DE3241564A1

DE3241564A1 - Gesamtdruckabfuehlverfahren und gesamtdruckgeber

Info

Publication number: DE3241564A1
Application number: DE19823241564
Authority: DE
Inventors: Joseph Michael 06082 Enfield Conn. Kokosza; Rocco Michael 06119 West Hartford Conn. Tommasini
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1981-11-27
Filing date: 1982-11-10
Publication date: 1983-06-09
Also published as: IL67136A0; IT8224405A0; JPS58102121A; SE8206696D0; GB2111221B; IL67136A; JPH0348446B2; GB2111221A; DE3241564C2; FR2517427A1; IT1154579B; FR2517427B1; CA1186168A; SE449266B; US4433584A; SE8206696L; IT8224405A1

Description

Gesamtdruckabfühlverfahren und Gesamtdruckgeber

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Messen von Drücken in einem Arbeitsmediumströmungsweg und betrifft insbesondere ein Verfahren und einen Druckgeber zum Messen des Gesamtdruckes der Gase, die durch einen solchen Strömungsweg strömen.

Die Brauchbarkeit dieses Druckfühlers ist bei Mach-Zahlen unter eins demonstriert worden, und es ist anzunehmen, daß dieser Druckgeber bei Mach-Zahlen über eins brauchbar ist.

In Arbeitsmediumströmungswegen, wie sie sich in Axialgasturbinentriebwerken finden, wird der Gesamtdruck der Arbeitsmedi.umgase an einer Stelle gemessen, indem der Gesamtdruck mit einem Druckgeber abgefühlt und dieser abgefühlte Druck mit einem Meßwandler in ein analoges Ausgangssignal· umgewandelt wird. Ein Gesamtdruckgeber ist ein Gesamtdruckrohr der Kiel-Bauart, der auf S. 381

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des Textes MECHANICAL MEASUREMENTS von Beckwith und Buck (Addison-Wesley Publishing Company, Inc., 1961) erläutert ist. Gemäß den Erläuterungen in diesem Text besteht das Kiel-Rohr aus einem Venturirohr und einem Staurohr, das in dem Venturirohr so angeordnet ist, daß zwischen dem Venturirohr und dem Staurohr ein Ringraum vorhanden ist. Im Betrieb des Kiel-Rohres geht die Strömung durch den Ringraum hindurch. Das Venturirohr richtet die Strömung so aus, daß die Stromlinien der Strömung, die durch den Ringraum hindurchgehen, parallel zu der Achse des Staurohres sind.

Die Leistung des Kiel-Rohres ist für den zwischen der Achse des Druckgebers und der Stromlinie der sich nähernden Strömung an dem Einlaß des Druckfühlers relativ unempfindlich. Für Untersuchungszwecke wird der Winkel zwischen der Stromlinie und der Achse des Druckgebers in eine Gierkomponente (Gierwinkel) und eine Nickkomponente (Nickwinkel) aufgeteilt. Weil der Kiel-Rohr-Druckgeber für einen Bereich von Gier- und Nickwinkeln unempfindlich ist, ist die Größe des Fehlers, der durch Änderungen im Winkel der sich nähernden Stromlinien hervorgerufen wird, innerhalb dieses Bereiches vernachlässigbar. Die Genauigkeit eines Kiel-Rohres ist außerdem für die axiale Lage des Staurohres in bezug auf das Venturirohr unempfindlich. Diese ünempfindlichkeit für die axiale Lage des Staurohres vermeidet das Erfordernis kleiner Toleranzen während der Fertigung des Rohres. Jedwede Blockierung der das Kiel-Rohr verlassenden Strömung verursacht jedoch eine Unterbrechung der parallelen Stromlinien in dem Ringraum und verkleinert die axiale Länge des Gebietes, wo parallele Stromlinien vorhanden sind. Weil die Stromlinien zu der Achse des Staurohres aus Genauigkeitsgründen parallel sein müssen, bewirkt jedwede Blockierung der das Kiel-Rohr verlassenden Strömung,

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daß die Genauigkeit des Kiel-Rohres für die axiale Lage des Staurohres in bezug auf den zylindrischen Kanal empfindlich wird.

Ein Gesamtdruckgeber, der in der beigefügten Fig. 9 (Stand der Technik) gezeigt ist, ist ein Beispiel eines Druckgebers, der zur Verwendung in dar Vorderkante eines Flügelprofilteils vorgesehen ist. Die Funktion dieses Gesamtdruckgebers basiert nicht auf dem Vorhandensein von parallelen Stromlinien, die durch einen Ringraum um ein Staurohr hindurchgehen, weshalb dieser Gesamtdruckgeber an der Vorderkante eines Flügelprofilteils eingebaut werden kann. Der Druckgeber kann relativ leicht hergestellt werden, er zeigt aber mehr Empfindlichkeit für den Nick- und den Gierwinkel der Stromlinien der sich nähernden Strömung als Gesamtdruckgeber der Kiel-Rohr-Bauart.

