Пирометрическое устройство для измерения температуры лопатки газотурбинного двигателя

 

Использование: область измерения температуры. Сущность изобретения: устройство содержит оптическую головку 1, сопряженную раздвоенным светопроводом 2 с приемниками 3 и 4 излучения, с приемником 4 - через фильтр 5, усилители 6 и 7 на выходе приемников, функциональный преобразователь 8, соединенный с выходами усилителей, делитель 9 на выходе функционального преобразователя, измеритель 10 отношения, соединенный с выходом делителя и выходом первого усилителя 6, последовательно соединенные компаратор 11 и индикатор 12 на выходе измерителя 10 отношения. Отличие сигнала на выходе измерителя 10 отношения от 2 свидетельствует о неисправности. 1 ил.

Изобретение относится к измерению температуры по собственному тепловому излучению объекта и может быть использовано для измерения температуры лопаток турбины ГТД, а также в других областях металлургии, машиностроении и т. д.

Известно устройство для измерения температуры лопатки ГТД с контролем, в котором на приемник излучения подается излучение от эталонной лампы, а на выходе снимается сигнал, пропорциональный потокам от лампы и объекта. Постоянство потока и напряжения на выходе, пропорционального потоку (при стабильных характеристиках лампы), характеризует исправность приемника излучения и усилителя [1] Недостатком его является невозможность контроля оптической головки и светопровода. Кроме того, наличие в нем вибрирующего или вращающегося модулятора потока от объекта и лампы понижает надежность.

Наиболее близким к предложенному является устройство для измерения температуры лопаток ротора ГТД, содержащее оптическую головку, укрепленную на корпусе, раздвоенный светопровод для сопряжения оптической головки с приемниками излучения непосредственно и через фильтр соответственно. Приемники излучения через усилители соединены с блоками, включающими в себя последовательно соединенные усилители с управляемым коэффициентом усиления и линеаризующие блоки, подключенные через блок разности к усилителю разностного сигнала, выход которого подключен к входам управления усилителей с управляемым коэффициентом усиления[2] Недостатком его является низкая надежность вследствие отсутствия контроля состояния оптической головки, светопровода и электрической преобразующей части.

Изобретение направлено на повышение надежности за счет обеспечения контролеспособности, что исключает выдачу на выходе ложного сигнала, не соответствующего температуре лопатки.

Это достигается тем, что в пирометрическое устройство для измерения температуры лопаток ГТД, содержащее приемники излучения, оптическую систему, включающую раздвоенный светопровод для сопряжения непосредственно с первым и через фильтр с вторым приемниками излучения, первый и второй усилители, входы которых подключены к выходам приемников излучения, введены функциональный преобразователь, делитель с коэффициентом передачи 0,5, измеритель отношения и последовательно включенные компаратор и индикатор исправности, при этом входы функционального преобразователя соединены с выходами соответствующих усилителей, входы измерителя отношений соединены соответственно с выходом первого усилителя непосредственно и через делитель с выходом функционального преобразователя, выход измерителя отношений соединен с входом компаратора.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит оптическую головку 1, укрепленную на корпусе двигателя, светопровод 2, сопряженный одним торцом с оптической головкой 1, другими торцами с приемниками 3 и 4 излучения, непосредственно с приемником 3 и через фильтр 5 с приемником 4, усилители 6 и 7 на выходах приемников излучения, функциональный преобразователь 8, соединенный с входами усилителей, делитель 9, включенный на выходе преобразователя 8 и соединенный выходом с измерителем 10 отношения, другой вход которого соединен с выходом первого усилителя 6, последовательно соединенные компаратор 11 и индикатор 12 исправности, включенные на выходе измерителя 10 отношения.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от лопатки проецируется оптической головкой на входной торец светопровода 2. Излучение с первого выходного торца светопровода преобразуется в электрический сигнал приемником 3 и усиливается усилителем 6. Излучение с второго выходного торца светопровода ограничивается по спектру фильтром 5 и преобразуется в электрический сигнал приемником 4 излучения и усиливается усилителем 7. Сигнал на выходе усилителя 6 и всего устройства равен U_вых GKKQ₁λ^-₁⁵Kexp- а на выходе усилителя 7 U₇ GKKQ₂λ^-₂⁵K_фKexp- где G коэффициент, характеризующий поле зрения оптической головки; К₁'' и К₂'' коэффициенты передачи на выходных торцах светопровода относительно входного; Q₁ и Q₂ коэффициенты преобразования приемников 3 и 4 излучения; К_ф коэффициент передачи фильтра; К₁''' и К₂''' коэффициенты усиления усилителей 6 и 7; К₁' и К₂ ' коэффициенты передачи (прозрачности) оптической головки в рабочих участках спектра;
λ₁ и λ₂ эффективные длины волн излучения, воспринимаемого приемниками 3 и 4;
Т температура лопатки, К;
С₂ постоянная Планка. Обозначим GK₁' K₁''K₁''' Q₁ λ₁^-5 K_1об;
GK₂' K₂ ''K₂''' К_фQ₂ λ₂^-5 K_2об и получим выражения сигналов на выходах усилителей
U_вых K_1обexp-
U₇ K_2обexp- Сигналы U_вых и U₇ поступают на оба входа функционального преобразователя 8. Сигнал U_вых возводится в степень 1 β, где β λ₁/ λ₂, а сигнал U₇ усиливается в К_пр раз и далее они перемножаются. Все эти преобразования осуществляются функциональным преобразователем 8. На его выходе формируется сигнал
U₈ K_прU₇U^1-β_вых K_прK_2об(K_1об)^1-βexp-
При первоначальной настройке (т.е. при исправности всех элементов устройства) значение К_пр устанавливается равным
K_пр где К_{1 иоб} и К_{2 иоб} равны значениям К_1об и К_2об при исправности тракта устройства. При этом сигналы U_вых и U₇ равны при любой температуре лопатки (в диапазоне измерения). Сигнал U_вых и ослабленный в два раза делителем 9 сигнал U₈ поступают на вход измерителя 10 отношения, который вычисляет отношение
U_вых/0,5U₈, т.е. на его выходе формируется сигнал
U₁₀ 2U_вых/U₈ при исправных элементах устройства.

На выходе измерителя 10 отношения формируется сигнал, равный 2 независимо от измеряемой температуры лопатки (при заданном диапазоне измеряемых температур). Сигнал с выхода измерителя 10 отношения поступает на двухпороговый компаратор 11, который формирует выходной сигнал только при наличии на входе сигнала U₁₀, т.е. только при исправности всего тракта устройства. Этот сигнал фиксируется индикатором 12 исправности. Появление неисправности ведет к изменению сигнала U₁₀, а следовательно, и к исчезновению сигнала исправности.

Формула изобретения

ПИРОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЛОПАТКИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащее приемники излучения, оптическую систему, включающую раздвоенный световод для сопряжения непосредственно с первым и через фильтр с вторым приемниками излучения, первый и второй усилители, подключенные к выходам приемников излучения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения контролеспособности всего тракта устройства, в него введены функциональный преобразователь, делитель с коэффициентом передачи 0,5, измеритель отношения и последовательно включенные компаратор и индикатор исправности, при этом входы функционального преобразователя соединены с выходами соответствующих усилителей, входы измерителя отношения соединены соответственно с выходом первого усилителя непосредственно и через делитель с выходом функционального преобразователя, а выход измерителя отношения соединен с входом компаратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1