RU2231662C2 - Способ определения полного давления рабочего газа в относительном движении при выходе из рабочего колеса турбомашины - Google Patents
Способ определения полного давления рабочего газа в относительном движении при выходе из рабочего колеса турбомашины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2231662C2 RU2231662C2 RU2002125571/06A RU2002125571A RU2231662C2 RU 2231662 C2 RU2231662 C2 RU 2231662C2 RU 2002125571/06 A RU2002125571/06 A RU 2002125571/06A RU 2002125571 A RU2002125571 A RU 2002125571A RU 2231662 C2 RU2231662 C2 RU 2231662C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- pressure
- working
- working gas
- turbomachine
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Способ относится к определению параметров высокооборотных газовых потоков и может быть использован для измерения полного давления рабочего газа в относительном движении за рабочим колесом турбомашины. Способ определения полного давления рабочего газа в относительном движении при выходе из рабочего колеса турбомашины заключается в том, что, учитывая влияние центробежной силы, возникающей при большой частоте вращения колеса турбомашины, на работу зонда, вращающегося вместе с рабочим колесом и соединенного через передатчик давления с манометром, производят дублирование измерений давлений двух газов - рабочего газа и внешнего газа, которым заменяют рабочий газ в трубке зонда после измерения давления в рабочем газе, причем внешний газ имеет газовую постоянную, отличную от газовой постоянной рабочего газа, и вычисляют полное давление рабочего газа в относительном движении за лопаточным венцом рабочего колеса турбомашины. Применение предлагаемого способа определения полного давления рабочего газа в относительном движении при выходе из рабочего колеса турбомашины повышает точность измерения давления, и он может быть использован для определения давлений на поверхности лопаток любой турбомашины. 1 ил.
Description
Изобретение относится к определению параметров высокоскоростных газовых потоков, а именно к способам измерения полного давления в относительном движении за рабочим колесом турбомашины.
При экспериментальном исследовании лопаточных машин обычно используются неподвижные зонды, устанавливаемые в межвенцовых зазорах проточной части турбомашины. Однако в ряде случаев вследствие влияния нестационарности обтекания зонда рабочим потоком газа в абсолютном движении и аэродинамического взаимодействия зонда с рабочим колесом турбомашины неподвижный зонд дает недостоверные показания при измерении полного давления рабочего газа из-за особенностей взаимодействия зонда с газовым потоком, и чтобы получить точные и достоверные показания, необходимо проводить измерения в относительном движении. Для этого необходимо воспользоваться зондом, вращающимся вместе с рабочим колесом турбомашины.
Известен способ измерения полного давления с помощью "Насадка для измерения полного давления", авторское свидетельство № 519634 от 22.11.74, заключающийся в измерении полного давления сверхзвуковых потоков газа.
Недостатком данного способа является недостаточно точное измерение значений полного давления потоков газа, так как при измерении не учитывается влияние нестационарности потока газа на насадок.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ измерения полного давления в относительном движении за рабочим колесом вентилятора посредством вращающегося зонда, Ушаков К.А., Бусиловский И.В. Исследование кольцевых решеток вращающегося колеса осевого вентилятора. - Промышленная аэродинамика, сборник статей № 10, Оборонгиз, 1958, стр. 48-49.
Недостатком данного способа является то, что на достоверность измерений существенное влияние оказывает возникающая при высокоскоростных газовых потоках центробежная сила газового (воздушного) столба в трубке вращающегося зонда, влияние которой пропорционально квадрату частоты вращения колеса осевого вентилятора. Определить расчетным путем величину центробежной силы практически не представляется возможным. Поэтому указанный способ допустимо использовать лишь на весьма малых скоростях вращения, когда влиянием центробежной силы можно пренебречь. Кроме того, этот способ не дает возможности получить распределение полного давления по шагу лопаточного венца рабочего колеса при выходе из него, а именно это и необходимо для получения достоверных измерений.
Целью предлагаемого технического решения является повышение точности определения полного давления рабочего газа в относительном движении при выходе из рабочего колеса турбомашины путем получения распределения полного давления по шагу рабочего колеса при выходе из него. Для этого вращающийся зонд перемещается посредством шестеренчатого механизма вдоль шага лопаточного венца во время вращения на рабочем режиме, чем обеспечивается возможность измерения полного давления в относительном потоке в любой точке шага на расстоянии одного или нескольких шагов (для повторяемости) лопаточного венца.
Как указывалось, при вращении зонда в высокоскоростном газовом потоке развивается центробежная сила, действующая на воздушный столб, находящийся внутри трубки зонда в направлении, противоположном тому, в котором действует сила давления, воспринимаемого приемным элементом зонда. Эта сила приводит к возникновению вдоль трубки зонда градиента давлений, вследствие которого на манометре создается перепад давлений, соответствующий давлению на оси вращения вала рабочего колеса турбомашины.
