基于 UG 混流式水轮机三维结构设计与运动仿真

基于 UG 混流式水轮机三维结构设计与运动仿真

摘要

水轮机是把水流的能量转化为机械能的动力机械。早在很久以前，中国就出

现了水轮机的雏形，在各个领域都有所作用，但多数都用于提灌和驱动粮食的加

工器械。水轮机对现代社会的发展作用十分巨大，大多都是用于水电站里，作用

是驱动发电机发电。在水电站里，水从水轮机中流过，推动水轮机叶片旋转，由

主轴带动发电机发电。带动叶片旋转完之后的水由出水口流出，水的流量越大，

叶片不断地旋转，水轮机的输出功率也就越大。

本次课题选择 UG 作为画图的软件，把水轮机各个零件的三维视图建模出

来，通过装配可以更加明显的体现水轮机的整体面貌。

关键字：水轮机；三维建模；UG；装配

第一章 绪论

.1 课题的技术意义

我国可供开发的水资源量很大，年发电量居世界第一。到 2016 年，中国水

电总装机容量保持世界第一。水电作为一种获得廉价电力的能源，有许多优点。

水轮机作为水电站的核心设备，是研究的主要对象。水轮机是将水流能量转化为

旋转机械能量的动力机械。如今，现代水轮机已经发展了近百年，并且越来越完

善。它的发展状况应该是我们关心的一个重要问题。通过对它的理解，我们可以

把握它未来的研究方向。

水轮机三维建模可以更直观地了解水轮机的内部结构和运动原理。

.2 UG的概述

UG 的英文拼写是 unigraphics，它是一个 cad/cam（计算机辅助设计和计算）,

计算机辅助制造（CAPP）系统功能不弱，可以从许多方面反映出其他软件所不

能做到的。

通过 NX 绘图，设计师可以快速建立和改善复杂零件的形状。我们还可以通

过 UG 优化所有部件，包括设计工程分析和绘图工程。图形、数控编程等操作。

目前，精密仪器、模具等领域的制造。它已被广泛使用。NX 优于通用设计工具，

拥有专业的设计模块。

1

.3 课题的背景

课题所讲解的内容是 HL200-LJ 混流式水轮机的建模设计，主要包含着主轴

的建模、叶片的建模、箱盖的建模、轴承的建模、底座的建模以及负载的建模等。

.3.1 建模所要解决的主要问题

1）HL200-LJ 混流式水轮机的结构比较复杂，所以选用 UG 作为论文软件。

2）了解 HL200-LJ 混流式水轮机各个部分的结构以及其工作原理，方便之

后的零部件之间的几何约束。

3）在做完各个零部件的单独建模后，把所有零部件装配起来。

目录

摘要.........................................................................................................................I

Abstract..................................................................................................................II

目录.......................................................................................................................III

第一章 绪论..........................................................................................................1

.1 课题的技术意义 ....................................................................................1

.2 UG 的概述................................................................................................1

.3 课题的背景 ............................................................................................1

.3.1 建模所要解决的主要问题 ..........................................................1

.3.2 课毕业设计主要内容 .................................................................2

.4 本章小结 ................................................................................................2

第二章 混流式水轮机的三维建模设计..............................................................3

.1 混流式水轮机的基本结构 ....................................................................3

.2 主轴的三维建模 ....................................................................................3

.3 轴承的三维建模 ....................................................................................5

.3.1 轴承选用的理由 .........................................................................5

.3.2 轴承的三维建模 .........................................................................5

.4 叶片的三维建模 ....................................................................................6

.5 箱盖的三维建模 ....................................................................................9

.5.1 左箱盖的三维建模 ......................................................................9

.5.2 右箱盖的三维建模 ...................................................................12

.6 底座的三维建模 ..................................................................................12

.7 键的三维建模 ......................................................................................14

.8 负载的三维建模 ..................................................................................14

.9 本章小结 ..............................................................................................15

第三章 水轮机的总体装配................................................................................16

.1 主轴与叶片的安装 ..............................................................................16

.2 轴承的安装 ..........................................................................................19

.3 箱盖的安装 ..........................................................................................20

.3.1 左箱盖的安装 ...........................................................................20

.3.2 右箱盖的安装 ...........................................................................21

.4 底座的安装 ..........................................................................................23

.5 负载的安装 ..........................................................................................24

.6 本章小结 ..............................................................................................26

第四章 水轮机的运动仿真................................................................................27

.1 运动仿真设置 ......................................................................................27

.2 运动仿真演示 ......................................................................................30

.3 本章小结 ..............................................................................................30

总体与展望..........................................................................................................31

致谢......................................................................................................................32

参考文献..............................................................................................................33

附录......................................................................................................................34

参考文献

1] 濮良贵.机械设计[M].第九版．北京：高等教育出版社，2011

2] 郑源.水轮机[M].中国水利水电出版社

3] 水轮机结构分析[M].中国水利电力出版社，1994

4] 中国电力百科全书编辑委员会,中国电力出版社中国电力百科全书编辑部编.

中国电力百科全书·水力发电卷[J].北京：中国电力出版社，2001

5] 甘汉，水资源合理配置理论与实践研究[D]，中国水利水电科学研究院博士论

文，2000

6] 郝树堂，孙三祥，雷鹏帅.工程水文学[M].北京:中国铁道出版社，2009

7] 范世香，高雁.应用水文学[M].北京:中国环境科学出版社，2012