熱電偶在燃燒室出口溫度場應(yīng)用

摘要:燃燒器性能試驗是重點試驗，為燃?xì)廨啓C提供了保障。燃燒器出口氣體的溫度分布會對渦輪導(dǎo)向器葉片和轉(zhuǎn)子葉片的壽命帶來明顯的影響,，為測量某燃燒器出口氣體溫度分布，采用B型熱電偶探針測量出口溫度場,，本文介紹了對其測量的工作原理及測得試驗數(shù)據(jù)的可靠性,。
0引言
　　在燃?xì)廨啓C的研發(fā)過程中，最重要的工作之一就是得到一個性能良好的燃燒室,。近年來,，污染排放限制日益嚴(yán)格，燃料適應(yīng)性要求愈加廣泛,，對燃燒室的設(shè)計提出了更大的挑戰(zhàn),。
　　分析比較目前國際上典型的重型燃機燃燒器，可以發(fā)現(xiàn),，即使采用了相同的設(shè)計原理,，但在結(jié)構(gòu)實現(xiàn)上，卻差異巨大,。國外所有掌握先進(jìn)燃燒室技術(shù)的大公司,，都具備雄厚的自我研發(fā)實力，同時非常注重與科研院所的密切合作和的保護(hù),，即使是有關(guān)的論文研究中,，一些關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)乃至名稱都嚴(yán)加保密，由此可見燃燒室技術(shù)的關(guān)鍵和研發(fā)的難度,。
　　對燃?xì)廨啓C各個部件進(jìn)行大量的性能試驗,，如圖1所示。該試驗臺可滿足燃燒器常壓試驗和實壓試驗的要求,，為燃?xì)廨啓C奠定了基礎(chǔ),。到目前為止，一個性能良好的燃燒室都是通過大量的試驗調(diào)整,，才能使其性能逐步到達(dá)設(shè)計指標(biāo)的要求而最終定型的”,。對于燃燒室出口徑向平均溫度分布，出口溫度沿周向分布的均勻性和最大溫度點的溫度及位置都十分關(guān)心,，不僅影響其技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)OTDF和RTDF,還會對渦輪導(dǎo)向器葉片和轉(zhuǎn)子葉片的壽命帶來明顯影響,，故測量其出口溫度場分布是燃燒器試驗中必須經(jīng)歷的階段。
 
1試驗所用的溫度測量耙
1.1熱電偶的型號規(guī)格
　　采用B型熱電偶對燃燒器出口溫度場進(jìn)行測量，該溫度測量耙為鉑銠30-鉑銠6(B型)熱電偶,，正極(BP)的名義化學(xué)成分為鉑銠合金,，其中含銠為30%，含鉑為70%,，負(fù)極(BN)為鉑銠合金,，含銠為6%。該熱電偶長期最高使用溫度為1600℃,短期最高使用溫度為1800℃左右,。
　　B型熱電偶在熱電偶系列中具有精度高,，穩(wěn)定性最好，測溫溫區(qū)寬,，使用壽命長,，測溫上限高等優(yōu)點。適用于氧化性和惰性氣氛中,，也可短期用于真空中,，但不適用于還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸氣氣體中。B型熱電偶一個明顯的優(yōu)點是不需用補償導(dǎo)線進(jìn)行補償,，因為在0-50℃范圍內(nèi)熱電勢小于3μV,。
 
1.2熱電偶的結(jié)構(gòu)
　　根據(jù)燃燒器排氣出口流道的尺寸，采用十點的B型熱電偶溫度測量耙,，如圖2所示,。由于排氣出口流道尺寸限制，該測量耙偶絲前端沒有安裝滯止罩,，溫度的損失將通過恢復(fù)系數(shù)進(jìn)行修正,。單點熱電偶的結(jié)構(gòu)如圖3。該熱電偶的正負(fù)極采用球形焊接,，焊接球頭直徑不大于φ1.2mm,球頭圓心距冷卻陶瓷端面為5mm,，陶瓷采用φ1.2mm的圓柱結(jié)構(gòu)。根據(jù)表1鉑銠30-鉑銠6熱電偶的分度表所示,，B型熱電偶產(chǎn)生較大的熱電動勢在450℃以上,，更適合測量較高溫度介質(zhì)。在最高溫度1820℃狀態(tài)下,，可輸出熱電動勢13.814mV,。
 
