混流式水輪發(fā)電機(jī)組的檢修、裝配仿真培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

王兆偉

（國家電網(wǎng)公司東北分部云峰發(fā)電廠 吉林 集安 134200）

1 系統(tǒng)設(shè)計理念

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

2 系統(tǒng)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 水輪機(jī)的各個部件采用3DSMAX建模，首先要收集水電機(jī)組的各方面的詳細(xì)的圖紙和照片，將操作視頻以及詳細(xì)的檢修標(biāo)準(zhǔn)、參數(shù)等進(jìn)行設(shè)置，然后根據(jù)實地參觀和經(jīng)驗進(jìn)行資料的檢修，統(tǒng)一按照國家標(biāo)準(zhǔn)和電站的檢修說明進(jìn)行操作。

建模的過程中，大量的不規(guī)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(jié)約。進(jìn)行建模合并之后，形成了多個集合體組成的機(jī)組模型，整體完整。

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

2.2 檢修過程中，對需要標(biāo)注的文字和圖標(biāo)，在視頻中用圖像編輯軟件進(jìn)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(biāo)注圖片資料、音頻文件一起導(dǎo)入視頻編輯軟件Premiere或者是 Ediu s中，將所有素材對應(yīng)起來，使用配音文件進(jìn)行錄制，最終將視頻格式文件予以輸出，并獲得行業(yè)認(rèn)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(guān)系，形成一個裝配樹，通過對零部件分層，并設(shè)置交互，實現(xiàn)虛擬裝配的具體設(shè)想為將3DS□MAX 建立好的各部件模型和外部環(huán)境插入到虛擬交互，根據(jù)規(guī)定的約束關(guān)系規(guī)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(guān)系，流暢地實時渲染場景驅(qū)動時的系統(tǒng)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(jìn)行進(jìn)行信息存儲、場景驅(qū)動、實現(xiàn)虛擬裝配。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 首先由培訓(xùn)人員電機(jī)結(jié)構(gòu)和檢修按鈕，進(jìn)入檢修安裝動畫演示，點(diǎn)擊該頁面任意部件即進(jìn)入結(jié)構(gòu)與檢修界面。看到該部件的具體參數(shù)、結(jié)構(gòu)形式、檢修標(biāo)準(zhǔn)、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(dāng)工作人員進(jìn)行學(xué)習(xí)操作時，虛擬裝配應(yīng)用允許檢修人員可基于虛擬裝配功能，進(jìn)行模擬機(jī)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(xiàn)錯誤，系統(tǒng)就會按照事先規(guī)定好的正確的操作順序及部件的運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行提示，對事故發(fā)生有著很好的預(yù)防作用。

3.3 電站檢修人員可通過鼠標(biāo)和鍵盤操作進(jìn)行虛擬漫游，技術(shù)應(yīng)用中已經(jīng)可以實現(xiàn)在系統(tǒng)中后退、前進(jìn)、仰視和俯視、左右轉(zhuǎn)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(jié)語

基于3DSMAX建模平臺的系統(tǒng)對水輪發(fā)電機(jī)組檢修安裝的全過程進(jìn)行了三維仿真可視化建模，利用Vir tools工具，實現(xiàn)了檢修工作人員在虛擬場景中對水輪發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)組具體零部件的詳細(xì)信息。

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

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