Устройство для измерения температуры вращающегося объекта Советский патент 1993 года по МПК G01K13/08 

2 Фиг.2

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для дистанционных беспроводных (бехонтакт- ных) измерений температуры вращающихся объектов.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых температур за счет бесконтактного дистанционного измерения температуры вращающихся объектов по звуковому каналу.

На фиг. 1 изображена установка датчика на лопатке турбины; на фиг.2 - вид камеры датчика сверху без преобразователя температура-линейный размер ,и подвижной крышки; на фиг.З - лопатка турбины с установленным на ней датчиком температуры, разрез.

Устройство для измерения температуры вращающегося объекта состоит из датчика 1 температуры, установленного на вращающемся объекте, например, на лопатке турбины, и выполненного в аиде камеры имеющей щелевое сопло 2, клиновой рассекатель 3, размещенный против щелевого сопла 2, резонирующее полости 4, 5 с переменным объемом, крышку датчика б, выходные отверстия 7, 8, и содержащего преобразователе- 9, 10 температура-линейный размер, выполненного в виде, например, сильфоноа, и сопряженного с крышкой датчика 6 и подвижной крышкой 11. Устройство также включает чувствительный элемент 12, выполненный о виде микрофона, и анализатор 13 спектра.

Устройство работает следующим образом.

Датчик монтируют непосредственно на вращающемся объекте, например, в корпусе лопатки турбины. С торца в лопатке высверливают два отверстия полости 4, 5, затем фрезеруют или высверливают выходные отверстия 7, 8 и щелевое сопло 2, причем таким образом, чтобы щелеоое сопло 2 располагалось против клиновидного рассекателя 3. Для обеспечения перемещения по- движной крыпки установленной в резонирующих полостях, в высверленные отверстия (полости 4,5) вертикально устанавливают преобразователь 9, 10 температура-линейный размер, выполненный в виде, например, сильфонов, нижний край которого приваривают к подвижной крышке 11, а верхний - к крышке датчика 6. Для предохранения преобразователей 9,10температура-линейный размер от воздействия потока рабочего тела турбины верхняя часть выходных отверстий 7, 8 (если они выфрезе- рованы), и щелевого сопла 2 заваривают таким образом, чтобы оставались отверстия в нижней части датчика,

5

При изготовлении преобразователя 9, 10 температура-линейный размер могут быть применены легированные стали, жаропрочные стали, нержавеющие и специальные стали и сплавы. Например, можно применять сталь марки Г20х12Ф, обладающую значительным средним температурным коэффициентом линейного расширения и способную работать в широQ ком интервале температурных нагрузок. Крышку датчика 6 присоединяемую к корпусу лопатки сверху, и подвижную крышку 11, устанавливаемую в резонирующих полостях 4, 5, изготавливают из того же материала, чго и сама лопатка турбины. Все это позволяет увеличить диапазон измерений температуры, по сравнению с датчиками работа которых основана на других физических принципах, до рабочих температур турбины, т.е. до 1000иС. Для ликвидации возмож0 ного биения вала турбины, возникающего при перемещении подвижной крышки 11, а также для повышения надежности измерения температуры, устанавливают два датчика диаметрально противоположно в набор

5 лопаток турбины. Жесткость сильфонов (9,10) подбирается таким образом, чтобы исключить влияние центробежных сил на перемещение подвижной крышки 11. Размеры сильфонов (9,10) и величина и величина их

0 рабочего хода, а также соотношения между геометрическими размерами резонирующих полостей 4, 5, щелевого сопла 2 и выходных отверстий 7, 8 подбираются таким образом, чтобы обеспечить эффективную

с работу датчика в пределах рабочих температур турбины, и в соответствии с описанием излучателя акустических сигналов.

Устройство работает следующим образом.

