RU1841081C - Pyrometer optical system and method of pyrometer optical system sealing assy assembly - Google Patents

Abstract

FIELD: instrumentation.

SUBSTANCE: invention relates to instrumentation. Proposed system comprises cylindrical barrel with one end secured to objective-lens and opposite end to radiator composed of ribbed cylindrical surface arranged at outer surface of said barrel, fibre waveguide, corrugated metal sleeve connected with radiator via sealing assy. Fibre waveguide end face is coupled with extra radiator while opposite end face composed by light guide bundle is arranged inside corrugated metal sleeve coupled via braid with said extra radiator. Barrel inner and outer surfaces are provided with bores.

EFFECT: decreased overall dimensions, higher heat resistance and reliability.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и более конкретно к пирометрам частичного излучения, предназначенным для измерения температуры рабочих лопаток турбины газотурбинного двигателя (ГТД).The invention relates to measuring technique and more particularly to partial radiation pyrometers designed to measure the temperature of the working blades of a turbine of a gas turbine engine (GTE).

Известен объектив ОПП, состоящий из линзы, гибкого волоконного световода, тубуса и гибкой защитной оболочки для световода, выполненной из нержавеющей трубки. Этот объектив обладает низкой термо- и вибростойкостью из-за отсутствия на тубусе объектива радиатора, предохраняющего от перегрева проклеенный конец световода, и характеризуется низкими эксплуатационными свойствами из-за наличия нержавеющей трубки в качестве защитной оболочки световода, которая при вибрациях и частых изгибах по одному месту приобретает в этом месте наклеп и ломается, что является одной из причин отказа.Known OPP lens, consisting of a lens, a flexible fiber, a tube and a flexible protective sheath for a fiber made of stainless steel tube. This lens has low thermal and vibration resistance due to the absence of a radiator on the lens barrel that protects the glued end of the fiber from overheating, and is characterized by low performance due to the presence of a stainless tube as a protective sheath of the fiber, which, in case of vibration and frequent bending, is in place Gains hardening in this place and breaks, which is one of the reasons for the failure.

Известны объективы ОПП [1], имеющие на тубусе радиатор, состыкованный с гофрированным рукавом, применяемым в качестве защитной оболочки волоконного световода. Данные объективы обладают повышенной вибростойкостью, но недостаточной термостойкостью из-за малой эффективности радиатора.Known OPP lenses [1] having a radiator on the tube that is docked with a corrugated sleeve used as a protective sheath for a fiber waveguide. These lenses have increased vibration resistance, but insufficient heat resistance due to the low efficiency of the radiator.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является объектив ОПП [2], имеющий радиатор на тубусе, к которому пристыковывается защитная оболочка гибкого волоконного световода, выполненная из гофрированного металлорукава в оплетке, герметично заделанного в оправку припоем типа ВПР [3]. Недостатками указанного технического решения являются низкая эффективность радиатора, отводящего тепло от проклеенного конца световода, которая обуславливает низкую термостойкость и большие длинновые габариты жесткой части объектива.The closest technical solution to the claimed one is an OPP lens [2], which has a radiator on a tube to which a protective sheath of a flexible fiber optic cable is made, made of a corrugated metal sleeve in a braid hermetically sealed in a mandrel with VPR type solder [3]. The disadvantages of this technical solution are the low efficiency of the radiator, which removes heat from the glued end of the fiber, which causes low heat resistance and large long dimensions of the rigid part of the lens.

Целью настоящего изобретения является снижение габаритов жесткой части объектива и увеличение термостойкости объектива.The aim of the present invention is to reduce the dimensions of the rigid part of the lens and increase the heat resistance of the lens.

Цель изобретения достигается тем, что тубус объектива, к которому крепятся с одной стороны линза, а с другой стороны радиатор с металлорукавом, выполнен из стали, имеющей низкий коэффициент теплопроводности. На наружной и внутренней поверхности тубуса выполнены проточки, сокращающие сечение стенки тубуса и увеличивающие его тепловое сопротивление.The purpose of the invention is achieved in that the lens barrel, to which the lens is attached on one side, and on the other hand a radiator with a metal sleeve, is made of steel having a low coefficient of thermal conductivity. Grooves are made on the outer and inner surfaces of the tube, reducing the cross section of the tube wall and increasing its thermal resistance.

