涡轮叶片精铸模具陶芯定位元件逆向调整算法

针对空心涡轮叶片蜡型压制过程中陶芯定位元件补偿量难以量化问题,提出了基于蜡型壁厚测量结果的逆向解析算法.通过建立陶芯定位误差传递模型和逆向调整模型,确定了陶芯壁厚偏差与定位元件补偿量之间的映射关系.运用超声脉冲反射法对一组蜡型进行壁厚测量,根据测量结果逆向调整陶芯定位元件尺寸并重新压制蜡型进行对比分析.结果表明,该方法...     

基于力约束的空心涡轮叶片陶芯定位方法

精铸蜡型作为空心涡轮叶片精铸过程重要的前期工艺转接件,其壁厚精度主要由蜡型模具型腔与内部陶芯的位置匹配关系决定。由于陶芯在模具内完全依靠定位元件实现空间定位,为减小由定位误差引起的陶芯位姿漂移,提出了一种基于力平衡约束的空心涡轮叶片精铸模具陶芯定位布局优化方法。首先,通过建立陶芯定位误差传递模型,揭示了定位误差与陶芯空间位姿扰动量之间的映射关系;其次,根据力平衡原理构建了基于力约束的陶芯定位布局优化模型;之后,针对陶芯表面定位候选点的离散分布特性,结合遗传算法给出了陶芯定位布局点的详细求解策略。最后,仿真对比证明了利用本文所提方法获得的陶芯定位方案可以在保证陶芯定位稳定性的同时提高陶芯定位精度,此外,按照优化后的定位方案压制实际蜡型,壁厚检测结果也进一步表明所提方法的有效性。     

燃气轮机叶片精铸蜡型陶芯夹紧元件布局优化研究

利用陶芯夹紧元件的布局优化方法可以解决燃气轮机叶片精铸蜡型的壁厚控制问题。首先,对注蜡过程进行模拟,得到陶芯的载荷变化曲线;然后,基于计算力学理论,建立陶芯在夹紧元件不完全约束下的运动模型,计算陶芯漂移量;接着,基于陶芯漂移与夹紧元件布局之间的映射模型,以减小陶芯漂移为优化目标,建立陶芯夹紧元件布局优化模型;最后,采用改进的遗传算法对夹紧元件布局方案进行优化。结果表明:陶芯夹紧元件优化方法可以有效控制陶芯的运动漂移,降低了蜡型壁厚偏差。     

空心涡轮叶片复杂陶芯弯扭变形分析方法比较

陶芯作为熔模铸造空心涡轮叶片的内腔转接件,其弯扭变形程度直接关系到空心涡轮叶片的壁厚尺寸精度。为了研究陶芯制造过程中出现的弯曲和扭曲变形,首先,借鉴叶片给出了陶芯弯曲变形和扭曲变形的定义,并根据陶芯结构特点研究了陶芯弯扭变形的计算方法,包括基于轮廓线的弯扭变形计算方法:主动轮廓模型法和样条拟合轮廓线法,与基于数据点的弯扭变形计算方法:凸包算法、二维配准算法和距离权值算法。然后,分别通过仿真与实测数据比较了5种算法,结果表明:样条拟合轮廓线法具有更高的稳定性和精度。     

内切圆弦长法计算空心涡轮叶片蜡模壁厚

针对涡轮叶片精铸蜡模壁厚的快速、低成本测量问题,提出了基于光学测量的内切圆弦长的壁厚计算方法.以陶芯和蜡模外形的光学扫描测量模型为对象,将两测量模型进行配准并提取截面数据,拟合得到蜡模内外截面轮廓线,提出并研究了两种内外截面轮廓线内切圆弦长计算方法,进而在UG平台上进行二次开发计算得到蜡模壁厚.最后,通过实验将算法的实...     

涡轮叶片精铸蜡型陶芯定位布局优化求解算法研究

为求解陶芯的定位布局优化方案,提高涡轮叶片精铸蜡型陶芯的定位精度以保证精铸叶片成品率,本文提出并研究了基于不同算法对蜡型陶芯定位点布局进行优化.基于陶芯定位误差传递方程,采用Greedy算法和Interchange算法对蜡型陶芯定位点布局方案进行求解;并对两种算法的计算精度和计算时间进行对比研究.结果表明,Greedy算法具有较好的计算精度,Interchange算法时间较短.该研究对工程实践中求解定位点布局优化方案有重要的意义.     

基于凸包算法的陶芯弯曲度与扭曲度误差计算

陶芯弯扭变形直接关系到空心叶片的壁厚尺寸分布,为克服当前陶芯弯扭变形的计算中测量数据与理论模型三维配准、陶芯截面轮廓线提取或拟合的过程算法复杂、收敛速度慢、效率低等问题,提出了一种通过测量数据点直接计算陶芯弯曲度和扭曲度误差的算法,该算法不需要三维配准和提取陶芯外轮廓线,通过距离权值法计算陶芯弯曲度,凸包算法计算陶芯扭曲度,能大幅提高计算效率。仿真与实验结果表明:该算法弯曲变形计算精度为99.55%,与二维配准算法相差±0.01mm;扭曲变形计算精度为99.98%,与二维配准相差±0.006°。      

