專利名稱：一種閉式葉輪的無損測繪方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種葉輪的測繪方法，尤其涉及一種閉式葉輪的無損測繪方法，屬于測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
葉輪是泵的重要組成構(gòu)件，在泵的使用過程中，葉輪高速旋轉(zhuǎn)且與液體直接接觸， 其表面極易受到磨損和腐蝕，需要經(jīng)常更換。由于各種泵的葉輪形狀、尺寸都不一樣，無法通用，通常只能從廠家購買新葉輪更換，但其成本較高，尤其是進(jìn)口泵的成本更高。因此很多時(shí)候需要對現(xiàn)有葉輪進(jìn)行測繪，再根據(jù)測繪得到的葉輪葉片的空間形狀，自行加工新葉輪進(jìn)行更換，這樣可以顯著節(jié)約使用和維修成本，并縮短維修時(shí)間，特別是解決進(jìn)口泵的維修難題。同時(shí)，在泵的國產(chǎn)化及其它科研活動(dòng)中，也需要對泵的水力元件進(jìn)行測繪，而葉輪的測繪，是其中最重要也是難度最大的一部分。葉輪一般分為開式、半開式和閉式葉輪三種形式，其中閉式葉輪主要由前蓋板、后蓋板、輪轂和若干葉片組成，葉輪的前后蓋板將葉片與輪轂夾在中間，構(gòu)成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。 葉片一般有圓柱形和扭曲形兩種，其中扭曲形葉片的水動(dòng)力性能優(yōu)異、效率高、汽蝕性能好，是葉片的主要形狀，但空間扭曲的葉輪葉片的形狀測繪難度較大。對閉葉輪進(jìn)行測繪時(shí)，輪轂與蓋板一般分別有著一致的厚度，通過普通的三坐標(biāo)測量儀測繪蓋板外表面，可以得到蓋板和輪轂的三維模型，但葉片位于前后蓋板中間，通用的三坐標(biāo)測量儀只能測得葉片在進(jìn)出口兩端一小部分的形狀，而進(jìn)出口以內(nèi)的內(nèi)部形狀由于腔體狹小、彎曲、扭曲，即便采用萬向激光三維測量儀，也幾乎不可能直接測得。現(xiàn)有閉式葉輪的測繪方法一般分為有損測繪和無損測繪兩種方法。有損測繪方法需將葉輪的前(或后)蓋板車削掉，對暴露在外的葉片進(jìn)行直接三坐標(biāo)測量。有損測繪方法簡單、直接、精確度高，缺點(diǎn)是必須破壞被測繪葉輪，對于一些具有使用或科研價(jià)值、不宜破壞的葉輪不能采用，并且車削蓋板受到車削加工條件的限制，不能普遍應(yīng)用。閉式葉輪的無損測繪，一般采用無損測繪加擬合設(shè)計(jì)法。該方法只需測得葉輪葉片的若干重要參數(shù)，如進(jìn)口直徑、外徑、出口寬度、出口角等，再通過水力計(jì)算與己知參數(shù)的對比分析，設(shè)計(jì)出整個(gè)葉片的三維形狀。該方法測繪工作量小、測繪難度低，但需要有一定設(shè)計(jì)水平的專業(yè)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)擬合，計(jì)算與分析工作量大，且擬合完成的葉輪與原葉輪無法進(jìn)行尺寸對比，工作量與過程更接近于重新設(shè)計(jì)。閉式葉輪的無損測繪還可以采用塑模法，對于大流量低壓頭的閉式葉輪，由于葉輪腔室出口寬度大，流道長度短，可以向葉輪腔室填充制模材料，待其固化成型后取出，得到葉輪內(nèi)部腔室模型，可直接利用三維測量儀進(jìn)行測繪。本方法可以方便地測繪葉輪內(nèi)部流道曲面形狀，無須破壞葉輪結(jié)構(gòu)，也不需要進(jìn)行擬合設(shè)計(jì)計(jì)算，操作簡單、精度高。但是， 為方便從空間扭曲的葉片腔室內(nèi)取出模型，所選用的塑模材料必須是高彈性的材料，但高彈性材料制作的模型硬度低，在進(jìn)行測量時(shí)，由于自身重力作用極易產(chǎn)生變形，從而導(dǎo)致測量精度降低，特別是對于狹長流道的葉輪，由于變形量過大，則根本不能采用此方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有閉式葉輪的測繪方法存在的有損測繪需破壞葉輪結(jié)構(gòu)， 無損測繪的設(shè)計(jì)擬合難度大、計(jì)算分析工作量大，塑模法測繪的模型變形過大而影響測繪精度的缺陷與不足，提供一種新的閉式葉輪的無損測繪方法，對自葉輪腔室填充固化制得的凸模，放入相同密度的液體內(nèi)再次固化成型得到凹模，從而基本消除自身重力導(dǎo)致的模型的彈性變形，顯著提高測繪精度，其操作簡單、技術(shù)難度低、準(zhǔn)確度高。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 一種閉式葉輪的無損測繪方法，包括以下步驟
