Датчик отношения давления Советский патент 1981 года по МПК G01L13/02 

(5) ДАТЧИК ОТНОШЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ

I

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах управления газотурбинными двигателями (ГТД), например в системах управления механизацией компрессора ГТД по степени повышения давления воздуха в компрессоре, в системах управления створками регулируемого сопла по степени понижения давления газа в турбине.

Известен пневматический датчик отношения давлений, имеющий аналоговый выходной сигнал в форме механического перемещения, содержащий проточную и непроточную камеры, разделенные между собой упругой мембраной, которая соединена со штоком, несущим клапан. Датчик работает по принципу равновесия сил, приложенных к мембране. При изменении любого из делящихся давлений нарушается баланс сил, и мембрана прогибается так, что вследствие изменения проходного сечения клапана давление

под мембраной изменяется и баланс сил восстанавливается. Так как при изменившемся отношении давлений клапан со штоком занимает новое положение, то перемещение штока отображает измеряемое отношение давлений.

Датчик работает при условии существования закритического отношения давлений в выходном дросселе, поэтому такой датчик и датчики дру10гих типов, имеющие аналогичные редукторы, на дросселях, снабжаются эжекторами, создающими разрежение на выходе редуктора так, чтобы отношение давлений на втором дросселе

15 было закритическим II.

Недостатком известного датчика, с точки зрения экономичности,является большой потребный расход активного воздуха, питающего эжектор. Расход активного воздуха через эжектор многократно превышает расход воздуха, через редуктор, являющийся :ДЛя эжектора пассивным.

Вследствие того, что потребная степень повышения давления пассив- . ного газа, равная отношению меньшего из делящихся давлений к давле,нию на выходе из второго дросселя, может достигать 1,83, эн ектор работает, с малым коэффициентом эжекции, равным отношению расхода пассивного газа к расходу активного. В результате в реальных конструкциях эжектор имеет большой расход активного воздуха, большие габариты и вес, что сужает область применения датчика. Невозможность увеличить степень повышения давления приводит к необходимости сброса горячего воздуха, покидающего эжектор, в атмосферу через отводящий трубопровод большой длины и диаметра.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к предлагаемому является дат чик отношения давлений, содержащий пневматический делительный механизм, снабженный жиклером постоянного сечения и регулируемым дросселем, соединенным с пневмомеханическим устройством отрицательной обратной связи (поршневым пневмоусилителем, причем источник большего из делящихся давлений соединен со входом в жиклер, а источник меньшего из делящихся давлений соединен с пневмомеханическим устройством обратной связи, а также с выходом дросселя регулируемого сечения.через устройство, создающее на этом дросселе закритическое отношение давлений,выхлоп из которого производится в атмосферу.

Для этого датчика характерны несколько большая чувствительность и отсутствие статизма, вносимого упругой мембраной. Он также требует присоединения к нему эжектора для созДания закритического отношения давлений на регулируемом дросселе С2.

Однако потери полного давления в дросселе регулируемого сечения, связанные с внезапным расширением закритическим сечением дросселя и вызванным этим отрывом потока, приводят к большой величине потребного повышения давления в эжекторе, которое мо«ет достичь величины 1,89 в случае, если меньшее из делящихся давлений равно атмосферному, например в случае измерения суммарной степени повышения давления в компрессоре многокаскадного ГТЛ. В случае измерения

степени повышения давления каскада высокого давления эта величина становится меньше, чем ,QS-)o все равно на частичных режимах двигателя существенно превышает 1.

Это приводит к TOMS, СОГ i

сование .редуктора (пневматичес -о делительного устройства с эжекюром может бь1ть произведено при больших потребных повышениях давления в эжекторе .только за,-счет переразмеривания последнего, а значит и увеличения веса и расхода активного воздуха. Таким образом, для датчика характерны большой вес, малая экономичность, а также высокая температура дозирующего элемента (она может достигать 750°С) из-за плохого теплоотвода. Кроме того, при применении этого датчика для измерения Di отсутствует возможность утилизации воздуха, выходящего из эжектора в тракте двигателя, из-за невозможности увеличить степень повышения давления в эжекторе, что снижает экономичность двигателя в целом и ухудшает весовые характеристики двигательной установки, в связи с необходимостью применения длинных отводящих труб.