Wissenschaftler und Ingenieure arbeiten daran, einen Druckgeber zu entwickeln, der in einem Kanal angebracht oder als ein integraler Bestandteil der Vorderkante eines Flügelprofilteils ausgebildet sein kann und mehr Umempfindlichkeit für den Gier- und den Nickwinkel der sich nähernden Strömung als der in Fig. 9 gezeigte bekannte Druckgeber aufweist und trotzdom für die axiale Lage des Staufühlers nicht empfindlich ist, wie es blockierte Kiel-kohr-Druckgeber sind, um die Genauigkeit zu fördern und das Herstellen und den Einbau des Druckgebers unter Massenfertigungsbedingungen zu erleichtern.

Ein Druckgeber nach der Erfindung zum Abfühlen des Gesamtdruckes hat einen Ausrichtungsteil, einen Fühlerteil, der mit Abstand von dem Ausrichtungsteil angeordnet ist, so daß (.:in<; Vorkammer (plenum) /.wischen demselben verbleibt, und einen Abblasteil in FluLdverbindung mit der Vorkammer und

einem Gebiet außerhalb des Druckgebers, um die Empfindlichkeit des Druckgebers für Gier- und Nickkomponenten der Strömung sowie die Empfindlichkeit des Druckgebers für den Abstand zwischen dem Fühlerteil und dem Ausrichtungsteil des Druckgebers zu verringern.

Gemäß der Erfindung wird der Gesamtdruck eines Arbeitsmediumströmungsweges durch einen Druckgeber abgefühlt durch: Umwandeln des Gesamtdruckes eines Teils der Strömung in statischen Druck und in Geschwindigkeitsdruck als Resultat von Stromlinien, die zu einer ersten Richtung parallel sind; Aufprallenlassen der Strömung auf eine Wand in dem Einlaßgebiet eines Fühlers; und Ableiten der aufgeprallten Strömung aus dem Fühlergebiet über einen Abblaskanal.

Ein Hauptmerkmal der Erfindung ist ein Gesamtdruckgeber, der in drei Teile unterteilt ist, nämlich einen Ausrichtungsteil, einen Fühlerteil und einen Abblasteil. Der Ausrichtungsteil hat einen sich axial erstreckenden Kanal. Der Fühlerteil ist mit Abstand von dem Ausrichtungsteil angeordnet, so daß zwischen denselben eine Vorkammer gebildet ist. Der Fühlerteil hat ein Einlaßgebiet an der Vorkammer. Ein Abblaskanal steht in Fluidverbindung mit der Vorkammer und mit dem Arbeitsmediumströmunqsweq. In einer besonderen Ausführungsform erstreckt sich ein Ubergangskanal zwischen der Vorkammer und dem Abblaskanal.

Ein Hauptvorteil der Erfindung ist die Umempfindlichkeit der Leistung des Druckgebers für Gier- und Nickwinkel der Stromlinien in dem Arbeitsmediumströmungsweg, die aus dem Umwandeln von nichtaxialen Geschwindigkeitskomponenten in statischen Druck resultiert. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Genauigkeit des Gesamtdruckfühlers, die

daraus resultiert, daß die von dem Ausrichtungsteil abgegebene Strömung auf eine Wand in dem Einlaßgebiet des Fühlerteils aufprallt. Noch ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Unempfindlichkeit der Genauigkeit des Druckgebers für die Toleranz des Abstands zwischen dem Fühlerteil und dem Ausrichtungsteil des Druckgebers.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht des Tur

binenabschnitts eines Gasturbinentriebwerks, die einen Druckgeber zeigt, der integraler Bestandteil der Vorderkante eines Statorflügelprofilteils ist,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des

in Fig. 1 gezeigten Druckgebers, wobei der Druckgeber ein gesondertes Instrumentierungsteil ist,

Fig. 3 in Draufsicht sowie teilweise weg

gebrochen und teilweise im Längsschnitt einen Druckgeber der in Fig. 1 oder Fig. 2 gezeigten Art,

Fig. 4 eine Längsschnittansicht nach der

Linie 4-4 in Fig. 3, wobei der Fühlerteil des Druckgebers mit unterbrochenen Linien dargestellt ist.

Fig. 5 in auseinandergezogener Darstellung

und teilweise im Längsschnitt eine weitere Ausführungsform des in Fig. 2 gezeigten Druckgebers, wobei der Ausrichtungsteil innerhalb des Druckgebers angebracht ist,

Fig. 6 eine Längsschnittansicht des in Fig.

5 gezeigten Druckgebers nach der Linie 6-6 in Fig. 5,

Fig. 7 eine besondere Ausführungsform des

in Fig. 2 gezeigten Druckgebers,

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform des in

Fig. 6 gezeigten Druckgebers, wobei der Druckgeber in der Vorderkante eines Flügelprofilteils befestigt dargestellt ist,

Fig. 9 . einen bekannten Druckgeber, der zum

Anbringen in der Vorderkante eines Flügelprofilteils vorgesehen ist,

Fig. IO eine Strömung von Arbeitsmediumgasen,

die eine Stromlinie S hat, welche in einer Linie mit der Schnittlinie der Gierebene und der Nickebene

Fig. 11 ein Diagramm der Gesamtdruckkennli

nien der in den Fig. 7, 8 und 9 gezeigten Druckgeber, das den Fehler im Gesamtdruck für jeden Druckgeber als einen dimensionslosen Prozent-

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satz des Geschwindigkeitsdruckes über dem Gierwinkel in Grad zeigt,

