RU2650600C2

RU2650600C2 - Корпус датчика

Info

Publication number: RU2650600C2
Application number: RU2015141074A
Authority: RU
Inventors: Мэтью Аллен МЕЙЕР; Даниэль Уильям КЭРИ
Original assignee: Соулар Тёрбинз Инкорпорейтед
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2018-04-16
Also published as: RU2015141074A; DE112014000849T5; CN105026895B; CN105026895A; US9063033B2; WO2014165084A1; RU2015141074A3; US20140260572A1

Abstract

Предложенная группа изобретений относится к конструкции корпуса датчика газотурбинного агрегата. Корпус датчика содержит: элемент (2) удлиненной формы с проходным концом (23) и непроходным концом (22); отверстие (21), выполненное осесимметрично внутри элемента удлиненной формы относительно проходного конца, предназначенное для размещения и закрепления в нем датчика (3); опорный участок (9) со стороны непроходного конца элемента удлиненной формы, соединенный с приемным каналом, расположенным на газотурбинном агрегате, при этом размер (18) по оси элемента удлиненной формы определяется согласно виброхарактеристике газотурбинного агрегата в режиме работы. В состав предложенной группы изобретений также входит узел датчика и способ измерения давления внутри газотурбинного агрегата при помощи данного датчика. Предложенная группа изобретений позволяет проводить измерения давления в камере сгорания газотурбинного двигателя без использования полубесконечного змеевика. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Область технического применения

Настоящее изобретение относится к корпусу датчика, в частности к корпусу датчика газотурбинного агрегата.

Предпосылки создания изобретения

Газотурбинный агрегат чаще всего состоит из газотурбинного двигателя и силовой турбины. В газотурбинном двигателе есть камера сгорания, куда подается топливо, которое, сгорая, образует поток газа высокого давления. Поток газа с высокой температурой и давлением направляется в силовую турбину, вращает ее и производит полезную работу. Мониторинг и управление режимом работы камеры сгорания является важным моментом для надлежащей работы газотурбинного агрегата.

Неустойчивость режима горения в газотурбинных агрегатах может создать значительные волны давления, которые ведут к снижению усталостной прочности и разрушению деталей, а также к дорогостоящим простоям и ремонту. Для измерения динамического давления в камере сгорания часто применяется акустический датчик. Акустический датчик осуществляет измерение, данные которого используются для мониторинга, обнаружения и корректировки неустойчивых режимов горения, прежде чем они вызовут серьезные повреждения. Непосредственное измерение динамического давления внутри камеры сгорания довольно затруднительно из-за высокой температуры и высокого давления среды.

В публикации заявки на патент США № US 2010/0139286 А1 рассматривается горелка с устройством измерения давления в газовой турбине. Устройство измерения давления включает в себя точку измерения, определяющую место измерения давления. Точка измерения находится внутри горелки газовой турбины.

Поскольку существующие элементы датчика не могут выдержать температуру и давление, создаваемое в камере сгорания, то акустический датчик, во избежание повреждения газотурбинного агрегата, часто располагается на удалении от камеры сгорания. Существующие системы мониторинга режима горения требуют использования передаточной трубки для передачи давления от камеры сгорания к датчику. Для предотвращения резонанса, воздействующего на данные измерений, датчик подключается к полубесконечному змеевику, что, при наполнении его конденсатом или водой при промывке, может привести к ошибкам в измерениях. Существует потребность в создании системы мониторинга режима сгорания с акустическим датчиком, расположенным рядом с камерой сгорания для непосредственного измерения в ней давления, но без соединения с полубесконечным змеевиком.

