弗朗西斯渦輪轉(zhuǎn)子的 3D 掃描

混流式渦輪機(jī)廣泛用于水力發(fā)電廠（圖 7）。它們用于中等水壓（落差）和中等水量，并因其在各種操作條件下的高效率而出類(lèi)拔萃。混流式渦輪機(jī)的葉片非常彎曲且配置密集，在制造過(guò)程結(jié)束時(shí)，它們會(huì)被手工打磨和拋光，很難進(jìn)入進(jìn)水通道。 因此，這些渦輪機(jī)的制造既復(fù)雜又昂貴，使用傳統(tǒng)的測(cè)量方法來(lái)測(cè)量和檢查葉片的形狀也是非常困難和耗時(shí)的。

與佩爾頓水輪機(jī)類(lèi)似，將混流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)子3D數(shù)字化也需利用3D掃描和光學(xué)拍照式三維測(cè)量TRITOP組合進(jìn)行。在檢測(cè)后可以得出由數(shù)百萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)組成的3D三角形網(wǎng)格。盡管零件復(fù)雜，但ZEISS GOM的 3D 掃描系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)既麻煩又耗時(shí)的測(cè)量方法，高效且有效地掃描到葉片的整個(gè)表面，生成準(zhǔn)確的3D表示圖（圖 9 和 10）。

有許多過(guò)程受益于全 3D 的轉(zhuǎn)子掃描； “建造與設(shè)計(jì)”分析、尺寸檢測(cè)、為 FEA 和 CFD 分析生成“建造”模型，直接從掃描數(shù)據(jù)制造重復(fù)的替換轉(zhuǎn)子，為測(cè)試目的創(chuàng)建更小或更大的復(fù)制品，并創(chuàng)建 CAD 或數(shù)字定義用于各種其他應(yīng)用。 如果需要，轉(zhuǎn)子可以用減少的點(diǎn)數(shù)（圖 11）或平行截面（圖 12）來(lái)表示。

檢查 Kaplan 管道渦輪機(jī)的幾何形狀

位于德拉瓦河上的杜布拉瓦水力發(fā)電廠的兩臺(tái)Kaplan管道渦輪機(jī)產(chǎn)生了不利于其運(yùn)行的周期性振動(dòng)。這些振動(dòng)在發(fā)電機(jī)A1中特別明顯，而發(fā)電機(jī)A2旋轉(zhuǎn)得更平穩(wěn)。為了了解并在可能的情況下糾正這種情況，使用3D對(duì)兩個(gè)輪子的葉片的形狀和位置進(jìn)行了掃描和評(píng)估（圖 13）。 為此，有必要確定與相鄰葉片的準(zhǔn)確距離（角位置）、葉片的形狀公差以及葉片相對(duì)于渦輪轉(zhuǎn)子中心線的對(duì)齊方式。

使用 3D 掃描和 TRITOP手持式三維激光掃描儀，對(duì)兩個(gè)轉(zhuǎn)子在不同位置和旋轉(zhuǎn)角度的葉片進(jìn)行了詳細(xì)的 3D 掃描。3D 掃描結(jié)果（圖 14）允許對(duì)葉片形狀進(jìn)行詳細(xì)比較。 圖 15 顯示了轉(zhuǎn)子 A1 的四個(gè)葉片前緣的橫截面。 在輪轂的 A-A 截面中，明顯的偏差尤為明顯。 轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)可以掃描同一位置的所有葉片，并確定葉片安裝在軸上的不規(guī)則性。

表 1 顯示了發(fā)電機(jī) A1 和 A2 的不同葉片角度。 發(fā)電機(jī) A1 的葉片 3 和 4 比葉片 1 和 2 更閉合（負(fù)角），而發(fā)電機(jī) A2 的葉片 2 和 3 比葉片 1 和 4 更閉合。但是，偏差永遠(yuǎn)不會(huì)大于 0.08°。 很明顯，發(fā)電機(jī) A1 的葉片入口角的大偏差幾乎是發(fā)電機(jī) A2 的*大偏差的三倍。 盡管渦輪機(jī)的流道中的測(cè)量條件很困難，但位置測(cè)量的精度約為 . 0.1 毫米（0.004 英寸）和角度評(píng)估 0.01°。 通過(guò)使用傳統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)和重復(fù)掃描一個(gè)葉片進(jìn)行選擇性比較測(cè)量來(lái)驗(yàn)證這些值。