CN211696708U - 一种侧面开槽的双套管半球头总温探针 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气流总温测试领域，公开了一种侧面开槽的双套管半球头总温探针，包括外套管、内套管、温度传感器、绝热绝缘密封件和探针支杆，内、外套管均为中空的圆柱体加半球头，构成双套管结构，温度传感器位于内套管内部，固定在绝热绝缘密封件上。内、外套管上分别开有从套管侧壁一直延伸到端部半球头上的互成90°夹角的四个直型槽，外套管直型槽与内套管直型槽互成45°夹角。内、外套管上均开有排气孔，外套管上开有测温孔。本发明可以减轻热辐射和气流冲击对温度传感器的损伤，提高总温测量精度，增大总温测量气流不敏感角，开孔可自适应地进、排气。本发明可用于燃气轮机及航空发动机涡轮级间、涡轮进、出口以及燃烧室等高温环境的总温测量。

Description

一种侧面开槽的双套管半球头总温探针

技术领域

本发明涉及气流总温测量技术领域，特别涉及一种侧面开槽的双套管半球头总温探针，用于燃气轮机及航空发动机涡轮级间、涡轮进出口以及燃烧室等高温环境的总温测量。

背景技术

在燃气轮机与航空发动机温度测量领域，气流温度的测量一般为气流总温测量，即气流在绝能滞止状态下所能达到的温度。实际测量过程中，完全绝能滞止是很难实现的，测量高速气流总温时，速度误差较大。因此，测温探针测得的温度通常小于气流总温。现有的总温探针多为单层滞止罩，单层滞止难以保证温度测量的准确性。

现有的带滞止罩的总温探针通常只能起到单层屏蔽作用，而总温探针的感温元件通常是热电偶等易损测温元件，即使是铠装温度传感器在高温流场测量时，滞止罩也会对内部的温度传感器产生较强的辐射作用，缩短温度传感器的使用寿命，同时在温度高于300℃的高温环境，热辐射作用会使温度传感器测温结果的不准确。目前虽然有部分双屏抽气的总温探针，但需要安装复杂的抽气系统，增大了探针安装的难度，也提高了测试成本。

现有的总温探针在使用过程中，要求温度传感器直接正对来流，而温度传感器一般是易损的热电偶等易损测温元件，极易受到高温气流的冲击而导致温度传感器损坏，这也导致此类总温探针不能应用于高温、高速气流测试的场合。

航空发动机内部流场具有很强的三维性和非定常性，例如涡轮转子出口位置，其流场特性会受到转速、进口压力等多种因素的影响，因此，航空发动机内部气流方向变化较为剧烈。部分总温探针采用在滞止罩端部倒角的方式增大气流的不敏感角，但其增加不敏感角的范围也是有限的，因此，其感温头部对气流方向的偏斜较敏感，当气流方向变化较为剧烈时，测温误差较大。

现有的带滞止罩的总温探针技术中存在以下几点不足：1、现有的带滞止罩的总温探针只能实现单层滞止，气流滞止不充分导致测量误差。2、在高温流场测量时，单层滞止罩的总温探针的滞止罩会对温度传感器产生较强的辐射作用，缩短探针的使用寿命，同时造成测量结果不准确。3、现有的总温探针多采用在滞止罩端部倒角的方式增大气流的不敏感角，其增加不敏感角的范围有限，感温头部对气流方向的偏斜非常敏感，当气流方向变化较为剧烈时，测温误差较大，对于航空发动机内部流场的测量存在明显局限性。4、传统的总温探针中的温度传感器在测量过程中会受到气流的冲击作用，缩短了温度传感器的使用寿命。5、现有的双屏抽气的总温探针需要安装复杂的抽气系统，增大了安装的难度，提高了测试成本。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种侧面开槽的双套管半球头总温探针，目的在于解决目前气流总温测试时滞止不充分导致的测温误差大、测量气流不敏感角范围小、高温环境下因滞止罩辐射导致的温度传感器寿命短、测量结果不准确以及温度传感器受到气流冲击严重的问题。本发明中，双层套管结构不仅可以充分滞止气流，还可以起到双层屏蔽作用，内外套管上的开槽位置互呈一定的夹角，有利于在内、外套管之间形成气流层，从而减弱气流对温度传感器的辐射作用；端部半球头结构以及侧面开槽很大程度上扩大了感温头部测量气流的不敏感角范围；端部双层半球头结构可以防止气流直接对温度传感器造成冲击；内、外套管壁面所开排气孔设为斜孔，有利于气流排出，从而促进了对流换热，保证了探针测量的准确性，提高了探针的频响；根据气动力学原理设置的进排气孔结构可以实现进排气的自适应，不需要复杂的抽气系统，探针安装更加便捷。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种侧面开槽的双套管半球头总温探针，其特征在于，包括外套管(1)、内套管(2)、温度传感器(3)、绝热绝缘密封件(4)以及探针支杆(5)，内套管(2)位于外套管(1)内侧，形成双套管结构，温度传感器(3)位于内套管内部，固定在绝热绝缘密封件(4)上。

