專利名稱：一種通過數(shù)字化來測量渦輪機噴嘴扇形體流動段的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量渦輪機噴嘴扇形體流動段的方法。本發(fā)明更廣泛涉皿擇 渦輪機噴嘴扇形體的布置形式的方法。
背景技術(shù)：
在渦輪機噴嘴中，扇形體是一種為人們所知的部件，其包括一個或多個相互連
接兩個平臺的葉片。噴嘴主要由將扇開》體連接成環(huán)狀而構(gòu)成。在這種噴嘴中， 扇形體位于其兩側(cè)的兩個相鄰扇形體的相對裝配位置，其安裝形式通過其平臺接觸 面與相鄰扇形體平臺接觸面對接而成。
扇形體的流動段是指氣流穿過噴嘴扇形體而占有的流動區(qū)域，其從垂直于氣流 流動方向來測量。根據(jù)引伸，術(shù)語"流動段"還可以只表示流過噴嘴扇形體的氣流 寬度。
下面描述中，流動段被認(rèn)為是指其基本含義，即氣流流動段區(qū)域。但更廣泛的 是，應(yīng)理解的是本發(fā)明還應(yīng)用于僅作為上述氣流流動寬度表示的氣流流動段。
在噴嘴扇形體內(nèi)的氣流流動段中，對內(nèi)部流動段和外部流動段可加以區(qū)別。
只有在帶有至少兩個葉片的噴嘴扇形體中才會有內(nèi)部流動段，而且，這些內(nèi)部 流動段是在所述扇形體內(nèi)成對相鄰的兩個葉片之間測量的。
兩個外部流動段中，每個流動段都是扇形體端部葉片和用于觀懂的所謂"基準(zhǔn)" 葉片之間所形成的區(qū)域的一半?；鶞?zhǔn)葉片是指噴嘴內(nèi)鄰近扇形體的對面葉片。 一般 來講，噴嘴扇形體端部葉片和基準(zhǔn)葉片之間區(qū)域需要使用具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸的基準(zhǔn)葉片
來測定；這就形成了噴嘴扇形體相應(yīng)端部的標(biāo)稱流動段。進(jìn)而，也可確定噴嘴端部 相對于構(gòu)成某 定扇形體組成部分的基準(zhǔn)葉片的實際流動段；在這種情況下，噴 嘴扇形體端部葉片和上述葉片之間區(qū)域就可以測定，而噴嘴扇形體所述端部的流動 段是,區(qū)域的一半。
在噴嘴中，大家知道，綜合性能尤其取決于噴嘴的流動段，即各個扇形體流動 段之和。因此，測量這些流動段是一項非常重要的工作。
應(yīng)該特別注意的是，在維修作業(yè)期間，這些作業(yè)都需要清潔噴嘴扇形體，然后 對其進(jìn)行表面加工，結(jié)果，流動段的參數(shù)值容易改變。為此，在這種維修作業(yè)結(jié)束 時，需要對噴嘴流動段參數(shù)值重新進(jìn)行測量，以確保其始終與所規(guī)定的指標(biāo)要求相 符合。
為了測量扇形體的流動段，傳統(tǒng)上使用兩種測量方法。
4首先，可以使用一種測量臺，扇幵多體就置于該臺上，允許空氣流從扇形體中流 過，在空氣穿過扇形體流過時與空氣流動相關(guān)的各種量值從而得以測量。在這些量 值變化方式的基礎(chǔ)上，可以測定扇形體的流動段。
這種測量臺主要用于低壓噴嘴。這種測量方法的缺陷是精度不準(zhǔn)，且不能獲得 ^M動段以外的有關(guān)扇形體的其它信息。
用于測量噴嘴扇形體流動段的第二個測量方法是利用主要為機械形式的測量
臺o
按照如下方式進(jìn)行測量將噴嘴扇形體置放在兩個基準(zhǔn)葉片之間的測量臺上。 基準(zhǔn)葉片為集成在測量臺中的固定葉片。 一旦扇形體的位置確定并鎖定，操作手可 以應(yīng)用一種比較器，所述比較器上帶有一個觸針，用于對噴嘴扇形體兩側(cè)上的各個 點進(jìn)行測量，另外，觸針也可對集成到裝置內(nèi)的基準(zhǔn)葉片測量，從而測量噴嘴扇形 體的各個點。 一般來講，所使用的比較器都是多尺寸式的，艮P，其可以同時測量多 個尺寸，例如，在葉片間通道內(nèi)，即兩個相鄰葉片之間的通道內(nèi)，測量一個葉片和 鄰近葉片之間的八個距離尺寸，以及噴嘴扇形體兩個相對平臺之間的距離尺寸。
