Анализ схем коррекции динамических характеристик акустических зондов для измерения пульсаций давления в газотурбинных двигателях

А. Г. Гимадиев, Н. Д. Быстров, Е. С. Дягилева

Аннотация


Пульсации давления газа являются одним из основных параметров, учитываемых при доводке газотурбинных двигателей. Поэтому точности измерения пульсаций давления уделяется особое внимание. Повышенная температура газа в проточной части, ограничения по габаритам датчиков во многих случаях не позволяют его устанавливать непосредственно в точке измерения. Поэтому возникает необходимость в присоединении датчика к процессу при помощи волноводного канала (волновода). Известно, что в волноводе происходят резонансные колебания, приводящие к дополнительной динамической погрешности измерительного канала. Для повышения точности измерения пульсаций давления применяют корректирующие элементы. Устройство, состоящее из датчика пульсаций давления, волновода, присоединённого к процессу, и корректирующего элемента в технической литературе получило название зонда пульсаций давления. В зарубежной и отечественной литературе имеется большой объём информации по зондам, однако из многообразия схем коррекции зондов выбор тех, которые обеспечивали бы требуемую точность измерения пульсаций давления, представляет определённую трудность. Поэтому, учитывая дополнительно постоянный рост энерговооружённости современных двигателей и, соответственно, повышение в них температур рабочих сред, проведён анализ эффективности корректирующих элементов на основе патентов, статей и монографий. Рассмотрены аппаратные и программные схемы коррекции динамических характеристик акустических зондов на основе  корректирующих элементов с распределёнными и сосредоточенными параметрами, указаны преимущества и недостатки схем, приведён материал по методам расчёта частотных характеристик зондов и их цифровой коррекции при обработке экспериментальных данных.


Ключ. слова


Газотурбинный двигатель; пульсации давления; измерение; зонд; динамическая погрешность; корректирующий элемент

Полный текст:

PDF

Список литературы

1. Развитие средств и методов испытаний авиационных двигателей / под ред. В.А. Скибина. М.: ЦИАМ, 2010. 252 с.

2. Шорин В.П., Шахматов Е.В., Гимадиев А.Г., Быстров Н.Д. Акустические методы и средства измерения пульсаций давления. Самара: СГАУ, 2007. 132 с.

3. Fox G.C. Combustor rumble. United States Patent no. US 2010/0158670 A1.

4. Шорин В.П., Гимадиев А.Г., Быстров Н.Д. О разработке компактных акустических зондов для измерения пульсаций давления в ГТД // Сборник докладов второй международной научно-технической конференции «Динамика и виброакустика машин». Т. 2. Самара: СГАУ, 2014. С. 486-492.

5. Гимадиев А.Г., Быстров Н.Д., Устинов А.В. Разработка методики и программы расчёта неоднородных газовых измерительных цепей // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2012. № 3 (34), ч. 2. С. 263-268.

6. Варшавский Л.А., Федорович В.Н. Акустический зонд: патент СССР № 49969; опубл. 31.08.1936.

7. Hassell S., Culling W., Carr J. Dynamic gas pressure measuring device. UK Patent no. GB 1980/2037993 A.

8. Eamon P.G., Walter J.S., Robert J.N., Fei Han. Dynamic pressure probe holder and method of obtaining a dynamic pressure signal. United States Patent no. US 2004/0168520 A1.

9. Zinn H., Noiray N., Schuermans B., Pahari D., Rajkovic D. Prob for measuring pressure oscillations in the combastor of a gas turbine. United States Patent no. US 2015/0268121 A1.

10. Богданов В.В. Аэрометрический приёмник для измерения нестационарных давлений в газовом потоке: патент СССР №241764; опубл. 18.04.1969; бюл. №14.

11. Каплун Я.П., Вашкевич М.П. Аэрометрический приёмник: патент СССР № 301619; опубл. 21.04.1971; бюл. №14.

12. Богданов В.В. Устройство для измерений пульсаций давления газа: патент СССР № 427252; опубл. 05.05.1974; бюл. №17.

13. Кашкин Ю.Ф., Андриянкин О.А., Горшков Н.В., Игнатьев Н.Н. Устройство для измерений нестационарных давлений газового потока: патент СССР № 542110; опубл. 05.01.1977; бюл. №1.

