竖井贯流泵安装、检修可视化技术研究

毕 业 论 文竖井贯流泵安装、检修可视化技术研究学 院 能源与动力工程学院 专 业 热能与动力工程 班 级 热动 0801 学生姓名 学 号 指导老师 2012-6扬州大学本科生毕业设计(论文)I摘 要泵站仿真是一门多学科多专业的综合技术。目前我国已经开发研制出多种泵站仿真培训技术。泵站仿真培训系统具有安全、经济、节能、培训周期短、培训效率高等优点。现有的泵站仿真培训研究方向主要是运行值班人员的培训，而专门用于泵站检修工作人员培训的泵站仿真系统较少，尤其是结构较为复杂的轴流式水泵机组的检修仿真培训更是少之又少。因此，开展低扬程大型泵装置安装、检修可视化技术研究，对确保泵站的安全运行和可靠检修具有重要的指导意义。 ，低扬程泵装置有多种型式，竖井式贯流泵装置是一种较新的低扬程泵装置型式。具有结构简单、工程投资省、便于管理维护等优点，目前正在推广使用。本文通过小型模型贯流泵机组的选型与研究，介绍了竖井贯流机组（出水流道、进水流道、轴承、密封、导叶体、叶片、轮毂、泵轴等设备）的结构模型，并运用三维造型软件进行建模，并导出三维动画。做出直观的贯流泵安装、拆装过程。实现安装、检修可视化技术。关键词：竖井贯流泵装置 可视化技术 动画制作扬州大学本科生毕业设计（论文）IIAbstractPumping station simulation is a multi-discipline integrated technology. At present, China has developed a variety of pumping station simulation training technology. Simulation training system of pumping station with safety, economy, energy saving, training period, training and high efficiency. The existing pumping station simulation training research direction is mainly run on duty personnel training, specifically for pump station maintenance staff training simulation system of the pump station is less, especially the complex structure of the axial flow pump maintenance training simulation is less and less. Therefore, to carry out large scale low-lift pump installation, maintenance research on visualization technology to ensure the safe operation of pumping station, and reliable maintenance has important guiding significance.Low lift pump device types, shaft-well tubular pump unit is a new type of low lift pump device. Has the advantages of simple structure, convenient maintenance and management of engineering investment, etc., is currently promoting the use of.In this paper, through a small model of tubular pump unit selection and research, introduced the shaft through flow unit (outlet, inlet, bearing, seal, the guide vane body, blades, hub, shaft and other equipment) structure model, and the use of3D modeling software for modeling, and deduce the3D animation. Make intuitive tubular pump installation, disassembly and assembly process. Realization of the installation and maintenance of visualization technology will become true.Key words： Shaft tubular pump visualization technology animation扬州大学本科生毕业设计（论文）III目 录1. 绪论 .11.1 本文研究背 景及意义 .11.2 国内外研究概况 .21.2.1 可视化研究及应用概况 .21.2.2 可视化在水利行业的应用 .61.3 本文主要研究内容 .72. 