RU67713U1

RU67713U1 - DEVICE FOR MEASURING GAS PRESSURE PULSATIONS

Info

Publication number: RU67713U1
Application number: RU2007117518/22U
Authority: RU
Inventors: Азат Асгатович Гимадиев; Николай Дмитриевич Быстров; Асгат Гатьятович Гимадиев; Алексей Золяевич Ермошкин
Original assignee: Азат Асгатович Гимадиев
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2007-10-27

Abstract

Предполагаемое изобретение относится к области измерения динамических давлений и может найти применение для измерения пульсаций давления в полостях энергетических машин и установок, где из-за повышенной температуры невозможна непосредственная установка первичного преобразователя (датчика давления). Устройство состоит из корпуса 1, в виде заглушенного со свободного конца полого штуцера, в стенке которого выполнены радиальные отверстия 2. В каждом из отверстий 2 установлена герметично, например, пайкой капиллярная трубка 3. Капиллярные трубки уложены в спираль (виток к витку) и поджаты через шайбу 4 гайкой 5. Количество капиллярных трубок 3 подобрано так, что их суммарная площадь проходного сечения равна площади проходного сечения подводящего трубопровода 6, подсоединенного к корпусу 1. Капиллярные трубки 3 накрыты снаружи крышкой 7, навернутой на корпус 1. К входу подводящего трубопровода подсоединен насадок 8, который в свою очередь соединен с полостью объекта исследования 9. Насадок 8 выполнен таким образом, что площадь его проходного сечения по мере удаления от его начала (объекта исследования) увеличивается. Закон увеличения площади проходного сечения насадка 8 выбран исходя из постоянства акустического волнового сопротивления по его длине. Во входной части корпуса 1 в специальном гнезде установлен датчик пульсаций давления 10, рабочая полость (торец) чувствительного элемента которого соединена через радиальное отверстие 11 в корпусе 1 с подводящим трубопроводом 6. Илл.2.The alleged invention relates to the field of measuring dynamic pressures and may find application for measuring pressure pulsations in the cavities of power machines and plants, where, due to the elevated temperature, it is not possible to directly install a primary transducer (pressure sensor). The device consists of a housing 1, in the form of a hollow fitting plugged from the free end, in the wall of which radial holes 2 are made. A capillary tube 3 is sealed in each of the holes 2, for example, by soldering. The capillary tubes are laid in a spiral (turn to turn) and tightened through the washer 4 with nut 5. The number of capillary tubes 3 is selected so that their total passage area is equal to the area of the passage section of the supply pipe 6 connected to the housing 1. The capillary tubes 3 are covered externally with a cover 7, probably that the housing 1. To the input of the supply pipe is connected nozzles 8, which in turn is connected with the cavity of the object of research 9. The nozzle 8 is designed in such a way that its flow cross section area as the distance from the beginning (the object of study) increases. The law of increasing the cross-sectional area of the nozzle 8 is selected based on the constancy of the acoustic wave resistance along its length. In the input part of the housing 1, in a special socket, a pressure pulsation sensor 10 is installed, the working cavity (end) of the sensitive element of which is connected through a radial hole 11 in the housing 1 to the supply pipe 6. Fig. 2.

Description

Предполагаемое изобретение относится к области измерения динамических давлений и может найти применение для измерения пульсаций давления в высокотемпературных воздушно-газовых трактах газотурбинных двигателей.The alleged invention relates to the field of measuring dynamic pressures and may find application for measuring pressure pulsations in high-temperature air-gas ducts of gas turbine engines.

Для измерения пульсаций давления в магистралях, в которых невозможна непосредственная установка датчиков давления, например, из-за высоких температур, применяют акустические зонды. К акустическим зондам предъявляются весьма жесткие требования по динамической точности в широком диапазоне частот и амплитуд пульсаций давления, а также средних их значений.To measure pressure pulsations in highways where direct installation of pressure sensors is impossible, for example, due to high temperatures, acoustic probes are used. Acoustic probes have very stringent requirements for dynamic accuracy over a wide range of frequencies and amplitudes of pressure pulsations, as well as their average values.

