Устройство для измерения параметров газового потока

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуры и давления газовых потоков. Устройство выполнено с кольцевым корпусом, по длине которого выполнены герметично разделенные и теплоизолированные друг от друга кольцевые секции. Секции образуют герметичную центральную полость устройства и термоприемники с кольцевыми камерами торможения. В каждой камере торможения размещены термопара, датчик полного и датчик статического давлений, образованные приемными отверстиями импульсных трубок. Импульсные трубки герметично закреплены в отверстиях стенки центральной полости так, что датчик полного давления расположен осесимметрично входному отверстию камеры, а датчик статического давления расположен за ее выходным отверстием. Спай термопары герметично выведен через стенку центральной полости в кольцевую полость камеры и размещен на участке между ее входным и выходным отверстиями. Импульсные трубки и термопары выведены через центральную полость с возможностью их соединения с регистрирующей аппаратурой. Технический результат заключается в обеспечении надежности эксплуатации газотранспортного оборудования. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для одномоментного измерения среднемассовых величин температуры и давления газовых потоков, например, в воздушных и газовоздушных трактах газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорных станций по перекачке природного газа. Изобретение направлено на повышение эффективности использования параметрической диагностики состояния ГПА с целью обеспечения надежности эксплуатации газотранспортного оборудования, особенно в условиях его старения и физического износа.

Известно устройство для отбора проб из газового потока, содержащее смонтированную в магистральном газоходе газозаборную трубу, фильтр и газоанализирующий комплекс (А.с. СССР 1605165, кл. G 01 N 1/22, 1990).

Также известно устройство для отбора проб из газового потока, содержащее магистральный газоход, смонтированный на нем на штанге фильтр, продольная ось которого расположена перпендикулярно направлению газового потока, установленный в корпусе фильтра фильтрующий элемент в виде газопропускающего цилиндра, газоанализирующий комплекс и линию, связывающую штангу фильтра с газоанализирующим комплексом (А.с. СССР 1430799, кл. G 01 N 1/22, 1988).

Однако указанные устройства рассчитаны только на измерение концентрации примесей и состава газовой смеси при сохранении ее температуры в газоанализирующем комплексе на уровне температуры основного газового потока.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является устройство, включающее термоприемник с термопарой, размещенной в камере торможения газового потока, содержащей разнесенные по длине корпуса камеры входное и выходное отверстия, служащие для пропускания через нее потока (см. В. М. Дорофеев, В. Я. Левин. Испытания воздушно-реактивных двигателей. М., 1961 г., с.60, фиг.40).

Недостатком известного устройства является невозможность одномоментных измерений среднемассовых величин термогазодинамических параметров - температуры и давления газового потока, особенно если такие измерения необходимо проводить сразу в нескольких точках по сечению потока.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка и расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная задача решается тем, что устройство для измерения параметров газового потока, включающее термоприемник с термопарой, размещенной в камере торможения потока, содержащей разнесенные по длине корпуса камеры входное и выходное отверстия для пропускания через нее потока, согласно изобретению выполнено с кольцевым корпусом, по длине которого в количестве, равном расчетному количеству точек замера по сечению потока, выполнены герметично разделенные и теплоизолированные по газу друг от друга кольцевые секции, образующие герметичную по газу центральную полость устройства и термоприемники с кольцевыми камерами торможения, каждая из которых дополнительно снабжена датчиками полного и статического давления, образованными приемными отверстиями импульсных трубок, герметично закрепленных в отверстиях стенки центральной полости так, что датчик полного давления расположен осесимметрично входному отверстию камеры, а датчик статического давления расположен за ее выходным отверстием, причем спай каждой термопары герметично выведен через стенку центральной полости в кольцевую полость камеры и размещен на участке между ее входным и выходным отверстиями, а импульсные трубки и термопары выведены через центральную полость с возможностью их соединения с регистрирующей аппаратурой.

