Измерительная гребенка для измерения параметров газов в проточном тракте газотурбинного двигателя - RU2693544C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к измерительной гребенке для измерения параметров газов в проточном тракта газотурбинного двигателя, таких как температура и/или давление и/или химический состав.

Уровень техники

Известны измерительные гребенки, выполненные с возможностью измерения параметров газов, проходящих в проточном тракте газотурбинного двигателя, например, на выходе камеры сгорания газотурбинного двигателя. Такие измерительные гребенки описаны, например, в документе FR 2 952 713, поданном на имя заявителя.

Как правило, такие измерительные гребенки содержат корпус гребенки, расположенный в основном вдоль оси ориентации и содержащий профилированную нижнюю часть, предназначенную для позиционирования напротив выхода камеры сгорания, и верхнюю подошву, предназначенную для смещения относительно выхода камеры сгорания таким образом, чтобы не нарушать поток газов на выходе камеры сгорания. Нижняя часть имеет измерительные отверстия, соединенные с измерительными приборами через каналы. Измерительные отверстия расположены в линию параллельно оси ориентации корпуса гребенки и являются неподвижными относительно указанного корпуса гребенки.

Во время испытаний, производимых на камере сгорания, корпус гребенки приводят во вращение вокруг оси камеры сгорания, например, при помощи вращающегося кольца, на котором закреплена нижняя подошва корпуса гребенки. Измерительные отверстия отбирают газы, выходящие из камеры сгорания, чтобы измерить необходимые параметры, например, давление и/или температуру на выходе камеры сгорания. Такие измерительные гребенки позволяют получать картографии давления и/или температуры на выходе камеры сгорания.

Однако на выходе камеры сгорания поток газов не обязательно ориентирован параллельно оси газотурбинного двигателя. Он имеет трехмерные эффекты.

Действительно, камера сгорания может иметь наклон относительно оси газотурбинного двигателя, что приводит к наклону потока газов на выходе камеры.

Кроме того, использование камер сгорания, имеющих небольшой размер вдоль оси газотурбинного двигателя и/или не содержащих системы охлаждения, такой как отверстия для вторичного воздуха, позволяющие направлять разбавленные газы вдоль оси газотурбинного двигателя, приводит к вращению потока газов. Иначе говоря, поток газов на выходе камеры сгорания имеет тангенциальную составляющую относительно оси указанной камеры.

Описанные выше измерительные гребенки не позволяют учитывать наклон и вращение газов, проходящих на выходе камеры сгорания, при отборе указанных газов. По этой причине эти измерительные гребенки иногда не позволяют отобрать достаточное количество газов на выходе камеры сгорания, чтобы произвести надежные измерения.

Следовательно, учет этих трехмерных эффектов является определяющим.

Чтобы решить эту проблему, заявитель предложил разработать измерительные гребенки, измерительные отверстия которых имеют наклон относительно оси ориентации корпуса гребенки.

При разработке таких измерительных гребенок заявитель установил, что ширину корпуса гребенки необходимо увеличить вдвое, чтобы обеспечить возможность наклона измерительных отверстий относительно оси ориентации корпуса гребенки и, таким образом, учитывать эффект вращения потока газов на выходе камеры сгорания.

Однако такой корпус гребенки может нарушать поток газов на входе корпуса гребенки и исказить, таким образом, измерения, осуществляемые измерительной гребенкой.

Следовательно, такое решение не является удовлетворительным.

Раскрытие сущности изобретения

Задача изобретения состоит в устранении вышеупомянутой проблемы за счет создания измерительной гребенки для измерения параметров газов, проходящих в проточном тракте газотурбинного двигателя, таких как температура, и/или давление, и/или химический состав, в которой измерительное отверстие или измерительные отверстия можно ориентировать в направлении потока газов в проточного тракте.

В частности, объектом настоящего изобретения является измерительная гребенка для измерения температуры, и/или давления, и/или химического состава газов в проточном тракте газотурбинного двигателя, при этом указанный проточный тракт расположен вокруг оси газотурбинного двигателя, при этом указанная измерительная гребенка содержит корпус гребенки удлиненной формы, предназначенный для размещения в проточном тракте, при этом указанный корпус гребенки содержит по меньшей мере одно измерительное отверстие, выполненное вдоль оси, при этом измерительное отверстие выполнено с возможностью отбора газов, проходящих в е проточном тракте, при этом указанная измерительная гребенка дополнительно снабжена регулировочными средствами, выполненными с возможностью регулирования угла между осью измерительного отверстия или измерительных отверстий и осью газотурбинного двигателя, чтобы ориентировать измерительное отверстие или измерительные отверстия в направлении потока газов в проточном тракте.

