RU137610U1 - DEVICE FOR MEASURING AIR CONSUMPTION IN THE COOLING CHANNEL OF A ROTATING TURBULAR SHOVEL - Google Patents
DEVICE FOR MEASURING AIR CONSUMPTION IN THE COOLING CHANNEL OF A ROTATING TURBULAR SHOVEL Download PDFInfo
- Publication number
- RU137610U1 RU137610U1 RU2013146717/28U RU2013146717U RU137610U1 RU 137610 U1 RU137610 U1 RU 137610U1 RU 2013146717/28 U RU2013146717/28 U RU 2013146717/28U RU 2013146717 U RU2013146717 U RU 2013146717U RU 137610 U1 RU137610 U1 RU 137610U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- heated
- hot
- blade
- programming
- Prior art date
Links
Images
Abstract
1. Устройство измерения расхода воздуха в канале охлаждения вращающейся лопатки турбомашины, содержащее термоанемометр с чувствительным элементом и блок программирования и обработки сигналов, где чувствительный элемент включен в мостовую измерительную схему термоанемометра, вход канала охлаждения расположен в хвостовике лопатки, причем чувствительный элемент выполнен в виде нагреваемой током нити, установленной на входе в канал охлаждения лопатки, а канал охлаждения лопатки выполнен с выпускными отверстиями, отличающееся тем, что дополнительно содержит, по меньшей мере, еще одну нагреваемую током нить другой лопатки, блок ввода первичных данных, токосъемник, усилители-преобразователи сигналов, переключатель, датчик частоты вращения и индикатор, где нагреваемые током нити включены в мостовую измерительную схему термоанемометра через установочные провода, токосъемник, усилители-преобразователи сигналов и переключатель, притом блок ввода первичных данных, датчик частоты вращения и термоанемометр подключены установочными проводами к блоку программирования и обработки сигналов, а выход блока программирования и обработки сигналов соединен с входом индикатора, при этом входы каналов охлаждения выполнены со стороны передних торцов хвостовиков лопаток, а нагреваемые током нити установлены на входах в каналы охлаждения лопаток радиально.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что токосъемник установлен по оси ротора турбомашины.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что снабжено дополнительным контуром установочных проводов, расположенных аналогично установочным проводам подключения нагреваемой ток�1. A device for measuring air flow in the cooling channel of a rotating blade of a turbomachine, comprising a hot-wire anemometer with a sensitive element and a signal programming and processing unit, where the sensitive element is included in the bridge measuring circuit of the hot-wire anemometer, the input of the cooling channel is located in the shank of the blade, and the sensitive element is made in the form of a heated the current of the thread installed at the inlet to the blade cooling channel, and the blade cooling channel is made with outlet openings, characterized in that optionally contains at least one other current-heated thread of another blade, a primary data input unit, a current collector, signal amplifiers-converters, a switch, a rotational speed sensor and an indicator, where the current-heated threads are included in the bridge measuring circuit of the hot-wire anemometer through installation wires, a current collector , signal converters and a switch, moreover, a primary data input unit, a rotational speed sensor and a hot-wire anemometer are connected by installation wires to the programming unit and quipment signals, and the output unit of programming and signal processing connected to the input of the indicator, the input of cooling channels formed by the front ends of the shanks of the blades and the heated filament current installed at the entrances of the cooling channels radialno.2 blades. The device according to claim 1, characterized in that the current collector is installed along the axis of the rotor of the turbomachine. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with an additional circuit of the installation wires located similarly to the installation wires of the heated current
Description
Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для измерения расхода воздуха в системах охлаждения лопаток работающих турбомашин, например газотурбинных двигателей (ГТД) и определения неполадок в системе охлаждения турбин.The utility model relates to test equipment and can be used to measure air flow in the cooling systems of the blades of working turbomachines, such as gas turbine engines (GTE) and to determine malfunctions in the turbine cooling system.
Одним из путей улучшения основных параметров турбомашин является увеличение температуры газа перед турбиной, поэтому при проектировании турбомашин большое внимание уделяется эффективности работы системы охлаждения.One of the ways to improve the basic parameters of turbomachines is to increase the gas temperature in front of the turbine, therefore, when designing turbomachines, much attention is paid to the efficiency of the cooling system.
Неполадки из-за уменьшения расхода воздуха в системе охлаждения могут возникать из-за засорения каналов охлаждения лопаток частицами, находящимися в продуктах сгорания, увеличения зазоров в лабиринтных уплотнениях турбины, прогаров рабочих лопаток турбины и другим причинам.Malfunctions due to a decrease in air flow in the cooling system can arise due to clogging of the cooling channels of the blades by particles in the combustion products, an increase in the gaps in the labyrinth seals of the turbine, burnouts of the turbine blades, and other reasons.
