CN101650154A

CN101650154A - 一种涡轮导向叶片喉道面积的误差测量装置

Info

Publication number: CN101650154A
Application number: CN200910023874A
Authority: CN
Inventors: 叶永
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2010-02-17

Abstract

本发明涉及轴流式燃气涡轮发动机制造领域，公开了一种涡轮导向叶片喉道面积的误差测量装置。它主要包括中心为矩形孔洞的基板，在基板上设置有三个宽度测量旋转杆、一个高度测量旋转杆以及对应的三个宽度定位板、高度定位杆。

Description

一种涡轮导向叶片喉道面积的误差测量装置

技术领域

本发明涉及轴流式燃气涡轮发动机制造领域，特别涉及一种涡轮导向叶片喉道面积的误差测量装置。

背景技术

对于轴流式燃气涡轮发动机，涡轮一级导向叶片的喉道面积是影响发动机性能的重要参数，它是气流通过发动机的最小通道，限制了流经发动机核心机的最小燃气流量。如果涡轮一级导向叶片的喉道面积偏离设计值，将会影响涡轮的膨胀比，对于高、低压涡轮还会影响其性能匹配，进而影响涡轮的效率、涡轮前温度和燃油消耗率。

由于叶片精铸技术的限制，叶片叶型的铸造尺寸偏差难以避免。即使单个叶片满足设计公差，对于整级的涡轮一级导向叶片，大约数量为60-100片叶片而言，其喉道面积的累积误差将严重偏离设计值，继而影响整台发动机的性能。

目前，解决此问题的普遍方法是采用测量整台发动机的涡轮一级导向叶片的总喉道面积，然后更换相应叶片以达到总的喉道面积要求值。因此，精确、快速测量涡轮一级导向叶片的整级总喉道面积，成为解决问题的关键。业内一般采用水流试验法或简单的工装进行喉道面积测量。简单工装无论测量精度和测量速度都满足不了生产需要，而水流试验法通过测量水箱中的水流过涡轮导向叶片的喉道的时间来换算轮导向叶片的喉道面积，需要消耗大量资金及时间，测量效率低。

发明内容

本发明的目的在于一种涡轮导向叶片喉道面积的误差测量装置，能够精确、快速地测量轴流式燃气涡轮发动机涡轮导向叶片的喉道面积，以满足生产、维修和科研需要。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种涡轮导向叶片喉道面积的误差测量装置，其特征在于，包括中心为矩形孔洞的基板，在基板上表面位于矩形孔洞的前边沿分别设置有前左支承座、前右支承座，位于矩形孔洞的后边沿分别设置有后左支承座、后右支承座，位于矩形孔洞的右边沿设置有右支承座；前左支承座设置有伸向基板后方的第一固定轴，沿第一固定轴轴向依次设置有三个宽度测量旋转杆；后左支承座高于前左支承座，并且后左支承座的顶部固定有伸向基板前方的横梁，横梁上依次设置有三个宽度位移传感器，每个宽度测量旋转杆的上端和横梁之间设置有第一拉紧弹簧，其下端抵压在涡轮导向叶片的叶背上，宽度位移传感器的传感头垂直抵压在对应的宽度测量旋转杆的上半段；在基板下表面位于矩形孔洞的右边沿设置有连接板，连接板上设置有对应三个宽度测量旋转杆的三个宽度定位板，宽度定位板上设置有用于卡在涡轮导向叶片的排气边上的定位缺口；右支承座上设置有伸向基板左方的第二固定轴，第二固定轴设置有高度测量旋转杆；前右支承座上设置有高度位移传感器，高度测量旋转杆的上端和后右支承座之间设置有第二拉紧弹簧，高度位移传感器的传感头垂直抵压在高度测量旋转杆的上半段，高度测量旋转杆的下端抵压在涡轮导向叶片的内缘板的外表面，后右支承座上设置有伸入矩形孔洞下方的高度定位杆，高度定位杆抵压在涡轮导向叶片的外缘板的内表面。

本发明的进一步特点在，还包括一个分别连接三个宽度位移传感器和高度位移传感器的A/D转换器，连接A/D转换器的计算机，所述计算机通过A/D转换器采集三个宽度位移传感器和高度位移传感器的测量数据，计算涡轮导向叶片喉道面积或面积误差。

