Устройство для измерения средней температуры газового потока газотурбинного двигателя

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗОВОГО ПОТОКА ГАЗОТУРБИННОГО даИГАТЕЛЯ по авт. св. № 1064155, отличающее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет измерения перепада температуры газа на турбине газотурбин-, I mmnAfi ПЗ::- - о ного двигателя, в него введены второй блок вычитания, блок нелинейности , последовательно соединенные второй струйный генератор и второй блок преобразования акустических колебаний, второй блок деления и блок з множения, первый вход которого соединен с выходом второго блока преобразования акустических колебаний, второй вход соединен с первым входом второго блока вычитания и выходом усилителя с управля&njM коэффициентом усиления,, а выход подключен к первому входу второго блока деления., второй вход которого через блок нелинейности соединен с выходом первого блока преобразова (Л ния акустических колебаний, а выход соединен с вторым входом второго блока вычитания.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4 (s l ) С О! К 3/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61 ) 10641 55 (21 ) 3664944/24-10 (22) 23.11.83 (46) 30.04.85. Бюл. Ф 16 (7.2) Л.М. Агалакова, Л.С. Домрачева, А.С. Патлах и M.È. Тютюник (71) Кировский политехнический институт (53) 536.53 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N9 1064155, кл. G 01 К 3/02, 1982. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДПЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СРЕДНЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗОВОГО ПОТОКА

ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ по авт. св. В 1064155, отличающеес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет измерения перепада температуры газа на турбине газотурбин-;

„„SU„„1153241 ного двигателя, в него введены второй блок вычитания, блок нелинейности, последовательно соединенl ные второй струйный генератор и второй блок преобразования акустических колебаний, второй блок деления и блок умножения, первый вход которого соединен с выходом второго блока преобразования акустических колебаний, второй вход соединен с первым входом второго блока вычитания и выходом усилителя с управляемым коэффициентом усиления а выход подключен к первому входу второго блока деления, второй вход которого через блок нелинейности соединен с выходом первого блока преобразования акустических колебаний, а выход соединен с вторым входом второго блока вычитания.

1153241

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано в системах контроля температуры газа газотурбинного двигателя (ГТД).

По основному авт. св. У )064155 известно устройство для измерения средней температуры газового потока, содержащее блок термопреобразова-. телей, последовательно соединенные струйный генератор, блок преобразования акустических колебаний, усилитель, сумматор, входы которого соединены с выходом блока термопреобразователей и акустических колебаний, а выход через блок деления соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого подключен к выходу усилителя, а выход соединен с первым входом блока коммутации, второй вход которого соединен с общеи шинои yc TpoHc raa, а выход через интегратор соединен с управляющим входом усилителя, блок сравнения, схему совпадений и блок дифференцирования, вход которого соединен с выходом блока термопреобразователей, а выход подключен к входу блока сравнения, при этом входы схемы совпадения соединены с выходом блока сравнения и выходом блока преобразования акустических колебаний, а выход подключен к управляющему входу блока коммутаций 51).

Это устройство позволяет измерять с высокой точностью среднюю температуру газового потока, однако не позволяет измерять перепад температуры газа на турбиие ГТД.

Необходимость измерения перепада .состоит в том,что в высокотемпературных ГТД, где часть воздуха отбирается на охлаждение лопаток турбины, нри разгоне н сильных возмуще. ниях возможно переобогащение танливной смеси, В этом случае несгоревшее топливо догорает за турбиной, куда втекает воздух, охлаждающий лопатки, которые играют роль пламедержателей. Догорание топлива недопустимо. Чтобы его избежать необходимо измерение температуры газа перед и за турбиной и сравнение измеренного перепада с допустимым для данного режима работы ГТД.

Целью изобретения является расши, рение функциональных возможностей устройства за счет измерения перепада температуры газа на турбине ГТД при повышении точности измерения .

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для.измерения средней температуры газового потока

10 газотурбинного двигателя введены второй блок вычитания, блок нелинейности последовательно соединенные второй струйный генератор и второй блок преобразования акустичес15 ких колебаний, второй блок деления и блок умножения, первый вход которого соединен с выходом второго блока преобразования акустических колебаний, второй вход соединен с первым входом второго блока вычитания и выходом усилителя с управляемым коэффициентом усиления, а выход подключен к первому входу второго

25 блока деления, второй вход которого через блок нелинейности соединен с выходом первого блока преобразования акустических колебаний, а выл од соединен с вторым входом второго блок а вычитания .

