CN113739939A - 燃烧室出口总温探针 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃烧室出口总温探针,包括探针支杆,探针支杆头部设有整流隔热罩、屏蔽罩,整流隔热罩与探针支杆之间沿周向有缝隙,屏蔽罩固定于探针支杆前端,并伸出整流隔热罩,屏蔽罩前端设有进气孔,进气孔内设有热电偶;探针支杆后部设有冷却气进口、进水口和出水口,探针支杆内设有冷却气管、进水缝隙和出水缝隙,冷却气管连通冷却气进口和整流隔热罩,探针支杆头部内的通水槽两端连通进水缝隙与出水缝隙。采用本发明,防止探针支杆头部外侧烧蚀;通过屏蔽罩、整流隔热罩,使测点的温度场不受冷却结构影响,冷却对屏蔽罩和测点的热传导误差明显得到改善,实现了高性能燃烧室出口燃气的准确测量。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机高温气流测试技术领域,具体涉及一种燃烧室出口总温探针。
背景技术
随着先进航空发动机技术发展,下一代高温升、高性能航空发动机主燃烧室的试验工况已达到2200K以上,远超现有高温燃气测量的能力范围。如何实现下一代燃烧室出口高温气流的可接触式测量,并可靠、准确的掌握燃烧室出口气流温度的分布情况,是目前紧迫的技术难题。
下一代燃烧室出口温度高、压力大、测试空间狭小、结构复杂、风险高。目前国内采用的水冷方式配合铂铑40-铂铑20热电偶的高温探针测温上限只有2000K左右,在局部热点区域双铂铑偶丝材料经常出现高温熔断情况,无法担负更高高温气流的测量工作,同时探针冷却结构带来的测温误差偏大,数据无法直接使用。另外,探针冷却结构带来测温误差的同时,也使探针支杆头部温度升高,无法得到有效保护,导致烧蚀损伤,造成无法长时间使用。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种燃烧室出口总温探针。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的燃烧室出口总温探针,包括探针支杆,所述探针支杆中部设有安装部;
探针支杆头部设有整流隔热罩、屏蔽罩,整流隔热罩与探针支杆之间沿周向有缝隙,屏蔽罩后端固定于探针支杆前端,屏蔽罩前端伸出整流隔热罩,屏蔽罩前端顺向设有进气孔,进气孔内设有热电偶;
探针支杆后部设有冷却气进口、进水口和出水口,探针支杆内设有冷却气管、进水缝隙和出水缝隙,冷却气管一端连通冷却气进口,另一端连通整流隔热罩内部,进水缝隙连通进水口,出水缝隙连通出水口,探针支杆头部内设有通水槽,通水槽两端分别连通进水缝隙与出水缝隙。
所述热电偶采用铱铑40-铱铑10的偶丝。
所述热电偶的裸露部分设有耐高温镀膜层。
该藕丝的直径为Φ0.5mm。
所述屏蔽罩上还沿横向设有排气孔,排气孔连通进气孔,排气孔正对热电偶中部。
所述排气孔数量为2个,位于热电偶两边。
所述进气孔与排气孔的面积比值为1.04。
该排气孔直径为1.8mm。
所述屏蔽罩的长径比≥5。
所述屏蔽罩至少有2个,分别为贵金属屏蔽罩和陶瓷屏蔽罩。
所述陶瓷屏蔽罩后部设有限位结构和固定卡环,限位结构与固定卡环之间卡接,固定卡环之间与探针支杆前端焊接。
所述整流隔热罩前端为弧形,整流隔热罩上涂有热障涂层。
所述整流隔热罩周向分布有多个卡销,整流隔热罩与探针支杆之间通过卡销卡接。
所述进水缝隙、出水缝隙内还设有导流板,导流板位于探针支杆头部。
本发明的有益效果在于:
采用本发明,探针头部的冷却为水冷与气冷复合形式,提高了冷却效果;冷却气整体降低了整流隔热罩内部的探针头部温度,减小了冷却水负荷,降低了支杆内由于冷却水升温带来的压力,保障了强度;冷却气从整流隔热罩与探针支杆之间的缝隙排出,对探针支杆头部具有屏障保护作用,防止探针支杆头部外侧烧蚀;屏蔽罩减少了电偶丝高温熔断的情况,通过屏蔽罩使热电偶远离探针支杆头部,并由整流隔热罩隔绝,使得测点的温度场不受冷却结构影响,冷却对屏蔽罩和测点的热传导误差明显得到改善,实现了高性能燃烧室出口燃气的准确测量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的俯向示意图。
图3是图1的M部详图。
图4是图1的A-A向剖视图。
图5是图1的B-B部断面图。
图6是图1的C-C部断面图。
图7是探针支杆内部的导流板结构示意图。
图中:1-探针支杆;2-安装部;3-整流隔热罩;4-屏蔽罩;5-进气孔;6-热电偶;7-冷却气进口;8-进水口;9-出水口;10-冷却气管;11-进水缝隙;12-出水缝隙;13-通水槽;14-导流板;15-排气孔;16-贵金属屏蔽罩;17-陶瓷屏蔽罩;18-固定卡环;19-卡销。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案,但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1~6所示为本发明的结构示意图:
本发明提供了一种燃烧室出口总温探针,包括探针支杆1,所述探针支杆1中部设有安装部2;
探针支杆1头部设有整流隔热罩3、屏蔽罩4,整流隔热罩3与探针支杆1之间沿周向有缝隙,屏蔽罩4后端固定于探针支杆1前端,屏蔽罩4前端伸出整流隔热罩3,屏蔽罩4前端顺向设有进气孔5,进气孔5内设有热电偶6;
探针支杆1后部设有冷却气进口7、进水口8和出水口9,探针支杆1内设有冷却气管10、进水缝隙11和出水缝隙12,冷却气管10一端连通冷却气进口7,另一端连通整流隔热罩3内部,进水缝隙11连通进水口8,出水缝隙12连通出水口9,探针支杆1头部内设有通水槽13,通水槽13两端分别连通进水缝隙11与出水缝隙12。
原理:安装部2用于将总温探针安装在燃烧室出口,工作时,探针头部的冷却为水冷与气冷复合形式,冷却水通过进水口8、进水缝隙11、通水槽13、出水缝隙12、出水口9形成回路,冷却器通过冷却气进口7、冷却气管10进入整流隔热罩3内,又从整流隔热罩3与探针支杆1之间的缝隙排出,该排出方向顺着燃烧室出口燃气方向,从而排出的冷却气对探针支杆1头部具有屏障保护作用。
采用本发明,探针头部的冷却为水冷与气冷复合形式,提高了冷却效果;冷却气整体降低了整流隔热罩3内部的探针头部温度,减小了冷却水负荷,降低了支杆内由于冷却水升温带来的压力,保障了强度;冷却气从整流隔热罩3与探针支杆1之间的缝隙排出,对探针支杆1头部具有屏障保护作用,防止探针支杆1头部外侧烧蚀;屏蔽罩4减少了电偶丝高温熔断的情况,通过屏蔽罩4使热电偶6远离探针支杆1头部,并由整流隔热罩3隔绝,使得测点的温度场不受冷却结构影响,冷却对屏蔽罩4和测点的热传导误差明显得到改善,实现了高性能燃烧室出口燃气的准确测量。
所述热电偶6采用铱铑40-铱铑10的偶丝。该热电偶6长期最高使用温度为2273K,短期最高使用温度2373K,在测温范围内允许误差±0.4%t;通过该设置,避免了电偶丝高温熔断的情况,实现了下一代燃烧室出口高温气流的可接触式测量,并且温度测量数据可靠、准确。
所述热电偶6的裸露部分设有耐高温镀膜层。研究发现,铱材料在高温氧化环境下会出现挥发现象,同时若测量燃气中含有较多未完全燃烧的成分,该偶丝表面会出现渗碳现象,从而造成偶丝易断裂;因此,通过镀膜,防止了该偶丝表面渗碳和铱材料挥发,保证了偶丝的长期使用不断裂。
该藕丝的直径为Φ0.5mm。
如图3所示:所述屏蔽罩4上还沿横向设有排气孔15,排气孔15连通进气孔5,排气孔15正对热电偶6中部。燃烧室出口燃气从进气孔5进入,从排气孔15出,使热电偶6测点的气流与燃烧室出口燃气一致,减小了测量误差。
所述排气孔15数量为2个,位于热电偶6两边。
所述进气孔5与排气孔15的面积比值为1.04。增大屏蔽罩4的内流速度,进而增强偶丝与燃气的对流换热。
该排气孔15直径为1.8mm。
所述屏蔽罩4的长径比≥5。
所述屏蔽罩4至少有2个,分别为贵金属屏蔽罩16和陶瓷屏蔽罩17。
其中,贵金属屏蔽罩16为铂铱贵金属材质;陶瓷屏蔽罩17为氧化钇陶瓷材质。提高了屏蔽罩4可靠性,可长期在下一代高温升、高性能航空发动机主燃烧室中工作。
所述陶瓷屏蔽罩17后部设有限位结构和固定卡环18,限位结构与固定卡环18之间卡接,固定卡环18之间与探针支杆1前端焊接。
所述整流隔热罩3前端为弧形,整流隔热罩3上涂有热障涂层。如图4~5所示:弧形便于使燃烧室出口燃气顺利流过,减小阻力,并减小燃气扰动对测点温度场的影响,热障涂层进一步降低了冷却结构对热电偶6测点温度场的影响,提高了测量数据的可靠性。
所述整流隔热罩3周向分布有多个卡销19,整流隔热罩3与探针支杆1之间通过卡销19卡接。
如图7所示:所述进水缝隙11、出水缝隙12内还设有导流板14,导流板14位于探针支杆1头部。进一步提高冷却效率。
Claims (10)
1.一种燃烧室出口总温探针,其特征在于:包括探针支杆(1),所述探针支杆(1)中部设有安装部(2);
探针支杆(1)头部设有整流隔热罩(3)、屏蔽罩(4),整流隔热罩(3)与探针支杆(1)之间沿周向有缝隙,屏蔽罩(4)后端固定于探针支杆(1)前端,屏蔽罩(4)前端伸出整流隔热罩(3),屏蔽罩(4)前端顺向设有进气孔(5),进气孔(5)内设有热电偶(6);
探针支杆(1)后部设有冷却气进口(7)、进水口(8)和出水口(9),探针支杆(1)内设有冷却气管(10)、进水缝隙(11)和出水缝隙(12),冷却气管(10)一端连通冷却气进口(7),另一端连通整流隔热罩(3)内部,进水缝隙(11)连通进水口(8),出水缝隙(12)连通出水口(9),探针支杆(1)头部内设有通水槽(13),通水槽(13)两端分别连通进水缝隙(11)与出水缝隙(12)。
2.如权利要求1所述的燃烧室出口总温探针,其特征在于:所述热电偶(6)采用铱铑40-铱铑10的偶丝。
3.如权利要求2所述的燃烧室出口总温探针,其特征在于:所述热电偶(6)的裸露部分设有耐高温镀膜层。
4.如权利要求1所述的燃烧室出口总温探针,其特征在于:所述屏蔽罩(4)上还沿横向设有排气孔(15),排气孔(15)连通进气孔(5),排气孔(15)正对热电偶(6)中部。
5.如权利要求4所述的燃烧室出口总温探针,其特征在于:所述排气孔(15)数量为(2)个,位于热电偶(6)两边。
6.如权利要求1或4所述的燃烧室出口总温探针,其特征在于:所述屏蔽罩(4)的长径比≥5。
7.如权利要求6所述的燃烧室出口总温探针,其特征在于:所述屏蔽罩(4)至少有(2)个,分别为贵金属屏蔽罩(16)和陶瓷屏蔽罩(17)。
8.如权利要求7所述的燃烧室出口总温探针,其特征在于:所述陶瓷屏蔽罩(17)后部设有限位结构和固定卡环(18),限位结构与固定卡环(18)之间卡接,固定卡环(18)之间与探针支杆(1)前端焊接。
9.如权利要求1所述的燃烧室出口总温探针,其特征在于:所述整流隔热罩(3)前端为弧形,整流隔热罩(3)上涂有热障涂层。
10.如权利要求1或9所述的燃烧室出口总温探针,其特征在于:所述整流隔热罩(3)周向分布有多个卡销(19),整流隔热罩(3)与探针支杆(1)之间通过卡销(19)卡接。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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