Предпочтительно измерительные отверстия соединены с измерительными приборами, выполненными с возможностью измерения температуры и/или давления и/или химического состава газов, отбираемых через измерительные отверстия.

Согласно первому варианту осуществления, корпус гребенки представляет собой стержень, образующий линию вращения, вокруг которой может(гут) поворачиваться измерительное отверстие или измерительные отверстия. Линия вращения, образованная стержнем, может быть прямой или изогнутой.

Предпочтительно стержень снабжен множеством модулей, каждый из которых имеет измерительное отверстие, при этом модули выполнены с возможностью поворачиваться вокруг стержня независимо друг от друга.

Согласно второму варианту осуществления, измерительная гребенка дополнительно содержит плечо, выполненное с возможностью регулирования наклона корпуса гребенки в проточном тракте относительно оси газотурбинного двигателя.

Предпочтительно измерительная гребенка содержит множество измерительных отверстий, оси которых расположены в одной плоскости, при этом плечи выполнены с возможностью регулирования наклона корпуса гребенки на выходе проточного тракта относительно оси проточного тракта таким образом, чтобы плоскость осей измерительных отверстий и ось образовали не равный нулю угол.

Предпочтительно оси измерительных отверстий расположены в основном в виде веера.

Объектом настоящего изобретения является также способ измерения температуры, и/или давления, и/или химического состава газов на выходе в основном кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя, при этом указанная камера сгорания проходит вокруг оси газотурбинного двигателя , согласно которому измерительную гребенку располагают на выходе камеры сгорания, чтобы отбирать выходящие из нее газы, при этом указанная измерительная гребенка имеет множество измерительных отверстий, оси которых расположены в одной плоскости, согласно способу измерительную гребенку наклоняют на выходе указанной камеры таким образом, чтобы вышеупомянутая плоскость осей измерительных отверстий и ось газотурбинного двигателя образовали не равный нулю угол, причем этот же угол сохраняют для испытаний в условиях режима малого газа и режима полного газа камеры сгорания.

Предпочтительно вращение потока газов на выходе камеры сгорания рассчитывают в условиях малого газа и полного газа камеры сгорания, чтобы определить диапазон вращения потока газов на выходе камеры сгорания.

Предпочтительно измерительные отверстия имеют предельный режим обнаружения вращения потока газов, и угол выбирают таким образом, чтобы диапазон вращения потока газов на выходе камеры сгорания находился внутри предельного диапазона обнаружения измерительных отверстий.

Предпочтительно измерительную гребенку наклоняют на выходе камеры сгорания таким образом, чтобы плоскость осей измерительных отверстий и ось газотурбинного двигателя образовали угол, составляющий от 5 до 15°.

Предпочтительно измерительную гребенку приводят во вращение вокруг оси газотурбинного двигателя.

Предпочтительно сохраняют одинаковый угол при испытаниях в условиях малого газа и полного газа камеры сгорания.

Краткое описание чертежей

Другие отличительные признаки, задачи и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют неограничивающие примеры.

На фиг. 1 схематично показана измерительная гребенка согласно первому варианту осуществления изобретения в положении для измерения параметров газов, проходящих на выходе камеры сгорания, вид сбоку;

на фиг. 2 схематично показаны измерительная гребенка и камера сгорания, изображенные на фиг. 1, вид сверху;

на фиг. 3 показан корпус измерительной гребенки согласно первому варианту осуществления изобретения, вид в перспективе;

на фиг. 4 представлена ориентация измерительной гребенки, не допустимая согласно первому варианту осуществления изобретения, схематичный вид сверху;

на фиг. 5 представлена ориентация измерительной гребенки, допустимая согласно первому варианту осуществления изобретения, схематичный вид сверху;

на фиг. 6 показана блок-схема различных этапов примера осуществления способа измерения согласно первому варианту осуществления изобретения;

на фиг. 7 схематично показана измерительная гребенка согласно второму варианту осуществления изобретения в положении для измерения параметров газов, проходящих в проточном тракте газотурбинного двигателя;

на фиг. 8 схематично показан первый пример корпуса измерительной гребенки согласно второму варианту осуществления изобретения;

на фиг. 9 схематично показан второй пример корпуса измерительной гребенки согласно второму варианту осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

На фиг. 1-3 и 7-9 показана измерительная гребенка 10, 30 для измерения параметров газов на выходе проточного тракта 1 газотурбинного двигателя, имеющего ось 2 , соответственно согласно первому и второму вариантам осуществления изобретения.