ЗО

Вв едение в ус тр ой с тв о в тор о г о струйного генератора, второго блока преобразования акустических колебаний, блока умножения, вторых блоков

З5 вычитания и деления, блока нелинейности позволяет в отличие от прототипа определить перепад температуры газа на турбине ГТД. Дпя этого в описываемом устройстве определяется

40 средняя температура газа перед турбиной по значению средней температуры газа за турбиной, а также значениям температуры газа в точках установки струйных генераторов.

45 Струйные генераторы установлены по оси одной из камер сгорания ГТД перед и за его турбиной, что позволяет измерять максимальные локальные температуры газа, у На чертеже представлена блоксхема устройства.

Устройство содержит блок 1 последовательно соединенных термопреобразователей, первый струйный гене5 ратор 2, первый блок 3 преобразования акустических колебаний, усилитель 4 с управляемым коэффициентом усиления, сумматор 5, первый блок деления 6, первый блок вычитания 7

3 1153241 блок 8 коммутации, интегратор 9, схему 10 совпадения, блок 11 сравне! ния, блок 12 дифференцирования, второй струйный генератор 13, второй блок 14 преобразования акустических колебаний, блок 15 умножения, второй блок 16 деления, второй блок вычитания 17 и блок 18 нелинейности.

Устройство работает следующим 10 образом.

При помещении блока 1 последовательно соединенных термопреобразователей в газовый поток ГТД, с выхода блока 1 снимается сигнал, напряжение которого соответствует сумме температур, измеряемых в точках установки термопреобразователей.

При помещении струйных генераторов 2 и 13 в газовый поток в них 20 возбуждаются акустические колебания соответственно с частотами

f1 =KГТ ft = КГТ (1) где К вЂ” коэффициент, зависящий от конструктивного ис- 25 полнения струйного генератора;

Т „, „ — температуры газового потока в месте установки струйных генераторов.

Первый струйный генератор 2 установлен эа турбиной ГТД, а второй струйный генератор 13 установлен перед турбиной, причем располо. —, жены струйные генераторы по оси одной из камер сгорания, что позволяет измерить максимальные локальные температуры..

Акустические колебания с частотами f„ и f поступают соответствен-. 40 но в блоки 3 и 14 преобразования акустических колебаний, в которыхпроисходят следующие преобразования: преобразование акустическихколебаний в электрические колебания той же час- 45 тоты; преобразование последних в постоянные напряжения, соответствующие частотам f è f возведение постоянного напряжения в квадрат; масщтабирование полученного 50 напряжения с учетом коэффициента передачи одного термопреобразова.теля. Сигнал с выхода блока 3 преобразования акустических колебаний поступает иа второй вход сумматора 5, 55 на первый вход которого подается сигнал с выхода блока 1 термопреобразователей. Сигнал с выхода сум4 матора 5, соответствующий сумме температур в измеряемых точках газового потока, поступает на вход первого блока 6 деления, где делится на коэффициент, равный числу точек измерения и температуры газа за турбиной ГТД. Сигнал с выхода первого блока 6 деления, представляющий собой среднее значение температуры газа за турбиной, подается на первый вход первого блока 7 вынитания, на второй вход которого поступает сигнал с выхода первого блока 3 преобразования акустических колебаний через усилитель 4 с управляемым коэффициентом усиления.

При измерении средней стационарной температуры газа за турбиной

ГТД существует разность между средней температурой и температурой в точке установки первого струйного генератора 2 вследствие окружной неравномерности температурного поля за турбиной ГТД. Поэтому значение сигнала с первого блока 6 деления отличается от сигнала с выхода уси лителя 4. На выходе первого блока 7 вычитания возникает разностный сигнал, который поступает на первый вход блока 8 коммутации. Далее разностный сигнал через интегратор 9 поступает на управляющий вход усилителя 4 н изменяет его коэффициет усиления до тех пор, пока сигнал с выхода первого блока 7 вычитания не станет равным нулю. При этом на выходе усилителя 4 имеется сиг.— нал, соответствующий средней стационарной температуре газа Т sa турбиной ГТД

Б, т; т =. - Ь1 — — — — - I К и с с (2) где Э - сигнал с выхода первого блока 3 преобразования акустических колебаний, соответствующий стационарной температуре газового потока, измеряемой первым струйным генератором 2; — коэффициент усиления усилителя 4, соответствующий средней стационарной тем;, пературе Т,; — температура газа за тур( биной в i-той точке измерения.

