Гребенка термопар для измерения поля температур газового потока

Полезная модель относится к области технической физики, а именно к гребенкам для измерения поля температур газового потока и может быть использована при измерении температуры набегающего потока в элементах газотурбинных двигателей, например на выходе из камеры сгорания при температуре газового потока, превышающей 2000 К.
Измерение параметров потока с целью определения характеристик газодинамических трактов двигателя для дальнейшего их улучшения требует создания специальных измерительных средств, отвечающих условиям поставленной задачи.
Известно устройство для измерения поля температур торможения газового потока, выполненное в виде корпуса с последовательно расположенными в нем теплоприемниками, содержащими индивидуальные каналы, предназначенные для размещения соответствующих термопар (SU №289312, 1971 г.).
Существенным недостатком известного технического решения является использование термопар с открытым спаем, размещенных в неохлаждаемом корпусе, что исключает возможность применения устройства для измерения температур, превышающих 800К.
Известна гребенка для измерения поля температур газового потока, содержащая корпус с выполненными в нем индивидуальными каналами, предназначенными для размещения соответствующих термопар (Д.А. Усенко «Расчет, проектирование и эксплуатация в ЦИАМ гребенок отбора проб газа и гребенок термопар для измерения эмиссии и поля температур на выходе из камеры сгорания», стр. 47-48, Материалы научно-технического семинара «Опыт разработки, проблемы создания и перспективы развития низкоэмиссионных камер сгорания ГТУ», 2004 г, Москва, ЦИАМ).
В известном техническом решении корпус гребенки выполнен из жаропрочной стали, гребенка содержит термопары с открытым спаем. Для измерения температуры потока, близкой на выходе из камеры сгорания к 2000 К, производится охлаждение гребенки холодной водой, текущей по замкнутому контуру. При работе в газовом потоке с такими температурами необходимо интенсивное охлаждение, которое усложняет конструкцию гребенки. Увеличение продольных габаритов гребенки приводит к изменению условий течения газа, а использование термопар с открытым спаем негативно влияет на точность измерений.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является известная гребенка термопар для измерения поля температур газового потока, содержащая корпус с последовательно расположенными в нем теплоприемниками, выполненными из материала с высокой температуропроводностью, каждый из которых содержит индивидуальный канал, предназначенный для размещения соответствующей термопары, и средство крепления термопар в корпусе (RU №160313, 2016 г.).
В известном техническом решении корпус представляет собой разъемную конструкцию, состоящую из передней и задней частей, выполненных из высокотемпературопроводной керамики с защитным покрытием, а теплоприемники выполнены в виде тормозных камер, расположенных в передней части корпуса, с индивидуальными каналами. Каждая тормозная камера предназначена для размещения открытого спая соответствующей термопары, которая расположена в индивидуальном канале корпуса и закрыта защитным рукавом. При этом работоспособность термопар обеспечивается охлаждаемой крышкой, а крепление термопар в корпусе осуществляется при помощи заполнения внутренней полости корпуса высокотемпературным клеем.
Существенным недостатком известного технического решения является недостаточная точность определения температуры торможения потока газа, обусловленная использованием открытого горячего спая термопар, а также сложность крепления в конструкции гребенки термопар.
Техническая проблема, решаемая созданием заявляемой полезной модели, заключается в расширении арсенала технических средств, а именно создании гребенки термопар для измерения поля температур газового потока при температурах, превышающих 2000 К.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемой полезной моделью, заключается в реализации ее назначения, а именно, в создании гребенки термопар, обеспечивающей измерение поля температур, превышающих 2000 К, при кратковременном размещении в газовом потоке.
Указанный технический результат достигается тем, что в гребенке термопар для измерения поля температур газового потока содержащей охлаждаемый корпус с последовательно расположенными в нем теплоприемниками, выполненными в виде насадков, и средство крепления термопар, выполненное в виде индивидуальных каналов для размещения термопар, насадки выполнены в виде стаканов с обтекаемым дном, а средство крепления термопар - в виде армирующих стержней, каждый из которых размещен в полости стакана, причем на внешней поверхности каждого из стержней равномерно по окружности расположено не менее четырех индивидуальных пазов.
