[发明专利]一种涡轮叶片的辐射测温系统及基于反射补偿的涡轮叶片辐射测温方法

权利要求书

1.一种涡轮叶片的辐射测温系统，其特征在于：包括辐射高温计、红外光电转换器、数据采集卡、上位机，辐射高温计获取涡轮叶片辐射能量，经红外光电转换器后，将红外辐射光转换为电信号；将得到的电信号进行数据处理，通过数据采集卡将处理后的信号传到上位机，经电压-温度转换后得到不同光谱下的温度信号，结合高温背景反射补偿以及多光谱算法得到涡轮叶片的真实温度。

2.一种基于反射补偿的涡轮叶片辐射测温方法，其特征在于：步骤如下：

步骤1、通过仿真计算或使用红外相机进行测量得到涡轮叶片工作环境温度分布；

步骤2、描述叶片表面几何特征：

根据叶片的叶型参数，得到叶片截面曲线的型线公式，通过型线公式描述叶片表面的几何特征，选用的叶片外型线为五次多项式，且曲线上不存在奇点及多余拐点，根据设计参数计算型线上第一点坐标(x₁,y₁)和最后一点坐标(x₂,y₂)、一阶导数y′₁、y′₂以及二阶导数y″₁、y″₂，构造方程组：

并得到型线方程的系数值[p₀ p₁ p₂ p₃ p₄ p₅]^T，则动叶的型线方程f(x)为：

f(x)＝p₀+p₁·x+p₂·x²+p₃·x³+p₄·x⁴+p₅·x⁵；

用相同的方法可得导叶的型线方程g(x)，用g₁(x)表示导叶吸力面型线方程，g₂(x)表示导叶压力面型线方程；

步骤3、将动叶与导叶表面面元化，计算导叶某面元j对动叶某面元i的有效辐射量；

将面元近似为矩形，则得到动叶某面元i和导叶某面元j间角系数计算公式为：

式中：i为动叶上某面元，j为导叶上某面元，A为面元的面积，γ为面元法线与对应面元连接线夹角，S为面元宽度，h为面元高度，x为面元底部距离参考点距离，a为面元间的距离，；

步骤4、根据动叶型线方程f(x)，选择动叶上A点作为起始位置且其坐标为(x_i,f(x_i))、面元宽度为Δx,面元终点坐标B为(x_i+△x，f(x_i+△x))，；导叶型线方程g(x),导叶上C点作为起始点且其坐标为(x_j,g(x_j))、面元宽度为Δx，导叶面元终点坐标D为(xj+△x，g(x_j+△x))，点E、F分别为线段AB、CD的中点，根据叶片型线公式计算向量三个向量表示如下：

夹角γ₁、γ₂，面元宽度s₁、s₂以及面元间的距离a随叶片旋转变化，并通过向量计算夹角γ_i，γ_j；若截面叶型方程固定，夹角γ_i、γ_j、两面元间距离a、面元宽度s_i、s_j只与始点坐标x_i、x_j以及离散点宽度Δx有关，表达式如下：

导叶吸力面与压力面对动叶上面元AB的角系数之和：

式中：k为导叶吸力面面元数，l为导叶压力面面元数，kΔx≤x_jmax，lΔx≤x_jmax，F₁为导叶压力面对面元AB的角系数，F₂为导叶吸力面对面元AB的角系数，x_jmax为导叶有效面最大横坐标；

步骤5、根据叶片位置关系可知，当涡轮旋转时，反射量以三个导叶为周期循环变化；当动叶旋转时，叶片截面型线形状不变；

步骤6、若考虑导叶表面温度分布，导叶的辐射量在动叶面元上形成的反射量为：

式中：A_i为动叶面元i的面积，A_j为导叶面元j的面积，为导叶上面元j的辐射能量；

步骤7、根据所计算出的反射量结合动叶与导叶温度，对测温系统获取到的辐射量进行反射补偿，再通过多目标遗传算法对目标方程进行求解得到涡轮叶片的真实温度。