一种基于3d打印技术的涡轮静子叶片静压测量方法
技术领域
1.本发明涉及叶片静压测量技术领域，尤其涉及一种基于3d打印技术的涡轮静子叶片静压测量方法。
背景技术：2.目前业界已开展较多涡轮静子叶片吹风性能试验，通过这些试验获取静子叶片的损失系数、出口马赫数和流量函数等气动性能参数随主流马赫数变化的特性规律。同时我们也希望获取静子叶片叶身上的静压分布情况，如图1所示。通过这些数据可以判断叶片叶身表面是否存在气流分离现象，为静子叶片叶型的优化设计提供参考依据。现有的叶身静压测试方案中静子叶片通过机械加工(铸造或者数铣)得到，叶身表面的静压测点布置则通过电火花加工的方式从叶片叶身打孔，然后再通过电火花加工从叶片尖部引出。
3.现有技术采用电火花加工叶身表面静压孔和引出静压孔，对电火花加工的位置精度及角度精度要求都很高。所有静压测量点的位置都是经过事先模拟仿真计算好的，且叶身表面静压测试孔道道方向必须沿着该测试点的曲面法向才能真实准确地测量出该点的叶身静压。现有电火花加工方式对于复杂曲面造型工件来说，找正点的位置度和角度精度都不高，容易带入测试点的位置偏差和角度偏差，影响测试准确度。而且对于一些更复杂的工件，比如级间导向器、过渡段等零件，由于电火花加工设备可能与相邻叶片或法兰边之间存在干涉，使得电火花加工存在定位和加工困难。
技术实现要素：4.针对以上问题，对于复杂曲面造型工件来说，需要一种能够直接准确定位找正点的位置度和角度精度的方法，而本发明利用3d打印曲面成型简单的特点，直接基于三维模型构建成型，因测试点的位置和角度误差只与模型有关，不会引入其他加工误差，所以本发明技术方案的测试精度更高，而且本发明技术方案不存在机械加工的干涉问题，可应用于更广的范围。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种基于3d打印技术的涡轮静子叶片静压测量方法，其特征在于，所述方法包括：构建静压测试孔道和静压引出孔道三维模型；根据所述三维模型，3d成型静压测试孔道以及静压引出孔道；在所述静压引出孔道处焊接毛细管；将压力测量模块与所述毛细管的另一端连接。
7.优选的，所述构建静压测试孔道和静压引出孔道三维模型包括：确定叶身测试点数量、建立叶身测试点位置、测试孔道的方向和测试孔道的尺寸。
8.优选的，所述测试孔道包括第一孔道，所述静压引出孔道包括第二孔道和第三孔道，其中，所述第二孔道与所述第一孔道末端相连，所述第二孔道的另一端延伸至机匣壁面附近；所述第三孔道与所述第二孔道末端相连，所述第三孔道的另一端延伸至机匣壁面。
9.优选的，所述第一孔道用于提供叶身测试点的叶身静压测量信息；所述第二孔道
用于将叶身静压测量信息引出至机匣壁面附近；所述第三孔道用于外接插入毛细管，用于传递所述叶身静压测量信息至压力测量模块。
10.优选的，所述第一孔道通过所述叶身静压测试点沿叶型曲面法向方向构建的；所述第二孔道的方向垂直于所述第一孔道；所述第三孔道的方向与所述第二孔道的方向一致。
11.优选的，所述第一孔道的深度大于2倍孔道直径。
12.优选的，所述第二孔道为弯曲孔道；所述第一孔道和所述第三孔道为直线孔道。
13.优选的，所述第二孔道的直径大于所述第一孔道的直径；所述第三孔道的直径大于所述第二孔道的直径。
14.优选的，所述第二孔道的另一端延伸至机匣壁面附近，其中，所述机匣壁面包括机匣内壁面和机匣外壁面。
15.优选的，所述叶身内部的静压引出孔道处焊接毛细管，所述毛细管插入所述第三孔道，并在机匣壁面处焊接。
16.优选的，所述毛细管是不锈钢材质。
17.优选的，所述毛细管直径小于所述第三孔道。
18.优选的，所述压力测量模块通过带螺纹的静压接嘴与所述毛细管连接。
19.优选的，所述带螺纹静压接嘴是通用型压力测量接口；所述带螺纹静压接嘴与毛细管通过焊接的方式连接。
