[發(fā)明專利]一種渦輪葉片的輻射測溫系統(tǒng)及基于反射補償?shù)臏u輪葉片輻射測溫方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810569725.0
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN109060135A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設計）人: 高山;馮馳;陳立偉;李東;康子洋;伍迪
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G01J5/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種渦輪葉片的輻射測溫系統(tǒng)，其特征在于：包括輻射高溫計、紅外光電轉換器、數(shù)據(jù)采集卡、上位機，輻射高溫計獲取渦輪葉片輻射能量，經(jīng)紅外光電轉換器后，將紅外輻射光轉換為電信號；將得到的電信號進行數(shù)據(jù)處理，通過數(shù)據(jù)采集卡將處理后的信號傳到上位機，經(jīng)電壓-溫度轉換后得到不同光譜下的溫度信號，結合高溫背景反射補償以及多光譜算法得到渦輪葉片的真實溫度。

2.一種基于反射補償?shù)臏u輪葉片輻射測溫方法，其特征在于：步驟如下：

步驟1、通過仿真計算或使用紅外相機進行測量得到渦輪葉片工作環(huán)境溫度分布；

步驟2、描述葉片表面幾何特征：

根據(jù)葉片的葉型參數(shù)，得到葉片截面曲線的型線公式，通過型線公式描述葉片表面的幾何特征，選用的葉片外型線為五次多項式，且曲線上不存在奇點及多余拐點，根據(jù)設計參數(shù)計算型線上第一點坐標(x₁,y₁)和最后一點坐標(x₂,y₂)、一階導數(shù)y′₁、y′₂以及二階導數(shù)y″₁、y″₂，構造方程組：

并得到型線方程的系數(shù)值[p₀ p₁ p₂ p₃ p₄ p₅]^T，則動葉的型線方程f(x)為：

f(x)＝p₀+p₁·x+p₂·x²+p₃·x³+p₄·x⁴+p₅·x⁵；

用相同的方法可得導葉的型線方程g(x)，用g₁(x)表示導葉吸力面型線方程，g₂(x)表示導葉壓力面型線方程；

步驟3、將動葉與導葉表面面元化，計算導葉某面元j對動葉某面元i的有效輻射量；

將面元近似為矩形，則得到動葉某面元i和導葉某面元j間角系數(shù)計算公式為：

式中：i為動葉上某面元，j為導葉上某面元，A為面元的面積，γ為面元法線與對應面元連接線夾角，S為面元寬度，h為面元高度，x為面元底部距離參考點距離，a為面元間的距離，；

步驟4、根據(jù)動葉型線方程f(x)，選擇動葉上A點作為起始位置且其坐標為(x_i,f(x_i))、面元寬度為Δx,面元終點坐標B為(x_i+△x，f(x_i+△x))，；導葉型線方程g(x),導葉上C點作為起始點且其坐標為(x_j,g(x_j))、面元寬度為Δx，導葉面元終點坐標D為(xj+△x，g(x_j+△x))，點E、F分別為線段AB、CD的中點，根據(jù)葉片型線公式計算向量三個向量表示如下：

夾角γ₁、γ₂，面元寬度s₁、s₂以及面元間的距離a隨葉片旋轉變化，并通過向量計算夾角γ_i，γ_j；若截面葉型方程固定，夾角γ_i、γ_j、兩面元間距離a、面元寬度s_i、s_j只與始點坐標x_i、x_j以及離散點寬度Δx有關，表達式如下：

導葉吸力面與壓力面對動葉上面元AB的角系數(shù)之和：

式中：k為導葉吸力面面元數(shù)，l為導葉壓力面面元數(shù)，kΔx≤x_jmax，lΔx≤x_jmax，F(xiàn)₁為導葉壓力面對面元AB的角系數(shù)，F(xiàn)₂為導葉吸力面對面元AB的角系數(shù)，x_jmax為導葉有效面最大橫坐標；

步驟5、根據(jù)葉片位置關系可知，當渦輪旋轉時，反射量以三個導葉為周期循環(huán)變化；當動葉旋轉時，葉片截面型線形狀不變；

步驟6、若考慮導葉表面溫度分布，導葉的輻射量在動葉面元上形成的反射量為：

式中：A_i為動葉面元i的面積，A_j為導葉面元j的面積，為導葉上面元j的輻射能量；

步驟7、根據(jù)所計算出的反射量結合動葉與導葉溫度，對測溫系統(tǒng)獲取到的輻射量進行反射補償，再通過多目標遺傳算法對目標方程進行求解得到渦輪葉片的真實溫度。