Устройство по обнаружению и замеру твердых углеродистых отложений в энергетических установках одно- и многоразового использования

 

Изобретение относится к области комбинированных измерительных приборов для одновременного определения нескольких контрольных параметров, также может применяться в системах топливоподачи, охлаждения и распыления энергетических установок (ЭУ) одно- и многоразового использования (ЭУМИ) на жидких и газообразных углеводородных горючих и охладителях. В устройстве датчик ионизации выполнен в виде пары соосных рабочих изолированных игл, радиально установленных в плоскости одного из отверстий подвода топлива к форсуночному фильтру форсунки двигателя ПК-8-2У или другим системам топливоподачи и/или охлаждения, причем оголенные отверстия игл равно удалены от центра отверстия. Предлагаемое устройство значительно повысит надежность, безаварийность и экологичность наземных, авиационных, аэрокосмических, космических и других ЭУ, ЭУМИ на жидких и газообразных углеводородных горючих и охладителях. 3 з. п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области комбинированных измерительных приборов для одновременного определения нескольких контролируемых параметров, также может применяться в системах топливоподачи, распыливания и охлаждения энергетических установок (ЭУ) одно- и многоразового использования (ЭУМИ) на жидких и газообразных углеводородных горючих и охладителях.

Известно, что процесс осадкообразования значительно снижает надежность, безопасность, экономичность и экологичность ЭУ, ЭУМИ из-за частичного и полного закупоривания топливных, охлаждающих и фильтрующих систем, что вызывает частичное или полное нарушение расчетных режимов топливоподачи и (или) охлаждения, потерю или обнуление тяги с прекращением горения, прогар рубашки охлаждения и т.д. Все это является предпосылками к аварии, пожару и взрыву ЭУ, ЭУМИ наземного, воздушного, аэрокосмического и космического базирования.

Известен датчик прогрева и уноса теплозащитного материала SU 1278616 A, но он также непригоден для обнаружения и замера твердых углеродистых отложений, особенно в труднодоступных и малогабаритных каналах.

Наиболее близким изобретением, аналогом и прототипом является устройство для измерения ионизации и температуры среды SU 422980, G 01 K 7/02, 05.04.1974. Однако расположение датчиков ионизации в нем не удовлетворяет целям и задачам контроля процесса осадкообразования в ЭУ, ЭУМИ, а наличие совмещенного датчика температуры является лишним.

Предлагаемое изобретение основано на процессе осадкообразования, происходящем реально на входных каналах и отверстиях топливоподвода к форсуночному фильтру форсунки двигателя (ВРД) марки НК-8-2У, применяемого на самолете Ту-154 и других, в том числе наземных ЭУ, ЭУМИ (например, для добычи битумных нефтей).

Техническим результатом изобретения является повышение надежности, безопасности, экономичности различных ЭУ, ЭУМИ на углеводородных горючих и охладителях. Это достигается тем, что датчик ионизации выполнен в виде пары соосных рабочих изолированных игл, радиально установленных в плоскости одного из отверстий подвода топлива к форсуночному фильтру форсунки двигателя НК-8-2У или другим системам топливоподачи и (или) охлаждения, причем оголенные острия игл равно удалены от центра отверстия.

Кроме того, дополнительно радиально установлено не менее трех пар рабочих соосных изолированных игл, оголенные острия которых равно удалены от центра отверстия на различные расстояния, причем в последней паре игл острия удалены от центра отверстия на 1-2 мм.

Соосные рабочие иглы сгруппированы и установлены в направлении одного диаметра отверстия.

Также аналогичные рабочие соосные иглы установлены в плоскостях обоих отверстий подвода топлива к форсуночному фильтру.

Изобретение поясняется чертежами - фиг.1, 2, 3.

На фиг.1 схематично показана увеличенная форсунка, имеющая корпус 1, верхний 2 и нижний 4 каналы топливоподачи к форсуночному фильтру 3. В ходе эксплуатации ЭУ, ЭУМИ процесс осадкообразования постепенно закупоривает входные каналы (отверстия) 2, 4 (см. фиг.1), из-за чего частично или полностью прекращается доступ горючего к форсуночному фильтру 3 (см. фиг.1).

На фиг. 2 схематично изображен реальный процесс осадкообразования на входном отверстии 2 (см. фиг.1, вид сверху), где фиг.2а) - до начала эксплуатации ЭУ, ЭУМИ (осадка нет); фиг.2б) - после нескольких циклов работы ЭУ, ЭУМИ (появился малый слой осадка); фиг.2в) - после нескольких сот циклов работы ЭУ, ЭУМИ (твердый осадок уменьшил радиус проходного отверстия более чем на 50%; фиг.2г) - после 900 циклов работы ЭУ, ЭУМИ (твердый осадок полностью закупорил входное отверстие).

Сущностью предлагаемого устройства является установка двух изолированных соосных игл в плоскости входного отверстия 2 (см. фиг.1), оголенные острия которых равно удалены от центра, что наглядно показано на фиг.3а). До начала процесса осадкообразования рабочие иглы 1, 2 (см. фиг.3а)) будут являться датчиками ионизации, т. к. при температуре 313 К и выше углеводородные горючие становятся электропроводными средами. Сигнал от этих игл будет поступать до тех пор, пока слой твердого углеродистого осадка не изолирует их друг от друга. Момент прекращения поступления сигнала будет являться информацией не только о наличии твердого углеродистого осадка на стенках отверстия, но и о размерах проходного канала (или толщине слоя осадка). В целях дальнейшего контроля за процессом осадкообразования установлена еще одна пара игл 3, 4 (см. фиг.3б)), еще более приближенных к центру отверстия. А иглы 5, 6 (см. фиг.3в)) являются контрольно-аварийными, т.к. удалены друг от друга на 1-2 мм. В случае прекращения поступления сигнала от них срабатывает аварийный сигнал, информирующий об ограничении работы форсунки или ЭУ, ЭУМИ.

При аварийном сигнале наземный оператор (летчик, космонавт) должен произвести (по возможности) остановку ЭУ, ЭУМИ и (или) включить в работу системы борьбы с осадкообразованием. Дальнейшая эксплуатация ЭУ, ЭУМИ без ремонта очень опасна и практически невозможна.

Применение данного устройства будет способствовать значительному увеличению надежности, безопасности, безаварийности, экономичности и экологичности наземных, авиационных, аэрокосмических, космических и других ЭУ, ЭУМИ на углеводородных горючих и охладителях.

Формула изобретения

1. Устройство по обнаружению и замеру твердых углеродистых отложений в энергетических установках одно- и многоразового использования, включающее датчик ионизации, отличающееся тем, что датчик ионизации выполнен в виде пары соосных рабочих изолированных игл, радиально установленных в плоскости одного из отверстий подвода топлива к форсуночному фильтру форсунки двигателя НК-8-2У или другим системам топливоподачи и/или охлаждения, причем оголенные острия игл равноудалены от центра отверстия.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно радиально установлено не менее трех пар рабочих соосных изолированных игл, оголенные острия которых равноудалены от центра отверстия на различные расстояния, причем в последней паре игл острия удалены от центра отверстия на 1-2 мм.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что соосные рабочие иглы сгруппированы и установлены в направлении одного диаметра отверстия.

4. Устройство по одному из пп. 1-3, отличающееся тем, что аналогичные рабочие соосные иглы установлены в плоскостях обоих отверстий подвода топлива к форсуночному фильтру.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3