插图 第11章 蜗壳的建模过程 2——蜗壳部件建模
Chap2- 蜗壳的流体动力学数字化设计
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蜗壳设计流程
蜗壳设计软件界面
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蜗壳设计流程
蜗壳进口参数给定
手工输入/读入叶轮设计文件 进口直径、宽度……
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蜗壳设计流程
径向扩压段蜗壳进口参数给定
蜗壳设计流程
蜗室横截面形状
圆形、矩形、梯形 对称、非对称
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蜗壳设计流程
蜗室型线形状
各过水断面形状积叠、面积变化规律 面积比、隔舌位置定义
Pfleiderer ：Cu*Rx=const
——26 /86—— Copyrigh蜗壳设计流程
蜗壳进口 横截面形状 蜗壳几何 扩散器 3D几何
d4, b4 rectangle, trapezoid, circle, free-form contour calculation direction, length, shape visualization, export
2.2 水轮机蜗壳流道的数字化设计
2.2.1 水轮机蜗壳的流体动力学设计理论 根据水电站水头高低选择蜗壳 H ≥ 40m 金属蜗壳
H ≤ 40m 金属蜗壳或混凝土蜗壳
根据水轮机形式选择蜗壳 径流式和混流式 轴流式 圆形或者椭圆形蜗壳 梯形断面混凝土蜗壳
蜗壳的三种设计方法：
①切向速度矩为常数的设计方法；（常采用）
2.4.1 离心泵蜗壳流道的数字化设计模型
①
② ③
蜗壳流道过流断面面积F及高度H的计算 (式2.10~14)
水轮机结构蜗壳及尾水管PPT课件
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3、出口扩散段： • 矩形扩散管，出口宽度B5， • B5很大时，加隔墩d5=(0.1~0.15) B5 • 顶板 α=10°~13°，底板水平。
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4.尾水管的高度与水平长度 • 尾水管的总高度和总长度是影响尾水管性能的重要因素。 • H=h1+h2+h3+h4 h1，h2由转轮结构确定; h4为肘管高度，不易变动。
• 铸钢蜗壳：H>200m时，钢板太厚，不易焊接，与座环一起铸造而成的铸钢蜗壳，
难 。 其 运 输 困
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二、蜗壳的主要参数
1.断面型式与断面参数 金属蜗壳：圆形结构参数：座环 外径、内径、导叶高度、蜗壳断面 半径、蜗壳外缘半径。
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混凝土蜗壳：“T”形。 (1) m=n时：称为对称型式 (2) m>n：下伸式 (3) m<n：上伸式 (4) n=0：平顶蜗壳 • 中间断面：
(2) 根据水电站具体情况选择断面型式，并确定断面尺寸，使其
(3) 选择顶角与底角点的变化规律(直线或抛物线)，以虚线表示并画出1、2、3…….等
F F 中间断面。
(4) 测算出各断面的面积，绘出：cF = f(R)关系曲线。
(5) 按
绘出F = f(Φ)直线。
(6) 根据φi确定Fi、Ri及断面尺寸，绘出平面单线图。
3600Vc
R r 2 由 (i)此确可定以φ绘0 出和i 蜗VC壳；平3Q6面0m图0aVx单Ci线
图
。
其
步
骤
为：
i
a
i
(ii) 求Fc、ρmax、Rmax；
solidwork中蜗壳的建模方法
渣浆泵蜗壳的三维建模设计发表时间：2008-9-16 来源：万方数据关键字：介绍了三维设计软件Solidworks的主要特点，及如何运用三维设计软件Soilworks对渣浆泵蜗壳进行三维建模。
