Отсасывающий термометр Советский патент 1986 года по МПК G01K13/02 

1 Изобретение относится к теплотех ническим измерениям, а именно к сре ствам измерения температуры газовых сред, образующихся при сгорании раз личных видов топлива в топочных камерах технических установок котлоагрегатов, промышленных печей и т.д Известен отсасывающий термометр, содержащий корпус с газоотводящим каналом, размещенную в нем термопару, окруженную системой экранов. Система экранов значительно снижает погрешность, вызванную лучистым теп лообменом горячего спая термопары с окружающей средой. Однако при измерении температуры запыленных газовых сред (продуктов сгорания твердого и жидкого топлива) измерительная часть термометра быстро зашлаковывается золисто-сажистыми частицами и становится неработоспособной. Кроме того, сама система экранов обладает низкой механической прочностью и в процессе эксплуатации часто выходит из строя под действием неизбежных механических или температурных напряжений. Необходимость размещения термопары в высокотемпературном потоке химически активной отсасываемой топочной среды связана с применением термопар из благородных металлов (как правило платины и ее сплавов), что увеличивает стоимость отсасываюп;его экранированного термометра. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является отсасывающий термометр, содержащий водоохлаждаемый корпус, расположенный в нем газоотводящий канал и тер мометр. В качестве термометра используется термопара, установленная в керамической трубке (газоотводящем ка нале) . Следует отметить, ч,то собственна температура горячего спая термопары при заданных режимах (скорости отсоса газа, температуры стенки газоотводящего канала) и геометрических (диаметр газоотводящего канала) параметрах отсасывающего термометра с холодным экраном (охлаждаемым) характеризует лишь некоторую эффективную температуру сложного теплообмена газового потока с термопарой. Величина этой эффективной температуры неоднозначно связана со А2 среднемассобой температурой газового потока в поперечном сечении газоотводящего канала, содержащем горячий спай термопары, Кроме того, в данном случае присутствует погрешность за счет тепло- передачи от спая термопары излучением. Таким образом, измерения известным термометром производятся с недостаточной точностью. Целью изобретения является повышение точности измерений путем исключения непосредственного контакта термометра с топочными газами. Указанная цель достигается тем, что рабочий конец газоотводящего канала выполнен в виде сообщаюш тхся через общий коллектор двух патрубков, одинаковых по длине и внутреннему диаметру, с различными термосопротивлениями цилиндрических стенок, при этом в стенке каждого патрубка в плоскости его поперечного сечения и на разных расстояниях от его продольной оси размещены два термометра. На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый отсасывающий термометр, разрезу на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Отсасывающий термометр содержит водоохлаждаемый корпус 1, в котором расположен газоотводящий канал, ра- бочий конец которого.образован двумя одинаковыми по длине и внутреннему диаметру патрубками 3 и 4, подключенными к общему коллектору 5. Внутренние стенки патрубков образованы из тонкостенных металлических трубок 6 и 7, а внешние - из слоя изоляторов 8 и 9, в которых размеще-,. ны термометры 10-13 сопротивления, выполненные в виде обмоток из меДной проволоки. Причем два термометра 10 и 12 сопротивления размещены на внутренней поверхности изоляторов, а другие - 11 и 13 блюке к внешней поверхности изоляторов. Стенки патрубков выполнены с различными термосопротивлениями, т.е. либо из материала с различной теплопроводностью, либо с различной . Свободные концы термометров сопротивления через уплотнительную пробку 1А выведены на клеммник 15. Подвод охлаждающей воды осуществляется через трубки 16, подсоединенные к коллектору 17. Отсасывающий термометр работает следующим образом. Коллектор 17 подключают к водопроводной сети и устанавливают такой расход воды, который обеспечива ет уровень температур корпуса во время измерений не выше 50 С. Колле тор 5 соединяют с отсасывающим устройством (вакуумный насос, эжектор и т.д.) и отсасывающий термометр вводят в исследуемый объем теплотехнической установки. В процессе и мерений внутренняя поверхность цилиндрических стенок патрубков нагре вается за счет радиационного теплообмена с топочным пространством, а при наличии отсоса топочной среды за счет конвективного теплообмена с высокотемпературным газовым потоком ). iDi-rlnR- + ,+ (т. -т. ТпГГ-1пхГ 74А При этом наружные поверхности изоляторов 8 и 9 охлаждаются проточной водой, омывающей корпус 1. Для выбранной скорости отсоса топочных газов, проводится измерение температур циливдрических стенок патрубков с ПОМОЩ15Ю термометров Юг 13 сопротивления . Для -введения поправок на лучистый теплообмен между топочным пространством и внутренней поверхностью цилиндрических стенок патрубков аналогичные измерения температур проводят при отсутствии отсоса топочных газов-. Величина температуры (т) газового потока, поступающего на вход патрубков 3 и 4, вычисляется по формуле- /- - EiCll} y.lnj,-ln.,, . V Inx, -In,... - - - -- -- -----«- - - -.- ...«.

