[发明专利]一种非接触式的涡轮叶片旋转综合冷效测试系统及方法

说明书

本发明公开了一种非接触式的涡轮叶片旋转综合冷效测试系统及方法，包括：外机匣、涡轮叶片、涡轮盘、万向关节臂、红外相机、红外光学窗口、相机触发控制模块；其中，涡轮叶片设置在涡轮盘上，随涡轮盘旋转；外机匣上设置万向关节臂，万向关节臂上设置红外相机，相机触发控制模块与红外相机连接，红外相机通过红外光学窗口对涡轮叶片进行拍摄，获得涡轮叶片的全表面的温度场数据，通过对温度场数据进行处理获得涡轮叶片的全表面的综合冷效。本发明提供的非接触式测试方法，解决了现有技术中无法对旋转涡轮叶片综合冷效进行全表面拍摄的难题，为研究旋转状态下涡轮叶片气膜冷却和覆盖效果提供了有效依据。

技术领域

本发明属于涡轮叶片测试技术研究领域，特别是涉及一种非接触式的涡轮叶片旋转综合冷效测试系统及方法。

背景技术

燃气轮机的热效率与涡轮入口温度密切相关。为了提高燃气轮机系统的热效率，在现代燃气轮机中，由于增加了涡轮入口温度而超过了材料的熔化温度。出于这个原因，还需要改进冷却技术，以保护燃气轮机部件免受高温燃气的侵蚀。

目前主流的双层壁的联合冷却系统，包括阵列射流冲击的全覆盖气膜冷却。气膜冷却作为一种单独的冷却方式，所谓气膜冷却技术是指内部冷却空气通过布置在叶片壁面上的孔或者槽缝流出，这股冷气流在外部主流压力和科恩达效应作用下，附着在叶片壁面附近，形成温度较低的气膜，防止高温燃气直接与壁面接触，还可以带走部分叶片的热量，从而对壁面起到良好的保护作用。对于改进了冷却结构的涡轮叶片必需进行大量的试验研究，用于验证设计的正确性。综合冷效是涡轮叶片冷却结构有效性的核心评价指标，所以在涡轮叶片设计过程中，对其进行综合冷却效果试验是必不可少的。因此，对涡轮叶片综合冷却效果试验方法进行系统的研究具有十分重要的意义。

目前，受实验条件、拍摄方法和测试技术的限制，国内外对综合冷效的研究主要针对静止状态下的平板和涡轮叶片展开，测量综合冷效有两种方法，一种是利用红外相机，另一种是热电偶，只有少数利用热电偶对气膜冷却效果情况的研究是在旋转状态下展开的，而热电偶是单点测量，数据量有限，无法对涡轮叶片全表面进行测量，并且安装的热电偶会对叶片表面流场产生一定的扰动。而红外相机作为非接触式测试方法，又很难在旋转条件下进行拍摄，这一难题对精确全面测量涡轮叶片旋转状态下的综合冷效造成了很大阻碍。

发明内容

本发明的目的是提供一种非接触式的涡轮叶片旋转综合冷效测试系统及方法，以解决现有技术中无法在旋转状态下测量涡轮叶片全表面综合冷效的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种非接触式的涡轮叶片旋转综合冷效测试系统，包括，

外机匣、涡轮叶片、涡轮盘、万向关节臂、红外相机、红外光学窗口、相机触发控制模块；

其中，所述涡轮叶片设置在所述涡轮盘上，随所述涡轮盘旋转；所述外机匣上设置所述万向关节臂，所述万向关节臂上设置所述红外相机，所述红外相机通过所述红外光学窗口对所述涡轮叶片进行拍摄；所述相机触发控制模块与所述红外相机连接，用于控制所述红外相机的拍摄。

优选地，所述红外光学窗口开设在所述外机匣上，包括第一红外光学窗口、第二红外光学窗口、第三红外光学窗口。

优选地，所述第一红外光学窗口用于拍摄所述涡轮叶片的叶盆；

所述第二红外光学窗口用于拍摄所述涡轮叶片的叶背；

所述第三红外光学窗口用于拍摄所述涡轮叶片的叶尖。

优选地，所述相机触发控制模块至少包括转速传感器、同步触发器；

所述转速传感器用于获得所述涡轮叶片的转动速度；

所述同步触发器用于触发所述红外相机的相机快门。

优选地，所述万向关节臂的旋转移动范围至少覆盖所述红外光学窗口。