Система контроля эрозионных процессов в камере сгорания

СООЗ СОВЕ(СКИХСО 1 ИАлистическиРЕСПУБЛИК Е 23 8 5 И Т ЗОБ ИСАНИ ИДЕТЕЛЬСТ ВТОРСКОМ 2(72) В.В. Болознев,Б.В., Совлунов ния параметров . - М,: Энергово СС , 1988 еплоэнергео в системах энергетичеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ционныи институт им. .А. Гаянов и В,Б. Один(53) 621.182.26(088,8)(56) Викторов В,В., ЛункиА,С, Радиоволновые измертехнологических процессоатомиздат, 1989, с. 208.Авторское свидетельсМ 1603146, кл. Е 23 М 5/1 54) СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ 57) Изобретение относится к теплоэнергетике и имеет целью повышение качества контроля эрозионных процессов в камерах сгорания с радиопрозрачной стенкой. Система содержит два автогенератора СВЧ-диапазона, настроенных на измерительную 11 и дополнительную 12 частоты, АвтогенератоИзобретение относится к ттике и может быть использованконтроля надежности работыских установок,Известны устройства, позволяющие получать информацию о технологических параметрах и их изменениям в ходе технологического процесса, в частности, с помощью ВЧ- и СВЧ-датчиков и измерительных устройств, Известные устройства содержат датчики в виде антенн, резонаторов ВЧ и СВЧ, генераторы ВЧ и 1703920 А ры через полосно-пропускающие фильтры с соответственно пропусканием частот 11 и 12 подключены к антенне, например, полосковой, которая способна одновременно формировать две ортогональные диаграммы направленности. Вертикальная диаграмма направленности используется для получения информации на частоте 11 в основном о полезной информации (распространение фронта горения в камере, механические перемещения деталей в камере, пиролизе и т,д.). Горизонтальная диаграмма направленности используется для получения информации в основном о температурном воздействии на стенку камеры, т.е. помехе. Применение измерителя, осуществляющего взвешенное вычитание, позволяет получать информацию, освобожденную от температурных помех. Значения частот выбраны иэ условия ЕпТ 2 - 2 11А Е, где ЕП 1- = гпах (л 11 а, Ь 52 т); лб 1 п и ль - девиации частот 11 и 12; А - коэффициент, удовлетворяющий условию 7 5А11, 5 ил. СВЧ, измерители (приемники), элементы волноводной полосковой техники.Недостатком известных устройств является невозможность определять динамику эрозии в диэлектрических стенках при воздействии на стенку температурных полей.Наиболее близким к предлагаемой системе является устройство, содержащее измерительный автогенератор, настроенный на частоту выше плазменной и установленный на внешней стенке гаэовода, датчик в виде резонатора, расположенного на внут 1703920ренней стенке газовода, утопленного в нее заподлицо с поверхностью, заполненного диэлектриком, имеющего непроводящий участок поверхности, обращенный внутрь газовода, и содержащего элемент связи с автогенератором, линию связи автогенератора с резонатором, проложенную через отверстие в стенке газовода, измеритель, а также дополнительный автогенератор, настроенный на частоту ниже плазменной, дополнительный элемент связи в резонаторе и дополнительная линия связи, конструктивно аналогичная основной и соединенная с дополнительным элементом связи и дополнительным автогенератором, каждый элемент связи выполнен емкостным или индуктивным. емкостный элемент связи установлен в точке резонатора, соответствующей узлу электрического поля, возбуждаемого другим элементом связи, а индуктивный элемент связи установлен в точке резонатора, соответствующей узлу магнитного поля, выходы генераторов подключены к двум входам измерителя, выполненного в виде устройства, формирующего сигнал, пропорциональный взвешенной разности частот автогенераторов. Колебание с частотой выше плазменной несет информацию о концентрации электронов и о помеховых факторах, колебание с частотой ниже плазменной несет информацию только о помехе, Измерение электрических параметров диэлектриков с учетом помех в этом устройстве невозможно.