CN103090771A - 整体式叶轮三维扭曲叶片叶型测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种整体式叶轮三维扭曲叶片叶型测量装置，包括定位轴，前定位侧板、后定位侧板，定位轴与叶轮中心孔相适配，前定位侧板与后定位侧板中心设有与中心轴配合的通孔，前定位侧板与后定位侧板从两端夹持住叶轮，前定位侧板和后定位侧板上均设有导槽，导槽之间穿插有叶片型线样板，叶片型线样板贴合于叶片型线。检测时把叶片型线样板分别从两边插入定位侧板的导槽内，并尽量与叶片型线接触，可以检测叶型吻合度、叶片厚度、叶片叶型角、叶片进气端相对位置、出气端相对位置、叶片流道长度偏差等参数，检测精度高，效率高，节约人力及设备成本，适用于三维扭曲叶片叶型的检测。
Description
技术领域
本发明涉及扭曲叶片叶轮技术领域
背景技术
在叶轮机械领域，对三维扭曲叶片叶型的测量一直是一件繁琐、复杂的事情。技术工程师在研究开发新型叶轮阶段，利用先进设计软件设计出不同叶型的叶轮，经过试验来确定最终方案。为此，技术工程师需要掌握实际叶轮叶片的叶型数据，一方面支持其后续研究，另一方面也是后续选型批产制造的需要。技术工程师主要通过数字检测设备（例如三坐标检测仪、激光扫描仪等）对叶轮三维扭曲叶片进行精确测量，再通过计算机仿真造型来获得精确的叶型数据。这类手段将获得非常精确的数据，能够很好地支持科学研究，但是，数字测量本身工作量大、成本高、数据处理复杂、工作时间长等缺点。特别地，利用该种方法进行测量，叶轮叶片之间的空间距离有一最小要求，对叶片较密的叶轮，将因叶片与探测头干涉或挡光而导致无法测全叶型数据，甚至大部分叶型的关键数据都无法测量，存在巨大的缺陷。例如整铸燃气涡轮叶片叶型，由于叶片布置密，叶片叶型扭曲大而导致部分关键位置的数据不能测量，除非把相邻的叶片切割掉。此外，该类方法对叶型相同、安装角不一样的系列化设计产品的检测就存在重复劳动、浪费资源的嫌疑。
在叶轮产品批产阶段，一般切割样板采用手工检测。检测时，检测工人一般先对叶轮进行画线，然后把样板贴近叶片进行型线对比。由于手工检测，没有其它辅助工具，样板无法固定在既定位置以检测各项指标偏差，所以一般都靠检验工人的实践经验进行目测来判断实际叶型与理论叶型的吻合度，近一步确定是否合格使用。由于全部靠手工控制，误差较大，经常出现检验合格的产品试验性能不合格，需要重新解体进行调整的情况。
发明内容
本发明所解决的技术问题是针对现有测量手段的缺陷，发明一套简易测量装置，能够利用该装置简单地测量出三维扭曲叶片叶型的各项参数，且具有足够的精度。
本发明采用的技术方案是，整体式叶轮三维扭曲叶片叶型测量装置，包括定位轴，前定位侧板、后定位侧板，定位轴与叶轮中心孔相适配，前定位侧板与后定位侧板中心设有与中心轴配合的通孔，前定位侧板与后定位侧板从两端夹持住叶轮，前定位侧板和后定位侧板上均设有导槽，导槽之间穿插有叶片型线样板，叶片型线样板贴合于叶片型线。
前定位侧板、后定位侧板与定位轴均为过渡配合或间隙配合。
前定位侧板、后定位侧板轴向由前螺母和后螺母紧固，叶轮一端与后定位侧板相贴合并由螺栓紧固。
前定位侧板上导槽的轴向深度不小于叶轮轴向极限允许偏差的2.5倍，且不小于5mm。
后定位侧板上导槽轴向深度不小于叶轮轴向极限允许偏差的1倍，且不小于2mm。
导槽的厚度比叶片型线样板5的厚度大，差值为0.1mm至1mm。
叶片型线样板包括至少2组，每组包括与叶轮叶片相适配的凸面检测样板和凹面检测样板。
本发明的有益效果是，装置简单、操作方便，可以测量的参数包括叶型吻合度（极限偏差值）、叶片厚度、叶片叶型角、叶片进气端相对位置、出气端相对位置、叶片流道长度偏差等参数，检测精度高，效率高，节约人力及设备成本。
附图说明
图1是本发明测量装置实测三维扭曲叶片型线示意图。
图2是图1中A区域局部放大图。
图3是图2B方向观察到的导槽结构示意图。
图4是两块叶片型线样板结构示意图。
图5是两片叶片型线样板结合状态示意图。
图中标记为：1-前螺母，2-定位轴，3-前紧固螺钉，4-前定位侧板，5-叶片型线样板,53-叶轮叶形线，54-空槽，6-夹紧螺母，7-平垫片，8-叶轮，9-后紧固螺钉，10-后定位侧板，11-后螺母，12-导槽。
具体实施方式
参照图1，本发明装置主要包含以下结构：定位轴2穿过叶轮7的中心孔，并利用叶轮中心孔配合实现轴向和径向定位；前定位侧板4和后定位侧板10上加工有与定位轴2实现过渡配合或小间隙配合的内孔，通过与定位轴2的配合来进行轴向和径向定位。定位轴2、前定位侧板4、后定位侧板10通过前螺母1、夹紧螺母6、平垫片7和后螺母11组装在一起。叶片型线样板5安装在前定位侧板4和后定位侧板10上的导槽12上，并通过2枚前紧固螺钉3和2枚后紧固螺钉9固定住。
