Устройство для измерения средней температуры газового потока газотурбинного двигателя Советский патент 1985 года по МПК G01K3/02 

ел

со ю

4

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано в системах контроля температуры газа газотурбинног двигателя (ГТД),

По основному авт. св. № 1064155 известно устройство для измерения средней температуры газового потока содержащее блок термопреобразова- телей, последовательно соединенные струйный генератор, блок преобразования акустических колебаний, усилитель, сумматор, входы которого соединены с выходом блока термопреобразователей и акустических колебаний, а выход через блок деления соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого подключен к выходу усилителя, а выход соединен с первым входом блока коммутации, второй вход которого соединен с общей шиной устройства, а выход через интегратор соединен с управляющим 1зходом усилителя, блок сравнения, схему совпадений и блок дифференвд рования5 вход которого соединен с выходом блока термопреобразоватепей а выход подключен к входу блока сравнения, при этом входы схемы совпадения соединены с выходом блока сравнения и выходом блока преобразования акустических колебаний, а выход подключен к управляющему входу блока коммутаций Cll.

Это устройство позволяет измерять с высокой точностью среднюю температуру газового потока, однако не позволяет измерять перепад температуры газа на турбине ГТДо

Необходимость измерения перепада -СОСТОИТ в том,что в высокотемпературных ГТД, где часть воздуха отбирается на охлшадение лопаток турбины, при разгоне и сильных возмущениях возможно лереобогащение топливной смеси. В этом случае несгоревшее тоштиво догорает за турбиной, куда втекает воздух, охлаждающий лопатки, которые играют роль пламедержателей. Догорание топлива недопустимо. Чтобы его избежать необходимо измерение температуры газа перед и за турбиной и сравнение измеренного перепада с допустимым для данного режима работы ГТД.

Целью изобретения является расши-, рение функциональных возможностей устройства за счет измерения перепада температуры газа на турбине 5 ГТД при повьшении точности измерения .

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для.измерения средней температуры газового потока газотурбинного двигателя введены второй блок вычитания, блок нелинейности последовательно соединенные второй струйный генератор и второй блок преобразования акустических колебаний, второй блок деления и блок умножения, первый вход которого соединен с выходом второго ,блока преобразования акустических колебаний, второй вход соединен с первым входом второго блока вьиита1-шя и выходом усилителя с управляемым коэффициентом усиле1шя, а выход подключен к первому входу второго блока деления, второй вход которого через блок нелинейности соединен с выходом первого блока преобразования акустических колебаний, а вьп;од соединен с вторым входом второго

блока вычитания, 0

Введение в устройство второго струйного генератора, второго блока преобразования акустических колебаний, блока умножения, вторых блоков

5 вычитания и деления, блока нелинейности позволяет в отличие от прототипа определить перепад температуры ).аза на турбине. ГТД. Дпя этого в описьюаемом устройстве определяется

0 средняя температура газа перед турбиной по значению средней температуры газа за турбиной, а также значениям температуры газа в точках установки струйных генераторов, i

5 Струйные генераторы установлены по оси одной из камер сгорания ГТД перед и за его турбиной, что позволяет измерять максимальные локальные температуры газа.

На чертеже представлена блоксхема устройства.

Устройство содержит блок t последовательно соединенных термопреобразователей, первый струйный генератор 2, первый блок 3 преобразова№я акустических колебаний, усилитель 4 с зшравляемьм коэффициентом усиления, сумматор 5, первый блок деления 6, первый блок вычитания 7 ,

31153

блок 8 коммутации, интегратор 9, схему JO совпадения, блок 11 сравнения, блок 12 дифференцирования, второй струйный генератор 13, второй блок 14 преобразования акустических колебаний, блок 15 умножения, второй блок 16 деления, второй блок вычитания 17 и блок 18 нелинейности.

Устройство работает следующим

образом.

