CH700960B1 - Faser-Bragg-Gitter-Messpaket und System zur Temperaturmessung in Gasturbinen. - Google Patents

Abstract

Ein Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem (44) weist ein Fasermesskabelpaket (52) und mehrere entlang einer Innenoberfläche einer Wand in Umfangsrichtung verteilte Klemmvorrichtungen (50) zum Befestigen des Fasermesskabelpakets auf. Das Fasermesskabelpaket weist ein auf einem Faser-Bragg-Gitter basierendes Messkabel (53) auf, das wenigstens eine optische Faser (12), mehrere in die optische Faser eingeschriebene Bragg-Gitter (14) und eine Gewebelage und ein die optische Faser umgebendes Hüllrohr aufweist. Das Mehrpunkte-Fasermesssystem weist eine Lichtquelle zum Übertragen von Licht an die Bragg-Gitter und ein reflektiertes Licht empfangendes Detektormodul auf. Jede Klemmvorrichtung weist wenigstens ein Strahlungs-T-Stück (54) auf und definiert wenigstens ein Montageloch zum Befestigen des Fasermesskabels.

Description

Hintergrund der Erfindung

[0001] Die Erfindung betrifft im Wesentlichen Messtechnologien und insbesondere faseroptische Messpakete und Systeme für Mehrpunkte-Temperaturmessungen an einer Gasturbine.

[0002] Temperaturmessung ist für den sicheren und effizienten Betrieb und die Steuerung vieler industrieller Prozesse essentiell. Industrielle Prozesse wie z.B. der Betrieb von Gasturbinen, Kohlekesseln, Verbrennung, Energieerzeugung und Vergasung beinhalten die Messung hoher Temperaturen entweder für eine industrielle Echtzeit-Prozessüberwachung oder zur Steuerung und Optimierung.

[0003] Die Gastemperatur ist einer der kritischen Steuerparameter für den Gasturbinenbetrieb, und jede Verbesserung der Genauigkeit der Temperaturmessung kann den Turbinenwirkungsgrad verbessern. Die Temperatur an dem Auslasskanal und Verdichter/Gasturbine erreicht 320 bis 649 °C (600 bis 1200 °F) bei einem sehr hohen Gasmassenstromdurchsatz, und die direkte Messung der Brennertemperatur für Steuerungszwecke liegt ausserhalb der Möglichkeiten der meisten Temperaturmessgeräte. In der Praxis der Verbrennungssteuerung wird eine ringförmige Anordnung von Thermoelementen zum Messen der Abgastemperatur für die Steuerung des Brennstoffdurchsatzes in dem Brenner verwendet. Sobald eine fehlerhafte Temperatur, entweder zu kalt oder zu heiss, erkannt wird, erfolgt entweder eine Brennstoffdurchsatzanpassung oder eine vorzeitige Abschaltung der Gasturbine. Ein derartiges Verbrennungssteuerungsverfahren erfordert eine genaue ringförmige Abgastemperaturmessung. Jedoch stellt die derzeitige Abgastemperaturmessung unter Verwendung von ringförmigen Anordnungen von Thermoelementen (TCs) nur eine eingeschränkte Anzahl von Messpunkten zur Verfügung, und die räumliche Messauflösung ist etwa ein halber Meter, was grösser als optimal sein kann. Demzufolge hat eine Steuerstrategie der Gasturbine eine zu hohe Sicherheitsreserve, welche zu einem niedrigeren Energieerzeugungswirkungsgrad und verringerten Diagnosemöglichkeiten führt. Es ist jedoch schwierig, die Anzahl und Lage der vorhandenen TCs nach dem derzeitigen Verfahren aufgrund ihrer unhandlichen Satz und des sehr hohen Bedarfs an elektrischer Verdrahtung zu erhöhen.

[0004] Auf Siliziumdioxid basierendes Quarzfasermaterial schmilzt bei hohen Temperaturen, wie z.B. bei Temperaturen von etwa 1482 °C (2700 °F), und somit sieht man in auf Siliziumdioxidmaterial basierenden vierflächigen Faser-Bragg-Gitter-(FBG)-Sensoren ein grosses Einsatzpotential für Mehrpunkte-Temperaturmessung in rauen Betriebsumgebungen wie z.B. Turbomaschinensystemen, Brennern, Generatoren, Triebwerken und Vergasern. Ferner weisen FBG-Sensoren in optischen Quarzfasern aufgebaute hoch qualitative Reflektoren auf, die spezielle Lichtwellenlängen reflektieren und weitere Wellenlängen übertragen. FBG-Sensoren sind vorteilhaft, da sie geringe Masse, hohe Empfindlichkeit, Multiplexfähigkeiten, Mehrpunkt-Verteilungsfähigkeiten, Mehrfachmessfunktionen und elektromagnetische Störfestigkeit besitzen.

[0005] Die Überwachung von Gasturbinen-Betriebsbedingungen erfordert nicht nur thermisch stabilisierte Faser-Bragg-Gitter-Sensoren, sondern auch ein robustes Fasersensorpaket. Es wäre nützlich, über ein Sensorpaket zu verfügen, das leicht innerhalb der Gasturbine für eine Mehrpunkte-Temperaturmessung oder beliebige transiente Temperaturdynamikmessung einsetzbar wäre. Die eingebauten Fasersensorpakete sollten auch den anfänglichen Gasturbinenstart und transienten Temperaturanstieg von Umgebung bis zu 538 bis 649 °C (1000 bis 1200 °F) überstehen. Hinsichtlich des Abgases, das CO, CO2, NOx, H2O usw. enthalten kann, sollte ein Fasersensorpaket nicht nur für eine zuverlässige Temperaturmessung, sondern auch für die Beibehaltung einer hohen mechanischen Festigkeit gegenüber Schwingung, Wärmezyklen und durch Spannungskorrosion induzierte mechanische Ermüdungen hermetisch versiegelt sein.

[0006] Jedoch erfordert die Anwendung von Fasersensoren in jedem industriellen Energieerzeugungssystem definitiv ein geeignetes Fasersensorpaket und die entsprechenden Einbauverfahren. Dabei können sich, da sich beispielsweise die Betriebsbedingung jedes industriellen Systems in Temperatur, Druck, Durchsatz, Schwingung und Korrosion verändern kann, die Einbauverfahren von einem industriellen System zum nächsten industriellen System verändern. Es ist erwünscht, über ein verbessertes FBG-Sensorpaket, Einbauverfahren und ein integriertes Messsystem zu verfügen, das unterschiedliche raue Betriebsbedingungen überleben kann.

Kurzbeschreibung der Erfindung

[0007] Gemäss einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

[0008] Gemäss einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Faser-Mehrpunkte-Temperaturmesskabelpaket mit den Merkmalen des Anspruchs 5.

