Устройство для измерения пульсаций давления газа в высокотемпературных условиях
Устройство предназначено для точного измерения пульсаций давления в элементах газовоздушного тракта ГТД и других объектов в широких диапазонах частот и амплитуд его колебаний при повышенных температурах в объекте контроля по сравнению с атмосферными условиями.. Устройство для измерения давления газа содержит байпасно соединенные датчик давления и корректирующий элемент, состоящий из корпуса, в котором установлен подпружиненный сильфон с дросселирующей обоймой, способной свободно перемещаться по втулке, являющейся продолжением подводящего трубопровода, причем сопротивление дросселя Rдр в зависимости от изменения среднего давления настраивается равным волновому сопротивлению подводящего трубопровода за счет деформации сильфона, вызываемой силами давления среды и силой сжатия цилиндрической пружины. Устройство для измерения пульсаций давления газа в высокотемпературных условиях обладает высокой динамической точностью при различных уровнях среднего давления и работоспособностью, достигаемой за счет отсутствия пористого дросселя и замены его щелевым. Использование невакуумированного сильфона делает возможной разборку устройства и замену пружины.
Полезная модель относится к области измерений пульсирующих давлений и может найти применение для измерения пульсаций давления, например, в газовоздушном тракте ГТД при исследовании газодинамической устойчивости компрессора, поля пульсаций давления в камере сгорания перед турбиной, а также в форсажной камере сгорания.
При измерении пульсаций давления в условиях дестабилизирующих факторов (высоких и низких температур, больших виброперегрузок и скоростей обтекания) датчик пульсирующих давлений выносится из зоны действия этих факторов и подсоединяется к точке измерения при помощи подводящего канала. Одним из основных требований, предъявляемых к такому устройству (подводящий канал - датчик) является высокая динамическая точность, которая может быть обеспечена при равномерной передаче динамического давления со входа в канал к датчику при различных уровнях среднего давления. Это требование выполняется при установке на выходном конце подводящего трубопровода согласованной акустической нагрузки, выполненной в виде трубопровода длиной 25 м, обеспечивающей режим бегущих волн в трубопроводе [Акустические методы и средства измерения пульсаций давления / [В.П. Шорин и др.] - Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм, ун-та, 2007. - 132 с: ил.].
Известно устройство для измерения пульсаций давления газа, содержащее приемный патрубок, переходник с датчиком давления и акустическую нагрузку, выполненную в виде длинной линии. [Фурлетов, В.И. Определение частотной характеристики измерительной системы «датчик колебаний давления - волновод» при повышенных параметрах газа / В.И. Фурлетов, А.Н. Дубовицкий, Г.С. Ханян // В сборнике Развитие средств и методов испытаний авиационных двигателей // Колл. авторов - М.: ЦИАМ, 2010. - С. 241-249]
Такое устройство обеспечивает достаточно ровную АЧХ, но имеет большие габариты и вес. В работах авторов показано, при диаметре подводящего трубопровода 6 мм его требуемая длина составляет 40
50 м, а масса до 10 кг, что осложняет его использование в условиях стендовых испытаний [Шорин, В.П. Разработка и экспериментальное исследование частотных характеристик акустических зондов для измерения пульсаций давления в газогенераторе / В.П. Шорин, А.Г. Гимадиев, Н.Д. Быстрое, С.А. Ильинский, Т.Г. Александрова // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика СП. Королева (национального исследовательского университета), 2012. - 
3 (34) - 2. - С. 269-274.].
Известно устройство, содержащее датчик давления, установленный в корпусе, и подводящий волноводный канал, на входе которого установлен сосредоточенный дросселирующий элемент [А.с. СССР 800735 G01L 7/00, опубл. 30.01.1981].
Недостатком устройства является его однорежимность, обусловленная зависимостью волнового сопротивления канала от среднего давления среды, что не позволяет проводить точные измерения динамических давлений в широком диапазоне изменения среднего давления.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, содержащее датчик давления, подключенный к подводящему трубопроводу, дросселирующий элемент в виде пористой втулки и подпружиненный вакуумированный сильфон [А.с. СССР 924529 G01L 7/00, опубл. 30.04.1982]. Это устройство может работать с достаточной точностью в широких диапазонах изменения среднего давления.
Однако его недостатками являются возможность засорения пористой втулки твердыми частицами, содержащимися в газе, и технологическая сложность изготовления вакуумированного сильфона.
Цель изобретения - повышение работоспособности устройства за счет ряда конструктивных мер.
