Высокотемпературный акустический генератор с магнитной муфтой в электроприводе

Полезная модель относится к области генерации колебаний давления и может найти применение для испытания и тарировки датчиков давления и акустических зондов, предназначенных для измерения динамического давления в камерах сгорания ГТД.
При доводке и эксплуатации газотурбинных двигателей и других энергетических установок пульсации давления газа являются одним из основных параметров, дающих наиболее полную информацию о динамических процессах в системе. Повышенная температура газа, возникающие в системе вибрации, ограничения по габаритам датчиков не позволяют устанавливать датчики давления непосредственно в точке измерения, поэтому измерение производится с помощью акустического зонда - устройства, состоящего из датчика пульсаций давления, волноводного канала и акустического корректирующего элемента, устраняющего резонансные колебания, возникающие в волноводе.
Для обеспечения более точных измерений пульсаций давления с помощью акустических зондов необходимо проводить тарировку и калибровку датчиков пульсаций давления. С этой целью используются специальные устройства - высокотемпературные генераторы колебаний давления, позволяющие создавать температурные и вибрационные условия, близкие к процессам в ГТД.
Одним из устройств для динамической тарировки датчиков давления является устройство, содержащее резонансную трубу с контрольными и тарируемыми датчиками и клапан пульсаций давления, выполненный в виде отверстия в торце резонансной трубы, перекрываемого диском с отверстиями, за счет чего создаются колебания давления. В резонансной трубе присутствует рабочая камера, в которой установлен нагревательный элемент для создания повышенной температуры [РФ №157068; получен 27.11.2015].
Однако недостатком данного устройства является его неспособность создавать температуры выше +500°С и работать при них.
Наиболее близким по технической сущности является генератор пульсаций давления, состоящий из двух камер: горячей, где установлены испытуемые датчики, и холодной, в которой находится привод установки. Устройство включает в себя вращающуюся сирену с отверстиями, при попеременном закрытии которых происходят пульсации давления, затем они усиливаются с помощью сужающегося экспоненциального патрубка [РФ №184037; получен 12.07.2018].
2
Хотя данная конструкция позволяет создавать высокую частоту (порядка 4000 Гц) и амплитуду (до 3 кгс/см), высокая температура, близкая к температуре в камере сгорания газотурбинного двигателя (более 1000°С), и пульсации газа в горячей камере приводят к перегреву приводной части генератора и выбросу горячего воздуха в окружающую среду.
Цель технического решения - снижение температурного воздействия на привод установки и окружающую среду за счет ряда конструктивных решений.
Предлагаемая конструкция высокотемпературного акустического генератора давления газовой среды призвана уменьшить температурную нагрузку на приводную часть устройства и окружающую среду за счет следующих решений. В первую очередь, снижение температурного воздействия горячей камеры на электропривод достигается передачей крутящего момента с вала двигателя на вал барабана посредством магнитной муфты, обеспечивающей бесконтактное взаимодействие. Электродвигатель выносится за корпус установки, что позволяет ему не перегреваться во время работы генератора. Использование звукоизоляционного короба поверх генератора снижает температурное воздействие генератора на окружающую среду.
Устройство состоит из холодной камеры 1, которая включает в себя вал 2 с уплотнительным кольцом 3 и двумя подшипниками 4, привода 5, который состоит из магнитной муфты 6 и электродвигателя 7, установленного на подвижной платформе 8, а также горячей камеры 9, в которой устанавливают испытуемые датчики. Холодная камера 1 установлена на каркасе 10, привод 5 закреплен на столе 11.
Генерация пульсаций происходит с помощью вращающегося барабана 12 с отверстиями, расположенными в шахматном порядке, которые попеременно открывают и закрывают подачу воздуха с помощью коллектора подачи 13 по патрубкам 14. Пульсации давления распространяются от фланца 15 по экспоненциальному каналу 16 в горячей камере 9, где воздух нагревается посредством термопатрона 17, что позволяет имитировать процессы в газотурбинном двигателе, температура контролируется при помощи датчика температуры 18. Часть отработанного воздуха уходит через коллектор слива 19.
Динамическое давление замеряется эталонным датчиком давления 20 и испытуемым датчиком, входящим в состав акустического зонда 21, затем их показания сравниваются с целью градуировки испытуемого датчика.
Работа устройства осуществляется за счет электродвигателя 7, подключенного к специальному блоку питания с частотной регулировкой питающего напряжения 22, приводящего во вращение наружную полумуфту 23, в которой установлены постоянные магниты. Между наружной полумуфтой 23 и внутренней полумуфтой 24, в которой также установлены постоянные магниты, при вращении возникает электродвижущая сила, что приводит к передаче крутящего момента с вала электродвигателя 7 на вал генератора 2. Электродвигатель 7 расположен за пределами корпуса акустического генератора для снижения теплового воздействия и установлен на горизонтально подвижной платформе 8, что позволяет искать наиболее оптимальное положение привода и регулировать передаваемый крутящий момент. Разделительный стакан 25 принимает на себя температурные нагрузки и тем самым защищает наружную полумуфту 23 и электродвигатель 7. Использование магнитной муфты 6 исключает возможность перегрева двигателя и повышает ресурс установки.
При работе роторного клапана генерируется сильный шум и высокочастотный свист, часть горячих продуктов выбрасывается в окружающую среду. Для снижения подобного негативного воздействия установка вместе с приводной частью закрывается звукоизоляционным коробом 26, который включает в себя три слоя: внутренний слой 27 из звукопоглощающего материала на подобие металлорезины (MP), снижающий уровень шума в широком диапазоне частот, средний металлический каркасный слой 28 и наружный вибродемпфирующий слой 29, уменьшающий возникающие при работе установки колебания и вибрации. В коробе сделан угловой канал 30, в который установлен фильтроэлемент 31, для направленного отвода тепла и отработанного воздуха от генератора. При необходимости через угловой канал 30 возможно осуществить откачку продуктов генерации из короба.