СПОСОБ БАЛАНСИРОВКИ ЛОПАТОЧНОГО КОЛЕСА МАШИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛОПАТОК ЛОПАТОЧНОГО КОЛЕСА МАШИНЫ Российский патент 1997 года по МПК G01B5/20 

Изобретение относится к контрольной измерительной технике и может быть использовано для контроля аэродинамических параметров лопаток непосредственно на лопаточном колесе машины, преимущественно турбины, в частности изобретение может быть использовано для балансировки лопаточного колеса машины при определении геометрических параметров лопаток лопаточного колеса машины.

Известен способ балансировки лопаточного колеса машины, заключающийся в том, что измеряют отклонение геометрического параметра лопаток лопаточного колеса в заданном сечении лопатки путем сравнения геометрического параметра каждой лопатки с геометрическим параметром контрольной лопатки, сортируют лопатки с последующим попарным отбором лопаток с близкими величинами измеряемого отклонения с учетом заданного на отклонение допуска и устанавливают лопатки с близким параметром во взаимно противоположных пазах диска лопаточного колеса. Указанный известный способ реализуется известным устройством для определения геометрических параметров лопаток лопаточного колеса машины, преимущественно турбины, содержащим базовое основание, связанный с ним опорный узел для лопатки лопаточного колеса, подвижный относительно базового основания узел измерения отклонения геометрического параметра лопаток лопаточного колеса в заданном сечении, включающий в себя стрелочный индикатор.

Недостатком известного способа является некоторый разброс геометрических параметров попарных лопаток, устанавливаемых на диске лопаточного колеса, что снижает точность балансировки и может привести к аэродинамическому дисбалансу.

Недостатком устройства для определения геометрических параметров лопаток лопаточного колеса машины, реализующего способ, является сложность его конструкции и отсутствие возможности измерять углы хорды пера лопаток на собранном колесе и в лопаточной решетке.

Техническим результатом предложенного изобретения является повышение точности балансировки лопаточных колес машин путем уменьшения величины аэродинамического дисбаланса, упрощение конструкции устройства, осуществляющего балансировку, и повышение удобства в эксплуатации этого устройства.

Технический результат предложенного изобретения достигается тем, что в способе балансировки лопаточного колеса машины, заключающимся в том, что измеряют отклонение геометрического параметра лопаток лопаточного колеса в заданном сечении путем сравнения геометрического параметра каждой лопатки с геометрическим параметром контрольной лопатки, сортируют лопатки с последующим попарным отбором лопаток с близкими величинами измеряемого отклонения с учетом заданного на отклонении допуска и устанавливают лопатки с близким параметром во взаимно противоположных пазах диска лопаточного колеса, лопаточное колесо устанавливают горизонтально и выбирают контрольную лопатку из числа его лопаток и измеряют величину угла хорды ее пера относительно горизонта, при этом в качестве упомянутого геометрического параметра используют угол хорды пера каждой лопатки, а допуск задают на алгебраическую сумму разностей углов хорд пера контрольной лопатки и сравниваемой с ней, а отбор соседних пар лопаток производят из условия постепенного увеличения диффузорности межлопаточных каналов в секторах диска лопаточного колеса с углом сектора, меняющимся от 0 до 90^o и от 180 до 270^o, а затем постепенного уменьшения диффузорности межлопаточных каналов в секторах диска с углом сектора, меняющимся от 90 до 180^o и от 270 до 360^o.