Так как в стационарном режиме

1 суммарный сигнал на выходе блока

1153241 термопреобраэователей не изменяется, то величина выходного сигнала блока 12 дифференцирования определяется только эффективным значением шумов., обусловленных реализацией блока 12 дифферецирования и существованием пульсаций температуры газового потока. При наличии постоянной времени дифференциатора 0,01 с эффективное значение шумов на его выходе 10 составляет 5 — 7 С. Поэтому порог срабатывания блока 11 сравнения вы." бирается равным 10 С, что исключает прохождение выходного сигнала блока 12 дифференцирования на первый 15 вход схемы 10 совпадения, в результате чего сигнал на ее выходе отсутствует. Таким образом достигается разделение стационарного режима измерения температуры газового пото- 20 ка от нестационарного.

При измерении средней нестационарной температуры газового потока сигнал с выхода блока 1 термопреобразователей через блок 1 2 дифферен- 25 цирования и блок 11 сравнения поступает на первый вход схемы 10 совпадения, на второй вход которой поступает сигнал с первого блока 3 преобразования акустических колебаний. 3р

В результате этого схема 10 совпадения срабатывает и сигнал с ее вь хода поступает на управляющий вход блока 8 коммутации, что обеспечивает подключение входа интегратора 9 к 35 общей шине устройства. Так как IIoc ле этого выходной сигнал интегратора 9 сохраняет свое предыдущее значение, то коэффициент усиления усилителя 4 не изменяется, поэтому 4о на его выходе имеется сигнал, соответствующий температуре газа T+, измеряемой первым струйным. генератором 2, значение которого корректируется усилителем 4 с учетом выход- 4> ного сигнала интегратора 9. Сигнал на выходе усилителя 4 определяется выражением

4 н с где „- сигнал на выходе первого блока 3 преобразования акустических колебаний, соответствующий нестационарной температуре, изме. ряемой первым струйным генератором. 2.

Для уменьшения времени измерения температуры газа за турбиной ГТД постоянные времени блока 12 дифференцирования и первого струйного генератора 2 выбираются равными.

Сигнал с выхода усилителя 4, соответствующий средней температуре газа Т за турбиной ГТД как на установившемся, так и переходном режимах его работы, поступает на второй вход второго блбка 17 вычитания и второй вход блока 15 умножения. На первый вход блока 15 умножения поступает сигнал с выхода второго блока 14 преобразования акустических колебаний. Этот сигнал соответствует локальной температуре газа перед турбиной, измеряемой вторым струйным генератором 13.

Выходной сигнал блока 15 умножения поступает на первый. вход второго блока 16 деления, на второй вход которого через блок 18 нелинейности поступает сигнал с выхода первого блока 3 преобразования акустических колебаний.,Блок 18 нелинейности учитывает характер смещения поля температуры газа за турбиной в направлении вращения ротора в зависимости от режима работы ГТД. Поле

Ф температур газа за турбиной полностью характеризует состояние окружной нер ав номер но сти темп ер атурного поля перед турбиной, так ак поток газа, проходя через турбину, сохраняет циклический характер. Происходит только уменьшение амплитуды температуры газа и смещение поля температур в направлении вращения ротора 4 . Блок 18 нелинейности формирует сигнал

И.„- т ч {И,) = 4 (n>) (4) где 11„- выходной сигнал первorо блока 3 преобразования акустических колебаний;

n — частота вращения ротора ГТД.

Выходной сигнал второго блока 16 деления соответствует средней температуре газа Т> перед турбиной ГТД

Т4 Тг (5)

Тг1

Сигнал, соответствующий перепаду температуры газа Zl Т„на турбине

ГТД, пойучаем на выходе второго блока 17 вычитания

ЬТ = т — Т„ (б)

Предлагаемое устройство в сравнении с прототипом имеет большие функ 1253241

Составитель В. Куликов

Редактор А. Гулько Техред Л.Коцюбняк Корректор М. Иаксимишинец, Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного коМитета СССР по делам изобретений и открытий !

13035, Москва., Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Заказ 2498/Зб

Филиал -ППН "Патент" г. Ужгород, ул. Проектная, 4 циональные возможности, так как кроме оценки средней температуры газа за турбиной ГТД позволяет определить среднюю температуру газа перед- турбиной, а также температурный пере- 5 пад на ней.

Я

Использование устройства в системах контроля температуры газа ГТД повышает ресурс лопаток, турбины за счет контроля перепада температуры газа на турбине в сравнении его с допустимым дляданного режима работы ГТД< .