Для исключения возникновения неполадок необходим непрерывный или периодический контроль расхода воздуха в системе охлаждении лопаток, как при их изготовлении, так и при работе.To eliminate the occurrence of malfunctions, continuous or periodic monitoring of the air flow in the cooling system of the blades is required, both during their manufacture and during operation.
Известен термоанемометрический расходомер газа (SU №135247, МПК G01F 1/68, 1960) с применением проволоки, нагреваемой электрическим током, включенной в мостовую измерительную схему, и вертикальное сопло, через которое осуществляется истечение контролируемого потока газа. В расходомере проволока превышает по длине диаметр сопла и натянута горизонтально на выходе из сопла, а поток газа направлен снизу вверх. Расходомер обеспечивает расширение диапазона и снижает погрешность измерений. Однако расходомер не позволяет измерять расход газа в условиях вращения.A known hot-wire gas flow meter (SU No. 135247, IPC
Известен термоанемометрический датчик массового расхода воздуха (патент RU №16792, МПК G01P 5/12, 1999). Датчик содержит установленный в трубе чувствительный зонд, состоящий из кольца, терморезистора, V-образной нагреваемой нити, каждый конец которой с помощью токопроводящих опор жестко соединен с кольцом. Середина нагреваемой нити подвешена через пружинящий крючок, установленный в кольце при помощи сварки. Предложенный датчик устраняет нестабильность выходной характеристики, обусловленной шунтирующим действием металлического крючка на токопроводящую нить, так как натяжение нити может изменяться во времени вследствие температурных факторов, а также из-за появления оксидных пленок на поверхности металлического крючка, что приводит к изменению шунтирующего воздействия на токопроводящую нагретую нить. Однако недостатками таких датчиков являются сложность изготовления и нестабильность работы в условиях вибрации и вращения.Known thermoanemometric mass air flow sensor (patent RU No. 16792, IPC
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели по технической сущности и назначению являются способ и устройство для обнаружения отказов в системе охлаждения турбины (патент ЕР 1580537, G01F 1/68, 2005-09-28). Устройство для обнаружения отказов в системе охлаждения турбины содержит, по меньшей мере, один чувствительный элемент проволочного типа, который имеет характеристику, зависящую от температуры. Этой характеристикой является зависимость электрического сопротивления проволочного элемента или падения напряжения на нем. Для определения характеристики зависящей от температуры на чувствительный элемент подают постоянный ток от источника питания. Чувствительный элемент закреплен на определенном участке канала охлаждения лопатки. Эту характеристику определяют с помощью блока программирования и обработки сигналов. Чувствительный элемент может быть резистором. Кроме того, устройство содержит источник постоянного тока, вольтметр, амперметр и рассматривается как датчик расхода воздуха. Падение напряжения на чувствительном элементе или сопротивления этого элемента является указателем расхода воздуха. Проволочный элемент изготавливается из материала тантал или сплава инвара.The closest analogue of the claimed utility model in technical essence and purpose is a method and device for detecting failures in a turbine cooling system (patent EP 1580537, G01F 1/68, 2005-09-28). A device for detecting failures in a turbine cooling system comprises at least one wire-type sensing element that has a temperature-dependent characteristic. This characteristic is the dependence of the electrical resistance of the wire element or the voltage drop across it. To determine the temperature-dependent characteristics, a direct current is supplied from the power source to the sensor. The sensing element is fixed to a specific section of the blade cooling channel. This characteristic is determined using the programming and signal processing unit. The sensing element may be a resistor. In addition, the device contains a direct current source, voltmeter, ammeter and is considered as a sensor of air flow. The voltage drop across the sensing element or the resistance of this element is an indicator of air flow. The wire element is made of tantalum material or Invar alloy.
Техническое решение обеспечивает обнаружение отказов в системе охлаждения турбины в статических условиях. Данное техническое решение невозможно использовать для вращающихся одновременно рядом установленных лопаток из-за больших габаритов приборной части и отсутствия токосъемника.The technical solution provides failure detection in the turbine cooling system in static conditions. This technical solution cannot be used for rotating blades mounted simultaneously next to each other due to the large dimensions of the instrument part and the absence of a current collector.
