RU223000U1 - Преобразователь температуры термоэлектрический - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области измерений параметров в авиационном двигателестроении, а также при применении авиационных двигателей в составе ГПА (газоперекачивающих агрегатов) и ГТЭС и может быть использована в системах автоматического управления, контроля и индикации параметров авиационного двигателя. Устройство содержит термопарный кабель, расположенный во втулке и арматуре, выполненной в виде гильзы, фланец для крепления термопарного кабеля двигателе, а также приваренную к фланцу головку, имеющую канал с расположенным внутри головки термопарным кабелем, при этом термопарный кабель включает алюмелевые и хромелевые термоэлектродные жилы в оболочке. Содержит восемь термоэлектродных жил разных типов, из них четыре - хромелевые и четыре - алюмелевые, объединенные попарно разных типов с образованием в термопарном кабеле четырех независимых каналов в виде чувствительных спаев, причем термоэлектродные жилы и чувствительные спаи изолированы между собой и от оболочки уплотненной дисперсной минеральной изоляцией - окисью магния, при этом головка выполнена в виде параллелепипеда со скругленными сторонами, а свободные концы термоэлектродных жил разных типов попарно разведены в головке и приварены с противоположных сторон головки по два с каждой стороны к выводным винтам, причем выводные винты являются свободными концами термопарного кабеля, к которым с помощью наконечников подсоединяются компенсационные провода, а для закрепления наконечников рядом с винтами установлены самоконтрящиеся гайки. Полезная модель позволяет обеспечить надежное измерение температуры во всех требуемых точках, повысить достоверность показаний по измеряемой температуре и, в целом, повысить надежность преобразователя температуры термоэлектрического. 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Полезная модель относится к области измерений параметров в авиационном двигателестроении, а также при применении авиационных двигателей в составе ГПА (газоперекачивающих агрегатов) и ГТЭС и может быть использована в системах автоматического управления, контроля и индикации параметров авиационного двигателя.

В соответствии с общемировой тенденцией для измерения температуры выхлопных газов за турбиной низкого (высокого) давления газотурбинных двигателей (ГТД) используются термоэлектрические преобразователи (термопары), чувствительным элементом которых является спай 2-х термоэлектродных проводников, генерирующий термоэлектродвижущую силу (разность потенциалов) на проводниках при воздействии температуры выхлопных газов. Наиболее применяемыми термоэлектродными проводниками для формирования рабочего спая термопары являются - хромель - алюмель (тип Х-А), хромель - капель (тип Х-К) и др.

Термоэлектродный спай с двумя выводными проводниками, на которых при воздействии температуры на спай формируется термоэлектродвижущая сила (разность потенциалов), образуют автономный измерительный канал термопары, изолированный от корпуса термопары и подключаемый к САУ, либо к системе контроля ГТД, либо к индикатору в кабине экипажа, либо к другому потребителю (измерителю, регулятору) в зависимости от типа самолета или наземной ГТУ.

Одним из важнейших требований при подключении термопар к вышеуказанным потребителям является независимость (гальваническая развязка) каналов термопар от других потребителей с целью отсутствия влияния на данный канал помех, коротких замыканий, изменения сопротивления изоляции и других дефектов в параллельных линиях связи и других потребителях. Данное требование особенно важно для автономных дублированных каналов САУ с учетом высоких требований по надежности и отказобезопасности к САУ современных авиационных ГТД и независимости работы автономных дублированных каналов САУ.

В мировой и отечественной практике разработки и производства термопар для авиационных ГТД и наземных ГТУ и ГТЭС (на базе ГТУ) известно значительное количество типов термопар, содержащих один или два независимых канала измерения.

Из уровня техники известен датчик температуры, состоящий из 2-х канальной термопары, где имеются два независимых изолированных друг от друга спая, с выводными проводниками от каждого спая, изолированными друг от друга, фланец (Патент RU №65221, МПК: G01K 7/12, G01K 19/03, публ. 27.07.2007). Недостатками аналога является ограниченное количество в конструкции термопары независимых спаев (каналов измерения), что не позволяет выполнить независимое (гальванически развязанное) подключение каналов термопар для измерения температуры в заданной точке (или в заданном поле несколькими термопарами) для всех требуемых потребителей.

