應用激光掃描技術驗證葉輪流道與水力模型的符合性

盧兆中，張成林

（賽萊默（南京）有限公司，南京 211500）

0 引言

按照公司的流程，每臺泵出廠前都要做性能試驗，并將真實的性能試驗報告提供給客戶。對在試驗過程中經常出現性能不合格的問題，可歸納為以下3 種類型：

1）整泵性能不合格，不管是全尺寸葉輪還是切割以后的葉輪；2）同種型號的水泵，全尺寸葉輪做性能試驗是合格的，葉輪切割后性能試驗不合格；3）不同供應商提供的同型號、同材質、同直徑的葉輪在性能試驗時存在合格與不合格的差異。

針對上述問題我們分析的結論是：對于單流道閉式葉輪，其所有的尺寸都是可量測的，唯有流道無法測量，而葉輪流道對水泵性能起著決定性的作用，所以決定對葉輪流道進行測量。

1 測量方案

1）測量設備：FARO（菲羅）便攜式測量臂（FaroArm）2）葉輪流道裸露的加工方法。

我公司所有葉輪都是閉式葉輪，只有將葉輪流道全部裸露出來才能進行掃描。將葉輪流道裸露出來的方法通常有兩種：一是將葉輪前蓋板車掉，如圖1 所示；二是用線切割的方法將葉輪從中間切開。注意切割前先做好定位缺口，再進行整體掃描，并保存好整體掃描3D 圖，如圖2 所示。

圖1

圖2

3）掃描方法：（a）按操作手冊安裝調試好FARO 便攜式測量臂，并與計算機連接好。（b）按操作手冊要求校驗好探針和激光。（c）將裸露的葉輪清理干凈，并噴上顯影劑，待顯影劑干燥后備用。（d）將噴上顯影劑并干燥的葉輪裝夾在工裝上，檢查是否夾緊，不得有松動和移動。如果掃描過程中發生移動，其坐標位置就發生了移動，則掃描出的3D 圖就不能用于比對，需要重新掃描。（e）在做好前期準備工作后，即可對葉輪進行整體掃描。掃描時應注意把流道的每個面都掃描到，不得有遺漏。掃描過程中可在電腦顯示屏上看到掃描的每個面有無遺漏，發現遺漏可補掃。將掃描好的3D 圖標注好零件號并保存在指定的位置。

4）比對方法：（a）對齊。將掃描葉輪流道得到的3D 圖與水力模型3D 圖對齊。對齊的方法有兩種：一是手工對齊；二是自動對齊，然后手工微調。對齊時應注意在選定的基準對齊后，要最大限度地將葉片對齊，誤差越小越好。（b）截面選擇。一般以垂直葉輪軸線中心位置選取一個截面（00 面），然后根據葉輪總高度往左右平移相同的距離各選取一個截面，也可以根據需要往左右平移任意距離選取截面。（c）拾取點的選擇。一般在靠近葉輪葉片進水口處、中間處、出水口處的工作面、背面各選一個拾取點，注意拾取點選擇盡量相互對稱。（d）偏差的選擇。對于硅溶膠工藝精鑄的葉輪，偏差選擇±0.25 mm；對于水玻璃工藝精鑄的葉輪，偏差選擇±0.50 mm；對于砂鑄葉輪，偏差選擇±0.75 mm，同時應注意根據葉輪直徑的大小確定相應的偏差值。

2 掃描比對結果與性能試驗結果對比

按照測量方案，我們對5 種GISO 葉輪經常出現的性能試驗不合格現象進行了模具更新，對新模具制作的樣品葉輪進行了流道測量，現以GISO-50-32-200-02 葉輪為例來驗證流道的符合性與性能試驗結果之間的因果關系，步驟如下：

1）首先對樣品葉輪進行全尺寸檢驗，確保所有尺寸都符合圖紙要求。

2）車掉葉輪的前蓋板，使葉片全部裸露，確保流道每個面都能掃描到。注意在車前蓋板時，不許車到葉片，當車到葉片根部圓弧時就要停止車削，多余的圓弧部分用手工打磨掉，打磨時不許損傷葉片。

3）根據葉輪葉片剪裁圖做出3D 圖，并請相關工程師確認3D 圖的正確性。

4）將掃描結果進行比對并作出判斷，我們列舉GISO50-32-200-02 樣品葉輪的掃描截面加以說明。從拾取點的數據列表看，90%以上的數據在允許的偏差內，偏差以外的數值走負偏差且偏差較小，反映在流道上是流道略大一點，經驗證明流道略大對水泵性能有益，所以掃描的數值偏差是完全可以接受的，因此我們判定樣品葉輪流道符合水力模型，葉輪流道是合格的。具體數據見掃描圖3 及表1。

5）性能試驗。我們用同批次的樣品葉輪在完成動平衡試驗后裝配成整泵做性能試驗，其流量、揚程、效率符合樣本要求。具體性能試驗參數如圖4 所示。

圖3 掃描圖

表1 撿取點數據

6）我們對5 種樣品葉輪都做了流道掃描，通過與水力模型比對后，在判斷葉輪流道合格的前提下全部用同批次的樣品葉輪做了性能試驗，其性能測試結果與樣本參數所做的對比統計如表2 所示。

對比結果表明：除第二行實測效率異常外，其余實測參數都超過樣本或與樣本相符合（達到樣本參數的95%為合格）。

表2 樣品驗證結果與樣本對比統計

3 結論

1）激光掃描方法用于葉輪流道的檢測是完全可行的，而且測量精度較高。

2）葉輪流道與水力模型有良好的符合性是保證水泵性能合格的決定性因素。

3）葉輪流道與水力模型有良好的符合性，為產品工程師根據不同流量、揚程、效率的要求計算切割葉輪直徑并保證水泵性能合格奠定了堅實的基礎。

4）通過對掃描數據的比對來判斷葉輪流道是合格的，就可以判斷新開模具是正確的；如果判斷葉輪流道是不合格的，則可判斷模具是不合格的，同時為修模提供了具體的修模數據。

5）用激光掃描方法不僅可以掃描GISO 葉輪流道，也可掃描其他帶流道的鑄件。如渦殼、雙流道葉輪、泵體等。

圖4 性能試驗參數