УСТОЙЧИВЫЙ К УСТАЛОСТИ КАНАЛ ДЛЯ ВВОДА ТЕРМОПАР И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ
THERMOCOUPLE INPUT CHANNEL RESISTANT TO WEAR AND RESPECTIVE METHODS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Описанные в настоящем документе варианты выполнения изобретения, в целом, относятся к термопарам и каналам для ввода термопар и, в особенности, к устойчивой к усталости комбинации термопары и канала для ввода термопар.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Термопары представляют собой устройства, которые используются для измерения температуры, основываясь на электрических измерениях. Термопары в настоящее время имеют широкое применение в различных отраслях промышленности и исследованиях окружающей среды. Благодаря тому, что термопары используются в различных отраслях промышленности и условиях, существует много различных форм термопар. Типичная термопара теперь описана в отношении Фиг.1.
[0003] Фиг.1 показывает термопару 100, которая содержит электрические контакты 102 и 104, корпус 106 и датчик (также известный как жало) 108. Наконечник 110 датчика 108, как правило, размещают вблизи точки, в которой должна измеряться температура. Измерительное устройство (не показано), как правило, присоединяют к контактам 102 и 104 для считывания значения напряжения. Из этого напряжения определяют значение температуры на кончике 110 датчика 108. В зависимости от среды использования термопары 100, иногда желательно обеспечить термопару 100 защитой от среды, в которой должна измеряться температура. Защитный элемент, который используется для этого, может представлять собой канал для ввода термопар.
[0004] Типичный канал 200 для ввода термопар описан ниже со ссылкой на Фиг.2. Канал 200 может быть установлен или вставлен в корпус 208 устройства для защиты термопары 100, одновременно обеспечивая возможность доступа термопарой 100 нужного местоположения для получения точного измерения температуры. Канал 200 может содержать крышку 202, которая сопрягается с корпусом 208 и изолирует его (при необходимости). Канал 200 также содержит корпус 204 и полость 206, в которую может быть вставлена измерительная часть 108 термопары 100.
[0005] Термопары 100 и каналы 200, как правило, представляют собой компоненты не массового производства, часто для использования друг с другом, и используются в различных приложениях измерения температуры. Тем не менее, в некоторых случаях, эти компоненты не массового производства не в состоянии выдерживать условия окружающей среды, для которых требуется получить значение температуры. Например, датчик 108 может подвергаться механическим повреждениям в своем основании, если он много перемещается, например, из-за вибрации корпуса 208. Другими словами, механическое соединение между термопарой 100 и каналом 200 приводит к тому, что часть термопары 100 колеблется на той же частоте, что и корпус 208, тогда как другая часть, например 110, термопары 100, которая может свободно перемещаться, прикладывает непрерывное напряжение к неподвижной части, что приводит к появлению трещин в термопаре 100.
[0006] Таким образом, существует потребность в создании систем и способов использования термопар с каналами для ввода термопар при различных условиях эксплуатации.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] В соответствии с иллюстративным вариантом выполнения, предложена термоэлектрическая система, которая содержит канал для ввода термопар, выполненный с возможностью введения в конструкцию, через которую протекает среда, удлиненный датчик, расположенный частично внутри канала для ввода термопар и выполненный с возможностью измерения температуры, по меньшей мере одно уплотнительное кольцо, расположенное вокруг удлиненного датчика на первом конце и выполненное с возможностью гашения колебаний удлиненного датчика путем осуществления контакта с каналом для ввода термопар, и эластомерный материал, расположенный вокруг части удлиненного датчика на втором конце, причем эластомерный материал предназначен для гашения колебаний удлиненного датчика путем осуществления контакта с каналом для ввода термопар.
[0008] В соответствии с другим вариантом выполнения предложен компрессор, который содержит канал для ввода термопар, выполненный с возможностью введения в стенку компрессора, вдоль которой протекает среда, удлиненный датчик, предназначенный для измерения температуры и выполненный с возможностью ее измерения, по меньшей мере одно уплотнительное кольцо, расположенное вокруг удлиненного датчика на первом конце и выполненное с возможностью гашения колебания удлиненного датчика путем осуществления контакта с каналом для ввода термопар, и эластомерный материал, расположенный вокруг части удлиненного датчика на втором конце и предназначенный для гашения колебания удлиненного датчика путем осуществления контакта с каналом для ввода термопар, входную часть, выполненную с возможностью получения среды, вал и ротор, выполненные с возможностью вращения и инициации сжатия среды, полученной из входной части, и выходную часть, выполненную с возможностью выпуска среды.