进一步，所述的外套管(1)和内套管(2)均为中空的圆柱体端部连接半球头结构，侧面圆周上分别开有外套管直型槽(7)和内套管直型槽(8)，每个套管上的四个直型槽之间互成90°夹角，外套管(1)四个外套管直型槽(7)与内套管(2)的四个内套管直型槽(8) 之间相差45°。

进一步，所述的外套管(1)在圆柱侧面上的外套管直型槽(7)长度为外套管(1) 外径的0.8～1.0倍，宽度为外套管(1)外径的1/8，外套管(1)端部的半球头结构上的外套管直型槽(7)在左视图上的投影长度是半球头结构外径的1/6～1/4倍；所述的内套管(2) 在圆柱侧面的内套管直型槽(8)长度为内套管(2)外径的0.8～1.0倍，宽度为内套管(2) 外径的1/8，内套管(2)端部的半球头结构上的内套管直型槽(8)在左视图上的投影长度是半球头结构外径的1/6～1/4倍。

进一步，所述的外套管(1)和内套管(2)均为中空的圆柱体加半球头端部结构，内套管(2)中空圆柱体部分的直径为2～8mm，外套管(1)中空圆柱体部分直径为内套管(2) 直径的1.1～1.2倍，外套管(1)和内套管(2)的壁厚均为0.1～1mm，探针支杆(5)直径与外套管(1)外径相同，探针支杆(5)可以为“一”字型或“L”型。

进一步，所述的内套管(2)的长度小于外套管(1)，内套管(2)到外套管(1)端部的距离为外套管(1)长度的0.1～0.2倍。

进一步，所述的外套管(1)端部半球头结构上开有中心线与套管轴线共线的圆形测温孔(9)，测温孔(9)直径为外套管(1)中空圆柱体部分外径的1/3～1/2倍。

进一步，在所述外套管(1)上其中两个互成180°夹角的外套管直型槽(7)的同方向上各开有3个排气孔(6)，排气孔直径为0.5～2mm,排气孔(6)与外套管(1)轴向的夹角为45°，3个排气孔(6)位于同一周向位置并沿轴向均匀分布，两相邻孔间距为4～5 倍的孔径，其中，第3个排气孔与两套管间胶封位置的轴向距离不超过2mm。

进一步，所述内套管(2)上的排气孔(6)与外套管(1)上的排气孔(6)孔径及间距相同，方向可相同也可与外套管(1)上的排气孔(6)互成90°夹角，内套管(2)上的排气孔(6)比外套管(1)上的排气孔(6)整体更靠近测温孔0.5～1倍的排气孔(6)间距。

进一步，所述的温度传感器(3)可以为热电偶或光纤温度传感器。

本发明创造具有的优点和积极效果是：

有益效果一：与现有技术相比，本发明侧面开槽的双套管半球头总温探针中的双层套管均可以滞止气流，从而有利于气流的充分滞止，提高测温精度；端部半球头结构与普通总温探针相比，也可以加速气流的滞止，同时又减轻了气流对温度传感器的冲击作用；内、外套管端部半球头结构开槽互成夹角、外套管半球头结构开测温孔而内套管不开，均是有利于气流充分滞止的设计。

