【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于转子叶片温度监测，具体涉及一种用于动态转子叶片温度的标定装置。
技术介绍
1、相比于传统测量条件，航空发动机旋转叶片具有高温、高负荷、高转速等特点，如此苛刻的测试环境，对传统的温度监测技术提出了更高要求。传统的热电偶测温技术对高速运动部件进行温度测量时，通常采用填埋安装，由于叶片厚度方向的温度梯度，测量点温度难以与表面保持一致，因而无法准确测量叶片表面温度，此外还会造成试件表面的破损。而采用金属蒙皮焊接固定又会导致热电偶受感部周围存在缝隙，造成较大的接触热阻。因此它还不适应在造价昂贵且安装精度要求严格的叶片表面进行测温。近年来高速发展的红外热像测温技术虽然以其非接触的特点被用于燃气轮机内部温度测量，但是实际测温过程中有着众多的影响因素，主要有发射率、背景噪声、光路上的吸收与散射、红外热像仪的稳定性。上述因素的影响程度随测量条件的不同而变化,很难保证测量的可靠性。因此，为了能够有效地监测航发内部高温部件和动态转子叶片的实时温度状态，亟需发展一种新型的高精度、高分辨率、非接触、受环境因素干扰小、瞬态响应的温度检测技术。荧光测温是一种利用荧光分子发射光谱特性来测量温度的方法。荧光测温具有非接触性、高灵敏度、宽测温范围、高精度、在线实时监测、可单点可面阵温度探测的优点。相比于接触式的热电偶测温，荧光测温克服了干扰流场、破坏被测件等缺点。相比于红外测温，荧光测温是利用荧光材料的本征特性进行温度探测，不受发射率的影响，测温精度高。综上所述，荧光测温是一种非常有潜力的温度测量技术，具有广泛的应用前景。通过动态转子叶片温度的标定方
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、本专利技术要解决的技术问题是：模拟高速转子叶片的设计和制造是一个复杂而精密的工程，需要深入考虑多个学术领域的因素，以最大程度地还原航空发动机叶片的实际运行工况，并确保叶片在高速旋转条件下具有卓越的性能和可靠性。基于荧光测温技术对模拟高速转子叶片进行温度测量，需要解决系统间的同步触发问题，针对不同的转速计算探测系统的响应时间和重复频率。面向动态转子叶片温度的标定方法和装置构建，具体应考虑以下几点：
3、(1)模拟转子叶片模块设计：基于转子叶片高速旋转线速度来设计模型的关键部件，包括叶片数量和尺寸以及转子盘的尺寸；基于动力学平衡原理，结合叶片数量设计粘合荧光温敏传感涂层的数量、位置和大小。
4、(2)光信号发射与接收模块设计：将模拟转子叶片作为测量目标，需要考虑不同转速条件下的响应频率。通过系统性的频率分析和调整，以确保测量设备的响应频率与粘合温敏传感涂层叶片旋转速度的同步性。
5、(二)技术方案
6、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于动态转子叶片温度的标定装置，所述标定装置包括：自带温控系统的高温炉(1)、模拟转子叶片模块(8)、光信号发射与接收模块(10)；
7、所述高温炉(1)用于模拟真实测温环境，其内部设有正方体结构的高温炉内腔(2)，其正面中心部分安装有法兰盘(3)，后面中心部分安装有叶片伸入口(4)、上面中心部分安装有小型的石英观测窗口(5)、石英观测窗口(5)一侧安装充气口(6)，石英观测窗口(5)另一侧安装出气口(7)；充气口(6)和出气口(7)位于高温炉(1)的顶端两侧，用于使炉内处于真空或保护气环境，并模拟转子叶片处于不同气体环境下温度的影响；
8、所述模拟转子叶片模块(8)，包括带有荧光涂层的叶片(9)；叶片(9)设置于高温炉内腔(2)中心部位，用于模拟航空发动机叶片转动；
9、所述光信号发射与接收模块(10)，用于产生激励光信号，并接收光纤传回的荧光信号，进行荧光信号数据的分析和处理，获得荧光特性-温度关系曲线。