Задачами заявляемого технического решения являются:The objectives of the proposed technical solution are:
- повышение надежности контроля охлаждения рабочих лопаток турбомашин;- improving the reliability of cooling control of the working blades of turbomachines;
- расширение диапазона измерений и снижение погрешности измерений параметров охлаждения рабочих лопаток турбомашины в условиях их вращения;- expanding the measurement range and reducing the measurement error of the cooling parameters of the working blades of the turbomachine in the conditions of their rotation;
- измерение параметров охлаждения нескольких рабочих лопаток в условиях их вращения;- measurement of the cooling parameters of several working blades in the conditions of their rotation;
- наглядность отображения измеренных параметров охлаждения нескольких рабочих лопаток в условиях их вращения.- visibility of the display of the measured cooling parameters of several working blades in the conditions of their rotation.
Поставленные задачи решаются тем, что устройство измерения расхода воздуха в канале охлаждения вращающейся лопатки турбомашины содержит термоанемометр с чувствительным элементом и блок программирования и обработки сигналов. Чувствительный элемент включен в мостовую измерительную схему термоанемометра. Вход канала охлаждения расположен в хвостовике лопатки. Чувствительный элемент выполнен в виде нагреваемой током нити, установленной на входе в канал охлаждения лопатки. Канал охлаждения лопатки выполнен с выпускными отверстиями.The tasks are solved in that the device for measuring air flow in the cooling channel of a rotating blade of a turbomachine contains a hot-wire anemometer with a sensitive element and a unit for programming and processing signals. The sensitive element is included in the bridge measuring circuit of the hot-wire anemometer. The inlet of the cooling channel is located in the shank of the blade. The sensitive element is made in the form of a current-heated thread installed at the inlet to the cooling channel of the blade. The cooling channel of the blade is made with exhaust holes.
В соответствие с полезной моделью устройство дополнительно содержит, по меньшей мере, еще одну нагреваемой током нить другой лопатки, блок ввода первичных данных, токосъемник, усилители-преобразователи сигналов, переключатель, датчик частоты вращения ротора турбомашины и индикатор. Нагреваемые током нити включены в мостовую измерительную схему термоанемометра через установочные провода, токосъемник, усилители-преобразователи сигналов и переключатель. Блок ввода первичных данных, датчик частоты вращения и термоанемометр подключены установочными проводами к блоку программирования и обработки сигналов. Выход блока программирования и обработки сигналов соединен с входом индикатора. Входы каналов охлаждения выполнены со стороны передних торцов хвостовиков лопаток, а нагреваемые током нити установлены на входах в каналы охлаждения лопаток радиально.In accordance with the utility model, the device further comprises at least one current-heated thread of another blade, a primary data input unit, a current collector, signal converting amplifiers, a switch, a turbomachine rotor speed sensor and an indicator. Threads heated by current are included in the bridge measuring circuit of the hot-wire anemometer through installation wires, a current collector, signal converting amplifiers and a switch. The primary data input unit, speed sensor and hot-wire anemometer are connected by installation wires to the programming and signal processing unit. The output of the programming and signal processing unit is connected to the indicator input. The inputs of the cooling channels are made from the front ends of the shanks of the blades, and the current-heated threads are installed at the inputs to the cooling channels of the blades radially.
Существенные признаки заявленного технического решения позволяют получить следующие технические результаты:The essential features of the claimed technical solution allow to obtain the following technical results:
- наличие, по меньшей мере, еще одной нагреваемой током нити другой лопатки, блока ввода первичных данных, токосъемника, усилителя-преобразователя сигналов, датчика частоты вращения ротора турбомашины и индикатора обеспечивает расширение диапазона измерений и снижение погрешности измерений параметров охлаждения рабочих лопаток турбомашины;- the presence of at least one more current-heated filament of another blade, a primary data input unit, a current collector, a signal conversion amplifier, a turbomachine rotor speed sensor and an indicator provides an extension of the measurement range and a decrease in the measurement error of the cooling parameters of the working blades of the turbomachine;
- включение нагреваемых током нитей в цепь термоанемометра через токосъемник и усилитель-преобразователь сигналов обеспечивает измерение температуры нагретых нитей в зависимости от скорости обтекающего их воздушного потока в условиях вращения рабочих лопаток турбомашины;- the inclusion of current-heated filaments in the circuit of the hot-wire anemometer through a current collector and an amplifier-converter of signals provides a temperature measurement of heated filaments depending on the speed of the air flow around them under the conditions of rotation of the working blades of the turbomachine;
- включение нагреваемых током нитей в цепь термоанемометра через переключатель позволяет раздельно подключать нагреваемые током нити к термоанемометру, что обусловлено конструкцией термоанемометра.- the inclusion of current-heated filaments in the circuit of the hot-wire anemometer through a switch allows you to separately connect current-heated threads to the hot-wire anemometer, which is due to the design of the hot-wire anemometer.
