Пробоотборник с жидкостным охлаждением

Полезная модель относится к газоаналитической технике, теплоэнергетике, авиационной технике и предназначена для отбора пробы продуктов сгорания углеводородных топлив на химический анализ из проточных частей авиационных газотурбинных двигателей, наземных газотурбинных установок, специализированных установок с использованием модельных горелок, модельных камер сгорания и прочих энергетических установок со сжиганием топлива.
Известны конструкции пробоотборников, содержащие мероприятия по охлаждению жидкостью втекающей газообразной пробы, отбираемой из зон с повышенной температурой, причем каналы пробы и охлаждения имеют развитую многоуровневую структуру, реализованную с помощью сварных соединений (US 5824919 A, G01N 1/22, 20.10.1998; US 5228514 A, G01N 30/12, 20.07.1993; US 5344122 A, G01N 1/22, 06.09.1994; US 5158365 A, G01K 13/12, 27.10.1992).
Известные конструкции сложны в изготовлении и сборке, имеют значительные диаметральные размеры (15…50 мм), что оказывает негативное влияние на структуру исследуемого потока.
Наиболее близким аналогом является конструкция пробоотборника, предназначенного для отбора продуктов сгорания на химический анализ из печи при повышенных температурах, подвод и отвод охлаждающей жидкости в котором организован с помощью полукольцевого канала из двух частей, которые сообщаются в месте разрыва перегородки, причем канал пробы оснащен фильтром грубой очистки, улавливающим твердые частицы и нелетучие углеводороды (US 5777241 A, G01N 1/22, 07.07.1998).
Недостаток этой конструкции заключается в малом темпе охлаждения втекающей пробы до температуры, при которой химические реакции значительно замедляются, что не позволяет принять допущение об отсутствии различия химического состава рабочего тела в пятне отбора пробы и на входе в газоанализатор.
Задачей полезной модели является уменьшение количественного различия составов пробы в точке отбора и анализируемой пробы, а также снижение влияния пробоотборника на структуру исследуемого потока.
Техническим результатом полезной модели является минимизация времени охлаждения втекающей пробы до температуры, при которой значительно замедляются химические реакции, а также уменьшение влияния пробоотборника как инструмента измерения на процессы, происходящие в исследуемом потоке.
Технический результат достигается тем, что в пробоотборнике с жидкостным охлаждением, состоящем из входного устройства, канала отбора пробы и канала системы охлаждения, расположенных соосно, проточные части каналов отбора пробы и системы охлаждения снабжены оребрением, а входное устройство спрофилировано по принципу сопла Лаваля, что при критическом режиме вакуумирования тракта газоанализатора (или избыточном давлении в исследуемом потоке) позволит организовать аэродинамическое охлаждение рабочего тела в результате разгона потока до сверхзвуковых скоростей и снижения его статических параметров.
Кроме того, пробоотборник изготовлен из порошка стали методом селективного лазерного спекания.
Кроме того, оребрение каналов отбора пробы и системы охлаждения выполнено в виде системы трапециевидных выступов.
Кроме того, диаметр рабочей части пробоотборника не превышает 6 мм.
Устройство поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 представлена схема пробоотборника с жидкостным охлаждением с продольным половинчатым разрезом;
на фиг. 2 представлен местный вид оребрения проточной части каналов;
на фиг. 3 представлены линии тока в проточной части канала пробы.
Конструкция состоит из рабочей части, которая содержит входное устройство (1), канал пробы (2), канал охлаждения (3), внешнюю оболочку (4), внутреннюю оболочку (5), разделительную перегородку (6), оребрение (система трапециевидных выступов) (7), и концевого устройства, которое в свою очередь содержит входной (8) и выходной (9) водяные патрубки, выходной патрубок пробы (10), технологическое утолщение (11), подводную (12) и отводную (13) водяные трубки, отводную трубку пробы (14).
Конструкция работает следующим образом.
Пробоотборник крепится в координатном устройстве, управляющим его положением, посредством технологического утолщения 11. Отбираемая из пятна 15 проба, благодаря вакуумированию тракта за пробоотборником (либо избыточному давлению перед ним), втекает через входное устройство 1, где подвергается первичному аэродинамическому охлаждению, в канал пробы 2. Охлаждающая жидкость через подводную трубку 12 и входной патрубок 8 втекает в канал охлаждения 3. Потоки в каналах 2 и 3 турбулизуются участком системы трапециевидных выступов 7, длина которого выбрана на основании газодинамического расчета, что приводит к обновлению пограничного слоя у стенок внутренней оболочки 5 с толщиной 0.3 мм и интенсификации конвективного теплообмена между охладителем и пробой (течение пробы у стенок каналов показано на фиг. 3). Гладкие стенки внешней оболочки 4 с увеличенной толщиной 0.5 мм снижают теплообмен между водой и потоком вне пробоотборника. Охлажденная проба отводится из канала пробы 2 через патрубок 10 и трубку 14, а охлаждающая вода через патрубок 9 и трубку 13.