Заделка металлорукава в оправку выполнена снаружи металлорукава, не давая возможности ему изгибаться в этом месте, что позволяет расположить во внутренней полости металлорукава негибкую проклеенную часть волоконного световода - это сокращает габариты жесткой части объектива. Снаружи тубуса имеются радиаторы, выполненные из материалов с высокой теплопроводностью, например из меди. Проклеенная часть волоконного световода заделана в дополнительный радиатор, выполненный из материала с высокой теплопроводностью (например из меди).The termination of the metal hose into the mandrel is made outside the metal hose, preventing it from bending at this point, which allows the flexible, glued part of the fiber optic cable to be placed in the internal cavity of the metal sleeve - this reduces the dimensions of the rigid part of the lens. Outside the tube there are radiators made of materials with high thermal conductivity, such as copper. The glued part of the fiber is embedded in an additional radiator made of a material with high thermal conductivity (for example, copper).

Сущность изобретения поясняется фиг. 1.The invention is illustrated in FIG. one.

Гофрированный металлорукав 1, применяемый в качестве защитной оболочки для световода, заделан в оправку 2, обжимающую оплетку 3. Оправка 2 расположена на внешней поверхности защитной оболочки.Corrugated metal sleeve 1, used as a protective sheath for the fiber, is embedded in a mandrel 2, crimping the braid 3. The mandrel 2 is located on the outer surface of the protective sheath.

К оправке 2 пристыкована технологическая шайба 5, необходимая для выполнения герметичной пайки (сварки) гофры 4, оплетки 3 и оправки 2, являющихся составными частями защитной оболочки для световода. Оправка 2 герметично пристыкована также к медному радиатору 6, который образует своей наружной поверхностью, расположенной внутри тубуса 7, петлевую полость вместе с внутренней поверхностью тубуса 7. Тубус 7 выполнен из материала с низким коэффициентом теплопроводности, например из стали типа 12х18Н9Т. На наружной поверхности тубуса 7 имеется проточка А, а на внутренней - проточки Б, В и Г, увеличивающие его тепловое сопротивление. Тубус 7 контактирует с линзой 9 и медными радиаторами 10. Радиатор 6 служит для отвода тепла с проклеенной части световода 8 и центровки главной оптической оси световода.A technological washer 5 is docked to the mandrel 2, which is necessary for the tight soldering (welding) of the corrugation 4, braid 3 and mandrel 2, which are components of the protective sheath for the fiber. The mandrel 2 is also hermetically docked to the copper radiator 6, which forms, with its outer surface located inside the tube 7, a loop cavity along with the inner surface of the tube 7. The tube 7 is made of a material with a low coefficient of thermal conductivity, for example, steel type 12x18H9T. On the outer surface of the tube 7 there is a groove A, and on the inner surface there are grooves B, C and D, which increase its thermal resistance. The tube 7 is in contact with the lens 9 and copper radiators 10. The radiator 6 is used to remove heat from the glued part of the fiber 8 and align the main optical axis of the fiber.

Габариты Н жесткой части объектива сокращаются за счет того, что конфигурация радиатора 6 и узла заделки металлорукава 1, состоящего из оплетки 3, гофры 4, оправки 2 и шайбы 5, позволяет расположить проклеенную часть световода 8 внутри гофры 4 на величину ℓ относительно наружного торца оправки 2.The dimensions H of the rigid part of the lens are reduced due to the fact that the configuration of the radiator 6 and the seal assembly of the metal sleeve 1, consisting of a braid 3, a corrugation 4, a mandrel 2 and a washer 5, allows the glued part of the optical fiber 8 to be located inside the corrugation 4 by величину relative to the outer end of the mandrel 2.

Заявляемые устройства: объектив ОПП, радиатор объектива и узел заделки металлорукава - работают следующим образом.The inventive device: the OPP lens, the radiator of the lens and the site of embedding metal hoses - work as follows.

