Датчик отношения давлений газа

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и экономичности. Для этого в устройстве используются два вихревых генератора, работающих в гидродинамически подобных режимах и имею1цих одинаковую чувствительность к изменению уровня абсолютных температур и давлений и теплофизических свойств тела. Установка второго струйно-акустического преобразователя и подключение его последовательно с первым приводят к снижению расхода через датчик отношения давлений и повыпают его экономичность. 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 С 01 Ь 15 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКЬМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4056099/24-10 (22) 15.04.86 (46) 30.03.88. Бюл. М 12 (71) Казанский авиационный институт им. А.Н.Туполева (72) И.И.Власов, М.P.Ìóñèí и И.Г.Зисер (53) 531.787 (088.8) (56) Патент США В 3489009, кл. 73-388, 1968.

Авторское свидетельство СССР

У 588478, кл. С О1 1. 15/00, 1977.

„„SU„„1384984 A 1 (54) ДАТЧИК ОТНОШЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ ГАЗА (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения— повышение точности и экономичности °

Для этого в устройстве используются два вихревых генератора, работающих в гидродинамически подобных режимах и имеющих одинаковую чувствительность к изменению уровня абсолютных температур и давлений и теплофизических свойств рабочего тела. Установка второго струйно-акустического преобразователя и подключение его последовательно с первым приводят к снижению расхода через датчик отношения давлений и повышают его экономичность.

2 ил.

1384984

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к системам регулирования и управления газотурбинными двигателями (ГТД).

Целью изобретения является повышение точности и экономичности.

На фиг.1 представлена схема датчика отношения давлений; на фиг.2 схема подключения датчика отношения давлений.

Датчик содержит два струйно-акустических генератора 1 и 2 колебаний давления, выполненных в виде вихревых генераторов, содержащих танген- 15 циальные сопла 3 и 4, камеры 5 и 6 закручивания, цилиндрические диффузоры 7, 8 и щелевые диффузоры 9, 10 соответственно, пьезоэлектрические преобразователи 11 и 12 колебаний 20 давления в электрические импульсы, а также счетно-решающее устройство

13. Выход иэ щелевого диффузора 9 первого генератора 1 соединен с входом тангенциального сопла 4 генера- 25 тора 2. Пьезоэлектрические преобразователи 11 и 12 подключены к щелевым диффузорам 9 и 10 соответственно, а выходы пьезоэлектрических преобразователей 11 и 12 электрически соеди- 30 нены со счетно-решающим устройством

13. Высокое давление Р1 подводится к соплу 3 питания, а низкое давление

Р„ — к выходу из щелевого диффузора

10. Датчик пРедназначен для иэмерения35 отношения давлений, превышающих критическое отношение давлений (и71,9).

Датчик отношения давлений газа работает следующим образом.

Под действием перепада давлений 40 через генераторы 1 и 2 протекает газ °

При этом в горле сопла 4 устанавливается критическое течение, так как площадь его проходного сечения меньше площади проходного сечения сопла 3. 45

В результате выше по потоку (в проточной части генератора 1) устанавливается стабилизированное, течение, т.е. распределение локальных приве4,1 денных скоростей Л = †вЂ, где ы — 50 а„р локальная скорость; а „О вЂ” критическая скорость звука, остается неизменным и не зависит от отношения давлений на устройстве в целом. Напро тив, ниже по потоку, т.е. в генераторе 2 течение не стабилизированное (для этого выходное отверстие щелевого диффузора 10 должно быть существенно больше проходного сопла 4, конкретные значения проходного сечения выходного отверстия определяются диапазоном измерений). Распределение приведенной скорости в генераторе 2 зависит от отношения давлений на устройстве в целом. При протекании газа в обоих генераторах возбуждаются колебания давлений. Экспериментально установлено, что амплитуда колебаний максимальна в периферийной части щелевых диффузоров. Вследствие стабилизации течения в генераторе 1 частота колебаний давления в нем— зависящая от скорости течения, отображает только температуру газа (а„р зависит от температуры газа). В то же время частота колебаний давления в генераторе 2 - f, зависящая от скорости течения, отображает не только температуру газа (через а „ ), но и отношение давлений, Колебания давления преобразуются в электрические колебания преобразователями 11 и 12, которые в счетно-решающем устройстве

13 преобразуются в выходной сигнал.

Счетно-решающее устройство выполняет операцию деления частоты f< на частоту f„, в результате чего выходной сигнал

Й2 pl(lf)const 2 гт

Х = const

1 f

cons t 11Т сonst+q(н) зависит только от отношения давлений. !

В динамике датчик работает аналогично, с той лишь разницей, что его показания запаздывают относительно действительного мгновенного значения отношения давлений на величину, равную времени изменения давлений в проточной части датчика. Характерное время установления определяется объемом полостей датчика и расходом газа через него. Так как суммарный объем генераторов датчика невелик 1 -10 м, а объемный расход газа составляет (3-5) IO м /с, то характерное время пневматического запаздывания составляет (0,2-0,3) 10 с.

Это исключительно малая величина по сравнению с характерным временем переходных процессов в двигателе.

