Устройство для измерения температуры высокотемпературных газовых потоков

Полезная модель относится к термометрии и может быть использована для измерения температуры быстропротекающих высокотемпературных процессов в газодинамике.
Современные авиационные газотурбинные двигатели (ГТД) являются сложными многорежимными объектами, которые включают в себя  множество разнообразных физических процессов.
Одним из основных параметров, характеризующих режим работы авиационных ГТД, является температура газа перед турбиной.
В настоящее время измерение температуры газа в ГТД осуществляется с помощью термопар. Проблема измерения высокотемпературного газового потока является одной из актуальных.
Выбор материала термопар определяется конкретными условиями, рабочей температурой, средой, конструкцией устройства.
Контроль температуры производится при помощи термопар платино-платинородиевой для высоких температур до 1700°С и хромель – алюмель для более низких до 1100°С.
Платино-платинородиевые термопары образуются двумя термоэлектродами из благородных металлов: сплава платины с родием и чистой термоэлектродной платины.
Платино-платинородиевые термопары отличаются возможностью длительной эксплуатации, хорошим сопротивлением корозии, высокой температурой плавления.
Известно устройство для измерения температуры газового потока, установленного на рабочую лопатку турбины (Журнал «Авиационные двигатели» №3 (8), сентябрь 2020, «Измерение температуры газа на рабочие лопатках турбины высокого давления при стендовых испытаниях газогенератора» авторов Церетеле А.А., Ельшин А.А) представляющее собой микрокабельную термопару с открытым спаем и погрешностью измерения менее 1 % препарированную на рабочую лопатку.
Недостатком данного устройства является невозможность использования данного устройства с термопарой «хромель – алюмель» с максимальной температурой измерения до 1100 при измерении высокотемпературного потока газа от 1100°С до 1700°С.
Известно устройство для измерения температуры газовых потоков (патент РФ №2619360, G01K7/02, G01K13/02, заявлено 20.04.2016, опубликовано 15.05.2017) содержащее корпус термопары с продольно осевым каналом, в котором размещена термопара, представляющая собой металлическую трубку c термопарными проводами, выступающую в измеряемый газовый поток.
Недостатком описанных конструкции является низкая надежность устройства в следствии нагрева места установки термопары в условиях высоких температур от 1100°С до 1700°С.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в создании конструкции устройства для измерения температуры высокотемпературных газовых потоков позволяющих повысить надежность работы устройства при высоких температурах за счет выполнения корпуса термопары  охлаждаемым.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения температуры высокотемпературных газовых потоков, содержащее корпус термопары с продольно осевым каналом, в котором размещена термопара, представляющая собой металлическую трубку c термопарными проводами, выступающую в измеряемый газовый поток.
Новым в полезной модели является то, что корпус термопары, выполнен в виде охлаждаемой цилиндрической втулки с каналами, расположенными под углом от 10° до 90° к осевому каналу, направляющими охлаждающий воздух в сторону измеряемого газового потока, при этом длина L выступающей части металлической трубки в измеряемый газовый поток больше 4 диаметров вышеупомянутой металлической трубки конец которой имеет герметизирующую зону с высокотемпературной термопарой, а термопара выполнена из платино-родиевого материала.
Расположение каналов под углом от 10° до 90° позволяет охладить корпус термопары без влияния на температуру измеряемого потока.
Корпус термопары содержит дополнительный выступающий кольцеобразный элемент для крепления к детали, расположенной в месте измерения,  повышающий надежность крепления устройства.
На прилагаемом чертеже изображено устройство для измерения температуры высокотемпературных газовых потоков.
Устройство для измерения температуры высокотемпературных газовых потоков содержит корпус 1 термопары 2 с продольно осевым каналом 3, в котором размещена термопара 2.
Термопара 2 представляет собой металлическую трубку c термопарными проводами, выступающую в измеряемый газовый поток и выполненную из платино-родиевого материала.
Корпус 1 термопары 2 выполнен в виде охлаждаемой цилиндрической втулки с охлаждающими каналами 4, расположенными под углом от 10° до 90° к осевому каналу 3.
Охлаждающий воздух из каналов 4 поступает в сторону измеряемого газового потока.
Длина L выступающей части металлической трубки термопары 2 в измеряемый газовый поток больше четырех диаметров вышеупомянутой металлической трубки.
Конец охлаждаемой цилиндрической втулки (корпус 1) имеет герметизирующую зону 5 с высокотемпературной термопарой.
Корпус 1, выполненный в виде цилиндрической втулки, содержит дополнительный выступающий кольцеобразный элемент 6 для крепления к детали, расположенной в месте измерения.
Измерение температуры газового потока осуществляется следующим образом.
Устройство для измерения температуры высокотемпературных газовых потоков устанавливают в место измерения. Предварительно неразъёмно закрепив термопару 2 в цилиндрической втулке 1 c обеспечением зоны герметизации 5. Далее корпус 1 с термопарой 2 устанавливают в место измерения и крепят в местах выступающего кольцеобразного элемента 6.
При работе газотурбинного двигателя охлаждающий воздух поступает в осевой продольный канал 3 и далее поступает в охлаждающие каналы 4 охлаждая корпус 1 термопары 2, откуда направляется в сторону измеряемого потока.
Термопара 2 производит измерение газового потока.
Предлагаемая конструкция позволяет повысить надежность работы устройства для измерения температуры высокотемпературных газовых потоков.