Устройство для измерения распределения температуры рабочих лопаток турбомашины

Устройство для измерения распределения температуры рабочих лопаток турбомашины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к бесконтактному измерению температуры, и может быть использовано для измерения температуры рабочих лопаток турбомашины.

Известен способ измерения температурного распределения в радиальном направлении турбинной лопатки с помощью различных механических сканирующих систем, позволяющих перемещать оптический зонд одноканального пирометра относительно плоскости рабочей лопатки турбины (см. Turbine blade mapping - digital pyrometry system. Проспект фирмы Rotadata Limited, Bateman Street, Derby, DE23 BJQ England).

Недостатком данного технического решения является то, что зонд погружают в поток рабочего газа турбины, что может вызвать возмущения течения и исказить картину потока. Кроме того, использование такого устройства приводит к большому (до 90 с) времени сканирования по высоте лопатки, а также к зависанию оптического зонда при повышении давления в проточной части турбомашины.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является «Устройство для измерения распределения температуры на лопатках турбины», патент JP №11-72390 от 29.08.1997 г., которое без механического сканирования позволяет осуществлять измерения в нескольких точках по радиусу турбины. Устройство содержит ряд моноволоконных световодов (оптических волокон), расположенных радиально относительно лопаток турбины, и блок измерения интенсивности света и преобразования его в температуру.

Основным недостатком данного технического решения является зависимость размера пятен наблюдения на лопатках от положения моноволоконных световодов (оптических волокон) в ряду.

Технической задачей заявляемого технического решения является повышение точности и достоверности измерения распределения температур рабочих лопаток турбомашины.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения распределения температуры рабочих лопаток турбомашины содержится зонд, имеющий моноволоконные световоды, которые расположены в ряд по радиусу турбины и установлены за объективом, причем входной торец каждого моноволоконного световода, расположенного в ряду, смещен от предыдущего на расстояние, соответствующее одинаковому линейному увеличению объектива для каждого моноволоконного световода.

На чертеже схематически изображено заявляемое устройство для измерения распределения температуры рабочих лопаток турбомашины.

Устройство содержит кожух 6, устанавливаемый на корпусе турбины 3 вне проточной части для уменьшения возмущения потока и уменьшения риска разрушения следующих ступеней турбины при повреждении устройства. В кожухе 6 последовательно расположены объектив 4 и моноволоконные световоды 5, которые оптически сопряжены с приемником излучения и блоком преобразования излучения в температуру (на чертеже не показаны).

Повышение точности и достоверности измерения распределения температур по высоте рабочих лопаток турбомашины (турбины) достигается выбором расположения торцов моноволоконных световодов относительно линзы, чтобы пятна визирования равномерно фокусировались по всей высоте рабочей лопатки турбомашины (турбины). При этом создание одинаковых по диаметру зон визирования по высоте рабочих лопаток турбомашины достигается смещением торцов моноволоконных световодов относительно объектива на расстояние, соответствующее одинаковому линейному увеличению для каждого моноволоконного световода, и определяют соотношением:

где β - линейное увеличение объектива;

b_n - расстояние от объектива до n-го моноволоконного световода;

a_n - расстояние от объектива до соответствующей n-й зоны наблюдения данным моноволоконным световодом на рабочей лопатке.

При этом расстояния a_n и b_n определяются с помощью формулы линзы:

где f - фокусное расстояние объектива.

Устройство для измерения распределения температуры рабочих лопаток турбомашины работает следующим образом.

Световой поток от зоны визирования 2 нагретой лопатки 1 работающей турбомашины (турбины) фокусируется объективом 4, поступает на ряд моноволоконных световодов 5, через которые он передается на блок фотоприемника, в котором преобразуется в электрический сигнал и используется для определения температуры лопатки 1. Распределение температуры по лопаткам фиксируется при прохождении лопаток через поле зрения устройства.

В отличие от предыдущих устройств для измерения распределения температуры рабочих лопаток турбомашины (турбины) заявляемое устройство минимально погружается в проточную часть турбомашины, тем самым не возмущая газовый поток. При этом создание одинаковых по диаметру зон визирования по высоте рабочих лопаток турбомашины достигается выбором расположения торцов моноволоконных световодов относительно объектива. Также заявляемое устройство позволяет повысить точность и достоверность измерения температуры лопаток турбомашины, так как в нем обеспечивается возможность одновременного визирования одинаковых по размеру зон на лопатке турбомашины (турбины).

Устройство для измерения распределения температуры рабочих лопаток турбомашины, содержащее зонд, имеющий моноволоконные световоды, расположенные в ряд по радиусу турбины и установленные за объективом, отличающееся тем, что входной торец каждого моноволоконного световода, расположенного в ряду, сдвинут от предыдущего на расстояние, соответствующее одинаковому линейному увеличению (β) объектива для каждого моноволоконного световода, и определяется по соотношению

где β - линейное увеличение объектива;

b_n - расстояние от объектива до n-го моноволоконного световода;

a_n - расстояние от объектива до соответствующей n-й зоны наблюдения данным моноволоконным световодом на рабочей лопатке турбомашины.