Совокупность существенных признаков достаточна для решения указанной технической проблемы, поскольку:
- выполнение теплоприемников в виде стаканов с обтекаемым дном исключает влияние геометрической формы теплоприемника на равномерность его обтекания газовым потоком, что обеспечивает возможность измерения поля температур по температуре нагрева теплоприемника;
- выполнение средства крепления термопар в виде армирующих стержней, позволяет определить поле температур потока, превышающих 2000 К за счет возможности кратковременного размещения гребенки в газовом потоке;
- выполнение на внешней поверхности каждого из стержней равномерно расположенных по окружности не менее четырех индивидуальных пазов, предназначенных для размещения соответствующих термопар, обеспечивает возможность измерения поля температур по температуре нагрева теплоприемника, измеряемой в различных точках теплоприемника.
Предложенное техническое решение поясняется следующим описанием со ссылкой на иллюстрации, представленные на чертежах, где:
- на фиг. 1 изображена схема предлагаемой гребенки;
- на фиг. 2 изображена схема выполнения теплоприемника;
- на фиг. 3 изображено сечение А-А на фиг. 1.
Гребенка термопар для измерения поля температур газового потока, включает сварной охлаждаемый корпус 1 с последовательно расположенными в нем теплоприемниками, выполненными в виде насадков (см. фиг. 1). Каждый насадок выполнен в виде стакана 2 с резьбовой частью 3 и обтекаемым дном 4 и закреплен в держателе 5 (см. фиг. 1, 2). Насадки выполнены из материала с высокой температуропроводностью, например из меди. В полости каждого из стаканов 2 размещено средство крепления термопар, выполненное в виде соответствующего армирующего стержня 6, на внешней поверхности которого выполнены равномерно расположенные по окружности не менее четырех продольных индивидуальных пазов 7 (фиг. 3), предназначенных для размещения соответствующих термопар (на чертеже не показаны). Корпус 1 содержит каналы 8 и 9, предназначенные для сообщения со средством (на чертеже не показано) подачи охлаждающей среды, канал 10, предназначенный для вывода свободных концов термопар, а также ребра 11, предназначенные для интенсификации процесса теплообмена.
Гребенка термопар работает следующим образом.
В пазах 7 стержней 6 размещают соответствующее количество термопар, причем в зависимости от условий термопары располагают с различным шагом по длине стаканов 2. Стержни 6 устанавливают в полостях стаканов 2, которые резьбовыми частями 3 закрепляются в держателях 5. Свободные концы термопар, предназначенные для соединения с регистрирующей аппаратурой (на чертеже не показана) выводятся через канал 10. Стаканы 2 размещают в корпусе 1, причем размер выноса свободного конца каждого из стаканов 2, расположенного вне корпуса 1, определяется в зависимости от требований испытаний. Корпус 1 помещается навстречу газовому потоку, через каналы 8 и 9 осуществляется циркуляция охлаждающей среды, например воды. Затем производится измерение температуры насадков, по которой судят о температуре потока.
Предлагаемая полезная модель исключает влияние геометрической формы теплоприемников на условия обтекания потоком за счет выполнения теплоприемников в виде стаканов с обтекаемым дном, что обеспечивает возможность измерения поля температур, превышающих 2000 К, а выполнение средства крепления термопар в виде армирующих стержней обеспечивает возможность эксплуатации гребенки при температурах газового потока, превышающих 2000 К в условиях кратковременного размещения гребенки в газовом потоке.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет решить проблему расширения арсенала технических средств, а именно создать гребенку термопар для измерения поля температур газового потока, превышающих 2000 К, обеспечив реализацию назначения предлагаемой полезной модели.