劉玉帥，崔連峰

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱　150040)

UG/WAVE技術在汽輪發(fā)電機重要結構參數(shù)化設計中的應用

劉玉帥，崔連峰

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040)

摘要：在新產品中，僅利用傳統(tǒng)的二維與基礎三維制圖方式進行設計已經不能適應于現(xiàn)代企業(yè)設計周期短、供貨時間緊的現(xiàn)實情況。采用UG等三維設計軟件的WAVE技術，對零部件裝配進行自頂向下的參數(shù)化設計有利于復雜產品的快速建模，并且適合于復雜產品的相關性設計、系列化設計以及變形產品的設計。該文介紹了在汽輪發(fā)電機設計過程中采用UG/WAVE技術對端蓋、軸承、油密封裝配部分進行三維建模的方法并進行了一些分析。

關鍵詞：汽輪發(fā)電機；三維建模；WAVE技術；參數(shù)化設計；相關性設計

0引言

汽輪發(fā)電機端蓋、軸承、油密封裝配(以下簡稱端軸油裝配)結構較為復雜，是發(fā)電機總裝部套中非常重要的組成部分[1]。對于這種結構比較復雜，內部又需要精度很高的配合，可以使用UG的WAVE(What-if Alternative Value Engineering)鏈接技術，來保證整個裝配和零部件的關聯(lián)性。

WAVE是一種實現(xiàn)產品裝配的各組件間關聯(lián)建模的技術。WAVE可以貫穿在產品的整個設計過程中。從最初的概念設計到最終產品的制造，充分利用WAVE功能，可以使零部件的設計隨著總體設計的關鍵尺寸變更而相應改變，從而避免了對零部件的重新設計，大大縮短了產品的設計周期，提高了企業(yè)的市場競爭能力(見圖1)。

1端軸油裝配簡介

對于汽輪發(fā)電機， 端軸油裝配的結構包括:人孔蓋板裝配、外擋油環(huán)裝配、內擋油環(huán)裝配、油密封裝配(包括：油密封座裝配、密封瓦裝配、擋油環(huán)裝配)、軸瓦裝配、緊固件以及其他國標及非標零件等(見圖 2)。

圖1　 WAVE控制結構體系

圖2　端軸油裝配示意圖

汽、勵端端軸油裝配的區(qū)別大致有以下幾點：

1)勵端裝配需要設置軸承絕緣，有些機組要求設置雙層絕緣。

2)汽、勵端軸頸不盡相同。

3)汽、勵端進出油接口的方向不同。

2端軸油裝配結構建立

以汽端端軸油裝配為例，介紹UG/WAVE技術的應用，勵端端軸油裝配方法相同。

2.1規(guī)定坐標系方向及坐標原點

使用UG軟件進行建模操作，規(guī)定坐標系方向及坐標原點如下：

Z軸：發(fā)電機軸向方向，正方向指向發(fā)電機勵端；

X軸：發(fā)電機磁極直軸方向，正方向為遠端導電螺釘缺口方向；

Y軸：發(fā)電機磁極交軸方向，正方向為X軸正方向水平向左、朝Z軸正方向看時，豎直向上。

圖3　建立基準坐標系

規(guī)定坐標原點為發(fā)電機汽端軸承中心線與發(fā)電機水平中心線的交點(見圖3)。

2.2端蓋裝配建模

2.2.1上半端蓋裝配建模

汽輪發(fā)電機汽端端蓋裝配分為上半端蓋和下半端蓋。先對上半端蓋建模，下半端蓋采取WAVE把合面的方法鏈接上半端蓋建模，由機座確認把合孔，由總布置圖確認軸承中心線等。上半端蓋裝配建模，按照尺寸完成蓋板、筋板、搭子等無相關性散件的建模操作，采用的是草圖→拉伸→處理細節(jié)的方法。由于蓋板內徑與內、外部半環(huán)外徑相對應，故中外部半環(huán)、中內部半環(huán)的建模可以通過WAVE蓋板的內徑來進行，并且當蓋板的內徑發(fā)生變化時，相應的中外部半環(huán)、中內部半環(huán)的外徑會發(fā)生改變。根據(jù)圖紙要求，進行上半端蓋裝配(見圖4)。

圖4　上半端蓋建模

2.2.2下半端蓋裝配建模

下半端蓋利用WAVE上下端蓋把合面的方法進行建模。在上半端蓋的父項下建立與上半端蓋同等級的子項為下半端蓋，打開WAVE對話框，鏈接把合面上的相應尺寸(見圖 5、圖6)，完成下半端蓋的蓋板和內、外部半環(huán)的建模。

圖5　采用WAVE鏈接功能

圖6　鏈接上半端蓋

完成無相關性的散件，并進行裝配，包括合縫板、筋板、分離箱側板、分離箱筋板、分離箱端板等。

圖7　下半端蓋裝配

更改模型引用集為model得到端蓋裝配。(見圖7、圖 8)