[0009] В соответствии с еще одним иллюстративным вариантом выполнения предложен способ гашения колебаний термоэлектрической системы. Способ включает размещение в корпусе эластомерного материала, который окружает первый конец части удлиненного датчика термоэлектрической системы, причем часть удлиненного датчика выполнена с возможностью измерения температуры, размещение по меньшей мере одного уплотнительного кольца вокруг второго конца части удлиненного датчика термоэлектрической системы, размещение гасящей колебания текучей среды в корпусе канала для ввода термопар, в котором используется часть удлиненного датчика, и вставление части удлиненного датчика термопары в канал для ввода термопар. Эластомерный материал, по меньшей мере одно уплотнительное кольцо и гасящая колебания текучая среда уменьшают колебания термопары.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0010] Прилагаемые чертежи иллюстрируют иллюстративные варианты выполнения, на которых:
[0011] Фиг.1 изображает традиционную термопару.
[0012] Фиг.2 иллюстрирует традиционный канал для ввода термопар.
[0013] Фиг.3 показывает безмасляный винтовой компрессор, выполненный в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения.
[0014] Фиг.4 иллюстрирует термоэлектрическую систему, выполненную в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения.
[0015] Фиг.5 иллюстрирует другую термоэлектрическую систему, выполненную в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения.
[0016] Фиг.6-8 изображают каналы для ввода термопар, выполненные в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения.
[0017] Фиг.9 изображает блок-схему способа гашения колебаний, выполненного в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0018] Последующее подробное описание иллюстративных вариантов выполнения относится к прилагаемым чертежам. Одни и те же номера позиций на различных чертежах обозначают одни и те же или аналогичные элементы. Кроме того, чертежи необязательно выполнены в масштабе. Кроме того, последующее подробное описание не ограничивает изобретение. Вместо этого, объем изобретения определяется формулой изобретения.
[0019] Ссылки во всем описании на «один вариант выполнения» или «вариант выполнения» означает, что конкретный признак, конструкция или характеристика, описанная в связи с вариантом выполнения, включены в по меньшей мере один из вариантов выполнения раскрытого объекта изобретения. Таким образом, появление фразы «в одном варианте выполнения» или «в варианте выполнения» в различных местах по всему описанию необязательно относится к одному и тому же варианту выполнения. Кроме того, признаки, конструкции или характеристики могут быть объединены любым подходящим способом в один или несколько вариантов выполнения.
[0020] Как описано в разделе «Предпосылки изобретения», термопары могут использоваться с каналом для ввода термопар для измерения температуры в различных средах, в которых термопара не используется сама по себе. Тем не менее, в некоторых средах эти компоненты не массового производства отказывают, например, возникают механические разрушения датчика термопары. Таким образом, в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения, желательно предусмотреть, как будет обсуждаться ниже, системы и способы предотвращения отказа термоэлектрической системы, т.е. термопару, используемую вместе с каналом для ввода термопар в сложных условиях. Одним из примеров сложных условий, в которых известно, что комбинация термопара - канал для ввода термопар отказывает, является среда, которая обладает высоким динамическим давлением, например, 300+/- 50 фунтов на квадратный дюйм (20,68+/-3,45 бар). В качестве альтернативы, может быть использован другой высокий динамический диапазон давления, например, +/-500 фунтов на квадратный дюйм (+/-34,5 бар). Диапазон давлений может зависеть от условий эксплуатации. Такое высокое динамическое давление может привести к колебаниям и имеет структурный резонанс, который может быть на частоте, которая обеспечивает возможность дополнительного колебания для термоэлектрической системы, которая, в свою очередь, вызывает механическое повреждение термопары.
[0021] В соответствии с иллюстративными вариантами выполнения, безмасляный винтовой компрессор 300, как показано на Фиг.3, может обладать высоким динамическим давлением. Компрессор 300 содержит воздухозаборник 302 для газообразного воздуха для направления воздуха (или другой среды) к камере 304 сжатия, и приводной двигатель 306, прикрепленный к валу 308. Камера 304 сжатия также содержит винты 314, один из которых прикреплен к валу 308 для инициации сжатия. Кроме того, секция 310 выхлопа газообразного воздуха под давлением обеспечивает возможность выпуска газообразного воздуха под давлением из камеры сжатия и термоэлектрической системы 312 для измерения температуры. Стрелки 316 показывают направление перемещения газообразного воздуха. Обозначение «X» 318 представляет собой местоположение, в котором происходит механический отказ, если в такой системе с высоким динамическим давлением используются традиционные термопары в канале для ввода термопар, т.е. термопара 100 имеет тенденцию к механическому отказу на стыке крышки 106 с датчиком 108, что примерно соответствует проходу канала 200 в секцию 310 выхлопа газообразного воздуха под давлением (использование традиционной термопары 100 и традиционного канала 200). Кроме того, термопары 100 и каналы 200 могут отказать в любой точке соединения, а также в датчике 108 термопары.
