Датчик отношения давления

 

Со1оз Советсиии

Социалистичесиик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ((((892247 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 16. 04. 80 (21 ) 2910868/18-10 (51)M. Кл.

G 01 E 13/02 с присоединением заявки Ж— тееудерстеениый комитет

СССР (23) Приоритет (53) УДК 531. 78.7 (088. 8) Опубликовано 23. 12. 81. Б1оллетень 11(Ъ "7

Дата опубликования описания 25.12 81 ао делам изобретений и открытий

И. И. Власов, В. И. Панченко, Г. В. ф алков и Б. С. Виноградов (72) Авторы изобретения

Казанский ордена Трудового Красного знамени авиационный институт им. А. Н. Туполева (71) Заявитель (54) ДАТЧИК ОТНОШЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах управления газотурбинными двигателями (ГТД), например в системах управления механизацией компрессора ГТД по степени повышения давления воздуха в компрессоре, в системах управления створками регулируемого сопла по степени понижения давления газа в турбине.

Известен пневматический датчик отношения давлений, имеющий аналоговый выходной сигнал в форме механического перемещения, содержащий проточную и непроточную камеры, разделенные между собой упругой мембраной, которая соединена со штоком, несущим клапан. Датчик работает по принципу равновесия сил, приложенных к мембране. При изменении любого из делящихся давлений нарушается баланс сил, и мембрана прогибается так, что вследствие изменения про" ходного сечения клапана давление под мембраной изменяется и баланс сил восстанавливается. Так как при изменившемся отношении давлений клапан со штоком занимает новое положение, то перемещение штока отображает измеряемое отношение давлений.

Датчик работает при условии существования закритического отношения давлений в выходном дросселе, поэтому такой датчик и датчики дру10 гих типов, имеющие аналогичные редукторы на дросселях, снабжаются эжекторами, создающими разрежение на выходе редуктора так, чтобы отно15 шение давлений на втором дросселе было закритическим !13.

Недостатком известного датчика, с точки зрения экономичности, является большой потребный расход активного воздуха, питающего эжектор. Расход активного воздуха через эжектор многократно превышает расход воздуха. через редуктор, являющийся для эжектора пассивным.

221»7, 4

Вследствие того, что потребная степень повышения давления пассивного газа, равная отношению меньшего из делящихся давлений к давле; нию на выходе из второго дросселя, может достигать 1,89, эжектор работает. с малым коэффициентом эжекции, равным отношению расхода пассивного газа к расходу активного. В результате в реальных конструкциях эжектор имеет большой расход активного воздуха, большие габариты и вес, что сужает область применения датчика.

Невозможность увеличить степень повышения давления приводит к необходимости сброса горячего воздуха, покидающего эжектор„ в атмосферу через отводящий трубопровод большой длины и диаметра.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к предлагаемому является дат чик отношения давлений, содержащий пневматический делительный механизм, снабженный жиклером постоянного сечения и регулируемым дросселем, соединенным с пневмомеханическим устройством отрицательной обратной связи (поршневым пневмоусилителем), причем источник большего из делящихся давлений соединен со входом в жиклер, а источник меньшего из делящихся давг»ений соединен с пневмомехани" ческим устройством обратной свлзи, а также с выходом дросселя регулируемого сечения. через устройство, создающее на этом дросселе закритическое отношение давлений, выхлоп из которого производится в атмосферу.

Длл этого датчика характерны несколько большая чувствительность и отсутствие статизма, вносимого упругой мембраной. Он также требует присоединения к нему эжектора для создания закритического отношения давлений на регулируемом дросселе Г21.

Однако потери полного давления в дросселе регулируемого сечения, связанные с внезапным расширением закритическим сечением дросселя и вызванным этим отрывом потока, приводят к большой величине потребного повыше" ния давления в эжекторе, которое мажет достичь величины 1,89 в случае, если меньшее из делящихся давлений равно атмосферному, например в случае измерения суммарной степени повышения давления в компрессоре многокаскадного ГТД. В случае измерения