Линза 9, температура которой при работе достигает +650°C:Lens 9, the temperature of which during operation reaches + 650 ° C:

1) передает лучистый поток Ф от лопатки на торец проклеенного конца световода 8, который является наименее термостойкой частью объектива. Величина температуры источника излучения, от которого передается тепловой поток Ф, может достигать +1500°C, а термостойкость проклеенного конца световода - не более +350°C.1) transfers the radiant flux Φ from the blade to the end of the glued end of the optical fiber 8, which is the least heat-resistant part of the lens. The temperature of the radiation source from which the heat flux Φ is transmitted can reach + 1500 ° C, and the heat resistance of the glued end of the fiber can be no more than + 350 ° C.

2) с ее поверхности снимается поток тепла Q за счет перемещения (перетекания) воздуха, расположенного во внутренней замкнутой полости объектива, в направлении от внутренней поверхности линзы к полированному торцу проклеенной части световода 8.2) the heat flux Q is removed from its surface due to the movement (overflow) of air located in the inner closed cavity of the lens in the direction from the inner surface of the lens to the polished end of the glued part of the optical fiber 8.

Теплопередача теплового потока Q с фланца на тубусе, прогретого при работе до 650°C…1100°C, происходит вдоль тубуса 7. Величина Q уменьшается за счет проточек А, Б, В, Г, повышающих тепловое сопротивление тубуса и частично снимается медными ребрами 10.The heat transfer of the heat flux Q from the flange on the tube heated to 650 ° C ... 1100 ° C during operation occurs along the tube 7. The Q value decreases due to the grooves A, B, C, D, which increase the thermal resistance of the tube and are partially removed by copper fins 10 .

Способ стыковки гофрированного металлорукава 1 с оправкой 2 заключается в следующей последовательности технологических операций:The method of docking the corrugated metal hose 1 with the mandrel 2 is the following sequence of technological operations:

1) Оправка 2 одевается на наружную поверхность металлорукава 1.1) The mandrel 2 is worn on the outer surface of the metal sleeve 1.

2) Производится обжимка наружной поверхности оправки 2 для фиксации перед пайкой гофры 4, оплетки 3 и оправки 2 между собой.2) The outer surface of the mandrel 2 is crimped to fix the corrugation 4, braid 3 and mandrel 2 between each other before soldering.

3) Устанавливается на наружной поверхности металлорукава 1 перед оправкой 2 технологическая шайба 5 и колечко припоя типа ВПР-3, примерно равное по массе технологической шайбе 5 и имеющее с шайбой 5 одинаковое электрическое сопротивление для вихревых токов "Фуко".3) Installed on the outer surface of the metal hose 1 in front of the mandrel 2, a technological washer 5 and a solder ring of the VPR-3 type, approximately equal in weight to the technological washer 5 and having the same electrical resistance with the washer 5 for the Foucault eddy currents.

4) Размещается узел заделки металлорукава с колечком припоя в вакуумной камере так, что оси вращения всех деталей узла заделки располагаются вертикально, соосно высокочастотному индуктору, при этом припой и технологическая шайба 5 располагаются в центре индуктора.4) The sleeve assembly is placed with a solder ring in the vacuum chamber so that the axis of rotation of all parts of the seal assembly are aligned vertically coaxially with the high-frequency inductor, while the solder and the technological washer 5 are located in the center of the inductor.

5) Создается вакуум 10^-3 мм рт.ст. в вакуумной камере.5) A vacuum of 10 ^-3 mm Hg is created. in a vacuum chamber.

6) Производится высокочастотный разогрев узла заделки металлорукава, который сопровождается тем, что:6) High-frequency heating of the sleeve assembly is performed, which is accompanied by the fact that:

- технологическая шайба 5 и колечко припоя разогреваются одновременно до одинаковой температуры, поскольку они имеют одинаковое электрическое сопротивление для вихревых токов "Фуко";- the technological washer 5 and the solder ring are heated simultaneously to the same temperature, since they have the same electrical resistance for the Foucault eddy currents;

- при достижении температуры плавления (1200°C) припой переходит в жидкое состояние и обтекает (смачивает) технологическую шайбу 5 со всех сторон за счет сил поверхностного натяжения жидкой фазы припоя, одновременного достижения равенства температуры припоя и технологической шайбы 5;- when the melting point is reached (1200 ° C), the solder goes into a liquid state and flows around (moistens) the technological washer 5 from all sides due to the surface tension forces of the liquid phase of the solder, while achieving equal temperature of the solder and the technological washer 5;

- жидкий припой смачивает оправку 2, гофру 4 и оплетку 3, частично выходя из зоны индукционного разогрева узла заделки металлорукава.- liquid solder wets the mandrel 2, the corrugation 4 and the braid 3, partially leaving the zone of induction heating of the seal sleeve assembly.

