CN101523173B - 具有用于探测器的保护套的燃气涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃气涡轮机(1)，它具有一用于热气(11)的、且被一通道壁(22)包围的流动路径(20)，具有至少一个设置在通道壁(22)中的、用于测定热气(11)参数的探测器(26)，该探测器(26)具有一耐高温的、并且和热气(11)相连通的测量尖(30)和一设置在流动路径(26)外部的、且敷设在保护套(38)中的测量导线(34)。为了提供一种燃气涡轮机(1)，它具有用于探测器(26)测量导线(34)的、结构简单的保护套(38)，并且在所述保护套中成本有利地敷设测量导线(34)，并且可靠地保护测量导线(34)免受不允许的高的工作温度，本发明建议，冷却剂(42)可流过所述保护套(38)，并且该冷却剂可从一与保护套(38)相连接的冷却剂源取得。

Description

具有用于探测器的保护套的燃气涡轮机

本发明涉及一种燃气涡轮机，它具有一用于热气、且被一通道壁包围的流动路径，具有至少一个设置在通道壁中且用于测定热气参数的探测器，该探测器具有一耐高温的且和热气相连通的测量尖和一设置在流动路径外部且敷设在一保护套中的测量导线。此外，本发明还涉及这样一种保护套以及用于保护一种敷设在一保护套中的测量导线的方法。 

GB 2 293 923 A公开了一种燃气涡轮机，它具有一用于检测在一横截面为圆形的通道中流动的燃气的温度的测量装置。为此多个在通道圆周上分布的热电偶安装在通道壁上。为了保护它们的电测量导线免受通道外部的温度的影响，这些电测量导线敷设在一密闭地密封的保护环境中，它由一些彼此连接的管道和由不锈钢或者铝构成的分支线盒所构成的系统形成。 

然而，由于热膨胀在管道与分支线盒的接线点或者连接点处可能出现不密封，通过这种不密封，热的环境空气可能渗入到保护环境中，并且测量导线的绝缘可能会经受不允许的高温。这会导致错误的测量结果，损坏测量导线的绝缘，或者甚至最后导致探测器整个出故障。 

另一缺陷是，类似管道的保护套的结构昂贵，并且为了形成一种密闭的保护环境，它和分支线盒的连接需要密封。 

此外，US 5,348,395也公开了一种用于测量燃烧热气的温度的已被冷却的高温计。这种高温计包括一种双外层的热电偶。该热电偶在中间腔室中可用水冷却。例如US 6,325,535公开了另一种已被冷却的探测器。 

因此，本发明的任务是，提供一种具有结构简单的用于探测器的测量导线的保护套的、本文开头所述类型的燃气涡轮机。在这种保护套中可成本有利地敷设测量导线，并能可靠地保护测量导线，使之免受不允许的高的工作温度的影响。本发明的另一任务是，提供一种相应的保护套并提供一种用于保护敷设在一保护套中的测量导线的方法。 

为了完成这一任务，本发明建议这样一种燃气涡轮机，即在该燃气涡轮机中为了将冷却剂引入到保护套中，这个保护套和一可从中取出冷却剂的冷却剂源流动技术地相连接。此外，针对保护套的任务通过权利要求13的特征得以完成，并且针对方法的任务通过权利要求14的特征得以完成。 

本发明建议将本文开头所述的燃气涡轮机配备一种由冷却剂冲洗的、用于燃气涡轮机的测量装置或者探测器的测量导线的通道系统。该通道系统可用于保护测量导线免受超过该电测量导线的绝缘机构的工作温度的不允许的高温。当燃气涡轮机运行时，为了对测量导线进行热保护，将一种冷却剂引入到防止机械影响的保护套中。这种冷却剂是从与保护套流动技术地相连接的冷却剂源中取得的。通过本发明，使关于保护测量导线方面的热的要求和机械的要求彼此分开地得到解决，而不是像到目前的那样通过一个共同的装置来解决。 

所述通道壁横向于它的纵向延伸部位地环形地进行设计，并且具有一背向热气的圆周表面。在该圆周表面上保护套至少部分地环形包围着流动路径。这使得简单和成本有利地设置保护环境成为可能。 

