一种燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置及方法

本发明涉及燃气轮机测试，尤其是一种燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置及方法。

背景技术：

1、一切温度高于绝对零度的物体都会连续不断地向周围空间发出红外辐射能量，其大小由物体的红外辐射特性决定，通过测量物体自身辐射的红外能量的，便能精准测定它的表面温度。在辐射测温的温度范围内，红外波段覆盖了最佳的工作波长。红外热像测量方法因其灵敏度高，能测量旋转物体、高速运动物体温度，测温范围宽广，测量距离可远可近而独具优势，已逐步用于燃气轮机涡轮叶片、燃烧室壁面的温度测量实验研究中。而在实验过程中，发射率、距离系数和视场都会影响红外测温测量的准确度，其中发射率与材料温度、表面粗糙度和表面处理方式都有关系，因此在利用红外热像测温技术过程中，获得试验件在不同工况下的真实温度值具有重要的意义。

2、物体真实温度值可通过测取红外发射率进而对红外温度进行换算得到，其方法主要包括采用红外光谱仪间接求出波段发射率和采用热像仪直接测量物体的波段发射率两种，后者具体操作主要有直接测量法、双参考法、双温度测量法等。在燃气轮机实验研究中以上方法都存在费用较高或实现方法复杂等问题。普遍采用的双参考法在计算公式中需要得到准确的n值，而其取值随热像仪响应波段的改变而不同，而且针对特定波段只能得出n的一定取值范围，故依然存在较大误差。

3、因此，燃气轮机测试领域中现有的红外测温标定实现方法存在结构或方法复杂、费用较高以及精准度不高等问题。

技术实现思路

1、为此，本发明提供了一种燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置及方法，以力图解决或者至少缓解上面存在的至少一个问题。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置，所述燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置包括l形定位板、红外测温单元以及热电偶测温单元；所述红外测温单元包括红外热像仪、红外热像仪支架、处理模块；所述红外热像仪搭载于所述红外热像仪支架上，并与所述处理模块通过数据传输线相连；所述热电偶测温单元包括加热子单元和采集子单元，所述加热子单元包括长螺栓、长螺母、下法兰、玻璃纤维保温套、导热块、热电偶、加热棒、红外石英玻璃、石墨垫片以及上法兰，而采集子单元包括温度数据采集装置、接触调压器以及显示屏；其中，所述长螺栓与所述长螺母配合将所述下法兰、所述玻璃纤维保温套、所述上法兰紧压，所述导热块置于所述玻璃纤维保温套内部，所述导热块与所述上法兰之间从下到上布置有试验件、所述红外石英玻璃和所述石墨垫片，所述温度采集装置通过导线与所述热电偶相连，并通过数据传输线与所述显示屏相连。

3、进一步地，所述l形定位板包括竖直面和水平面，所述竖直面用于搭载所述热电偶测温单元的加热子单元，而所述水平面用于搭载所述红外测温单元；其中，所述热电偶测温单元与所述l型定位板水平面之间的距离通过选取所述l型定位板竖直面的定位孔位置来调整，所述红外热像仪与试验件之间的距离和角度通过选取所述l型定位板水平面的定位孔位置来调整，以使得所述红外热像仪与试验件之间的距离和角度与实验特定工况的实际距离和角度相匹配。

4、进一步地，所述装置中的热电偶3-6、加热棒3-7是可拆卸组件，且所述试验件3-8通过可拆卸方式安装于所述装置中。

5、进一步地，所述红外石英玻璃3-9的底面与所述试验件3-8的顶面相接触，所述红外石英玻璃3-9的顶面与所述石墨垫片3-10相接触；所述红外石英玻璃3-9用于吸收预定波段范围的红外辐射，并滤除所述预定波段范围以外的辐射。

6、进一步地，所述l形定位板1分别通过其水平面和竖直面上的定位孔与所述红外测温单元2和所述热电偶测温单元3所连；所述红外热像仪支架2-2通过所述l型定位板1水平面上的定位孔固定于所述l型定位板1的水平面上。

7、进一步地，所述长螺栓和所述长螺母共n组，该n组长螺栓和长螺母分布于所述下法兰、所述玻璃纤维保温套以及所述上法兰各自的n个配合孔处，其中，n为正整数。

8、进一步地，n＝6，6组长螺栓和长螺母分布于第一配合孔、第二配合孔、第三配合孔、第四配合孔、第五配合孔和第六配合孔处；其中，所述下法兰、所述玻璃纤维保温套以及所述上法兰分别具有对应的第一侧、第二侧、第三侧和第四侧，第一侧与第三侧相对，第二侧与第四侧相对；所述第一配合孔和所述第二配合孔位于所述第一侧，所述第三配合孔位于所述第二侧，所述第四配合孔和所述第五配合孔位于所述第三侧，所述第六配合孔位于所述第四侧。

9、进一步地，所述导热块底部外表面的形状与所述玻璃纤维保温套内表面的形状相同，所述导热块的底部内部均匀排列多个圆孔，用以安装所述加热棒，所述导热块与所述试验件的接触面形状和大小都相同，所述导热块突起部分两侧各均匀排列多个孔，用以布置所述热电偶。

10、进一步地，所述加热棒共有m根，分别插入所述导热块底部的圆孔，并通过导线与所述接触调压器相连，所述接触调压器与电源相连，m为正整数。

11、根据本发明的另一方面，还提供了一种燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置的标定方法，包括以下步骤：步骤s1、将需测试的试验件与石墨垫片接触，一起放置于上法兰的凹槽中，利用长螺栓和长螺母的配合，将上法兰、玻璃纤维保温套和下法兰紧固，再将热电偶测温单元固定于l型定位板的竖直面；步骤s2、将红外热像仪放置于红外热像仪支架上；步骤s3、调节红外热像仪支架高度以使红外热像仪镜头中心与试验件中心相对l型定位板水平面处在同一高度，使试验件显示于红外图像中心，调节相机焦距，使其显示图像处于清晰状态；步骤s4、将接触调压器与电源相连，将加热棒与接触调压器相连，调节接触调压器的输出电压以控制试验件的温度，观察显示屏上12个热电偶测出的温度，当热电偶温度达到标记温度附近且12个测量点的温度改变量在10分钟内均不超过1k，判定试验件达到热平衡，此时连续十六次同时截取红外图像和热电偶温度，当热电偶温度达到最高标记温度时，及时断开与接触调压器相连的电源；步骤s5、通过步骤s4分别获得不同标记温度附近的十六组红外图像和十六组测量点热电偶温度，对红外图像进行分析，得出试验件温度的面分布数据，对每组温度数据分别进行平均处理后，再通过拟合处理，以得到实验特定工况下的红外温度和真实温度之间的对应关系。

12、本发明的一种燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置及方法，其结构简单，并且成本较低，测量精准度较高，该技术组装简单、使用方便。

13、上述燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置及方法，能够实现至少以下效果之一：(1)本发明的冷效实验辐射测温标定平台设置有l型定位板，通过l型定位板上的圆孔与螺栓螺母配合可获得较大的视场和距离系数变动范围，满足不同的燃气轮机冷效实验要求。(2)本发明的冷效实验辐射测温标定平台整体结构简单，使用方便，可快速更换试验件以及加热芯和热电偶等耗材，有效提高实验效率。(3)本发明的冷效实验辐射测温标定方法对每一个标记温度点进行大量数据的平均化处理，能提高测试温度的数据精确性，保证拟合公式的准确性。

技术特征：

1.一种燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置，其特征在于，所述燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置包括l形定位板(1)、红外测温单元(2)以及热电偶测温单元(3)；

2.根据权利要求1所述的燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置，其特征在于，所述l形定位板(1)包括竖直面和水平面，所述竖直面用于搭载所述热电偶测温单元(3)的加热子单元，而所述水平面用于搭载所述红外测温单元(2)；

3.根据权利要求1所述的燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置，其特征在于，所述装置中的热电偶(3-6)、加热棒(3-7)是可拆卸组件，且所述试验件(3-8)通过可拆卸方式安装于所述装置中。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置，其特征在于，所述红外石英玻璃(3-9)的底面与所述试验件(3-8)的顶面相接触，所述红外石英玻璃(3-9)的顶面与所述石墨垫片(3-10)相接触；所述红外石英玻璃(3-9)用于吸收预定波段范围的红外辐射，并滤除所述预定波段范围以外的辐射。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置，其特征在于，所述l形定位板(1)分别通过其水平面和竖直面上的定位孔与所述红外测温单元(2)和所述热电偶测温单元(3)所连；所述红外热像仪支架(2-2)通过所述l型定位板(1)水平面上的定位孔固定于所述l型定位板(1)的水平面上。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置，其特征在于，所述长螺栓(3-1)和所述长螺母(3-2)共n组，该n组长螺栓(3-1)和长螺母(3-2)分布于所述下法兰(3-3)、所述玻璃纤维保温套(3-4)以及所述上法兰(3-11)各自的n个配合孔处，其中，n为正整数。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置，其特征在于，n＝6，6组长螺栓(3-1)和长螺母(3-2)分布于第一配合孔(3-11-1)、第二配合孔(3-11-2)、第三配合孔(3-11-3)、第四配合孔(3-11-4)、第五配合孔(3-11-5)和第六配合孔(3-11-6)处；

8.根据权利要求1-5中任一项所述的燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置，其特征在于，所述导热块(3-5)底部外表面的形状与所述玻璃纤维保温套(3-4)内表面的形状相同，所述导热块(3-5)的底部内部均匀排列多个圆孔，用以安装所述加热棒(3-7)，所述导热块(3-5)与所述试验件(3-8)的接触面形状和大小都相同，所述导热块(3-5)突起部分两侧各均匀排列多个孔，用以布置所述热电偶(3-6)。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的一种燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置，其特征在于，所述加热棒(3-7)共m根，分别插入所述导热块(3-5)底部的圆孔，并通过导线与所述接触调压器(3-13)相连，所述接触调压器(3-13)与电源相连，其中，m为正整数。

10.如权利要求1-9中任一项所述的一种燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种燃气轮机冷效实验辐射测温标定装置及方法，属于燃气轮机测试技术领域。标定装置包括L形定位板、搭载于L形定位板水平面上的红外测温装置和竖直面上的热电偶测温装置；标定方法包括：S1、试验件放置，S2、红外热像仪放置，S3、高度和焦距微调，S4、加热测试，S5、数据分析。上述标定装置整体结构简单，使用方便，同时提供较大的视场和距离系数变动范围，适用于不同尺寸燃气轮机的测试；上述标定方法对试验件进行实时数据采集，标定过程简单、便于操作且能得到高准确度的温度数据，可获得实验温度范围内试验件的红外标定公式。

技术研发人员：杨仁,张辰杰,郑永健,赵宁波,杨洪磊
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11