CN106940177A - 一种涡轮导向叶片半窗口喉道面积测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种涡轮导向叶片半窗口喉道面积测量方法，具体步骤如下，建立实际叶片和导向器坐标系，根据叶片形状，在理论窗口确定可表征窗口宽度的叶片外型线，计算理论宽度和缘板样本特征点，确定宽度和缘板样本型线，每个窗口具有一套缘板样本型线，用三坐标扫描各个半窗口、全窗口的实际宽度、缘板样本型线，用理论型线代替导向叶片半窗口未知的宽度特征型线，插值样本型线后，计算宽度样本型线之间的最小距离，并根据理论宽度，计算导向叶片半窗口宽度值，通过分段求取缘板高度，进而计算叶片半窗口、全窗口的喉道面积以及导向器喉道面积。

Description

一种涡轮导向叶片半窗口喉道面积测量方法
技术领域
本发明涉及涡轮导向叶片面积测量技术领域，特别涉及一种涡轮导向叶片半窗口喉道面积测量方法。
背景技术
涡轮导向器是用来使燃气膨胀加速和折转方向的装置，涡轮导向器喉道面积的大小直接影响涡轮级前后温度、气流流场，还会影响发动机的流量、推力、转速、耗油率等，因此其喉道面积对发动机的稳定工作和压气机同涡轮的匹配性能影响很大，是决定发动机整体性能的重要参数。
工程上进行喉道面积测量时，分别对叶片和导向器进行测量，且以最终导向器喉道面积为准。导向叶片的喉道面积由叶片生产厂家在叶片制造完毕后进行测量，导向器喉道面积测量是将导向叶片装配成导向器之后在导向器状态进行，工程上为了保证所需的导向器面积，经常利用各组导向叶片喉道面积之和预测导向器面积，从而选择装配用的叶片。而在导向器装配时，装配叶片的次序会根据现场装配随时调整，预先并不可知；且由于装配时各叶片之间不可避免存在周向装配间隙，因此各组导向叶片喉道面积之和常常同导向器喉道面积差异较大。若测量得到的导向器喉道面积不符合要求，则需要分解导向器，重新挑选叶片装配，如此反复使得工作量加大且工作周期延长。
并且现有技术中并没有对导向叶片半窗口喉道面积进行专门处理的方法，普遍做法是将半窗口喉道面积简单的处理为全窗口面积的一半，叶片和导向器喉道面积之间的差异较大。而且在导向器拼接窗口处需要测量两组缘板样本型线，增加了导向器测量和计算工作量。
发明内容
为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，本发明提供了一种涡轮导向叶片半窗口喉道面积测量方法，其中窗口为相邻两个导向叶片之间的空档，同一组导向叶片形成的窗口为全窗口，每两组导向叶片形成的窗口为半窗口，所述测量方法包括：
建立实际导向叶片和导向器的坐标系，其中X轴为发动机轴线，Z轴为导向叶片径向方向，根据导向叶片的形状，在理论导向叶片上确定可表征窗口宽度的r组导向叶片的宽度型线，其中理论导向叶片为计算机上建立的导向叶片的理论模型，宽度型线为组成同一窗口的两个导向叶片3在不同高度下的平行于XY平面的导向叶片外型线，即宽度型线为闭合曲线，其由导向叶片的叶盆上的线段和叶背上的线段组合而成；
计算在同一高度下两个导向叶片的宽度型线之间的最小距离，其中最小距离就是同一高度下的相邻两个导向叶片中，一侧导向叶片的叶盆和另一侧导向叶片的叶背之间的距离；最小距离所在线段为宽度线段，将宽度线段按从叶尖至叶根的方向依次编号为线段1至线段r，最小距离分别记为Wj＇，其中j＝1～r，宽度线段的端点为宽度特征点；
计算线段1和线段2的中点的连线与上缘板流道面的交点，该交点为上缘板特征点，计算线段r和线段r－1的中点的连线与下缘板流道面的交点，该交点为下缘板特征点；
在理论导向叶片窗口的叶背和叶盆侧型线分别选取宽度样本型线，使理论宽度特征点为宽度样本型线的中点，在上缘板流道面、下缘板流道面分别选取缘板样本型线，使上缘板特征点为上缘板的缘板样本型线中点，使下缘板特征点为下缘板的缘板样本型线中点；
