UG/WAVE技术在汽轮发电机重要结构参数化设计中的应用

刘玉帅，崔连峰

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨　150040)

UG/WAVE技术在汽轮发电机重要结构参数化设计中的应用

刘玉帅，崔连峰

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040)

摘要：在新产品中，仅利用传统的二维与基础三维制图方式进行设计已经不能适应于现代企业设计周期短、供货时间紧的现实情况。采用UG等三维设计软件的WAVE技术，对零部件装配进行自顶向下的参数化设计有利于复杂产品的快速建模，并且适合于复杂产品的相关性设计、系列化设计以及变形产品的设计。该文介绍了在汽轮发电机设计过程中采用UG/WAVE技术对端盖、轴承、油密封装配部分进行三维建模的方法并进行了一些分析。

关键词：汽轮发电机；三维建模；WAVE技术；参数化设计；相关性设计

0引言

汽轮发电机端盖、轴承、油密封装配(以下简称端轴油装配)结构较为复杂，是发电机总装部套中非常重要的组成部分[1]。对于这种结构比较复杂，内部又需要精度很高的配合，可以使用UG的WAVE(What-if Alternative Value Engineering)链接技术，来保证整个装配和零部件的关联性。

WAVE是一种实现产品装配的各组件间关联建模的技术。WAVE可以贯穿在产品的整个设计过程中。从最初的概念设计到最终产品的制造，充分利用WAVE功能，可以使零部件的设计随着总体设计的关键尺寸变更而相应改变，从而避免了对零部件的重新设计，大大缩短了产品的设计周期，提高了企业的市场竞争能力(见图1)。

1端轴油装配简介

对于汽轮发电机， 端轴油装配的结构包括:人孔盖板装配、外挡油环装配、内挡油环装配、油密封装配(包括：油密封座装配、密封瓦装配、挡油环装配)、轴瓦装配、紧固件以及其他国标及非标零件等(见图 2)。

图1　 WAVE控制结构体系

图2　端轴油装配示意图

汽、励端端轴油装配的区别大致有以下几点：

1)励端装配需要设置轴承绝缘，有些机组要求设置双层绝缘。

2)汽、励端轴颈不尽相同。

3)汽、励端进出油接口的方向不同。

2端轴油装配结构建立

以汽端端轴油装配为例，介绍UG/WAVE技术的应用，励端端轴油装配方法相同。

2.1规定坐标系方向及坐标原点

使用UG软件进行建模操作，规定坐标系方向及坐标原点如下：

Z轴：发电机轴向方向，正方向指向发电机励端；

X轴：发电机磁极直轴方向，正方向为远端导电螺钉缺口方向；

Y轴：发电机磁极交轴方向，正方向为X轴正方向水平向左、朝Z轴正方向看时，竖直向上。

图3　建立基准坐标系

规定坐标原点为发电机汽端轴承中心线与发电机水平中心线的交点(见图3)。

2.2端盖装配建模

2.2.1上半端盖装配建模

汽轮发电机汽端端盖装配分为上半端盖和下半端盖。先对上半端盖建模，下半端盖采取WAVE把合面的方法链接上半端盖建模，由机座确认把合孔，由总布置图确认轴承中心线等。上半端盖装配建模，按照尺寸完成盖板、筋板、搭子等无相关性散件的建模操作，采用的是草图→拉伸→处理细节的方法。由于盖板内径与内、外部半环外径相对应，故中外部半环、中内部半环的建模可以通过WAVE盖板的内径来进行，并且当盖板的内径发生变化时，相应的中外部半环、中内部半环的外径会发生改变。根据图纸要求，进行上半端盖装配(见图4)。

图4　上半端盖建模

2.2.2下半端盖装配建模

下半端盖利用WAVE上下端盖把合面的方法进行建模。在上半端盖的父项下建立与上半端盖同等级的子项为下半端盖，打开WAVE对话框，链接把合面上的相应尺寸(见图 5、图6)，完成下半端盖的盖板和内、外部半环的建模。

图5　采用WAVE链接功能

图6　链接上半端盖

完成无相关性的散件，并进行装配，包括合缝板、筋板、分离箱侧板、分离箱筋板、分离箱端板等。

图7　下半端盖装配

更改模型引用集为model得到端盖装配。(见图7、图 8)

