某种压气机动叶片总长测量方式研究论文_王新华,杨雨婷,熊小聪,董强,唐坤

摘要：本文主要针对大弦宽、大扭转叶片的总长测量方式进行研究，究其原因主要是这类叶片的总长对最终通流间隙影响较大。通过对比现有的检测手段，进行分析，选择最佳的检测手段，保证装配质量。为后续类似的叶片总长检测提供参考。

关键词：压气机动叶；大弦宽叶片；大扭转叶片；总长检测

Study on the measurement method of the total length of a compressed air motor blade

Wangxinhua、Yangyuting、Xiongxiaocong、Dongqiang

(DONGFANG STEAM TURBINE CO. LTD. BLADEBRANCH 618000)

Abstract：this paper mainly studies the measurement method of the overall length of blades with large chord width and large torsion The reason is that the overall length of such blades has a great influence on the final passage clearance.Through the comparison of ehe existing detection means ,analysis is carried out to select the best detectiong means to ensure the assembly quality.It provides areference for the folloeing similar detection ofblade length

Key words：compressed air motor blade; Large chord wide blade;Large torsion blade;overall length test。

1 引言

燃气轮机是重要的能源设备，主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成，其压气机部分承担着压缩气体，为后续的燃气轮机工作提供压缩介质的作用，因此压气机部分的通流数据会影响整个机组的效率，而叶片为其核心部件，其总长尺寸加工质量直接影响着最终的通流数据。目前，针对生产的压气机动叶片的总长测量，存在不同的检测方式，而不同的检测方式，产生的直接结果就是总长数据的不准确。叶片总长控制的好坏直接影响着最后的通流合格与否。

2压气机动叶的结构特点

以其中一个级别的压气机动叶片为例，结构如图1所示：主要由通流部分的气道和叶根两部分组成。

图1 动叶片成品图

以压气机第2级动叶为例，该叶片总长接近600mm。叶身型面是扭曲变截面曲面，气道长度超过500mm，整个气道型面中弦宽最大的达到312.97mm，弦宽最小的也达到257.01mm；叶片最远离叶根的一档截面和靠近叶根的基准截面的相对扭转角度达到37°。产品图中对最远离叶根一档型线的位置度要求为X方向（-0.25~1.21），Y方向（-0.61~1.61），型线扭转角±0.25°。在产品图所要求的位置度范围内，产品的最终的总长会与理论总长产生较大的偏差值。

3压气机动叶片的总长检测方案论证

检测方案是对产品加工的合格性检验的技术手段，使用检测方案对产品进行检验，检验得到的相应数据是对产品的合格性进行直接的判断的依据。若检测方案的不严谨，最后是会造成误判，结果是不言而喻的。因此再好的加工如果没有经济适用且可靠的检测方案来支持和保证，对批量化生产来讲是行不通的。通过对目前采用的最多的压气机总长检测方案进行分析论证，得到目前压气机的总长检测的最优方案。

3.1检测方案优缺点比较

在目前的压气机总长检测手段中，使用最多的是方式有两种：

1)划线+高度尺检测，见图2左。优点在于成本低，测量数据直观，小叶片操作也比较的方便，缺点在于对于较大的叶片操作不方便，划线位置和测量数据不准确；

2)专用量具检测，见图2右。优点在于检测直观，甚至可以模拟装配后的检测，得出的数据较为准确，缺点在于专用的工装的成本较高

图2 两种检测方式

图3 理论位置及值的确认

3.2 检测方案论证

3.2.1叶片总长数据分析

图4 型线进行旋转或者平移示意图

根据设计图纸对型线位置度的要求，换算出对最上面一档型线的旋转量和平移量，运用模型分析法：在叶片三维模型中进行相应的旋转平移，在不同的情况下，得到不同的与理论要求位置上的总长相比较的误差。