Fig. 12 ein Diagramm der Gesamtdruckkenn-

linien der in den Fig. 7, 8 und 9 gezeigten Druckgeber, das den Fehler im Gesamtdruck für jeden Druckgeber als einen dimensionslosen Prozentsatz des Geschwindigkeitsdruckes über dem Nickwinkel in Grad zeigt, und

Fig. 13 ein Diagramm, in welchem der Quo

tient aus der Differenz im statischen Druck und dem Gesamtdruck über der Mach-Zahl aufgetragen ist.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Gasturbinentriebwerks. Das Triebwerk hat einen Trubinenabschnitt 10, der gezeigt ist, und einen im Querschnitt ringförmigen Strömungsweg 12 für Arbeitsmediumgase, welcher sich axial durch das Triebwerk erstreckt. Der Turbinenabschnitt des Triebwerks hat eine Statorbaugruppe 14 und eine Rotorbaugruppe 16. Die Rotorbaugruppe weist eine Rotorscheibe 18 mit mehreren Laufschaufeln auf, die sich nach außen durch den Arbeitsmediumströmungsweg erstrecken, wie es durch die einzelne Laufschaufel 20 dargestellt ist. Die Statorbaugruppe weist ein äußeres Gehäuse 22 auf, das den Arbeitsmediumströmungsweg umschließt. Mehrere Statorstreben sind durch eine einzelne Auslaßstrebe 24 dargestellt, die sich von dem äußeren Gehäuse nach innen durch den Arbeitsmediumströmungsweg erstreckt. Die Auslaßstrebe hat mehren re Gesamtdruckgeber 26, die mit ihr integral verbunden sind. Jeder Gesamtdruckgeber 26 ist in Fluidverbindung mit einem Druckwandler 28 zum Umwandeln von Werten des

statischen Druckes in analoge Ausgangssignale. Ein Rohr 30 erstreckt sich zwischen dem Druckgeber und dem Druckwandler. Über den Druckwandler werden keine Arbeitsmedium gase aus dem Arbeitsmediumströmungsweg abgelassen.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des in Fig. 1 ge zeigten Druckgebers 26, wobei der Druckgeber als ein gesondertes Instrumentierungsteil dargestellt ist. Teile des Druckgebers sind weggebrochen, um das Innere des Druckgebers sichtbar zu machen. Der Druckgeber hat als Vorrichtung zum Umleiten eines Teils der Strömung aus dem Arbeitsmediumströmungsweg zu dem Druckgeber einen Ausrichtungsteil 32. Der Druckgeber hat als Vorrichtung zum Feststellen statischen Druckes einen Fühlerteil 34, der in axialem Abstand von dem Ausrichtungsteil 32 angeordnet ist, so daß zwischen ihnen eine Vor- oder Speicherkairatier (plenum) 36 vorhanden ist. Der Fühlerteil 34 hat eine Wand 38 und einen Kanal 40 in der Wand zum Abfühlen des statischen Druckes. Der Kanal 40 ist in Strömungsverbindung mit dem Rohr Als Vorrichtung zum Ableiten der gesamten umgeleiteten Strömung aus dem Druckgeber in ein Gebiet außerhalb des Druckgebers steht ein Kanal 41 mit der Vorkammer 36 in Fluidverbindung. Gemäß Fig. 2 ist das Gebiet außerhalb des Druckgebers der Arbeitsmediumströmungsweg 12 an einer Stelle stromabwärts des Eingangs des Ausrichtungsteils 32.

Fig. 3 zeigt in Draufsicht sowie teilweise im Längsschnitt und teilweise weggebrochen einen Druckgeber 26 des in Fig. 1 oder 2 gezeigten Typs, um dessen Inneres sichtbar zu machen. Der Ausrichtungsteil 32 des Druckgebers enthält eine Vorrichtung, die den umgeleiteten Teil der Strömung in einer ersten Richtung leitet, nämlich einen ersten Kanal 42, der in Fluidverbindung mit

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dem Arbeitsmediumströmungsweg 12 steht. Der Kanal 42 hat eine Längsachse A,. Eine Wand 44 begrenzt den Kanal 42. Eine Vorrichtung ist vorgesehen zum Umwandeln des Gesamtdruckes der Strömung in statischen Druck und in Geschwindigkeitsdruck, wobei der Geschwindigkeitsdruck aus einer Strömung längs Stromlinien parallel zu der ersten Richtung resultiert. In der gezeigten Ausführungsform ist diese Vorrichtung ein Einlaß 46, der durch die Wand 44 des Kanals 42 gebildet ist. Die Wand 44 konvergiert in stromabwärtiger Richtung in dem Einlaßgebiet, so daß der Absolutwert der Neigung der Wand in bezug auf die Achse A, des Kanals 42 an einem ersten Punkt I₁ in dem Einlaß 46 größer ist als der Absolutwert der Neigung der Wand in dem Einlaß an einem zweiten Punkt I2 stromabwärts des ersten Punktes.

