CN113884024B - 一种用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法 - Google Patents

一种用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法。该方法主要包括以下步骤：支撑筋板制作，支撑筋板固定在外壳体上，支撑筋板检测与修磨，内型面三维压制成型，内型面标记靶点和编号，内型面与支撑筋板临时固定，内型面表面精度检测，内型面修型或支撑筋板修磨，内型面与支撑筋板永久固定。该方法适用于钢结构风洞洞体建设项目及曲面精度要求较高的大型钢制结构件建设项目，能够实现大型钢结构风洞收缩段内型面制作、安装过程中三维曲面表面精度的快速检测，同时在后续设备运行过程中，也能方便、快捷实现的内型面表面精度的监测。

Description

一种用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法
技术领域
本发明属于大型风洞建设领域，具体涉及一种用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法。
背景技术
收缩段是风洞洞体中的重要组成部分，钢结构风洞的收缩段通常由承压壳体、支撑筋板和内型面组成。而收缩段的内型面作为制作检测的重点，其曲面精度质量直接影响整个风洞的流场性能指标水平。
目前，对于入口直径尺寸较小的收缩段内型面制作与检测，主要采用两种方式：第一种方式，首先在外协厂里进行机械冷加工，内型面乃至整个支撑筋板及壳体进行工艺分段后均在外协厂里采用机械冷加工制造而成，接着运输至建设现场进行组对焊接，然后通过激光扫描仪或型面板进行内型面精度检测；第二种方式，零部件均在现场进行制作与焊接，先在承压壳体上组对支撑筋板，通过样板检测筋板与样板的贴合度，若不满足要求就对支撑筋板进行修磨，合格后再分块组对内型面板，最后采用激光扫描仪进行内型面检测。第二种方式中内型面成型采用三辊卷板机与冲压成形模具相结合的方式进行，对于型面相对平缓的区域采用三辊卷板机进行卷制成形，对于相对复杂曲率板采用冲压成形模具模压成型。
但是对于入口直径尺寸较大的收缩段内型面制作和检测，通常采用方式是：零部件在现场进行制作与焊接，内型面成型与上述第二种方式基本类似，立式状态下先在承压壳体上组对支撑筋板，接着通过样板检测筋板与样板的贴合度，若不满足要求就对支撑筋板进行修磨，合格后再分块组对内型面板，然后用另外的样板检测内型面与样板的贴合度。这种方式需要架设复杂的工装，且针对不同角度的型面需要多种规格的成型模具或检测样板，为了保证样板不变形，还需提高其刚度，随之样板重量也相应增加，因此内型面与样板的贴合度检查需要利用吊车和现场检测人员配合才能进行，而且还得频繁的更换不用角度的样板，导致人为的误差较大，效率较低。另外，这种方式只能在立式状态下进行检测，当收缩段进入水平安装状态后，内型面无法采用样板进行检测，通常也默认为其处于良好状态，不再进行型面精度检测，内型面实际的精度就不得而知。
当前，亟需发展一种用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法。
简而言之，如图1所示，本发明的用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法的简要步骤是：支撑筋板制作，支撑筋板固定在外壳体上，支撑筋板检测与修磨，内型面三维压制成型，内型面标记靶点和编号，内型面与支撑筋板临时固定，内型面表面精度检测，内型面修型或支撑筋板修磨，内型面与支撑筋板永久固定。具体思路是：当支撑筋板组对完成后，首先采用激光跟踪仪检测法对筋板内轮廓面进行检测，若精度超差则进行相应的修磨，直到满足要求；同时内型面采用液压三维油压机进行压制，并在其内表面均匀布置感光贴片及编号；接着进行内型面与支撑筋板的临时固定；固定完成后，采用工业摄影测量方法，对内型面进行测量，并与理论数据进行对比，得出之间的误差，并再次压制或修磨直至满足要求为止，最后采用焊接方式将内型面与支撑筋板进行永久固定；固定后再次采用工业摄影测量方法进行检测，得出焊后的内型面数据；收缩段安装上位后，仍然采用工业摄影测量方法进行测量与比对，可得出安装后最终的型面数据。另外，还采用工业摄影测量方法可以定期对内型面进行测量，以确认内型面是否处于良好状态。