- подключение блока ввода первичных данных, датчика частоты вращения и термоанемометра установочными проводами к блоку программирования и обработки сигналов обеспечивает снижение погрешностей измерений параметров охлаждения рабочих лопаток;- connecting the input data input unit, the rotational speed sensor and the hot-wire anemometer with the installation wires to the programming and signal processing unit reduces the measurement errors of the blades cooling parameters;
- соединение выхода блока программирования и обработки сигналов с входом индикатора обеспечивает отображение измеренных параметров охлаждения в форме удобной для восприятия;- connection of the output of the programming and signal processing unit with the indicator input provides the display of the measured cooling parameters in a form convenient for perception;
- выполнение входов каналов охлаждения со стороны передних торцов хвостовиков лопаток и установка в них радиально на входе нагреваемых током нитей обеспечивает одинаковые параметры воздушного потока одновременно для нескольких измеряемых рабочих лопаток в условиях их вращения.- the implementation of the inputs of the cooling channels from the front ends of the shanks of the blades and the installation of them radially at the inlet of the current-heated filaments provides the same parameters of the air flow simultaneously for several measured working blades in conditions of their rotation.
Развитие и уточнение совокупности существенных признаков полезной модели для частных случаев ее выполнения дано далее:The development and refinement of the set of essential features of a utility model for particular cases of its implementation is given below:
- установка токосъемника по оси ротора турбомашины обеспечивает нагревание током нитей устройств измерения расхода воздуха в рабочих лопатках турбомашины от источника питания и передачу на индикатор сигналов с нагреваемых нитей об изменении электрического сопротивления при обдуве нитей охлаждающим воздухом;- installing a current collector along the axis of the rotor of the turbomachine provides current heating of the threads of the air flow measuring devices in the rotor blades of the turbomachine from the power source and transmitting to the indicator signals from the heated threads about the change in electrical resistance when the threads are blown with cooling air;
- снабжение устройства дополнительным контуром установочных проводов, расположенных аналогично установочным проводам подключения нагреваемой током нити одной из лопаток, где дополнительный контур установочных проводов соединен с блоком программирования и обработки сигналов через токосъемник, и усилитель-преобразователь сигналов обеспечивает учет изменения сопротивления проводов в зависимости от изменения рабочей температуры потока охлаждающего воздуха;- supplying the device with an additional circuit of the installation wires located similarly to the installation wires of connecting the current-heated filament of one of the blades, where the additional circuit of the installation wires is connected to the programming and signal processing unit via the current collector, and the signal amplifier-converter provides accounting for changes in wire resistance depending on changes in the working cooling air flow temperature;
- выполнение блока программирования и обработки сигналов на базе персонального компьютера позволяет оперативно изменять алгоритм обработки сигналов;- the implementation of the programming and signal processing unit on the basis of a personal computer allows you to quickly change the signal processing algorithm;
- использование в качестве блока ввода первичных данных интерфейса и устройства ввода персонального компьютера позволяет использовать набор проверенных унифицированных, аппаратных и программных средств;- the use of an interface and input device of a personal computer as an input unit of primary data allows the use of a set of proven unified, hardware and software tools;
- выполнение индикатора в виде набора цифровых индикаторных ламп обеспечивает визуальное отображение информации в виде светящихся изображений цифр или других символов;- the implementation of the indicator in the form of a set of digital indicator lamps provides a visual display of information in the form of luminous images of numbers or other symbols;
- выполнение индикатора в виде принтера обеспечивает автоматическую печать результатов обработки измеренных параметров охлаждения рабочих лопаток в блоке программирования и обработки информации;- the implementation of the indicator in the form of a printer provides automatic printing of the results of processing the measured cooling parameters of the working blades in the programming and information processing unit;
- выполнение индикатора в виде монитора персонального компьютера расширяет возможности визуального отображения информации;- the implementation of the indicator in the form of a personal computer monitor expands the possibilities of visual display of information;
- выполнение нагреваемой током нити из вольфрама допускает рабочую температуру в потоке до 730К. Нить из вольфрама работает в атмосфере водорода, нейтрального газа или в вакууме;- the implementation of a current-heated filament from tungsten allows a working temperature in the stream up to 730K. A tungsten filament operates in an atmosphere of hydrogen, a neutral gas, or in a vacuum;
- выполнение нагреваемой током нити из платины допускает рабочую температуру в потоке до 1000К. Нить из платины имеет стабильные электротехнические, термоэлектрические и механические свойства и высокую коррозионную и термическую стойкость.- the implementation of a current-heated filament of platinum allows a working temperature in the stream up to 1000K. A platinum thread has stable electrical, thermoelectric and mechanical properties and high corrosion and thermal resistance.