1 引言离心式渣浆泵是输送含有固体颗粒介质的主要设备，广泛用于冶金、煤炭、矿山、电力等行业，在其运行过程中受到冲蚀磨损、磨料磨损、表面疲劳磨损及气蚀等诸多因素的影响。
蜗壳作为渣浆泵的主要过流件之一，受压力最大，磨损、腐蚀最为严重，其寿命也最短，且蜗壳失效多为设计不合理所致。
蜗壳一旦失效，将严重影响整台泵的运行状况。
因此，提高产品效率，延长产品的运行寿命，关键在于采用先进的现代化设计方法。
近几年来，随着计算机计算能力和流体计算动力学的迅速发展，尤其是三维流动分析的使用，三维数值模拟应用越来越广。
这里基于Solidworks的三维建模功能，研究渣浆泵蜗壳的三维建模方法。
2 三维设计软件的特点Solidworks是基于Windows平台的三维机械设计软件，它提倡三维软件的易用性、高效性并具有强大的功能，主要特点：(1)全Windows界面，操作简单。
Solidworks采用Windows界面，使软件操作简单易懂，让熟悉Windows用户可以迅速掌握。
(2)灵活的草图绘制。
将草图经过拉伸、旋转等操作，可以得到想要的三维模型。
(3)参数化特征造型。
所有特征都具有参数化修改功能，便于设计中特征的修改。
(4)简单的工程图转化过程。
Solidworks可将三维模型自动转化为二维工程图，并可自动添加各种标注。
(5)方便的数据交换。
Solidworks可方便的与CAD、PRO/E、ANSYS等软件实现数据交换。
3 渣浆泵蜗壳三维建模渣浆泵蜗壳几何特性分析及建模策略设计的渣浆泵蜗壳，在结构上由4段圆弧面、两侧连接凸台、出料口组成，具体结构如图1所示。
其木模图，如图2所示。
由图2可知，渣浆泵蜗壳的I一Ⅶ截面的内端面可以用过同一截面旋转切除而成，Ⅶ-Ⅶ、Ⅷ-Ⅸ、Ⅸ-X截面的内端面均需要两个不同截面通过延特定曲线放样切除生成。
《水电站蜗壳》课件
蜗壳的种类
根据不同的设计要求和参数，蜗壳可以分为不同的种类，如固定叶蜗壳、可调叶蜗壳和双进 口蜗壳等。
水电站蜗壳的设计和模拟
蜗壳设计的几个关键点
蜗壳的设计参数是影响蜗壳性能 的关键因素之一，设计时需要考 虑叶轮叶片的型线、叶片数目和 轴向长度等因素。
水电站蜗壳的应用和未来
1 蜗壳的应用领域和前 2 蜗壳的发展趋势和挑 3 水电站蜗壳的展望
景
战
未来，随着科技的突破和
水电站蜗壳广泛应用于水
随着能源需求的增长和全
工业革命的演进，水电站
力发电和水泵等领域。随
球环境问题的日益突出，
蜗壳将继续在能源和环境
着科技和经济的发展，蜗
蜗壳的研究和开发备受关
保护等领域发挥着不可替
壳的应用前景越来越广阔。
注。同时，如何提升蜗壳
代的作用。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
的效率和降低成本也是当
前亟待解决的挑战。
结论
重要性和价值
水电站蜗壳是水电站运行中最重要的部件之一，其 性能的稳定和优化对于水力发电效率的提升和环境 保护效果的改善具有重要价值。
总结本次PPT的内容
本次PPT从蜗壳的简介、设计和模拟、制造和维护、 应用和未来等四个方面全面介绍了水电站蜗壳的相 关知识。希望能够为大家提供有益的帮助。
蜗壳的制造需要采取独特的工艺和技术，包括铸造、锻造与数控加工等多个环节。 生产过程中，需要使用各种专业的工具和设备。
2
蜗壳的维护方法和周期
水电站蜗壳是长期运行的重要设备，需要定期进行维护和保养，以保证高效稳定 地运行。常见的维护方式包括清洗、充填润滑油和修补缺陷等。
原件
§1 绘制蜗壳单线图一、蜗壳的型式：水轮机的设计头头Hp=73m>40m ，采用金属蜗壳。
另外，由水轮机的型式为HL220—LJ —410，可知本水电站采用金属蜗壳。
二、蜗壳主要参数的选择（参考《水力机械》第二版，水利水电出版社）金属蜗壳的断面形状为圆形为了良好的水力性能一般蜗壳的包角取0345ϕ=（P98） 查表得(P160)：3max 38.9/Q m s = 蜗壳进口断面流量max0360c Q Q ϕ=334538.937.3/360c Q m s =⨯=,蜗壳进口断面平均流速c V 由图4—30查得， 5.8/c V m s =。
由附录二表5(P162)查得：3250,3850b a D mm D mm ==，则1625,1925b a r mm r mm ==其中：b D —座环内径；a D —座环外径；b r —座环内半径；a r —座环外半径。
