专利名称：一种闭式叶轮的无损测绘方法
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；
E.点云拼合，将步骤D得到的叶片腔室的点云曲面与步骤A得到的叶片腔室进出口的点云曲面相拼接，形成完整的扭曲叶片内部腔室曲面，完成叶轮测绘。一种闭式叶轮的测绘方法，所述步骤B中的液态制模剂为液态橡胶。一种闭式叶轮的测绘方法，所述步骤B中的液态制模剂为液态室温硫化硅橡胶。一种闭式叶轮的测绘方法，步骤C中所述的液体池内的液体与步骤B中所述的高弹性液态制模剂的材料相同。一种闭式叶轮的测绘方法，所述步骤C中的隔离剂为硫化钼隔离剂。一种闭式叶轮的测绘方法，所述步骤C中，振动凸模的时间为2 10分钟。一种闭式叶轮的测绘方法，所述步骤B中还包括步骤Bl
Bi.所述叶片腔室内的一端密封后，先自另一端插入填充棒，然后填充液态制模剂，待液态制模剂固化成型后，先抽出填充棒，再取出成型的叶片腔室凸模。一种闭式叶轮的测绘方法，所述填充棒的直径为叶片腔室出口截面直径的1/3 1/2，长度大于叶片腔室的长度。与现有技术相比，本发明的有益效果为
1.本发明的塑模测绘法，对于在叶片腔室内填充成型的腔室凸模，放置于相同密度的液体池内，根据浮力定律，凸模受到与自身重力相等的浮力，因而凸模受到的浮力抵销了其重力，也消除了重力产生的弹性变形，从而使凸模以及液体池内形成的凹模精确复现了叶轮腔室的曲面形状，在此基础上进行的测绘，其测绘精度高，能满足使用要求。2.本发明的塑模测绘法，从叶片腔室填充成型的凸模不直接用于测绘，而是以此为模型再次固化成型同类液态制模剂，得到叶片腔室的凹模，然后对凹模进行测绘，由于重力作用导致凹模的弹性变形远小于凸模的弹性变形，因而采用凹模进行测绘，能有效提高测绘精度。3.在叶片腔室内填充弹性成模剂之前，先插入填充棒，在取出叶片腔室凸模前， 先抽出填充棒，从而使叶片腔室凸模向内部中空部分适度收缩，以方便取出凸模。4.本发明叶轮塑模无损测绘法，由于消除了模型重力导致的弹性变形，因而能够适用于普通塑模法不能测绘的狭长流道的叶轮，从而能广泛适用各类叶轮的塑模无损测绘，且操作简单、技术难度低、测绘精度高。
具体实施例方式以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明提供的闭式叶轮的无损测绘方法，属于塑模无损测绘法，包括由A至E的步骤
A.腔室进出口测绘。选定任意一个叶轮叶片腔室对其进出口进行测绘，得到该叶片腔室进出口点云曲面，该点云曲面包含叶轮中心点。步骤A中，对叶片腔室的进出口进行的测绘，可采用普通的三坐标测量仪，测量时应尽量深入腔室，得到的测绘点云曲面含有的叶轮中心点，作为与后续步骤得到的叶片腔室点云曲面进行拼接的定位点。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，待所述高弹性液态剂固化成型后取出，得到叶片腔室凸模。步骤B中，高弹性液态制模剂要求有较高的弹性，以便于从空间扭曲的叶片腔室中取出，为保证制模效果，高弹性液态制模剂可选用液态橡胶，优选液态室温硫化硅橡胶。步骤B中，叶片腔的密封可以使用小木板、小木块及胶合剂进行封堵，封堵位置控制在可直接测绘区域以内；密封时，将叶轮立放，封堵腔室的出口朝上；为方便灌入制模剂，还可以在叶片出口附近用纸板围成一个漏头口。步骤B中，为进一步方便从空间扭曲的叶片腔室中取出凸模，还可以在叶片腔室内的一端密封后，首先自另一端插入填充棒，然后再填充液态制模剂，待液态制模剂固化成型后，先抽出填充棒，再取出成型的叶片腔室凸模。液态制模剂固化成型抽出填充棒后，凸模可以向内部变形收缩，可以方便地从叶片腔室中取出。填充棒的直径可以为叶片腔室出口截面直径的1/3 1/2，长度应大于叶片腔室的长度。取出凸模时，可以抓住漏头口处的硅胶将其整个拔出，清理掉其上粘结的杂物，切掉漏头口硅胶，保留一点叶轮外缘棱痕，方便后续拼合定位，使其仅表现内部腔室形状。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。步骤C的目的是克服硅胶凸模取出后由于重力所产生的变形。