径30的圆。
7.选择“放样凸台/基体”工具，设定两放样曲线为上两部所绘制的轮廓线，放样得圆台。
8.选择前视基准面，在距离中心3的地方绘制直径100的圆。
9.点击“拉伸切除”按钮，选择上一步绘制的轮廓，设置切除距离为52。
10.选择上视基准面，在基准面上绘制如图所示的轮廓图。
11.点击“旋转切除”按钮，选择上一步绘制的轮廓，旋转切除出中部的盲孔。
12.点击“参考几合体”按钮，设置基准面2，基准面2 距离右视基准面距离为70。
13.在基准面2上绘制直径32的圆。
14.选择上一步绘制的圆，点击“拉伸凸台/基体”，设置终止条件为下一个面，得到图示实体。
15.点击“镜像实体”，设置镜像面为右视基准面，镜像上一步得到的实体。
16.选择基准面2，在基准面2上绘制直径3/8in的圆。
17．选择上一步绘制的圆，点击“拉伸切除”按钮，设置切除深度为完全贯穿。
18.点击“插入-注释-装饰螺纹线”，为两个孔添加装饰螺纹线。
19.设置基准面3，距离上视基准面距离为85，并在基准面3上绘制长150宽40的矩形。
20.点击“拉伸凸台/基体”按钮，将上一步绘制的矩形拉伸15.21.选择上一步得到的实体的上表面，绘制直径18的圆。
22.点击“拉伸凸台/基体”按钮，选择上一步绘制的圆，拉伸距离为5。
23.在上一步得到的圆柱上表面上绘制直径为12的圆，然后点击“切除拉伸”按钮，终止条件为完全贯穿。
24.点击“镜像实体”，选择实体为上两步得到的实体，镜像面为右视基准面。
第三章水轮机选型水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益。
根据H、N的范围选择水轮机是水电站主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。
水轮机选型设计是水电站设计中的一项重要工作。
它不仅包括水轮机型号的选择和有关参数的确定，还应认真分析与选型设计有关的各种因素，如水轮发电机的制造、安装、运输、运行维护，电力用户的要求以及水电站枢纽布置、土建施工、工期安排等。
因此，在选型设计过程中应广泛征集水工、机电和施工等多方面的意见，列出可能的待选方案，进行各方案之间的动能经济比较和综合分析，以力求选出技术上先进可靠、经济上合理的水轮机。
第一节水轮机的标准系列一、水轮机的系列型谱我国在1974年编制了反击式水轮机暂行系列型谱，其中所列出的转轮，是经过长期实践验证在某一水头段的性能优异的转轮。
型谱中，水轮机转轮型号规定一律用比转速代号。
轴流式、混流式、ZD760型、水斗式水轮机系列型谱参数见教材。
二、水轮机转轮标称直径系列(cm)三、水轮发电机标准同步转速磁极对数3436384042444850同步转速n88.283.3797571.468.262.560四、水轮机系列应用范围图第二节水轮机选择一、水轮机选型设计的内容1.确定机组台数及单机容量2.选择水轮机型式（型号）及装置方式3.确定水轮机参数D1、n、H s、Z a；Z0、d04.绘制水轮机运转特性曲线5.确定蜗壳、尾水管的形式及其尺寸，估算水轮机的重量和价格。
6.调速器及油压装置选择7.根据选定的水轮机型式和参数，结合水轮机在结构上、材料、运行等方面的要求，拟定并向厂家提出制造任务书，最终双方共同商定机组的技术条件，作为进一步设计的依据。
二、水轮机选型设计的基本要求1.有较好的能量特性，在额定水头下能保证发出额定出力，额定水头以下的机组受阻容量小，水电站全厂机组平均效率高。
2.性能要与水电站的整体运行方式和谐一致，运行稳定，可靠灵活。
