[发明专利]大型复杂叶片类零件的装配精度检测方法

说明书

技术领域

本发明属于复杂曲面类零件精度检测技术领域，具体涉及一种针对于大型动力装备中广泛采用的大型复杂叶片类零件的装配精度检测方法。

背景技术

目前，我国在汽轮机、燃气轮机、风力机、航空发动机等大型动力装备的制造上，自主创新能力弱、对外依存度高。因此，开展这一领域的研究工作，对突破相关技术瓶颈问题、打破发达国家的技术封锁有着重大而深远的战略意义，与国民经济的发展息息相关。

汽轮机、燃气轮机、风力机、航空发动机等大型动力装备均属于叶片式流体机械，它们在基本工作原理上有一个共同点：都是通过高温、高压的工作介质推动转子高速旋转，进而实现其他形式的能向机械能的转换，并带动负载做功。而转子主要的受力部件为一级级的叶轮，它也正是完成能量转换的核心部件。叶轮是由安装于转子主轴上沿周向均匀分布的大量叶片构成的。因此，叶片作为在大型动力装备上要广泛、大量采用的零部件，它的安装更是会直接关系到装备整机工作性能的好坏。

叶片是在大型动力装备中所广泛采用的零件，首先分析其结构：这里以燃气轮机的一级动叶片为例，如图1所示，它主要由三部分构成：叶身翼型面1——叶片承受气压作用的部分；叶根榫头2——是叶片的安装部分，用于连接转子叶片与轮毂，也是叶片承受作用力的主要部分；过渡平台3——连接叶片叶身翼型面和叶根榫头的过渡部分。而叶片是通过其榫头与转子上轮槽的配合实现装配的，如图2所示，进而形成一级级的叶轮。叶片的装配误差主要有：叶片绕积叠轴线转角θ的偏差；叶片绕垂直于转子轴线和其积叠轴线且与二者都相交的直线的转角偏差；叶片在转子轮盘径向的位置偏差；同级叶轮叶片中心积叠轴线间的夹角误差；榫头端面相对于同侧的轮盘端面的位置度误差。

通过分析，在叶片的装配误差中对装备整机性能影响较大的，主要为同一级叶轮上叶片中心积叠轴线间的夹角误差，以及叶片榫头端面相对于同侧的轮盘端面的位置度误差。在此将叶片的这两个装配误差分别定义为周向装配误差和轴向装配误差。

理论上，装配于转子某一级上的叶片是沿周向均匀分布的，叶片的中心积叠轴线汇聚于转子的中心，如图2所示，而在轴向，同一级叶片的榫头端面应在同一个平面内且与同侧的轮盘端面平齐。因此，如果在装配后相邻叶片中心积叠轴线的夹角偏差过大，或叶片在轴向的相对位置参差不齐，都会造成叶片在转子上的不均匀分布，进而导致工质不能均匀的流过并冲击叶轮，严重影响能量转换效率；此外在工作中，叶轮在高温高压工质的强力冲击作用下高速旋转。这也就意味着，叶片的这种不均匀分布，势必会影响整个叶轮的动平衡，这样叶轮在高速的旋转中就会出现偏心振动。这种振动所产生的周期性不平衡惯性力，不仅会增大运动副中的摩擦和构件中的内应力，还将引起整个转子及其基础的振动。如其频率接近于机械的固有频率，则不仅会严重影响到装备本身，还会使附近的工作机械以及厂房建筑受到影响甚至破坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型复杂叶片类零件的装配精度检测方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

第一步：坐标系的建立

首先，选用转子主轴上的辅助轴颈作为测量并建立坐标系的基准，具体的建立步骤为：

1)选择靠近叶片安装轮盘的一个轴颈作为测量对象；

2)分别对该轴颈靠近轮盘一侧的端面以及外圆柱面进行测量，获得对应的点数据；

3)对轴颈端面测量点数据做平面拟合，得到rOθ平面；

4)将轴颈外圆柱面测量点数据向步骤3)拟合得到的rOθ平面投影，并对投影点做圆拟合，圆心即为坐标系原点O；

5)z轴正向取为指向转子安装叶片的轮盘；

6)设竖直方向为θ转角的原始零位；

第二步：关键几何特征的提取与误差分析

1)周向装配误差

通过两个叶片上的对应几何特征提取两个叶片的实际夹角；

2)轴向装配误差

首先，对叶片榫头端面以及同侧的转子轮盘端面进行测量，得到两组点数据，

其次，对轮盘端面测量点数据做平面拟合得到轮盘端面；

最后，计算榫头端面测量点到轮盘端面的距离，得到此叶片的轴向装配误差。

所说的分别对该轴颈靠近轮盘一侧的端面以及外圆柱面进行测量，在测量过程中选测多组数据，拟合计算后再做均化处理，获得对应的点数据。

所说的周向装配误差提取方法有三种

第一种：

1)选择叶身翼型面的一条棱线作为待提取特征；

2)分别对两个叶片的棱线进行测量，得到两组点数据；

3)分别对两组点数据做曲线拟合，得到两个叶片的棱线；