混流式水轮发电机组的检修、装配仿真培训系统开发与应用

王兆伟

（国家电网公司东北分部云峰发电厂 吉林 集安 134200）

1 系统设计理念

混流式水轮发电机组进行检修和安装，需要对结构、模块等进行仿真，将模块的拆卸流程等、安装流程等模块，进行详细的分析和演示。包括水轮机、发电机以及机组其他部件的总体检修、安装工作。这个过程不能出现差错，要严格按照拆卸和安装的顺序进行操作。例如水轮机水导轴承的拆卸和安装顺序是：将安全措施落实好，将水导轴承进行排油，将水导轴承管路进行排水，将水导抽出油箱，将轴承体支座拆卸，抽出冷却器之后，将外油箱进行拆除，检修各个部件，然后将水导轴承的各个部件进行预装，最后调整轴承受力，达到平衡后，安装电子元件，加上盖板后注油[1]。

2 系统开发关键技术

2.1 水轮机的各个部件采用3DSMAX建模，首先要收集水电机组的各方面的详细的图纸和照片，将操作视频以及详细的检修标准、参数等进行设置，然后根据实地参观和经验进行资料的检修，统一按照国家标准和电站的检修说明进行操作。

建模的过程中，大量的不规则物体通过这个过程得到了分解和简化，模型要求尽可能的简单和节约。进行建模合并之后，形成了多个集合体组成的机组模型，整体完整。

模型制作完成后为使模型系统开销得到节约，同时还要精致，通过纹理贴图实现复杂的纹理细节，模拟出更真实细腻的的纹理，通过Photoshop等图像制作软件来制作，为场景创建灯光，对水电站的运动部件制作关键帧动画，例如在运动部件创建关键帧动画，常用的贴图方式有反射、凹凸、漫反射贴图等。为达到动画的具体场景的创建和实现，还可以按照实际机组各部件进行拆卸、检修、安装，每个模型创建多种材质和材质贴图，场景中还需创建多个摄影机。在不增加模型复杂度的前提下，为了模拟多个观察角度，动画的具体实现场景创建完成后，还要进行自发光贴图和漫反射灯光模拟演示。

2.2 检修过程中，对需要标注的文字和图标，在视频中用图像编辑软件进行音频、视频的制作，例如Adobe□Audition等音频编辑软件，还可以配解说音来帮助理解，将这些图片序列图、字母及标注图片资料、音频文件一起导入视频编辑软件Premiere或者是 Ediu s中，将所有素材对应起来，使用配音文件进行录制，最终将视频格式文件予以输出，并获得行业认可。见图1。

图1 视频文件输出流程

2.3 在交互时需建立虚拟物体间的相互约束关系，形成一个装配树，通过对零部件分层，并设置交互，实现虚拟装配的具体设想为将3DS□MAX 建立好的各部件模型和外部环境插入到虚拟交互，根据规定的约束关系规定零件的行动路径和装配顺序，明确零件之间的定位和装配关系，流畅地实时渲染场景驱动时的系统消耗、最大化地降低视景虚拟装配功能，装配体可能被分成好几个层次可将它们分批次建模，平台V i rtools软件在装配过程中能够进行进行信息存储、场景驱动、实现虚拟装配。

3 系统应用

3.1 首先由培训人员电机结构和检修按钮，进入检修安装动画演示，点击该页面任意部件即进入结构与检修界面。看到该部件的具体参数、结构形式、检修标准、作用、安装动画、拆卸动画，任意一项功能操作均简单易操作，画面直观清晰，可深入了解该部件情况[2]。

3.2 当工作人员进行学习操作时，虚拟装配应用允许检修人员可基于虚拟装配功能，进行模拟机组检修过程中的某一步骤，这有利于员工及时纠正错误，例如如果操作顺序出现错误，系统就会按照事先规定好的正确的操作顺序及部件的运动规律进行提示，对事故发生有着很好的预防作用。

3.3 电站检修人员可通过鼠标和键盘操作进行虚拟漫游，技术应用中已经可以实现在系统中后退、前进、仰视和俯视、左右转动、平移以及上下移动等。通过上述动作，可以帮助检修人员获取零件及检修安装过程中的重要参考信息，并且将全方位观察建立在虚拟漫游功能之上。

4 结语

基于3DSMAX建模平台的系统对水轮发电机组检修安装的全过程进行了三维仿真可视化建模，利用Vir tools工具，实现了检修工作人员在虚拟场景中对水轮发电机组检修安装的模拟操作，便于检修人员基于视景交互平台获取水轮发电机组具体零部件的详细信息。

[1] 阚阚，郑源，罗欣，等.混流式水轮发电机组检修三维仿真与信息管理系统[J].水利水电技术，2014，45(7)：80-83.

[2] 吴洪飞，姚登峰，李延舟，等.巨型混流式水轮发电机组检修排水方式探讨[J].水电站机电技术，2012，35(5):21-22，30.