Поэтому, чтобы определить величину полного давления рабочего газа в относительном движении за рабочим колесом лопатки турбомашины, необходимо знать соотношение между измеряемой величиной давления и давлением на оси вращения рабочего колеса турбомашины.
Поставленная цель достигается тем, что, учитывая влияние центробежной силы, возникающей при большой частоте вращения колеса турбомашины, на работу зонда, вращающегося вместе с рабочим колесом турбомашины и соединенного через передатчик давления с манометром, определение полного давления в относительном движении при выходе из рабочего колеса турбомашины заключается в том, что измеряют давление рабочего газа за лопаточным венцом рабочего колеса турбомашины посредством вращающегося вместе с рабочим колесом зонда, соединенного через передатчик давления с манометром, причем перемещают вращающийся вместе с колесом зонд во время вращения по шагу лопаточного венца, при этом дополнительно производят измерение давления внешнего газа, которым заполняют вращающийся вместе с рабочим колесом зонд от внешнего источника, причем внешний газ имеет газовую постоянную, отличную от газовой постоянной рабочего газа, и полное давление рабочего газа определяют по формуле
где 
- полное давление рабочего газа;
POI - давление рабочего газа в зонде;
РОII - давление внешнего газа в зонде;
RI и RII - газовые постоянные рабочего газа и внешнего газа.
На чертеже изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ определения полного давления рабочего газа в относительном движении при выходе из рабочего колеса турбомашины.
Устройство содержит рабочее колесо 1 турбомашины, вращающийся вместе с рабочим колесом 1 зонд 2, передатчик 3 давления, регистрирующий прибор - U-образный манометр 4, баллон 5 с внешним газом, газовая постоянная которого существенно отличается от газовой постоянной рабочего газа, находящегося в трубке зонда 2, и запорный кран 6 баллона 5. Баллон 5 с внешним газом установлен между передатчиком 3 давления и манометром 4.
Способ определения полного давления рабочего газа в относительном движении при выходе из рабочего колеса турбомашины осуществляется следующим образом.
Во время вращения рабочего колеса 1 на элемент газового столба dm в трубке зонда 2 действует сила давления Р со стороны оси вращения рабочего колеса 1, сила давления Р+dР со стороны периферии и центробежная сила (dPц=dm·rω2).
Составим баланс действующих сил:
P·f-(P+dP)·f+dmrω2=0
после упрощения получаем
dP=ρω2rdr
из уравнения состояния находим
и получаем
После интегрирования в пределах от ro до rз получаем
где 
- полное давление рабочего газа, воспринимаемое приемным элементом зонда 2;
Рo - давление газа на оси вращения рабочего колеса I;
dP - элементарное приращение давления вдоль радиуса зонда 2;
dm - масса элемента газового столба в трубке зонда 2;
r - текущий радиус зонда 2;
dr - элементарное приращение радиуса зонда 2;
f - площадь сечения трубки зонда 2;
rз - радиус приемного элемента зонда 2;
ρ - плотность газа в трубке зонда 2;
R - газовая постоянная;
ω - угловая скорость вращения рабочего колеса 1 и зонда 2;
Т - температура рабочего газа.
Поскольку температура (Т) может быть какой угодно, ибо ее величина зависит от окружающей среды и распределение этой температуры вдоль трубки зонда неизвестно, то интеграл в правой части уравнения (I) не может быть вычислен и, следовательно, не может быть определено искомое полное давление рабочего газа 
.
Для этого производят дублирование измерений двух газов - рабочего газа и внешнего газа следующим образом.
После измерения давления рабочего газа манометром 4 в трубку зонда 2 закачивается из баллона 5 внешний газ до полного вытеснения из нее ранее находившегося там рабочего газа.
Написав уравнение (I) для рабочего газа и для внешнего газа, получим систему уравнений
или
и
где индексами I и II обозначены рабочий газ и внешний газ соответственно.
Так как при установившемся режиме величина 
и распределение температуры (Т) одинаковы для обоих случаев, то, поделив второе уравнение на первое, получим
откуда
Подставив этот результат в уравнение (I), найдем
отсюда находим искомое полное давление рабочего газа
Если в качестве рабочего газа и внешнего газа используется соответственно воздух и углекислый газ, то полное давление рабочего газа будет равно
где Rвозд - газовая постоянная воздуха - равна 29, 27;
отсюда
Предложенный способ определения полного давления рабочего газа в относительном движении при выходе из рабочего колеса может быть использован для определения давлений на поверхности лопаток любой турбомашины.
