【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水轮机制造，更具体地说涉及一种水泵水轮机导水机构数字预装最优开档值确定方法。
技术介绍
1、水泵水轮机导水机构各零部件在制造厂内加工完后需进行整体预装以检验各零部件之间的装配尺寸、形位公差等是否满足设计和使用要求。其中，顶盖与底环之间导叶密合平面的开档值是导水机构预装验收的关键数据，它的大小关系着导叶是否能灵活转动的同时还能尽量避免水流泄露损失。目前在现有的制造技术和模式下，导水机构统筹需要先在制造厂内进行整体的实物预装，将顶盖、底环、导叶等所有零部件进行装配。然后逐一测量顶盖底环之间的开档值，通过可调式的工装工具对顶盖或底环的支撑面的各个方向进行调节来寻找导水开档数据的最优值，并以此来判断导水机构预装后的开档值是否满足设计和使用要求。
2、然而随着先进制造技术的发展，尤其是数字化大尺寸三维测量系统及逆向工程技术的发展，水泵水轮机导水机构可以通过对参与预装的零部件进行精确的逆向三维测量并将逆向建模数据进行装配和计算来实现与实物预装同等的装配质量判断和预装验收，该方法可称为水泵水轮机导水机构的数字预装技术。数字预装技术是水轮机制造业的前沿发展技术，符合国家双碳战略和绿色发展理念。因此，如何利用数字预装技术，对水泵水轮机导水机构的最优开档值进行计算，是亟需解决的问题。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术公开了一种水泵水轮机导水机构数字预装最优开档值确定方法，本专利技术针对水泵水轮机导水机构数字预装技术中导水机构开档值的调整方法与最优
2、为了实现以上目的，本专利技术采用的技术方案：
3、一种水泵水轮机导水机构数字预装最优开档值确定方法，包括以下步骤：
4、一、理论预装三维模型建立
5、s1、根据顶盖、底环的设计尺寸及导水机构的装配约束和设计开档值，建立理论预装三维模型，并在理论预装三维模型中得到顶盖、底环开档值理论测点的坐标数据；
6、s1步骤中，根据顶盖、底环的设计尺寸及导水机构的装配约束和设计开档值，建立笛卡尔坐标系下顶盖与底环的标准化理论预装三维模型，依次分别得到顶盖、底环开档值理论测点的坐标数据。
7、优选的，所述s1步骤包括以下步骤：
8、s11、分别根据顶盖、底环的设计值建立顶盖、底环的三维模型；在底环的三维模型中，将止漏环圆心设置为坐标原点、止漏环圆心与1#轴孔圆心连线设置为+x轴、密合开档平面朝上设置为+z轴建立笛卡尔坐标系；并根据导水机构的设计开档值及装配约束关系，将顶盖与底环进行模型装配得到导水机构开档计算的理论预装三维模型；
9、s12、设导水机构共有n个导叶，以底环密合开档平面为基准面，设1#导叶轴孔与2#导叶轴孔的圆心连线的垂直平分线为l1、导叶中心分布圆线为l2，l1与l2的交点为底环开档值计算的1#理论测点，其坐标为pt1＝(xpt1，ypt1，zpt1)；然后以坐标原点为基准点，采用环形阵列的方式依次得到底环其余的开档计算理论测点pt2＝(xpt2，ypt2，zpt2)、pt3＝(xpt3，ypt3，zpt3)......ptn＝(xptn，yptn，zptn)；
10、s13、以顶盖密合开档平面为基准面，设1#导叶轴孔与2#导叶轴孔的圆心连线的垂直平分线为l3、导叶中心分布圆线为l4，l3与l4的交点为顶盖开档值计算的1#理论测点，其坐标为qt1＝(xqt1，yqt1，zqt1)；然后以坐标原点为基准点，采用环形阵列的方式依次得到顶盖其余的开档计算理论测点qt2＝(xqt2，yqt2，zqt2)、qt3＝(xqt3，yqt3，zqt3)......qtn＝(xqtn，yqtn，zqtn)。
11、二、过流面三维测量
12、s2、在生产加工完的实物模型中，对顶盖、底环的过流面进行三维测量获得原始的测量数据，并对测量数据进行预处理并匹配s1步骤的理论预装三维模型，再根据s1步骤理论测点的坐标数据，得到底环、顶盖实测点的实测坐标基础数据；
13、s2步骤中，对顶盖、底环的过流面进行全面的三维测量并获得原始的测量数据，对测量数据进行一定的计算处理得到可用于下一步优化计算的基础数据。
14、优选的，所述s2步骤包括以下步骤：
15、s21、在生产加工完的实物模型中，通过三维触点测量的方式获得底环过流面上关于密合开档平面、止漏环柱面、1#导叶轴孔的实测坐标数据；再采用最小二乘法将密合开档平面的实测坐标拟合成平面n1，将止漏环柱面实测坐标、1#导叶轴孔实测坐标先向n1平面进行投影后再用最小二乘法拟合为圆，得到止漏环投影圆心坐标p1＝(xp1，yp1，zp1)、1#导叶轴孔投影圆心坐标q1＝(xq1，yq1，zq1)；
16、上述步骤中，密合开档平面、止漏环柱面、1#导叶轴孔的测点数量均≥3。
17、s22、在生产加工完的实物模型中，通过三维触点测量的方式获得顶盖过流面上关于密合开档平面、止漏环柱面、1#导叶轴孔的实测坐标数据；再采用最小二乘法将密合开档平面的实测坐标拟合成平面n2，将止漏环柱面实测坐标、1#导叶轴孔实测坐标先向n2平面进行投影后再用最小二乘法拟合为圆，得到止漏环投影圆心坐标p2＝(xp2，yp2，zp2)、1#导叶轴孔投影圆心坐标q2＝(xq2，yq2，zq2)；