座环示意图如下图所示座环尺寸（mm）比例：1：100三、蜗壳的水力计算1、对于蜗壳进口断面（P100）断面面积20max 34538.9 6.427360360 5.8c c c c Q Q F m V V ϕ⨯====⨯断面的半径0maxmax 34538.91.430360360 5.8c m V ρππ⨯===⋅⨯⨯。
从轴中心线到蜗壳外缘的半径：max max 2 1.9252 1.431 4.786a R r m ρ=+=+⨯=。
2、对于断面形状为圆形的任一断面的计算设i ϕ为从蜗壳鼻端起算至计算面i 处的包角，则该计算断面处的max 360ii Q Q ϕ=，i ρ=2i a i R r ρ=+。
其中：3max 38.9/Q m s =， 5.8/c V m s =， 1925 1.925a r mm m ==。
表 １—１根据计算结果表１－１，画蜗壳单线图，如下图所示，比例为1:80，单位为mm。
§2 尾水管单线图的绘制根据已知的资料，得此水电站尾水管对应的尺寸如下：为了减少尾水管的开挖深度，采用弯肘形尾水管，由进口直锥段、肘管和出口扩散段三部分组成。
《水电站蜗壳》课件
03
蜗壳的设计与计算
设计原则与步骤
确定设计原则
根据水电站的具体要求和规范 ，确定蜗壳的设计原则，如结 构安全、运行稳定、经济合理
等。
确定设计参数
根据水电站的规模和参数，确 定蜗壳的设计参数，如流量、 水头、转速等。
选择设计方法
根据设计原则和参数，选择适 合的设计方法，如理论计算、 经验公式、数值模拟等。
新型材料
研发和应用高强度、轻质、耐腐蚀的 新型材料，提高蜗壳的承载能力和使 用寿命。
行业发展趋势
绿色环保
随着环保意识的提高，水电站蜗 壳的设计和制造将更加注重环保
和节能，降低对环境的影响。
标准化和模块化
通过标准化和模块化的设计和制 造，提高蜗壳的互换性和维修便
利性，降低制造成本。
国际化发展
加强国际合作与交流，引进国际 先进技术和管理经验，提升我国 水电站蜗壳行业的国际竞争力。
未来展望与挑战
可持续发展
在保障能源供应的同时，注重环境保护和可持续发展，探索更加 绿色、高效的水电开发模式。
技术创新与人才培养
加强技术创新和人才培养，提升行业整体技术水平和创新能力，应 对未来发展的挑战和机遇。
国际市场拓展
积极参与国际市场竞争，提升我国水电站蜗壳产品的知名度和品牌 影响力，拓展国际市场份额。
《水电站蜗壳》 PPT课件
目录
• 蜗壳概述 • 蜗壳的工作原理 • 蜗壳的设计与计算 • 蜗壳的制造与安装 • 蜗壳的运行与维护 • 蜗壳的发展趋势与展望
01
蜗壳概述
蜗壳的定义与作用
总结词
介绍蜗壳的基本定义和在水电站 中的作用。
详细描述
蜗壳是水电站水轮机的一个重要 组成部分，其主要作用是将水流 的动能转换为旋转的机械能，从 而驱动水轮机转动。
用UG画风扇蜗壳
UG建模之风扇蜗壳建模目标：通过蜗壳二维图建立蜗壳的三维模型。
效果预览：建模步骤：第一步、新建prt文件，命名为woke。
首先，导入DWG文件，蜗壳二维图见下图。
第二步、将主视图移至坐标原点。
第三步、将顶视图与右视图旋转90°放置，见下图。
第四步、做一条辅助拉伸直线，见下图。
第五步、进行拉伸（距离为20），见下图。
第六步、做几条辅助曲线（图中绿色曲线），将要拉伸的曲线连接起来，见下图。
第七步、对上步连接起来的曲线进行拉伸处理（拉伸距离为260），见下图。
第八步、做辅助曲线，将连接曲线拉伸，拉伸距离任意，见下图。
第九步、利用上步建立的拉伸片体对蜗壳主体进行修剪，见下图。
第十步、做辅助直线，将连接曲线拉伸（拉伸距离为1000到1200），见下图。
第十一步、利用修剪体命令对蜗壳主体进行修剪，见下图。
第十二步、拉伸图中红色直线，拉伸距离为232至240，求差，见下图。
第十三步、绘制辅助曲线（图中绿色曲线），将连接曲线拉伸，拉伸距离为170，见下图。
第十四步、绘制辅助曲线（图中绿色），见下图。
第十五步、将上述连接曲线拉伸（拉伸距离为200），见下图。
第十六步、绘制如下辅助直线，见下图。
第十七步、将连接曲线投影到加强筋侧面，见下图。
