PL64601B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano: 31.111.1972 64601 KI. 42 i, 10/20 Twórca wynalazku: Slawomir Bialostocki Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Instytut Maszyn Przeplywo¬ wych), Gdansk (Polska) Sposób stykowego pomiaru wysokich temperatur strumienia gazu i urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób stykowego pomiaru temperatur strumienia gazu, za pomoca czujników oplywanych przez ten strumien, stosowa¬ ny w -badaniach wysokotemperaturowych urzadzen cieplnych, szczególnie palników, podgrzewaczy i silników rakietowych.Znane sa sposoby pomiaru wysokich temperatur, za pomoca czujników chlodzonych ciecza, umiesz¬ czonych w strumieniu przeplywajacego igazu. W jednym z tych sposobów bilansuje sie cieplo czuj¬ nika zanurzonego w strumieniu igazu i chlodzonego ciecza.Za pomoca termopar umieszczonych na granicach odcinka przewodu, w którym ciecz styka sie bez¬ posrednio ze strumiieniem gazu, mierzy sie przyrost temperatury cieczy uzyskany w czasie jej przejscia przez strefe kontaktu. Temperature gazu okresla sie z ilosci ciepla przenikajacej przez scianke czuj¬ nika droga pomiaru wielkosci przeplywu i przy¬ rostu temperatury cieczy chlodzacej. Opisany spo¬ sób ma niedogodnosc polegajaca na koniecznosci indywidualnego wzorcowania w warunkach zbli¬ zonych do warunków pomiaru, lufo wzorcowania w nizszych temperaturach z eksploatacja na zadany zakres pomiarowy.W innym znanym sposobie do okreslenia tempe¬ ratury badanego strumienia igazu wykorzystuje sie zaleznosci termodynamiczne przeplywu krytyczne¬ go. Mierzy sie cisnienie i temperatury gazu odsy¬ sanego z badanego strumienia poprzez dysze (lub 10 15 20 25 30 system dysz, po obnizeniu temperatury gazu przez chlodzenie ciecza.Temperature strumienia oblicza sie z wartosci zmian temperatury i cisnien wewnatrz pirometru. iDo realizacja tego sposobu stosuje sie pirometr, któ¬ rego korpus na koncu umieszczonym w strumieniu gazu jest zaopatrzony w dysze odsysajaca. Scianki na dlugosci korpusu sa schladzane woda, a wew¬ natrz korpusu jest umieszczona termopara do mie¬ rzenia temperatury schlodzonego gazu i druga dy¬ sza rozprezajaca.Wada opisanego sposobu sa trudnosci zwiazane z okresleniem wlasnosci fizycznych gazu pobiera¬ nego przez odsysanie ze strumienia o wysokiej temperaturze. Wada urzadzenia sa (bledy spowodo¬ wane rozszerzalnoscia cieplna dysz oraz klopoty eksploatacyjne zwiazane z zanieczyszczaniem i erozja dysz.Wynalazek ma na celu wyeliminowanie niedo¬ godnosci wysteipirjacych w znanych sposobach i opracowanie takiego sposobu pomiaru wysokich temperatur strumienia gazu, w którym wzorcowa¬ nie zostaloby wyeliminowane lufo znacznie uprosz¬ czone, a uzyskiwane wyniki bylyby wolne od 'ble¬ dów systematycznych znanych 'urzadzen i doklad¬ niejsze od obecnie uzyskiwanych. Dalszym celem wynalazku jest skonstruowanie urzadzenia do sto¬ sowania sposobu, które charakteryzowaloby sie du¬ za prostota konstrukcji i mozliwoscia zminiatury¬ zowania. 