此外，流过保护套的冷却剂可以简单、成本有利并可靠地将从保护套的外部对它施加作用的热能排掉，这些热能会对测量导线或者它的绝缘机构造成损害。这样，保护套内部的温度水平可以保持在一种温度值，这个温度值对于测量导线和它的绝缘机构是无害的，也就是可靠的。 

当出现保护套不密封的情况时，无论这种不密封是在保护套的关键的接线点或者连接点上出现、还是甚至在它们中间出现，都可以阻止环境热空气的渗入，并且达到燃气涡轮机的可靠运行，因为通过不密封的部位使得所述在保护套中流动的冷却剂可作为密封介质流出去。当然在冷却剂中的压力要大于环境空气的压力。 

此外，所述通过保护套流动的冷却剂保护了所述电测量导线，并冷却了保护套。这样使得采用价廉材料制造保护套成为可能。此外，可大大地简化现有技术的、由管道和分支线盒以及它们的连接线构成的、费钱的保护套结构，这导致节省成本。 

此外，在保护套的区域中的通道壁里设置多个探测器，这些探测器的测量导线在一个唯一的保护套中延伸。这样就不要求每个测量导线敷设在自己的保护套中。 

此外，用于探测器的保护套具有至少一个绝缘套管(Durchfüh-rung)。由此使探测器的测量导线或者测量尖可从外部插入到保护套中。此外，通过这一措施还可以实现：探测器可以设置在通道壁和保护套之间的任一部位上，而不是像现有技术那样必须使用为自己设计的单独的管道。可以省掉已公开的分支线盒。 

在从属权利要求中介绍了一些有利的方案。 

将探测器密封地固定在绝缘套管中是合适的。这样有效地阻止热的环境空气渗入到保护套中，这样，测量导线的绝缘机构最大地经受着根据规定的工作温度。此外可以节省冷却空气，因为该冷却空气不能外泄漏。 

将探测器固定在绝缘套管中的固定装置对于冷却剂来说也是可通过的，这样，冷却剂可在这个部位流出。用于这样的固定装置的制造成本比较低，因为与用于密封的方案相比，冷却剂可通过的绝缘套管所需的结构部件要少。此外，这种结构比起密闭密封的保护套可以以更大的公差来生产，这样这种方案的生产成本和安装成本则更低。此外，如有必要还可附加地一起冷却探测器，以扩大探测器的使用区域。 

一种特别有利的方案规定，所述测量导线通过一些间隔部件与保护套的内壁保持间距。通过这一措施阻止测量导线紧靠在保护套上。此外，通过这一措施使测量导线在四周被冷却介质围绕着流动，这样，使得测量装置、并且因此燃气涡轮机的特别可靠的运行成为可能。间隔部件可由一种导热能力差的材料制成。 

将冷却剂的提供在保护套的最低部位进行，并将冷却剂的排出在保护套的最高部位进行，这是特别有意义的。这种做法会导致对于保护套的特别有效的冷却。同时冷却剂的输送通道也用作用于测量导线的通往燃气涡轮机的测量装置、调节装置或者分析装置的导向部件。 

所述流动路径可以形成在一燃烧室的内部、一涡轮单元的内部，或者一固定的燃气涡轮机的一废气扩压器或者排气壳体的内部。若探测器是热电偶、特别是废气热电偶则可特别有利地使用本发明。作为成本有利的并可简单安装的保护套，它可以是一种金属的柔性软管。与其中测量导线通过弯曲的管道的现有技术相比，由于是将柔性软管用作保护套，因此可以省却钢管的弯曲。 

下面借助附图对本发明进行说明。这些附图是： 

图1：固定式燃气涡轮机的纵向部分截面图； 

图2：具有一种测量装置的燃气涡轮机的排气壳体的横截面图； 

图3：用于测量装置的一种保护套的展开图； 

图4：间隔部件。 

图1示出一燃气涡轮机1的纵向部分截面图。该燃气涡轮机在内部具有一围绕着一旋转轴线2旋转支承的转子3，该转子也叫做涡轮转子。沿着转子3依次设置一吸气壳体4、一压缩机5、一具有多个共轴设置的烧嘴7的环面式的环形燃烧室6、一涡轮单元8和排气壳体9。在这种情况中，环形燃烧室6形成一燃烧空间17。该燃烧空间和一环形的热气通道18相通。在那里，四个串联的涡轮级10组成涡轮单元8。每个涡轮级10由两个叶片环构成。沿热气11的流动方向看，在热气通道18中跟随着一导向叶片列13设置一由工作叶片15形成的列14。在这种情况中导向叶片12固定在定子上，而一列14工作叶片15则借助一涡轮盘安装在转子3上。在该转子3上耦合有一发电机或者一工作机(未示出)。 