Следует отметить, что нагрев нитей из вольфрама или платины выполняется в режиме поддержания постоянной температуры нитей.It should be noted that the heating of filaments from tungsten or platinum is performed in the mode of maintaining a constant temperature of the filaments.
Таким образом, решены поставленные в полезной модели задачи.Thus, the tasks set in the utility model are solved.
- повышена надежность контроля охлаждения рабочих лопаток турбомашин;- increased reliability of cooling control of the working blades of turbomachines;
- расширен диапазон измерений и снижены погрешности измерений параметров охлаждения рабочих лопаток турбомашины в условиях их вращения;- the measurement range has been expanded and the measurement errors of the cooling parameters of the working blades of the turbomachine in the conditions of their rotation have been reduced;
- измеряются параметры систем охлаждения нескольких рабочих лопаток в условиях их вращения;- measured the parameters of the cooling systems of several working blades in the conditions of their rotation;
- наглядно отображены измеряемые параметры охлаждения нескольких рабочих лопаток в условиях их вращения.- The measured cooling parameters of several working blades in the conditions of their rotation are clearly displayed.
Настоящая полезная модель поясняется последующим подробным описанием устройства измерения расхода воздуха в канале охлаждения вращающейся лопатки турбомашины и его работы со ссылкой, на иллюстрации, представленные на фиг. 1-5, где:The present utility model is illustrated by the following detailed description of a device for measuring air flow in a cooling channel of a rotating blade of a turbomachine and its operation with reference to the illustrations shown in FIG. 1-5, where:
на фиг. 1 представлен схематично продольный разрез турбомашины;in FIG. 1 is a schematic longitudinal section of a turbomachine;
на фиг. 2 - вид А на передний торец хвостовика лопатки;in FIG. 2 - view A on the front end of the shank of the scapula;
на фиг. 3 - электрическая схема термоанемометра:in FIG. 3 - electrical diagram of the hot-wire anemometer:
на фиг. 4 - зависимость критерия Рейнольдса (Re) от критерия Нуссельта (Nu);in FIG. 4 - dependence of the Reynolds criterion (Re) on the Nusselt criterion (Nu);
на фиг. 5 - структурная схема устройства измерения расхода воздуха.in FIG. 5 is a structural diagram of a device for measuring air flow.
Устройство измерения расхода воздуха в канале 1 охлаждения вращающейся лопатки 2 турбомашины содержит (см. фиг. 1-5) термоанемометр 3 с чувствительным элементом 4 и блок 5 программирования и обработки сигналов. Чувствительный элемент 4 включен в мостовую измерительную схему 6 термоанемометра 3.A device for measuring air flow in the
Вход канала 1 охлаждения расположен в хвостовике лопатки 2. Чувствительный элемент 4 выполнен в виде нагреваемой током нити, установленной на входе в канале 1 охлаждения лопатки 2. Канал 1 охлаждения лопатки 2 выполнен с выпускными отверстиями. Устройство дополнительно содержит, по меньшей мере, еще одну нагреваемую током нить 7 другой лопатки 2, блок 8 ввода первичных данных, токосъемник 9, усилители-преобразователи 10, 11 сигналов, датчик 12 частоты вращения ротора турбомашины и индикатор 13. Нагреваемые током нити 4 или 7 включены в электрическую цепь термоанемометра 3 через установочные провода соответственно 14 или 15, токосъемник 9, соответственно усилители-преобразователи 10 или 11 сигналов и переключатель 16. Блок 8 ввода первичных данных и датчик 12 частоты вращения подключены соответственно установочными проводами 17 и 18 к блоку 5 программирования и обработки сигналов. Выход блока 5 программирования и обработки сигналов соединен с входом индикатора 13. При этом входа каналов 1 охлаждения выполнены со стороны передних торцов хвостовиков лопаток 2. Нагреваемые током нити 4 или 7 установлены на входе в каналы 1 охлаждения лопаток 2 радиально (см. фиг. 2). Токосъемник 9 установлен по оси ротора турбомашины.The input of the cooling
Устройство снабжено дополнительным контуром установочных проводов 19 расположенных аналогично установочным проводом 14, 15 подключения нагреваемых током нитей 4 или 7 лопаток 2. Дополнительный контур установочных проводов 19 соединен с блоком 5 программирования и обработки сигналов через токосъемник 9, усилитель-преобразователь 20 сигналов и установочный провод 21. Дополнительный контур установочных проводов 19 предназначен для определения изменения электрического сопротивления установочных проводов 14, 15 в широком диапазоне рабочих температур. Индикатор 13 может быть выполнен в виде набора цифровых индикаторных ламп, принтера или монитора персонального компьютера. Нагреваемые током нити 4 или 7 могут быть выполнены из вольфрама или платины диаметром порядка 10 мкм и длиной 3,5-4 мм в зависимости от температурного режима и условий их работы.The device is equipped with an additional circuit of the
Принцип действия термоанемометра 3 основан на зависимости силы тока, протекающего через нагретые нити 4 или 7 от скорости обтекающего их потока воздуха в каналах 1 охлаждения лопаток 2. Функциональная схема термоанемометра 3 с нагретыми до постоянной температуры нитями 4, 7 дана на фиг. 3. Нагреваемые от источника постоянного тока нити 4 или 7 соединены с одним из плеч измерительного моста сопротивления 6.The principle of operation of the hot-
Термоанемометр 3, кроме нагреваемых током нитей 4 или 7 и измерительного моста сопротивления 6, включает блок 22 автоматического регулирования температуры нагреваемых нитей 4 или 7. Нагреваемые током нити 4 или 7 и блок 22 автоматического регулирования температуры соединены (см. фиг. 3) электрически между собой в электрическую цепь в термоанемометре 3. Термоанемометр 3 соединен с блоком 5 программирования и обработки сигналов установочным проводом 23.The hot-
Для определения расхода охлаждающего воздуха выполняются тарировки нагреваемых током нитей 4 или 7 в составе термоанемометра 3, работающих в комплекте с рабочими лопатками 2 в статических условиях (без вращения).To determine the flow rate of cooling air, calibrations of current-
Результаты расчета показали, что влиянием центробежных сил, возникающих вследствие вращения лопаток 2, на теплообмен нагреваемых нитей 4, 7 можно пренебречь.The calculation results showed that the influence of centrifugal forces arising from the rotation of the
Вследствие этого результаты тарировки в статических условиях (см. фиг. 4) могут использоваться для определения расхода охлаждающего воздуха через рабочие лопатки в условиях их вращения.As a result, calibration results under static conditions (see Fig. 4) can be used to determine the flow of cooling air through the working blades under conditions of their rotation.
Высокая точность измерений обеспечивается использованием в блоке 5 программирования и обработки сигналов алгоритма состоящего в вычислении зависимости коэффициента теплоотдачи нитей 4 или 7 от скорости потока охлаждающего воздуха:High measurement accuracy is ensured by using the algorithm in
где критерий Нуссельта - ; критерий Рейнольдса - ;where is the Nusselt criterion - ; Reynolds criterion - ;
А, В- коэффициенты, определяемые экспериментальным путем;A, B - coefficients determined experimentally;
α - коэффициент теплоотдачи;α is the heat transfer coefficient;
λ - коэффициент теплопроводности;λ is the coefficient of thermal conductivity;
ρ - плотность потока;ρ is the flux density;
u - скорость потока;u is the flow rate;
d - диаметр нагреваемой током нити;d is the diameter of the filament heated by current;
µ - коэффициент вязкости воздуха.µ is the coefficient of viscosity of air.
Коэффициент теплоотдачи определяется из условий теплового баланса:The heat transfer coefficient is determined from the conditions of the heat balance:
где α - коэффициент теплоотдачи;where α is the heat transfer coefficient;
; ;
I - сила тока, протекающего в проволочной нити «датчика»;I is the strength of the current flowing in the wire of the "sensor";
R - сопротивление нагреваемой нити;R is the resistance of the heated thread;
ΔT - разность между температурой нагреваемой нити Тп и температурой заторможенного потока воздух То;ΔT is the difference between the temperature of the heated thread T p and the temperature of the inhibited air flow T about ;
l, d - длина и диаметр нагреваемой током нити соответственно. Разность температур вычисляется через сопротивление нагреваемой нити по формуле:l, d are the length and diameter of the filament heated by current, respectively. The temperature difference is calculated through the resistance of the heated filament according to the formula:
где Ro - сопротивление нагреваемой током нити при температуре торможения потока;where R o is the resistance of the current-heated filament at a drag temperature;
Rn - сопротивление нагреваемой током нити при перегреве (перегрев на 50%);R n - resistance of the current-heated filament during overheating (overheating by 50%);
a - коэффициент, зависящий от материала нагреваемой током нити, для вольфрама a=3,5·10-3.a is a coefficient depending on the material heated by the current of the filament, for tungsten a = 3.5 · 10 -3 .