При помещении блока 1 последовательно соединенных термопреобразователей в газовый поток ГТД, с выхода блока 1 снимается сигнал, напряжение которого соответствует сумме температур, измеряемых в точках установки термопреобразователей.

При помещении струйных генераторов 2 и 13 в газовый поток в них возбуждаются акустические колебания соответственно с частотами

п i - « гг )( где К - коэффициент, зависящий

от конструктивного исполнения струйного генератора;

температуры газового потока в месте установки струйнь1х генераторов.

Первый dтpyйный генератор 2 установлен за турбиной ГТД, а второй струйный генератор 13 установлен перед турбиной, причем располог, жены струйные генераторы по оси одной из камер сгорания, что позволяет измерит максимальные локальные температуры..

Акустические колебания с частотами f и fj поступают соответствен™ но в блоки 3 и 14 преобразования акустических колебаний, в которыхпроисходят следующие преобразования: преобразование акустическихколебаний в электрические колебания той жечастоты; преобразование последних в постоянш.1е напряжения, соответствуюище частотам f и „, возведение постоянного напряжения в квадрат; масштабирование полученного напряжения с коэффициента передачи одного термопреобразова,теля. Сигнал с выхода блока 3 преобразования акустических колебаний поступает rta второй вход сумматора 5 на первый вход которого подается сигнал с выхода блока 1 термопреобразоватейей. Сигнал с выхода сумматора 5, соответствующий сумме температур в измеряемых точках газового потока, поступает на вход первого блока 6 деления, где делится на коэффициент, равный .числу точек измерения п температуры газа за турбиной ГТД. Сигнал с выхода первого блока 6 деления, представляющий собой среднее значение температуры газа за турбиной, подается на первый вход первого блока 7 вынитания, на второй вход которого поступает сигнал с выхода первого блока 3 преобразования акустических колебаний через усилитель 4 с управляемым коэффициентом усиления.

При измерении средней стационарной температуры газа за турбиной ГТД существует разность между средней температурой и температурой в точке установки первого струйного генератора 2 вследствие окружной неравномерности температурного поля за турбиной ГТД. Поэтому значение сигнала с первого блока 6 деления отличается от сигнала с выхода усилителя 4. На выходе первого блока 7 вычитания возникает разностный сигнал, который поступает на первый вход блока 8 коммутации. Далее разностный сигнал через интегратор 9 поступает на управляющий вход усилителя 4 и изменяет его коэффициет усиления до тех пор, пока сигнал с выхода первого блока 7 вычитания не станет равным нулю. При этом на выходе усилителя 4 имеется сигнал, соответствующий средней стационарной температуре газа Т за турбиной ГТД

П т,

KC, (2)

п

де

-сигнал с выхода первого блока 3 преобразования акустических колебаний, соответствующий стационарной температуре газового потока, измеряемой первым струйшлм генератором 2;

К,

-ь - коэффициент усиления усилителя 4, соответствующий средней стационарной тем.ппературе

Ti

-температура газа за турбиной в i-той точке измерения .

Так как в стационарном режиме уммарный сигнал на выходе блока 1

s п

термопреобразователей не изменяется то величина выходного сигнала блока 2 дифференцирования определяется только эффективным значением шумов., обусловленных реализацией блока 12 дифферецирования и существованием пульсаций температуры газового потока. При наличии постоянной времени дифференциатора 0,01 с эффектив ное значение шумов на его выходе составляет 5 - 7°С. Поэтому порог срабатьтания блока 11 сравнения выбирается равным , что исключает прохождение выходного сигнала блока 2 дифференцирования на первый вход схемы 10 совпадения, в результате чего сигнал на ее выходе отсутствует. Таким образом достигается разделение стационарного реткима измерения температуры газового потока от нестационарного.

