水轮发电机组检修的计算机仿真系统开发

第39卷 第2期 2004年4月西 南 交 通 大 学 学 报Vol.39 No.2 Apr.2004 文章编号:0258 2724(2004)02 0234 05

水轮发电机组检修的计算机仿真系统开发

陈晓山,赖喜德,刘小兵

(西华大学能源与环境学院,四川成都610039)

摘 要:为了解决水力发电厂检修人员的技术培训及制定合理、高效的检修方案等问题,采用计算机仿真技术、虚拟现实技术及多媒体技术相结合的方法,开发了水轮发电机组检修仿真系统.系统开发的关键技术包括水轮

发电机组所有零件的三维数字化建模、检修技术和工艺知识库建立、三维可视化浏览技术、基于虚拟现实的动态

装配仿真技术及多媒体技术.该系统已成功地用于某大型水力发电厂的人员培训和检修方案的辅助制定.

关键词:水轮发电机组;虚拟现实;仿真;检修;培训

中图分类号:TP391.9;TV738 文献标识码:A

DevelopmentofComputerSimulationSystemforOverhauling

ofHydroelectricGeneratingUnit

CHENXiao shan,LAIXi de,LIUXiao bing

(SchoolofEnergy&Environment,XihuaUniversity,Chengdu610039,China)

Abstract:Inordertomakethereasonableandeffectivetechnicalschemesforoverhaulingandsolve

difficultiesintrainingoverhaulingworkersinhydroelectricpowerplants,acomputersimulationsystemfor

overhaulingofahydroelectricgeneratingunitwasdevelopedbycombiningcomputer aidedsimulation,

virtualrealityandmultimediatechniques.Thekeytechniquesinthissysteminclude3 dimensionaldigital

modelingforallthepartsofahydroelectricgeneratingunit,knowledgedatabasesettingupforoverhauling

techniqueandprecess,implementationof3 dimesnsionalvisualization,anddynamicsimulationof

assemblingprocessesbasedonthevirtualrealityandmultimediatechniques.Thissystemhasbeen

successfullyusedintheoverhaulingofalargehydroelectricgeneratingunitandthetrainingofoverhauling

workers.

Keywords:hydroelectricgeneratingunit;virtualreality;simulation;overhauling;training

水轮发电机组是水力发电厂的核心,因为水轮机运行条件复杂、零部件多、故障率高,运行中空化与磨损等问题仍未得到很好的解决,所以定期检修是水力发电厂的一项非常重要的任务[1].每次检修时,如何根据具体情况制定合理的技术方案,以降低检修成本和缩短检修周期等是水力发电厂急需解决的技术关键问题.对于大型电站,水轮机的许多零部件被安装在机坑里,使得检修人员很难看清楚其内部结构及各零部件的空间位置关系.

另一方面,由于大型水轮机不仅造价昂贵,而且制造周期较长,使得一般水电厂不可能有条件对检修人员进行现场实物培训,所以检修培训通常主要是针对设备的理论性讲解.加之水轮发电机组多采用二维设计,很难使检修人员对设备有全面和直接的认识,更难以制定出合理、高效的检修方案和工艺,必然会延长检修和停机时间,从而直接影响水电厂的经济效益.

此外,水轮发电机组作为流体机械和水利水电工程专业的主要专业课程内容之一,由于其内部结构和收稿日期:2003 07 04

作者简介:陈晓山(1955-),男,工程师.

第2期陈晓山等:水轮发电机组检修的计算机仿真系统开发235形状复杂,教学过程也非常困难,很难给学生一个直观和接近现实的教学环境.

由此可见,水轮发电机组计算机仿真系统的开发,对水力发电行业的(检修)技术进步和人才培养都具有重要意义.为此,我们将计算机仿真技术、虚拟现实技术及多媒体技术相结合,开发了水轮发电机组检修仿真系统.

