Способ измерения отношения давлений и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01L15/00 

ОО 05 05

00 со

Изобретение м.б. использовано в системах управления газотурбинными двигателями и позволяет повысить надежность способа и расширить область его применения. Формируют в проточном газовом канале 5 поток со стабилизированной относительной плотностью тока. В проточном газовом канале 4 течение газа нестабилизировано. Отводом тепла, выделяющегося на элементах 10, 11, изменяют т-ру потоков в каналах 4 и 5. Датчиками 8,9 и 12,13, выходами подключенными к вычислительному блоку 14, измеряют соответственно т-ру газа в каналах 4,5 и стенок элементов 10, 11, используемую для вычисления отношения давлений Р j/P, Каналы 4 и 5 снабжены подводящими измеряемую среду штуцерами 1,2,и штуцером 3 подвода низкого давления, а также жиклерами 6, 7. Качество работы устр-ва улучшается на высоте в связи с ростом температурных напоров потоков при понижении давления. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. I (Л

21,л

I

П

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах управления газотурбинными двигателями (ГТД), например, в системах регулирования статических режимов ГТД по степени повышения давления .воздуха в компрессоре, в автоматах разгона, системах управления механизацией компрессора, регуляторах форсажных камер по степени понижения давления в турбинах, регуляторах,сопел форсажных камер.

Цель изобретения - повышение надежности, сохранение высокой точности ..,- Р., и Р и Р в проточных каналах 4

и чувствительности, а также расширение области применения.

На фиг. 1 изображена схема устройства для осуществления предлагав мого способа, на фиг. 2 - зависимость выходного сигнала модели устройства от отношения давлений.

Сущность предлагаемого способа заключается в применении в датчиках отношения давлений способа преобразования информации, близкого к,способу преобразования в термоанёмомет- рии, где скорость потока при постоянном давлении оценивается по изменению коэффициента теплоотдачи (одному из параметров переноса), который в свою очередь оценивается либо по температуре (сопротивлению нити) в анемометре постоянного тока, либо по току питания в анемометре постоянной темпе- ратуры (сопротивления).

Способ основан на том, что с помо-г щью простейших и достаточно разнообразных газодинамических устройств, не содержащих подвижные элементы, возможно преобразование двух сравниваемых давлений и температуры газа в плотность тока W газового потока, а также одного из делящихся .давлений, например большего, и температуры в критическое значение плотности тока (j W) . После чего плотности тока PW и (pw) преобразуются в соответствующие коэффициенты переноса, на20

30

45

и 5 возникает течение газа. .В кана- ле 5 вследствие закритического о ношения давлений Рп/Р наступает з пирание жиклера 7 и устанавливаетс постоянное стабилизированное значение относительной плотности тока g(A) gg- В канале 4 течение газа нестабилизировано вследствие докри- - тического соотношения давлений

25 Таким образом, значение плотнос тока g(A) в канале 4 текущее, т.е переменно, и однозначно определяет соотношением давлений Р- и Р . Из г зовой динамики известно, что сущес вует однозначная связь между относ тельной плотностью тока q(A) и газ динамической функцией

ji/A р;/р„.

(1)

35

40

где

Р, .полное

статическое и давление в потоке.

Таким образом, измеряя относительную плотность тока, можно суди о величине отношения давлений/

В тепловыделяющих элементах 10 11 (при температуре теплоносителя больше температуры газового потока происходит выделение тепла, которое отводится, если пренебречь потерями на теплопроводность и излучение, в омывающие теплообменники газовые п токи.

В этом случае баланс тепловых по токов .можно записать как

си$

N -д- и N,p

ЫкрО

л

отношение которых, теперь уже не зависящее от температуры, .и отображает отношение давлений. Отношение коэффициентов теплоотдачи может быть оценено по отношению температурных .напоров или тепловых потоков, во вторичных преобразователях, например термо- анёмометрах.

Устройство дЛя осуществления предлагаемого способа состоит из штуцеров 1-й 2 сравниваемых давлений, штуцера 3 низкого давления, проточных газовых каналов 4 и 5 с жиклерами 6 и 7, датчиков 8 и 9 температуры потока, тепловыделяющих элементов 10 и 11 в виде проточных теплообменников с датчиками 12 и 13 температуры тепловыделяющей поверхности и вычислительного блока 14..;

Датчик работает следующим образом.

Вследствие разности давлений P. и

20

30

и 5 возникает течение газа. .В кана- ле 5 вследствие закритического отношения давлений Рп/Р наступает запирание жиклера 7 и устанавливается постоянное стабилизированное значение относительной плотности тока g(A) gg- В канале 4 течение газа нестабилизировано вследствие докри- - тического соотношения давлений ,.