Сущность изобретения

В соответствии с одним вариантом изобретения, предлагается корпус датчика. Корпус датчика содержит элемент удлиненной формы с проходным концом и непроходным концом. Отверстие выполнено осесимметрично внутри элемента удлиненной формы относительно его проходного конца и предназначено для размещения и закрепления в нем датчика. Опорный участок, со стороны непроходного конца элемента удлиненной формы, соединен с приемным каналом, выполненным на газотурбинном агрегате. Кроме того, размер по оси элемента удлиненной формы определяется согласно виброхарактеристике газотурбинного агрегата в режиме работы.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения, предлагается узел крепления датчика к газотурбинному агрегату. Узел включает в себя корпус датчика, соединенный с газотурбинным агрегатом. Корпус датчика включает в себя элемент удлиненной формы, осевой размер которого определяется согласно виброхарактеристике газотурбинного агрегата в режиме работы. Узел дополнительно включает в себя датчик, расположенный внутри корпуса, и крепежную гайку, предназначенную для фиксации датчика в нем.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается способ измерения давления в газотурбинном агрегате. В соответствии с описываемым способом корпус датчика соединяется с газотурбинным агрегатом. Корпус датчика включает в себя элемент удлиненной формы, осевой размер которого определяется согласно виброхарактеристике газотурбинного агрегата в режиме работы. Датчик располагается внутри корпуса датчика и закрепляется там крепежной гайкой, соединяемой с корпусом датчика. Способ дополнительно включает в себя сбор данных измерений давления от датчика.

Краткое описание чертежей

На РИС. 1 представлен пример осуществления описываемой системы мониторинга режима горения.

На РИС. 2 представлен пример осуществления узла крепления акустического датчика к камере сгорания в поперечном разрезе.

На РИС. 3 представлен вид в перспективе корпуса датчика, изображенного на РИС. 2.

На РИС. 4 представлен другой пример осуществления узла крепления акустического датчика к камере сгорания в поперечном разрезе.

На РИС. 5 представлен график, иллюстрирующий анализ частоты вибрации корпуса датчика с РИС. 2.

На РИС. 6 представлена блок-схема, иллюстрирующая процесс измерения давления в газотурбинном двигателе.

Подробное описание изобретения

На РИС. 1 представлен пример осуществления системы мониторинга режима сгорания 100 и мониторинга давления в камере сгорания газотурбинного агрегата. Система мониторинга 100 включает в себя: узел датчика 106, блок обработки сигнала 102 и кабель передачи сигнала 17, соединяющий датчик 3 с блоком обработки сигнала 102.

Узел датчика 106 может включать в себя пьезоэлектрический датчик или другие типы датчиков, предназначенных для измерения подаваемых на них акустических волн давления. Узел датчика 106 устанавливается на корпусе запальной свечи 8, соединенной с горелкой 104 газотурбинного агрегата. Корпус запальной свечи 8 включает в себя запальную камеру 7, соединенную с камерой сгорания горелки 104. Корпус запальной свечи 8 может представлять собой цилиндрическое тело, закрытое с одного конца и открытое с другого. Топливо и воздух раздельно подаются в запальную камеру 7 горелки и смешиваются друг с другом, образуя топливовоздушную смесь. Топливовоздушная смесь затем воспламеняется, образуя факел горелки, который через открытый конец корпуса горелки 8 поступает в камеру сгорания горелки 104 и воспламеняет топливо в камере сгорания. Узел датчика 106 крепится к корпусу запальной свечи 8 на боковой стенке цилиндрического корпуса запальной свечи 8. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, узел датчика 106 располагается вдоль радиального направления цилиндрического корпуса запальной свечи 8.

Во время работы газотурбинного агрегата и в результате сгорания топлива в камере сгорания генерируются акустические волны. Акустические волны поступают в запальную камеру 7 через ее открытый цилиндрический конец и оказывают давление на узел датчика 106. Узел давления 106 преобразует давление в электрический сигнал, который передается в блок обработки сигнала 102 по кабелю передачи сигнала 17. В соответствии с другим вариантом изобретения, узел датчика 106 крепится непосредственно к боковой стенке горелки 104 и осуществляет измерение давления в камере сгорания.