有益效果二：本发明侧面开槽的双套管半球头总温探针采用双层套管结构，内套管可以屏蔽外套管对温度传感器的辐射作用，从而提高温度测量结果的准确性；外套管可以屏蔽外界气流对内套管的辐射，从而使减弱了对温度传感器的热辐射作用，提高了温度传感器的使用寿命和测量精度；端部的双层半球头结构避免了气流直接冲击温度传感器，进一步提高了探针的使用寿命。与现有技术相比，本发明的侧面开槽的双套管半球头总温探针扩大了总温探针的温度测量范围，可以用于较高温度流场的总温测量。

有益效果三：与现有技术相比，本发明中的侧面开槽的双套管半球头总温探针中的双套管结构在双套管上开设一定角度的斜排气孔，有利于在双套管之间的容腔内形成气流层，有利于隔热和减轻外套管对内套管和温度传感器的辐射作用，本发明根据气动力学原理合理布局内外套管的进排气孔，不需要专门的抽气系统就可以自适应地实现气流的进排气，提高了测试系统安装的便捷性。

有益效果四：与现有技术相比，本发明中侧面开槽的双套管半球头总温探针，端部的半球头结构加开槽的结构可以实现极大范围来流情况下的总温测量，可以极大程度上扩宽温度测量的不敏感角范围，可以实现偏转角-180°～180°，俯仰角-90°～90°范围内的总温的精确测量，减小了总温测量的误差。

本发明具有以下优点：双套管结构可以减轻热辐射和气流直接冲击对温度传感器的损伤，可用于高温环境，延长了温度传感器使用寿命，双层屏蔽和滞止提高了总温探针的测量精度，所布孔可自适应地实现进排气，半球头结构及开槽增大了总温探针测量的气流不敏感角。

附图说明

图1是本发明探针实施例一结构正视剖面图。

图2是本发明探针实施例一结构的左视图。

图3是本发明探针实施例一结构的A-A截面剖面示意图。

图4是本发明探针实施例一结构的B-B截面剖面示意图。

图5是本发明探针实施例一结构的C-C截面剖面示意图。

图6是本发明探针实施例二结构正视剖面图。

图7是本发明探针实施例二结构的左视图。

图8是本发明探针实施例二结构的D-D截面剖面示意图。

图9是本发明探针实施例二结构的E-E截面剖面示意图。

图10是本发明探针实施例二结构的F-F截面剖面示意图。

附图中标记及相应零部件以及表面名称：包括1-外套管；2-内套管；3-温度传感器； 4-绝热绝缘密封件；5-探针支杆；6-排气孔；7-外套管直型槽；8-内套管直型槽；9-测温孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本发明可以应用于涡轮出口总温的测量，涡轮出口流场受工况影响导致来流方向变化较大，且温度高，本发明可以实现高温环境下总温的准确测量且具有宽范围的气流不敏感角，为了便于在涡轮出口安装探针，支杆选用“L”型。选用的探针结构方案如下：

实施例一：

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实施例介绍了一种侧面开槽的双套管半球头总温探针，包括外套管(1)、内套管(2)、温度传感器(3)、绝热绝缘密封件(4)以及探针支杆(5)，内套管(2)位于外套管(1)内侧，形成双套管结构，温度传感器(3)位于内套管内部，固定在绝热绝缘密封件(4)上。

本实施例中，外套管(1)和内套管(2)均为中空的圆柱体端部连接半球头结构，侧面圆周上侧面分别开有外套管直型槽(7)和内套管直型槽(8)，四个直型槽之间互成90°夹角，外套管(1)四个外套管直型槽(7)与内套管(2)的四个内套管直型槽(8)之间相差45°。

本实施例中，外套管(1)在圆柱侧面上的外套管直型槽(7)长度7.2mm，宽度为1mm，外套管(1)端部的半球头结构上的外套管直型槽(7)在左视图上的投影长度为1.6mm；所述的内套管(2)在圆柱侧面的内套管直型槽(8)长度为5.4mm，宽度为0.75mm，内套管 (2)端部的半球头结构上的内套管直型槽(8)在左视图上的投影长度为1.2mm。

