4.3 Пирометры спектрального отношения (цветовые пирометры).

В промышленных приборах находится отношение т. наз. спектральной энергетической яркости (излучение определенной длины волны, или яркости) реального тела с двумя заранее выбранными значениями длины волны. Для каждой температуры T это отношение неодинаково, но вполне однозначно. Действие большей части конструкций основано на определении цвета нагретого тела по отношению яркостей для не очень близких одна к другой двух длин волн в видимой части спектра.

Измеряемое излучение через защитное стекло и объектив попадает на фотоэлемент (рис.3). Между ним и объективом установлен вращаемый синхронным двигателем обтюратор. Последний выполнен в виде диска с двумя отверстиями, закрытыми красным и синим светофильтрами. Tо есть образует, при вращении обтюратора на фотоэлемент попеременно попадают излучения разной интенсивности. Предварительно усиленный переменный ток, напряжение которого пропорционально соответствующим интенсивностям излучения, преобразуется электронным логарифмич. устройством в постоянный ток силой, зависящей от 1/Т. Сила выходного тока устройства определяется показывающим или регистрирующим милливольтметром. Пределы измерений 1400-2500⁰C; погрешность не превышает 1% от верхнего предела.

4.4 Пирометры полного излучения (радиационные пирометры)

Служат для измерения температуры по мощности излучения нагретого тела (рис.4). Испускаемые им лучи с помощью оптической системы (рефракторной - преломляющей с линзой и диафрагмой или рефлекторной - отражающей с зеркалом) фокусируются на преобразователе - обычно миниатюрной термоэлектрической батарее. Для наводки на нагретое тело используют окуляр с красным либо дымчатым светофильтром. Возбуждаемая в батарее термоэдс фиксируется потенциометром, шкала которого градуирована в градусах по т-ре излучения абсолютно черного тела. По измеренной радиационные температуре (900-2000 ⁰C) истинную температуру раскаленного тела находят из спец. таблицы. Точное определение кол-ва поступающей в пирометр лучистой энергии крайне затруднительно, т.к. между приемником излучения и окружающей средой происходит теплообмен. Несмотря на это, пирометры полного излучения широко распространены в производств. практике; они м. б. установлены стационарно, позволяют применять дистанционную передачу показаний, автоматически записывать и регулировать температуру.

По сравнению с др. устройствами для измерения температуры пирометры позволяют определять ее бесконтактно при теоретически неограниченном верх. пределе измерения; определять высокие температуры в газовых потоках при высоких скоростях и т.д. В промышленности пирометры широко применяют в системах контроля и управления температурными режимами разнообразных технологических процессов

5. Патент

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а именно к оптическим пирометрам для замера излучения от рабочей лопатки турбины газотурбинного двигателя. Оптический пирометр содержит наружный корпус с дефлектором и кольцевую вихревую полость между ними, соединенную на выходе с кольцевой щелью обдува линзы и с пазом сброса загрязнений. Новизна изобретения заключается в том, что с щелью обдува линзы кольцевая полость соединена через аппарат закрутки воздуха с пазами внутри, выполненными под острым углом к направлению вращения потока в кольцевой полости, и через отверстия в промежуточной втулке, а с кольцевым пазом сброса загрязнений - через кольцевую щель на периферийном диаметре вихревой полости и полость смешения, при этом кольцевая полость на входе соединена с тангенциальным каналом подвода воздуха. Технический результат - повышение надежности в работе пирометра. 4 ил.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а более конткретно к оптическим пирометрам для замера излучения от рабочей лопатки турбины газотурбинного двигателя.

Известен оптический пирометр с воздушной системой охлаждения и продувки, в котором для очистки воздуха, обдувающего линзу, применено инерционное отделение загрязняющих частиц путем поворота воздуха на угол более 90^o [1].

Недостатком известного устройства является малая эффективность очистки воздуха.

Наиболее близким к заявляемому является оптический пирометр с воздушной системой охлаждения и продувки, который содержит дефлектор, образующий в кольцевом канале винтообразную поверхность для формирования вихревого потока, прежде чем поток воздуха вступит в контакт с периферийной кромкой линзы пирометра [2].

В известной конструкции очистка воздуха происходит за счет центробежных сил, действующих на загрязняющие частицы, однако в такой конструкции происходит плохое удаление из кольцевого канала отсепарированных загрязняющих частиц, так как они удаляются через окна, расположенные ближе к оси пирометра, чем кольцевой канал, т.е. против действия центробежных сил. Под действием центробежных сил загрязняющие частицы могут накапливаться в кольцевом канале, что приводит к закупорке этого канала загрязняющими частицами, к выходу из строя системы продувки и охлаждения пирометра и к поломке самого пирометра из-за перегрева.

Техническая задача - повышение надежности пирометра путем выполнения системы раскрутки закрученного загрязненного воздуха с последующим удалением его вместе с загрязняющими частицами из кольцевой полости.

Сущность технического решения заключается в том, что в оптическом пирометре, содержащем наружный корпус с дефлектором и кольцевую вихревую полость между ними, соединенную на выходе с кольцевой щелью обдува линзы и с пазом сброса загрязнений, согласно изобретению, с щелью обдува линзы кольцевая полость соединена через аппарат закрутки воздуха с пазами внутри, выполненными под острым углом к направлению вращения потока в кольцевой полости, и отверстия в промежуточной втулке, а с кольцевым пазом сброса загрязнений - через кольцевую щель на периферийном диаметре вихревой полости и полость смешения, при этом кольцевая полость на входе соединена с тангенциальным каналом подвода воздуха.

