Устройство для измерения температуры поверхности газохода

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры быстропротекающих высокотемпературных процессов на поверхностях различных газоходов.

Известны устройства с высокотемпературными термопарами, способными без возобновления рабочего термоспая обеспечивать с допустимой погрешностью многократные измерения температуры до 1500-1600°С, которая обладает высоким механическим воздействием на термопару, если они будут снабжены защитными наконечниками (Данишевский Д.С., Сведе-Швец Н.И. Высокотемпературные термопары, М, Металлургия, 1977, с. 117-120).

Однако, известные устройства, хотя и обеспечивают защиту термопары от механических воздействий среды за счет введения защитных наконечников, но обладают невысоким быстродействием, т.к. введение защитных наконечников приводит к снижению теплообмена между термопарой и средой, температура которой подлежит измерению.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, описанное в патенте RU 2117265 С1, 10.08.1998.

Данное устройство представляет собой металлический блок, выполненный в виде соединенного с корпусом цилиндра с глухим продольным осевым каналом, в котором размещен рабочий спай термопары с защитным керамическим наконечником. Часть цилиндра выполнена выступающей за пределы корпуса. На его поверхности на расстоянии 0,3-0,4 ее длины от наружного торца цилиндра выполнена проточка. Конструкция устройства позволяет уменьшить теплоотвод от рабочего спая термопары к водоохлаждаемому корпусу, повысить механическую жесткость металлического блока, находящегося под воздействием высокой температуры и силы тяжести.

Однако анализ прототипа выявляет существенный недостаток, который заключается в высокой погрешности измерения. Это обусловлено наличием керамического наконечника с низким коэффициентом теплопередачи от поверхности установки и среды к термопаре, массивностью конструкции самой термопары и, соответственно, повышенной теплоемкостью и тепловой инерцией.

Ожидаемым техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение погрешности измерения температуры поверхности газохода при контроле высокотемпературных процессов в газодинамике.

Сформулированный результат достигается тем, что в устройстве для измерения температуры поверхности газохода, представляющее собой металлический блок, выполненный в виде соединенного с корпусом цилиндра с продольным осевым каналом, в котором размещена термопара, представляющая металлическую трубку с керамической вставкой, в которой проходят термопарные провода, выступающие на конце термопары за пределы металлической трубки с керамической вставкой и соединенные в рабочий спай, введена вставка из термостойкого металла с высокой теплопроводностью с проточками во внутренней полости, переходящими в оппозитно расположенные относительно продольной оси вставки пазы, переходящие на внешнюю сторону вставки и не доходящие друг до друга на расстояние десяти диаметров термопарного провода, образуя тем самым на вершине вставки перемычку, к краям которой приварены термопарные провода, причем пазы заполнены высокотемпературным термо и электроизолятором, а термопарные провода, проходящие в проточках и пазах заключены в высокотемпературную изолирующую трубку, которая заканчивается на расстоянии десяти диаметров термопарного провода до места его приваривания к перемычке, образуя тем самым рабочий спай термопары: первый термопарный провод - перемычка - второй термопарный провод.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства в разрезе.

Устройство для измерения температуры газовых потоков содержит металлический корпус 1, термопару, включающую в себя термопарные провода 6 в высокотемпературной электроизолирующей трубке 2 и металлическую трубку 3, вставка 4 из термостойкого металла с высокой теплопроводностью с проточкой и пазами 5. Термопарные провода 6 без изоляции подвариваются к краям перемычки вставки 4, образуя таким рабочий спай термопары 7: первый термопарный провод - перемычка - второй термопарный провод. Устройство для измерения температуры устанавливается в канале для измерения температуры 8 и закрепляется накидной гайкой 9.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливается в канале-газоходе 8 с помощью накидной гайки 9, которая фиксирует термопару за ее металлический корпус 1. В месте сочленения металлической трубки 3 термопары и вставки 4 из термостойкого металла с высокой теплопроводностью термопарные провода 6 в высокотемпературной электроизолирующей трубке 2 заведены в проточки вставки 4 из термостойкого металла с высокой теплопроводностью. Далее термопарные провода 6 в высокотемпературной изолирующей трубке 2 проходят в пазах 5, оппозитно расположенных относительно продольной оси вставки 4 из термостойкого металла с высокой теплопроводностью и заполненных высокотемпературным электроизоляционным составом (например, алюмосиликатным цементом). Термопарные провода 6, выходя на внешнюю сторону вставки 4 из термостойкого металла с высокой теплопроводностью, привариваются к краям перемычки, образованной пазами 4, формируя тем самым рабочий спай термопары 7: первый термопарный провод - перемычка - второй термопарный провод. Причем, от места приваривания каждого из термопарных проводов 6 на расстоянии десяти его диаметров, на термопарных проводах 6 отсутствует высокотемпературная электроизолирующая трубка 2, а пазы 5 не заполнены высокотемпературным электроизоляционным составом. Длина перемычки составляет порядка десяти диаметров термопарного провода. В качестве материала вставки может быть использована, например, сталь 30ХГСА, обладающая высокими температурой плавления и теплопроводностью, достаточно постоянной в широком диапазоне рабочих температур.

Данное исполнение рабочего спая термопары, когда, с одной стороны, термоспай (первый термопарный провод - перемычка - второй термопарный провод) является непосредственно стенкой газохода, а с другой стороны, увеличенная длина термопарных проводов с отсутствием оболочки, когда они оголены на длине десяти диаметров термопровода от места сварки к перемычке и, соответственно, имеют минимальный сток тепла на указанную оболочку, позволяет минимизировать отличие температуры термоспая от температуры стенки газохода. Это особенно существенно при измерении температуры стенок газоходов при быстропротекающих высокотемпературных процессах.

Проведенные испытания показали уменьшение погрешности измерения температуры до 2°С в диапазоне измерений до 1200°С для быстропротекающих высокотемпературных процессов (для ламинарных и турбулентных течений газов при скоростях до 900 м/с) на поверхностях различных металлических газоходов.