CH703759B1 - Heissgastemperaturmessung in einer Gasturbine unter Verwendung eines durchstimmbaren Diodenlasers. - Google Patents

Heissgastemperaturmessung in einer Gasturbine unter Verwendung eines durchstimmbaren Diodenlasers. Download PDF

Info

Publication number
CH703759B1
CH703759B1 CH01482/11A CH14822011A CH703759B1 CH 703759 B1 CH703759 B1 CH 703759B1 CH 01482/11 A CH01482/11 A CH 01482/11A CH 14822011 A CH14822011 A CH 14822011A CH 703759 B1 CH703759 B1 CH 703759B1
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
combustion gas
wavelength
combustion
laser
gas
Prior art date
Application number
CH01482/11A
Other languages
English (en)
Other versions
CH703759A2 (de
Inventor
Venugopal Badami Vivek
Mordin Hoyte Scott
Mitra Chayan
Banerjee Ayan
Original Assignee
Gen Electric
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gen Electric filed Critical Gen Electric
Publication of CH703759A2 publication Critical patent/CH703759A2/de
Publication of CH703759B1 publication Critical patent/CH703759B1/de

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/10Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • G01J3/108Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry for measurement in the infrared range
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/42Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • G01J3/427Dual wavelengths spectrometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/12Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
    • G01K13/024Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow of moving gases

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein in einer Gasturbine angeordnetes Verbrennungsgasmessgerät, wobei das Messgerät aufweist: Einen durchstimmbaren Laser (22), der ein durch einen Verbrennungsgasweg in der Gasturbine durchgehende Strahlenbündel (34) erzeugt; eine Steuereinrichtung (20) für den durchstimmbaren Laser, wobei der Laser (22) derart durchgestimmt ist, dass er eine Strahlung emittiert, die wenigstens eine ausgewählte erste Wellenlänge und eine ausgewählte zweite Wellenlänge aufweist, welche beide jeweils temperaturabhängigen Übergängen einer Verbrennungsspezies des Gases entsprechen, wobei die erste ausgewählte Wellenlänge und die zweite ausgewählte Wellenlänge keine benachbarten ausgeprägten Absorptionslinien aufweisen; einen Detektor, der das durch das Verbrennungsgas durchgehende Strahlenbündel erfasst und ein Absorptionssignal erzeugt, das für die Absorption des Strahlenbündels durch das Verbrennungsgas bei jeweils der ersten Wellenlänge und der zweiten Länge kennzeichnend ist, und die Steuereinrichtung (20) ein auf einem nichtflüchtigen Speichermedium gespeichertes Programm ausführt, um eine Verbrennungsgastemperatur, basierend auf einem Verhältnis der Absorptionssignale für die erste Wellenlänge und die zweite Wellenlänge, zu bestimmen.