При измерении средней нестационарной температуры газового потока сигнал с выхода блока 1 термопреобразователей через блок 12 дифференцирования и блок 11 сравнения поступает на первый вход схемы 10 совпадения, на второй вход которой поступает сигнал с первого блока 3 преобразования акустических колебаний. В результате этого схема 10 совпадения срабатьшает и сигнал с ее вь1хода поступает на управляющий вход блока 8 коммутации, что обеспечивает подключение входа интегратора 9 к общей шине устройства. Так как после этого выходной сигнал интегратора 9 сохраняет свое предыдущее значение, то коэффициент усиления усилителя 4 не изменяется, поэтому на его выходе имеется сигнал, соответствующий температуре газа Т, измеряемой первым струйным генератором 2, значение которого корректируется усилителем 4 с учетом выходного сигнала интегратора 9. Сигнал на выходе усилителя 4 определяется выражением

Т4 I н KC I

где н сигнал на выходе первого блока 3 преобразования акустических колебаний, соответствующий нестационарной температуре, изме.ряемой первым струйным

генератором.2.

Дпя уменьшения времени измерения температуры газа за турбиной ГТД

32416

постоянные времени блока 12 диффереццирования и первого струйного генератора 2 выбираются равными.

Сигнал с выхода усилителя 4, 5 соответствующий средней температуре газа Т за турбиной ГТД как на установившемся, так и переходном реткимах его работы, поступает на второй вход второго блока 17 10 вычитания и второй вход блока 15 умножения. На первый вход блока 15 умножения поступает сигнал с выхода второго блока 14 преобразования акустических колебаний. Этот сигнал 5 соответствует локальной температуре газа перед турбиной, измеряемой вторым струйным генератором 13. Выходной сигнал блока 15 умножения поступает на первый, вход второго 20 блока 16 деления, на второй вход которого через блок 18 нелинейности поступает сигнал с выхода первого блока 3 преобразования акустических колебаний.,Блок 18 нелинейности 5 учитывает характер смещения поля температуры газа за турбиной в направлении вращения ротора в зависимости от режима работы ГТД. Поле температур таза за турбиной пол30 ностью характеризует состояние окружной неравномерности температурного поля перед турбиной, так как поток газа, проходя через турбину, сохраняет циклический характер. Происходит только уменьшение 1амплитуды температуры газа и смещение поля температур в направлении вращения ротору 4 . Блок 18 нелинейности формирует сигнал

И„- TLf (к) л (п) , (;,) где K., - выходной сигнал первого блока 3 преобразования акустических колебаний; - частота вращения ротоЧра ГТД.

Выходной сигнал второго блока 16 деления соответствует средней температуре газа Tj перед турбиной ГТД

т,

(5) т,,

Сигнал, соответствующий перепаду температуры газа и Т. на турбине ГТД, получаем на выходе второго блока 17 вычитания

AT, Т,- (6)

Предлагаемое устройство в сравнении с прототипом имеет большие функ

циональные возможности, так как кроме оценки средней температуры газа за турбиной ГТД позволяет определить среднюю температуру газа перед турбиной, а также темдературный перепад на ней.

Использование устройства в системах контроля температуры газа ГТД повьшает ресурс лопаток.турбины за счет контроля перепада температуры газа на турбине в ср нении его с допустимым для данного режима работы ГТД-.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗОВОГО ПОТОКА ГАЗОТУРБИННОГО даИГАТЕЛЯ по авт. св. № 1064155, отличающее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет измерения перепада температуры газа на турбине газотурбин-, I mmnAfi ПЗ::- - о ного двигателя, в него введены второй блок вычитания, блок нелинейности, последовательно соединенные второй струйный генератор и второй блок преобразования акустических колебаний, второй блок деления и блок з множения, первый вход которого соединен с выходом второго блока преобразования акустических колебаний, второй вход соединен с первым входом второго блока вычитания и выходом усилителя с управля&njM коэффициентом усиления,, а выход подключен к первому входу второго блока деления., второй вход которого через блок нелинейности соединен с выходом первого блока преобразова(Л ния акустических колебаний, а выход соединен с вторым входом второго блока вычитания.