7) Отключается индукционный разогрев, снимается вакуум.7) Induction heating is turned off, the vacuum is removed.

8) Срезается конец металлорукава, выходящий за пределы технологической шайбы 5.8) Cut off the end of the metal sleeve, extending beyond the technological washer 5.

9) Производится проверка узла заделки металлорукава на герметичность.9) Checks the site of embedding the metal hose for leaks.

Для технологической обжимки оправка 2 имеет поднутрение на внутренней цилиндрической поверхности.For technological crimping, the mandrel 2 has an undercut on the inner cylindrical surface.

Данное поднутрение частично заполняется припоем ВВР-3 при пайке и способствует лучшей герметизации металлорукава с оправкой 2 и является, таким образом, своеобразным барьером для протекания припоя при пайке на величину, не выходящую за пределы торца оправки 2, ограничивающего габариты Н жесткой части объектива.This undercut is partially filled with VVR-3 solder during soldering and contributes to better sealing of the metal hose with mandrel 2 and is thus a kind of barrier for the flow of solder during soldering by an amount that does not go beyond the end of the mandrel 2, which limits the dimensions H of the hard part of the lens.

Основными преимуществами заявляемого объектива ОПП по сравнению с аналогами и прототипом являются:The main advantages of the inventive OPP lens in comparison with analogues and prototype are:

- повышенная вибро- и термостойкость и малые габариты жесткой части объектива.- increased vibration and heat resistance and small dimensions of the hard part of the lens.

Повышенная термостойкость заявляемого объектива ОПП обеспечивается:The increased heat resistance of the inventive OPP lens is provided by:

1. Наличием медных ребер на стальном тубусе объектива.1. The presence of copper fins on the steel tube of the lens.

2. Наличием петлевой полости, образованной внутренней поверхностью тубуса и наружной поверхностью дополнительного медного радиатора, в который заделывается проклеенный конец световода.2. The presence of a loop cavity formed by the inner surface of the tube and the outer surface of an additional copper radiator, into which the glued end of the fiber is sealed.

Уменьшение габаритов жесткой части заявляемого объектива по сравнению с приведенными аналогами и прототипом достигается:The reduction in size of the hard part of the inventive lens in comparison with the above analogues and prototype is achieved:

1. Повышением эффективности работы радиатора за счет комбинации материалов, его отдельных частей: стали, имеющей низкий коэффициент теплопроводности и меди, имеющей высокий коэффициент теплопроводности.1. Increasing the efficiency of the radiator due to the combination of materials, its individual parts: steel, having a low coefficient of thermal conductivity and copper, having a high coefficient of thermal conductivity.

2. Конфигурацией тубуса, имеющего проточки на внутренней и наружной поверхности для увеличения его теплового сопротивления.2. The configuration of the tube having grooves on the inner and outer surfaces to increase its thermal resistance.

3. Конфигурацией радиаторов, один из которых (первый) расположен на наружной поверхности тубуса, а другой - одной своей частью входит внутрь тубуса, образуй с ним петлевую полость, а другой своей частью выходит наружу объектива, составляя с первым радиатором единую наружную поверхность радиатора объектива.3. The configuration of the radiators, one of which (the first) is located on the outer surface of the tube, and the other part enters the tube with one part of it, form a loop cavity with it, and the other goes out of the lens with the other part, making up a single outer surface of the lens radiator with the first radiator .

4. Размещением проклеенной части световода внутри гофрированного металлорукава.4. By placing the glued portion of the light guide inside the corrugated metal hose.

Заявляемый объектив ОПП с уменьшенными габаритами жесткой части и повышенной термостойкостью позволяет применять ОПП на изделиях с малыми подкапотными и межконтурными пространствами, имеющих высокий температурный режим работы, что повышает тягу ГТД на 15-20%, а его ресурс на 50%.The inventive OPP lens with reduced dimensions of the rigid part and increased heat resistance allows the use of OPP on products with small engine compartment and inter-circuit spaces with a high temperature regime, which increases the thrust of a gas turbine engine by 15-20% and its life by 50%.

