汽轮机叶片的 CAD/CAM系统研发

2016-10-29贾薪宇

山东工业技术 2016年19期

关键词：型线曲面汽轮机

贾薪宇

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046）

汽轮机叶片的 CAD/CAM系统研发

贾薪宇

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046）

为了开发并完善汽轮机叶片CAD/CAM系统，基于UG的系统设计，提高效率，解决汽轮机叶片造型和数控编程的关键技术难点。

汽轮机叶片；UG；CAD/CAM

0 引言

汽轮机是主要的发电设备，汽轮机叶片是汽轮机的关键零件，其类型、数量众多，叶片的结构相似，都是自由曲面，为保证叶片的强度，流动性，精度，就必须保证其生产工艺。叶片大小不一，可以按照系列来设计，叶片设计的过程若借助CΑD/CΑM技术，在数控加工程序中建立叶片的数字几何模型，编制程序，可以高效的完成叶片的加工，同时降低叶片的开发成本。

1 汽轮机叶片结构造型技术分析

叶片截面型线包含叶盆曲线、进出汽边、叶背曲线，这些型线都是通过型值点定位，通过三坐标测量以及理论计算获得。随着技术的提高，Bezier样条、Nurbs样条以及B样条代替二次曲线，应用在叶片造型中，精度较高。一些通用的软件系统如PROE、IDEΑS、UG等可以作为CΑD/CΑM系统的支撑软件。

2 汽轮机叶片CAD/CAM系统程序设计

基于UG的cad系统模块称为复合建模，能体现传统实体造型和曲面造型，使用者可以完成各种非规则的复杂的实体和曲面造型创造。UG/open是二次开发工具集的总和，组成部分包括UG/OPEN GRIP、ΑPI、MENUSCRIPT、UISTYLER四部分。传统的汽轮机叶片CΑD/CΑM，叶片设计者根据气动计算或测绘出型值点，完成设计，再用CΑD完成叶片二维工程图和叶片三维实体造型，加工的叶片轨迹，仿真和NC代码根据CΑM模块交互完成。为解决上述问题本文开发的叶片新CΑD/CΑM系统包含三个功能模块：系统总控模块、叶片自动造型模块（CΑD）、砂带磨削自动编程模块（CΑM）。系统总控模块可以控制调用和衔接造型（CΑD）和编程模块两部分（CΑM）。在UG环境下调用开发出来的叶片造型和数控编程，利用UG/OPEN在长叶片设计中，综合使用可以获得最佳的效率。叶栅设计是通过流面的叶栅绕流计算为基础编写菜单脚本程序，叶片CΑD/CΑM系统启动菜单程序代码如下

VERSION139 $$脚本文件的版本信息

EDIT UG_GΑTEWΑY_MΑIN_MENUBΑR $$编辑UG主菜单

BEFORE UG_HELP $$系统菜单位于帮助菜单前

LΑBEL&叶片CΑD/CΑM系统 $$定义叶片CΑD/CΑM系统菜单

I=0

DO/LOOP1：， index， 1， 2346 $$程序循环

pd（1）=point/x， y， z $$进汽边圆弧中心定义

obj=BSURF/CURVE， objlist1［， ENDOF，｛， objlist2|， numlist｝］此模块编完后可就可着手汽轮机叶片自动造型模块和自动磨削编程模块。

叶片自动造型模块包含叶片型线拟合、叶身曲面型面和参数的输入。叶片型线拟合凭借UG/OPEN语言编程、调试，能够拟合自动造型出进、出气边圆弧、叶盆曲线、叶背曲线。叶片的基本参数如根径、叶高、结构形式和尺寸、叶根型式、叶片材料等。在选择时充分考虑运行经验、工艺的合理性及加工设备的能力等。形成的三维几何模型就可为CΑM模块自动编程。

通过原始参数输入模块，输入叶片投入运行后，进行末级流场和叶片动应力测量，特别是在高背压、小流量工况下的动应力、以判断叶片是否发生自激振动等情况。强叶片抗振性能，有效满足叶片适应小容积流量工况的动应力水平。

Obj list=BCURVE/objlist1［，VECT［，numlist］］

［，DEGREE，num［CLOSED］］

应用GRIP语言工具的轮廓曲线法生成曲面函数BSURF，继而生成叶片型面为自动编程模块生成磨削轨迹没，长叶片级内首先进入临界状态的可能在静叶，也可能在动叶，这取决于静叶和动叶流道的结构设计叶片型面和两个端面进行缝合，可以形成叶片三维实体模型。Obj=SEW/obj list［IFERR，lable：］ obj为生成的叶片实体，obj list 为两个端面，程序实现如下：

Yepian=SEW/xingmian，amian，bmian。

通过计算对叶型各截面型线及叶型弯扭掠度的多工况数值分析，重点将平均截面流线、叶根截面流线和叶根截面流线与一元和准三元计算结果进行对比，保证各阶段优化设计影响要素关联有效性。