目录摘要 (3)1 前言 (4)2 水轮机选型设计 (5)水轮机台数及型号的选择 (5)初选额定工况点 (6)确定转轮直径 (6) (7)效率及单位参数修正值 (8)检验所选水轮机的实际工作区域 (9)确定导叶开度 (10)计算额定流量 (11)确定水轮机的吸出高度 (11)计算水轮机飞逸转速 (15)估算轴向水推力 (15)估算水轮机质量 (16)绘制水轮机运转综合特性曲线 (16)3 蜗壳水力设计 (20)概述 (20)蜗壳类型的选择 (21)金属蜗壳主要参数的确定 (21)金属蜗壳水力设计计算 (22)4 尾水管设计 (27)尾水管的作用及类型 (27) (28)绘制尾水管水力单线图 (28)5 水轮机导水机构运动图的绘制 (28)导水机构的作用及类型 (28)绘制导水机构运动图的目的 (29)径向式导水机构运动图的绘制 (29)6 水轮机结构设计 (33)概述 (33)转轮的结构设计 (34)导叶的结构、系列尺寸和轴颈选择 (36)导叶的传动机构 (36)导水机构的环形部件设计 (37)真空破坏阀 (38)主轴的设计 (39)轴承的结构 (40)补气装置 (41)主轴的密封 (42)7 导叶加工图的绘制 (43)8 蜗壳强度计算 (43)对金属蜗壳的受力分析 (43)编程进行强度计算 (46)9 结论 (51)总结与体会 (51)谢辞 (52)参考文献 (52)摘要本次设计是在给出仙溪水电站原始资料的情况下，为电站进行水轮机选型设计，并绘制出运转综合特性曲线。
从最大水头考虑，初步选定了HL D和HL220/A153两个转轮型号，然后从机组的运行稳定性和经240/41济性（电站开挖量）对两个转轮进行综合比较分析，最终确定出水轮机型号为220/153140--，机组台数为两台。
在此基础上，完成蜗壳及HL A LJ尾水管的水力设计及单线图的绘制、导水机构运动图的绘制、水轮机总装图的绘制、水轮机导叶零件图的绘制以及蜗壳的强度计算等设计任务。
课程设计说明书设计题目：水轮机选型学生姓名：学号：班级：完成日期：指导教师（签字）：44一、课程设计的目的和任务1、目的：通过水轮机的课程设计，将各种水轮机的性能参数整理并绘制成不同形式的曲线，它是与水轮机课程教学相辅助的一个理论学习的环节，也是课程教学中一个必不可少的环节。
通过水轮机课本章节的相关理论知识的学习后，再通过课程设计的环节以达到巩固和加强理论知识的目的，进一步培养学生独立思考、严谨工作的能力；此外，通过课程设计更进一步掌握造型、设计、参数等程序内容，提高了学生查阅资料和动手实践的能力。
2、课程设计的任务：通过所给的原始资料，根据要求明确水轮机的基本工作参数（包括水头H、流量Q、转速n、效率 、出力P、吸出高度H S、转轮直径D、水轮机型号、机组台数、装置方式等），整理并绘制成不同形式的曲线，即获得水轮机的特性曲线图。
二、电站基本参数（1）电站总装机容量： 900 MW（2）电站装机台数： 6台（3）电机容量： 150 MW（4）下游尾水位：▽80m（5）水轮机工作水头：最大工作水头(Hmax)： 81.5m最小工作水头(Hmin)： 45.5m设计工作水头(Hd)： 63.5m加全平均工作水头(Hw)： 57.8m(6) 机组运行特点：调峰（7）电站水质良好三、水轮机的简介水轮机是一种将河流中蕴藏的水能转换成旋转机械能的原动机，当水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机，将旋转机械能转换成电能。
与发电机连接成的整体称为水轮发电机组，它是水电站的主要设备部分。
水电站是借助水工建筑物和机电设备将水能转换成为电能的企业，在未来，水能资源的开发和利用将成为资源开发利用的主导能源，所以，水轮机的设计开发对我国水能资源的开发起到很大的推进作用。
水轮机大致分为两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机；反击式水轮机：转轮利用水流的压力能和动能做工的水轮机称为反击式水轮机。
其特征是：压力水流充满水轮机的整个流道，水流流经转轮叶片时，受叶片的作用面改变压力、流速的大小和方向，同时水流在转轮叶片正反面产生压力差，对转轮产生反作用力，形成旋转力矩使转轮旋转。
第三章 水轮机调节系统数学模型的建立为使水轮机调节系统具备优良的动态性能，需要运用自动控制理论对水轮机调节系统进行分析研究。
水轮机调节系统是由调速器和调节对象组成的闭环控制系统，两者相互作用、相互影响。
调节对象不仅包括水轮机和发电机，还包括水轮机的引水系统和发电机带的负荷。
为分析水轮机调节系统的动态特性，需建立各部分的数学模型。
3.1 水轮机调节系统基本概念3.1.1 水轮机调节系统任务水电厂是生产电能的场所，由于电能不能大量储存，必然要求电能的生产与消费同时进行，否则将引起电能品质指标的变化。
