转轮叶片修复中数字化测量技术的应用范文

《锅炉制造杂志》2016年第6期

摘要:

本文介绍了空间中曲面工件的数字化测量方法。通过运用激光跟踪仪、转站等技术对水轮机转轮叶片进行测量，方便修复与加工工作。旨在提高叶片等曲面工件修复效率和修复质量。

关键词:

激光跟踪仪;转站;叶片

0引言

水轮机转轮作为水轮发电机组的核心部件，它的质量好坏直接影响着整个机组运行的稳定和效率。此次我们接到了某电站水轮机转轮维修工作，由于转轮叶片在运行中碰撞损坏，叶片进水边严重变形，与上冠、下环连接处均撕裂，如图1所示，已经无法正常运行，急需返回制造厂修复。

1修复方案

此次转轮的意外损坏造成电站停运，业主要求用最短的时间修复转轮恢复运行。转轮返厂后相关工艺人员和检测人员对损坏情况进行了初步评估，认为要想在短时间内修复的难点在于检测。首先要通过数字化测量对所有叶片位置进行全面检测，检测数据与三维模型比对计算出变形量，然后根据标准划定超差区域，对这些区域采用等离子切割的方式切除掉，同时下料在数控设备上加工出与切除掉部位对应的理想模块，初步挂装铆焊，然后再通过检测对模块位置进行精确调整定位，全部调整完后进行焊接退火等工序，然后交检，对需要修磨的地方打磨处理，当然之前的模块要适当留量。

2测量设备及工作原理

本次维修测量工作运用的是美国API公司生产的T3激光跟踪仪，如图2所示。T3激光跟踪仪是一款具有高精度、可便携的测量设备。可以根据测量要求，在空间内建立符合要求的坐标系，给出相关点、线、面、体的空间位置。运用圆光栅进行角度的测量，运用激光干涉仪测量距离。激光发出后，利用靶球内三面相互垂直的反射镜将激光反射回跟踪仪，进行测量。跟踪仪可以进行静态测量和动态扫描测量，扫描测量精度为0．01mm/m，满足此次维修测量工作的精度要求。

3测量方法

测量时由于转轮体要放置在平台上，相对于地面有一定的高度，因此在必要时需要将跟踪仪与三脚架配合使用，架起一定的高度。测量过程不仅需要使用硬件系统，还需要软件系统进行处理，本次测量运用的是分析空间测量的软件Spa-tialAnalyser，简称SA，这是一款第三方的测量软件。为了方便处理数据，需要把坐标系建立在转轮中心，保持与原始CAD模型坐标系一致。转轮一共七个叶片，每个叶片上有三条型线，可以根据型线的位置进行扫面测量。测量过程如图3所示。在测量几个叶片之后，就出现了另一个问题，由于转轮很大，受通视条件所限，跟踪仪不可能只在一个位置就能测量到所有的叶片，这里就需要运用到转站技术。可以从字面意思上理解什么是转站，就是将跟踪仪转换到另一个位置继续进行测量并且保持前后坐标系统一，由于跟踪仪的工作原理是要在空间中建立坐标系，因此在开始测量后，跟踪仪不能受到任何震动，否则测量工作将无意义。在SA软件的窗口下，跟踪仪可以通过四个转站点，将空间中不同站位的坐标系拟合到一起，形成一个坐标系。这里需要注意一点，在转站过程中四个转站点测量的顺序前后必须保持一致。在实际测量过程中，我们将四个转站点布置在转轮体周围，使得跟踪仪在转站前后都可以测量到四个转站点。在转站过后，就可以接着测量另一侧的叶片了。跟踪仪测量头有很大的活动范围，水平转角:640°(±320°)，垂直转角:+77°～﹣66°。因此通过两次转站就可以实现整个转轮体叶片的测量，这样就减小了转站带来的测量误差。测量结果如图4所示。

4测量数据的处理与分析

结束测量工作后，需要对测量的数据进行处理与分析。将所测量的点用．IGS文件格式导出，将此文件与CAD数模一同导入GeomagicQualify软件中，用GeomagicQualify软件将两组数据进行比较，通过软件窗口可以看到，叶片的测量就是一个个的点，众多的点形成了点云。先前我们在SA软件测量时，将坐标系建立在了转轮体中心，与CAD数模的中心相同，这样只需进行旋转微调就可以，尽量使所测点的位置靠向CAD数模。进行拟合之后，还需要对数据进行比较，调整公差带，靶球半径等相关因素，利用查询选项，查看测量型线与理论模型的偏差，再利用计算选项得出变形量，数据处理如图5所示。结果也可以根据需要生成相应的报告，变形量的大小可以根据色差带颜色的分布查看。给出了叶片变形的位置就可以进行下一步的维修工作。修复后转轮如图6所示。从图中我们可以看出，利用数字化测量方法精确地判断出了损坏转轮的变形量，经过修复后的转轮叶片满足了设计之初的各项参数及技术要求，可以说数字化测量极大地提高了转轮叶片的修复效率和修复质量。

5结束语

随着制造业的发展，对产品的质量要求也越来越高，对于一个企业来说，产品质量就是命脉。本文介绍的数字化测量不局限于曲面工件的维修，在新产品制造出来后也可以进行测量计算。相比较其他的测量方法，本文介绍的方法更便捷，精度更高，更有利于监督产品质量。

参考文献：

［1］激光跟踪仪使用手册．

［2］朱兰斌，等．水轮机转轮叶片表面缺陷的检测方法［J］．哈尔滨理工大学学报，2001(3):30－33．

作者:赵永健 田世颖 吴佳秀 单位:哈尔滨电机厂有限责任公司