20.优选的，所述静压测量信息引出至机匣外壁面附近，适用于叶身中部和叶身顶部的静压测量；所述静压测量信息引出至机匣内壁面附近，适用于靠近所述机匣内壁面的叶身的根部的静压测量。
21.本发明的技术效果和优点：
22.1、基于3d打印复杂曲面成型简单的特点，利用3d打印技术成型叶片内部测量孔道，同时，测试点的位置和角度误差只与模型有关，不会引入其他加工误差，故本发明技术方案的测试精度优于现有技术；
23.2、通过第一孔道、第二孔道和第三孔道首尾相连，在机匣壁面处焊接毛细管引出静压测量信息；
24.3、测试孔道孔径沿着测量行程逐渐加大的设计；
25.4、为保证测量准确度，第一孔道方向从叶身静压测试点沿着叶型曲面法向构建，且孔道深度不小于2倍孔道直径；
26.5、3d打印的曲面造型可以充分利用叶身空间，可以实现更多叶身静压测量点的测量；
27.本发明经过实际应用，在某级间导向器上实现了三个叶身截面上，共计96个叶身静压测量点的静压测量，使用效果达到了预期。同时，本发明不存在机械加工的干涉问题，可应用范围更广。
28.综上所述，本发明技术方案是利用3d打印曲面成型简单的特点，通过3d成型叶身表面静压测试孔道以及叶身内部的静压引出孔道，将叶身表面的静压测量信息引出零件机匣外壁面或者机匣内壁面，然后再焊接毛细管引出至压力测量模块。
29.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变
得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
30.图1为测试结构示意图；
31.图2为静压测试孔和引出孔示意图；
32.图3为孔道结构示意图；
33.图4为机匣壁面焊接毛细管示意图。
34.图中：1、叶身中部静压测点引出毛细管；2、叶身顶部静压测点引出毛细管；3、叶身根部静压测点引出毛细管；4、机匣机匣外壁；5、机匣机匣内壁；6、静压测试点；7、第一孔道；8、第二孔道；9、第三孔道。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.为解决现有技术的不足，本发明公开了一种基于3d打印技术的涡轮静子叶片静压测量方法，所述方法包括构建静压测试孔道和静压引出孔道三维模型；根据所述三维模型，3d成型静压测试孔道以及静压引出孔道；在所述静压引出孔道处焊接毛细管；将压力测量模块与所述毛细管的另一端连接，形成了如图1所示的测试结构示意图，其中，
37.所述构建静压测试孔道和静压引出孔道三维模型，要根据实验要求设定，包括确定叶身表面测试点数量、建立叶身表面测试点位置、测试孔道的方向和测试孔道的尺寸等。如图2中静压测试孔道和引出孔道示意图所示，所述静压测试孔道为从叶身表面静压测点位置沿测点处曲面法向方向延伸的一段平直孔道，所述静压引出孔道一端与所述静压测试孔道相连，另一端延伸至零件的机匣外壁面或者机匣内壁面。
38.所述测试孔道包括第一孔道，所述静压引出孔道包括第二孔道和第三孔道。如图3所示，第一孔道用于提供选定测压点位置的静压测量信息，第二孔道用于将叶身静压测量信息引出至机匣壁面孔道，第三孔道用于对外连接毛细管，传递叶身静压测量信息。第一孔道和第三孔道均为直线孔道，为避免不同测点的测试孔道干涉，第二孔道设计为复杂的弯曲孔道。为防止测量通道中出现压力节流损失，第三孔道的直径要大于比第二孔道的直径，第二孔道的直径要大于比第一孔道的直径。
39.所述第一孔道通过所述叶身静压测试点沿叶型曲面法向构建的，为保证测压效果，所述第一孔道的深度要求不小于2倍孔道直径。
40.所述第二孔道用于将叶身静压测量信息引出至机匣壁面孔道，所述第二孔道与所述第一孔道末端相连，另一端延伸至机匣内壁面或者机匣外壁面附近；所述第二孔道的方向垂直于所述第一孔道。
