CN107782559A - 一种燃烧室试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气轮机领域，公开了一种燃烧室试验装置，该燃烧室试验装置包括燃烧室试验件，燃烧室试验件包括火焰筒，火焰筒的出口设有金属丝网，金属丝网具有多个节点，火焰筒内产生的高温燃气通过金属丝网后向外溢出；图像采集器，图像采集器的镜头朝向金属丝网设置，图像采集器用于采集金属丝网的图像；图像处理器，图像处理器与图像采集器信号连接，图像处理器用于获取每个节点的色调值并根据色调值与温度之间的对应关系测得每个节点的温度。上述实施例中，通过采用金属丝网与图像测温法相结合的方式，一方面提高了取样密度，另一方面缩减了试验成本。

Description

一种燃烧室试验装置

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，尤其涉及一种燃烧室试验装置。

背景技术

燃气轮机由涡轮增压器发展形成，是一类新型的以连续流动的气体为工质、把热能转换为机械能的内燃旋转式动力机械。其中，燃烧室位于压力机与涡轮之间，是燃气轮机三大部件之一，燃烧室研制和调试过程中往往需要进行大量的试验，虽然目前数值仿真技术发展迅速，但仍无法取代试验在燃烧室研制和调试过程中的地位。

燃烧室出口截面的温度分布情况反应了燃烧室内是否存在偏烧现象，是燃烧室研制过程中重要的性能参数，燃烧室出口截面的温度通常都在1000K以上，测温方式可分为接触式测量方式和非接触测量方式，接触式测量方式如热电偶，热电偶属于易损耗材料，若在测量截面布置多个热电偶，则容易造成气流堵塞，若布置少数热电偶，则难以满足燃气测量的取样密度；非接触测量方式如光学高温计等，但光学高温计价格过于昂贵，增加了试验成本。

发明内容

本发明提供一种燃烧室试验装置，提高了燃烧室出口测量截面的取样密度，并缩减了试验成本。

本发明实施例提供了一种燃烧室试验装置，该燃烧室试验装置包括：

燃烧室试验件，包括火焰筒，所述火焰筒的出口设有金属丝网，所述金属丝网具有多个节点，所述火焰筒内产生的高温燃气通过所述金属丝网后向外溢出；

图像采集器，用于采集所述金属丝网的图像；

图像处理器，与所述图像采集器信号连接，用于获取每个节点在所述图像上的色调值，并根据色调值与温度之间的对应关系测得所述每个节点的温度。

上述实施例中，火焰筒的出口设置有金属丝网，金属丝网为网格状结构，高温燃气在通过金属丝网后向外溢出，同时使金属丝网温度升高，这样，可以通过测量金属丝网上每个节点的温度来反映火焰筒出口截面的温度分布情况，提高了取样密度；在具体测量时，运用图像测温法，通过图像采集器以及图像处理器来获得金属丝网上每个节点的温度，降低了试验成本。

具体设置时，还包括用于输送高温燃气的管道，所述火焰筒的出口伸入所述管道内；

所述管道的侧壁上设有排气口，所述管道远离所述火焰筒的一端设有视镜组件，所述视镜组件包括视镜，所述视镜与所述火焰筒的出口相对设置，所述视镜形成用于所述图像采集器采集图像的窗口。

