CN103591923B - 核主泵导叶体叶片检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核主泵导叶体叶片检测方法。采用逆向工程点云分析软件（Poly Works）与三维扫描设备相结合测量导叶体模型叶片与产品叶片进出口压力、吸力面坐标，同时计算出型线均方根偏差；通过对叶片进出口型线测量数据的统计处理和理论分析，提出叶片进出口型线偏离角度Δβ的计算公式，叶片间叶距角的偏离公式以及部分叶片型线偏离的修正公式K。这一方法能准确有效地检测水力机械叶片型线的分布，保证了各型线有相同的包角。该检测方法完善了高精度要求主泵导叶体叶片检测与结果的评定，创造性的改革了目前国内流体机械叶片流道检测与质量控制方式。

Description

核主泵导叶体叶片检测方法

技术领域：本发明涉及核主泵导叶体叶片检测方法。

背景技术：核主泵导叶体是核主泵保持稳定性运行的关键部件之一，直接关系到核主泵在系统中的可靠运行。过流部件表面质量缺陷，叶片表面迎面阻力损失大，对主泵扬程有明显影响；叶片翼型进出口角以及骨线决定了主泵主要流动特性，如果以上参数偏离设计工况参数范围，机组产生振动、噪音超标、缩短部件寿命等不利影响，由此导致反应堆停堆，将给电站带来巨大的经济损失。

发明内容：

本发明的目的是提供一种准确地分析翼型压力面和吸力面设计参数的核主泵导叶体叶片检测方法。

本发明的技术方案为：

一种核主泵导叶体叶片检测方法，采用逆向工程通过点云分析(PolyWorks)与三维扫描设备相结合测量导叶体叶片型线方法，采用数据统计处理和理论分析判断叶片进口、出口角型线以及叶距角的偏离是否在设计公差允许范围:

1)启动逆向工程点云分析(PolyWorks)测量系统；

2)读入导叶体三维设计数值模型(CAD)定位到产品件坐标；

3)数据采集具体方法如下；

叶片进、出口型线偏移公差的基本尺寸定义为叶片厚度“s”的倍数，叶片进、出口型线测量长度取叶片厚度的4倍；

三维扫描设备(CMM)沿导叶体轴心为中心的柱面分别采集叶片进口与出口压力面(15)、吸力面(16)数据坐标actual(x_i,y_i,z_i)(i＝1,2,3,…n)，型线测量长度取4S，逆向工程点云分析(PolyWorks)将测量型线数据坐标actual(x_i,y_i,z_i)与三维设计数值模型(CAD)相对应理论型线数据坐标ideal(x_i,y_i,z_i)比对，计算出压力面(15)空间坐标偏离值△_i均方根偏差与吸力面(16)空间坐标偏离值▽_i均方根偏差；

叶片骨线(17)点偏离值：

$p_i=\frac{{\mathrm{\Δ}}_i-{\▿}_i}{2}$

其中：

actual(x_i,y_i,z_i)……产品件测量型线坐标值；

ideal(x_i,y_i,z_i)……三维设计数值模型(CAD)理论型线坐标值；

p_i……叶片骨线(17)点偏离值；

n……采集坐标点数；

4)叶片进、出口型线偏离计算公式；

骨线点拟合一次函数y＝ax+b给出了系列3的线性趋势，函数x系数a表示模型点与实际测量点的骨线角度，函数x表示：叶片进口型线测量点数、出口型线测量点数，函数y表示：叶片进口型线骨线、出口型线骨线偏离值；