25 Таким образом, значение плотности тока g(A) в канале 4 текущее, т.е. переменно, и однозначно определяется соотношением давлений Р- и Р . Из газовой динамики известно, что существует однозначная связь между относительной плотностью тока q(A) и газодинамической функцией

ji/A р;/р„.

(1)

5

5

0

где

Р, .полное

статическое и давление в потоке.

Таким образом, измеряя относительную плотность тока, можно судить о величине отношения давлений/

В тепловыделяющих элементах 10 и 11 (при температуре теплоносителя больше температуры газового потока) происходит выделение тепла, которое отводится, если пренебречь потерями на теплопроводность и излучение, в омывающие теплообменники газовые потоки.

В этом случае баланс тепловых потоков .можно записать как

с,т,,,

1

Q

-т,)

-т

Г

(2)

Q ид.

полные тепловые потоки от тепловыделякмцих элементов (теплообменников) 10 и 11, Коэффициенты теплоотдачи при течении газа в

.

и т,

B1,j

31366890

каналах А и 5 омывающего теплообменники 10 и 11 соответственно, температура газа, измеряемая датчиками 8 и 9 температуры потока.

с м

Т, и Т-- температура стенок теплообменников 10 и 11, измеряемая датчиками 12 и 13 температуры поверхности, (Г

S ,| и S 0 - поверхности теплообмена. . При выполнении проточных каналов идентичными можно считать, что

X Т

ftX , 6X2

х

(3)

Если тепловыделяющие элементы 10 и 11 имеют равные или пропорциональные мощности, тогда из (2) следует.

-2-- const, ()

(4)

Постоянная в формуле (4) учитывает 25 силы и механические .перемещения, в

соотношение мощностей источников 10 и 11 тепловыделения и поверхностей S, и S,j теплообмена.

Так как коэффициент теплоотдачи соотносятся как числа Рейнольдса пр течении в каналах 4 и 5 в степени m(,8):

(5ji) г , а в свою очередь

Rj j.W., Де2 ,;,

где d и d - характерные размеры

W

1 ч 1,

-Я,ИР,,

. HW.

(диаметры) каналов 4 и коэффициенты вязкости газа, протекающего в этих каналах (ft. плотность газа, скорость течения газового потока.

то

( Л «2

Но так как течение в канале билизировано жиклером 7, то

откуда, следует, что

;z (i--|S- tf l

oLnq. PoWoq -

oL2

ГдПд

Подставляя (6) в (4), получим

q(A) const (4) - (7) вх Н

Так как существует однозначное соответствие при докритическом течении между газодинамическими функциями q(A) Hjt(/), то можно найти

0

1Г():. Si F (biib)

0 ВХ

1ч

1

(8) (9)

5

0

. Y (-Mlli) F(iUi.Ii«.) вх 1 :

L Vrp ,г, /

1

Последняя операция вычисления отношения давлений Р /Р осуществляется в вычислительном блоке 14.

Вид зависимости (9) представлен на фиг. 2,

Таким образом, предлагаемьй способ (в отличие от известных) позволяет при измерении отношения давлений избежать преобразований давлений в

30

40

, ,

результате чего выходной сигнал формируется в зависимости от соотношения температурных напоров, что повышает надежность устройства для осуществления предлагаемого способа (в области высоких температур), так как исключает различные упругие элементы (мембраны, сильфоны), характеристики которых сильно меняются в (зависимости от температуры, а также

35 исключает механические устройства, связанные с преобразованием силы в перемещение (штоки с втулками, lopm- ни, пневмоцилиндры и т.п.), надежность которых также понижается в области высоких температур и при врздей- ствии горячих газов (заклинивание и т.п.).

Кроме того, при работе в высотных условиях, когда исходные давления

Р и PJ понижаются, в преобразователях типа давление - сила - перемещение уменьшаются перестановочные силы и увеличивается дополнительная погрешность от действия вибраций и перегрузок, так как ухудшается соотношение полезного сигнала (перестановочные силы) и шума (влияние вибрации на механические элементы), и в предлагаемом устройстве, напро55 тив, качество работы на высоте улучшается, так как с понижением давления растут температурные напоры Т. Т. «V-T.50

5

3 о б р

Формула изобретени

1.21.Ч Фиг. 2

вый и второй подводящие измеряемую среду штуцеры, третий штуцер подвода низкого давления, первый и второй проточные каналы -с входами и выходами и с жиклерами,о тличающе е- с я тем, что оно снабжено вычислительным блоком, первый штуцер подсоединен к выходу первого канала, второй штуцер - к входам обоих каналов, а третий штуцер - к выходу второго канала, при этом в каждом канале последовательно один за другим установлены датчик температуры газового потока и тепловыделяющий элемент с датчиком температуры тепловыделяющей поверхности, причем выходы всех датчиков температуры подсоединены к вычислительному блоку, выход которого

является выходом устройства.

PzlPj