【摘要】水輪機CAD系統(tǒng)的這種設計，它主要是用計算機進行繪圖分析。這種水輪機CAD系統(tǒng)使用了集數(shù)據庫系統(tǒng)和水輪機計算機圖形化處理為一體的設計方法，不僅能表現(xiàn)出水輪機的流體動力、結構剛強度以及動力分析，更有其珍貴的應用價值，例如水輪機蝸殼、固定導葉、活動導葉 、轉輪、尾水管等水力機械結構設計。

【關鍵詞】水輪機；CAD技術；應用與發(fā)展

水輪機的四個主要過流部件幾何由于應用水頭和裝機容量的變化而變化，再加上現(xiàn)如今計算機的高度發(fā)展和計算機技術的廣泛應用，在設計水輪機過流部件的問題上，反問題計算和優(yōu)化的這種設計逐步走入了人們的視野。再來說說CAD，它其實是Computer Aided Design的縮寫，而CAD技術設計就是計算機輔助設計。其中心部分就是計算機輔助繪圖，這種繪圖軟件的替換了原來的手工繪圖，不僅節(jié)省了大量的時間，還實現(xiàn)了繪圖工具的一大飛躍。現(xiàn)如今的CAD技術主要應用于工程和產品設計等方面。計算機輔助繪圖只是邁出設計的一小步，應該要在此前提下將專業(yè)計算與繪圖結合起來，才能更好的實現(xiàn)設計的完整性。由此可見，這種現(xiàn)代化高速發(fā)展的新興領域其前景是非?？捎^的。而且我們國家對于水輪機CAD系統(tǒng)的應用發(fā)展，也給予了一定的重視，其中包括水輪機的初步設計、結構優(yōu)化以及有限元分析。

1.水輪機CAD系統(tǒng)的介紹

1.1水輪機系統(tǒng)的結構

自80年代后期，對于水輪機CAD技術，我們國家首先針對水輪機的初步設計、結構優(yōu)化以及有限元分析等部分做了探討。華中理工大學曾開展過“水輪機CAD圖形處理系統(tǒng)”課題，浙江大學在后一年也與杭州發(fā)電設備廠共同完成了“混流式臥軸式水輪機CAD系統(tǒng)”項目，哈爾濱電機廠等地方也舉行了水輪機CAD的展開計劃，都獲得了一定的成功。但水輪機設計存在許多復雜的地方，怎么便捷、高效率地合成繁瑣的裝配圖，以及快速得到零部件尺寸參數(shù)，一直是大家在開發(fā)這個系統(tǒng)中十分注意的地方。水輪機存在多種形式，在此篇文章中將以混流式水輪機CAD來舉例分析，便于探討。混流式水輪機包括：導水機構、轉動部分、蝸殼、尾水管裝配、調速機構、軸承座等部分，每一部分又包括很多個零件。水輪機的全套設計圖樣分總裝圖、部裝圖、分部裝圖以及零件圖。水輪機系統(tǒng)的總體結構包括尺寸參數(shù)，它是指決定零件形狀大小的變量，它是圖形生成、處理的先決條件。本系統(tǒng)不僅能夠由已有設計結果，直接輸入尺寸參數(shù)數(shù)據，還可以根據數(shù)學函數(shù)式和模型快速得到尺寸參數(shù)數(shù)據。由尺寸參數(shù)，再調節(jié)基礎圖形軟件，就能夠得到想要的圖形。再結合各割面區(qū)域定義點的坐標，識別割面輪廓，從而得到割面輪廓信息和割面線，并經零件間遮擋裁剪處理、圖線與字符干涉處理、零件尺寸標注后完成所需要的裝配圖、零件圖。

