[發明專利]一種同時測量燃氣輪機燃燒室出口溫度與燃燒產物濃度的裝置及方法

在審

• 申請號: 201610006837.6
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN105675158A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 顏應文;李井華;劉云鵬;劉勇;劉杰才;王亞軍
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02;G01N33/00;G01N31/12
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域：

本發明涉及一種同時測量燃氣輪機燃燒室出口溫度與燃燒產物濃度的裝置及方法， 其屬于燃氣輪機以及航空發動機領域。

背景技術：

目前無論地面燃氣輪機，還是航空發動機，燃燒室出口溫度分布(包括OTDF和 RTDF)要符合出口渦輪葉片高溫高強度的要求，從而保證渦輪的正常工作和壽命；而 燃燒室出口的燃燒產物濃度分布，通過燃氣分析法，可以用來測量燃燒室燃燒效率，評 價發動機的經濟性。

為了測量燃燒室出口的溫度分布，一般采用多點溫度耙測量其出口燃燒溫度，由于 燃燒室出口溫度非常高，因此目前溫度耙一般采用水冷或空氣冷卻對溫度耙進行冷卻； 由于有水冷或氣冷，同時測點與溫度耙之間距離比較短，兩者的溫差導致測點與溫度耙 之間進行熱傳導，從而導致測點周圍的燃氣溫度比實際燃燒溫度低，特別是水冷，測量 出來的燃燒溫度比實際燃燒溫度能相差100゜以上，具體誤差大小跟測點伸出溫度耙的 距離、冷卻方式、冷卻流體的流量大小等都相關。燃燒室出口燃燒產物濃度的測量，一 般在燃燒室出口布置多點取樣管，加工取樣耙對出口燃氣成分進行取樣，把樣氣引入氣 體分析儀對其燃氣濃度分布進行測量；由于溫度耙和取樣耙都需要物理安裝空間，因此 實際測量時，溫度測量和燃氣濃度測量不能同時測量相同位置下的溫度和燃氣濃度；目 前常用方法是在一個工況下測量出溫度分布后，熄火后換裝取樣耙，再調節到相同工況 下進行燃燒，再測量其燃氣濃度分布，由于不能保證再點火后的工況與原來溫度測量時 的工況完全一樣，因此兩者測量出來的結果有一定的誤差；同時由于溫度耙和壓力耙加 工精度誤差，不能保證溫度耙測點位置與壓力耙取樣點的測量位置完全吻合。因此目前 同時測量其溫度和燃氣濃度分布，并提高其溫度測量精度，無論是國際還是國內都是難 點。

發明內容：

本發明為了在燃燒室出口同時測量溫度分布和燃氣濃度分布，提出了一種同時測量 燃氣輪機燃燒室出口溫度與燃燒產物濃度的裝置及方法，該測量裝置及方法可以同時對 燃氣輪機或航空發動機燃燒室出口的燃燒溫度和燃氣成分同時進行定量測量，并提高其 溫度測量精度。

本發明采用如下技術方案：一種同時測量燃氣輪機燃燒室出口溫度與燃燒產物濃度 的裝置，包括高溫合金耙體，套設于高溫合金耙體上的測量耙安裝座，位于高溫合金耙 體一側的且位于測量耙安裝座下方的陶瓷塊，將陶瓷塊擠壓在高溫合金耙體上的90゜高 溫合金鉤形結構，焊接在高溫合金耙體上的冷卻水進水管、冷卻水出水口以及引管，熱 電偶支管，燃氣取樣支管，所述陶瓷塊上開設有熱電偶絲孔和燃氣取樣管孔，所述熱電 偶絲孔的個數為燃氣取樣管孔的兩倍，所述熱電偶絲孔中穿設有熱電偶絲，所述燃氣取 樣管孔中穿設有燃氣取樣管，兩根熱電偶絲和一根燃氣取樣管為一組，兩根熱電偶絲在 頭部焊接為球形，形成一個熱電偶測量點，兩根熱電偶絲和一根燃氣取樣管從陶瓷塊穿 出后一起進入引管中，所述熱電偶絲和燃氣取樣管經引管一起引出后，分別連接熱電偶 支管和燃氣取樣支管。

進一步地，每個引管中設有一根雙孔陶瓷管，兩根所述熱電偶絲分別穿設于雙孔陶 瓷管的兩個孔中。

進一步地，所述90゜高溫合金鉤形結構與高溫合金耙體相互焊接于一起。

本發明還采用如下技術方案：一種同時測量燃氣輪機燃燒室出口溫度與燃燒產物濃 度的方法，其包括如下步驟：

(1)在開始測量前，把冷卻水進水管前的進水閥門打開，調節閥門開度來調節冷 氣水流量，冷氣水對高溫合金耙體進行冷氣后，從冷卻水出水口流出；

(2)開始測量時，利用熱電偶測量點對該測量位置的燃氣溫度進行測量，獲得其 燃氣溫度，熱電偶測量點的兩根熱電偶絲經過一對熱電偶絲孔穿過陶瓷塊上后，經引管， 進入熱電偶支管引出進行測量；

(3)在測量燃氣溫度同時，對同一測點位置的燃氣進行取樣，燃氣經陶瓷塊上的 燃氣取樣管進行取樣，分別流經引管和燃氣取樣支管，進入氣體分析儀進行氣體成分測 量，從而獲得其燃氣成分。

本發明具有如下有益效果：

1)目前金屬材料的耐熱溫度有限，因此采用金屬材料制作的溫度耙不能承受燃燒 室出口的燃氣溫度；陶瓷材料雖然能承受其高溫，但不能承受高速氣流對耙沖刷所造成 的機械應力；本發明在溫度耙體前端設計了一個陶瓷塊，從而保證在不需要任何冷卻的 條件下準確測量其燃氣溫度，而在陶瓷塊后端采用高溫合金材料加工而成的帶水冷卻的 耙體來承受其機械應力。