A.腔室進(jìn)出口測繪，選定任意一個(gè)葉輪葉片腔室并對其進(jìn)出口進(jìn)行測繪，得到所述葉片腔室的進(jìn)出口點(diǎn)云曲面，所述點(diǎn)云曲面包含葉輪中心點(diǎn)；
B.填充固化，將所述葉片腔室的一端密封，自另一端填充高彈性液態(tài)制模劑，待所述高彈性液態(tài)制模劑固化成型后取出，得到葉片腔室凸模；
C.曲面復(fù)現(xiàn)，將步驟B得到的葉片腔室凸模的表面涂覆隔離劑，放入液體池內(nèi)，所述液體池內(nèi)的液體與所述高彈性液態(tài)制模劑的材料密度相同，敲擊振動(dòng)凸模使其全部進(jìn)入池內(nèi)液體中；
D.剖分測繪，待液體池內(nèi)的液體固化后，沿凸模的最大橫截面剖開池內(nèi)固化液體，并取出葉片腔室凸模，得到液體池內(nèi)的葉片腔室凹模，然后對所得的葉片腔室凹模進(jìn)行測繪，得到葉片腔室點(diǎn)云曲面；
E.點(diǎn)云拼合，將步驟D得到的葉片腔室的點(diǎn)云曲面與步驟A得到的葉片腔室進(jìn)出口的點(diǎn)云曲面相拼接，形成完整的扭曲葉片內(nèi)部腔室曲面，完成葉輪測繪。一種閉式葉輪的測繪方法，所述步驟B中的液態(tài)制模劑為液態(tài)橡膠。一種閉式葉輪的測繪方法，所述步驟B中的液態(tài)制模劑為液態(tài)室溫硫化硅橡膠。一種閉式葉輪的測繪方法，步驟C中所述的液體池內(nèi)的液體與步驟B中所述的高彈性液態(tài)制模劑的材料相同。一種閉式葉輪的測繪方法，所述步驟C中的隔離劑為硫化鉬隔離劑。一種閉式葉輪的測繪方法，所述步驟C中，振動(dòng)凸模的時(shí)間為2 10分鐘。一種閉式葉輪的測繪方法，所述步驟B中還包括步驟Bl
Bi.所述葉片腔室內(nèi)的一端密封后，先自另一端插入填充棒，然后填充液態(tài)制模劑，待液態(tài)制模劑固化成型后，先抽出填充棒，再取出成型的葉片腔室凸模。一種閉式葉輪的測繪方法，所述填充棒的直徑為葉片腔室出口截面直徑的1/3 1/2，長度大于葉片腔室的長度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為
1.本發(fā)明的塑模測繪法，對于在葉片腔室內(nèi)填充成型的腔室凸模，放置于相同密度的液體池內(nèi)，根據(jù)浮力定律，凸模受到與自身重力相等的浮力，因而凸模受到的浮力抵銷了其重力，也消除了重力產(chǎn)生的彈性變形，從而使凸模以及液體池內(nèi)形成的凹模精確復(fù)現(xiàn)了葉輪腔室的曲面形狀，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的測繪，其測繪精度高，能滿足使用要求。2.本發(fā)明的塑模測繪法，從葉片腔室填充成型的凸模不直接用于測繪，而是以此為模型再次固化成型同類液態(tài)制模劑，得到葉片腔室的凹模，然后對凹模進(jìn)行測繪，由于重力作用導(dǎo)致凹模的彈性變形遠(yuǎn)小于凸模的彈性變形，因而采用凹模進(jìn)行測繪，能有效提高測繪精度。3.在葉片腔室內(nèi)填充彈性成模劑之前，先插入填充棒，在取出葉片腔室凸模前， 先抽出填充棒，從而使葉片腔室凸模向內(nèi)部中空部分適度收縮，以方便取出凸模。4.本發(fā)明葉輪塑模無損測繪法，由于消除了模型重力導(dǎo)致的彈性變形，因而能夠適用于普通塑模法不能測繪的狹長流道的葉輪，從而能廣泛適用各類葉輪的塑模無損測繪，且操作簡單、技術(shù)難度低、測繪精度高。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明提供的閉式葉輪的無損測繪方法，屬于塑模無損測繪法，包括由A至E的步驟
