一种轴流转桨式水轮机转轮培训教具制作方法与流程

1.本发明涉及教具制作领域，具体涉及一种轴流转桨式水轮机转轮培训教具制作方法。


背景技术：

2.水电机组根据国家行业标准规定，运行8-10年进入机组a修（扩大性大修）周期，转轮作为核心部件，更是大修中关键检修部件。
3.转轮检修，必须严格遵循相关检修工艺流程，熟悉转轮的结构、原理和装配，对检修工艺的熟练掌握是确保作业安全和检修质量的重要因素，因此专项技能培训是实现这一目标的重要手段。
4.现目前转轮检修专项培训通常采用以下方式，一是利用授课方式进行理论讲解，侧重理论培训，导致参加培训人员缺乏立体认识，在未开展机组大修时，转轮培训以作业指导书文字为主，枯燥单一，培训不直观、不立体、不生动形象，不易被受训人员接纳，培训效果较差；二是参与检修进行实践，培训人员观摩或参与部分检修实操，仅能掌握部分或常规检修工艺，很难全面详细了解转轮结构及各零部件的装配关系和检修要点，开展机组大修时，转轮培训结合检修作业“实战练兵”，因转轮完整检修周期长，培训人员受检修分工、检修工期等多方限制，致使转轮专项培训周期长（通常在2个月以上），且培训人员掌握转轮检修工序工艺不全面；三是利用旧设备或专购新设备用于培训实操，由于转轮造价高，体积大，涉及相关培训成本高、难度大、耗时长，人员设备风险并存，故不易推广，因此，制作设备教具对人员进行系统性的培训，使参加培训的人员在理论知识基础上结合直观的操作演示全面了解设备结构以及装配关系和检修要点成为必要的选择。
5.现有技术存在的缺点：（1）受培训人员无法获得完整体系的直观的设备结构与装配关系、检修要点培训；（2）转轮培训装配检修工序、工艺不易复现，无法反复、有针对性的进行培训；（3）购买设备专门用于培训涉及成本高、难度大耗时长，且操作不当易引发安全风险。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明提供一种轴流转桨式水轮机转轮培训教具制作方法，制作出的教具可以直观的展示水轮机转轮的各工况、拆装步骤和转轮检修等要点，使受培训人员能够获得完整体系的培训，并且还能进行装配检修工序的重复针对性培训，极大夯实培训效果。
7.本发明提供了一种轴流转桨式水轮机转轮培训教具制作方法，包括以下步骤：s1：对水轮机转轮进行三维建模；s2：对水轮机转轮各零部件进行装配；s3：制作转轮教学演示动画；
s4：将转轮各零部件进行3d打印并加装配件进行扩展。
8.进一步的，所述步骤s1包括以下子步骤：s11：绘制转轮各零部件平面草图，包括转轮泄水锥、轮毂、活塞、操作架、叶片；s12：绘制目标零件草图，通过尺寸标注，添加对称、平行等功能对零件草图进行约束；s13：通过拉伸、凸台、扫描、阵列、旋转、扫描基本特征生成零件实体，得到同实体形状、尺寸完全一致的三维模型。
9.进一步的，所述步骤s2包括以下子步骤：s21：将各零部件三维模型导入装配体界面；s22：将零部件三维模型按照一定顺序依次插入，最先插入的零件为泄水锥；s23：通过添加同轴、重合、垂直、平行、运行距离等配合关系以及环形阵列，模拟现实装配过程，得到转轮三维装配体。
10.进一步的，所述转轮三维装配体为实际设备的1:1大小。
11.进一步的，其特征在于，所述步骤s3包括以下子步骤：s31：设置爆炸视图制作，以组装配合的相反顺序，依次移动各零部件至合适位置；s32：添加阶梯步骤，为所有零部件逐个添加直到所有零部件都被制作为爆炸步骤，生成爆炸视图；s33：对转轮三维模型装配体进行运动算例分析，用视频编辑软件制作转论的模拟演示视频。
12.进一步的，所述模拟演示视频包括转轮各工况、不同装配阶段的立体展示，转轮检修现场照片以及相关文字说明。
13.进一步的，其特征在于，步骤s4包括以下子步骤：s41；将准轮各零部件按照规定格式进行导出；s42：将导出的零部件按比例缩小并调整零件模型间隙，进行3d打印；s43：用砂纸对模型各个转动配合面的毛刺和细小打印纹路进行打磨抛光处理，再敷上塑料专用白色润滑膏以提高模型使用寿命；s44：在打印出来的零件模型上，在转轮模型活塞缸底部排油孔加装配件用于模拟桨叶开闭动作。
14.进一步的，所述加装配件为遥控电动伸缩杆驱动模块，用于模拟液压油推动活塞。
15.进一步的，所述3d打印选择光敏树脂作为打印材料。
16.本发明的优点是，通过制作3d模型教具，提高了对水轮机转轮培训的直观性，其模型结构立体，使用教具讲解生动形象，能够极大提升培训效果。本发明的有益效果是：（1）受培训人员通过水轮机转轮教具能够看到完整直观的设备结构、装配关系和检修要点部位，使培训生动形象容易理解，缩短培训用时，提升培训效果；（2）使用水轮机转轮教具进行培训，可以对装配检修工序、工艺进行反复演示、容易复现，方便培训技术人员对参与培训的人员进行针对性培训；（3）教学动画作为电子学习资料，方便保存且容易传播，方便操作人员进行自学；（4）无需专门购买设备用于培训，节约了成本，且本模型教具操作简便安全，不会造成安全风险。
