燃气轮机具有重量轻、体积小、启动快及自动化程度高等优点,被广泛应用于航空航天、舰船、发电等军民领域。涡轮进口温度的提高是增加燃机功率与效率的首选方式,但同时也加大了燃机各部件的热负荷。涡轮叶片是燃气轮机最重要的组成部分之一,也是燃机中工作环境最恶劣、故障率最高的部件,其工作在高温、高压与高转速的“三高”环境下。温度是反映涡轮叶片健康状态的重要参数之一,因此需要对涡轮叶片温度进行在线测量。实现温度测量的方式多种多样,对于涡轮叶片测温,辐射测温法以其响应速度快、测温范围广、不影响测温目标的温度分布等优势被广泛应用。利用辐射测温法测量涡轮叶片温度时,周围高温环境对测温结果引入的误差不可忽略,如何提出有效的方法对误差进行分析与修正是当下的研究热点与难点。辐射测温法测量燃气轮机涡轮叶片温度时,涡轮热端部件的反射辐射引入的测温误差不可忽略。热端部件反射辐射影响分析时,现有反射辐射模型建立方法与实际复杂测温环境不匹配,亟需研究一种能够反映涡轮叶片测温环境辐射特性的热端部件反射辐射模型建立方法;利用亮度与比色测温法进行涡轮叶片温度测量时,目前尚未提出有效的反射辐射修正方法;现有多光谱测温数据处理方法不能准确描述涡轮叶片测温环境特征,导致测温误差较大,因此,本文提出一种可准确描述涡轮叶片测温辐射环境特征的多光谱测温数据处理方法。本课题“燃气轮机涡轮叶片辐射测温方法研究”的主要研究内容如下:(1)涡轮叶片测温环境辐射特性研究。针对涡轮叶片测温环境辐射特性分析时,现有热端部件反射辐射模型建立方法与实际复杂测温环境不匹配的问题,提出基于三角面元划分与围道积分计算的反射辐射模型建立方法。该方法首先利用三角面元对涡轮叶片表面进行划分,建立离散化分析模型,其次,采用围道积分法计算角系数,通过建立反射辐射模型,实现热端部件同测温目标间的辐射传热计算。利用基于有限元的有限体积法仿真燃气轮机动叶与导叶的温度分布,基于反射辐射模型分析动叶压力面温度测量时受反射辐射的影响。研究燃气辐射特性计算方法,利用统计窄谱带关联k分布模型计算高温燃气引入的测温误差,为涡轮叶片辐射测温波长选择提供依据。(2)基于有效发射率的涡轮叶片辐射测温方法研究。针对现有亮度与比色测温法进行涡轮叶片温度测量时,缺乏有效数据处理方法进行反射辐射修正的问题。提出基于有效发射率的亮度测温法和基于有效发射率的比色测温法,将热端部件反射辐射引入的测温误差通过有效发射率进行修正,降低亮度与比色测温数据处理复杂度。分析涡轮叶片相对位置与辐射测温波长选择对有效发射率与测温误差计算的影响。实验表明,所提出的基于有效发射率的涡轮叶片辐射测温方法能降低反射辐射引入的测温误差,提高了高温背景下目标的辐射测温精度。(3)涡轮叶片多光谱辐射测温方法研究。针对现有多光谱测温数据处理方法不能准确描述涡轮叶片所处辐射测温环境的特征,导致测温误差较大的问题,通过研究涡轮叶片表面发射率特征,结合反射辐射模型,建立考虑反射辐射影响的多光谱测温数学模型,分析热端部件反射辐射对多光谱测温引入的误差。提出基于改进量子遗传算法的多光谱数据处理方法,有效降低了多光谱测温误差。通过对高温背景下三种热障涂层厚度不同的样片进行温度测量,验证了测温方法的有效性与适应性。(4)涡轮叶片测温实验与不确定度分析。设计实验对涡轮叶片温度进行在线测量,根据涡轮叶片测温环境建立反射辐射模型,利用基于有效发射率的涡轮叶片辐射测温方法对亮度和比色测温数据进行处理,利用涡轮叶片多光谱辐射测温方法对多光谱测温数据进行处理,并与传统数据处理方法得到的测温结果进行比较与分析。实验结果表明,本文提出的反射辐射模型建立方法与亮度、比色、多光谱数据处理方法可以有效提高涡轮叶片辐射测温精度,并对亮度、比色与多光谱测温结果不确定度进行了分析。