При вращении объекта струя газа попа® дает в щелевое сопло 2, далее обтекая клиновой рассекатель 3, она отклоняется в одну из резонирующих полостей 4, ограниченную сверху подвижной крышкой 11, а снизу днищем камеры, являющимся корпусом ло5 патки турбины, где создается импульс звукового давления, который излучается через выходное отверстие 7, Одновременно этот импульс звукового давления из резонирующей полости ,4 перебрасывает струю газа в

0 резонирующую полость 5, где импульс звукового давления излучается через выходное отверстие 8 и далее этот процесс повторяется.

При изменении температуры еращаю5 щегося объекта, подвижная Крышка 11 преобразователя 9, 10 температура-линейный размер перемещается под действием сильфонов. которые удлиняются пропорцио

нально повышению температуры и соответственно, укорачиваются при ее понижении; это приводит к уменьшению или увеличению объема резонирующих полостей 4,5, s, следовательно, и частоты излучаемого vci- ройством звукового сигнала. Звуковой сигнал воспринимается чувствительным элементом 12 (микрофоном) и фиксируется на анализаторе спектра 13,0 величине температуры вращающегося объекта судят по показаниям анализатора спектра 13. На экране анализатора 13 спектра фиксируется спектр акустического сигнала излучаемого датчиком, т.е. распределение амплитуды звукового давления по частоте. Предварительно отгарировав зависимость интегральных характеристик спектра от температуры вращающегося объекта, по их„ изменению можно судить о температуре объекта. Фильтрация и обработка составляющей спектра, несущей информацию о температуре, от шу- ма и других звуковых помех, имеющих регу- лярный характер, осуществляется в соответствии с известным способом и с использованием методов функционального диагностирования сложных механических систем.

Технические преимущества заявляемого решения заключаются в том, что обеспечение возможности бесконтактного дистанционного измерения температуры вращающегося объекта по звуковому кана5

0 5

n

лу позволяет; расширить диапазон измеряемых, температур объекта в пределах 100- 1000°С: конструктивное исполнение устройства расширяет область применения, т,к позволяет отказаться от статора (корпуса) для крепления неподвижной измерительной аппаратуры, ч го требуется, например, при.измерении температуры лопастей винта: повысить надежность измерения температуры в условиях высоких температур без снижения КПД агрегата, Ф о р му л а изобретения Устройст во для измерения температуры вращающегося объекта, содержащее чувствительный элемент, соединенный с ЕХОДОМ анализатора спектра и расположенный против датчика температуры, снабженного преобразователем температура-линейный размер, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых температур, датчик температуры выполнен в виде камеры, имеющей щелевое сопло, резонирующие полости, сообщенные через выходные отверстия с окружающей средой, клиповый рассекатель и подвижную крышку, сопряженную с преобрззоаэтепем температура-линейный размер, причем клиповый рассекатель глззыешем против щелевого сопла, -юдвилная крышка установлена в резонирующих полостях, я чувствительный элемент выполнен в виде микрофона.

L

6

л

)))--р-Н

и--р-Н

Я

/J

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для дистанционных беспроводных (бесконтактных) измерений температуры вращаю7 / Jl2l Ј в / / щихся объектов по звуковым каналам. Целью изобретения является расширение диапазона температур. На вращающемся объекте датчика, выполненного в виде камеры, имеющей щелевое сопло, установлены резонирующие полости (4,5), сообщенные через выходные отверстия с окружающим пространством, клиновой рассекатель (3) и подвижная крышка (6), сопряженная с преобразователем температура - линейный размер. Обьем резонирующих полостей камеры изменяется пропорционально изменению температуры вращающегося тела вследствие перемещения подвижной крышки под действием преобразователя температура - линейный размер, например сильфонов, которые изготавливаются из материала с большим коэффициентом линейного расширения. При изменении объема меняется частота генерируемого датчиком звукового сигнала. Звуковой сигнал воспринимается чувствительным элементом, например микрофоком, и передается на анализатор спектра. 3 ил. l Ј в / / (Л С 00 «о ел о о кэ

f

./

5-Ј