本发明的用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法，包括以下步骤：
S1.制作大型风洞收缩段的外壳体，并在外壳体的出口处安装出口法兰；
S2.将外壳体竖直放置，出口法兰位于下方，外壳体位于上方；出口法兰的端面作为基准面，外壳体通过出口法兰端面安装在水平安装平面上；
S3.在大型风洞收缩段设计图纸标示的理论尺寸基础上预留余量，分层加工横向支撑筋板和纵向支撑筋板；纵向支撑筋板分为N层，横向支撑筋板也分为对应的N层，一层纵向支撑筋板对应一层横向支撑筋板，N≥8；
S4.固定安装第一层纵向支撑筋板，第一层纵向支撑筋板包括若干沿外壳内壁、周向均匀排列的纵向支撑筋板；
S5.固定安装第一层横向支撑筋板，第一层横向支撑筋板为环形平板，水平固定在纵向支撑筋板的上方；
S6.重复步骤S4~S5，直至完成第N层纵向支撑筋板和第N层横向支撑筋板安装；安装完成后，横向支撑筋板和纵向支撑筋板的内轮廓面包围的内腔构成收缩段内腔，收缩段内腔与收缩段内型面形状相似，收缩段内腔尺寸大于收缩段内型面尺寸；
S7.在横向支撑筋板和纵向支撑筋板的内轮廓面上粘贴若干激光跟踪仪靶标；在收缩段内腔安装激光跟踪仪，激光跟踪仪设置精度监控点，并以精度监控点为基点，为若干激光跟踪仪靶标建立统一坐标系，每个激光跟踪仪靶标获得唯一编号；
S8.激光跟踪仪的检测激光沿横向支撑筋板和纵向支撑筋板的内轮廓面逐个扫描激光跟踪仪靶标，得到各激光跟踪仪靶标的坐标位置数据，利用激光跟踪仪靶标的唯一编号和坐标位置数据建模，得到收缩段内腔三维数值模型，再将收缩段内腔三维数值模型与收缩段内腔理论模型进行对比，对收缩段内腔三维数值模型上超过精度指标的横向支撑筋板和纵向支撑筋板进行修型和打磨；
S9.重复步骤S8，直至收缩段内腔三维数值模型与收缩段内腔理论模型的误差在要求的范围之内；拆除激光跟踪仪；
S10.根据液压三维油压机的最大压制尺寸，将收缩段内型面进行分片编号，再使用液压三维油压机将内型面片压制成型，获得若干内型面片；在每个内型面片的表面均匀布置感光贴片作为靶点，并给每个靶点命名唯一编号；再将全部内型面片按照分片编号临时固定在横向支撑筋板和纵向支撑筋板上，得到初始收缩段内型面；
S11.在外壳体的外部，按照工业摄影测量方法的要求，安装若干工业摄影仪，若干工业摄影仪通过多角度拾取各靶点的坐标位置数据；利用靶点的唯一编号和坐标位置数据建模，得到收缩段内型面三维数值模型；
S12.将收缩段内型面三维数值模型与收缩段内型面理论模型进行对比，找出收缩段内型面三维数值模型上超出收缩段内型面理论模型表面精度指标的靶点，计算该靶点所在内型面片的误差值，找出超出表面精度误差范围的内型面片，分析超出表面精度误差范围的原因，确定消除方法是再次使用液压三维油压机重新压制内型面片，还是重新修型和打磨横向支撑筋板和纵向支撑筋板，并执行选定的消除方法；
S13.重复步骤S12，直至收缩段内型面三维数值模型与收缩段内型面理论模型的误差在要求的范围之内；
S14.将内型面片焊接固定在横向支撑筋板和纵向支撑筋板上，得到大型风洞收缩段；并记录大型风洞收缩段内型面三维数值模型；拆除工业摄影仪；
S15.将大型风洞收缩段水平安装在大型风洞上，继续采用工业摄影测量方法获得水平状态收缩段内型面三维数值模型并记录，用于后续进行定期监测和比对，为风洞试验数据修正提供支撑。
进一步地，所述的临时固定采用点焊方式或螺接方式。
进一步地，所述的焊接固定采用小电流焊接方式。
本发明的用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法中的内型面成型方式采用液压三维油压机压制成型，成型效率和精度优于常规滚压成型。
本发明的用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法中的支撑筋板位置检测采用激光跟踪仪进行实时扫描，转换为三维模型后可直接与理论模型进行比对，得出两者的误差值，并可根据误差值对支撑筋板进行修磨直至检测合格为止。激光跟踪仪具有测量速度快、精度高的特点，适合线追踪测量。
本发明的用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法中的内型面检测采用工业摄影测量方法进行多角度多点测量，转换为三维模型后可直接与理论模型进行比对，并可根据比对结果可对单块内型面板弧度进行调整直至检测合格为止。工业摄影测量方法具有测量范围广、测量精度高的特点，适合面测量。
本发明的用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法，在收缩段安装到位后采用工业摄影测量方法对内型面表面位置进行监测，能及时掌握内型面表面位置的真实情况，为风洞试验数据修正提供支撑。
本发明的用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法适用于钢结构风洞洞体建设项目及曲面精度要求较高的大型钢制结构件建设项目，能够实现大型钢结构风洞收缩段内型面制作、安装过程中三维曲面表面精度的快速检测，同时在后续设备运行过程中，也能方便、快捷的实现内型面表面精度的监测。
附图说明
图1为本发明的用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法的流程简图；
图2a为本发明的用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法中的收缩段结构示意图（主视图）；
图2b为本发明的用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法中的收缩段结构示意图（立体图）；
图3为本发明的用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法中的激光跟踪仪安装位置示意图；
图4为本发明的用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法中的工业摄像仪安装位置及靶点位置示意图（收缩段竖直装配）；
图5为本发明的用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法中工业摄像仪安装位置及靶点位置示意图（收缩段水平装配）。
图中，1.收缩段内型面；2.横向支撑筋板；3.外壳体；4.纵向支撑筋板；5.出口法兰；6.激光跟踪仪；7.激光跟踪仪靶标；8.工业摄影仪；9.靶点。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
实施例1
本实施例的用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法，包括以下步骤：
S1.制作大型风洞收缩段的外壳体3，并在外壳体3的出口处安装出口法兰5；
S2.将外壳体3竖直放置，出口法兰5位于下方，外壳体3位于上方；出口法兰5的端面作为基准面，外壳体3通过出口法兰5端面安装在水平安装平面上；
S3.在大型风洞收缩段设计图纸标示的理论尺寸基础上预留余量，分层加工横向支撑筋板2和纵向支撑筋板4；纵向支撑筋板4分为N层，横向支撑筋板2也分为对应的N层，一层纵向支撑筋板4对应一层横向支撑筋板2，N≥8；
S4.固定安装第一层纵向支撑筋板，第一层纵向支撑筋板包括若干沿外壳内壁、周向均匀排列的纵向支撑筋板；
S5.固定安装第一层横向支撑筋板，第一层横向支撑筋板为环形平板，水平固定在纵向支撑筋板的上方；
S6.如图2a、图2b所示，重复步骤S4~S5，直至完成第N层纵向支撑筋板和第N层横向支撑筋板安装；安装完成后，横向支撑筋板2和纵向支撑筋板4的内轮廓面包围的内腔构成收缩段内腔，收缩段内腔与收缩段内型面1形状相似，收缩段内腔尺寸大于收缩段内型面1尺寸；
S7.如图3所示，在横向支撑筋板2和纵向支撑筋板4的内轮廓面上粘贴若干激光跟踪仪靶标7；在收缩段内腔安装激光跟踪仪6，激光跟踪仪6设置精度监控点，并以精度监控点为基点，为若干激光跟踪仪靶标7建立统一坐标系，每个激光跟踪仪靶标7获得唯一编号；
S8.激光跟踪仪6的检测激光沿横向支撑筋板2和纵向支撑筋板4的内轮廓面逐个扫描激光跟踪仪靶标7，得到各激光跟踪仪靶标7的坐标位置数据，利用激光跟踪仪靶标7的唯一编号和坐标位置数据建模，得到收缩段内腔三维数值模型，再将收缩段内腔三维数值模型与收缩段内腔理论模型进行对比，对收缩段内腔三维数值模型上超过精度指标的横向支撑筋板2和纵向支撑筋板4进行修型和打磨；
S9.重复步骤S8，直至收缩段内腔三维数值模型与收缩段内腔理论模型的误差在要求的范围之内；拆除激光跟踪仪6；
S10.根据液压三维油压机的最大压制尺寸，将收缩段内型面1进行分片编号，再使用液压三维油压机将内型面片压制成型，获得若干内型面片；在每个内型面片的表面均匀布置感光贴片作为靶点9，并给每个靶点9命名唯一编号；再将全部内型面片按照分片编号临时固定在横向支撑筋板2和纵向支撑筋板4上，得到初始收缩段内型面；
S11.如图4所示，在外壳体3的外部，按照工业摄影测量方法的要求，安装若干工业摄影仪8，若干工业摄影仪8通过多角度拾取各靶点9的坐标位置数据；利用靶点9的唯一编号和坐标位置数据建模，得到收缩段内型面三维数值模型；
S12.将收缩段内型面三维数值模型与收缩段内型面理论模型进行对比，找出收缩段内型面三维数值模型上超出收缩段内型面理论模型表面精度指标的靶点9，计算该靶点9所在内型面片的误差值，找出超出表面精度误差范围的内型面片，分析超出表面精度误差范围的原因，确定消除方法是再次使用液压三维油压机重新压制内型面片，还是重新修型和打磨横向支撑筋板2和纵向支撑筋板4，并执行选定的消除方法；
S13.重复步骤S12，直至收缩段内型面三维数值模型与收缩段内型面理论模型的误差在要求的范围之内；
S14.将内型面片焊接固定在横向支撑筋板2和纵向支撑筋板4上，得到大型风洞收缩段；并记录大型风洞收缩段内型面三维数值模型；拆除工业摄影仪8；
S15.如图5所示，将大型风洞收缩段水平安装在大型风洞上，继续采用工业摄影测量方法获得水平状态收缩段内型面三维数值模型并记录，用于后续进行定期监测和比对，为风洞试验数据修正提供支撑。
进一步地，所述的临时固定采用点焊方式或螺接方式。
进一步地，所述的焊接固定采用小电流焊接方式。
上述实施例仅为说明本发明而举例，并非用于限制本发明，任何基于上述实施例的等同变换，均应在本发明的专利保护范围之内。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (3)

1.一种用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.制作大型风洞收缩段的外壳体（3），并在外壳体（3）的出口处安装出口法兰（5）；
S2.将外壳体（3）竖直放置，出口法兰（5）位于下方，外壳体（3）位于上方；出口法兰（5）的端面作为基准面，外壳体（3）通过出口法兰（5）端面安装在水平安装平面上；
S3.在大型风洞收缩段设计图纸标示的理论尺寸基础上预留余量，分层加工横向支撑筋板（2）和纵向支撑筋板（4）；纵向支撑筋板（4）分为N层，横向支撑筋板（2）也分为对应的N层，一层纵向支撑筋板（4）对应一层横向支撑筋板（2），N≥8；
S4.固定安装第一层纵向支撑筋板，第一层纵向支撑筋板包括若干沿外壳内壁、周向均匀排列的纵向支撑筋板；
S5.固定安装第一层横向支撑筋板，第一层横向支撑筋板为环形平板，水平固定在纵向支撑筋板的上方；
S6.重复步骤S4~S5，直至完成第N层纵向支撑筋板和第N层横向支撑筋板安装；安装完成后，横向支撑筋板（2）和纵向支撑筋板（4）的内轮廓面包围的内腔构成收缩段内腔，收缩段内腔与收缩段内型面（1）形状相似，收缩段内腔尺寸大于收缩段内型面（1）尺寸；
S7.在横向支撑筋板（2）和纵向支撑筋板（4）的内轮廓面上粘贴若干激光跟踪仪靶标（7）；在收缩段内腔安装激光跟踪仪（6），激光跟踪仪（6）设置精度监控点，并以精度监控点为基点，为若干激光跟踪仪靶标（7）建立统一坐标系，每个激光跟踪仪靶标（7）获得唯一编号；
S8.激光跟踪仪（6）的检测激光沿横向支撑筋板（2）和纵向支撑筋板（4）的内轮廓面逐个扫描激光跟踪仪靶标（7），得到各激光跟踪仪靶标（7）的坐标位置数据，利用激光跟踪仪靶标（7）的唯一编号和坐标位置数据建模，得到收缩段内腔三维数值模型，再将收缩段内腔三维数值模型与收缩段内腔理论模型进行对比，对收缩段内腔三维数值模型上超过精度指标的横向支撑筋板（2）和纵向支撑筋板（4）进行修型和打磨；
S9.重复步骤S8，直至收缩段内腔三维数值模型与收缩段内腔理论模型的误差在要求的范围之内；拆除激光跟踪仪（6）；
S10.根据液压三维油压机的最大压制尺寸，将收缩段内型面（1）进行分片编号，再使用液压三维油压机将内型面片压制成型，获得若干内型面片；在每个内型面片的表面均匀布置感光贴片作为靶点（9），并给每个靶点（9）命名唯一编号；再将全部内型面片按照分片编号临时固定在横向支撑筋板（2）和纵向支撑筋板（4）上，得到初始收缩段内型面；
S11.在外壳体（3）的外部，按照工业摄影测量方法的要求，安装若干工业摄影仪（8），若干工业摄影仪（8）通过多角度拾取各靶点（9）的坐标位置数据；利用靶点（9）的唯一编号和坐标位置数据建模，得到收缩段内型面三维数值模型；
S12.将收缩段内型面三维数值模型与收缩段内型面理论模型进行对比，找出收缩段内型面三维数值模型上超出收缩段内型面理论模型表面精度指标的靶点（9），计算该靶点（9）所在内型面片的误差值，找出超出表面精度误差范围的内型面片，分析超出表面精度误差范围的原因，确定消除方法是再次使用液压三维油压机重新压制内型面片，还是重新修型和打磨横向支撑筋板（2）和纵向支撑筋板（4），并执行选定的消除方法；
S13.重复步骤S12，直至收缩段内型面三维数值模型与收缩段内型面理论模型的误差在要求的范围之内；
S14.将内型面片焊接固定在横向支撑筋板（2）和纵向支撑筋板（4）上，得到大型风洞收缩段；并记录大型风洞收缩段内型面三维数值模型；拆除工业摄影仪（8）；
S15.将大型风洞收缩段水平安装在大型风洞上，继续采用工业摄影测量方法获得水平状态收缩段内型面三维数值模型并记录，用于后续进行定期监测和比对，为风洞试验数据修正提供支撑。
2.根据权利要求1所述的用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法，其特征在于，所述的临时固定采用点焊方式或螺接方式。
3.根据权利要求1所述的用于大型风洞收缩段的制作安装检测方法，其特征在于，所述的焊接固定采用小电流焊接方式。
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