衡量电能质量的指标主要是频率和电压偏差。
频率偏差过大，会导致以电动机为动力的机床、纺织机械等运转不平稳，造成次品或废品，严重的会影响发电机组及电网自身的稳定运行，甚至造成电网解列或崩溃，因此，保持电力系统频率稳定相当重要。
电压过高会烧毁各种电气设备，电压过低会影响电动机的正常启动，所以，维持一定的电压水平是保证电网正常运行的前提。
为保证电能质量，电力部门对频率有着严格的要求。
我国电力部门规定频率应严格保持在50Hz ，其偏差不得超过±0.5Hz ，对于大容量系统频率偏差不得超过±0.2Hz 。
电力系统频率稳定主要取决于系统内有功功率的平衡，然而，电力系统的负荷是不断变化的，负荷的变化必然导致系统频率的变化。
水轮机调节系统的基本任务是不断调整水轮发电机组有功功率输出，以维持机组转速在规定范围内，满足发电机正常发电及电力系统安全运行的需要。
由于电力系统的负荷是不断变化的，必然导致系统频率发生变化。
水轮发电机一般是三相交流同步电机，由电机学知交流电频率和发电机转速间有以下关系60pnf =(3.1) 式中，f 为交流电频率，p 为发电机磁极对数，n 为发电机转速。
发电机磁极对数与结构有关，一般是不能改变的，可见，交流电频率与发电机转速成正比，与改变频率，只需改变发电机转速。
水轮机和发电机通过主轴连成一个整体，其转动部分可视为绕定轴转动的刚性系统，运动由下式描述t g d J M M dtω=- (3.2) 式中，J 为机组转动部分惯性力矩，ω为机组转动角速度，260nπω=，t M 为水轮机动力矩，g M 为发电机阻力矩。
毕业设计水轮机选型毕业设计及solidworks建立转轮模型任务书设计原始资料一、电站地理位置：位于华北地区。
电站所在地海拔高程约800 m 。
二、枢纽任务：发电为主。
三、总装机容量：P总=2500MW 保证出力：500MW四、水轮机工作水头最大水头Hmax=100m 平均水头Hav=90m设计水头Hr=94m 最小水头Hmin80.0任务与要求一．水轮机部分⒈水轮机型号选择。
⒉应用主要综合特性曲线初步拟订待选方案。
⒊通过初步分析比较淘汰明显不合理的方案，保留两个较好方案精选。
⒋精选过程进行两个方案的动能经济比较。
绘制运行特性曲线，进行机电设备的投资估算及土建工程比较5．确定最佳方案。
并对其进行如下计算：⑴水轮机飞逸转速；⑵轴向力；⑶导叶高程，导叶最大及最优开度；⑷蜗壳水力计算及单线图；⑸尾水管型式选择及单线图和主要剖面图的绘制；⑹对水轮机结构的特殊要求。
二、绘制水轮机的运转综合特性曲线；对发电机的型号进行选择；三、进行蜗壳，尾水管的水力计算；四、利用Solidworks建立转轮的几何模型。
五、计算书和说明书⒈分别编写设计计算书和设计说明书各一分。
⒉计算书要求计算准确，层次清晰，公式和系数选择要求正确合理并标明依据。
⒊说明书要论证充分正确，结论清楚。
书写字迹工整。
，⒋图纸要符合标准，要求选择一张用计算机绘制。
⒌说明书附英文标题与摘要。
摘要本设计着重阐述了水轮机型号的选择，电机型号的选择，及利用Solidworks建立几何模型。
水轮机选型设计部分：依据原始资料初步确定机组的台数和机型，从而形成了四种设计方案，然后对四种方案的技术参数进行计算和比较，精选出两种方案作为备选方案；同过绘制两个方案的综合运转特性曲线和等吸出高度线，进行比较后确定一个方案作为设计的最终方案，然后，算出所确定方案的蜗壳和尾水管参数。
第三部分是确定电站发电机的型号，经过第一部分的数据计算发电机各个参数，由所计算的参数进行选型。
第四部分是利用Solidworks建立几何模型。
关键词：水轮机，蜗壳，尾水管，发电机，Solidworks,几何模型。
