ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ТЕМПЕРАТУРОЙ ЛОПАТОК ТУРБИНЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к информационно-измерительной технике и может быть использована для бесконтактного измерения температуры лопаток турбины газотурбинного двигателя и управления температурным режимом авиационной силовой установки.
Известно устройство для измерения температуры лопаток турбины газотурбинного двигателя (US, патент, 4579461, Кл. G 01 j 5/32, 1986), в котором оптическая головка сопряжена с входным торцом волоконного световода, выходной торец которого сопряжен с приемником излучения.
Недостатком его является относительно невысокая точность измерения температуры, из-за чего это устройство не может быть применено на новых газотурбинных двигателях.
В качестве прототипа принято информационно-измерительное устройство контроля температуры лопаток турбины газотурбинного двигателя (RU, патент, 2032887, Кл. G 01 J 5/30, 1995), содержащее оптическую головку, сопряженную с входным торцом волоконного световода, выходной торец которого сопряжен с приемником излучения, входящим в состав электронного блока преобразования, усиления и обработки сигнала.
Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, малая эффективность и надежность.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в расширении функциональных возможностей, повышении эффективности и надежности.
Поставленная задача решается за счет того, что в информационно-измерительном устройстве контроля температуры лопаток турбины газотурбинного двигателя, содержащем оптическую головку, сопряженную с
входным торцом волоконного световода, выходной торец которого сопряжен с приемником излучения, входящим в состав электронного блока преобразования, усиления и обработки сигнала, в отличие от прототипа, в него введены микроконтроллер (PIC - контроллер), регулятор топливной системы, самопишущий прибор, цифровой индикаторный дисплей и сигнализатор, объектив оптической головки выполнен с регулируемым фокусным расстоянием, а в каждой ступени двигателя оптическая головка и часть волоконного световода размещены внутри защитного оптического зонда, свободный торец зонда, направленный на лопатки, закрыт инфракрасно прозрачным стеклом и размещен в корпусе турбины двигателя, а другая часть волоконного световода снаружи двигателя помещена внутри защитного гибкого металлорукава, при этом число каналов измерения равно количеству ступеней турбины двигателя, выходы всех измерительных каналов соединены с микроконтроллером, имеющим встроенные коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, порты ввода-вывода, память, а выход микроконтроллера соединен с регулятором топливной системы, самопишущим прибором и размещенными в кабине пилотов цифровым индикаторным дисплеем и сигнализатором о чрезмерных температурах турбины в целом и отдельных лопаток.
Существо полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 изображена блок-схема информационно-измерительного управляющего устройства температурой лопаток турбины газотурбинного двигателя. На фиг.2 показана схема установки оптического зонда в корпусе газовой турбины ГТД.
Заявляемое устройство содержит регулятор топливной системы газотурбинного двигателя 1, регулирующий подачу топлива (Топ) в камеры сгорания газотурбинного двигателя (ГТД) 2. В ГТД подается также воздух (В).
Последовательно с ГТД включено N измерительных каналов (по числу ступеней турбины ГТД), состоящих из цепочек с оптическими головками 3-1, 3-2, ..., 3-N, сопряженными с входными торцами волоконных световодов 4-1, 4-2, ..., 4-N. Выходные торцы волоконных световодов сопряжены с
приемниками излучения, входящими в состав электронных блоков преобразования, усиления и обработки сигнала 5-1, 5-2, ... 5-N.
Благодаря волоконным световодам длиной в несколько метров электронные блоки удалены на некоторое расстояние от высокотемпературных зон ГТД.
Выходы электронных блоков соединены с микроконтроллером (PIC -контроллером), имеющим встроенные коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, порты ввода-вывода, память.
Выход микроконтроллера 6 соединен электрически с регулятором топливной системы ГТД 1, а также с самопишущим прибором 7 типа «черного ящика», записывающим информацию о температуре лопаток всех ступеней турбины ГТД.
В кабине пилотов размещены цифровой индикаторный дисплей 8 и сигнализатор 9 о чрезмерных температурах турбины в целом и отдельных лопаток, информацию на которые выдает микроконтроллер.
