СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВЫХОДЯЩИХ ГАЗОВ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2023 года по МПК G01K13/24 G01K7/02 

Изобретение относится к способам (и устройствам) измерения температуры газового потока и может быть использовано в авиадвигателестроении, энергетическом машиностроении и других областях, где используются газотурбинные двигатели (ГТД).

Известно устройство для измерения температуры выходящих газов газотурбинного двигателя, содержащее батарею термопар, подключенную компенсационными проводами к делителю напряжения, расположенному в температурной зоне свободного спая батареи термопар и состоящему из последовательно соединенных нагрузочного резистора и двух резисторов, выполненных из материалов компенсационных проводов (см. Патент РФ №12246, опубл. 16.12.1999 г., G01К 7/02)

Известно устройство для измерения температуры выходящих газов потока ГТД, которое содержит батарею термопар, подключенную компенсационными проводами к делителю напряжения, расположенному в температурной зоне свободного спая батареи термопар. Делитель напряжения состоит из последовательно соединенных нагрузочного резистора, выполненного из константанового провода, и двух резисторов, выполненных из константанового и медного проводов соответственно. Термоэлектроды термопар выполнены из сплавов медь-титан и никель-медь. Нагрузочный резистор делителя напряжения снабжен выводами к потребителю выходного сигнала устройства. Один из выводов выполнен из сплава медь-титан, другой -из сплава никель-медь (см. Патент РФ №48 059, опубл. 10.09.2005 г., G01К 7/02). Данный аналог может являться прототипом изобретения.

Вышеуказанные устройства направлены на повышение точности измерения температуры, которая определяется как средняя температура от батареи параллельно соединенных термопар.

Во время эксплуатации авиационных ГТД могут происходить изменения в работе форсунок, такие, как кавитационное размывание рабочих поверхностей сопла или коксование топлива в проходных сечениях, приводящие к изменению направления и равномерности распыливания, что изменяет температурное поле на выходе газа из основной камеры сгорания.

Существенным недостатком способа и устройств измерения температуры такого типа является параллельное соединение термопар в единую батарею, не способную определить место и величину прироста температуры при изменении температурного поля.

Задачей предложенного изобретения - повышение надежности и ресурса двигателей путем (за счет) раздельного измерения температуры каждой термопарой.

Поставленная задача достигается тем, что в батарее термопар каждой термопарой создается сигнал, соответствующий температуре в данной точке температурного поля. Сигнал поступает в кодирующий модуль, на выходе из которого сигнал несет значение температуры и признаки конкретной термопары. По единому коллектору сигнал поступает в блок контроля, где декодируется и анализируется на величину максимально допустимой или предельной температуры.

Предлагаемый способ измерения местных значений температуры выходящих газов газотурбинного двигателя каждой термопарой раздельно позволяет выделить признаки местного перегрева газа и при задании предельно допустимых значениях температуры сформировать команду на снижение режима работы двигателя, исключая местный перегрев деталей горячей части.

При последующем техническом осмотре двигателя по признакам координат термопар с максимально допустимой или предельной величиной температуры определяется зона визуального контроля жаровой трубы камеры сгорания и соплового аппарата турбины ГТД. В качестве превентивной меры заменяется дефектная форсунка, вызвавшая изменение температурного поля.

С целью повышения информативности в каждом отдельном корпусе термопары устанавливаются несколько горячих спаев термопар на различных высотах, которые в кодированном сигнале создают признак высоты спая в газовом потоке.

Кодирующий модуль передает сигнал к декодеру в блоке контроля по электрическому, оптическому или радиоканалу.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в обеспечении контроля местных температур в локальных точках расположения горячего спая термопар, регистрации повышения температуры выше максимально допустимого или предельного значения, выработке команды на снижение режима работы ГТД до приемлемых температур. Повышению надежности и увеличению эксплуатационного ресурса ГТД способствует раннее определение местного перегрева и превентивная замена дефектных форсунок.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых представлены:

Фиг. 1 Устройство для измерения температуры выходящих газов газотурбинного двигателя

1 - горячие спаи термопар;

2 - компенсационные провода;

3 - кодирующие модули с холодными спаями термопар;

4 - коллектор;

5 - блок контроля с декодером.