1 仿真系统功能及其关键技术

水轮发电机组检修的仿真系统要求能在计算机上动态模拟机组安装和检修过程,并实现人机交互装配,直观和准确地表达其内部结构、各零部件空间关系,以及零部件浏览和分析等.系统的主要功能如图1所示

.

水轮发电机组检修仿真系统开发的关键技术包括零部件

的三维数字化建模、检修技术和工艺知识库建立、三维可视化

浏览技术、基于虚拟现实的动态装配仿真技术及多媒体技术

等.本系统针对水轮发电机组的特点,将其综合开发用于虚拟

检修及虚拟培训.

计算机仿真技术已广泛应用于各工程领域,多媒体技术也

已在教学等领域广泛应用.虚拟现实(virtualreality,VR)技术是

近年来发展起来的新技术,在各个领域逐步得以开发应用.虚

拟现实是多媒体技术发展的更高境界,它汇集了计算机图形

学、多媒体技术、人机接口技术、传感器技术、高度并行的实时

计算技术和人的行为研究等多项关键技术[25].通常意义上的虚

拟现实技术,是指通过多媒体技术与仿真技术相结合,生成逼

[3]图1 仿真系统的主要功能Fig.1 Mainfunctionsofthesimulationsystem真的视、听、触觉一体化的虚拟环境,用户以自然的方式与虚拟环境中的客体进行交互作用,从而产生身临其境的感受和体验.根据沉浸程度的不同,可将虚拟现实分为桌面式、大屏幕式、沉浸式和舱室仿真器4

种类型.其中,桌面虚拟现实是一种初级的虚拟现实,它的沉浸度差,但最为简单,制作成本低,易于普及和实现.

本检修仿真系统就是采用VRML(virtualrealitymodelinglanguage)开发的桌面式虚拟现实仿真系统,在配有高性能图形加速卡的PC机上开发,其性能便能够满足系统实时性的要求.开发过程中,可采用高端CAD软件完成机组的零部件数字化建模,并转换成VRML数据格式.根据水轮发电机组的结构特点,采用MicrosoftAccess建立数字化零部件的数据库,采用VisualBASIC设计系统的GUI界面,通过Java编程实现动态装配仿真.

2 仿真系统的设计与实现

2.1 零部件的三维数字化建模

计算机仿真的核心在于对仿真对象的数字化建模,要实现虚拟的装配过程,必须先对基本的零部件建立三维数字模型.水轮发电机组的内部结构复杂,据统计,1套水轮发电机组共有上千个零件,其中20%30%为不规则的几何体曲面零件.由于VRML文件中最基本的造型节点只有Box(长方体)、Cylinder(圆柱体)、Cone(简单的圆锥体)和Sphere(球体)共4种,所以直接用VRML语法编写程序创建水轮发电机组零部件的几何模型几乎是不可能的.

为了高效、准确地完成所有零部件的数字化建模,可采用目前优秀的机械CAD软件,如UnigraphicsCAD等.利用CAD软件进行各零件的三维造型,将零件的三维几何模型转换成.wrl的格式输出.三维造型时,相同的零件只需造型、存储1次,这有利于减少文件数量和大小,便于传递和交流.通过一系列交互造型步骤,就生成了各零件的VRML文件.

2.2 三维数字化零部件的数据库建立

[6]

236西 南 交 通 大 学 学 报第39卷的重要环节.将UG中的零件转换为VRML格式时,由默认的光源和一些被命名为Body_XXX(其中XXX为无序的编号)的空间造型构成,则实体都由Shape,geometryIndexedFaceSet,normalNormal和coordIndex等节点构成.首先,将原来默认的光源去掉后,直接将这些实体文件按零件名称存储为原始零件文件,并存入同一个文件夹,就形成了备用的原始零件库.再按VRML提供的3种模拟现实光照的光源 点光源、平行光源和聚光光源,加入光源而形成新的零件文件.新的零件文件由光照、视点和Inline(行插入)节点构成.在VRML文件素材准备好之后,为了方便VB程序 …… 此处隐藏：3609字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……