Источники информацииInformation sources

1. Патент Франции №2304908.1. French patent No. 2304908.

2. А.С. №1841077.2. A.S. No. 1841077.

3. А.С. №602726.3. A.S. No. 602726.

Claims (4)

1. Оптическая система пирометра, содержащая цилиндрический тубус, один торец которого скреплен с линзой, а другой торец скреплен с радиатором, выполненным в виде оребренной цилиндрической поверхности, расположенной на внешней поверхности тубуса, волоконный световод, гофрированный металлорукав, связанный с радиатором через узел заделки, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения габаритных размеров оптической системы, повышения термостойкости, технологичности и надежности, в нее введен дополнительный радиатор, состыкованный с торцом тубуса с образованием с тубусом петлевой полости и выполненный в виде цилиндрической поверхности, один торец которой расположен внутри тубуса, а второй торец выполнен оребренным, причем торцевой конец волоконного световода состыкован с дополнительным радиатором, а другой конец волоконного световода в виде световодного жгута расположен внутри гофрированного металлорукава, пристыкованного через оплетку также к дополнительному радиатору, при этом внутренняя и наружная поверхности тубуса выполнены с проточками.1. The optical system of the pyrometer, containing a cylindrical tube, one end of which is fastened to the lens, and the other end is fastened to a radiator made in the form of a finned cylindrical surface located on the outer surface of the tube, a fiber light guide, a corrugated metal sleeve connected to the radiator through the embedment unit, characterized in that, in order to reduce the overall dimensions of the optical system, increase heat resistance, manufacturability and reliability, an additional radiator is inserted into it, docked with the end of the tube a whisker with the formation of a loop cavity with a tube and made in the form of a cylindrical surface, one end of which is located inside the tube and the second end is finned, the end end of the fiber being connected to an additional radiator, and the other end of the fiber as a light guide is located inside the corrugated metal hose , docked through the braid also to an additional radiator, while the inner and outer surfaces of the tube are made with grooves. 2. Оптическая система пирометра по п. 1, отличающаяся тем, что узел заделки содержит оправку и технологическую шайбу, расположенные по наружной поверхности гофрированного металлорукава, оплетка которого расположена между внутренними цилиндрическими поверхностями оправки и технологической шайбы и наружной поверхностью гофры металлорукава, причем внутренняя цилиндрическая поверхность оправки выполнена с проточкой.2. The optical system of the pyrometer according to claim 1, characterized in that the embedment unit comprises a mandrel and a technological washer located on the outer surface of the corrugated metal sleeve, the braid of which is located between the inner cylindrical surfaces of the mandrel and the technological washer and the outer surface of the corrugation of the metal sleeve, the inner cylindrical surface the mandrel is made with a groove. 3. Способ сборки узла заделки оптической системы пирометра, включающий пайку в вакууме, отличающийся тем, что оплетку и гофру металлорукава обрезают, зачищают по торцевым поверхностям, оправку обжимают по ее наружной поверхности, образуя единый узел, на наружную поверхность металлорукава одевают технологическую шайбу и колечко припоя, узел сушат, вакуумируют, включением индуктора расплавляют колечко припоя, контролируя при этом процесс растекания припоя между элементами узла, отключают индуктор и проверяют герметичность узла заделки.3. The method of assembly of the embedment unit of the optical system of the pyrometer, including soldering in vacuum, characterized in that the braid and corrugation of the metal hose are cut, cleaned along the end surfaces, the mandrel is crimped along its outer surface, forming a single unit, a technological washer and a ring are put on the outer surface of the metal sleeve the solder, the assembly is dried, evacuated, the solder ring is melted by turning on the inductor, controlling the process of spreading the solder between the elements of the assembly, the inductor is turned off and the tightness of the sealing assembly is checked. 4. Способ сборки узла заделки оптической системы пирометра по п. 3, отличающийся тем, что при расплавлении колечка припоя оправку, колечко припоя и технологическую шайбу располагают так, чтобы их оси были вертикальны. 4. The method of assembly of the embedment unit of the optical system of the pyrometer according to claim 3, characterized in that when melting the solder ring, the mandrel, solder ring and the technological washer are arranged so that their axes are vertical.

Images