64 601•Mo* Cel wedlug wynalazku osiaga sie dzieki temu, ze czujnik temperaturowy chlodzi sie za pomoca in¬ nego gazu o regulowanym 'cisnieniu, który to gaz chlodzacy wprowadza sie do wnterza czujnika a nastepnie wyprowadza przez dysze o przeplywie krytycznym, zas wartosc mierzonej temperatury okresla sie przez pomiar cisnienia lub natezenia przeplywu gazu chlodzacego. Przy zmiennych war¬ tosciach temperatury mierzonej temperature czuj¬ nika utrzymuje sie stala za pomoca regulowania cisnienia gazu chlodzacego.Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug wyna¬ lazku jest wyposazone w czujnik umieszczony w strumieniu mierzonego gazu i podtrzymywany w tym strumieniu za pomoca kadluba, poprzez któ¬ ry z obcego zródla za posrednictwem regulatora cisnienia doprowadza sie gaz chlodzacy. Czujnik ona postac zamknietej komory o ksztalcie zapew¬ niajacym symetryczne oplywanie scianek od zew¬ natrz przez gaz mierzony i od wewnatrz przez gaz chlodzacy. Komora czujnika jest zaopatrzona w umocowany 'na zewnetrznej powierzchni termo- element lub. inne urzadzenie mierzace temperature scianki komory, a ponadto jest zaopatoona w otwór wlotowy gazu chlodzacego i otwór wylotowy z dy¬ sza Q przeplywie krytycznym.Odmiana urzadzenia jest zaopatrzona w rurke sluzaca ido pomiami cisnienia calkowitego w bada¬ nym strumiendu, która to rurka przechodzi, przez wspomniany kadlub.Dalsza korzystna odmiana urzadzenia jest zaopa¬ trzona w dodatkowe czujniki umozliwiajace pomiar temperatury gazu chlodzacego na wlocie i wylocie z czujnika. Jeszcze inna odmiana urzadzenia ma kilka czujników osadzonych we wspólnym kadlubie i polaczonych z kilkoma regulatorami cisnienia.Wynalazek jest dokladniej objasniony na przy¬ kladach wykonania przedstawionych na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat urzadzenia do stykowego pomiaru wysokich temperatur, £ig. 2 — schemat odnaiany urzadzenia zaopatrzonej W rurke do pomiaru calkowitego cisnienia strumie¬ nia, fig. 3 — schemat innej odmiany zaopatrzonej we wspomniana rurke i dodatkowe czujniki tempe¬ raturowe, cfig. 4 — przekrój pionowy przez odmiane czujnika z fragmentem kadluba, fig. 5 — odmiane urzadzenia zaopatrzona w izespóll czujników w prze¬ kroju pionowym, a fig. 6 — te sama odmiane urza¬ dzenia w widoku z góry.Jak (pokazano na rysunku, czujnik II w postaci 'zamknietej komory z otworami 2 i 3 jest polaczony przewiodem 4 z regulatorem cisnienia 5 gazu po¬ bieranego z butli 6. W otworze 3 jest umieszczona dysza 1. Gaz wyplywajacy z dyszy 7 jest odprowa¬ dzany na zewnatrz przewodem 8 przechodzacym przez kadlub 9 chlodzony woda, lub miesza sie ze strunnieniem bedacym obiektem pomiaru, jak Wska¬ zano na rysunku strzalkami.Czujni^ J. umieszczony w strumieniu gazu o wy¬ sokie} tcn^raturze jest chlodzony innym gazem (topr^wadzanjTO iPT^w^e*1* * z butli "6. Cisnienie gazu jest regulowane za pomoca regulatora 5. Gaz oplywa 'Czujnik 1 od wewnatrz, wyplywa przez dy¬ sze 7, przez która odbywa sie przeplyw krytyczny.Wydatek gazu chlodzacego czujnik 1 jest, przy sta- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 65 flym cisnieniu zewnetrznym, w przyblizeniu propor¬ cjonalny do cisnienia gazu.Przekrój dyszy 7 jest tak dobrany, aby przy