Указанная цель достигается тем, в устройстве для измерения пульсаций давления газа в высокотемпературных условиях, содержащее корпус, в котором размещены датчик пульсаций давления, подключенный к подводящему трубопроводу, и дросселирующий элемент, содержащее подпружиненный сильфон, один торец которого жестко закреплен в корпусе, а ко второму прикреплен торец цилиндрической обоймы с радиальными отверстиями, отличающееся тем, что сильфон является невакуумированным, пружина имеет винт настройки с контровочной гайкой, а дросселирующий элемент выполнен в виде ввернутой в корпус втулки с наружными кольцевыми проточками, со стороны входа втулка соединена с каналом в корпусе, связанным с подводящим трубопроводом, а со стороны выхода заглушена, перед заглушкой выполнены радиальные отверстия, а датчик пульсаций давления накрыт кожухом охлаждения с штуцерами входа и выхода охлаждающей среды и закреплен радиальными винтами.
На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство. Устройство состоит из герметичного сварного корпуса 1, внутри которого при помощи резьбовой заглушки 2 закреплен сильфон 3, подпружиненный через упор 4 пружиной 5. Положение заглушки 2 фиксируется контрвинтом 6. Герметичность соединения корпуса с заглушкой 2 обеспечивается уплотнением 7. С другой стороны в корпусе закреплена втулка 8 с наружными кольцевыми проточками, заглушенная заглушкой 9 и снабженная радиальными отверстиями. По втулке 8 свободно перемещается обойма 10, соединенная с сильфоном 3 через упор 4. Поджатие пружины регулируется винтом 11, перемещающим пяту 12. Винт фиксируется контргайкой 13.
Датчик пульсаций давления 14 установлен в корпусе 1 со стороны гильзы 8 и помещен в кожух охлаждения 15, закрепленный на корпусе винтами 16. Входной канал датчика 14 через штуцер 17 соединен с подводящим трубопроводом 18. Сечения каналов подводящего трубопровода 18, входного канала датчика 14 и втулки 8 одинаковы.
После сборки устройства производят его настройку посредством перемещения в осевом направлении сильфона 3 с обоймой 10 дросселя вращением резьбовой заглушки 2 таким образом, чтобы при подаче начального давления обойма щелевого дросселя занимала положение, обеспечивающее сопротивление регулируемого дросселя, равное волновому сопротивлению подводящего трубопровода при данном давлении.
При частотной калибровке устройства для измерения пульсаций давления газа в высокотемпературных условиях осуществляют поднастройку устройства. Контроль сопротивления дросселя ведут по равномерности АЧХ устройства при заданном среднем давлении газа.
Для повышения сопротивления дросселя осуществляют сжатие пружины настроечным винтом 11. Уменьшение сопротивления дросселя осуществляют с помощью резьбовой заглушки 2 смещением обоймы 10 дросселя в сторону датчика давления.
Устройство работает следующим образом. При изменении среднего давления газа, например, при его увеличении, сильфон 3 сжимается и перемещает обойму 10. При этом увеличивается длина дросселирования газа в щелевом дросселе пропорционально увеличению среднего давления. Это, в свою очередь, приводит к пропорциональному увеличению сопротивления дросселя и автоматическому выполнению равенства сопротивления дросселя волновому сопротивлению подводящего трубопровода.
Предлагаемое устройство для измерения пульсаций давления газа в высокотемпературных условиях обладает высокой динамической точностью при различных уровнях среднего давления и повышенной работоспособностью, достигаемой за счет отсутствия пористого дросселя, склонного к интенсивному засорению. Использование невакуумированного сильфона делает возможным изменение настройки устройства с целью коррекции его динамической характеристики, а также снижает технологические сложности технической реализации устройства.
Устройство для измерения пульсаций давления газа в высокотемпературных условиях, содержащее корпус, в котором размещены датчик пульсаций давления, подключённый к подводящему трубопроводу, и дросселирующий элемент, содержащее подпружиненный сильфон, один торец которого жёстко закреплён в корпусе, а ко второму прикреплён торец цилиндрической обоймы с радиальными отверстиями, отличающееся тем, что сильфон является невакуумированным, пружина имеет винт настройки с контровочной гайкой, а дросселирующий элемент выполнен в виде ввёрнутой в корпус втулки с наружными кольцевыми проточками, со стороны входа втулка соединена с каналом в корпусе, связанным с подводящим трубопроводом, а со стороны выхода заглушена, перед заглушкой выполнены радиальные отверстия, а датчик пульсаций давления накрыт кожухом охлаждения с штуцерами входа и выхода охлаждающей среды и закреплён радиальными винтами.