第十八步、将投影曲线回转，回转角度为-10到10，偏置-100，见下图。
第十九步、进行求差，见下图。
第二十步、同理，作出另一侧加强筋，效果如下：第二十一步、拉伸下图中外圆，拉伸距离为15到25，与底板求差，见下图。
第二十二步、做辅助曲线，见下图。
第二十三步、将连接曲线拉伸（距离为15到25，并求差），见下图。
第二十四步、将底座与壳体模型求和，见下图。
第二十五步、对模型进行抽壳处理，厚度为10，见下图。
第二十六步、做如图辅助直线，构成连接曲线，见下图。
第二十七步、将上步连接曲线拉伸，拉伸距离为208至240，与壳体求差，见下图。
第二十八步、拉伸下图曲线，拉伸距离为208到230，与壳体求和，见下图。
单级单吸离心泵蜗壳PROE三维造型
蜗壳PROE画法1.打开，新建一零件特征，如下图所示2.点击创建基准轴图标，点选空间坐标系的Z轴，创建以Z轴作为参照的基准轴，如下图所示3.点击图标，点选FRONT平面，以FRONT平面做为草绘平面，如下图所示点击草绘，在FRONT平面中画出蜗壳的二维投影图，如下图所示二维图的画法请读者参照林清安的《综合教程》，这里不在赘述。
4.蜗壳的二维投影图画完以后，做出蜗壳的一到八断面与基圆的交点，方面以后做扫描混合的时候用，点击图标，创建蜗壳的一到八断面与基圆的交点，方法如下图所示依次创建出所需要的八个交点，如下图所示5.绘制第二断面到第八断面的扫描引导线，实际上是基圆的点PNT1到点PNT7那段，所绘制的引导线如下图所示6.点击扫描混合图标，创建曲面图标，点击上图所绘制的引导线，如下图所示点击中的截面菜单，出现如下图所示的对话框鼠标单击PNT1，激活该对话框，旋转改为90度，对话框如下图所示点击上图的草绘，进入二维的草绘状态，画出第二断面形状，所绘制的断面形状如下图所示（应注意在绘制后面的断面形状时，应保证绘图的起始点与绘图的方向相一致，以免扫描混合时出现扭曲的状态）第二断面绘制完成后，点击确定图标，选择下图中的插入图标按照上述的方法，依次绘制出剩余的几个断面，最后得到的形状如下图所示7.创建第九断面所在平面，如下图所示利用草绘工具，进入刚创建的平面，草绘出如下图形其中垂直线所对应部分为上图红线所示部分，创建完成后，点击确定图标，绘制完成后图形如下所示点击基准坐标系工具图标，创建如下图所示的CSO参考坐标系，如下图所示利用蜗壳水力模型图上的第九断面数据，利用偏移坐标系工具，选择上一步创建的CSO参考坐标系，利用圆柱坐标系，将第九断面所对应的点的数据输入，如下图所示利用插入基准曲线工具，选择上一步所创建的点，所得到的图形如下点击草绘工具，选择第九断面所在平面为草绘平面，绘制出第九断面形状，如下图所示利用相同的方法绘制出第十断面的形状，所绘第十断面的形状如下图所示创建蜗壳出口平面，如下图所示以蜗壳出口平面为草绘平面，创建出蜗壳出口形状，如下图所示8.点击草绘工具，选择FRONT平面为草绘平面，绘制引导线1，如下图所示重复上述操作，绘制出引导线2，如下图所示9.草绘完第九、第十和出口断面以及2段引导线后，利用边界混合工具，绘制出如下的图形，即为第九断面到蜗壳出口的形状10.草绘第一断面，如下图所示11.草绘第二断面，如下图所示12.草绘处第一断面到第二断面的三段引导线，分别如下图所示引导线1引导线2引导线313.利用边界混合工具，以上述所绘制的第一、第二断面为边界曲面，三段引导线做为控制线做一边界混合操作，绘制的第一断面到第二断面的过渡形状如下图所示14.草绘出第九断面的过渡形状，此过渡形状为第九断面的一部分，如下图所示15.草绘出第八断面的过渡形状，注意第八断面为一不闭合的曲线段，如下图所示16.利用边界混合工具，选取上述绘制的2个过渡形状，做出第八断面到第九断面的过渡曲面，如下图所示17.草绘出曲线1，如下图所示利用偏移工具，得到曲线2，如下图所示曲线218.利用边界混合工具，选取下图中的2段曲线进行边界混合操作，设置条件如下图所示19.利用点工具，找到曲线2在第九断面上的端点，如下图所示20. 利用点工具，找到第一端面线的某个端点，如下图所示21.以FRONT平面为草绘平面，利用样条曲线工具，以上述的2个点作为参考，画出相应的样条曲线，如下图所示22.选中上图中绘制的样条曲线，利用拉伸工具，从中心向两侧拉升，做一拉伸曲面，深度要超过涡室进口宽度b,拉伸出的图形如下图所示，此步骤是方3面后面的补面之用。
