[发明专利]一种涡轮叶片表面温度测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量装置，具体说是一种温度测量装置，更具体说是一种发动机涡轮叶片表面温度测量装置。

背景技术

航空发动机的发展是以高温为主要特征的,航空发动机的涡轮叶片是将热能转换为机械能的关键部件,涡轮叶片在高温燃气的冲击下高速旋转,除了要承受变化巨大的多种应力,还要受到热腐蚀和高温氧化等作用。新型发动机为追求更高的推重比,涡轮前温度将进一步提高,涡轮叶片的热环境分析及冷却设计技术已经成为其设计成败的关键。通过国内外涡轮叶片研究现状的对比可以发现,我国的涡轮叶片寿命预测仍缺少大量的试验数据的支持。为了提高叶片的工作可靠性,延长其寿命,就必须准确测量、研究分析涡轮叶片的温度分布,分析其表面温度场,清楚其热应力分布,以便在叶片材料、冷却、结构、工艺、安装上采取有效的措施。

由于航空发动机内部温度高,空间狭小,涡轮叶片高速运转，复杂燃气环境，高温粉尘颗粒影响等一系列不利的测量条件,使得设计耐高温，适应复杂环境的红外测温装置成为研究分析涡轮叶片的温度一个难点。

西安航空发动机集团公司的朱迎军等人采用了一种新式涡轮叶片温度分布式测量技术来测量涡轮叶片的温度。在涡轮机匣上有2个光学高温计安装座，如图3所示。在利用光学高温计测量叶片温度的过程中，对高温计采用循环水冷却，高温计冷却后的温度信号通过电缆传送到外置部件，经过滤波后传人主部件显示出来。利用低压空气将高温燃气吹离温度感应将光学高温计利用螺纹拧紧在安装座上。低压冷空气由冷空气入口进入安装座的内腔，以防止高温燃气进人该腔，从而起到保护光学高温计的作用。

沈阳黎明航空发动机有限责任公司的杨福刚等人发明了一种U型冷却装置，装置内置光电探测器，利用红外测温的原理对涡轮叶片表面温度进行了测量。该方法避免了灰尘、气体和其他一些光的障碍物产生的测温误差，但光电探测器长期处于高温环境下，不可避免的会受到损害，对测温结果产生一定的影响。

英国RotaData公司研发了基于全辐射测温原理的测量涡轮叶片温度的产品ROTAMAPII，ROTAMAPII采用活塞驱动单元驱动光学探头伸缩,当数据采集时伸出,平常则缩回,这样避免了光学探头长期处于高温环境。步进电机控制探头中光学镜头的转动以扫描叶片的不同叶高,光学镜头接收叶片表面发射出来的红外辐射,经光电转换器将光信号转变为电信号后再经过信号处理器进入数据采集系统。ROTAMAPII很好的解决了光学探头在高温环境中不能应用的问题，但是不可避免的会受到内部燃气对红外辐射的吸收，以及内部有着烟尘、沙、雾状燃油等对光学探头的污染，从而对精确测温有着较大的影响！

发明内容

本发明针对背景技术的不足之处，通过在涡轮叶片前设置测温装置，在发动机工作中，在线监测发动机涡轮叶片表面的温度，监控发动机的工作状态，从而要解决测量涡轮叶片温度的光学仪器寿命短、镜片容易受污染的技术问题。

本发明的技术方案为：一种航空发动机涡轮叶片表面温度测量装置，该装置包括：“L”形多功能管、安装法兰、红外探头；所述“L”形多功能管内的拐角处设置高反射膜镜片，用于使涡轮的红外观顺着“L”形多功能管传播；“L”形多功能管一端对准涡轮叶片，另一端通过安装法兰固定于机匣内壁上；机匣壁在设置“L”形多功能管的位置开孔，红外探头设置于机匣壁外侧并通过机匣壁上的开孔对准“L”形多功能管的另一端。

进一步的，所述“L”形多功能管的管壁上阵列排布有通气孔，在涡轮工作时从机匣外侧向“L”形多功能管中通入氮气，用于冷却。

本发明的优点在于:

“L”型多功能结构装置开许多小的通孔并通入高纯氮气可以很好对装置内部的光学系统进行保护，将光学器件的热量带走，避免了装置内的热量聚集，将探头维持在一个适宜的温度。此外，还可以避免机匣内部气体燃烧产生灰尘沾在光学镜片上，从而产生测量误差。

红外辐射反射结构装置，利用一片喷涂了高反射率膜的镜片将辐射信号引出来，可以避免将光电探头长期放置在机匣内部的高温环境下面，从而造成光电探头损伤。

红外探头光学系统放置在机匣外，可以避免光学镜片长期处于高温的环境下，从而保证光学镜片良好的光学性能，使得进入光电探头的辐射不会受到影响，从而保证了涡轮叶片表面温度测量的精确性。

附图说明

图1为“L”型多功能结构装置的示意图；

图2为“L”型多功能结构装置多孔壁示意图；

图3为西安航空发动机集团公司的朱迎军等人采用了一种新式涡轮叶片温度分布式测量技术原理图；