Соединение кольцевой полости с щелью обдува линзы через аппарат закрутки воздуха с тангенциальными пазами внутри, выполненными под острым углом к направлению вращения потока в кольцевой полости, позволяет создавать обратную закрутку воздуха, очищенного в аппарате закрутки, относительно воздуха в вихревой полости.

Соединение кольцевой полости с пазом сброса загрязнений через кольцевую щель на периферийном диаметре вихревой полости и полость смешения способствует исчезновению закрутки загрязненного воздуха с загрязняющими частицами за счет подмешивания чистого воздуха с обратной закруткой с последующим удалением загрязненного воздуха из кольцевой полости, что повышает надежность пирометра.

Соединение кольцевой полости на входе с тангенциальным каналом подвода воздуха, а на выходе - с кольцевой щелью обдува линзы через отверстия в промежуточной втулке способствует отделению чистого воздуха от загрязняющих частиц, который затем через отверстия поступает на обдув линзы, охлаждая пирометр, что повышает его надежность.

На фиг. 1 изображен продольный разрез оптического пирометра.

На фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

На фиг. 3 - вид Б на фиг. 1 на каналы аппарата раскрутки.

На фиг. 4 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде.

Оптический пирометр 1 состоит из внутреннего корпуса 2 с линзой 3, дефлектора 4, промежуточной втулки 5 и наружного корпуса 6 со штуцером 7, в котором выполнен канал 8 подвода охлаждающего воздуха из-за компрессора (на фиг. не показан). Канал 8 выполнен тангенциально по отношению к кольцевой вихревой полости 9, на входе в которую он выполнен. На выходе кольцевая вихревая полость 9 соединена с кольцевым пазом 10 сброса загрязненного воздуха через кольцевую щель 11, выполненную на периферийном диаметре кольцевой вихревой полости 9, а также через аппарат закрутки 12, представляющий собой кольцевое ребро 13, в котором выполнены пазы 14 под острым углом к направлению вращения потока в кольцевой вихревой полости 9. Для обдува линзы 3 чистым воздухом служит кольцевая щель 15, соединенная с кольцевой вихревой полостью 9 через аппарат закрутки 12, кольцевую щель 11, тангенциальные отверстия 16 в промежуточной втулке 5, кольцевую полость 17, радиальные отверстия 18 и кольцевую полость 19.

Работает устройство следующим образом. Под действием перепада давления охлаждающий воздух 20 вместе с загрязняющими частицами 21 через тангенциальный канал 8 поступает в кольцевую вихревую полость 9. Так как на переходном участке l пазы 14 отсутствуют, то воздух приобретает кольцевое (вихревое) движение в полости 9, за счет чего развиваются центробежные силы, прижимающие загрязняющие частицы 21 к периферийной поверхности 22 вихревой полости 9. Далее, загрязняющие частицы 21 и очищенный воздух 20 поступают в полость смешения Г, причем загрязняющие частицы с загрязненным воздухом, прошедшие через кольцевую щель 11, имеют закрутку, соответствующую закрутке воздуха в вихревой полости 9, а очищенный воздух, прошедший через аппарат закрутки 12 с тангенциальными пазами 14, обратную ему закрутку. Таким образом, в полости Г закрутка загрязненного воздуха с загрязняющими частицами 21 исчезает за счет подмешивания чистого воздуха с обратной закруткой, и загрязняющие частицы по радиусу r полости смешения Г поступают в кольцевой паз 10 сброса загрязненного воздуха и далее, через канал 23 в проточную часть турбины (на фиг. не показано). Часть очищенного воздуха, не прошедшего через паз 10, в полости Г делает поворот на 180^o и через полость 17, отверстия 18 и полость 19 поступает в кольцевую щель 15 обдува линзы 3. Часть очищенного воздуха на обдув линзы поступает в полость 17 через тангенциальные отверстия 16 на внутренней поверхности вихревой полости 9. В случае, если полость смешения Г и кольцевой паз 10 сброса загрязненного воздуха забьются загрязняющими частицами 21, охлаждение пирометра и обдув линзы 3 будет осуществляться воздухом, прошедшим через отверстия 16, полость 17, отверстия 18, полость 19 и кольцевую щель 15.

Т. о. , в предлагаемой конструкции закрученный в вихревой полости загрязненный воздух "раскручивается" с помощью очищенного воздуха, имеющего обратную закрутку, после чего загрязненный воздух с частью очищенного сливается в проточную часть турбины.

Источники информации 1. Патент США N 4786188 от 22.11.88 г.

2. Патент США N 5146244 от 08.09.92 г. - прототип.

Формула изобретения

Оптический пирометр, содержащий наружный корпус с дефлектором и кольцевую вихревую полость между ними, соединенную на выходе с кольцевой щелью обдува линзы и с пазом сброса загрязнений, отличающийся тем, что кольцевая вихревая полость соединена с щелью обдува линзы через аппарат обратной закрутки воздуха, представляющий собой кольцевое ребро, в котором выполнены пазы под острым углом к направлению вращения потока в кольцевой вихревой полости, и через отверстия в промежуточной втулке, а с кольцевым пазом сброса загрязнений кольцевая вихревая полость соединена через кольцевую щель на периферийном диаметре кольцевой вихревой полости и через полость смешения, при этом кольцевая вихревая полость на входе соединена с тангенциальным каналом подвода воздуха.