Блок обработки сигнала 102 включает в себя электронные устройства, такие как процессор и блок памяти, предназначенные для обработки электрического сигнала и генерирования выходного сигнала, показывающего величину давления в камере сгорания. Блок обработки сигнала 102 может подавать выходной сигнал на пользовательский интерфейс и позволяет пользователю визуализировать параметры, такие как частота и амплитуда акустических волн давления в камере сгорания. В соответствии с другим вариантом изобретения, блок обработки сигнала 102 может подавать выходной сигнал на другие устройства системы, такие как контроллер газотурбинного агрегата, для мониторинга и управления работой газотурбинного двигателя.

На РИС. 2 и 3 представлен пример осуществления узла датчика 106 с РИС.1. Узел датчика 106 включает в себя корпус датчика 1, предназначенный для монтажа и крепления датчика 3 к корпусу запальной свечи 8. Корпус датчика 1 содержит элемент 2 удлиненной формы с проходным концом 23 и непроходным концом 22. Проходной конец 23 элемента 2 удлиненной формы имеет отверстие 21, выполненное по оси элемента 2. Датчик 3 размещается внутри отверстия 21 корпуса 1 через проходной конец 23. Внутри отверстия 21 выполнен уступ 13, делящий отверстие 21 на первую секцию 24, приближенную к непроходному концу 22 элемента 2, и вторую секцию 25, приближенную к проходному концу 23 элемента 2. Первая секция 24 отверстия 21 имеет диаметр соответствующий головке 16 датчика 3 с соответствующим зазором/допуском для удобства монтажа.

Датчик 3 вставляется в элемент 2 через проходной конец 23 таким образом, что головка 16 входит в первую секцию 24 отверстия 21. Дисковый элемент 15 датчика 3 опирается на уступ 13 через шайбу 5, расположенную между ними. Согласно одному варианту осуществления изобретения, толщина 19 шайбы 5 выбирается таким образом, чтобы зазор 14 между торцевой стенкой первой секции 24 отверстия 21 и головкой 16 датчика 3 был минимален. В результате головка 16 располагается близко к торцевой стенке первой секции 24, не касаясь торцевой стенки первой секции 24. В соответствии с другим вариантом изобретения, размер 20 зазора 14 можно регулировать изменением толщины 19 шайбы 5. Большая толщина шайбы 5 увеличивает зазор 14, а меньшая толщина шайбы 5 уменьшает зазор 14. В одном варианте изобретения размер по оси первой секции 24 отверстия 21 равен 24,13 мм с допуском 0,127 мм, толщина 19 шайбы 5 равна 0,991 с допуском 0,102 мм, а размер по оси головки 16 датчика 3 равен 24,69 мм с допуском 0,203 мм. В результате осевой размер 20 зазора 14 между торцевой стенкой первой секции 24 и головкой 16 датчика 3 равен 0,432 с допуском 0,432 мм.

Согласно еще одному варианту изобретения, вторая секция 25 отверстия 21 имеет резьбу. Монтажная гайка 4 с резьбовым участком 12, который соответствует резьбе второй секции 25 отверстия 21, ввинчивается в корпус 1 через отверстие 21. При затягивании монтажная гайка 4 прижимается к дисковому элементу 15 датчика 3 и фиксирует датчик 3 в корпусе 1. Кроме того, гайка 4 имеет по оси сквозное отверстие для пропускания кабеля передачи сигнала 17 через гайку 4.

Элемент 2 корпуса 1 имеет гексагональную форму, как показано на РИС. 3, которая позволяет поворачивать корпус 1 известным механическим инструментом. В соответствии с другим вариантом изобретения, элемент 2 корпуса 1 имеет цилиндрическую форму с плоским участком, соответствующим применяемому механическому инструменту. В соответствии с еще одним вариантом изобретения, элемент 2 корпуса 1 может иметь другие формы и/или конструкции, которые позволяют поворачивать корпус 1 инструментами, известными в отрасли техники, к которой относится данное изобретение.