[0009] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen dargestellt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0010] Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich, wenn die nachstehende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile durchgängig durch die Zeichnungen bezeichnen, in welchen: Fig. 1 eine vereinfachte Querschnittsansicht eines exemplarischen, auf einem Faser-Bragg-Gitter basierenden Temperaturmesskabelpakets, nachfolgend auch FBG-Temperaturmesskabelpaket oder Fasermesskabelpaket genannt, gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist. Fig. 2 eine exemplarische Querschnittsansicht eines auf einem Faser-Bragg-Gitter basierenden Temperaturmesskabels, nachfolgend auch FBG-Messkabel oder nur Temperaturmesskabel genannt, des in Fig. 1 dargestellten FBG-Messkabelpakets ist. Fig. 3 ein exemplarisches Wellenlängenspektrum von mehreren Bragg-Gittern in dem FBG-Temperaturmesskabel von Fig. 1 ist. Fig. 4 ein exemplarisches Wellenlängenverschiebungsspektrum von mehreren Bragg-Gittern in dem FBG-Temperaturmesskabel von Fig. 1 in Reaktion auf eine Temperaturänderung in einer Gasturbinentestzeitperiode ist. Fig. 5 eine Teilquerschnittsansicht eines Mehrfach-Faser-Bragg-Gitter-(FBG)-Messkabelpakets gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist, das nachfolgend auch FBG-Temperaturmesskabelpaket oder Fasermesskabelpaket genannt wird. Fig. 6 ein exemplarisches Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-(FBG)-Temperaturmesssystem ist, das in einen Abgaskanal einer Gasturbine gemäss einer Ausführungsform der Erfindung eingebaut ist. Fig. 7 eine exemplarische Explosionsansicht einer Klemmvorrichtung ist, die ein Strahlungs-T-Stück zum Befestigen eines Paares von FBG-Temperaturmesskabeln mit einer Umfangs-FBG-Messkabelanordnung nahe an einem oberen Abschnitt des Strahlungs-T-Stückes aufweist. Fig. 8 eine perspektivische Ansicht der Klemmvorrichtung von Fig. 7 zum Befestigen der FBG-Temperaturmesskabel in dem Abgaskanal der Gasturbine mit dem bestehenden Strahlungs-T-Stück ist. Fig. 9 ein exemplarisches FBG-Messstabpaket ist, das in dem Abgaskanal der Gasturbine gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung für eine radiale Temperaturprofilabbildung verwendet wird. Fig. 10 eine exemplarische FBG-Messanordnung ist, die in dem Abgaskanal der Gasturbine gemäss noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. Fig. 11 eine exemplarische FBG-Messanordnung ist, die in dem Abgaskanal der Gasturbine gemäss noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. Fig. 12 eine Vorderansicht eines FBG-Messstabes der FBG-Messanordnung von Fig. 11 ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0011] Die Erfindung betrifft ein auf Faser-Bragg-Gittern (FBG) basierendes Mehrpunkte-Temperaturmesssystem sowie ein Faser-Mehrpunkte-Temperaturmesskabelpaket.

[0012] Gemäss den Fig. 1 und 2 weist ein Fasermesskabelpaket 10 für die Messung von hohen Temperaturen ein auf einem Faser-Bragg-Gitter basierendes Temperaturmesskabel 11 auf, welches eine optische Faser 12, mehrere in die optische Faser 12 eingeschriebene Bragg-Gitter 14 und ein die optische Faser 12 umgebendes Aussenhüllrohr 16 und eine Gewebelage 18 zwischen der optischen Faser 12 und dem Aussenhüllrohr 16 aufweist.

[0013] In einer Ausführungsform weist die optische Faser 12 einen Faserkern 20, einen Fasermantel 23 (Fig. 2 ), nachfolgend auch Mantel genannt, und eine den Fasermantel 23 umgebende Beschichtungslage, z.B. eine Polymerbeschichtung 22, auf. In bestimmten Ausführungsformen wird eine Metallbeschichtung 22 dazu genutzt, den Fasermantel 23 zu schützen. In bestimmten Ausführungsformen weist der Faserkern 20 zusammen mit Germanium und Fluor dotiertes Siliziumdioxidmaterial auf. In einer weiteren Ausführungsform ist der Faserkern Siliziumdioxid mit einem Fluor-dotierten Siliziumdioxidmantel. In noch einer weiteren Ausführungsform weist der Faserkern Quarz auf. Die Polymerbeschichtung 22 kann Acrylat, Silikon, Polyimid, Kohlenstoff oder eine Kombination davon aufweisen. Die Polymerbeschichtung 22 ist aufgrund ihrer mechanischen Flexibilität und niedrigen Kosten und wegen der Verbesserung der mechanischen Festigkeit der optischen Faser 12 für die Erleichterung des Zusammenbaus des Fasermesskabelpakets 10 vorteilhaft. Jedoch haben Polymerbeschichtungen 22 im Allgemeinen relativ niedrige Schmelztemperaturen, wie z.B. um 400 °C (750 °F) bei einer Polyimidbeschichtung. In herkömmlichen Fasermesskabelpaketen ohne Gewebelage 18 kann bei erhöhten Temperaturen die Polymerlage schmelzen und an einer Innenoberfläche des Hüllrohres 16 anhaften. Das Hüllrohr 16 hat einen grösseren Wärmeausdehnungskoeffizienten im Vergleich zu dem faseroptischen Material und dehnt sich unter erhöhter Temperatur aus, was ohne die Gewebelage 18 zu einem Bruch der Polymerbeschichtung 22 und/oder der optischen Faser 12 führen könnte.

[0014] Es ist vorteilhaft, dass die Gewebelage 18 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, der mit dem der optischen Faser 12 kompatibel ist. So wie hierin verwendet, bedeutet «kompatibel», dass die Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) der Gewebelage 18 und der optischen Faser 12 eng genug beieinanderliegen, sodass die optische Faser 12 nicht aufgrund von Wärmeausdehnung der Gewebelage 18 bei erhöhten Temperaturen bricht. In bestimmten Ausführungsformen haben der Faserkern 20 und die Gewebelage 18 im Wesentlichen dieselben CTEs. In bestimmten Ausführungsformen wird die Kompatibilität erreicht, indem eine Gewebelage 18 verwendet wird, die wenigstens 80 Gewichtsprozent optisches Siliziumdioxid oder Silikatmaterial enthält. In einer Ausführungsform kann die Gewebelage 18 beispielsweise ein Silikatgewebe, das durch Auslaugen von Fiberglasgewebe zu SiO2hergestellt wird, ein mit Fluorgummi beschichtetes Fiberglas, ein mit Polychloropren beschichtetes Fiberglasgewebe, ein mit Silikongummi beschichtetes Fiberglas oder Poly(Tetra-fluorethylen) beschichtetes Fiberglas aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Gewebelage 18 in Form einer die optische Faser 12 umgebenden Umhüllung, einer um die optische Faser 12 gewickelten Folie oder Geflechtes oder von um die optische Faser 12 gewickelten Faserbündeln haben. Bei erhöhter Temperatur kann die Polymerbeschichtung 22 an einer Innenoberfläche der Gewebelage 18 schmelzen oder anhaften. Da die Gewebelage 18 einen kompatiblen Wärmeausdehnungskoeffizienten mit der Faser 12 hat, schützt das Gewebe somit die Faser vor Beschädigung und schützt ferner das Fasermesskabelpaket 10. In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Gewebelage 18 eine Umhüllung auf, und die optische Faser ist in die Umhüllung eingesetzt und lose in der Gewebelage 18 aufgenommen. Eine physikalische Eigenschaft eines exemplarischen Gewebematerials für die Gewebelage 18 ist in der nachstehenden Tabelle dargestellt.

