Устройство для измерения пульсаций давления газа

Техническое решение относится к области измерений пульсирующих давлений и может найти применение для измерения пульсаций давления газа, например, в газовоздушном тракте газотурбинного двигателя (ГТД) при исследовании газодинамической устойчивости компрессора, поля пульсаций давления в основной и форсажной камерах сгорания.
При измерении пульсаций давления в условиях высоких температур, больших виброперегрузок и скоростей обтекания датчик пульсирующих давлений выносится из зоны действия таких дестабилизирующих факторов и подсоединяется к точке измерения при помощи подводящего трубопровода. Одним из основных требований, предъявляемых к такому устройству (подводящий канал - датчик), является высокая динамическая точность, которая может быть обеспечена при равномерной передаче динамического давления со входа в подводящий трубопровод к датчику пульсаций давления. Это требование частично выполняется при установке на выходном конце подводящего трубопровода согласованной акустической нагрузки, выполненной в виде согласующего трубопровода длиной 25 м и более с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру подводящего трубопровода. При этом обеспечивается режим бегущих волн в трубопроводе и измерение пульсаций давления с требуемой точностью в ограниченном диапазоне частот [Акустические методы и средства измерения пульсаций давления / [В.П. Шорин и др.] - Самара: Изд-во Самар. гос.аэрокосм, ун-та, 2007. - 132 с: ил.].
Недостатком такого устройства является низкая точность измерения пульсаций давления в области низких частот, обусловленная отражением волн давления от закрытого конца длинного согласующего трубопровода. При этом, чем длиннее согласующий трубопровод, тем ниже диапазон низких частот, в котором велика погрешность измерения пульсаций давления. К тому же увеличиваются габариты и масса согласующего трубопровода, что затрудняет установку такой измерительной системы на двигатель в процессе его испытаний.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство [US 2004/0168520 A1 Pub. Date: Sep.2, 2004], содержащее датчик давления, подключенный с одной стороны к выходу подводящего трубопровода, а с другой стороны к входу длинного согласующего трубопровода, причем согласующий трубопровод с проходным сечением, равным проходному сечению подводящего трубопровода, намотан в виде бухты на стакан, внутренняя полость которого представляет собой замкнутую камеру.
peз
Это устройство также обладает тем недостатком, что имеет большую погрешность измерения пульсаций давления в области низких частот. Наибольшая погрешность наблюдается при частотах, совпадающих с частотой четвертьволнового резонанса, определяемой по зависимости ƒ=с/4l, где с - скорость распространения волн в подводящем и согласующем трубопроводах, l-суммарная длина подводящего и согласующего трубопроводов.
Цель изобретения - повышение точности измерения пульсаций давления во всем рабочем диапазоне частот измерительного устройства.
Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения пульсаций давления газа, содержащем датчик давления, подключенный с одной стороны к выходу подводящего трубопровода, а с другой стороны к входу длинного согласующего трубопровода, причем согласующий трубопровод с проходным сечением, равным проходному сечению подводящего трубопровода намотан, в виде бухты на стакан, внутренняя полость которого представляет собой замкнутую камеру, на конце согласующего трубопровода установлен дросселирующий элемент, выход которого соединен с камерой, при этом дросселирующий элемент установлен таким образом, что его акустическое сопротивление равно
волновому сопротивлению подводящего трубопровода.
дp
в
B
Устройство, представленное на фиг. 1, состоит из датчика пульсаций давления 1, подключенного с одной стороны к выходу подводящего трубопровода 2, а с другой стороны к входу согласующего трубопровода 3, намотанного в виде бухты 4 на стакан 5, внутренняя полость которого представляет собой замкнутую камеру 6. Вход подводящего трубопровода 2 подключен к объекту испытаний 7, в котором предполагается измерение пульсаций давления. Согласующий трубопровод 3 выполнен с проходным сечением, равным проходному сечению подводящего трубопровода 2. На конце согласующего трубопровода 3 установлен дросселирующий элемент 8, например, из материала MP, выход которого соединен с камерой 6. Акустическое сопротивление R дросселирующего элемента 8 равно волновому сопротивлению Z подводящего трубопровода 2. Здесь Z=ρ⋅c/S, где ρ - плотность газа; с - скорость распространения звука в подводящем 2 и согласующем 3 трубопроводах; S -площадь проходного сечения подводящего трубопровода 2.
Устройство работает следующим образом. Пульсации давления газа с объекта испытаний 7 передаются на вход подводящего трубопровода, распространяются по нему до конца, где воспринимаются датчиком пульсаций давления 1 и далее входят в согласующий трубопровод 3. Пульсации давления, распространяясь по согласующему трубопроводу 3, постепенно затухают и достигают дросселя 8, установленного на его конце. Так как дроссель 8 обладает акустическим сопротивлением, равным волновому сопротивлению согласующего трубопровода 2, то остаточные пульсации давления, не погашенные полностью по его длине, гасятся (без отражения) на акустическом RC-фильтре, образованном дросселем 8 с камерой 6. При этом исключается возникновение низкочастотных резонансных колебаний давления газа в измерительной цепи, что предотвращает искажение воспринимаемых датчиком пульсаций давления и повышает их точность измерения.