Description

Hintergrund der Erfindung
[0001] Die Erfindung betrifft die Bestimmung von Heissgastemperaturen unter Verwendung eines durchstimmbaren Lasers und insbesondere die Bestimmung von Hochdruckverbrennungsgastemperaturen in einer Gasturbine.
[0002] Es ist schwierig, die Verbrennungsgastemperatur in einer Turbine genau zu bestimmen. Das Verbrennungsgas ist ausserordentlich heiss, korrosiv, turbulent und steht unter hohem Druck. Die Verbrennungsgastemperatur, z.B. die Turbinenbrenntemperatur (TBrenn), wird üblicherweise anhand von Faktoren abgeschätzt wie Abgas, Temperatur und Druck des vom Verdichter abgegebenen Gases. Diese Abschätzung der Verbrennungsgastemperatur beinhaltet ein gewisses Mass an Unsicherheit. Um diese Unsicherheit zu berücksichtigen, ist die Verbrennungsgastemperatur auf eine Temperatur eingestellt, die niedriger ist als sie erforderlich wäre, wenn die Verbrennungsgastemperatur mit grösserer Sicherheit bekannt wäre.
[0003] Die Verbrennungsgastemperatur beeinflusst die Leistungsabgabe einer Gasturbine. Die Leistung nimmt mit zunehmender Verbrennungsgastemperatur zu. Beispielsweise kann durch Erhöhen der Verbrennungsgastemperatur (TBrenn) um 10 °F (5,5556 °C) die Ausgangsleistung um ein Megawatt (1 MW) bei einer zweihundert Megawatt (200 MW) Gasturbine gesteigert werden. Eine Verringerung des Masses der Unsicherheit würde es gestatten, die Verbrennungsgastemperatur zu erhöhen und würde eine entsprechende Erhöhung der Ausgangsleistung einer Gasturbine ergeben.
[0004] Es wurden schon spektroskopische Messungen, z.B. Lasermessungen vorgeschlagen, um Gastemperaturen in einer Gasturbine genau zu bestimmen. Die internationale Patentanmeldung WO 2007/014 960 beschreibt eine Temperaturmessvorrichtung, die die Absorption von Laserlicht bei Wellenlängen misst, die Sauerstoff in einem Verbrennungsgasstrom einer Gasturbine entsprechen. Die US-Patentanmeldung 2008/0 289 342 beschreibt die Bestimmung von Verbrennungstemperaturen durch Messung der Absorption von Laserlichtwellenlängen, die Sauerstoff in dem Gasstrom einer Gasturbine entsprechen.
[0005] Die Laserwellenlängen, bei denen die von dem Verbrennungsgas herrührende Absorption gemessen wird, muss so gewählt sein, dass die Genauigkeit der Berechnung der Gastemperatur optimiert ist. Die Wellenlängen, bei denen die Absorption gemessen wird, werden üblicherweise so ausgewählt, dass sie temperaturabhängigen Übergängen einer Spezies in dem Gas entsprechen. Es gibt mehrere zur Verfügung stehende Wellenlängen, bei denen eine Absorption auftritt, die von temperaturabhängigen Übergängen einer Verbrennungsgasspezies herführen. Benötigt wird ein Verfahren um ein Paar Wellenlängen auszuwählen, bei denen die Laserabsorption zu messen ist, um Absorptionslinienstärkendaten zur genauen Berechnung der Verbrennungsgastemperatur in einer Gasturbine zu erhalten.
Kurze Beschreibung der Erfindung
[0006] Es wurden ein System und ein Verfahren zur genauen Messung der Brenntemperatur oder anderer Heissgastemperaturen in einer Gasturbine entwickelt. Ein durchstimmbarer Diodenlaser richtet einen Laserstrahl durch die eine Gasturbine durchströmenden Verbrennungsgase. Strahlungsmesser messen die Strahlungsabsorption, die bei Wellenlängen auftritt, welche einem Paar Wasserdampfoberschwingungsübergänge in dem Nahinfrarotwellenlängenband entsprechen. Die Temperatur des Verbrennungsgases wird basierend auf einem Verhältnis der bei diesen zwei Wellenlängen gemessenen Absorptionen berechnet. Das Wellenlängenpaar ist verhältnismässig isoliert und hat keine benachbarten starken Absorptionslinien nahegelegener Wellenlängen. Diese Isolation und das Fehlen benachbarter Absorptionsstärkelinien verhütet das Ineinander-Übergehen benachbarter ausgeprägter Absorptionsstärkelinien, das beim hohen Drücken in einer Gasturbine auftritt.
[0007] Ein Verbrennungsgasmessgerät ist gemäss der Erfindung in einer Gasturbine angeordnet, wobei das Messgerät aufweist: Einen durchstimmbaren Laser, der ein Strahlungsbündel erzeugt, das durch einen Verbrennungsgaspfad in der Gasturbine durchgeht; eine Steuereinrichtung für den durchstimmbaren Laser, wobei der Laser so durchgestimmt wird, dass er eine Strahlung mit einer ersten ausgewählten Wellenlänge und einer zweiten ausgewählten Wellenlänge aussendet, die beide temperaturabhängigen Übergängen einer Verbrennungsspezies des Gases entsprechen, wobei die erste ausgewählte Wellenlänge und die zweite ausgewählte Wellenlänge keine benachbarten ausgeprägten Absorptionslinien aufweisen; einen Detektor, der das durch das Verbrennungsgas durchgehende Strahlenbündel erfasst und ein Absorptionssignal erzeugt, das die Absorption des Bündels durch das Verbrennungsgas bei sowohl der ersten Wellenlänge als auch der zweiten Länge angibt und einen Prozessor, der ein auf einem nichtflüchtigen Speichermedium gespeichertes Programm ausführt, welches, basierend auf einem Verhältnis der Absorptionssignale für die erste Wellenlänge und für die zweite Wellenlänge, die Verbrennungsgastemperatur berechnet.
[0008] Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in einer Gasturbine ein Verbrennungsgasmessgerät angeordnet, wobei das Messgerät aufweist: Einen durchstimmbaren Diodenlaser, der ein Laserstrahlenbündel emittiert, das durch einen Verbrennungsgaspfad in der Gasturbine durchgeht; eine Steuereinrichtung für den durchstimmbaren Diodenlaser, der so abgestimmt ist, dass er ein erstes Laserstrahlbündel mit einer Wellenlänge von 1334 Nanometer (nm) und ein zweites Laserstrahlbündel mit einer Wellenlänge von 1380 nm oder 1391 nm emittiert; einen Lasersensor, der jedes der durch das Verbrennungsgas durchgehenden Strahlungsbündel erfasst und ein Absorptionssignal erzeugt, das die Absorption des Strahlenbündels durch das Verbrennungsgas bei jeder der Wellenlängen angibt und einen Prozessor, der ein auf einem nichtflüchtigen Speichermedium gespeichertes Programm ausführt zur Bestimmung der Verbrennungsgastemperatur, basierend auf einem Verhältnis der Absorptionssignale bei dem ersten Laserstrahlbündel und dem zweiten Laserstrahlbündel.
[0009] Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren, das zur Berechnung der Verbrennungsgastemperatur in einer Hochdruckumgebung mithilfe eines erfindungsgemässen Verbrennungsgasmessgeräts dient, wobei das Verfahren aufweist: Identifizieren ausgeprägter Absorptionen, die temperaturabhängigen Übergängen von Gasspezien in dem Verbrennungsgas zugeordnet sind; Identifizieren der ausgeprägten Absorptionen, die einem temperaturabhängigen Übergang von Verbrennungsgasspezien des Verbrennungsgases zugeordnet sind; Auswählen einer ersten und einer zweiten Linie der ausgeprägten Absorptionslinien, die als den Verbrennungsgasarten zugeordnet identifiziert worden sind, wobei die beiden ausgewählten ausgeprägten Absorptionslinien keine benachbarten Absorptionslinien aufweisen; Identifizieren einer ersten Wellenlänge und einer zweiten Wellenlänge, die jeweils der ersten bzw. der zweiten ausgeprägten Linie zugeordnet sind; Projizieren eines Laserstrahlbündels durch einen Verbrennungsgaspfad bei jeder der identifizierten ersten und zweiten Wellenlänge und Sammeln von Daten bezüglich der Absorption des Strahlenbündels durch das Verbrennungsgas bei jeder der identifizierten ersten und zweiten Wellenlänge und Berechnung einer Verbrennungsgastemperatur unter Verwendung der gesammelten Daten.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
[0010] Fig. 1 ist eine schematische Prinzipdarstellung einer Gasturbine; Fig. 2 ist eine Querschnittsdarstellung der Verbindung zwischen der Brennkammer und der Turbine der in Fig. 1 dargestellten Gasturbine; Die Fig. 3 und 4 sind Diagramme zur Veranschaulichung der Laserstrahlabsorption durch Verbrennungsgas über einen Strahlungsfrequenzbereich von 7200/cm bis 7207/cm; Die Fig. 5 , 6 sind beispielhafte Diagramme zur Veranschaulichung der Linienstärke bei einer Laserabsorption durch Verbrennungsgase bei verschiedenen Wellenlängen; Die Fig. 7 , 8 sind beispielhafte Diagramme zur Veranschaulichung der Linienstärke bei Laserabsorption durch Verbrennungsgase bei verschiedenen Wellenlängen. Fig. 9 , 10 , sind Flussdiagramme zur Veranschaulichung eines beispielhaften Verfahrens zur Bestimmung der Verbrennungstemperatur unter Verwendung eines durchstimmbaren Diodenlasers.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