Наиболее близким решением по технической сущности и принятым за прототип является датчик температуры (Патент RU №84549, МПК: G01K 7/12, G01K 19/03, публ. 10.07.2009), включающий конструкцию 2-канальной термопары с двумя независимыми изолированными друг от друга спаями, термоэлемент, с выводными проводниками от каждого спая, изолированными друг от друга, фланец.

Недостатками прототипа для авиационных ГТД и наземных ГТУ является ограниченное количество в конструкции термопары независимых спаев, которое не позволяет выполнить независимое (гальванически развязанное) подключение каналов термопар для измерения температуры в заданной точке (или в заданном поле несколькими термопарами) для всех потребителей на самолетах. В частности, требуемыми потребителями измерения важнейших параметров температуры на большинстве самолетов или наземных газотурбинных двигателей являются: двухканальная САУ ГТД (или наземной ГТУ) с полной ответственностью, автономный аварийный блок защиты двигателя, бортовая система контроля и диагностики двигателя, автономный резервный индикатор в кабине экипажа, а также другие потребители в зависимости от типа самолета.

Для преодоления известных недостатков реализуются вынужденные решения по параллельному подключению спаев (каналов измерения) термопар к нескольким независимым потребителям, либо разбивка термопар на группы для каждого потребителя, что имеет следующие недостатки: снижение надежности измерения каждым потребителем, возможное влияние дефектов в одном потребителе или параллельных линиях связи на работу другого потребителя; дефект или искажение показаний в одном канале измерения термопары, который приведет к потере информации или искажению показаний по измеряемой температуре в нескольких потребителях; при разбивке термопар на группы - снижение эффективности и достоверности измерения температуры за счет ограничения поля (области) измерения относительно требуемого.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении предлагаемой полезной модели, и невозможно обеспечить при использовании прототипа, является ограниченное количество в конструкции термопары независимых спаев, которое не позволяет выполнить независимое (гальванически развязанное) подключение каналов термопар для измерения температуры в заданной точке, искажение показаний по измеряемой температуре в одном канале измерения термопары приведет к потере информации.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение максимально возможного количества потребителей авиационного ГТД (наземной ГТУ) или самолета независимыми каналами измерения термопар для обеспечения каждым потребителем надежного измерения температуры во всех требуемых точках, повышение достоверности показаний по измеряемой температуре, повышение срока службы и, в целом, повышение надежности преобразователя температуры термоэлектрического.

Техническая проблема решается тем, что в преобразователе температуры термоэлектрическом, содержащем термопарный кабель 1, расположенный во втулке 8 и арматуре 2, выполненной в виде гильзы, фланец 3 для крепления термопарного кабеля 1 на газотурбинном двигателе, а также приваренную к фланцу головку 4, имеющую канал с расположенным внутри головки термопарным кабелем 1, при этом термопарный кабель включает алюмелевые и хромелевые термоэлектродные жилы в оболочке 6, согласно полезной модели, содержит восемь термоэлектродных жил разных типов, из них четыре - хромелевые 18 и четыре - алюмелевые 19, объединенные попарно разных типов с образованием в термопарном кабеле четырех независимых каналов в виде чувствительных спаев, причем термоэлектродные жилы и чувствительные спаи изолированы между собой и от оболочки 6 уплотненной дисперсной минеральной изоляцией 7 - окисью магния, при этом головка выполнена в виде параллелепипеда со скругленными сторонами, а свободные концы термоэлектродных жил разных типов попарно разведены в головке 4 и приварены с противоположных сторон головки по два с каждой стороны к выводным винтам 9, 10 и 11, 12, хромелевые жилы 18 приварены к выводным винтам 9, 11 с резьбой М4, алюмелевые жилы 19 приварены к выводным винтам 10, 12 с резьбой М5, причем выводные винты являются свободными концами термопарного кабеля, к которым с помощью наконечников подсоединяются компенсационные провода, а для закрепления наконечников рядом с выводными винтами установлены самоконтрящиеся гайки 13, 14, 15, 16,

Кроме того, выводные винты 9, 10 и 11, 12 изолированы друг от друга и от головки 4 керамическими изоляторами 20.

Кроме того, выводные винты 9, 10 и 11, 12 залиты термоцементной массой 21.

Кроме того, применены хромелевые жилы марки, например, Т НХ9,5.

