基于AutoCAD和SolidWorks的汽轮机本体结构三维建模与动画制作
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作者:刘树华
摘 要：以国产超超临界660MW汽轮机的三维模型与结构演示动画的制作过程为例，介绍了一种基于实际设备的CAD二维平面图纸，利用AutoCad和SolidWorks软件将二维图形快速转换为三维模型的方法。该方法可以显著缩短三维教学动画的制作时间，对于专业课教师跟踪课程所在领域的实用新成果，将最新的设备结构转换为基本准确的三维立体模型，在教学活动中开阔学生的眼界，培养学生的创新思想和创新意识，具有实际意义。
关键词：AutoCAD;SolidWorks;汽轮机;三维建模;动画制作
Abstract：Taking the production process of 3D model and structure demonstration animation of domestic ultra supercritical 660MW steam turbine as an example，a method of CAD 2D plane drawing based on actual equipment and quickly converting 2D graphics into 3D model by using AutoCAD and SolidWorks software is introduced.This method can significantly shorten the production time of three-dimensional teaching animation.It is of practical significance for professional teachers to track the practical new achievements in the field of the course，convert the latest equipment structure into a basically accurate three-dimensional model，broaden students' horizons and cultivate students' innovative ideas and innovative consciousness in teaching activities.
Keywords：AutoCAD;SolidWorks;Steam turbine;3D modeling;Animation production
三S动画因为能够形象生动地向学生展示汽轮机的内外部结构及各组成零部件，帮助学生快速对汽轮机建立直观印象，克服后续理论学习过程中的脱节感，因此在汽轮机相关课程教学中被广泛应用。但是随着电网电源结构的重大变化，为了适应深度调峰任务，最新设计的国产汽轮机的某些结构特点相比传统机型发生了很大变化，这就要求我们专业教师能够及时更新相关动画资源，丰富教学手段，充分激发学生的学习兴趣，满足“新工科”教育理念对多元化、创新型人才培养的要求。
本文以某国产超超临界660MW汽轮机为例，介绍了一种基于CAD二维平面图纸，利用AutoCAD和SolidWorks快速将汽轮机本体结构零件的二维图形转换为三维立体模型的方法。模型与实际设备基本一致，应用于汽轮机相关课程的教学中，能够生动形象地向学生展示实际汽轮机主要零部件的结构及各零部件之间的相对位置关系，帮助学生加深对理论知识的理解。
1 AutoCAD在汽轮机三维动画制作中的作用
AutoCAD在平面绘图领域表现优异，还可以快速高效的建立简单的三维模型。但是AutoCAD的曲面建模功能不完善，需要使用布尔运算来计算交集、并集和差集，复杂的三维模型建立比较困难。
本文仅使用AutoCAD将以PDF文件保存的国产超超临界660MW汽轮机各零件二维图纸转换为DWG文件，并对其进行简单的预处理，为SolidWorks软件提供汽轮机各零件的二维草图。
AutoCAD将PDF图片转化为二维草图时，无法自动识别曲线、文字、点划线，会将图中所有的曲线和文字都转化为“多段线”，原图中的粗线条会转化成多条重合的0磅线段，某些地方会出现线条的重合、交叉、未闭合的情况，作为构造线的点划线会转化为一段一段的短线段。上述情况都会导致二维草图无法旋转或拉伸生成三维模型，所以必须修改后再导入SolidWorks作为建模用的草图。以高压内缸前视剖面图（图1）为例，处理方法如下：
（1）选择高压内缸的正视图部分并删除上半部分和所有组成文字的多段线、注释用直线、所有孔槽以及拉伸凸起细节的轮廓线和相关点划线、相邻零部件的轮廓线，然后选中全部，使用“EXPLODE”命令（快捷键“X”），将所有多段线分解成单一直线，再将所有圆角的轮廓线生成的多段线用“起点、端点、方向”命令作圆弧，使其与原多段线大致重合，然后删除原多段线;
（2）测量原图纸上标注距离的两点（此处选取进汽中心线和抽汽中心线）的长度，与原图纸的数据相比较，选中全部使用“缩放”命令，选中任一基点以合适倍数放大，将整个图形放大到与实际尺寸相当;
（3）使用“合并”法检验轮廓的线条是否闭合。选取某直线，再选中与其一端端点连接的直线，使用“合并”命令（快捷键“J”）。若合并成功，则说明两直线刚好相交，合并失败，则说明两直线可能部分重合、相交多出一段线或不相交，此时则需要在失败处局部放大检查，进行修正后重新合并，直到缸体内外轮廓线合并为一条闭合的多段线。
其余零件草图处理过程均与此例相似，不再赘述。
2 SolidWorks在汽轮机三维动画制作中的作用
2.1 三维建模
以高压内缸为例简要说明三维建模过程：
（1）打开Solidworks，点击“打开”选择用AutoCAD处理后的高压内缸二维图，选择“输入新零件为”项的“2D草图”项，得到如图2所示的高压内缸下半部分二维草图。
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