ОТСАСЫВАЮиИЙ ТЕРМОМЕТР, содержащий водоохлаждаемый корпус, расположенный в нем газоотводящий каиал и термометр, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений путем исключения непосредственного контакта термометра с топочными газами, рабочий конец газоотводящего канала вьшолнен в виде сообщающихся через общий коллектор двух патрубков, одинаковых по длине и внутреннему диаметру, с различнььми термосопротивлениями цилиндрических стенок, при этом в стенке каждого патрубка в плоскости его S поперечного сечения и на разных рас(Л стояниях от его продольной оси размещены два термометра. N3 О

R - радиус внутренней поверхности изоляторов 8 и 9, м;

Xg-- радиусы термометров 10 и II сопротивления в цилиндрической стенке первого патруб- 30 ка, м;

У - радиусы закладки термометров 12 и 13 сопротивления в цилиндрической стенке второго патрубка, м;35

Tj - температуры, измеряемые термометрами 10 и 11 сопротивления, при отсосе топочных газов, С;

Tj - температуры, измеряемые 40 термометрами 10 и 11 сопротивления, без отсоса топочных газов. С;

Ту - температуры, измеряемые термометрами 12 и 13 сопроти-- 45 вления, при отсосе топочных

С;

газов.

оА, , теплопроводность материала изоляторов 8, 9, Вт/(м-°С), ( Су1 ;ественное упрощение расчетной формулы (1) может быть достигнуто в случае 1, ,,, x, . Используя обозначения . TX, 1, TjJ .z ,Т, ; ,, Т.,, Т2, T.j формулы (1) получим

т т v.o I г I f

,Vi -::l-:p-.(1- ii--il: -) (2) /

f,-1

i kii. T,-T,,

T,-T,2Как нидно из формулы (2), численное значение температуры топочных газов поступающих на вход патрубков 3 и 4, зависит в этом случае, только от ве- личин 1 температуры, измеряемой термометрами 10-13 сопротивления, с отсосом и без отсоса топочных газов).

Равенство внутренних диаметров, но различное термосопротивление цилиндрических стенок патрубков позволяют исключить из расчетных уравнений отсасывающего термометру коэффициент конвективной теплоотдачи между газовым потоком и внутренней поверхностью этих цилиндрических стенок, а процесс измерения температур газового потока свести к расчету локальных плотностей тепловых потоков через внутреннюю поверхность цилиндрических стенок патрубков. При этом появляется возможность отказаться от измерения численного значения скорости отсоса топочных газов (достаточно обеспечить ее постоянство), расположить температурные преобразователи в относительно холодной массе цилиндрических стенок патрубков без непосредственного контакта с отсасываемьми топочными газами.

Расположение температурных преобразователе вне активной зоны газового потока позволяет резко повысить точность измерений, надежность

S1

работы, и срок службы в условиях агрессивных высокотемпературных газовых сред.

Расположение температурных преобразователей вблизи плоскости входного торца патрубков (не далее одного диаметра патрубка) позволяет свести к минимуму влияние на результаты измерений догорания топочной среды и непостоянства коэффициента конвективной теплоотдачи на входном участке патрубков. При этом величина коэффициента конвективной теплоотдачи между газовым потоком и внутренней поверхностью цилиндрических стенок приближается к своему максимальному

2671746

значению, что позволяет при меньших скоростях отсоса топочной среды достичь необходимой плотности конвективных тепловых потоков через внут5 реннюю поверхность цилиндрических стенок патрубков,

Кроме того, относительно низкая температура массы цилиндрических стенок патрубков позволяет заменить температурные преобразователи из благородных металлов медными термометрами сопротивления, что снижает стоимость отсасывающего термометра в IS20 раз по сравнению с существующими отсасьшающими термометрами.

7 Фиг. 2