一種測量、計(jì)算渦輪導(dǎo)向葉片和導(dǎo)向器喉道面積的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算渦輪導(dǎo)向葉片和導(dǎo)向器喉道面積的方法，特別涉及了一種測量、 計(jì)算渦輪導(dǎo)向葉片和導(dǎo)向器喉道面積的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 渦輪導(dǎo)向器喉道面積的大小直接影響渦輪級前后溫度、氣流流場，發(fā)動(dòng)機(jī)的流量、 推力、轉(zhuǎn)速、耗油率等，對發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作、壓氣機(jī)同渦輪的匹配性能影響也很大，是決定 發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能的重要參數(shù)。
[0003]目前工程上多采用在葉身以及緣板上尋找喉道寬度、高度理論坐標(biāo)點(diǎn)的方法，計(jì) 算葉柵窗口排氣面積。由于葉片型面或流道面鑄造差異，可能找不到此點(diǎn)，或者此點(diǎn)已并非 實(shí)際葉片喉道坐標(biāo)點(diǎn)。因此測量得到的排氣面積誤差較大。且對于彎扭葉片，此方法計(jì)算 的窗口高度誤差較大。另外現(xiàn)有方法還具有測量重復(fù)性差、導(dǎo)向葉片和導(dǎo)向器排氣面積規(guī) 律性差等問題，影響渦輪葉片的調(diào)配、裝配試車進(jìn)度以及發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服上述缺點(diǎn)，特提供了一種測量、計(jì)算渦輪導(dǎo)向葉片和導(dǎo) 向器喉道面積的方法。
[0005] 本發(fā)明提供了一種測量、計(jì)算渦輪導(dǎo)向葉片和導(dǎo)向器喉道面積的方法，其特征在 于：所述的測量、計(jì)算渦輪導(dǎo)向葉片和導(dǎo)向器喉道面積的方法，具體為：
[0006] 建立坐標(biāo)系，確定窗口、葉片排序
[0007] 根據(jù)葉片圖紙，選擇精密加工位置，確定坐標(biāo)系，X軸為發(fā)動(dòng)機(jī)軸線，Z軸為葉片徑 向方向，如圖2。
[0008] 假設(shè)導(dǎo)向器由k組葉片組成，每組葉片由e片葉片組成。定義相鄰葉片之間的空 檔為窗口，同一組葉片形成的窗口為全窗口，每兩組葉片形成的窗口為半窗口。測量導(dǎo)向葉 片時(shí)，一組葉片的窗口總數(shù)為n，則η=e+Ι;對于導(dǎo)向器，貝lj一共形成m=k*e個(gè)窗口。
[0009] 從尾緣看起順時(shí)針依次分別為窗口 1、2……，窗口 1應(yīng)為此時(shí)葉片左側(cè)的半窗口。 在導(dǎo)向器狀態(tài)下，葉片坐標(biāo)系Z軸所指定的葉片定義為葉片1，從尾緣看起順時(shí)針依次為葉 片1、2……k，如圖2。
[0010] 按順序測量后續(xù)窗口時(shí)，需要依次將坐標(biāo)系繞X軸旋轉(zhuǎn)-360° /m。如圖2,坐標(biāo)系 對應(yīng)的窗口為窗口 2,測量窗口 3、4時(shí)，分別將坐標(biāo)系繞X軸旋轉(zhuǎn)-360° /m、-720° /m。
[0011] 確定寬度型線，計(jì)算理論寬度、緣板的特征點(diǎn)
[0012] 將組成同一窗口的兩個(gè)葉片在不同Z值下的平行于XY平面的用于表征窗口寬度 的葉片外型線，稱為寬度型線，如圖2。根據(jù)葉片在徑向的葉型分布，確定寬度型線組數(shù)，記 為r，r不小于3。若葉片為直葉片，其外型線在Z軸方向上無變化，則可在葉片徑向方向均 勻布置3組；葉片越扭曲，r應(yīng)越大。如圖2,在葉片徑向布置4組寬度型線。
[0013] 確定各組寬度型線的分布，即Z軸坐標(biāo)。選擇時(shí)，應(yīng)避開氣膜孔、劈縫等內(nèi)凹位置。 對于彎扭葉片，應(yīng)盡量選擇外型線凸近窗口方向的位置，此時(shí)通道兩側(cè)寬度型線的距離較 小。
[0014] 測量窗口同一Z值下，兩個(gè)葉片寬度型線之間的最小距離，并創(chuàng)建其所在的線段 和所對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)。稱此線段為寬度線段，將理論、實(shí)際葉片寬度型線對應(yīng)點(diǎn)分別稱為理論 寬度特征點(diǎn)、實(shí)際寬度特征點(diǎn)，通稱為寬度特征點(diǎn)，見圖3。從葉尖至葉根寬度線段分別編號 為線段1至線段r，對應(yīng)長度為線段1、2的中點(diǎn)的連線同上緣板流道面的交點(diǎn)，記 為S點(diǎn)；線段r、r- 1的中點(diǎn)的連線同下緣板流道面的交點(diǎn)，記為G點(diǎn)。稱S點(diǎn)和G點(diǎn)為緣 板特征點(diǎn)，對于理論葉片和實(shí)際葉片，分別稱為理論緣板特征點(diǎn)、實(shí)際緣板特征點(diǎn)。相鄰寬 度線段中點(diǎn)之間的距離分別為H2~HpS點(diǎn)同線段1中點(diǎn)的距離為氏，G點(diǎn)同線段r中點(diǎn) 的距離為Hr+1。將氏~!^+1稱為窗口分段高度。
[0015] 計(jì)算導(dǎo)向葉片和導(dǎo)向器理論喉道面積
[0016] Μ』=(W』i+Wj)/% (j = 2~r)
[0017] ffff^ ff !
[0018] ffffr+1=ffr+1
[0019] ，'" =Σ勝'"/ /=.1.
[0020] Fg=eF，
[0021] F=mF，
[0022] 式中f--導(dǎo)向葉片中單個(gè)窗口的喉道面積。
[0023] Fg一一一組導(dǎo)向葉片的喉道面積。
[0024] F 導(dǎo)向器的喉道面積。
[0025] 確定并掃描寬度樣本型線
[0026] 如圖4所示，在理論葉片窗口的葉背側(cè)型線方向上選取L1為15~20mm的型線， 作為寬度樣本型線，使理論寬度特征點(diǎn)位于寬度樣本型線中間。葉盆側(cè)，將理論寬度特征點(diǎn) 沿型線向前緣方向延伸，同時(shí)另一側(cè)跨越尾緣延伸至此葉片的葉背一小段，所形成的型線 作為寬度樣本型線，L2長度為5~7mm。在測量前應(yīng)固定L1、L2的長度，保證測量計(jì)算穩(wěn)定 性。
[0027] 測量時(shí)，用三坐標(biāo)掃描實(shí)際窗口不同Z值下兩側(cè)的寬度樣本型線，要求相鄰點(diǎn)間 距不大于0.005mm，點(diǎn)坐標(biāo)精度達(dá)到lE-5mm。對于半窗口，只需掃描已有葉片葉身的寬度樣 本型線。
[0028] 確定并掃描緣板樣本型線
[0029] 如圖5、圖6所示，在理論葉片上、下緣板上，選取L3長8-10mm的緣板樣本型線。 對于全窗口，理論緣板特征點(diǎn)S(G)應(yīng)位于緣板樣本型線的中間位置；對于半窗口，為保證 緣板樣本型線完整位于同一個(gè)葉片的緣板上，可令其沿Y軸平移L4,L4應(yīng)盡量小。實(shí)際測 量前應(yīng)固定L3、L4長度，保證測量計(jì)算穩(wěn)定性。
[0030] 測量時(shí)，用三坐標(biāo)掃描窗口的緣板樣本型線，要求點(diǎn)間距不大于0. 1mm，點(diǎn)坐標(biāo)精 度達(dá)到0. 005mm。對于半窗口，每組葉片均需測量緣板樣本型線，即在半窗口中，對于導(dǎo)向葉 片來說，有一組緣板樣本型線，上、下緣板各一條；對于導(dǎo)向器來說，有兩組緣板樣本型線。
[0031] 計(jì)算實(shí)際葉片和導(dǎo)向器喉道面積：通過自編程序自動(dòng)計(jì)算實(shí)際導(dǎo)向葉片以及導(dǎo)向 器的喉道面積，其原理為：
[0032] 步驟一：利用三次樣條插值的方法對寬度樣本型線進(jìn)行加密插值；
[0033] 步驟二：求同一Z值下，盆背側(cè)寬度型線數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的最短距離，即寬度線段的長 度Wj(j=l~r);計(jì)算導(dǎo)向葉片排氣面積時(shí)，半窗口中未知的寬度特征型線用理論型線代 替，理論型線指模擬導(dǎo)向器裝配時(shí)，理論葉片兩側(cè)相鄰葉片對應(yīng)位置的型線；
[0034] 步驟三：計(jì)算寬度線段的中點(diǎn)坐標(biāo)，以及相鄰中點(diǎn)之間的距離H,(j= 2~r);
[0035] 步驟四：利用三次樣條插值的方法對緣板樣本型線進(jìn)行加密插值；
[0036] 步驟五：將插值后的緣板樣本型線坐標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為柱坐標(biāo)系坐標(biāo)形式；
[0037]步驟六：對每個(gè)緣板樣本型線坐標(biāo)點(diǎn)，沿X軸旋轉(zhuǎn)0~土jd°，均勻分布n2個(gè)點(diǎn)， 形成緣板面坐標(biāo)點(diǎn)集；
[0038] 步驟七：計(jì)算各緣板面坐標(biāo)點(diǎn)到氏或t所在直線的距離，尋找最短距離d，記錄此 點(diǎn)位置以及X坐標(biāo)；
[0039] 步驟八：當(dāng)距離d彡dl時(shí)，認(rèn)為此點(diǎn)為直線同緣板面的交點(diǎn)S點(diǎn)或G點(diǎn)，計(jì)算直線 上點(diǎn)的X坐標(biāo)所對應(yīng)Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)，進(jìn)而得到S點(diǎn)、G點(diǎn)的坐標(biāo)；
[0040] 步驟九：若距離d>dl時(shí)，在距離此點(diǎn)X坐標(biāo)±5%范圍內(nèi)截取不同半徑高度緣 板樣本型線，jd=jd/n3*10,n2 =n3,重復(fù)步驟四~步驟八，直到距離d<dl;若循環(huán)的 次數(shù)超過nl時(shí)，跳出循環(huán)，按照距離d<dl進(jìn)行后續(xù)計(jì)算；
[0041] 步驟十：計(jì)算各窗口中的ffffjj= 1~r+Ι)、氏、札+1;導(dǎo)向器半窗口中，需要分別 計(jì)算兩組緣板樣本型線所對應(yīng)的G點(diǎn)和S點(diǎn)，相應(yīng)得到兩組氏、札+1，分別將其平均后帶入計(jì) 算；
[0042] 步驟十一：根據(jù)以下計(jì)算公式計(jì)算實(shí)際窗口、導(dǎo)向葉片、導(dǎo)向器的喉道面積以及超 差情況。
[0049] 式中$--導(dǎo)向葉片中單個(gè)窗口的喉道面積。
[0050]Fg 一組導(dǎo)向葉片的喉道面積。
[0051]F 導(dǎo)向器的喉道面積