[0022] В соответствии с иллюстративными вариантами выполнения, термоэлектрические системы 312, которые выдерживают среды с высоким динамическим давлением, описаны ниже в отношении Фиг.4 и 5. Кроме того, тогда как на Фиг.3 изображен безмасляный винтовой компрессор 300, в этих иллюстративных вариантах выполнения могут использоваться другие компрессоры (и другие устройства), которые имеют высокое динамическое давление, например, объемные компрессоры и поршневые компрессоры. Кроме того, компрессор 300 может содержать другие компоненты, которые в настоящем документе не показаны для упрощения.
[0023] В соответствии с иллюстративным вариантом выполнения, термоэлектрическая система 312, как показано на Фиг.4, может использоваться в средах с высоким динамическим давлением. Термоэлектрическая система 312 содержит термопару 402 и канал 404 для ввода термопар. Термопара 402 содержит удлиненный датчик 406 и электрические контакты 408 и 410. Канал 404 прикреплен к выпускному отверстию 310 для воздуха под давлением и содержит твердую оболочку (или корпус) 412, который имеет внутреннюю стенку 414, полость 416, крышку 426 и ствол 428. Уплотнительное кольцо 418 может быть расположено на датчике 406 так, что оно имеет контакт с внутренней стенкой 414, однако контакт достаточно свободен, так что текучая среда, будучи помещенной в полость 416, может проходить дальше, то есть уплотнительное кольцо 418 не обеспечивает герметичного уплотнения между датчиком 406 и внутренней стенкой 414. Кольцо 418 расположено обычно рядом с кончиком 420 датчика 406, но также, в альтернативных иллюстративных вариантах выполнения, может быть размещено в других местах. Эластомерный материал 422 может быть размещен вокруг датчика 406 и осуществлять контакт с крышкой 426. Кроме того, гасящая колебания текучая среда 424 может быть размещена в полости 416. Ствол 428 может иметь длину от 10,16 см до 53,35 см и внутренний диаметр от 0,635 см до 1,27 см, однако при желании, в зависимости от используемой термопары 402 и окружающей среды, могут использоваться другие размеры.
[0024] Как описано выше, работа компрессора 300 может вызывать колебания. Эти колебания обеспечивают возможность перемещения в термопаре/канале для ввода термопар, что может приводить к механическим отказам, например, застреванию датчика или канала для ввода термопар. Колебание может быть вызвано высоким динамическим давлением/акустическим резонансом в системе или структурным резонансом, который, когда попадает в диапазон частот термоэлектрические системы 312, увеличивает колебания термопары 402 или канала 404. Иллюстративная термоэлектрическая система 312, изображенная на Фиг.4, скорее всего в меньшей степени подвержена отказу в средах с высоким динамическим давлением компрессора 300. Эта иллюстративная термоэлектрическая система 312 включает использование уплотнительного кольца 418 и эластомерного материала 422, которые уменьшают колебания, находясь в контакте с удлиненным датчиком 406 и другими конструктивными элементами.
Эластомерный материал 422 размещен достаточно плотно вокруг удлиненного датчика, чтобы ослаблять колебания, но не так сильно, чтобы непосредственно передавать структурный резонанс компрессора 300 датчику 406. Другими словами, эластомерный материал 422 может изменять или обеспечивать гашение на частоте, передаваемой от компрессора к термопаре 402.
[0025] Добавление уплотнительного кольца 418 и эластомерного материала 422 к датчику 406 дополнительно изменяет частоту 402 термопары так, что частота термопары 402 находится за пределами диапазона частот, создаваемых компрессором 300, что будет вызывать дополнительные колебательные движения. Добавление кольца 418 и эластомерного материала 422 может также обеспечить гашение так, что если датчик 406 все еще находится в условиях резонансной частоты, частота возбуждения будет снижена. Кроме того, для дальнейшего снижения колебаний может быть добавлена гасящая колебания текучая среда 424. Например, гасящая колебания текучая среда 424 может заполнять до половины объема полости ствола 428 канала 404. Эта гасящая колебания текучая среда 424 может представлять собой масло с высокой теплопроводностью и температурой воспламенения, большей, чем ожидаемые рабочие температуры, например, с температурой воспламенения больше 176,7°С. Тем не менее, могут быть использованы другие величины и типы гасящей колебания текучей среды 424.