Измеряемыми параметрами являются, например, температура, и/или давление, и/или химический состав газов на выходе проточного тракта 1.

Проточный тракт 1 газотурбинного двигателя может, например, содержать проточную часть камеры сгорания, как показано на фиг. 1. В варианте проточный тракт 1 может содержать, например, проточную часть компрессора высокого или низкого давления, проточную часть турбины высокого или низкого давления или проточную часть сопла. Специалисту в данной области понятно, что этот список не является избыточным и что настоящее изобретение можно применять для любой проточной части газотурбинного двигателя.

Измерительная гребенка 10, 30 содержит корпус 11, 31 гребенки удлиненной формы, предназначенный для размещения в проточном тракте 1. Корпус 11, 31 гребенки содержит по меньшей мере одно измерительное отверстие 13, 33, расположенное вдоль оси 12. Измерительное отверстие 13, 33 выполнено с возможностью отбора газов, проходящих в проточном тракте 1.

Измерительная гребенка 10, 30 дополнительно содержит регулировочные средства 16, 36, выполненные с возможностью регулирования угла между осью 12, 32 измерительного отверстия или измерительных отверстий 13, 33 и осью 2 таким образом, чтобы ориентировать измерительное отверстие или измерительные отверстия 13, 33 в направлении потока газов в проточном тракте 1.

Таким образом, можно ориентировать измерительные отверстия 13, 33 в направлении потока газов в проточном тракте 1 и, следовательно, учитывать их наклон, а также их вращение относительно оси 2 . За счет этого отверстия 13, 33 позволяют отбирать большее количество газов в проточном тракте 1 и улучшить таким образом производимые измерения.

Кроме того, измерительные отверстия 13, 33 соединены с измерительными приборами 14, 34, выполненными с возможностью измерения температуры, и/или давления, и/или состава газов, отбираемых через измерительные отверстия 13, 33. Измерительные приборы 14, 34 могут быть выполнены с возможностью осуществления индивидуальных измерений, то есть по каждому измерительному отверстию 13, 33, или осуществления усредненных измерений на всех измерительных отверстиях 13, 33.

Первый вариант осуществления изобретения

На фиг. 1 и 2 представлен схематичный вид соответственно сбоку и сверху измерительной гребенки 10 согласно первому варианту осуществления изобретения в положении для измерения параметров газов в проточном тракте 1 газотурбинного двигателя. В примере, представленном на фиг. 1 и 2, проточный тракт 1 содержит проточную часть в основном кольцево камеры сгорания, расположенной вокруг оси 2 .

Поток газов на выходе камеры 1 сгорания имеет диапазон вращения G между предельными значениями вращения, соответствующими работе камеры 1 сгорания в условиях режима малого газа и режима полного газа. Предельные значения вращения соответствуют углам β, образованным между направлением потока газов на входе измерительной гребенки 10 и осями 12 отверстий (или плоскостью Р) соответственно в условиях малого газа и полного газа газотурбинного двигателя (фиг. 4 и 5).

Измерительная гребенка 10 содержит корпус 11 гребенки, предназначенный для размещения напротив выхода 3 камеры 1 сгорания. Пример корпуса 11 гребенки показан на фиг. 3.

Корпус 11 гребенки в основном имеет удлиненную форму и предпочтительно профилирован таким образом, чтобы не возмущать поток газов на входе корпуса 11 гребенки и, следовательно, чтобы не искажать производимые измерения.

Кроме того, измерительная гребенка 10 содержит множество измерительных отверстий 13, выполненных в корпусе 11 гребенки с возможностью отбора газов на выходе 3 камеры 1 сгорания. Измерительные отверстия 13 имеют оси 12, расположенные в одной плоскости Р.

В примере, представленном на фиг. 3, оси 12 измерительных отверстий 13 являются параллельными между собой. Согласно варианту, оси 12 измерительных отверстий 13 расположены в основном в виде веера. В этом варианте оси 12 измерительных отверстий 13, смежные с внутренним и наружным радиусами стенки камеры 1 сгорания, являются, например, в основном параллельными указанной стенке соответственно на уровне внутреннего и наружного радиусов.