Tabelle 1

[0015] Dauerbetriebstemperatur 1093 °C (2000 °F) Maximale Betriebstemperatur 1704 °C (3100 °F) Hauptmaterial 98% SiO2 Wärmeleitfähigkeit bei 260 °C (500 °F) 0,45 (BTU in/Hr.F.ft2) Zugfestigkeit 0,5 x 10<6>psi Elastizitätsmodul 10,5 x 10<6>psi Porosität 1% Materialeigenschaften Anorganisch und rauchlos bei Aussetzung an Hitze

[0016] In bestimmten Ausführungsformen werden die Bragg-Gitter 14 in den Faserkern 20 durch einen photochemischen Prozess, wie z.B. durch eine Einschreibung mit Ultraviolett-(UV)-Laserlicht oder Femtosekunden-Laserlicht im nahen Infrarot-(NIR)-Bereich eingeschrieben, dem ein Wärmeausheilungsprozess bei Temperaturen zwischen etwa 538 °C und 816 °C (1000 °F und etwa 1500 °F) folgt. Der photochemische Prozess erfordert üblicherweise die Entfernung von Teilen der Beschichtungslage (Polymerbeschichtung) 22 von der optischen Faser 12, um somit dem Laserlicht das Erreichen des Faserkerns 20 mit ausreichender Intensität zum Bewirken des gewünschten Übergangs zu ermöglichen. Die Beschichtungslage (Polymerbeschichtung) 22 kann von dem Gitterbereich unter Einsatz verschiedener Mittel abgezogen werden, wobei ein Beispiel die Lösung des Polymers in Schwefelsäure umfasst. Die optische Faser 12 verliert in dem Bereich der teilweise entfernten Polymerbeschichtung 22 Festigkeit, und somit wurden in einer Ausführungsform nach der Ausbildung der Bragg-Gitter 14 in dem Faserkern 20, die Abschnitte der optischen Faser 12, von welchem die Beschichtungslage (Polymerbeschichtung) 22 entfernt worden war, wieder beschichtet. In einer weiteren Ausführungsform, wie sie am besten in Fig. 2 zu sehen ist, weist das Fasermesskabelpaket 10 ferner wenigstens ein Längsverstärkungselement 24 auf, das in der Gewebelage 18 zusammen mit der optischen Faser 12 eingeschlossen ist, um die Steifigkeit des Temperaturmesskabels 11 zu erhöhen. In der dargestellten Ausführungsform von Fig. 2 weist das Verstärkungselement (Verstärkungskabel) 24 eine oder mehrere Multimode-Fasern auf. Jede Multimode-Faser weist einen Faserkern 25 und einen Mantel mit einer Polymerbeschichtung oder einer Metall-(Cu, Ni, Al usw.)-Beschichtung wie z.B. Kupfer, Nickel oder Aluminium auf. In bestimmten Ausführungsformen können die optische Faser 12 und die Multimode-Fasern miteinander verdrillt und durch eine Polymerbeschichtung 22 geschützt sein.

[0017] Gemäss Fig. 1 weist in einer Ausführungsform das Hüllrohr 16 ein Metallmaterial und eine polierte Aussenoberfläche auf. In dieser Ausführungsform wird kurzwellige Wärmestrahlungsenergie aus der Umgebung durch die polierte Aussenoberfläche des Hüllrohrs 16 reflektiert, ohne die Temperaturmessgenauigkeit zu beinträchtigen. Ein exemplarisches Material für das Hüllrohr 16 besteht aus Inconel 600™ oder auf Inconel basierenden Legierungen und auf austenitischem Nickelchrom basierenden Superlegierungsmaterialien, welche eine hohe Temperaturbeständigkeit und starke Oxidationsbeständigkeit besitzen. In bestimmten Ausführungsformen ist ein Aussendurchmesser des Hüllrohres 16 grösser als 6,35 mm und eine Wanddicke des Hüllrohres 16 ist grösser als 1,2 mm, demzufolge das Hüllrohr 16 das FBG-Messkabel 11 schützt und eine raue Betriebsumgebung wie z.B. einen heissen Gasstrom, Rotorblattrotationsdrehzahl von 3000 bis 3600 Umdrehungen pro Minute, eine Eigenschwingungsfrequenz im Bereich von 50 bis 60 Hz und mögliche Oberwellenkomponenten im Bereich von 100 Hz bis 350 Hz überstehen kann.

[0018] Wärmeansprechzeit bezieht sich auf die Zeitverzögerung des Fasermesskabels in Reaktion auf eine Wärmeveränderung, welche einer der wichtigen Parameter für Messkabelpakete 10 ist. Eine geringe Wärmeansprechzeit ist wünschenswert, welche einem Gasturbinensteuerungssystem eine schnellere Reaktion auf Temperaturänderungen ermöglicht. Für ein Temperaturmesskabel 11 liefern ein kleinerer Durchmesser und eine dünnere Wand eines Hüllrohres 16 eine relativ geringere Ansprechzeit, führen aber zu einem Aufbau, der relativ schwächer ist und den rauen Umgebungsbetriebsbedingungen einer Gasturbine nicht widerstehen kann. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Schwingungsfrequenz des kleineren und dünnwandigeren Hüllrohres 16 sich mit der Schwingungsfrequenzbandbreite der Rotorschaufeln der Gasturbine überlappen könnte. Die Verwendung von mit einem schwereren und grösseren Hüllrohr 16 verpackten Temperaturmesskabel kann eine gute Überlebensfähigkeit auf Kosten einer Ansprechzeit mit längerer Verzögerung bereitstellen. Eine optimierte Paketkonstruktion gleicht das Wärmeansprechverhalten aus, obwohl sich das Paketrohr ausserhalb der Resonanzfrequenz der Rotorgrundfrequenz und dessen Oberwellenkomponenten höherer Ordnung befindet. Die Wärmeansprechzeit, t0, kann durch die Gleichung 1 berechnet werden:

wobei r der Radius der Satzmaterialien ist, cpdie spezifische Wärme des Satzmaterials ist, ρ die Massendichte und κ die Wärmeleitfähigkeit ist. In bestimmten Ausführungsformen reicht der Aussendurchmesser des Hüllrohres 16 von 6,35 mm bis 9,5 mm und die Wanddicke des Hüllrohres 16 reicht von 1,2 mm bis 2 mm.

