[發明專利]葉輪機內流激光多普勒同軸測量裝置及其調試和試驗方法

有效

• 申請號: 202310140748.0
• 申請日: 2023-02-21
• 公開（公告）號: CN115839821B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 李學臣;時培杰;宗有海;馬護生;陳峰;譚錫容;李聰
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心空天技術研究所
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01P5/26;G01S17/58;G01B5/252
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 王丹

本發明屬于葉輪機內流光學測量技術領域，公開了一種葉輪機內流激光多普勒同軸測量裝置及其調試和試驗方法。測量裝置包括圓周方向位移組件、半徑方向位移組件、軸線方向位移組件與可調支撐底座。圓周方向位移組件實現了葉輪機內流的LDA同軸測量；半徑方向位移組件實現了LDA測點沿半徑方向的位置調整；軸向位移組件實現了LDA測點沿軸線方向的位置調整；三個位移組件的步進電機的剎車功能實現了LDA測量探頭駐點數據采集及斷電保持功能。能夠測量被測葉輪機軸線各個位置截面與不同葉片高度截面的速度場分布信息，不受葉輪機自身結構振動干擾，具有工程實用價值。

技術領域

本發明屬于葉輪機內流光學測量技術領域，具體涉及一種葉輪機內流激光多普勒同軸測量裝置及其調試和試驗方法。

背景技術

激光多普勒測速（Laser?Doppler?Anemometer，簡稱LDA）技術是利用激光的高相干性和高能量測量流體速度的一種光學測速技術。其測速原理是：兩條激光光束匯聚一個焦點時，發生干涉，生成明暗相間的干涉條紋，形成測量體。當流體攜帶示蹤粒子經過測量體時，示蹤粒子散射干涉條紋的激光產生光強變化。由于已知測量體內干涉條紋的寬度，LDA接收端根據示蹤粒子散射光強的變化頻率即可得出明暗間隔時間，進而計算出流體速度。LDA技術具有不干擾流場、空間分辨率高、動態響應快、測量范圍寬、方向靈敏性好、測量精度高等優點。因此，LDA技術特別適用于邊界層、分離流、渦流以及跨、超音等易擾動湍流場的測量。

葉輪機是燃氣渦輪航空發動機、燃氣輪機、蒸汽輪機、泵與風機等流體機械進行熱功轉換的核心部件，在人們日常工作、生活甚至整個國民經濟運轉過程中發揮著不可替代的作用。葉輪機內部流場的精細測量是對葉輪機進行流場診斷、性能評估、優化設計以及流動機理研究的基礎。

目前，葉輪機內部流場的激光多普勒測速尚存在以下技術難題：

一是，葉輪機機匣是類似圓管的回轉面（不一定是等直徑的圓柱面，通常葉輪機直徑沿主軸方向前后會有變化），應用LDA技術穿過回轉面的光學視窗對內部流動進行移動測量時，LDA的探頭軸線若不能始終保持在被測回轉面的法線方向即保持同軸測量，就會因偏離測量軸即離軸測量造成LDA的兩干涉光束在回轉面視窗玻璃表面的入射角度不同，兩束激光穿過視窗玻璃的折射量不同，從而導致LDA激光光束穿過回轉面玻璃視窗后不易形成穩定的焦點，不能保持穩定的測量體，導致葉輪機內部流動LDA連續移動測量無法完成。若每一個測點都需要對兩干涉光束進行精確調整，則測量效率十分低下；

二是，現有LDA技術，測點布置不夠靈活，無法提供沿被測葉輪機軸線各個位置截面與回轉面即不同葉片高度截面（簡稱等葉高截面）速度場分布信息；

三是，現有LDA探頭位移裝置通常安裝在被測葉輪機的機匣上，這樣在開展LDA測量實驗時，由于葉輪機自身往往存在結構振動，若振動傳導至LDA測量探頭會顯著干擾測量，影響測量結果；

四是，針對已有的葉輪機，在實驗過程中通常無法精確定位其主軸軸心的位置。

當前，亟需發展一種葉輪機內流激光多普勒同軸測量裝置及其調試和試驗方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服葉輪機等類似圓管內部流場激光多普勒測量現有技術缺陷，提供一種葉輪機內流激光多普勒同軸測量裝置及其調試和試驗方法。

本發明的葉輪機內流激光多普勒同軸測量裝置，其特點是，所述的測量裝置包括圓周方向位移組件、半徑方向位移組件、軸線方向位移組件和可調支撐底座；

可調支撐底座的獨立支撐座與葉輪機試驗件的支撐座隔離，獨立支撐座的邊緣設置有4個螺母絲桿，2個螺母絲桿一組，每組螺母絲桿上固定1根直線導軌，2根直線導軌相互平行且均垂直于葉輪機試驗件的中心軸線，2根直線導軌上固定1個支架；