[0011] Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer industriellen Gasturbinenmaschine 10 mit einem Verdichter 12, einer Brennkammer 14 mit Brennrohren 16 und einer Turbine 18. Luft tritt in den Axialverdichter ein, der die Luft verdichtet und in eine ringförmige Anordnung von Brennrohren 16 abgibt, die die Brennkammer bilden. Die Luft/Brennstoffmischung wird in den Brennrohren gezündet. Durch die Verbrennung entstehende heisse Gase strömen in die Turbine 18 ein. Die heissen Verbrennungsgase 15 treten in die Turbine 18 ein und strömen über eine ringförmige Anordnung von Leitschaufeln der ersten Stufe und eine ringförmige Anordnungen von Turbinenlaufschaufeln der ersten Stufe. Der Strom heisser Verbrennungsgase, der über die Reihen ringförmiger Anordnung von Turbinenlaufschaufeln strömt, setzt die Turbinenlaufschaufeln und die diesen zugeordnete Welle in Umdrehung, die auch mit dem Verdichter verbunden ist. Der Antrieb des Verdichters durch die Turbine bewirkt, dass der Verdichter die Luft für die Brennkammer verdichtet.
[0012] Die Temperatur der in die Turbine eintretenden heissen Verbrennungsgase wird üblicherweise als Brenntemperatur (TBrenn) bezeichnet. Die Brenntemperatur kann als die Gastemperatur definiert werden, bei der die Turbinenarbeit beginnt, in dem Verbrennungsgasströmungspfad etwa an der hinteren Kante der ersten Leitschaufeln und der vorderen Kante der ersten Turbinenlaufschaufeln.
[0013] Eine Steuereinrichtung 20, z.B. ein Computer mit einem nichtflüchtigen Speichermedium und einem Prozessor, empfängt Wellenlängenabsorptionsdaten von einer Laser- und Sensoranordnung 22, die zur Berechnung einer Verbrennungsgastemperatur benutzt wird. Die Steuereinrichtung verwendet die berechnete Verbrennungsgastemperatur zur Steuerung der Gasturbine etwa durch Anpassen der Brennstoffsteuerung 23 und der Einlassleitschaufeln in den Kompressor 12. Die Steuereinrichtung gibt ausserdem unter Verwendung der berechneten Verbrennungsgastemperatur Daten bezüglich des Betriebsverhaltens der Gasturbine ab.
[0014] Fig. 2 ist eine schematische Schnittdarstellung eines vergrösserten Abschnitts der Gasturbine 10, der dem Einlass in die Turbine 16 entspricht, welcher nahe der hinteren Kante der ersten Reihe Leitschaufeln und der vorderen Kante der ersten Reihe Turbinenlaufschaufeln liegt. Das Gehäuse 24 der Gasturbine 10 weist Zugänge 26 auf, die üblicherweise zum Einführen von Endoskopen benutzt werden, um innen liegende Komponenten, beispielsweise Laufschaufeln und Leitschaufeln, der Gasturbine zu inspizieren.
[0015] Die Zugänge 26 geben der Laser- und Lasersensoranordnung 22 Zutritt, die die von der Brennkammer zu und durch die Turbine strömenden Verbrennungsgase überwacht. Die Laser- und Sensoranordnung 22 ist auf oder in dem Gehäuse 24 der Gasturbine montiert und erstreckt sich durch einen bohrungsförmigen Zugang 26. Ein Schaft 28 der Laser- und Sensoranordnung 22 erstreckt sich durch einen der Zugänge 26 an dem Gehäuse und bis zu dem Aussenumfang des Gasströmungspfades 30.
[0016] In dem Schaft 28 sind Lichtwege, zum Beispiel Faseroptik oder elektrische Drähte angeordnet, um Laserlicht oder elektrische Signale zwischen der inneren Spitze 32 des Schafts und elektronischen Steuer- und Erfassungsschaltungen zu übertragen, die der Laser- und Sensoranordnung 22 zugeordnet sind. Die Spitze 32 kann eine Laserdiode und einen Diodensensor enthalten, die jeweils beide an elektrische Leitungen angeschlossen sind. Die Laserdiode projiziert ein Strahlungsbündel 34, das durch den Verbrennungsgasströmungspfad 30 durchgeht. Der Diodensensor empfängt das Strahlenbündel 34 nach dem Durchgang durch den Gasströmungspfad und erzeugt ein Signal, das die Stärke, d.h. Intensität des Strahlenbündels angibt.
[0017] Die Spitze 32 kann auf einen engen Spalt zwischen der ersten Leitschaufel 38 und der ersten Turbinenlaufschaufel 40 ausgerichtet sein und am Aussenumfang des Strömungspfades 30 durch diesen Spalt liegen. Laserlicht 34 wird radial einwärts durch den Strömungspfad projiziert und an einer radial innen liegenden Fläche, die an den Strömungspfad angrenzt, zu einem Strahlungsdetektor reflektiert, z.B. einem optischen Sensor oder einer Faseroptik an der Spitze 32. Das Laserlicht 34 kann auch von der Welle der Turbine reflektiert sein.
[0018] Anstelle des Reflektierens des Laserlichtes können auch zwei Schäfte 28 an verschiedenen Endoskopzugängen 26 eingeführt werden, die auf dem Gehäuse 24 der Gasturbine axial aufeinander ausgerichtet und so positioniert sind, dass die Spitze 32 jedes Schaftes auf einer Fluchtungslinie liegt, die sich durch den Gaspfad erstreckt. Laserlicht 34 wird von einer ersten Spitze aus projiziert, während ein Lichtdetektor oder eine Lichtfangvorrichtung, z.B. eine Faseroptik, in der anderen Spitze vorgesehen ist. Ausserdem können sich auch mehrere Schäfte (oder Schaftpaare) durch verschiedene Endoskopzugänge oder andere Öffnungen in dem Gehäuse der Gasturbine erstrecken, um die Gastemperatur an verschiedenen Orten in dem Gasströmungspfad zu überwachen.
[0019] Eine durchstimmbare Diodenlaser- und Sensoranordnung 22 kann ein gebräuchliches System sein, das eine Laserlichtquelle mit einer durchstimmbaren Diode, eine Optik zur Übertragung, beispielsweise Strahlformung, eine Laserstrahlbündelempfangsoptik und einen oder mehrere Detektoren, etwa eine Fotodiode, aufweist. Die Laserdiode wird durch elektronische Schaltungen und ein der Anordnung 22 zugeordnetes Computersteuergerät so durchgestimmt, dass die Strahlungsemissionswellenlänge des Lasers über Wellenlängen variiert wird, die für die Absorptionswellenlängen bestimmter Verbrennungsgasanteile (Spezien) des Verbrennungsgases, wie Wasserdampf, charakteristisch sind.
[0020] Die Absorption der Strahlungsemission von dem Laser verringert die Intensität des Laserstrahlbündels und diese Intensitätsverringerung wird von dem Detektor gemessen. Der Detektor erzeugt ein Linienstärkensignal, das den Betrag der Absorption der Strahlung bei der von dem Laser emittierten Wellenlänge angibt. Das Linienstärkensignal wird an einen Computer 20 oder eine andere Verarbeitungseinheit abgegeben, die das Signal zur Bestimmung der Verbrennungsgastemperatur benutzt. Der Computer 20 kann von dem Computer, der den Laser in der Laseranordnung 22 durchstimmt, getrennt oder mit diesem kombiniert sein.
[0021] Ein durchstimmbarer Diodenlaser ist ein Laser, bei dem die Frequenz der abgegebenen Strahlung über einen Teil oder über die Gesamtheit des ultravioletten, des sichtbaren und des Infrarotgebietes des Spektrums durchgestimmt werden kann. Der durchstimmbare Diodenlaser kann, in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Bereichs über den die Durchstimmung erfolgen soll, ausgewählt werden. Typische Beispiele für Diodenlaser sind InGaAsP/lnP (durchstimmbar von 900 nm bis 1,6 µm), und InGaAsP/lnAsP (durchstimmbar von 1,6 µm bis 2,2 µm). Diodenlaser können dadurch durchgestimmt werden, dass ihre Temperatur oder die Injektionsstromdichte abgestimmt werden, die in das Verstärkungsmedium des Lasers injiziert wird.
[0022] Der Lichtsensor bzw. Lichtsensoren der Laser- und Sensoranordnung 22 misst die Strahlungsabsorption bei den verschiedenen Wellenlängen, die je nach der Durchstimmung des Lasers emittiert werden, unter Verwendung gebräuchlicher Absorptionsspektroskopietechniken. Beim Durchgang der Laserstrahlung, z.B. des Lichts, durch das Verbrennungsgas absorbieren die Verbrennungsspezien in dem Gas bestimmte Wellenlängen der Strahlung. Ausserdem beeinflusst die Temperatur des Gases das Mass der auftretenden Absorption.
[0023] Das Messen der Laserstrahlenabsorption bei ausgewählten Wellenlängen liefert Daten, die für die Berechnung der Temperatur des Verbrennungsgases brauchbar sind. Insbesondere kann die Temperatur eines Gases aus dem Verhältnis der Laserstrahlabsorption abgeleitet werden, die bei zwei Wellenlängen gemessen ist, von denen jede einen temperaturabhängigen Übergang einer Komponente (Spezies) des Gases entspricht.
[0024] Die ausgewählten Wellenlängen der Laserstrahlung entsprechen Wellenlängen von Wasserdampfübergängen, die in dem Verbrennungsgas auftreten. Die Linienstärken werden bei diesen zwei ausgewählten Wellenlängen anhand der durch das die Gasturbine durchströmende, verdichtete Verbrennungsgas durchgehenden Laserstrahlung gemessen. Die Absorptionslinienstärken werden bei den beiden ausgewählten Wellenlängen im Wesentlichen gleichzeitig gemessen, weil die Laserdiode so durchgestimmt wird, dass sie alternativ bei jeder der ausgewählten Wellenlängen strahlt.