Кроме того, применены алюмелевые жилы марки, например, НМц АК2-2-1.

Кроме того, арматура выполнена из стали марки, например, ХН78Т.

Кроме того, фланец и головка выполнены из стали марки, например, 12Х18Н10Т, что позволяет повысить надежность сварного соединения.

Достижение технического результата реализовано без существенного увеличения массы и габаритных размеров 4-канальной термопары, которая образует электрические цепи V1 и V2, V3 и V 4, относительно известных типов 2-канальных термопар. Применяется преобразователь температуры термоэлектрический кабельный для измерения температуры газа за турбиной перспективного двигателя большой тяги на режимах запуска и рабочих режимах. Полезная модель позволяет обеспечить надежное измерение температуры во всех требуемых точках, повысить достоверность показаний по измеряемой температуре, повысить надежность преобразователя температуры термоэлектрического.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен общий вид 4-канальной термопары.

На фиг. 2 представлена головка, вид А повернуто.

На фиг. 3 представлен фланец, вид Б повернуто.

На фиг. 4 представлена головка с противоположной стороны.

На фиг. 5 представлена оболочка термопарного кабеля с восемью жилами.

На фиг. 6 представлено расположение цепей V1, V2, V3, V4, образованных термоэлектродными жилами.

На фиг. 7 представлен вид сбоку головки с винтами и самоконтрящимися гайками.

На фиг. 8 представлен вид сбоку с противоположной стороны головки с винтами и самоконтрящимися гайками.

На фиг. 9 представлен разрез головки с заполнением термоцементной массой (повернуто).

На фиг. 10 представлен разрез головки с керамическим изолятором.

На чертежах использованы позиции элементов: 1 - термоэлемент; 2 - арматура; 3 - фланец; 4 - головка; 5 - колпачок; 6 - оболочка; 7 - минеральная изоляция; 8 - втулка; 9, 10, 11, 12 - выводные винты; 13, 14, 15, 16 - самоконтрящиеся гайки; 17 - отверстия фланца; 18 - хромелевые жилы; 19 - алюмелевые жилы, 20 - керамический изолятор; 21 - термоцементная масса.

Полезная модель реализуется следующим образом.

Преобразователь температуры термоэлектрический содержит термопарный кабель 1, расположенный во втулке 8 и арматуре 2, выполненной в виде гильзы, фланец 3 для крепления термопарного кабеля 1 на газотурбинном двигателе (не показано), а также приваренную к фланцу головку 4, имеющую канал с расположенным внутри головки термопарным кабелем 1. Термопарный кабель 1 содержит 8 термоэлектродных жил разных типов в оболочке 6, из них четыре - хромелевые 18 и четыре - алюмелевые 19, которые объединенны попарно разных типов с образованием в термопарном кабеле четырех независимых каналов в виде чувствительных спаев, причем термоэлектродные жилы и чувствительные спаи изолированы между собой и от оболочки 6 уплотненной дисперсной минеральной изоляцией 7 - окисью магния. Также выполнен рабочий конец с колпачком 5 для герметизации, фланец 3 с двумя отверстиями 17 для крепления на двигателе. Применена внутренняя втулка 8 для уплотнения внутри арматуры 2. Головка 4 выполнена в виде параллелепипеда со скругленными сторонами, с установленными выводными винтами, самоконтрящимися гайками на противоположных сторонах головки. Свободные концы жил термоэлемента в головке 4 приварены к соответствующим выводным винтам преобразователя 9, 10, 11, 12, образуя электрические цепи: V1, V2, V3, V4. Винты 9, 10, 11, 12 являются свободными концами кабельного преобразователя, а свободные концы термоэлектродных жил разных типов попарно разведены в головке 4 и приварены с противоположных сторон головки по два с каждой стороны к выводным винтам. Хромелевые жилы приварены к выводным винтам с резьбой М4, алюмелевые жилы приварены к выводным винтам с резьбой М5. Съем сигнала производится с выводных винтов преобразователя, к которым с помощью наконечников (не показано) подсоединятся компенсационные провода (не показано). Для закрепления наконечников служат самоконтрящиеся гайки 13, 14, 15, 16. Гайки самоконтрящиеся могут быть выполнены из легированной стали, например, 10Х11Н20ТЗР. На одной из сторон головки приварены к винтам 9, 10 два свободных конца жил кабеля, образуя электрические цепи V1 и V2. С противоположной стороны головки приварены к винтам 11,12 два других свободных конца жил кабеля, образуя электрические цепи V3 и V4. Применены хромелевые жилы марки, например, Т НХ9,5. Применены алюмелевые жилы марки, например, НМц АК2-2-1. Арматура выполнена из стали марки, например, ХН78Т.