Измерительные отверстия 12 имеют предельный диапазон обнаружения L вращения потока газов, за пределами которого измерительные отверстия 13 не могут отбирать газы, имеющие более значительное вращение. Этот предельный диапазон обнаружения L составляет, например, +/- 15-20° относительно оси 12 каждого из измерительных отверстий 13. Когда диапазон вращения G потока газов на выходе камеры 1 сгорания и предельный диапазон обнаружения L перекрывают друг друга, как показано на фиг. 4, ориентация измерительных отверстий 13 является недопустимой.

Измерительные отверстия 13 соединены с измерительными приборами 14, выполненными с возможностью измерения температуры и/или давления и/или состава газов, отбираемых через измерительные отверстия 13. Измерительные приборы 14 могут быть выполнены с возможностью осуществления индивидуальных измерений, то есть по каждому измерительному отверстию 13, или с возможностью осуществления усредненных измерений на всех измерительных отверстиях 13. Измерительные отверстия 13 соединены с измерительными приборами 14, например, через каналы 15.

Измерительная гребенка 10 дополнительно содержит плечо 16, выполненное с возможностью наклонять корпус 11 гребенки таким образом, чтобы плоскости Р осей 12 измерительных отверстий 13 и ось 2 образовали не равный нулю угол α. Предпочтительно сохраняют один и тот же угол α для испытаний в условиях режима малого газа и режима полного газа камеры 1 сгорания. В частности, угол α выбирают таким образом, чтобы диапазон вращения G потока газов на выходе камеры 1 сгорания находился внутри предельного диапазона обнаружения L, как показано на фиг. 5. В этой конфигурации ориентация корпуса 11 гребенки является допустимой.

Предпочтительно угол α составляет от 5 до 15°. В представленном примере угол α составляет от 8 до 9°.

Таким образом, измерительная гребенка 10 позволяет наклонять измерительные отверстия 13 относительно оси 2 , чтобы учитывать вращательный эффект потока газов на выходе камеры 1 сгорания, причем при испытаниях в условиях как малого газа, так и полного газа камеры 1 сгорания. Это позволяет осуществлять серию испытаний между режимами малого газа и полного газа камеры 1 сгорания, не изменяя угол α измерительных отверстий 13.

В примере, представленном на фиг. 1, плечо 16 содержит первый участок 17, проходящий вдоль оси 2 , и второй участок 18, в основном проходящий радиально от первого участка 17 и соединяющий первый участок 17 с корпусом 11 гребенки.

Согласно не показанной на фигурах версии, плечо 16 содержит кольцо, расположенное вокруг оси 2 , на котором закреплен корпус 11 гребенки.

Плечо 16 может быть соединено с несколькими корпусами 11 гребенки, измерительные отверстия 13 которых имеют одинаковый наклон относительно оси 2 . Например, плечо 13 может содержать несколько вторых участков 18, проходящих радиально от первого участка 17, при этом вторые участки 18 соединены с корпусом 11 гребенки. Согласно версии, на кольце можно закрепить несколько корпусов 11 гребенки. Предпочтительно корпуса 11 гребенки распределены равноудаленно в плоскости, в основном перпендикулярной к оси 2 .

Измерительная гребенка 10 содержит также двигатель 19, выполненный с возможностью приведения корпуса 11 гребенки во вращение вокруг оси 2 . Двигатель 19 соединен, например, с первым участком 17 плеча 16 или с кольцом, на котором закреплен корпус 11 гребенки.

На фиг. 6 представлена блок-схема способа 20 для измерения параметров, например, температуры и/или давления и/или химического состава газов, проходящих на выходе 3 камеры 1 сгорания. Способ содержит следующие этапы:

- позиционируют 21 корпус 11 гребенки напротив выхода 3 камеры 1 сгорания,

- наклоняют 22 корпус 11 гребенки на выходе камеры 1 сгорания таким образом, чтобы плоскость Р осей 12 измерительных отверстий 13 и ось 2 образовали не равный нулю угол α. Предпочтительно сохраняют одинаковый угол α для испытаний в условиях малого газа и полного газа камеры 1 сгорания,

- приводят во вращение 23 корпус 11 гребенки вокруг оси 2 ,

- отбирают 24 газы, проходящие на выходе 3 камеры 1 сгорания, через измерительные отверстия 13, и

- измеряют 25 параметры, например, температуру и/или давление и/или химический состав отбираемых газов.