Eine Vorrichtung zum Umwandeln im wesentlichen sämtlichen Geschwindigkeitsdruckes der Strömung in statischen Druck ist vorgesehen. In der gezeigten Ausführungsform ist diese Vorrichtung der Fühlerteil 34. Die Wand 38 begrenzt die Vorkammer, die durch die Klammer 36 gezeigt ist. Der zweite Kanal 40 zum Abfühlen statischen Druckes ist axial fluchtend mit dem ersten Kanal 42 angeordnet. Der zweite Kanal 4 0 steht in Fluidverbindung mit der Vorkammer 36 und mit dem Rohr 30. Der Druckgeber hat wenigstens einen dritten Kanal, wie die Abblaskanäle, die durch die Klammern 41 angegeben sind. Jeder dritte Kanal 41 hat einen Einlaß 48 in Fluidverbindung mit dem Auslaß 5 0 der Vorkammer 36. Jeder dritte Kanal 41 hat einen Auslaß 52, über den der dritte Kanal in Fluidverbindung mit dem Gebiet außerhalb des Druckgebers ist, wie dem Arbeitsmediumströmungsweg 12 oder dem Gebiet außerhalb des Triebwerks. Ein Ubergangskanal 54 erstreckt sich an jedem dritten Kanal 41 zwischen der Vorkammer 36 und dem

dritten Kanal 41. Jeder Übergangskanal 54 hat einen Auslaß 56 und einen Einlaß 58. In der gezeigten Ausführungsform ist die Summe der Durchflußquerschnittsflächen der Einlasse 58 der Ubergangskanäle 54 gleich der Durchflußquerschnittsfläche des Auslasses 50 der Vorkammer 36. Die Durchflußquerschnittsfläche des Einlasses 48 jedes dritten Kanals 41 ist wenigstens so groß .wie die Durchflußquerschnittsfläche des Auslasses 56 des benachbarten Übergangskanals 54.

Fig. 4 /.eigL ol.ne Quoruchn 1 t I ans i<"ht nach der l.lnio 4-4 in Fig. 3 von einem Teil des in Flg. 3 goxelgLun Druckgebers, dessen Fühlerteil mit unterbrochenen Linien dargestellt ist.

Fig. 5 zeigt in auseinandergezogener Darstellung eine andere Ausführungsform des in Fig. 2 gezeigten Druckgebers, wobei die Außenseite des Ausrichtungsteils 32 des Druckgebers innerhalb desselben angebracht ist.

Fig. 6 zeigt eine Längsschnittansicht des in Fig. 5 dargestellten Druckgebers. Der Druckgeber hat einen Fühlerteil 34 mit Abstand von dem Ausrichtungsteil 32, so daß zwischen ihnen eine Vorkammer vorhanden ist, die durch die Klammer 36 gezeigt ist. Der Druckgeber hat zwei dritte Kanäle, die durch die. Klammern 41 angegeben sind. Ein Übergangskanal 54 an jedem dritten Kanal erstreckt sich zwischen der Vorkammer und dem dritten Kanal. Die Ubergangskanäle 54 stehen miteinander in Fluidverbindung.

Fig. 7 zeigt eine besondere Ausführungsform des in Fig.2

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gezeigten Druckgebers.

Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform des in Fig. 6 gezeigten Druckgebers, wobei der Druckgeber in der Vorderkante eines Flügelprofilteils befestigt ist. Fig. 9 zeigt einen bekannten Druckgeber. Die Abmessungen der Druckgeber sind in der folgenden Tabelle I angegeben. Die Längen L₁, L„, L^. und L. sind parallel zu der Längsachse A-, des Ausrichtungsteils 32 des Druckgebers gemessen. Die Durchmesser D₁, n„, D., und D sind um die Längsachse des Druck-

TABELLE I

	Druckgeber	Bekannter
Druckgeber	nach Fig. 8	Druckgeber
nach Fig. 7	mm	nach Fig. 9
nun	5,02	mm
6,35	1 ,78	3,05
2,54	2,26
8,51	1 ,02
1,02	6,91	1 ,02
4,11	7,62
5,08	6,20	1,27
9,19	0,71
0,71	6,60
6,73	1,73
2,54	34°
34°	38°
20°	_—. —

Fig. 10 ist eine Darstellung einer Strömung von Arbeitsmed iunigasen, die eine Stromlinie S hat, welche in einer

RAD ORIGfNAL

Linie mit der Längsachse A, des Einlasses des Ausrichtungsteils des Druckgebers ist. Eine Strömung, die Stromlinien unter einem Winkel zu der mit der Längsachse ausgerichteten Stromlinie S hat, kann in eine Komponente in einer Gierebene (Gierwinkel) G und in eine Komponente in einer Nickebene (Nickwinkel) N aufgeteilt werden, damit die Leistung des Druckgebers untersucht werden kann. Die Nickebene N erstreckt sich zwischen 0° und 180°, und -He Gierebene G erstreckt sich zwischen 9Ü" und -90°.