圖8　端蓋裝配

2.3軸瓦裝配建模

由于該型發(fā)電機軸瓦為可浮動瓦，軸瓦內徑與轉軸有間隙要求。參考轉軸軸頸尺寸結合間隙尺寸進行設計，并將間隙尺寸設定為公式，便于系列化設計時進行更改[2]；軸瓦外球面尺寸與端蓋上的軸承座尺寸相匹配[3]，可以WAVE到軸承座的內徑進行建模。

2.3.1上半軸瓦裝配

通過WAVE軸承座內徑尺寸對上半軸瓦進行建模。從軸承座處繼承的尺寸為與軸承頂塊相接觸的上半軸瓦接觸面，使用該面自頂向下進行建模，完善散件得到上半軸瓦裝配(見圖9)。

圖9　上半軸瓦裝配

2.3.2下半軸瓦裝配

下半軸瓦的裝配同樣利用WAVE鏈接到上半軸瓦半環(huán)的把合面，建立與上半軸瓦同級的新裝配，并進行WAVE鏈接操作(見圖 10)可以直接得到下半軸瓦半環(huán)的內外徑、把合孔等信息。

圖10 　鏈接上半軸瓦把合面

利用WAVE上半軸瓦裝配中的側支塊尺寸來進行合縫板的三維建模(見圖 11)。

圖11 　鏈接到側支塊

接下來做出孔、槽等細節(jié)特征得到下半軸瓦裝配(見圖12)。

圖12　下半軸瓦裝配

將部件引用集替換后即得到軸瓦裝配模型(見圖13)。

圖13　軸瓦裝配

2.4油密封裝配建模

汽輪發(fā)電機中油密封結構(見圖14)通過使用兩路獨立循環(huán)的密封油可以將發(fā)電機內部氫氣環(huán)境與外部空氣環(huán)境相隔離，從而防止機內氫氣溢出、機外空氣進入機內。油密封結構建模的思路為：根據(jù)端蓋確認油密封座的把合孔，密封瓦內徑與轉軸軸頸尺寸相匹配，密封瓦外徑及側面與油密封座相配合。

圖14 　油密封裝配

2.4.1油密封座裝配

油密封座是安裝在機內把合在端蓋上用來固定和保護密封瓦的結構。油密封座外徑以及把合孔尺寸可以通過WAVE到端蓋上的把合面來得到，并且可以利用油密封座的內徑采用WAVE直接進行油梳等的建模操作，完善細節(jié)特征得到油密封座裝配模型(見圖15)。

圖15　 油密封座裝配

2.4.2密封瓦裝配

本型號汽輪發(fā)電機汽勵兩端的密封瓦結構相同，故可只進行一端密封瓦的設計，采用鏡像裝配功能得到另一端密封瓦。

密封瓦安裝在油密封座內部，當發(fā)電機運行時其可以浮動，與軸頸有一定的間隙要求，故密封瓦建模思路與軸瓦建模類似，通過WAVE安裝密封瓦溝槽的油密封座內徑及槽寬等尺寸，根據(jù)軸頸及密封瓦與軸頸間間隙要求，直接得到密封瓦本體環(huán)，并且完善細節(jié)特征得到密封瓦裝配(見圖16)。

圖16 　密封瓦裝配

2.5其他散件裝配

人孔蓋板裝配：人孔蓋板使用WAVE鏈接到端蓋上的把合面即可(見圖17)。

圖17　人孔蓋板

油擋裝配建模：根據(jù)油密封座及端蓋上的相應把合面信息通過WAVE鏈接得到各油擋環(huán)的把合孔及直徑信息，油擋環(huán)內徑與轉軸匹配，并且將上下半油擋環(huán)分別建模，將下半環(huán)截面使用WAVE鏈接到上半截面的方式完成上半環(huán)的建模操作(見圖18、圖19)。

圖18　油擋WAVE操作

圖19　油擋裝配

3結語

汽輪發(fā)電機端軸油裝配是發(fā)電機總裝部套中非常重要的組成部分，做好該裝配結構的三維建模導航，不僅對汽輪發(fā)電機整機建模起著非常重要的指導作用，同時對于加快本型產品的三維模塊化設計也起到了相當大的促進作用[4]。在建模過程中大量使用WAVE鏈接功能，不僅可使設計者了解了整體產品的設計構思，又增強了對部件間相關性的理解，更可以使設計者自頂向下的宏觀設計能力得到提高，同時也大大簡化設計方法，降低設計難度，提高設計效率，通過WAVE技術的更新組件信息從而自動更新整個裝配設計尺寸鏈，大大降低設計成本，使得進行快速、反復地論證、試驗和進行可行性研究成為了可能。

參考文獻

[1]汪耕,李希明.大型汽輪發(fā)電機設計、制造與運行[M].上海：上海科學技術出版社.2000.

[2]蔡霆.轉子—軸承耦合系統(tǒng)有限元求解模型與軟件開發(fā)[D].東南大學，2003.

[3] 趙連科.軸承配套原理與方法[J].軸承;1980,(04)：16-20.

[4]姚志奎.面向軸承制造企業(yè)的供銷質量管理信息系統(tǒng)的研究與開發(fā) [D].浙江大學，2003.