СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА МИКРО ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ С ДВИГАТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ ТУРБОКОМПРЕССОРА ОТ ДВС
ROTOR RPM MEASUREMENT SYSTEM OF MICRO GAS TURBINE PLANT WITH ENGINE BASED ON THE TURBO-COMPRESSOR OF ICE

Изобретение относится к газотурбостроению и авиадвигателестроению, более конкретно - к системам измерения частоты вращения ротора газотурбинных двигателей, имеющих циркуляционную систему смазки подшипниковых опор, включающую системы подачи масла и суфлирования, в частности к системам измерения частоты вращения ротора турбин газотурбинных двигателей наземного использования.
Известно устройство для замера оборотов свободной турбины, включающее ведущую шестерню, закрепленную на валу свободной турбины, кинематически связанную через систему цилиндрических и конических шестерен с индуктором, для передачи ему соответствующих оборотов.
Недостатком этого устройства замера оборотов является то, что требуется изготовить детали кинематики и коробки передач, что связано с большими затратами труда и материалов (Описание силовой турбины НК-16СТ СНТК им. Н.Д. Кузнецова, г. Самара, 1982 г.).
Известно устройство, в котором индуктор размещен непосредственно на валу свободной турбины между приводной муфтой и шарикоподшипником опоры (Руководство по технической эксплуатации двигателя НК-16-18СТ: Кн. 2, разд. 6, стр. 189, Кн. 3, разд. 9, стр. 14).
Это устройство для его постановки на изделие в эксплуатации требует демонтажа соединительной муфты, что приводит к нарушению сбалансированности ротора свободной турбины. Это вызывает большие трудности замены деталей в эксплуатации, что, в свою очередь, значительно повышает материальные затраты на проведение указанных работ.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является система измерения частоты вращения ротора газотурбинного двигателя, имеющая циркуляционную систему смазки подшипниковых опор, включающую системы подачи масла и суфлирования, каналы смазки которых выполнены в ребрах опоры газотурбинного двигателя, содержащая бесконтактный датчик частоты вращения индукционного типа, закрепленный на деталях статора газотурбинного двигателя, содержащая индуктор, выполненный в виде зубчатого колеса, установленного на роторе газотурбинного двигателя под датчиком частоты вращения, с осью, совпадающей с осью вращения ротора газотурбинного двигателя, систему обработки сигнала, электрические линии, связывающие датчик частоты вращения с системой обработки сигнала, при этом трубчатый корпус преобразователя частоты вращения по месту соединения с тройником разделен на две части и между тройником и трубчатым корпусом преобразователя частоты вращения установлен компенсатор, а в нижней части трубчатого корпуса преобразователя частоты вращения, непосредственно перед входом в корпус маслополости на наружной поверхности, выполнен цилиндрический опорный выступ, ограничивающий перемещения трубчатого корпуса в радиальном направлении в сторону оси ротора двигателя (патент РФ 2499236 от 20.11.2013).
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является невозможность установки индуктора на ротор микроГТД, на которой в качестве компрессора и турбины используется турбокомпрессор от ДВС, т.к. ротор турбокомпрессора имеет малые массогабаритные размеры, а разборка ротора, с целью монтажа индуктора, нарушит балансировку ротора.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка более надежной в работе, дешевой в изготовлении и простой в обслуживании системы измерения частоты вращения ротора газотурбинных двигателей без физического контакта с ротором турбокомпрессора от ДВС.
Технический результат заключается в использовании лазерного светового излучателя со считывающим и электронно-преобразующим устройством.
Технический результат достигается тем, что на ротор турбокомпрессора, а именно на крепежную гайку компрессорной турбины, наносится светоотражающее покрытие, которое подсвечивается лазерным световым излучателем, отблеск которого отражается на светоприемное устройство, сигнал которого поступает на считывающее электронно-преобразующее устройство.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1 и фиг.2.
На фиг. 1 представлена схема устройства систему измерения частоты вращения ротора ГТД.
На фиг. 2 показана гайка со светоотражающем и светопоглащающим покрытием.
Система измерения частоты вращения ротора микроГТД с двигателем на основе турбокомпрессора от ДВС содержит: входное сопло турбокомпрессора 1, турбину компрессора 2, гайку 3, муфту 4, металлическую трубку 5, оптоволоконый кабель 6, лазерный световой излучатель 7, световой луч 8, электронно-преобразующее устройство 9, электрическую линию 10, бортовой источник питания 11, светоотражатель 12, светопоглотитель 13.
-1
Сущность изобретения заключается в том, что во время работы двигателя частота вращения ротора достигает 100-150 тыс. об. Механически подключиться к ротору со стороны компрессора или турбины без изменения конструкции турбокомпрессора не представляется возможным. Вследствие этого измерение частоты вращения можно произвести только бесконтактным методом, а именно подсчетом импульсов отраженного света от лазерного светового излучателя. Для отражения светового луча на крепежной гайке компрессорной турбины установлен светоотражатель и свотопоглотитель. Количество оборотов ротора соответствует количеству световых импульсов. Светоотражатель и свотопоглотитель на работу ротора турбокомпрессора не влияют. Электронно-преобразующее устройство частоту отраженных световых импульсов выводит на цифровой дисплей.
Решается техническая задача в системе измерения частоты вращения ротора газотурбинного двигателя, имеющей циркуляционную систему смазки подшипниковых опор, включающую системы подачи масла и суфлирования, каналы смазки которых, выполнены в ребрах опоры газотурбинного двигателя, согласно изобретению содержащей входное сопло турбокомпрессора, в котором размещена турбина компрессора с крепежной гайкой со светоотражателем и светопоглотителем, где на входном сопле турбокомпрессора установлена муфта, в которую с одной стороны вставлена и закреплена металлическая трубка с оптоволоконным кабелем, а с противоположной стороны вставлен и закреплен лазерной световой излучатель, световой луч которого, через светоотражатель и оптоволоконный кабель, попадает на электронно-преобразующее устройство, причем последний и лазерный световой излучатель по электрической линии подключены к бортовому источнику питания.
Работает предлагаемая система измерения частоты вращения ротора микрогазотурбинной установки с двигателем на основе турбокомпрессора от ДВС следующим образом.
При работающем двигателе ротор, на котором находится гайка 3 крепления компрессорной турбины 2, приводится во вращение. Гайка 3 по диаметру разделена и покрашена (фиг. 2), одна половина покрыта светоотражающей краской и является светоотражателем 12, вторая половина покрыта светопоглощающей краской и является светопоглотителем 13. Трубка 5, в которой находится оптоволоконный кабель, подведена к гайке 3 на расстояние 5-8 мм и расположена таким образом, чтобы излучаемый свет 8 от лазерного светового излучателя 7 попадал на гайку 3 и, отражаясь от светоотражателя 12, попадал в трубку 5 точно на оптоволоконный кабель 6 и далее в электронно-преобразующее устройство 9. При включении лазерного светового излучателя 7 световой луч 8 падает на вращающуюся гайку 3, на световое пятно которой, поочередно, попадает вращающейся светоотражатель 12 или светопоглотитель 13. Светоотражатель 12 в импульсном режиме передает отраженный свет по оптоволоконному кабелю 6 в электронно-преобразующее устройство 9. Лазерный световой излучатель 7 и электронно-преобразующее устройство 9 по электрической линии 10 подключены к бортовому источнику питания 11.