RU2078315C1 - Устройство для измерения средней температуры выходящих газов газотурбинного двигателя - Google Patents
Устройство для измерения средней температуры выходящих газов газотурбинного двигателя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2078315C1 RU2078315C1 SU5048415A RU2078315C1 RU 2078315 C1 RU2078315 C1 RU 2078315C1 SU 5048415 A SU5048415 A SU 5048415A RU 2078315 C1 RU2078315 C1 RU 2078315C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermocouples
- turbine engine
- wires
- leads
- gas turbine
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Сущность изобретения: устройство содержит термопары канала измерения, установленные по периметру заданного сечения ГТД и соединенные параллельно компенсационными проводами двух типов проводимости. В местах установки термопар канала измерения размещены термопары двух независимых каналов регулирования, в каждом из которых термопары соединены попарно первыми компенсационными проводами. К средним точкам указанных проводов подсоединены вторые компенсационные провода, а к средним точкам последних, соответственно, в верхней и нижней частях заданного сечения ГТД - выводные компенсационные провода тех же типов проводимости, что и вторые. Одноименные компенсационные провода одного типа проводимости идентичны, а диаметры всех компенсационных проводов одного типа проводимости выбраны равными. 3 ил.
Description
Изобретение относится к технике измерения и регулирования температуры газового потока и может быть использовано при осреднении температуры выходящих газов газотурбинного двигателя (ГТД) для измерения и регулирования средней температуры.
Известно устройство для измерения средней температуры выходящих газов в заданном сечении ГТД, содержащее термопары (односпайные зонды), соединительные компенсационные кабели и выход осредненной температуры [1]
К недостаткам устройства относится отсутствие независимого идентичного канала замера средней температуры, который можно использовать в системе регулирования газотурбинного двигателя, громоздкость и дороговизна кабельного соединения.
К недостаткам устройства относится отсутствие независимого идентичного канала замера средней температуры, который можно использовать в системе регулирования газотурбинного двигателя, громоздкость и дороговизна кабельного соединения.
Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения средней температуры газов газотурбинного двигателя, содержащее термопары, рабочие спаи которых при помощи компенсационных проводов двух типов проводимости соединены с шинами того же типа проводимости. [2]
Однако и в этом устройстве отсутствует второй идентичный канал измерения средней температуры, обеспечивающий осуществление регулирования работы ГТД по температуре. Кроме того, из-за неравномерности изменения окружающей температуры (-60 oC 250oC) нарушается равенство сопротивления цепей термопар, что приводит к значительным погрешностям в измерении средней температуры. Особенно это опасно при использовании средней температуры в канале регулирования. Так, например, при занижении средней температуры из-за нарушений идентичности сопротивлений соединительных проводов в цепях термопар система регулирования необоснованно изменит режим работы ГТД, что приведет к повышению температуры выходящих газов, а это может вызвать выгорание лопаток турбины.
Однако и в этом устройстве отсутствует второй идентичный канал измерения средней температуры, обеспечивающий осуществление регулирования работы ГТД по температуре. Кроме того, из-за неравномерности изменения окружающей температуры (-60 oC 250oC) нарушается равенство сопротивления цепей термопар, что приводит к значительным погрешностям в измерении средней температуры. Особенно это опасно при использовании средней температуры в канале регулирования. Так, например, при занижении средней температуры из-за нарушений идентичности сопротивлений соединительных проводов в цепях термопар система регулирования необоснованно изменит режим работы ГТД, что приведет к повышению температуры выходящих газов, а это может вызвать выгорание лопаток турбины.
Технический результат, создаваемый изобретением, состоит в повышении эксплуатационной надежности ГТД.
Указанный результат достигается тем, что в устройство для измерения средней температуры выходящих газов газотурбинного двигателя, содержащее термопары, канала измерения, установленные по периметру заданного сечения ГТД и соединенные параллельно компенсационными проводами двух типов проводимости, и выводные компенсационные провода тех же типов проводимости, образующие выход канала измерения, введены термопары двух независимых каналов регулирования, размещенные в местах установки термопар канала измерения, в каждом из каналов регулирования термопары соединены попарно первыми компенсационными проводами двух типов проводимости, к средним точкам которых подсоединены вторые компенсационные провода, а к средним точкам вторых компенсационных проводов, в верхней и нижней частях заданного сечения ГТД, присоединены выводные компенсационные провода тех же типов проводимости, образующие выходы каналов регулирования, при этом все одноименные компенсационные провода одного типа проводимости идентичны, а диаметры всех компенсационных проводов одного типа проводимости выбраны равными.
Устройство для измерения средней температуры выходящих газов газотурбинного двигателя (фиг. 1,2) содержит термопары I, I1 термоэлектрических датчиков, рабочие спаи 2 термопар 1 канала измерения (фиг. 1), рабочие спаи 3 термопар I1 I-го канала регулирования (фиг. 2), рабочие спаи 4 термопар I1 II-го канала регулирования (фиг. 2), термоэлектроды которых выполнены, например из алюмеля 5 и хромеля 6, соединительные компенсационные провода из алюмеля 7 и 71 равной длины и из хромеля 8 и 81 той же длины, обеспечивающие соединение пар рабочих спаев 2,3,4 термопар I, I1, соединительные компенсационные провода из алюмеля 9 и 91 равной длины и из хромеля 10 и 101 той же длины, обеспечивающие параллельное соединение двух пар рабочих спаев 2, 3, 4 термопар I, I1, соединительные компенсационные провода из алюмеля 11 и 111 равной длины и из хромеля 12 и 121 той же длины, обеспечивающие параллельное соединение рабочих спаев 2 термопар 1, расположенных в верхней части сечения ГТД с двумя парами рабочих спаев 2 термопар 1, расположенных в нижней части сечения двигателя, выводные компенсационные провода из алюмеля 13 и хромеля 14, образующие выход канала измерения средней температуры, выводные компенсационные провода из алюмеля 15 и хромеля 16, образующие выход I-го канала регулирования в верхней части сечения ГТД, выводные компенсационные провода из алюмеля 17 и хромеля 18, образующие выход II-го канала регулирования в нижней части сечения ГТД. Диаметры сечений соединительных и выводных компенсационных проводов одного типа проводимости одинаковы. Все термопары 1, 11 установлены на корпусе 19 ГТД, причем каждый из рабочих спаев 3,4 термопар 11, 2x каналов регулирования размещен в одном корпусе с рабочим спаем 2 соответствующей термопары 1 канала измерения. Зазор между спаями каждой пары термопар в термоэлектрических датчиках составляет 1-1,5 мм. Все рабочие спаи 2,3,4 находятся в одном сечении ГТД.
Используя эквивалентные схемы (фиг. 3), можно определить величину средней температуры на выходах каналов регулирования и измерения. Обозначения элементов схемы, относящихся только к II-му каналу регулирования, показаны в квадратных скобках. ТЭДС, развиваемые например рабочими спаями 3 термопар 11 в I-ом канале регулирования, обозначены, соответственно, Е(3)1, Е(3)2, Е(3)3 и Е(3)4. Первые компенсационные провода 7,71 и 8,81 (фиг. 2) между рабочими спаями 3 пар термопар 11 взяты равной длины и, соответственно, равного сечения, поэтому они показаны на фиг. 3 в виде сопротивлений R7, R и R8, R , при этом
R7 = R ; R8 = R (1).
Вторые компенсационные провода 9,91 и 10,101 (фиг. 2) равной длины и, соответственно, равного сечения подключены к точкам А-А1 и Б-Б1, следовательно, между этими точками подключены сопротивления (фиг. 3а):
R9 = R и R10= R (2).
Выводные компенсационные провода 15,16, образующие выход I-го канала регулирования равной длины, показаны в виде сопротивлений R15 и R16, которые подключены к точкам C-C1 (фиг. 3а).