A.腔室進(jìn)出口測繪。選定任意一個(gè)葉輪葉片腔室對其進(jìn)出口進(jìn)行測繪，得到該葉片腔室進(jìn)出口點(diǎn)云曲面，該點(diǎn)云曲面包含葉輪中心點(diǎn)。步驟A中，對葉片腔室的進(jìn)出口進(jìn)行的測繪，可采用普通的三坐標(biāo)測量儀，測量時(shí)應(yīng)盡量深入腔室，得到的測繪點(diǎn)云曲面含有的葉輪中心點(diǎn)，作為與后續(xù)步驟得到的葉片腔室點(diǎn)云曲面進(jìn)行拼接的定位點(diǎn)。B.填充固化。將所述葉片腔室的一端密封，自另一端填充高彈性液態(tài)制模劑，待所述高彈性液態(tài)劑固化成型后取出，得到葉片腔室凸模。步驟B中，高彈性液態(tài)制模劑要求有較高的彈性，以便于從空間扭曲的葉片腔室中取出，為保證制模效果，高彈性液態(tài)制模劑可選用液態(tài)橡膠，優(yōu)選液態(tài)室溫硫化硅橡膠。步驟B中，葉片腔的密封可以使用小木板、小木塊及膠合劑進(jìn)行封堵，封堵位置控制在可直接測繪區(qū)域以內(nèi)；密封時(shí)，將葉輪立放，封堵腔室的出口朝上；為方便灌入制模劑，還可以在葉片出口附近用紙板圍成一個(gè)漏頭口。步驟B中，為進(jìn)一步方便從空間扭曲的葉片腔室中取出凸模，還可以在葉片腔室內(nèi)的一端密封后，首先自另一端插入填充棒，然后再填充液態(tài)制模劑，待液態(tài)制模劑固化成型后，先抽出填充棒，再取出成型的葉片腔室凸模。液態(tài)制模劑固化成型抽出填充棒后，凸模可以向內(nèi)部變形收縮，可以方便地從葉片腔室中取出。填充棒的直徑可以為葉片腔室出口截面直徑的1/3 1/2，長度應(yīng)大于葉片腔室的長度。取出凸模時(shí)，可以抓住漏頭口處的硅膠將其整個(gè)拔出，清理掉其上粘結(jié)的雜物，切掉漏頭口硅膠，保留一點(diǎn)葉輪外緣棱痕，方便后續(xù)拼合定位，使其僅表現(xiàn)內(nèi)部腔室形狀。C.曲面復(fù)現(xiàn)，將步驟B得到的葉片腔室凸模的表面涂覆隔離劑，放入液體池內(nèi)，所述液體池內(nèi)的液體與所述高彈性液態(tài)制模劑的材料密度相同，敲擊振動(dòng)凸模使其全部進(jìn)入池內(nèi)液體中。步驟C的目的是克服硅膠凸模取出后由于重力所產(chǎn)生的變形。為方便從空間扭曲的葉片腔室內(nèi)取出模型，所選用的塑模材料必須是高彈性的材料，但高彈性材料制作的模型硬度低，在進(jìn)行測量時(shí)，由于自身重力作用極易產(chǎn)生變形，從而導(dǎo)致測量精度降低。本發(fā)明的塑模測繪法，對于在葉片腔室內(nèi)填充成型的腔室凸模，放置于相同密度的液體池內(nèi)，根據(jù)浮力定律，凸模受到與自身重力相等的浮力，因而凸模受到的浮力抵銷了其重力，也消除了重力產(chǎn)生的彈性變形，從而使凸模以及液體池內(nèi)形成的凹模精確復(fù)現(xiàn)了葉輪腔室的曲面形狀，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的測繪，其測繪精度高，能滿足使用要求。步驟C中，液體池內(nèi)的液體還可以選用與步驟B中高彈性液態(tài)制模劑相同的材料， 既保證其密度相同，又方便其選用。步驟C中，凸模表面涂覆的隔離劑優(yōu)選二硫化鉬隔離劑，其潤滑隔離效果好。步驟C中，將凸模放入液態(tài)硅膠池中后，應(yīng)立刻進(jìn)行敲擊振動(dòng)，以使凸模硅膠克服液態(tài)硅膠的粘性力，并處于完全自由狀態(tài)。振動(dòng)凸模的時(shí)間可以為2 10分鐘。D.剖分測繪，待液體池內(nèi)的液體固化后，沿凸模的最大橫截面剖開池內(nèi)固化液體， 并取出葉片腔室凸模，得到液體池內(nèi)的葉片腔室凹模，然后對所得的葉片腔室凹模進(jìn)行測繪，得到葉片腔室點(diǎn)云曲面。步驟D中，切開液體池內(nèi)的固化液體時(shí)，應(yīng)從凸模最大截面方向與位置處入刀，盡量不要破壞最大截面以下的內(nèi)部凸模硅膠體。步驟D中，測繪時(shí)可將凹模硅膠的剖分體內(nèi)部朝上放在三坐標(biāo)測繪儀上進(jìn)行測繪，測繪時(shí)應(yīng)對外緣棱痕進(jìn)行取點(diǎn)，作為徑向定位基準(zhǔn)。E.點(diǎn)云拼合，將步驟D得到的葉片腔室的點(diǎn)云曲面與步驟A得到的葉片腔室進(jìn)出口的點(diǎn)云曲面相拼接，形成完整的扭曲葉片內(nèi)部腔室曲面，完成葉輪測繪。上面對本發(fā)明的實(shí)施例做了具體說明，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨前提下做出各種變化，如用于圓柱形葉片葉輪、從葉輪吸口進(jìn)行澆固等。
