Датчик отношения давлений газа

тснихТИЧЕСНИХ СОЦИА ЛИС РЕСПУБЛИ(51)4 С 01 Ь ВСЕЕ ИЗОБРЕТЕНИСВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКЬ ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(54) ДАТЧИК ОТНОШЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ ГАЗА(57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения -повышение точности и экономичностиДля этого в устройстве используютсядва вихревых генератора, работающихв гидродинамически подобных режимахи имеющих одинаковую чувствительностьк изменению уровня абсолютных температур и давлений и теплофизическихсвойств рабочего тела, Установка второго струйно-акустического преобразователя и подключение его последовательно с первым приводят к снижениюрасхода через датчик отношения давлений и повышают его экономичность.2 ил.Изобретение относится к измерительной технике, а именно к системамрегулирования и управления газотурбинными двигателями (ГТД),Целью изобретения является повышение точности и экономичности.На фиг.1 представлена схема датчика отношения давлений; на фиг.2схема подключения датчика отношениядавлений,Датчик содержит два струйно-акустических генератора 1 и 2 колебанийдавления, выполненных в виде вихревых генераторов, содержащих тангенциальные сопла 3 и 4, камеры 5 и 6закручивания, цилиндрические диффузоры 7, 8 и щелевые диффузоры 9, 10соответственно, пьезоэлектрическиепреобразователи 11 и 12 колебаний 20давления в электрические импульсы,а также счетно-решающее устройство13. Выход иэ щелевого диффузора 9первого генератора 1 соединен с входом тангенциального сопла 4 генератора 2. Пьезоэлектрические преобразователи 11 и 12 подключены к щелевымдиффузорам 9 и 10 соответственно, авыходы пьезоэлектрических преобразователей 11 и 12 электрически соединены со счетно-решающим устройством13. Высокое давление Р подводитсяк соплу 3 питания, а низкое давлениеР - к выходу из щелевого диффузора10, Датчик предназначен для иэмерения 35отношения давлений, превышающих критическое отношение давлений (771,9),Датчик отношения давлений газа работает следующим образом,Под действием перепада давлений 40через генераторы 1 и 2 протекает газ.При этом в горле сопла 4 устанавливается критическое течение, так какплощадь его проходного сечения меньшеплощади проходного сечения сопла 3. 45В результате выше по потоку (в проточной части генератора 1) устанавливается стабилизированное, течение,т.е. распределение локальных привеЩденных скоростей Л = в в , где со - 50арлокальная скорость; а р - критическая скорость звука, остается неизменным и не зависит от отношения давлений на устройстве в целом. Напротив, ниже по потоку, т.е. в генераторе 2 течение не стабилизированное(для этого выходное отверстие щелевого диффузора 10 должно быть существенно больше проходного сопла 4, конкретные значения проходного сечения выходного отверстия определяются диапазоном измерений). Распределение приведенной скорости в генераторе 2 зависит от отношения давлений на устройстве в целом. При протекании газа в обоих генераторах возбуждаются колебания давлений, Экспериментально установлено, что амплитуда колебаний максимальна в периферийной части щелевых диффузоров. Вследствие стабилизации течения в генераторе 1 частота колебаний давления в нем - Г зависящая от скорости течения, отображает только температуру газа (ар зависит от температуры газа). В то же время частота колебаний давления в генераторе 2 - Г , зависящая от скорости течения, отображает не только температуру газа (через а), но и отношение давлений, Колебания давления преобразуются в электрические колебания преобразователями 11 и 12, которые в счетно-решающем устройстве 13 преобразуются в выходной сигнал. Счетно-решающее устройство выполняет операцию деления частоты Х на частоту Й, в результате чего выходной сигналй ч(й)сопзЕ ГфХ = сопзе1 Ясопят Тсопят р( ц)зависит только от отношения давлений.В динамике датчик работает аналогично, с той лишь разницей, что его показания запаздывают относительно действительного мгновенного значения отношения давлений на величину, равную времени изменения давлений в проточной части датчика. Характерное время установления определяется объемом полостей датчика и расходом газа через него. Так как суммарный объем генераторов датчика невелик1 10м, а объемный расход газа составляет (3-5) 10 м /с, то характерное время пневматического запаздывания составляет (0,2-0,3) 10с, Это исключительно малая величина по сравнению с характерным временем переходных процессов в двигателе.Имеется также особенность работы в динамике, связанная с температурнымивозмущениями - датчик показывает верные значения отношения давлений только при одинаковых температурах газа, заполняющего генераторы 1 и 2. Одна 5 ко при последовательном протекании газа через генераторы температурное возмущение может приводить к различию температур газа в генераторах, что связано с теплообменом между га. зом и стенками генератора. С целью уменьшения динамической погрешности, децствующей в течение времени, определяемого теплоемкостью стенок генератора и коэффициентами теплоотдачи от газа к стенкам, питание датчика осуществляется через достаточно длинный трубопровод (см. схему на фиг,2), Стенки этого трубопровода выполняют роль фильтра низких частот, благодаря чему температурные возмущения сглаживаются из-за теплообмена между газом и стенками трубопровода и к входу в датчик поступают сколь угодно ослабленными. В реальной конструкции )5 этот трубопровод достаточно сделать