ОПТИЧЕСКИЙ ПИРОМЕТР Российский патент 2001 года по МПК G01J5/08 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а точнее - к оптическим пирометрам для замера излучения от рабочей лопатки турбины газотурбинного двигателя.

Известен оптический пирометр с воздушной системой охлаждения и продувки, в котором для очистки воздуха, обдувающего линзу, применено инерционное отделение загрязняющих частиц путем поворота воздуха на угол более 90^o [1].

Недостатком известной конструкции является малая эффективность очистки воздуха.

Наиболее близким к заявляемому является оптический пирометр с воздушной системой охлаждения и продувки, который содержит дефлектор, образующий в кольцевом канале винтообразную поверхность для формирования вихревого потока прежде чем поток воздуха вступит в контакт с периферийной кромкой линзы пирометра[2].

В известной конструкции очистка воздуха происходит за счет центробежных сил, действующих на загрязняющие частицы, однако в такой конструкции происходит плохое удаление из кольцевого канала отсепарированных загрязняющих частиц, так как удаляются они через окна, расположенные ближе к оси пирометра, чем кольцевой канал, т.е. против действия центробежных сил. В такой конструкции загрязняющие частицы под действием центробежных сил будут накапливаться в кольцевом канале, что приведет к закупорке этого канала загрязняющими частицами и к выходу из строя системы продувки и охлаждения пирометра, а также к поломке самого пирометра из-за его перегрева.

Техническая задача заключается в повышении надежности пирометра за счет уменьшения окружной скорости загрязненного воздуха в щелевом диффузоре и в полости внезапного расширения, выполненных на выходе из вихревой полости.

Сущность технического решения заключается в том, что в оптическом пирометре, содержащем наружный корпус с дефлектором и кольцевую вихревую полость между ними, соединенную на выходе с кольцевой щелью обдува линзы и с пазом сброса загрязнений, согласно изобретению с щелью обдува линзы кольцевая полость соединена через выемку в отверстии за кольцевым козырьком на внутренней поверхности втулки, а с кольцевым пазом сброса загрязнений - через щелевой диффузор и полость внезапного расширения, при этом кольцевая полость на входе соединена с тангенциальным каналом подвода воздуха. Щелевой диффузор выполнен длиной l с кольцевым входным пазом высотой h, при этом соотношение h/l = 5...50.

Соединение кольцевой полости с пазом сброса загрязнений через щелевой диффузор и полость внезапного расширения позволяет в диффузоре воздуху расширяться и тормозиться как в осевом, так и в окружном направлениях, а в полости внезапного расширения окончательно исчезает закрутка загрязненного воздуха, который затем сбрасывается через кольцевой паз в проточную часть турбины, что исключает скопление загрязняющих частиц в кольцевой полости, тем самым повышая надежность пирометра.

Соединение кольцевой полости на входе с тангенциальным каналом подвода воздуха, а на выходе - с щелью обдува линзы через выемку в отверстии за кольцевым козырьком на внутренней поверхности втулки способствует отделению чистого воздуха от загрязняющих частиц с подачей его через выемку в отверстии за кольцевым козырьком на обдув линзы для охлаждения пирометра, что повышает его надежность.

Соотношение высоты h кольцевого входного паза щелевого диффузора к его длине l, т.е. h/l = 5...50, способствует эффективной работе щелевого диффузора.

На фиг. 1 изображен продольный разрез оптического пирометра;
на фиг. 2 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде;
на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1.