获取实际导向叶片和导向器的各窗口宽度以及缘板样本型线，各窗口宽度以及缘板样本型线均通过三坐标测量仪获得，其中获取的缘板样本型线是由若干个点构成，即若干个坐标构成；对样本型线进行插值处理，将缘板样本型线的坐标点转化为柱坐标系并绕X轴旋转形成缘板流道面，通过计算机求出实际各窗口的宽度线段的长度W1至Wr、上缘板特征点与所述线段1中点之间的距离H1、相邻宽度线段中点之间的距离H2至Hr、线段r中点与下缘板特征点之间的距离Hr+1；
根据公式Wj＝Wj-Wj＇/2计算导向叶片的半窗口宽度，半窗口宽度为半窗口的宽度型线和理论宽度型线之间的最小距离，其中j＝1～r；
通过下面公式计算窗口平均宽度WWj，
WWj＝Wj-1+Wj/2,j＝2～r；
WW1＝W1；
WWr+1＝Wr；
通过公式求出单个半窗口或单个全窗口的喉道面积Fi，其中i为窗口序号；
通过公式求出一组导向叶片的喉道面积Fg，n为每组导向叶片包含的导向叶片个数；
通过公式求出整个导向器的喉道面积F，m为导向器包含的导向叶片个数。
优选的，实际导向叶片和导向器的各窗口宽度以及缘板样本型线通过三坐标测量仪获取。
优选的，对样本型线进行插值处理的方式可以是线性插值处理或样条插值处理或拉格朗日插值处理。
本发明提供的一种涡轮导向叶片半窗口喉道面积测量方法，此半窗口面积计算方法从宽度上去除了理论型线的影响，给出了独立的半窗口宽度距离，可有效减少周向间隙带来的误差，进而减小导向叶片同导向器喉道面积之间的差异，为导向器叶片的挑选和装配带来了极大便利；并且在导向器拼接窗口处仅需测量一组缘板样本型线，减小了导向器喉道面积测量和计算的工作量。
附图说明
图1是涡轮导向叶片半窗口喉道面积测量方法的流程图；
图2是涡轮导向器坐标系示意图；
图3是宽度特征点位置和缘板特征点位置的示意图；
图4是宽度样本型线的扫描示意图；
图5是上缘板样本型线的扫描示意图。
附图标记：上缘板1，下缘板2，导向叶片3，宽度型线4，上缘板特征点5，下缘板特征点6，宽度特征点7，宽度线段8，宽度样本型线9，缘板样本型线10。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细的描述。
具体实施例：
对于某低压涡轮导向器的导向叶片3，每组导向叶片3由三片导向叶片3组成，低压涡轮导向器共由四十片导向叶片3组成。当导向叶片3处于组件状态时，可根据如图1所示的方法测量并计算导向叶片3和导向器喉道面积，具体方法如下：
如图2所示，建立实际导向叶片3和导向器的坐标系，其中X轴为发动机轴线，Z轴为导向叶片3径向方向，根据导向叶片3的形状，在理论导向叶片上确定可表征窗口宽度的4组导向叶片3的宽度型线4，计算同一高度下两个导向叶片3的宽度型线4之间的最小距离，最小距离所在线段为宽度线段8，从叶尖至叶根宽度线段8分别编号为线段1至线段4，最小距离分别记为Wj＇，其中j＝1～4，宽度型线4的端点为宽度特征点7；
如图3所示，计算线段1、2的中点的连线同上缘板1流道面的交点，记为上缘板特征点5；计算线段3和线段4的中点的连线同下缘板2流道面的交点，记为下缘板特征点6；
如图4及图5所示，在理论导向叶片窗口的叶背、叶盆侧型线以及上、下缘板2流道表面上分别选取宽度样本型线9、缘板样本型线10，使理论宽度、缘板特征点位于样本型线中间。每个导向叶片3半窗口具有一套缘板样本型线，宽度样本型线9和缘板样本型线10均是结合实际导向叶片3的几何形状选取的，为避免遗失各自对应的特征点，选取的样本型线不易过短，而为避免利用三坐标扫描时与导向叶片3发生干涉，选取的样本型线不易过长，对于半窗口，为保证缘板样本型线完整位于同一导向叶片3的缘板上，可令其沿Y轴平移或旋转，但平移量或旋转量应尽量小；
使用三坐标扫描实际导向叶片3或导向器坐标系各个窗口的宽度样本型线9、缘板样本型线10，通过计算机编程，插值样本型线，将缘板样本型线10的坐标点转化为柱坐标系并绕X轴旋转形成缘板流道面，循环迭代求解实际各窗口宽度线段8的长度W1至W4、上缘板特征点5同线段1中点的距离H1、相邻宽度线段8中点之间的距离H2至H4、下缘板特征点6同线段4中点的距离H5；
计算导向叶片3的喉道面积时，半窗口中未知的宽度型线4用理论宽度型线代替；
根据公式Wj＝Wj-Wj＇/2计算导向叶片3的半窗口宽度，半窗口宽度定义为半窗口的宽度型线和理论宽度型线之间的最小距离，其中j＝1～4；
通过下面公式计算窗口平均宽度WWj，
WWj＝(Wj-1+Wj)/2,(j＝2～4)；
WW1＝W1；
WW5＝W4；
通过公式求出单个半窗口或单个全窗口的喉道面积Fi；
通过公式求出一组导向叶片3的喉道面积Fg，其中i为窗口序号，n为每组导向叶片3包含的导向叶片3的个数；
通过公式求出导向器的喉道面积F，其中m为导向器包含的导向叶片3个数。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种涡轮导向叶片半窗口喉道面积测量方法，其中窗口为相邻两个导向叶片(3)之间的空档，同一组导向叶片(3)形成的窗口为全窗口，每两组导向叶片(3)形成的窗口为半窗口，其特征在于，所述测量方法包括：
建立实际导向叶片(3)和导向器的坐标系，其中X轴为发动机轴线，Z轴为导向叶片(3)径向方向，根据导向叶片(3)的形状，在理论导向叶片上确定可表征窗口宽度的r组导向叶片(3)的宽度型线(4)，宽度型线(4)为组成同一窗口的两个导向叶片(3)在不同高度下的平行于XY平面的导向叶片(3)外型线；
计算在同一高度下两个导向叶片(3)的宽度型线(4)之间的最小距离，最小距离所在线段为宽度线段(8)，将宽度线段(8)按从叶尖至叶根的方向依次编号为线段1至线段r，最小距离分别记为Wj＇，其中j＝1～r，宽度线段(8)的端点为宽度特征点(7)；
计算线段1和线段2的中点的连线与上缘板(1)流道面的交点，该交点为上缘板特征点(5)，计算线段r和线段r－1的中点的连线与下缘板(2)流道面的交点，该交点为下缘板特征点(6)；
在理论导向叶片窗口的叶背和叶盆侧型线分别选取宽度样本型线(9)，使理论宽度特征点(7)为宽度样本型线(9)的中点，在上缘板(1)流道面、下缘板(2)流道面分别选取缘板样本型线(10)，使上缘板特征点(5)为上缘板(1)的缘板样本型线(10)中点，使下缘板特征点(6)为下缘板(2)的缘板样本型线(10)中点；
获取实际导向叶片(3)和导向器的各窗口宽度以及缘板样本型线(10)，对样本型线进行插值处理，将缘板样本型线(10)的坐标点转化为柱坐标系并绕X轴旋转形成缘板流道面，通过计算机求出实际各窗口的宽度线段(8)的长度W1至Wr、上缘板特征点(5)与所述线段1中点之间的距离H1、相邻宽度线段(8)中点之间的距离H2至Hr、线段r中点与下缘板特征点(6)之间的距离Hr+1；
根据公式Wj＝Wj-Wj＇/2计算导向叶片(3)的半窗口宽度，半窗口宽度为半窗口的宽度型线(4)和理论宽度型线之间的最小距离，其中j＝1～r；
通过下面公式计算窗口平均宽度WWj，
WWj＝(Wj-1+Wj)/2,(j＝2～r)；
WW1＝W1；
WWr+1＝Wr；
通过公式求出单个半窗口或单个全窗口的喉道面积Fi，其中i为窗口序号；
通过公式求出一组导向叶片(3)的喉道面积Fg，n为每组导向叶片(3)包含的导向叶片(3)个数；
通过公式求出整个导向器的喉道面积F，m为导向器包含的导向叶片(3)个数。
2.根据权利要求1所述的涡轮导向叶片半窗口喉道面积测量方法，其特征在于，实际导向叶片(3)和导向器的各窗口宽度以及缘板样本型线(10)通过三坐标测量仪获取。
3.根据权利要求1所述的涡轮导向叶片半窗口喉道面积测量方法，其特征在于，对样本型线进行插值处理的方式可以是线性插值处理或样条插值处理或拉格朗日插值处理。
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