CN105547578A

CN105547578A - 一种带冷却水套的高温燃气动态压力引压装置

Info

Publication number: CN105547578A
Application number: CN201610085990.2A
Authority: CN
Inventors: 孙涛; 王凯; 高慧中; 刘培培
Original assignee: 705TH RESEARCH INSTITUTE OF CHINA SHIPBUILDING INDUSTRY Corp
Current assignee: 705TH RESEARCH INSTITUTE OF CHINA SHIPBUILDING INDUSTRY Corp
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2016-05-04

Abstract

本发明提出了一种带冷却水套的高温燃气动态压力引压装置，由前引压管、后引压管、螺母和水套组成；压力引出装置和被测对象的连接方式为前引压管插入燃气压力采样管接头，待前引压管的凸缘与采样管接头的端面接触后，用螺母将二者连接，即可完成压力引出装置的安装。采用本发明的测试装置后，使用普通的ICP型动态压力传感器即可测量高温高压燃气的动压，可以降低对动态压力传感器的要求；压力引出装置移动性好、接口通用，可用于对不同的对象测温测压，降低了试验难度、减少试验费用。

Description

一种带冷却水套的高温燃气动态压力引压装置

技术领域

本发明属于压力测量技术领域，具体为一种带冷却水套的高温燃气动态压力引压装置。

背景技术

热能动力机械与装置在现代生活中起着十分重要的作用，各种不同类型、性能的动力装置十分广泛地应用在汽车、拖拉机、火车、轮船、飞机、导弹、鱼雷等工农业、交通、军事等各个领域。热能动力机械工作时，燃料通过能源供应与调节系统输送到燃烧装置，在其中点火燃烧产生高温高压燃气驱动发动机做功。高温燃气的动态压力是表征燃烧稳定性的重要参数，对于燃烧状态评估、异常分析及燃烧系统的改进具有重要的指导作用。

燃烧装置出口燃气温度通常都在1000k以上，比如，推比10级别航空发动机燃烧室出口燃气平均温度约1850k，推比15以上级别的发动机燃烧室出口温度高达2000k以上。为了测量高温燃气的压力，人们不断将新材料、新工艺、新结构引入到传感器的设计加工以提高其工作温度范围。南京高华公司研制出JC-025G高温压力传感器采用分体式、双膜片结构，通过在连接前后膜片的毛细管中填充硅油及内置电路对零点、满量程进行温度补偿和线性修正，使得传感器的工作温度提高至125℃。美国PCB公司提供的064B型水冷适配器，与PCB动态压力传感器组合使用，可较大程度地提高传感器的工作范围。总体而言，受压力传感器敏感元件和调理电路的工作温度范围及传感器体积、重量的限制，普通压力传感器的工作温度上限只有400k左右。据公开资料报道，最先进的压力传感器的工作温度上限也不超过1000k，这种传感器不但价格昂贵而且限制出口。显然，目前的压力传感器技术水平在大部分情况下无法做到高温燃气压力的原位测量。

在现有技术条件下，高温燃气压力的间接测量不失为一种简单可行且精度较高的测量手段。最常用的高温燃气静态压力间接测量方法是采用一根较长的引压管并在管内填充适量的冷却水或硅油，可满足燃气温度处于1500k左右时的压力测量。燃气温度更高时，可采用恒温循环水系统冷却传感器，使得传感器在一个局部稳定的低温环境下工作。不幸地是，测量动态压力时，一方面管道越长其共振频率越低，可能接近甚至低于被测压力的频率，导致测量结果出现很大的测试误差；另一方面，管道中的冷却液体会对燃气产生阻尼效应，消弱甚至消除燃气的压力的动态变化。

发明内容

燃烧装置出口燃气温度通常都在1000k以上，远高于动态压力传感器的工作温度(400k左右)，需要用连接管道将被测压力引向测压传感器。由于测量动态压力的引压管道长度较短且不能填充冷却液，高温燃气流动到测压传感器感应面温度几乎不降，直接测量必然烧坏测压传感器。

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种带冷却水套的高温燃气动态压力引压装置，具有成本低、安装易、接口通用的特点，能够对引压管进行冷却，并采用动态压力传感器测量高温高压燃气动态压力。

本发明的技术方案为：

所述一种带冷却水套的高温燃气动态压力引压装置，其特征在于：由前引压管、后引压管、螺母和水套组成；

所述前引压管的进气段能够插入被测的燃气压力采样管接头的出气段，且前引压管进气段外壁面与燃气压力采样管接头出气段内壁面能够密封配合；

所述前引压管外壁面有凸缘；所述螺母套在前引压管上，并处于凸缘与前引压管出气端之间；所述螺母能够沿前引压管管壁移动，并能够与燃气压力采样管接头出气端螺纹固定连接；

所述前引压管的出气段为直径渐变的扩口管结构；

所述后引压管的进气端与前引压管出气端密封焊接固定；后引压管进气端内径等于前引压管出气端内径；

所述水套由入口管、出口管和密封套在后引压管管壁上的冷却腔组成；入口管以及出口管均与冷却腔连通，用于输入和输出冷却介质；

所述后引压管的末段为传感器安装段，能够安装温度传感器和压力传感器；

所述后引压管固有频率大于被测高温燃气动态压力频率的倍频值；传递到传感器安装段的燃气温度低于压力传感器的工作温度上限。

进一步的优选方案，所述一种带冷却水套的高温燃气动态压力引压装置，其特征在于：前引压管进气段内径等于燃气压力采样管接头进气段内径。

进一步的优选方案，所述一种带冷却水套的高温燃气动态压力引压装置，其特征在于：前引压管扩口管结构的扩张角度为30°。

进一步的优选方案，所述一种带冷却水套的高温燃气动态压力引压装置，其特征在于：入口管和出口管布置在冷却腔轴向两端，且分处于冷却腔径向两侧。

有益效果

采用本发明的测试装置后，使用普通的ICP型动态压力传感器即可测量高温高压燃气的动压，可以降低对动态压力传感器的要求；压力引出装置移动性好、接口通用，可用于对不同的对象测温测压。降低了试验难度、减少试验费用。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：压力引出装置结构示意图；