10、其中，所述高温炉(1)正面中心开圆形孔，安装所述法兰盘(3)；所述法兰盘(3)中心开孔，安装石英窗口(11)；法兰盘(3)两侧安装有进水口(12)和出水口(13)，是水冷装置的两端，用于降低高温炉(1)外侧温度，降低高温炉(1)内部温度对法兰盘(3)的影响，从而避免高温对外部其他配套装置的影响。
11、其中，所述光信号发射与接收模块(10)包括：激光器(14)、分光镜(15)、准直器(16)、光电探测器(17)、上位机(26)、光电计数器(25)；
12、所述激光器(14)用于产生激励光照射到带有荧光涂层的叶片(9)；
13、所述分光镜(15)用于将返回的激励光与荧光涂层的荧光信号进行分光处理，便于光电探测器(17)的探测；
14、所述准直器(16)经光纤(24)将荧光信号发送至光电探测器(17)，所述光电探测器(17)接收光纤(24)传回的荧光信号，光电探测器(17)连接上位机(26)，进行荧光信号数据的分析和处理，获得荧光特性-温度关系曲线。
15、其中，所述光电计数器(25)通过记录转过叶片数量，外部触发激光器(14)并用于保证在不同转速下的响应频率，来保障所述激光器(14)产生激励光并能够照射到带有荧光涂层的叶片(9)，确保旋转速度的同步性。
16、其中，所述准直器(16)在底部中心位置处开圆形孔，用于安装第一滤光片(21)使波长600nm以上的光减少通过，用于减少高温背景辐射的影响，在第一滤光片(21)下面中心位置安装第二滤光片(22)用于阻止波长355nm的光通过，用于减少激励光对采集荧光信号的干扰；
17、在准直器(16)下方固定有光纤接口(23)，所述光纤接口(23)连接光纤(24)，光纤(24)的进光端口设置于准直器(16)镜头的焦点处，保证更多的荧光信号被探测到。
18、其中，所述光电探测器(17)根据叶片形状的不同、叶片所处温度环境的不同、以及所要获取叶片的温度参数信息的不同，从而选择不同的探测方式，位于叶片上单点温度的测量选择雪崩光电二极管和光电倍增管；进行叶片面温度测量选择面阵ccd相机和多通道高速相机；根据不同的选择形式，从而进行不同的测温方法。
19、其中，所述模拟转子叶片模块(8)包括带有荧光涂层的叶片(9)、叶片电机(18)、联轴器(19)、电机移动平台(20)；除了叶片(9)以外的其余部分，位于叶片伸入口(4)后方的高温炉内腔(2)外部；
20、其中，所述带有荧光涂层的叶片(9)根据不同的环境温度、不同叶片转速，从而包括不同的涂层形式，所述不同的涂层形式包括：化学粘合法和等离子喷涂法；根据所使用的测温方式或方法不同，所选择的涂层数量及形式也不同。
21、所述联轴器(19)根据不同的环境温度，选择出不同热传导率的隔热材料进行制作，以达到保护炉外的叶片电机(18)的目的；当选择不同叶片(9)转速时，根据调整的转速选择出抗扭矩强的材料制作，防止在运行过程中转轴断裂造成伤害。
22、其中，所述标定装置的标定过程为：开本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于动态转子叶片温度的标定装置，其特征在于，所述标定装置包括：自带温控系统的高温炉(1)、模拟转子叶片模块(8)、光信号发射与接收模块(10)；
2.如权利要求1所述的用于动态转子叶片温度的标定装置，其特征在于，所述高温炉(1)正面中心开圆形孔，安装所述法兰盘(3)；所述法兰盘(3)中心开孔，安装石英窗口(11)；法兰盘(3)两侧安装有进水口(12)和出水口(13)，是水冷装置的两端，用于降低高温炉(1)外侧温度，降低高温炉(1)内部温度对法兰盘(3)的影响，从而避免高温对外部其他配套装置的影响。
3.如权利要求1所述的用于动态转子叶片温度的标定装置，其特征在于，所述光信号发射与接收模块(10)包括：激光器(14)、分光镜(15)、准直器(16)、光电探测器(17)、上位机(26)、光电计数器(25)；
4.如权利要求3所述的用于动态转子叶片温度的标定装置，其特征在于，所述光电计数器(25)通过记录转过叶片数量，外部触发激光器(14)并用于保证在不同转速下的响应频率，来保障所述激光器(14)产生激励光并能够照射到带有荧光涂层的叶片(9)
5.如权利要求3所述的用于动态转子叶片温度的标定装置，其特征在于，所述准直器(16)在底部中心位置处开圆形孔，用于安装第一滤光片(21)使波长600nm以上的光减少通过，用于减少高温背景辐射的影响，在第一滤光片(21)下面中心位置安装第二滤光片(22)用于阻止波长355nm的光通过，用于减少激励光对采集荧光信号的干扰；
6.如权利要求3所述的用于动态转子叶片温度的标定装置，其特征在于，所述光电探测器(17)根据叶片形状的不同、叶片所处温度环境的不同、以及所要获取叶片的温度参数信息的不同，从而选择不同的探测方式，位于叶片上单点温度的测量选择雪崩光电二极管和光电倍增管；进行叶片面温度测量选择面阵CCD相机和多通道高速相机；根据不同的选择形式，从而进行不同的测温方法。
7.如权利要求4所述的用于动态转子叶片温度的标定装置，其特征在于，所述模拟转子叶片模块(8)包括带有荧光涂层的叶片(9)、叶片电机(18)、联轴器(19)、电机移动平台(20)；除了叶片(9)以外的其余部分，位于叶片伸入口(4)后方的高温炉内腔(2)外部。
8.如权利要求7所述的用于动态转子叶片温度的标定装置，其特征在于，所述带有荧光涂层的叶片(9)根据不同的环境温度、不同叶片转速，从而包括不同的涂层形式，所述不同的涂层形式包括：化学粘合法和等离子喷涂法；根据所使用的测温方式或方法不同，所选择的涂层数量及形式也不同；
9.如权利要求8所述的用于动态转子叶片温度的标定装置，其特征在于，所述标定装置的标定过程为：开启高温炉(1)，在温度达到设定温度时，启动电机移动平台(20)，通过联轴器(19)将带有荧光涂层的叶片(9)推入到高温炉内腔(2)，启动叶片电机(18)选定测量转速，叶片(9)开始转动；
10.如权利要求9所述的用于动态转子叶片温度的标定装置，其特征在于，所述荧光特性-温度关系曲线，通过测算荧光信号数据来反演实际测试温度信息。
...【技术特征摘要】
1.一种用于动态转子叶片温度的标定装置，其特征在于，所述标定装置包括：自带温控系统的高温炉(1)、模拟转子叶片模块(8)、光信号发射与接收模块(10)；
2.如权利要求1所述的用于动态转子叶片温度的标定装置，其特征在于，所述高温炉(1)正面中心开圆形孔，安装所述法兰盘(3)；所述法兰盘(3)中心开孔，安装石英窗口(11)；法兰盘(3)两侧安装有进水口(12)和出水口(13)，是水冷装置的两端，用于降低高温炉(1)外侧温度，降低高温炉(1)内部温度对法兰盘(3)的影响，从而避免高温对外部其他配套装置的影响。
3.如权利要求1所述的用于动态转子叶片温度的标定装置，其特征在于，所述光信号发射与接收模块(10)包括：激光器(14)、分光镜(15)、准直器(16)、光电探测器(17)、上位机(26)、光电计数器(25)；
4.如权利要求3所述的用于动态转子叶片温度的标定装置，其特征在于，所述光电计数器(25)通过记录转过叶片数量，外部触发激光器(14)并用于保证在不同转速下的响应频率，来保障所述激光器(14)产生激励光并能够照射到带有荧光涂层的叶片(9)，确保旋转速度的同步性。
5.如权利要求3所述的用于动态转子叶片温度的标定装置，其特征在于，所述准直器(16)在底部中心位置处开圆形孔，用于安装第一滤光片(21)使波长600nm以上的光减少通过，用于减少高温背景辐射的影响，在第一滤光片(21)下面中心位置安装第二滤光片(22)用于阻止波长355nm的光通过，用于减少激励光对采集荧光信号的干扰；
【专利技术属性】
技术研发人员：付巍，孙鹏，范东杰，梁海坚，王高，范锦珑，王健，温悦，蔡静，杨永军，张学聪，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
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