Результаты тарировки нагреваемой током нити расхода воздуха (см. фиг. 4) согласуются с обобщенной зависимостьюThe calibration results of the current-heated air flow threads (see Fig. 4) are consistent with the generalized dependence
построенной при различных скоростях обдува нагреваемой током нити и при скорости потока u=0constructed at various blowing speeds of a filament heated by current and at a flow velocity u = 0
В экспериментах для исключения влияния температурного изменения сопротивления подводящей цепи на сопротивление нагреваемой током нити последнее вычислялось по разности сопротивлений основной цепи (установочные провода 14, 15 с нагреваемыми током нитями 4,7) и дополнительной цепи (установочный провод 19 проложенный рядом с проводами 14, 15) не имеющей нагреваемой током нити. По значению сопротивления Ro нагреваемых нитей 4 или 7 и силы тока можно рассчитать напряжение, что дает возможность определить значение числа Нуссельта (Nu). Затем по тарировочной зависимости (фиг. 4) определить значение числа Re и далее - расход воздуха по соотношению:In experiments, to exclude the effect of a temperature change in the resistance of the supply chain on the resistance of the current-heated filament, the latter was calculated by the difference in the resistances of the main circuit (installation wires 14, 15 with current-heated filaments 4.7) and the additional circuit (
где Reн - число Рейнольдса;where Re n is the Reynolds number;
g - ускорение силы тяжести:g - acceleration of gravity:
µ - коэффициент вязкости воздуха;µ is the coefficient of viscosity of air;
Fk - площадь отверстий в приемной части лопатки;F k - the area of the holes in the receiving part of the scapula;
dн - диаметр нагреваемой током нити.d n - the diameter of the heated current thread.
Перед началом испытаний в блок 5 программирования и обработки сигналов вводятся параметры расчета и индикации с помощью блока 8 ввода первичных данных. К параметрам расчета, например, относятся номера лопаток, на которых установлены нагреваемые нити. Так же вводится алгоритм вычисления формул (a, b, c, d, е) и зависимость критерия Re от критерия Nu (см. фиг. 4) для каждой лопатки 2 с нагреваемой током нитью 4 или 7, а также - константы вычислений и параметры индикации. К параметрам индикации относится, например режим отображения информации на индикаторе.Before testing, the calculation and display parameters are entered into the programming and
В качестве усилителей-преобразователей 10, 11, 20 могут быть использованы, например усилители 2210A производителя VISHAY. Блок 5 программирования и обработки сигналов может быть выполнен, например, на базе персонального компьютера. В качестве блока 8 ввода первичных данных могут быть использованы, например интерфейс и устройства ввода персонального компьютера.As amplifiers-
Устройство работает следующим образом (см. фиг. 1-5). По мере изменения теплообмена между нитями 4 или 7 и воздушным потоком в канале 1 каждой измеряемой лопатки 2 изменяется электрическое сопротивление нитей 4 или 7. Переключателем 16 включается нагреваемая нить 4 или 7. На измерительной диагонали моста сопротивлений 6 появляется напряжение дисбаланса, которое подается на вход блока регулирования 22. С выхода блока 22 ток по цепи 24 обратной связи поступает на питающую диагональ моста 6. Этим выравнивается дисбаланс в цепи моста 6.The device operates as follows (see Fig. 1-5). As the heat transfer between the
Любые изменения температуры нагреваемых током нитей 4 или 7 вследствие теплоотдачи к потоку воздуха восполняются энергией электрического тока протекающего в нитях, что фиксируется термоанемометром 3. Измерение расхода воздуха обеспечивается (см. фиг. 4) предварительной тарировкой нагреваемых нитей 4 или 7 в стационарных условиях в комплексе с рабочими лопатками 2, в которых эти нити установлены.Any changes in the temperature of
Наличие нагреваемых током нитей 4 или 7 на нескольких лопатках 2 позволяет выполнять измерение расхода охлаждающего воздуха в этих лопатках раздельно через переключатель 16.The presence of threads heated by current 4 or 7 on
Во время проведения испытаний, регистрируют сигналы значений расходов охлаждаемого воздуха нагреваемых током нитей в лопатках, частоты вращения ротора испытуемого изделия и через токосъемник 9, усилители-преобразователи 10, 11, переключатель 16 и термоанемометр 3 эти сигналы передаются на обработку в блок 5 программирования и обработки сигналов.During the tests, the signals of the values of the flow rate of the cooled air heated by the current of the threads in the blades, the rotational speed of the rotor of the test product and through the
Обработка сигналов выполняется с использованием первичных данных, алгоритма (формулы a, b, c, d, е). Результаты обработки сигналов выводятся на индикатор 13.Signal processing is performed using primary data, an algorithm (formulas a, b, c, d, e). The results of signal processing are displayed on
Таким образом, устройство измерения представляет собой наглядный инструмент для получения картины распределения расхода воздуха по вращающимся рабочим лопаткам турбомашин, например ГТД. Это дает необходимую информацию при доводке эксплуатируемых и проектируемых перспективных систем охлаждения рабочих лопаток роторов турбомашин.Thus, the measuring device is a visual tool for obtaining a picture of the distribution of air flow over the rotating blades of a turbomachine, for example a gas turbine engine. This provides the necessary information for the refinement of the exploited and designed promising cooling systems for rotor blades of turbomachines.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013146717/28U RU137610U1 (en) | 2013-10-21 | 2013-10-21 | DEVICE FOR MEASURING AIR CONSUMPTION IN THE COOLING CHANNEL OF A ROTATING TURBULAR SHOVEL |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013146717/28U RU137610U1 (en) | 2013-10-21 | 2013-10-21 | DEVICE FOR MEASURING AIR CONSUMPTION IN THE COOLING CHANNEL OF A ROTATING TURBULAR SHOVEL |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU137610U1 true RU137610U1 (en) | 2014-02-20 |
Family
ID=50113566
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013146717/28U RU137610U1 (en) | 2013-10-21 | 2013-10-21 | DEVICE FOR MEASURING AIR CONSUMPTION IN THE COOLING CHANNEL OF A ROTATING TURBULAR SHOVEL |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU137610U1 (en) |
-
2013
- 2013-10-21 RU RU2013146717/28U patent/RU137610U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2818839B1 (en) | Thermocouple probe | |
EP3124929B1 (en) | Cooled thermocouple and method for determining a temperature | |
JP2014145763A (en) | Systems and methods for measuring flow profile in turbine engine flow path | |
BRPI0915430B1 (en) | PROCESS AND DEVICE FOR DETECTION AND / OR MEASUREMENT OF DIRT IN CHANGERS | |
RU137610U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING AIR CONSUMPTION IN THE COOLING CHANNEL OF A ROTATING TURBULAR SHOVEL | |
Minn Khine et al. | Heat-conduction error of temperature sensors in a fluid flow with nonuniform and unsteady temperature distribution | |
CN210321856U (en) | Air heating type flowmeter | |
JP5479654B2 (en) | Method for obtaining total flow rate with exhaust gas flow sensor | |
EP3047284B1 (en) | Sensor for high temperature turbulent flow | |
JPS6237331B2 (en) | ||
EP3564641B1 (en) | Electrical connector, fluid state test device, and fluid heat exchange system | |
CN205749361U (en) | Electric machine stator iron tube heat transfer coefficient measuring device | |
CN212749125U (en) | Dull and stereotyped temperature rise test system of silicon rubber | |
Al-Salaymeh et al. | Development and testing of a novel single-wire sensor for wide range flow velocity measurements | |
Mirhashemi et al. | Hot-wire probe design and calibration for high-speed, high-temperature flows | |
JPS60166815A (en) | Monitor for matter attached to compressor blade of gas turbine | |
Arenz et al. | Development and application of a fast-response total temperature probe for turbomachinery | |
RU2791425C1 (en) | Quasi-distributed hot-wire probe for measuring the distribution of gas flow velocity | |
CN103925951B (en) | By the blower fan of Frequency Converter Control by air quantity on-line monitoring method | |
Dupont | Mach Number Independent Hot-Wire Anemometry | |
Sedláček et al. | Analysis of multi constant current flowmeter heated elements | |
CN206609487U (en) | Hand-held thermal type gas quality flow meter | |
Johnson et al. | Measurements with a heat flux microsensor deposited on a transonic turbine blade | |
Han et al. | The Research on the Diagnostics of the Overheat Detection System Fault | |
Bonham | The development of accurate stagnation temperature probes for gas turbine applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20201022 |