Способ измерения отношения давлений и устройство для его осуществления

 

Изобретение м.б. использовано в системах управления газотурбинными двигателями и позволяет повысить надежность способа и расширить область его применения. Формируют в проточном газовом канале 5 поток со стабилизированной относительной плотностью тока. В проточном газовом канале 4 течение газа нестабилизировано. Отводом тепла, выделяющегося на элементах 10, 11, изменяют т-ру потоков в каналах 4 и 5. Датчиками 8,9 и 12,13, выходами подключенными к вычислительному блоку 14, измеряют соответственно т-ру газа в каналах 4,5 и стенок элементов 10, 11, используемую для вычисления отношения давлений Р j/P, Каналы 4 и 5 снабжены подводящими измеряемую среду штуцерами 1,2,и штуцером 3 подвода низкого давления, а также жиклерами 6, 7. Качество работы устр-ва улучшается на высоте в связи с ростом температурных напоров потоков при понижении давления. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. I (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (5D 4 G О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4073821/24-10 ! (22) 09.04.86 (46) 15.01.88. Бюл. )"- 2 (71) Казанский авиационный институт им. А.Н. Туполева (72) И.И, Власов, И.Г. Зисер и M.P. Мусин (53) 531.787(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 857765,. кл. G 01 L 15/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1140003, кл. (01 L 11/00, 1983. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение м.б. использовано в системах управления газотурбинными двигателями и позволяет повысить надежность способа и расширить область его применения. Формируют в проточном газовом канале 5 поток со стабилизированной относительной плотностью тока. В проточном газовом канале 4 течение газа нестабилизировано. Отводом тепла, выделяющегося на элементах 10, 11, изменяют т-ру потоков в каналах 4 и 5. Датчиками 8,9 и 12,13, выходами подключенными к вычислительному блоку 14, измеряют соответственно т-ру газа в каналах 4,5 и стенок элементов 10, 11, используемую для вычисления отношения давлений P /P

Каналы 4 и 5 снабжены подводящими измеряемую среду штуцерами 1,2,и штуцером 3 подвода низкого давления, а также жиклерами 6, 7. Качество работы устр-ва улучшается на высоте в связи с ростом температурных капоров потоков при понижении давления.

2 с.п. ф-лы, 2 ил, 1 13

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах управления газотурбинными двигателями (ГТД), например, в системах регулирования статических режимов

ГТД по степени повышения давления .воздуха в компрессоре, в автоматах .разгона, системах управления механизацией компрессора, регуляторах форсажных камер по степени понижения давления в турбинах, регуляторах,сопел форсажных камер.

Цель изобретения — повышение надежности, сохранение высокой точности и чувствительности, а также расширение области применения, На фиг, 1 изображена схема устройства для осуществления предлагаемого способа, на фиг. 2 — зависимость выходного сигнала модели устройства от отношения давлений.

Сущность предлагаемого способа заключается в применении в датчиках отношения давлений способа преобразования информации, близкого к способу преобразования в термоанемометрии, где скорость потока при постоянном давлении оценивается по изменению коэффициента теплоотдачи (одному из параметров переноса), который в свою очередь оценивается либо по температуре (сопротивлению нити) в анемометре постоянного тока, либо по току питания в анемометре постоянной темпе ратуры (сопротивления).

Способ основан на том, что с помо-. щью простейших и достаточно разнообразных газодинамических устройств, не содержащих подвижные элементы, возможно преобразование двух сравниваемых давлений и температуры газа в плотность тока p W газового потока, а также одного из делящихся. давлений, например большего, и температуры в критическое значение плотности тока (yW)„, После чего плотности тока

Р1 и (У)н преобразуются в соответствующие коэффициенты переноса, насф с" н4 пример N =

A и И = — — — отношеинр ние которых, теперь уже не зависящее от температуры, .и отображает отношение давлений. Отношение коэффициентов теплоотдачи может быть оценено по отношению температурных, напоров или тепловых потоков, во вторичных преобразователях, например термоанемометрах.

Устройство для осуществления предлагаемого способа состоит из штуцеров 1-и 2 сравниваемых давлений, штуцера 3 низкого давления, проточных газовых каналов 4 и 5 с жиклерами 6 и 7, датчиков 8 и 9 температуры потока, тепловыделяющих элементов

10 и 11 в виде проточных теплообменников с датчиками 12 и 13 температуры тепловыделяющей поверхности и вычислительного блока 14., Датчик работает следующим образом.

Вследствие разности давлений Р и

15 Р„ и Р и Р„ в проточных каналах 4 и 5 возникает течение газа. В канале 5 вследствие закритического отношения давлений Р /Р наступает запирание жиклера 7 и устанавливается постоянное стабилизированное значение относительной плотности тока

g(A) = g . В канале 4 течение газа о нестабилизировано вследствие докри.тического соотношения давлений Р /Р„..

Таким образом, значение плотности тока g,(h) в канале 4 текущее, т.е. переменно, и однозначно определяется соотношением давлений Р и Р,. Из газавой динамики известно, что сущестЗ0 вует однозначная связь между относительной плотностью тока q(A) и газодинамической функцией л/л p /p (1)

35 где p — статическое и p — полное

1 2 давление в потоке.

