[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

说明书

本发明提供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，包括：对叶片工作环境(即邻近导叶)温度分布进行仿真计算或使用测量设备进行测量。根据叶片的叶型参数，得到叶片截面曲线的型线公式，通过型线公式的拟合描述叶片表面的几何特征。将动叶与其邻近热端部件表面(包括导叶及其它高温部件)面元化，分别计算每个高温部件面元对待测动叶面元的有效辐射量。建立环境反射模型，计算环境反射量。建立多光谱辐射传递方程。求解目标方程得到叶片真温。本发明降低叶片工作环境邻近热端部件反射量对叶片测温结果的影响，提高测温精度。

技术领域

本发明涉及涡轮叶片辐射测温工作环境反射影响修正方法，尤其涉及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，应用于发动机涡轮叶片表面温度测量。

背景技术

燃气轮机的发展过程是以温度的提高为主要标志，而在燃气轮机能量转换时，涡轮叶片是其中最重要部件之一。涡轮叶片工作环境恶劣，除在高转速下承受热应力的变化外，还收到高温燃气的冲击以及热腐蚀的影响，使得涡轮叶片更易损坏

由于燃气轮机涡轮叶片处于封闭的环境中，背景辐射主要来自于周围邻近热端部件，且热端部件温度高于目标表面温度。辐射温度计接收到的总辐射量一部分来自于目标表面辐射，一部分来自于邻近热端部件的反射量，因而导致测量结果偏高。因此，在叶片温度测量时，如何解决高温背景反射影响问题，进而提高测量准确度，是亟待解决的问题，一直受到关注

红外辐射测温技术是监测并提供涡轮叶片温度数据最佳方法。然而，这种非接触式温度测量的方法会受到燃气轮机运行环境影响引入测量误差。为准确测量涡轮叶片的温度，必须考虑涡轮叶片临近热端部件反射影响。

在以往的研究中主要有两种方法用来校正反射的辐射。(1)忽略反射辐射量，或使用比色测温方法将反射量的影响归于发射率，在比色计算中消除。但是，这种方法仅可应用在特定环境中，如目标表面的温度比周围表面温度要高得多。燃气轮机涡轮叶片测温中，由于叶片所处环境复杂，周围热端部件温度要明显高于被测目标，并且叶片旋转到不同位置时，反射量的影响不同，因此该方法并不适用。或者环境温度和目标温度相近。这时，待测目标表现和黑体相近，假定发射率为1。该方法应用范围较小，通常只能用于稳态测温，不适用于温度快速变化的场合。(2)通过光学路径上介质的光谱选择性估算或消除反射的影响。如在太阳光反射不可忽略的环境中，选择大气吸收率较高的光谱，完成对太阳光反射的较正中。

发明内容

本发明的目的是为了降低叶片工作环境邻近热端部件反射量对叶片测温结果的影响，提高测温精度而提供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。

本发明的目的是这样实现的：一种涡轮叶片的辐射测温系统，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。

一种基于反射补偿的涡轮叶片辐射测温方法，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：