混流式水輪發電機組的檢修、裝配仿真培訓系統開發與應用

王兆偉

（國家電網公司東北分部云峰發電廠 吉林 集安 134200）

1 系統設計理念

混流式水輪發電機組進行檢修和安裝，需要對結構、模塊等進行仿真，將模塊的拆卸流程等、安裝流程等模塊，進行詳細的分析和演示。包括水輪機、發電機以及機組其他部件的總體檢修、安裝工作。這個過程不能出現差錯，要嚴格按照拆卸和安裝的順序進行操作。例如水輪機水導軸承的拆卸和安裝順序是：將安全措施落實好，將水導軸承進行排油，將水導軸承管路進行排水，將水導抽出油箱，將軸承體支座拆卸，抽出冷卻器之后，將外油箱進行拆除，檢修各個部件，然后將水導軸承的各個部件進行預裝，最后調整軸承受力，達到平衡后，安裝電子元件，加上蓋板后注油[1]。

2 系統開發關鍵技術

2.1 水輪機的各個部件采用3DSMAX建模，首先要收集水電機組的各方面的詳細的圖紙和照片，將操作視頻以及詳細的檢修標準、參數等進行設置，然后根據實地參觀和經驗進行資料的檢修，統一按照國家標準和電站的檢修說明進行操作。

建模的過程中，大量的不規則物體通過這個過程得到了分解和簡化，模型要求盡可能的簡單和節約。進行建模合并之后，形成了多個集合體組成的機組模型，整體完整。

模型制作完成后為使模型系統開銷得到節約，同時還要精致，通過紋理貼圖實現復雜的紋理細節，模擬出更真實細膩的的紋理，通過Photoshop等圖像制作軟件來制作，為場景創建燈光，對水電站的運動部件制作關鍵幀動畫，例如在運動部件創建關鍵幀動畫，常用的貼圖方式有反射、凹凸、漫反射貼圖等。為達到動畫的具體場景的創建和實現，還可以按照實際機組各部件進行拆卸、檢修、安裝，每個模型創建多種材質和材質貼圖，場景中還需創建多個攝影機。在不增加模型復雜度的前提下，為了模擬多個觀察角度，動畫的具體實現場景創建完成后，還要進行自發光貼圖和漫反射燈光模擬演示。

2.2 檢修過程中，對需要標注的文字和圖標，在視頻中用圖像編輯軟件進行音頻、視頻的制作，例如Adobe□Audition等音頻編輯軟件，還可以配解說音來幫助理解，將這些圖片序列圖、字母及標注圖片資料、音頻文件一起導入視頻編輯軟件Premiere或者是 Ediu s中，將所有素材對應起來，使用配音文件進行錄制，最終將視頻格式文件予以輸出，并獲得行業認可。見圖1。

圖1 視頻文件輸出流程

2.3 在交互時需建立虛擬物體間的相互約束關系，形成一個裝配樹，通過對零部件分層，并設置交互，實現虛擬裝配的具體設想為將3DS□MAX 建立好的各部件模型和外部環境插入到虛擬交互，根據規定的約束關系規定零件的行動路徑和裝配順序，明確零件之間的定位和裝配關系，流暢地實時渲染場景驅動時的系統消耗、最大化地降低視景虛擬裝配功能，裝配體可能被分成好幾個層次可將它們分批次建模，平臺V i rtools軟件在裝配過程中能夠進行進行信息存儲、場景驅動、實現虛擬裝配。

3 系統應用

3.1 首先由培訓人員電機結構和檢修按鈕，進入檢修安裝動畫演示，點擊該頁面任意部件即進入結構與檢修界面。看到該部件的具體參數、結構形式、檢修標準、作用、安裝動畫、拆卸動畫，任意一項功能操作均簡單易操作，畫面直觀清晰，可深入了解該部件情況[2]。

3.2 當工作人員進行學習操作時，虛擬裝配應用允許檢修人員可基于虛擬裝配功能，進行模擬機組檢修過程中的某一步驟，這有利于員工及時糾正錯誤，例如如果操作順序出現錯誤，系統就會按照事先規定好的正確的操作順序及部件的運動規律進行提示，對事故發生有著很好的預防作用。

3.3 電站檢修人員可通過鼠標和鍵盤操作進行虛擬漫游，技術應用中已經可以實現在系統中后退、前進、仰視和俯視、左右轉動、平移以及上下移動等。通過上述動作，可以幫助檢修人員獲取零件及檢修安裝過程中的重要參考信息，并且將全方位觀察建立在虛擬漫游功能之上。

4 結語

基于3DSMAX建模平臺的系統對水輪發電機組檢修安裝的全過程進行了三維仿真可視化建模，利用Vir tools工具，實現了檢修工作人員在虛擬場景中對水輪發電機組檢修安裝的模擬操作，便于檢修人員基于視景交互平臺獲取水輪發電機組具體零部件的詳細信息。

[1] 闞闞，鄭源，羅欣，等.混流式水輪發電機組檢修三維仿真與信息管理系統[J].水利水電技術，2014，45(7)：80-83.

[2] 吳洪飛，姚登峰，李延舟，等.巨型混流式水輪發電機組檢修排水方式探討[J].水電站機電技術，2012，35(5):21-22，30.