Угол α определяют таким образом, чтобы с одним и тем же углом α можно было производить испытания в условиях малого газа и полного газа камеры 1 сгорания. Для этого вращение потока газов на выходе камеры 1 сгорания рассчитывают в условиях малого газа и полного газа камеры 1 сгорания (угол β) таким образом, чтобы определить диапазон вращения G потока газов на выходе камеры 1 сгорания, и угол α выбирают таким образом, чтобы диапазон вращения G потока газов на выходе камеры 1 сгорания находился внутри предельного диапазона обнаружения измерительных отверстий 13.

Таким образом, способ 20 позволяет наклонять измерительные отверстия 13 относительно оси 2 так, чтобы учитывать вращательный эффект потока газов на выходе 3 камеры 1 сгорания, причем в условиях работы как в режиме малого газа, так и в режиме полного газа камеры 1 сгорания. Это позволяет проводить серию испытаний между малым газом и полным газом камеры 1 сгорания, не изменяя угол α измерительных отверстий 13.

Второй вариант осуществления изобретения

На каждой из фиг. 7-9 представлен пример измерительной гребенки 30 согласно второму варианту осуществления изобретения.

В этих примерах корпус 31 гребенки представляет собой стержень, образующий линию вращения, вокруг которой может(гут) поворачиваться измерительное отверстие или измерительные отверстия 33. Стержень 31 оснащен множеством модулей 36, каждый из которых имеет измерительное отверстие 33, при этом каждый из модулей 36 выполнен с возможностью поворачиваться вокруг стержня 31 независимо друг от друга.

Таким образом, оси 32 измерительных отверстий 33 могут иметь разный наклон относительно оси 2 проточного тракта 1. Это позволяет адаптировать ориентацию каждого из измерительных отверстий 33 в зависимости от направления потока газов к их положению на выходе проточного тракта 1.

Например, стержень 31 может иметь наружную резьбу по всей своей длине или на участке, и модули 36 могут иметь, каждый, внутреннюю резьбу, соответствующую наружной резьбе стержня 31, чтобы можно было поворачивать модули 36 вокруг линии вращения.

Предпочтительно модули 36 могут быть разделены распорками (не показаны), чтобы удерживать модули 36 между собой на фиксированном расстоянии.

Каждая измерительная гребенка 30 соединена, например, с кольцом (не показано), расположенным вокруг оси 2 проточного тракта 1. Для этого для соединения каждой из измерительных гребенок 30 с кольцом можно использовать регулируемый хомут или установочный винт.

В примере, представленном на фиг. 7, линия вращения, образованная стержнем 31 является прямой.

В примере, представленном на фиг. 8, линия вращения, образованная стержнем 31 является изогнутой.

Преимуществом предложенных измерительных гребенок 10, 30 является наличие регулировочных средств 16, 36, позволяющих ориентировать измерительные отверстия 13, 33 в направлении потока газов в проточном тракте 1 и, следовательно, учитывать трехмерных эффекты потока газов таким образом, чтобы отбирать большее количество газов и осуществлять более качественные измерения.

Реферат

Измерительная гребенка (10, 30) для измерения температуры, и/или давления, и/или химического состава газов, проходящих в проточном тракте (1) газотурбинного двигателя, при этом указанный проточный тракт (1) проходит вокруг оси (2) газотурбинного двигателя. Корпус (11, 31) гребенки удлиненной формы расположен в проточном тракте (1) и содержит по меньшей мере одно измерительное отверстие (13, 33), образованное вдоль оси (12, 32) и выполненное с возможностью отбора газов, проходящих в проточном тракте (1). Регулировочные средства (16, 36) выполнены с возможностью регулирования угла между осью (12, 32) измерительного отверстия или измерительных отверстий (13, 33) и осью (2) для ориентировки измерительного отверстия или измерительных отверстий (13, 33) в направлении потока газов в проточном тракте (1). Корпус (31) гребенки представляет собой стержень, образующий линию вращения, вокруг которой измерительное отверстие или измерительные отверстия (33) выполнено(нены) с возможностью поворота. Причем стержень (31) снабжен множеством модулей (36), каждый из которых имеет измерительное отверстие (33), при этом модули (36) выполнены с возможностью поворота вокруг стержня (31) независимо друг от друга. Позволяет произвести надежный замер осевой и тангенциальной составляющих потока. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Формула