Проблемы измерения температур при малых разностях температур на входе и выходе устройств

Учет неравномерностей полей температур

В силу большого количества причин поля температур рабочих тел в турбомашинах неравномерны.

Неравномерности можно разделить: - неравномерности по окружности проточной части;

- неравномерности по радиусу проточной части.

Наиболее важную роль играют высокотемпературные неравномерности, т.к. перекосы таких температур могут приводить к местным перегревам, неравномерным расширениям и т.п., что сильно влияет на прочность деталей.

Причины возникновения температурных перекосов:

- неравномерная работа горелочных устройств в КС, особенно если зона смешения одной горелки и зона

смешения другой (или их зоны горения) не объединены (секционные КС);

- дефекты лопаточного аппарата (загнутые кромки, выщербины и т.д. – приводят к местному срабатыва

нию различных по величине теплоперепадов, что влияет на распределение температур);

- дефекты системы охлаждения (засорение каналов, утечки и т.д.);

- изменение степени реактивности по высоте ступени (теплоперепад в разных сечениях разный срабаты

вается, в СА – уменьшается по высоте, в РК – увеличивается).

Поэтому температурные поля обычно осредняют (по площади, по расходу). Для точного осреднения нужно замерить как можно больше точек.

Ввиду всех этих особенностей трудно измерить поле температур в средних ступенях, поэтому чаще всего меряют поля на выхлопе.

К таким устройствам можно отнести:

- нагнетатель: Δt = 15 – 30^О;

- теплообменные аппараты (особенно для водяных аппаратов): Δt = 10 – 15^О.

Для этих устройств эти Δt необходимо мерять с большой точностью, т.к. они относятся к основным рабочим характеристикам (нагнетатель – мощность зависит от Δt, маслоохладитель – тепловой поток). Необходима точность (абс. погрешность) на уровне 0.5^ОС, а иногда и 0.1^ОС (измерение мощности ЦН например).

Измерение давлений

Давление – это нормальное напряжение в РТ.

В трактах ГТУ необходимо измерение как статического, так и полного давлений, поэтому существуют измерители статического давления, скоростного напора и полного давления.

Измерение статического давления.

При движении РТ в трубопроводах и каналах его давление падает из-за гидравлических потерь, а также может меняться при изменении сечения канала, поэтому необходимо соответствующим образом выбирать точку замера и учитывать её положение.

Если жидкость несжимаемая и невязкая, то при её течении без вихрей (ламинарное) статическое давление по сечению канала постоянно.

В реальности есть и вязкость и сжимаемость, поэтому давление по сечению изменяется, поэтому необходимо выбирать точку замера в соответствии с целью замера.

Приемники статического давления.

Разделяются на приемники: - с поверхности потока;

- в объеме потока.

Приемники стат. давл. с поверхности – простейшее такое устр-во – отверстие в стенке канала – рис.1. Также такие исполнения – рис.2, рис.3.

Требования к выполнению: - должно быть перпендикулярно поверхности;

- диаметр отверстия – 0.5 … 1.0 мм;

- не должно быть заусенец и фасок (чтоб не было завихрений).

Для исключения влияния неравномерности статического давления по окружности, необходимо производить его замер в нескольких точках по окружности и можно его осреднять. Обычно это осреднение проводится в кольцевом коллекторе – рис. 4.

Требования к импульсным линиям статического давления (это трубопроводы, соединяющие точки отбора статического давления с приборами измерения):

1. Импульсные трубки – стальные трубки диаметром 6…8 мм, толщина стенки 1 мм. Трубки бесшовные, обычно из нержавеющей стали. Длина импульсных линий – не более 50 м. При больших длинах возникает большой паразитный объем, влияющий на измерения, вызывая искажения полезного пневматического сигнала.

2. Обеспечение прочности. При температурах более 250 ^оС и давлении большем 50 кгс/см², импульсные линии подвергаются специальному расчету на прочность.

3.Нужно обеспечивать герметичность соединений импульсных линий. Проверка на герметичность: контролируется утечка по скорости падения давления при пневмоиспытании. Допускается скорость падения давления 15% в минуту.

4.Должны быть исключены водяные пробки на газовых импульсных линиях и воздушные мешки на жидкостных имп. линиях. Это достигается определенной методикой прокладки имп. линий: жидкостные линии идут с подъемом к месту измерения и имеют кран для продувки, а газовые линии идут с понижением к месту измерения и тоже имеют кран для продувки. Необходимо контролировать места, где самые высокие точки и устанавливать здесь продувочные краны.

5.Необходимо контролировать и по возможности исключать перегрев и переохлаждение жидкостных имп. линий, так как из-за этого могут возникать пробки в трубках.

6.Прокладывать имп. линии надо так, чтобы они не повреждались. Типичное повреждение – пережим.

7.Импульсные линии должны быть защищены от вибрационных поломок.

Измерение статических давлений в объеме потока - такое измерение выполняется с помощью зондов. Обычно используют трубку Пито-Прандтля (рис. – самому).

Измерение полного давления.

Для несжимаемой жидкости: Р^* = Р + ρ ^. С²/ 2; С = (2 ^.ΔР/ ρ)^1/2 ^. К, К = 0,95…0,99.

Для измерения полного давления существуют специальные зонды или приемники полного давления. Наиболее распространенным зондом является трубка Пито-Прандтля – рис.1.

Достоинство трубки Пито-Прандтля – если трубка выполнена по нормам (т.е. все её размеры соответствуют выбранному d трубки), то она не требует тарировки.

Недостатки: - чувствительна к направлению потока;

- довольно громоздка – трудно заводить в трубу;

- сложность конструкции.

Иногда делают такой приемник – рис.2, который менее чувствителен к точному ориентированию, но такая трубка требует тарировки.

Существуют и другие варианты зондов, например такая конструкция – рис.3, но обязательно нужна тарировка и обладает высокой чувствительностью к направлению, а также сложность изготовления.

Приемники полного давления для многоярусных зондов.

Зонды составляются из нескольких элементов - приемников полного давления, что позволяет производить замеры давления по всему сечению канала (снять поле давлений). Такие зонды подлежат проверке на прочность и вибростойкость.

Существуют разные конструкции элементов зонда, например такая – рис. 4.

Такая конструкция имеет недостаток – сложность изготовления.

Требования ГОСТ при измерении давления в турбомашинах многоярусными зондами: статическое давление меряют не менее чем в 4-х точках по окружности, в плоскости, перпендикулярной к потоку. По высоте проточной части элементов турбомашин Р_СТ и Р^* меряют не менее чем в 5-и точках по радиусу, причем измерение Р_СТ в корне и на периферии обязательно.

Приборы для измерения давления.

Могут быть разделены на группы по: - по точности;

- по уровню измеряемого давления;

- по принципу измерения давления.

Для измерения малых (до 200 мм в. ст.) применяются спиртовые дифференциальные манометры с наклонной трубкой (микроманометры) – рис.1.

Достоинства: - точен;

- позволяет менять точность путем изменения угла наклона трубки;

Недостатки: - только малые давления меряет;

- чувствителен к температуре спирта;

- хрупкий.

До 2000 мм в. ст. используются U-образные дифманометры – рис.2.

Тоже довольно точны, но хрупки.