Как далее показано на РИС. 2 и 3, корпус 1 дополнительно включает в себя опорный участок 9, выступающий наружу и по оси непроходного конца 22 корпуса 1. В одном варианте осуществления изобретения опорный участок 9 имеет цилиндрическую форму. Внешняя поверхность опорного участка 9 имеет резьбу, соответствующую резьбе отверстия, расположенного на боковой стенке корпуса запальной свечи 8. Опорный участок 9 ввинчивается в отверстие с резьбой в корпусе запальной свечи 8 путем вращения элемента 2 корпуса 1 механическим инструментом, описанным выше. Таким образом, корпус 1 устанавливается и крепится к корпусу запальной свечи 8 благодаря опорному участку 9. В соответствии с другим вариантом изобретения, отверстие на боковой стенке корпуса запальной свечи 8 и наружная поверхность опорного участка 9 могут не иметь резьбы. Опорный участок 9 может располагаться внутри отверстия и крепиться в нем за счет посадки с натягом или другими известными способами.

Кроме того, между корпусом запальной свечи 8 и корпусом датчика 1 может быть расположено уплотнение 6, осуществляющее герметизацию и предотвращающее утечку между опорной частью 9 и отверстием корпуса запальной свечи 8. Уплотнение 6 представляет собой металлической кольцо, поперечное сечение которого соответствует отверстию в корпусе запальной свечи 8.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, отверстие на боковой стенке корпуса запальной свечи 8 располагается по радиусу цилиндрического корпуса запальной свечи 8. Поэтому, при креплении к корпусу запальной свечи 8, корпус датчика 1 выступает по радиусу боковой стенки корпуса запальной свечи 8.

Кроме того, как показано на РИС. 2 и 3, корпус 1 дополнительно включает в себя концевой элемент 10 выступающий наружу и по оси опорного участка 9 корпуса 1. Концевой элемент 10 может иметь цилиндрическую форму, форму конуса или другие соответствующие формы. Радиальный размер концевого элемента 10 может быть меньше, чем у опорной секции 9. После полного закрепления корпуса 1 на корпусе запальной свечи 8 концевой элемент 10 выступает по радиусу боковой стенки корпуса запальной свечи 8 внутрь запальной камеры 7.

Кроме того, канал 11 может быть выполнен по оси элемента 2 через концевой элемент 10, опорный участок 9 и непроходной конец 22 корпуса 1. В частности канал 11 может представлять собой сквозное отверстие, просверленное по оси концевого элемента 10, опорного участка 9 и непроходного конца 22 элемента 2. После закрепления корпуса 1 на корпусе запальной свечи 8, звуковые волны по каналу 11 от запальной камеры 7 подаются на головку 16 датчика 3, тем самым подвергая головку 16 воздействию волн давления в запальной камере 7. Таким образом, датчик 3 обеспечивает измерение давления и акустических волн в камере сгорания 104. В одном варианте осуществления изобретения канал 11 имеет длину 6,35 мм, а диаметр 2,54 мм. Канал 11 может иметь и другие размеры.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения, оптимальный размер 18 по оси элемента 2 может быть подобран согласно вибрационным характеристикам корпуса 1, тем самым снижая частоту вибрации корпуса 1, вызванную работой газотурбинного двигателя и исключая повреждение корпуса 1 и связанных с ним деталей. В частности, частота вибрации, связанная с работой газотурбинного двигателя, характеризуется кратностью возбуждения. Термин "кратность возбуждения" относится здесь к частотной составляющей вибрации, связанной с работой газотурбинного двигателя. Частота вибрации, вызванная работой газотурбинного двигателя, может включать в себя множество частотных составляющих при данном числе оборотов газотурбинного двигателя. В общем, для данной кратности возбуждения n, верно соотношение: чем выше число оборотов r, тем больше частота. При заданном числе оборотов r, чем больше кратность возбуждения n, тем выше частота. На РИС. 5 представлен график изменений первых четырех кратностей возбуждения (506, 508, 510 и 512) в зависимости от увеличения числа оборотов газотурбинного двигателя от 0 до максимума r_m. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, частотная составляющая для n–й кратности возбуждения может быть представлена в виде

, где r представляет собой число оборотов газотурбинного двигателя в оборотах в минуту (об/мин). Например, при числе оборотов 6000 об/мин первая кратность возбуждения имеет частоту 100 Гц, вторая кратность возбуждения имеет частоту 200 Гц, третья кратность возбуждения имеет частоту 300 Гц и так далее. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения, энергия колебаний, связанных с работой газотурбинного двигателя, в основном концентрируется на низких кратностях возбуждения. Например, большая часть энергии связана с четырьмя кратностями возбуждения.