Выполнение предлагаемого устройства с кольцевым корпусом, который по длине разделен на ряд кольцевых секций - термоприемников, образующих не связанные друг с другом и теплоизолированные друг от друга по газу кольцевые камеры торможения, позволяет не только увеличить количество точек замера по сечению потока, но и разместить в каждой из камер датчики полного и статического давления таким образом, чтобы не влиять на показания термопары и обеспечить наряду с этим измерение параметров давления газового потока.

Выполнение кольцевых секций герметично разделенными и теплоизолированными по газу друг от друга исключает перетечки газа и тепломассообмен между камерами торможения, в результате чего обеспечивается повышение точности измерения температуры, полного и статического давления одновременно в заданных точках по сечению потока.

Герметичное закрепление импульсных трубок приемными отверстиями в отверстиях стенки центральной полости исключает возможность возникновения пульсаций потока в кольцевых камерах, способных вызвать неравномерности полей температуры и давления в камерах, искажающие значения измеряемых параметров. При этом повышение точности измерения полного давления обеспечивается за счет осесимметричного расположения приемного отверстия импульсной трубки с входным отверстием камеры, а размещение аналогичной трубки за выходным отверстием камеры, то есть в области заторможенного потока, обеспечивает повышение точности измерения статического давления в данной точке по сечению потока.

Герметичный вывод спая каждой термопары через стенку центральной полости в кольцевую полость камеры и размещение его между входным и выходным отверстиями полости обеспечивают надежное экранирование спая в зоне заторможенного потока, необходимое для точного измерения температуры без установки каких-либо дополнительных экранов, усложняющих конструкцию устройства.

Трассировка импульсных трубок и термопар через центральную полость устройства позволяет выполнять его в виде зонда с большой величиной погружения относительно его диаметра и тем самым минимизировать влияние теплоотвода от корпуса зонда на точность измерений.

Таким образом, функциональные возможности устройства существенно расширяются как в части обеспечения одновременного измерения температуры и давления газового потока, так и в части обеспечения возможности проводить измерения среднемассовых величин параметров сразу в нескольких заданных точках по сечению потока.

Предлагаемое устройство для измерения параметров газового потока показано на чертеже.

Устройство содержит кольцовой корпус 1, по длине которого выполнены кольцевые секции - термоприемники 2, образующие центральную полость 3 и кольцевые камеры торможения 4, в корпусе которых выполнены входное 5 и выходное 6 отверстия. Камеры герметично отделены друг от друга с помощью кольцевых шайб 7 из теплоизоляционного материала. В каждой камере осесимметрично входному отверстию размещены датчик полного давления 8 и датчик статического давления 9, размещенный за выходным отверстием. Указанные датчики образованы, соответственно, приемными отверстиями импульсных трубок 10 и 11, герметично закрепленных в отверстиях стенки центральной полости.

В каждой камере спай термопары 12 герметично выведен через стенку центральной полости в кольцевую полость и размещен на участке между входным 5 и выходным 6 отверстиями. Все импульсные трубки и термопары проложены в центральной полости 3 и через выходной жгут 13 могут быть соединены с соответствующей регистрирующей аппаратурой 14. Закрепление устройства в трубопроводе с измеряемой газовой средой обеспечивается с помощью крепежной гайки 15 и стопорного винта 16.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Устройство погружают через отверстие в стенке трубопровода на заданную глубину перпендикулярно к направлению движения газового потока и фиксируют в отверстии с помощью крепежной гайки 15 и стопорного винта 16. Часть расхода потока в направлении по стрелкам 17 через входные отверстия 5 поступает в кольцевые камеры 4, где происходит торможение потока, и затем в направлении по стрелкам 18 через выходные отверстия 6 обратно поступает в основной поток. С помощью датчиков 8 осуществляется измерение полного давления потока, а с помощью датчиков 9 осуществляется измерение статического давления в соответствующих камерах 4. По импульсным трубкам 10 и 11 давление от датчиков передается на регистрирующую аппаратуру 14. Одновременно в камерах 4 осуществляется измерение температуры с помощью термопар 12, сигнал от которых также поступает на соответствующую регистрирующую аппаратуру.

Пример Устройство для измерения температуры, полного и статического давления выхлопных газов, например, за турбиной низкого давления газотурбинной установки типа ГТК-10 выполнено в виде зонда с наружным диаметром 30 мм и с длиной корпуса 660 мм, разделенного на четыре изолированные друг от друга керамическими кольцами камеры торможения с шириной кольцевого зазора 2 мм, в каждой из которых установлены хромель-алюмелевая термопара, датчики полного и статического давления. Материал корпуса и датчиков давления (приемные втулки с проходным сечением 4 мм, импульсные трубки с проходным сечением 2 мм) - нержавеющая сталь типа Х18Н10Т. Система регистрации параметров рабочего процесса ГПА предназначена для регистрации, отображения и хранения значений температуры и давления, поступающих из зонда, и допускает подключение до 6-ти отдельных зондов. Система представляет собой переносной конструктив (блок сбора данных) и ПЭВМ типа Notebook.

Первичные преобразователи (преобразователи давления, термопары) соединяются с блоком сбора данных общим кабелем. Пользовательский интерфейс (запуск системы, просмотр результатов работы и другие операции) осуществляется через программное обеспечение, установленное на ПЭВМ. Система производит сбор и усреднение данных и запись их в тренды с периодичностью 1 с.. . 30 мин (максимальное количество значений для каждого параметра не более 1000) и отображает на экране ПЭВМ выбранные графики трендов (для всех зондов).

Для данных одного зонда предусмотрена возможность отображения поляры по сечению потока для заданного момента времени. Дополнительные функции обработки данных позволяют подключать к системе специализированное программное обеспечение для сигнальной обработки и управления измерительными системами.

Комплект зондов в количестве 6 штук обеспечивает измерение среднемассовых величин температуры, полного и статического давления воздуха перед турбиной высокого давления, продуктов сгорания перед турбиной высокого давления и за турбиной низкого давления газотурбинной установки типа ГТК-10. Зная полное и статическое давление в заданных точках каждого сечения потока, можно расчетным путем легко определить коэффициент расхода, скорость потока продуктов сгорания, объемный расход продуктов сгорания через выхлопные газоходы.

Знание расходов продуктов сгорания позволяет оценивать возможные поперечные смещения диффузоров турбины низкого давления, обусловливающие подрезание утонений рабочих лопаток турбины. Знание скоростного напора продуктов сгорания перед турбиной высокого давления и в выхлопных газоходах турбины низкого давления позволяет оценивать неравномерность давлений продуктов сгорания на обоймы направляющих лопаток обеих турбин и т.п.

Интерфейс с преобразователем давления и температуры в нормированные сигналы тока или напряжения дает возможность через накопитель памяти на базе компьютерного программного обеспечения получить достоверные входные параметры ГПА в систему параметрической диагностики состояния агрегата.

Получение с помощью предлагаемого устройства-зонда информации по вышеперечисленным внештатным параметрическим характеристикам ГПА повышает эффективность использования параметрической диагностики ГПА в процессе эксплуатации, до и после ремонта агрегатов по перекачке природного газа.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров газового потока, включающее термоприемник с термопарой, размещенной в камере торможения потока, содержащей разнесенные по длине корпуса камеры входное и выходное отверстия для пропускания через нее потока, отличающееся тем, что оно выполнено с кольцевым корпусом, по длине которого в количестве, равном расчетному количеству точек замера по сечению потока, выполнены герметично разделенные и теплоизолированные друг от друга кольцевые секции, образующие герметичную центральную полость устройства и термоприемники с кольцевыми камерами торможения, каждая из которых дополнительно снабжена датчиками полного и статического давлений, образованными приемными отверстиями импульсных трубок, герметично закрепленных в отверстиях стенки центральной полости так, что датчик полного давления расположен осесимметрично входному отверстию камеры, а датчик статического давления расположен за ее выходным отверстием, причем спай каждой термопары герметично выведен через стенку центральной полости в кольцевую полость камеры и размещен на участке между ее входным и выходным отверстиями, а импульсные трубки и термопары выведены через центральную полость с возможностью их соединения с регистрирующей аппаратурой.

РИСУНКИ

Рисунок 1