Фланец и головка выполнены из стали марки, например, 12Х18Н10Т, что позволяет повысить надежность сварного соединения.

Выводные винты 9, 10 и 11,12 изолированы друг от друга и от головки 4 керамическим изолятором 20, например, марки 5М-4.

Выводные винты 9, 10 и 11, 12 залиты термоцементной массой 21, например, марки С2, которая используется для заполнения пустотных полостей внутри головки 4 преобразователя и служит для дополнительной электроизоляции.

Применяется преобразователь температуры термоэлектрический (термопара) кабельный для измерения температуры газа за турбиной перспективного двигателя большой тяги на режимах запуска и рабочих режимах. Преобразователь температуры термоэлектрический предполагает эксплуатацию по техническому состоянию без контроля назначенного ресурса в течение назначенного срока службы - 30 лет во всех макроклиматических районах на суше и на море, кроме макроклимати-ческого района с очень холодным климатом.

Предлагаемая полезная модель позволяет подключить автономно 4 независимых потребителя (без использования параллельного подключения) и иметь в каждом потребителе идентичные показания температуры в заданной точке от одной термопары. При измерении данными термопарами поля температур обеспечивается идентичность измерения поля температур, либо одинаковой осредненной температуры поля 4-мя независимыми системами авиационного ГТД или наземной ГТУ.

Преобразователь температуры термоэлектрический (термопара) для контроля температуры газа за турбиной низкого давления соответственно на режимах запуска и рабочих режимах предназначены для применения на перспективном авиационном двигателе.

Предлагаемое техническое решение успешно прошло испытания для применения в составе перспективного авиационного двигателя и в настоящее время внедрено в конструкторскую документацию двигателя.

Таким образом, выполнение предлагаемой полезной модели с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками, позволяет обеспечить надежное измерение температуры во всех требуемых точках, повысить достоверность показаний по измеряемой температуре, повысить срок службы устройства, в целом, повысить надежность преобразователя температуры термоэлектрического.

Claims (7)

1. Преобразователь температуры термоэлектрический, содержащий термопарный кабель, расположенный во втулке и арматуре, выполненной в виде гильзы, фланец для крепления термопарного кабеля на газотурбинном двигателе, а также приваренную к фланцу головку, имеющую канал с расположенным внутри головки термопарным кабелем, при этом термопарный кабель включает алюмелевые и хромелевые термоэлектродные жилы в оболочке, отличающийся тем, что содержит восемь термоэлектродных жил разных типов, из них четыре - хромелевые и четыре - алюмелевые, объединенные попарно разных типов с образованием в термопарном кабеле четырех независимых каналов в виде чувствительных спаев, причем термоэлектродные жилы и чувствительные спаи изолированы между собой и от оболочки уплотненной дисперсной минеральной изоляцией - окисью магния, при этом головка выполнена в виде параллелепипеда со скругленными сторонами, а свободные концы термоэлектродных жил разных типов попарно разведены в головке и приварены с противоположных сторон головки по два с каждой стороны к выводным винтам, хромелевые жилы приварены к выводным винтам с резьбой М4, алюмелевые жилы приварены к выводным винтам с резьбой М5, причем выводные винты являются свободными концами термопарного кабеля, к которым с помощью наконечников подсоединяются компенсационные провода, а для закрепления наконечников рядом с выводными винтами установлены самоконтрящиеся гайки.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что выводные винты изолированы друг от друга и от головки керамическим изолятором.

3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что выводные винты залиты термоцементной массой.

4. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что применены хромелевые жилы марки, например, Т НХ9,5.

5. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что применены алюмелевые жилы марки, например, НМц АК2-2-1.

6. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что арматура выполнена из стали марки, например, ХН78Т.

7. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что фланец и головка выполнены из стали марки, например, 12Х18Н10Т.