С другой стороны, вибрационные характеристики корпуса 1 могут быть представлены собственными частотами вдоль заданных направлений. Например, как показано на РИС. 2 и 3, вибрационные характеристики корпуса 1 могут быть представлены собственными частотами вдоль трех взаимно перпендикулярных направлений, соответствующих осям X, Y, и Z.

Если собственные частоты корпуса 1 близки или равны одной из кратностей возбуждения, то корпусу 1 может быть передана частота вибрации с соответствующей кратностью возбуждения во время работы газотурбинного двигателя, в результате чего появляется чрезмерная вибрации корпуса 1, вызывающая повреждение конструкции. Для уменьшения частоты вибрации корпуса 1, вызванной вибрацией газотурбинного двигателя, собственные частоты вибрации корпуса 1 следует установить таким образом, чтобы они находились выше первых нескольких кратностей возбуждения.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, собственная частота вибрации корпуса 1 вдоль оси Х больше, чем вдоль осей Y и Z благодаря удлиненной форме элемента 2. Таким образом, если собственные частоты вибрации по осям Y и Z установлены выше заданной кратности возбуждения, то и собственная частота вибрации по оси Х будет выше указанной кратности возбуждения.

Кроме того, собственные частоты вибрации корпуса 1 по осям Y и Z зависят от размера 18 по оси элемента 2. Уменьшение размера 18 по оси элемента 2 увеличивает собственные частоты вибрации по осям Y и Z, в то время как увеличение размера 18 снижает собственные частоты вибрации по осям Y и Z. Таким образом, размер 18 по оси элемента 2 может быть подобран таким образом, что собственные частоты вибрации по осям Y и Z корпуса 1 будут выше одной или нескольких кратностей возбуждения.

На РИС. 5 предоставлен примерный частотный график 300 собственных частот вибрации корпуса датчика 1 и первых четырех кратностей возбуждения. На РИС. 5, в строках 502 и 504 представлены собственные частоты вибрации по осям Y и Z, соответственно, для заданного размера 18 по оси элемента 2. Согласно одному варианту осуществления изобретения, размер 18 по оси элемента 2 подбирают таким образом, чтобы параметры в строках 502 и 504 были выше параметров в строках 506-512 во всем рабочем диапазоне числа оборотов r. Таким образом, собственные частоты вибрации по осям Y и Z находятся выше первых четырех кратностей возбуждения в пределах всего рабочего диапазона числа оборотов r. В соответствии с другим вариантом изобретения, размер 18 по оси элемента 2 может быть подобран таким образом, что собственные частоты вибрации элемента 2 по осям Y и Z будут выше наибольшего или наименьшего значения кратности возбуждения.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, размер 18 по оси элемента 2 подбирают таким образом, что собственные частоты вибрации элемента 2 по осям Y и Z находятся выше выбранного набора кратностей возбуждения для газотурбинных двигателей различных типов и моделей. Например, в одном варианте осуществления изобретения размер 18 по оси элемента 2 равен 82,55 мм. Могут быть использованы и другие размеры в зависимости от типов и моделей газотурбинных двигателей.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, размер 18 по оси элемента 2 подбирают таким образом, что собственные частоты вибрации элемента 2 по осям Y и Z находятся выше не только выбранного набора кратностей возбуждения, но и применяемого набора приводных механизмов. В данном описании под приводным механизмом подразумевается частота вибрации, при которой амплитуда ее пиков совпадает или находится рядом с местом его монтажа. Приводные механизмы создают частотные составляющие, вносящие значительный вклад в общую вибрацию газотурбинного агрегата, в дополнение к описанным выше кратностям возбуждения. Они могут совпадать с соответствующими кратностями возбуждения и отличаться от них. Заданная кратность возбуждения может зависеть от числа приводных механизмов, создающих одну или несколько частот вибрации, которые могут быть немного ниже или выше соответствующей кратности возбуждения или частоты, которая не является целой кратной соответствующей кратности возбуждения. Например, частоты вибрации приводного механизма, связанные с первой кратностью возбуждения, могут находиться в пределах от 90 Гц до 110 Гц или от 250 Гц до 270 Гц. Следовательно, размер 18 по оси элемента подбирается таким образом, чтобы собственная частота вибрации элемента 2 была выше первых двух кратностей возбуждения (например, 100 Гц и 200 Гц), а также выше, чем у приводных механизмов, имеющих первую кратность возбуждения (например, 110 Гц и 270 Гц).