Известно устройство для измерения пульсаций давления газа (см. А.с. 427252, СССР, МПК G01L 7/00. Опубл. 05.05.74. Бюл. №17), состоящей из подводящего канала, датчика пульсаций давления и согласованной нагрузки. Выравнивание амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) с целью повышения динамической точности в данном устройстве обеспечивается за счет согласованной нагрузки в виде пневмосопротивления и емкости. Такая коррекция АЧХ устройства будет справедлива, если температура вдоль подводящего канала будет неизменна. Если температура рабочей среды в объекте исследования, например в камере сгорания, будет выше 600...800°К, то подводящий трубопровод станет неоднородным волноводом, т.е. волноводом с переменными по длине параметрами. В этом случае, хотя датчик давления и вынесен за пределы высокотемпературной зоны, возникает дополнительная погрешность, вносимая подводящим трубопроводом из-за A device is known for measuring gas pressure pulsations (see AS 427252, USSR, IPC G01L 7/00. Publ. 05.05.74. Bull. No. 17), consisting of a supply channel, a pressure pulsation sensor and a coordinated load. The equalization of the amplitude-frequency characteristic (AFC) in order to increase the dynamic accuracy in this device is ensured by the coordinated load in the form of pneumatic resistance and capacitance. Such a correction of the frequency response of the device will be valid if the temperature along the supply channel is unchanged. If the temperature of the working medium in the object of study, for example, in the combustion chamber, is higher than 600 ... 800 ° K, then the supply pipe will become an inhomogeneous waveguide, i.e. waveguide with variable length parameters. In this case, although the pressure sensor is outside the high-temperature zone, there is an additional error introduced by the supply pipe due to

его неоднородности. Величина этой погрешности прямо пропорциональна корню квадратному от отношения температур рабочей среды на входе в зонд и в сечении, в котором наступила стабилизация температуры рабочей среды. Это можно доказать на основе теории распространения волн в неоднородном волноводе, (см. статью Лисочкина Я.А. Учет влияния подводящих каналов к измерителям давления при наличии градиента температур. - Измерительная техника, 1966, №1, С.51-53).its heterogeneity. The magnitude of this error is directly proportional to the square root of the ratio of the temperatures of the working medium at the inlet to the probe and in the section in which the stabilization of the temperature of the working medium has begun. This can be proved on the basis of the theory of wave propagation in an inhomogeneous waveguide, (see the article Lisochkina YA. Taking into account the influence of the supply channels to pressure meters in the presence of a temperature gradient. - Measuring technique, 1966, No. 1, S.51-53).

За прототип предполагаемого изобретения выбрано устройство для измерения пульсаций давления газа (А.с. 924529, СССР, МПК G01L 7/00. Опубл. 30.04.82. Бюл. №16), состоящий из корпуса, в котором размещен датчик пульсаций давления, подключенный к подводящему трубопроводу, вакуумированный подпружиненный сильфон, один торец которого жестко закреплен в корпусе, а к второму прикреплен торец цилиндрической обоймы, внутри которой со стороны другого торца запрессован дросселирующий элемент, выполненный в виде пористой втулки и сильфоном выполнены радиальные отверстия, конец подводящего трубопровода выполнен заглушенным, снабжен радиальными отверстиями и пропущен сквозь пористую втулку и полость обоймы. Недостатком данного устройства является то, что при измерении пульсаций давления в условиях высоких температур он обладает дополнительной динамической погрешностью из-за температурной неоднородности подводящего канала. Кроме того, устройство-прототип сложен по конструкции и не обладает достаточной надежностью для летных испытаний двигателя из-за наличия подвижного элемента и вакуумированного сильфона.For the prototype of the alleged invention, a device for measuring gas pressure pulsations was selected (A.S. 924529, USSR, IPC G01L 7/00. Publ. 30.04.82. Bull. No. 16), consisting of a housing in which a pressure pulsation sensor is located, connected a vacuum spring-loaded bellows, one end of which is rigidly fixed in the housing, and an end face of a cylindrical cage, inside which a throttling element made in the form of a porous sleeve and made of a bellows made radially from a verst, the end of the supply pipe is plugged, provided with radial holes and passed through the porous sleeve and the cavity of the holder. The disadvantage of this device is that when measuring pressure pulsations at high temperatures, it has an additional dynamic error due to the temperature inhomogeneity of the supply channel. In addition, the prototype device is complex in design and does not have sufficient reliability for flight tests of the engine due to the presence of a movable element and a vacuum bellows.