這第二種測量方賺別適用于高壓噴嘴。盡管其實施起來相對簡單，但其也存 在各種缺陷，首先就是精度不準(zhǔn)；特別是，所獲得的結(jié)果往往取決于實施測量工作 的操作者。此外，領(lǐng)糧結(jié)果也僅僅反映了有關(guān)該部件的相對一小部分繊點。如上 戶腿，按傳統(tǒng)方式，4頓這種觀懂方法， 一個葉片和鄰近葉片之間可以采鞋少10 個距離測量結(jié)果，而在噴嘴扇形體兩個平臺之間沿垂直方向往往只會採集一個距離 測量結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的是，提出一種測量渦輪機噴嘴扇相對于兩個基準(zhǔn)葉片的流 動段的方法，這種方法可提高精度，所述扇形體帶有至少一個葉片，皿方,括 如下步驟-
a) 通過數(shù)字化創(chuàng)建扇形體的三維數(shù)值模型；
b) 提供兩個基準(zhǔn)葉片中每個葉片的數(shù)值模型；
c) 將扇形體端部的兩個基準(zhǔn)葉片的數(shù)值模型重新設(shè)置為在噴嘴中的相對裝配位
置；
d) 根據(jù)扇形體和基準(zhǔn)葉片的數(shù)值模型部分，測定扇形體的流動段； 該目的可以通過如下步驟來實現(xiàn)
噴嘴扇形體帶有接觸面，并通過纟各戶;i^接觸面對接而布置在相對于鄰近噴嘴扇
形體的位置；
扇形體和基準(zhǔn)葉片數(shù)值模型包括模擬接觸面使其置于其裝配相對位置；aa將所述接觸面置于對準(zhǔn)狀態(tài)，實施步驟c)，艮p，相對于扇形體數(shù)值M,
重新設(shè)置基準(zhǔn)葉片的數(shù)ilt莫型。
術(shù)語"數(shù)字化"此處用來表示可獲得有關(guān)該部件三維坐標(biāo)的〗壬何方法，不論是 使用帶有觸針的機械裝置還是使用激光掃描或結(jié)構(gòu)光投影的光學(xué)裝置，例如，或者 實際上通過攝影測量法。不論屬于那種情況，數(shù)字化處理設(shè)想可以取得大量三維坐 標(biāo)，從而獲得大量數(shù)據(jù)點，這樣，就可以在計算機屏幕上以網(wǎng)狀形式具體顯示最終 獲得的數(shù)值模型。
在諸如噴嘴扇形體這樣的部件上〗吏用數(shù)字化是一項很難的操作，但是，卻可以 提供相當(dāng)大的優(yōu)點。
這些操作之所以難，首先是因為噴嘴扇形體的表面形4犬。噴嘴扇形體是一個形 狀復(fù)雜的部件，具有數(shù)個表面，其各個法線指向所有方向。
此外，為了確定扇形體流動段而需要測量的表面都位于葉片間通道的兩側(cè)。這
個通道很狹窄，寬度在幾就到幾厘米之間；因此，《歡制每測量工具插as個空間。
另外，在葉片間通道內(nèi)，需要觀懂的表面是相互面對的表面，分別位于葉片的壓力 面和鄰近葉片的吸力面上，而且同時也位于扇形體兩個平臺的內(nèi)表面(即，葉片旁 邊的表面)上。
此外，不4又需要測量上述流動段，而且在測量期間，還必須測量作為最終形成 數(shù)值模型基準(zhǔn)所需要的接觸表面。接觸表面一般的指向方式都與需要測量的表面完
全不同。這樣，就額外增加了測量難度。
最后，這種測量的預(yù)期精度水平，艮高?？山邮艿臏y量不準(zhǔn)確度不，過百分之 一毫米到百分之幾毫米。
由于上述原因，噴嘴扇形體的數(shù)字化是一項很難的工作。這就是說，應(yīng)該注意 的是，不需要對扇形體的外表面全面數(shù)字化。對于兩個葉片之間的某個特定流動段 來說，重要的是，對葉片和兩個平臺的相對表面進(jìn)行數(shù)字化，特別是葉片間通道內(nèi) 氣流的最小流動段。根據(jù)所使用的重置方法，也可以使噴嘴扇形體的接觸表面數(shù)字 化，即用于扇形體相對于噴嘴內(nèi)鄰近扇形體而定位。這一點將在下面說明。
相反，數(shù)字化提供了噴嘴扇形體的三維數(shù)值模型，其含有大量有關(guān)TO形體的 信息，艮卩，測量噴嘴扇形體外部開別犬的幾乎全部尺寸。這種數(shù)值模型可以具體用來 測定噴嘴的流動段。這種流動段測定方式要比利用測量臺所獲得的幾個點測量 更精確，以及上述的空氣流動或機械觀懂臺的實際領(lǐng)懂。此外，數(shù)值模型還可以測
量與噴嘴扇形體相關(guān)的大量其它尺寸，還可以更廣泛測量和衞ie^有的設(shè)計尺寸。 這樣，就可以將這個信息存入儲存器內(nèi)，建立一個極其豐富的數(shù)據(jù)庫，并從而可以 進(jìn)行全面的跟蹤操作。