R7 = R
Вторые компенсационные провода 9,91 и 10,101 (фиг. 2) равной длины и, соответственно, равного сечения подключены к точкам А-А1 и Б-Б1, следовательно, между этими точками подключены сопротивления (фиг. 3а):
R9 = R
Выводные компенсационные провода 15,16, образующие выход I-го канала регулирования равной длины, показаны в виде сопротивлений R15 и R16, которые подключены к точкам C-C1 (фиг. 3а).
В цепи источников ТЭДС Е(3)1 и Е(3)2 протекает ток J:
где R = R7+ R + R8+ R .
С учетом (1) и (2)
R 2R7 + 2R8 2(R7 + R8) (4).
где R = R7+ R
С учетом (1) и (2)
R 2R7 + 2R8 2(R7 + R8) (4).
Аналогичным образом находят напряжение между точками ББ1 (фиг. 3,a):
Так как к точкам СС1 (фиг. 3a) подключены источники напряжения с равными сопротивлениями (R9 + R10), то напряжение в этих точках, а следовательно, и на выходе I-го канала регулирования будет:
Подставляя в (8) (6) и (7), получают
Так как термоЭДС в точках зондирования рабочими спаями пропорциональна температуре, то из (9) получают
где T(3)1, T(3)2, T(3)3, T(3)4 температуры выходящих газов ГДТ в точках зондирования газового потока рабочими спаями 3 термопар 11 в верхней части заданного сечения (I-й канал регулирования).
Так как к точкам СС1 (фиг. 3a) подключены источники напряжения с равными сопротивлениями (R9 + R10), то напряжение в этих точках, а следовательно, и на выходе I-го канала регулирования будет:
Подставляя в (8) (6) и (7), получают
Так как термоЭДС в точках зондирования рабочими спаями пропорциональна температуре, то из (9) получают
где T(3)1, T(3)2, T(3)3, T(3)4 температуры выходящих газов ГДТ в точках зондирования газового потока рабочими спаями 3 термопар 11 в верхней части заданного сечения (I-й канал регулирования).
Аналогичным образом получено значение Тср.Пк.р. т.е. средняя температура выходящих газов ГТД в нижней части заданного сечения ГДТ
где T(4)1, T(4)2, T(4)3, T(4)4 температуры выходящих газов ГТД в точках зондирования газового потока рабочими спаями 4 термопар 1-1 в нижней части заданного значения (II-й канал регулирования).
где T(4)1, T(4)2, T(4)3, T(4)4 температуры выходящих газов ГТД в точках зондирования газового потока рабочими спаями 4 термопар 1-1 в нижней части заданного значения (II-й канал регулирования).
Исходя из тех же предпосылок, находят среднюю температуру входящих газов канала измерения (Тср.к.и.)
где T(2)1, T(2)2, T(2)3.T(2)8 температуры выходящих газов ГТД в точках зондирования газового потока рабочими спаями 2 термопар 1 в заданном сечении ГТД (фиг.1, 3,б).
где T(2)1, T(2)2, T(2)3.T(2)8 температуры выходящих газов ГТД в точках зондирования газового потока рабочими спаями 2 термопар 1 в заданном сечении ГТД (фиг.1, 3,б).
Таким образом, при осреднении напряжений нескольких источников ТЭДС необходимо равенство сопротивлений их цепей. При нарушении этого требования возникают погрешности осреднения. Действительно, если, например, в цепях источников E(3)1, и E(3)2 (фиг.3,a) между E(3)1 и точками AA1 будет сопротивление R1, а между E(3)2 и точками AA1 сопротивление R2, то ток в цепи этих источников будет равен
при равенстве R1 и R2, т.е. R1 R2
что и было получено в (6).
при равенстве R1 и R2, т.е. R1 R2
что и было получено в (6).