權(quán)利要求
1.一種閉式葉輪的無損測繪方法，其特征在于包括以下步驟A.腔室進(jìn)出口測繪，選定任意一個(gè)葉輪葉片腔室并對其進(jìn)出口進(jìn)行測繪，得到所述葉片腔室的進(jìn)出口點(diǎn)云曲面，所述點(diǎn)云曲面包含葉輪中心點(diǎn)；B.填充固化，將所述葉片腔室的一端密封，自另一端填充高彈性液態(tài)制模劑，待所述高彈性液態(tài)制模劑固化成型后取出，得到葉片腔室凸模；C.曲面復(fù)現(xiàn)，將步驟B得到的葉片腔室凸模的表面涂覆隔離劑，放入液體池內(nèi)，所述液體池內(nèi)的液體與所述高彈性液態(tài)制模劑的材料密度相同，敲擊振動(dòng)凸模使其全部進(jìn)入池內(nèi)液體中；D.剖分測繪，待液體池內(nèi)的液體固化后，沿凸模的最大橫截面剖開池內(nèi)固化液體，并取出葉片腔室凸模，得到液體池內(nèi)的葉片腔室凹模，然后對所得的葉片腔室凹模進(jìn)行測繪，得到葉片腔室點(diǎn)云曲面；E.點(diǎn)云拼合，將步驟D得到的葉片腔室的點(diǎn)云曲面與步驟A得到的葉片腔室進(jìn)出口的點(diǎn)云曲面相拼接，形成完整的扭曲葉片內(nèi)部腔室曲面，完成葉輪測繪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閉式葉輪的無損測繪方法，其特征在于所述步驟B中的液態(tài)制模劑為液態(tài)橡膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閉式葉輪的無損測繪方法，其特征在于所述步驟B中的液態(tài)制模劑為液態(tài)室溫硫化硅橡膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閉式葉輪的無損測繪方法，其特征在于步驟C中所述的液體池內(nèi)的液體與步驟B中所述的高彈性液態(tài)制模劑的材料相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閉式葉輪的無損測繪方法，其特征在于所述步驟C中的隔離劑為硫化鉬隔離劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閉式葉輪的無損測繪方法，其特征在于所述步驟C中， 振動(dòng)凸模的時(shí)間為2 10分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閉式葉輪的無損測繪方法，其特征在于所述步驟B中還包括步驟Bl Bi.所述葉片腔室內(nèi)的一端密封后，先自另一端插入填充棒，然后填充液態(tài)制模劑，待液態(tài)制模劑固化成型后，先抽出填充棒，再取出成型的葉片腔室凸模。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種閉式葉輪的無損測繪方法，其特征在于所述填充棒的直徑為葉片腔室出口截面直徑的1/3 1/2，長度大于葉片腔室的長度。
全文摘要
一種閉式葉輪的無損測繪方法，包括以下步驟A．選定一個(gè)葉輪葉片腔室并對其進(jìn)出口進(jìn)行測繪，得到進(jìn)出口點(diǎn)云曲面B．向葉片腔室填充高彈性液態(tài)制模劑，固化成型后取出，得到葉片腔室凸模；C．將凸模涂覆隔離劑后放入相同密度的液體池內(nèi)，待池內(nèi)液體固化后取出，得到液體池內(nèi)的葉片腔室凹模；D．對葉片腔室凹模進(jìn)行測繪，得到葉片腔室點(diǎn)云曲面；E．將葉片腔室點(diǎn)云曲面與進(jìn)出口點(diǎn)云曲面相拼接，形成完整的葉片腔室曲面，完成葉輪測繪。本發(fā)明提供的閉式葉輪的無損測繪方法，將自葉輪腔室填充固化制得的凸模，放入相同密度的液體內(nèi)再次固化成型得到凹模，從而基本消除自身重力引起的彈性變形，顯著提高測繪精度，且操作簡單、技術(shù)難度低。
文檔編號(hào)F04D15/00GK102434470SQ20111036802
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者丁元亮, 吳震宇, 方兵, 羅曉寧, 陳斌 申請人:武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司