В основу предлагаемой полезной модели поставлена задача обеспечить измерение пульсаций давления в высокотемпературных условиях с меньшей динамической погрешностью, упростить конструкцию и повысить ее надежность.The proposed utility model is based on the task of measuring pressure pulsations in high temperature conditions with less dynamic error, simplifying the design and increasing its reliability.

Данная задача решается за счет того, что в устройстве для измерения This problem is solved due to the fact that in the device for measuring

пульсаций давления газа, состоящем из корпуса, в котором размещен датчик пульсаций давления, подключенный к подводящему трубопроводу и дросселирующий элемент, согласно полезной модели, корпус выполнен в виде полого закрытого со свободного конца штуцера, в стенке которого выполнены радиальные отверстия, соединяющие подводящий трубопровод с дросселирующим элементом в виде набора жестко связанных со штуцером, уложенных в спираль и накрытых снаружи крышкой одинаковых капиллярных трубок с суммарной площадью проходного сечения, равной площади проходного сечения подводящего трубопровода, а на входе в трубопровод установлен насадок, причем площадь проходного сечения насадка изменяется по его длине в соответствии с формулойgas pressure pulsation, consisting of a housing in which a pressure pulsation sensor is placed, connected to the supply pipe and a throttling element, according to the utility model, the housing is made in the form of a hollow fitting which is closed from the free end and has radial holes in its wall connecting the supply pipe to the throttling an element in the form of a set of identical capillary tubes rigidly connected to the fitting, laid in a spiral and externally covered with a lid with a total passage area equal to the shields of the inlet section of the supply pipe, and nozzles are installed at the inlet to the pipeline, and the area of the nozzle orifice is changed along its length in accordance with the formula

где F(0), F(x) - площади проходного сечения насадка в канале и на расстоянии х от его начала; Т(0), Т(х) - температура рабочей среды в начале насадка и на расстоянии х от его начала.where F (0), F (x) - the area of the nozzle in the channel and at a distance x from its beginning; T (0), T (x) - temperature of the working medium at the beginning of the nozzle and at a distance x from its beginning.

Конструктивная схема устройства представлена на фиг.1 - общий вид, на фиг.2 - принципиальная схема.The structural diagram of the device shown in figure 1 is a General view, figure 2 is a schematic diagram.

Устройство состоит из корпуса 1, в виде заглушенного со свободного конца полого штуцера, в стенке которого выполнены радиальные отверстия 2. В каждом из отверстий 2 установлена герметично, например, пайкой капиллярная трубка 3. Капиллярные трубки уложены в спираль (виток к витку) и поджаты через шайбу 4 гайкой 5. Количество капиллярных трубок 3 подобрано так, что их суммарная площадь проходного сечения равна площади проходного сечения подводящего трубопровода 6, подсоединенного к корпусу 1. Капиллярные трубки 3 накрыты снаружи крышкой 7, навернутой на корпус 1. К входу подводящего трубопровода подсоединен насадок 8, который в свою очередь соединен с полостью объекта исследования 9. Насадок 8 выполнен The device consists of a housing 1, in the form of a hollow fitting plugged from the free end, in the wall of which radial holes 2 are made. A capillary tube 3 is sealed in each of the holes 2, for example, by soldering. The capillary tubes are laid in a spiral (turn to turn) and tightened through the washer 4 with nut 5. The number of capillary tubes 3 is selected so that their total passage area is equal to the area of the passage section of the supply pipe 6 connected to the housing 1. The capillary tubes 3 are covered externally with a cover 7, probably that the housing 1. To the input of the supply pipe is connected nozzles 8, which in turn is connected with the cavity of the object of research 9. The nozzle 8 is made