参照图1和图2，前定位侧板4、后定位侧板10上加工有多个导槽12，导槽12数量由叶轮设计者确定，导槽12可以在定位侧板的一侧加工，也可以同时在其两侧加工。每个导槽12对应需检测的叶轮叶片型线理论的径向位置，实现对叶片型线样板5的径向定位。前定位侧板4所示类型的导槽轴向深度A与叶轮8的叶片轴向位置极限允许偏差相关，要求不小于轴向极限允许偏差的2.5倍，且不小于5mm，以确保叶片型线样板5能够轴向活动，同时保证叶片型线样板5与前定位侧板4之间有足够的接触面积。导槽宽度B、H取相同值，比叶片型线样板5的厚度宽0.1mm以上，上限值由叶轮叶片型线检测精度有关，但建议不超过叶片型线样板5的厚度1mm。后定位侧板10所示类型的导槽轴向深度C要求不小于轴向极限允许偏差的1倍，且不小于2mm。尺寸D、E与强度相关，在确保前定位侧板4、后定位侧板10不会变形的基础上越小越好。后定位侧板10上还设有与导槽12平齐的通槽，用以容纳叶片型线样板5的通过，通槽和导槽12在后定位侧板10上交替设置。通槽尺寸F根据叶轮叶型角理论值选取。
参照图4、图5，叶片型线样板5是一套共2块，分叶轮叶片凸面检测样板和凹面检测样板。在凹面检测样板上标有理论位置线和极限位置线，如果用于科研研究，可以在中间再增加一些刻度线，以便更精确地测量叶片位置数据。针对图2所示导槽型式，叶片型线样板5需要相应地设计一个长L宽K的空槽54，K值比D值大至少1.5倍的轴向极限允许偏差，最大值建议不超过D+2C。在叶片出气端适当延长，例如延长10mm。M值与被测叶片的弦长和叶型安装角极限允许偏差相关。
实际检测时，把定位轴2和后定位侧板10通过夹紧螺母6、平垫片7和后螺母11固定在叶轮两端，略紧。然后把前定位侧板4通过前螺母1固定在定位轴2上。调整前定位侧板4和后定位侧板10，使两块定位侧板分别靠近要测量的叶片。把叶片型线样板5分别从两边插入定位侧板的导槽12内，并尽量与叶片型线接触，拧紧前紧固螺钉3和后紧固螺钉9，固定叶片型线样板5。拧紧前螺母1和夹紧螺母6。
叶型吻合度的判断：用塞尺检测叶片型线样板5与叶轮叶片实际叶型表面间的间隙并记录，经计算获得平均偏差值。
叶片厚度的确定：用塞尺对应地测量出各个需要检测位置处的叶片型线样板5与叶轮叶片实际叶型表面件的间隙。测量叶片型线样板5间的间隙，理论上两块叶片型线样板应紧密接触，但由于实际值制造过程中存在偏差，所以可能存在间隙；如两块接触在一起，则算间隙为0，再通过插值法计算出检测位置处得样板间隙。实际叶片各个具体位置的厚度通过计算获得。
叶片叶型角的确定：理论上，叶片型线样板5标有刻度的边垂直于前定位侧板4和后定位侧板10，所以利用万能量角器测量有刻度的边与前定位侧板4或后定位侧板10间的夹角后计算获得实际叶片叶型角。
叶片进气端相对位置和出气端相对位置的确定：可以直接从刻度上读出偏差值，并计算出进、出气端的实际位置。
叶片流道长度的确定：通过用塞尺测量叶片型线样板5与实际叶片叶型前后端的间隙计算获得。
Claims (7)
1.整体式叶轮三维扭曲叶片叶型测量装置，其特征在于：包括定位轴，前定位侧板、后定位侧板，定位轴与叶轮中心孔相适配，前定位侧板与后定位侧板中心设有与中心轴配合的通孔，前定位侧板与后定位侧板从两端夹持住叶轮，前定位侧板和后定位侧板上均设有导槽，导槽之间穿插有叶片型线样板，叶片型线样板贴合于叶片型线。
2.如权要求1所述的整体式叶轮三维扭曲叶片叶型测量装置，其特征在于：所述前定位侧板、后定位侧板与定位轴均为过渡配合或间隙配合。
3.如权要求1所述的整体式叶轮三维扭曲叶片叶型测量装置，其特征在于：所述前定位侧板、后定位侧板轴向由前螺母和后螺母紧固，叶轮一端与后定位侧板相贴合并由螺栓紧固。
4.如权要求1所述的整体式叶轮三维扭曲叶片叶型测量装置，其特征在于：前定位侧板上导槽的轴向深度不小于叶轮轴向极限允许偏差的2.5倍，且不小于5mm。
5.如权要求1所述的整体式叶轮三维扭曲叶片叶型测量装置，其特征在于：后定位侧板上导槽轴向深度不小于叶轮轴向极限允许偏差的1倍，且不小于2mm。
6.如权要求4或5所述的整体式叶轮三维扭曲叶片叶型测量装置，其特征在于：导槽的厚度比叶片型线样板5的厚度大，差值为0.1mm至1mm。
7.如权要求1所述的整体式叶轮三维扭曲叶片叶型测量装置，其特征在于：叶片型线样板包括至少2组，每组包括与叶轮叶片相适配的凸面检测样板和凹面检测样板。
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