Датчик отношения давления

Со 1 оз СоветсиииСоциалистичесиикРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ц 892247Опубликовано 23. 12, 81. Б 1 оллетень РВ "7Дата опубликования описания 25.12.81 во делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Казанский ордена Трудового Красного знамени авиационный институт им. А. Н. Туполева(5 Ц) ДАТЧИК ОТНОШЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ 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 про" ходного сечения клапана давление под мембраной изменяется и баланссил восстанавливается, Так как приизменившемся 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 дру Огих типов, имеющие аналогичные редукторы на дросселях, снабжаютсяэжекторами, создающими разрежениена выходе редуктора так, чтобы отношение давлений на втором дросселебыло закритическим 13.Недостатком известного датчика,с точки зрения экономичности, является большой потребный расход активного воздуха, питающего эжектор.Расход активного воздуха через эжектор многократно превышает расходвоздуха. через редуктор, являющийсядля эжектора пассивным.Вследствие того, что потребная степень повышения давления пассивного газа, равная отношени 0 меньшего из делящихся давлений к давле; нию на выходе из второго дросселя, может достигать 1,89, эжектор 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 датчик отношения давлений, содержащийпневматический делительный механизм,снабженный жиклером постоянного се"чения 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 пневмомехани" ческим устройством обратной свлзи, а также с выходом дросселя регулируемого сечения. через устройство, создающее на этом дросселе закритическое отношение давлений, выхлоп из которого производится в атмосферу.Длл 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 Г 21Однако потери полного давления в дросселе регулируемого сечения, связанные с внезапным расширением закритическим сечением дросселя и вызванным этим отрывом потока, приводят кбольшой величине потребного повыше"ния давления в эжекторе, которое ма"жет достичь величины 1,89 в случае,если меньшее из делящихся давленийравно атмосферному, например в случае измерения суммарной степени повышения давления в компрессоре многокаскадного ГТД. В случае измерения Ф 5 10 15 20 25 30 З 5 40 45 55 степени повышения давления каскада высокого давления эта величина становится меньше, чем 1,89 но все равно на частичных режимах двигателя существенно превышает 1,Это приводит к тому, что сог сование редуктора пневматичес о делительного устройства) с эженором может быть 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 теплооотвода. Кроме того, при применении этого датчика для измерения Уотсутствует возможность утилизации воздуха, выходящего из эжектора в трак те 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 дав" лений соединен со входом в жиклер, а источник меньшего из делящихся 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 энектора8922 5и составляет одно целое со штоком пневмомеханического устройства.Кроме того, эквивалентный угол диффузорной части трубки Вентури увеличен до 104, При этом устройство, создающее на дросселе закритический перепад выполнено в виде струйного эжектора, а выход газа из регулируемого дросселя соединен через вихревой эжектор с источником низкого давления. фВведение трубки Вентури с регулирующей иглой взамен регулируемого дросселя позволяет получать на входе в эжектор давление пассивного газа, близкое к уровню меньшего из делящих ю ся давлений, вследствие восстановления давления в слаборасширяющейся диффузорной части трубки Вентури при условии безотрывного течения в ней, В результате потребная степень повы- ув щения давления в эжекторе становится близкой к единице (несколько превышая ее), в то время как при применении обычного дросселя потребная степень повышения давления в эжекторе должна 25 быть не менее 1,89, Особенностью всех типов эжекторовв том числе и вихревых 1 является то, что важнейший показатель их экономичности - коэффициент эжекции, равный отношению расхода Эф эжектируемого газа к расходу активного газа, сильно зависит от степени повышения давления, причем эта зави" симость нелинейна и коэффициент эжекции резко убывает при увеличении сте- З 5 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 те 0 чение в расширяющейся части трубки при изменении числа Рейнольдса в широких пределах.Расположение штока регулирующей иглы внутри камеры смешения вихрево 5 го эжектора позволяет осуществить более плотную компоновку датчика и снизить температуру регулирующей иглы, так как в этом случае она смыва 47 6ется 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 эжекто" ром; на фиг. 3 - схема подключения датчика к ГТД.Датчик отношения давлений состоит из дросселя 1, трубки Вентури 2, регулирующей иглы 3, поршневого пневмоусилителя 4 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 Р, действующее в полости между жиклером 1 и трубкой Вентури 2, подводится в полость справа относительно поршня пневмоусилителя 4 обратной связи.Датчик работает следующим образом.Если измеряемое отношение давлений повышается, например, за счет повышения Р при Р -- сопзй, то перво-. начально Рф тоже повыыается и давЫление в полости справа относительно поршня оказывается выше, чем давление слева (Р). Под действием пере" пада давлений на поршне он движется влево, при этом проходное сечение в горле трубки Вентури 2 увеличивается, а давление Рснижается. Движение поршня прекращается после исчезновения перепада давлений на нем. Новое положение поршня соответствует условию Р =Р, что обеспечивается в условиях повысившегосяФР при определенном дополнительном раскрытии горла трубки Вентури 2, а значит.и определенном дополнитель" ном смещении поршня влево. Иналогичное перемещение поршня произойдет и в том случае, если измеряемое отношение давлений повысится за счет понижения давления Р при Р=сопз 1,3( с той лишь разницей, что перепад, движущий поршень, образуется за счет снижения Р при Р =сопз 1. В данной схеме трубка Вентури 2, а точнее ее диффузорная часть, располагаю 7 89224щаяся вниз по потоку за горлом, рабо-тает как восстановитель давления,снижающий потребную степень повышения давления в эжекторе 5 и тем самым повышающий коэффициент эжекцииэжектора, что в конечном итоге приводит к снижению суммарных затрат рабочего тела высокого давления.д На фиг. 2 показана схема датчика,в который взамен вихревого эжектора 10введен прямоструйный эиектор 5, позволяющий использовать уже существующие в промышленности датчики, Датчик работает аналогично описанномудатчику. 15Подвод газа с меньшим из делящихся давлений ( давление за турбиной ) к выходу вихревого эжектора позволяет осуществлять сброс газа затурбину, а не в атмосферу, При этом 20повышается удельная тяга двигательной установки в целом и снижается вессистемы в связи с отсутствием не"обходимости использования специальных газоводов или других устройств 25для отвода горячего воздуха от датчика к срезу мотогондолы,30Формула изобретения1. Датчик отношения давлений, содержащий пневматический делительный механизм, снабженный жйклером постоянного сечения и регулируемым дросселем, соединенным с пневмояеханическим устройством отрицательной обратной связи, выполненным в виде цилиндра с поршнем и штоком, причем источ- .ник большего давления соединен со входом в жиклер, источник меньшего давления соединен с пневмомеханичес" ким устройством обратной связи, а выход регулируемого дросселя соединенс атмосферой через устройство, создающее на регулируемом дросселе закритическое отношение давлений, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью экономичности, Снижения веса,повышения надежности, регулируемыйдроссель выполнен в виде трубки Вентури с регулирующей иглой, а устрой-ство, создающее на регулируемом,дросселе закритическое отношениедавлений, выполнено в виде вихревого эжектора, расположенного сооснос трубкой Вентури и соединенного сней, причем шток регулирующей иглырасположен внутри вихревого эжектора и составляет одно целое со што"ком пневмомеханического устройства.2. Датчик по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения длины трубки Вентури, полныйэквивалентный угол в ее диффузорнойчасти не менее 10,о3, Датчик по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюунификации, устройство, создающеена дросселе закритический перепад,выполнено в виде струйного эжектора.4. Датчик по пп.1-3, о т л и .ч аю щ и й с я тем, что выход регулируемого дросселя соединен через вихревой эжектор с источником низкогодавления.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Залманзон Л. А. Аэродинамичес".кие методы измерения входных параметров автоматических систем. М., "Наука"1973 с, 20-23, рис, 2.1.е,2. Теория автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов. Под ред. Шевякова А.А.М нМашиностроениефф, 197 б, с, 228,рис. 8.5 .прототип),892247 Составитель О. Сафоноведактор И. Николайчук Техред С. Мигунова Корректор " Демчи 1216/62 Тираж 910 П8 НИИПИ Государственного комитета СССРло делам изобретений и открытий113035, Иосква, 8-35, Раушская наб.,Закаэ писное 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4