一种叶轮通道面积测量装置及测量方法
阅读说明：本技术 一种叶轮通道面积测量装置及测量方法 (Impeller channel area measuring device and measuring method ) 是由 陈雪 陈圆 陈亮 单廷呈 陈益平 肖衎 于 2020-07-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种叶轮通道面积测量方法,包括：将轴流叶轮固定安装,通过电感测微仪连接轴向测头进行叶轮所有叶片根部直径的测量,获得各叶片根部直径测量值；取各叶片根部直径测量值的平均值；根据根部直径与系数K的对应关系,确定对应的系数K值；通过电感测微仪连接旁向测头测量所有叶片的根部至叶尖高度四等分点对应截面等分半径,获得各叶片对应的各截面的等分半径测量值；对应各截面分别取所有叶片等分半径测量值的平均值；计算各等分半径平均值的总和；计算获得通道面积。本发明还公开了一种用于上述测量方法的测量装置。采用该叶轮通道面积测量方法及装置,操作步骤流程更加清晰,操作难度降低,对检验员技能水平要求低,测量效率高。(The invention discloses a method for measuring the channel area of an impeller, which comprises the following steps: fixedly mounting an axial flow impeller, and connecting an axial measuring head through an inductance micrometer to measure the root diameters of all blades of the impeller so as to obtain the root diameter measurement value of each blade; taking the average value of the diameter measured values of the roots of all the blades; determining a corresponding coefficient K value according to the corresponding relation between the root diameter and the coefficient K; connecting a lateral measuring head through an inductance micrometer to measure the equal-dividing radius of the corresponding section from the root to the blade tip height quartering point of all the blades, and obtaining the equal-dividing radius measured value of each section corresponding to each blade; respectively taking the average value of the measured values of the equal-dividing radii of all the blades corresponding to all the sections; calculating the sum of the average values of the equal division radiuses; and calculating to obtain the channel area. The invention also discloses a measuring device for the measuring method. By adopting the method and the device for measuring the impeller passage area, the flow of the operation steps is clearer, the operation difficulty is reduced, the requirement on the skill level of an inspector is low, and the measurement efficiency is high.)
