基于UG的混流式水轮机叶片三维建模

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转轮是水轮机中完成能量转换的核心部件，对于混流式水轮机而言，转轮通常是由上冠、下环和-定数目的叶片组成 ，其中叶片形状最为复杂。因为叶片表面为非结构化 、空间扭曲的自由曲面，形状非常复杂ll，在利用三维软件建模时很容易出现凹凸不平的曲面，还有可能发生畸变，所以要得到光滑准确的叶片模型有较大的困难。在进行水力性能分析的过程中，叶片的不光滑性对机组的各项性能都有很大的影响。 。

目前，已经能够根据二维木模图尺寸作出光滑的叶片模型，但是其工作量较大。利用 UG与AutoCAD有良好接口的特点 ，把已有二维木模图导入 UG中进行三维建模。通过该三维造型软件特殊的处理方法对叶片进行光滑处理，得到与已有木模图吻合很好的光滑的三维模型，比以往的作图方法更为方便。

2叶片工作面、背面边框的生成2.1导入叶片木模图混流式水轮机叶片木模图-般会给出叶片的轴面投影图和等高面 Z上叶片截面图形或截线的x，y坐标，如图 1所示。图 1左边部分为叶片的轴面投影图，它是由真实叶片以转轮轴为旋转轴旋转投影到某-平面得到，而不是按照真实叶片垂直某-平面投影得到。右边部分为叶片第 i个等高面上截面图，它表示在等高 处叶片截面的外轮廓形状。在叶片越扭曲的部位，截面个数将越多以保证叶片形状的准确性。

图 1混流式水轮机转轮叶片木模图Fig.1 Wooden Patterns of Francis Runner Blade来稿日期：2012-05-27基金项目：西华大学流体及动力机械建教育部重点实验室资助(SBZDPY-11-6)作者简介：王世奎，(1986-)，男，四川内江人，在读硕士，主要研究方向：热能与动力工程(流机，水动)No.3Mar.201 3 机械设计与制造 233示。此时的样条曲线与每-个等高截面曲线都有交点，被称为类势线。利用这些曲线，可以得到与叶片木模图吻合程度很高叶片三维模型。

4整体叶片的生成叶片工作面上的类势线作好后，按照同样的方法可以做出叶片背面的类势线，在 UG里利用生成曲线网格命令很容易生成较为光滑的曲面。由于每-条类势线都与每-个等高截面曲线有交点，得到的曲面与已有的木模图有很高的吻合性。若生成曲面的光滑性不是很好，可以在已生成的曲面上布置与上次不同数目的点集(～般是比上-次的数目多)，作出条数不同的类势线，直到生成的曲面光滑程度满足要求为止。然后再分别用生成曲线网格命令生成进口、出口、上冠、下环的曲面，缝合每-个单独生成的曲面得到整体叶片，如图 7所示。

图 7最终生成的光滑叶片Fig.7 The Finaly Generated Smooth Blade5结束语(1)混流式水轮机转轮叶片形状复杂，要得到准确光滑的三维模型很困难。利用 UG的特殊处理方法，获得了较为准确光滑的三维模型。

(2)若对已有的叶片曲面光滑性不满意，可再次分别在叶片工作面和背面均匀分布与多于上次数目的点集，可得到质量更高的叶片。

(3)在得到光滑三维叶片的基础上，可以反求出更为准确的叶片木模图，为以后的数据获得提供有利条件。

(4)有了叶片的三维实体后，为混流式水轮机机组各项性能分析提供了坚实可靠地基矗