Недостатком известного устройства является низкое качество контроля. обусловленное свойствами СВЧ открытого резонатора, формирующего пространственно-локализованное электромагнитное поле, причем области локализации для обеих частот практически совпадают, кроме того, принцип выбора двух частот обусловлен спецификой электрофизических свойств плазмы и при диагностике диэлектриков эффекта не дает,Целью изобретения является повышение качества контроля эрозионных процессов при воздействии температурных помех.Указанная цель достигается тем, что в системе, содержащей два автогенератора СВЧ-диапазона, настроенных на измери- тЕльнуЮ 11 и дОпОлнитЕльнуЮ 12 чаСтОты и соединенных с датчиком через элементы связи линиями передачи, а выходы автогенераторов соединены с измерителем, датчик выполнен в виде антенны, например, полосковой, установленной на внешней поверхности радиопрозрачной стенки камеры сгорания так, что плоскость раскрыва антенны совпадает с внешнеи поверхностью 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 стенки, антенна выполнена так, что на измерительной частоте она имеет максимум излучения по вертикали, а на дополнительной частоте имеет минимум излучения по вертикали и изотропное распределение по азимуту, входы линии передачи подключены к выходам автогенераторов через полоснопропускающие фильтры, настроенные на частоты т 1 и т 2 соответственно, а значения частот удовлетворяют соотношению:Ра112 - 2 111А Рпз,где Ра = щах (ЬТъ, ЬЬп);Ьба, Ь 2 а дЕвиации чаСтст 11 и 12; А = 7,5; 11 - коэффициент, полученный эмпирическим путем,На фиг, 1 изображена структурная схема системы контроля эрозионных процессов при воздействии температурных помех; на фиг. 2 - диаграммы направленности полосковой антенны, возбужденной колебаниями с частотами 11 и 12; на фиг, 3 - эпюры напряжений (сплошная линия) и токов (пунктирная линия) в апертуре полосковой антенны; на фиг. 4 - вариант выполнения направленной полосковой антенны и элементов связи; на фиг. 5 - пример функциональной схемы измерителя.Структурная схема системы контроля эрозионных процессов(фиг.1) содержитдва автогенератора 1 и 2 СВЧ-диапазона, настроенных на измерительную 1 и дополнительную 12 частоты и соединенных с датчиком 3 через элементы 4 и 5 связи линиями 6 и 7 передачи, выходы автогенераторов соединены с измерителем 8.На фиг. 3 показан принцип разделения автогенераторов друг от друга. Для развязки колебаний с частотами 11 и 12 в антенне элементы связи индуктивного характера должны располагаться в узлах токов "чужого" поля колебания (точки А и Б), тогда петля в точке А, возбуждающая ток в апертуре антенны (пунктирные линии), не может формировать поле с распределением, указанным на фиг. За (так как в точке А ток равен нулю), а возбуждает 12, распределение показано на фиг. Зб. Аналогично петля Б возбуждает только 11,Система работает следующим образом.Автогенераторы 1 и 2 (фиг. 1) одновременно возбуждают в антенне 3 колебания с частотами 11 и т 2, Колебание т 1 формирует такое распределение тока в апертуре антенны (фиг, За), вследствие которого диаграмма излучения направлена перпендикулярно плоскости антенны в объем камеры, Эта волна проникает через радиопрозрачный корпус, претерпевает рассеянное отражение, принимается антенной и вызывает вав 1 огенерэторе 1 автодинный эффект, зависящий. главным Образом, от координаты участка и в меньшей степени от диаграммы обратного рассеяния. Изменение частоты двтогенератора 1 зависит также от температуры сте 1 и, влияющей на диэлектрическую проницаемость среды распространения: это и есть помела.Колебание с частотой тг формирует диаграмму излучерия, направленную вдог ь стенки, Здесь влияние диэлектрической проницаемости стенки как функции температуры на частоту автогенератора 2 преобладает, так как в зону облучения попадают отдаленные области эрозирующего участка и обратное рассеяние от них очень слабое. Таким образом, в сигналах с частотами11 и 12 содержится инФормация как полезная тдк и помеховая, но в разных пропорцияс.В линейном приближении можно записатьЛ 11 = Л 11 - Л 11 (Р) == - ЛР + - Л,312, 3 тгОР дгде - онтролируемая величина; Р - помеха.