В случае нарушения равенства R1 и R2, т.е. R1≠R2,
Следовательно, выходное напряжение при параллельном соединении двух известных источников E(3)1 и E(3)2 определяется отношением R2/R1, которое может изменяться, например при изменении температур в зоне размещения сопротивления R1 и R2. Так как ТЭДС пропорциональна температурам в точках зондирования газового потока рабочими спаями, то
При равенстве R1 и R2 из (15) получают
т.е. среднюю температуру.
Следовательно, выходное напряжение при параллельном соединении двух известных источников E(3)1 и E(3)2 определяется отношением R2/R1, которое может изменяться, например при изменении температур в зоне размещения сопротивления R1 и R2. Так как ТЭДС пропорциональна температурам в точках зондирования газового потока рабочими спаями, то
При равенстве R1 и R2 из (15) получают
т.е. среднюю температуру.
Разность даст погрешность измерения средней температуры при нарушении равенства сопротивлений (R1 и R2)
С учетом (15) и (16) получают
Из (17) видно, что при равенстве сопротивлений цепей осредняемых ТЭДС (R1 R2) погрешность измерения средней температуры равна нулю .
С учетом (15) и (16) получают
Из (17) видно, что при равенстве сопротивлений цепей осредняемых ТЭДС (R1 R2) погрешность измерения средней температуры равна нулю .
При создании устройства для измерения средней температуры газов ГТД изготавливают жгуты соединительных компенсационных проводов и выводных компенсационных проводов, которые свариваются между собой таким образом, что обеспечивается схема соединений (фиг. 1, 2).
При этом возможны различные варианты соединения (сварки) проводов, так, нарезают провода определенной длины 7,71 и 8,81, к средним точкам которых А-А1 и Б-Б1 приваривают последующие провода 9,91 и 10,101, к средним точкам которых С-С1 приваривают последующие провода и т.д. (фиг. 1, 2). При этом варианте сборки жгута низка эксплуатационная надежность устройства и, следовательно ГТД, так как при нарушении сварки в точках А или А1 (Б и Б1) из схемы выпадают сразу 2 рабочих спая, а при нарушении сварки в точке С или С1 из-за, например повышенной вибрации, из схемы отключаются сразу все спаи в верхней части сечения, либо нижней части сечения канала измерения, либо одного из каналов регулирования.
В предложенном устройстве применяются цельные компенсационные провода от выходов каждого канала измерения средней температуры до любого спая в каждом канале, к которым приваривают соединительные компенсационные провода требуемой длины. Так, например при изготовлении жгута 1-го канала регулирования (фиг. 2), отрезки 7, 8; 9, 10 и 15, 16 выполнены цельными проводами, которые соединяют, например крайний спай 3 с выходом 1-го канала регулирования. В точках А-А1 приваривают отрезки проводов (71, 81), которые присоединяют к второму спаю первой пары термопар. В точках С-С1 приваривают цельные провода, соединяющие с выходом канала регулирования спай 3 второй пары термопар, и к этим приводам в точках Б-Б1 приваривают отрезки проводов 71, 81, которые присоединяют к второму спаю 3 второй пары термопар. Из фиг. 2 видно, что при нарушении сварки в точке А или А1 из схемы отключается только один спай. При нарушении спая в точке С или С1 из схемы отключается только одна пара рабочих спаев, в то время как при другом способе изготовления жгута из схемы отключались все спаи канала.
Таким образом, предложенная сборка жгутов позволяет сохранить в схеме большее количество подключенных рабочих спаев при нарушении мест сварки жгутов, что повышает эксплуатационную надежность как самого устройства, так и двигателя.
Так как изготовление жгутов производят обычно при комнатной температуре (t 20oC), то сопротивления в цепи источников, например Е(3)1, Е(3)2, Е(3)3, Е(3)4 1-го канала регулирования будут иметь значения R20(3)1, R20(3)2, R20(3)3, R20(3)4, при этом они равны между собой.
Сопротивления в цепи источников Е(4)1, Е(4)2, Е(4)3, Е(4)4 II-го канала регулирования будут иметь значения R20(4)1, R20(4)2, R20(4)3, R20(4)4, равные между собой и с сопротивлением 1-го канала, т.е.
R20(3)1 = R20(3)2 = ... R20(3)4 = R20(4)1 = R20(4)2 = ... = R20(4)4 (18).
Однако в рабочем режиме ГТД температуры окружающей среды жгута соединительных приводов I-го канала регулирования может оказаться, например t1, а II-го t2, так как они конструктивно размещаются в разных температурных зонах двигателя. Тогда сопротивления, показанные в (18), будут иметь значения:
где α температурный коэффициент сопротивления, одинаковый для всех пар соединительных компенсационных проводов (хромель-алюмель).
Однако в рабочем режиме ГТД температуры окружающей среды жгута соединительных приводов I-го канала регулирования может оказаться, например t1, а II-го t2, так как они конструктивно размещаются в разных температурных зонах двигателя. Тогда сопротивления, показанные в (18), будут иметь значения:
где α температурный коэффициент сопротивления, одинаковый для всех пар соединительных компенсационных проводов (хромель-алюмель).
Из (19) видно, что все сопротивления источников ТЭДС I-го канала осреднения равны, что обеспечивает высокую точность осреднения.
Из (20) видно, что и во II-ом канале сопротивления источников ТЭДС также равны, следовательно обеспечивается высокая точность осреднения. Одновременно из (19) и (20) видно, что сопротивления источников ТЭДС I-го и II-го каналов регулирования между собой не равны, т.е.
Из (21) следует, что I и II каналы регулирования неидентичны, поэтому при создании одного канала регулирования снизится точность осреднения.
Создание двух независимых каналов регулирования с осредненными температурами в верхней и нижней частях заданного сечения ГТД позволяет получить высокую точность замера средней температуры в каждом канале регулирования и использовать высокочувствительный способ регулирования температуры ГТД по разности осреднения температур каналов регулирования:
ΔTср.к.р.= Tср.Iк.р.- Tср.Пк.р.
где Тcp.IK.p. средняя температура выходящих газов I-го канала (см. (10));
Тcp.IIк.р. средняя температура выходящих газов II-го канала (см. (11));
ΔTср.к.р. управляющий сигнал системы регулирования температурного параметра ГТД,
что повышает точность регулирования, а следовательно и надежность работы ГТД.
ΔTср.к.р.= Tср.Iк.р.- Tср.Пк.р.
где Тcp.IK.p. средняя температура выходящих газов I-го канала (см. (10));
Тcp.IIк.р. средняя температура выходящих газов II-го канала (см. (11));
ΔTср.к.р. управляющий сигнал системы регулирования температурного параметра ГТД,
что повышает точность регулирования, а следовательно и надежность работы ГТД.
Кроме того, в системе регулирования может быть предусмотрено использование только одного канала с осредненной температурой на выходе, правда, в этом случае точность регулирования ниже по сравнению с предыдущим, но зато обеспечивается резервирование системы регулирования при выходе из строя одного из каналов регулирования, чем достигается повышение эксплуатационной надежности ГТД.
Благодаря применению ступенчатого соединения рабочих спаев термопар в предложенном устройстве значительно снижается длина соединительных компенсационных проводов, обеспечивающих параллельное соединение рабочих термопар, что уменьшает весовые характеристики ГТД.