這個方法的很重要的一步是，特別是從測量精度角度來看，基準(zhǔn)葉片的數(shù)值模 型相對于被測噴嘴扇形體端葉片的數(shù)值模型的重新設(shè)置。(術(shù)語"重新設(shè)置"此處用 示確定用于三維數(shù)字模型的參考三維框架的變化瞎況，以便將其置于相對于另 一個三維模型的某個特定位置。這也可以說成"重新定位")。
為了進(jìn)行相對于被觀,形體數(shù)值模型的基準(zhǔn)葉片數(shù)值模型的這種重新設(shè)置，本 發(fā)明提出的方法的另一種方式，即，將基準(zhǔn)葉片機械地置于與被測噴嘴扇形體的相 對位置。然而，在本發(fā)明中，重置并不是在兩個機械部件之間進(jìn)行，而是在基準(zhǔn)葉 片數(shù)值模型和被測噴嘴扇形體數(shù)值模型之間的計算機內(nèi)進(jìn)行數(shù)字處理。
特點是，這樣，數(shù)值重置可以使用相同的規(guī)律，進(jìn)而獲得如同在被測噴嘴扇形 體和鄰近噴嘴扇形體之間進(jìn)行實際重置一樣的結(jié)果。
另外，應(yīng)該注意的是，通過同時對一組噴嘴扇形體進(jìn)行重置，其流動段(相對 于所述扇形體布置中鄰近兩個扇形體的每個流動段)都可以一起測定。
在一個實施例中，基準(zhǔn)葉片是噴嘴扇形體的部分。這些噴嘴扇形體可以是尺寸 符合扇形體標(biāo)稱尺寸的標(biāo)準(zhǔn)噴嘴扇形體，也可以是渦輪機上實際使用的噴嘴的其它 扇形體，被測噴嘴扇形體的流動段的期望相對于這些扇形體進(jìn)行測量。
一般來講，本發(fā)明的方法可以省卻裝配臺，或者至少可以使用較簡單的裝配臺。 按照這種方纟去，噴嘴扇形體被單獨測量，不需要{壬何相對于基準(zhǔn)葉片和其它部件進(jìn) 行特別定位(然而，這并不是說在測量時不使用扇形體的固定或保持裝置)。
在一個實施例中，在步驟b)掛共的基準(zhǔn)葉片的數(shù)值模型是葉片的理論數(shù)值模型。 術(shù)語"理論數(shù)字模型"此處用來表示由計算機生成的模型， 一般都是依靠計算機輔 助設(shè)計(CAD)軟件；而且，這個術(shù)語的使用與作為數(shù)字化結(jié)果的模型形頗比。特 點是，在這個實施中，基準(zhǔn)葉片并不是在每次必須測定噴嘴扇形體流動段的時候再 進(jìn)行數(shù)字化。
在一個實施例中，至少其中一個基準(zhǔn)葉片的數(shù)值模型是通過對至少另一個噴嘴 扇形體進(jìn)行數(shù)字化而獲得的。在這些情況下，噴嘴扇形體所述端部的外流動段的測 量是相對測量，相對于另一個噴嘴扇形體進(jìn)行的，提供的端部葉片構(gòu)成了用來測量 的其中一個基準(zhǔn)葉片。
基準(zhǔn)葉片的數(shù){直模型相對于隨后的噴嘴扇形體的數(shù)值模型而重新布置。如上所 述，噴嘴扇形體帶有接觸面，通過將這些接觸面對接而相對于鄰近噴嘴扇形體的位 置得以確定。
在一個實施例中，數(shù)字化步驟a)的實施是借助于無接觸光學(xué)測量裝置。無接觸 測量或光學(xué)測量的使用對于噴嘴扇形體特別有用，因為它可以避免部件的任何滑傷 以及對部件表面的任何不利影響。
在一個實施例中，數(shù)字化是自動化的。這個結(jié)果具體是通過在機械手臂的端部 安裝一個數(shù)字傳感器來實現(xiàn)，諸如帶有結(jié)構(gòu)光投影的3D掃描器。機械手臂沿預(yù)定的 通路活動，包括一定數(shù)量的停止位置。每當(dāng)機械手臂停止在其中一個所述停止位置
7時，數(shù)字化傳感器即采集數(shù)據(jù)。按照己知方式，在各個不同停止位置進(jìn)行的各種采 集都由計算機進(jìn)行彼此相對自動重置，從而構(gòu)成數(shù)字化扇形體的三維數(shù)值模型。
在一個實施例中，重置和/或觀啶流動段的步驟是自動化的。用 行流動段的 重置和測定的步驟C)到d)的計算機軟件進(jìn)行編程，以便按順序進(jìn)行這操作，稀 及人工干預(yù)。所獲得的結(jié)果是規(guī)定尋求流動段的檢査報告。
自動化的優(yōu)點是節(jié)省時間，降低，喿作手的操作誤差，減少人工時間，增加結(jié)果 的重構(gòu)性，最終取得測量方法的較好精度。
本發(fā)明的第二個目的是形成選擇渦輪機噴嘴扇形體布置形式的方^€解決±^ 缺陷，這種方法的特征在于，其包括如下步驟