prze¬ widywanych wartosciach temperatur mierzonego strumienia umozliwic ochlodzenie czujnika 1 do temperatury nizszej od dopuszczalnej dla materialu czujnika. Temperatura ta rozumiana jako lokalna temperatura czujnika 1 w dowolnie ustalonym miejscu, na przyklad w poblizu punktu spietrzenia strumienia, jest kontrolowana. Pomiaru tej tempe¬ ratury dokonuje sie przez umieszczenie w wybra¬ nym punkcie czujnika 1 spoiny termoelementu 10 i miernika 111 lub innym sposobem.W -czasie pomiaru jest utrzymywana stala war¬ tosc temperatury droga regulacji cisnienia gazu uzytego do chlodzenia czujnika 1, pomiar temperatury strumienia gazu sprowadza sie do odczytania nastawionej wartosci cisnienia ze skali precyzyjnego miernika 112 i porównania jej wartosci z krzywa wzorcowania urzadzenia w stru¬ mieniu o znane1] predkosci i temperaturze. Jest to najprostsza konstrukcja urzadzenia do stosowania sposobu wedlug wynalazku.Odmiana urzadzenia przedstawiona na fig. 2 jest zaopatrzona dodatkowo w rurke 113 umieszczona w badanym strumieniu i miernik 14 cisnienia cal¬ kowitego badanego strumienia. Ta odmiana urza- idzenia umozliwia pomiar równiez i predkosci ba¬ danego strumienia i nie wymaga wzorcowania urzadzenia przy zmiennych predkosciach, lecz tylko W strumieniu'o znanej temperaturze.Nastepna odmiana urzadzenia przedstawiona na fig. 3 jest przystosowana do pomiaru temperatury gazu chlodzacego wplywajacego do czujnika 1, oraz temperatury gazu na wylocie i jest okreslona z po¬ miaru termoelementem 15 i miernikiem 16 na przy¬ klad temperatury wody chlodzacej korpus 9, a tem¬ peratura gazu na wylocie z czujnika, za .pomoca termoelementu 17 umieszczonego przed dysza 7 i 'miernika 18.Ta odmiana urzadzenia pozwala na zmierzenie wszystkich wielkosci potrzebnych do bilansu ciepla czujnika.Jezeli sa znane odpowiednie Wspólczynniki dos¬ wiadczalne dla oplywu czujnika o okreslonym ksztalcie, ta odmiana urzadzenia moze byc stoso¬ wana bez wzorcowania.Urzadzenie wedlug wynalazku po odpowiednim wzorcowaniu moze byc uzyte do pomiaru tempe¬ ratury calkowitej strumienia gazu, 'lub wspólczyn¬ nika przejmowania ciepla dla wybranego ksztaltu czujnika 1.Przyklad rozwiazania konstrukcyjnego urzadzenia jest przedstawiony na fig. 4. Czujnik 1 jest wyko¬ nany w ksztalcie pólkuli oplywanej symetrycznie, a temperatura jest mierzona mikrotermoelementem 19, którego spoina 20 jest 'polaczona z czujnikiem 1 przez zgrzewanie. Gaz chlodzacy czujnik wyplywa na zewnatrz otworkami 21. Dzieki prostocie, .mozli¬ wa jest znaczna miniaturyzacja urzadzenia.Do pomiaru rozkladu temperatury calkowitej w zamknietym kanale mozna stosowac odmiane urzadzenia przedstawiona na figi 5 d 6, w której uzyto kilku czujników kulistych i chlodzonych ga¬ zem o cisnieniu regulowanym indywidualnie dla kazdego z nich. Temperatura jest kontrolowana zaM6M pomoca pirometru optycznego 28 umieszczoneigo na zewnatrz kanalu, co pozwala stosowac male wy¬ miary czujników.Konstrukcje urzadzenia przedstawione na ifiig. 