CN106339543A - 水轮机过流部件形貌修复模型构建方法 - Google Patents

水轮机过流部件形貌修复模型构建方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106339543A
CN106339543A CN201610737364.7A CN201610737364A CN106339543A CN 106339543 A CN106339543 A CN 106339543A CN 201610737364 A CN201610737364 A CN 201610737364A CN 106339543 A CN106339543 A CN 106339543A
Authority
CN
China
Prior art keywords
model
water turbine
data
flow passage
hydraulic turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610737364.7A
Other languages
English (en)
Inventor
胡桂川
胡竞
李亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Take Yunnan Hydropower New Energy Technology Engineering Co Ltd
Original Assignee
Take Yunnan Hydropower New Energy Technology Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Take Yunnan Hydropower New Energy Technology Engineering Co Ltd filed Critical Take Yunnan Hydropower New Energy Technology Engineering Co Ltd
Priority to CN201610737364.7A priority Critical patent/CN106339543A/zh
Publication of CN106339543A publication Critical patent/CN106339543A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2200/00—Indexing scheme for image data processing or generation, in general
    • G06T2200/08—Indexing scheme for image data processing or generation, in general involving all processing steps from image acquisition to 3D model generation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

水轮机过流部件是水轮发电机组的核心组件，由于过流部件形状的改变会直接导致水轮发电机组的运行稳定性降低、水力效率下降、机组功率降低，对有缺陷的过流部件的精密修复就成为水轮发电机组保障其高性能的关键因素；为了便于对水轮机过流部件破坏的修复过程进行定量、准确控制，保证修复质量，使其恢复原貌。本发明提供了一种水轮机过流部件形貌修复模型构建方法：对已有的形貌数据进行处理，得到水轮机过流部件的实际形貌三维模型；获取水轮机过流部件的理论模型；通过水轮机过流部件的实际形貌三维模型和理论模型进行比对获得水轮机过流部件的修复模型。