A) 通過數(shù)字化建立一個噴嘴扇形體的三維數(shù)值模型的數(shù)據(jù)庫；
B) 設(shè)置一，擇扇形體布置形式的標(biāo)準(zhǔn)，并設(shè)定所述標(biāo)準(zhǔn)的期望值，所述標(biāo)準(zhǔn) 是扇形體各個流動段在該布置形式中裝配相對位置的函數(shù)；
C) 對于所要評估的各種布置形式，測定通過虛擬裝配而裝配在一起的扇形體的 相對位置；然后，借助于測量噴嘴扇形^^動段的上述方 妹i啊古扇形體的流動段， 將在所述布置形式中相鄰扇形體的對面葉片用作任何一個扇形體的基準(zhǔn)葉片，并在 最終獲得的流動段的基礎(chǔ)上，確定所i平估布置形式的選擇標(biāo)準(zhǔn)值；
D) 保持該布置形式，其選擇標(biāo)準(zhǔn)f直為最接近期望值。
渦輪機噴嘴扇形體的布置形式標(biāo)出了這些扇形體在裝配成一個環(huán)狀而形成噴嘴 時這些扇形體的各個參考位置的排列順序。這樣，當(dāng)噴嘴內(nèi)扇形體的位置不同時， 例如，如果扇形體需要重排時，兩個布置形式是不同的。應(yīng)該注意的是，扇形體的 布置形式可以對并不構(gòu)成整個噴嘴一《旦只是其中一小部分一的一M形體的各個參 考號進(jìn)行排序。
此外， 一組扇形體的布置形式的選擇首先涉及到選擇組成這種布置的扇形體， 同時還要選擇在這個布置形式中各個扇形體的各自位置。
上述扇形體布置形式的選擇方法可以方便地用于優(yōu)化戶，擇的扇形體以及當(dāng)組 成噴嘴時其在噴嘴內(nèi)的相對位置。最終，可以獲得一個性能改善且a提高的噴嘴。 自然，更確切地說，所述方法旨在為構(gòu)成整個噴嘴的所有扇形體選擇一個布置形式。 此外，噴嘴扇形體三維數(shù)值模型數(shù)據(jù)庫的使用可以使得噴嘴扇形體大量幾何特性同 時得到監(jiān)測和跟蹤。
步働)中設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)可以采用不同的數(shù)值，這取決于被認(rèn)為^t優(yōu)化噴嘴最重 要的約束因素。例如，可以考慮將流動段在噴嘴內(nèi)做成盡可能彼此相似，不論絲 自尺寸如何，等等。
在一個實施例中，在步驟C)時，至少一個經(jīng)評估的布置形式結(jié)合了采用本方法 所選擇的布置形式或借助該方法所選擇的另一種布置形式。為此，噴嘴裝配的算法是一種遞歸算法組成噴嘴的扇形體的布置逐步形成，每次 及到在現(xiàn)有布5± 優(yōu)化增加新的噴嘴扇形體。
最后，噴嘴扇形體三維模型數(shù)據(jù)庫可以用來優(yōu)化一個噴嘴的裝配，也可以用來 優(yōu)化一組噴嘴扇形體，以便能夠組成多個噴嘴。
為此，在這個實施例中，在步^A)時，所述方法所用的數(shù)據(jù)庫可以包括一個噴 嘴的扇形體，或者也可以包括至少兩個不同噴嘴的扇形體。
下面閱讀作為示例給出的實施例的詳細(xì)說明，可以更好地理解本發(fā)明，本發(fā)明 的優(yōu)點也會更好地顯現(xiàn)出來，但本發(fā)明并不僅限于所示示例。


圖l為噴嘴扇形體領(lǐng)懂臺透視圖2為三個噴嘴扇形體裝配相對位置透視圖，其接觸面通艦接形式相互纖；
圖3為裝配相對位置時垂直于葉片軸線的剖面圖，示出了被測扇形體和兩個相 鄰扇形體；
圖4為兩個相鄰扇形體的剖面圖，示出了葉片間通道部分，在此處測量兩個相 鄰葉片之間的流動段；
圖5為一組噴嘴扇形體的正面圖，其布置形式按本發(fā)明的噴嘴扇形體布置的選 擇方法進(jìn)行了優(yōu)化；
應(yīng)該注意的是，如果一個部件在不止一個圖中出現(xiàn)時，不論其是完全相同還是 類似，均參考其出現(xiàn)在第一張圖中的描述；此外， 一個部件僅介紹一次。
具體實施例方式
下面參照圖1到圖3介紹噴嘴扇形體，其稱之為"被測"扇形體，在這個扇形體 內(nèi)，期望領(lǐng)糧流動段。這些扇形體圍繞噴嘴軸線布置，從而形成噴嘴。
圖沖的噴嘴扇形體100包括兩個實際平行的平臺130和140。這些平臺圍繞噴嘴 的軸線呈實際圓柱形。這些平臺130， 140的接觸面131， 132， 141， 142分別指向位 于被測扇形體100兩側(cè)的兩個噴嘴扇形體上(在裝配相對位置)。接觸面131， 132， 141， 142用來使相鄰噴嘴扇形體保持在接觸相對位置，例如，圖2中可以看到的扇形 體IOO， 200，以及300。