本实施例中，外套管(1)和内套管(2)均为中空的圆柱体加半球头端部结构，内套管(2)中空圆柱体部分的外径为6mm，外套管(1)中空圆柱体部分外径为8mm，外套管(1) 和内套管(2)的壁厚均为0.5毫米，探针支杆(5)直径与外套管外径相同，探针支杆(5) 采用“L”型。

本实施例中，内套管(2)的长度小于外套管(1)，外套管(1)圆柱体部分长度为35mm，内套管(2)圆柱体部分长度为28mm。

本实施例中，外套管(1)端部半球头结构上开有圆形测温孔(9)，测温孔(9)直径为3mm。

本实施例中，在外套管(1)上其中两个互成180°夹角的外套管直型槽(7)的同方向上分别开有3个排气孔(6)，排气孔直径为1mm,排气孔(6)与外套管(1)轴向的夹角为45°，3个排气孔(6)位于同一周向位置并沿轴向均匀分布，两相邻孔间距4mm，其中，第3个排气孔与两套管间胶封位置的轴向距离为1.5mm。

本实施例中，内套管(2)上的排气孔(6)与外套管上的排气孔(6)孔径及间距相同，方向可相同也可与外套管(1)上的排气孔(6)互成90°夹角，内套管(2)上的排气孔(6)比外套管(1)上的排气孔(6)整体更靠近测温孔(9)1倍的排气孔(6)间距。

所述的温度传感器(3)选择热电阻。

实施例二：

本发明可以应用于燃烧室总温测量，发动机燃烧室的来流复杂，且温度极高，本发明可以实现高温环境下总温的准确测量且具有偏转角-180°～180°，俯仰角-90°～90°的气流不敏感角范围，并且双套管结构可以很好地防止气流对温度传感器的辐射作用。本发明应用于燃烧室总温测量时，支杆结构可选用“一”字型或“L”型，本实施例中选用“一”字型。选用的探针结构方案如下：

如图6、图7、图8、图9和图10所示，本实施例介绍了一种侧面开槽的双套管半球头总温探针，包括外套管(1)、内套管(2)、温度传感器(3)、绝热绝缘密封件(4)以及探针支杆(5)，内套管(2)位于外套管(1)内侧，形成双套管结构，温度传感器(3)位于内套管内部，固定在绝热绝缘密封件(4)上。

本实施例中，外套管(1)和内套管(2)均为中空的圆柱体端部连接半球头结构，侧面圆周上侧面分别开有外套管直型槽(7)和内套管直型槽(8)，四个直型槽之间互成90°夹角，外套管(1)四个外套管直型槽(7)与内套管(2)的四个内套管直型槽(8)之间相差45°。

本实施例中，外套管(1)在圆柱侧面上的外套管直型槽(7)长度7.2mm，宽度为1mm，外套管(1)端部的半球头结构上的外套管直型槽(7)在左视图上的投影长度为1.6mm；所述的内套管(2)在圆柱侧面的内套管直型槽(8)长度为5.4mm，宽度为0.75mm，内套管 (2)端部的半球头结构上的内套管直型槽(8)在左视图上的投影长度为1.2mm。

本实施例中，外套管(1)和内套管(2)均为中空的圆柱体加半球头端部结构，内套管(2)中空圆柱体部分的外径为6mm，外套管(1)中空圆柱体部分外径为8mm，外套管(1) 和内套管(2)的壁厚均为0.5毫米，探针支杆(5)直径与外套管外径相同，探针支杆(5) 可以选用“一”字型或者“L”型。

本实施例中，内套管(2)的长度小于外套管(1)，外套管(1)圆柱体部分长度为35mm，内套管(2)圆柱体部分长度为28mm。

本实施例中，外套管(1)端部半球头结构上开有圆形测温孔(9)，测温孔(9)直径为3mm。

本实施例中，在外套管(1)上其中两个互成180°夹角的外套管直型槽(7)的同方向上各开有3个排气孔(6)，排气孔直径为1mm,排气孔(6)与外套管(1)轴向的夹角为45°，3个排气孔(6)位于同一周向位置并沿轴向均匀分布，两相邻孔间距4mm，其中，第3个排气孔与两套管间胶封位置的轴向距离为1.5mm。