14. Дёмкин Р.В., Быстров Н.Д., Гимадиев А.Г., Дягилева Е.С. Устройство для измерения пульсаций давления газа: патент на полезную модель РФ № 156562; опубл. 10.11.2015; бюл. №31.

15. Brehm A., Evers W., Wetter H., Zinn H. Probe for measuring pressure vibrations. United States Patent no. US 6550336 B2.

16. Karam J.T., Franke M.E. The frequency response of pneumatic lines // Journal of Basic Engineering. 1967. V. 89, Iss. 2. P. 371-378. DOI: 10.1115/1.3609610

17. Tijdeman H. On the propagation of sound waves in cylindrical tubes // Journal of Sound and Vibration. 1975. V. 39, Iss. 1. P. 1-33. DOI: 10.1016/s0022-460x(75)80206-9

18. Богданов В.В., Кукинов А.Г., Хвостова А.К., Куканова Н.И. Влияние пульсаций потока в самолётных воздухозаборниках на работу компрессора ТРД (по материалам иностранной печати за 1966-1972 гг.). М.: ЦАГИ, 1973. 166 с.

19. White M.A., Dhingra M., Prasad J.V.R. Experimental analysis of a waveguide pressure measuring system // Proceeding of ASME Turbo Expo. 2009. V. 1. P. 767-776. DOI: 10.1115/GT2009-60182

20. Rohman C.P., Grogan E.C. On the dynamics of pneumatic transmission lines // Transactions of the American Society of Mechanical Engineers. 1957. V. 79. P. 853-874.

21. Zinn H., Habermann M. Developments and experiences with pulsation measurements for heavy-duty gas turbines // Proceedings of the ASME Turbo Expo. 2007. V. 1. P. 639-648. DOI: 10.1115/GT2007-27475

22. Bergh H., Tijdeman H. Theoretical and experimental results for the dynamic response of pressure measuring systems. Technical Report. Report number: NLR-TR F.238, 1965. DOI: 10.13140/2.1.4790.1123

23. Ferrara G., Ferrari L., Sonni G. Experimental characterization of a remoting system for dynamic pressure sensors // Proceedings of the ASME Turbo Expo. 2005. V. 1. P. 715-722. DOI: 10.1115/GT2005-68733

24. Mersinligil M., Brouckaert J.-F., Desset J. Unsteady pressure measurements with a fast response cooled probe in high temperature gas turbine environments // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2011. V. 133, Iss. 8. DOI: 10.1115/1.4002276

25. Englund D.R., Richards W.B. Infinite line pressure probe // NASA Technical Memorandum. 1984. No. 83582. 16 p.

26. Parrott T.L., Zorumski W.E. Sound transmission through a high-temperature acoustic probe tube // AIAA Journal. 1992. V. 30, Iss. 2. P. 318-323. DOI: 10.2514/3.10921

27. Batill S.M., Nebres J.V. Data correction for pressure transmission lines using discrete time series models // ICIASF Record, International Congress on Instrumentation in Aerospace Simulation Facilities. 1991. P. 295-303. DOI: 10.1109/iciasf.1991.186252

28. Федорович В.Н, Салтыков С.Я. Акустический зонд // Журнал технической физики. 1939. Т. 9, № 8. С. 737-742.

29. Быстров Н.Д. Дросселирующие элементы из пористого материала МР для выравнивания частотных характеристик пневмогидравлических информационных цепей // Известия Самарского научного центра РАН. 2001. Т. 3, № 2. С. 214-219.

30. Шорин В.П., Быстров Н.Д., Гимадиев А.Г., Бубнов Т.Т. Устройство для измерения пульсаций давления газа: патент СССР № 924529; опубл. 30.04.82; бюл. №16.

31. Shorin V.P., Gimadiev A.G., Bystrov N.D. On the development of a compact acoustic probe for pressure oscillation measurements in gas turbine engine // Procedia Engineering. 2015. V. 106. P. 46-52. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.06.007

32. Гимадиев А.Г., Быстров Н.Д., Дубовик А.А., Ильинский С.А., Ильясова Н.Ю., Устинов А.В. Методика восстановления сигнала, измеренного акустическими зондами при испытании ГТД // Сборник докладов международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения», посвященной генеральному конструктору аэрокосмической техники академику Н.Д. Кузнецову. Ч. 1. Самара: СГАУ, 2001. С. 164-172.


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/2541-7533-2018-17-3-56-67

Ссылки

  • Ссылки не определены.


 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533