Технический результат достигается также тем, что в реализующем способ устройстве для определения геометрических параметров лопаток лопаточного колеса машины, преимущественно турбины, содержащем базовое основание, связанный с ним опорный узел для лопатки лопаточного колеса, подвижный относительно базового основания, узел измерения отклонения геометрического параметра лопаток лопаточного колеса в заданном сечении, включающий в себя стрелочный индикатор, узел измерения отклонения геометрического параметра лопаток лопаточного колеса в заданном сечении включает в себя закрепленные посредством горизонтальной оси на базовом основании поворотное основание и уровень, установленную в последнем ампулу с пузырьком и расположенную на его свободном конце направляющую рамку, выполненную с верхней и боковой площадками, регулировочный микрометрический винт для контакта с поворотным основанием, установленный в этой рамке по оси, перпендикулярной продольной оси ампулы с пузырьком, для юстировки положения уровня, червячную пару, червяк который связан с микрометрическим винтом, дополнительный стрелочный индикатор, шкала которого выполнена минутной и расположена на верхней площадке направляющей рамки, а стрелка на конце регулировочного микрометрического винта, причем шкала основного стрелочного индикатора выполнена градусной и закреплена на боковой площадке направляющей рамки, а его стрелка на оси шестерни червячной пары, опорный узел для лопатки лопаточного колеса включает в себя линейку с опорной плоскостью, корпус, установленный на линейке подвижно с возможностью фиксации, двухрожковую призму и прижимную пружину, установленные в корпусе, при этом устройство снабжено приводом поворотного основания, включающего в себя червячную пару, шестерня которой закреплена своей осью вращения на базовом основании, выполнена с градусной шкалой и жестко связана с поворотным основанием для установки последнего по горизонтали и фиксации угла хорды пера контрольной лопатки между поворотным основанием и упомянутой линейкой, линейка опорного узла лопатки лопаточного колеса жестко закреплена на базовом основании, а устройство снабжено упором, установленным на боковой поверхности линейки для измерений на заданном сечении лопатки лопаточного колеса и стопорным винтом для фиксации корпуса на линейке.

На фиг. 1 показано устройство для определения геометрических параметров лопаток лопаточного колеса машины; на фиг. 2 вид сверху на устройство для определения геометрических параметров лопаток лопаточного колеса машины на хорде пера лопатки.

Устройство для определения геометрических параметров лопаток лопаточного колеса машины, преимущественно турбины, содержит базовое основание 1, поворотное основание 2, закрепленное посредством горизонтальной оси 3 на базовом основании 1, уровень 4, установленную в последнем ампулу 5, с пузырьком 6, расположенную на свободном конце уровня 4 направляющую рамку 7. Направляющая рамка 7 выполнена с верхней площадкой 8 и боковой площадкой 9. По оси, перпендикулярной продольной оси ампулы 5 на направляющей рамке 7 установлен регулировочный микрометрический винт 10 для контакта с поворотным основанием 2 для юстировки положения уровня 4. С микрометрическим винтом 10 связан червяк 11 червячной пары, шестерня 12, которая расположена в направляющей рамке 7. Устройство так же содержит стрелочный индикатор 13, шкала 14, которого выполнена градусной и закреплена на боковой площадке 9 направляющей рамки 7, а стрелка 15 на оси 16 шестерни 12, дополнительный стрелочный индикатор 17, шкала 18 которая выполнена минутной и расположена на верхней площадке 8 направляющей рамки 7, а стрелка 19 на конце регулировочного микрометрического винта 10.

Стрелочный индикатор 13, поворотное основание 1, уровень 4, ампула 5, направляющая рамка 7, регулировочный микрометрический винт 10, червяк 11 с шестерней 12 и дополнительный стрелочный индикатор 17 образуют узел измерения отклонения геометрического параметра лопаток 20 лопаточного колеса в заданном сечении, в частности величины угла хорды ее пера относительно горизонта.

Кроме того, устройство содержит опорный узел для лопатки 20 лопаточного колеса, который включает в себя жестко закрепленную на базовом основании 1 линейку 21 с опорной плоскостью 22, корпус 23, установленный на линейке 21 подвижно с возможностью фиксации винтом 24, двухрожковую призму 25 и прижимную пружину 26, установленные в корпусе 23. Устройство также содержит червячную пару, шестерня 27 которая закреплена своей осью вращения 28 на базовом основании 1, выполнена градусной и жестко связана с поворотным основанием 2 для установки последнего по горизонтали и фиксации угла хорды пера контрольной лопатки между поворотным основанием 2 и линейкой 21, и червяк 29, закрепленный на базовом основании 1 упором 30, установленным на боковой поверхности линейки 21 для измерений на заданном сечении лопатки 20 лопаточного колеса турбины, и наконечником 31, закрепленным на передней части линейки 21, которая выполнена с отверстиями 32 для упора 30.

Для осуществления способа балансировки лопаточного колеса машины, в частности турбины, устройство работает следующим образом.

Подбором длины упора 30, вворачиваемого в одно из отверстий 32, выполненных резьбовыми, выбирают сечение лопатки 20, подлежащее замеру угла хорды пера. Устанавливают двухрожковую призму 25 на переднюю кромку лопатки 20 таким образом, чтобы прижимная пружина 26 охватывала лопатку 20 со стороны ее спинки.

