[go: up one dir, main page]

CN113868796B - 一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法 - Google Patents

一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113868796B
CN113868796B CN202111140494.XA CN202111140494A CN113868796B CN 113868796 B CN113868796 B CN 113868796B CN 202111140494 A CN202111140494 A CN 202111140494A CN 113868796 B CN113868796 B CN 113868796B
Authority
CN
China
Prior art keywords
water bucket
transition
function
curved surface
surface parameter
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.)
Active
Application number
CN202111140494.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113868796A (zh
Inventor
李任飞
覃大清
刘永新
王茜芸
夏溢
许义群
张春
柏勇
李树林
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.)
Harbin Electric Machinery Co Ltd
China Huaneng Group Co Ltd
Original Assignee
Harbin Electric Machinery Co Ltd
China Huaneng Group 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 Harbin Electric Machinery Co Ltd, China Huaneng Group Co Ltd filed Critical Harbin Electric Machinery Co Ltd
Priority to CN202111140494.XA priority Critical patent/CN113868796B/zh
Publication of CN113868796A publication Critical patent/CN113868796A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113868796B publication Critical patent/CN113868796B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/15—Correlation function computation including computation of convolution operations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/16—Matrix or vector computation, e.g. matrix-matrix or matrix-vector multiplication, matrix factorization
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

本发明公开一种冲击式水轮机水斗根部过渡的自适应方法，本发明将水斗正面分为正面主体区域和正面过渡区域，将水斗背面分为背面主体区域和背面过渡区域，需要对水斗进行单独的几何变换时，采用本发明算法对正面主体区域、正面过渡区域、背面主体区域和背面过渡区域的曲面参数函数采用不同的变换算法，保证水斗主体实现需要的几何变换，同时相邻水斗根部实现自适应光滑过渡，提高设计工作效率。

Description

一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法
技术领域
本发明涉及一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法，可用于对冲击式水斗进行几何变换时，保证相邻水斗根部自适应光滑过渡。
背景技术
冲击式水轮机在高水头电站中应用比较普遍，并且单机容量不断增加。作为冲击式水轮机的核心部件，冲击式水轮机的转轮即水斗式转轮的性能至关重要，在冲击式转轮设计中，经常需要对水斗进行单独的几何变换，在进行水斗几何变换时，每个水斗都有相应的基准点，不同水斗的变换基准点是不同时，这样进行水斗变换后，原本根部光滑过渡连接的相邻水斗在变换后根部连接或存在干涉现象，或出现缺肉现象，需要对变换后的水斗根部曲面反复修正才能达到光滑过渡的目的。
发明内容
本发明通过水斗根部过渡自适应算法，对水斗主体和水斗根部过渡区采用不同的变换算法，实现水斗几何变换时水斗根部的自适应光滑过渡，提高设计工作效率，本发明的技术方案为：