На фиг. 2 показана схема установки оптического зонда в корпусе газовой турбины ГТД. Оптический зонд выполнен в виде соосных трубок 1 и 2 разного диаметра, герметично скрепленных друг с другом и размещенных между наружным 3 и внутренним 4 корпусами газовой турбины. Муфты 5 и 6 предназначены для крепления. Снаружи наружного корпуса газовой турбины трубка 2 скреплена с гибким металлорукавом. Внутри металлорукава и трубок размещен гибкий волоконный световод 8. Свободный торец оптического зонда, направленный на лопатки 9, закрыт инфракрасно прозрачным стеклом 10 и размещен внутри внутреннего корпуса газовой турбины 4. Внутри оптического зонда между защитным инфракрасно прозрачным стеклом 10 и входным торцом волоконного световода 8 размещен объектив 11 с регулируемым фокусным расстоянием, позволяющим регулировать величину диаметра пятна визирования. Объектив одновременно выполняет функции полосового фильтра частот.
Заявляемое информационно-измерительное управляющее устройство температурой лопаток турбины ГТД работает следующим образом.
Излучение от лопатки 9 (фиг. 2) проецируется оптической головкой через инфракрасно прозрачное стекло 10 и фокусирующий объектив 11 на входной торец волоконного световода 8.
Такая картина преобразования сигналов имеет место в каждом из N измерительных каналов, соответствующих ступеням турбины ГТД (фиг.1).
С выходных торцов волоконных световодов 4-1, 4-2, ..., 4-N оптическое излучение поступает на соответствующие приемники излучения, входящие в состав электронных блоков преобразования, усиления и обработки сигнала 5-1, 5-2, ..., 5-N. Далее сигналы поступают на микроконтроллер 6.
В микроконтроллере 6 входные сигналы поступают на многоканальный коммутатор, который коммутирует аналоговые сигналы электронных блоков 5-1, 5-2, ..., 5-N. Далее после коммутаторов сигнал усиливается усилителем, преобразуется в цифровой вид в аналого-цифровом преобразователе и поступает в блок памяти, где проходит обработку. Через порты ввода-вывода микроконтроллер 6 подключается к внешним устройствам, выдавая управляющий сигнал на регулятор топливной системы 1, который управляет режимом работы ГТД. Через порты ввода-вывода микроконтроллер 6 выдает информацию о температуре лопаток всех ступеней турбины ГТД, которая записывается самопишущим прибором 7 типа «черного ящика». Аналогично микроконтроллер соединен с размещенными в кабине пилотов цифровым индикаторным дисплеем 8, отображающим температуру лопаток всех ступеней турбины ГТД, и сигнализатором 9 о чрезмерных температурах турбины в целом и отдельных лопаток.
Таким образом, введение микроконтроллера (PIC - контроллера), регулятора топливной системы, самопишущего прибора, цифрового индикаторного дисплея и сигнализатора, выполнение объектива оптической головки с регулируемым фокусным расстоянием и размещение внутри защитного оптического зонда в каждой ступени двигателя оптической головки и части волоконного световода позволяет расширить функциональные возможности заявляемого устройства.
Размещение в корпусе турбины двигателя защитного оптического зонда, свободный торец которого, направленный на рабочие лопатки, закрыт инфракрасно прозрачным стеклом и помещение внутри защитного гибкого металлорукава другой части волоконного световода снаружи двигателя позволяет повысить надежность работы.
Измерение температуры лопаток турбины газотурбинного двигателя по N каналам, число которых равно количеству ступеней турбины двигателя, соединение выходов всех измерительных каналов с микроконтроллером, имеющим встроенные коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, порты ввода-вывода, память, и соединение выхода микроконтроллера с регулятором топливной системы, самопишущим прибором и размещенными в кабине пилотов цифровым индикаторным дисплеем и сигнализатором о чрезмерных температурах турбины в целом и отдельных лопаток позволяет повысить эффективность функционирования заявляемого устройства.