[发明专利]一种闭式叶轮的无损测绘方法

说明书

技术领域

  本发明涉及一种叶轮的测绘方法，尤其涉及一种闭式叶轮的无损测绘方法，属于测量技术领域。 

背景技术

  叶轮是泵的重要组成构件，在泵的使用过程中，叶轮高速旋转且与液体直接接触，其表面极易受到磨损和腐蚀，需要经常更换。由于各种泵的叶轮形状、尺寸都不一样，无法通用，通常只能从厂家购买新叶轮更换，但其成本较高，尤其是进口泵的成本更高。因此很多时候需要对现有叶轮进行测绘，再根据测绘得到的叶轮叶片的空间形状，自行加工新叶轮进行更换，这样可以显著节约使用和维修成本，并缩短维修时间，特别是解决进口泵的维修难题。同时，在泵的国产化及其它科研活动中，也需要对泵的水力元件进行测绘，而叶轮的测绘，是其中最重要也是难度最大的一部分。 

  叶轮一般分为开式、半开式和闭式叶轮三种形式，其中闭式叶轮主要由前盖板、后盖板、轮毂和若干叶片组成，叶轮的前后盖板将叶片与轮毂夹在中间，构成一个整体结构。叶片一般有圆柱形和扭曲形两种，其中扭曲形叶片的水动力性能优异、效率高、汽蚀性能好，是叶片的主要形状，但空间扭曲的叶轮叶片的形状测绘难度较大。对闭叶轮进行测绘时，轮毂与盖板一般分别有着一致的厚度，通过普通的三坐标测量仪测绘盖板外表面，可以得到盖板和轮毂的三维模型，但叶片位于前后盖板中间，通用的三坐标测量仪只能测得叶片在进出口两端一小部分的形状，而进出口以内的内部形状由于腔体狭小、弯曲、扭曲，即便采用万向激光三维测量仪，也几乎不可能直接测得。 

  现有闭式叶轮的测绘方法一般分为有损测绘和无损测绘两种方法。有损测绘方法需将叶轮的前（或后）盖板车削掉，对暴露在外的叶片进行直接三坐标测量。有损测绘方法简单、直接、精确度高，缺点是必须破坏被测绘叶轮，对于一些具有使用或科研价值、不宜破坏的叶轮不能采用，并且车削盖板受到车削加工条件的限制，不能普遍应用。 

  闭式叶轮的无损测绘，一般采用无损测绘加拟合设计法。该方法只需测得叶轮叶片的若干重要参数，如：进口直径、外径、出口宽度、出口角等，再通过水力计算与己知参数的对比分析，设计出整个叶片的三维形状。该方法测绘工作量小、测绘难度低，但需要有一定设计水平的专业人员进行设计拟合，计算与分析工作量大，且拟合完成的叶轮与原叶轮无法进行尺寸对比，工作量与过程更接近于重新设计。 

  闭式叶轮的无损测绘还可以采用塑模法，对于大流量低压头的闭式叶轮，由于叶轮腔室出口宽度大，流道长度短，可以向叶轮腔室填充制模材料，待其固化成型后取出，得到叶轮内部腔室模型，可直接利用三维测量仪进行测绘。本方法可以方便地测绘叶轮内部流道曲面形状，无须破坏叶轮结构，也不需要进行拟合设计计算，操作简单、精度高。但是，为方便从空间扭曲的叶片腔室内取出模型，所选用的塑模材料必须是高弹性的材料，但高弹性材料制作的模型硬度低，在进行测量时，由于自身重力作用极易产生变形，从而导致测量精度降低，特别是对于狭长流道的叶轮，由于变形量过大，则根本不能采用此方法。 

发明内容

  本发明的目的是针对现有闭式叶轮的测绘方法存在的有损测绘需破坏叶轮结构，无损测绘的设计拟合难度大、计算分析工作量大，塑模法测绘的模型变形过大而影响测绘精度的缺陷与不足，提供一种新的闭式叶轮的无损测绘方法，对自叶轮腔室填充固化制得的凸模，放入相同密度的液体内再次固化成型得到凹模，从而基本消除自身重力导致的模型的弹性变形，显著提高测绘精度，其操作简单、技术难度低、准确度高。 

  为实现以上目的，本发明的技术解决方案是： 

一种闭式叶轮的无损测绘方法，包括以下步骤：

A．腔室进出口测绘，选定任意一个叶轮叶片腔室并对其进出口进行测绘，得到所述叶片腔室的进出口点云曲面，所述点云曲面包含叶轮中心点；

B．填充固化，将所述叶片腔室的一端密封，自另一端填充高弹性液态制模剂，待所述高弹性液态制模剂固化成型后取出，得到叶片腔室凸模；

C．曲面复现，将步骤B得到的叶片腔室凸模的表面涂覆隔离剂，放入液体池内，所述液体池内的液体与所述高弹性液态制模剂的材料密度相同，敲击振动凸模使其全部进入池内液体中； 

D．剖分测绘，待液体池内的液体固化后，沿凸模的最大横截面剖开池内固化液体，并取出叶片腔室凸模，得到液体池内的叶片腔室凹模，然后对所得的叶片腔室凹模进行测绘，得到叶片腔室点云曲面；