火力發電機氣輪機動葉輪修復還原

逆向工程 by Rexcan CS+

背景說明

火力電廠熱段組件及渦輪機葉片進行再生製程時,部分設備(譬如雷射銲接機、雷射鑽孔機、噴銲機械手臂)皆須執行 CNC 程式以完成重複且高精度之加工製程。為產生上述 CNC路徑程式,完成各式工件之 CAD幾何圖檔已經成為一個重要的工作項目。此外,為了解現行火力電廠渦輪機之葉片運轉效率及可改善空間,應用葉片形狀設計及效率計算進行設計改善,亦成為維修再生之重要工作。

面對各式各樣複雜熱段組件及葉片的 CAD 圖檔需求日益增加,在幾年前開始發展精密三次元測繪之實務應用,逐步導入對模型建置與尺寸量測有效益之方式,譬如利用光柵式掃描設備,實際運用在幾何設計軟體方面,導入逆向設計以及檢測等軟體以進行正向建模、誤差比對、葉形參數設計等工作。在使用分軟體針對現有葉片進行熱機效率分析或更進階之葉形優化設計。

solutionix 機工具應用案例

解決方案

擷取資料

以光柵式光學掃描設備進行火力電廠高壓內缸掃描,主設備包含中間部位的白光(藍光)光源和兩側的CCD鏡頭,需要圓形定位標籤去重疊不同批次掃描獲得的點雲資料。使用者可依工件大小及解析度需求,去更換同焦CCD或調整CCD的間距與夾角而得到約80mm*80mm~1300mm*1300mm 之掃描範圍。兩側的CCD會根據黑白條紋的寬度及彎曲變化,以三角法運算出點雲資料的3D空間位置,進而取得物件資料。掃描資料能反映工件表面的真實情況,如工件有破損、缺角、腐蝕的情形如實呈現,再利用掃描資料進行重建3D幾何模型,再將葉形融入參數設計,才能進行後續的熱機效率分析及葉形最佳化設計,最後在使用修補設備進行再生修補。

參數建模

針對逆向掃描後的葉形,若要重新建構的實體或曲面圖檔,將葉片掃描後之STL網格檔匯入軟體中,並根據設計需求進行物件的,之後再使用繪圖模組將STL網格根據曲率變化做顏色分類,即可針對各區域進行鋪面動作,經鋪面、裁切、縫合實體化、LE 與 TE 端導圓後,再開啟誤差比對功能,確認掃描資料與CAD差異比對。

還原再生

CAD圖檔完成後,可透過修補設備來進行還原再生工程,將受損部分的物件,透過研磨以及修整,在使用修補設備,對此地方來做焊接與修補動作,最後再進行力學的測試,即可完成。

成效

透過3D逆向掃描,可以有系統的建置火力電廠熱段組件 3D 圖檔資料庫,並將 3D模型參數化,以利未來修補還原動作,並且可以進行最佳化設計變更,使用者更快速利用先進軟硬體去完成逆向掃描與參數建模工作,不需要再透過冗長的時間來處理,大大提升了速度與效果。