噴嘴扇形體100還帶有兩個葉片110， 120。每個葉片都提供有一個帶有吸力面 111， 121和壓力面112， 122的葉型面。因為每個扇形體100內(nèi)只有兩個葉片，旨葉 片IIO， 120也都是端葉片。為此，在裝配相對位置時，每個葉片都布置成面向相鄰 噴嘴扇形體的端葉片。確切地說，吸力面111面向扇形體200的端葉片220的壓力面 222，而吸力面122則面向扇形體300的葉片310的壓力面。在各個葉片220， 110， 120， 310之間，形成了各自的葉片間通道IOI， 102， 103。 扇形體100的葉片110和120之間形成了通道102。然而，葉片間通道101和103則都是 在扇形體的其中一個葉片(110或120)和對面的基準(zhǔn)葉片220或310之間形成。
下面參照圖3介紹流動段。該圖是垂直于葉片軸線的平面P的一部分，其實際上 位于這些葉片的中間，示出了噴嘴扇形體IOO， 200， 300，特別示出了基準(zhǔn)葉片220 和310 (假設(shè)這些葉片都是實心葉片)。
所示部分是在所涉及各個扇形體的數(shù)值模型在裝配相對位置時都已經(jīng)重新排列 后的狀態(tài)。此處，葉片220和310為基準(zhǔn)葉片。
該剖面圖示出了各個葉片220， 110， 120， 310的截面；接觸面相一致，242， 141, 142， 341;以及葉片間通道IOI， 102， 103。根據(jù)設(shè)計，各個通道的標(biāo)稱形沃實際上 相同。
從中可以看出，在某個特定葉片間通道中，葉片之間的距離是沿通道的位置不 同而變化的。 一般，只有一個通道平面會出現(xiàn)這個距離最小。因為平臺130， 140之 間的距離實際上是固定不變的，所以，對于某個4寺定葉片間通道來講，在這個平面 上，葉片之間的流動段也是最小。這個平面大致對應(yīng)于通道101， 102， 103的平面 Pl， P2， P3;這些區(qū)域內(nèi)葉片之間的距離分別匙l， D2, D3。應(yīng)該注意的是，按照 本發(fā)明的方法，可以方便地優(yōu)化每個葉片間通道的流動段平面P1， P2, P3的位置， 因此，可以確定流動段確實最小的葉片間通道的平面。
圖4示出了在平面P1上的兩個噴嘴扇形體100和200。這是在平面P1上的葉片間通 道101的剖面圖，在此處，葉片220和110之間的距離最小。噴嘴扇形體100的(外部) 流動自應(yīng)于該端部，其等于兩個葉片110和220之間以^形體100和200各自平臺 之間的空空間的區(qū)域的一半；因而，其實際上等于乘積^HxDl的一半。
下面介紹本發(fā)明的噴嘴扇形體流動段的測量方法。
在第一數(shù)字化階段，生成了噴嘴扇形體及其接觸表面的數(shù)值模型。
圖l示出了實施本方法的該步驟所使用的裝配臺1。
該裝配臺1包括剛性金屬平板2，其上固定有被測噴嘴扇形體IOO。平板2為圓柱 形狀，其彎曲度與扇形體100內(nèi)平臺140的內(nèi)表面相同。
噴嘴扇形體100通過緊固裝置180和180'固定到平板上，緊固^B180包括由鉤部 182固定的保持桿181，將扇形體100保持在第一側(cè)，而緊固裝置180'包括類似的裝置， 但位于扇形體100的相對一側(cè)。
扇形體100的位置也可以通過固定到其上的柱螺栓4在平板的平面上測定。
與柱螺栓4相連的緊固裝置180和180'將噴嘴扇形體100保持在與平敝相對靜止 的位置上。
10應(yīng)該注意的是，噴嘴扇形體固定到裝配臺上，其安，置留有非常大的通路， 可以接近噴嘴扇形體需要領(lǐng)糧的部分。這些部分是相鄰葉片的相對表面和接臓面， 相對表面位于各個葉片間通道最狹窄部分。
圖2示出了三個噴嘴扇形體100， 200， 300。這些扇形體通過將各自接觸表面對 接而置于裝配相對位置。
按照本發(fā)明的測量方法，被測噴嘴扇形體一般獨自進(jìn)行數(shù)字化，或者至少不在 相對于基準(zhǔn)葉片的特別裝配位置。對其數(shù)字化可以獲得三維數(shù)值模型。當(dāng)噴嘴扇形 體獨自進(jìn)行數(shù)字化時，比較容易獲得該扇形體的完整模型，S卩，包括了其全部外表 面。