25 зо

4О

55 степени повышения давления каскада высокого давления эта величина становится меньше, чем 1,89 но все равно на частичных режимах двигателя существенно превышает 1, Это приводит к тому, что сог сование .редуктора (пневматичес» .о делительного устройства) с эжен»ором может быть произведено при больших потребных повышениях давления в эжекторе,только за:счет переразмеривания последнего, а значит и увеличения веса и расхода активного воздуха. Таким образом, для датчика характерны большой вес, малая экономичность, а также высокая температура дозирующего элемента (она может достигать 750 С) из-за плохого теплоо отвода. Кроме того, при применении этого датчика для измерения 7» „ отсутствует возможность утилизации воздуха, выходящего из эжектора в тракI те двигателя, из-за невозможности увеличить степень повышения давления в эжекторе, что снижает экономичность двигателя в целом и ухудшает весовые характеристики двигательной установки, в связи с необходимостью применения длинных отводящих труб.

Цель изобретения - увеличение экономичности, снижение веса и повышение надежности датчика.

Поставленная цель достигается тем; что в датчик, содержащий пневматический делительный механизм, снабженный жиклером постоянного сечения и регулируемым дросселем, соединенным с пневмомеханическим устройством отрицательной обратной связи, причем источник большего из делящихся дав" лений соединен со входом в жиклер, а источник меньшего из делящихся давлений соединен с пневмомеханическим устройством обратной связи, а выход регулируемого дросселя соединен с атмосферой через устройство, создающее на регулируемом дросселе закритическое отношение давлений, введены регулируемый дроссель в виде трубки Вентури с регулирующей иглой, а устройство, создающее на регулируемом дросселе закритическое отношение давлений, выполнено в виде вихревого эжектора, расположенного соосно с трубкой Вентури и соединенного с ней по линии эжектируемого газа> причем шток регулирующей иглы расположен внутри вихревого эжектора

8922

5 и составляет одно целое со штоком пневмомеханического устройства.

Кроме того, эквивалентный угол диффузорной части трубки Вентури увеличен до 10 . При этом устройство, создающее на дросселе закритический перепад выполнено в виде струйного эжектора, а выход газа из регулируемого дросселя соединен через вихревой эжектор с источником низкого давления. to

Введение трубки Вентури с регулирующей иглой взамен регулируемого дросселя позволяет получать на входе в эжектор давление пассивного газа, близкое к уровню меньшего из делящихся давлений, вследствие восстановления давления в слаборасширяющейся диффузорной части трубки Вентури при условии безотрывного течения в ней.

В результате потребная степень повы- ув шения давления в эжекторе становится близкой к единице (несколько превышая ее), в то время как при применении обычного дросселя потребная степень повышения давления в эжекторе должна 25 быть не менее 1,89. Особенностью всех типов эжекторов в том числе и вихревых является то, что важнейший показатель их экономичности — коэффициент эжекции, равный отношению расхода SO эжектируемого газа к расходу активного газа, сильно зависит от степени повышения давления, причем эта зави" симость нелинейна и коэффициент эжекции резко убывает при увеличении сте- З5 пени повышения давления. Упомянутое снижение потребной степени повышения давлений приводит к резкому увеличению коэффициента эжекции, т,е. к снижению потребного расхода активного газа, что благоприятно сказывается на экономичности, габаритах и весе эжектора и датчика в целом.

Введение ограничения на эквивалентный угол расширения диффузорной части трубки Вентури с регулирующей иглой внутри нее, который оценивает увеличение проходного сечения диффузорной части, связано с необходимостью гарантировать безотрывное теS0 чение s расширяющейся части трубки при изменении числа Рейнольдса в широких пределах.

Расположение штока регулирующей иглы внутри камеры смешения вихревоS5

ro эжектора позволяет осуществить более плотную компоновку датчика и снизить температуру регулирующей иглы, так как в этом случае она смыва47 6, ется газом пониженной температуры в центральной части камеры смешения вихревого эжектора.

Снижение температуры иглы и соединенных с ней конструктивных элементов положительно сказывается на ресурсе и надежности датчика.

На фиг, 1 показана схема датчика отношения давления; на фиг. 2 — схема датчика с прямоструйным эжекто" ром; на фиг. 3 - схема подключения датчика к ГТД.

Датчик отношения давлений состоит из дросселя 1, трубки Вентури 2, регулирующей иглы 3, поршневого пневмоусилителя 4 обратной связи, вихревого эжектора 5. Большее из делящихся давлений Р подводится ко входу s дроссель 1 и к штуцеру высокого давления эжектора 5. Меньшее из делящихся давлений Р„ подводится в полость слева относительно поршня пневмоусилителя 4 обратной связи.

Корректированное давление Р, действующее в полости между х<иклером 1 и трубкой Вентури 2, подводится в полость справа относительно поршня пневмоусилителя 4 обратной связи.

Датчик работает следующим образом.

Если измеряемое отношение давлений повышается, например, за счет

< повышения Р при Р— — const, то перво-, начально Р < тоже повыыается и давЫ ление в полости справа относительно поршня оказывается выше, чем давление слева (Р„). Под действием пере" пара давлений на поране он движется влево, при этом проходное сечение в горле трубки Вентури 2 увеличивается, а давление P „ снижается. Движе<< ние поршня прекращается после исчезновения перепада давлений на нем. Новое положение поршня соответствует условию Р.<=Р „, что обеспечивается в условиях повысившегося

<<Ро при определенном дополнительном раскрытии горла трубки Вентури 2, а значит и определенном дополнительном смещении поршня влево. Иналогичное перемещение поршня произойдет и в том случае, если измеряемое отношение давлений повысится за счет понижения давления Р при P =const, <(. с той лишь разницей, что перепад, движущий поршень, образуется за счет снижения Р„ при P =const. В данной схеме трубка Вентури 2, а точнее ее диффузорная часть, располагающаяся вниз по потоку за горлом, рабо- тает как восстановитель давления, снижающий потребную степень повышения давления в эжекторе 5 и тем самым повышающий коэффициент эжекции эжектора, что в конечном итоге приводит к снижению суммарных затрат рабочего тела высокого давления.

На фиг. 2 показана схема датчика, в который взамен вихревого эжектора введен прямоструйный эиектор 5, позволяющий использовать уже существующие в промышленности .датчики. Датчик работает аналогично описанному датчику.

Подвод газа с меньшим из делящихся давлений (давление за турбиной ) к выходу вихревого инжектора позволяет осуществлять сброс газа за турбину, а не в атмосферу. При этом повышается удельная тяга двигательной установки в целом и снижается вес системы в связи с отсутствием не" обходимости использования специальных газоводов или других устройств для отвода горячего воздуха от датчика к срезу мотогондолы. формула изобретения

1. Датчик отношения давлений, содержащий пневматический делительный механизм, снабженный жйклером постоянного сечения и регулируемым дросселем, соединенным с пневмояеханическим устройством отрицательной обратной связи, выполненным в виде цилиндра с поршнем и штоком, причем источ- ник большего давления соединен со входом в жиклер, источник меньшего давления соединен с пневмомеханическим устройством обратной связи, а вы2247 8 ход регулируемого дросселя соединен с атмосферой через устройство, создающее на регулируемом дросселе закритическое отношение давлений, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью экономичности, Снижения веса, повышения надежности, регулируемый дроссель выполнен в виде трубки Вентури с регулирующей иглой, а устрой-

>в ство, создающее на регулируемом, дросселе закритическое отношение давлений, выполнено в виде вихревого эжектора, расположенного соосно с трубкой Вентури и соединенного с ней, причем шток регулирующей иглы расположен внутри вихревого эжектора и составляет одно целое со што" ком пневмомеханического устройства.

2. Датчик по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью уменьшения длины трубки Вентури, полный эквивалентный угол в ее диффузорной части не менее 10. о

3. Датчик по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью унификации, устройство, создающее на дросселе закритический перепад, выполнено в виде струйного эжектора.

4. Датчик по пп.1-3, о т л и .ч аю шийся тем, что выход регулируемого дросселя соединен через вихревой эжектор с источником низкого давления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Залманзон Л. А. Аэродинамичес-. кие методы измерения входных параметров автоматических систем. М., "Наука"

1973, с. 20-23, рис. 2.1.е.

2. Теория автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов. Под ред. Шевякова А.А.

М,, "Машиностроение", 197б, с. 228, рис. 8.5 (прототип).

892247

Составитель О. Сафонов

Редактор И. Николайчук Техред С. Мигунова Корректор M

Закаэ 11216/62 Тираж 910 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета CCCP по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, И-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4