Способ измерения температуры газа Российский патент 2019 года по МПК G06F17/40 G01K13/02 G01K11/22 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при измерении температуры газа (воздуха) в газотурбинном двигателе (ГТД).

Известен способ измерения температуры газа в ГТД, заключающийся в том, что пропускают газ через акустический датчик, фиксируют частоту колебаний акустического датчика и температуру газа определяют по формуле , где Т - температура газа; f - частота колебаний акустического датчика; k - постоянный коэффициент, зависящий от вида газа и размеров датчика (См. Библиотека по автоматике. Выпуск 478. «Элементы и устройства струйной техники», под редакцией Ф.А. Короткова, М., «Энергия». 1972, с. 65).

Этот же способ измерения температуры газа струйно - акустическим датчиком температуры на установившихся режимах и определения температуры газа по формуле описан в более позднем источнике информации (см. Проблемы автоматизации технических процессов добычи, транспортировки и переработки нефти и газа. Сборник трудов VI Всероссийской заочной научно- практической конференции. Т2. 12.04.2017 г. Уфа, изд-во УГНТУ, статья: «Динамическое измерение температуры газов струйно-акустическими датчиками», А.С. Надыршин, Ж.А. Сухинец, А.И. Гулин.).

Недостатком известного способа является недостаточно высокая точность определения температуры газа из - за нестабильности постоянного коэффициента вследствие изменения размеров корпуса и свойств газа при повышении температуры.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение точности определения температуры газа струйным акустическим генератором в ГТД.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе измерения температуры газа в ГТД, заключающемся в том, что газ пропускают через струйный акустический генератор, фиксируют частоту колебаний и определяют температуру газа по формуле:

, (1)

где Т - температура газа, определяемая по показаниям струйного акустического генератора, K;

f - частота колебаний струйного акустического генератора, Гц;

k - коэффициент пропорциональности, ,

при этом коэффициент k из формулы (1) выражают в виде:

, (2)

где f_б - частота акустических колебаний генератора при базовых условиях, Гц;

Т_б - температура газа при базовых условиях, K;

А и В - постоянные коэффициенты для струйного акустического генератора.

Следовательно, температуру газа в ГТД при известных параметрах генератора и базовых условиях определяют по формуле

. (3)

Определение температуры газа в ГТД по формуле (1), где коэффициент k представляют в виде выражения (2) и фактически температуру газа определяют по уточненной формуле (3), позволяет повысить точность определения температуры газа в ГТД при известных параметрах и базовых условиях.

В случае, когда не определены постоянные коэффициенты А и В, коэффициент k из формулы (1) выражают в виде:

, (4)

где а - коэффициент линейного расширения материала, из которого изготовлен струйный акустический генератор.

Следовательно, температуру газа в ГТД, коррекцию которой проводят только по коэффициенту линейного расширения материала, из которого изготовлен струйный акустический генератор, определяют по формуле

. (5)

Определение температуры газа в ГТД по формуле (1), где коэффициент k представляют в виде выражения (4) и фактически температуру газа определяют по уточненной формуле (5), позволяет повысить точность определения температуры газа в ГТД, коррекцию которой проводят только по коэффициенту линейного расширения материала, из которого изготовлен струйный акустический генератор.

Способ измерения температуры газа в ГТД реализуют следующим образом.

Газ (воздух), температуру которого измеряют, пропускают через струйный акустический генератор, фиксируют частоту колебаний струйного акустического генератора и определяют температуру газа по формуле (1). При этом коэффициент k используют в виде выражения (2). Таким образом, температуру газа в ГТД фактически определяют по формуле (3), в которой коэффициенты А и В учитывают более сложную зависимость газодинамических характеристик генератора от температуры, а именно: линейные размеры генератора (величина их изменения пропорциональна коэффициенту линейного расширения материала, из которого сделан корпус генератора), вязкость газа в генераторе, толщина пограничного слоя потока в генераторе.

В случае если неизвестны зависимости коэффициента k от свойств газа, температуру которого измеряют, повышение точности измерения температуры газа можно достигнуть следующим способом. Газ (воздух), температуру которого измеряют, пропускают через струйный акустический генератор, фиксируют частоту колебаний струйного акустического генератора и определяют температуру газа по формуле (1). При этом коэффициент k используют в виде выражения (4). Таким образом, температуру газа в ГТД фактически определяют по формуле (5). Здесь коррекцию измеренной температуры газа проводят только по коэффициенту линейного расширения материала, из которого выполнен струйный акустический генератор.

Лабораторные испытания экспериментального образца струйного акустического генератора в диапазоне температур 0-500°С показывают следующие значения погрешностей.

1. Известный способ измерения температуры газа в ГТД, который осуществляют с помощью применения формулы (1), дает погрешность =-1,59%.

2. Способ измерения температуры газа в ГТД, который осуществляют с помощью применения формулы (3), дает погрешность =-0,24%.

3. Способ измерения температуры газа в ГТД, который осуществляют с помощью применения формулы (5), дает погрешность =-0,82%.

Результаты испытаний показывают, что погрешности температуры, рассчитанные по формулам (3) и (5) значительно меньше погрешности температуры, рассчитанной по формуле (1). Отсюда следует, что заявленные технические решения повышают точность определения температуры газа струйным акустическим генератором в ГТД.

Изобретение относится к способам измерения температуры газа (воздуха) в газотурбинном двигателе (ГТД). Технический результат заключается в повышении точности определения температуры газа в ГТД. Измеряют температуру газа, пропускаемого через струйный акустический генератор, фиксируют частоту колебаний и определяют температуру газа при известных параметрах генератора и базовых условиях по формуле , при этом коэффициент k выражают в виде: . 2 н.п. ф-лы.

1. Способ измерения температуры газа (воздуха) в газотурбинном двигателе, заключающийся в том, что измеряют температуру газа, пропускаемого через струйный акустический генератор, фиксируют частоту колебаний и определяют температуру газа по формуле

,

где Т - температура газа, определяемая по показаниям струйного акустического генератора, K;

f - частота колебаний струйного акустического генератора, Гц;

k - коэффициент пропорциональности, ;

отличающийся тем, что коэффициент k выражают в виде:

,

где f_б - частота акустических колебаний генератора при базовых условиях, Гц;

Т_б - температура газа при базовых условиях, K;

А и В - постоянные коэффициенты для струйного акустического генератора.

2. Способ измерения температуры газа (воздуха) в газотурбинном двигателе, заключающийся в том, что измеряют температуру газа, пропускаемого через струйный акустический генератор, фиксируют частоту колебаний и определяют температуру газа по формуле

,

отличающийся тем, что коэффициент k выражают в виде:

,

где а - коэффициент линейного расширения материала, из которого изготовлен струйный акустический генератор.