步骤一：以冲击式水轮机转轮上的任意水斗作为水斗根部过渡计算的基础水斗，与基础水斗背面相连的水斗为前一水斗，与基础水斗正面相连的水斗为后一水斗，所有水斗几何全等，将所有水斗正面分为正面本体区域和正面过渡区域，将所有水斗背面分为背面本体区域和背面过渡区域，其中正面本体区域与正面过渡区域有共同的边界线正面分型线，并一阶导数连续，背面主体区域与背面过渡区域有共同的边界线背面分型线，并一阶导数连续，基础水斗的正面过渡区域与后一水斗的背面过渡区域有共同的边界线正背面分型线，并一阶导数连续，基础水斗的背面过渡区域与前一水斗的正面过渡区域有共同的边界线正背面分型线，并一阶导数连续；
步骤二：以转轮的转动中心线与转轮对称面的交点为转轮的整体坐标系原点，以转轮的转动中心线为转轮的整体坐标系的z轴，以转轮对称面上的过坐标原点的一条指定直线为x轴，以z轴与x轴的矢量积为y轴，建立转轮的整体坐标系；
步骤三：确定转轮上每个水斗变换计算的基准点，每个水斗的基准点与相应水斗的位置关系几何全等，基础水斗的基准点在转轮的整体坐标系中的坐标为(x0,y0,z0)，简记为将转轮的整体坐标系平移到基础水斗的基准点，产生新的坐标系为基础水斗的贴体坐标系，转轮的整体坐标系转换到基础水斗的贴体坐标系的公式为/>其中/>为任意空间点在贴体坐标系中的坐标(xt,yt,zt)，/>为相应空间点在整体坐标系中的坐标(x,y,z)；
步骤四：在转轮的整体坐标系中基础水斗到前一水斗的旋转角度为对应的变换矩阵为A；
步骤五：在基础水斗的贴体坐标系下建立正面本体区域的曲面参数函数(fpx(u,v),fpy(u,v),fpz(u,v))，简记为正面过渡区域的曲面参数函数(fprx(u,v),fpry(u,v),fprz(u,v))，简记为/>背面本体区域的曲面参数函数(fsx(u,v),fsy(u,v),fsz(u,v))，简记为/>背面过渡区域的曲面参数函数(fsrx(u,v),fsry(u,v),fsrz(u,v))，简记为/>以上各曲面函数的(u,v)参数变化范围为[0,1]×[0,1]，正面本体区域的曲面参数函数/>在u＝1时对应正面分型线，正面过渡区域的曲面参数函数/>在u＝0时对应正面分型线，在u＝1时对应基础水斗与后一水斗的正背面分型线，背面本体区域的曲面参数函数/>在u＝1时对应背面分型线，背面过渡区域的曲面参数函数/>在u＝0时对应背面分型线，在u＝1时对应基础水斗与前一水斗的正背面分型线；
步骤六：当需要对水斗主体按比例系数k进行缩放，并保证相邻水斗的水斗根部光滑过渡连接时，在转轮的整体坐标系建立新的正背面分型线函数(Tx(v),Ty(v),Tz(v))，简记为在贴体坐标系建立正面过渡权函数wp(u)和背面过渡权函数ws(u)，再在基础水斗的贴体坐标系分别对正面本体区域的曲面参数函数/>正面过渡区域的曲面参数函数/>背面本体区域(11)的曲面参数函数/>和背面过渡区域的曲面参数函数/>进行下列变换：
其中为变换后的正面本体区域的曲面参数函数(Fpx(u,v),Fpy(u,v),Fpz(u,v))，/>为变换后的背面本体区域的曲面参数函数(Fsx(u,v),Fsy(u,v),Fsz(u,v))，为变换后的正面过渡区域的曲面参数函数(Fprx(u,v),Fpry(u,v),Fprz(u,v))，为变换后的正面过渡区域的曲面参数函数(Fsrx(u,v),Fsry(u,v),Fsrz(u,v))；
这样就完成了水斗主体按比例系数k缩放时水斗根部的自适应过渡计算；
步骤七：当需要在转轮的整体坐标系中将基础水斗到前一水斗的旋转角度由调整为/>时，求解/>对应的变换矩阵为B，建立正面过渡权函数wp(u)和背面过渡权函数ws(u)，在转轮的整体坐标系建立新的正背面分型线函数(Tx(v),Ty(v),Tz(v))，简记为/>并在基础水斗的贴体坐标系分别对正面过渡区域的曲面参数函数/>背面过渡区域的曲面参数函数/>进行下列变换：
其中为变换后的正面过渡区域的曲面参数函数(Fprx(u,v),Fpry(u,v),Fprz(u,v))，/>为变换后的正面过渡区域的曲面参数函数(Fsrx(u,v),Fsry(u,v),Fsrz(u,v))；
这样就完成了基础水斗到前一水斗的旋转角度由调整为/>时水斗根部的自适应过渡计算；
步骤八：当需要对水斗主体按比例系数k进行缩放，同时将基础水斗到前一水斗的旋转角度由调整为/>时，求解/>对应的变换矩阵为B，在转轮的整体坐标系建立临时正背面分型线函数/>新的正背面分型线函数(Tx(v),Ty(v),Tz(v))，简记为/>并在基础水斗(4)的贴体坐标系下建立正面比例过渡权函数wkp(u)、背面比例过渡权函数wks(u)、正面旋转过渡权函数wrp(u)和背面旋转过渡权函数wrs(u)，并在基础水斗的贴体坐标系分别对正面本体区域的曲面参数函数/>正面过渡区域的曲面参数函数/>背面本体区域的曲面参数函数/>和背面过渡区域的曲面参数函数/>进行下列变换：
其中为变换后的正面本体区域的曲面参数函数(Fpx(u,v),Fpy(u,v),Fpz(u,v))，/>为变换后的背面本体区域的曲面参数函数(Fsx(u,v),Fsy(u,v),Fsz(u,v))，为变换后的正面过渡区域的曲面参数函数(Fprx(u,v),Fpry(u,v),Fprz(u,v))，为变换后的正面过渡区域的曲面参数函数(Fsrx(u,v),Fsry(u,v),Fsrz(u,v))；
以上完成水斗主体按比例系数k进行缩放，同时将基础水斗到前一水斗的旋转角度由调整为/>时的水斗根部的自适应过渡计算。
在上述一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法中，所述步骤一中的将所有水斗正面分为正面本体区域和正面过渡区域，将所有水斗背面分为背面本体区域和背面过渡区域，其中正面本体区域与正面过渡区域有共同的边界线正面分型线，并一阶导数连续，背面主体区域与背面过渡区域有共同的边界线背面分型线，并一阶导数连续，基础水斗的正面过渡区域与后一水斗的背面过渡区域有共同的边界线正背面分型线，并一阶导数连续，基础水斗的背面过渡区域与前一水斗的正面过渡区域有共同的边界线正背面分型线，并一阶导数连续。