基于定位特征点的叶片锥束CT点云模型配准方法

针对实际生产过程中锥束CT检测空心涡轮叶片的点云数据与计算机辅助设计模型的配准问题,提出了一种基于定位特征点的叶片锥束CT点云模型配准方法。首先将点云数据与计算机辅助设计模型进行预配准;然后查找空心涡轮叶片的设计定位特征点坐标;最后根据定位基准点寻找点云数据上与之对应的基准点,并建立各自坐标系,根据坐标系进行几何变换,迭代直至满足要求,从而完成精确配准。试验结果表明,该方法很好地实现了锥束CT点云模型的配准定位,满足了实际生产要求。     

基于CBVCT图像序列的空心涡轮叶片壁厚检测技术

航空发动机空心涡轮叶片的壁厚是保证叶片强度的一个关键参数。本文给出一种基于叶片锥束体积CT图像序列和叶片CAD模型的叶片壁厚检测方法。通过从叶片CAD模型导出的壁厚检测模板与从叶片CBVCT图像序列提取的点云模型之间的求交运算,自动生成叶片指定截面上的壁厚偏差。相关算法由VC++编程实现,并用仿真生成的叶片CB-VCT图像序列进行验证。     

单晶涡轮叶片定向凝固过程应力场数值模拟

针对单晶涡轮叶片壁厚尺寸精度偏低和壁厚尺寸漂移大等瓶颈问题,考虑叶片定向凝固过程边界条件不精确因素,通过实际温度数据采集,采用温度场与应力场耦合的有限元模拟方法,对单晶涡轮叶片定向凝固过程进行三维动态模拟,并结合单晶气冷叶片的工作状态,对模拟结果进行定性分析,得到应力分布规律。研究结果表明:当榫头进气窗口倒圆角R=0.5 mm时,叶片最大铸造热应力出现在榫头底面四大进气窗口区域,该区域最大应力比叶身截面最大应力高28.4%;该仿真方法可准确反映单晶涡轮叶片凝固过程温度/应力动态变化,将为避免叶片出现大铸造残余应力区,预防变形工艺,提高叶片壁厚尺寸精度及尺寸稳定性,提供量化参考依据。     

A wall-thickness compensation strategy for wax pattern of hollow turbine blade

As an important index affecting the aerodynamic performance and the structural strength of hollow turbine blades, the wall-thickness precision of the blade is mainly inherited from the positional relationship between the corresponding wax pattern and the internal ceramic core. However, due to locating errors, the actual position of ceramic core is always deviated from the ideal position, which makes it difficult to guarantee the wall-thickness precision of the wax pattern. To solve this problem, a wall-thickness compensation strategy is proposed in this paper. Firstly, based on the industrial computed tomography (ICT) technique and curve matching algorithms, a model reconstruction method is developed, with which the 3D model of a trial wax pattern can be easily constructed. After that, focusing on eliminating the wall-thickness errors of the trial wax pattern, an optimization method for the pose of the ceramic core in the wax pattern is proposed. Then, by mapping the optimal pose of the ceramic core to length adjustments of the locating rods, the wall-thickness errors of the wax pattern can be greatly reduced. A case study is also given to illustrate the effectiveness of the proposed compensation strategy.     

考虑叶片径向和垂直于壁面方向导热的涡轮叶片对流冷却模型研究

为了提高涡轮叶片对流冷却模型预测精度,提出了一种在叶片固壁内同时考虑叶片径向和垂直于壁面方向(法向)导热的二维对流冷却模型。该模型在弦长方向划分多个元素,忽略元素内弦长方向叶片温度变化,在元素内的径向和法向建立二维导热方程作为叶片固壁温度场的控制方程,其边界条件包括叶表燃气绝热温度、燃气侧对流换热系数和叶片叶根、叶顶热流密度等。给出了该模型二维导热方程和边界条件的差分求解方法。以E~3涡轮高压导叶为例,将模型与CFD计算的叶片外壁面温度分布进行了对比。结果表明,该模型在给定冷气量下预测的叶片温度分布变化趋势与CFD相近,最大温度误差不超过6.5%,计算时间与CFD相比缩短了95%,能够快速、准确预测涡轮对流冷却叶片的冷气需求量。     

涡轮复杂气冷叶盘结构变形分析模型简化方法

基于高压转子开展高压(HP)涡轮转子叶片叶尖变形分析可提高叶尖间隙的数值模拟精度,而高压涡轮转子叶片由于其复杂的气冷结构,有限元分析网格数量巨大;叶片和轮盘的榫接结构属于非线性分析,也需要足够的计算机时。针对该问题提出了一种复杂气冷叶片的简化方法和榫接结构接触计算简化方法,在不影响计算精度的前提下提高计算效率。采用该方法对典型结构高压涡轮转子进行了变形分析,与采用复杂气冷叶片模型和接触分析方法的变形分析结果进行比较。结果表明:涡轮叶片叶尖最大径向变形相对误差为0.47%,计算机时减少99%,证明简化方法和计算方法的有效性。      

精铸空心涡轮叶片模具虚拟修模方法

针对精铸空心涡轮叶片的精确控形问题,开展模具型腔优化设计中的虚拟修模技术研究.以某型号空心涡轮叶片为研究对象,采用数值模拟的方法,通过使用ProCAST软件对有限元模型进行计算,获得空心涡轮叶片的精铸位移场,基于位移场的反变形虚拟修模方法对模具型腔进行优化设计.经修模后的模具型腔仿真验证及模具型腔型号鉴定,结果表明,按...