Результат интеллектуальной деятельности: СОПЛОВОЙ АППАРАТ ГАЗОВОЙ РЕАКТИВНОЙ ТУРБИНЫ

Изобретение относится к области конструкции газотурбинных двигателей, используемых как в летательных аппаратах, так и наземных энергетических установках.

Известны различные конструкции соплового аппарата (например, под ред. Д.В. Хронина «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей». - М.: Машиностроение, 1989, стр. 177-179), предназначенные для поворота газового потока с целью обеспечения наибольшей эффективности работы газовой турбины. При этом газовый поток, выходящий из камеры сгорания, имеет высокую температуру, которую необходимо измерять из требований обеспечения надежности работы и ресурса газовой турбины. Проблема измерения температуры газового потока перед газовой турбиной воздушно-реактивных двигателей до сих пор не решена. Имеется опыт использования термопар (при измерении относительно невысокого уровня температуры газа, например, в двигателе ТВ2-117, «Техническое описание», Самара, Электронный ресурс, 2007, стр. 32) с использованием оптоэлектронной техники (при измерении температуры элементов конструкции турбины, например, в двигателе ПС-90А, «Конструкция основных узлов двигателя ПС-90А», Уч. пос. / М.А. Нахимкин, М.М. Зальцман, ПГТУ, Пермь, 1997 г.), а также косвенным способом (по измерению температуры газа за турбиной в существующих отечественных и зарубежных конструкциях). Имеются предложения по использованию средств пневмоники для непосредственного измерения температуры газа перед турбиной.

Однако все известные способы не находят применения в связи с высоким современным уровнем измеряемых температур (1500°-2000°K), требованиями к динамике процесса измерения температуры газа, а также необходимостью обеспечения эксплуатационной надежности системы измерения в течение всего ресурса работы турбины.

Цель изобретения заключается в том, чтобы используя известный эффект ионизации газа под воздействием высокой температуры газа, применить его к задачам измерения температуры газа перед турбиной.

Техническим результатом является измерение температуры газового потока перед газовой турбиной с использованием элементов конструкции самой турбины без введения дополнительных элементов конструкции в газовый тракт, что может вызывать дополнительные потери мощности.

Заявленный технический результат достигается тем, что в сопловом аппарате газовой турбины, состоящем из наружного и внутреннего корпусов, между которыми размещены статорные лопатки, согласно заявлемому изобретению лопатки соплового аппарата электрически изолированы друг от друга и снабжены электроконтактами, подключенными через электрокабели к разноименным полюсам источника постоянного тока таким образом, что лопатки, подключенные к разноименным полюсам источника постоянного тока чередуются между собой равномерно по всей окружности.

При этом предполагается, что корпуса соплового аппарата выполнены из электроизолирующего жаропрочного материала. Кроме того, возможен вариант, когда каждая пара изолированных лопаток, подключенная к разноименным полюсам источника постоянного тока, соединена с соответствующим оборудованием, что позволяет определять окружную неравномерность температурного поля.

На фиг.1 изображена схема предлагаемой конструкции.

На фиг.2 - меридиональное сечение статора.

На фиг.3 - соединение лопаток в пазах корпуса.

На фиг.4 - соединение лопаток в корпусах.

Сопловой аппарат реактивной турбины, предназначенный для изменения направления газового потока на рабочие лопатки осевой турбины, состоит из внешнего 1 и внутреннего 2 корпусов, выполненных из жаропрочного металла (сплава), между которыми установлены сопловые лопатки 3. В зависимости от конструктивных особенностей соплового аппарата изоляция может быть достигнута как за счет цельного изготовления корпусов из изоляционного материала (фиг.4), так и за счет установки изолирующих проставок 4, если сопловые лопатки собираются в пазах корпуса (фиг.3) или есть необходимость изоляции полок лопаток (фиг.2). Каждая лопатка имеет (сверху) втулку 5, к которой жестко крепится электрический контакт, соединенный с кабелем 6 или 7. Эти кабели соединены с разноименными полюсами источника постоянного тока 8 (аккумулятором или генератором). Кабели подсоединены к лопаткам, образуя две группы лопаток. При наличии тока в электрической цепи возникает напряжение, фиксируемое амперметром 9 или через клеммы 10, передаваемое в систему автоматики. Лопатки каждой группы установлены так, чтобы обеспечить наибольшую эффективность работы устройства, т.е. чередованием по окружности лопаток с положительным и отрицательным потенциалом заряда.

Схема работает следующим образом. При низком уровне температуры газа (например, на режиме «Малый газ») показаний на амперметре 9 не будет. При достаточно высоком уровне температуры газа (в проведенных экспериментах при 1500°K) возникает диссоциация молекул газа между лопатками. Если создать направленное движение тока путем подключения источника питания 8 к лопаткам 3 соплового аппарата, то при возникновении диссоциации молекул газа цепь замыкается и амперметр 9 показывает уровень тока, соответствующий температуре газа в сопловом аппарате (при температуре газа 1500°K было получено 5 мВ). Наибольший ток ионизации получается при расположении лопаток 3, соединенных кабелями 6 или 7 попеременно (через одну), т.е. при наибольшем числе линий тока между лопатками. В качестве источника питания 8 используется стандартная бортовая электрическая сеть (U_r=27 B) на базе генератора постоянного напряжения.

Таким образом, наличие высокой температуры газа приводит к повышению электрического сигнала, пропорционального уровню температуры. Причем чем выше уровень температуры газа, тем энергичнее растет электрический сигнал (параболическая зависимость) и тем точнее будет измерение температуры газа в сопловом аппарате.