Устройство для измерения теплового потока в камере сгорания и способ его установки

Группа изобретений относится к устройствам для измерения тепловых потоков, а также к способам установки устройств для измерения теплового потока в стенке камеры сгорания, и может быть использована для измерения тепловых потоков в камерах сгорания двигателей при высоких давлениях и температурах. Устройство для измерения теплового потока в камере сгорания содержит калориметрическое тело с заделанным в него спаем проводов термопары и теплоизолирующее кольцо. Причем калориметрическое тело выполнено в виде цилиндра с торцевым буртиком со стороны, противоположной тепловоспринимающей поверхности цилиндра. При этом провода термопары расположены в керамической трубке, на которую последовательно установлены теплоизолирующее кольцо и металлическая кольцевая заглушка с резьбой на внешней поверхности для поджима теплоизолирующего кольца к торцевому буртику цилиндра. Причем на цилиндр калориметрического тела под торцевым буртиком установлена теплоизолирующая шайба. Предложен также способ установки предлагаемого устройства для измерения теплового потока в стенке камеры сгорания. Технический результат - повышение точности измерения теплового потока от высокотемпературной среды к стенке камеры сгорания при высоких давлениях в камере сгорания. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Группа изобретений относится к устройствам для измерения тепловых потоков, в том числе нестационарных, в частности в камерах сгорания двигателей при высоких давлениях и температурах, а также к способам установки устройств для измерения теплового потока в стенке камеры сгорания.

Из уровня техники известны различные устройства для измерения тепловых потоков: RU 2131118 C1, 27.05.1999; SU 301573 А, 21.04.1971; US 3605494 А, 20.09.1971.

Основным недостатком всех вышеперечисленных устройств является невозможность их применения для измерения теплового потока при высоком (более 8,0 МПа) давлении высокотемпературной среды относительно давления внешней среды.

Прототипом предлагаемой группы изобретений является решение, раскрытое в авторском свидетельстве SU 322661 А, 30.11.1971. Из прототипа известно устройство для измерения теплового потока, содержащее калориметрическое тело, соединенное со спаем проводов термопары, и теплоизолирующее кольцо. В прототипе раскрыт также способ установки устройства для измерения теплового потока в стенке модели, при котором выполняют в стенке отверстие и устанавливают в отверстии калориметрическое тело так, чтобы тепловоспринимающая поверхность калориметрического тела была заподлицо с внутренней поверхностью стенки.

Существенным недостатком прототипа является то, что предлагаемое в нем устройство не позволяет измерять тепловой поток от высокотемпературной среды, находящейся при высоком (более 1,0 МПа) давлении относительно давления внешней среды, со стороны которой к устройствам подводятся провода термопар, так как воздействующая на калориметрическое тело сила от высокого относительного давления высокотемпературной среды превышает прочность закрепления калориметрического тела в отверстии в стенке, и, соответственно, выбросит калориметрическое тело из отверстия.

Технической задачей предлагаемой группы изобретений является разработка конструкции устройства для измерения теплового потока и способа его установки в стенке камеры сгорания, которые обеспечили бы:

- сверление отверстия в стенке камеры сгорания под калориметрическое тело не со стороны высокотемпературной среды, тепловой поток от которой измеряется, а со стороны внешней среды,

- теплоизоляцию калориметрического тела от материала стенки,

- фиксацию калориметрического тела в стенке при высоких (более 8,0 МПа) давлениях высокотемпературной среды, тепловой поток от которой измеряется, относительно давления внешней среды, в которую выводятся провода термопары калориметрического тела,

- исключение протекания высокотемпературной среды, тепловой поток от которой измеряется, во внешнюю среду через отверстие в стенке, в котором устанавливается калориметрическое тело.

Технический результат заключается в обеспечении возможности измерения теплового потока от высокотемпературной среды к стенке камеры сгорания при высоких давлениях в камере сгорания.

Для решения технической задачи и обеспечения технического результата предлагается устройство для измерения теплового потока в камере сгорания, содержащее калориметрическое тело с заделанным в него спаем проводов термопары и теплоизолирующее кольцо. Причем калориметрическое тело выполнено в виде цилиндра с торцевым буртиком со стороны, противоположной тепловоспринимающей поверхности цилиндра. При этом провода термопары расположены в керамической трубке, на которую последовательно установлены теплоизолирующее кольцо и металлическая кольцевая заглушка с резьбой на внешней поверхности для поджима теплоизолирующего кольца к торцевому буртику цилиндра. Причем на цилиндр калориметрического тела под торцевым буртиком установлена теплоизолирующая шайба.

Предложен также способ установки устройства для измерения теплового потока в стенке камеры сгорания, при котором выполняют в стенке отверстие и устанавливают в отверстии калориметрическое тело так, чтобы тепловоспринимающая поверхность калориметрического тела была заподлицо с внутренней (огневой) поверхностью стенки камеры сгорания. При этом отверстие выполняют ступенчатым, сужающимся к внутренней поверхности камеры сгорания, затем отверстие заклеивают липкой лентой со стороны внутренней поверхности камеры сгорания и заливают термоцементом. До застывания термоцемента на кольцевой уступ отверстия устанавливают теплоизолирующую шайбу и вставляют в отверстие калориметрическое тело, соединенное с расположенными в керамической трубке проводами термопары и имеющее форму цилиндра с торцевым буртиком, так, чтобы калориметрическое тело не касалось стенок отверстия, а торцевой буртик опирался на теплоизолирующую шайбу. Затем зазор между керамической трубкой с проводами термопары и стенкой отверстия заливают термоцементом. До застывания термоцемента на торцевой буртик калориметрического тела устанавливают теплоизолирующее кольцо, которое поджимают к торцевому буртику металлической кольцевой заглушкой, закручиваемой в стенку камеры сгорания на резьбе. После этого окончательно заливают все устройство термоцементом со стороны внешней поверхности стенки камеры сгорания, с выходом термоцемента на эту поверхность, а после полного отверждения термоцемента липкую ленту удаляют.

При необходимости после удаления липкой ленты тепловоспринимающую торцевую поверхность калориметрического тела зачищают от остатков термоцемента.

Внутри ступенчатого отверстия может быть выполнена резьба.

Предлагаемая группа изобретений поясняется чертежом.

На чертеже показан продольный разрез стенки модельной камеры сгорания двигателя с установленным в ней устройством для измерения теплового потока. На чертеже изображены: 1 - металлическая стенка камеры сгорания, 2 - калориметрическое тело, 3 - теплоизолирующая шайба, 4 - теплоизолирующее кольцо, 5 - металлическая кольцевая заглушка, 6 - термоцемент, 7 - керамическая трубка.

Калориметрическое тело 2 выполнено из материала с высокой теплопроводностью, например, из меди. Теплоизолирующее кольцо 4 представляет собой цилиндр со сквозной полостью и выполнено из керамики. Теплоизолирующая шайба 3 выполнена из керамики. Металлическая кольцевая заглушка 5 представляет собой цилиндр с центральным сквозным отверстием. На внешней поверхности заглушки выполнена резьба для дополнительного крепления устройства в стенке камеры сгорания.

Для определения теплового потока предлагаемое устройство устанавливают в стенке 1 камеры сгорания. Сначала с внешней стороны камеры сгорания выполняют ступенчатое отверстие, сужающееся к внутренней поверхности камеры сгорания. Затем отверстие заклеивают липкой лентой со стороны внутренней (огневой) поверхности камеры сгорания для предотвращения вытекания термоцемента 6 на огневую поверхность камеры сгорания и заливают термоцементом 6. До застывания термоцемента 6 на кольцевой уступ отверстия устанавливают теплоизолирующую шайбу 3 и вставляют в отверстие калориметрическое тело 2, соединенное с расположенными в керамической трубке 7 проводами термопары и имеющее форму цилиндра с торцевым буртиком 2.2, так, чтобы калориметрическое тело 2 не касалось стенок отверстия, а торцевой буртик 2.2 опирался на теплоизолирующую шайбу 3. Тепловоспринимающую поверхность 2.1 калориметрического тела 2 располагают заподлицо со внутренней поверхностью стенки камеры сгорания. Затем зазор между керамической трубкой 7 с проводами термопары и стенкой отверстия заливают термоцементом 6. До застывания термоцемента на торцевой буртик 2.2 калориметрического тела 2 устанавливают теплоизолирующее кольцо 4, которое поджимают к торцевому буртику 2.2 металлической кольцевой заглушкой 5, закручиваемой в стенку камеры сгорания на резьбе. Выход керамической трубки 7 с проводами термопары на внешнюю поверхность камеры сгорания заливают термоцементом 6. После полного отверждения термоцемента липкую ленту удаляют. Термоцемент заполняет зазоры между всеми элементами устройства (калориметрическим телом, теплоизолирующей шайбой, теплоизолирующим кольцом, керамической трубкой, металлической кольцевой заглушкой) и стенкой камеры сгорания. Для улучшения сцепления термоцемента со стенкой внутри ступенчатого отверстия (большего и меньшего диаметра) может быть выполнена резьба.

После застывания термоцемента и удаления липкой ленты при необходимости тепловоспринимающую торцевую поверхность калориметрического тела зачищают от остатков термоцемента. Устройство готово к работе и работает следующим образом.

Измеряемый тепловой поток воздействует на тепловоспринимающую поверхность калориметрического тела, разогревая ее, термопара регистрирует изменение температуры калориметрического тела во времени. Полученная в результате эксперимента зависимость температуры от времени служит исходной информацией для определения теплового потока из решения обратной задачи теплопроводности.

Конструктивное исполнение устройства и способ его установки позволяет увеличить прочность закрепления устройства в отверстии в стенке камеры сгорания, предотвращая вылет его из отверстия под действием высокого давления высокотемпературной среды.

Предлагаемая группа изобретений обеспечивает измерение тепловых потоков при многократных включениях камеры сгорания с температурой продуктов сгорания до 1800 К включительно и при давлении в камере сгорания до 12,0 МПа.

1. Устройство для измерения теплового потока в камере сгорания, содержащее калориметрическое тело с заделанным в него спаем проводов термопары и теплоизолирующее кольцо, отличающееся тем, что калориметрическое тело выполнено в виде цилиндра с торцевым буртиком со стороны, противоположной тепловоспринимающей поверхности цилиндра, при этом провода термопары расположены в керамической трубке, на которую последовательно установлены теплоизолирующее кольцо и металлическая кольцевая заглушка с резьбой на внешней поверхности для поджима теплоизолирующего кольца к торцевому буртику цилиндра, причем на цилиндр калориметрического тела под торцевым буртиком установлена теплоизолирующая шайба.

2. Способ установки устройства для измерения теплового потока в стенке камеры сгорания, при котором выполняют в стенке отверстие и устанавливают в отверстии калориметрическое тело так, чтобы тепловоспринимающая поверхность калориметрического тела была заподлицо с внутренней поверхностью стенки, отличающийся тем, что отверстие выполняют ступенчатым, сужающимся к внутренней поверхности камеры сгорания, затем отверстие заклеивают липкой лентой со стороны внутренней поверхности камеры сгорания и заливают термоцементом, до застывания термоцемента на кольцевой уступ отверстия устанавливают теплоизолирующую шайбу и вставляют в отверстие калориметрическое тело, соединенное с расположенными в керамической трубке проводами термопары и имеющее форму цилиндра с торцевым буртиком, так, чтобы калориметрическое тело не касалось стенок отверстия, а торцевой буртик опирался на теплоизолирующую шайбу, затем зазор между керамической трубкой с проводами термопары и стенкой отверстия заливают термоцементом, до застывания термоцемента на торцевой буртик калориметрического тела устанавливают теплоизолирующее кольцо, которое поджимают к торцевому буртику металлической кольцевой заглушкой, закручиваемой в стенку камеры сгорания на резьбе, и окончательно заливают все устройство термоцементом со стороны внешней поверхности стенки камеры сгорания, с выходом термоцемента на эту поверхность, а после полного отверждения термоцемента липкую ленту удаляют.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что после удаления липкой ленты тепловоспринимающую торцевую поверхность калориметрического тела зачищают от остатков термоцемента.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что внутри ступенчатого отверстия выполнена резьба.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для теплофизических исследований теплозащитных покрытий на днище поршня и наблюдения за распределением тепловых потоков в днище поршня по скорости повышения температуры его внутренней поверхности при нагреве с внешней стороны, и может быть использовано для исследования эффективности влияния теплозащитного покрытия на температуру поршня.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для выявления несанкционированных утечек тепловой энергии. Предложен способ калибровки и поверки измерительной системы узла учета тепловой энергии и теплоносителя с возмущениями, основанный на переключении потока теплоносителя с подающего трубопровода через образцовый узел калибровки на возвратный трубопровод и отключении измерительной системы от объекта потребления.

Изобретение относится к области теплометрии и может быть использовано при калибровке датчиков теплового потока. Способ калибровки термоэлектрического датчика теплового потока заключается в том, что собственное электрическое сопротивление датчика теплового потока измеряют при пропускании переменного тока величины от 1 до 20 мА, а термоэлектрическую добротность измеряют при пропускании постоянного тока величины от 1 до 20 мА, после чего определяют чувствительность термоэлектрического датчика из следующего выражения: где Se - чувствительность термоэлектрического датчика; ACR - собственное сопротивление термоэлектрического датчика; Z - термоэлектрическая добротность датчика; s - площадь чувствительной поверхности термоэлектрического датчика; α - коэффициент Зеебека (термоЭДС) термоэлемента; 2N - количество термоэлементов или спаев в термоэлектрическом датчике.

Изобретение относится к области измерений термомагнитных свойств материалов и может найти применение при разработке технологии магнитного охлаждения и/или нагрева вблизи комнатной температуры, для применений в промышленности и в быту.

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для определения тепловых характеристик отопительных приборов. Согласно заявленному способу тепловой режим помещения, в котором находится отопительный прибор, приводится в нестационарное во времени состояние, измеряется поведение во времени средней температуры отопительного прибора, средней температуры воздуха в помещении, средней температуры внутренних ограждений и температуры внешней среды.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в системах отопления и кондиционирования. Устройство (1) для измерения тепловой энергии, излучаемой радиаторами, конвекторами или подобными устройствами, в частности для пропорционального распределения стоимости отопления и/или кондиционирования, содержащее радиатор (2), соединенный, через подающий патрубок (3) и возвратный патрубок (4), соответственно с трубой (5) для подачи горячей воды, подаваемой котлом (7) к радиатору (2), и с трубой (6) для возврата воды на выходе из радиатора (2) к указанному бойлеру (7).

Изобретение относится к измерительной теплофизике и может быть использовано для изучения теплофизических свойств материалов. Цифровой датчик теплового потока состоит из двух параллельных термобатарей.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для определения фактической величины тепловых потерь в водяных и паровых тепловых сетях системы теплоснабжения подземной прокладки в режиме эксплуатации.

Изобретение относится к области исследования свойств материалов с помощью калориметрических измерений и может быть использовано в калориметрах переменной температуры.

Изобретение относится к области исследования свойств взаимодействия поверхности с флюидами и может быть использовано для определения теплоты адсорбции и смачивания поверхности.
Наверх