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。本发明的塑模测绘法，对于在叶片腔室内填充成型的腔室凸模，放置于相同密度的液体池内，根据浮力定律，凸模受到与自身重力相等的浮力，因而凸模受到的浮力抵销了其重力，也消除了重力产生的弹性变形，从而使凸模以及液体池内形成的凹模精确复现了叶轮腔室的曲面形状，在此基础上进行的测绘，其测绘精度高，能满足使用要求。步骤C中，液体池内的液体还可以选用与步骤B中高弹性液态制模剂相同的材料， 既保证其密度相同，又方便其选用。步骤C中，凸模表面涂覆的隔离剂优选二硫化钼隔离剂，其润滑隔离效果好。步骤C中，将凸模放入液态硅胶池中后，应立刻进行敲击振动，以使凸模硅胶克服液态硅胶的粘性力，并处于完全自由状态。振动凸模的时间可以为2 10分钟。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。步骤D中，切开液体池内的固化液体时，应从凸模最大截面方向与位置处入刀，尽量不要破坏最大截面以下的内部凸模硅胶体。步骤D中，测绘时可将凹模硅胶的剖分体内部朝上放在三坐标测绘仪上进行测绘，测绘时应对外缘棱痕进行取点，作为径向定位基准。E.点云拼合，将步骤D得到的叶片腔室的点云曲面与步骤A得到的叶片腔室进出口的点云曲面相拼接，形成完整的扭曲叶片内部腔室曲面，完成叶轮测绘。上面对本发明的实施例做了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨前提下做出各种变化，如用于圆柱形叶片叶轮、从叶轮吸口进行浇固等。
权利要求
1.一种闭式叶轮的无损测绘方法，其特征在于包括以下步骤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；E.点云拼合，将步骤D得到的叶片腔室的点云曲面与步骤A得到的叶片腔室进出口的点云曲面相拼接，形成完整的扭曲叶片内部腔室曲面，完成叶轮测绘。
2.根据权利要求1所述的一种闭式叶轮的无损测绘方法，其特征在于所述步骤B中的液态制模剂为液态橡胶。
3.根据权利要求1所述的一种闭式叶轮的无损测绘方法，其特征在于所述步骤B中的液态制模剂为液态室温硫化硅橡胶。
4.根据权利要求1所述的一种闭式叶轮的无损测绘方法，其特征在于步骤C中所述的液体池内的液体与步骤B中所述的高弹性液态制模剂的材料相同。
5.根据权利要求1所述的一种闭式叶轮的无损测绘方法，其特征在于所述步骤C中的隔离剂为硫化钼隔离剂。
6.根据权利要求1所述的一种闭式叶轮的无损测绘方法，其特征在于所述步骤C中， 振动凸模的时间为2 10分钟。
7.根据权利要求1所述的一种闭式叶轮的无损测绘方法，其特征在于所述步骤B中还包括步骤Bl Bi.所述叶片腔室内的一端密封后，先自另一端插入填充棒，然后填充液态制模剂，待液态制模剂固化成型后，先抽出填充棒，再取出成型的叶片腔室凸模。
8.根据权利要求7所述的一种闭式叶轮的无损测绘方法，其特征在于所述填充棒的直径为叶片腔室出口截面直径的1/3 1/2，长度大于叶片腔室的长度。
全文摘要
一种闭式叶轮的无损测绘方法，包括以下步骤A．选定一个叶轮叶片腔室并对其进出口进行测绘，得到进出口点云曲面B．向叶片腔室填充高弹性液态制模剂，固化成型后取出，得到叶片腔室凸模；C．将凸模涂覆隔离剂后放入相同密度的液体池内，待池内液体固化后取出，得到液体池内的叶片腔室凹模；D．对叶片腔室凹模进行测绘，得到叶片腔室点云曲面；E．将叶片腔室点云曲面与进出口点云曲面相拼接，形成完整的叶片腔室曲面，完成叶轮测绘。本发明提供的闭式叶轮的无损测绘方法，将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引起的弹性变形，显著提高测绘精度，且操作简单、技术难度低。
文档编号F04D15/00GK102434470SQ20111036802
公开日2012年5月2日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者丁元亮, 吴震宇, 方兵, 罗晓宁, 陈斌 申请人:武汉船用机械有限责任公司