Имеется также особенность работы в динамике, связанная с температурными

1 18 ч 98 4 возмущениями †.датчик показывает верные значения отношения давлений только при одинаковых температурах газа, заполняющего генераторы 1 и 2. Одна—

5 ко при последовательном протекании газа через генераторы температурное возмущение может приводить к различию температур газа в генераторах, что связано с теплообменом между га. зом и стенками генератора. С целью уменьшения динамической погрешности, действующей в течение времени, определяемого теплоемкостью стенок гене-. ратора и коэффициентами теплоотдачи от газа к стенкам, питание датчика осуществляется через достаточно длинный трубопровод (CM. схему на фиг,2), Стенки этого трубопровода выполняют роль фильтра низких частот, благодаря чему температурные возмущения сглаживаются из-за теплообмена между газом и стенками трубопровода и к входу в датчик поступают сколь угодно ослабленными. В реальной конструкции 5 этот трубопровод достаточно сделать длиной 300 мм при диаметре трубопровода 8 мм и толщине стенки 1 мм.

Этот трубопровод может быть использован также и для того, чтобы осуществить питание датчика воздухом при измерении отношения давлений на турбине (фиг.2). Воздух от компрессора по трубопроводу подводится к датчику, а его "излишки" сбрасываются через выравнивающую трубку в область перед турбиной, благодаря этому давление перед датчиком практически не отличается от давления перед турбиной, в то время как датчик питается воз- 4О духом, а не газами высокой температуры. С одной стороны, повышается надежность работы датчиков (исключается воздействие высокотемпературного газа на конструкцию датчика), а, с 45 другой стороны, это благоприятно сказывается »а точности измерений, так как исключается влияние состава газа через отношение теплоемкостей

К = С /С на распределение приведенР 50 ных скоростей М и в конечном итоге на частоты (коэффициент скорости зависит не толг.ко от отношения давлений, но, и, хотя и слабо, от К =

С /С ).

Если отношение давлений Т= P

Отношение частот f

Поставленные цели в предлагаемом устройстве достигаются следующим образом.

Повышение точности обеспечивается использованием двух однотипных (вихревых) генераторов, Основным источником погрешности в датчиках отношения давлений на основе струйноакустических генераторов, к которым относятся прототип и предлагаемое устройство, является изменение числа

Рейнольдса Re, оценивающего влияние вязкости на рабочий процесс. В предлагаемом устройстве проточные части генераторов (камеры закручивания, цилиндрические и щелевые диффузоры) имеют идентичные размеры. Благодаря этому при последовательном включении генераторов, когда массовые расходы через них оказываются равными, значения чисел Re оказываются идентичными, влияние чисел Re на частоты

f, и fq оказываются одинаковыми и при

f 2 образовании выходного X = const- f полностью исключаются.

Действительно, из уравнения неразрывности имеем р, W,F „ = Р 4 Р,, где р — плотности в сходственных сечениях генераторов 1 и 2; W,, Я в скорости в сходственных сечениях генераторов 1 и 2; F„, Р— площади в сходственных сечениях генераторов и 2. Вследствие идентичности генераторов F F<, следовательно р, W,=

= g Wq. Плотности тока p W входят в

PwQ выражение числа Re =, где d

Р характерный размер; p — коэффициент вязкости.

С учетом изложенного, .а также того что р, = р вследствие равен1384984 ства температур и d = d (сходственные размеры идентичны) имеем

Re, = Ret.

Таким образом, достижение точ5 ности в предлагаемом устройстве является следствием использования двух однотипных (вихревых) генераторов, работающих в гидродинамически подобных режимах (по числу Re) и имеющих одинаковую чувствительность к изменению параметров состояния (уровня абсолютных температур и давлений) и теплофизических свойств рабочего тела. 15

Установка второго струйно-акустического преобразователя и подключение его последовательно с первым струйно-акустическим преобразователем приводит к снижению расхода через gp датчик отношения давлений и, следовательно, повышает его экономичность °

Изобретение может найти применение в системах управления газотурбинными двигателями ГТД в системах регулирования и управления механизацией компрессора, форсажной камерой, соплом, турбиной, а также в автоматах разгона, противоположных устройствах и

)т.п. 30

Формула изобретения

Датчик отношения давлений газа, содержащий первый струйно-акустический преобразователь давления, сопло питания которого соединено каналом с источником высокого давления, два пьезоэлектрических преобразователя колебаний давления и источник низкого давления, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения и экономичности, он снабжен вторым струйно-акустическим преобразователем давления и вычислительным блоком, при этом оба струйноакустических преобразователя давления выполнены в виде вихревых генераторов колебаний давления с тангенциальными соплами питания, камерами закручивания, цилиндрическими и щелевыми диффузорами, которые выполнены идентичными в обоих генераторах, выход из щелевого диффузора первого генератора соединен каналом с соплом питания второго генератора, а выход из щелевого диффузора второго генератора соединен каналом с источником низкого давления, причем пьезоэлектрические преобразователи уста- новлены в периферийной части щелевых диффузоров генераторов и подключены к вычислительному блоку, при этом диаметры критических сечений сопл питания генераторов удовлетворяют соотношению Dt/D <1, где D „ и Р— диаметры критического сечения сопла питания соответственно первого и второго генераторов °

1384984

Редактор Н.Слободяник

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1405/39

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Йп

®спю

Составитель И.Чернявский

Техред Л. Олийнык Корректор Г.Решетник