特別是，觀懂必須包括對噴嘴扇形體的接觸表面進(jìn)行數(shù)字化。這幾觸表面131， 132， 141， 142都是用來將所述扇形體相對于兩^^相鄰扇形體而保持在裝配相對位置。
另外，也可獲得基準(zhǔn)葉片的數(shù)值模型。對于每個基準(zhǔn)葉片來講，其模型包含了 葉片構(gòu)成部件的扇形體的裝配表面。例如，這些模型可以從噴嘴(或者僅僅魏形 體)的三維計算機模型中提取。
基準(zhǔn)葉片的數(shù)值模型相對于i^形體數(shù)值模型而重新布置(戶;M方法的步驟c)。 這項操作是通過將被測扇形體的接觸表面與基準(zhǔn)葉片扇形體的接觸表面相對應(yīng) 行的。
最后，被測扇形體的流動段就可以確定。這個操作如下所述 兩個相鄰葉片之間的氣流流動段確定為實際上等于二者之間氣流可用的最小流 動區(qū)域；
當(dāng)扇形體帶有不止一個葉片時，扇形體的流動段首先包括該扇形體一對或多對相 鄰葉片之間的流動段；以及其次，扇形體的端葉片和與其面對的基準(zhǔn)葉片之間的氣 流的M流動段的一半。
在一個實施例中，兩個相鄰葉片之間氣流的流動段是在二者之間最短距離的基 礎(chǔ)上測定的。在節(jié)所示的三個葉片間通道IOI， 102， 103的相鄰葉片之間的最短距 離題巨離Dl, D2， D3。
正如本發(fā)明介紹中所述，根據(jù)流動段的延伸概念，距離D2 (扇形體內(nèi)部的流動 段)，距都1和D3的各自半面體(扇形體外部的流動段)被認(rèn)為是噴嘴扇形體的流動 段。
不過，流動段的更確切定義要求需測定的流動段為區(qū)域形式。
因而，為了測定兩個相鄰葉片之間氣流的流動段，兩個葉片之間的空空間的區(qū)
域是在實際平行于葉片軸線的平面上測量的，在這個平面上，兩個葉片之間的距離最短。
下面介紹噴嘴100流動段的數(shù)值的第一測定方法。更確切地說，參考葉片間通道IOI (圖4)，平臺130和140之間的距離，上是H 定的(這些平臺呈實際圓柱形且同軸)，另外，根據(jù)本發(fā)明的扇形體流動段的一個測 定方法，兩個相鄰葉片之間流動段的數(shù)值是葉片D1之間最短距離乘以兩個平臺之間 距離而得出的積。
因此，在扇形體的端部，所鵬形體(被測)的相外流動段稱之為"外部"流動 段，等于同一乘積的一半。其如下這樣規(guī)定
sioo/i = 1/2 ' Sioi 二 K ' Dl ' H 適用于圖4中與葉片間通道101相關(guān)的流動段。
對于通道102和103，與扇形體100相關(guān)的流動段分別如下 S100/2 = S1Q2 二 D2 ' H (內(nèi)部流動段) S100/3 ='力S1()3 = '/2 ' D3 ' H (外部流動段). 對噴嘴扇形體100起作用的流動段由如下公式給出
Sioo -+ S100/2 + S100/3 - K S101 + S102 + /2 S103
此外，因為扇形體的數(shù)值模型內(nèi)存有豐富的信息，所以，也可以4頓其它方法 來測定噴嘴扇形體流動段的數(shù)值。
通過扇形體100和200的平面的數(shù)字化，可以獲得實際流動段IOI，并可以測定構(gòu) 成扇形體四個壁lll， 222， 135-235， 145-245的實際位置，如圖4所示。
這樣，測量平臺之間的實際距細(xì)，為平臺130和140的兩個壁135-235和145-245 之間所Mit而測，以及將該距離乘以相鄰葉片110和220的壁111和222之距離， 就可以確定位于這四個壁之間平面P1各個部分的區(qū)域。
或者，可以更精確地使用數(shù)值模型中已有的信息，以更確切地測定相鄰葉片之 間的流動區(qū)域；預(yù)計可以計算流動區(qū)域的各種方法。例如，可以注意的是，位于上 述四個壁之間平面P1部分實際上是不規(guī)則四邊形(Bt片各個壁平行)，而該平面部分 的區(qū)域可以相應(yīng)確定。這樣，就會獲得噴嘴流動段的更為精確的數(shù)值。
下面參照圖5，介紹渦輪機噴嘴扇形體布置的選擇方法的實施例。
在第一步驟中，創(chuàng)建用于一定數(shù)量的扇形體的三維數(shù)值模型的數(shù)據(jù)庫。例如， 可以這樣設(shè)想，制作100個噴嘴扇形體的100個數(shù)值模型，編號為I到IOO。每個三維 數(shù)值模型都有其接觸面的表示，這樣，就可以使得每個扇形體可相對于鄰近扇形體 而重新布置。
