[發明專利]一種基于旋轉式棱鏡的渦輪葉片表面溫度測量裝置

有效

• 申請號: 202010434918.2
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111678607B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 姜晶;邱安美;鐘業奎;喻培豐;張澤展;段英;茍學科;田貴云;王超
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01J5/10
• 分類號: G01J5/10;G01J5/08;G01J5/04;G01M15/14;G01M15/02
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 陳一鑫

該發明公開了一種基于旋轉式棱鏡的渦輪葉片表面溫度測量裝置，屬于航空發動機領域，特別是含有旋轉棱鏡和水冷套管的渦輪葉片表面溫度測量裝置。本發明克服了傳統的渦輪葉片測量裝置伸入發動機部分過長造成的安裝困難、光學污染嚴重等問題；基于傳熱學引入了螺旋水冷裝置，大大增加冷卻效率；棱鏡旋轉代替傳統的整個探針裝置的旋轉，不僅減少旋轉整個裝置造成的光學系統的不穩定，還提高了掃描效率；光管的簡單傳動結構解決了傳統探針裝置沒有實現的調焦功能；線陣傳感器的使用能同時探測多個面元的溫度，也大大提高了掃描效率。

技術領域

本發明屬于航空發動機領域，特別是含有旋轉棱鏡和水冷套管的渦輪葉片表面溫度測量裝置。

背景技術

渦輪葉片的強度和壽命是航空發動機定壽的關鍵件，它在高轉速的極端發動機工況下承載著循環熱載荷和較大的離心力，為了保證在發動機運行期間的穩定性和可靠性，準確監測渦輪葉片表面溫度及分布以評估其熱載荷，有利于發動機的維護。從目前的研究現狀來看，有很多機構院所致力于研究渦輪葉片表面的溫度測量，但是大多數都是基于單點溫度測量并結合探針等裝置的運動掃描從而實現整體葉片的表面溫度測量，這種方法雖然可行，但是效率較慢，并且移動探針位置難免對探針內部的光學系統聚焦或穩定性有所影響，基于以上，本發明提出一種帶旋轉棱鏡的非單點溫度測量裝置。

發明內容

本發明提出一種基于旋轉式棱鏡的渦輪葉片表面溫度測量裝置，旨在解決目前的渦輪葉片的溫度測量裝置效率低、功能單一等問題。

本發明的技術方案為：一種基于旋轉式棱鏡的渦輪葉片表面溫度測量裝置，該裝置包括：探針、棱鏡旋轉裝置、光學調焦裝置，所述棱鏡旋轉裝置、光學調焦裝置設置于探針外壁；所述探針包括：探針外殼、探針內殼、水冷套管、藍寶石窗片、石英棱鏡、光管；其中探針外殼為瓶狀，包括瓶身和瓶口，瓶口直徑小于瓶身直徑，瓶身與瓶口之間有直徑逐漸變小的過渡段，瓶身的底部設置有入水管、瓶身頂部設置有出水管；探針內殼設置于探針外殼內且探針內殼與外殼之間設置有冷卻腔，探針內殼為管狀，頂部與探針外殼的過渡段密封接觸，底部與探針外殼的底部齊平，冷水套管繞制于探針內殼上；冷水套管的冷卻水入口與探針外殼的入水管連接，冷水套管的出水口與探針外殼的冷卻水出口連接；藍寶石窗片設置于探針外殼的瓶口處，石英棱鏡設置于探針內殼的頭段內；光管為管狀，位于探針內殼的尾段內，光管內順光線傳播方向依次設置有準直鏡、聚焦鏡和紅外陣列探測器；石英棱鏡折射透過藍寶石窗片的光線使其準確進入光管內；

所述棱鏡旋轉裝置包括：旋轉電機、蝸桿、齒輪、棱鏡旋轉臺，棱鏡旋轉臺一端位于探針內一端位于探針外，探針外殼和探針內殼上開設有用于設置棱鏡旋轉臺的旋轉通孔；棱鏡旋轉臺位于探針內的一端頂部與石英棱鏡固定，位于探針外的一端與旋轉電機機械連接，通過旋轉電機的轉動帶動旋轉臺轉動；

所述光學調焦裝置包括：伸縮電機、聯軸器、絲杠、驅動桿，所述驅動桿與光管的外壁固定，探針外殼和探針內殼上開設有用于驅動桿滑動的軌道，驅動桿嵌套于絲桿上，伸縮電機通過聯軸器與絲桿連接，通過伸縮電機的轉動帶動絲桿轉動，從而帶動驅動桿沿軌道滑動。

進一步的，所述冷水套管繞制于探針內殼上，且由探針內殼底部到頂部的繞制密度是由疏到密的。

進一步的，所述棱鏡旋轉臺位于探針外的一端設置有齒輪，旋轉電機的輸出桿為蝸桿，蝸桿與齒輪配合。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明克服了傳統的渦輪葉片測量裝置伸入發動機部分過長造成的安裝困難、光學污染嚴重等問題；基于傳熱學引入了螺旋水冷裝置，大大增加冷卻效率；棱鏡旋轉代替傳統的整個探針裝置的旋轉，不僅減少旋轉整個裝置造成的光學系統的不穩定，還提高了掃描效率；光管的簡單傳動結構解決了傳統探針裝置沒有實現的調焦功能；線陣傳感器的使用能同時探測多個面元的溫度，也大大提高了掃描效率。

附圖說明

圖1為整體裝置外觀圖。

圖2為裝置的x-o-z面剖視圖。