本发明相对简单工装，具有严格的宽度、高度定位结构，测量快速而且精度高；本发明相对水流试验法，设备简单，测量便捷，不需要通过测量水箱中的水流过涡轮导向叶片的喉道的时间来换算轮导向叶片的喉道面积。综上所述，本发明能够精确、快速地测量轴流式燃气涡轮发动机涡轮导向叶片的喉道面积，容易满足生产、维修和科研需要。

附图说明

图1为本发明的一种涡轮导向叶片喉道面积的误差测量装置的结构示意图；

图2为图1的俯视示意图；

图3为数据处理单元的连接示意图；

图4为图1中宽度测量单元的结构示意图；

图5为图4的俯视示意图；

图6为图2中高度测量部分的结构示意图；

图7为图6的左视示意图；

图8为涡轮导向叶片喉道的空间结构图；

图9为宽度误差的测量示意图；

图10为高度误差的测量示意图；

图中：1、基板；2、前左支承座；3、前右支承座；4、后左支承座；5、后右支承座；6、右支承座；7、第一固定轴；8、宽度测量旋转杆；9、横梁；10、宽度位移传感器；11、第一拉紧弹簧；12、第一连接板；13、宽度定位板；14、第二固定轴；15、高度测量旋转杆；16、第二拉紧弹簧；17、高度位移传感器；18、第二连接板；19、高度定位杆；20、内缘板；21、外缘板；22、叶片排气边；23、叶片进气边；24、叶型型面控制线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

参照图1、图2、图3，为一种涡轮导向叶片喉道面积的误差测量装置。它包括中心为矩形孔洞的基板1，在基板1上表面位于矩形孔洞的前边沿分别通过螺钉固定的前左支承座2、前右支承座3，位于矩形孔洞的后边沿分别通过螺钉固定的后左支承座4，位于矩形孔洞的右边沿通过螺钉固定的右支承座6。

前左支承座2上设置有伸向基板1后方的第一固定轴7，沿第一固定轴7轴向依次设置有三个宽度测量旋转杆8。后左支承座3高于前左支承座2，并在后左支承座3顶部固定有伸向基板1前方的横梁9，横梁9上依次设置有三个宽度位移传感器10，宽度位移传感器10为电感式移传感器，每个宽度测量旋转杆8的上端和横梁9之间设置有第一拉紧弹簧11，第一拉紧弹簧为螺旋弹簧；测量时，宽度位移传感器10的传感头垂直抵压在对应的宽度测量旋转杆8的上半段，每个宽度测量旋转杆8下端抵压在涡轮导向叶片的叶背上。

A/D转换器和计算机构成数据处理单元。三个宽度位移传感器和一个高度位移传感器分别连接之A/D转换器，A/D转换器连接至计算机，计算机通过A/D转换器采集三个宽度位移传感器和高度位移传感器的测量数据，可以计算涡轮导向叶片喉道面积或面积误差。

参照图4、图5，在基板1下表面位于矩形孔洞的右边沿前后方向固定有第一连接板12，第一连接板12下表面的左右方向开设有三道滑槽，三道滑槽内固定有三个宽度定位板13，三个宽度定位板13对应三个宽度测量旋转杆8。宽度定位板13上设置有测量时用于卡在涡轮导向叶片的排气边上的定位缺口。

参照图6、图7，右支承座6上设置有伸向基板1左方的第二固定轴14，第二固定轴14上设置有一个高度测量旋转杆15，高度测量旋转杆15的上端和后右支承座5之间设置有第二拉紧弹簧16，第二拉紧弹簧16为螺旋弹簧。前右支承座5上设置有高度位移传感器17，高度位移传感器17的传感头垂直抵压在高度测量旋转杆15的上半段；测量时，高度测量旋转杆15的下端抵压在涡轮导向叶片的内缘板的外表面。后右支承座5上固定有伸向基板1前方的第二连接板18，第二连接板18上设置有伸入矩形孔洞下方的高度定位杆19，测量时高度定位杆19抵压在涡轮导向叶片的外缘板的内表面。