Таким образом, измеряя относительную плотность тока, можно судить о величине отношения давлений

В тепловыделяющих элементах 10 и

1 t (при температуре теплоносителя больше температуры газового потока) происходит выделение тепла, которое отводится, если пренебречь потерями

45 на теплопроводность и излучение, в омывающие теплообменники газовые по. токи.

В этом случае баланс тепловых потоков можно записать как

Q =с,(Ты, -Т„) S, (2) где Q u Q — полные тепловые потоки и

5 5 от тепловыделяющих элементов (теплообменников) 10 и 11, d. ис . — коэффициенты теплоотда1 чи при течении газа в

3 1366890 каналах 4 и 5 омывающего теплообменники 10 и 11 соответственно, Т и Т вЂ” температура газа, измеВХ1 Вх2 ряемая датчиками 8 и 9 температуры потока, Т и Т вЂ” температура стенок теп1 2 лообменников 10 и 11, измеряемая датчиками

12 и 13 температуры поверхности, S „и S 2 — поверхности теплообмена.

При выполнении проточных каналов идентичными можно считать, что (7) Так как существует однозначное г соответствие при докритическом течении между газодинамическими функциями ц(Д) и 9(A), то можно найти (8) = Р,(™ та) (9)

Р (Т -Т ) Тв„ -T

15 7sx Т1

Последняя операция вычисления отношения давлений Р /Р осуществляется

1 в вычислительном блоке 14.

Вид зависимости (9) представлен на фиг. 2.

Таким образом, предлагаемый способ (в отличие от известных) позволяет при измерении отношения давлений избежать преобразований давлений в

25 силы и механические перемещения, в результате чего выходной сигнал формируется в зависимости от соотношения температурных напоров, что повышает надежность устройства для осуществления предлагаемого способа (в области высоких температур), так как исключает различные упругие элементы (мембраны, сильфоны), характеристики которых сильно меняются в (зависимости от температуры, а также исключает механические устройства, связанные с преобразованием силы в перемещение (штоки с втулками, -поршни, пневмоцилиндры и т,п.), надеж40 ность которых также понижается в области высоких температур и при воздействии горячих газов (эаклинивание и т.п.).

Кроме того, при работе в высотных условиях, когда исходные давления

45 Р и Р2 понижаются, в преобразователях типа "давление — сила — перемещение" уменьшаются перестановочные силы и увеличивается дополнительная погрешность от действия вибраций и перегрузок, так как ухудшается соотношение полезного сигнала (перестановочные силы) и шума (влияние вибрации на механические элементы), и в предлагаемом устройстве, напротив, качество работы на высоте улучшается, так как с понижением давления растут температурные напоры Т .

Т, и Тв -T2.

4 вx (3) (Вх1 вх 2 Ьх

"Ь (Бл )

Re а в свою очередь

R < РУЙИ2 ь1

R), W, d 2 × „ где d u d

У иР

И„иИ то

ЫМ (Pin) 1 ЛW2 (5) Если тепловыделяющие элементы 10 и 11 имеют равные или пропорциональные мощности,Т тогда из (2) следует.

Q„ Т -Т

-я- = const„(- — -) (4 ) 2 ТВх Т1

Постоянная в формуле (4) учитывает соотношение мощностей источников 10 и 11 тепловыделения и поверхностей

SÄ и $ теплообмена.

Так как коэффициент теплоотдачи соотносятся как числа Рейнольдса при течении в каналах 4 и 5 в степени ш(ш 0,8): — характерные размеры (диаметры) каналов 4и 5, коэффициенты вязкости газа, протекающего в этих каналах (Ч Ч- ), — плотность газа, — скорость течения газового потока, Но так как течение в канале 5 стабилиэировано жиклером 7, то

Я 14 /(PW) =q =const, откуд следует, что (— - ) =(— j (6) о Р2 2 Чо!

Подставляя (6) в (4), получим

Т -Т с1() = const (- — -1.) 2 Тв Т1

Р Т - Т

Д() = А = F (.ЙА Е)

Р2 . ТЬХ Т1

90 (5 ) л2)/(т - тюд1)

t,0

0.5

1,0

1,2

1,5 г/5

Составитель А. Соколовский

Техред M.Äèäûê Корректор А. Ильин

Редактор А. Ренин

Заказ 6831/42 Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб,, д, 4/5

Подписное

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

5 136б8

1 формула изобретения

1. Способ измерения отношения давлений. газа, включающий преобразование сравниваемых давлений в газовых каналах в выходную величину, по которой судят об отношении давлений, о т л и ч а.ю щ и и с.я тем, что, с целью повышения надежности и расширения области применения, в двух газовых каналах формируют потоки в одном — со стабилизированной, а в другом — с текущей плотностью тока, и изменяют температуру потоков путем подвода или отвода тепла, определяют температурные напоры потоков, отношение которых и принимают за выходную величину.

2. Устройство для измерения отношения давлений газа, содержащее первый и второй подводящие измеряемую среду штуцеры, третий штуцер подвода низкого давления, первый и второй проточные каналы с входами и выходами и с жиклерами,о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно снабжено вычислительным блоком, первый штуцер подсоединен к выходу первого канала, второй штуцер — к входам обоих каналов, а третий штуцер — к выходу второго канала, при этом в каждом канале последовательно один эа другим установлены датчик температуры газового потока и тепловыделяющий элемент с датчиком температуры тепловыделяющей поверхности, причем выходы всех датчиков температуры подсоединены к вычислительному блоку, выход которого является выходом устройства, |