[实用新型]一种燃气轮机叶顶间隙三维流场测量装置

说明书

本实用新型涉及一种燃气轮机叶顶间隙三维流场测量装置，属于光学测量技术领域。装置包括：光源，发射光束，并通过分束器将该光束分成照明光路和参考光路；弧形缝隙调节机构，设置在照明光路上，将照明光束调整为与叶顶间隙形状相适应的弧形光束，并入射到叶顶间隙内；合束器，将叶顶间隙被照明的示踪粒子散射的信号光与参考光路上的参考合成为一束合成光；相机，设置在合成光的光路上，用于记录示踪粒子的相干图像；处理器，用于处理示踪粒子相干图像，反演示踪粒子三维位置，并计算叶顶间隙三维流场。实现了燃机叶顶间隙狭小复杂流道的三维流场测量。

技术领域

本实用新型涉及光学测量技术领域，具体地说，涉及一种燃气轮机叶顶间隙三维流场测量装置。

背景技术

燃气轮机是发电工业中的高端装备，其技术含量和设计制造难度居所有机械设备之首，被称为机械制造行业“皇冠上的明珠”，是衡量一个国家工业先进水平和科技能力的标志之一，在国民经济和能源电力工业中具有重要的战略地位。

在燃气轮机叶片顶部与气缸机匣面之间存在着一定的间隙(叶顶间隙，一般是弦长的1％～6％，毫米级)，通过叶顶间隙的泄漏流动不可避免。虽然叶顶间隙的几何尺寸同整个流道相比是非常小的，但它却对叶片流道内近20％区域的流动产生影响。叶尖泄漏流动将导致叶尖附近做功减少，导致通道堵塞以及流动损失增加。发展先进的流动测量技术，认识叶顶间隙泄漏流流动规律，设计叶片结构主动控制相关流动，是抑制叶尖泄漏流动的重要技术方法。

现有的叶顶间隙流动测量技术有粒子图像测速技术(Particle image velocity，PIV)，体视粒子图像测速技术(Stereoscopic particle image velocimetry，SPIV)，激光多普勒测速技术(Laser Doppler Velocimetry， LDV)，纹阴技术等。PIV技术是一种二维测量技术，是片光源切面内的二维流场。SPIV技术是在PIV基础上发展的三维测量技术，通过多台相机得到不同角度方向的图像，进而求解三维流场，该技术需要多台相机，系统复杂，成本较高。LDV技术是一种单点测量技术，通过测点的三维移动，可以获得空间的速度分布。纹阴技术是基于被测流场的折射率梯度(密度差)来定性描述流场特征，较适用于超高速流场的定性表征。

针对燃气轮机叶顶间隙三维流场测量的需求，克服现有技术的不足，发展新的测量装置及方法，获得叶顶间隙泄漏流流动规律，对提高我国燃气轮机的装备水平具有重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种燃气轮机叶顶间隙三维流场测量装置，能够实现燃机叶顶间隙狭小复杂流道的三维流场测量。

为了实现上述目的，本实用新型提供的燃气轮机叶顶间隙三维流场测量装置包括：

光源，发射光束，并通过分束器将该光束分成照明光路和参考光路；

弧形缝隙调节机构，设置在所述照明光路上，将照明光束调整为与叶顶间隙形状相适应的弧形光束，并入射到叶顶间隙内；

合束器，将叶顶间隙被照明的示踪粒子散射的信号光与所述参考光路上的参考合成为一束合成光；

相机，设置在所述合成光的光路上，用于记录示踪粒子的相干图像；

处理器，用于处理示踪粒子相干图像，反演示踪粒子三维位置，并计算叶顶间隙三维流场。

上述技术方案中，燃气轮机属于旋转机械，气缸内表面为圆弧形，故叶顶间隙也为圆弧形，通过弧形缝隙调节机构将光束调节为与燃机叶顶间隙流道相似的弧形光束。通过示踪粒子的相干图像计算叶顶间隙的三维流场。实现了燃机叶顶间隙狭小复杂流道的三维流场测量。

可选地，在一个实施例中，所述的照明光路上依次设有凸透镜、柱透镜和反射镜，所述的弧形缝隙调节机构位于反射镜的反射光路上，照明光束依次经过凸透镜和柱透镜后形成片光束，再由反射镜反射到所述弧形缝隙调节机构，形成弧形片光束。