Claims (1)
- Способ определения полного давления рабочего газа в относительном движении при выходе из рабочего колеса турбомашины, заключающийся в том, что измеряют давление рабочего газа за лопаточным венцом рабочего колеса турбомашины посредством вращающегося вместе с рабочим колесом зонда, соединенного через передатчик давления с манометром, отличающийся тем, что перемещают вращающийся вместе с колесом зонд во время вращения по шагу лопаточного венца, при этом дополнительно производят измерение давления внешнего газа, которым заполняют вращающийся вместе с рабочим колесом зонд от внешнего источника, причем внешний газ имеет газовую постоянную, отличную от газовой постоянной рабочего газа, и полное давление рабочего газа определяют по формуле:
где- полное давление рабочего газа;
PΟI - давление рабочего газа в зонде;PΟII - давление внешнего газа в зонде;RI и RII - газовые постоянные рабочего газа и внешнего газа.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002125571/06A RU2231662C2 (ru) | 2002-09-25 | 2002-09-25 | Способ определения полного давления рабочего газа в относительном движении при выходе из рабочего колеса турбомашины |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002125571/06A RU2231662C2 (ru) | 2002-09-25 | 2002-09-25 | Способ определения полного давления рабочего газа в относительном движении при выходе из рабочего колеса турбомашины |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002125571A RU2002125571A (ru) | 2004-04-10 |
| RU2231662C2 true RU2231662C2 (ru) | 2004-06-27 |
Family
ID=32846141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002125571/06A RU2231662C2 (ru) | 2002-09-25 | 2002-09-25 | Способ определения полного давления рабочего газа в относительном движении при выходе из рабочего колеса турбомашины |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2231662C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2564364C2 (ru) * | 2010-05-25 | 2015-09-27 | Турбомека | Устройство для многоточечного получения данных/распределения среды, в частности зонд для замера давления в воздухозаборнике турбомашины |
-
2002
- 2002-09-25 RU RU2002125571/06A patent/RU2231662C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| УШАКОВ К.А. и др. Исследование кольцевых решеток вращающегося колеса осевого вентилятора. Промышленная аэродинамика. Сборник статей №10. - М.: Оборонгиз, 1958, с.48-49. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2564364C2 (ru) * | 2010-05-25 | 2015-09-27 | Турбомека | Устройство для многоточечного получения данных/распределения среды, в частности зонд для замера давления в воздухозаборнике турбомашины |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110631837A (zh) | 估计流体参数 | |
| Ren et al. | An error correction blade tip-timing method to improve the measured accuracy of blade vibration displacement during unstable rotation speed | |
| Sieker et al. | Influence of rotating wakes on separation in turbine exhaust diffusers | |
| Dring et al. | Measurement of turbine rotor blade flows | |
| RU2231662C2 (ru) | Способ определения полного давления рабочего газа в относительном движении при выходе из рабочего колеса турбомашины | |
| Idris et al. | The influence of incidence angle on the discharge coefficient for rotating radial orifices | |
| WOOD et al. | NASA low-speed centrifugal compressor for fundamental research | |
| Giboni et al. | Interaction of labyrinth seal leakage flow and main flow in an axial turbine | |
| Wachter et al. | Determination of the flow field in LP steam turbines | |
| CN115708089A (zh) | 流量管校准数据处理方法 | |
| RU2266546C1 (ru) | Способ определения параметров потока в относительном движении | |
| Gizzi et al. | Time-resolved measurements with fast-response probes and laser Doppler velocimetry at the impeller exit of a centrifugal compressor: a comparison of two measurement techniques | |
| Díaz et al. | Direct calibration framework of triple-hole pressure probes for incompressible flow | |
| RU2252406C1 (ru) | Способ испытания газотурбинного двигателя | |
| RU2227919C1 (ru) | Способ определения структуры газового потока в компрессоре | |
| Hodskinson | Paper 6: A Rotating Pressure Transmission System for Turbo-Machinery Experiments | |
| Gruber et al. | On the velocity profile of the turbulent boundary layer on rotating impeller bladings | |
| Dielenschneider et al. | Some guidelines for the experimental characterization of turbocharger compressors | |
| SU994953A1 (ru) | Способ определени параметров потока в проточной части турбомашины | |
| RU2100788C1 (ru) | Способ измерения скоростного напора газового потока и устройство для измерения тяги реактивного двигателя | |
| Olczyk et al. | A 2-Port, Space-Saving, Maintenance-Friendly Pneumatic Probe for Velocity Measurements | |
| JP2018200215A (ja) | 流体機械監視システム、流体機械監視装置、および流体機械監視方法 | |
| HEINEMANN et al. | Contribution to measurement methods for evaluating static pressures from rotating annular cascades | |
| CHESNAKAS et al. | Total velocity vector measurements in an axial-flow compressor usinga 3-component laser Doppler anemometer | |
| Ferrari | Experimental characterization of the stable operating range of a highly-loaded low-pressure compressor stage |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090926 |