[0019] Die nachstehende Tabelle 2 gibt eine exemplarische Ansprechzeit eines Temperaturmesskabels, wenn das Hüllrohr 16 aus rostfreiem Stahl besteht und die Gewebelage 18 1 mm Radius hat und 3 mm Luftspalt zwischen dem Hüllrohr 16 und der Gewebelage 18 vorliegt die Gesamtzeit etwa 2,8 Sekunden im Falle eines Wärmeereignisses, an. Da eine schwere Verpackung eine bessere mechanische Festigkeit für eine langfristigere Überlebensfähigkeit bereitstellen könnte, besteht der Nachteil in der relativen langen Verzögerung für einen Fasersensor, um ein Wärmeereignis zu erkennen. Für Turbinen-Steuerungs- und Optimierungszwecke sollte ein Temperaturmesskabel die rauen Betriebsbedingungen einer Gasturbine überleben, während es gleichzeitig eine vernachlässigbare Wärmeansprechzeit hat.

Tabelle 2: FBG-Messkabel-Ansprechzeit

[0020] Rostfreier 0,003 8000 500 21,5 1, 67 Faserumhüllung 0,001 66 740 0, 068 0,72 Luft 0,003 1,205 1005 0,0257 0,42 Ansprechzeiten (s) 2,8

[0021] In einer Ausführungsform wurden, zur Verhinderung einer Überlappung der Schwingungsfrequenz des Temperaturmesskabels 11 mit der Grundschwingungsfrequenz der Gasturbine, zwei Arten von Hüllrohrabmessungen mit Aussendurchmessern von 3,175 mm und 6,35 mm unter Bedingungen mit freier Klemmung und fester Klemmung simuliert. Wenn sich ein Hüllrohr 16 in einem freien Klemmzustand befindet, kann sich das Hüllrohr 16 nur in der horizontalen Achse frei bewegen, aber nicht in vertikaler Richtung. Wenn sich ein Hüllrohr 16 in einem festen Klemmzustand befindet, darf es sich nicht frei bewegen. In den Ausführungsformen mit freier Klemmung wird erwartet, dass das 3,175-mm-Hüllrohr 16 eine Schwingungsfrequenz nahe an 50 Hz hat, während von einem 6,35-mm-Hüllrohr 16 erwartet wird, dass es eine Schwingungsfrequenz von etwa 130 Hz hat. Für eine 7-FA-, 7-FB- und 9-FA-Gasturbine liegt die normale Schwingungsfrequenz im Grundmodus entweder bei 50 Hz oder 60 Hz. Somit besteht in einer Ausführungsform ein Hüllrohr 16 aus einem 6,35 mm Inconel™-Hüllrohr mit einer Wanddicke von mehr als 1, 2 mm.

[0022] In einigen Ausführungsformen kann heisses Gas unterschiedliche elektromagnetische Wellen abstrahlen und ungenaue Gastemperaturmessungen bewirken. In der dargestellten Ausführungsform von Fig. 1 weist das Fasermesskabelpaket 10 ferner eine äussere gewebte Umhüllung 26 auf, welche das Hüllrohr 16 umgibt. Die gewebte Umhüllung 26 kann dazu genutzt werden, langwellige Wärmestrahlungsenergie (z.B. Wellenlängen grösser als 2 µm) abzuschwächen. Für jede Wärmestrahlung mit längeren Wellenlängen könnte dieses Faserumhüllungsmaterial den Einfluss der Wärmestrahlung entweder aus dem heissen Gas oder von der Diffusorwand effektiv verhindern.

[0023] Des Weiteren weist gemäss Fig. 1 das Fasermesskabelpaket 10 eine Lichtquelle 28 zum Übertragen von Licht durch die optische Faser 12 an die Bragg-Gitter 14 und ein Detektormodul 30 für den Empfang von aus den Bragg-Gittern 14 reflektiertem Licht auf. Das Fasermesskabelpaket 10 kann auch einen optischen Koppler 32 enthalten, um das ankommende Licht aus der Lichtquelle 28 sowie die reflektierten Signale aus den Bragg-Gittern 14 zu handhaben. Der optische Koppler 32 führt die entsprechenden reflektierten Signale zum Detektormodul 30.

[0024] Das Detektormodul 30 empfängt die reflektierten optischen Signale aus den Bragg-Gittern 14 und analysiert im Zusammenwirken mit verschiedenen Hardware- und Softwarekomponenten die in den optischen Signalen enthaltene Information. In einer Ausführungsform ist das Detektormodul 30 dafür konfiguriert, einen Zustand oder einen Parameter der Umgebung auf der Basis eines von dem Bragg-Gitter 14 erzeugten Reflexionsspektrums abzuschätzen. In bestimmten Ausführungsformen verwendet das Detektormodul 30 einen optischen Spektralanalysator, um Signale aus den Bragg-Gittern 14 zu analysieren. Abhängig von der gewünschten Anwendung kann das Detektormodul 30 dafür konfiguriert sein, verschiedene Parameter in der Umgebung zu messen. Beispiele derartiger Parameter umfassen Temperatur, das Vorliegen von Gas, Zugspannung, Druck, Schwingung und Strahlung.

[0025] In einer Ausführungsform wird das Fasermesskabelpaket 10 zur Temperaturmessung in der rauen industriellen Umgebung eines Turbomaschinensystems wie z.B. einem Brenner, einem Generator, Triebwerk oder einem Vergaser verwendet. Wenn Licht aus der Lichtquelle 28 durch die optische Faser 12 an die Bragg-Gitter 14 übertragen wird, wird Lichtenergie von jedem der Bragg-Gitter 14 bei einer entsprechenden Bragg-Wellenlänge λBgemäss der Gleichung 2 reflektiert:

[0026]

wobei «λB» die Bragg-Wellenlänge des entsprechenden Bragg-Gitters 14 repräsentiert, «neff» der Brechungsindex ist und «Λ» die Periode des Bragg-Gitters 14 ist. Sowohl der Brechungsindex (neff) als auch die Periode (Λ) des Bragg-Gitters 14 sind Funktionen von Temperatur und Zugspannung. Wenn das Fasermesskabelpaket 10 zur Temperaturmessung ohne Ausübung einer Zugspannung auf die Bragg-Gitter 14 verwendet wird, ist die Wellenlängenverschiebung (Δλ) jedes Bragg-Gitters 14 gemäss der nachstehenden Gleichung 3:

wobei «α» der Wärmeausdehnungskoeffizient und «β» der thermooptische Koeffizient ist. Unter Berücksichtigung sowohl nicht-linearer thermooptischer Effekte als auch von Wärmeausdehnungseffekten kann die Wellenlängenverschiebung (Δλ) als eine kubische Funktion der Temperatur (T) gemäss der Gleichung 4 kalibriert werden:

[0027] Die Koeffizienten a, b und c können beispielsweise durch eine vorhergehende experimentelle Kalibrierung unter Verwendung von Thermometern wie z.B. Thermoelementen, Widerstandstemperaturdetektoren (RTDs) oder Platinwiderstands-Thermometern (PRTs) gewonnen werden. Ein Beispiel von Koeffizientenwerten, die durch experimentelle Kalibrierung erzielt werden, ist a = 4,87, b = 3,20, x 10<-3>und c = –8,0 x 10<-><7>. Es ist einfach, mehrere Bragg-Gitter 14 für eine Mehrpunktemessung der Umgebung in dem kompakten Fasermesskabelpaket 10 anzuordnen. In unterschiedlichen Ausführungsformen sind die mehreren Bragg-Gitter 14 mit unterschiedlichen Wellenlängen mit einer räumlichen Wellenlängentrennung von 0,5 nm bis 100 nm ausgelegt, um jede potentielle Spitzenüberlappung während der Messung zu vermeiden. Fig. 3 stellt ein exemplarisches Wellenlängenspektrum einer Anzahl (N) von Bragg-Gittern 14 innerhalb derselben optischen Faser 12 dar. Wie dargestellt, hat jedes Bragg-Gitter 14 eine eindeutige Wellenlänge und kann somit von einer anderen unterschieden werden, wenn sie von dem Detektormodul 30 empfangen wird. Fig. 4 stellt ein exemplarisches Wellenlängenverschiebungsspektrum der mehreren Bragg-Gitter innerhalb einer bestimmten Zeitperiode (T) in Reaktion auf eine Temperaturänderung dar. Das Fasermesskabelpaket 10 kann somit für eine Online-Datenanalyse verwendet werden, welche eine gemittelte Abgastemperatur und/oder lokale Temperatur für die Gasturbinensteuerung und Optimierung liefern kann. Obwohl jedes Bragg-Gitter 14 eine unterschiedliche Mittenwellenlänge besitzt, ist die Wellenlängenverschiebung im Wesentlichen proportional zur Temperaturveränderung. Die Umwandlung von Wellenlängenverschiebung in Temperatur basiert auf der Gleichung 4.

[0028] In bestimmten Ausführungsformen kann das Fasermesskabelpaket 10 zwei oder mehr optische Fasern 12 in demselben Temperaturmesskabel 11 enthalten, um mehr Bragg-Gitter 14 aufzunehmen. Gemäss Fig. 5 weist ein Fasermesskabelpaket 34 gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erste, zweite und dritte optische Fasern 12, 36, 38 in demselben Temperaturmesskabel 11 auf. In jede von den ersten, zweiten und dritten optischen Fasern 12, 36, 38 sind mehrere Bragg-Gitter 14 eingeschrieben. In einer Ausführungsform sind die Bragg-Gitter 14 in derselben optischen Faser 12 entlang der allgemeinen Längsrichtung verteilt. In einer Ausführungsform sind Bragg-Gitter 14 in unterschiedlichen Fasern entlang der Längsrichtung des Temperaturmesskabels 11 gestaffelt. Mit mehreren Fasern können die Bragg-Gitter 14 in einer kompakteren Weise entlang der Längsrichtung angeordnet werden, und es können mehr Punkte entlang der Längsrichtung gemessen werden. In einer Ausführungsform werden die ersten, zweiten und dritten optischen Fasern 12, 36, 38 jeweils von entsprechenden Gewebelagen 18 umgeben und dann ferner in dem Hüllrohr 16 aufgenommen. In einer weiteren Ausführungsform werden die ersten, zweiten und dritten optischen Fasern 12, 36, 38 durch eine gemeinsame Gewebelage 18 umgeben und dann weiter in dem Hüllrohr 16 aufgenommen.

[0029] Fig. 6 – 8 stellen ein exemplarisches Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem 44, nachfolgend auch FBG-Messsystem genannt, dar, das in einem Gasturbinensystem beispielsweise für eine Mehrpunkte-Abgastemperaturmessung und Wärmeprofilierung verwendet wird. Gemäss Fig. 6 wird in einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung das FBG-Messsystem 44 in einer Gasturbine 46 zur Messung der Abgastemperatur der Gasturbine 46 verwendet. Die Gasturbine 46 weist eine eine zentrale Trommel 49 darin einschliessende Diffusorwand 48 auf. Die Diffusorwand 48 hat eine im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Querschnittsansicht. Das FBG-Messsystem 44 weist mehrere Klemmvorrichtungen 50 in einer Innenoberfläche der Diffusorwand 48 auf und ein Fasermesskabelpaket 52 mit einem in Umfangsrichtung verlaufenden Temperaturmesskabel 53, das von der Klemmvorrichtung 50 gelagert wird. Das Fasermesskabelpaket 52 weist wenigstens eine optische Faser 12 und mehrere in die optische Faser 12 eingeschriebene Bragg-Gitter 14 auf, wie es unter Bezugnahme auf die vorstehenden Fig. 1 und 2 diskutiert wurde. Es können eine optische Faser 14 oder mehrere Fasern 14 und/oder Temperaturmesskabel falls gewünscht verwendet werden. Wenn mehrere Bragg-Gitter 14 entlang der oder den in Umfangsrichtung verlaufenden optischen Faser 12 oder Fasern 12 verteilt sind, kann ein rundes Wärmeprofil entlang dem Pfad der optischen Faser durch Überwachen der Wellenlängenverschiebungen der Bragg-Gitter 14 abgebildet werden. In einer Ausführungsform kann die detaillierte Auslegung des Temperaturmesskabels 53 ähnlich dem sein, das unter Bezugnahme auf das Temperaturmesskabel 11 der Fig. 1 und 4 beschrieben wurde.

[0030] Unter erhöhter Temperatur hat das Temperaturmesskabel 53 eine Wärmeausdehnung entlang der Umfangsrichtung und die Wärmeausdehnung induziert Zugspannung und Druck in das Temperaturmesskabel 53, was Wellenlängenverschiebungen der Bragg-Gitter 14 induziert. In bestimmten Ausführungsformen kann das Fasermesskabelpaket 52 zwei oder mehr in Reihe geschaltete Temperaturmesskabel 53 enthalten, um eine gesamte Umfangslänge der Innenoberfläche der Diffusorwand 48 abzudecken. In der dargestellten Ausführungsform von Fig. 6 weist das Fasermesskabelpaket 52 zwei halbkreisförmige Temperaturmesskabel 53 auf, die in Reihe geschaltet sind, um sich entlang der gesamten Umfangslänge der Innenoberfläche der Diffusorwand 48 zu erstrecken. Jedes Temperaturmesskabel 53 nimmt somit einen Teil der Wärmeausdehnung entlang dem gesamten Umfang auf, um das Risiko eines Kabelbruches zu verringern und um die Genauigkeit der Temperaturmessung zu verbessern.

[0031] Fig. 7 und Fig. 8 sind jeweils eine vergrösserte Explosionsansicht und eine vergrösserte perspektivische Ansicht einer Klemmvorrichtung 50. In der dargestellten Ausführungsform weist die Klemmvorrichtung 50 einen an der Innenoberfläche der Diffusorwand 48 (Fig. 6 ) befestigten Befestigungspfosten bzw. ein befestigtes Strahlungs-T-Stück 54, ein an einen oberen Bereich des Strahlungs-T-Stückes 54 fixiertes und Montagelöcher 58 zum Festhalten des Temperaturmesskabels 53 definierendes Fixierungselement 56 und wenigstens ein an dem Fixierungselement 56 angebrachtes Befestigungselement 60 auf, um das Temperaturmesskabel 53 in den Montagelöchern 58 zu befestigen. In bestimmten Ausführungsformen hat das Strahlungs-T-Stück 54 eine Höhe von etwa 30 cm, und demzufolge befindet sich das von dem Fixierungselement 56 gelagerte Temperaturmesskabel 53 von der Innenoberfläche der Diffusorwand 48 in einem Abstand von etwa 30 cm. In bestimmten Ausführungsformen weisen die Klemmvorrichtung 50 und das Strahlungs-T-Stück 54 dasselbe Material wie das Hüllrohr 16 für einen leichten Thermoelementeinbau und Schutz auf.

[0032] In einer Ausführungsform hat das Fixierungselement 56 einen mittleren konkaven Abschnitt 62 passend zu einer vorderen Aussenumfangsoberfläche des Strahlungs-T-Stückes 54 und wenigstens eine sich aus dem mittleren konkaven Abschnitt 62 erstreckende Platte 64. In der dargestellten Ausführungsform weist das Fixierungselement 56 ein Paar von Platten 64 auf, die sich seitlich aus dem mittleren konkaven Abschnitt zum Befestigen von zwei Temperaturmesskabeln 53 erstrecken. Jede Platte 64 definiert wenigstens ein Montageloch 58 zur Aufnahme des Temperaturmesskabels 53 und zur Beschränkung einer abwärts gerichteten Bewegung des Temperaturmesskabels 53. In einer Ausführungsform weist jedes Montageloch 58 einen schrägen Schlitz auf, der sich durch einen oberen Rand der Platte 62 erstreckt, um eine leichtere Montage des FBG-Messkabels 53 in dem Montageloch 58 zu ermöglichen. Jedes Befestigungselement 60 weist ein dem Montageloch 58 entsprechendes Montageloch 68 auf. In einer Ausführungsform weist das Montageloch 68 einen schrägen Schlitz auf, der sich durch einen unteren Rand des Befestigungselementes 60 erstreckt, um eine leichtere Montage des Temperaturmesskabels 53 in dem Montageloch 68 zu ermöglichen und eine Aufwärtsbewegung des Temperaturmesskabels 53 zu begrenzen. Im Montagezustand der Klemmvorrichtung 50 überdecken sich die jeweiligen Schlitze von Fixierungselement 56 und Befestigungselement 60 also derart, dass ein das Temperaturmesskabel 53 sicher aufnehmendes Montageloch 58 bzw. 68 ausgebildet ist. In einer Ausführungsform weisen das Fixierungselement 56 bzw. das Befestigungselement 60 Befestigungslöcher 70 zum Zusammenschrauben des Fixierungselementes 56 und des Befestigungselementes 60 auf. In einer Ausführungsform ist das Fixierungselement 56 an dem Strahlungs-T-Stück 54 mittels Gewindelöchern 72 fixiert.

[0033] Gemäss nochmaligem Bezug auf Fig. 6 weist die Gasturbine 46 in einer Ausführungsform ferner eine Steuerung 73 zur Steuerung und Optimierung des Verbrennungsprozesses, beispielsweise zum Einspritzen eines mageren Gemisches aus Brennstoff und Luft in die Gasturbine 46, auf. Eine Temperaturveränderung ist eine sehr wichtige Anzeige für die Brennprozessdynamik. Demzufolge empfängt die Steuerung 73 einen von dem Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem 44 überwachten Temperaturparameter zur Durchführung der Steuerung. In einer Ausführungsform ist die Gasturbine 46 ursprünglich mit als ein Kreisring in der Innenoberfläche der Umfangswand 48 verteilten Thermoelementen ausgelegt, und die Strahlungs-T-Stücke 54 sind ursprünglich für die Montage von Thermoelementen angeordnet. Das dargestellte Temperaturmesskabel 53 nutzt die Strahlungs-T-Stücke 54 zum Montieren des Temperaturmesskabels 53, welches die Thermoelemente ersetzt und optional die Dichte der Messpunkte ohne zusätzliche unhandliche elektrische Verdrahtung erhöht. Demzufolge wird die Temperaturmessgenauigkeit verbessert und ermöglicht der Steuerung 73, eine genauere Prozesssteuerung und Optimierung auszuführen. In weiteren Ausführungsformen können die Strahlungs-T-Stücke 54 speziell für die Montage des Temperaturmesskabels 53 ausgelegt sein. Die Temperaturmesskabel 53 erstrecken sich in einigen Ausführungen entlang dem gesamten Innenumfang des Abgaskanals der Gasturbine 46 und in anderen Ausführungsformen entlang einem Teil des Innenumfangs.

[0034] In der Ausführungsform von Fig. 9 verwendet ein Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem 74 ein Faserkabelpaket 10 oder 34 wie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 – 5 beschrieben. In der dargestellten Ausführungsform von Fig. 9 liegt das Temperaturmesskabel 75 im Wesentlichen in einer Form eines geraden und starren Stabes («FBG-Messstab 75») vor, und das Fasermesssystem 74 weist einen Montageabschnitt 76 zum Befestigen des FBG-Messstabes 75 an dem Abgaskanal der Gasturbine 46 auf. Wie dargestellt erstreckt sich der FBG-Messstab 75 durch Löcher 87 in der Diffusorwand 58 in die Gasturbine 76 und im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung der Gasströmungsrichtung D der Gasturbine 46. In dieser Ausführungsform kann der FBG-Messstab 75 zum Messen eines radialen Wärmeprofils der Gasturbine 46 von der Diffusorwand 48 zur zentralen Trommel 49 hin verwendet werden. In der dargestellten Ausführungsform ist der Montageabschnitt 76 an einer Aussenoberfläche der Diffusorwand 48 durch Verschrauben mit Gewindelöchern 88 bzw. 90 in dem Montageabschnitt 86 und der Diffusorwand 48 der Gasturbine 46 befestigt. In einer Ausführungsform ist die Gasturbine 46 ursprünglich mit Löchern 47 in der Diffusorwand 48 für die Montage von Thermoelementen versehen. In einer Ausführungsform definiert die Diffusorwand 48 mehrere in einem Ring angeordnete Löcher 87, und das Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem 84 weist mehrere FBG-Messstäbe 75 auf, die sich durch entsprechende Löcher 87 in die Gasturbine 46 für Messungen eines radialen Wärmeprofils der Gasturbine 46 erstrecken.

[0035] Gemäss Fig. 10 verwendet ein in einem Abgaskanal der Gasturbine 46 eingesetztes Temperaturmesssystem 84 ein Fasermesskabelpaket 10 oder 34, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 – 5 beschrieben, und weist einen Montageabschnitt 86 zum Befestigen des Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem 84 an dem Abgaskanal der Gasturbine 46 auf. In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich ein Temperaturmesskabel oder Stab 85 entlang einer Mittenachse der Gasturbine 46 und im Wesentlichen entlang der Gasströmungsrichtung D in der Gasturbine 46. Das Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem 84 kann zum Messen eines axialen Wärmeprofils der Gasturbine 46 verwendet werden. Der Stab 85 kann sich aus der Gasturbine 46 heraus erstrecken, wobei Bragg-Gitter 14 daran entlang verteilt sind, und somit kann ein Wärmeprofil entlang einer Mittenrichtung der Gasturbine 46 vom Innenbereich der Gasturbine 46 bis zum Aussenbereich der Gasturbine 46 erhalten werden. In einer Ausführungsform ist der Montageabschnitt 86 an einer Aussenoberfläche der Brennkammerwand 48 durch Verschrauben mit Gewindelöchern 88 bzw. 90 in dem Montageabschnitt 86 und der Umfangswand 48 der Gasturbine 46 befestigt.

[0036] Gemäss Fig. 11 und 12 verwendet ein in einem Abgaskanal der Gasturbine 46 eingesetztes Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem 92 ein Fasermesskabelpaket 10 oder 34, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 – 5 beschrieben, und weist einen Montageabschnitt 94 zum Befestigen des Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystems 92 an dem Abgaskanal der Gasturbine 46 auf. In der dargestellten Ausführungsform weist das Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem 92 ein Fasermesskabel oder Stab 95 auf, der sich entlang einer Mittenachse der Gasturbine 46 und im Wesentlichen entlang der Gasströmungsrichtung D in der Gasturbine 46 erstreckt. Somit kann das Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem 92 zum Messen eines axialen Wärmeprofils der Gasturbine 46 verwendet werden. In der dargestellten Ausführungsform weist der Stab 95 eine starre Stange 96 auf, die mehrere Durchtrittslöcher 98 in einer Aussenoberfläche der rohrförmigen Wand 100 definiert. Der Stab 95 weist wenigstens eine Faser 102 in der Wand 100 auf. In die Faser 102 sind mehrere Bragg-Gitter 14 eingeschrieben, und jedes Bragg-Gitter ist in einem entsprechenden Durchtrittsloch 98 in der Wand 100 angeordnet. Demzufolge sind die Bragg-Gitter 14 gegen eine Temperaturänderung des Abgases der Gasturbine 46 empfindlicher, und es kann ein schnelles Ansprechen auf die Temperatur erzielt werden. In einer Ausführungsform sind die Durchtrittslöcher 98 in dem Stab 95 ursprünglich für die Befestigung von TCs vorgesehen. In bestimmten Ausführungsformen ist die Faser 102 an der Aussenoberfläche des Stabs 95 befestigt. Zum Befestigen der Faser 102 an der Aussenoberfläche des Stabes 95 ist zuerst das Schneiden eines Schlitzes in die Aussenoberfläche des Stabs 95 vorgesehen, anschliessend das Einführen der optischen Faser 102 in ein Metallhüllrohr, um ein Fasermessrohr auszubilden, und dann das Befestigen des Fasermessrohres an der Aussenoberfläche der Metallstange, das Platzieren des Fasermessrohres in den Schlitzen mit den Bragg-Gittern in den entsprechenden Durchtrittslöchern 98; und dann das Einbetten des Fasermessrohres in die Aussenoberfläche der Stange 96 durch Einfüllen von Klebematerial in die Schlitze.

[0037] Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, dürfte es sich für den Fachmann auf diesem Gebiet verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können und Äquivalente deren Elemente ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Offenlegung ersetzen können. Zusätzlich können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine spezielle Situation oder Material an die Lehren der Offenlegung ohne Abweichung von deren wesentlichem Schutzumfang anzupassen. Daher soll diese Erfindung nicht auf die als beste Ausführungsart für die Ausführung dieser Erfindung betrachtete spezielle Ausführungsform beschränkt sein, sondern soll alle Ausführungsformen beinhalten, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.

[0038] Es dürfte sich verstehen, dass nicht notwendigerweise alle derartigen vorstehend beschriebenen Aufgaben oder Vorteile mit irgendeiner speziellen Ausführungsform erreicht werden können. Somit wird der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, dass die hierin beschriebenen Systeme und Techniken in einer Weise verkörpert und ausgeführt werden können, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen, wie hierin gelehrt, erzielt, ohne notwendigerweise andere Aufgaben oder Vorteile, wie sie hierin gelehrt oder vorgeschlagen werden, zu erzielen.

[0039] Ferner wird der Fachmann die Austauschbarkeit von verschiedenen Merkmalen aus verschiedenen Ausführungsformen erkennen. Die verschiedenen beschriebenen Merkmale sowie weitere bekannte Äquivalente für jedes Merkmal können von einem Fachmann auf diesem Gebiet kombiniert und angepasst werden, um zusätzliche Systeme und Techniken gemäss Prinzipien dieser Offenlegung aufzubauen.

[0040] Ein Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem 44 weist ein Fasermesskabelpaket 52 und mehrere entlang einer Innenoberfläche einer Wand in Umfangsrichtung verteilte Klemmvorrichtungen 50 zum Befestigen des Fasermesskabelpakets 52 auf. Das Fasermesskabelpaket 52 weist ein auf einem Faser-Bragg-Gitter basierendes Temperaturmesskabel 53 auf, das wenigstens eine optische Faser 12, mehrere in die optische Faser eingeschriebene Bragg-Gitter 14 und eine Gewebelage 18 und ein die optische Faser 12 umgebendes Hüllrohr 16 aufweist. Das erfindungsgemässe Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem 44, 74, 84, 92 weist eine Lichtquelle 28 zum Übertragen von Licht an die Bragg-Gitter 14 und ein reflektiertes Licht empfangendes Detektormodul 30 auf. Jede Klemmvorrichtung 50 weist wenigstens ein Strahlungs-T-Stück 54 auf und definiert wenigstens ein Montageloch 58 zum Befestigen des Temperaturmesskabels 11, 53, 75, 85, 95.

Bezugszeichenliste

[0041] 10 Fasermesskabelpaket 11 Temperaturmesskabel 12 Optische Faser 14 Bragg-Gitter 16 Hüllrohr 18 Gewebelage 20 Faserkern 22 Beschichtungslage 23 Fasermantel 24 Verstärkungselement 25 Faserkern 26 Gewebte Umhüllung 28 Lichtquelle 30 Detektormodul 32 Optischer Koppler 34 Fasermesskabelpaket 36, 38 zweite und dritte optische Faser 40, 42 Wellenlängenspektrum 44 Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem 46 Gasturbine 48 Diffusorwand 49 Trommel 50 Klemmvorrichtung 52 Fasermesskabelpaket 53 Temperaturmesskabel 54 Befestigungspfosten bzw. Strahlungs-T-Stück 56 Fixierungselement 58 Montagelöcher 60 Befestigungselement 62 mittlerer konkaver Abschnitt 64 Platten 68 Montagelocher 70 Befestigungslöcher 72 Gewindelöcher 73 Steuerung 74 Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem 75 Temperaturmesskabel oder Stab 76 Befestigungsabschnitt 84 Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem 85 Temperaturmesskabel oder Stab 86 Befestigungsabschnitt 88, 90 Gewindeloch 92 Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem 94 Befestigungsabschnitt 95 Temperaturmesskabel oder Stab 96 Stange 98 Durchtrittslöcher 100 Wand 102 Faser

Claims (10)

1. Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem (44, 74, 84, 92), aufweisend: ein Fasermesskabelpaket (10, 34, 52), mit: einem auf einem Faser-Bragg-Gitter basierenden Temperaturmesskabel (11, 53, 75, 85, 95) mit wenigstens einer optischen Faser (12, 102), mehreren in die optische Faser (12, 102) eingeschriebenen Bragg-Gittern (14), einer die optische Faser (12, 102) umgebenden Gewebelage (18) und einem die optische Faser (12, 102) umgebenden Hüllrohr (16); einer Lichtquelle (28) zum Übertragen von Licht an die Bragg-Gitter (14); und einem Detektormodul (30) zum Empfangen von aus den Bragg-Gittern (14) reflektiertem Licht; und mehrere Klemmvorrichtungen (50), die entlang einer Innenoberfläche einer Wand in einer Umfangsrichtung verteilbar sind, wobei jede Klemmvorrichtung (50) ein Strahlungs-T-Stück (54) aufweist und wenigstens ein Montageloch (58, 68) zum Befestigen des Fasermesskabelpakets (10, 34, 52) definiert.

2. Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem (44, 74, 84, 92) nach Anspruch 1, wobei jede Klemmvorrichtung (50) ein an dem Strahlungs-T-Stück (54) befestigtes Fixierungselement (56) mit wenigstens einem Montageloch (58) für die Aufnahme des auf einem Faser-Bragg-Gitter basierenden Temperaturmesskabels (11, 53, 75, 85, 95) sowie ein mit dem Fixierungselement (56) lösbar befestigtes Befestigungselement (60) zum Befestigen des auf einem Faser-Bragg-Gitter basierenden Temperaturmesskabels (11, 53, 75, 85, 95) aufweist.

3. Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem (44, 74, 84, 92) nach Anspruch 2, wobei jedes Befestigungselement (60) ein dem Montageloch (58) in dem Fixierungselement (56) entsprechendes Montageloch (68) zur Aufnahme des auf einem Faser-Bragg-Gitter basierenden Temperaturmesskabels (11, 53, 75, 85, 95) definiert.

4. Faser-Bragg-Gitter-Mehrpunkte-Temperaturmesssystem (44, 74, 84, 92) nach Anspruch 3, wobei das Montageloch (58) in dem Fixierungselement (56) einen sich durch einen oberen Rand des Fixierungselementes (56) erstreckenden Schlitz aufweist, und wobei das Montageloch (68) in dem Befestigungselement (60) einen sich durch einen unteren Rand des Befestigungselementes (60) erstreckenden Schlitz aufweist.

5. Faser-Mehrpunkte-Temperaturmesskabelpaket (10, 34, 52), aufweisend: eine optische Faser (12, 102) mit einem Faserkern (20) und einem Fasermantel (23) und einer den Fasermantel (23) umgebenden Beschichtungslage (22); mehrere in den Faserkern (20) eingeschriebene Bragg-Gitter (14); eine den Fasermantel (23) umgebende Gewebelage (18), wobei die Gewebelage (18) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Fasermaterials kompatibel ist; ein die Gewebelage (18) umgebendes Hüllrohr (16); eine Lichtquelle (28) zum Übertragen von Licht an die Bragg-Gitter (14); und ein Detektormodul (30) zur Aufnahme von den Bragg-Gittern (14) reflektiertem Licht.

6. Faser-Temperaturmesskabelpaket (10, 34, 52) nach Anspruch 5, wobei die Gewebelage (18) eine Umhüllung aus Siliziumdioxid oder Silikatmaterial aufweist.

7. Faser-Temperaturmesskabelpaket (10, 34, 52) nach Anspruch 5, wobei die Gewebelage (18) wenigstens 80 Gewichtsprozent Siliziumdioxid oder Silikat aufweist.

8. Faser-Temperaturmesskabelpaket (10, 34, 52) nach Anspruch 6, welches ferner ein in der Gewebelage (18) eingeschlossenes Verstärkungselement (24) aufweist.

9. Faser-Temperaturmesskabelpaket (10, 34, 52) nach Anspruch 8, wobei das Verstärkungselement (24) eine oder mehrere Multimode-Fasern aufweist.

10. Faser-Temperaturmesskabelpaket (10, 34, 52) nach Anspruch 5, das wenigstens zwei optische Fasern (12) mit mehreren in den Faserkernen (20) eingeschriebenen Bragg-Gittern (14) aufweist.