Устройство для измерения температуры в проточном канале первичного потока двухконтурного турбореактивного двигателя - RU2559563C2

Чертежи

Описание

Уровень техники

Настоящее изобретение относится, в целом, к области измерения температуры в первичном потоке двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, причем это измерение осуществляется на входе компрессора высокого давления.

В двухвальном двухконтурном турбореактивном двигателе, измерение температуры потока газа, текущего в первичном проточном канале на входе его компрессора высокого давления (эта температура также именуется "температурой T₂₅") используется во многих отношениях для управления турбореактивным двигателем. Измерение температуры T₂₅ производится, в частности, в соотношении для определения позиций различных деталей переменной геометрии турбореактивного двигателя.

Известно измерение температуры T₂₅ посредством датчика температуры, который располагается непосредственно в проточном канале первичного потока на входе компрессора высокого давления. Обычно такие датчики содержат отливку, сопряженную с инерционным сепаратором для защиты чувствительного элемента датчика от влаги, воды, льда, песка и других инородных тел. Отливка также может включать в себя нагревательное сопротивление, которое активируется во избежание формирования льда, способного блокировать входное отверстие датчика и могущего образовывать массу, которая может повредить расположенные за ним лопатки.

Такого рода датчик с инерционным сепаратором обладает многочисленными недостатками. В частности, отливку трудно изготавливать, что повышает стоимость датчика. Кроме того, присутствие датчика в проточном канале первичного потока создает турбулентный след, возмущающий упомянутое течение, поскольку он проникает в компрессор высокого давления. Кроме того, функция борьбы с обледенением датчика требует внешнего источника электропитания и коммутационного реле в электронном компьютере турбореактивного двигателя, а также требует программного обеспечения для коррекции погрешности измерения, обусловленной нагревом отливки. Наконец, датчик должен выдерживать аэродинамические напряжения на высоких частотах.

Задача и сущность изобретения

Таким образом, основной задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства для измерения температуры T₂₅, у которого нет вышеупомянутых недостатков.

Эта задача решается за счет устройства для измерения температуры на входе компрессора в проточном канале первичного потока двухконтурного турбореактивного двигателя, причем устройство содержит воздухонепроницаемую пустотелую конструкцию, образующую соединительный кронштейн разделительного корпуса турбореактивного двигателя и выполненную с возможностью радиально проходить через проточный канал для первичного потока и проточный канал для вторичного потока турбореактивного двигателя, причем соединительный кронштейн имеет по меньшей мере одно воздухозаборное отверстие, открывающееся в проточный канал первичного потока на входе компрессора, и по меньшей мере одно воздуховыпускное отверстие выполненное так, чтобы приводить в зону турбореактивного двигателя, где окружающее давление меньше давления в проточном канале первичного потока на входе компрессора, причем устройство дополнительно включает в себя датчик температуры, чувствительный элемент которого размещен внутри соединительного кронштейна.

В устройстве согласно изобретению внутренняя часть соединительного кронштейна, в которой смонтирован чувствительный элемент датчика температуры, пропускает поток газа, отбираемый из проточного канала первичного потока и затем выбрасываемый в проточный канал вторичного потока. Таким образом, устройство изобретения позволяет измерять температуру T₂₅.

Изобретение предусматривает внедрение датчика температуры в соединительный кронштейн разделительного корпуса турбореактивного двигателя. Чувствительный элемент датчика температуры, размещенного внутри соединительного кронштейна, таким образом, защищен от смачивания водой и от ударов, наносимых инородными телами (льдом, песком и т.д.). В результате датчик температуры устройства изобретения может иметь простую конструкцию и, таким образом, низкую стоимость (в частности, по причине отсутствия отливки). Кроме того, не требуется прибегать к помощи функции борьбы с обледенением датчика, что устраняет недостатки, связанные с такой функцией (внешний источник электропитания, коммутационное реле в электронном компьютере турбореактивного двигателя и программное обеспечение для коррекции погрешности измерения). Кроме того, по сравнению с существующими устройствами, устройство изобретения не приводит к возникновению никакого дополнительного турбулентного следа в течении первичного потока. Наконец, датчик температуры устройства изобретения не подвергается аэродинамическим напряжениям на высоких частотах.

