一种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；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。本发明专利技术还公开了利用上述装置进行测量定位的方法。本发明专利技术可以在高温下对高速旋转叶片表面的温度进行测量，并得到叶片表面温度具体分布位置，为旋转叶片的叶型及冷却结构设计提供必需的数据，并可实时在线监控温度变化特性，提前预防运行中的燃气轮机可能出现叶片烧蚀等严重故障。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。本专利技术还涉及一种实现上述方法的测量定位方法装置。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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旋转叶片的辐射光能通过透镜和光纤温度探头后进入光纤束，然后光纤束分为两路，分别经过第一滤光片和第二滤光片对两束光进行滤波，获得测温用波长为^和入2的光福射能，再分别经过第一光电转换部件和第二光电转换部件获得波长为X工和X2的光福射能对应的电压或电流信号，该电压或电流信号通过数据采集仪进行采集记录并输入计算机进行处理，获得旋转叶片表面的温度；光源产生的光束经过滤光镜后获得测量位移所需波长\ 3的光能进入发射光纤，并通过光纤束、光纤探头和透镜发射到旋转叶片表面，由旋转叶片表面反射的光再经过透镜和光纤探头进入光纤束中的信号光纤和参考光纤，信号光纤经第三滤光片、参考光纤经第四滤光片得到波长为入3的光辐射能，然后分别经过第三光电转换部件和第四光电转换部件获得信号光纤与参考光纤波长入3光辐射能对应的电压或电流信号，信号光纤和参考光纤的两路电压或电流信号经过数据采集仪进行数据采集存记录并输入计算机进行处理，获得光纤探头与旋转叶片表面之间的相对距离变化信息。所述的方法，其中，反射补偿型光纤位移测量系统与光纤比色测温系统是同步或异步启动。所述的方法，其中，反射补偿型光纤位移测量系统的响应时间小于5微妙。所述的方法，其中，测量位移的波长入3要远离测温用波长X工和X 2的区间。本专利技术具有以下优点I)本装置可以用于高温环境下的部件表面温度测量；2)本装置可以用于高速旋转部件的表面温度测量；3)本装置可以将所测温度与旋转叶片表面位置对应；4)本装置除了需要在某旋转叶片加工定位面外，不会对被测表面产生任何影响，不影响流场整体分布和材料的均匀性；5)本装置采用比色测温，测量结果受中间介质(如水蒸气、二氧化碳和灰尘等)影响较小，适于恶劣环境下温度测量；6)本装置采用了光纤技术，灵敏度高、抗电磁干扰；7)本装置各部件更换及维护非常方便，不需要对燃气轮机内部进行拆卸操作；可 以不停机更换维修。8)本装置对光纤温度测量的响应时间要求较低，可以低于旋转叶片的转动周期。附图说明图I是本专利技术中光纤比色测温系统光路原理图。图2是本专利技术中反射补偿型光纤位移测量系统光路原理图。图3是本专利技术测量定位装置的原理图。具体实施例方式本专利技术可以在高温下对高速旋转叶片表面的温度进行测量，并得到叶片表面温度具体分布位置，为旋转叶片的叶型及冷却结构设计提供必需的数据，并可实时在线监控温度变化特性，提前预防运行中的燃气轮机可能出现叶片烧蚀等严重故障。以下结合附图对本专利技术的技术方案作详细描述。图I为本专利技术中的光纤比色测温系统17的工作原理图，高温部件辐射光能通过透镜I和光纤温度探头2后进入光纤束3，然后光纤束分为两路，分别采用滤光片4和5对两束光进行滤波，获得所选特征波长为^和X2的光辐射能。光纤比色测温系统组装前，需要通过实验测试获得常用涡轮叶片材料的发射率在不同温度下随波长变化情况，然后选择发射率4 &的两个特征波长，根据所选波长选择滤光片4和5。经过滤光片4和5后的光能，分别经过光电转换部件6和7获得两路所选特征波长光辐射能对应的电压(电流)信号，该电压(电流)信号通过高速数据采集仪20进行采集记录并输入计算机21进行处理，获得所得表面的温度。图2为本本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李勋锋，淮秀兰，蔡军，陶毓伽，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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