水轮机过流部件形貌修复模型构建方法技术

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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字模型构造
，具体涉及一种水轮机过流部件形貌修复模型构建方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
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。本专利技术提供了一种水轮机过流部件形貌修复模型构建方法。本专利技术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。本专利技术产生的有益效果：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为本专利技术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为本专利技术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为本专利技术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为本专利技术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。本专利技术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，选定转轮与本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡桂川，胡竞，李亮，
申请(专利权)人：云南能投水电新能源技术工程有限公司，胡桂川，
类型：发明
国别省市：云南;53