Выворачивают винт 24 и перемещают линейку 21 относительно корпуса 23 до момента, когда заданная кромка лопатки 20 будут в контакте с наконечником 32. После чего винтом 24 фиксируют корпус 23 с двухрожковыми призмами 25 на линейке 21. Перемещают двухрожковую призму 25 с линейкой 21 вдоль передней кромки лопатки 20 до тех пор, пока упор 31 не будет упираться на комлиевую площадку лопатки 20 или на межлопаточный венец диска. Вращая микрометрический винт 10 добиваются совмещения стрелки 15 с цифрой 0 на градусной шкале 14 индикатора 13. При этом стрелка 18 минутной шкалы 17 дополнительного стрелочного индикатора 17 также совместится с нулевой отметкой шкалы 17. После этого относительно горизонта измеряют угол хорды выбранной контрольной лопатки, вращением червяка 29 приводит в движение поворотное основание 2 и перемещают его до положения, когда пузырек 6 воздуха окажется между рисками в центре ампулы 5 уровня 4, и фиксируют измеренный угол хорды контрольной лопатки относительно горизонта. На этом заканчивается настройка узла измерения отклонения геометрического параметра лопаток лопаточного колеса в заданном сечении.

Переставляют узел измерения в то же выбранное сечение соседней (второй) лопатки 20 и поворачивают диск лопаточного колеса на плите на величину межлопаточного угла, чтобы измеряемая лопатка 20 заняла азимутальное положение предыдущей лопатки 20. На последующих лопатках измеряют разницу угла установки лопаток относительно контрольной и производят юстировку положения уровня 4 при перестановках узла измерения на измеряемых лопатках.

Если при этом пузырек 6 воздуха ампулы 5 окажется между рисками в центре уровня 4, то это означает, что угол хорды пера измеряемой лопатки 20 равен углу хорды пера контрольной лопатки. Если пузырек 6 воздуха окажется смещенным от центра ампулы 5, то перемещают микрометрический винт 10, поворачивая уровень 4 относительно горизонта до момента, когда пузырек 6 вновь окажется в центре ампулы 5, при этом угол между поворотным основанием 2 и опорной плоскостью 22 равен по величине углу установки контрольной лопатки относительно горизонта, а угол между уровнем 4 и поворотным основанием 2 равен разности угла хорды пера измеренной лопатки 20 относительно контрольной. По шкале 18 напротив стрелки 19 считывают величину угла, на которую хорда пера измеряемой лопатки отличается от угла хорды пера контрольной лопатки. При этом следует иметь в виду, что если стрелка 19 микрометрического винта 10 сделала больше одного полного оборота, то по стрелке 15 градусной шкалы 14 можно прочесть количество градусов и к ним прибавить количество минут по минутной шкале 18. Лопатке присваивают номер с относительным углом. Вращением микрометрического винта 10 в обратную сторону возвращают стрелку 19 в исходное (нулевое) положение. Переставляют узел измерения на третью лопатку 20 и повторяют все вышеперечисленные операции, занося в протокол показания стрелок 15 и 19 по шкалам 14, 18.

После обмера половины лопаток диска показания обмера следует половины лопаток заносят в протокол во второй столбец и далее повторяют измерения углов хорды пера всех оставшихся лопаток. После обмера всех лопаток узел измерения устанавливают на первую лопатку для подтверждения нулевого показания. Если при этом пузырек 6 окажется в центре ампулы 5, то значит, что ошибки нуля на измерителе не произошло.

Если же на первой лопатке пузырек 6 не вернулся в центр ампулы 5, то это свидетельствует о сбивке нуля, и тогда требуется повторить все замеры.

Сравнивают результаты измерений, занесенных в таблицу во второй столбец, напротив номеров лопаток первого столбца, а затем производят подбор попарных лопаток с заданным допуском на алгебраическую сумму их разностей углов хорды.

Если эта разность по каждой паре лопаток превышает заранее заданный допуск в угловых минутах, то производят попарную сортировку лопаток по углу хорды пера, добирая лопатки с различием в углах в пределах допуска измеряемого в угловых минутах. Подобранные лопатки переставляют в диске противоположно друг другу. При этом подбор соседних пар лопаток производят из условия получения постепенного сначала увеличения в секторах диска лопаточного колеса с углом сектора, меняющимся от 0 до 90^o и от 180 до 270^o, а затем постепенного уменьшения в секторах диска от 90 до 180^o и от 270 до 360^o диффузорности межлопаточных каналов, что снижает вероятность срыва потока газа с корытца или спинки лопаток.