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, размер 18 по оси элемента 2 подбирается с помощью метода конечных элементов (МКЭ), известного в отрасли техники, к которой относится данное изобретение, для получения желаемых характеристик вибрации, описанных выше. Целью МКЭ является определение собственных частот вибрации элемента 2 при свободном колебании. Методом МКЭ моделируются вибрационные характеристики элемента 2 с помощью системы линейных уравнений, а также их представление путем решения системы линейных уравнений.

На РИС. 4 представлен другой вариант осуществления крепления корпуса 1 датчика 3 к корпусу запальной свечи 8 в поперечном разрезе. Позиции на на РИС. 4 относятся к сходным элементам или конструкциям, как и на РИС. 2.

Согласно РИС. 4, элемент 2 корпуса датчика 1 имеет внешнюю конструкцию и форму, соответствующую таковым на РИС. 3. Канал 11 передачи давления и акустических волн на датчик 3, однако, не приводится. Вместо него используется концевой элемент 10 и опорный участок 9 соответствующих диаметров, так что первая секция 24 отверстия 21 охватывает концевой элемент 10, опорный участок 9 и непроходной конец 22 элемента 2. При размещении датчика 3 внутри элемента 2 корпуса 1, головка 16 датчика 3 входит в первую секцию 24 отверстия 21 и выступает через боковую стенку корпуса запальной свечи 8. В результате головка 16 датчика 3 проходит в запальную камеру 7 и непосредственно воспринимает давление и акустические волны, возникающие в ней.

Датчик 3 крепится внутри элемента 2 корпуса 1 крепежной гайкой 4, которой дисковый элемент 15 датчика 3 прижимается к уступу 13 через шайбу 5. Монтажная гайка 4 может иметь резьбовой участок, ввинчиваемый и фиксируемый в отверстии 21. Кроме того, монтажная гайка 4 может быть закреплена в отверстии 21 за счет посадки с натягом.

Как описано выше, см. РИС. 5, размер 18 по оси корпуса 1 подбирается таким образом, что собственные частоты вибрации корпуса 1 находятся выше выбранного набора кратностей возбуждения и/или частоты вибрации приводных механизмов во всем рабочем диапазоне числа оборотов газотурбинного двигателя. Размер 18 может быть подобран с помощью метода МКЭ.

Промышленная применимость

Корпус датчика, описанный здесь и используемый в газотурбинном агрегате, может применяться для альтернативных сфер и сред. Например, датчик может потребоваться для измерения параметров динамичной среды в любой механической или промышленной системе, а предлагаемый корпус датчика может быть использован в такой среде.

На РИС. 6 представлен способ 600 измерения давления в камере сгорания газотурбинного двигателя. В соответствии со способом 600, на этапе 602, корпус датчика 1 соединяется с корпусом запальной свечи 8 газотурбинного двигателя. Как показано на РИС. 2, запальная камера 7 в корпусе запальной свечи 8 соединяется с камерой сгорания 104 газотурбинного двигателя и воспринимает из нее поток газа высокого давления. Корпус датчика 1 соединяется с корпусом запальной свечи 8 через приемное отверстие, расположенное на боковой стенке корпуса запальной свечи. Приемное отверстие может иметь резьбу, соответствующую резьбе на опорном участке 9 корпуса датчика 1. Корпус 1 может быть прикреплен к корпусу запальной свечи 8 через муфту между приемным отверстием и опорным участком 9. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, корпус датчика 1, после закрепления, выступает из корпуса запальной свечи 8 в радиальном направлении. Кроме того, между корпусом датчика 1 и корпусом запальной свечи 8 может быть расположено уплотнение 6, предотвращающее утечку в соединении между приемным отверстием и опорной часть 9 корпуса запальной свечи 8.

