Устройство для измерения распределения температуры рабочих лопаток турбомашины

Авторы патента:

G01J5/10 - пирометры с электрическими детекторами излучения

Владельцы патента RU 2280241:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит 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. Технический результат - повышение точности и достоверности измерения распределения температур рабочих лопаток турбомашины. 1 ил.

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.

Похожие патенты:

Оптический пирометр // 2196306

Изобретение относится к измерительной технике. .

Оптический пирометр // 2169910

Изобретение относится к теплофизике. .

Пирометр (варианты) и система модуляторов, используемая в пирометрах // 2159414

Изобретение относится к приборам для измерения мощности инфракрасного излучения и может быть использовано для бесконтактного измерения температуры. .

Термометр для измерения температуры тела и способ измерения температуры тела пациента (варианты) // 2118116

Изобретение относится к измерительным медицинским приборам, более определенно, к системе и способу измерения внутренней температуры тела человека путем выявления и анализа ИК-излучения в наружном слуховом проходе пациента.

Цифровой пирометр спектрального отношения // 2108554

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, устройствам для измерения температуры нагретых изделий в высокотемпературных технологических процессах.

Ик-радиометр // 2072721

Оптический пирометр // 2046303

Изобретение относится к энергетической фотометрии и может быть применено в качестве средства бесконтактного измерения температуры объектов в широком диапазоне. .

Устройство для контроля состояния электронных плат // 2033599

Устройство оперативного дозиметрического контроля лазерного излучения, опасного для глаз человека // 1817836

Устройство для детектирования пространственного распределения нейтронных полей в скважине // 1602151

Изобретение относится к ядерной геофизике и может быть использовано при изучении пространственного распределения полей тепловых нейтронов в методах ядерной геофизики.

Пирометр спектрального отношения // 2343432

Изобретение относится к радиационной пирометрии

Модуляционный радиометр инфракрасного излучения // 2345333

Изобретение относится к измерительной технике

Пирометр // 2365882

Изобретение относится к измерительной технике

Полихроматический пирометр // 2377511

Изобретение относится к измерительной технике

Способ изготовления устройства для обнаружения теплового излучения, содержащего активный микроболометр и пассивный микроболометр // 2386934

Изобретение относится к измерительной технике

Устройство, содержащее слоеную конструкцию, для обнаружения теплового излучения, способ его изготовления и использования // 2465685

Устройство с мембранной конструкцией для обнаружения теплового излучения, способ его изготовления и использования // 2468346

Изобретение относится к теплометрии и может быть использовано при обнаружении теплового излучения

Устройство для измерения температуры расплавленного металла // 2589271

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры расплава. Устройство для измерения температуры расплава, в частности расплавленного металла, содержащее оптическое волокно и направляющую трубку, имеющее погружной конец и второй конец, противоположный погружному концу. Оптическое волокно частично располагается в направляющей трубке. Внутренний диаметр направляющей трубки больше наружного диаметра оптического волокна. Причем первая втулка располагается на погружном конце или внутри направляющей трубки близко к погружному концу направляющей трубки. При этом оптическое волокно подается через втулку и причем втулка уменьшает зазор между оптическим волокном и направляющей трубкой. Технический результат - повышение информативности измерений температуры за счет поддержания непрерывности измерений посредством непрерывной подачи оптического волокна. 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

Способ измерения температурного поля в помещении и устройство для его осуществления // 2604267

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения температурных полей в помещении, а также для оценивания динамики изменения состояния температурного поля. Способ измерения температурного поля в помещении включает измерение датчиками температуры в контрольных точках и получение числовых значений температуры. Измерение температуры в контрольных точках осуществляется бесконтактным способом пирометром, измеряющим температуру газовой среды по температуре поверхности датчика и формирующим в течение долей секунды значение этой температуры в виде числа, передаваемого в вычислительное устройство. Устройство измерения температурного поля в помещении содержит датчики температуры, устройство считывания значения температуры и вычислительное устройство. Каждый датчик температуры выполнен в виде пластины из металла толщиной не более 0,1 мм, а считывающим устройством значений температуры является пирометр, преобразующий и передающий полученную информацию в вычислительное устройство. Технический результат - повышение информативности инструментальных измерений при одновременном упрощении процесса измерений. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения излучательной способности твердых материалов и устройство для его осуществления // 2617725

Изобретение относится к теплофизике и может быть использовано для определения радиационных характеристик поверхностей и покрытий твердых тел. В отличие от известного способа определения излучательной способности твердых материалов, заключающегося в том, что воздействуют на исследуемый образец с помощью лазерного излучения, измеряют истинную контактную температуру Т поверхности образца в процессе воздействия, одновременно бесконтактно определяют интенсивность излучения от образца и используют полученные данные для определения излучательной способности, в предложенном способе воздействуют на образец лазерным излучением, преобразованным в тепловое излучение, после равномерного нагрева образца преобразованным лазерным излучением измеряют в исследуемом спектральном диапазоне длин волн теплового излучения от образца от λ1 до λ2 яркостную температуру Тя поверхности образца, по которой судят об интенсивности теплового излучения от образца. При этом яркостную температуру Тя поверхности образца измеряют одновременно с измерением истинной температуры Т поверхности образца в одной и той же точке рабочей зоны нагрева поверхности образца. Осуществляют расчет интегральной излучательной способности ε в спектральном диапазоне длин волн теплового излучения от образца от λ1 до λ2 с использованием полученных экспериментальных данных по следующему соотношению на основе формулы Планка где С1=2πhc2=3,7413⋅10-16 Вт⋅м2, C2=hc/k=1,4388⋅10-2 м⋅К - первая и вторая константы излучения; λ - длина волны теплового излучения от образца, Tя и Т - экспериментально полученные соответственно яркостная и истинная температуры поверхности образца в один и тот же момент времени и в одной и той же точке поверхности образца. Также предложено устройство для определения излучательной способности твердых материалов, в котором за источником лазерного излучения с оптической схемой на его оси перед образцом в непосредственном контакте с ним размещен преобразователь лазерного излучения в тепловое излучение - тепловой конвертор, обеспечивающий равномерный нагрев образца в рабочей зоне. Конвертор и образец расположены в экранированном теплоизоляционном боксе. За образцом на оси источника лазерного излучения в качестве средства измерения интенсивности излучения от образца установлен оптический пирометр с областью визирования с характерным размером, не превышающим размер рабочей зоны равномерного нагрева образца. Технический результат - повышение точности определения теплофизических параметров. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.