[发明专利]一种基于围道积分的涡轮叶片辐射测温中背景辐射影响修正方法

说明书

本发明提供一种基于围道积分的涡轮叶片辐射测温中背景辐射影响修正方法，步骤1：利用软件仿真得到涡轮导叶温场分布。步骤2：动叶与导叶表面三角面元划分。步骤3：利用围道积分计算动叶与导叶间的角系数。步骤4：被测动叶面元受导叶背景辐射影响计算。步骤5：计算与分析动叶旋转到不同位置时所受背景辐射。步骤6：根据背景辐射分布规律，对高温计测量结果进行修正。本发明可以有效修正利用辐射测温法测量涡轮叶片温度时来自周围高温环境下的背景辐射。

技术领域

本发明涉及一种基于围道积分的涡轮叶片辐射测温中背景辐射影响修正方法，应用于高温环境下的目标温度测量。

背景技术

燃气轮机作为一种强大而高效的动力装置，在军民领域都有着重要的应用。涡轮叶片是燃气轮机的核心部件之一，其工作在高温高压的恶劣环境中，不断受到高温燃气的热冲击与热腐蚀。如果叶片发生故障，比如叶片断裂，有时会毁坏整个涡轮，造成巨大的经济损失。所以对涡轮叶片的状态监控变得尤为重要，表面温度作为反映叶片工作状态的重要特征，通过表面温度测量可以为叶片健康状态监控提供重要依据。

涡轮叶片工作时绕轴高速旋转，传统的测温方式如热电偶将不再适应。如今，普遍利用辐射测温法对涡轮叶片的温度进行测量，其具有不扰乱温场、测温范围广与测量速度快等优点。然而利用辐射测温法测量涡轮叶片温度时，来自周围高温环境的背景辐射会给测量结果引入误差，有研究表明，在不理想测试环境下，背景辐射占总辐射量的比例能高达70％。所以，设计算法对背景辐射进行补偿可以显著的提高辐射测温的精度。

以前的研究中，在分析涡轮叶片辐射测温的背景辐射时，会对动叶与导叶结构简化为拉伸结构，忽略其复杂的构造，在简化结构的基础上，利用矩形面元对叶片表面进行划分。叶片结构的简化会对对环境辐射计算产生影响，而且，结构简化后叶片温场分布与原温场的对应关系难以确定。本文在以前研究的基础上，提出了一种基于围道积分的背景辐射计算方法，无需对叶片结构进行简化，直接利用大量的三角面元对叶片的表面进行划分，完整的保留了叶片复杂的结构特征与温场分布特征，提高了计算的准确性。同时通过旋转角度变量可以快速得到不同动叶位置时的背景辐射，利用背景辐射对辐射测温结果进行修正，提高测量精度。

发明内容

本发明的目的是为了分析涡轮叶片温度测量时，来自周围高温环境的背景辐射对测温结果的影响，准确描述背景辐射的分布特征，降低背景辐射对涡轮叶片测温结果的影响而提供一种基于围道积分的涡轮叶片辐射测温中背景辐射影响修正方法。

本发明的目的是这样实现的：步骤如下：

步骤1：得到涡轮导叶温场分布；

步骤2：动叶与导叶表面三角面元划分；

步骤3：利用围道积分计算动叶与导叶间的角系数；

任意导叶的三角面元j对动叶的三角面元i的角系数F_ij的围道积分计算公式为：

式中：A_j为导叶的三角面元j的面积，R为两面元之间的距离；C_i与C_j分别为组成三角面元i和三角面元j的边线，dx，dy与dz分别为对应方向上的长度；且C_i由向量和组成，C_j由向量与组成，则F_ij的围道积分计算公式推导为：

其中：

假设A、B、C、D、E的坐标分别为(ax,ay,az)、(bx,by,bz)、(cx,cy,cz)、(dx,dy,dz)、(ex,ey,ez)；则向量与的参数方程表达形式如下：

式中：s与t为参数方程的参数，取值区间皆为[0,1]；