优选的，所述管道包括第一管道和第二管道，所述第一管道和所述第二管道通过法兰连接；

所述排气口设置在所述第一管道的侧壁上；

所述第二管道的侧壁内设有环形的空气冷却通道，所述空气冷却通道的出口朝向所述视镜设置。空气冷却通道喷出的气流在视镜前形成气帘保护，有效降低了视镜周围的温度。

优选的，所述视镜组件还包括两个视镜支撑座，每个视镜支撑座沿所述第二管道的轴线设有阶梯孔，且其中一个视镜支撑座套装在所述第二管道上并与所述第二管道固定连接；

所述两个视镜支撑座相对设置且固定连接，所述两个阶梯孔形成用于容纳所述视镜的凹腔。

优选的，所述第一管道上固定有第一法兰，所述第二管道上固定有与所述第一法兰配合的第二法兰；

所述第二法兰内设有环形的凹腔，所述凹腔与所述空气冷却通道连通；且所述第二法兰上还连接有进风管路，所述进风管路与所述凹腔连通。

优选的，所述进风管路设置在所述第二法兰背离所述第一法兰的一侧。

优选的，所述两个视镜支撑座可拆卸固定连接，方便了视镜的更换。

优选的，所述金属丝网为由合金材料制作而成的网格状结构。

优选的，所述金属丝网形成的堵塞比不大于0.2，如取0.1、0.15、0.2。

附图说明

图1为本发明实施例提供的燃烧室试验装置的剖面图；

图2为本发明实施例提供的金属丝网的结构示意图；

图3为图2中A-A处的局部放大图；

图4为本发明实施例提供的视镜组件与第二管道的结构装配图。

附图标记：

10-燃烧室试验件 11-火焰筒 12-金属丝网 13-机匣 14-燃料喷嘴

20-图像采集器

30-管道 31-第一管道 32-第二管道 321-空气冷却通道

40-视镜组件 41-视镜 42-第一视镜支撑座 43-第二视镜支撑座

50-第一法兰 60-第二法兰 61-凹腔

70-进风管路

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种燃烧室试验装置，该燃烧室试验装置包括：

燃烧室试验件，包括火焰筒，火焰筒的出口设有金属丝网，且金属丝网具有多个节点，火焰筒内产生的高温燃气通过金属丝网后向外溢出；

图像采集器，用于采集金属丝网的图像；

图像处理器，与图像采集器信号连接，用于获取每个节点在图像上的色调值，并根据色调值与温度之间的对应关系测得每个节点的温度。

上述实施例中，火焰筒的出口设置有金属丝网，金属丝网为网格状结构，高温燃气在通过金属丝网后向外溢出，同时使金属丝网温度升高，这样，可以通过测量金属丝网上每个节点的温度来反映火焰筒出口截面的温度分布情况，提高了取样密度；在具体测量时，运用图像测温法，通过图像采集器以及图像处理器来获得金属丝网上每个节点的温度，降低了试验成本。

为了更加清楚的了解本发明实施例提供的燃烧室试验装置的结构，现结合附图进行详细的描述。

如图1所示，该燃烧室试验装置包括燃烧室试验件10，该燃烧室试验件10包括火焰筒11，火焰筒11用于燃料的燃烧，并且燃料燃烧时产生的大量高温燃气由火焰筒11的出口排出；相应的，燃烧室试验件10还包括为火焰筒11提供燃料的燃料喷嘴14、机匣13等组件，其中，火焰筒11设置在机匣13内，机匣13上设有空气入口，外界空气通过空气入口流入机匣13内，以助于火焰筒11内燃料的燃料。在试验过程中，需要测量火焰筒11出口截面的燃气温度以判断火焰筒11内是否存在偏烧现象，该燃烧室试验装置中，火焰筒11的出口设有金属丝网12，金属丝网12由耐高温的合金材料制作而成，并可以通过焊接等工艺固定在火焰筒11的出口，如图2所示，金属丝网12为网格状结构，高温燃气通过金属丝网12并向外溢出，为了避免金属丝网12在火焰筒11的出口截面造成堵塞效应，应控制金属丝网12的堵塞比，使堵塞比不大于0.2，如取0.1、0.15、0.2等。金属丝网12具有多个节点，高温燃气在溢出过程中使金属丝网12温度升高，这样，可以通过金属丝网12上每个节点的温度来判断火焰筒11出口截面的温度分布情况，并依此判断出口截面温度不均匀系数是否达标，是否存在偏烧现象。

为了获取金属丝网12上每个节点的温度，本实施例采用图像测温法，具体的，该燃烧室试验装置还包括图像采集器20以及图像处理器，且图像采集器20与图像处理器信号连接，其中，图像采集器20的镜头朝向金属丝网12设置，用于采集金属丝网12的图像，图像采集器20将采集的图像传输给图像处理器，图像处理器用于获取每个节点在图像上的色调值，并根据色调值与温度之间的对应关系测得每个节点的温度。本实施例中，一方面，通过金属丝网12上每个节点的温度间接反映火焰筒11出口截面的温度分布情况，提高了取样密度；另一方面，运用图像测温法，通过图像采集器20以及图像处理器获取金属丝网12每个节点的温度，降低了试验成本。图形测温法为现有技术中一种非接触式测量温度的方法，基本原理为，在图像采集器20采集的高温发光物体的图像中，每个像素点都记录了物体发光的颜色信息，而颜色与温度又存在确定的对应关系，采用HSI色度系统模型，其中，H为色调，S为饱和度，I为亮度，色调H反应了光谱的能量分布，因此可以用色调H来度量颜色值，这样，根据色调与温度之间的对应关系可以测出高温物体的温度。