таким образом, что площадь его проходного сечения по мере удаления от его начала (объекта исследования) увеличивается. Закон увеличения площади проходного сечения насадка 8 выбран исходя из постоянства акустического волнового сопротивления по его длине. Во входной части корпуса 1 в специальном гнезде установлен датчик пульсаций давления 10, рабочая полость (торец) чувствительного элемента которого соединена через радиальное отверстие 11 в корпусе 1 с подводящим трубопроводом 6.so that the area of its bore with increasing distance from its beginning (the object of study) increases. The law of increasing the cross-sectional area of the nozzle 8 is selected based on the constancy of the acoustic wave resistance along its length. In the input part of the housing 1, in a special socket, a pressure pulsation sensor 10 is installed, the working cavity (end) of the sensitive element of which is connected through a radial hole 11 in the housing 1 to the supply pipe 6.

Устройство работает следующим образом. При измерении пульсаций, давления в высокотемпературных магистралях исследуемого объекта 9 пульсации давления распространяются без отражений через насадок 8 и подводящий трубопровод 6 в согласованную нагрузку в виде набора капиллярных трубок 3. Датчик пульсаций давления воспринимает лишь подающие волны давления без динамических искажений. Отсутствие динамических искажений в устройстве объясняется тем, что, несмотря на переменную по длине насадка температуру в нем реализован акустически однородный волновод с постоянным по длине волновым сопротивлением за счет изменения площади его проходного сечения. Поэтому в насадке распространяются падающие волны давления, имеющие постоянную по длине насадка амплитуду. Кроме того, при подключении к концу подводящего канала 6 согласованной нагрузки из капиллярных трубок 3 с суммарной площадью, равной площади проходного сечения канала, в нем не возникает отраженных волн. Падающие волны проходят в капиллярные трубки и быстро затухают по их длине. По сравнению с прототипом предлагаемый акустический зонд обладает следующими технико-экономическими показателями:The device operates as follows. When measuring pulsations and pressures in the high-temperature lines of the investigated object 9, pressure pulsations propagate without reflections through nozzles 8 and supply pipe 6 to the agreed load in the form of a set of capillary tubes 3. The pressure pulsation sensor only senses pressure waves without dynamic distortions. The absence of dynamic distortions in the device is explained by the fact that, despite the temperature being variable along the length of the nozzle, an acoustically homogeneous waveguide is implemented in it with a constant wave resistance along the length due to a change in the area of its passage section. Therefore, incident pressure waves propagating in the nozzle have an amplitude that is constant along the length of the nozzle. In addition, when connecting to the end of the supply channel 6 a coordinated load from the capillary tubes 3 with a total area equal to the area of the passage section of the channel, reflected waves do not appear in it. The incident waves pass into the capillary tubes and quickly decay along their length. Compared with the prototype, the proposed acoustic probe has the following technical and economic indicators:

- позволяет проводить измерение пульсаций давления в высокотемпературных условиях с меньшей динамической погрешностью, что повышает достоверность снимаемой в процессе испытаний - allows you to measure pressure pulsations in high temperature conditions with less dynamic error, which increases the reliability of the removed during the test

информации и, тем самым, сокращает число испытаний, снижает материальные затраты при доводке и эксплуатации газотурбинных двигателей;information and, thereby, reduces the number of tests, reduces material costs during the development and operation of gas turbine engines;

- прост по конструкции, более надежен благодаря отсутствию в конструкции подвижных элементов.- simple in design, more reliable due to the lack of moving elements in the design.

Claims

A device for measuring gas pressure pulsations, consisting of a housing in which a pressure pulsation sensor is located, connected to a supply pipe and a throttling element, characterized in that the housing is made in the form of a hollow closed from the free end of the fitting, in the wall of which there are made radial holes connecting the supply a pipeline with a throttling element in the form of a set of identical capillary tubes rigidly connected to the fitting, laid in a spiral and covered outside with a lid with a total area of a sectional area equal to the flow cross section of the supply conduit and the inlet conduit is set in baits, the passage sectional area of the nozzle varies along its length in accordance with the formula

,

where F (0), F (x) - the area of the nozzle in the channel and at a distance x from its beginning; T (0), T (x) - temperature of the working medium at the beginning of the nozzle and at a distance x from its beginning.