CN114136479B - 一种用于测量燃烧室出口温度分布的光机结构 - Google Patents

一种用于测量燃烧室出口温度分布的光机结构 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种用于测量燃烧室出口温度分布的光机结构,属于航空发动机燃烧室出口温度测试技术领域,具体包括测量框架和安装于所述测量框架上的多个探头安装座,所述测量框架的进口端通过法兰与燃烧室出口连接,所述探头安装座用于安装探头;所述测量框架为设有夹层水腔的正多边体,多个所述探头安装座沿所述测量框架的周向两两相对设置,相对设置的两个所述探头中的一个用于发射激光测试信号,另一个用于接收所述激光测试信号。通过本申请的处理方案,可以获得燃烧室出口二维温度分布,能够准确反映燃烧室出口温度分布趋势。

Description

一种用于测量燃烧室出口温度分布的光机结构
技术领域
本申请涉及航空发动机燃烧室出口温度测试技术领域,尤其涉及一种用于测量燃烧室出口温度分布的光机结构。
背景技术
由于燃烧室出口温度对航空发动机燃烧室工作安全性及可靠性的重要作用,随着燃烧室的发展,燃烧室出口温度不断提高。目前,获取燃气轮机燃烧温度的测试方法常采用接触式探针测试技术,而接触式探针在测试流场中存在着对流场的影响,具有一定的局限性和不足等问题。
TDLAT是一种极具发展前景的流场诊断技术,研究发现可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)不需要直接接触高温燃气,具有测量精度高、响应快,对测试流场无干扰等优势,能够为航空发动机燃烧室性能评定提供同时具有时间和空间分辨性的试验数据,弥补接触式探针测试技术的不足。
发明内容
有鉴于此,本申请实施例提供一种用于测量燃烧室出口温度分布的光机结构,至少部分解决现有技术中存在的测试探针会对测试流场产生影响的问题。
本申请实施例提供一种用于测量燃烧室出口温度分布的光机结构,所述光机结构包括测量框架和安装于所述测量框架上的多个探头安装座,所述测量框架的进口端通过法兰与燃烧室出口连接,所述探头安装座用于安装探头;所述测量框架为设有夹层水腔的正多边体,多个所述探头安装座沿所述测量框架的周向两两相对设置,相对设置的两个所述探头中的一个用于发射激光测试信号,另一个用于接收所述激光测试信号。
根据本申请实施例的一种具体实现方式,所述探头安装座包括测量孔件、壁面过渡件和探头模块,所述测量孔件焊接于所述测量框架上,所述壁面过渡件插入所述测量孔件中并与所述测量框架相接,所述探头模块插入所述壁面过渡件中,所述探头模块用于安装所述探头;所述探头模块、壁面过渡件和测量孔件的中心相通,用于使所述探头的激光测试信号通入到测量框架内。
根据本申请实施例的一种具体实现方式,所述探头模块与所述壁面过渡件之间为球头配合。
根据本申请实施例的一种具体实现方式,所述壁面过渡件靠近所述测量框架内部的一端设有窗口,所述窗口内安装耐高温密封窗片,所述窗片用于透过所述激光测试信号。
根据本申请实施例的一种具体实现方式,所述测量框架上还设有多点总温探针安装座,所述多点总温探针安装座位于沿气流方向的所述探头安装座的后侧,所述多点总温探针安装座用于安装多点总温探针;
根据本申请实施例的一种具体实现方式,所述多点总温探针安装座设置为两个,分别设置在所述测量框架的中心纵截面两侧,且分别与所述探头安装座中轴线对齐。
根据本申请实施例的一种具体实现方式,所述测量框架上还设有进水口和出水口,所述出水口位于所述测量框架的上侧,所述进水口位于所述测量框架的下侧。
根据本申请实施例的一种具体实现方式,所述测量框架包括内侧板和外侧板,所述内侧板与所述外侧板之间形成所述夹层水腔,所述夹层水腔中设有导流条,所述导流条与所述内侧板焊接。
根据本申请实施例的一种具体实现方式,所述壁面过渡件和所述探头模块上均设有通气孔。
根据本申请实施例的一种具体实现方式,所述测量框架为设有夹层水腔的正四边体结构,所述探头安装座在所述测量框架的每侧边的安装数量相同且均匀布置。
有益效果
本申请实施例中的用于测量燃烧室出口温度分布的光机结构与燃烧室出口测量段采用一体化设计,整体结构布置紧凑。光机结构的测试安装座采用多组对称的设置,形成多光路布网的方式,能获取测试区域流场内部的二维温度分布。光机结构采用壁面过渡件、准探头模块之间以球头配合方式,以及调节螺钉自由度,来实现激光测试信号的光路对准;可拆卸的壁面过渡件和探头模块结构简单,加工使用维护方便。
该光机结构壳体采用夹层水腔结构,冷却效果好,能很好的满足TDLAT技术对燃烧室出口温度测试需求,该光机结构装置工作可靠,并达到预期的要求,取得了良好的使用效果。
采用氮气吹除壁面过渡件和探头模块之间的空气,消除由于空气加热和未知水汽浓度对测量结果产生的影响,提高测试结果准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为根据本发明一实施例的用于测量燃烧室出口温度分布的光机结构的示意图;
图2为根据本发明一实施例的A-A剖面结构示意图;
图3为根据本发明一实施例的B-B剖面结构示意图
图4为根据本发明一实施例的C-C剖面结构示意图;
图5为根据本发明一实施例的探头模块和壁面过渡件装配示意图;
图6为根据本发明一实施例的壁面过渡件结构示意图;
图7为根据本发明一实施例的壁面过渡件结构的俯视图;
图8为根据本发明一实施例的探头模块结构示意图;
图9为根据本发明一实施例的探头模块结构的俯视图。
图中:1、法兰,2、探头模块,3、壁面过渡件,4、外侧板,5、内侧板,6、多点总温探针安装座,7、探针堵盖,8、测量孔件,9、探头堵盖,10、耐高温密封窗片,11、导流条,12、出水口,13、进水口,14、第一通气孔,15、第一通孔,16、螺纹孔,17、第二通气孔,18、第二通孔,19、夹层水腔。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
要说明的是,下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见,本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中,且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请,所属领域的技术人员应了解,本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施,且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说,可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外,可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想,图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外,在以下描述中,提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而,所属领域的技术人员将理解,可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
本申请的光机结构装置与燃烧室出口测量段采用一体化设计,综合采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)和计算机层析成像(CT),即TDLAT技术,开展燃烧室出口温度二维分布重建测试技术探索研究,采用TDLAS多光路布网的方法,再结合波长调制信号发射与采集及变量轮换数据重建方法,以获得燃烧室出口二维温度分布,并可以准确反映燃烧室出口温度分布趋势。
下面结合附图1-9对本申请的用于测量燃烧室出口温度分布的光机结构进行详细描述。
参照图1和图2,光机结构采用框架结构,内部为中空结构,燃烧室出口排出的被测气体从中空结构中通过。具体的,光机结构包括测量框架和安装于所述测量框架上的多个探头安装座,所述测量框架的进口端通过法兰1与燃烧室出口连接,所述探头安装座用于安装探头,为便于连接,测量框架内切圆的直径稍大于圆形燃烧室出口的直径;所述测量框架为设有夹层水腔19的正多边体结构,多个所述探头安装座沿所述测量框架的周向两两相对设置,相对设置的两个所述探头中的一个用于发射激光测试信号,另一个用于接收所述激光测试信号,通过设置多个所述探头安装座可以实现测试区域流场内部的二维布局。具体的,本实施例中探头采用的测试技术为可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)和计算机层析成像(CT)结合方式,即TDLAT技术。测量中燃烧室出口平面与测量框架平面平行并保持中心位置同心。
根据本申请实施例的一种具体实现方式,所述探头安装座包括测量孔件8、壁面过渡件3和探头模块2,所述测量孔件8焊接于所述测量框架上,所述壁面过渡件3插入所述测量孔件8中并与所述测量框架相接,具体的,参照图2,壁面过渡件3的外延上设有第一通孔15,通过第一通孔15与测量孔件8固定连接。
所述探头模块2插入所述壁面过渡件3中,所述探头模块2用于安装所述探头。具体的,壁面过渡件3上设有螺纹孔16,探头模块2上设有第二通孔18,螺纹孔16与第二通孔18位置相对应,通过螺纹孔16与第二通孔18实现探头模块2与壁面过渡件3的对准连接。所述探头模块2、壁面过渡件3和测量孔件8的中心相通,用于使所述探头的激光测试信号通入到测量框架内。
进一步的,所述探头模块2与所述壁面过渡件3之间为球头配合,参照图5。在本实施例中,壁面过渡件3上的螺纹孔16布置为3个,分别布置在间隔120°的同一圆周上,相对应的,探头模块2上也设有3个第二通孔18,参照图7和图9所示,并采用螺钉进行安装固定,通过调节螺钉进行俯仰、偏转2个自由度调节,来实现光路的对准,光路调节完毕后,各调节螺钉同步旋紧,配合螺纹胶实现锁紧。
进一步的,所述壁面过渡件3靠近所述测量框架内部的一端设有窗口,所述窗口内安装耐高温密封窗片10,具体设置位置参照图6,所述耐高温密封窗片10用于透过所述激光测试信号,作为通光窗口,兼具密封作用,如此实现非接触式测试的方式。