Соединительный кронштейн может содержать две боковые стенки, соединенные друг с другом воздухонепроницаемым образом, во-первых, за счет стенок, образующих передний край и задний край, и, во-вторых, за счет поперечных стенок.

В таких обстоятельствах, и предпочтительно, воздухозаборное отверстие соединительного кронштейна формируется в боковой стенке, и воздуховыпускное отверстие формируется в стенке, образующей задний край. Присутствие воздухозаборного отверстия в боковой стенке соединительного кронштейна позволяет минимизировать любую опасность блокирования воздухозаборного отверстия за счет формирования льда (лед обычно формируется вдоль переднего края соединительного кронштейна). Воздуховыпускное отверстие, находящееся на заднем краю, обеспечивает преимущество направления исходящего потока в направлении течения вторичного потока.

Датчик температуры преимущественно монтируется герметично на стенке соединительного кронштейна, которая образует задний край. Датчик температуры может быть штыревого типа.

Кроме того, перегородка может проходить в радиальном направлении от одной из поперечных стенок для улучшения течения воздуха вокруг датчика температуры за счет его удержания в ограниченном пространстве.

Воздуховыпускное отверстие соединительного кронштейна может быть сделано так, чтобы вести в проточный канал вторичного потока турбореактивного двигателя.

Изобретение также предусматривает разделительный корпус для двухконтурного турбореактивного двигателя, причем корпус содержит втулку, внешний кольцевой кожух, размещенный вокруг втулки, концентрично с ней, и вышеописанное устройство, причем соединительный кронштейн упомянутого устройства соединяет втулку в радиальном направлении с внешним кожухом.

Предпочтительно, чувствительный элемент датчика температуры устройства размещен внутри соединительного кронштейна таким образом, чтобы проходить в направлении, по существу, параллельном оси вращения втулки и кожуха. В результате, чувствительный элемент датчика располагается поперечно относительно продольного течения образца потока газа.

Изобретение также предусматривает двухконтурный турбореактивный двигатель, включающий в себя вышеописанный разделительный корпус.

Краткое описание чертежей

Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения становятся понятны из нижеследующего описания, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи, демонстрирующие вариант осуществления, не имеющего ограничительного характера. На чертежах:

фиг. 1 - схематический вид в продольном разрезе двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, демонстрирующий местоположение измерительного устройства изобретения;

фиг. 2 - вид сзади разделительного корпуса турбореактивного двигателя, показанного на фиг. 1;

фиг. 3 - вид в разрезе по линии III-III, указанной на фиг. 2; и

фиг. 4 - схематический вид в перспективе измерительного устройства, показанного на фиг. 3.

Подробное описание варианта осуществления

На фиг. 1 показана схема турбореактивного двигателя 10 двухвального двухконтурного типа, к которому, в частности, применяется изобретение. Естественно, изобретение не ограничивается этим конкретным типом турбореактивного двигателя и применимо к другим конструкциям двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя.

Известным образом, турбореактивный двигатель продольной оси X-X содержит, в частности, лопасть 12, соединенную с входным концом вала 14 низкого давления. Турбореактивный двигатель также имеет два коаксиальных канала для пропускания потоков газа, а именно, проточный канал 16 для первичного потока (или горячего потока) и проточный канал 18 для вторичного потока (или холодного потока).

От входа к выходу в направлении течения проходящих через него потоков газа, проточный канал 16 первичного газа содержит компрессор 20 низкого давления, компрессор 22 высокого давления, камеру 24 сгорания, турбину 26 высокого давления и турбину 28 низкого давления.

Турбореактивный двигатель также имеет разделительный корпус 30, имеющий, известным образом, структурную функцию (поскольку он служит для передачи усилий). В частности, к разделительному корпусу прикреплено средство для крепления турбореактивного двигателя к конструкции самолета в передней части.