其中：

Δβ_进出……翼型进、出口型线偏离角度；

n1……测量区域采集点数；

5)叶片叶距角偏离计算公式；

计算叶距角偏离，则需考虑选取点处叶片安放角，将偏离值修正为水平方向，叶距角偏离公式修正如下：

p1……叶片出口骨线最后一个点偏离值；

r……压力与吸力面最后一个测点到轴心距离算术平均值；

α……选取点叶片安放角；

6)导叶体叶片进、出口角以及叶距角设计允许公差选取；

导叶体叶片进口型线取l＝4s的±1％l，

进口设计公差：±1％

导叶体叶片出口型线取l＝4s的±3％l，

出口设计公差：±3％

叶距角设计公差：取叶片包角±1％，

核主泵导叶体叶片数为14，则叶距角设计公差为：

本发明，可以用于300MW、1000MW等不同堆型主泵水力部件叶片型线检测。

本发明的有益效果是：

(1)导叶体是核主泵国产化关键部件之一，叶片为空间扭曲，数控加工完成后产品是否满足设计要求至关重要，核主泵导叶体叶片的检测及验收国内还未提出一套严格的评定准则；

(2)叶片进出口数据检测及分析；

叶片进出口边为光滑的曲线或直线，因此进出口角型线偏移量计算区域选取4倍叶片厚度。

叶片进口骨线点(17)偏离值(i＝1,2,3,4,5,6,7,8)：

叶片出口骨线点(17)偏离值(i＝9,10,11,12,13,14)：

$p_i=\frac{{\mathrm{\Δ}}_i-{\▿}_i}{2}$

其中：

△_i进口压力面(15)空间坐标偏离值均方根偏差；

▽_i进口吸力面(16)空间坐标偏离值▽_i均方根偏差；

检测数据分析

以1+△_i、-1-▽_i以及测点(p_i)为纵坐标，测点数为横坐标，分别绘制导叶体进口边与出口边型线压力面偏离、骨线偏离以及吸力面偏离相对于理论型线的偏离曲线，见图7、图8所示，其中：

图7中细直线分别代表模型进口理想叶片压力面、吸力面以及骨线的实际形状；

(18)为给出叶片进口压力面产品与模型偏离；

(19)为给出叶片进口吸力面产品与模型偏离；

(18)、((19)反映了导叶体产品叶片进口相对于模型理想叶片的薄厚程度；

(20)为(18)、((19)曲线算术平均值的理论线，称之为骨线；

图8中细直线分别代表模型叶片出口理想叶片压力面、吸力面以及骨线的实际形状；

(22)给出叶片出口压力面产品与模型偏离；

(23)给出叶片出口吸力面产品与模型偏离；

(22)、(23)反映了导叶体产品叶片出口相对于模型理想叶片的薄厚程度；

(24)是(22)、(23)曲线算术平均值的理论线，称之为骨线；

图7、图8中虚线为骨线点数值拟合一次函数，反映了叶片总体形状；若模型与产品实际骨线间存在夹角，则叶片进出口角存在误差；若模型与产品实际骨线平行但存在间距，则叶片间叶距角存在误差；

(3)本发明提出导叶体进出口角偏离以及叶距角偏离设计允许公差是通过在混流式水轮机、螺旋桨和大型轴流式水泵等不同类型的水力机械上进行大量试验研究推出计算方法，提出借助三维(3D)扫描设备与PolyWorks取代传统检测方式；较传统的叶片模板比对以及包络线检测叶片流道，本方法是基于模型本身与产品件之间的直接数值比对，检测数据分析理论性强，按照此方法评定，保证了ACP1000核主泵水力机械的扬程公差满足设计公差的±2.5％；核主泵导叶体叶片检测方法将为主泵关键部件的国产化提供必须的技术保障。

本发明工作原理：本发明的特点是基于轴流泵的设计理论，液体质点在以泵轴线为中心线的圆柱面上流动，相邻圆柱面上的液体质点的运动互不相关，即在流道内不存在径向分速度，圆柱面即是流面，因此本文选取圆柱流面作为检测对象。叶片进出口边为光滑的曲线或直线，叶片进出口角型线偏移量计算区域选取4倍叶片厚度，使用三坐标测量机采集进出口压力面以及吸力面偏离，运用统计分析的理论，计算叶片翼型进出口骨线偏离以及叶距角偏离。

附图说明

图1是导叶体叶片检测流程图

图2是导叶体三坐标检测点布置图

图3是叶片型线偏移β进口角草图

图4是叶片叶距角偏移示意图

图5是导叶体翼型测点布置图

图6是导叶体叶距角计算修正图

图7是叶片进口型线偏移曲线图

图8是叶片出口型线偏移曲线图

具体实施方式：

按图1所示的一种核主泵导叶体叶片检测方法，采用逆向工程通过点云分析(PolyWorks)与三维扫描设备相结合测量导叶体叶片型线方法，采用数据统计处理和理论分析判断叶片进口、出口角型线以及叶距角的偏离是否在设计公差允许范围:

1)启动逆向工程点云分析(PolyWorks)测量系统；

2)读入导叶体三维设计数值模型(CAD)定位到产品件坐标；

3)数据采集具体方法如下；

叶片进、出口型线偏移公差的基本尺寸定义为叶片厚度“s”的倍数，叶片进、出口型线测量长度取叶片厚度的4倍；

三维扫描设备(CMM)沿导叶体轴心为中心的柱面分别采集叶片进口与出口压力面(15)、吸力面(16)数据坐标actual(x_i,y_i,z_i)(i＝1,2,3,…n)，型线测量长度取4S，逆向工程点云分析(PolyWorks)将测量型线数据坐标actual(x_i,y_i,z_i)与三维设计数值模型(CAD)相对应理论型线数据坐标ideal(x_i,y_i,z_i)比对，计算出压力面(15)空间坐标偏离值△_i均方根偏差与吸力面(16)空间坐标偏离值▽_i均方根偏差；