技术领域
本发明涉及轮流式叶轮技术领域，更具体地说，涉及一种叶轮通道面积测量装置及方法。
背景技术
针对动力在500KW功率等级的发动机压气机单元体前半部的轴流叶轮，需保证轴流叶轮通道面积，使发动机空气流量符合2.5kg/s的要求，实现发动机第一级压缩为离心压气机增压功能。为获得轴流式叶轮通道面积值，需要对轴流式叶轮通道面积进行测量。
现有的测量方法对工艺要求高，需要工艺员配合提供最佳的曲面轮毂坐标点及每片叶片半径等分成多个不同截面的坐标点尺寸，再借助三坐标测量机计量每个零件每片叶片坐标点尺寸，通过函数关系值换算得出通道面积。
另外，由于轴流叶轮每片叶片均在发动机轴线上有偏转一个角度，约0°25′±20′，三坐标计量时，由于测头的局限性，难以取得最佳的坐标点尺寸，操作时稳定性差，测头轻微碰撞，就会影响测量结果精度，导致测得值不准确，进而影响通道面积的计算。且测得坐标点后，检验人员还需根据测量值一一对应确定每片叶片不同截面的计量值计算平均值，再换算成通道面积。该方法对工艺及操作者要求高，且每个叶轮同一工序涉及尺寸需由多人配合完成，劳动强度大、计量周期长，影响生产效率；且存在较大风险，极易因为测量位置选点不合适和测头松动导致测量数据不准，引起发动机离心压气增压不达标，影响发动机性能。
综上所述，如何有效地解决叶轮通道面积测量对操作者要求高等问题，是目前本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种叶轮通道面积测量方法，该叶轮通道面积测量方法可以有效地解决决叶轮通道面积测量对操作者要求高的问题，本发明的第二个目的是提供一种用于上述叶轮通道面积测量方法的叶轮通道面积测量装置。
为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：
一种叶轮通道面积测量方法，包括：
将轴流叶轮固定安装，通过电感测微仪连接轴向测头进行叶轮所有叶片根部直径的测量，获得各叶片根部直径测量值；
取各叶片根部直径测量值的平均值，并记为根部直径平均值；
由所述根部直径平均值，根据根部直径与系数K的对应关系，确定对应的系数K值；
通过电感测微仪连接旁向测头测量所有叶片的根部至叶尖高度四等分点对应截面等分半径，获得各叶片对应的各截面的等分半径测量值；
对应各截面分别取所有叶片等分半径测量值的平均值，记为等分半径平均值；
计算各所述等分半径平均值的总和；
根据所述系数K值及各所述等分半径平均值的总和，计算获得通道面积。
优选地，上述叶轮通道面积测量方法中，所述根据所述系数K值及各所述等分半径平均值的总和，计算获得通道面积，具体包括：
通过下式计算通道面积：
Sp＝10-4*K*S
式中，Sp为通道面积，K为系数，S为各所述等分半径平均值的总和。
优选地，上述叶轮通道面积测量方法中，所述根部直径与系数K的对应关系，具体为根据试验确定的根部直径与系数K函数关系。
优选地，上述叶轮通道面积测量方法中，所述函数关系为线性函数关系。
优选地，上述叶轮通道面积测量方法中，所述线性函数关系的关系式为：
K＝121.97-(ΦAVG-72.45)*2.4154
式中，K为系数，ΦAVG为根部直径。
优选地，上述叶轮通道面积测量方法中，所述根部直径与系数K的对应关系，具体为根据试验确定的根部直径与系数K一一对应的数据表。
应用本发明提供的叶轮通道面积测量方法，将轴流叶轮固定安装，通过电感测微仪连接轴向测头进行叶轮所有叶片根部直径的测量，获得各叶片根部直径测量值；再取各叶片根部直径测量值的平均值，并记为根部直径平均值；由根部直径平均值，根据根部直径与系数K的对应关系，确定对应的系数K值；而后通过电感测微仪连接旁向测头测量所有叶片的根部至叶尖高度四等分点对应截面等分半径，获得各叶片对应的各截面的等分半径测量值；对应各截面分别取所有叶片等分半径测量值的平均值，记为等分半径均值；计算各等分半径平均值的总和；最后根据系数K值及各等分半径平均值的总和，计算获得通道面积。采用该叶轮通道面积测量方法，相比于三坐标计量法，操作步骤流程更加清晰，操作难度降低，对检验员技能水平要求更低，测量效率更高，准确度更高。
为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种叶轮通道面积测量装置，该叶轮通道面积测量装置用于上述任一种叶轮通道面积测量方法，包括用于轴流叶轮的通孔穿过的定位座、与定位座配合以将轴流叶轮压紧固定的定位芯棒和用于测量的电感测微仪，与电感测微仪配合的设置有轴向测头和旁向测头。该叶轮通道面积测量装置，通过电感测微仪进行测量，降低了对操作者技能方面的要求，更加符合生产实际情况，测量效率更高，准确度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个具体实施例的叶轮通道面积测量方法的流程示意图；