Корпус датчика 1 имеет элемент 2 удлиненной формы, с осевым размером 18. Осевой размер 18 подбирается таким образом, чтобы вибрационные характеристики корпуса датчика 1 были оптимальными и минимизировали повышенную вибрацию корпуса 1 в процессе работы газотурбинного двигателя. В частности, осевой размер 18 подбирается таким образом, чтобы собственные частоты вибрации корпуса датчика 1 были выше выбранного набора кратностей возбуждения и/или частот вибрации приводных механизмов. Согласно одному варианту осуществления изобретения, подбором осевого размера 18 устанавливаются собственные частоты вибрации корпуса датчика 1 выше первых четырех кратностей возбуждения, сводя к минимуму вибрацию корпуса датчика 1.

На этапе 604 внутри корпуса датчика размещается датчик давления 3, например пьезоэлектрический датчик. Головка 16 датчика 3 располагается внутри первой секции 24 отверстия 21, а дисковый элемент 15 опирается на уступ 13 в отверстии 21.

На этапе 606, крепежная гайка 4 устанавливается в корпусе датчика 1. Монтажная гайка 4 включает в себя резьбовой участок 12, который соответствует резьбе второй секции отверстия 21. Резьбовой участок 12 монтажной гайки 4 ввинчивается в отверстие 21 при вращении монтажной гайки 4. Кроме того, гайка 4 имеет сквозное отверстие по своей оси. Кабель передачи сигнала 17 пропускается через сквозное отверстие гайки 4. При затягивании монтажная гайка 4 прижимается к дисковому элементу 15 датчика 3 и фиксирует датчик 3 в корпусе 1.

На этапе 608, датчик 3 генерирует сигнал, показывающий давление в запальной камере 7, и передает сигнал в блок обработки сигнала 102. Давление и акустические волны из запальной камеры 7 передаются на головку 16 датчика 3 по каналу 11, как показано на РИС. 2. В соответствии с другим вариантом изобретения, головка 16 датчика 3 может проходить через боковую стенку корпуса запальной свечи 8, как показано на РИС. 4, так что датчик 3 может непосредственно измерять давление внутри запальной камеры 7. Блок обработки сигнала 102 обрабатывает и передает результаты измерений давления через пользовательский интерфейс или передает данные на контроллер для управления работой газотурбинного двигателя.

Узел датчика 106 позволяет непосредственно присоединять датчик 3 к корпусу запальной свечи 8 или горелки 104. Для соединения датчика с корпусом запальной свечи в существующих газотурбинных агрегатах уже не требуется передаточной трубки между камерой сгорания и датчиком. В результате узел датчика 106 устраняет необходимость периодически сливать водный конденсат из полубесконечного змеевика в обычных системах, чтобы предотвратить ошибочное считывание параметров давления. Таким образом, узел датчика 106 обладает более совершенной конструкцией для сбора данных измерений давления в запальной камере и камере сгорания газотурбинного двигателя.

Датчик 3, установленный в корпусе датчика 1, находится в непосредственном контакте с акустическими волнами в запальной камере 7 или горелке 104. В результате корпус датчика 1 обеспечивает более точное измерение давления в запальной камере 7 или горелке 104. Кроме того, размер 18 по оси корпуса датчика 1 может быть определен согласно виброхарактеристике газотурбинного агрегата в режиме работы. Например, осевой размер 18 корпуса датчика 1 подбирается таким образом, чтобы собственные частоты вибрации корпуса датчика 1 были выше выбранного набора кратностей возбуждения и/или частот вибрации приводных механизмов. Таким образом, сводятся к минимуму вибрация и повреждение корпуса датчика 1, вызванные работой газотурбинного агрегата.