Im Betrieb des Triebwerks strömen Arbeitsmediumgase durch den im Querschnitt ringförmigen Strömungsweg 12. Ein Teil der Strömung wird aus dem Arbeitsmediumströmungsweg in den Einlaß 46 des Ausrichtungsteils 32 des Druckgebers umgeleitet. Der Ausrichtungsteil 32 des Druckgebers ist so ausgelegt, daß er den Gesamtdruck der Strömung in einen statischen Druck und in einen Geschwindigkeitsdruck umwandelt, wobei der Geschwindigkeitsdruck aus einer Strömung längs Stromlinien, die parallel zu dem Ausrichtungskanal sind, resultiert. Es ist theoretisch unmöglich, sämtliche nichtparallelen Geschwindigkeitskomponenten (Stromlinien) in statischen Druck umzuwandeln. Aufgrund von Leistungsdaten ist jedoch anzunehmen, daß im wesentlichen alle (99%). nichtparallelen Geschwindigkeitskomponenten in statischen Druck umgewandelt werden. Die Strömung wird durch den Auslaßkanal in Richtung desselben geleitet. Ein Teil des statischen Druckes wird in Geschwindigkeitsdruck umgewandelt. Die umgeleitete Strömung wird von dem Ausrichtungskanal abgegeben und durch die Vorkammer 36 zu dem Fühlerteil 34 geleitet. Der umgeleitete Teil der Strömung prallt auf den Fühlerteil 34 des Druckgebers auf. Die Strömung prallt gegen die Wand 38, die die Vorkammer begrenzt, und gegen das Gas, das in dem Kanal 4 0 zum Abfühlen des statischen Druckes anqeord-

BAD ORJGINAL

net ist. Weil der Kanal 40, das Rohr 30 und der Meßwandler 28 einen geschlossenen Hohlraum ohne Auslaß bilden, wirkt das Gas in dem Kanal 40 des Fühlerteils 34 bei den Gasgeschwindigkeiten innerhalb des Druckgebers als ein relativ inkompressibles Fluid. Der Druckgeber ist so ausgelegt, daß der gesamte umgeleitete Teil der Strömung gegen die Wand und das inkompressible Fluid in dem Kanal 40 prallt, so daß ein Staudruck in dem Gebiet der Vorkammer 36 an der Wand erzeugt wird. Es ist theoretisch unmöglich, die gesamte; Menge des umgeleiteten Teils der Strömung gegen den Fühler prallen zu lassen. Im wesentlichen der gesamte umgeleitete Teil der Strömung prallt gegen den Fühlerteil (99%), und in dem Ausmaß, in welchem die Strömung nicht aufprallt, ergibt sich ein Fehler in der Genauigkeit des Druckgebers. Wenn der Fehler relativ klein ist (weniger als 1% des Geschwindigkeitsdruckes der freien Strömung) und über dem Nick- und dem Gierbereich konstant ist, können die Meßwerte des Druckgebers durch Eichen desselben leicht kompensiert werden. Weil im wesentlichen der gesamte umgeleitete Teil der Strömung auf die Wand und das !inkompressible Fluid in dem Fühlerkanal· prallt und in (l< >m Cicbict. dur Wand dor Vorkammer die Geschwindigkeit null haL, i :jL. der aULlacliu Druck der SLrümung ixi dem Wandgebiet der Vorkammer im wesentlichen gleich dem Staudruck (Gesamtdruck) der Strömung. Die gesamte aufgeprallte umgeleitete Strömung wird über die dritten Kanäle 41 aus der Vorkammer 36 abgeleitet. Die dritten Kanäle 41 erzeugen unter Betriebsbedingungen eine Differenz im statischen Druck zwischen dem Einlaß 46 des Ausrichtungsteils 3 2 und dem Auslaß der dritten Kanäle 41, so daß der Teil der Arbeitsmediumgase, der in den Ausrichtungsteil 3 2 eintritt, aus der Vorkammer 36 an ein Gebiet außerhalb des Druckgebers, wie den Arbeitsmediumströmungsweg 12,

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abgegeben wird.

Die Gesamtdruckfehlerkennlinien für den in Fig. 7 gezeigten Druckgeber, den in Fig. 8 gezeigten Druckgeber und den in Fig. 9 gezeigten bekannten Druckgeber sind in Fig. 11 über dem Gierwinkel und in Fig. 12 über dem Nickwinkel aufgetragen. Der Gesamtdruckfehler in Prozent ist dimensionslos gemacht worden, indem von dem angegebenen Gesamtdruck P_Tp der wahre Gesamtdruck P subtrahiert und diese Größe durch den wahren Gesamtdruck P des Arbeitsmediumströmungsweges minus dem wahren statischen Druck Ρ_ς des Arbeitsmediumströmungsweges dividiert, d.h. (P_Tp-P_T)/(I^J _T-P_s) gebildet worden ist.

Die Fig. 11 und 12 zeigen, daß die Empfindlichkeit der in den Fig. 7 und 8 gezeigten Druckgeber für den Gierwinkel und den Nickwinkel der Strömung im Vergleich zu der Empfindlichkeit des in Fig. 9 gezeigten bekannten Druckgebers geringer ist.