在上述一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法中，所述步骤五中的在基础水斗的贴体坐标系下建立正面本体区域的曲面参数函数(fpx(u,v),fpy(u,v),fpz(u,v))，简记为正面过渡区域的曲面参数函数(fprx(u,v),fpry(u,v),fprz(u,v))，简记为背面本体区域的曲面参数函数(fsx(u,v),fsy(u,v),fsz(u,v))，简记为/>背面过渡区域的曲面参数函数(fsrx(u,v),fsry(u,v),fsrz(u,v))，简记为/>以上各曲面函数的(u,v)参数变化范围为[0,1]×[0,1]，正面本体区域的曲面参数函数/>在u＝1时对应正面分型线，正面过渡区域的曲面参数函数/>在u＝0时对应正面分型线，在u＝1时对应基础水斗与后一水斗的正背面分型线，背面本体区域的曲面参数函数在u＝1时对应背面分型线，背面过渡区域的曲面参数函数/>在u＝0时对应背面分型线，在u＝1时对应基础水斗与前一水斗的正背面分型线。
在上述一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法中，所述步骤六中的当需要对水斗主体按比例系数k进行缩放，并保证相邻水斗的水斗根部光滑过渡连接时，在转轮的整体坐标系建立新的正背面分型线函数(Tx(v),Ty(v),Tz(v))，简记为在贴体坐标系建立正面过渡权函数wp(u)和背面过渡权函数ws(u)，再在基础水斗的贴体坐标系分别对正面本体区域的曲面参数函数/>正面过渡区域的曲面参数函数/>背面本体区域的曲面参数函数/>和背面过渡区域的曲面参数函数/>进行下列变换：
其中为变换后的正面本体区域的曲面参数函数(Fpx(u,v),Fpy(u,v),Fpz(u,v))，/>为变换后的背面本体区域的曲面参数函数(Fsx(u,v),Fsy(u,v),Fsz(u,v))，为变换后的正面过渡区域的曲面参数函数(Fprx(u,v),Fpry(u,v),Fprz(u,v))，为变换后的正面过渡区域的曲面参数函数(Fsrx(u,v),Fsry(u,v),Fsrz(u,v))。
在上述一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法中，所述步骤七中的当需要在转轮的整体坐标系中将基础水斗到前一水斗的旋转角度由调整为/>时，求解/>对应的变换矩阵为B，建立正面过渡权函数wp(u)和背面过渡权函数ws(u)，在转轮的整体坐标系建立新的正背面分型线函数(Tx(v),Ty(v),Tz(v))，简记为/>并在基础水斗的贴体坐标系分别对正面过渡区域的曲面参数函数/>背面过渡区域的曲面参数函数/>进行下列变换：
其中为变换后的正面过渡区域的曲面参数函数(Fprx(u,v),Fpry(u,v),Fprz(u,v))，/>为变换后的正面过渡区域的曲面参数函数(Fsrx(u,v),Fsry(u,v),Fsrz(u,v))。
在上述一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法中，所述步骤八中的当需要对水斗主体按比例系数k进行缩放，同时将基础水斗到前一水斗的旋转角度由调整为/>时，求解/>对应的变换矩阵为B，在转轮的整体坐标系建立临时正背面分型线函数/>新的正背面分型线函数(Tx(v),Ty(v),Tz(v))，简记为/>并在基础水斗的贴体坐标系下建立正面比例过渡权函数wkp(u)、背面比例过渡权函数wks(u)、正面旋转过渡权函数wrp(u)和背面旋转过渡权函数wrs(u)，并在基础水斗的贴体坐标系分别对正面本体区域的曲面参数函数/>正面过渡区域的曲面参数函数/>背面本体区域的曲面参数函数和背面过渡区域的曲面参数函数/>进行下列变换：
其中为变换后的正面本体区域的曲面参数函数(Fpx(u,v),Fpy(u,v),Fpz(u,v))，/>为变换后的背面本体区域的曲面参数函数(Fsx(u,v),Fsy(u,v),Fsz(u,v))，为变换后的正面过渡区域的曲面参数函数(Fprx(u,v),Fpry(u,v),Fprz(u,v))，为变换后的正面过渡区域的曲面参数函数(Fsrx(u,v),Fsry(u,v),Fsrz(u,v))。
附图说明
图1为冲击式水轮机转轮俯视图。
图2为冲击式水轮机转轮侧视图。
图3为冲击式水轮机转轮水斗侧视图。
图4为冲击式水轮机转轮水斗俯视图。
图5为冲击式水轮机转轮水斗三维造型图。
图6为冲击式水轮机转轮坐标示意图。
附图中标记说明：
1-冲击式水轮机转轮；2-水斗；3-水斗根部；4-基础水斗
5-前一水斗；6-后一水斗；7-正面；8-背面；9-正面本体区域；10-正面过渡区域：11-背面本体区域；12-背面过渡区域；13-正面分型线；14-背面分型线；15-正背面分型线；16-转动中心线；17-转轮对称面；18-整体坐标系原点；19.-整体坐标系；20-基准点；21-贴体坐标系
本发明的有益效果是：
在冲击式转轮设计中，经常需要对水斗进行单独的几何变换，而水斗变换后，相邻水斗的根部连接或存在干涉现象，或出现缺肉现象，需要对水斗根部曲面反复修正才能达到光滑过渡。而本发明将水斗正背面分为水斗主体区域和水斗过渡区，对水斗主体和水斗根部过渡区采用不同的变换算法，保证水斗主体实现需要的几何变换，同时相邻水斗根部实现自适应光滑过渡，提高设计工作效率。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
步骤一：如图1、图3、图4、图5所示，以冲击式水轮机转轮1上的任意水斗2作为水斗根部3过渡计算的基础水斗4，与基础水斗4背面8相连的水斗2为前一水斗5，与基础水斗4正面7相连的水斗2为后一水斗6，所有水斗2几何全等，将所有水斗2正面7分为正面本体区域9和正面过渡区域10，将所有水斗2背面8分为背面本体区域11和背面过渡区域12，其中正面本体区域9与正面过渡区域10有共同的边界线正面分型线13，并一阶导数连续，背面主体区域11与背面过渡区域12有共同的边界线背面分型线14，并一阶导数连续，基础水斗4的正面过渡区域10与后一水斗6的背面过渡区域12有共同的边界线正背面分型线15，并一阶导数连续，基础水斗4的背面过渡区域12与前一水斗5的正面过渡区域10有共同的边界线正背面分型线15，并一阶导数连续；本步骤将水斗正背面分为不同区域的作用是为了在后面的变换中，对不同区域采用不同的变换公式，从而保证相邻水斗根部光滑过渡；
步骤二：如图2、图6所示，以转轮1的转动中心线16与转轮对称面17的交点为转轮1的整体坐标系原点18，以转轮1的转动中心线16为转轮1的整体坐标系的z轴，以转轮对称面18上的过坐标原点18的一条指定直线为x轴，以z轴与x轴的矢量积为y轴，建立转轮1的整体坐标系19；本步骤建立整体坐标系19的作用是用于后面建立基础水斗4到前一水斗5的变换矩阵为A
步骤三：如图1、图5、图6所示，确定转轮1上每个水斗2变换计算的基准点20，每个水斗的基准点20与相应水斗2的位置关系几何全等，基础水斗4的基准点20在转轮1的整体坐标系19中的坐标为(x0,y0,z0)，简记为将转轮1的整体坐标系19平移到基础水斗4的基准点20，产生新的坐标系为基础水斗4的贴体坐标系21，转轮1的整体坐标系19转换到基础水斗4的贴体坐标系21的公式为/>其中/>为任意空间点在贴体坐标系21中的坐标(xt,yt,zt)，/>为相应空间点在整体坐标系19中的坐标(x,y,z)；本步骤建立整体坐标系21的作用是用于在后面进行水斗的几何变换；
步骤四：如图1、图5、图6所示，在转轮1的整体坐标系19中基础水斗4到前一水斗5的旋转角度为对应的变换矩阵为A；本步骤确定变换矩阵A用于在后面进行水斗的几何变换；
步骤五：如图5、图6所示，在基础水斗4的贴体坐标系21下建立正面本体区域9的曲面参数函数(fpx(u,v),fpy(u,v),fpz(u,v))，简记为正面过渡区域10的曲面参数函数(fprx(u,v),fpry(u,v),fprz(u,v))，简记为/>背面本体区域11的曲面参数函数(fsx(u,v),fsy(u,v),fsz(u,v))，简记为/>背面过渡区域12的曲面参数函数(fsrx(u,v),fsry(u,v),fsrz(u,v))，简记为/>以上各曲面函数的(u,v)参数变化范围为[0,1]×[0,1]，正面本体区域9的曲面参数函数/>在u＝1时对应正面分型线13，正面过渡区域10的曲面参数函数/>在u＝0时对应正面分型线13，在u＝1时对应基础水斗4与后一水斗6的正背面分型线15，背面本体区域11的曲面参数函数/>在u＝1时对应背面分型线14，背面过渡区域12的曲面参数函数/>在u＝0时对应背面分型线14，在u＝1时对应基础水斗4与前一水斗5的正背面分型线15；本步骤建立水斗各区域的曲面参数函数，用于在后面进行水斗的几何变换；
步骤六：如图1、图5、图6所示，当需要对水斗2主体按比例系数k进行缩放，并保证相邻水斗2的水斗根部3光滑过渡连接时，在转轮1的整体坐标系建立新的正背面分型线15函数(Tx(v),Ty(v),Tz(v))，简记为在贴体坐标系21建立正面过渡权函数wp(u)和背面过渡权函数ws(u)，再在基础水斗4的贴体坐标系21分别对正面本体区域9的曲面参数函数/>正面过渡区域10的曲面参数函数/>背面本体区域11的曲面参数函数和背面过渡区域12的曲面参数函数/>进行下列变换：
其中为变换后的正面本体区域9的曲面参数函数(Fpx(u,v),Fpy(u,v),Fpz(u,v))，/>为变换后的背面本体区域11的曲面参数函数(Fsx(u,v),Fsy(u,v),Fsz(u,v))，/>为变换后的正面过渡区域10的曲面参数函数(Fprx(u,v),Fpry(u,v),Fprz(u,v))，/>为变换后的正面过渡区域12的曲面参数函数(Fsrx(u,v),Fsry(u,v),Fsrz(u,v))；
这样就完成了水斗2主体按比例系数k缩放时水斗根部3的自适应过渡计算；
通过本步骤的方法对基础水斗4的正面本体区域9、正面过渡区域10、背面本体区域11和背面过渡区域12的曲面参数函数采用各自相应的变换公式进行变换，实现了水斗4的正面本体区域9、正面过渡区域10保持一阶导数连续，背面本体区域11和背面过渡区域12保持一阶导数连续，并保证水斗2与相邻水斗根部3一阶导数连续，实现了对主体按比例系数k进行缩放时，相邻的水斗根部3光滑过渡；
步骤七：如图1、图5、图6所示，当需要在转轮1的整体坐标系中将基础水斗4到前一水斗5的旋转角度由调整为/>时，求解/>对应的变换矩阵为B，建立正面过渡权函数wp(u)和背面过渡权函数ws(u)，在转轮1的整体坐标系建立新的正背面分型线15函数(Tx(v),Ty(v),Tz(v))，简记为/>并在基础水斗4的贴体坐标系分别对正面过渡区域10的曲面参数函数/>背面过渡区域(12)的曲面参数函数/>进行下列变换：
其中为变换后的正面过渡区域10的曲面参数函数(Fprx(u,v),Fpry(u,v),Fprz(u,v))，/>为变换后的正面过渡区域12的曲面参数函数(Fsrx(u,v),Fsry(u,v),Fsrz(u,v))；
这样就完成了基础水斗4到前一水斗5的旋转角度由调整为/>时水斗根部3的自适应过渡计算；
通过本步骤的方法对基础水斗4的正面过渡区域10和背面过渡区域12的曲面参数函数采用各自相应的变换公式进行变换，实现了水斗4的正面本体区域9、正面过渡区域10保持一阶导数连续，背面本体区域11和背面过渡区域12保持一阶导数连续，并保证水斗2与相邻水斗根部3一阶导数连续，实现基础水斗4到前一水斗5的旋转角度由调整为/>时，相邻的水斗根部3光滑过渡；
步骤八：如图1、图5、图6所示，当需要对水斗2主体按比例系数k进行缩放，同时将基础水斗4到前一水斗5的旋转角度由调整为/>时，求解/>对应的变换矩阵为B，在转轮1的整体坐标系建立临时正背面分型线15函数/>新的正背面分型线15函数(Tx(v),Ty(v),Tz(v))，简记为/>并在基础水斗4的贴体坐标系下建立正面比例过渡权函数wkp(u)、背面比例过渡权函数wks(u)、正面旋转过渡权函数wrp(u)和背面旋转过渡权函数wrs(u)，并在基础水斗4的贴体坐标系分别对正面本体区域9的曲面参数函数/>正面过渡区域10的曲面参数函数/>背面本体区域11的曲面参数函数/>和背面过渡区域12的曲面参数函数/>进行下列变换：
其中为变换后的正面本体区域9的曲面参数函数(Fpx(u,v),Fpy(u,v),Fpz(u,v))，/>为变换后的背面本体区域11的曲面参数函数(Fsx(u,v),Fsy(u,v),Fsz(u,v))，/>为变换后的正面过渡区域10的曲面参数函数(Fprx(u,v),Fpry(u,v),Fprz(u,v))，/>为变换后的正面过渡区域12的曲面参数函数(Fsrx(u,v),Fsry(u,v),Fsrz(u,v))；
以上完成水斗2主体按比例系数k进行缩放，同时将基础水斗4到前一水斗5的旋转角度由调整为/>时的水斗根部3的自适应过渡计算。
通过本步骤的方法对基础水斗4的正面本体区域9、正面过渡区域10、背面本体区域11和背面过渡区域12的曲面参数函数采用各自相应的变换公式进行变换，实现了水斗4的正面本体区域9、正面过渡区域10保持一阶导数连续，背面本体区域11和背面过渡区域12保持一阶导数连续，并保证水斗2与相邻水斗根部3一阶导数连续，实现了对主体按比例系数k进行缩放时，同时将基础水斗4到前一水斗5的旋转角度由调整为/>时，相邻的水斗根部3光滑过渡。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当理解：将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案可以组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法，其特征包括如下步骤：
步骤一：以冲击式水轮机转轮(1)上的任意水斗(2)作为水斗根部(3)过渡计算的基础水斗(4)，与基础水斗(4)背面(8)相连的水斗(2)为前一水斗(5)，与基础水斗(4)正面(7)相连的水斗(2)为后一水斗(6)，所有水斗(2)几何全等，将所有水斗(2)正面(7)分为正面本体区域(9)和正面过渡区域(10)，将所有水斗(2)背面(8)分为背面本体区域(11)和背面过渡区域(12)，其中正面本体区域(9)与正面过渡区域(10)有共同的边界线正面分型线(13)，并一阶导数连续，背面主体区域(11)与背面过渡区域(12)有共同的边界线背面分型线(14)，并一阶导数连续，基础水斗(4)的正面过渡区域(10)与后一水斗(6)的背面过渡区域(12)有共同的边界线正背面分型线(15)，并一阶导数连续，基础水斗(4)的背面过渡区域(12)与前一水斗(5)的正面过渡区域(10)有共同的边界线正背面分型线(15)，并一阶导数连续；
步骤二：以转轮(1)的转动中心线(16)与转轮对称面(17)的交点为转轮(1)的整体坐标系原点(18)，以转轮(1)的转动中心线(16)为转轮(1)的整体坐标系的z轴，以转轮对称面(18)上的过坐标原点(18)的一条指定直线为x轴，以z轴与x轴的矢量积为y轴，建立转轮(1)的整体坐标系(19)；
步骤三：确定转轮(1)上每个水斗(2)变换计算的基准点(20)，每个水斗的基准点(20)与相应水斗(2)的位置关系几何全等，基础水斗(4)的基准点(20)在转轮(1)的整体坐标系(19)中的坐标为(x0,y0,z0)，简记为将转轮(1)的整体坐标系(19)平移到基础水斗(4)的基准点(20)，产生新的坐标系为基础水斗(4)的贴体坐标系(21)，转轮(1)的整体坐标系(19)转换到基础水斗(4)的贴体坐标系(21)的公式为/>其中/>为任意空间点在贴体坐标系(21)中的坐标(xt,yt,zt)，/>为相应空间点在整体坐标系(19)中的坐标(x,y,z)；
步骤四：在转轮(1)的整体坐标系(19)中基础水斗(4)到前一水斗(5)的旋转角度为对应的变换矩阵为A；
步骤五：在基础水斗(4)的贴体坐标系(21)下建立正面本体区域(9)的曲面参数函数(fpx(u,v),fpy(u,v),fpz(u,v))，简记为正面过渡区域(10)的曲面参数函数(fprx(u,v),fpry(u,v),fprz(u,v))，简记为/>背面本体区域(11)的曲面参数函数(fsx(u,v),fsy(u,v),fsz(u,v))，简记为/>背面过渡区域(12)的曲面参数函数(fsrx(u,v),fsry(u,v),fsrz(u,v))，简记为/>以上各曲面函数的(u,v)参数变化范围为[0,1]×[0,1]，正面本体区域(9)的曲面参数函数/>在u＝1时对应正面分型线(13)，正面过渡区域(10)的曲面参数函数/>在u＝0时对应正面分型线(13)，在u＝1时对应基础水斗(4)与后一水斗(6)的正背面分型线(15)，背面本体区域(11)的曲面参数函数/>在u＝1时对应背面分型线(14)，背面过渡区域(12)的曲面参数函数/>在u＝0时对应背面分型线(14)，在u＝1时对应基础水斗(4)与前一水斗(5)的正背面分型线(15)；
步骤六：当需要对水斗(2)主体按比例系数k进行缩放，并保证相邻水斗(2)的水斗根部(3)光滑过渡连接时，在转轮(1)的整体坐标系建立新的正背面分型线(15)函数(Tx(v),Ty(v),Tz(v))，简记为在贴体坐标系(21)建立正面过渡权函数wp(u)和背面过渡权函数ws(u)，再在基础水斗(4)的贴体坐标系(21)分别对正面本体区域(9)的曲面参数函数正面过渡区域(10)的曲面参数函数/>背面本体区域(11)的曲面参数函数和背面过渡区域(12)的曲面参数函数/>进行下列变换：
其中为变换后的正面本体区域(9)的曲面参数函数(Fpx(u,v),Fpy(u,v),Fpz(u,v))，/>为变换后的背面本体区域(11)的曲面参数函数(Fsx(u,v),Fsy(u,v),Fsz(u,v))，/>为变换后的正面过渡区域(10)的曲面参数函数(Fprx(u,v),Fpry(u,v),Fprz(u,v))，/>为变换后的正面过渡区域(12)的曲面参数函数(Fsrx(u,v),Fsry(u,v),Fsrz(u,v))；
这样就完成了水斗(2)主体按比例系数k缩放时水斗根部(3)的自适应过渡计算；
步骤七：当需要在转轮(1)的整体坐标系中将基础水斗(4)到前一水斗(5)的旋转角度由调整为/>时，求解/>对应的变换矩阵为B，建立正面过渡权函数wp(u)和背面过渡权函数ws(u)，在转轮(1)的整体坐标系建立新的正背面分型线(15)函数(Tx(v),Ty(v),Tz(v))，简记为/>并在基础水斗(4)的贴体坐标系分别对正面过渡区域(10)的曲面参数函数背面过渡区域(12)的曲面参数函数/>进行下列变换：
其中为变换后的正面过渡区域(10)的曲面参数函数(Fprx(u,v),Fpry(u,v),Fprz(u,v))，/>为变换后的正面过渡区域(12)的曲面参数函数(Fsrx(u,v),Fsry(u,v),Fsrz(u,v))；
这样就完成了基础水斗(4)到前一水斗(5)的旋转角度由调整为/>时水斗根部(3)的自适应过渡计算；
步骤八：当需要对水斗(2)主体按比例系数k进行缩放，同时将基础水斗(4)到前一水斗(5)的旋转角度由调整为/>时，求解/>对应的变换矩阵为B，在转轮(1)的整体坐标系建立临时正背面分型线(15)函数/>新的正背面分型线(15)函数(Tx(v),Ty(v),Tz(v))，简记为/>并在基础水斗(4)的贴体坐标系下建立正面比例过渡权函数wkp(u)、背面比例过渡权函数wks(u)、正面旋转过渡权函数wrp(u)和背面旋转过渡权函数wrs(u)，并在基础水斗(4)的贴体坐标系分别对正面本体区域(9)的曲面参数函数/>正面过渡区域(10)的曲面参数函数/>背面本体区域(11)的曲面参数函数/>和背面过渡区域(12)的曲面参数函数/>进行下列变换：
其中为变换后的正面本体区域(9)的曲面参数函数(Fpx(u,v),Fpy(u,v),Fpz(u,v))，/>为变换后的背面本体区域(11)的曲面参数函数(Fsx(u,v),Fsy(u,v),Fsz(u,v))，/>为变换后的正面过渡区域(10)的曲面参数函数(Fprx(u,v),Fpry(u,v),Fprz(u,v))，/>为变换后的正面过渡区域(12)的曲面参数函数(Fsrx(u,v),Fsry(u,v),Fsrz(u,v))；
以上完成水斗(2)主体按比例系数k进行缩放，同时将基础水斗(4)到前一水斗(5)的旋转角度由调整为/>时的水斗根部(3)的自适应过渡计算。
2.根据权利要求1所述的一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法，其特征在于：所述步骤一中的将所有水斗(2)正面(7)分为正面本体区域(9)和正面过渡区域(10)，将所有水斗(2)背面(8)分为背面本体区域(11)和背面过渡区域(12)，其中正面本体区域(9)与正面过渡区域(10)有共同的边界线正面分型线(13)，并一阶导数连续，背面主体区域(11)与背面过渡区域(12)有共同的边界线背面分型线(14)，并一阶导数连续，基础水斗(4)的正面过渡区域(10)与后一水斗(6)的背面过渡区域(12)有共同的边界线正背面分型线(15)，并一阶导数连续，基础水斗(4)的背面过渡区域(12)与前一水斗(5)的正面过渡区域(10)有共同的边界线正背面分型线(15)，并一阶导数连续。
3.根据权利要求1所述的一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法，其特征在于：所述步骤五中的在基础水斗(4)的贴体坐标系(21)下建立正面本体区域(9)的曲面参数函数(fpx(u,v),fpy(u,v),fpz(u,v))，简记为正面过渡区域(10)的曲面参数函数(fprx(u,v),fpry(u,v),fprz(u,v))，简记为/>背面本体区域(11)的曲面参数函数(fsx(u,v),fsy(u,v),fsz(u,v))，简记为/>背面过渡区域(12)的曲面参数函数(fsrx(u,v),fsry(u,v),fsrz(u,v))，简记为/>以上各曲面函数的(u,v)参数变化范围为[0,1]×[0,1]，正面本体区域(9)的曲面参数函数/>在u＝1时对应正面分型线(13)，正面过渡区域(10)的曲面参数函数/>在u＝0时对应正面分型线(13)，在u＝1时对应基础水斗(4)与后一水斗(6)的正背面分型线(15)，背面本体区域(11)的曲面参数函数/>在u＝1时对应背面分型线(14)，背面过渡区域(12)的曲面参数函数/>在u＝0时对应背面分型线(14)，在u＝1时对应基础水斗(4)与前一水斗(5)的正背面分型线(15)。