本实施例中，内套管(2)上的排气孔(6)与外套管(1)上的排气孔(6)孔径及间距相同，方向与外套管(1)上的排气孔(6)互成90°夹角，内套管(2)上的排气孔(6) 比外套管(1)上的排气孔(6)整体更靠近测温孔1倍的排气孔(6)间距。

所述的温度传感器(3)选择热电阻。

虽然描述了优选实施例，但是可对实施例进行各种改动或者替换，而不偏离本发明的精神和范围。因此，可以理解本发明是以示例性方式而不是限制性方式进行描述。

Claims (1)

1.一种侧面开槽的双套管半球头总温探针，其特征在于，包括外套管(1)、内套管(2)、温度传感器(3)、绝热绝缘密封件(4)以及探针支杆(5)，内套管(2)位于外套管(1)内侧，形成双套管结构，温度传感器(3)位于内套管(2)内部，固定在绝热绝缘密封件(4)上；

外套管(1)和内套管(2)均为中空的圆柱体端部连接半球头结构，侧面圆周上分别开有四个相对的外套管直型槽(7)和内套管直型槽(8)，每个套管上的四个直型槽之间互成90°夹角，外套管(1)四个外套管直型槽(7)与内套管(2)的四个内套管直型槽(8)之间相差45°；

外套管(1)在圆柱侧面上的外套管直型槽(7)长度为外套管(1)外径的0.8～1.0倍，宽度为外套管(1)外径的1/8，外套管(1)端部的半球头结构上的外套管直型槽(7)在左视图上的投影长度是半球头结构外径的1/6～1/4倍；所述的内套管(2)在圆柱侧面的内套管直型槽(8)长度为内套管(2)外径的0.8～1.0倍，宽度为内套管(2)外径的1/8，内套管(2)端部的半球头结构上的内套管直型槽(8)在左视图上的投影长度是半球头结构外径的1/6～1/4倍；

外套管(1)和内套管(2)均为中空的圆柱体加半球头端部结构，内套管(2)中空圆柱体部分的外径为2～8mm，外套管(1)中空圆柱体部分外径为内套管(2)直径的1.1～1.2倍，外套管(1)和内套管(2)的壁厚均为0.1～1mm，探针支杆(5)直径与外套管(1)外径相同，探针支杆(5)可以为“一”字型或“L”型；

内套管(2)的长度小于外套管(1)，内套管(2)到外套管(1)端部的距离为外套管(1)长度的0.1～0.2倍；

外套管(1)端部半球头结构上开有中心线与套管轴线共线的圆形测温孔(9)，测温孔(9)直径为外套管(1)中空圆柱体部分外径的1/3～1/2倍；

外套管(1)上其中两个互成180°夹角的外套管直型槽(7)的同方向上各开有3个排气孔(6)，排气孔直径为0.5～2mm,排气孔(6)与外套管(1)轴向的夹角为45°，3个排气孔(6)位于同一周向位置并沿轴向均匀分布，两相邻孔间距为4～5倍的孔径，其中，第3个排气孔与两套管间胶封位置的轴向距离不超过2mm；

内套管(2)上的排气孔(6)与外套管(1)上的排气孔(6)孔径及间距相同，方向可相同也可与外套管(1)上的排气孔(6)互成90°夹角，内套管(2)上的排气孔(6)比外套管(1)上的排气孔(6)整体更靠近测温孔0.5～1倍的排气孔(6)间距；

温度传感器(3)可以为热电偶、热电阻或光纤温度传感器；

双套管结构可以减轻热辐射和气流直接冲击对温度传感器的损伤，可用于高温环境，延长了温度传感器使用寿命，双层屏蔽和滞止提高了总温探针的测量精度，所布孔可自适应地实现进排气，不需要复杂抽气系统，半球头结构及开槽增大了总温探针测量的气流不敏感角。

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