22. Особенности измерения температуры газа гтд.

Распределение температуры, как перед турбиной, так и за турбиной неравномерно как по радиусу, так и по окружности.

Величина неравномерности поля температур составляет 100…200 градусов. Неравномерность поля температур объясняется многими причинами: неравномерной подачей топлива через форсунки, неравномерным полем скоростей воздуха, выходящего из компрессора, отклонением от нормального процесса горения. Величина неравномерности изменяется в зависимости от режима работы двигателя.

Отмечается также нерегулярность поля температур газа, т.е. в одной и той же точке измерения при неизменном режиме работы двигателя температура газа во времени изменяется по произвольному закону. Это объясняется непостоянной подачей топлива в двигатель и большой турбулентностью потока воздуха.

Таким образом, измерить истинную температуру газа в двигателе очень трудно и осуществить это можно лишь приближенно. Поэтому обычно вместо локальной измеряют среднемассовую, осредненную температуру.

Для измерения температуры могут использоваться как прямые, так и косвенные методы измерения температуры.

Прямые методы измерения предусматривают датчики температуры, в качестве которых обычно используются термопары. Проблемы проектирования таких датчиков связаны с выбором жаропрочных материалов и снижением размеров для уменьшения постоянной времени.

Косвенные методы измерения температуры газа еще называют методом синтеза температуры. Синтез температуры заключается в измерении различных параметров ГТД, например, частоты вращения ротора n и ее производной и в определении на основе этих данных температуры газа с помощью быстродействующих вычислительных устройств. Этому методу характерны погрешности реализации модели ГТД по температуре газа.

В связи с определенными трудностями измерения температуры газа перед турбиной , обусловленными ее высоким значением, сравнительно большой неравномерностью, а также возможностью повреждения лопаток в случае разрушения термопар, обычно используется измерение температуры газа за турбиной. Температуралегче измеряется вследствие более высокой скорости газа, обуславливающей большее значение коэффициента теплоотдачи от газа к спаю, меньшей неравномерности и более низкого (на 200…300 градусов) её значения.

Однако температура однозначно определяет температуруи, следовательно, тепловое состояние узла турбины только при постоянных значениях степени понижения давления газа на турбинеи ее КПД, при заданной частоте вращения ротораn.

Рис. 2.1. Датчик температуры газа

Из известных измерителей температуры для измерения температуры газа ГТД наиболее широко применяются термопары (рис. 2.1). Они имеют меньшую по сравнению с другими измерителями постоянную времени и позволяют легко суммировать сигнал от нескольких измерителей.

Для приближения измерения температуры к среднемассовой с погрешностью не более +2 градуса обычно устанавливают от 16 до 24 и более экранированных термопар.

Экранирование термопар уменьшает разность между измеренной температурой и истинной температурой полного торможения, но вместе с тем ухудшает динамические свойства термопар, т.е. увеличивает их постоянную времени. Для обычных экранированных термопар с протоком газа, устанавливаемых на ГТД, постоянная времени в стендовых условиях находится в пределах 0,5…8 с.

С изменением режима работы и условий полета постоянная времени термопар находится в соответствии с изменением расхода газа , обтекающего чувствительный элемент.

Передаточная функция термопары:

,(2.2) где ; (0 – расчетное значение).

Для компенсации динамической погрешности термопары в цепь измерения после термопары необходимо ввести последовательное корректирующее устройство с тем, чтобы на выходе из него сигнал содержал составляющие, пропорциональные изменению ЭДС термопары и ее производной (рис. 2.2).

Передаточная функция корректирующего устройства

, (2.3)где;;.

Передаточная функция всей цепи:

, (2.4)

где – передаточная функция усилителя.

Параметры корректирующего устройства выбирают таким образом, чтобы . При этом компенсация динамической погрешности термопары, близкая к оптимальной, получается только на таких режимах работы двигателя, когда . На других режимах будет или недокомпенсацияили перекомпенсация(рис. 2.2, б).