ABSTRACTThis design emphatically expounds the model selection of hydraulic turbine generator auxiliary equipment，and use Solid works to establish the geometric models of the runner. Selection and design of turbine parts ：the original basis for the initial units to determine the number and type of Taiwan, thus the four designs, and then the four programs of technical parameters were calculated and compared. namely, the two programs as options; Drawing off with two programs integrated operating characteristic curve and such a high level of absorption lines, After comparing a program to determine the final design of the program, and then calculated by determining program scroll and a scroll parameters.The third part is to determine the generator system.Calculation of various equipment and choose the generator. The fourth part is use Solid works to establish the geometric models of the runner.Keywords: turbine, scroll, draft tube, generator, the geometric mode目录任务书 (1)摘要 (3)ABSTRACT (4)第一章绪论 (7)1.1 水轮机 (7)1.2 发电机 (7)1.3 Solidworks (8)第二章水轮机选型 (10)2.1概述 (10)2.2水轮机型号及装机台数的选择 (10)2.2.1水轮机型号的选择 (10)2.2.2水轮机装机台数的选择 (10)2.2.3初选方案的拟定 (11)2.3 各初选方案原型水轮机参数的计算 (11)2.3.1 方案一各技术参数的计算 (11)2.3.2 方案二各技术参数的计算 (14)2.3.3 方案三各技术参数的计算 (16)2.3.4 方案四各技术参数的计算 (19)2.3.5 各方案技术参数列表 (22)2.4精选方案的确定及其参数的计算 (22)2.4.1 精选方案的确定： (22)2.4.2 精选方案综合特性曲线的绘制 (22)2.4.3 投资估算 (30)2.5 蜗壳的水力计算 (33)2.5.1 蜗壳形式的确定 (33)2.5.2 金属蜗壳设计 (33)2.6尾水管的水力设计 (38)2.6.1尾水管型式的选择 (38)2.6.2 尾水管各部分尺寸的计算 (38)2.6.3 尾水管单线图 (39)第三章发电机的型号选择 (40)3.1 发电机的计算参数 (40)3.2选择发电机的型式及冷却方式 (40)3.3发电机的主要尺寸 (40)3.4发电机外形尺寸计算 (41)3.4.1平面尺寸计算 (41)3.4.2轴向尺寸计算 (42)3.5发电机重量估算 (43)3.6发电机计算结果 (43)第四章利用solidworks建立转轮模型 (45)4.1 solidworks介绍 (45)4.2 利用solidworks建立风扇零件模型 (46)4.2.1风扇下盖的建立 (46)4.2.2 风扇上盖的建立 (48)4.2.3 风扇叶片的建立 (48)4.2.4 利用solidworks建立风扇装配体模型 (49)4.3 利用solidworks建立水轮机轴流式转轮模型 (50)4.3.1转轮叶片的建立 (50)4.3.2 泄水锥的建立 (51)4.3.3 利用solidworks建立轴流式转轮装配体模型 (51)结论 (52)参考文献 (53)致谢 (54)第一章绪论1.1 水轮机水轮机是一种把河流中蕴藏的能量转换为旋转机械能的原动机。
水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机将旋转机械能转换成电能。
水轮机是将水能转换为机械能的机械，它的基本部件即对量的转换有直接的影响的过流部件，是绝大多数水轮机普遍具有的部件。
近代水轮机一般都具有四个基本过流部分，它们分别为：引导并集中水流流入转轮的饮水部分称为引水部件；使流入转轮的水具有所需的速度和大小的导向部分称为导水部件；把引入水流的水能转换为转动机械能的能量转换部分称为工作部件（转轮）；将转轮流出的水引向下游并利用其余能的泄水部分称为泄水部分。
对不同类型的水轮机，上述四个重要部件在形式上都具有各自的特点。
水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。
冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。
冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。
斜击式水轮机的结构与水斗式水轮机基本相同，只是射流方向有一个倾角，只用于小型机组。
反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。
在混流式水轮机中，水流径向进入导水机构，轴向流出转轮；在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮；在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。
在反击式水轮机中，水流充满整个转轮流道，全部叶片同时受到水流的作用，所以在同样的水头下，转轮直径小于冲击式水轮机。
它们的最高效率也高于冲击式水轮机，但当负荷变化时，水轮机的效率受到不同程度的影响。
反击式水轮机都设有尾水管，其作用是：回收转轮出口处水流的动能；把水流排向下游；当转轮的安装位置高于下游水位时，将此位能转化为压力能予以回收。
对于低水头大流量的水轮机，转轮的出口动能相对较大，尾水管的回收性能对水轮机的效率有显著影响。
1.2 发电机水轮发电机是指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。
水流经过水轮机时，将水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出。
是水电站生产电能的主要动力设备。
水轮发电机由水轮机驱动。
它的转子短粗，机组的起动、并网所需时间较短，运行调度灵活，除一般发电外，特别宜于作为调峰机组和事故备用机组。
水轮发电机组的最大容量已达80万千瓦。
水轮发电机按轴线位置可分为立式与卧式两类。
大中型机组一般采用立式布置，卧式布置通常用于小型机组和贯流式机组。
立式水轮发电机按导轴承支持方式又分为悬式和伞式两种。
伞式水轮发电机按导轴承位于上下机架的不同位置又分为普通伞式、半伞式和全伞式。
悬式水轮发电机的稳定性比伞式好，推力轴承小，损耗小，安装维护方便，但钢材耗量多。
伞式机组总高度低，可降低水电站厂房高度。
卧式水轮发电机一般用于转速大于375r/min的情况，以及一些小容量电站水轮发电机由转子、定子、机架、推力轴承、导轴承、冷却器、制动器等主要部件组成。
定子主要由机座、铁芯和绕组等部件组成。
定子铁芯用冷轧硅钢片叠成，按制造和运输条件可做成整体和分瓣结构。
水轮发电机冷却方式一般采用密闭循环空气冷却。
特大容量机组倾向于以水作为冷却介质，直接冷却定子。
如同时冷却定子和转子则为双水内冷水轮发电机组。
水轮发电机如今的发展趋势主要为提高水轮发电机的单机容量向巨型机组发展，为了提高其可靠性和耐久性，在结构上采用不少新技术。
随着发电电动机容量增大转速增高，机组的推力负荷及起动转矩也在增加。
用了磁推力轴承后，推力负荷由于加上了与重力反方向的磁吸引力，从而减少了推力轴承的荷载,减小了轴面阻力损失,降低了轴承温度和提高了机组效率，起动阻力矩也减小。
1.3 SolidworksSolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。