Claims (1)
- Устройство для измерения средней температуры выходящих газов газотурбинного двигателя, содержащее термопары канала измерения, установленные по периметру заданного сечения двигателя и соединенные параллельно компенсационными проводами двух типов проводимости, и выводные компенсационные провода тех же типов проводимости, образующие выход канала измерения, отличающееся тем, что в него введены термопары двух независимых каналов регулирования, размещенные в местах установки термопар канала измерения, в каждом из каналов регулирования термопары соединены попарно первыми компенсационными проводами двух типов проводимости, к средним точкам которых подсоединены вторые компенсационные провода, а к средним точкам вторых компенсационных проводов, в верхней и нижней частях заданного сечения газотурбинного двигателя присоединены образующие выходы каналов регулирования выводные компенсационные провода тех же типов проводимости, что и вторые компенсационные провода, при этом все одноименные компенсационные провода одного типа проводимости идентичны, а диаметры компенсационных проводов одного типа проводимости выбраны равными.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5048415 RU2078315C1 (ru) | 1992-06-17 | 1992-06-17 | Устройство для измерения средней температуры выходящих газов газотурбинного двигателя |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5048415 RU2078315C1 (ru) | 1992-06-17 | 1992-06-17 | Устройство для измерения средней температуры выходящих газов газотурбинного двигателя |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2078315C1 true RU2078315C1 (ru) | 1997-04-27 |
Family
ID=21607348
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5048415 RU2078315C1 (ru) | 1992-06-17 | 1992-06-17 | Устройство для измерения средней температуры выходящих газов газотурбинного двигателя |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2078315C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107991002A (zh) * | 2018-01-23 | 2018-05-04 | 深圳力士智造科技有限公司 | 一种用于真空炉的测温系统及真空炉测温补偿方法 |
CN107991002B (zh) * | 2018-01-23 | 2024-05-31 | 深圳力士智造科技有限公司 | 一种用于真空炉的测温系统及真空炉测温补偿方法 |
-
1992
- 1992-06-17 RU SU5048415 patent/RU2078315C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Заявка Великобритании N 1590496, кл. H 01 L 35/02, 1977. 2. Патент США N 4186605, кл. G 01 K 7/02, 1980. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107991002A (zh) * | 2018-01-23 | 2018-05-04 | 深圳力士智造科技有限公司 | 一种用于真空炉的测温系统及真空炉测温补偿方法 |
CN107991002B (zh) * | 2018-01-23 | 2024-05-31 | 深圳力士智造科技有限公司 | 一种用于真空炉的测温系统及真空炉测温补偿方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7175343B2 (en) | Multi-element thermocouple | |
US4186605A (en) | Set of thermocouples for measuring the average of several temperatures in a given space | |
US10545054B2 (en) | Active grounded thermocouple and method of operation | |
CN104048776B (zh) | 用于三维温度梯度的多信道热电偶补偿 | |
EP1014059B1 (en) | Cold junction compensation for multiple thermocouples | |
JP2880799B2 (ja) | 冷接点補償付き熱電対トランスミッタ | |
US11187592B2 (en) | Thermocouple arrangement and method for measuring temperatures | |
US5046858A (en) | Temperature reference junction for a multichannel temperature sensing system | |
EP2818839A2 (en) | Thermocouple probe | |
RU2078315C1 (ru) | Устройство для измерения средней температуры выходящих газов газотурбинного двигателя | |
US4440508A (en) | Detector-transducer for sensing temperatures in an engine | |
US3527620A (en) | Method of using noble metal thermocouple | |
US3218859A (en) | Temperature measuring systems | |
US2877650A (en) | Self-balancing temperature responsive system | |
Anderson et al. | Characteristics of germanium resistance thermometers from 1 to 35 K and the ISU magnetic temperature scale | |
GB2100003A (en) | Measuring temperature electrically | |
US11125630B2 (en) | Thermometric measurement by meshing of probes, particularly in turbine engines | |
US11994432B2 (en) | Method and system for detecting failure in an array of thermocouples connected in parallel | |
US20220260430A1 (en) | Optimized thermocouple system and method | |
O'Brien | Temperature Measurement for Gas Turbine Engines | |
CN115574969A (zh) | 确定高温区域的方法、装置、存储介质及电子装置 | |
US20170292876A1 (en) | Optimized Thermocouple System and Method | |
JPH0351727A (ja) | 差温度測定装置 | |
GB2562505A (en) | Thermocouple arrangement and method for measuring temperatures | |
Riemer et al. | A Self-Generating Overheat Detection System for Use on USAF Aircraft |