冲击式水轮机水斗三维造型.docx

高 海 军（ 哈尔滨电机厂有限责任公司， 黑龙江 哈尔滨 150040）摘 要 ：本文以一个冲击 式 （ 切击 式 ） 水轮机水斗实例造型为基础 ， 阐述了水轮机水斗的造型思路 、 方 法 及 步 骤 ， 明 确 了 造 型 中 的 难 点 及 需 要 注意的事项 使冲击式水轮机实现流体分析计算 、 强度分析及数控加工成为可能 ， 为冲击式水轮机的国产化打下基础 关 键 词 ：冲击式水轮机 ； 水斗三维造型； 分水刃造型； 切水刃造型； 应力缺口造型1 水 轮 机 水 斗 造 型 的 基 本 原 则冲 击 式 水 轮 机 是 靠 高 速 射 流 冲 向 水 轮 机 旋 转 做 功 将 水 流 动 能 转 化 为 机 械 能 的 水 力 机 械 ， 与 一 般 混 流 式 水 轮 机 相 比 ， 国 外 水 轮 机 水 斗 表 面 粗 糙 度 要 求 （ 见 图 1- a、 图 1- b） 要 远 高 于 混 流 式 叶 片 （ 见 图 1- c- IEC 60193： 1999 第 二 版 ） 的 要 求 这 就 意 味 着在 进 行 水 斗 三 维 造 型 时 首 先 应 把 保 证 真 机 与 理 论 数 据 误 差 最 小 放 在 首 位 ， 其 次 在 数 控 编 程 时 由 于 为 简 化 加 工 工 序 缩 短 加 工 时 间 又 要 求 造 型 时 在 保 证 精 度 的 前 提 下 尽 量 用 最 少 的 面 来 完 成 。

这 就 要 求 在 保 证 精 度 和 简 化 加 工 之 间 找 到 一 个 平 衡 ， 水 斗 表 面合 理 的 造 型 区 域 划 分 及 正 确 设 计 造 型 步 骤 则 成 为 水 斗 三 维 造 型 是 否 成 功 的 关 键 2 水 斗 造 型 数 据 的 前 期 处 理 及 总 体 造 型 思 路此 次 造 型 以 哈 电 生 产 的 某 切 击 式 水 轮 机 为 例 ， 水 轮 机 水 斗 形 状 如 “ 双 碗 状 ” 对 称 分 布 ， 故 只 需 完 成 水 斗 对 称 部 分 的 “ 一 只 碗 ” 即 可 由 于 原 始 理 论 数 据为 水 斗 各 个 位 置 的 二 维 断 面 尺 寸 ， 需 通 过 二 维 设 计软 件 （ I- deas） 进 行 相 应 整 理 ， 然 后 将 型 线 数 据 导 入 至 UGS NX 软 件 中 的 建 模 环 境 中 ， 按 照 各 个 断 面 型线 数 据 的 相 对 位 置 关 系 定 位检 查 工 具 检 查 样 条 是 否 光 顺 ， 如 不 满 足 精 度 要 求 需对 个 别 数 据 进 行 调 整 ， 使 之 满 足 精 度 要 求 。

然 后 把 构 建 曲 面 第 二 个 方 向 上 的 两 个 边 界 用 同 样 的 方 法 找 到 ， 最 后 完 成 第 一 区 的 曲 面 造 型 （ 如 图 4 示 ）图 4 造 型 俯 视 图 图 5 造 型 俯 视 图4 水 斗 正 面 前 部 （ I） 的 造 型由 于 第 I 区 造 型 已 经 完 成 ， 第 II 区 造 型 曲 面 的 一 个 边 界 已 经 得 到 ， 我 们 从 型 线 数 据 可 以 看 出 第 二 区 曲 面 只 有 三 个 边 界 ， 但 我 们 仍 可 用 构 建 网 格 曲 面 工 具 来 完 成 造 型 ， 只 不 过 把 其 中 一 个 边 界 简 化 为 一点 造 型 时 为 保 证 第 一 区 造 型 曲 面 与 第 二 区 的 光 滑 过 渡 ， 需 设 置 与 第 一 区 相 接 边 界 与 第 一 区 曲 面 相切 完 成 后 的 曲 面 造 型 见 附 图 55 水 斗 分 水 刃 （ III） 及 分 水 刃 前 部 （ IV） 造 型第 III 区 由 于 是 水 斗 分 水 刃 的 倒 圆 形 状 ， 外 形 比 较 简 单 ， 可 用 NX 软 件 中 构 建 曲 面 的 扫 掠 工 具 来 完 成 。

第 四 区 为 水 斗 分 水 刃 与 切 水 刃 的 交 接 处 ， 这 部 分 造 型 的 好 坏 对 水 斗 水 力 性 能 有 直 接 影 响 ， 造 型 时 精 度 的 控 制 要 给 予 高 度 关 注 ， 造 型 的 方 法 基 本 与前 几 区 一 致 ， 但 需 较 前 几 区 更 加 认 真 细 致 完 成 后 的 曲 面 造 型 见 附 图 6图 3- a 造 型 数 据 正 视 图至 相 应 的 空 间 位 置 ， 造 型 前 期 的 数 据 整 理 工 作 就 此 完 成 整 理 后 的 水 斗 数 据 见 图 3 示 水 斗 型 线 数 据 及 真 机 水 斗 外 形 （ 见 图 - 2） 对 照 分 析 我 们 知 道 ， 冲 击 式 水 轮 机 水 斗 影 响 水 力 性 能 的 关 键 部 位 在 其 分 水 刃 、 切 水 刃 及 水 斗 的 正 面 三 维造 型 时 这 些 位 置 的 精 度 控 制 要 引 起 特 别 注 意 通 过 对 水 斗 正 背 面 外 部 形 状 的 观 察图 1- a 水 斗 正 面 区 域 图 1- b 水 斗 背 面 区 域图 1- c 混 流 式 叶 片表 1 国 外 冲 击 式 水 轮 机 水 斗 内 外 表 面 各 区 域 粗 糙 度 数 据图 3- b 造 型 数 据 俯 视 图水 斗 的 中 间 部 位 外 形 比 较 平 坦 曲 率 变 化 不 大 而 切 水 刃 位 置 形 状 变 化 最 为 复 杂 ， 为 减 少 造 型 难 度 及 保 持 曲 面 之 间 的 光 滑 过 渡 ， 把 图 中 水 斗 的 正 背 面型 线 数 据 分 为 14 个 区 域 分 别 造 型 。

造 型 时 我 们 先 以 较 简 单 的 第 I 区 为 基 础 造 型 面 ， 依 次 将 与 之 相 连 接 的 其 它 表 面 完 成 ， 本 文 作 者 的 造 型 次 序 如 下 图 示（ 以 希 腊 字 母 顺 序 表 示 先 后 顺 序 ） ：图 6 造 型 俯 视 图 图 7 造 型 俯 视 图6 水 斗 背 面 中 部 （ V） 、 前 部 （ VI） 造 型由 于 水 斗 切 水 刃 部 位 对 保 证 水 轮 机 水 力 性 能 比 较 关 键 ， 切 水 刃 部 位 的 造 型 要 考 虑 到 水 斗 正 背 面 之 间 的 光 滑 过 渡 故 首 先 应 把 背 面 第 V 区 及 第 VI 区 造 型 完 成 由 于 水 斗 背 面 第 五 V 区 及 第 VI 区 与 正 面 第 I、 第 II 区 位 置 相 对 应 ， 造 型 方 法 可 参 照 第 I区 和 第 II 区 完 成 后 的 曲 面 造 型 见 附 图 77 水 斗 切 水 刃 部 位 正 （ VII） 、 背 面 （ VIII） 造 型 至 第 VI 区 水 斗 曲 面 造 型 结 束 ， 与 水 斗 切 水 刃部 位 相 连 接 的 曲 面 造 型 已 全 部 完 成 。