Ein besonderer Vorteil der in den Fig. 7 und 8 gezeigten Druckgeber ist die Unempfindlichkeit derselben für die Strecke L₄ in der Vorkammer 36 zwischen dem Ausrichtungsteil 32 und dem Fühlerteil 34. Durch Versuche ist festgestellt worden, daß Veränderungen der Länge L. eine vernachlässigbare Auswirkung auf den Gesamtdruckfehler des Druckgebers haben, wenn die Länge mindestens 0,2 mm beträgt. Unter 0,2 mm wird die Genauigkeit nachteilig beeinflußt, und der Gesamtdruckfehler nimmt beträchtlich zu. Über 0,2 mm und bis zu einer Länge von 2,54 mm bleibt die Genauigkeit über dem Gier- und Nickarbeitsbereich des Druckgebers, in welchem dieser für den Gierwinkel und den Nickwinkel der Stromlinien der sich nähernden Strömung unempfindlich ist, relativ konstant. Der besondere Vorteil der Unempfindlichkeit des Fehlers für die Strecke L₄

besteht darin, daß, wenn die Druckgeber hergestellt werden, der Abstand zwischen dem Ausrichtungsteil und dem Fühlerteil eine sehr große Toleranz haben kann. Beispielsweise könnte die Toleranz 0,508 mm bei einer Länge L₄ von 1,27 mm betragen. Eine so große Toleranz des Abstands erleichtert sehr die Massenfertigung des Druckge^ bers und den Einbau des Druckgebers unter Massenferti^ gungsbedingungen.

Die St röiriunqswochselwj rkung, die innerhalb der Vorkammer Jeu Dt uckcji'bi;rti y I.α L L f i ndeL, I.at. η.J-.elit mit Gewißheit bekannt. Die folgende Erklärung, die auf durchgeführten Versuchen basiert, ist jedoch als plausibelste anzusehen. Ein Abstand des Ausrichtungsteils 32 des Druckgebers von dem Fühlerteil 34 des Druckgebers von weniger als 0,2032 mm bewirkt, daß für die ankommende Strömung der Druckgeber mit den in den Fig. 7 und 8 gezeigten Abmessungen ein Staurohr darstellt und daß sich der Druckgeber wie einer verhält, der keinen Ausrichtungsteil hat. Die Empfindlichkeit des Druckgebers für Gier- und Nickwinkel ist demgemäß viel größer und nähert sich der Empfindlichkeit des in Fig. 9 gezeigten bekannten Druckgebers. Theoretisch ist anzunehmen, daß ein Abstand des Ausrichtungsteils von dem Fühlerteil, der größer als 0,2032 mm ist, die Bildung von Wirbelströmen in dem Ubergangskanal 56 verhindert. Diese Wirbelströme hindern die Strömung am Austritt aus der Vorkammer und haben zur Folge, daß der Druckgeber sich so wie der bekannte Druckgeber verhält.

Versuche haben gezeigt, daß die Druckgeber nach den Fig. 7 und 8 zufriedenstellend arbeiteten: wenn die Durchflußquerschnittsfläche des Einlasses des dritten Kanals (Abblaskanals) wenigstens so groß war wie die Durchflußquerschnittsflache des Auslasses 56 des Ubergangskanals

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-κ-

54; wenn die Durchflußquerschnittsfläche des Einlasses der Ubergangskanäle 54 gleich der Durchflußquerschnittsfläche des Auslasses 50 der Vorkammer 36 war; wenn die Summe der Mindestdurchflußquerschnittsflachen der dritten Kanäle (Abblaskanäle) 41 wenigstens doppelt so groß war wie die Mindestdurchflußquerschnittsflache des ersten Kanals (Ausrichtungskanals) 42; und wenn der zweite Kanal 40 in dem Fühlerteil 34 kleiner als der erste Kanal 42 in dem Ausrichtungsteil 32 war.

Der in den Fig. 7 und 8 gezeigte Druckgeber hat einen glockenförmig erweiterten oder trichterförmigen Einlaß mit einem Radius R... Bei Druckgebern des in den Fig. 7 und 8 gezeigten Typs ist bei einer bestimmten Mach-Zahl die Differenz im sbatischen Druck zwischen dem Einlaß 46 des Ausrichtungsteils 32 und dem Auslaß 52 des dritten Kanals (Abblaskanals) 41 wenigstens gleich der Differenz im statischen Druck bei einer bestimmten Mach-Zahl, wie es in Fig. 13 gezeigt ist. Dadurch ist gewährleistet, daß die in die Vorkammer eintretende Strömung nicht die die Vorkammer verlassende Strömung stört. Die Differenz im statischen Druck zwischen dem Einlaß des dritten Kanals und dem Auslaß des dritten Kanals ist nicht größer als 10% der Differenz im statischen Druck zwischen dem Einlaß des Ausrichtungsteils 32 und dem Auslaß des dritten Kanals, um zu gewährleisten, daß sich am Auslaß der Vorkammer keine Wirbelströme bilden.

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Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zum Abfühlen des Gesamtdruckes in einem Kanal, der einen Strömungsweg für ein Arbeitsmediumfluid begrenzt, unter Verwendung eines Druckgebers, der einen Strömungsausrichtungskanal hat, welcher sich in das Innere des Druckgebers erstreckt, und einen FühJorteil, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Umleiten eines Teils der Strömung von dem Arbeitsmediumströmungsweg zu dem Druckgeber;

Umwandeln des Gesamtdruckes der umgeleiteten Strömung in dem Ausrichtungskanal in einen statischen Druck und einen Geschwindigkeitsdruck, wobei der Geschwindigkeitsdruck aus einer Strömung längs Stromlinien, die zu dem Ausrichtungskanal parallel sind, resultiert; Einleiten der gesamten Strömung aus dem Ausrichtungskanal in eine Vorkammer;

Aufprallenlassen im wesentlichen des gesamten umgeleiteten Teilt) der Strömung auf einen FUhlurtoll, der c im¹ Wand hat, die d Lo Vorkammer buyronjil., um Jm wiiiicnt'l IuIi on den gesamten Geschwindigkeitsdruck der Strömung in sta-

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tischen Druck in dem Wandgebiet der Vorkammer umzuwandeln; Abfühl on des statischen Druckes der Strömung in dem Wandgebiet der Vorkammer; und

Ableiten der gesamten umgeleiteten Strömung aus der Vorkammer .

