[发明专利]一种同时测量燃气轮机燃烧室出口温度与燃烧产物浓度的装置及方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种同时测量燃气轮机燃烧室出口温度与燃烧产物浓度的装置及方法， 其属于燃气轮机以及航空发动机领域。

背景技术：

目前无论地面燃气轮机，还是航空发动机，燃烧室出口温度分布(包括OTDF和 RTDF)要符合出口涡轮叶片高温高强度的要求，从而保证涡轮的正常工作和寿命；而 燃烧室出口的燃烧产物浓度分布，通过燃气分析法，可以用来测量燃烧室燃烧效率，评 价发动机的经济性。

为了测量燃烧室出口的温度分布，一般采用多点温度耙测量其出口燃烧温度，由于 燃烧室出口温度非常高，因此目前温度耙一般采用水冷或空气冷却对温度耙进行冷却； 由于有水冷或气冷，同时测点与温度耙之间距离比较短，两者的温差导致测点与温度耙 之间进行热传导，从而导致测点周围的燃气温度比实际燃烧温度低，特别是水冷，测量 出来的燃烧温度比实际燃烧温度能相差100゜以上，具体误差大小跟测点伸出温度耙的 距离、冷却方式、冷却流体的流量大小等都相关。燃烧室出口燃烧产物浓度的测量，一 般在燃烧室出口布置多点取样管，加工取样耙对出口燃气成分进行取样，把样气引入气 体分析仪对其燃气浓度分布进行测量；由于温度耙和取样耙都需要物理安装空间，因此 实际测量时，温度测量和燃气浓度测量不能同时测量相同位置下的温度和燃气浓度；目 前常用方法是在一个工况下测量出温度分布后，熄火后换装取样耙，再调节到相同工况 下进行燃烧，再测量其燃气浓度分布，由于不能保证再点火后的工况与原来温度测量时 的工况完全一样，因此两者测量出来的结果有一定的误差；同时由于温度耙和压力耙加 工精度误差，不能保证温度耙测点位置与压力耙取样点的测量位置完全吻合。因此目前 同时测量其温度和燃气浓度分布，并提高其温度测量精度，无论是国际还是国内都是难 点。

发明内容：

本发明为了在燃烧室出口同时测量温度分布和燃气浓度分布，提出了一种同时测量 燃气轮机燃烧室出口温度与燃烧产物浓度的装置及方法，该测量装置及方法可以同时对 燃气轮机或航空发动机燃烧室出口的燃烧温度和燃气成分同时进行定量测量，并提高其 温度测量精度。

本发明采用如下技术方案：一种同时测量燃气轮机燃烧室出口温度与燃烧产物浓度 的装置，包括高温合金耙体，套设于高温合金耙体上的测量耙安装座，位于高温合金耙 体一侧的且位于测量耙安装座下方的陶瓷块，将陶瓷块挤压在高温合金耙体上的90゜高 温合金钩形结构，焊接在高温合金耙体上的冷却水进水管、冷却水出水口以及引管，热 电偶支管，燃气取样支管，所述陶瓷块上开设有热电偶丝孔和燃气取样管孔，所述热电 偶丝孔的个数为燃气取样管孔的两倍，所述热电偶丝孔中穿设有热电偶丝，所述燃气取 样管孔中穿设有燃气取样管，两根热电偶丝和一根燃气取样管为一组，两根热电偶丝在 头部焊接为球形，形成一个热电偶测量点，两根热电偶丝和一根燃气取样管从陶瓷块穿 出后一起进入引管中，所述热电偶丝和燃气取样管经引管一起引出后，分别连接热电偶 支管和燃气取样支管。

进一步地，每个引管中设有一根双孔陶瓷管，两根所述热电偶丝分别穿设于双孔陶 瓷管的两个孔中。

进一步地，所述90゜高温合金钩形结构与高温合金耙体相互焊接于一起。

本发明还采用如下技术方案：一种同时测量燃气轮机燃烧室出口温度与燃烧产物浓 度的方法，其包括如下步骤：

(1)在开始测量前，把冷却水进水管前的进水阀门打开，调节阀门开度来调节冷 气水流量，冷气水对高温合金耙体进行冷气后，从冷却水出水口流出；

(2)开始测量时，利用热电偶测量点对该测量位置的燃气温度进行测量，获得其 燃气温度，热电偶测量点的两根热电偶丝经过一对热电偶丝孔穿过陶瓷块上后，经引管， 进入热电偶支管引出进行测量；

(3)在测量燃气温度同时，对同一测点位置的燃气进行取样，燃气经陶瓷块上的 燃气取样管进行取样，分别流经引管和燃气取样支管，进入气体分析仪进行气体成分测 量，从而获得其燃气成分。

本发明具有如下有益效果：

1)目前金属材料的耐热温度有限，因此采用金属材料制作的温度耙不能承受燃烧 室出口的燃气温度；陶瓷材料虽然能承受其高温，但不能承受高速气流对耙冲刷所造成 的机械应力；本发明在温度耙体前端设计了一个陶瓷块，从而保证在不需要任何冷却的 条件下准确测量其燃气温度，而在陶瓷块后端采用高温合金材料加工而成的带水冷却的 耙体来承受其机械应力。