41.所述第三孔道用于外接插入毛细管，通过毛细管将叶身静压测量信息传送到压力测试模块；所述第三孔道的方向与所述第二孔道的方向一致；所述第三孔道与所述第二孔
道的延伸末端连接，所述第三孔道另一端延伸至机匣壁面。
42.所述毛细管是不锈钢材质，图4为机匣壁面焊接毛细管示意图，参考图4可知，所述毛细管插入所述第三孔道延伸至机匣外壁面或者机匣内壁面的一端，并在机匣壁面处焊接；所述毛细管直径小于所述第三孔道。所述毛细管另一端连接通过焊接与带螺纹的静压接嘴连接；静压接嘴的另一端，通过螺纹与压力测量模块连接，从而实现压力的测量。所述带螺纹静压接嘴为常用的压力测量接口。
43.现有技术采用电火花加工叶片叶身表面静压孔和引出静压孔，再通过电火花加工从叶片尖部引出，对电火花加工的位置精度及角度精度要求都很高。所有静压测量点的位置都是经过事先模拟仿真计算好的，且叶身表面静压测试孔道方向必须沿着该测试点的曲面法向，才能真实准确地测量出该点的叶身静压。现有电火花加工方式对于复杂曲面造型工件来说，找正点的位置度和角度精度都不高，容易带入测试点的位置偏差和角度偏差，影响测试准确度。而且对于一些更复杂的工件，比如级间导向器、过渡段等零件，由于电火花加工设备可能与相邻叶片或法兰边之间存在干涉，使得电火花加工存在定位和加工困难。
44.与现有技术相比，本发明技术方案是利用3d打印曲面成型简单的特点，通过3d打印成型叶身表面静压测试孔道以及叶身内部的静压引出孔道，将叶身表面的静压测量信息引出零件机匣外壁面或者机匣内壁面，然后再焊接毛细管引出至压力测量模块。3d打印技术直接基于三维模型构建成型，因而测试点的位置和角度误差只与模型有关，不会引入其他加工误差，因而本发明技术方案的测试精度更高，本发明方案不存在机械加工的干涉问题，可应用范围更广，同时，3d打印的曲面造型可以充分利用叶身空间，可以实现更多叶身静压测量点的测量。
45.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
46.实施例一
47.本实施例适用于叶身中部和叶身顶部的静压测量，通过构建模软件构建三维模型，根据实验要求确定所述确定叶身表面测试点数量、建立叶身表面测试点、测试孔道的方向和测试孔道的尺寸等，具体步骤如下：
48.确定叶身表面测试点数量。
49.进一步的，选定测试点，构建第一孔道：第一孔道从所述叶身静压测试点沿叶型曲面法向方向构建延伸，其中孔道的方向通过建模软件中沿曲面法向方向构建，能够保证孔功能，为保证测压效果，第一孔道的深度要求不小于2倍孔道直径，设定第一孔道直径为0.5mm。
50.进一步的，构建第二孔道：所述第二孔道的方向垂直于第一孔道，所述第二孔道与所述第一孔道末端相连，所述第二孔道的另一端延伸至机匣外壁面附近。第二孔道的作用是将叶身静压测量信息引出至机匣外壁面孔道。为避免不同测点的测试孔道干涉，第二孔道可以设计为复杂的弯曲孔道，同时为防止测量通道中出现压力节流损失，测量通道的孔径应沿着测量行程越来越大，故要求第二孔道的直径要大于比第一孔道的直径，因此，设定第二孔道直径为0.8mm。
51.进一步的，构建第三孔道：所述第三孔道的方向与第二孔道的方向一致，且所述第三孔道与所述第二孔道的延伸末端连接，所述第三孔道另一端延伸至机匣外壁面。同样为
防止测量通道中出现压力节流损失，测量通道的孔径应沿着测量行程越来越大，所以要求第三孔道的直径要大于比第二孔道的直径，因此，设定第三孔道直径为1.3mm。
52.进一步的，完成三维图形构建完成后，通过3d打印成型技术成型以上所述叶身表面静压测试孔道以及叶身内部的静压引出孔道。