2. Verfahren zum Abfühlen des Gesamtdruckes unter Verwendung eines Druckgebers, der einen Ausrichtungsteil mit einem orston Kanal, der in dem Ausrichtungsteil um eine Längssymmetrieachse angeordnet ist, einen Fühlerteil, der mit Abstand von dem Ausrichtungsteil angeordnet ist, so daß zwischen diesen eine Vorkammer vorhanden ist, die mit dem ersten Kanal in Fludiverbindung steht, und einen Abblasteil hat, der mit der Vorkammer und dem Arbeit smediumströmungsweg in Fluidverbindung steht, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Umleiten eines Teils der Strömung von dem Arbeitsmediumströmungsweg zu dem Kanal des Ausrichtungsteils; Umwandeln im wesentlichen sämtlichen Gesamtdruckes der umgeleiteten Strömung in einen statischen Druck und in einen Geschwindigkeitsdruck an dem Einlaß des Ausrichtungskanals, wobei der Geschwindigkeitsdruck aus einer Strömung längs Stromlinien, die zu dem Ausrichtungskanal parallel sind, resultiert;

Umwandeln eines Teils des statischen Druckes der umgeleiteten Strömung in Geschwindigkeitsdruck, wobei der Geschwindigkeitsdruck aus einer Strömung längs Stromlinien, die zu der Längsachse des Ausrichtungskanals parallel sind, resultiert;

Umwandeln im wesentlichen sämtlichen Geschwindigkeitsdruckes des den Ausrichtungskanal verlassenden und in die Vorkammer eintretenden Arbeitsmediumfluids in statischen Druck am Eingang des Fühlerteils; und

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»β β

Umwandeln des statischen Drucks des Arbeitsmediumfluids in Geschwindigkeitsdruck in dem Abblasteil des Druckgebers, so daß der statische Druck der freien Strömung gleich dem statischen Druck in dem Abblasteil des Druckgebers an dem Verbindungspunkt zwischen dem Abblasteil und dem Arbeitsmediumströmungsweg ist, um die Arbeitsmediumgase aus der Vorkammer in den Arbeitsmediumströmungsweg zu leiten.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Umwandeins im wesentlichen sämtlichen Geschwindigkeitsdruckes des von dem Ausrichtungskanal abgegebenen Arbeitsmediums in statischen Druck dun Schritt beinhaltet, die gesamte Strömung von Arbeitsmediumgasen, die von dem Ausrichtungskanal abgegeben wird, zu einer Wand zu leiten, die um das Einlaßgebiet des Fühlerteils des Druckgebers angeordnet ist.

4. Druckgeber in Fluidverbindung mit einem Gebiet außerhalb desselben zum Abfühlen des Gesamtdruckes von Arbeitsmediumfluid in einem Strömungsweg für Arbei.tsmediumgase, gekennzeichnet durch:

eine Vorrichtung (32) zum Umleiten eines Teils der Strömung von dem Arbeitsmediumströmungsweg (12) zu dem Druckgeber mit

einer Vorrichtung (42) zum Leiten des umgeleiteten Teils der Strömung in einer ersten Richtung, einer Vorrichtung (46) zum Umwandeln des Gesamtdruckes der Strömung in statischen Druck und in Geschwindigkeitsdruck, wobei der Geschwindigkeitsdruck aus einer Strömung längs Stromlinien, die zu der ersten Richtung parallel sind, resultiert, und einer Vorrichtung zum Erfassen des statischen

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Druckes;

eine Vorrichtung (34) zum Umwandeln im wesentlichen sämtlichen GeschwindigKeitsdruckes der umgeleiteten Strömung in statischen Druck in einem Gebiet nahe der Vorrichtung zum Erfassen des statischen Druckes; und eine Vorrichtung (41) zum Ableiten der gesamten umgeleiteten Strömung aus dem Druckgeber in das Gebiet außerhalb des Druckgebers.

5. Druckgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebiet außerhalb des Druckgebers der Arbeitsmediumströmungsweg (12) ist.

6. Druckgeber nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen AusrlchtungsteJ 1 (32) und durch einen Fühlerteil (34), der Abstand von dem Ausrichtungsteil hat, so daß zwischen ihnen eine Vorkammer (36) vorhanden ist, wobei der Fühlerteil eine Wand (38) hat, die die Vorkammer begrenzt, und einen Kanal (40) in der Wand zum Abfühlen des statischen Druckes, wobei die Vorrichtung zum Leiten des umgeleiteten Teils der Strömung in der ersten Richtung der Ausrichtungsteils des Druckgebers ist, wobei die Vorrichtung zum Erfassen des statischen Druckes der Fühlerteil des Druckgebers ist, der einen Kanal zum Abfühlen des statischen Druckes hat, und wobei die Vorrichtung zum Umwandeln im wesentlichen sämtlichen Geschwindigkeitsdruckes der umgeleiteten SLrömung in statischen Druck der Fühlerteil (34) ist, der eine um den Kanal angeordnete Wand hat, die Abstand von dem Ausrichtungsteil aufweist, so daß zwischen ihnen die Vorkammer vorhanden ist.