Цель изобретения - увеличение экономичности, снижение веса и повышение надежности датчика.

Поставленная цель достигается тем-, что в датчик, содержащий пневматический делительный механизм, снабженный жиклером постоянного сечения и регулируемым дросселем, соединенным с пневмомеханическим устройством отрицательной обратной связи, причем источник большего из делящихся давлений соединен со входом в жиклер, а источник меньшего изделящихся давлений соединен с пневмомеханическим устройством обратной связи, а выход регулируемого дросселя соединен с атмосферой через устройство, создающее на регулируемом дросселе закритическое отношение давлений, введены регулируемый дроссель в виде

трубки Вентури с регулирующей иглой, а устройство, создающее на регулируемом дросселе закритическое отношение давлений, выполнено в виде вихревого эжектора, расположенного соосно с трубкой Вентури и соединенного с ней по линии эжектируемого газа причем шток регулирующей иглы расположен внутри вихревого э чектора и составляет одно целое со штоком пневмомеханического устройства. Кроме того,эквивалентный угол диф фузорной части трубки Вентури увеличен до 10. При этом устройство, соз дающее на дросселе закритический перепад выполнено в виде струйного тора, а выход из регулируемого дросселя соединен через вихревой эже тор с источником низкого давления. Введение трубки Вентури с регулирующей иглой взамен регулируемого дросселя позволяет получать на входе в эжектор давление пассивного газа, близкое к уровню меньшего из делящих ся давлений, вследствие восстановления давления в слаборасширяющейся диффузорной части трубки Вентури при условии безотрывного течения в ней. В результате потребная степень повы шения давления в эжекторе становится близкой к единице (несколько превыша ее, в то время как при применении обычного дросселя потребная степень повышения давления в эжекторе должна быть не менее 1,89. Особенностью все типов эжекторов в том числе и вихревых, является то, что ваухнейший пока затель их экономичности - коэффициен эжекции, равный отношению расхода эжектируемого газа к расходу активного газа, сильно зависит от степени повышения давления, причем эта зависимость нелинейна и коэффициент эжек ции резко убывает при увеличении сте пени .повышения давления. Упомянутое снижение потребной степени повышения давлений приводит к резкому увеличению коэффициента эжекции, т.е. к снижению потребного расхода активного газа, что благоприятно сказывается на экономичности, габаритах и весе эжектора и датчика в целом. Введение ограничения на эквивалентный угол расширения диффузорной части трубки Вентури с регулирующей иглой внутри нее, который оценивает увеличение проходного сечения диффузорной части, связано с необходимостью гарантировать безотрывное течение в расширяющейся части трубки при изменении числа Рейнольдса в широких пределах. Расположение штока регулирующей иглы внутри камеры смешения вихревого эжектора позволяет осуществить более плотную компоновку датчика и снизить температуру регулирующей иглы, так как в этом случае она смыва7 .AV. ется газом пониженной температуры в центральной части камеры смешения вихревого эжектора. Снижение температуры иглы и соединенных с ней конструктивных элементов положительно сказывается на ресурсе и надежности датчика. На фиг. 1 показана схема датчика отношения давления; на фиг. 2 - схема датчика с прямоструйным эжектором; на фиг. 3 - схема подключения датчика к ГТД. Датчик отношения давлений состоит из дросселя 1, трубки Вентури 2, регулирующей иглы 3, поршневого пневмоусилителя Ц обратной связи. вихревого эжектора 5. Большее из делящихся давлений Р подводится ко входу в дроссель 1 и к штуцеру высокого давления эжектора 5. Меньшее из делящихся давлений Р., подводится в полость слева относительно поршня пневмоусилителя 4 обратной связи. Корректированное давление РЛ , действующее в полости между хдаклером 