[0025] Das Verhältnis der beiden Absorptionslinienstärken wird gebräuchlicherweise dazu verwendet, die Temperatur des Verbrennungsgases zu berechnen. Abstimmbare Diodenlaserabsorptionsspektroskopietechniken (TDLAS) können dazu verwendet werden, die Absorptionslinienstärken zu messen und die Verbrennungsgastemperatur zu berechnen. Die Wellenlängen werden speziell so ausgewählt, dass sie zwei Wasserdampf-Oberschwingungsübergängen in dem Nahinfrarotband entsprechen. Die Temperatur des Verbrennungsgases kann berechnet werden, basierend auf einem Verhältnis der gemessenen Absorption der Wellenlängen, welche den beiden Wasserdampf-Oberschwingungsübergängen entsprechen.
[0026] Die Wellenlängen, bei denen die Absorption gemessen wird, um die Verbrennungsgastemperatur zu bestimmen, sind so ausgewählt, dass sie der Absorption durch Wasserdampf entsprechen und keine nahegelegenen Wellenlängen aufweisen, bei denen Absorptionspeaks auftreten. Die Wahl von Wellenlängen, die von anderen Wellenlängen mit einem Absorptionspeak entfernt sind, stellt sicher, dass die ausgewählte Wellenlänge sich nicht bei steigendem Gasdruck mit einem benachbarten Absorptionspeak vereinigt.
[0027] Beim Einsatz in Brennkraftmaschinen, wie Gasturbinen, kompliziert eine variable Druckverbreiterung (Kollisionsverbreiterung) die Absorptionsmessung und führt ein variierendes Mass an Überlappung von Absorptionsübergängen mit benachbarten Übergängen ein. Die Kollisionsverbreiterung eines typischen Wasserdampfes γLuftist etwa 0,05 cm–1; Atmosphäre bei 300 °K. Wenn die betrachtete Laserwellenlänge einen benachbarten Übergang innerhalb 2,5 cm–1 hat, ergibt sich eine beträchtliche Überlappung bei den hohen Verbrennungsdrücken in einer Brennkraftmaschine. Das Mass der Überlappung (Interferenz) hängt von den jeweiligen Linienstärken während der Leistung/Zeitzyklen der Maschine ab. Der einfachste Linienauswahlvorgang würde lediglich Linien behalten, die innerhalb 2,5 cm–1 keine nächsten Nachbarn haben.
[0028] Die Fig. 3 , 4 sind Diagramme, die eine Laserstrahlungsabsorption durch ein Verbrennungsgas über einen Wellenlängenbereich mit Strahlungsfrequenzen von 7200/cm bis 7207/cm veranschaulichen. Wie in Fig. 3 dargestellt, tritt eine starke Absorptionslinie (Peak) bei 2704/cm auf (entsprechend einer Wellenlänge von 1388 Nanometer (nm) ), wobei eine schwächere Linie bei 7205/cm auftritt, wenn der Gasdruck bei 10 Atmosphären (ATM) (10,1325 bar) liegt. Fig. 4 zeigt, dass mit dem Ansteigen des Gasdrucks auf 30 ATM sich die beiden Absorptionslinien verbreitern und ineinander übergehen. Das Ineinander-Übergehen von Absorptionslinien mit steigendem Gasdruck beeinträchtigt die Messgenauigkeit der gerade einer der Absorptionslinien zugehörigen Absorption.
[0029] Bei einer typischen TBrenn-Messung in einer Gasturbine, liegt der Verbrennungsdruck bei etwa 15 Atmosphären (15 ATM). Die Kollisionsverbreiterung eines typischen Wasserdampfübergangs ist γLuftmit näherungsweise 0,05 cm–1/atm bei 300 K. Bei 15 atm verändert sich die volle Halbwertsbreite (englisch: full-width, half maximum FWHM) für einen Wasserdampfübergang um 0,75 cm–1. Dies führt nicht zu einem Zusammenfallen von Linien bei hohem Druck.
[0030] Die Fig. 5 , 6 sind beispielhafte Diagramme, die die Linienstärke bei der Laserabsorption durch Verbrennungsgase bei verschiedenen Wellenlängen veranschaulichen. Der Gasdruck ist bei den in den Fig. 5 , 6 angegebenen Beispielen eine Atmosphäre (ATM). Fig. 5 zeigt eine starke Absorptionslinie bei einer Wellenlänge von 7495/cm (1334 nm) und einer Temperatur von 2000 Kelvin (K) (1727 °C und 3140,6 °F). Es gibt keine benachbarten Wellenlängen, die eine Absorptionslinie in dem Bereich von 7490/cm bis 7515/cm haben. Fig. 6 zeigt eine starke Absorptionslinie bei einer Wellenlänge von 7243/cm (1380 nm).
[0031] Die Wellenlängenpaare (i) 7495/cm (1334 nm) und 7243/cm (1380 nm) und (ii) 7495/cm und 7185/cm (1391 nm) entsprechen Wasserdampfoberschwingungsübergängen im Nahinfrarot und haben keine benachbarten Absorptionslinien, die eine Interferenz erzeugen würden.
[0032] Fig. 5 zeigt eine vernachlässigbare Linienstärke bei Umgebungstemperatur (296 K), die anzeigt, dass Umgebungstemperaturen keine Interferenz oder Rauschen erzeugen, die bzw. das die Temperaturberechnung der Verbrennungsgase beeinträchtigt. Wie in Fig. 7 dargestellt, nimmt die Linienstärke der Absorption bei der 1334-nm-Wellenlänge mit der Temperatur zu.
[0033] Fig. 6 zeigt eine kräftige Absorptionslinienstärke bei einer Wellenlänge von 7243/cm bei Umgebungstemperatur (296 K) und eine nominale Linienstärke bei einer Temperatur von 2000 K. Die Absorption bei der 7243/cm (1380 nm)-Wellenlänge verändert sich umgekehrt mit der Temperatur.
[0034] Die temperaturabhängige Linienstärke [cm–2atm–1] kann in Bezug auf die bekannte Linienstärke bei einer Bezugstemperatur T0 angegeben werden:
worin Q (T) die molekulare Partitionsfunktion, h [Jsec] die Plancksche Konstante ist; c [cm/s] ist die Lichtgeschwindigkeit, k [J/K] ist die Boltzmannsche Konstante und E ́ ́ [cm–1] der niedrigere Energiezustand.
[0035] Die Temperatur kann von dem gemessenen Verhältnis des integrierten Absorptionsvermögens bei zwei verschiedenen temperaturabhängigen Übergängen abgeleitet werden.
wobei Pabs [atm] der Partialdruck der absorbierenden Spezies ist, Φνγ [cm] die Linienform-Funktion eines Partikularübergangs ist; S (T0, vi) ist die Linienstärke des bei vi [cm–1] zentrierten Übergangs bei der Bezugstemperatur T0, E ́ ́ der niedrigere Energiezustand [cm–1] und T ist die Gastemperatur [K].
[0036] Die relative Temperaturempfindlichkeit des oben genannten Verhältnisses wird erhalten durch:
[0037] Aus der obigen Gleichung ist zu entnehmen, dass ein Linienpaar mit einer grossen Differenz der niedrigeren Zustände angestrebt wird, um eine hohe Temperaturempfindlichkeit zu erzielen.
[0038] Bei dem in den Fig. 5 , 6 dargestellten Beispiel beträgt die Empfindlichkeit (σ), 5,71 bei einem Temperaturbereich von 1500 K bis 2000 K (2240 °F bis 3140 °F)
[0039] Ein hohes Empfindlichkeitsniveau weist darauf hin, dass die Genauigkeit von Temperaturmessungen, bei Verwendung des Wellenlängenpaars von 1334 nm und 1380 nm etwa 0,35% betragen müsste, was einem Fehler von lediglich 9 °F bei 2500 °F (5 °C bei 1371.1 °C) entspricht.
[0040] Die Fig. 7 (die identisch mit der Fig. 5 ist) und 8 sind beispielhafte Diagramme, die die Linienstärke bei Laserabsorption durch Verbrennungsgase bei verschiedenen Wellenlängen wiedergeben. Fig. 7 zeigt eine starke Absorptionslinie bei einer Wellenlänge von 7495/cm (1334 nm) und einer Temperatur von 2000 K (1727 °C und 3140,6 °F). Es gibt keine benachbarten Wellenlängen, die eine Absorptionslinie in dem Bereich von 7490/cm bis 7515/cm haben. Fig. 8 zeigt eine starke Absorptionslinie bei einer Wellenlänge von 7185/cm (1391 nm).
[0041] Wenngleich es in Fig. 8 eine weitere Absorptionslinie nahe 7185/cm–1 gibt, ist die Linienstärke dieser weiteren Linie gering. Ein Kriterium für die Sicherstellung der Temperaturmessung ist, dass die beiden Übergänge ein ähnliches Signal-Rauschen-Verhältnis (SNR) aufweisen. Unter der Annahme eines minimalen erfassbaren Absorptionsvermögens von 2E-4 und eines SNR von 10 muss das Peakabsorptionsvermögen grösser als 2E-3 sein. Unter der Annahme eines Drucks von 15 ATM und einer Weglänge von 1 cm, dürfte die Linie bei 7185 cm–1 (mit Druckverbreiterung) in Fig. 8 die Genauigkeit der Temperaturmessung nicht wesentlich beeinträchtigen.
[0042] Fig. 8 zeigt eine grosse Absorptionslinienstärke bei einer Wellenlänge 7185/cm (1391 nm) bei Umgebungstemperatur (296K) und eine nominale Linienstärke bei einer Temperatur von 2000 K. Die Absorption bei der 7185/cm (1391 nm)-Wellenlänge ändert sich umgekehrt mit der Temperatur.
[0043] Bei dem in den Fig. 7 , 8 veranschaulichten Ausführungsbeispiel beträgt die Empfindlichkeit (σ) 3,91 in einem Temperaturbereich von 1500 K bis 2000 K (2240 °F bis 3140 °F). Dieses hohe Empfindlichkeitsniveau weist darauf hin, dass die Genauigkeit von Temperaturmessungen, die unter Verwendung des Wellenlängenpaars 1334 nm und 1391 nm ausgeführt wurden, innerhalb 15 °F bei 2500 °F (8,3 °C bei 1371,1 °C) liegen sollte.
