УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

Предполагаемое изобретение относится к области измерения динамических давлений и может найти применение для измерения пульсаций давления в высокотемпературных воздушно-газовых трактах газотурбинных двигателей.
Для измерения пульсаций давления в магистралях, в которых невозможна непосредственная установка датчиков давления, например, из-за высоких температур, применяют акустические зонды. К акустическим зондам предъявляются весьма жесткие требования по динамической точности в широком диапазоне частот и амплитуд пульсаций давления, а также средних их значений.
Известно устройство для измерения пульсаций давления газа (см. А.с. 427252, СССР, МПК G01L 7/00. Опубл. 05.05.74. Бюл. №17), состоящей из подводящего канала, датчика пульсаций давления и согласованной нагрузки. Выравнивание амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) с целью повышения динамической точности в данном устройстве обеспечивается за счет согласованной нагрузки в виде пневмосопротивления и емкости. Такая коррекция АЧХ устройства будет справедлива, если температура вдоль подводящего канала будет неизменна. Если температура рабочей среды в объекте исследования, например в камере сгорания, будет выше 600...800°К, то подводящий трубопровод станет неоднородным волноводом, т.е. волноводом с переменными по длине параметрами. В этом случае, хотя датчик давления и вынесен за пределы высокотемпературной зоны, возникает дополнительная погрешность, вносимая подводящим трубопроводом из-за
его неоднородности. Величина этой погрешности прямо пропорциональна корню квадратному от отношения температур рабочей среды на входе в зонд и в сечении, в котором наступила стабилизация температуры рабочей среды. Это можно доказать на основе теории распространения волн в неоднородном волноводе, (см. статью Лисочкина Я.А. Учет влияния подводящих каналов к измерителям давления при наличии градиента температур. - Измерительная техника, 1966, №1, С.51-53).
За прототип предполагаемого изобретения выбрано устройство для измерения пульсаций давления газа (А.с. 924529, СССР, МПК G01L 7/00. Опубл. 30.04.82. Бюл. №16), состоящий из корпуса, в котором размещен датчик пульсаций давления, подключенный к подводящему трубопроводу, вакуумированный подпружиненный сильфон, один торец которого жестко закреплен в корпусе, а к второму прикреплен торец цилиндрической обоймы, внутри которой со стороны другого торца запрессован дросселирующий элемент, выполненный в виде пористой втулки и сильфоном выполнены радиальные отверстия, конец подводящего трубопровода выполнен заглушенным, снабжен радиальными отверстиями и пропущен сквозь пористую втулку и полость обоймы. Недостатком данного устройства является то, что при измерении пульсаций давления в условиях высоких температур он обладает дополнительной динамической погрешностью из-за температурной неоднородности подводящего канала. Кроме того, устройство-прототип сложен по конструкции и не обладает достаточной надежностью для летных испытаний двигателя из-за наличия подвижного элемента и вакуумированного сильфона.
В основу предлагаемой полезной модели поставлена задача обеспечить измерение пульсаций давления в высокотемпературных условиях с меньшей динамической погрешностью, упростить конструкцию и повысить ее надежность.
Данная задача решается за счет того, что в устройстве для измерения
пульсаций давления газа, состоящем из корпуса, в котором размещен датчик пульсаций давления, подключенный к подводящему трубопроводу и дросселирующий элемент, согласно полезной модели, корпус выполнен в виде полого закрытого со свободного конца штуцера, в стенке которого выполнены радиальные отверстия, соединяющие подводящий трубопровод с дросселирующим элементом в виде набора жестко связанных со штуцером, уложенных в спираль и накрытых снаружи крышкой одинаковых капиллярных трубок с суммарной площадью проходного сечения, равной площади проходного сечения подводящего трубопровода, а на входе в трубопровод установлен насадок, причем площадь проходного сечения насадка изменяется по его длине в соответствии с формулой
где F(0), F(x) - площади проходного сечения насадка в канале и на расстоянии х от его начала; Т(0), Т(х) - температура рабочей среды в начале насадка и на расстоянии х от его начала.
Конструктивная схема устройства представлена на фиг.1 - общий вид, на фиг.2 - принципиальная схема.
Устройство состоит из корпуса 1, в виде заглушенного со свободного конца полого штуцера, в стенке которого выполнены радиальные отверстия 2. В каждом из отверстий 2 установлена герметично, например, пайкой капиллярная трубка 3. Капиллярные трубки уложены в спираль (виток к витку) и поджаты через шайбу 4 гайкой 5. Количество капиллярных трубок 3 подобрано так, что их суммарная площадь проходного сечения равна площади проходного сечения подводящего трубопровода 6, подсоединенного к корпусу 1. Капиллярные трубки 3 накрыты снаружи крышкой 7, навернутой на корпус 1. К входу подводящего трубопровода подсоединен насадок 8, который в свою очередь соединен с полостью объекта исследования 9. Насадок 8 выполнен
таким образом, что площадь его проходного сечения по мере удаления от его начала (объекта исследования) увеличивается. Закон увеличения площади проходного сечения насадка 8 выбран исходя из постоянства акустического волнового сопротивления по его длине. Во входной части корпуса 1 в специальном гнезде установлен датчик пульсаций давления 10, рабочая полость (торец) чувствительного элемента которого соединена через радиальное отверстие 11 в корпусе 1 с подводящим трубопроводом 6.
Устройство работает следующим образом. При измерении пульсаций, давления в высокотемпературных магистралях исследуемого объекта 9 пульсации давления распространяются без отражений через насадок 8 и подводящий трубопровод 6 в согласованную нагрузку в виде набора капиллярных трубок 3. Датчик пульсаций давления воспринимает лишь подающие волны давления без динамических искажений. Отсутствие динамических искажений в устройстве объясняется тем, что, несмотря на переменную по длине насадка температуру в нем реализован акустически однородный волновод с постоянным по длине волновым сопротивлением за счет изменения площади его проходного сечения. Поэтому в насадке распространяются падающие волны давления, имеющие постоянную по длине насадка амплитуду. Кроме того, при подключении к концу подводящего канала 6 согласованной нагрузки из капиллярных трубок 3 с суммарной площадью, равной площади проходного сечения канала, в нем не возникает отраженных волн. Падающие волны проходят в капиллярные трубки и быстро затухают по их длине. По сравнению с прототипом предлагаемый акустический зонд обладает следующими технико-экономическими показателями:
- позволяет проводить измерение пульсаций давления в высокотемпературных условиях с меньшей динамической погрешностью, что повышает достоверность снимаемой в процессе испытаний
информации и, тем самым, сокращает число испытаний, снижает материальные затраты при доводке и эксплуатации газотурбинных двигателей;
- прост по конструкции, более надежен благодаря отсутствию в конструкции подвижных элементов.