图2为轴流叶轮的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种叶轮通道面积测量方法，以降低了对操作者技能方面的要求，更加符合生产实际情况。
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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
请参阅图1，图1为本发明一个具体实施例的叶轮通道面积测量方法的流程示意图。
在一个具体实施例中，本发明提供的叶轮通道面积测量方法，其特征在于，包括：
S1：将轴流叶轮固定安装，通过电感测微仪连接轴向测头进行叶轮所有叶片根部直径的测量，获得各叶片根部直径测量值；
具体可以采用手动测量装置进行测量，手动测量装置包括用于轴流叶轮的通孔穿过的定位座、与定位座配合以将轴流叶轮压紧固定的定位芯棒和用于测量的电感测微仪，以及与电感测微仪配合的轴向测头和旁向测头，轴向测头和旁向测头分别与电感测微仪可转换连接，从而根据需要有选择的将轴向测头与电感测微仪连接或者将旁向测头与电感测微仪连接。为了便于轴向测头和旁向测头的安装，与轴向测头和旁向测头对应的分别设置轴向安装座和旁向安装座，轴向安装座用于固定轴向测头且能够带动轴向测头相对轴流叶轮在高度和径向方向上移动；旁向安装座用于固定旁向测头且能够带动旁向测头相对轴流叶轮在高度和径向方向上移动。具体的，与轴向安装座和旁向安装座配合的设置有滑轨，轴向安装座和旁向安装座能够分别沿滑轨直线移动，且能够通过螺母等锁紧装置锁紧于滑轨的不同位置，进而以调节轴向安装座和旁向安装座相对轴流叶轮的径向位置，以使轴向测头和旁向测头调摆至合适位置。
使用该测量装置时，轴流叶轮(带通孔结构)以小头端在上，大头端在下，穿置于定位座上，定位芯棒用于压紧固定轴流叶轮，为确保轴流叶轮穿置于定位座上后，测量过程中不发生径向和轴向位移，定位芯棒具体制作成带锥形头样式，使用时用带锥形头的定位芯棒压紧轴流叶轮；轴向测头与电感测微仪配合使用，能够测量轴流叶轮轮缘前端面至曲面轮毂给定坐标点处的叶片根部直径值。
S2：取各叶片根部直径测量值的平均值，并记为根部直径平均值；
以包括13个叶片为例，则取13个叶片根部直径测量值的平均值，即将13个叶片根部直径测量值相加后除以13，获得根部直径平均值。
S3：由根部直径平均值，根据根部直径与系数K的对应关系，确定对应的系数K值；
根据根部直径与系数K的对应关系，由获得的根部直径平均值对应的系数K值。具体的，根据根部直径与系数K的对应关系，可以通过根据试验确定，如通过大量的数据积累、分析和不断修正获得。根部直径与系数K的对应关系既可以为根部直径与系数K一一对应的数据表，也可以为根部直径与系数K的函数关系，如线性函数关系等。
根部直径与系数K对应关系数据表具体可以为表1。
表1根部直径与系数K对应关系数据表
由根部直径平均值，通过查表1即可快速确定对应的系数K值。
另外，根部直径与系数K采用函数关系时，如通过表1拟合得到二者的函数关系时，则系数K通过下式计算：
K＝121.97-(ΦAVG-72.45)*2.4154
式中，K为系数，ΦAVG为根部直径。
也就是由根部直径平均值，带入上式即可计算获得系数K值。
S4：通过电感测微仪连接旁向测头测量所有叶片的根部至叶尖高度四等分点对应截面等分半径，获得各叶片对应的各截面的等分半径测量值；
旁向测头具体可以通过上述的旁向安装座安装，径向调节旁向测头的位置，使其分别对应四等分点各截面。
S5：对应各截面分别取所有叶片等分半径测量值的平均值，记为等分半径平均值；
S6：计算各等分半径平均值的总和；
叶片的根部至叶尖高度四等分点对应截面分别记为A截面、B截面、C截面、D截面。以13个叶片为例，将第1叶片到第13叶片的A截面的等分半径测量值分别记为记为A1-A13，第1叶片到第13叶片的B截面的等分半径测量值分别记为记为B1-B13，第1叶片到第13叶片的C截面的等分半径测量值分别记为记为C1-C13，第1叶片到第13叶片的D截面的等分半径测量值分别记为记为D1-D13。请参阅图2，图2为轴流叶轮的结构示意图。为了更好的示出叶片，图中以9个叶片为例。具体的，使用上述手动测量装置上固定座、定位芯棒和旁向测头测出预设4个截面(A截面、B截面、C截面、D截面)等分半径的测量值(4个截面为轴流叶轮叶片根部至叶尖高度四等分点对应截面)。
