阅读说明：本技术 用于涡轮叶片气膜孔的检测方法 (Detection method for turbine blade air film hole ) 是由 康振亚 郑会龙 杨肖芳 张谭 赵世迁 张晓武 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：一种用于涡轮叶片气膜孔的检测方法,包括：将树脂涂在涡轮叶片表面及气膜孔内表面；对树脂进行固化,使得固化后的树脂贴合涡轮叶片表面及气膜孔内表面,形成与涡轮叶片结构相同的树脂固化体；将树脂固化体分割成多块,并从涡轮叶片上取下；分别测量分割后的每块树脂固化体的几何形貌；将每块树脂固化体的几何形貌进行拼接,获得涡轮叶片及气膜孔的整体结构模型,根据整体结构模型得到气膜孔相对于涡轮叶片表面的结构、位置及角度。该方法保留了气膜孔结构与叶片的相对位置特征,能够便于全面、系统检测气膜孔的结构形式及精度,且光固化效率高,能够满足现场实际需要。(A method for detecting turbine blade film holes, comprising: coating resin on the surface of the turbine blade and the inner surface of the air film hole; curing the resin to enable the cured resin to be attached to the surface of the turbine blade and the inner surface of the air film hole to form a resin cured body with the same structure as the turbine blade; dividing the resin cured body into a plurality of pieces and taking the pieces off the turbine blades; respectively measuring the geometric shape of each segmented resin solidified body; and splicing the geometric appearances of the resin solidified bodies to obtain an integral structure model of the turbine blade and the air film hole, and obtaining the structure, the position and the angle of the air film hole relative to the surface of the turbine blade according to the integral structure model. The method reserves the relative position characteristics of the structure of the air film hole and the blade, can conveniently and comprehensively detect the structural form and the precision of the air film hole systematically, has high photocuring efficiency, and can meet the actual needs of the site.)

用于涡轮叶片气膜孔的检测方法

技术领域

本发明涉及动力装备技术领域，尤其涉及一种用于涡轮叶片气膜孔的检测方法。

背景技术

气膜冷却作为一种行之有效的方法已被广泛应用于动力装备叶片的冷却降温过程中。气膜冷却效率受很多因素影响，其中气膜孔结构是一个重要因素，目前已证明组合气膜孔结构能在很大程度上提高气膜冷却效果，组合气膜孔结构对于降低涡轮叶片表面温度具有巨大应用前景。然而，由于涡轮叶片气膜孔孔径小、数量多、大深径比，且处于叶片这一空间大曲率结构上，位于内侧，并在叶片空曲面不规则分布，而组合孔由直圆柱段和散开段组合构成，相比传统的直圆孔将更加复杂，使得气膜孔的检测技术难度极大。

目前国内尚无通用且成熟的气膜孔检测设备及方法来较好地完成气膜孔、特别是组合气膜孔的检测工作。相关技术中，有采用背向照明与前向照明相结合的照明方式，通过三个直线轴和两个回转轴之间的联动来改变被测结构与测头的空间相对位置，完成结构的测量，该方法不适合开展组合孔气膜结构的精密检测工作；有开展几何精度评定方法的研究，但不涉及微小孔原始坐标值的采集方法研究；有对涡轮叶片进行气边气膜孔X射线检测的工艺装置及方法，能够满足相对简单分布的气膜孔的检测需求，但不适使用于对于叶片上广泛分布的大量不规则排列、尺寸差异较大的组合孔；有采用投影放大与图像比对的方法来完成气膜孔的检测，但该方法无法全面反映组合气膜孔的结构形式，且检测效率较低；有采用CT的方法耗，但时较长，无法满足工业现场实际需求。

随着动力装备对于气膜孔检测需要的不断提升，提出一种适用于气膜孔，特别是组合气膜孔的检测方法迫在眉睫。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对于现有的技术问题，本发明提出一种用于涡轮叶片气膜孔的检测方法，用于至少部分解决上述技术问题之一。

(二)技术方案

本发明一方面提供一种用于涡轮叶片气膜孔的检测方法，包括：将树脂涂在涡轮叶片表面及上述气膜孔内表面；对上述树脂进行固化，使得固化后的树脂贴合上述涡轮叶片表面及上述气膜孔内表面，形成与上述涡轮叶片结构相同的树脂固化体；将上述树脂固化体分割成多块，并从上述涡轮叶片上取下；分别测量分割后的每块树脂固化体的几何形貌；将上述每块树脂固化体的几何形貌进行拼接，获得上述涡轮叶片及上述气膜孔的整体结构模型，根据整体结构模型得到上述气膜孔相对于上述涡轮叶片表面的结构、位置及角度。