以2级动叶为例，模型分析法的过程：

a)因为设计图纸要求的中间点不在实体上，因此工艺上进行了转换，转换为实体上的点，确定和工艺上要求理论测量位置的点，然后在模型上计算出理论位置进出气侧和中间位置的理论高度，如图3所示

b)根据设计图纸要求的平移，旋转的要求，确认要求分析的14种状态，再根据每一种情况对叶片型线进行相应的平移或者旋转，然后再根据工艺上的尺寸确定14种状态下的三点总长理论尺寸，如图4所示

c)得出不同型线状态下的三点总长理论值，并比较与理论状态下的差值，如表1所示

表1 不同的旋转平移量下的总长偏差

根据以上表格中的数据可以看出，在满足型线要求的情况，图纸理论要求的进气侧高度检测点的误差最大可以达到0.6mm，中间位置检测点误差最大为0.14mm，出气侧检测点误差最大为-0.24mm。进气侧的误差超出图纸要求总长公差范围，出气侧位置的误差超过图纸要求总长公差的一半，中间位置误差在图纸要求总长公差的一半范围内。

3.2.2检测方案论证

根据目前这两种方案的优缺点进行比较论证。

方案一：划线+数显高度尺测量

图5 划线检验方式

此方案需要数显高度尺对工艺上的检测尺寸位置先划线，然后用游标卡尺找出中点，再用数显高度尺进行测量，根据方案的测量结果判定叶片的总长是否正确。这种测量方法测量后会出现因为型线位置度的变化，导致测量合格但装配不合格的情况出现。划线测量见图5

这种方式检验结果和装配的结果如表2：

表2 某次压气机总长划线检测及装配结果

出现上表情况的叶片，是所有的前序尺寸都合格的，只是型线位置度在合格范围内但偏差值较大，就使得最后总长不满足装配要求，如表3所示。

表3 型线检测计算结果

原因：因为前几个级别的叶片型线弦宽大，扭转大，型线位置偏差导致实际的划线位置不是我们设计图纸的理论划线位置，导致实际的检测尺寸不在理论检测位置，进而叶片的总长不正确（如图6所示，左侧是图中蓝色是理论模型，绿色是型线进行了旋转或者偏移的位置，右侧是进气侧的放大图）；而小后面级别型线弦宽小，扭转小，因而不存在这个问题。

图6 存在旋转或者平移叶片的划线测量位置偏差

方案二：专用工装测量总长。

此方案需要设计专用的总长检测量具，针对一个级别或者是一个系列进行专用的总长量具测量。如图7

专用工装的检测原理：以叶根进气侧、叶根工作面和端面定位，叶片在量具上的装配成一定角度，已达到量具结构通用化，叶片安装好后，配合每个级别的专用总长比较样板（放量设计），检测叶片顶部和样板的之间的间隙是否满足工艺要求来判定叶片的合格性，这种检测因为样板是空间曲面，测量的整个叶顶的形状，更加贴合叶片最后的装配状态，避免了因叶片位置度公差造成的尺寸偏差。

专用量具检测只需要检测整个叶顶面的漏光要求，既可以直观的得出检测的数据是否满足工艺的要求，也能直观的判定叶顶加工面形状是否正确。检验和装配的效果见表4。

图7 总长检测量具

表4 压气机总长专用量具检测及装配结果

3.2.3检测方案选定

通过两种检测方案的对比，针对压气机中型线弦宽大，扭转大的动叶片，第一种检测方案虽然成本较低，但会出现检验合格但装配不合格的情况，这对产品的生产周期及成本控制都是不利的；而第二种方案虽然检测的成本较高，但检测数据可以准确反应实际产品长度尺寸，很好的避免装配不合格风险，而且批量化生产后的检测，会进一步减小成本。

综合叶片的质量控制、产品成本控制和产品周期等因素，对于压气机型线弦宽大，扭转大的叶采用专用量具检测方案。

4 结论

通过设计图纸的反复研究，进行影响因素的理论推演，再结合实际检测数据和装配数据的对比，最终选定大弦宽，大扭转的压气机动叶片的总长检测方式---专用总长检测量具。综合所有因素考虑，其实这是最经济的检测方式

参考文献

1．机械设计手册编委会. 机械设计手册[M]. 第三版. 北京：机械工业出版社，2004.8

2．叶君. 实用紧固件手册[M]. 北京：机械工业出版社. 2002.9

3．中国机械工程学会，中国机械设计大典编委会. 中国机械设计大典[M]. 南昌：江西科学出版社. 2002.1

4．《机械设计图册》.成大先主编.化学工业出版社,2000.03

5．《东方汽轮机》.（东方汽轮机）编辑部.2015.3

论文作者:王新华,杨雨婷,熊小聪,董强,唐坤

论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期

论文发表时间:2020/4/29

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