图8　端盖装配

2.3轴瓦装配建模

由于该型发电机轴瓦为可浮动瓦，轴瓦内径与转轴有间隙要求。参考转轴轴颈尺寸结合间隙尺寸进行设计，并将间隙尺寸设定为公式，便于系列化设计时进行更改[2]；轴瓦外球面尺寸与端盖上的轴承座尺寸相匹配[3]，可以WAVE到轴承座的内径进行建模。

2.3.1上半轴瓦装配

通过WAVE轴承座内径尺寸对上半轴瓦进行建模。从轴承座处继承的尺寸为与轴承顶块相接触的上半轴瓦接触面，使用该面自顶向下进行建模，完善散件得到上半轴瓦装配(见图9)。

图9　上半轴瓦装配

2.3.2下半轴瓦装配

下半轴瓦的装配同样利用WAVE链接到上半轴瓦半环的把合面，建立与上半轴瓦同级的新装配，并进行WAVE链接操作(见图 10)可以直接得到下半轴瓦半环的内外径、把合孔等信息。

图10 　链接上半轴瓦把合面

利用WAVE上半轴瓦装配中的侧支块尺寸来进行合缝板的三维建模(见图 11)。

图11 　链接到侧支块

接下来做出孔、槽等细节特征得到下半轴瓦装配(见图12)。

图12　下半轴瓦装配

将部件引用集替换后即得到轴瓦装配模型(见图13)。

图13　轴瓦装配

2.4油密封装配建模

汽轮发电机中油密封结构(见图14)通过使用两路独立循环的密封油可以将发电机内部氢气环境与外部空气环境相隔离，从而防止机内氢气溢出、机外空气进入机内。油密封结构建模的思路为：根据端盖确认油密封座的把合孔，密封瓦内径与转轴轴颈尺寸相匹配，密封瓦外径及侧面与油密封座相配合。

图14 　油密封装配

2.4.1油密封座装配

油密封座是安装在机内把合在端盖上用来固定和保护密封瓦的结构。油密封座外径以及把合孔尺寸可以通过WAVE到端盖上的把合面来得到，并且可以利用油密封座的内径采用WAVE直接进行油梳等的建模操作，完善细节特征得到油密封座装配模型(见图15)。

图15　 油密封座装配

2.4.2密封瓦装配

本型号汽轮发电机汽励两端的密封瓦结构相同，故可只进行一端密封瓦的设计，采用镜像装配功能得到另一端密封瓦。

密封瓦安装在油密封座内部，当发电机运行时其可以浮动，与轴颈有一定的间隙要求，故密封瓦建模思路与轴瓦建模类似，通过WAVE安装密封瓦沟槽的油密封座内径及槽宽等尺寸，根据轴颈及密封瓦与轴颈间间隙要求，直接得到密封瓦本体环，并且完善细节特征得到密封瓦装配(见图16)。

图16 　密封瓦装配

2.5其他散件装配

人孔盖板装配：人孔盖板使用WAVE链接到端盖上的把合面即可(见图17)。

图17　人孔盖板

油挡装配建模：根据油密封座及端盖上的相应把合面信息通过WAVE链接得到各油挡环的把合孔及直径信息，油挡环内径与转轴匹配，并且将上下半油挡环分别建模，将下半环截面使用WAVE链接到上半截面的方式完成上半环的建模操作(见图18、图19)。

图18　油挡WAVE操作

图19　油挡装配

3结语

汽轮发电机端轴油装配是发电机总装部套中非常重要的组成部分，做好该装配结构的三维建模导航，不仅对汽轮发电机整机建模起着非常重要的指导作用，同时对于加快本型产品的三维模块化设计也起到了相当大的促进作用[4]。在建模过程中大量使用WAVE链接功能，不仅可使设计者了解了整体产品的设计构思，又增强了对部件间相关性的理解，更可以使设计者自顶向下的宏观设计能力得到提高，同时也大大简化设计方法，降低设计难度，提高设计效率，通过WAVE技术的更新组件信息从而自动更新整个装配设计尺寸链，大大降低设计成本，使得进行快速、反复地论证、试验和进行可行性研究成为了可能。

参考文献

[1]汪耕,李希明.大型汽轮发电机设计、制造与运行[M].上海：上海科学技术出版社.2000.

[2]蔡霆.转子—轴承耦合系统有限元求解模型与软件开发[D].东南大学，2003.

[3] 赵连科.轴承配套原理与方法[J].轴承;1980,(04)：16-20.

[4]姚志奎.面向轴承制造企业的供销质量管理信息系统的研究与开发 [D].浙江大学，2003.