可选地，上述树脂为光敏树脂。

可选地，上述将上述树脂固化体分割成多块，包括：按照上述气膜孔的朝向一致性将上述树脂固化体分割成多块。

可选地，采用光固化的方式对上述树脂进行固化。

可选地，采用非接触测量方法测量分割后的每块树脂固化体的几何形貌。

可选地，上述方法还包括：对上述气膜孔相对于上述涡轮叶片表面的结构、位置及角度进行误差计算与评估。

可选地，上述将上述每块树脂固化体的几何形貌进行拼接，获得上述涡轮叶片及上述气膜孔的整体结构模型，包括：对上述整体结构模型与真实涡轮叶片的叶型之间、叶身之间的精度误差进行计算。

可选地，上述将树脂涂在上述涡轮叶片表面及上述气膜孔内表面之前还包括：对上述涡轮叶片表面及上述气膜孔进行清洗，去除表面毛刺及杂物。

可选地，上述方法还包括：对取下树脂固化体之后的涡轮叶片进行清洗，去除上述涡轮叶片表面及气膜孔内的树脂。

(三)有益效果

本发明提出的一种用于涡轮叶片气膜孔的检测方法，有益效果为：

1、将树脂固化于涡轮叶片表面及气膜孔内表面形成树脂固化块，以将嵌于涡轮叶片内侧的组合气膜孔结构外显与于叶片结构外，并保留了气膜孔结构与叶片的相对位置特征，能够便于全面、系统检测气膜孔的结构形式及精度。

2、采用光敏树脂完成树脂固化块的制造成形，能够最大限度将树脂结构和叶片结构贴合成形，避免由于温度而影响两者的贴合精度，且光固化效率高，能够满足现场实际需要。

附图说明

图1示意性示出了本发明实施例提供的用于涡轮叶片组合气膜孔的检测方法流程图；

图2示意性示出了本发明实施例提供的涡轮叶片的结构图。

图3示意性示出了本发明实施例提供的涡轮叶片剖面图。

图4示意性示出了本发明实施例提供的组合气膜孔剖面图。

图5示意性示出了本发明实施例提供的涡轮叶片经树脂填充固化后的结构示意图。

【附图标记】

1-涡轮叶片

2-组合气膜孔

2a-组合气膜孔直孔段

2b-组合气膜孔扩散段

3-树脂固化体

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明经研究发现，随着树脂材料的快速发展，树脂的固化效率、结构刚度高均有显著提高，利用树脂材料在光(如紫外光)环境下的快速固化且释热较少的特点，并利用先进光固化树脂结构刚度较强的特点，将叶片的外表叶片型面、气膜孔结构全面反映出来，可为结构尺寸的准确表征提供基础。在形成树脂固化块的基础上，采用对结构变形影响较小的非接触测量方法(可以采用非接触激光扫描、光学影像测量等方法)来完成结构的准确测量，可准确评估涡轮叶片组合气膜孔的结构精度。

图1示意性示出了本发明实施例提供的用于涡轮叶片组合气膜孔的检测方法流程图。如图1所示，该方法例如可以包括操作S101～操作S107。

在操作S101，对涡轮叶片表面及气膜孔进行清洗，去除表面毛刺及杂物。

刚刚加工后的涡轮叶片表面存在许多杂物，且气膜孔加工结束后的孔口附近容易存留毛刺，为了保证组合孔结构测量的准确性，需要将该类结构进行清理，使得树脂固化体能够完全反应气膜结构的具体特征。

图2示意性示出了本发明实施例提供的涡轮叶片的结构图，图3示意性示出了本发明实施例提供的涡轮叶片剖面图，图4示意性示出了本发明实施例提供的组合气膜孔剖面图。本发明实施例对气膜孔均匀排列的涡轮叶片进行检测，其结构如图2-图4所示，该组合气膜孔位于涡轮叶片的背部且均匀排列。在涡轮叶片1表面分布着组合气膜孔2，组合气膜孔2包含组合气膜孔直孔段2a、组合气膜孔扩散段2b，其中，组合气膜孔直孔段2a可以为直孔、锥孔，而组合气膜孔扩散段2b可以为簸箕形、猫耳朵等开放式通孔。