7. Druckgeber zum Abfühlen des Gesamtdruckes in einem Strömungsweg für Arbeitsmediumgase, wobei Arbeitsmediumgase durch den Druckgeber hindurchgehen, gekennzeichnet

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β α β ·

β * * β ♦

- 3 —

durch:

einen Ausrichtungsteil (32) mit

einem ersten Kanal (42) in Fluidverbindung mit dem Arbeitsmediumströmungsweg (12), wobei der erste Kanal eine Längsachse (A,) hat, und

einer Wund (44), die don Kanal begrenzt und ein<?n Kinlaß (46) bildet, der in stromabwärtJger Richtung konvergiert, so daß der Absolutwert der Neigung der Wand an einem ersten Punkt (I₁) in dem Einlaß in bezug auf die Längsachse des Kanals größer ist als der Absolutwert der Neigung der Wand in dem Einlaß an einem zweiten Punkt (I„) stromabwärts des ersten Punktes; einen Fühlerteil (34), der in axialem Abstand von dem Ausrichtungsteil (32) angeordnet ist, so daß zwischen ihnen eine Vorkammer (36) gebildet ist, wobei der Fühlerteil einen zweiten Kanal (40) hat, der axial in einer Linie mit dem ersten Kanal (42) angeordnet ist und mit der Vorkammer (36) in Fluidverbindung steht; wenigstens einen dritten Kanal (41) mit einem Einlaß (48), der in Fluidverbindung mit der Vorkammer (36) steht, und mit einem Auslaß (52), der den dritten Kanal in Fluidverbindung mit einem Gebiet außerhalb des Druckgebers bringt, um eine Differenz im statischen Druck unter Betriebsbedingungen zwischen dem Einlaß des Ausrichtungsteils und dem Auslaß des dritten Kanals (41) herzustellen, so daß der Teil der Arbeitsmediumgase, der in den Ausrichtungsteil (32) eintritt, aus dem dritten Kanal abgegeben wird.

8. Druckgeber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausrichtungsteil (32) an einem stationären Flügelprofilteil (24) angebracht ist, das sich durch den Arbeitsmediumströmungsweg (12) erstreckt, und daß der Fühlerteil (34) in der Vorderkante des Flügelprofilteils angebracht ist. ·

BAD

9. Druckgeber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausrichtungsteil (32) in der Vorderkante eines Flügelprofilteils angebracht ist und daß sich wenigstens ein dritter Kanal (41) durch das Flügelprofilteil erstreckt.

10. Druckgeber nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebiet außerhalb des Druckgebers der Arbeitsmediumströmungsweg (12) ist.

11. Druckgeber nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Kanal (41) einen Einlaß (48) hat, daß die Differenz im statischen Druck bei einer bestimmten Mach-Zahl zwischen dem Einlaß (46) des Ausrichtungsteils (32) und dem Auslaß (52) des dritten Kanals wenigstens gleich der in Fig. 13 gezeigten Differenz im statischen Druck für die bestimmte Mach-Zahl ist, und daß die Differenz im statischen Druck zwischen dem Einlaß (48) des dritten Kanals und dem Auslaß (52) des dritten Kanals nicht größer als 10% der Differenz im statischen Druck zwischen dem Einlaß (46) des Ausrichtungsteils (32) und dem Auslaß (52) des dritten Kanals (41) ist.

12. Druckgeber nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Ubergangskanal (54) an jedem Abblaskanal (41) zwischen der Vorkammer (36) und dem dritten Kanal (41) erstreckt und einen Auslaß (56) hat, daß der dritte Kanal einen Einlaß (58) hat und daß die Druchi'lußquarachnittsflache des Einlasses des dritten Kanals wenigstens so groß ist wie die Durchflußquerschnittsfläche des Auslasses des Ubergangskanals.

13. Druckgeber nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (36) einen Auslaß hat,

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daß jeder Übergangskanal (54) einen Einlaß (58) hat und daß die Gesamtsumme der Einlaßdurchflußquerschnittsflachen der Übergangskanäle gleich der Durchflußquerschnittsfläche des Auslasses der Vorkammer ist.

14. Druckgeber nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Durchflußquerschnittsflächen der dritten Kanäle (41) wenigstens doppelt so groß ist wie die Mindestdurchflußquerschnittsflache des Ausrichtungskanals (42) .

15. Druckgeber nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußquerschnittsfläche dos Kanals am Einlaß des Fühlerteils (34) kleiner ist als der Durchmesser des Kanals in dem Ausrichtungsteil (32) an dem Einlaß der Vorkammer (36).

16. Druckgeber nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (46) des Ausrichtungsteils (32) glockenförmig aufgeweitet ist.