叶片骨线(17)点偏离值：

$p_i=\frac{{\mathrm{\Δ}}_i-{\▿}_i}{2}$

其中：

actual(x_i,y_i,z_i)……产品件测量型线坐标值；

ideal(x_i,y_i,z_i)……三维设计数值模型(CAD)理论型线坐标值；

p_i……叶片骨线(17)点偏离值；

n……采集坐标点数；

4)叶片进、出口型线偏离计算公式；

骨线点拟合一次函数y＝ax+b给出了系列3的线性趋势，函数x系数a表示模型点与实际测量点的骨线角度，函数x表示：叶片进口型线测量点数、出口型线测量点数，函数y表示：叶片进口型线骨线、出口型线骨线偏离值；

其中：

Δβ_进出……翼型进、出口型线偏离角度；

n1……测量区域采集点数；

5)叶片叶距角偏离计算公式；

计算叶距角偏离，则需考虑选取点处叶片安放角，将偏离值修正为水平方向，叶距角偏离公式修正如下：

p1……叶片出口骨线最后一个点偏离值；

r……压力与吸力面最后一个测点到轴心距离算术平均值；

α……选取点叶片安放角；

6)导叶体叶片进、出口角以及叶距角设计允许公差选取；

导叶体叶片进口型线取l＝4s的±1％l，

进口设计公差：±1％

导叶体叶片出口型线取l＝4s的±3％l，

出口设计公差：±3％

叶距角设计公差：取叶片包角±1％，

核主泵导叶体叶片数为14，则叶距角设计公差为：

本发明中判定叶片是否满足设计水力性能的方法，是通过统计学原理检验叶片翼型进出口型线偏差不大于设计允许公差。通过主泵全流量试验的验证，主泵运行稳定，试验结果理想，流量、扬程均在设计公差范围内。

Claims (1)

1.一种核主泵导叶体叶片检测方法，其特征是：采用逆向工程通过点云分析(PolyWorks)与三维扫描设备相结合测量导叶体叶片型线方法，采用数据统计处理和理论分析判断叶片进口、出口角型线以及叶距角的偏离是否在设计公差允许范围:

1)启动逆向工程点云分析(PolyWorks)测量系统；

2)读入导叶体三维设计数值模型(CAD)定位到产品件坐标；

3)数据采集具体方法如下；

叶片进、出口型线偏移公差的基本尺寸定义为叶片厚度“s”的倍数，叶片进、出口型线测量长度取叶片厚度的4倍；

三维扫描设备(CMM)沿导叶体轴心为中心的柱面分别采集叶片进口与出口压力面(15)、吸力面(16)数据坐标actual(x_i,y_i,z_i)(i＝1,2,3,…n)，型线测量长度取4S，逆向工程点云分析(PolyWorks)将测量型线数据坐标actual(x_i,y_i,z_i)与三维设计数值模型(CAD)相对应理论型线数据坐标ideal(x_i,y_i,z_i)比对，计算出压力面(15)空间坐标偏离值△_i均方根偏差与吸力面(16)空间坐标偏离值▽_i均方根偏差；

叶片骨线(17)点偏离值：

$p_i=\frac{{\mathrm{\Δ}}_i-{\▿}_i}{2}$

其中：

actual(x_i,y_i,z_i)……产品件测量型线坐标值；

ideal(x_i,y_i,z_i)……三维设计数值模型(CAD)理论型线坐标值；

p_i……叶片骨线(17)点偏离值；

n……采集坐标点数；

4)叶片进、出口型线偏离计算公式；

骨线点拟合一次函数y＝ax+b给出了系列3的线性趋势，函数x系数a表示模型点与实际测量点的骨线角度，函数x表示：叶片进口型线测量点数、出口型线测量点数，函数y表示：叶片进口型线骨线、出口型线骨线偏离值；

其中：

Δβ_进出……翼型进、出口型线偏离角度；

n1……测量区域采集点数；

5)叶片叶距角偏离计算公式；

计算叶距角偏离，则需考虑选取点处叶片安放角，将偏离值修正为水平方向，叶距角偏离公式修正如下：

p1……叶片出口骨线最后一个点偏离值；

r……压力与吸力面最后一个测点到轴心距离算术平均值；

α……选取点叶片安放角；

6)导叶体叶片进、出口角以及叶距角设计允许公差选取；

导叶体叶片进口型线取l＝4s的±1％l，

进口设计公差：±1％

导叶体叶片出口型线取l＝4s的±3％l，

出口设计公差：±3％

叶距角设计公差：取叶片包角±1％，

核主泵导叶体叶片数为14，则叶距角设计公差为：