4, 5 i 6 sa szczególnie uzyteczne do orientacyjnego po¬ miaru w strumieniach, gdzie lokalne wartosci tem- jperatury znacznie .sie róznia.Istotna zaleta sposobu pomiaru wedlug wynalaz¬ ku z zachowaniem stalej temperatury czujnika wy¬ nika z bilansu ciepla dla czujnika. Przy zalozeniu, ze strumien gazu bedacego obiektem pomiaru jest przezroczysty to znaczy, ze nie oddaje i nie pochla¬ nia energii droga promieniowania, bita^is ten mozna zapisac w nastepujacy sposób: Cieplo odprowar Cieplo odbierane Cieplo wypromie- dzane ód stru-^ przez gaz chlo- niowane z po- mienia droga = dzacy czujnik _|_ wierzchni czujni- konwekcji ka do otoczenia I II III Przy stalej temperaturze czlon III w tym równa¬ niu jest latwy do okreslenia, oo znacznie upraszcza -analize pracy urzadzenia, iponiewaz umozliwia wy¬ eliminowanie bledu promieniowania.Celem blizszego omówienia mozliwosci takiej analizy nalezy rozpisac czlony I, II ii III w postaci •ogólnie znanych wzorów, co wykracza poza przed¬ miot wynalazku. PL PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób stykowego pomiaru wysokich tempe¬ ratur strumienia gazu za .pomoca czujników oply¬ wanych przez ten strumien, stosowany w ibada- Jiiach wysokotemperaturowych urzadzen cieplnych, 10 15 20 25 30 35 zwlaszcza palników, podgrzewaczy i silników ra¬ kietowych, znamienny tym, ze czujnik dhlodzi sie za pomoca innego gazu o regulowanym cisnieniu, który to gaz chlodzacy przepuszcza sie w sposób ciagly (przez wnetrze czujnika i wyprowadza przez dysze o przeplywie krytycznym, a wartosc mierzo¬ nej temperatury okresla sie iprzez pomiar cisnienia lub natezenia przeplywu gazu chlodzacego.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w czasie pomiaru utrzymuje sie stala temperature czujnika. ^

3. Urzadzenie do fffeowaiji* ~ sposobu wedlug zastrz. 1, znamiennej tym,/ i« jes^ wyposazone w czujnik '(i) umieszczony*^ sitpitiieniu mierzonego gazu i podtrzymywany w tym strumieniu za po¬ moca kadluba <9), poprzez który z ibutli <6) za po¬ srednictwem regulatora (5) cisnienia doprowadza sie gaz4 chlodzacy, a czujnik (1) ma postac zamknietej komory, zaopatrzonej w 'umocowany na zewnetrz¬ nej powierzchni termoelement i(10) lub inne urza¬ dzanie mierzace temperature scianki komory, oraz w ottyór #) do wlotu gazu chlodzacego i otwór <3) z dysza (7) o przeplywie krytycznym do wylotu gazu chlodzacego.

4. Odmiana uPBa^zenia wedlug zastrz. 1 i 2, zna¬ mienna tym, ze ma rurke' (13f do pomiaru cisnienia calkowitego strumienia, któr4 to rurka jest osadzo¬ na w kadlulbie (0).

5. Odmiana urzadzenia wedlug zastrz. 112 zna¬ mienna tym, ze ma dodatkowe czujniki (15), (17) do pomiaru temperatury gazu chlodzacego na wlocie i wylocie z czujnika.

6. Odmiana urzadzenia wedlug zastrz. 1 i 2, zna¬ mienna tym, ze ma kilka czujników (1) osadzonych we wspólnym kadlubie i(0). Errata w lamie 1, wiersz 24 jest: w nizszych temperaturach z eksploatacja powinno byc: w nizszych temperaturach z ekstrapolacjaKI. 42 i, 10/20 64 601 MKP G 01 k, 13/02 Fig. 1 s A yy. L Fig.2 5 7^ V142 i,10/20 64 601 10 13 75 Fig. 3 1 21 Fig. 4KI. 42 i, 10/20 64 601 MKP G 01 k, 13/02 A-A '///////////,/////SS//S,,/// Fig. 5 Fig. 6 ZF „Ruch" W-wa, zam. 1608-71, nakl. 195 egz. Cena zl 10,— PL PL