53.进一步的，取外径为1.2mm的毛细管，所述毛细管材质是不锈钢的，将所述毛细管插入在成型后的所述第三孔道延伸至机匣外壁面的一端，并在机匣壁面处焊接，毛细管另一端通过带螺纹的静压接嘴连接与压力测量模块连接，从而实现压力的测量。其中，带螺纹的静压接嘴焊接在毛细管上，并且带螺纹静压接嘴为常用的压力测量接口。
54.本实施例适用于测量叶身中部和叶身顶部的静压，其引出方式从机匣外壁面引出。
55.实施例二
56.本实施例适用于靠近机匣内壁面的叶身根部静压测点的静压测量。根据实验要求确定所述确定近机匣内壁叶身根部表面测试点数量、建立近机匣内壁叶身表面测试点、测试孔道的方向和测试孔道的尺寸等，具体步骤如下：
57.确定内壁面的叶身根部测试点数量。
58.进一步的，选定测试点，构建第一孔道：第一孔道从所述叶身静压测试点沿叶型曲面法向构建延伸，其中孔道的方向通过建模软件中沿曲面法向构建，能够保证孔功能，为保证测压效果，第一孔道的深度要求不小于2倍孔道直径，设定第一孔道直径为0.5mm。
59.进一步的，构建第二孔道：所述第二孔道的方向垂直于第一孔道，所述第二孔道与所述第一孔道末端相连，所述第二孔道的另一端延伸至机匣内壁面附近。第二孔道的作用是将叶身静压测量信息引出至机匣内壁面孔道。为避免不同测点的测试孔道干涉，第二孔道设计为复杂的弯曲孔道，同时为防止测量通道中出现压力节流损失，测量通道的孔径应沿着测量行程越来越大，故要求第二孔道的直径要大于比第一孔道的直径，因此，设定第二孔道直径为0.8mm。
60.进一步的，构建第三孔道：所述第三孔道的方向与第二孔道的方向一致，且所述第三孔道与所述第二孔道的延伸末端连接，所述第三孔道另一端延伸至机匣内壁面。同样为防止测量通道中出现压力节流损失，测量通道的孔径应沿着测量行程越来越大，所以要求第三孔道的直径要大于比第二孔道的直径，因此，设定第三孔道直径为1.3mm。
61.进一步的，完成三维图形构建完成后，通过3d打印成型技术成型以上所述叶身表面静压测试孔道以及叶身内部的静压引出孔道。
62.进一步的，取外径为1.2mm的毛细管，所述毛细管材质是不锈钢的，将所述毛细管插入在成型后的所述第三孔道延伸至机匣壁面的一端，并在机匣壁面处焊接，毛细管另一端通过带螺纹的静压接嘴连接与压力测量模块连接，从而实现压力的测量。其中，带螺纹的静压接嘴焊接在毛细管上，，并且带螺纹静压接嘴为常用的压力测量接口。
63.本发明实施例适用于测量机匣内壁面的叶身根部的静压，其引出方式从机匣内壁面引出，这样所需的测量孔道距离是最短的。
64.综上所述，本发明基于3d打印复杂曲面成型简单的特点，利用3d打印技术成型叶片内部测量通道；通过第一孔道、第二孔道和第三孔道首尾相连，在机匣壁面处焊接毛细管的静压测量引出方法；测试孔道孔径沿着测量行程逐渐加大的设计原则；为保证测量准确
度，第一孔道方向需沿该点的曲面法向，且孔道深度不小于2倍孔道直径。本发明不存在机械加工的干涉问题，所以完全可以精准定位和加工找正点的位置度和角度精度，甚至本发明也可应用到更广泛的范围；同时，3d打印的曲面造型可以充分利用叶身空间，可以实现更多叶身静压测量点的测量。
65.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种基于3d打印技术的涡轮静子叶片静压测量方法，其特征在于，所述方法包括：构建静压测试孔道和静压引出孔道的三维模型；根据所述三维模型，3d成型静压测试孔道以及静压引出孔道；在所述静压引出孔道处焊接毛细管；将压力测量模块与所述毛细管的另一端连接。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建静压测试孔道和静压引出孔道三维模型包括：确定叶身测试点数量、建立叶身测试点位置、测试孔道的方向和测试孔道的尺寸。