对13片叶片A截面处测量值A1-A13求平均值，
按照同样操作将13片叶片B截面、C截面、D截面处测量值B1-B13、C1-C13、D1-D13，求平均值，
计算四个截面分别对应的等分半径平均值的总和，即式中，S为四个截面分别对应的等分半径平均值的总和；
S7：根据系数K值及各等分半径平均值的总和，计算获得通道面积。
具体可以通过下式计算通道面积：
Sp＝10-4*K*S
式中，Sp为通道面积，K为系数，S为各所述等分半径平均值的总和。
也就是将上述对应商务系数K值及总和S的值带入上式，计算获得通道面积。
采用该叶轮通道面积测量方法，相比于三坐标计量法，操作步骤流程更加清晰，操作难度降低，对检验员技能水平要求更低，测量效率更高，准确度更高。
基于上述实施例中提供的控制系统，本发明还提供了一种叶轮通道面积测量装置，该叶轮通道面积测量装置用于上述实施例中任意一种叶轮通道面积测量方法，包括用于轴流叶轮的通孔穿过的定位座、与定位座配合以将轴流叶轮压紧固定的定位芯棒和用于测量的电感测微仪，以及可与电感测微仪转换连接的轴向测头和旁向测头。该叶轮通道面积测量装置，通过电感测微仪进行测量，降低了对操作者技能方面的要求，更加符合生产实际情况，测量效率更高，准确度更高。且该装置敏感度高，能更好的保证测量尺寸的精度。
为了便于轴向测头和旁向测头的安装，与轴向测头和旁向测头对应的分别设置轴向安装座和旁向安装座，轴向安装座用于固定轴向测头且能够带动轴向测头相对轴流叶轮在高度和径向方向上移动；旁向安装座用于固定旁向测头且能够带动轴向测头相对轴流叶轮在高度和径向方向上移动。具体的，与轴向安装座和旁向安装座配合的设置有滑轨，轴向安装座和旁向安装座能够分别沿滑轨直线移动，且能够通过螺母等锁紧装置锁紧于滑轨的不同位置，进而以调节轴向安装座和旁向安装座相对轴流叶轮的径向位置，以使轴向测头和旁向测头调摆至合适位置。
为了更好的说明本发明，以下通过一个优选实施例说明。
此实例定义一个零件：零件高度为45.05mm，中心通孔直径为φ30.5mm，最大叶片外圆直径约φ148mm，13片叶片的机翼型叶轮，确定在叶轮轮缘前端面至曲面轮毂面上直线距离7.05mm(给定的坐标点O＇▲)位置处，进行叶片根部直径的测量。
按以上实例定义的零件，其测量步骤为：
1)测得轴流叶轮叶片根部直径φ：
1.1将电感测微仪调节至300V电压值，接通轴向测头与电感测微仪的电源；
1.2测量前，将轴向测头调节至合适位置，确保轴向测头测量时的曲面轮毂上的直线距离在7.05mm位置；
1.3以根部直径换算的坐标量环(φ72.3mm)进行对表，微调保证在电感测微仪上显示为0点位置，后续采取下压式感应逐个取测量点测得叶片间轮毂面7.05mm坐标点处在电感测微仪上显示的偏差值，即可换算每片叶片间的轴流叶轮叶片根部直径测量值进而算得根部直径平均值
2)确定系数k：
对应查表1得ΦAVG对应K系数值＝122.574；
3)计算S：
3.1将电感测微仪调节至300V电压值，接通旁向测头与电感测微仪电源；
3.2测量前，将直径φ148mm叶片等分为半径r43mm(A截面)、r53mm(B截面)、r63mm(C截面)、r73mm(D截面)的4个截面。首先径向调节旁向安装座至刻度43位置，选择合适的旁向测头，安装至旁向安装座位置进行对表，微调保证在电感测微仪上显示为0点位置，后续采取下压式感应逐个取测量点测得叶片上半径r43mm(A)处在电感测微仪上显示的偏差值，即可换算得到等分半径测量值，也就是每片叶片间的通道值A1-A13，进而算得等分半径平均值
3.3按3.2步骤，逐一调节旁向安装座至刻度53、63、73位置，将13片叶片B、C、D截面处测量值B1-B13、C1-C13、D1-D13，进而求平均值
4)计算Sp：使用公式Sp＝10-4*K*S，带入K和S算出Sp。
得出Sp＝10-4*122.574*59.273＝0.727mm2
考虑到叶片为有一定旋转角度的机翼型叶片，53、63、73组截面测量时，松动旁向测头安装位置，调摆测头方向，确保测头测量时与零件接触面为最高接触点。
该叶轮通道面积测量方法，降低了对操作者技能方面的要求，更加符合生产实际情况；手动测量轴流叶轮通道面积方法的引入有效解决了在生产过程中只能由特定计量人员繁琐操作的过程，同时减少了测量误差等问题。这样流程化的操作模式，既保证了测量效率，又可以增强对测量的稳定性，降低了测量难度。有效避免了由于测量误差导致通道面积不准确，影响发动机试车性能等问题。同时，测量数据的波动情况，能更直观反映出叶轮叶片型面是否合格。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。