一种水轮机转轮叶形测绘仪制造技术

本发明专利技术公开了一种水轮机转轮叶形测绘仪，包括机械臂、信号采集处理系统和上位机，所述机械臂包括底座、竖直导轨、摆动单元，所述摆动单元一端通过第一关节与所述竖直导轨铰接，所述摆动单元另一端通过第二关节与探针铰接，所述第一关节和第二关节上各安装有一个用于测量摆动单元或探针摆动角度的码盘；所述信号采集处理系统包括控制所述摆动单元沿所述竖直导轨上下移动的电机、驱动所述电机的电机驱动器、通过脉冲卡与所述电机驱动器连接的工业控制计算机；所述工业控制计算机通过数据采集卡与所述码盘连接；所述工业控制计算机接入所述上位机。本发明专利技术为高效、快速、准确地测量叶片形状提供了测绘工具。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种水轮机转轮叶形测绘仪，包括机械臂、信号采集处理系统和上位机，所述机械臂包括底座、竖直导轨、摆动单元，所述摆动单元一端通过第一关节与所述竖直导轨铰接，所述摆动单元另一端通过第二关节与探针铰接，所述第一关节和第二关节上各安装有一个用于测量摆动单元或探针摆动角度的码盘；所述信号采集处理系统包括控制所述摆动单元沿所述竖直导轨上下移动的电机、驱动所述电机的电机驱动器、通过脉冲卡与所述电机驱动器连接的工业控制计算机；所述工业控制计算机通过数据采集卡与所述码盘连接；所述工业控制计算机接入所述上位机。本专利技术为高效、快速、准确地测量叶片形状提供了测绘工具。【专利说明】一种水轮机转轮叶形测绘仪
本专利技术涉及一种空间曲面型线测绘设备，特别是一种水轮机转轮叶形测绘仪。
技术介绍
水轮机转轮叶片由于设计或制造原因，叶型未能达到精确要求，运行后大修补焊，更易造成叶片变形，对水轮机的能量特性、汽蚀特性及运行稳定性有很大影响。我国许多水电站水轮机运行多年，由于无叶形检测、控制手段，几经大修补焊后造成叶片变形、效率下降，机组振动、转轮裂纹、磨蚀破坏加剧，导致检修周期缩短，工期延长，检修费用增加。如刘家峡水电厂由于转轮变形严重，扩大性大修的周期从5年缩短为4年；工期为4个多月。八盘峡水电厂的进口水轮机抗磨蚀破坏明显优于国产机组，但运行多年几经大修补焊后，现在机组也因叶片变形而破坏。凤滩水电厂由于叶片严重偏离设计形线，导致汽蚀裂纹加剧，最严重时处理一台机汽蚀裂纹耗用的焊条达800kg。实践使人们认识到，水轮机转轮叶片的优化虽然主要依赖于水力设计，但也与完善的叶片修形密切相关。新安江水电厂曾通过叶片测绘和修形使汽蚀破坏明显改善。碧口水电厂通过对3#机转轮叶片测绘，找出问题后进行修形，出力增加了 5000kW，效率平均提高2%，振动与磨蚀破坏均有明显好转。实践表明，水轮机转轮叶片修形是在电站现有条件下改善机组主要技术性能的一条重要途径。IEC也在水轮机汽蚀破坏评定标准中明文规定:发生意外汽蚀损坏时要进行修形。水轮机转轮叶片修型前提是必须事先全面掌握叶片型线的变化，即必须有叶形测绘结果作指导。由于水轮机叶片具有形状复杂、空间扭曲且曲率变化大等特点，在制造过程中，对未组焊成(水轮机转轮)整体的单个叶片，目前尚有比较可靠的测绘方法和手段(如数显三坐标法、双电子经纬仪法等)。但对已投入运行的转轮，由于空间、环境等诸多条件限制，进行叶形测绘则存在相当的难度。过去国内常用的投运水轮机转轮叶形测绘的方法有“靠模法”、“梳齿测针法”、“三角形法”、“直角坐标法”等，这些方法在测试精度、工作量，测试速度上都存在相当的缺陷，与目前机组的检修时间和工作量上的安排极不适应。我国水能资源丰富，在建和已建水电站众多，不少投运的水轮机转轮均存在不同程度的汽蚀和裂纹，有些投产较早的水轮机叶片线型已严重偏离设计值，由此导致了机组效率下降、振动增加、压力脉动加剧等一系列影响机组安全、经济、稳定运行的问题。为指导叶片修形，改善转轮抗汽蚀裂纹及机组运行稳定性，减少检修工作量，逐步缩短检修周期，需要研制一种能高效、快速、准确的转轮叶形现场测绘的仪器，以较少的投入获得较大的经济效益。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种能高效、快速、准确地测量叶片形状的水轮机转轮叶形测绘仪，指导叶片修形，从而改善转轮抗汽蚀裂纹及机组运行稳定性，减少检修工作量，逐步缩短检修周期。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是:一种水轮机转轮叶形测绘仪，包括机械臂、信号采集处理系统和上位机，所述机械臂包括底座、安装在所述底座上的竖直导轨、安装在所述竖直导轨上可沿竖直导轨上下移动和绕所述竖直导轨转动的摆动单元，所述摆动单元一端通过第一关节与所述竖直导轨铰接，所述摆动单元另一端通过第二关节与探针铰接，所述第一关节和第二关节上各安装有一个用于测量摆动单元或探针摆动角度的码盘；所述信号采集处理系统包括控制所述摆动单元沿所述竖直导轨上下移动及绕所述竖直导轨转动的电机、驱动所述电机的电机驱动器、通过脉冲卡与所述电机驱动器连接的工业控制计算机；所述工业控制计算机通过数据采集卡与所述码盘连接；所述工业控制计算机接入所述上位机。所述摆动单元包括I?4节摆动臂；当所述摆动臂数量为2节以上时，靠近所述竖直导轨的第一节摆动臂通过关节与所述竖直导轨铰接，远离所述竖直导轨的最后一节摆动臂末端通过关节与探针铰接，相邻的摆动臂之间通过关节铰接；所有关节上均安装有码盘。本专利技术的摆动单元包括4节摆动臂。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为:本专利技术的机械臂采用5关节、6自由度、偏置式结构设计，测量半径范围可达2.1米，能对叶片水平方向弧向长度1.6米左右的转轮进行现场叶形测绘；信号采集处理系统能实现对测绘臂的控制和信号采集；本专利技术的机械臂安装拆卸方便；不论转轮是否吊出机坑，本专利技术的测绘仪均可对叶片进行测绘；机械臂转动灵活，控制方便；采用探针接触式进行测量，具有测量速度快、测量精度高的特点；本专利技术为高效、快速、准确地测量叶片形状提供了测绘工具，从而为指导叶片修形，改善转轮抗汽蚀裂纹及机组运行稳定性，减少检修工作量，逐步缩短检修周期打下了基础。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术一实施例机械臂结构示意图； 图2为本专利技术一实施例信号采集处理系统结构框图。【具体实施方式】如图1和图2所示，本专利技术一实施例包括机械臂、信号采集处理系统和上位机，所述机械臂包括底座1、安装在所述底座I上的竖直导轨2、安装在所述竖直导轨2上可沿竖直导轨2上下移动和绕所述竖直导轨2转动的摆动单元，所述摆动单元包括四节摆动臂3、4、5、6 ;靠近所述竖直导轨2的第一节摆动臂3通过第一关节8与所述竖直导轨2铰接，远离所述竖直导轨2的第四节摆动臂6末端通过第二关节9与探针7铰接，相邻的摆动臂之间(即第一节摆动臂3与第二节摆动臂4之间、第二节摆动臂4与第三节摆动臂5之间、第三节摆动臂5与第四节摆动臂6之间)通过关节铰接，每个关节上各安装有一个用于测量摆动单元或探针摆动角度的码盘；所述信号采集处理系统包括控制所述摆动单元沿所述竖直导轨2上下移动的电机、驱动所述电机的电机驱动器、通过脉冲卡与所述电机驱动器连接的工业控制计算机；所述工业控制计算机通过数据采集卡与所述码盘连接；所述工业控制计算机接入所述上位机。本专利技术可以测量水电厂水轮机转轮叶片(空间扭曲)形状，机械臂具有多关节(多段臂)、多自由度结构。每段臂长度不同，能灵活的转动和上下移动，实时搜索和测量复杂的三维曲面。多自由度机械臂的前端采用探针(接触式)进行测量，具有速度快、测量精度高的特点。采用饲服电机控制机械臂的移动，通过码盘测量各关节的转角，从而根据测量结果计算确定测点的空间坐标。摆动单元采用5关节、6自由度、偏置式结构，测量半径范围可达2.1米，能对已加工成形的转轮进行三维叶形测绘；摆动单元包括4段摆动臂和一根探针，总长1850 mm,各段臂长度分别为:400 mm、500 mm、500 mm、300 mm,探针长度为150 mm。其中第二节摆动臂4、第三节摆动臂5可根据需要加长，摆动单元总长最长为2100 _。第一节摆动臂3绕竖直导轨2旋转的最大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐卫平，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖南省电力公司，国网湖南省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：