[0044] Der Diodenlaser in der Laser- und Sensoranordnung 22 kann auf eine dritte Wellenlänge, z.B. von 635 nm durchgestimmt sein, welche nicht einer Wellenlänge entspricht, die von dem Verbrennungsgas absorbiert wird. Das bei der dritten Wellenlänge erfasste Linienstärkensignal kann als ein Bezugswert verwendet werden, der die Transparenz der Optik in der Laser- und Sensoranordnung 22 und das Reflexionsvermögen der Turbinenwelle oder einer anderen Oberfläche angibt, die dazu benutzt ist, das Laserstrahlbündel zu dem Detektor in der Spitze 32 der Anordnung 22 zu reflektieren.
[0045] Die Fig. 9 und 10 sind Flussdiagramme eines beispielhaften Verfahrens zur Einrichtung eines durchstimmbaren Lasersystems zur Messung der Verbrennungstemperatur und der Verbrennungsgastemperatur. Der Teil des Verfahrens zur Messung der Verbrennungstemperatur kann in Form von Befehlen in einem Computerprogramm verkörpert sein, das auf einem nichtflüchtigen Speichermedium gespeichert ist, auf welches von dem Prozessor oder dem in Fig. 2 dargestellten Computer 27 zugegriffen werden kann.
[0046] In einem Schritt 100 werden Verbrennungsgase, die gleich oder im Wesentlichen ähnlich sind, getestet, um Strahlungswellenlängen, die von dem Verbrennungsgas, z.B. von Spezien der Verbrennung, absorbiert werden, zu identifizieren. Die Verbrennungsgase können bei einem niedrigen Druck z.B. einer Atmosphäre (ATM) oder bei einem Druck, der dem Verdichterausgangsdruck, z.B. 20 ATM bis 30 ATM (20,265 bar bis 30,398 bar), ähnlich ist, getestet werden. Das Testen bei niedrigem Druck vermeidet das Verschmelzen von Absorptionsstärkelinien, das, bei hohem Druck, die Tendenz hat aufzutreten. Die Absorptionslinien können in einer Laboratoriumsbrennkammer identifiziert werden. Ein durchstimmbarer Diodenlaser kann dazu verwendet werden, einen geeigneten Wellenlängenbereich abzutasten, um die Daten bezüglich der Wellenlängen zu erhalten, bei denen eine Absorption durch Spezien in den Verbrennungsgasen auftritt.
[0047] In einem Schritt 102 werden die bei dem Schritt 101 erhaltenen Absorptionslinienstärken bewertet, um Stärkelinien zu identifizieren, die Spezien in dem Verbrennungsgas entsprechen, welche temperaturabhängige Übergänge haben. Beispielsweise Wasserdampf und Sauerstoff sind Spezien des Verbrennungsgases, die temperaturabhängige Übergänge erfahren. Ein Fachmann auf dem Gebiet der Verbrennung, insbesondere jenem von Verbrennungsgasen in einer Gasturbine, hat ausreichend Kenntnisse und Erfahrungen, um zu bestimmen, welche Absorptionslinienstärken in den Daten temperaturabhängiger Übergänge von Spezien des Verbrennungsgases entsprechen.
[0048] Von den bei dem Schritt 102 identifizierten Stärkelinien sind Gruppen, z.B. Paare von Stärkelinien aufzufinden, die den gleichen Verbrennungsgasspezien im Schritt 104 zugeordnet sind. Die Stärkelinien in einer Gruppe werden in einem Schritt 106 bewertet, um ein Linienpaar zu identifizieren, von dem jede Linie keine benachbarten Stärkelinien hat. Beispielsweise ein Wellenlängenpaar von 1334 nm und 1380 nm sowie 1334 nm und 1391 nm hat wegen eines temperaturabhängigen Übergangs von Wasserdampf und des Fehlens benachbarter starker Absorptionslinien jeweils starke Absorptionslinien zugeordnet.
[0049] In einem Schritt 104 wird bestimmt, welche der in dem Schritt 102 identifizierten Stärkelinien von benachbarten Stärkelinien entfernt sind. Die Wellenlängenpaare, welche den in dem Schritt 104 identifizierten Stärkelinien ohne benachbarte Stärkelinien entsprechen, werden als das Wellenlängenpaar ausgewählt, bei dem die Absorption gemessen wird, um die Temperatur des Verbrennungsgases zu berechnen. In einem Schritt 108 wird eine Wellenlänge identifiziert, die keiner Stärkelinie zugeordnet ist, insbesondere eine temperaturabhängige Stärkelinie.
[0050] In einem Schritt 110 wird die Laser- und Sensoranordnung in einer Gasturbine so installiert, dass die durchstimmbare Laserdiode einen Strahl durch den Gaspfad in der Turbine durchstrahlen lässt. Der Laserstrahl kann durch einen Spalt zwischen der ersten Leitschaufel und der ersten Laufschaufel durchgehen, um Absorptionsdaten unmittelbar von dem Ort der TBrenn-Temperatur zu erfassen.
[0051] In einem Schritt 112 und während des Betriebs der Gasturbine erfasst die Laser- und Sensoranordnung Absorptionsdaten, indem sie einen Laserstrahlbündel durch die Gasturbine projizieren, wobei der Laser auf die in dem Schritt 106 ausgewählten Wellenlängen abgestimmt ist. Das Durchstimmen des Lasers kann zyklisch sein, derart, dass die Wellenlängen periodisch und schnell zu den in den Schritten 106, 108 gewählten Wellenlängen verändert werden. Die Absorptionsdaten werden gesammelt und auf einem der Steuereinrichtung in der Laser- und Detektoranordnung zugeordneten Speichermedium abgespeichert. In einem Schritt 114 werden die Absorptionsdaten in der Laser- und Detektoranordnung oder in der Steuereinrichtung für die Gasturbine verarbeitet, um eine Verbrennungsgastemperatur, basierend auf dem Verhältnis der Linienstärken (Absorptionsdaten), zu berechnen, die bei den beiden in dem Schritt 106 identifizierten Wellenlängen erhalten worden waren. Ausserdem benutzt die Laser- und Detektoranordnung die bei der in dem Schritt 118 identifizierten Wellenlänge erfassten Absorptionsdaten als Bezugswert, der ein Linienstärkensignal angibt, das keine Absorption durch Spezien des Verbrennungsgases aufweist. Die Steuereinrichtung der Gasturbine verwendet die berechnete Verbrennungsgastemperatur zur Steuerung der Gasturbine und zur Abfassung von Berichten bezüglich des Betriebsverhaltens der Gasturbine.
[0052] Wenngleich die Erfindung im Zusammenhang mit dem beschrieben worden ist, was gegenwärtig als die prakikabelste und bevorzugte Ausführungsform betrachtet wird, so versteht sich doch, dass die Erfindung nicht auf die erläuterte Ausführungsform beschränkt ist, sondern im Gegenteil zahlreiche Abwandlungen und äquivalente Anordnungen mit umfassen soll, die im Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche liegen.
[0053] Ein in einer Gasturbine 10 angeordnetes Verbrennungsgasmessgerät, wobei das Messgerät aufweist: Einen durchstimmbaren Laser 22, der ein durch einen Verbrennungsgasweg in der Gasturbine 110 durchgehenden Strahlenbündel 34 erzeugt; eine Steuereinrichtung 20 für den durchstimmbaren Laser, wobei der Laser 22 derart durchgestimmt ist, dass er eine Strahlung emittiert, die wenigstens eine ausgewählte erste Wellenlänge und eine ausgewählte zweite Wellenlänge aufweist, welche beide jeweils temperaturabhängigen Übergängen 102 einer Verbrennungsspezies des Gases entsprechen, wobei die erste ausgewählte Wellenlänge und die zweite ausgewählte Wellenlänge keine benachbarten ausgeprägten Absorptionslinien 104 aufweisen; einen Detektor, der das durch das Verbrennungsgas durchgehende Strahlenbündel erfasst (100, 112) und ein Absorptionssignal erzeugt, das für die Absorption des Strahlenbündels durch das Verbrennungsgas bei jeweils der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge kennzeichnend ist, und die Steuereinrichtung 20 ein auf einem nichtflüchtigen Speichermedium gespeichertes Programm ausführt, um eine Verbrennungsgastemperatur, basierend auf einem Verhältnis der Absorptionssignale für die erste Wellenlänge und die zweite Wellenlänge, zu bestimmen.
Bezugszeichenliste
[0054] 10 Gasturbine 12 Verdichter 14 Brennkammer 16 Brennrohre 18 Turbine 20 Steuereinrichtung 22 Laser- und Lasersensoranordnung 23 Brennstoffsteuereinrichtung 24 Gehäuse der Gasturbine 26 Zugänge am Gehäuse 28 Schaft der Anordnung 30 Gasströmungspfad 32 Spitze des Schaftes 34 Laserlicht 38 erste Leitschaufel 40 erste Turbinenlaufschaufel 100 Verbrennungsgase testen 102 starke Linien identifizieren, die temperaturabhängigen Übergängen von Spezien des Verbrennungsgases zugeordnet sind 104 Auffinden von Gruppen von starken Linien, die der gleichen Spezies zugeordnet sind 106 Identifizieren einer Gruppe starker Linien, die keine benachbarte starke Linie haben 108 Identifizieren einer Wellenlänge, die keine starke Linie aufweist 110 Positionieren der Laser- und Sensoranordnung in der Gasturbine 112 Daten vom Betrieb der Gasturbine sammeln 114 Gastemperatur berechnen

Claims (15)

1. Verbrennungsgasmessgerät, das in einer Gasturbine (10) angeordnet ist, wobei das Messgerät aufweist: einen durchstimmbaren Laser (22), der ein Strahlungsbündel (34) erzeugt, das durch einen Verbrennungsgaspfad in der Gasturbine (10) durchgeht; eine Steuereinrichtung (20) für den durchstimmbaren Laser, wobei der Laser (22) derart durchgestimmt ist, dass er eine Strahlung emittiert, die wenigstens eine erste ausgewählte Wellenlänge und eine zweite ausgewählte Wellenlänge aufweist, welche beiden temperaturabhängigen Übergängen (102) einer Verbrennungsspezies des Gases entsprechen, wobei die erste ausgewählte Wellenlänge und die zweite ausgewählte Wellenlänge keine benachbarten ausgeprägten Absorptionslinien (104) aufweisen; einen Detektor, der das durch das Verbrennungsgas durchgehende Strahlenbündel erfasst und ein Absorptionssignal erzeugt, das für eine Absorption des Bündels durch das Verbrennungsgas jeweils bei der ersten Wellenlänge und bei der zweiten Wellenlänge kennzeichnend ist, und wobei die Steuereinrichtung (20) ausgebildet ist ein auf einem nichtflüchtigen Speichermedium gespeichertes Programm zur Bestimmung (114) einer Verbrennungsgastemperatur, basierend auf einem Verhältnis der Absorptionssignale für die erste Wellenlänge und für die zweite Wellenlänge auszuführen.
2. Verbrennungsgasmessgerät nach Anspruch 1, bei dem die erste ausgewählte Wellenlänge 1334 nm und die zweite ausgewählte Wellenlänge 1380 nm oder 1391 nm ist.
3. Verbrennungsgasmessgerät nach Anspruch 1, bei dem die Verbrennungsspezies Wasserdampf ist.
4. Verbrennungsgasmessgerät nach Anspruch 1, bei dem der durchstimmbare Laser (22) in der Gasturbine (10) derart angeordnet ist, dass das Strahlenbündel durch den Gaspfad (30) zwischen einer ersten Turbinenleitschaufel (38) und einer ersten Turbinenlaufschaufel (40) der Gasturbine durchgeht.
5. Verbrennungsgasmessgerät nach Anspruch 1, bei dem der durchstimmbare Laser (22) ein durchstimmbarer Diodenlaser ist.
6. Verbrennungsgasmessgerät nach Anspruch 1, bei dem der durchstimmbare Laser (22) in der Gasturbine (10) derart angeordnet ist, dass das Strahlenbündel von einer Oberfläche einer Turbine der Gasturbine reflektiert wird.
7. Verbrennungsgasmessgerät nach Anspruch 2, bei dem der durchstimmbare Laser (22) ein durchstimmbarer Diodenlaser (22) ist.
8. Verbrennungsgasmessgerät nach Anspruch 7, bei dem der durchstimmbare Laser (22) in einer Gasturbine derart angeordnet ist, dass die Laserstrahlenbündel durch den Gaspfad (30) zwischen einer ersten Turbinenleitschaufel (38) und einer ersten Turbinenlaufschaufel (40) der Gasturbine durchgehen.
9. Verbrennungsgasmessgerät nach Anspruch 7, bei dem der durchstimmbare Laser (22) in der Gasturbine (10) derart angeordnet ist, dass das Strahlenbündel von einer Oberfläche einer Turbine der Gasturbine reflektiert wird.
10. Verfahren zum Berechnen einer Verbrennungsgastemperatur in einer Hochdruckumgebung mithilfe eines Verbrennungsgasmessgeräts gemäss Anspruch 1, wobei das Verfahren beinhaltet: Identifizieren (102) ausgeprägter Absorptionslinien, die temperaturabhängigen Übergängen von Spezien in dem Verbrennungsgas (30) zugeordnet sind; Identifizieren (104) der ausgeprägten Absorptionslinien, die einem temperaturabhängigen Übergang einer Verbrennungsspezies des Verbrennungsgases zugeordnet sind; Auswählen (106) einer ersten und einer zweiten der ausgeprägten Absorptionslinien, die als der Verbrennungsspezies zugeordnet identifiziert wurden, wobei die ausgewählten beiden ausgeprägten Absorptionslinien keine benachbarten ausgeprägten Absorptionslinien aufweisen; Identifizieren (108) einer ersten Wellenlänge und einer zweiten Wellenlänge, die jeweils der ersten bzw. der zweiten ausgeprägten Absorptionslinie zugeordnet sind; Projizieren (110) eines Laserstrahlbündels durch einen Verbrennungsgaspfad (30) mit jeweils der ersten und zweiten identifizierten Wellenlänge und Sammeln von Daten (112), die die Absorption des Strahlenbündels durch das Verbrennungsgas bei jeweils der identifizierten ersten bzw. zweiten Wellenlänge betreffen, und Berechnen (114) einer Verbrennungsgastemperatur unter Verwendung der gesammelten Daten.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die erste Wellenlänge 1334 Nanometer (nm) und die zweite ausgewählte Wellenlänge 1380 nm oder 1391 nm ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Berechnung (114) der Verbrennungsgastemperatur unter Verwendung der gesammelten Daten die Bestimmung eines Verhältnisses der jeweiligen Absorption des Strahlenbündels bei der ersten und der zweiten Wellenlänge beinhaltet.
13. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Verbrennungsspezies Wasserdampf ist.
14. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem keine benachbarten ausgeprägten Absorptionslinien (106) wenigstens zwei Wellenlängen zwischen der ersten und der zweiten ausgewählten Wellenlänge und einer weiteren ausgeprägten Absorptionslinie bedeutet.
15. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Laser ein durchstimmbarer Diodenlaser ist.
CH01482/11A 2010-09-13 2011-09-08 Heissgastemperaturmessung in einer Gasturbine unter Verwendung eines durchstimmbaren Diodenlasers. CH703759B1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/880,681 US8702302B2 (en) 2010-09-13 2010-09-13 Hot gas temperature measurement in gas turbine using tunable diode laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CH703759A2 CH703759A2 (de) 2012-03-15
CH703759B1 true CH703759B1 (de) 2016-08-31

Family

ID=45756222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH01482/11A CH703759B1 (de) 2010-09-13 2011-09-08 Heissgastemperaturmessung in einer Gasturbine unter Verwendung eines durchstimmbaren Diodenlasers.

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8702302B2 (de)
JP (1) JP5916059B2 (de)
CH (1) CH703759B1 (de)
DE (1) DE102011053267A1 (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6271139B2 (ja) * 2013-03-21 2018-01-31 株式会社堀場製作所 温度計
US9790834B2 (en) 2014-03-20 2017-10-17 General Electric Company Method of monitoring for combustion anomalies in a gas turbomachine and a gas turbomachine including a combustion anomaly detection system
US9791351B2 (en) 2015-02-06 2017-10-17 General Electric Company Gas turbine combustion profile monitoring
WO2016136844A1 (ja) * 2015-02-25 2016-09-01 国立大学法人東京大学 温度測定装置及び温度測定方法
US10823671B2 (en) 2015-10-17 2020-11-03 General Electric Company Gas detector and method of detection
US9915562B2 (en) * 2016-08-12 2018-03-13 Abb, Inc. Method of increasing power within an optical cavity with long path lengths
US10392117B2 (en) * 2016-09-23 2019-08-27 General Electric Company Icing condition detection using instantaneous humidity sensing
US11215508B2 (en) * 2019-02-01 2022-01-04 Solar Turbines Incorporated Temperature measuring system
CN111795829A (zh) * 2020-07-07 2020-10-20 西安热工研究院有限公司 一种基于tdlas技术燃气轮机燃烧状态参数监测系统
CN113465768B (zh) * 2021-06-23 2022-08-16 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种航空发动机燃气温度反演方法
CN113588280A (zh) * 2021-08-27 2021-11-02 华能国际电力股份有限公司 一种适用于燃气轮机燃烧状态参数监测的系统

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3584509A (en) * 1968-10-01 1971-06-15 Int Harvester Co Temperature measuring apparatus and methods
US3778170A (en) 1972-11-02 1973-12-11 Gen Electric Borescope guide tube
DE2730508A1 (de) 1977-07-06 1979-01-25 Bbc Brown Boveri & Cie Mess- und/oder ueberwachungseinrichtung fuer aenderungen der spaltweite zwischen relativ zueinander bewegbaren bauelementen
US4659195A (en) 1986-01-31 1987-04-21 American Hospital Supply Corporation Engine inspection system
US4980763A (en) 1989-06-12 1990-12-25 Welch Allyn, Inc. System for measuring objects viewed through a borescope
US5445964A (en) * 1994-05-11 1995-08-29 Lee; Peter S. Dynamic engine oil and fuel consumption measurements using tunable diode laser spectroscopy
EP0766080A1 (de) * 1995-09-29 1997-04-02 FINMECCANICA S.p.A. AZIENDA ANSALDO System und Verfahren zur Überwachung eines Verbrennungsvorgangs und von Schadstoffen mit Laserdioden
US5993194A (en) 1996-06-21 1999-11-30 Lemelson; Jerome H. Automatically optimized combustion control
US6356350B1 (en) * 1998-07-30 2002-03-12 Southwest Sciences Incorporated Wavelength modulation spectroscopy with multiple harmonic detection
JP4038631B2 (ja) * 1998-08-28 2008-01-30 株式会社堀場製作所 半導体レーザ分光法を用いた温度・濃度・化学種の高速計測方法および計測システム
AU1060100A (en) 1998-11-11 2000-05-29 University Of Manchester Institute Of Science & Technology, The Chemical species distribution and mixture monitoring
WO2002001190A2 (en) * 2000-06-26 2002-01-03 Murray Thomson Method and apparatus for improved process control in combustion applications
US6473705B1 (en) 2000-10-10 2002-10-29 General Electric Company System and method for direct non-intrusive measurement of corrected airflow
US20020158202A1 (en) * 2001-01-08 2002-10-31 Webber Michael E. Laser-based sensor for measuring combustion parameters
JP3616070B2 (ja) * 2002-04-30 2005-02-02 三菱重工業株式会社 ガス温度非接触計測装置
US6844554B2 (en) * 2002-06-28 2005-01-18 Instrumentarium Corp. Method and arrangement for determining the concentration of a gas component in a gas mixture
US7618825B2 (en) 2002-07-12 2009-11-17 Alstom Technology Ltd. Method for influencing and monitoring the oxide layer on metallic components of hot CO2/H20 cycle systems
JP2004204787A (ja) 2002-12-26 2004-07-22 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 動力発生装置の制御装置
US20040179575A1 (en) * 2003-01-23 2004-09-16 Markham James R. Instrument for temperature and condition monitoring of advanced turbine blades
AU2004227359B2 (en) 2003-03-31 2009-07-30 Zolo Technologies, Inc. Method and apparatus for the monitoring and control of combustion
JP2005164453A (ja) * 2003-12-04 2005-06-23 Toyota Motor Corp 空間温度計測装置および方法
US7324203B2 (en) * 2005-02-08 2008-01-29 General Electric Company Method and apparatus for optical detection for multi-phase combustion systems
US7075653B1 (en) 2005-04-29 2006-07-11 Heath Consultants Incorporated Method and apparatus for laser-based remote methane leak detection
DE102005036525B3 (de) 2005-08-03 2006-11-09 Siemens Ag Anordnung zur Bestimmung der Gastemperatur eines Gases sowie Verwendung der Anordnung zur Bestimmung der Gastemperatur eines Gases
EP1955034A4 (de) * 2005-11-15 2011-06-29 Zolo Technologies Inc Komplett-faserarchitektur für einen integrierten flugsensor für luftantriebs-anwendungen
JP4199766B2 (ja) * 2005-12-16 2008-12-17 トヨタ自動車株式会社 排ガス分析方法および排ガス分析装置
US20080123712A1 (en) * 2006-06-15 2008-05-29 Spectrasensors, Inc. Measuring water vapor in high purity gases
US8265851B2 (en) * 2009-05-18 2012-09-11 Closed-Loop Engine Technology, Llc Method of controlling engine performance
US8790006B2 (en) * 2009-11-30 2014-07-29 General Electric Company Multiwavelength thermometer
US20110150035A1 (en) * 2009-12-17 2011-06-23 Hanson Ronald K Non-intrusive method for sensing gas temperature and species concentration in gaseous environments
US8424292B2 (en) * 2009-12-31 2013-04-23 General Electric Company Systems and apparatus relating to the monitoring and/or controlling of selective catalytic reduction processes

Also Published As

Publication number Publication date
JP5916059B2 (ja) 2016-05-11
JP2012057623A (ja) 2012-03-22
DE102011053267A1 (de) 2012-03-15
CN102445283A (zh) 2012-05-09
US20120060510A1 (en) 2012-03-15
US8702302B2 (en) 2014-04-22
CH703759A2 (de) 2012-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CH703759B1 (de) Heissgastemperaturmessung in einer Gasturbine unter Verwendung eines durchstimmbaren Diodenlasers.
DE102011056567B4 (de) Anlage mit einem System zum Erkennen von Abplatzen in einer Turbine
EP2307876B1 (de) Verfahren zur laserspektroskopischen detektion von gasen
DE102011056546A1 (de) System und Verfahren zur Echtzeitmessung des Äquivalenzverhältnisses eines Gas-Brennstoff-Gemisches
CH701199B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Regeln und/oder Steuern von Verbrennungsparametern einer Gasturbinenbrennkammer.
DE102011119700A1 (de) Verfahren zum Analysieren und Regeln eines Verbrennungsvorgangs in einer Gasturbine und Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens
DE102011051479A1 (de) Multispektrales System und Verfahren zur Erzeugung multidimensionaler Temperaturdaten
EP3577328A1 (de) Verfahren und anordnung zur messung einer gastemperaturverteilung in einer brennkammer
DE102010037620A1 (de) Systeme und Verfahren zur Regelung von Emissionen
DE60319226T2 (de) Optische messung von leitschaufelradhalsbereichen
DE102008037470A1 (de) System und Verfahren zur Erfassung der Brennstoffbefeuchtung
DE112015001905T5 (de) Verfahren zum Bestimmen der Wellenleitertemperatur für einen akustischen Transceiver, der in einem Gasturbinenmotor verwendet wird
US20140075954A1 (en) Methods And Systems For Substance Profile Measurements In Gas Turbine Exhaust
EP2047235A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur überwachung eines verbrennungsprozesses
EP1429155B1 (de) Verfahren zur Messung des Abstands eines an einer Referenzfläche vorbei gefürhrten Bauteils und Durchführung des Verfahrens
DE102016108545B4 (de) NDIR-Gassensor und Verfahren zu dessen Kalibrierung
DE102006010100A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur spektroskopischen Messung
DE10245822B4 (de) Verfahren und Gasmesszelle zur Detektion unterschiedlicher Gase
DE102016100864B4 (de) Verfahren zur Bestimmung des thermischen Zustandspunktes des Dampfs in Dampfturbinen sowie Messanordnung zur Durchführung des Verfahrens
US11215508B2 (en) Temperature measuring system
WO2009034003A1 (de) Messung der temperatur eines turbinenbauteils
CN117554076A (zh) 基于可调谐二极管激光吸收光谱测量系统及燃烧诊断方法
DE102023130692A1 (de) Temperaturmesssystem und temperaturmessverfahren
CN102445283B (zh) 燃气涡轮机中使用可调谐二极管激光器的热气体温度测量
DE102022202137A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors, sowie Datenverarbeitungsvorrichtung und Computerprogramm

Legal Events

Date Code Title Description
NV New agent

Representative=s name: GENERAL ELECTRIC TECHNOLOGY GMBH GLOBAL PATENT, CH

PL Patent ceased