[发明专利]一种旋转叶片表面温度非接触式测量定位方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温高速旋转叶片表面温度非接触式测量定位方法。

本发明还涉及一种实现上述方法的测量定位方法装置。

背景技术

燃气轮机作为一种新型动力装置，在国民经济与国防建设的众多领域发挥着极为重要的作用。在陆用发电领域，燃气轮机发电设备装机容量日益增长，在舰船动力领域，研发大功率燃气轮机已成为发展的主流，在现代航空领域，燃气轮机是各种军用与民用飞机的首选动力装置。作为燃气轮机关键部件之一的涡轮是将燃气可用热能转换为机械动能的重要热端部件，涡轮叶片包括导向叶片和工作叶片。实际运行时导向叶片是静止的，工作叶片是旋转的。基于动力性能提高的迫切需要，涡轮进口温度不断提高，已远高于材料的熔点，为保证涡轮叶片能在高于材料熔点的高温环境下安全可靠工作，必须对其进行高效冷却，而准确测量与掌握涡轮叶片表面温度分布是涡轮叶片叶型及其冷却结构设计的重要依据。目前，关于导向叶片(静叶)表面温度测量的研究较多；而对于工作叶片(动叶)，由于处于高速旋转状态和高温恶劣环境下，对其表面温度的测量非常困难，对测量仪器的性能也提出了更高的要求。

目前，高速旋转部件表面温度测量一般采用接触式测量方法，主要是将热电偶埋覆在叶片表面进行测量，可以将温度测点准确定位，由于叶片的高速旋转，接触式测量信号的引出是其发展的瓶颈问题。高速旋转叶片接触式测量信号引出常用方法有滑环引电法和数字旋转遥测系统，滑环引电装置是采用了物理接触将信号引出，需要动静接触环面的接触摩擦，对滑环的材料及加工精度要求很高，由于采用动静结合面将信号导出，信号传输容易受干扰，且很难做到高转速长寿命的滑环。而数字旋转遥测技术采用的是非接触式信号传输方式，需要内部的一些电路设计，抗电磁干扰差，对工作环境要求较高。而且接触式测温采用了埋覆热电偶的方法测量叶片表面温度，传感器布置数量和布置方式都会对测量结果有一定影响，过多的测点会影响叶片材料的均匀性，而且需要根据具体试验结构进行研制，专用性强，尤其是维护检修非常不方便。非接触式光纤比色测温由于受中间介质(如水蒸气、二氧化碳和灰尘等)的影响较小，具有较高的精度，而且光纤本身具有质量小、截面小、灵敏度高以及抗电磁干扰等，特别适合于狭窄空间内的较高温度测量，适合于较高温度的非接触式测量，且对被测量物体无任何损害，从而受到世界各国科技人员的高度重视。虽然目前国外已有应用于旋转涡轮叶片表面温度测量的非接触式光纤测温系统，但不能将所测温度进行定位。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对高温高速旋转叶片表面温度的非接触式测量定位装置。

本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置进行测量定位的方法。

为实现上述目的，本发明提供的旋转叶片表面温度非接触式测量定位装置，主要包括：

测量旋转叶片表面温度的光纤比色测温系统和测量旋转叶片相对位移变化信息的反射补偿型光纤位移测量系统；其中：

光纤比色测温系统的结构为：

透镜和光纤温度探头连接光纤束，光纤束分为两束，第一束光纤对应第一滤光片，第一滤光片的光路上安装有第一光电转换部件；

第二束光纤对应第二滤光片，第二滤光片的光路上安装有第二光电转换部件；

反射补偿型光纤位移测量系统的结构为：

透镜和光纤探头连接光纤束，光纤束包括发射光纤、信号光纤和参考光纤；

发射光纤与一光源的光路上安装有滤光镜；

信号光纤对应第三滤光片，第三滤光片的光路上安装有第三光电转换部件；

参考光纤对应第四滤光片，第四滤光片的光路上安装有第四光电转换部件；

信号光纤与发射光纤之间的间距与参考光纤与发射光纤之间的间距不相等；

光纤比色测温系统和反射补偿型光纤位移测量系统均分别连接同步/异步触发装置和数据采集仪，同步/异步触发装置连接至数据采集仪，同步/异步触发装置和数据采集仪连接计算机。

所述的旋转叶片表面温度非接触式测量定位装置，其中，光纤比色测温部分设有多套。

本发明提供的利用上述旋转叶片表面温度非接触式测量定位装置进行测量定位的方法，首先由计算机发出数据测量、采集记录指令给同步/异步触发装置，分别触发反射补偿型光纤位移测量系统、光纤比色测温系统和数据采集仪开始工作：