Оптический пирометр 1 состоит из внутреннего корпуса 2 с линзой 3, дефлектора 4, промежуточной втулки 5 и наружного корпуса 6 со штуцером 7, в котором выполнен канал 8 подвода охлаждающего воздуха из-за компрессора (не показано). Канал 8 выполнен тангенциально по отношению к кольцевой вихревой полости 9, на входе в которую он выполнен. На выходе вихревой полости 9 на внутренней поверхности 10 втулки 5 выполнен козырек 11 с наклонной поверхностью 12, а за ним по потоку кольцевая выемка 13 с отверстиями 14 для отвода очищенного воздуха, а также щелевой безлопаточный диффузор 15 длиной l с кольцевым входным пазом 16 высотой h. На выходе щелевой диффузор 15 соединен с полостью внезапного расширения 17, которая в свою очередь соединена с кольцевым пазом 18 сброса загрязненного воздуха 19. Паз 18 соединен с каналом 20, который выходит в проточную часть турбины (не показано). Отверстия 14 через полость 21, отверстия 22 и полость 23 соединены с кольцевой щелью 24 обдува линзы 3. Линза 3 обдувается очищенным воздухом 25, который сбрасывается в канал 20.

Работает устройство следующим образом.

Охлаждающий воздух, поступающий через тангенциальный канал 8, закручивается в вихревой полости 9 и под действием центробежных сил загрязняющие частицы 27 сепарируются на внешней поверхности 26 вихревой полости 9. Те частицы, которые не успели отсепарироваться, отбрасываются наклонной поверхностью 12 кольцевого козырька 11 к поверхности 26. Очищенный воздух 25, поворачивая на угол более 90^o, через кольцевую выемку 13, отверстия 14, кольцевую полость 21, отверстия 22 и кольцевую полость 23 поступает через кольцевую щель 24 на обдув и охлаждение линзы 3 пирометра 1. Загрязняющие частицы 27 вместе с загрязненным воздухом 19 поступают через входной кольцевой паз 16 в щелевой безлопаточный диффузор 15, в котором воздух 19 расширяется и тормозится как в осевом, так и в окружном направлениях. Далее загрязненный воздух 19 вместе с частицами 27 поступает в полость внезапного расширения 17, где окончательно пропадает закрутка загрязненного воздуха 19, после чего воздух 19 с частицами 27 сбрасывается через кольцевой паз 19 в канал 20 и далее - в проточную часть турбины (не показано).

Таким образом, закрутка загрязненного воздуха в данном устройстве гасится за счет расширения в щелевом диффузоре и в полости внезапного расширения. Для эффективной работы щелевого диффузора необходимо соотношение h/l = 5. ..50, где h - высота входного паза щелевого диффузора; l - длина щелевого диффузора.

Источники информации
1. Патент США N 4786188 от 22.11.88 г.

2. Патент США N 5146244 от 08.09.92 г., прототип.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а точнее - к оптическим пирометрам для замера излучения от рабочей лопатки турбины газотурбинного двигателя. Оптический пирометр содержит наружный корпус с дефлектором и кольцевую вихревую полость между ними, соединенную на выходе с кольцевой щелью обдува линзы и с пазом сброса загрязнений. Новизна изобретения заключается в том, что с щелью обдува линзы кольцевая полость соединена через выемку в отверстии за кольцевым козырьком на внутренней поверхности втулки, а с кольцевым пазом сброса загрязнений - через щелевой диффузор и полость внезапного расширения, при этом кольцевая полость на входе соединена с тангенциальным каналом подвода воздуха. Технический результат - повышение надежности работы пирометра. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Оптический пирометр, содержащий наружный корпус с дефлектором и кольцевую вихревую полость между ними, соединенную на выходе с кольцевой щелью обдува линзы и с пазом сброса загрязнений, отличающийся тем, что кольцевая вихревая полость соединена с щелью обдува линзы через выемку с отверстиями, расположенную за кольцевым козырьком, который выполнен на внутренней поверхности втулки, а с кольцевым пазом сброса загрязнений кольцевая вихревая полость соединена через щелевой диффузор и полость, предназначенную для расширения воздуха, при этом кольцевая вихревая полость на входе соединена с тангенциальным каналом подвода воздуха. 2. Оптический пирометр по п.1, отличающийся тем, что щелевой диффузор выполнен длиной l с кольцевым входным пазом высотой h, при этом соотношение h/l = 5 - 50.