Использование: способ балансировки лопаточного колеса машины и устройство для определения геометрических параметров лопаток лопаточного колеса машины. Сущность изобретения: лопаточное колесо устанавливают горизонтально, выбирают контрольную лопатку и измеряют величину угла хорды ее пера относительно горизонта посредством узла измерения отклонения геометрического параметра лопаток лопаточного колеса в заданном сечении. Переставляя узел измерения в то же выбранное сечение последующих лопаток измеряют разницу угла установки лопаток относительно контрольной, сравнивают результаты измерений, а затем производят подбор попарных лопаток с заданным допуском на алгебраическую сумму их разностей углов хорды. 2 с. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ балансировки лопаточного колеса машины, заключающийся в том, что измеряют отклонение геометрического параметра лопаток лопаточного колеса в заданном сечении лопатки путем сравнения геометрического параметра каждой лопатки с геометрическим параметром контрольной лопатки, сортируют лопатки с последующим попарным отбором лопаток с близкими величинами измеряемого отклонения с учетом заданного на отклонение допуска и устанавливают лопатки с близким параметром во взаимно противоположных пазах диска лопаточного колеса, отличающийся тем, что лопаточное колесо устанавливают горизонтально и выбирают контрольную лопатку из числа его лопаток и измеряют величину угла хорды ее пера относительно горизонта, при этом в качестве упомянутого геометрического параметра используют угол хорды пера каждой лопатки, а допуск задают на алгебраическую сумму разностей углов хорд пера контрольной лопатки и сравниваемой с ней, а отбор соседних пар лопаток производят из условия постепенного увеличения диффузорности межлопаточных каналов в секторах диска лопаточного колеса с углом сектора, меняющимся от 0 до 90^o и от 180 до 270^o, а затем постепенного уменьшения диффузорности межлопаточных каналов в секторах диска с углом сектора, меняющимся от 90 до 180^o и от 270 до 360^o. 2. Устройство для определения геометрических параметров лопаток лопаточного колеса машины, преимущественно турбины, содержащее базовое основание, связанный с ним опорный узел для лопатки лопаточного колеса, подвижный относительно базового основания узел измерения отклонения геометрического параметра лопаток лопаточного колеса в заданном сечении, включающий в себя стрелочный индикатор, отличающееся тем, что узел измерения отклонения геометрического параметра лопаток лопаточного колеса в заданном сечении включает в себя закрепленные посредством горизонтальной оси на базовом основании поворотное основание и уровень, установленную в последнем ампулу с пузырьком и расположенную на его свободном конце направляющую рамку, выполненную с верхней и боковой площадками, регулировочный микрометрический винт для контакта с поворотным основанием, установленный в этой рамке по оси, перпендикулярной продольной оси ампулы с пузырьком, для юстировки положения уровня, червячную пару, червяк которой связан с микрометрическим винтом, дополнительный стрелочный индикатор, шкала которого выполнена минутной и расположена на верхней площадке направляющей рамки, а стрелка на конце регулировочного микрометрического винта, причем шкала основного стрелочного индикатора выполнена градусной и закреплена на боковой площадке направляющей рамки, а его стрелка на оси шестерни червячной пары, опорный узел для лопатки лопаточного колеса включает в себя линейку с опорной плоскостью, корпус, установленный на линейке подвижно с возможностью фиксации, двухрожковую призму и прижимную пружину, установленные в корпусе, при этом устройство снабжено приводом поворотного основания, включающего в себя червячную пару, шестерня которой закреплена своей осью вращения на базовом основании, выполнена с градусной шкалой и жестко связана с поворотным основанием для установки последнего по горизонтали и фиксации угла хорды пера контрольной лопатки между поворотным основанием и упомянутой линейкой. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что линейка опорного узла лопатки лопаточного колеса жестко закреплена на базовом основании, а устройство снабжено упором, установленным на боковой поверхности линейки для измерений на заданном сечении лопатки лопаточного колеса, и стопорным винтом для фиксации корпуса на линейке.