[0026] В соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения, другая термоэлектрическая система 500 изображена на Фиг.5 и может использоваться в средах с высоким динамическим давлением. Система 500 содержит термопару 502 и канал 504 для ввода термопар. Термопара 502 содержит удлиненный датчик 506, электрические контакты 508 и 510, крышку 512 и гасящую колебания часть 514. Крышка 512 используется для присоединения термопары 502, например, с помощью резьбы, к каналу 504. Хотя крышка присоединяет термопару 502 к каналу 504, в иллюстративном варианте выполнения датчик 506 не находится в непосредственном контакте с каналом 504. Гасящая колебания часть 514 содержит эластомерный материал 524, который расположен вокруг удлиненного датчика 506 и осуществляет контакт как с удлиненным датчиком 506, так и с гасящей колебания частью 514. Канал 504 установлен на конструкции, на которой требуется измерить температуру среды, например, в секции 310 выхлопа под давлением компрессора 300, и содержит твердую оболочку (или корпус) 516, которая имеет внутреннюю стенку 518, полость 520 и установочную часть 522. Уплотнительные кольца 526, 528, 530 и 532 расположены на удлиненном датчике 506 таким образом, что эти уплотнительные кольца 526, 528, 530 и 532 могут иметь контакт с внутренней стенкой 518, особенно если удлиненный датчик 506 испытывает небольшое перемещение. Однако если контакт и существует, то контакт достаточно свободен, так что текучая среда, когда она помещена в полость 520, может проходить дальше, т.е. уплотнительные кольца 526, 528, 530 и 532 не обеспечивают герметичного уплотнения между удлиненным датчиком 506 и внутренней стенкой 518. Уплотнительные кольца 526, 528, 530 и 532 расположены вдоль удлиненного датчика для предотвращения чрезмерного движения удлиненного датчика 506, что может привести к механическому отказу удлиненного датчика 506. Хотя на Фиг.5 показаны четыре уплотнительных кольца 526, 528, 530 и 532, может быть использовано большее или меньшее их количество. Иллюстративная термоэлектрическая система 500 снижает колебания и изменяет частоту термопары 502 аналогично тому, как описано выше для термоэлектрической системы 312, как изображено на Фиг.4.
[0027] В соответствии с иллюстративными вариантами выполнения, в термоэлектрических системах, описанных выше и показанных на Фиг.6-8, могут использоваться различные виды каналов для ввода термопар. В соответствии с одним иллюстративным вариантом выполнения, как изображено на Фиг.6, может быть использован канал 602 для ввода термопар с фланцем. Канал 602 содержит фланец 604 для сопряжения и герметизации поверхности, связанной, например с частью 310 для находящегося под давлением выпускаемого воздуха, через которую проходит корпус 606. В соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения, канал 702 для ввода термопар с резьбой содержит крышку 708 и резьбу 704 для сопряжения и герметизации поверхности, связанной, например, с частью 310, через которую проходит корпус 706. В соответствии с еще одним иллюстративным вариантом выполнения, вваренный канал 802 для ввода термопар содержит крышку 804 и корпус 806. Канал 802 приварен в месте, где должна измеряться температура, и прикреплен с помощью сварки, которая также герметизирует проходимую поверхность.
[0028] Используя описанные выше иллюстративные системы, выполненные в соответствии с иллюстративными вариантами выполнения, способ гашения колебаний изображен на схеме, показанной на Фиг.9. Способ гашения колебаний в термоэлектрической системе включает: расположение, на этапе 902, эластомерного материала в корпусе, причем эластомерный материал окружает первый конец удлиненного датчика термоэлектрической системы, при этом удлиненный датчик выполнен с возможностью измерения температуры; размещение, на этапе 904, по меньшей мере одного уплотнительного кольца вокруг второго конца удлиненного датчика термоэлектрической системы; размещение, на этапе 906, гасящей колебаний текучей среды в корпусе канала для ввода термопар, в которой расположен датчик; и введение, на этапе 908, удлиненного датчика термопары в канал для ввода термопар, причем эластомерный материал, указанное по меньшей мере одно уплотнительное кольцо и гасящая колебания текучая среда уменьшают колебания термопары.
[0029] Описанные выше иллюстративные варианты выполнения предназначены для иллюстрации во всех отношениях, а не ограничения, настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение может иметь много модификаций в детальной реализации, которые могут быть получены специалистом из приведенного в настоящем документе описания. Считается, что все эти варианты и модификации находятся в пределах сущности и объема настоящего изобретения, как определено в последующей формуле изобретения. Ни один элемент, действие или инструкция, используемые в описании данной заявки, не следует рассматривать как критический или существенно важный для изобретения, если только явно не описан как таковой. Кроме того, использование в настоящем документе единственного числа также подразумевает наличие одного или нескольких элементов.
[0030] В этом описании используются примеры раскрытия изобретения, чтобы любой специалист мог на практике использовать это изобретение, в том числе создавая и используя любые устройства или системы и выполняя любые включенные способы. Объем охраны изобретения определяется формулой изобретения и может включать другие примеры, которые будут очевидны для специалистов. Предполагается, что такие другие примеры подпадают в объем формулы изобретения.