Специалистам в данной области техники является очевидным, что могут быть осуществлены различные модификации и вариации в отношении описанного корпуса датчика. Другие варианты осуществления изобретения будут очевидны специалистам в данной области после рассмотрения технической спецификации и практики использования описанного корпуса датчика. Предполагается, что описание и примеры следует рассматривать только в качестве иллюстративных, а действительный объем изобретения указывается в следующей формуле изобретения и ее эквивалентах.

Claims

1. Корпус датчика (1), содержащий:

элемент (2) удлиненной формы с проходным концом (23) и непроходным концом (22);

отверстие (21), выполненное осесимметрично внутри элемента удлиненной формы относительно проходного конца, предназначенное для размещения и закрепления в нем датчика (3);

опорный участок (9) со стороны непроходного конца элемента удлиненной формы, соединенный с приемным каналом, расположенным на газотурбинном агрегате, и

где размер (18) по оси элемента удлиненной формы определяется согласно виброхарактеристике газотурбинного агрегата в режиме работы.

2. Корпус датчика по п.1, отличающийся тем, что

опорный участок выступает из приемного канала в корпусе запальной свечи (8) газотурбинного агрегата;

опорный участок имеет концевой элемент (10), выступающий в запальную камеру (7) корпуса запальной свечи; и

канал (11) расположен осесимметрично относительно концевого элемента, опорного участка и непроходного конца элемента удлиненной формы, причем канал способен передавать акустическую волну из запальной камеры к датчику.

3. Корпус датчика по п.2, отличающийся тем, что отверстие содержит уступ (13), делящий отверстие осесимметрично на первую секцию (24) и вторую секцию (25).

4. Корпус датчика по п.3, отличающийся тем, что первая секция приближена к непроходному концу элемента удлиненной формы и предназначена для размещения головки (16) датчика, а вторая секция приближена к проходному концу элемента удлиненной формы.

5. Корпус датчика по п.4, отличающийся тем, что уступ внутри отверстия предназначен для размещения дискового элемента (15) датчика через шайбу (5), расположенную между ними.

6. Корпус датчика по п.4, отличающийся тем, что первая секция отверстия охватывает концевой элемент, опорный участок и непроходной конец элемента удлиненной формы, а головка датчика выступает через боковую стенку корпуса камеры при вставке ее в первую секцию отверстия.

7. Корпус датчика по п.1, отличающийся тем, что размер по оси элемента удлиненной формы определяется исходя из диапазона собственной частоты (502, 504) удлиненного элемента, превышающего выбранный диапазон кратности возбуждения (506, 508, 510, 512) газотурбинного агрегата.

8. Корпус датчика по п.7, отличающийся тем, что собственная частота элемента удлиненной формы превышает первые две кратности возбуждения газотурбинного агрегата в рабочем режиме частоты вращения газотурбинного агрегата.

9. Узел датчика (106) газотурбинного агрегата, содержащий:

корпус датчика (1), соединенный с газотурбинным агрегатом, где корпус датчика представляет собой элемент (2) удлиненной формы, а размер (18) по его оси определяется согласно виброхарактеристике газотурбинного агрегата в режиме работы;

датчик (3), размещенный внутри корпуса датчика; и

крепежную гайку (4), выполненную для фиксации датчика внутри корпуса.

10. Способ измерения давления внутри газотурбинного агрегата, заключающийся

в соединении корпуса датчика (1) с газотурбинным агрегатом, где корпус датчика представляет собой элемент (2) удлиненной формы, а размер (18) по его оси определяется согласно виброхарактеристике газотурбинного агрегата в режиме работы;

в размещении датчика (3) внутри корпуса датчика; и

в фиксации датчика внутри его корпуса крепежной гайкой (4) за счет ее соединения с корпусом датчика; и

в сборе данных измерений давления от датчика.