18、上述步骤中，密合开档平面、止漏环柱面、1#导叶轴孔的测点数量均≥3。
19、s23、在s21步骤和s22步骤的基础上，在同一个测量坐标系下采用三维连续扫描测量的方式获得顶盖、底环过流面中关于密合开档平面的点云数据；再通过s21步骤、s22步骤中的n1平面、n2平面、p1、q1、p2、q2坐标点，采用点、线、面的匹配方法分别将底环、顶盖三维实测数据与s1步骤中的理论预装三维模型进行匹配，获得实测扫描点云在理论预装三维模型的标准坐标系下的坐标数据；
20、s24、根据s12步骤和s13步骤中标准坐标系下顶盖及底环的开档值计算理论测点pti(i＝1、2......n)、qti(i＝1、2......n)，在三维测量软件中通过理论坐标点的引导分别得到底环、顶盖相应的最近实测点的实测坐标ps1＝(xps1，yps2，zps3)、ps2＝(xps2，yps2，zps2)......psn＝(xpsn，ypsn，zpsn)，以及qs1＝(xqs1，yqs2，zqs3)、qs2＝(xqs2，yqs2，zqs2)......qsn＝(xqsn，yqsn，zqsn)。
21、本专利技术中，需对导水机构顶盖、底环开档调整的最优值进行说明和定义，具体如下：
22、优选的，顶盖与底环进行预装时导水开档高度调整的最优值为：首先在导水机构开档l有的n个测点中分别计算出对应n个初始开档值，然后在n个测点中寻找某一最优的测点并相应抬高或者降低本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水泵水轮机导水机构数字预装最优开档值确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的最优开档值确定方法，其特征在于，所述S1步骤包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的最优开档值确定方法，其特征在于，所述S2步骤包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的最优开档值确定方法，其特征在于，所述S3步骤包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的最优开档值确定方法，其特征在于，所述S31步骤中，第i点的开档调整量最大，第i点的左右两侧依次相邻的点的调整量逐渐减小，直至到第i点左右两侧完全垂直的两点的调整量为0，然后接着再往前两侧点的调整量值方向与之相反，直至第i点对称点的开档调整值与第i点大小相等、方向相反。
6.如权利要求4所述的最优开档值确定方法，其特征在于，所述S4步骤包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的最优开档值确定方法，其特征在于，所述S45步骤的穷举法中，对于第1个开档测点及第1+N/2个开档测点组成的对称开档测点组：
8.如权利要求7所述的最优开档值确定方法，其特征在于，所述S4
9.如权利要求1所述的最优开档值确定方法，其特征在于，所述S5步骤包括以下步骤：
10.如权利要求1所述的最优开档值确定方法，其特征在于，顶盖与底环进行预装时导水开档高度调整的最优值为：首先在导水机构开档已有的N个测点中分别计算出对应N个初始开档值，然后在N个测点中寻找某一最优的测点并相应抬高或者降低一最优值使得原有的N个开档值中的最大值与最小值之间的差值最小，该最优值即为导水机构顶盖、底环开档高度调整的最优值。
...【技术特征摘要】
1.一种水泵水轮机导水机构数字预装最优开档值确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的最优开档值确定方法，其特征在于，所述s1步骤包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的最优开档值确定方法，其特征在于，所述s2步骤包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的最优开档值确定方法，其特征在于，所述s3步骤包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的最优开档值确定方法，其特征在于，所述s31步骤中，第i点的开档调整量最大，第i点的左右两侧依次相邻的点的调整量逐渐减小，直至到第i点左右两侧完全垂直的两点的调整量为0，然后接着再往前两侧点的调整量值方向与之相反，直至第i点对称点的开档调整值与第i点大小相等、方向相反。
6.如权利要求4所述的最优开档值确定方法，其特征在于，所述s4步...
【专利技术属性】
技术研发人员：李浩亮，杜芝鹏，胡友民，吴建杰，刘学东，崔兴国，刘涛，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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