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第十一章蜗壳的建模过程2——蜗壳部件建模
（a）起点（b）目标
图11.1焊接蜗壳的建模过程
图11.2创建蜗壳进口段内腔——通过曲线组特征
图11.3创建蜗壳型腔分段1~2的直纹面
图11.4创建蜗壳型腔分段2~3的直纹面
图11.5创建蜗壳型腔分段（例，21~22）的直纹面
图11.6依次（1～24）选择型腔分段实体
图11.7 为24个蜗壳型腔分段实体添加“名称”属性
图11.8利用反向选择隐藏型腔分段实体
图11.9创建草图
（a）（b）
（c）（d）
图11.10初步创建“鼻端”型线圆弧
（a）（b）图11.11 约束圆弧的终点到-X轴
图11.12确定圆弧圆心的Y坐标
图11.13标注圆弧半径
（a）（b）
图11.14标注圆弧起点的Y坐标
（a）在被隐藏的对象中选择要要显示的对象（b）显示结果图11.15显示蜗壳型腔分段（section22、section 23和section 24）
图11.16布尔运算——三个蜗壳型腔分段求和
图11.17布尔运算——section1和section22_24求和（保留原实体）
图11.18隐藏名称含sec的对象
图11.19 创建拉伸求交实体
（a）（b）俯视图
图11.20 鼻端隔舌
图11.21创建求和实体：（section1）+section2
图11.22创建求和实体：（section1+section2）
+ section3+…+ section21
图11.24对“求和”体｛（section1）～section21｝进行抽壳
图11.25求差：第一个壳体－实体section22_24
图11.26打通蜗壳尾部型腔
图11.27创建第二个壳体
（a）（b）图11.28 需要去除蜗壳设计中的交叉部分
图11.29求差：第二个壳体－
section1 图11.30 蜗壳整体
图11.31开座环孔后的蜗壳模型
图11.32 座环的平面设计图
图11.33 固定导叶翼型图
图11.34 固定导叶翼型的图形构成
（a）（b）
图11.35草绘翼型轮廓
图11.36 添加尺寸1和尺寸2
（a）（b）
（c）（d）
图11.37创建圆弧1
图11.38创建圆弧2和圆弧3
（a）（b）
（c）
图11.39创建头部圆
（a）
（b）
图11.40修剪直线1、直线2和直线3
图11.41为翼型添加尺寸约束
图11.42添加翼型的基准轴线
（a）（b）图11.43给定固定导叶的安放角以及相对蜗壳的分布位置
图11.44固定导叶型线草图
图11.45添加“凸台”特征——选择平的放置面
图11.46添加“凸台”特征——定位凸台圆心到坐标原点
（a）（b）
图11.47添加第二个“凸台”特征
图11.48凸台——上座环的构成部分
图11.49打中心台阶孔
图11.50倒斜角
（a）
（b）
图11.51唇边倒圆
图11.52 选择要镜像的特征
图11.53 选择要镜像的平面
图11.54 用镜像特征创建下座环唇边环
（a）（b）
图11.55创建下座环的中心孔特征
（a）（b）图11.56创建上座环的孔特征
图11.57创建下座环的螺纹孔特征
图11.58添加倒角和圆角特征（剖面图）
图11.59圆形阵列——选择要引用的特征
图11.60创建座环模型
图11.61显示壳体与座环
图11.62视图操作→截面
（a）壳体与座环唇边的对接形状（b）鼻端隔舌局部
图11.63求差：壳体实体－座环实体
（a）
（b）
图11.64 延伸隔舌与“鼻端固定导叶”相交
图11.65“鼻端固定导叶”与隔舌的封口部分
图11.66 鼻端建模存在的缺陷
图11.67 在鼻端型线草图中添加圆弧
图11.68 完全约束草图
图11.69 完成鼻端建模缺陷的补修
（a）
（b）
图11.70完成蜗壳部件
图11.71创建第一个通过曲线组特征
图11.72创建第二个通过曲线组特征——选相切约束面
（a）（b）
图11.73抑制“求和”特征以恢复型线（俯视图）
图11.74 鼻端型线草图：创建圆弧1和圆弧2
图11.75 鼻端型线草图：创建圆弧3、4、5及直线6。