本实施例所述的检测方法使用对象不限于图2、图3及图4所示的涡轮叶片，实际测量的涡轮叶片的气膜孔排列可以是不均匀、不连续，且组合气膜孔的位置可以是叶片的前缘、后缘、压力面或吸力面位置。

在操作S102，将树脂涂在涡轮叶片表面及气膜孔内表面。

将树脂喷涂在涡轮叶片表面并填充气膜孔，喷涂时树脂需要涂覆于涡轮叶片表面，不需要树脂严格均匀分布，且在气膜孔内适当浸入并填充树脂，如图5所示，树脂铺覆与涡轮叶片1表面，部分树脂填充了组合气膜孔直孔段2a和组合气膜孔扩散段2b内部。其中，树脂例如可以为光敏树脂。光明电阻对光敏感，对温度不敏感，因此，可避免由于温度而影响树脂与涡轮叶片表面及气膜孔内表面之间的贴合精度。

在操作S103，对树脂进行固化，使得固化后的树脂贴合涡轮叶片表面及气膜孔内表面，形成与涡轮叶片结构相同的树脂固化体。

固化的方式例如可以采用光固化。固化时应避免涡轮叶片局部过热而导致涡轮叶片金属部分发生热胀冷缩，使得树脂固化体能够充分反映出组合气膜孔相对于叶片叶型、叶身的相对位置关系。如图5所示，通过光线照射完成固化，由于发热量较小，固化后形成的树脂固化体3结构反映了组合气膜孔直孔段2a、组合气膜孔扩散段2b自身的结构形式，并反映了组合气膜孔直孔段2a、组合气膜孔扩散段2b相对于叶片型面的分布位置，通过测量树脂固化体3靠近涡轮叶片1的几何形貌，就能间接测量出涡轮叶片1实际的叶片形貌和组合气膜孔直孔段2a和组合气膜孔扩散段2b的结构形式，最终实现精确测量和模型质量评估。

在操作S104，将树脂固化体分割成多块，并从涡轮叶片上取下。

切割时需要充分考虑气膜孔的设计形式，应按照气膜孔朝向一致性原则划分切割块体。例如，分割时可以按照气膜孔相对叶片表面的倾角来确定块体的分割方法，使得块体在拆分并取出时气膜孔位置不发生移动干涉，便于分割后的树脂固化体取出。其中，树脂固化体分割数量例如可以不小于2块。

在操作S105，分别测量分割后的每块树脂固化体的几何形貌。

采用精密外观结构测量平台对分割后的树脂固化体按块进行几何精确测量，所采用的几何精确测量方法为非接触测量方法以避免接触式测量可能对结构造成的变形影响，非接触是测量方式可以是激光扫描测量，也可以是光学图像测量等其他结构外观精密测量方式。

在操作S106，将每块树脂固化体的几何形貌进行拼接，获得涡轮叶片及气膜孔的整体结构模型，根据整体结构模型得到气膜孔相对于涡轮叶片表面的结构、位置及角度。

将获得的涡轮叶片模型测量块结构(几何形貌)在计算机中拼接评估，最终获得涡轮叶片及组合气膜孔结构整体结构。涡轮叶片模型块体测量结果在计算机中拼接后，可以对拼接模型内表面与原始叶片外表面叶身模型评估，即对整体结构模型与真实涡轮叶片的叶型之间、叶身之间的精度误差进行计算，并可以基于拼接模型获得组合气膜孔的相对于拼接模型叶片外表面的结构、位置及角度，完成气膜孔结构误差的计算评估。

在操作S107，对取下树脂固化体之后的涡轮叶片进行清洗，去除涡轮叶片表面及气膜孔内的树脂。

将取下树脂固化体的涡轮叶片浸入清洗液中，待树脂充分浸润并溶解后再将涡轮叶片取出干燥，其中清洗叶片表面及气膜孔的液体包括水、酒精或其他有机溶剂。

综上所述，本发明提出了一种用于涡轮叶片气膜孔的检测方法，通过将树脂固化于涡轮叶片表面及气膜孔内表面形成树脂固化块，以将嵌于涡轮叶片内侧的组合气膜孔结构外显与于叶片结构外，并保留了气膜孔结构与叶片的相对位置特征，能够便于全面、系统检测气膜孔的结构形式及精度。并且，采用光敏树脂完成树脂固化块的制造成形，能够最大限度将树脂结构和叶片结构贴合成形，避免由于温度而影响两者的贴合精度，且光固化效率高，能够满足现场实际需要。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。