其中：1、螺母；2、前引压管；3、水套；4、后引压管；5、凸缘；6、密封圈；7、传感器安装座；31、前挡板；32、出口管；33、管体；34、入口管；

图2：实施方案示意图；

图3：引出装置装配示意图；

其中：8、燃气压力采样管接头。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本实施例是测试某燃烧室出口高温高压燃气的动态压力，测试方案如图2所示。

如图1所示，本实施例中的带冷却水套的高温燃气动态压力引压装置由前引压管2、后引压管4、螺母1和水套3组成。压力引出装置和被测对象的连接方式为前引压管2插入燃气压力采样管接头8，待前引压管的凸缘与采样管接头的端面接触后，用螺母1将二者连接，即可完成压力引出装置的安装。

所述前引压管2的进气段能够插入被测的燃气压力采样管接头8的出气段，前引压管2进气段内径等于燃气压力采样管接头8进气段内径，前引压管2进气段外径等于燃气压力采样管接头8出气段内径，且前引压管2的进气段外壁面有凹槽，用于放置密封圈6，使得前引压管2进气段外壁面与燃气压力采样管接头8出气段内壁面能够密封配合。

所述前引压管2外壁面有凸缘5，用于防止螺母脱落及保证插入到位。所述螺母1套在前引压管2上，并处于凸缘5与前引压管出气端之间；所述螺母1能够沿前引压管管壁移动，并能够与燃气压力采样管接头出气端螺纹固定连接。

所述前引压管2的出气段为直径渐变的扩口管结构。

所述后引压管4的进气端与前引压管2出气端密封焊接固定；后引压管4进气端内径等于前引压管2出气端内径。

所述水套3由入口管34、出口管32和密封套在后引压管管壁上的冷却腔组成。冷却腔由前挡板31、后挡板和管体33组成，前、后挡板结构相同，为圆环状，内环的直径与后引压管4外径相同，外径通过冷却计算确定.入口管以及出口管均与冷却腔连通，用于输入和输出冷却介质。入口管和出口管布置在冷却腔轴向两端，且分处于冷却腔径向两侧，以增强对流、提高换热效果。入口管和出口管上的“鱼骨刺”可增大与之连接的塑料软管的摩擦力，防止软管在测试期间脱落。

所述后引压管的末段为传感器安装段，带有传感器安装座和螺纹，能够安装温度传感器和压力传感器；后引压管将经过冷却的高温燃气引至传感器感应面。

本实施例中，压力引出装置安装在燃烧室当量喷喉的燃气采样管接头上，密封圈采用O形圈，前引压管凹槽深度等于O形圈截面圆的半径，其扩口部分的扩张角度为30°，装上压力传感器后进行气密性检查。测试高温高压燃气时，将试验间的自来水管与压力引出装置的入口管连接，冷却水从出口管排入地沟。动态压力传感器选用美国PCB公司的113B24，其温度范围为-70135℃，ICP信号输出。数据采集卡为NI9234，采样频率最大值为51.2kHz。数据采集软件为可实时连续记录动态压力数据。

由于测量管内流体动压时，所测压力频率需小于管子固有频率值，才能够准确测量。根据公式，管系固有频率为

f_{n} = \frac{d c}{4} \sqrt{\frac{1}{π l v}}

式中：c—声速；d—引压管直径；l—引压管长度；v—容腔体积，l₁—容腔长度；d₁—容腔直径。

所以，实际工作时，先根据经验选择后引压管的初始尺寸(本实施例中即长度)，通过公式计算后引压管固有频率，若后引压管固有频率大于被测高温燃气动态压力频率的倍频值，则进行温度测量，否则改变后引压管长度；温度测量的目的是对高温燃气原始状态和冷却状态的温度进行摸底，验证水套的冷却效果，为改进效果提供指导，确保动压传感器的使用安全，避免损坏仪器。若温度测量结果满足压力传感器工作要求，则进一步进行压力测量，否则调整水套尺寸。压力测量分摸底测试和正式测试两个阶段，压力摸底测试的目的是初步确定合适的采样频率、增益倍数、量程、测点位置等动态测试参数，压力正式测量的目的是为了获得正确的试验数据。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种带冷却水套的高温燃气动态压力引压装置，其特征在于：由前引压管、后引压管、螺母和水套组成；

所述前引压管的出气段为直径渐变的扩口管结构；

2.根据权利要求1所述一种带冷却水套的高温燃气动态压力引压装置，其特征在于：前引压管进气段内径等于燃气压力采样管接头进气段内径。

3.根据权利要求1或2所述一种带冷却水套的高温燃气动态压力引压装置，其特征在于：前引压管扩口管结构的扩张角度为30°。

4.根据权利要求3所述一种带冷却水套的高温燃气动态压力引压装置，其特征在于：入口管和出口管布置在冷却腔轴向两端，且分处于冷却腔径向两侧。