4.根据权利要求1所述的一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法，其特征在于：所述步骤六中的当需要对水斗(2)主体按比例系数k进行缩放，并保证相邻水斗(2)的水斗根部(3)光滑过渡连接时，在转轮(1)的整体坐标系建立新的正背面分型线(15)函数(Tx(v),Ty(v),Tz(v))，简记为在贴体坐标系(21)建立正面过渡权函数wp(u)和背面过渡权函数ws(u)，再在基础水斗(4)的贴体坐标系(21)分别对正面本体区域(9)的曲面参数函数正面过渡区域(10)的曲面参数函数/>背面本体区域(11)的曲面参数函数和背面过渡区域(12)的曲面参数函数/>进行下列变换：
其中为变换后的正面本体区域(9)的曲面参数函数(Fpx(u,v),Fpy(u,v),Fpz(u,v))，/>为变换后的背面本体区域(11)的曲面参数函数(Fsx(u,v),Fsy(u,v),Fsz(u,v))，/>为变换后的正面过渡区域(10)的曲面参数函数(Fprx(u,v),Fpry(u,v),Fprz(u,v))，/>为变换后的正面过渡区域(12)的曲面参数函数(Fsrx(u,v),Fsry(u,v),Fsrz(u,v))。
5.根据权利要求1所述的一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法，其特征在于：所述步骤七中的当需要在转轮(1)的整体坐标系中将基础水斗(4)到前一水斗(5)的旋转角度由调整为/>时，求解/>对应的变换矩阵为B，建立正面过渡权函数wp(u)和背面过渡权函数ws(u)，在转轮(1)的整体坐标系建立新的正背面分型线(15)函数(Tx(v),Ty(v),Tz(v))，简记为/>并在基础水斗(4)的贴体坐标系分别对正面过渡区域(10)的曲面参数函数背面过渡区域(12)的曲面参数函数/>进行下列变换：
其中为变换后的正面过渡区域(10)的曲面参数函数(Fprx(u,v),Fpry(u,v),Fprz(u,v))，/>为变换后的正面过渡区域(12)的曲面参数函数(Fsrx(u,v),Fsry(u,v),Fsrz(u,v))。
6.根据权利要求1所述的一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法，其特征在于：所述步骤八中的当需要对水斗(2)主体按比例系数k进行缩放，同时将基础水斗(4)到前一水斗(5)的旋转角度由调整为/>时，求解/>对应的变换矩阵为B，在转轮(1)的整体坐标系建立临时正背面分型线(15)函数/>新的正背面分型线(15)函数(Tx(v),Ty(v),Tz(v))，简记为/>并在基础水斗(4)的贴体坐标系下建立正面比例过渡权函数wkp(u)、背面比例过渡权函数wks(u)、正面旋转过渡权函数wrp(u)和背面旋转过渡权函数wrs(u)，并在基础水斗(4)的贴体坐标系分别对正面本体区域(9)的曲面参数函数/>正面过渡区域(10)的曲面参数函数/>背面本体区域(11)的曲面参数函数/>和背面过渡区域(12)的曲面参数函数/>进行下列变换：
其中为变换后的正面本体区域(9)的曲面参数函数(Fpx(u,v),Fpy(u,v),Fpz(u,v))，/>为变换后的背面本体区域(11)的曲面参数函数(Fsx(u,v),Fsy(u,v),Fsz(u,v))，/>为变换后的正面过渡区域(10)的曲面参数函数(Fprx(u,v),Fpry(u,v),Fprz(u,v))，/>为变换后的正面过渡区域(12)的曲面参数函数(Fsrx(u,v),Fsry(u,v),Fsrz(u,v))。
CN202111140494.XA 2021-09-28 2021-09-28 一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法 Active CN113868796B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111140494.XA CN113868796B (zh) 2021-09-28 2021-09-28 一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111140494.XA CN113868796B (zh) 2021-09-28 2021-09-28 一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113868796A CN113868796A (zh) 2021-12-31
CN113868796B true CN113868796B (zh) 2024-04-09

Family

ID=78991591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111140494.XA Active CN113868796B (zh) 2021-09-28 2021-09-28 一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113868796B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116127636B (zh) * 2023-01-05 2025-01-28 东方电气集团东方电机有限公司 一种冲击式水轮机转轮快速造型方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005174010A (ja) * 2003-12-11 2005-06-30 Hitachi Ltd 数値制御曲面加工装置