在一个实施例中,所述测量框架上还设有多点总温探针安装座6,具体结构参照图1和图3,多点总温探针安装座6焊接于测量框架的外侧板4上,所述多点总温探针安装座6位于沿气流方向的所述探头安装座的后侧,所述多点总温探针安装座6用于安装多点总温探针。
具体的,所述多点总温探针安装座6设置为两个,分别设置在所述测量框架的中心纵截面两侧,且分别与所述探头安装座中轴线对齐,使多点总温探针测试的位置与探头测试的位置保持一致,并将两种测试方式的测试结果进行对比分析。
在一个实施例中,当探头或者多点总温探针测试结束时,可以将拔出,并且测量孔件8配装探头堵盖9以实现探头安装处的封堵,多点总温探针安装座6通过配装探针堵盖7以实现不同种类的试验需求,两者内部以水冷方式进行冷却。
根据本申请实施例的一种具体实现方式,所述测量框架上还设有进水口13和出水口12,用于使夹层水腔19内的水充分流动以使测量框架进行冷却。具体结构参照图4,所述出水口12位于所述测量框架的上侧,所述进水口13位于所述测量框架的下侧。
进一步的,所述测量框架包括内侧板5和外侧板4,所述内侧板5与所述外侧板4之间形成所述夹层水腔19,所述夹层水腔19中设有导流条11,所述导流条11与所述内侧板5焊接。具体的,主体结构采用金属壳体,并采用夹层水腔19,夹层水腔19中布置导流条11,高压水从壳体下方的进水口13进入,通过导流条11的引流作用以一定的路线在夹层水腔19内流动,以对流换热的方式对壳体进行冷却,最后从壳体上方的出水口12排到试验件外部,可以有效保护壳体,防止被高温燃气烧蚀破坏。
在一个实施例中,探头模块2的侧壁上和壁面过渡件3的侧壁上设有通气孔,分别为第二通气孔17和第一通气孔14,参照图6和图8,分别通过软管与氮气瓶相连,用于吹除探头模块2和壁面过渡件3之间的空气,消除试验中由于该段存留的空气加热和未知水汽浓度对测量结果产生的影响。
在一个实施例中,所述测量框架为设有夹层水腔的正四边体结构,所述探头安装座在所述测量框架的每侧边的安装数量相同且均匀布置。优选的,测量框架的每个侧边设有4个探头安装座,可以构建4×4的二维光束布局。
本发明提供的实施例,光机结构装置与燃烧室出口测量段采用一体化设计,整体结构布置紧凑;光机结构采用壁面过渡件、探头模块之间以球头配合方式,以及调节螺钉自由度,来实现光路对准;可拆卸壁面过渡件和探头模块结构简单,加工使用维护方便。
采用氮气吹除壁面过渡件和探头模块之间的空气,消除由于空气加热和未知水汽浓度而其对测量结果产生的影响,光机结构布局能实现测试区域流场内部的二维分布。
该光机结构壳体采用夹层水腔,冷却效果好,能很好的满足TDLAT技术对燃烧室出口温度测试需求,该光机结构装置工作可靠,并达到预期的要求,取得了良好的使用效果。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于测量燃烧室出口温度分布的光机结构,其特征在于,所述光机结构包括测量框架和安装于所述测量框架上的多个探头安装座,所述测量框架的进口端通过法兰与燃烧室出口连接,所述探头安装座用于安装探头;所述测量框架为设有夹层水腔的正多边体,多个所述探头安装座沿所述测量框架的周向两两相对设置,相对设置的两个所述探头中的一个用于发射激光测试信号,另一个用于接收所述激光测试信号;
所述探头安装座包括测量孔件、壁面过渡件和探头模块,所述测量孔件焊接于所述测量框架上,所述壁面过渡件插入所述测量孔件中并与所述测量框架相接,所述探头模块插入所述壁面过渡件中,所述探头模块与所述壁面过渡件之间为球头配合,所述探头模块用于安装所述探头;所述探头模块、壁面过渡件和测量孔件的中心相通,用于使所述探头的激光测试信号通入到测量框架内。
2.根据权利要求1所述的用于测量燃烧室出口温度分布的光机结构,其特征在于,所述壁面过渡件靠近所述测量框架内部的一端设有窗口,所述窗口内安装耐高温密封窗片,所述窗片用于透过所述激光测试信号。
3.根据权利要求1所述的用于测量燃烧室出口温度分布的光机结构,其特征在于,所述测量框架上还设有多点总温探针安装座,所述多点总温探针安装座位于沿气流方向的所述探头安装座的后侧,所述多点总温探针安装座用于安装多点总温探针。
4.根据权利要求3所述的用于测量燃烧室出口温度分布的光机结构,其特征在于,所述多点总温探针安装座设置为两个,分别设置在所述测量框架的中心纵截面两侧,且分别与所述探头安装座中轴线对齐。
5.根据权利要求1所述的用于测量燃烧室出口温度分布的光机结构,其特征在于,所述测量框架上还设有进水口和出水口,所述出水口位于所述测量框架的上侧,所述进水口位于所述测量框架的下侧。
6.根据权利要求1所述的用于测量燃烧室出口温度分布的光机结构,其特征在于,所述测量框架包括内侧板和外侧板,所述内侧板与所述外侧板之间形成所述夹层水腔,所述夹层水腔中设有导流条,所述导流条与所述内侧板焊接。
7.根据权利要求1所述的用于测量燃烧室出口温度分布的光机结构,其特征在于,所述壁面过渡件和所述探头模块上均设有通气孔。
8.根据权利要求1所述的用于测量燃烧室出口温度分布的光机结构,其特征在于,所述测量框架为设有夹层水腔的正四边体结构,所述探头安装座在所述测量框架的每侧边的安装数量相同且均匀布置。
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