приращения Л т 1 и Л тг неодинаковывследствие различия как частот 11 и 12, так иЭ а а Зг- и - , в частности --д ЭР ЗР:, ЭРМинимальная ошибка контроля достигается, если измеритель 8 осуществляетоперацию (т 1-пч тг), где12Л А тПЧ = 1- ( - , Л Г 1 ще, Л тгпп, - , -- 1 Еп, Ес,К 0 Отц А, А 1, В 1, С 1, д 11, д 12, 01, 02, Ф 1. Фг),ГДЕ Л 11 п и - МаКСИМаЛЬНаЯ ЧаСтста ИНфОРмационного сигнала на частоте 11;1 г,пп - минимальная частота информационного сигнала на частоте 1/. - ДЛИНд ВОЛНЫ,й, 1 - ширина, толщина полоска,О толщина подложки;гс, 1 О А - действитечьнэя и мнимая части диэлектрической проницаемости стенкикамеры,- диэлектрическая проницаемостьПОДЛОЖКИ;А, В 1 С 1 - еометрические размерыкамеры,д 11. д 1 - абсолютные нестабильности1 эстот первого и второго генераторов;01 Ог - добротности антенны на частотах 1 и 12:5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Ф 1, Ф 2 - паразитные лепестки диаграммы направленности в сторону основного,чепестка "Чужого" колебания.Для того, чтобы система контроля обеспечивала поставленную цель, необсодимособлюдение соотношения между несущимичаСтотдМИ;Ев12 - 2 121А Ет,ГдЕ Лт 1 в, Лггп - дЕВИацИИ ЧаСтст 11 И 12.Нижняя граница указанного неравенства предотвращает попадание частоты биений Гр= тг - 2 т 11 в информационную полосуустройства.Эмпирический коэффициент А лежит впределах; 7.5А11-. Частота биений Ердолжна находиться в интервале от Рп допч 1 п 7,5 Рп,. Этот интервал обусловлен нестабильностью частоты автогенераторов, добротностью антенны, наличием боковыхлепестков, направленных в сторону основного лепестка другого колебания. При возрастании коэффициента А от 7,5 до 11возрастает погрешность, связанная с интегральным измерением эрозионных процессов .Этот коэффициент необходимовыбирать исходя из геометрических характеристик камеры и антенны, а также в зависимости от электрофизических свойствматериалов камеры и антенны.Пример функциональной схемы измерителя со взвешенным вычитанием представлен на фиг. 5, ввиду нецелочисленности(и даже иррациональности) весового коэффициента гп операция взвешенного суммирования частот может быть осуществленатолько в цифровой форме. Однако непосредственно оцифровать сигналы с частотаМ И т 1 И тг НЕЛ ЬЭЯ ВВИДУ ОГРаНИчЕННЫХчастотных возможностей общедоступныхмикросхем. Поэтому предварительно произведено аналоговое преобразование частот т 1 и 12 с помощью гетеродина (генератортз и умножители риаз, где р 1,2 - целое число).После оцифровки и предварительного деления (умножения) все три сигнала суммиру-ются в сумматоре с известной структурой,при этом слагаемые с частотой 1 з взаимноуничтожаются и нестабильность гетеродинакомпенсируется.Формула изобретенияСистема контроля эрозионных процессов в камере сгорания, содержащая два автогенератора электромагнитных колебанийизмерительной и дополнительной частот,подключенные к измерителю взвешеннойразности частот и соединенные линиями переддчи через элементы сВязи с ддтчиком,установленным на стенке камеры сгорания,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с цельюповышения качества контроля эроэионных1703920 Фиг.2 процессов в камере сгорания с радиопрозрачной стенкой. она дополнительно содержит два полосно-пропускающих фильтра, через которые автогенераторы соединены с датчиком, последний выполнен в виде полосковой антенны, усановленной на внешней поверхности стенки камеры сгорания и имеющей плоскость раскрыва, совпадающую с внешней поверхностью стенки, и две диаграммы направленности - одну с максимумом излучения на измерительной частоте в направлении, перпендикулярном к поверхности стенки, вторую с минимумом излучения на дополнительной частоте в упомянутом направлении и изотропным распределением излучения по азимуту в плоскости раскрыва антенны, а значения измеритель ной и дополнительной частот т 1 и 12 удовлетворяют соотношению Рп12 - 2 111А Еп,где Гп = гпах(Л 1 ъ. ЛЬп):10 Л 11 гп и Л 12 - девиации частот 11 и 12;А - эмпирический коэффициент, выбираемый из условия 7.5 4 А11.1703920Составитель Р.Гаяновдактор В.Петраш Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревсквя аказ 52 Тираж Подписное 8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10