一種測量、計算渦輪導向葉片和導向器喉道面積的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及計算渦輪導向葉片和導向器喉道面積的方法，特別涉及了一種測量、 計算渦輪導向葉片和導向器喉道面積的方法。
【背景技術】
[0002] 渦輪導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)動機的流量、 推力、轉速、耗油率等，對發(fā)動機的穩(wěn)定工作、壓氣機同渦輪的匹配性能影響也很大，是決定 發(fā)動機整體性能的重要參數。
[0003]目前工程上多采用在葉身以及緣板上尋找喉道寬度、高度理論坐標點的方法，計 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，或者此點已并非 實際葉片喉道坐標點。因此測量得到的排氣面積誤差較大。且對于彎扭葉片，此方法計算 的窗口高度誤差較大。另外現有方法還具有測量重復性差、導向葉片和導向器排氣面積規(guī) 律性差等問題，影響渦輪葉片的調配、裝配試車進度以及發(fā)動機的整體性能。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服上述缺點，特提供了一種測量、計算渦輪導向葉片和導 向器喉道面積的方法。
[0005] 本發(fā)明提供了一種測量、計算渦輪導向葉片和導向器喉道面積的方法，其特征在 于：所述的測量、計算渦輪導向葉片和導向器喉道面積的方法，具體為：
[0006] 建立坐標系，確定窗口、葉片排序
[0007] 根據葉片圖紙，選擇精密加工位置，確定坐標系，X軸為發(fā)動機軸線，Z軸為葉片徑 向方向，如圖2。
[0008] 假設導向器由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。測量導向葉 片時，一組葉片的窗口總數為n，則η=e+Ι;對于導向器，貝lj一共形成m=k*e個窗口。
[0009] 從尾緣看起順時針依次分別為窗口 1、2……，窗口 1應為此時葉片左側的半窗口。 在導向器狀態(tài)下，葉片坐標系Z軸所指定的葉片定義為葉片1，從尾緣看起順時針依次為葉 片1、2……k，如圖2。
[0010] 按順序測量后續(xù)窗口時，需要依次將坐標系繞X軸旋轉-360° /m。如圖2,坐標系 對應的窗口為窗口 2,測量窗口 3、4時，分別將坐標系繞X軸旋轉-360° /m、-720° /m。
[0011] 確定寬度型線，計算理論寬度、緣板的特征點
[0012] 將組成同一窗口的兩個葉片在不同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。根據葉片在徑向的葉型分布，確定寬度型線組數，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。選擇時，應避開氣膜孔、劈縫等內凹位置。 對于彎扭葉片，應盡量選擇外型線凸近窗口方向的位置，此時通道兩側寬度型線的距離較 小。
[0014] 測量窗口同一Z值下，兩個葉片寬度型線之間的最小距離，并創(chuàng)建其所在的線段 和所對應的坐標點。稱此線段為寬度線段，將理論、實際葉片寬度型線對應點分別稱為理論 寬度特征點、實際寬度特征點，通稱為寬度特征點，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，對應長度為線段1、2的中點的連線同上緣板流道面的交點，記 為S點；線段r、r- 1的中點的連線同下緣板流道面的交點，記為G點。稱S點和G點為緣 板特征點，對于理論葉片和實際葉片，分別稱為理論緣板特征點、實際緣板特征點。相鄰寬 度線段中點之間的距離分別為H2~HpS點同線段1中點的距離為氏，G點同線段r中點 的距離為Hr+1。將氏~!^+1稱為窗口分段高度。
[0015] 計算導向葉片和導向器理論喉道面積
[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--導向葉片中單個窗口的喉道面積。
[0023] Fg一一一組導向葉片的喉道面積。
[0024] F 導向器的喉道面積。
[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，使理論寬度特征點位于寬度樣本型線中間。葉盆側，將理論寬度特征點 沿型線向前緣方向延伸，同時另一側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。在測量前應固定L1、L2的長度，保證測量計算穩(wěn)定 性。
[0027] 測量時，用三坐標掃描實際窗口不同Z值下兩側的寬度樣本型線，要求相鄰點間 距不大于0.005mm，點坐標精度達到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S(G)應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葉片的緣板上，可令其沿Y軸平移L4,L4應盡量小。實際測 量前應固定L3、L4長度，保證測量計算穩(wěn)定性。
[0030] 測量時，用三坐標掃描窗口的緣板樣本型線，要求點間距不大于0. 1mm，點坐標精 度達到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，對于導向葉 片來說，有一組緣板樣本型線，上、下緣板各一條；對于導向器來說，有兩組緣板樣本型線。
[0031] 計算實際葉片和導向器喉道面積：通過自編程序自動計算實際導向葉片以及導向 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行加密插值；
[0033] 步驟二：求同一Z值下，盆背側寬度型線數據點之間的最短距離，即寬度線段的長 度Wj(j=l~r);計算導向葉片排氣面積時，半窗口中未知的寬度特征型線用理論型線代 替，理論型線指模擬導向器裝配時，理論葉片兩側相鄰葉片對應位置的型線；
[0034] 步驟三：計算寬度線段的中點坐標，以及相鄰中點之間的距離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行加密插值；
[0036] 步驟五：將插值后的緣板樣本型線坐標點轉化為柱坐標系坐標形式；
[0037]步驟六：對每個緣板樣本型線坐標點，沿X軸旋轉0~土jd°，均勻分布n2個點， 形成緣板面坐標點集；
[0038] 步驟七：計算各緣板面坐標點到氏或t所在直線的距離，尋找最短距離d，記錄此 點位置以及X坐標；
[0039] 步驟八：當距離d彡dl時，認為此點為直線同緣板面的交點S點或G點，計算直線 上點的X坐標所對應Y坐標和Z坐標，進而得到S點、G點的坐標；
[0040] 步驟九：若距離d>dl時，在距離此點X坐標±5%范圍內截取不同半徑高度緣 板樣本型線，jd=jd/n3*10,n2 =n3,重復步驟四~步驟八，直到距離d<dl;若循環(huán)的 次數超過nl時，跳出循環(huán)，按照距離d<dl進行后續(xù)計算；
[0041] 步驟十：計算各窗口中的ffffjj= 1~r+Ι)、氏、札+1;導向器半窗口中，需要分別 計算兩組緣板樣本型線所對應的G點和S點，相應得到兩組氏、札+1，分別將其平均后帶入計 算；
[0042] 步驟十一：根據以下計算公式計算實際窗口、導向葉片、導向器的喉道面積以及超 差情況。
[0049] 式中$--導向葉片中單個窗口的喉道面積。
[0050]Fg 一組導向葉片的喉道面積。
[0051]F 導向器的喉道面積