基于UG NX的汽轮机叶片三维造型研究.doc

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1、基于UGNX的汽轮机叶片三维造型研究2010-05-0511:07:32作者：admin来源:浏览次数：0网友评论0条一、前言在大型汽轮机（涡轮机）零件屮，叶片的设计是比较难的一个环节。因为一般的叶片在径向、轴向都有扭动（俗称“3D扭转叶片”）,而且这些叶片的前缘和后缘曲率变化十分剧烈。这种叶片实体是由许多曲曲构一、前言在大型汽轮机（涡轮机）零件屮，叶片的设计是比较难的一个环节。因为一般的叶片在径向、轴向都有扭动（俗称“：3D扭转叶片”），而且这些叶片的前缘和后缘曲率变化十分剧烈。这种叶片实体是由许多1111血构成，同时对于叶片的表面质量还有很高的要求。设计情况

2、如果不理想，或者设计精度不高，都会对后续的加T,以及整台汽轮机的效率、使用寿命和运行安全带来致命的煤响。因此，目前国内的企业普遍都引入了三维高端CAD/CAM/CAE软件，希望提高对于复杂产品的设计能力。Unigraphics（简称UG）是集CAD/CAE/CAM-体的三维参数化软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电了等丁业领域。主要为汽车与交通、航空航天、口用消费品、通用机械以及电了丁•业等领域通过其虚拟产品开发（VPD）的理念提供多级化的、集成的、企业级的包括软件产品与服务在内的完報的MCAD解

3、决方案。H从我公司引进UGNX以来，以其先进的理论、强大的工程背景、完善的功能和专业的技术服务深受广大T程师和专业技术人员的喜爱，并将其最人稈度的运用到实际开发、研究和生产制造屮去，使我公司的技术手段与国际水准接轨，持续提高新产品的设计周期和设计质量，并使我公司生产出高质量低成本的汽轮机成为现实，有力地参与国际化的市场竞争。二、传统设计方法60年代末，70年代初，国内绝大多数汽轮机制造厂在设计汽轮机叶片时，均采用速度三角形法，它以均匀一元流动理论作为理论基础，以平面叶栅的静吹风试验为依据，通过基木热力方程和速度二角形确定叶片参数，然麻根据热力参数，绘制叶片世线。

4、图1传统的绘图工具：图板、三角板传统叶片绘制的方法有许多种，如：保角变换法、扭曲三角形法、单锥面展开法、逐点计算法等。而这些方法不容易表示出叶片的流线形状和角度变换规律，即使能表示出叶片形状，其计算量及其繁琐，工作量也及其繁杂，并且只能描绘叶片的一元流动状况和简单的二元流动状况，不能完整的描绘实际三维流场情况，给工程研究和科研分析带来不便。三、AutoCAD的二维设计90年代，AutoCAD软件作为世界领先的设计技术登陆中国，但二维CAD仍然建立在传统的三视图表达零件的基础上，以图纸为媒介进行技术交流，仅仅完成了“甩图板”。（所谓“甩图板”，其实仅是以计算机平面

5、绘图替代手工绘图而己。）二维AutoCAD软件设计的叶片克服了手工绘图的设计误差，提高了绘图的精度。在机械行业仍然沿用传统的设计原理，但一些单付开始用计算机绘图替代手T绘图，用传统设计理论结合计算机绘图，绘出叶片、叶根型线图。按订单制造、客户化设计的工作量很大，几乎每一份合同、每一个用户均有对应的大量设计改型工作，设计效率和产品生产周期并没有得到木质上的改善。二维CAD软件设计的叶片克服了手工绘制的设计误差，提高了绘图的精度，但仍然不能完整和直观的反映叶片的复杂三维结构。图3装满叶片的汽轮机转了的图4通过Grip程序输入的云点图5使川Spline命令拟合的样条图

6、2J

7、JAutoCAD生成的二维叶片型线图纸实际产品四、基于UGNX的三维曲面造型汽轮机叶片是由多个不规则曲面组成的零件，是不能用解析方程定义这些曲更的,为了满足叶片设计的流体动力学特性要求，我们采用NURBS曲面逼近方法进行曲面造型。通常情况下对于叶片这么复杂的零件，在CAD软件的设计处理上往往不能一次成型，必须分类分区域的对曲面进行构建，然示对曲面再做详细的处理，才能达到良好的效果。1.云点输入在叶片的构建过程屮，设计人员根据空气动力学原理，得到该叶片若干个不同育径下的横截血屮的云点数据，（根据不同用途的叶片，具体数据会有所不同。）由于各截面上的三维坐标点数

8、据量较大，精度要求较高，将这些云点通过Grip程序输入。1111线2.线处理使用Spline（样条）命令，拟合样条曲线，并分析这些样条曲线的曲率梳是否光滑，是否存在曲率反向点，然后结合曲率梳对样条曲线进行详细调节。图6原始样条曲线的111!率梳图7经过调整麻的样条曲线的曲率梳1.曲面构造在调整完曲线以后,就可以构造叶片曲面了。在曲面构造中,采用FreeFromFeature（白由曲血特征）对光滑样条曲线用ThroughCurves或者Ruled方法造型。2.1111面修整一般情况下，由于数据精度问题可能造成构造出的曲面在过渡部分1山率变化剧烈,甚至出现扭曲现彖，

9、曲面质帚不是很好O^IJ