1 и трубкой Вентури 2, подводится в полость справа относительно поршня пневмоусилителя обратной связи. Датчик работает следующим образом. Если измеряемое отношение давлений повышается, например, за счет повышения Р|2 при P const, то первог начально Р тоже повышается и давление в полости справа относительно поршня оказывается выше, чем давление слева (Р-,). Под действием перепада давлений на поршне он движется влево, при этом проходное сечение в горле трубки Вентури 2 увеличивается, а давление Р| снижается. Движение поршня прекращается после исчезновения перепада давлений на нем. Новое положение поршня соответствует условию обеспечивается в условиях повысившегося 1 при определенном дополнительном раскрытии горла трубки Вентури 2, а значит, и определенном дополнительном смещении поршня влево. Аналогичное перемещение поршня произойдет и в том случае, если измеряемое отношение давлений повысится за счет понижения давления Р при P const, с той лишь разницей, что перепад, движущий поршень, образуется за счет снижения Р при P(5 const. В данной схеме трубка Вентури 2, а точнее ее диффузорная часть, располагаю7щаяся вниз по потоку за горлом, рабо тает как восстановитель давления, снижающий потребную степень повышения давления в эжекторе 5 и тем самым повышающий коэффициент эжекции эжектора, что в конечном итоге приводит к снижению суммарных затрат ра бочего тела высокого давления. На фиг. 2 показана схема датчика, в который взамен вихревого эжектора введен прямоструйный эжектор 5, позволяющий использовать уже существующие в промышленности датчики. Датчик работает аналогично описанному датчику. Подвод газа с меньшим из делящихся давлений (давление за турбиной к выходу вихревого ёжектора поз воляет осуществлять сброс газа за турбину, а не в атмосферу. При этом повышается удельная тяга двигательной установки в целом и снижается ве системы и связи с отсутствием необходимости использования специальных газоводов или других устройств для отвода горячего воздуха от датчика к срезу мотогондолы. Формула изобретения 1. Датчик отношения давлений, содержащий пневматический делительный механизм, снабженный жиклером постоянного сечения и регулируемым дрос селем, соединенным с пневмомеханичес ким устройством отрицательной обратной связи, выполненным в виде цилинд ра с поршнем и штоком, причем источник большего давления соединен со входом в жиклер, источник меньшего давления соединен с пневмомеханическим устройством обратной связи, а вы ХОД регулируемого дросселя соединен с атмосферой через устройство, создающее на регулируемом дросселе закритическое отношение давлений, отличающийся тем, что, с целью экономичности. Снижения веса, повышения надежности, регулируемый дроссель выполнен в виде трубки Вентури с регулирующей иглой, а устройство, создающее на регулируемом , дросселе закритическое отношение давлений, выполнено в виде вихревого эжектора, расположенного соосно с трубкой Вентури и соединенного с ней, причем шток регулирующей иглы расположен внутри вихревого эжектора и составляет одно целое со штоком пневмомеханического устройства. 2.Датчик по п. 1, отличающий с я тем, что, с целью уменьшения длины трубки Вентури, полный эквивалентный угол в ее диффузорной части не менее 10 3.Датчик по пп. 1 и 2, от л ичающийся тем, что, с целью унификации, устройство, создающее на дросселе закритический перепад, выполнено в виде струйного эжектора. . Датчик по пп.1-3, о т л и .ч аю щ и и с я тем, что выход регулируемого дросселя соединен через вихревой эжектор с исто иником низкого давления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Залманзон Л. А„ Аэродинамичес-. кие методы измерения входных параметров автоматических систем. М., Наука 1973, с. 20-23, рис. 2,I.e. 2.Теория автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов. Под ред. Шевякова А.А. М, Машиностроение, 1976, с. 228, рис. 8.5 .(прототип).

biiilihi

г./

Ф(:1