2B型熱電偶的測量采集模塊
　　在燃燒試驗現(xiàn)場，B型熱電偶到采集模塊使用的連接線為普通銅線,，減少了補償導(dǎo)線產(chǎn)生的費用,。在燃燒試驗中，熱電偶輸出的熱電動勢均用DTS-16數(shù)字熱電偶采集模塊測量,，該采集模塊適合于T型,、K型,、E型、S型,、B型、R型等多種型號熱電偶,，測量范圍-270~1820°C,，測量精度分別為±0.25℃(T/K/E/N/J型)、±1℃(S/R型)±2℃(B型),。DTS-16熱電偶采集模塊主要組成如圖4所示,。
 
采集模塊主要技術(shù)特點:
(1)16輸入通道，8Hz/CH的采樣率,，TCP/IP的通訊協(xié)議,，0-50℃的工作溫度，24V/2A的電源,。
(2)模塊采用單通隔離方式,，隔離電壓達(dá)2500V。
(3)冷端進(jìn)行絕熱和均溫處理,。
(4)采用溫度補償,，提高了工作范圍內(nèi)的精度。
3測量溫度值的修正
　　由氣體動力學(xué)可知,，氣體分子無序運動的動能用靜溫T來度量,，而分子定向運動的動能則用動溫T,來度量。氣流的靜溫和動溫之和即為氣流的總溫T,。
 
　　在接觸式測溫中,，靜溫只能在感受器以同樣速度與氣流一起運動時才能測得。顯然,，這是困難的,。因此，氣流溫度測量實際.上就是測量氣流的總溫,，而靜溫則可根據(jù)測得的總溫和氣流速度公式求得口,。
　　測量燃燒器出口溫度時，不但存在速度誤差,，而且還存在傳熱誤差,。對于低速(Ma<0.2)高溫氣流的溫度測量，傳熱誤差是主要的,。該試驗的燃燒器氣流出口馬赫數(shù)Ma<0.2,，故在測量溫度值修正中不考慮速度的影響。
　　熱交換主要以對流,、輻射和導(dǎo)熱三種形式進(jìn)行,。根據(jù)燃燒器空氣入口壓力P3，空氣流量M空,燃料流量M燃;燃燒器內(nèi)筒壁溫Tw，鉑銠偶絲與陶瓷接觸點的溫度Tz如圖5所示,。
 
　　在空氣流量為850g/s,AFR=41.9,值班管路2.1g/s,主B閥:主A閥=1.36,，Mg=20.34g/s下，燃燒器出口測得的試驗數(shù)據(jù),，如圖6所示,。.
 
　　在空氣流量為850g/s,AFR=40.6,值班管路2.07g/s,主B閥:主A閥=1,M地=20.9g/s下，燃燒器出口測得的試驗數(shù)據(jù),，如圖7所示,。
 
　　根據(jù)測量值修正前后，可計算得出該工況下的平均溫度,，OTDF,RTDF等參數(shù),，測量值經(jīng)過修正后，OTDF和RTDF的數(shù)值較修正前更加理想,，見表2,。.
 
4結(jié)語
　　燃燒器性能試驗對于戰(zhàn)略發(fā)展起到關(guān)鍵作用，出口溫度場的測量是燃燒器性能試驗重點考察之一,。在燃?xì)廨啓C的發(fā)展和研制中,，測試技術(shù)的進(jìn)步是推動其發(fā)展的一-個重要基礎(chǔ)，選擇接觸式測量方式比非接觸式測量在經(jīng)濟費用上更節(jié)省,，更可靠3,。本文介紹了B型熱電偶在高溫測量中的應(yīng)用，其特性較穩(wěn)定,，工藝上易實現(xiàn),，尺寸小，對流場干擾小,，有較高的時間響應(yīng),，重復(fù)性好，可靠性高,，從而提高測量的精度,。