ИЗОКИНЕТИЧЕСКИЙ ЗОНД ДЛЯ АНАЛИЗА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГАЗОВ, ГЕНЕРИРУЕМЫХ АВИАЦИОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
ISOKINETIC PROBE FOR ANALYSIS OF GAS IMPURITIES GENERATED WITH AIRCRAFT ENGINE

Область техники
Изобретение относится к изокинетическому зонду, а именно для анализа загрязнения газов, генерируемых авиационным двигателем, включающему трубку для отбора проб воздуха, передний по потоку конец которой вставлен в трубопровод, в котором циркулирует газовый поток, при этом на входе трубки для отбора проб предусмотрены средства регулирования входной скорости газового потока.
В рейсовых самолетах воздух в герметизированную кабину подается путем отбора сжатого воздуха от двигателей. Поэтому необходима проверка того, что этот воздух не содержит примесей, которые делают его непригодным для  вдыхания пассажирами кабины.
Известны измерительные зонды для анализа загрязнения газов, генерируемых авиационным двигателем. Это изокинетические зонды. Это означает, что воздух циркулирует с одинаковой скоростью в конце отбора проб зонда и в воздушном потоке, в котором осуществляют отбор. Предусмотрены наконечники трех различных диаметров, при этом известно, что входная скорость воздуха в наконечнике увеличивается, когда диаметр отверстия отбора уменьшается относительно всасываемого изорасхода. Как альтернатива или дополнение - регулирование на входе трубки отбора воздуха осуществляется системой подачи на выходе зонда.
При использовании такого зонда оценка скорости всасывания является очень приблизительной. Более того, для замены наконечника требуется демонтировать трубку для отбора воздуха. Такой демонтаж очень неудобен и отнимает время. К тому же необходимо тестировать герметичность соединения зонда с соответствующей подводящей трубкой  после повторного монтажа.
Предлагаемое изобретение имеет целью устранить такие недостатков, предложив изокинетический зонд, удобный для демонтажа и повторного монтажа, в котором скорость всасывания воздуха может быть известна с большой точностью.
Эти цели согласно изобретению достигаются за счет того, что задний по потоку конец трубки монтируют неподвижно на основании (основание, гарантирующее герметичность), при этом указанное основание имеет наружный диаметр, который монтируют во внутреннем диаметре проходной втулки, а внутренний диаметр проходной втулки выполнен достаточно большим, чтобы передний конец трубки мог проходить через внутренний диаметр проходной втулки, причем зонд содержит дополнительно измерительную камеру, конец которой соединен с основанием.
Благодаря этим характеристикам трубка для отбора проб воздуха может быть удалена снаружи трубопровода, без необходимости иметь доступ внутрь этого трубопровода, просто убрав трубку для отбора проб воздуха вместе с основанием, с которым она жестко соединена, кроме проходной втулки.
Предпочтительно конец трубки для отбора проб воздуха изогнут.
Согласно одному из вариантов реализации основание имеет раструбную часть, которая заходит в соответствующую раструбную часть проходной втулки.
Преимущественно раструбная часть основания прочно удерживается с опорой на раструбной части проходной втулки посредством гайки.
Предпочтительно измерительная камера имеет конец, заканчивающийся насадкой, причем указанная насадка прочно удерживается с опорой на раструбной части основания посредством гайки.
Эти характеристики обеспечивают простой и удобный монтаж трубки для отбора проб в газовом потоке. Для демонтажа трубки для отбора проб достаточно ослабить гайку, которая удерживает насадку измерительной камеры на раструбной части основания, что позволяет освободить основание и убрать через внутренний диаметр проходной втулки.
В предпочтительном варианте реализации изокинетический зонд согласно изобретению содержит предусмотренные в измерительной камере измерительные средства статического давления, общего давления и температуры.
Измерительное средство общего давления представляет собой, например, трубку Пито.
Измерительное средство температуры представлено, например, термопарой.
Знание трех параметров - общее давление, статическое давление и температура - позволяет рассчитать расход. Полученное значение расхода позволяет получить скорость газа для данной геометрии в измерительной камере. Знание скорости газа в измерительной камере позволяет, при помощи уравнений сохранения расхода, рассчитать скорость газа на входе, то есть на уровне входного отверстия трубки для отбора проб.
Преимущественно изокинетический зонд содержит несколько трубок для отбора проб, имеющих загнутые концы различного диаметра, причем эти трубки для отбора проб монтируются каждая из них на основание с общим наружным диаметром достаточно большим, чтобы изогнутый конец трубки мог проходить через внутренний диаметр проходной втулки.
Таким образом, можно регулировать скорость проникновения газов в трубку для отбора проб, легко заменяя трубку. Эта операция может быть осуществлена быстро, так как трубка для отбора проб, как уже было выяснено ранее, может быть легко и быстро демонтирована снаружи.
Равным образом скорость всасывания газов на входе трубки для отбора проб может регулироваться посредством всасывающего насоса, присоединенного к измерительной камере. Этот насос позволяет ускорить скорость воздуха на входе трубки для отбора проб и, следовательно, сделать эту скорость равной скорости воздуха в трубопроводе.
Согласно еще одному варианту реализации изокинетический зонд содержит мембрану, которая позволяет изменять проходное сечение на входе конца трубки для отбора проб воздуха. Благодаря наличию мембраны, которую можно приводить в действие снаружи трубопровода, можно постоянно изменять проходное сечение для газов и, следовательно, скорость газа на входе трубки для отбора проб.
Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут выяснены при прочтении нижеследующего описания примера реализации, который приводится в качестве иллюстрации со ссылкой на прилагаемые чертежи:
Фиг. 1 - общий вид в разрезе изокинетического зонда согласно предлагаемому изобретению;
Фиг. 2 - внешний вид изокинетического зонда, изображенного на фиг. 1;
Фиг. 3 - вид в перспективе изокинетического зонда, изображенного на фиг. 1 и 2;
Фиг. 4 - вид в разрезе в плоскости IV-IV на фиг. 1;
Фиг. 5 - внешний вид в перспективе верхнего конца зонда согласно изобретению;
Фиг. 6 - вид детали системы замыкания и блокировки проворота;
Фиг. 7-9 - три вида в разрезе изокинетического зонда согласно предлагаемому изобретению с уменьшающимися диаметрами трубок для отбора проб.
Изокинетический зонд согласно изобретению, обозначенный в целом позицией 2, состоит из трубки для отбора проб 4 и измерительной камеры 6. Трубка для отбора проб 4 имеет выходной конец 8, который жестко соединен с основанием 10. Основание 10 припаяно или приварено, например, к концу трубки для отбора проб. Наружный диаметр основания 10 подогнан к внутреннему диаметру проходной втулки 12. Сама проходная втулка 12 закреплена, например, приварена или припаяна, на наружной поверхности трубопровода 14 большого диаметра.
Основание 10 имеет в представленном примере реализации раструбный, конусный конец 16. Эта конусная часть опирается на ответную конусную часть 18 проходной втулки 12. Нижний конец измерительной камеры имеет патрубок 20, который опирается на нижнюю часть конусной части 16. Сам патрубок 20 закреплен гайкой 22. Таким образом, конусная часть 16 вставлена между конусной частью 18 проходной втулки 12 и конусным концом патрубка 20.
Трубка для отбора проб 4 имеет входной конец 24, который включает входное отверстие 26 и изогнутую часть 28. Как можно видеть на фиг. 2 и 3, трубопровод 14 имеет круглое сечение, и входное отверстие 26 находится в центре круглого сечения трубопровода 14.
Извлечение трубки для отбора проб осуществляется следующим образом. Вначале ослабляется и удаляется гайка 22, имеющая резьбовую часть, соединенную с проходной втулкой 12. После снятия гайки убирается измерительная камера 6, что освобождает основание 10. Теперь можно снять в целом трубку для отбора проб 4, пропуская ее через проходную втулку 12. Следует отметить, что с этой целью внутренний диаметр d отверстия, предусмотренного в проходной втулке, по своему размеру достаточен для того, чтобы пропустить изогнутый конец 28 трубки, а также ее входное отверстие 26, имеющее раструбную форму.
Повторный монтаж трубки или монтаж новой трубки осуществляется в обратном порядке. Таким образом констатируется, что можно быстро сменить трубку по отбору проб 4 не имея доступа внутрь трубопровода 14.
На фиг. 4 изображен вид в разрезе согласно плоскости IV-IV с фиг. 1, а на фиг. 5 внешний вид в перспективе измерительных средств. Эти измерительные средства включают измерительное средство общего давления, представленное трубкой Пито 30, измерительное средство статического давления, представленное датчиком статического давления 32, и измерительное средство 34 температуры.
Знание общего давления, статического давления и температуры позволяет рассчитать расход по уравнениям Бернулли. Знание расхода позволяет рассчитать скорость для данной геометрии. Знание скорости рабочей среды на уровне измерительной камеры позволяет по уравнениям сохранения расхода узнать скорость на входе по потоку, то есть на входе 26 трубки для отбора проб 4.
Чтобы гарантировать угловую ориентацию устья 26 отверстия, идеально отцентрованного по продольной оси круглого трубопровода 14, предусмотрены средства угловой ориентации. В представленном примере реализации эти средства образуют желобок 40 проходной втулки 12 и выступ 42 в конусной части 16 основания 10. Когда выступ 42 помещается в желобок 40, считается, что устье 26 имеет правильную угловую ориентацию относительно трубопровода 14. Кроме того, выступ 42 препятствует повороту трубки для отбора проб относительно проходной втулки 12. Выступ 42 обеспечивает, таким образом, также функцию блокировки поворота.
На фиг.7, 8 и 9 показаны три вида одного и того же изокинетического зонда согласно предлагаемому изобретению, оснащенного трубками для отбора проб 4а, 4b и 4с различного диаметра. Трубка самого большого диаметра - это трубка 4а. Ее диаметр больше диаметра трубки 4b, диаметр которой больше диаметра трубки 4с. В свою очередь, наружный диаметр d различных оснований 10а, 10b и 10с одинаковый. Таким образом, в изокинетический зонд можно помещать трубки разного диаметра, что позволяет регулировать скорость во входном отверстии 26а, 26b или 26с. Скорость тем выше, тем меньше диаметр трубки. Следовательно, для данного режима работы насоса зонд наибольшего диаметра будет выбран для небольших скоростей воздуха в трубке (наоборот, самый меньший диаметр будет выбран для больших скоростей воздуха в трубке). Для замены одной трубки другой отвинчивают гайку 22, снимают измерительную камеру 6. Теперь трубка для отбора проб 4а, 4b или 4с становится непосредственно доступной. Наружный диаметр основания 10а, 10b или 10с может свободно перемещаться во внутреннем диаметре проходной втулки 12. Очевидно, что внутренний диаметр d проходной втулки 12 является достаточно большим для того, чтобы трубка наибольшего диаметра, в данном случае трубка 4а, могла пройти в отверстии, предусмотренном в проходной втулке. После удаления нуждающейся в замене трубки для отбора проб устанавливают другую проходную трубку, например трубку 4b или 4с, затем возвращают на место измерительную камеру 6 и вновь завинчивают гайку 22. Таким образом, замена завершена. Можно заметить, что эта замена осуществляется быстро, гарантирует герметичность монтажа и не требует доступа внутрь трубопровода 14.