一种涡轮出口截面气体温度场的测试装置的制作方法

本发明涉及一种涡轮出口截面气体温度场的测试装置，属于动力机械技术领域。

背景技术：

涡轮增压器利用内燃机排气能量推动涡轮做功，增大内燃机进气压力，从而使内燃机功率提高、燃油消耗率和排气污染降低，使内燃机的性能得到了极大的改善。随着计算流体力学的发展，虽然可根据设计工况发动机的性能参数设计出高性能的、与发动机相匹配的涡轮增压器，但是，最终必须通过试验测取压气机和涡轮的性能数据以验证设计的正确性，以便对设计进行修改，得到性能最佳的机型。

由涡轮试验所获得的涡轮特性曲线，不仅能判断涡轮性能参数是否符合其气动性能的指标，还能在一定程度上反映涡轮的生产工艺品质，为改进涡轮增压器性能提供技术依据。它是涡轮增压发动机选配增压器不可缺少的技术条件。涡轮性能试验的最大难点是获取涡轮的等熵效率特性。根据涡轮等熵效率的计算公式，如果可以测出涡轮进出口气体的温降，便可直接求出其等熵效率，获得涡轮等熵效率特性。通常，涡轮进口温度容易测量，因为采取技术措施可使其进口截面气体温度均匀，满足测试精度的要求。而涡轮出口一般存在很强的旋流和不均匀性，出口气体同一截面各处温度不同，难以准确测量其出口温度，所以在现有涡轮等熵效率特性试验中，一般不直接测量涡轮进出口气体的温降，而是通过各种测功机或者间接测量方法来获得涡轮实际膨胀功，从而计算涡轮等熵效率。但是由于增压器的转速比较高，通常达到每分钟十几甚至二十几万转，测功机很难满足如此高的转速要求，使得这种测功机造价昂贵，并且在试验时需要对增压器的结构和支撑做较大的改动，试验周期比较长；另一方面，测试过程中的机械损失也很难估算。这些缺点使得这种测试方法得到的涡轮等熵效率精度不高。现有的涡轮出口气体温度测量方法是利用热电偶来进行测量，但是这种测量方法只能测得涡轮出口气体某一点的温度，无法测量出整个截面的气体温度，也就不能利用其数据来计算涡轮的等熵效率。虽然通过采用多个热电偶可以测量涡轮出口气体截面多点温度，但是测点毕竟有限，而且会由于使用了多支热电偶，而使涡轮出口气体的热力状态改变，使测温结果产生较大误差。由于以上原因，目前国内外均未有能准确测量涡轮出口截面气体温度场的测试装置。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术装置造价昂贵以及测试精度不高的问题，提供一种涡轮出口截面气体温度场的测试装置，该装置用于获取涡轮的等熵效率，得到涡轮效率特性。

本发明的目的是通过下面技术方案实现的。

一种测量涡轮出口截面气体温度场的测试装置，包括：间接测温网、校正热电偶、测温镜、红外热像仪、测温弯管。

所述间接测温网由金属丝编织而成；在金属丝的结点处固结具有高导热性、高发射率的颗粒。

所述金属丝为耐高温且导热性较差的金属丝。

所述高温是指温度为700-800℃；导热性较差是指材料导热系数小于20W/m.K；

所述金属丝包括：镍金属丝、铬金属丝、镍铬合金丝或锰铬合金丝；

所述具有高导热性、高发射率的颗粒，高导热性是指导热系数高于460W/m.K，高发射率是指发射率高于0.85；

所述颗粒包括：碳硅颗粒、碳颗粒或氧化镍颗粒；

连接关系：测温弯管与涡轮出口管路连接；连接处设置有间接测温网；间接测温网与管路固定连接；校正热电偶置于测温弯管中，并与间接测温网靠近；测温弯管的转弯处侧壁上开设通孔，通孔处安装有测温镜；红外热像仪通过测温镜采集到整个间接测温网的红外图像；

校正热电阻上带有刻度，以保证校正热电阻的测点与间接测温网颗粒位于同一半径处；

校正热电阻的测点位于间接测温网中心处。

测温镜的材料采用石英玻璃、有机玻璃、钢化玻璃或钛化玻璃；

测试方法：涡轮稳定运行后，待间接测温网与涡轮出口气体达到热平衡，间接测温网温度稳定且与涡轮出口气体温度相同时，调整红外热像仪的视场，进行红外热像仪的测温对焦，使得到的画面清晰可靠。此时，分别利用红外热像仪和热电偶测取涡轮出口气体的温度信号，并将热电偶测得的温度信号与红外热像仪测得的温度场信号上传到PC温度处理端进行比对，实现对红外热像仪测得温度信息的修正校核。最后，将修正校核之后的红外温度场信息通过PC数据处理软件进行计算，得到红外温度场的平均温度。

有益效果

1、与以往通过多个热电偶来测量涡轮出口气体温度的点测量试验装置相比，本装置可以减小测温装置对出口气体流动状态的影响，并且可以测出整个出口截面的足够多点温度分布情况，属于面测量，测得的温度信息要比传统的热电偶点测量准确很多。

2、利用热电偶测量精度高的特点，对红外热像仪进行修正，可以完成对测温信息的修正，提高测温结果的精度。

3、与普遍采用测功机或者间接测功的方法来计算涡轮等熵效率相比，本装置可以直接测量涡轮出口气体温度，获得涡轮进出口气体温差，计算所得的等熵效率更加准确，并且剔除了轴承系统机械损失的影响。

4、测量装置结构简单，容易实现，稳定可靠，测量精度高，极大地降低了试验成本。

附图说明

图1为本发明涡轮出口截面气体温度场测试装置示意图；

图2为本发明热电偶与测温网安装位置关系；

图3为本发明间接测温网主视图；

图4为本发明间接测温网侧视图。

其中，1-压气机，2-涡轮，3-间接测温网，4-校正热电偶，5-测温镜，6-红外热像仪，7-测温弯管。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方法对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

实施例1

一种测量涡轮出口截面气体温度场的试验方法，具体结构包括：涡轮增压器，间接测温网3，校正热电偶4，测温镜5，红外热像仪6，测温弯管7。

间接测温网3由镍铬合金丝网和碳硅材料颗粒组成，碳硅材料颗粒固结在镍铬合金丝网格点上。镍铬合金丝表面抗氧化性好，温度级别高，并且在高温下有较高的强度，有良好的加工性能，而且它的热阻较大，导热性能较差，可以减少相邻网格点之间的传热。碳硅材料颗粒具有较高的发射率，热辐射性能好，导热性好，升温快，可以使红外热像仪更好更快地捕捉到温度场信息。间接测温网固定在两个法兰之间，并在测温网与法兰之间垫有隔热垫，减小测温网向法兰的传热。

校正热电偶：将热电偶布置在测温网尽可能近的一截面上，根据校正热电偶上的刻度，调整校正热电偶插入管道的深度，可测量气体截面若干特征点的温度，实现对红外热像仪测温信息的校核。

测温镜：安装在涡轮出口测温网下游适当位置的带有透光装置的涡轮出口弯管处。

红外热像仪：红外热像仪放置在测温镜后合适位置，使测量所得温度场图像清晰可靠。红外热像仪具有较高的测温精度和测温灵敏度，能够准确捕捉温度场变化。

所述涡轮增压器由压气机1和涡轮2组成；

连接关系：测温弯管7与涡轮2出口管路连接；连接处设置有间接测温网3；间接测温网3与管路固定连接；校正热电偶4置于测温弯管7中，并与间接测温网3靠近；测温弯管7的转弯处侧壁上开设通孔，通孔处安装有测温镜5，便于观察；红外热像仪6通过测温镜5采集到整个间接测温网3的红外图像；

一种涡轮出口截面气体温度场的测试方法，其具体执行步骤如下：

步骤一：测温前的准备

根据间接测温网3的网格数选择合适的红外热像仪6镜头分辨率，选择合适的温度处理软件及算法。

步骤二：测温对焦

接通外部气源，给测温装置的涡轮2提供驱动气体,使涡轮2开始运行。待涡轮2稳定运行一段时间后，调整红外热像仪6与测温镜5之间的距离，并对红外热像仪6进行图像对焦，使得到的红外热像仪6的温度视场清晰可靠。

步骤三：测温过程

涡轮2持续运行，使间接测温网3与涡轮2出口气体达到热平衡，间接测温网3温度与涡轮2出口气体温度相同。把已对焦完成的红外热像仪6正对间接测温网3进行测量，将测取的温度信号上传到PC端。同时校正热电偶4也测量得到了涡轮2出口气体若干特征点的温度，将测取得到的温度信号也上传到PC端。

步骤3：温度校核及处理

在PC端，把校正热电偶4测得的若干截面特征点温度信息与红外热像仪6测得的温度场信息进行比对，实现对红外热像仪6测得的温度场的修正。将修正后的红外温度场信息输入到温度处理软件，通过计算得到温度场的平均温度，此温度即为涡轮出口气体温度。