Description

水轮机过流部件形貌修复模型构建方法
技术领域
本发明涉及数字模型构造技术领域，具体涉及一种水轮机过流部件形貌修复模型构建方法。
背景技术
水轮机过流部件是水轮发电机组的核心组件，通常包括水轮机转轮、蜗壳、导水机构和尾水管等零部件。其主要功能是改变水流的流动状况、调节水力参数和将水流的能量转换为水轮发电机组的动能。苛刻运行环境造成水轮机过流部件磨损、裂纹、凹坑等缺陷。由于过流部件形状的改变会直接导致水轮发电机组的运行稳定性降低、水力效率下降、机组功率降低，对有缺陷的过流部件的精密修复就成为水轮发电机组保障其高性能的关键因素。
由于水轮机过流部件受冲刷、泥沙磨损和空化等破坏的随机性和不可预见性，将在其过流面形成毫无规整的破坏状况，而水轮机过流部件的表面又是极其复杂的空间曲面，在对其进行修复时，如何制定科学合理的修复方案，使得破坏部位能恢复原貌，成为了目前的技术性难题，其中关键的问题是：难于提出一个可比对和参考、又具可操作性的过流部件整体形貌修复依据。目前的实际现状是：对破坏状况基本是靠目测判断；修复过程也是全凭操作者的经验和技术水平随型实施，其修复质量也是人为主观判断。即使国家标准GBT10969《水轮机通流部件技术条件》有转轮、导叶相应检查样板的规定，但也仅仅是有限的局部部位，且在实际操作中难于准确定位，实用性差。
综上所述，现有技术中难于对水轮机过流部件破坏的修复过程进行定量、准确控制，无法保证修复质量，使其恢复原貌。
发明内容
为了便于对水轮机过流部件破坏的修复过程进行定量、准确控制，保证修复质量，使其恢复原貌。本发明提供了一种水轮机过流部件形貌修复模型构建方法。
本发明水轮机过流部件形貌修复模型构建方法是通过如下技术方案来实现的：对已有的形貌数据进行处理，得到水轮机过流部件的实际形貌三维模型；
获取水轮机过流部件的理论模型，所述理论模型包括原始设计模型或重构模型，并且，优先采用原始设计模型；
构建水轮机过流部件的修复模型，所述修复模型是通过水轮机过流部件的实际形貌三维模型和理论模型进行比对获得。
进一步的，所述水轮机过流部件的实际形貌三维模型的构建步骤如下：
1.1 获得破坏后整个转轮的形貌数据，并对形貌数据进行分析；
1.2 根据过流部件的结构特点，将形貌数据划分为多个区域；
1.3 确定每个区域的边界；
1.4 根据区域边界和形貌数据，逐个对各区域进行曲面设计；
1.5 分析设计曲面的光滑性并进行调整；
1.6 寻找设计曲面与形貌数据间的误差；
1.7 重复步骤1.4至1.6，完成水轮机过流部件的实际形貌三维模型的构建。
进一步的，所述水轮机过流部件的重构模型是指在水轮机过流部件的实际形貌三维模型基础上进行流场仿真分析和根据曲面的光滑性检查的结果，进行优化处理获得。
进一步的，所述水轮机过流部件的重构模型还可以通过以下步骤获得：
2.1对具有相同结构特征的形貌数据进行叠合；
2.2对所述叠合的形貌数据采用布尔运算获得新的形貌数据；
2.3根据步骤2.2中所述新的形貌数据采用前述水轮机过流部件的实际形貌三维模型构建步骤来构建三维模型；
2.4对步骤2.3中所述构建的三维模型进行光滑性检查并优化处理，处理后的模型即为水轮机过流部件的重构模型。
进一步的，所述形貌数据包括利用光学检测获得的数据或利用接触式检测获得的数据或利用填充方法获得的数据。
进一步的，所述光学检测获得的数据是通过光学设备进行扫描、拍照获得的数据。
进一步的，所述接触式检测获得的数据是通过接触式检测获得的坐标点数据。
进一步的，所述填充方法获得的数据是通过填充脱模获得的数据。
本发明产生的有益效果：通过建立缺损水轮机过流部件数字化模型，能够快速准确的获得破坏后的过流部件的破坏量评估，同时建立水轮机过流部件的理论模型，对缺损水轮机过流部件数字化模型与水轮机过流部件理论模型进行比对计算，得到水轮机过流部件破坏形貌修复模型，以此修复模型为基础制定的修复方案对破坏后过流部件的修复质量可控。
附图说明
图1为本发明一种水轮机过流部件形貌修复模型构建方法中转轮叶片的形貌数据图；
图2为本发明一种水轮机过流部件形貌修复模型构建方法转轮叶片工作面设计曲面图；
图3为本发明一种水轮机过流部件形貌修复模型构建方法转轮叶片曲面与点云的误差计算及分布图；
图4为本发明一种水轮机过流部件形貌修复模型构建方法缺损转轮数字化模型图。
具体实施方式
在本实施例中，以水轮机过流部件中的转轮为例，来说明水轮机过流部件形貌修复模型构建方法，具体如下：
对已有的形貌数据进行处理，得到水轮机转轮的实际形貌三维模型；
获取水轮机转轮的理论模型，所述理论模型包括原始设计模型或重构模型，并且，优先采用原始设计模型；
构建水轮机转轮的修复模型，所述修复模型是通过水轮机转轮的实际形貌三维模型和理论模型进行比对获得。
本发明水轮机过流部件形貌修复模型构建方法在具体实施时，详细步骤如下：
1、对已有的形貌数据进行处理，得到水轮机转轮的实际形貌三维模型；
1.1首先利用三维扫描技术，获得破坏后整个转轮的形貌数据；
1.2分析转轮的整体特征，根据叶片与上冠、下环链接区域的圆弧过渡，将转轮点云划分为多个形貌数据区域，其中一个区域的形貌数据图，见图1；
1.3根据划分的形貌数据区域，确定每个点云区域的边界；
1.4根据边界和各个区域的点云、设定所构建的曲面与点云间的误差，逐个对各区域进行曲面设计，设计的曲面为Bezier 曲面或NURBS曲面，对叶片的工作面设计为Bezier 曲面，见图2；
1.5分析设计的转轮曲面的光滑性，对设计的曲面，分析曲面在水平截面和轴面的相交线的曲率，寻找曲线的拐点，在拐点处，先消除该拐点，重构曲线，计算拐点至曲线的距离，如该距离小于给定的误差值（在本实施例中给定误差），则满足要求；若大于给定的误差值，则调整拐点和相邻的位置重新构造曲线，直到将需要消除的拐点位置消除，截面上的拐点表示在该处截面的曲率方向发生变化，如果拐点数目太多则截面不光滑，水流在流动过程中将在该处发生变化，从而导致水力效率损失，叶片在该处将产生气蚀、磨损等；
1.6寻找设计曲面与形貌数据间的误差，根据建立的曲面方程，计算点云上各个点至曲面的距离，将计算的距离通过图形的形式进行表示，对转轮叶片曲面与点云间的误差计算及分布见图3；
1.7重复步骤1.4至1.6，完成缺损转轮数字化模型的建立，建立的转轮模型见图4。
2、获取水轮机转轮的理论模型；
所述理论模型包括原始设计模型或重构模型，并且，优先采用原始设计模型；在本实施例中，由于无法得到转轮的原始设计模型，所以采用重构模型；水轮机转轮的重构模型是在水轮机转轮的实际形貌三维模型基础上进行流场仿真分析和根据曲面的光滑性检查的结果，进行优化处理获得水轮机转轮的理论模型。
在另一实施例中，对水轮机转轮中叶片的重构模型还可以通过以下步骤获得：
2.1对所有叶片的形貌数据进行叠合；
2.2对所述叠合的形貌数据采用布尔运算获得新的形貌数据；
2.3根据步骤2.2中所述新的形貌数据采用前述水轮机过流部件的实际形貌三维模型构建步骤来构建三维模型；
2.4对步骤2.3中所述构建的三维模型进行光滑性检查并优化处理，处理后的模型即为水轮机转轮中叶片的重构模型。
3、构建水轮机转轮的修复模型；
所述修复模型是通过水轮机转轮的实际形貌三维模型和理论模型进行比对获得，在构建好的缺损转轮数字化模型和转轮的理论模型基础上，选定转轮与主轴连接的止口圆柱面和法兰平面为基准，对两个模型作布尔运算，得到转轮破坏形貌的修复模型。
本发明通过形貌数据的处理得到水轮机转轮实际形貌三维模型，能够快速准确的获得破坏后的转轮的破坏量评估，在水轮机转轮的实际形貌三维模型基础上进行流场仿真分析和根据曲面的光滑性检查的结果，进行优化处理获得水轮机转轮的理论模型，对破坏后的转轮数字化模型与转轮理论模型进行比对计算，得到水轮机转轮破坏形貌的修复模型，以此修复模型为基础制定的修复方案对破坏后转轮的修复质量可控。
进一步的，为了扩大上述方法适用的范围，所述形貌数据包括利用光学检测获得的数据或利用接触式检测获得的数据或利用填充方法获得的数据；所述光学检测获得的数据是通过光学设备进行扫描、拍照获得的数据；所述接触式检测获得的数据是通过接触式检测获得的坐标点数据；所述填充方法获得的数据是通过填充脱模获得的数据。在本实施例中，是通过光学设备对水轮机转轮进行扫描获得的数据，通过接触式检测获得的坐标点数据及填充脱模获得的数据也能通过本方法建立水轮机转轮的修复模型。
应理解实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作任何各种改动和修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限制。

Claims (8)

1.水轮机过流部件形貌修复模型构建方法，其特征在于：
对已有的形貌数据进行处理，得到水轮机过流部件的实际形貌三维模型；
获取水轮机过流部件的理论模型，所述理论模型包括原始设计模型或重构模型，并且，优先采用原始设计模型；
构建水轮机过流部件的修复模型，所述修复模型是通过水轮机过流部件的实际形貌三维模型和理论模型进行比对获得。
2.根据权利要求1所述的水轮机过流部件形貌修复模型构建方法，其特征在于：所述水轮机过流部件的实际形貌三维模型的构建步骤如下：
2.1获得破坏后整个转轮的形貌数据，并对形貌数据进行分析；
2.2 根据过流部件的结构特点，将形貌数据划分为多个区域；
2.3 确定每个区域的边界；
2.4 根据区域边界和形貌数据，逐个对各区域进行曲面设计；
2.5 分析设计曲面的光滑性并进行调整；
2.6 寻找设计曲面与形貌数据间的误差；
2.7重复步骤2.4至2.6，完成水轮机过流部件的实际形貌三维模型的构建。
3.根据权利要求1所述的水轮机过流部件形貌修复模型构建方法，其特征在于：所述水轮机过流部件的重构模型是指在水轮机过流部件的实际形貌三维模型基础上进行流场仿真分析和根据曲面的光滑性检查的结果，进行优化处理获得。
4.根据权利要求1所述的水轮机过流部件形貌修复模型构建方法，其特征在于：所述水轮机过流部件的重构模型还可以通过以下步骤获得：
4.1对具有相同结构特征的形貌数据进行叠合；
4.2对所述叠合的形貌数据采用布尔运算获得新的形貌数据；
4.3根据步骤4.2中所述新的形貌数据采用权利要求2中所述水轮机过流部件的实际形貌三维模型的构建步骤来构建三维模型；
4.4对步骤4.3中所述构建的三维模型进行光滑性检查并优化处理，处理后的模型即为水轮机过流部件的重构模型。
5.根据权利要求1所述的水轮机过流部件形貌修复模型构建方法，其特征在于：所述形貌数据包括利用光学检测获得的数据或利用接触式检测获得的数据或利用填充方法获得的数据。
6.根据权利要求5所述的水轮机过流部件形貌修复模型构建方法，其特征在于：所述光学检测获得的数据是通过光学设备进行扫描、拍照获得的数据。
7.根据权利要求5所述的水轮机过流部件形貌修复模型构建方法，其特征在于：所述接触式检测获得的数据是通过接触式检测获得的坐标点数据。
8.根据权利要求5所述的水轮机过流部件形貌修复模型构建方法，其特征在于：所述填充方法获得的数据是通过填充脱模获得的数据。
CN201610737364.7A 2016-08-26 2016-08-26 水轮机过流部件形貌修复模型构建方法 Pending CN106339543A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610737364.7A CN106339543A (zh) 2016-08-26 2016-08-26 水轮机过流部件形貌修复模型构建方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610737364.7A CN106339543A (zh) 2016-08-26 2016-08-26 水轮机过流部件形貌修复模型构建方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106339543A true CN106339543A (zh) 2017-01-18