Разделительный корпус 30 содержит втулку 32, центрированную на продольной оси X-X, внешний кольцевой кожух 34, размещенный вокруг втулки, концентрично с ней, и множество соединительных кронштейнов 36a-36f, ориентированных в радиальном направлении и соединяющих втулку с внешним кожухом.

Втулка 32 разделительного корпуса поддерживает с возможностью вращения передний подшипник 38 качения, смонтированный на входном конце вала 14 низкого давления. Внешний кожух 34 образует участок наружной части проточного канала 18 вторичного потока.

Как показано на фиг. 2, соединительные кронштейны 36a-36f (например, в количестве шести штук) равномерно распределены вокруг продольной оси X-X турбореактивного двигателя. Эти соединительные кронштейны проходят в радиальном направлении от наружной части к внутренней части через проточный канал 18 вторичного потока, через неподвижную кольцевую конструкцию 37 турбореактивного двигателя и через проточный канал 16 первичного потока. Относительно проточного канала первичного потока, они находятся на "S-образном участке", т.е. между выходом компрессора 20 низкого давления и входом компрессора 22 высокого давления (см. также фиг. 3).

Каждый из соединительных кронштейнов 36a-36f выполнен в виде жесткой конструкции, которая является пустотелой и в которой можно размещать различные службы турбореактивного двигателя. Например, для турбореактивного двигателя, показанного на фиг. 1 и 2, соединительный кронштейн 36a принимает трубки подвода масла и различные датчики для измерения скорости вала низкого давления; соединительный кронштейн 36d принимает трубки возврата масла и радиальный выходной вал для передачи вращательного усилия на коробку приводов агрегатов двигателя; и соединительный кронштейн 36e принимает трубки стока масла.

Изобретение предусматривает устройство, позволяющее измерять температуру потока газа, проходящего через проточный канал 16 первичного потока на S-образном участке. Это измерение температуры (именуемое температура T₂₅) используется во многих отношениях для управления турбореактивным двигателем.

Согласно изобретению, для осуществления этого измерения, предлагается использовать один из соединительных кронштейнов 36a - 36f разделительного корпуса 30. Поскольку соединительные кронштейны 36b, 36c и 36f не используются для пропускания службы двигателя, предпочтительно выбирать один из этих соединительных кронштейнов (в этом примере выбран соединительный кронштейн 36b).

Как показано на фиг. 4, соединительный кронштейн 36b выполнен в виде пустотелой жесткой конструкции, содержащей, в частности, две боковые стенки 38, размещенные в продольной плоскости (относительно продольной оси X-X). Эти боковые стенки соединены друг с другом воздухонепроницаемым образом, во-первых, на своих продольных концах стенками, образующими передний край 40a и задний край 40b, и, во-вторых, на своих радиальных концах поперечными стенками 42.

Внутренний объем, образованный боковыми стенками 38, стенками, образующими передний край 40a и задний край 40b, и поперечными стенками 42, является воздухонепроницаемым (за исключением впускных и выпускных отверстий для воздуха, описанных ниже).

Одна из боковых стенок 38 соединительного кронштейна 36b имеет одно или более воздухозаборных отверстий 44 (на фигуре показано три), эти отверстия открываются в проточный канал 16 первичного потока на S-образном участке, и ведут во внутреннюю часть пустотелой конструкции.

Стенка 40b заднего края соединительного кронштейна 36b также имеет одно или более воздуховыпускных отверстий 46, открывающихся во внутреннюю часть пустотелой конструкции и ведущих в зону турбореактивного двигателя, где окружающее давление ниже давления в проточном канале 16 первичного потока, входящем в компрессор 22 высокого давления. Согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 1-3, выпускное отверстие 46 является единственным отверстием и ведет в проточный канал 18 вторичного потока (где давление меньше давления в проточном канале первичного потока на S-образном участке).

Альтернативно, выпускное(ые) отверстие(я) соединительного кронштейна 36b могут вести в неподвижную конструкцию 37 турбореактивного двигателя, находящуюся между каналами 16 и 18. Известным образом, неподвижная конструкция 37 сообщается на своем выходном конце непосредственно с наружной частью турбореактивного двигателя (где давление, аналогично, ниже давления в проточном канале первичного потока на S-образном участке).

