[發明專利]汽輪發電機定子線棒三維參數化建模與實體成型制造方法

有效

• 申請號: 201210312578.1
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102790483A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 孫永鑫;滿宇光;赫兟;胡春秀;石霄峰;徐遠澤;鄭偉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱電機廠有限責任公司
• 主分類號: H02K15/04
• 分類號: H02K15/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種汽輪發電機定子線棒三維參數化建模與實體成型制造方法。

背景技術

汽輪發電機定子繞組的端部形狀復雜，它的漸開線部分軌跡是一個錐面上的空間曲線，若將該錐面展開，則該曲線為圓的一條漸開線。這種設計保證了線棒端部的升高、節距及兩條相鄰線棒間的距離相等，以保證電流強度相等及均勻可靠的通風冷卻條件。

汽輪發電機定子線棒的計算和作圖，一直是線棒設計中最為繁瑣的部分之一。傳統上采用近似的作圖法或平面漸開線的計算法來確定尺寸，所得到的近似漸開線精度很低，計算步驟復雜，只能二維表示。隨著三維CAD技術的發展，三維實體建模是發展的必然趨勢。目前對汽輪發電機定子線棒的三維建模存在以下不足：一是建模方法較落后，多以平面曲線的空間展開方法為主，易出現坐標偏差；二是在線棒各部分間銜接很難做到圓滑過渡，這使得建模的精確性降低，很難用于線棒結構電磁等有限元計算和制造精度等方面進行深入研究；三是構建的模型步驟較為復雜，通用性較差，難以形成參數化設計與建模。

發明內容

本發明的目的是提供一種建模精確、修改方便和簡潔適用的汽輪發電機定子線棒三維參數化建模與實體成型制造方法。本發明的技術方案為：提供一種汽輪發電機定子線棒三維參數化建模與實體成型制造方法，（1）模型基本參數包括：基圓半徑R₁，錐角漸開線起始、終止半徑ρ₁、ρ₂，始端、終端圓弧半徑r₁、r₂，銅排寬度、高度、轉角半徑w₁、h₁、j₁，槽部、終端直線長度L₁、L₂，始端、終端圓心向徑p₁、p₂，漸開線始角、終角始端、終端圓弧角s₁、s₂；

（2）定子線棒主體軌跡的三維全解析方程：定子線棒的主體由三部分組成：始端圓弧、漸開線和終端圓弧，這三部分均為平面曲線投影到圓錐曲面上獲得，其軌跡的空間軌跡坐標方程如下：

始端圓弧方程：

漸開線方程：

終端圓弧方程：

這里，x、y和z為三維直角坐標系的空間坐標，t為變量參數。在不同部分參數t取值有一定范圍，始端圓弧中t∈[a?cos(r₁/p₁),π-a?sin(R₁/p₁)]，漸開線中終端圓弧中t∈[a?sin(R₁/p₂),a?cos(r₂/p₂)]；

（3）生成線棒端部主體：在CAD軟件中，建立線棒截面，保證截面位于始端圓弧的起始點上，并與始端圓弧垂直，按照步驟（2）中三個空間軌跡方程，對線棒截面沿始端圓弧、漸開線、終端圓弧進行掃掠：掃掠指把選中的面按照指定的路徑拉伸成為實體，即可得到線棒端部主體的實體結構，在漸開線掃掠過程中，為保證橫截面與圓錐曲面保持垂直，需要給予一定20t左右的扭轉角補償；

（4）生成線棒圓弧與直線間的過渡轉角：生成線棒端部主體部分后，需要與槽部直線部分進行平滑過渡，在始端圓弧靠近槽部直線的橫截面上，沿垂直于截面寬度方向，距離截面中心w₁+r₃/2處作旋轉軸，作槽部直線與始端圓弧的轉角過渡，終端圓弧與直線的轉角過渡方法亦如此；

（5）生成整根三維線棒：在步驟（4）中生成的過渡轉角始端平面，通過拉伸生成線棒直線部分，拉伸指把選中的面按照直線路徑拉伸成為實體；對于線棒另一側端部，可重復通過步驟（2）~（4）再次生成，然后選取垂直于線棒直線軸向的平面為鏡像平面，通過鏡像方法改變線棒端部的扭轉方向，最終生成整根三維線棒；若兩側端部結構完全相同，也通過鏡像方法生成線棒的另一個端部，選取垂直于線棒直線的中間位置為鏡像平面。

建立單根定子線棒實體后，可通過鏡像方法得到相應的一根上層或下層線棒（上層和下層線棒的扭轉方向相反），選取垂直于線棒直線軸向的平面為鏡像平面，并通過平移方法調整上、下層線棒間的位置。