下面结合附图对本发明的测量原理做进一步详细说明。

参照图8，黑色粗线包围的面积为左边叶片与中间叶片之间的喉道，AA’、BB’、CC’三条线均为叶型型面控制线24上排气边22圆心与左边叶片喉道控制点之间的连线。HH’为内、外缘板21、20喉道控制点之间的连线。则AA’、BB’、CC’三条线段的长度为喉道的一组宽度值，HH’线段的长度为喉道的高度值。

本发明采用对比测量法测量导向叶片的喉道面积。

首先，根据理论设计，确定喉道面积对应的各控制点位置，制作标准导向叶片组，对应的一组宽度值为[A₀A₀’，B₀B₀’，C₀C₀’]和高度值H₀H₀’，也即设计宽度值和设计高度值，计算可得设计喉道面积值S₀；并利用本实例的误差测量装置和标准导向叶片组对标，记录三个宽度位移传感器和一个高度位移传感器输出值均为参考0值。

其次，测量宽度误差。参照图9，将宽度定位板13上的三个定位缺口A₁’、B₁’、C₁’靠紧中间叶片的排气边，误差测量装置沿叶背旋转，则三个宽度测量旋转杆8下端的靠近左边叶片叶背的三个触点A₁、B₁、C₁沿左边叶片的叶背滑下，找出叶背的最高点，其对应的一组数值为实际喉道的一组宽度误差值[X，Y，Z]。

第三，测量高度误差。参照图10，与宽度误差的测量方法类似。将宽度定位板13上的三个定位缺口A₁’、B₁’、C₁’靠紧中间叶片的排气边，误差测量装置的高度定位杆19下端的触点H₁’靠紧叶片外缘板上的H’处(结合图8)，误差测量装置沿叶背旋转，找出叶背的最高点时，高度测量旋转杆15下端靠近叶片内缘板触点H₁沿叶片的内缘板滑下，得出叶片内缘板对应点，其对应的高度值为实际喉道的高度误差值T。

最后，计算喉道面积。喉道的设计宽度值为[A₀A₀’，B₀B₀’，C₀C₀’]，设计高度值为H₀H₀’；则有

所测叶片的喉道面积S＝S₀+(A+B)(代数和)

从而，按照同样方法，就可很容易计算获取涡轮的所有导向叶片的总喉道面积，用于指导设计或生产中的质量改进与控制。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但发明并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims

1、一种涡轮导向叶片喉道面积的误差测量装置，其特征在于，包括中心为矩形孔洞的基板，在基板上表面位于矩形孔洞的前边沿分别设置有前左支承座、前右支承座，位于矩形孔洞的后边沿分别设置有后左支承座、后右支承座，位于矩形孔洞的右边沿设置有右支承座；前左支承座设置有伸向基板后方的第一固定轴，沿第一固定轴轴向依次设置有三个宽度测量旋转杆；后左支承座高于前左支承座，并且后左支承座的顶部固定有伸向基板前方的横梁，横梁上依次设置有三个宽度位移传感器，每个宽度测量旋转杆的上端和横梁之间设置有第一拉紧弹簧，其下端抵压在涡轮导向叶片的叶背上，宽度位移传感器的传感头垂直抵压在对应的宽度测量旋转杆的上半段；在基板下表面位于矩形孔洞的右边沿设置有连接板，连接板上设置有对应三个宽度测量旋转杆的三个宽度定位板，宽度定位板上设置有用于卡在涡轮导向叶片的排气边上的定位缺口；右支承座上设置有伸向基板左方的第二固定轴，第二固定轴设置有高度测量旋转杆；前右支承座上设置有高度位移传感器，高度测量旋转杆的上端和后右支承座之间设置有第二拉紧弹簧，高度位移传感器的传感头垂直抵压在高度测量旋转杆的上半段，高度测量旋转杆的下端抵压在涡轮导向叶片的内缘板的外表面，后右支承座上设置有伸入矩形孔洞下方的高度定位杆，高度定位杆抵压在涡轮导向叶片的外缘板的内表面。

2、根据权利要求1所述的一种涡轮导向叶片喉道面积的误差测量装置，其特征在于，还包括一个分别连接三个宽度位移传感器和高度位移传感器的A/D转换器，连接A/D转换器的计算机；所述计算机通过A/D转换器采集三个宽度位移传感器和高度位移传感器的测量数据，计算涡轮导向叶片喉道面积或面积误差。