Аналогично, естественно, можно предположить, что воздухозаборное и воздуховыпускное отверстия располагаются в других стенках соединительного кронштейна.

Таким образом, перепад давления, существующий между проточным каналом 18 вторичного потока, в который ведет воздуховыпускное отверстие 46, и проточным каналом 16 первичного потока на S-образном участке, служит гарантией того, что часть первичного потока проходит через воздухозаборные отверстия 44, течет внутри соединительного кронштейна 36b и выходит через проточный канал 18 вторичного потока, проходя через воздуховыпускное отверстие 46.

Соединительный кронштейн 36b также включает в себя датчик 48 температуры, чувствительный элемент 50 которого размещен внутри пустотелой конструкции. Таким образом, датчик 48 температуры служит для измерения температуры первичного потока, отбираемого из проточного канала 16 первичного потока на S-образном участке и текущего внутри пустотелой конструкции, образующей соединительный кронштейн 36b.

В качестве примера, датчик 48 температуры может относиться к штыревому типу и иметь платиновый провод, обмотанный вокруг сердечника и покрытый защитной оболочкой, таким образом, образующий чувствительный элемент датчика. Такой датчик температуры хорошо известен специалистам в данной области техники и поэтому не описан подробно.

Предпочтительно, головка 52 датчика 48 температуры смонтирована герметично на стенке, образующей задний край 40b соединительного кронштейна, и располагается на одном уровне с неподвижной конструкцией 37 турбореактивного двигателя, которая находится между каналами 16 и 18 (что облегчает доступ к ней).

Также предпочтительно, чувствительный элемент 50 датчика температуры проходит в направлении, по существу, параллельном продольной оси X-X и располагается в радиальном направлении между воздухозаборными отверстиями 44 и воздуховыпускным отверстием 46 таким образом, что находится на пути потока газа, текущего внутри соединительного кронштейна 36b.

Известным образом, датчик температуры соединен с электронным компьютером турбореактивного двигателя (не показан на фигуре), где обрабатываются данные измерений.

Следует понимать, что воздухозаборное и воздуховыпускное отверстия соединительного кронштейна 36b откалиброваны так, чтобы отводить достаточную часть первичного потока для подачи на датчик температуры вне зависимости от скорости, на которой работает турбореактивный двигатель. Эта минимальная часть зависит, в частности, от характеристик датчика температуры.

Следует также понимать, что герметичный внутренний объем, через который течет образец первичного потока, взятый из канала 16, может быть меньше полного внутреннего объема соединительного кронштейна 36b (например, за счет добавления перегородок). Таким образом, согласно варианту осуществления, представленному на фиг. 4, перегородка 54 проходит в радиальном направлении от поперечной стенки 42, образующей торцевую стенку, и предусмотрена для улучшения течения воздуха вокруг датчика 48 температуры за счет удержания течения в этом ограниченном пространстве.

Следует также понимать, что время реакции датчика температуры, обусловленное его размещением внутри соединительного кронштейна разделительного корпуса, можно скомпенсировать с помощью надлежащего алгоритма обработки.

Реферат

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры в первичном потоке двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя. Изобретение предоставляет устройство для измерения температуры на входе компрессора в проточном канале первичного потока двухконтурного турбореактивного двигателя. Устройство содержит воздухонепроницаемую пустотелую конструкцию, образующую соединительный кронштейн (36b) разделительного корпуса (30) турбореактивного двигателя и выполненную с возможностью радиально проходить через проточный канал (16) для первичного потока, и проточный канал (18) для вторичного потока турбореактивного двигателя. Соединительный кронштейн (36b) имеет по меньшей мере одно воздухозаборное отверстие (44), открывающееся в проточный канал первичного потока на входе компрессора, и по меньшей мере одно воздуховыпускное отверстие (46), выполненное так, чтобы вести в зону турбореактивного двигателя, где окружающее давление меньше давления в проточном канале первичного потока на входе компрессора. Устройство включает в себя датчик (48) температуры, чувствительный элемент которого размещен внутри соединительного кронштейна. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула