Метрологическое обеспечение производства и испытаний газотурбинных двигателей летательных аппаратов Иванов В.С. (1014177), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Высокая теплонапряженность лопаток турбины требует надежного их контроля. Это может быть эффективно осуществлено путем установки на двигатель оптического пирометра, способного проконтролировать сразу все лопатки заданной ступени турбины. При описании принципа действия оптического пирометра целесообразно рассмотреть излучение абсолютно черного тела, под которым понимают тело, поглощающее все падающие лучи н излучающее максимум энергии при данной температуре. Физическук> модель абсолютно черного тела можно представить в виде полой сферы с равномерно нагретой внутренней поверхностью и имевнцей малое по сравнению со сферой входное отверстие. Благодаря этому излучение любого луча, вошедшего в это отверстие, будет приближаться к излучению абсолютно черного тела.
Абсолютно черное тело имеет непрерывный спектр излучения, схватывающии все длины волн. Однако распределе- ние лучистой энергии в спектре неравномерно и зависит от температуры тела. Таблица 7 Параметры и технические требования первичных преобразователей пирометров частичного излучения для термометрирования лопаток турбины ГТД Наименование параметра Значение параметра 4 диапазона (750 — 1150) С Диапазон измеряемых температур Погрешность измерения Расстояние от торца преобразователя до цепи 7 вариантов от оО до 225 мм (Π— 100) кГц Диапазон частот Время установления рабочего режима (1.5 — 5) мин Питание Условия работы: 650 С в зоне защитного стекла 350 'С в зоне светодиода 80 С в зоне термостата фотодиода С, Ю; =С1.Г е где С1 и С вЂ” константы; Х вЂ” длина волны; Т вЂ” температура. 51 Спектральная плотность излучения может быть выражена формулой Вина: , Пирометры, использующие в качестве приемника излучения фотодиод, который воспринимает часть от полного излучения, относятся к пнрометрам частичного излучения.
Величину фототока для них можно приближенно оценить из выражения (36) где коэффициент черноты применяемых турбинных лопаток ~ = 0,75 — 0,9, при этом С П = ср ср С37) где л — длина вочгь.; 7 — температура; С2 — константа. Для кремниевого фотодиода, предназначенного для измерения температур нагретого тела в диапазоне 700 — 1000 С, можно принять а =- 16 — 12. Однако приведенные формулы пригодны лишь для ориентировочных расчетов. Все оптические пирометры «радунруются на установках типа абсолютного черного тела.
Важной характеристикой преобразователя является размер пятна визирования на контролируемой лопатке, диаметр которого составляет 6 — 8 мм. Находится в стадии исследований разработка пирометров полного пзлучения (яркостные пирометры) и цветовых, с помощью которых возможно измерить не только температуру поверхности тел, но и температуру нагретого газа. Перспективным и развивающимся направлением бесконтактной пирометрии является метод спектральных измерений. Уделяется внимание совершенствованию ультразвуковых и акустических методов измерений температуры. 5. ИЗМЕРЕНИЕ СИЛОВЫХ И РАСХОДОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ 5.1. Измерение усилия тяги 52 Измерение усилия тяги затрагивает не только измерительные приборы, но и оснащение испытательного стенда, конструкцд щ дапцйаоплаа ~унрю~ы р право™п» ти тта и тъ1ъй/ ч Рй О прочие элементы.
Дело в том, что на точность измерений тяги влияет температура, влажность воздуха и другие факторы Изменение температуры может приводить к смещению динамоплатформы вследствие так называемого маятникового эффекта. Поэтому в конструкции динамоплатформы предусматриваются специальные компенсаторы. Поскольку на стендах проводятся испытания двигателей разного типа, необходим широкий диапазон измерений тяги, что приводит к использованию многодиапазонных систем с дистанционно управляемыми градупровочпымп устройствами и нагружателями. Наибольшее распространение получили следующие тягоизмерительные устройсгва (см. рис.
11): рычажно-механические; гидрокомпенсационные, вибрационно-частотные, тензометрические. Для измерения усилия тяги измерительное устройство механические связывается с динамоплатформой и воспринимает ее воздействие. Простейшие рычажно-механические устройства представляют собой рычажно-пружинные или маятниковые весы ~24~. Эти достаточно примитивные и устаревшие устройства могут использоваться в основном для ориентировочной оценки режима работы двигателя.
В связи с автоматизацией измерений приборы со стрелочно-шкальным отсчетом показаний сейчас заменяются более современными цифровымн приборами 1251, обеспечивающими ввод информации с ЗВМ в темпе эксперимента. Погрешность измерения, как основного показателя тягоизмерительного устройства„не должна превышать 0,5".~,. Этому требованию удовлетворяют гидрокомпенсационные системы, з которых усилие, создаваемое реактивной тягой двигателя и псредаваемое дннамоплатформе, автоматически уравновешивается усилием силового элемента.
В реальных гидрокомпенсационных тягоизмернтельных системах в качестве чувствительного элемента обычно используется упругая мембрана, а в качестве измерителя давления — весовой рейтерный измерительный прибор высокого класса точности (0,05). Высокая точность достигается за счет компенсационного метода измерения. Рейтерные весы оснащаются кодирующим преобразователем для передачи данных на ЭВМ. Гидрокомпенсационные тягоизмерительные системы, обладая необходимой точностью измерения~ в то же время имеют существенный недостаток, а именно низкое быстродействие, и поэтому пх применение для измерений на неустановившихся переходных режимах практически невозможно.
Силоизмерительные тецзопреобразователи тппа ТВС изготавливаются на диапазон от 0,1 до 30 т и имеют погрешность 0,25%. Представляют интерес силоизмерителн с вибрационно-частотными преобразователями с погрешностью измерений (0,25 — 0,5)% ~191, ~121, ~131.
5.2. Измерение расхода топлива ~т Удельный расход топлива С„„= —, т. е. расход топлива, ознесенный к тяге, является одним из важнейших параметров ~16], характеризующих экономичность двигателя. Для измерений расхода топлива существуют следующие методы и средства измерений (рис. 12): объемный, весовой, скоростной (турбинный и крыльчатый), обтекания. До недавнего времени наиболее широко использовался объемный и весовой методы измерений. В последнее время получают развитие и применение скоростные турбинные расходомеры.
Объемный метод основан на измерении времени истечения заданного ооъема жидкости с помощью мерного бака. Для правильной работы расходомерного устройства, обеспечивающей бесперебойную подачу топлива двигателю, необходимо соблюдение условий: Ъ'„> 1" и Р'„. > 1".
Расход топлива определяется по формуле г у С (38) где Ъ' — компенсационный объем; Ъ'„— мерный объем; у— плотность жидкости; т — время расходования мерного объема. К крупным недостаткам объемного метода измерения относятся большая длительность измерения (обычно от 60 до 2000 с), невозмо:кность измерения на переходных режимах.
Ероме того, необходим контроль температуры топлива. Для точного измерения расхода топлива с погрешностью не более 0,5% следует учитывать стекание топлива со стенок бака. Необходимые поправки на этот эффект могут быть внесены в результаты измерений путем динамической градупровки мерного бака, осуществляемой при пониженнои скорости опорожнения. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ РАСХОДА ТОПЛИВ См екж я 1 1 В~о~~ Шариковый расходомер 0,5-1,0 % Рис.
12. Классификационная схема методов и средств измерений расхода топлива ГТД Весовой метод измерения считается более точным, чем объемный, так как не требуется измерять плотность топлива. Суть этого метода заключается в измерении истечения установленный массы топлива: (39) где М вЂ” масса истекающего топлива; т, — время истечения. Весовой измеритель расхода топлива представляет собой мерный бак, установленный на автоматические весы, которые фиксируют момент начала истечения топлива и момент расходования заданной массы.
Основные трудности при реализации этого метода связаны с устранением влияния подводящих и отводящих трубопроводов для топлива, которые могут создать'дополнительную нагрузку и вызвать погрешность измерений. Имеются различные технические решения, уменьшающие реакцию трубопроводов путем использования гибких дюритовых шлангов и длинных металлических трубок. Следует признать, что весовые расходомеры являются сложными, громоздкими устройствами, которые, как и объемные, имеют общий недостаток, связанный с большой длительностью измерений.
Скоростные турбинные расходомеры более компактны и удобны в эксплуатации. Поскольку они имеют недостаточную кратность отношения минимально измеряемого значения к максимальному (порядка 1:10), то для измерений в широком диапазоне приходится использовать несколько преобразователей на различные предметы измерений. Погрешность подобной системы составляет (0,5 — 1,0)%.
Необходимо отметить, что в подаче топлива всегда имеют место пульсации. Поэтому измерительное устройство обычно выполняется на основе электронно- счетного усредняющего принципа, что дает показания, усредненные во времени: (1 — 10) с. Получают развитие расходомеры обтекания на основе турбинки с противодействующей пружиной. 5.3. Измерение радиальных зазоров В проблеме экономичности ВРД значительное место занимает изучение потерь в газово-воздушном тракте двигателя и, в частности, измерение и регулирование радиальных зазоров между концами лопаток и корпусом. Изменение тепловых и механических нагрузок 12Ц приводит к тому, что зазоры в процессе работы изменяются, в то время как желательно сохранить нх расчетное значение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