贯流泵机组 各部件模型建模 .82.1 几款可视化软件的对比与选择 .82.2 3D MAX 可视化实现过程 .102.2.1 出水流道 建模 .102.2.2 导 叶帽、导叶体建模 .122.2.3 转轮室、叶轮部件等建模 .152.2.4 轴承压盖、密封、挡 圈、轴承建模 .212.2.5 进水锥管建模 .232.2.6 泵轴、联轴器、填料压盖等建模 .242.2.7 出水流道建模 .252.3 模型拼装整体 .293. 各部件安装、 拆卸动画制作 .303.1 动画制作软件介绍 .303.2 动画制作 .303.2.1 出水流道拆装动画制作 .313.2.2 导叶体拆装动画制作 .323.2.3 转轮室动画制作 .333.2.4 叶轮部件拆装动画制作 .343.2.5 联轴器、填料压盖等拆装动画制作 .353.2.6 进水流道拆装动画制作 .363.2.7 轴承、进水锥 管等拆装动 画制作 .364. 演示制作 .384.1 演示软件介绍 .384.2 制作过程 .385. 总结 .39参考文献 .40扬州大学本科生毕业设计(论文)11.绪论1.1 本文研究背景及意义随着我国国民经济总量快速增长，综合国力不断增强，城市化进程的加速，区域性经济的发展和城市防洪体系标准的提高，沿江河湖海城市防洪除涝工程、城市供水保障工程以及现代农业灌溉排涝、水环境治理和生态需水工程等，已建设或规划建设一大批低扬程大中型泵站。南水北调东线一期工程新建泵站中，规划42采用贯流式水泵机组。贯流式水泵机组包括轴伸贯流式、竖井贯流式和灯泡贯流式等形式，不同结构形式贯流泵机组的结构特点、水力性能和经济指标各不相同三种型式又均有前置、后置之分，其中轴伸式又可分为立面和平面两种。特低扬程大泵站流量大、装置扬程低，进、出水流道水力损失对装置效率影响较大，而卧式贯流泵装置水流无立向转弯、异型收缩扩散，理论上水力性能好，较适用于特低扬程泵站。灯泡贯流水力发电机组在低水头水电站中应用广泛，但大型灯泡贯流泵站在国内外应用并不多，国内已建成的仅淮安三站，在建的有南水北调淮安四站、蔺家坝、金湖泵站等，且机组结构复杂、安装检修、通风、采光条件较差，国内生产厂家尚缺乏生产经验，运用还不成熟，实际运行装置效率也并不高。相对于灯泡贯流泵装置，竖井贯流装置因竖井为开敞式，其通风、防潮条件良好，运行和维护方便，机组结构相对要简单些，工程造价也低。因此，国外有荷兰爱莫顿泵站和日本新川河口泵站，在江苏太湖流域特低扬程大型泵站中较多采用竖井贯流型式，如梅梁湖泵站、裴家圩泵站、江尖泵站以及拟建的武澄锡横塘片洼地治理北枢纽泵站。广东佛山市黄麻涌泵站、江西南昌市拟建的乌沙河整治工程大型排涝泵站等也采用该装置型式。目前，我国建成的竖井贯流泵站数量少，对其理论、设计和装置性能的研究不多。所以进行安装检修可视化技术的研究有很大的意义。可视化利用计算机技术，再现三维世界中的物体，并能够表示三维物体的复杂信息，使其具有实时交互的能力的一种可视化技术，是对现实世界的真实再现。尤其是对于内部结构比较复杂的部件，可视化可以形象地再现其结构特征以及运行原理。不仅如此，可视化还可以模拟人们无法用肉眼看到的真实世扬州大学本科生毕业设计（论文）2界发生的变化和细节等。通过可视化可以更好地了解设备结构和工作性能，实现安全生产，便于运行人员对设备的维护和检修，提高操作的准确率，提高安装效率。目前竖井贯流泵的可视化安装、检修技术的应用很少。1.2 国内外研究概况1.2.1 可视化研究及应用概况可视化由英文单词“Visualization ”翻译而来，本意是使某物图像化、图形化，从而能够清晰、直观地呈现。事实上，将任何抽象的事务、过程变成图形图像的表示都可以称为可视化。人们用可视化符号展现事物的方法可以追溯到远古时代，但作为学科术语， “可视化”一词正式出现于20世纪80年代。1987年2月美国国家科学基金会(National Science Foundation，NSF)召开的图形图像专题研讨会上第一次给出了科学计算可视化的定义、覆盖的领域，并对可视化的需求、近期目标、远景规划和应用前景方面作了相应的阐述，这标志着“科学计算可视化”作为一个新的学科在国际范围内的确立。随着社会和计算机技术的发展，到今天，可视化技术的大家庭中不仅仅只有科学计算可视化，它还包括了数据可视化(Data Visualization)、信息可视化(Information Visualization)、知识可视化(Knowledge Visualization)等一系列的分支。可视化又称视觉化，它的基本含义足将科学计算中产生的大量非直观的、抽象的或者不可见的数据，借助计算机图形学和图像处理等技术，用几何图形和色彩、纹理、透明度、对比度及动画技术等手段，以图形图像信息的形式，直观、形象地表达出来，并进行交互处理。这一技术涉及到图像处理、计算机辅助设计和图形交可教术等诸多学科领域。可视化是理解复杂现象和大规模数据的重要工具，在自然科学领域得到了扬州大学本科生毕业设计（论文）3广泛应用。自1987年可视化概念提出以来，引起了国际上的高度重视，发达国家竞相研究可视化理论、方法，开发可视化工具与环境，并将可视化研究成果广泛应用于石油勘探、气象预报、航天航空、核武器研制、医学图像处理等科学与工程领域。随着图形、图像及网络传输设备性能的日益提高，可视化已成为计算机科学研究领域中不可缺少的组成部分。 “一图值千言”是可视化应用的现实写照。可视化技术的应用1、科学计算可视化科学计算可视化的应用范围非常广泛，已从最初的科研领域走到了生产领域。到今天它几乎涉及到了所有能应用计算机的部门” 。在这里，将简要列举一些应用的例子。