Пирометр для измерения температуры лопаток газотурбинного двигателя

 

йа .

О П И C А Н и - - < . «а

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Со!оа Советских

Социалистических

Республик

4 + (61) Дополнительное к авт. сэид-зу— (22) Заявлено 19.03.75 (21) 2114545/25 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 05.05.77. Бюллетень № 17 (45) Дата опубликования описания 05.02.79 (51) М.Кл.- 6 01 3 5/14

Государственный комитет по делам изобретений и открытий (53) УДК 538.521.08 (088.8) (72) Авторы изобретения К. JI. Леонтьев, В. A. Цветков, С. С. Цинский и А. А. Макух (71) Заявитель (54) ПИРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

ЛОПАТОК ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к радиационным пирометрам для определения температуры периодически движущихся деталей и может быть использовано для измерения температуры поверхности лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) .

Известны устройства для измерения температуры поверхности периодически движущихся деталей (1), в которых для определения координаты поверхности детали на валу двигателя установлен датчик синхроимпульсов. Большие скорости вращения вала, интенсивная вибрация корпуса и его высокая температура затрудняют конструирование, изготовление, сборку и эксплуата- 15 цию таких датчиков. Кроме того, в некоторых типах ГТД датчик синхроимпульсов установить невозможно из-за отсутствия вывода вала турбины за пределы корпуса двигателя (1). Недостатком этих приборов 20 является невысокая точность измерения.

Известен также пирометр для измерения температуры лопаток газотурбинного двигателя (2), содержащий датчик температуры, временной селектор, измерительный прибор, светоделитель, датчик перепада теплового излучения, в котором информация об угловом положении турбинной лопатки (о координатах поверхности лопатки) извлекается из потока собственного теплового излучения поверхности лопаток, В этом устройстве на выходе датчика перепада теплового излучения в моменты появления в поле зрения оптической системы устройства передней кромки, очередной турбинной лопатки должны появляться импульсы, обусловленные скачком температуры (разностью температур поверхностей ripeдыдущей и передней кромок соседних лопаток). Но при работе ГТД в поле зрения оптической системы устройства, помимо поверхностей и кромок турбинных лопаток, попадают пролетаюшие с большой скоростью в газовом потоке раскаленные мелкие частицы углерода, температура которых выше температуры поверхностей и передних кромок лопаток.

Эти частицы вызывают появление на выходе датчика перепада теплового излучения ложных импульсов, момент возникновения каждого из которых воспринимается временным селектором как момент появления в поле зрения оптической системы передней кромки следующей лопатки. Ложные импульсы,. возникающие от пролета раскаленных твердых частиц, сильно искажают информацию об угловом положении лопаток. Недостатком устройства является невысокая точность измерений (3).

557272

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что пирометр снабжен двумя ждущими генераторами линейно-нарастающего напряжения, фиксатором максимального значения напряжения и компаратором, при этом вход одного из генераторов соединен с выходом датчика перепада теплового излучения, а выход — со входом фиксатора максимального значения напряжения, выход которого соединен с одним из входов компаратора, а синхронизирующий вход и выход второго генератора соединены соответственно с синхронизирующим выходом фиксатора и со вторым входом компаратора, выход которого соединен с запускающим входом второго генератора и вторым входом временного селектора.

На чертеже показана схема предложенного пирометра.

Пирометр для измерения температуры лопаток газотурбинного двигателя состоит из турбинной лопатки 1, светоделителя 2, предназначенного для разделения светового потока от турбинной лопатки на две части, фотоэлектрического датчика температуры

8, на вход которого поступает основная часть теплового излучения турбинной лопатки и на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное температуре, временного селектора 4, на один вход которого поступает выходное напряжение датчика температуры 8, на другой — сигнал U,„„, содержащий информацию об угловом положении лопатки, и на выходе которого появляется выходное напря>кение датчика температуры 8 только в те отрезки времени, в которые в поле зрения пирометра находится заданный участок поверхности лопатки; измерительного прибора 5, предназначенного для индикации или регистрации температуры заданного участка поверхности лопаток; датчика перепада теплового излучения б, на вход которого через светоделитель поступает часть F полного светового потока турбинных лопаток и на выходе которого появляются импульсы

U„в момент резких перепадов светового потока F; ждущего генератора линейно нарастающего напряжения 7, запускаемого выходными импульсами Uq датчика перепада теплового излучения; фиксатора максимального значения напряжения 8, предназначенного для длительного запоминания максимального значения выходного напряжЕНИя Ur.7„„„ГЕНЕратОра 7 И дЛя фсрМИрования синхронизирующего импульса U в момент равенства этого напряжения ранее запомненному максимальному значению напряжения того же генератора; компаратора 9; ждущего генератора линейно нарастающего напряжения 10, скорость нарастания выходного напряжения которого

65 строго равна скорости нарастания выходного напря>кения генератора 7.

Излучение части поверхности нагретой турбинной лопатки 1 разделяется светоделителем 2 на две части и поступает на входы фотоэлектрического датчика температуры 8 и датчика перепада теплового излучения б.

Напря>кение, пропорциональное температуре поверхности турбинной лопатки, с выхода датчика температуры 8 поступает на вход временного селектора 4. Световой поток F,, поступающий на датчик перепада теплового излучения б, содержит в себе излучение передних кромок и поверхностей лопаток и излучение помех от пролетающих раскаленных частиц углерода. На выходе датчика перепада теплового излучения б возникают импульсы напряжения

U„в моменты появления в поле зрения пирометра как передней кромки очередной лопатки, так и помехи — твердой раскаленной частицы. Временные интервалы между импульсами U достигают максимальной величины при отсутствии в поле зрения пирометра раскаленных твердых частиц в течение времени полного прохождения в поле зрения пирометра передней кромки и поверхности хотя бы одной лопатки. Импульсы U.„ ïîñòóïàÿ на вход ждущего генератора линейно нарастающего напряжения 7, запускают его. На выходе этого генератора появляется линейно нарастающее напря>кение Ur -, При поступлении следующего импульса U„íà вход этого генератора прекращается дальнейшее увеличение его выходного напря>кения, и генератор запускается снова. Так как скорость роста напряжения на выходе генератора 7 постоянна, то за больший интервал времени между импульсами U, выходное напряжение генератора U,7 вырастает до большей величины. Величина U,7 достигает наибольшего значения Ur,7макс при прохождении в поле зрения пирометра полностью хотя бы одной лопатки при отсутствии излучения помех — раскаленных твердых частиц углерода. Таким образом, при постоянной скорости вращения турбины величина напряжения U„»„, однозначно определяет время прохождения в поле зрения пирометра одной лопатки турбины.

Величина этого напряжения фиксируется фиксатором максимального значения напряжения 8, запоминается им и достаточно долго держится íà его выходе. Если через некоторое время величина напряжения U, 7 достигает значения У„.7„„,, то íà синхрОнизирующем выходе фиксатора 8 появляется синхроимпульс У„который запускает или синхронизирует ждущий генератор линейно-нарастающего напряжения 10. Напряжение с выхода этого генератора подается на один из входов компаратора 9. На другой вход компаратора подается напряжеНИЕ Ur.7макс С ВЫХОДа фИКСатора MBKCH

557272 мального значения напряжения 8. При достижении U-.I волн нины (1 7.,, на выходе компаратора возникает импульс напряжения U,-... который заново запускает ждуший генератор линейно нарастающе- 5 го напряжения 10 и, кроме того, поступает на вход временного селектора 4. Частота выходного напряжения генератора 10, определяемая величиной напряжения U„-,„,,„„ равна частоте следования лопаток в поле зрения пирометра и не зависит от помех, создаваемых раскаленными частицами углерода. Фаза выходного напряжения этого генератора, определяемая поступающими из фиксатора максимального значения напряжения синхроимпульсами У„соотве-,ствует только моменту появления в поле зрения пирометра передней кромки лопатки н также не зависит от создаваемых раскаленными частицами помех. Поскольку 20 частота и фаза поступающих с выхода компаратора 9 на вход временного селектора

4 импульсов U„,„. совпадает с частотой и фазой выходного напряжения генератора

10, то помехи, создаваемые пролетающим:I 25 в поле зрения пнрометра раскаленными частицами, не искажают информацию об угловом положении лопаток и не вносят помех в работу временного селектора 4.

При поступлении с выхода компаратора 30 импульса на вход временного селектора на сго выходе появляется выходное напряжение фотоэлектрического датчика температуры 8, пропорциональное измеряемой температуре лопатки, на период, равный вр.:- 35 мени прохождения в поле зрения пирометра заданного участка поверхности лопатки.

Это напряжение измеряется или регистрируется измерительным прибором 5, который может быть отградуирован в градусах 40

Цельсия.

Применение двух ждущих генераторов линейно нарастающего напряжения, фиксатора максимального значения напряжения и компаратора для выделения импульсов, соответствующих моментам появления в поле зрения пнрометра передних кромок турбинных лопаток, отличает предложенный пнрометр для измерения температуры лопаток газотурбинного двигателя .от прототипа, так как исключает погрешность определения углового положения турбинных лопаток, вызванную появлением в поле зрения пирометра твердых раскаленных частиц углерода. В результате появляется возможность бесконтактного измерения температуры и бесконтактного определения участков поверхностей лопаток, которым эта температура соответствует, независимо от наличия или отсутствия в газовом потоке твердых раскаленных частиц углерода, Формула изобретения

Пирометр для измерения температуры лопаток газотурбинного двигателя, содержащий датчик температуры, временный селектор, измерительный прибор, светоделитель, датчик перепада теплового излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен двумя ждущими генераторами линейно нарастающего напряжения, фиксатором макси»aëüíoão з IaaeIIIIa напряжения и компаратором, при этом вход одного из генераторов соединен с выходом датчика перепада теплового излучения, а выход — со входом фиксатора максимального значения напряжения, выход которого соединен с одним из входов компаратора, à cIIHxpoHIIзнрующнй вход и выход второго генератора соединены соответственно с синхронизирующнм гыходом фиксатора и со вторым входом компаратора, выход которого соединен с запускающим входом второго генсратора н вторым входом временного селектора.

Источники информации, принятые во вшгманне при экспертизе:

1. Патент США ¹ 3696678, кл. 73-346.

2. Патент Великобритании Xо 1292796, кл. С 1 А.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 488996, кл. G 01 5/02, 1973 (прототип).

557272

1, (.

Си и у оииз а ые и, jc луск

Составитель В, Зуев

Техред В. Рыбакова

Корректор И. Симкина

Редактор Т. Орловская

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 46/160 Изд. № 357 Тираж 778 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, iK-35, Раугпскап пао., д. 4/5