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述测试孔道包括第一孔道，所述静压引出孔道包括第二孔道和第三孔道，其中，所述第二孔道与所述第一孔道末端相连，所述第二孔道的另一端延伸至机匣壁面处；所述第三孔道与所述第二孔道末端相连，所述第三孔道的另一端延伸至机匣壁面。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一孔道供叶身测试点的叶身静压测量信息；所述第二孔道将叶身静压测量信息引出至机匣壁面处；所述第三孔道外接插入毛细管，将所述叶身静压测量信息传递至压力测量模块。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一孔道通过所述叶身静压测试点沿叶型曲面法向方向构建；所述第二孔道的方向垂直于所述第一孔道；所述第三孔道的方向与所述第二孔道的方向一致。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一孔道的深度大于2倍孔道直径。7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二孔道为弯曲孔道；所述第一孔道和所述第三孔道为直线孔道。8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二孔道的直径大于所述第一孔道的直径；所述第三孔道的直径大于所述第二孔道的直径。9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二孔道的另一端延伸至机匣壁面处，其中，所述机匣壁面包括机匣内壁面和机匣外壁面。10.根据权利要求3-5任一所述的方法，其特征在于，叶身内部的所述静压引出孔道处焊接毛细管，所述毛细管插入所述第三孔道，并在机匣壁面处焊接。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述毛细管是不锈钢材质。12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述毛细管直径小于所述第三孔道。13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述压力测量模块通过带螺纹的静压接嘴与所述毛细管连接。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述带螺纹静压接嘴包括通用型压力测量接口；所述带螺纹静压接嘴与毛细管通过焊接的方式连接。15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，静压测量信息引出至机匣外壁面处，能够测量叶身中部和叶身顶部的静压；静压测量信息引出至机匣内壁面处，能够测量靠近所述机匣内壁面的叶身根部的静压。
技术总结本发明公开了一种基于3D打印技术的涡轮静子叶片静压测量方法，所述方法包括构建静压测试孔道和静压引出孔道三维模型；根据所述三维模型，3D成型静压测试孔道以及静压引出孔道；在所述静压引出孔道处焊接毛细管；将压力测量模块与所述毛细管的另一端连接。本发明技术方案是利用3D打印曲面成型简单的特点，通过3D印成型叶身表面静压测试孔以及叶身内部的静压引出孔。3D打印技术直接基于三维模型制备成型，因而测试点的位置和角度误差只与模型有关，不会引入其他加工误差，因而本发明技术方案的测试精度更高，可应用范围更广，同时，3D打印成型的曲面造型可以充分利用叶身空间，可以实现更多叶身静压测量点的测量。实现更多叶身静压测量点的测量。实现更多叶身静压测量点的测量。
技术研发人员：何春萌 熊清勇
受保护的技术使用者：中国航发湖南动力机械研究所
技术研发日：2022.07.08
技术公布日：2022/11/1