测量之前，需要进行图像的标定，首先，选取一组具有温度梯度的热元件，如选取N个热元件，这N个热元件的温度以50℃的梯度依次增加，并通过图像采集器20采集每个热元件的图像；其次，通过图像处理器对图像进行处理，在图像上随机选取M个像素点，获取每个像素点对应的RGB值，这M个像素点的RGB值经过加权融合后得到该热元件的RGB值，再将该RGB值转换为色调值H，通过这种方法得到N个热元件的色调值H，并拟合得到温度T与色调值H之间的函数关系T＝F(H)。需要注意的是，在采集每个热元件的图像时，使图像采集器20的镜头与热元件之间都具有设定的距离D1。

测量时，第一步，如图3所示，标记金属丝网12上每个节点的坐标(Xi，Yi)；

第二步，调整图像采集器20的位置，使图像采集器20的镜头朝向金属丝网12，图像采集器20的镜头与金属丝网12之间的距离记为D2，使D2等于D1；

第三步，图像采集器20采集金属丝网12的图像，并传输给图像处理器；

第四步，图像处理器获取金属丝网12上每个节点(Xi，Yi)的RGB值，并得到每个节点(Xi，Yi)对应的色调值Hi；根据温度与色调值之间的对应关系T＝F(H)得到每个节点(Xi，Yi)对应的温度Ti。

具体设置时，该燃烧室试验装置还包括用于输送高温燃气的管道30，火焰筒11的出口伸入管道30内；管道30的侧壁上设有排气口，并且在管道30远离火焰筒11的一端设有视镜组件40，该视镜组件40包括视镜41，视镜41与火焰筒11的出口相对设置，视镜41由透明材质制作而成，如石英玻璃，视镜41形成了用于图像采集器20采集图像的窗口，也可以透过该视镜41直接观察火焰筒11出口截面的火焰情况。视镜41一面暴露在管道30内，另一面暴露在外界环境中，管道30内温度较高，而外界环境温度较低，视镜41在受热不均的情况下容易破裂，给图像的采集工作带来不变，为了防止上述情况发生，需要对视镜41暴露在管道30内的一面进行降温，本实施例中，管道30包括第一管道31和第二管道32，第一管道31分别与机匣13以及第二管道32通过法兰连接，排气口设置在第一管道31的侧壁上用于排出高温燃料，第二管道32的侧壁内设有环形的空气冷却通道321，空气冷却通道321的出口朝向视镜41设置。在工作时，向空气冷却通道321内输送低温空气，低温空气由出口喷出，并在视镜41前形成气帘保护，有效降低了视镜41周围的温度，防止视镜41受管道30内高温的影响。

具体连接时，第一管道31与机匣13之间还设有挡板，挡板上设有通孔，火焰筒11穿过通孔后伸入第一管道31内，挡板的作用在于阻止由空气入口进入机匣13的空气直接流向第一管道31。第一管道31上固定有第一法兰50，第二管道32上固定有与第一法兰50配合的第二法兰60，第一法兰50和第二法兰60通过螺栓等紧固件固定连接，使第一管道31和第二管道32连通；第二法兰60内设有环形的凹腔61，凹腔61与空气冷却通道321连通，且第二法兰60上还连接有进风管路70，进风管路70也与凹腔61连通，具体的，进风管路70设置在第二法兰60背离第一法兰50的一侧，这样，低温空气由进风管路70输送到凹腔61内，气流充满呈环形设置的凹腔61，同时，气流由凹腔61均匀地流向空气冷却通道321，空气冷却通道321的出口也呈环形设置，气流不断从出口喷出，在视镜41前形成气帘保护，有效降低了视镜41周围的温度。

如图4所示，视镜组件40还包括两个视镜支撑座，每个视镜支撑座沿第二管道32的轴线设有阶梯孔，且其中一个视镜支撑座套装在第二管道32上并与第二管道32固定连接；两个视镜支撑座相对设置且固定连接，两个阶梯孔形成用于容纳视镜41的凹腔。具体的，两个视镜支撑座分别为第一视镜支撑座42和第二视镜支撑座43，第一视镜支撑座42沿第二管道32的轴线设有阶梯孔，且第一视镜支撑座42套装在第二管道32上，并与第二管道32固定连接；第二视镜支撑座43沿第二管道32的轴线也设有阶梯孔，第二视镜支撑座43与第一视镜支撑座42相对设置，并使这两个阶梯孔中较大的孔相邻，这样，两个阶梯孔就形成了用于容纳视镜41的凹腔。在装配时，第二管道32的侧壁与第一视镜支撑座42中孔径较小的孔的侧壁固定连接，且保证第二管道32的端部与视镜41之间存在一定的间隙，便于空气冷却通道321内的气流喷向视镜41；第一视镜支撑座42与第二视镜支撑座43固定连接，在具体设置时，为了便于视镜41的更换，两个视镜支撑座可拆卸固定连接，如两个视镜支撑座通过螺栓可拆卸固定连接。

通过以上描述可以看出，本发明实施例中，在火焰筒11的出口设置了金属丝网12，通过金属丝网12上每个节点的温度间接反映了火焰筒11出口截面的温度分布情况，提高了取样密度；在具体测量时，将图像采集器20的镜头朝向金属丝网12设置，并采集金属丝网12的图像，并将图像传输给图像处理器进行处理，获取金属丝网12每个节点的温度，这种图像测温法降低了试验的成本。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种燃烧室试验装置，其特征在于，包括：

燃烧室试验件，包括火焰筒，所述火焰筒的出口设有金属丝网，所述金属丝网具有多个节点，所述火焰筒内产生的高温燃气通过所述金属丝网后向外溢出；

图像采集器，用于采集所述金属丝网的图像；

图像处理器，与所述图像采集器信号连接，用于获取每个节点在所述图像上的色调值，并根据色调值与温度之间的对应关系测得所述每个节点的温度。

2.如权利要求1所述的燃烧室试验装置，其特征在于，还包括用于输送高温燃气的管道，所述火焰筒伸入所述管道内；

所述管道的侧壁上设有排气口，所述管道远离所述火焰筒的一端设有视镜组件，所述视镜组件包括视镜，所述视镜与所述火焰筒的出口相对设置，所述视镜形成用于所述图像采集器采集图像的窗口。

3.如权利要求2所述的燃烧室试验装置，其特征在于，所述管道包括第一管道和第二管道，所述第一管道和所述第二管道通过法兰连接；

所述排气口设置在所述第一管道的侧壁上；

所述第二管道的侧壁内设有环形的空气冷却通道，所述空气冷却通道的出口朝向所述视镜设置。

4.如权利要求3所述的燃烧室试验装置，其特征在于，所述视镜组件还包括两个视镜支撑座，每个视镜支撑座沿所述第二管道的轴线设有阶梯孔，且其中一个视镜支撑座套装在所述第二管道上并与所述第二管道固定连接；

所述两个视镜支撑座相对设置且固定连接，所述两个阶梯孔形成用于容纳所述视镜的凹腔。

5.如权利要求3所述的燃烧室试验装置，其特征在于，所述第一管道上固定有第一法兰，所述第二管道上固定有与所述第一法兰配合的第二法兰；

所述第二法兰内设有环形的凹腔，所述凹腔与所述空气冷却通道连通；且所述第二法兰上还连接有进风管路，所述进风管路与所述凹腔连通。

6.如权利要求3所示的燃烧室试验装置，其特征在于，所述进风管路设置在所述第二法兰背离所述第一法兰的一侧。

7.如权利要求4所示的燃烧室试验装置，其特征在于，所述两个视镜支撑座可拆卸固定连接。

8.如权利要求1所示的燃烧室试验装置，其特征在于，所述金属丝网为由合金材料制作而成的网格状结构。

9.如权利要求1～8任一项所述的燃烧室试验装置，其特征在于，所述金属丝网形成的堵塞比不大于0.2。