汽轮发电机转子线圈快速设计系统研发.pdf
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1、 硕士学位论文硕士学位论文 汽轮发电机转子线圈快速设计系统研发 DEVELOPMENT OF RAPID DESIGN SYSTEM FOR TURBINE GENERATOR SETS ROTOR COIL 晁 伟 晁 伟 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学 2011 年年 6 月月 国内图书分类号:TH122 学校代码:10213 国际图书分类号:621.01 密级:公开 工学硕士学位论文工学硕士学位论文 汽轮发电机转子线圈快速设计系统研发 硕 士 研 究 生:晁 伟 导 师:林琳副教授 申请学位:工学硕士 学科:机械设计及理论 所 在 单 位:机电工程学院 答 辩 日 期:2011 年 6 月
2、 授予学位单位:哈尔滨工业大学 Classified Index: TH122 U.D.C: 621. Dissertation for the Master Degree in Engineering DEVELOPMENT OF RAPID DESIGN SYSTEM FOR TURBINE GENERATOR SETS ROTOR COIL Candidate: ChaoWei Supervisor: Associate Professor LinLin Academic Degree Applied for: Master of Engineering Speciality: Mech
3、anical Design and Its Theory Affiliation: School of Mechatronics Engineering Date of Defence: June, 2011 Degree-Conferring-Institution:Harbin Institute of Technology 摘 要 - I - 摘摘 要要 哈尔滨电机厂有限责任公司是我国最大的发电设备制造商,公司提供的发 电设备占全国发电设备总装机容量的三分之一。为应对激烈的市场竞争,企业 内部先后进行了 PDM 等信息化系统的实施,目前正在推行 UG 软件,促进企业 全面应用三维设计技术
4、。公司生产的汽轮发电机转子线圈造型比较复杂,细节 特征多,且特征尺寸关联密切,涉及大量的几何计算和特征造型工作;此外线 圈二维图纸工作量大,重复工作多。企业希望能开发一套基于 UG 软件的汽轮 发电机转子线圈快速设计系统, 来提升企业的设计效率, 并能与企业的 PDM 系 统进行集成。本文针对哈尔滨电机厂有限责任公司的汽轮发电机转子线圈设计 特点和企业要求,对汽轮发电机转子线圈快速设计的关键技术进行了研究,开 发了快速设计系统,并在企业中进行了成功应用。 论文进行了转子线圈快速设计系统的方案设计。应用 ADO 数据库接口、 UGOPEN API 库以及 MFC 界面开发技术搭建了三层体系结构,
5、分析了转子线 圈快速设计系统的工作流程和功能模块,进行了系统的数据库设计。根据企业 未来发展规划,将转子线圈的体系结构划分三个层次,即底层信息存储层、中 间业务层和客户端,对转子线圈快速设计系统的工作流程进行描述,并划分了 快速设计系统的功能模块,并对转子线圈快速设计系统的数据库系统建立方法 进行研究。 对转子线圈快速设计中的关键算法进行研究:提出了转子线圈拐角样条曲 线的数学模型及拟合修正方法;应用空间坐标变换实现了转子线圈拐角的快速 建模和快速装配;提出了精确目标搜索法,解决了复杂三维模型目标的搜索定 位问题。 为实现转子线圈的变型快速设计,论文将转子线圈各个型号的特征进行归 纳,建立了线
6、圈特征库。为实现配置特征完成快速设计,论文提取特征对外接 口参数和特征内部造型参数,通过设置接口参数和造型参数完成多特征组合, 最终实现转子线圈的变型设计。论文同时对分瓣线圈快速设计方法进行研究, 可实现多瓣线圈的快速设计。 应用上述技术,论文开发了汽轮发电机转子线圈快速设计系统,并在 300MW,600MW 和 200MW 空冷型汽轮发电机转子线圈的快速设计中进行了 应用。系统运行稳定,能够支持设计人员高效率、高质量地完成设计过程。 关键词:汽轮发电机;转子线圈;快速设计;二次开发;UG/OPEN;参数化 Abstract -II- Abstract Harbin Electric Mach
7、inery Co., Ltd.(HEC)is the largest power generation equipment manufacturers in China, which provides power generation equipment accounts for the generating equipment one-third of the total installed capacity. The enterprise have conducted a series of product data management (PDM) reconstruction in o
8、rder to deal with the fierce marketing competition. At present, HEC is extending the UG software applications for the sake of promoting enterprise have comprehensive application 3d design technology. The steam turbine generator rotor coil manufactured by HEC which has complex modeling in space and m
9、any detailed features, characteristic dimensions are closely related, involving lots of geometry calculation and feature modeling work; in addition, there are workload big and repetition work about coil 2d drawings. Therefore,it is hope that to promotes the effciency of design of HEC and even more t
10、o carry on the resonable integration with the PDM system of enterprise that through to research and develope a set of steam turbine generator based on UG software rotor winding quick design system. This article will research the key techonlogy of the steam turbine generator rotor winding of rapid de
11、sign system, which is based on the design features and requirement of enterprise of tubine generator rotor coil of Harbin Electric Machinery Co., Ltd. What is more, HEC have developed rapid design system and applicated successfully in enterprise . First of all, the article introduced the project des
12、ign based on the rotor winding quick design system. Application ADO database interface, UGOPEN API and MFC interface development technology to build a three-layer system structures, and analyzes the work flow and function modules of the system, meanwhile, it has a systemic database design. At first,