Способ измерения местных значений температуры выходящих газов газотурбинного двигателя основан на раздельном измерении каждой термопарой местного значения температуры в потоке горячего газа, что позволяет выделить признаки местного перегрева газа и при задании предельно допустимых значениях температуры сформировать команду на снижение режима работы двигателя, исключая местный перегрев деталей горячей части.

Устройство для обеспечения указанного способа состоит из батареи термопар 1, подключенных компенсационными проводами 2, расположенными в температурной зоне свободного спая батареи термопар, к кодирующим модулям 3, присоединенных к коллектору 4, передающему сигнал в блок контроля с декодером 5.

При работе газотурбинного двигателя каждый горячий спай батареи термопар 1 через компенсационные провода 2 создает напряжение, пропорциональное температуре в данной точке газового потока, величина которого кодируется в модуле 3 (указывается величина температуры, номер термопары, высота расположения горячего спая и др.), откуда по общему коллектору 4 кодированный сигнал поступает в блок контроля с декодером 5.

В качестве коллектора 4 для передачи сигнала от кодирующего модуля 3 в блок контроля 5 может использоваться как классический электрический коллектор, так и оптические световоды или радиоканал.

Обработка декодированного сигнала позволяет определить максимальную допустимую или предельную температуру в газовом потоке у конкретной термопары, что, при заданном ограничении, дает основание для создания управляющей команды на снижение режима работы двигателя. Координата термопары позволяет определить зону осмотра поверхности жаровой трубы и сопловых аппаратов турбин на наличие прогаров или деформации, номер форсунки, вызвавшей повышение температуры и подлежащей замене.

Выполнение узла термопары с несколькими горячими спаями на различных высотах, учитываемых в кодированном сигнале, создает возможность анализировать температурное поле по признакам высоты расположения спая.

Изобретение относится к способам (и устройствам) измерения температуры газового потока и может быть использовано в авиадвигателестроении, энергетическом машиностроении и других областях, где используются газотурбинные двигатели. Согласно заявленному решению в батарее термопар каждой термопарой создается сигнал, соответствующий температуре в данной точке температурного поля. Сигнал поступает в кодирующий модуль, на выходе из которого сигнал несет значение температуры и признаки конкретной термопары. По единому коллектору сигнал поступает в блок контроля, где декодируется и анализируется на величину максимальной допустимой или предельной температуры. Обработка декодированного сигнала позволяет определить максимальную допустимую или предельную температуру в газовом потоке у конкретной термопары, что дает основание для создания управляющей команды на снижение режима работы двигателя. Координата термопары позволяет определить зону осмотра поверхности жаровой трубы и сопловых аппаратов турбин на наличие прогаров или деформации, номер форсунки, вызвавшей повышение температуры и подлежащей замене. Выполнение узла термопары с несколькими горячими спаями на различных высотах, учитываемых в кодированном сигнале, создает возможность анализировать температурное поле по признакам высоты расположения спая. Технический результат - повышение надежности и ресурса двигателей за счет раздельного измерения температуры каждой термопарой. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ измерения местных значений температуры выходящих газов газотурбинного двигателя (ГТД) батареей термопар, причем измерение местной температуры выполняется каждой термопарой раздельно с формированием кодированного сигнала, содержащего информацию о величине температуры, координате установки горячего спая термопары, передаваемого по единому каналу в блок контроля, при этом в каждом отдельном корпусе термопар устанавливается несколько горячих спаев термопар на различных высотах, которые в кодированном сигнале создают признак высоты расположения спая.

2. Устройство для измерения температуры выходящих газов потока газотурбинного двигателя (ГТД), которое содержит батарею термопар, подключенную компенсационными проводами, расположенными в температурной зоне свободного спая батареи термопар, к коллектору, передающему сигнал в блок контроля, отличающееся тем, что дополнительно содержит кодирующие модули, установленные между каждой термопарой и единым коллектором, и переводящие измеренную величину температуры в закодированные электрические сигналы с признаком конкретной термопары, причем корпус термопар содержит несколько горячих спаев термопар на различных высотах, которые в кодированном сигнале создают признак высоты расположения спая.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что из кодирующего модуля сигналы передаются в блок контроля по электрическому, оптическому или радиоканалу.