另外，還設(shè)定了選擇標(biāo)準(zhǔn)，用于對扇形體某^hf寺定布置形式的質(zhì)，行評估，
并選擇了該標(biāo)準(zhǔn)的tm數(shù)值。當(dāng)扇形體在該布置形式中為裝配相對位置時，所述標(biāo) 準(zhǔn)是這些扇形體流動段的函數(shù)。為此，選擇如下標(biāo)準(zhǔn)
標(biāo)準(zhǔn)二 S布.魏式(Si _ S0)2式中，S,是扇形體i的流動段，而S。是扇形體的標(biāo)稱流動段，相加之和適用于所 述布置中所有的扇形體。(顯然，該標(biāo)準(zhǔn)的其它選擇方式也是可行的)。 該標(biāo)準(zhǔn)的 值是零。
在所述示例中，僅僅需要對占有噴嘴位置I到XI的扇形體的選^i4行優(yōu)化。 在扇形體1到100中，應(yīng)考慮可以構(gòu)成一部分噴嘴的扇形體的所有布置形式。每 個布置形式都是按各個布置中扇形體各個參考號柳,出現(xiàn)，湘咧成與位置I到XI 相匹配，例如，這樣的一個布置形式為〗I(W(28-4-90-54-43-91-3-11-35~66)，在這 個順序中，例如，扇形體28占有位置I，而扇形體66占有位置XI。
在一百個扇形體的每一個可能的布置形式中，以及通過對如此重新設(shè)置的數(shù)值 模型各個部分的處理，如上所詳細(xì)介紹的那樣，所有扇形體的流動段都可以測定。 自然，為了確定某^f寺定布置形式中位于端部的葉片的外部流動段，使用帶有l(wèi)蘇爾 尺寸并相對于端部扇形體而重新設(shè)置的葉片的數(shù)值模型，來考慮基準(zhǔn)葉片。 然后，測定被評估的所有不同布置形式的上述標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值。 所使用的布置形式是選擇標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)f直最接近所需數(shù)f直的布置形式。
權(quán)利要求
1. 一種測量相對于兩個基準(zhǔn)葉片的渦輪機噴嘴扇形體(100)的流動段(S100/1，S100/2，S100/3)的方法，所述扇形體帶有至少一個葉片(10，20)，所述方法包括如下步驟a)通過數(shù)字化建立一個扇形體的三維數(shù)值模型；b)提供兩個基準(zhǔn)葉片(220，310)的每個葉片的數(shù)值模型；c)將位于扇形體端部的兩個基準(zhǔn)葉片的數(shù)值模型重新設(shè)置為在噴嘴中的裝配相對位置；d)根據(jù)扇形體和基準(zhǔn)葉片的數(shù)值模型部分，測定扇形體的流動段(S100/1，S100/2，S100/3)；所述方法的特征在于噴嘴扇形體帶有接觸面(131，132，141，142)，并通過將所述接觸面對接而使得扇形體相對于鄰近噴嘴扇形體(200，300)布置；扇形體和基準(zhǔn)葉片的數(shù)值模型包括模擬接觸面，接觸面對接到裝配相對位置；通過將所述接觸面置于對準(zhǔn)狀態(tài)，實施步驟c)，即重新設(shè)置相對于扇形體(100)的數(shù)值模型的基準(zhǔn)葉片(220，310)數(shù)值模型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，通艦至少另一個噴嘴扇形體(200， 300)數(shù)字化而獲得至少其中一個基準(zhǔn)葉片(220， 310)的數(shù)值模型。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟b)中提供的基準(zhǔn)葉片(220， 310)的數(shù)值 模型是一種葉片的理論數(shù)值模型。
4. 根據(jù)權(quán)禾腰求1到3中任何一項權(quán)利要求的方法，其特征在于，可借助于無接觸光 學(xué)測量裝置來實施數(shù)字化步驟a)。