根 据 位 于 第 VII 区 及 VIII 区 位 置 上 的 断 面 型 线 数 据 以 及 相 邻 的 第 I 区 至 第 VI 区 水 斗 曲 面 的 边 界 位 置 ， 同 样 运用 NX 软 件 中 的 构 建 网 格 曲 面 工 具 ， 完 成 切 水 刃 部 位 的 正 背 面 造 型 切 水 刃 部 位 的 造 型 是 整 个 水 斗 造 型 的 难 点 ， 由 于 与 之 相 连 的 其 它 位 置 的 造 型 都 已 完 成 ， 这 就 要 求 该 位 置 的 造 型 与 周 围 相 连 的 曲 面 要 保 证 光 滑 过 渡 才 能 保 证 水 斗 的 水 力 性 能 由 于 与 之 相图 2- a 水 斗 正 面图 3- c 造 型 数 据 左 视 图3 水 斗 正 面 底 部 （ ） 的 造 型由 于 第 I 区 数 据 较 为 完 整 ， 可 以 用 NX 软 件 中 的 构 建 网 格 曲 面 工 具 来 完 成 造 型 方 法 基 本 为 先 将 点 数 据 用 NX 软 件 中 的 样 条 命 令 连 接 起 来 ， 然 后 用图 2- b 水 斗 背 面中国新技术新产品 - 93 -： ： /Zone I ：： ：：： ：： ： ： ：2009 NO.4 China New Technologies and Products 工 业 技 术一 汽 － 大 众 发 动 机 缸 体 质 量 影 响 因 素 的 分 析张 爽 1，2（ 1、 青岛科技大学 机电工程学院 ， 山东 青岛 266061 2、 北华大学 机械工程学院， 吉林 吉林 132021）摘 要 ：本 文 通 过 对 一 汽 大 众 汽 车 有 限 公 司 的 发 动 机 缸 体 生 产 质 量 缺 陷 类 型 及 数 目 原 始 数 据 的 研 究 ， 分 析 影 响 缸 体 质 量 的 因 素 ， 预 防 质 量缺陷的产生 ， 降低企业的生产成本 ， 提高企业的产品合格率和生产效益 。

关 键 词 ：层次分析法 ； 质量 ； 缸体1 引言本 论 文 的 数 据 主 要 是 一 汽 大 众 针 对 缸 体 生 产 产 生 的 质 量 缺 陷 进 行 的 检 验 统 计 数 据 ， 表 1 展示了某一个月 缸 体 （ 零 件 号 ： 06A103011C/D/E/ K/G） 内部缺陷的统计数据：表 1 缸体内部缺陷统计数据W＝ {0.1298， 0.1784， 0.2822， 0.0843， 0.3252}2.3 依 次 计 算 其 他 层 次 的 各类指标的相对权重WB1 ＝ 0.0946， WB2 ＝ 0.0451，WB3 ＝ 0.2289， WB4 ＝ 0.4845， WB5 ＝0.146WC1 ＝ 0.6333， WC2 ＝ 0.1062，WC3＝ 0.2605WD1 ＝ 0.1219， WD2 ＝ 0.0569，WD3＝ 0.5579， WD4=0.2633WE1＝ 0.7500， WE1＝ 0.2500WF1 ＝ 0.2605， WF2 ＝ 0.1062，WF3＝ 0.63333 确 定 各 因 素 指 标 的 综 合 权重依 据 各 指 标 的 从 属 关 系 ，第 一 层 指 标 的 综 合 权 重 就 是 其 相 对 权 重 ， 第 二 层 指 标 的 综 合 权 重 需 采 取 权 重 乘 积 的 方 式 ， 通 过 两 个 相 对 权重 的 乘 积 确 定 指 标 相 对 于 总 目 标 的 综 合 权 重 。

如表 2 所示： 本 文 的 分 析 结 果 可 以 作 为 企 业 改 进 缸 体 质量 的 依 据 或 参 考 ， 是 加 强 企 业 质 量 管 理 ， 提 高 生 产 效 益 ， 提 升 企 业 竞 争 能 力 的 重 要 前 提 ， 对 企 业的进一步发展壮大具有重要的现实意义 参 考 文 献 [1]岑 咏 霆 .质 量 管 理 教 程 .[M].上 海 ： 复 旦 大 学 出 版社， 2005[2]韩 之 俊 ， 许 前 .质 量 管 理 .[M]. 北 京 ： 科 学 出 版 社， 2003 [3]李 晓 春 ， 曾 瑶 等 .质 量 管 理 学 .[M].北 京 ： 北 京 邮 电大学出版社， 20022 层次分析法分析各因素权重本 文 在 文 献 调 研 的 基 础 上。