附图说明
17.图1为轴流转桨式水轮机转轮培训教具制作流程图。
具体实施方式
18.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.如图1所示为本发明轴流转桨式水轮机转轮教具制作的步骤，包括：s1：对水轮机转轮进行三维建模；s2：对水轮机转轮各零部件进行装配；s3：制作转轮教学演示动画；s4：将转轮各零部件进行3d打印并加装配件进行扩展。
21.s1转轮三维建模，常用三维建模软件有ug、3dmax、pro-e、solidworks等等，考虑到solidworks在非标设计中的优势、软件本身的操作学习成本和对3d打印的支持，本发明选择solidworks完成轴流转桨式水轮机转轮三维建模。
22.再开始对水轮机转轮各零部件进行建模之前，以机组cad图纸和部分pdf图纸、转轮检修作业的实际测量数据为参考进行分析，然后根据转轮检修专业人员的意见和建议，首先绘制转轮泄水锥、轮毂、活塞、操作架、叶片等零部件平面草图，并对其进行尺寸标注，添加几何约束和基本特征，得到同实体形状、尺寸完全一致的三维模型。
23.s2对水轮机转轮各零部件进行装配，水轮机转轮的装配具体步骤为：s21：将各零部件三维模型导入装配体界面；s22：将零部件三维模型按照一定顺序依次插入，最先插入的零件为泄水锥；s23：通过添加同轴、重合、垂直、平行、运行距离等配合关系以及环形阵列，模拟现实装配过程，得到转轮三维装配体。
24.使用solidworks软件将事先画好的转轮各零部件导入组装，根据转轮工作原理及各零部件之间相互约束关系，对各零部件进行线上配合，通过添加同轴、重合等配合关系，模拟现实装配过程，得到1:1水轮机转轮三维装配体。
25.s3制作转轮教学演示动画，其具体步骤为：s31：设置爆炸视图制作，以组装配合的相反顺序，依次移动各零部件至合适位置；s32：添加阶梯步骤，为所有零部件逐个添加直到所有零部件都被制作为爆炸步骤，生成爆炸视图；s33：对转轮三维模型装配体进行运动算例分析，用视频编辑软件制作转论的模拟演示视频。
26.对转轮三维模型装配体进行运动算例分析，利用solidworks制作转轮各工况、不同装配阶段的模拟演示视频，再利用视频剪辑软件对模拟演示视频加以转轮检修现场照片
和相关文字说明，可加强转轮立体展示，即可实现转轮检修工序复现，其中演示视频可以是市面上主流视频格式如mp4、wmv、avi等。
27.s4将转轮各零部件进行3d打印并加装配件进行扩展，其具体步骤为：s41；将准轮各零部件按照规定格式进行导出；s42：将导出的零部件按比例缩小并调整零件模型间隙，进行3d打印；s43：用砂纸对模型各个转动配合面的毛刺和细小打印纹路进行打磨抛光处理，再敷上塑料专用白色润滑膏以提高模型使用寿命；s44：在打印出来的零件模型上，在转轮模型活塞缸底部排油孔加装配件用于模拟桨叶开闭动作。
28.出于对打印成本和打印精度的要求，将转轮各零部件导出为step格式，进行1:16等比例缩小打印，打印材质为光敏树脂（uv树脂）。在不改变转轮模型任何结构的基础上，借助转轮模型活塞缸底部排油孔，添加遥控电动伸缩杆驱动模块，模拟液压油推动活塞，生动形象展示转轮模型桨叶开闭动作。
29.本发明所述教具制作方法制作出来的轴流转桨式水轮机转轮培训教具在实际培训中，将3d打印实物、三维模型分解、装配演示动画、作业指导书进行多元融合，配合专业人员指导，进行“桌面检修”演示讲解，可增加转轮检修专项培训频次，极大夯实培训效果。针对目前轴流转桨式机组大修中的转轮检修，将三维建模、等比例缩小实物模型、装配演示动画、作业指导书、机组图纸相结合，在转轮检修培训工作取得以下成效：（1）极大提高专项培训成效。以往唯有机组大修才有机会随检修进程开展转轮检修实训，受计划分工、场地限制等因素，培训实效差，现利用本项目开展相关培训，立体感强，感性认识丰富，易于为受训人员接受，机械专业2020年、2021年新进青年职工均已较好掌握转轮检修相关工序工艺和注意事项，受训测验分数可达90分以上；（2）极大缩短相关培训周期。检修现场开展转轮检修培训，培训周期在2个月以上且每台机组大修才有1次完整培训机会，现在可随时利用2-3小时就能在桌面结合图纸、演示视频完成转轮模型拆装，从而对转轮结构、检修工序工艺进行掌握；（3）极大降低培训教与学的成本。受技术保密、培训经费等客观因素限制，若要达到相同的教学成效，需要购买相同型号转轮或等比例模型，实现难度较高且花费金额较大，本项目仅花费3d打印费用节约大量资金。传统的纸质培训资料和学习记录易丢失，本发明水轮机转轮教具含有转轮三维模型电子资料装配动画，方便操作人员随时进行自学。
30.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。