5. 根據(jù)權(quán)禾腰求1到4中任何一項權(quán)利要求的方法，其特征在于，對于兩個鄰近葉片 之間氣流流動段(S皿，S1()2, S1Q3)為實際最小流動區(qū)域，以M于扇形體的流動段 (S100/1， S100/2， S，3)首先是扇形體(110; 120)端葉片和面對其而重置的基準(zhǔn)葉片 (220; 310)之間每^體流動段(S靜S咖)的一半，其次， 形體帶有不止一個 葉片時，扇形體的艦相鄰葉片(IIO， 120)之間的多個或每4^體流動段(S^2); 為了測定兩個相鄰葉片(220， 110; 110， 120; 120， 310)之間氣體流動段，兩個葉片之間空空間部分區(qū)域的測量是在實際上平行于葉片軸線的平面，行，在這 個平面上，葉片之間的距離(Dl, D2， D3)最短。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5中任何一項權(quán)利要求的方法，其特征在于，對于兩W卩近葉片 之間氣流流動段(S， S102， S1Q3)為實際最小流動區(qū)域，以皿于扇形體的流動段 首先是扇形體端葉片和面對其而重置的基準(zhǔn)葉片之間氣體流動段(S皿，Slffi)的一 半，其次為在扇形體帶有不止一個葉片時，扇形體的 相鄰葉片之間的氣體流 動段(SJ;兩個相鄰葉片之間氣流流動段是在二者之間最短距離(D1， D2， D3)的 基礎(chǔ)上測定的。
7. 選擇渦輪機噴嘴扇形^置形式的方法，所述方法的特征在于，其包括如下步驟 A)通過數(shù)字化創(chuàng)建一個噴嘴扇形體(IOO， 200， 300)的三維數(shù)值模型的數(shù)據(jù)庫；B) 設(shè)置一，擇扇形體布置形式的標(biāo)準(zhǔn)，并設(shè)定所述標(biāo)準(zhǔn)的期望ii:，戶皿標(biāo)準(zhǔn)是扇形體在該布置形式中各個流動段裝配相對位置的函數(shù)；C) 對于所要評估的各種布置形式，領(lǐng)啶通過虛J蝶配而裝配在一起的扇形體的相 對位置；然后，借助于根據(jù)權(quán)利要求1到6中任何一項權(quán)利要求的方絲評估扇形 體的流動段(Si)，將在所述布置形式中相鄰扇形體的對面葉片用作任何一個扇形 體的基準(zhǔn)葉片，并在最后所獲得的涼L動段的基礎(chǔ)上，確定戶/fi平估的布置形式的選 擇標(biāo)準(zhǔn)值；D) 保持該布置形式，其選擇標(biāo)準(zhǔn)1L為最接近期望值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，在步驟C)時，至少一個經(jīng)評估的布置形式 結(jié)合了采用本方法所選擇的布置形式加上借助本方法所選擇的另一個扇形體或另 一個布置形式。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8的方法，其特征在于，在步難)中，用于該方法的數(shù) 據(jù)庫來自一個噴嘴的扇形體。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8的方法，其特征在于，在步驟A)中，用于該方法的數(shù)據(jù)庫來自至少兩個不同噴嘴的扇形體。
全文摘要
一種測量渦輪機噴嘴扇形體(100)相對于兩個基準(zhǔn)葉片(220，310)的流動段(S_100/1，S_100/2，S_100/3)的方法，其特征在于a)通過數(shù)字化創(chuàng)建一個扇形體的三維數(shù)值模型；b)提供兩個基準(zhǔn)葉片的數(shù)值模型；c)將基準(zhǔn)葉片重新布置在噴嘴中的裝配相應(yīng)位置的扇形體數(shù)值模型端部；d)根據(jù)扇形體和基準(zhǔn)葉片的數(shù)值模型部分，測定扇形體的流動段(S_100/1，S_100/2，S_100/3)。噴嘴扇形體帶有接觸面(131，132，141，142)，并通過將所述接觸面對接而使得扇形體相對于鄰近噴嘴扇形體(200，300)布置；扇形體和基準(zhǔn)葉片的數(shù)值模型包括模擬接觸面置于其裝配相對位置；以及實施相步驟c)，即將所述接觸面置于對準(zhǔn)狀態(tài)。
文檔編號G01B21/00GK101469981SQ20081018941
公開日2009年7月1日 申請日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月24日
發(fā)明者賈絲廷·梅紐因 申請人:斯奈克瑪服務(wù)公司