医学：在医学上由核磁共振、cT扫描等设备产生的人体器官密度场，对于不同的组织，表现出不同的密度值。通过在多个方向多个剖面来表现病变区域，或者重建为具有不同细节程度的三维真实图像，使医生对病灶部位的大小、位置。不仅有定性的认识，而且有定量的认识，尤其是对大脑等复杂区域，数据场可视化所带来的效果尤其明显。借助虚拟现实的手段，医生可以对病变的部位进行确诊，制定出有效的手术方案，并在手术之前模拟手术。在临床上也可应用在放射诊断、制定放射治疗计划等。地质勘探：利用模拟人工地震的方法，可以获得地质岩层信息。通过数据特征的抽取和匹配，可以确定地下的矿藏资源。用可视化方法对模拟地震数据的解释，可以大大地提高地质勘探的效率和安全性。2、数据可视化数据可视化的应用十分广泛，几乎可以应用于自然科学、工程技术、金融、通信和商业等各种领域。下面举例说明几个数据可视化成功应用的领域。油气勘探：利用数据可视化技术可以从大量的地质勘探数据或测井数据中，构造出感兴趣的等值面、等值线，并显示其范围及走向，用不同颜色显示出多种参数及其相互关系，从而使专业人员能对原始数据作出正确解释，得到矿藏是否存在、矿藏位置及储量大小等重要信息。这不仅可以指导打井作业、减少无效井位、节约资金，而且必将大大提高寻找油藏的效率，从而具有重大的经济效益及社会效益。英国的PGS Tigress 有限公司开发了数据的可视化软件，已扬州大学本科生毕业设计（论文）4在全世界许多油田和天然气开发中得到广泛的应用。气象预报：气象预报的准确性依赖于对大量数据的计算和对计算结果的分析。一方面，可视化可将大量的数据转换为图像，在屏幕上显示出某一时刻的等压面、等温面、旋涡、云层的位置及运动、暴雨区的位置及其强度、风力的大小及方向等，使预报人员能对未来的天气作出准确的分析和预测。另一方面，根据全球的气象监测数据和计算结果，可将不同时期全球的气温分布、气压分布、雨量分布及风力风向等以图像形式表示出来，从而对全球的气象情况及其变化趋势进行研究和预测。美国国家海洋和大气局(NOAA)的预报系统实验室开发的气象预报办公室的高级版(WFO-Advanced) 及配套的三维可视化软件系统Display 3D(D3D)已经成功应用于天气预报。3、信息可视化信息可视化技术虽然出现的时间比较短，但是它却有着非常广泛的应用前景，下面给予相应的介绍。高空飞行：目前，美国海军正在将可视化技术与飞行信息相结合，使用一套基于MapInfo MapX的战术动态地图信息显示系统。该系统将专业的数据处理系统与250多个GPS相连接，通过信息可视化技术实现军事信息的实时显示。该系统的优越性已经越来越明显，同时在许多非军事系统中也得以使用，例如跟踪陆地交通工具，或者对灾难救援进行跟踪显示。将来，类似的军事应用系统会越来越多地被应用在非军事系统中。治安管理：长期以来，公安部门都要以地图来显示犯罪发生的地点，然后人工地在地图上进行标注，并据此进行警力部署、制定最佳救护路线，这一系列工作的完成将需要耗费很长的时间。随着犯罪率的不断提高，犯罪手段也日益高明，如果按照以往的方式进行处理，后果将不堪设想。现在有了信息可视化技术，这些需要花费长时间才能完成的工作在很短时间内就能够完成。一些高水平反犯罪机构目前正在使用信息可视化技术，例如FBI就在利用该技术实现全美范围内犯罪模式的跟踪；美国安全服务机构可以对国际和国内的重大犯罪事件进行模拟：州立警察机构，例如新南威尔士警察局可以跨州界跟踪犯罪事件；城市警察机构例如伦敦警察局、纽约警察局、芝加哥警察局通过对警力的合理调配，可以将犯罪事件的影响减至最低。扬州大学本科生毕业设计（论文）54、知识可视化由于知识可视化技术是最近几年出现的，因此它的应用还处于研究阶段。但是，从它本身的特征来看，可以预见，在不久的将来，它必将产生广泛的用途。首先，它对解决目前信息超载的、知识的传递和创新具有极其重要的意义。不仅能够提高管理者的决策支持的能力，而且能够加速和提高知识传递和创新的速度和质量，因此受到了研究、管理和商业领域的广泛关注。其次，从知识可视化和教育技术的目的来看，两者是相当一致的，即都是促进知识的创新和传播。无疑它将成为教育技术达成教学效果最优化的利器之一，因此也是教育技术的一个重要的研究领域。例如，在计算机科学的数据结构课程教学中，因该课程主要讨论抽象数据间的关系和算法的定义、表示和实现，用静态的文本往往难以有效地展示算法的抽象性和动态性；而如果利用可视化技术进行动态演示，则可以有效改善这一状况，从而使学生能够清楚的掌握相关知识。另外，知识可视化是在数据可视化、信息可视化的基础上发展起来的，因此有着更多的技术背景。从表面上看，知识可视化只是知识的一种图解式表示手段，但若往深层次发展，却需要更多的人工智能、知识科学、计算语言学和认知语言学等的强力支持。例如知识可视化的一个研究方向是通过计算机自动发掘文本信息中隐含的概念体系(如小说中的人物及其关系，科普文章中的概念及其关系) 并自动生成图表(概念图等)，为教师备课提供原材料，或为学生进一步加工( 校对、细节修补等)提供原始框架。这种研究将为教学设计自动化打下良好的基础，而这一目标的达成需要借助知识工程和语言学的研究成果，甚至是与知识工程以及语言学的同行一道，攻克一些难题。从这个角度来看，知识可视化是知识工程的应用领域。我国科学计算可视化技术的研究开始于20世纪90年代初，信息可视化的研究开始于我国20世纪90年代中后期，对知识可视化的研究则是最近几年才兴起的。近年来各种可视化技术已扩展到科学研究、工程、军事、医学、经济等各个领域。其中有很多问题需要在以后的研究中加以解：首先，可视化技术必须同数据挖掘有更紧密的