Устройство для измерения пульсаций давления газовой среды в высокотемпературных условиях

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к средствам для измерения пульсаций давления газов в газотурбинных двигателях и их узловой доводке при испытаниях в наземных и высотных стендах.
Известен высокотемпературный датчик импульсных давлений, который содержит приемный акустический волновод, чувствительный элемент, а также камеру, заполненную диэлектрической несжимаемой жидкостью (RU 108615, 2011). В известном техническом решении чувствительный элемент расположен на противоположном конце камеры сгорания и акустически связан с приемным волноводом через несжимаемую жидкость. Измеряемый импульс давления передается по волноводу через камеру, заполненную жидкостью.
Недостатком данного датчика является сложная конструкция с использованием диэлектрической несжимаемой жидкости, требующей особых эксплуатационных условий при работе с жидкостью.
Известно устройство для измерения пульсаций давления газа, которое содержит корпус, в котором размещен датчик пульсаций давления, подключенный к подводящему трубопроводу и байпасно к цилиндрической камере, в которой установлен регулируемый дросселирующий элемент (RU 156562, 2015). В известном техническом решении реализован принцип регулирования активной длины дросселирующего элемента в зависимости от изменения среднего давления.
Недостатком работы данного датчика является наличие регулирующего дроссельного элемента, зависящего от изменения среднего давления. При данной конструкции имеется сложность получения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), т.к. при регулировке дроссельным элементом в области низких и высоких частот возможны негативные изменения АЧХ.
Наиболее близким по технической сущности и назначению к заявляемой полезной модели является устройство для измерения пульсаций давления газа в высокотемпературных условиях, содержащее камеру с каналом для подвода рабочей среды, установленный в камере корпус, предназначенный для размещения датчика давления, сообщенного с волноводной акустической системой (RU 139170, 2013). В известном техническом решении в корпус установлен подружиненый сильфон, который содержит корпус, в котором размещены датчик пульсаций давления, подключенный к подводящему трубопроводу, и дросселирующий элемент, содержащий подпружиненный сильфон один торец которого жестко закреплен в корпусе, а ко второму прикреплен торец цилиндрической обоймы с радиальными отверстиями.
Существенным недостатком известного технического решения является наличие дросселирующего элемента с подпружиненным сильфоном в приемной части акустической системы усложняющее конструкцию устройства. Кроме того, недостатком является необходимость поднастройки устройства, что усложняет сам процесс измерения пульсаций давления газа.
Техническая проблема, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в расширении арсенала технических средств, а именно в создании устройства для измерения пульсаций давления газовой среды в высокотемпературных условиях, обеспечивающего охлаждение корпуса и размещенного в нем датчика давления.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемой полезной моделью, заключается в реализации ее назначения, т.е. в создании устройства для измерения пульсаций давления газовой среды в высокотемпературных условиях, которое обеспечивает измерение высокотемпературных быстропеременных процессов в диапазоне 1000-1200°С.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для измерения пульсаций давления газовой среды в высокотемпературных условиях, содержащем камеру с каналом для подвода рабочей газовой среды, установленный в камере корпус, предназначенный для размещения датчика давления, сообщенный с волноводной акустической системой, согласно предлагаемой полезной модели камера снабжена системой охлаждения датчика, выполненной в виде канала, расположенного в плоскости, параллельной плоскости канала подвода охлаждающей среды, ось канала охлаждения датчика перпендикулярна оси канала подвода рабочей газовой среды, а корпус для размещения датчика давления установлен перпендикулярно оси каналов и выполнен объемным.
Существенность отличительных признаков полезной модели подтверждается тем, что только совокупность всех существенных конструктивных признаков, описывающие полезную модель, позволяет обеспечить решение поставленной технической проблемы с достижением заявленного технического результата, заключающегося в реализации ее назначения, т.е. в создании устройства для измерения пульсаций давления газовой среды в высокотемпературных условиях, которое обеспечивает измерение высокотемпературных быстропеременных процессов в диапазоне 1000-1200°С.
Настоящая полезная модель поясняется последующим подробным описанием устройства для измерения пульсаций давления газовой среды в высокотемпературных условиях и его работы со ссылкой на иллюстрации, представленные на фиг. 1-3, где
на фиг. 1 изображен корпус в сборе;
на фиг. 2 изображена схема сборки корпуса со штуцерами охлаждения и датчиком в разрезе;
на фиг. 3 изображен вид А на фиг. 2.
На фиг. 1-3 приняты следующие обозначения:
1 - камера;
2 - канал для подвода рабочей газовой среды;
3 - входной штуцер подвода рабочей газовой среды;
4 - выходной штуцер отвода рабочей газовой среды;
5 - корпус;
6 - датчик давления;
7 - канал охлаждения;
8 - входной штуцер для подачи охлаждающей среды;
9 - выходной штуцер для отвода охлаждающей среды;
10 - акустический предмембранный объем.
Устройство для измерения пульсаций давления газовой среды в высокотемпературных условиях содержит камеру 1 с каналом 2 для подвода рабочей газовой среды, включающем входной штуцер 3 подвода рабочей газовой среды и выходной штуцер 4 отвода рабочей газовой среды, связанный с волноводной акустической катушкой (не показана на фигурах). В камере 1 установлен корпус 5 (см. фиг. 1), предназначенный для размещения датчика 6 давления (см. фиг. 3) и сообщенный с волноводной акустической системой через выходной штуцер 4 отвода рабочей газовой среды. Камера 1 снабжена системой охлаждения датчика, выполненной в виде канала 7 охлаждения, расположенного в плоскости, параллельной плоскости канала 2 для подвода охлаждающей среды. При этом ось канала 7 охлаждения датчика 6 давления перпендикулярна оси канала 2 для подвода рабочей газовой среды, а корпус 5 для размещения датчика 6 давления установлен перпендикулярно оси каналов 2,7 и выполнен объемным.
Толщина стенки, разделяющей рабочую газовую среду и канал 7 охлаждения, составляет ~1,5 мм. Подача охлаждающей среды осуществляется через входной штуцер 8 для подачи охлаждающей среды, а ее отвод через выходной штуцер 9 для отвода охлаждающей среды (см. фиг. 2).
Устройство для измерения пульсаций давления газовой среды в высокотемпературных условиях работает следующим образом.
На вход корпуса 5 через приемную трубку (не показано на фигурах), подсоединенную одним концом к испытуемому изделию, а другим к входному штуцеру 3 подвода рабочей газовой среды подаются пульсации давления рабочей газовой среды. Затем через проходное сечение диаметром 3 мм попадает в акустический предмембранный объем 10, зависящий от диаметра мембраны датчика 6 давления. Одновременно с этим рабочая газовая среда попадает через выходной штуцер 4 отвода рабочей газовой среды в волноводную акустическую катушку, которая предназначена для сглаживания собственных акустических частот, возникающих в пневмоканале волноводной акустической системе и отраженных волн.
Таким образом, снабжение камеры системой охлаждения датчика, выполненной в виде канала, расположенного в плоскости, параллельной плоскости канала подвода охлаждающей среды, ось канала охлаждения датчика перпендикулярна оси канала подвода рабочей газовой среды, установка корпуса для размещения датчика давления перпендикулярно оси каналов и выполнение его объемным, обеспечивает измерение высокотемпературных быстропеременных процессов в диапазоне 1000-1200°С.