1.2關于裝配圖和零件參數(shù)處理

裝配圖在處理時必須要注意是否與圖表數(shù)據結構保持一致、零件間的遮擋、數(shù)據覆蓋以及微機內存限制等等。CAD系統(tǒng)在1M內存微機上也能很好的實現(xiàn)水輪機總裝圖的處理與輸出。而在零件尺寸參數(shù)處理這個方面上，由于每種零件都有其對應的尺寸參數(shù)，零件的每種系列規(guī)格也有其對應的尺寸數(shù)據。不同零件的尺寸參數(shù)數(shù)據生成及處理過程是大體一樣的，但產生的數(shù)學模型是不相同的。如導水機構裝配及其零部件的設計， 水輪機轉輪葉片、上冠、下環(huán)通流形狀總是由它的轉速變化所控制的，這也同時決定了導葉、項蓋、底環(huán)、控制環(huán)的布置?；炝魇剿啓C導水機構布置的設計原則就是對已有水輪機型譜規(guī)定的型號，根據規(guī)格的變化，對導水機構的形式分別歸檔。而零件結構尺寸則是由功能、作用、強度、剛度等因素決定。CAD系統(tǒng)使用了標準系列的典型參數(shù)化表格圖，創(chuàng)建起十分充足的數(shù)據和圖形庫，這樣做的目的是想使其運行更加容易，系統(tǒng)更加合理，方便以后設計出新型號規(guī)格水輪機。例如，我們在模型實驗時設計導葉時，主要依據水輪機型號，對于同一型式導葉，根據葉型相似原則，可根據數(shù)學模型來決定所設計導葉斷面尺寸，而關于導葉其它相關的尺寸，可以使用數(shù)學關系式、表格數(shù)據方法，讓計算機自動生成。

2.CAD水輪機系統(tǒng)的應用實例

將CAD技術與水輪機過流部件的優(yōu)化設計相融合，將優(yōu)化計算的結果用*.scR文件保存，再運行CAD，就能夠便捷地將計算結果繪成設計制造的各種圖形。而關于我國的水輪機CAD系統(tǒng)，不僅在給工程師和設計師在水輪機的設計方面提供了很多的靈感和方便，還大程度的節(jié)省了物質和人力資源，而且在全亞洲，甚至歐洲等地方也擁有一定的地位，已經很好的與CAE、CAM融合并為我們國家的二灘電站、三峽機組水輪機而服務。再來具體到以蝸殼為研究對象，首先將水流引入到蝸殼的引水室中，之后將其導入導水機構中，使之流入轉輪區(qū)中，最后再從尾水管中流出，這種內部水流運動，在設計轉輪的時候，最好沿著軸向均勻的流轉，其流量應在轉輪的切線方向平衡分布，最好沿著軸向均勻的流轉。而蝸殼式水輪機被稱為蝸牛的原因是它形似蝸牛殼。環(huán)量的出現(xiàn)必須由蝸殼那不斷沿面變小的斷面于導水機構前方回轉，使導水組織結構水流平衡，這是它一個很具特色的地方。蝸殼并不只有一種，根據適應水頭有40m以下機組的混凝土蝸殼和40m以上機組的高水頭金屬蝸殼。后一種金屬蝸殼所能承受的壓力顯然大于前一種，由名字我們就能得出，這也為我們在選擇蝸殼時提供了一個很好的參考依據。再來說說蝸殼是怎樣來運行CAD系統(tǒng)，說到電腦程序，無非是創(chuàng)建數(shù)據、輸入數(shù)據、繪圖然后得到結果，當然CAD系統(tǒng)也不例外，但是在輸入數(shù)據文件時應具體，例如水輪機的流量、轉輪的直徑以及導葉的長度等等，想要強調的是在使用繪圖軟件時，應要創(chuàng)建*.SCR文件類型，再用AutoCAD程序繪圖，這樣就能快速的得到想要的結果，大大的減少了時間。

結語

CAD水輪機系統(tǒng)已經得到了實際應用，由以往的傳統(tǒng)設計圖樣轉變成系統(tǒng)化產品，不同的產品參數(shù)都有不同規(guī)格的圖樣。采用數(shù)據搜蓋、輪廓自動識別、自動裁剪，以往想要得到復雜的零件圖、裝配圖，其過程是較為繁瑣的，但此系統(tǒng)使用數(shù)據搜蓋、輪廓自動識別、自動裁剪這種程序，能夠讓過程變得十分的簡單，并且將計算機輔助繪圖與水輪機設計相結合，創(chuàng)新的歸納出了水力計算、三維實。這種獨特的系統(tǒng)不僅大幅度的提升水輪機CAD設計的質量，還完美的表現(xiàn)出了水輪機的水力設計、生成零件三維實體模型和實現(xiàn)虛擬設計，恰好迎合了軟件工程的新思想，增加了它的可維護性和可擴展性，減少了開發(fā)新軟件系統(tǒng)的所需時間。

參考文獻

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