Family

ID=57823062

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610737364.7A Pending CN106339543A (zh) 2016-08-26 2016-08-26 水轮机过流部件形貌修复模型构建方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106339543A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107662070A (zh) * 2017-11-09 2018-02-06 四川工程职业技术学院 一种水轮机转轮自动焊接修复系统
CN110119555A (zh) * 2019-04-30 2019-08-13 南方电网调峰调频发电有限公司 一种基于三维模型指导水轮机定量化检修实现方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2026031A1 (en) * 2007-08-07 2009-02-18 United Technologies Corporation Semi-automatic reverse engineering rotor disk inspection
US7720649B2 (en) * 2007-03-20 2010-05-18 United Technologies Corporation Reverse engineering method for disk and blade attachments
CN103034751A (zh) * 2012-11-09 2013-04-10 济南大学 一种便于实现参数化的渐开线直齿锥齿轮变曲率精确修鼓方法
CN103093065A (zh) * 2013-02-20 2013-05-08 天津工业大学 一种航空发动机叶片叶尖缺失部位三维模型重建方法
CN104484507A (zh) * 2014-11-26 2015-04-01 重庆大学 一种基于逆向工程的零部件再制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7720649B2 (en) * 2007-03-20 2010-05-18 United Technologies Corporation Reverse engineering method for disk and blade attachments
EP2026031A1 (en) * 2007-08-07 2009-02-18 United Technologies Corporation Semi-automatic reverse engineering rotor disk inspection
CN103034751A (zh) * 2012-11-09 2013-04-10 济南大学 一种便于实现参数化的渐开线直齿锥齿轮变曲率精确修鼓方法
CN103093065A (zh) * 2013-02-20 2013-05-08 天津工业大学 一种航空发动机叶片叶尖缺失部位三维模型重建方法
CN104484507A (zh) * 2014-11-26 2015-04-01 重庆大学 一种基于逆向工程的零部件再制造方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李中伟等: "《面结构光三维测量技术》", 30 June 2012, 华中科技大学出版社 *
涂从刚等: "便携式三坐标测量机在水轮机叶片修复中的应用研究", 《长江科学院院报》 *
葛友华: "《CADCAM技术 第2版》", 31 August 2013 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107662070A (zh) * 2017-11-09 2018-02-06 四川工程职业技术学院 一种水轮机转轮自动焊接修复系统
CN110119555A (zh) * 2019-04-30 2019-08-13 南方电网调峰调频发电有限公司 一种基于三维模型指导水轮机定量化检修实现方法
CN110119555B (zh) * 2019-04-30 2022-12-02 南方电网调峰调频发电有限公司 一种基于三维模型指导水轮机定量化检修实现方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101641181B (zh) 修复机器组件的方法
Balduzzi et al. Critical issues in the CFD simulation of Darrieus wind turbines
CN103488832B (zh) 一种复杂曲面零件破损区域的几何修复方法
Milli et al. PADRAM: Parametric design and rapid meshing system for complex turbomachinery configurations
CN103871102B (zh) 一种基于高程点和道路轮廓面的道路三维精细建模方法
CN105426628B (zh) 一种复杂产品异构模型融合方法
CN106446343B (zh) 一种径流叶轮直纹叶片参数化型线的自动提取方法
CN109859317B (zh) 一种基于cass和catia的3dgis地形模型快速建模方法
Zivkovic et al. Reverse engineering of turbine blades kaplan’s type for small hydroelectric power station
CN108090313A (zh) 一种复杂岩石裂隙模型建模识别方法
Janjua et al. Blade profile optimization of kaplan turbine using CFD analysis
CN106339543A (zh) 水轮机过流部件形貌修复模型构建方法
CN110990923A (zh) 水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法、系统及介质
CN107886573B (zh) 一种复杂地质条件下边坡三维有限元网格生成方法
CN111806720B (zh) 一种基于翼身对接实测数据的整流蒙皮构造方法
CN111797447B (zh) 一种复杂地基混凝土坝孔道配筋方法
CN108804791B (zh) 一种适用于埋入式进气道布局的飞行器参数化方法
CN115758496A (zh) 一种面向叶片三维测量的视点规划方法及系统
CN109194050A (zh) 一种基于中心复合设计的转子结构优化方法
CN108073776B (zh) 复杂河网干支流交汇口网格绘制及江心洲网格处理方法
Mulloth et al. A high fidelity quality assessment of high pressure turbine blades using surface curvature and gradient-based adjoint
CN110009746A (zh) 反应堆燃料组件的带有边界层的六面体网格自动生成方法
Patel et al. Stitching and filling: Creating conformal faceted geometry
Wenlei et al. Establishing large-scale wind turbine blade CAD model based on reverse engineering
CN111539082B (zh) 一种水轮机叶片三维模型快速重建方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170118

RJ01 Rejection of invention patent application after publication