CN104636549A (zh) * 2015-02-03 2015-05-20 哈尔滨电机厂有限责任公司 一种冲击式水轮机水斗动态应力分析方法
CN112711882A (zh) * 2020-12-29 2021-04-27 重庆建筑科技职业学院 一种冲击式水轮机转轮疲劳破坏模型构建方法
CN112983715A (zh) * 2021-04-13 2021-06-18 哈尔滨电机厂有限责任公司 一种分瓣制造的大型冲击式水轮机转轮

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LU100749B1 (fr) * 2018-03-28 2019-10-01 Carpyz Sas Méthode pour la conception et la fabrication à la demande de turbines à cuillères à jet calibré

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005174010A (ja) * 2003-12-11 2005-06-30 Hitachi Ltd 数値制御曲面加工装置
CN104636549A (zh) * 2015-02-03 2015-05-20 哈尔滨电机厂有限责任公司 一种冲击式水轮机水斗动态应力分析方法
CN112711882A (zh) * 2020-12-29 2021-04-27 重庆建筑科技职业学院 一种冲击式水轮机转轮疲劳破坏模型构建方法
CN112983715A (zh) * 2021-04-13 2021-06-18 哈尔滨电机厂有限责任公司 一种分瓣制造的大型冲击式水轮机转轮

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
冲击式水轮机水斗根部的工艺性结构优化;王波;刘献礼;翟元盛;王宇;刘晶石;;哈尔滨理工大学学报;20150415(第02期);第7-11页 *
水斗式水轮机模型转轮喷管位置测量方法研究;刘永新等;《黑龙江电力》;20161231;第第36卷卷(第第6期期);第554-561页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113868796A (zh) 2021-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113868796B (zh) 一种冲击式水轮机水斗根部过渡自适应方法
CN102023613A (zh) 一种五轴联动数控加工后置处理器及其处理方法
CN102566494B (zh) 一种基于刀具矢量平滑压缩的五轴数控插补方法
CN110900604B (zh) 基于双机械臂协作打磨系统的动力学模型设计方法
CN110221576A (zh) 干涉和运动学约束的五轴加工刀轴线性优化方法
CN109482984B (zh) 一种成型法摆线齿锥齿轮的磨齿方法
CN111469129A (zh) 一种基于双机械臂的船体外板曲面成形无碰撞运动规划方法
CN113958519B (zh) 一种基于中间面的离心叶轮不同形状叶片自动生成方法
CN102091967A (zh) 一种多轴数控加工的进给速度平滑方法
CN102096391A (zh) 汽轮机长叶片型面的双刀头式加工的刀具轨迹生成方法
CN113319863B (zh) 机器人磨抛加工整体叶盘的工件装夹位姿优化方法和系统
CN109773593B (zh) 一种基于余量约束条件下的磨削方法
CN104678893A (zh) 一种整体叶轮粗加工周向定切宽走刀路径的规划方法
CN102825524A (zh) 一种超薄细长涡轮工作叶片精整、机加定位方法
CN102091980A (zh) 缓进给端面磨削外廓形线为凸函数回转件的加工方法
CN110362039B (zh) 一种五轴加工工件摆放姿态优化方法
Jeong et al. Generating tool paths for free-form pocket machining using z-buffer-based Voronoi diagrams
CN114769737A (zh) 一种少齿数齿轮成型磨削加工方法
CN113792400A (zh) 基于dffd网格变形技术的椭圆对称翼型多目标优化方法
Sabourin et al. Robotic approach to improve turbine surface finish
CN115017453B (zh) 针对数控刀具螺旋槽磨削工艺的磨损砂轮位姿补偿方法
CN115034021B (zh) 一种基于产形轮的齿轮加工机床设计方法、装置及介质
CN117268390A (zh) 一种提高农机工作效率的最小单元套耕路径规划方法
CN116944395A (zh) 一种非相切转接圆角精锻叶片及制造方法
CN110142880A (zh) 一种用于切削设备的回退实时跟随控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant