[发明专利]一种用于测量叶轮机械内部流场速度的装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于测量叶轮机械内部流场速度的装置及方法，涉及流场速度测量技术领域。包括激光发生器1、激光束2、透光玻璃3、被测点4、压气机轮毂5、数据采集系统、三维坐标架、可视窗口和示踪粒子发生器，所述激光发生器1发射激光束2通过透光玻璃3将激光束2聚焦在压气机轮毂5上的被测点4，通过移动三维坐标架测定不同位置的示踪粒子发生器发出的示踪颗粒流，并通过数据采集系统进行数据处理并显示在可视窗口；采用多普勒激光测速仪对叶轮机内流场进行无接触式测量，相比传统的探针、应变片及热线测速仪等方法，该测量方法对流场没有干扰，测量精度高，适用范围广。

技术领域

本发明涉及流场速度测量技术领域，具体涉及一种用于测量叶轮机械内部流场速度的装置及方法。

背景技术

压气机作为一种典型的旋转式叶轮机械，其内部流场的流动规律是极其复杂的，对压气机机内部流场的准确测量，对于验证数值模拟方法，提高压气机的设计水平和优化体系有重大的意义。但是，其紧凑的结构使得内部空间狭小，流动状态恶劣，使得精确测量压气机内部流速困难重重。现有的测量手段主要分为两种，一种是传统的接触式测量，这种方法要求将物理探针放入待测流场中，通过探针与气流的接触，得到待测流场的速度和压力等信息，这种方法虽然操作简单，但是任何探针都会对流场本身造成干扰，降低测量精度；第二种是非接触式的测量，测量系统在被测流场中释放某种可供系统识别的介质，通过采集介质在被特定气动信号作用过后的特定变化规律而达到测量目的的技术，典型代表为粒子成像测速技术、激光多普勒测速技术等。但是，由于压气机的结构非常紧凑，使得这些先进的测量手段在应用过程中遇到了很大挑战。本发明介绍了一种用于测量叶轮机械内部流场速度的装置及方法，目前还未见与之相似的用于叶轮机械的测量方法。

本发明针对的是轴流压气机内部流场的速度测量，采用非接触式的测量方法，在压气机外机匣上打开一个透光窗口，装上可供激光通过的透明玻璃，将多普勒激光测速仪(LDA)的激光透过透明玻璃射入压气机流道中，对激光焦点处的流动速度进行测量，通过调整激光焦点的位置完成压气机流道内不同位置上的流速测量。整个过程对流场没有任何干扰，操作简单，测量精度高。在前期的准备工作中，查阅了国内外文献和专利，具体对比情况如下。

在申请号为200510086255.5的专利《一种叶轮机械内部流场测量方法》中，涉及一种采用非接触式测量工具在叶轮机械流场测量中的应用。该测量方法采用的测量设备为SPIV测量系统，按照其所提供的方式布置激光片光和CCD相机，然后对该系统进行标定，通过特定的三维速度合成方法获得所测区域的流速。该发明解决了叶轮机械内部垂直于主流的二次流瞬态流场测量的难题，避免了导光筒对流场的干扰。

在申请号为201610981886.1的专利《一种适用于高速流场的单帧粒子成像测速仪及其测速方法》中，涉及的是一种粒子图像测速装置及方法。测试装置包括激光器、高速CCD摄像机、同步控制器、粒子发生器、片光源系统、测试窗口、图像采集与分析系统。该发明解决了传统的PIV测速系统应用在高速流场时，同步器难以精确控制激光器的脉冲间隔和高速CCD摄像机的拍摄间隔给测量带来的影响，避免了从两幅图像中寻找相关的粒子进行速度计算的问题。

在申请号为201610825237.2的专利《一种大空间稳态流场三维测量系统及测量方法》中，涉及一种稳态流场三维测量系统及测量方法，包括内置惯性传感器的五孔探针，五孔探针连接压力变送器，压力变送器连接五孔探针数据处理单元，惯性传感器连接惯性传感器数据处理单元。该发明结构简单可靠，可实现对稳态流场速度矢量的测量。

综上所述，目前常用的测量方法中，一种是采用PIV系统对压气机内流场进行测量，而是采用传统的探针对压气机内部流场进行测量。本发明是利用多普勒激光测速仪(LDA)对叶轮机械内流场的流速进行测量，整个测量过程对流场没有干扰，该方法简单可靠，操作方便，测量精度高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于测量叶轮机械内部流场速度的装置及方法。