13、 there are three divisions of system structures of rotor coil that according to the future developing planning of enterprise, specifically, three levels are low-level information storage layer, middle business layer and the client. Meanwhile, it descriptions the working process of the steam turbine
14、generator rotor winding of rapid design system and divides this system function module and studies the method of establishing data base of design system. The key arithmetic which is involved in the process of redevelopment is analysed in this paper. In specific, it contains mathematical modeling whi
15、ch based on corner spline curve of rotor winding and fitted modifying method; then space coordinate transform is smartly added in and applied in the rotor winding modeling and quick assembly are also involved; meanwhile, it also proposes accurate target search, whichi works out the problem of target
16、 edge searching in complex 3-dimension model . To realize the rotor winding variant quick design, this paper will conclude the feature of each type of rotor winding and establish the coil feature libray. To achieve the accomplishment of rapid design with configuration, this paper extraction the para
17、meters of characteristics of foreign interface and characteristics of internal model. Finally, realize the rotor winding variant design through the settings interface parameters and modeling parameters perform multiple feature combination. In addition, the paper sets up relevant splitting rule on th
18、e basis of the research of design method of rapid design system. Applying above technique, this paper exploits a turbine generator rotor winding rapid Abstract -III- design system, and the application of rapid design system in 300MW, 600MW and 200MW. The system runs stably and is able to support des
19、ign personnel high efficiency and high quality complete design process. Keywords: Turbine generator Sets, Rotor coil, rapid design, secondary development, UG/OPEN, parameter 目 录 -IV- 目 录 摘 要. I ABSTRACT .II 第 1 章 绪 论 .1 1.1 课题来源1 1.2 课题研究的目的和意义1 1.3 快速设计的研究现状 .2 1.4 UGS 参数化设计方法研究现状 5 1.5 课题的主要研究内容 .
20、9 第 2 章 转子线圈快速设计系统方案设计 12 2.1 引言.12 2.2 转子线圈快速设计系统体系结构 .12 2.3 转子线圈快速设计系统工作流程描述 13 2.4 系统功能设计 13 2.5 转子线圈数据库设计 .14 2.5.1 空冷 200MW 线圈快速设计数据库设计14 2.5.2 300MW 线圈快速设计数据库设计 .18 2.5.3 600MW 线圈快速设计数据库设计 .20 2.6 本章小结22 第 3 章 线圈三维模型快速设计算法研究 23 3.1 引言 .23 3.2 拐角样条曲线算法研究 23 3.3 空间坐标变换在转子线圈快速设计中的应用 .29 3.3.1 空间
21、坐标变换概述.29 3.3.2 空间坐标变换在线圈建模中的应用.33 3.3.3 空间坐标变换在线圈装配中的应用.34 3.4 空间复杂模型中边的提取算法 .35 3.4.1 穷举法搜点定位35 3.4.2 由面及边法36 3.4.3 分类型全约束精确定位法 37 3.4.4 三种搜索算法对比41 目 录 -V- 3.5 本章小结42 第 4 章 面向特征可配置的线圈快速设计方法 43 4.1 引言.43 4.2 汽轮发电机转子线圈特征分类43 4.3 面向可配置的特征库建立方法 .45 4.3.1 特征位置约束参数表设计 45 4.3.2 特征几何形状参数表设计 48 4.3.3 特征相似度
22、检索52 4.4 多瓣线圈快速建模方法56 4.5 本章小结59 第 5 章 系统应用实例60 5.1 转子线圈快速设计系统实例 60 5.1.1 数据库设计实例60 5.1.2 300MW 转子线圈快速设计实例 .62 5.1.3 600MW 转子线圈快速设计实例 .67 5.1.4 空冷(200MW)转子线圈快速设计实例75 5.2 转子线圈快速设计过程优化.79 5.3 本章小结82 结 论.83 参考文献.84 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 87 哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明.88 致 谢.89 哈尔滨工业大学硕士学位论文 -1- 第第 1 章章 绪绪 论论
23、1.1 课题来源 本课题来源于哈尔滨电机厂有限责任公司(Harbin Electric Machinery Co., Ltd.,HEC,简称哈电机)的企业横向课题“汽轮发电机转子关键部件快速 设计系统研发”。 1.2 课题研究的目的和意义 三维造型软件已经成为现代企业进行产品设计的主流软件,产品的数字化 建模与仿真技术已经发展得比较成熟。 目前, 哈电机正在推行 UG (Unigraphics, 简称 UG)三维设计软件,使汽轮发电机的设计从电子图版升级到模型设计, 实现从计算机辅助绘图到计算机辅助设计的转变,并为公司推行产品数据管理 PDM(Product Data Management ,
24、简称 PDM)提供源头数据。转子的造型 比较复杂,细节特征多,特征尺寸关联密切,转子线圈的造型更是涉及大量的 几何计算和特征造型工作。对设计人员而言,不仅要会使用专业的 CAD 软件, 更要求使用者具有一定的设计经验和几何计算知识,这些都给设计者带来了诸 多不便,极大限制了三维设计软件的有效使用,致使设计人员的工作效率可能 因为三维软件的实施而有所下降。 另一方面,虽然三维 CAD 系统 UG 有着强大的造型功能,但是其提供的二 维制图模块功能较弱,无法适应设计人员的实际需求。而二维 CAD 系统虽然具 有强大的制图功能,但是缺乏三维 CAD 系统所具有的造型优势。在当前实际应 用中,企业希望
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- 汽轮发电机 转子 线圈 快速 设计 系统 研发
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