длиной 300 мм при диаметре трубопровода 8 мм и толщине стенки 1 мм. Этот трубопровод может быть использован также и для того, чтобы осуществить питание датчика воздухом при измерении отношения давлений на турбине (фиг.2). Воздух от компрессора по трубопроводу подводится к датчику, а его "излишки" сбрасываются через выравнивающую трубку в область перед турбиной, благодаря этому давление перед датчиком практически не отличается от давления перед турбиной, в то время как датчик питается воз О духом, а не газами высокой температуры. С одной стороны, повышается надежность работы датчиков (исключается воздействие высокотемпературногогаза на конструкцию датчика), а, с 45 другой стороны, это благоприятно сказывается на точности измерений, так как исключается влияние состава газа через отношение теплоемкостей К = С /С на распределение приведенР г 50 ных скоростей 3 и в конечном итоге на частоты (коэффициент скорости зависит не только от отношения давлений, но, и, хотя и слабо, от К =С /С ).Если отношение давлений Т= Р /Р, увеличивается, например, за счет повышения Р, увеличивается перепад давлений на датчике, Вследствие ста-. билизации течения в генераторе 1 частота колебаний Г давления в нем не зависит от отношения давлений на датчике, т.е. Г, = сопя (при Т =сопз 1), Частота колебаний давления в генераторе 2 зависит от отношения давлений на датчике. Увеличение перепада давлений приводит к увеличению частоты колебаний давления в генераторе 2, т.е. Г увеличивается. Отношение частот Г/Г отображающее отношение давлений % = Р/Р увеличивается. При уменьшении отношения давлений 71 = Р/Р например за счет понижения Р, датчик работает аналогично, но противоположным образом.Поставленные цели в предлагаемом устройстве достигаются следующим образом.Повышение точности обеспечивается использованием двух однотипных (вихревых) генераторов, Основным источником погрешности в датчиках отношения давлений на основе струйноакустических генераторов, к которым относятся прототип и предлагаемое устройство, является изменение числа Рейнольдса Ке, оценивающего влияние вязкости на рабочий процесс. В предлагаемом устройстве проточные части генераторов (камеры закручивания, цилиндрические и щелевые диффузоры) имеют идентичные размеры. Благодаря этому при последовательном включении генераторов, когда массовые расходы через них оказываются равными, значения чисел Ке оказываются идентичными, влияние чисел Ке на частоты Й, и Г оказываются одинаковыми и приГ 2 образовании выходного Х = сопз Гполностью исключаются.Действительно, из уравнения неразрывности имеем р, Ы,Р= р Ы Р , гдер - плотности в сходственных сечениях генераторов 1 и 2; У Ы- скорости в сходственных сечениях генераторов 1 и 2; Р, Р - площади в сходственных сечениях генераторов 1 и 2. Вследствие идентичности генераторов Р = Р, следовательно р, И,= = 1 Ы г. Плотности тока Р И входят вРадвыражение числаЙе = , где дРхарактерный размер;- коэффициент вязкости.С учетом изложенного, .а также того что р, = рвследствие равен 1384984ства температур и д = д(сходственные размеры идентичны) имеем Ке, = Ке.Таким образом, достижение точ 5 ности в предлагаемом устройстве является следствием использования двух однотипных (вихревых) генераторов, работающих в гидродинамически подобных режимах (по числу Ке) и имеющих одинаковую чувствительность к изменению параметров состояния (уровня абсолютных температур и давлений) и теплофизических свойств рабочего тела. 15Установка второго струйно-акустического преобразователя и подключение его последовательно с первым струйно-акустическим преобразователем приводит к снижению расхода через 20 датчик отношения давлений и, следовательно, повышает его экономичностьИзобретение может найти применение в системах управления газотурбинными двигателями ГТД в системах регулирования и управления механизацией компрессора, форсажной камерой, соплом, турбиной, а также в автоматах разгона, противоположных устройствах и т.п. 30Формула изобретенияДатчик отношения давлений газа,содержащий первый струйно-акустичес кий преобразователь давления, соплопитания которого соединено каналомс источником высокого давления, двапьезоэлектрических преобразователяколебаний давления и источник низкого давления, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения и экономичности, онснабжен вторым струйно-акустическимпреобразователем давления и вычислительным блоком, при этом оба струйноакустических преобразователя давления выполнены в виде вихревых генераторов колебаний давления с тангенциальными соплами питания, камерамизакручивания, цилиндрическими и щелевыми диффузорами, которые выполнены идентичными в обоих генераторах,выход из щелевого диффузора первогогенератора соединен каналом с сопломпитания второго генератора, а выходиз щелевого диффузора второго генератора соединен каналом с источником низкого давления, причем пьезоэлектрические преобразователи уста-новлены в периферийной части щелевыхдиффузоров генераторов и подключенык вычислительному блоку, при этомдиаметры критических сечений сопл питания генераторов удовлетворяют соотношению Р/Р,(1, где Ри Р- диаметры критического сечения сопла питания соответственно первого и второго генераторовСоставитель И.Чернявски Техред Л. Олийнык Корректор Г.Решет Редактор Н.Слободяник Заказ 1405/39 Тираж 847 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раушскодписн митета СССР и открытии ая наб., д, 4/ Проектная, 4 оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужго