[实用新型]一种汽轮机叶片的随动控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种汽轮机叶片的随动控制系统，属于激光材料加工 领域。

背景技术

汽轮机叶片是电力工业中的关键部件，用于将高温高压气体的线性运 动转变为汽轮机轴的转动，汽轮机平均转速在3000r/min左右。汽轮机失 效主要有两种：叶片根部的断裂和气蚀损伤。据调研，汽轮机事故中，叶 片事故约占60-70％，因此汽轮机叶片修复具有重要的工程应用。激光熔覆 技术由于其低热量输入和对基材热影响、热变形小的特点而成为修复叶片 先进手段。目前，激光熔覆修复汽轮机叶片在硬件方面的存在的问题是： 汽轮机叶片轮廓属于复杂曲面，这就给激光熔覆轨迹的数控编程带来困难。 如果数控设备无法提供有效方程模拟叶片表面轮廓，那么喷嘴到叶片距离 就会发生浮动，影响粉末束流和激光光束的汇聚，导致涂层质量涂层厚度 不均匀，诱发应力裂纹。具体而言，当喷嘴离叶片轮廓面较远时，粉末束 流发散，成形质量差，粉末利用率低；当喷嘴离叶片轮廓面较近时，喷嘴 受激光反射辐照，喷嘴容易烧坏。因此，设计一种随动控制装置，实时调 节喷嘴距叶片轮廓面距离对激光熔覆修复汽轮机叶片至关重要。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型提供一种随动控制激光熔覆工作系统，通 过简单有效的模拟控制，使熔覆工作头喷嘴到叶片表面距离保持在 15-20mm，保证了激光熔覆修复汽轮机叶片的涂层质量。

一种汽轮机叶片的随动控制系统，其特征在于包括以下模块：熔覆随 动工作装置(1)、信号调理单元(2)，PID控制器(3)、绝对值电路单 元(4)、压频转换单元(5)、比较器(6)、电机驱动(7)；熔覆工作 头喷嘴到叶片表面间距离d的变化，经熔覆随动工作装置(1)转变为电压 信号，经信号调理单元(2)输入到PID控制器(3)输入口，与开环所测 输出电压比较，输出△u，△u经绝对值电路单元(4)和压频转换单元(5) 提供步进电机(8)所需的频率信号，△u经比较器(6)提供步进电机(8) 方向信号，使熔覆随动工作装置(1)中喷嘴位置距叶片表面距离始终保持 15-20cm。

熔覆随动工作装置(1)包括步进电机(8)，联轴器(9)，导轨(10)， 滑架(11)，螺杆(12)，激光器(13)和差动电感位移传感器(14)； 差动电感位移传感器(14)位于激光器(13)出光口上沿，激光器(13) 通过螺纹固定于滑架上(11)，滑架(11)与导轨(10)配合实现相对滑 动，导轨(10)固定于机床本体，滑架(11)底部螺母与螺杆(12)配合； 工作时，步进电机(8)通过联轴器(9)驱动螺杆(12)旋转，滑架(11) 将螺杆(12)的旋转运动转变为直线运动，并带动固定于其上的激光器(13) 沿整体垂直方向位移。

本实用新型的积极效果：

本实用新型的效果体现在随动激光工作系统采用模拟量控制，采用模 拟单元不仅因为其价格低廉，而且采用连续时间信号模拟量没有延时、响 应速度快且系统稳定。

附图说明

图1为汽轮机叶片随动控制系统示意图

1.熔覆随动工作装置，2.信号调理，3.PID控制，4.绝对值电路单元， 5.压频转换电路单元，6.比较器，7.电机驱动

图2为汽轮机叶片随动机械装置图

8.步进电机，9.联轴器，10.导轨，11.滑架，12.螺杆，13.激光器，14. 差动电感位移传感器

具体实施方式

一种汽轮机叶片的随动控制系统，具体包括以下模块：熔覆随动工作 装置(1)、信号调理单元(2)，PID控制器(3)、绝对值电路单元(4)、 压频转换单元(5)、比较器(6)、电机驱动(7)。所述熔覆随动工作装 置(1)具体包括步进电机(8)，联轴器(9)，导轨(10)，滑架(11)， 螺杆(12)，激光器(13)，差动电感位移传感器(14)。

参见图1，激光器(13)外壳留有螺纹孔，通过螺纹连接固定安装于滑 架(11)上，滑架(11)与导轨(10)配合实现直线相对滑动，轨道(10) 用螺栓固定于机床Z轴向方向，滑架(11)底部螺母与螺杆(12)配合将 旋转运动转变为直线运动，步进电机(8)轴与螺杆(12)采用联轴器连接 提供所需动力。

具体工作原理是：激光器(13)上差动电感传感器(14)对喷嘴距叶 片表面轮廓距离实时检测，当喷嘴距叶片表面距离偏大或偏小时，差动电 感输出变化的电压信号，电压信号输入到信号调理单元(2)进行信号的放 大、滤波转变为可识别的有效信号，信号进入PID控制器(3)，与开环所 测输出电压比较△u，△u经过绝对值电路单元(4)和压频转换电路单元(5) 提供步进电机(8)所需的脉冲个数，控制步进电机的转角；△u经比较器 (6)输入0，1，-1提供步进电机(8)的方向的正负。步进电机(8)的 旋转运动经螺杆螺母结构转变为滑架(11)的直线运动，从而整个闭环实 现了对喷嘴从叶片表表面轮廓距离的调节。