图2示出燃气涡轮机1的排气壳体9的横截面图。用于热废气的流动路径20被一环形的通道壁22所包围。通过该流动路径，在涡轮单元8中被减压的热气11作为废气排出。在排气壳体9中设置多个、例如12个热电偶24作为探测器26。这些热电偶在通道壁22的圆周上分布在一与旋转轴线2同心的圆周上。每个探测器26包括一相对于热气11的温度来说耐高温的测量尖30。在该测量尖的端部32处可以采集热气11的参数、例如它的温度。此外，探测器26还包括电的测量导线34。该测量导线的绝缘机构相对于通道壁22的外侧面36上存在的外部温度是不耐高温的。为了保护测量导线34的绝缘机构免受由于被热气11或者废气所加热的外部温度所造成的损害和故障，这些测量导线在一保护套38中延伸。与位于圆周上的探测器26相类似，该保护套38至少局部环形地围绕燃气涡轮机1的流动路径20延伸。在保护套38的内部可以有多个探测器26的测量导线34延伸。 

软管状的保护套38例如在燃气涡轮机1的机座40的两侧与一冷却剂源连接。该冷却剂源例如可以是压缩机5或者一外部的源。当燃气涡轮机1运行时，一种由冷却剂源提供的冷却剂42、最好是由压缩机5压缩的冷却气体被输送到保护套38的相应的端部41。为了对保护套38进行冷却、并为了对敷设在其中的测量导线34进行防热保护，将冷却剂42吹入到保护套38中，然后可在保护套38的接近最高点33处通过一合适的出口孔46排出，或者也排放到环境空气中。 

对于每个探测器26，保护套38都具有一绝缘套管。相应的测量尖30如此程度地从绝缘套管中伸出，即该测量尖和热气11相连接。在这种情况中，绝缘套管48和测量尖30例如密封地用螺栓彼此连接，以节 省冷却剂。 

对于一种密封的螺栓连接可替换的是，也可将绝缘套管48和测量尖30如此地彼此连接：使冷却剂42以预定的、也就是有限的量可在这个部位处流出，以便在必要时进一步地降低所述围绕着测量尖30存在的温度。这导致扩大探测器26的使用区域。若将探测器26设计为热电偶24，对于这种情况应对所测得的测量值作相应的纠正。 

若探测器26装配一种使冷却空气或者另一种合适的冷却剂42可以流过的保护套38，那么除了可对排气流进行监控外，也可对燃烧室中的、特别是管形燃烧室中的热气流进行监控。 

在图3中示出了燃气涡轮机1的例如展开的保护套38。这个保护套可以是一种成本有利的铝-波形软管。用于探测器26的绝缘套管既可以设置在保护套38的侧面(图2)，也可以设置在保护套38的这样一些区域中，即这些区域紧靠在外侧面36上，或者紧靠在通道壁22的圆周表面上(图3)。 

此外，在将探测器26安装在燃气涡轮机1和测量导线34中时，也可以在保护套38中使用夹子形的间隔部件50(图4)。这种间隔部件使测量导线34与保护套38的壁保持距离，也就是说，间隔部件50在保护套38中给测量导线定中心，而并不限制冷却剂42对保护套38的冲洗，因为间隔部件具有间隙52。冷却剂52可流过该间隙。这样一些优选地导热性能差的间隔部件50可以设置在测量导线34上，例如大约每10至15厘米设置一个。 

Claims (10)

1.燃气涡轮机(1)，

具有一用于热气(11)的流动路径(20)，该流动路径被一横向于其纵向延伸部位环形地构成的通道壁(22)包围，

具有至少一个设置在通道壁(22)中的、用于测定热气(11)参数的探测器(26)，该探测器(26)具有一耐高温的并且与热气(11)相连通的测量尖(30)以及一设置在流动路径(20)外部的、且敷设在保护套(38)中的测量导线(34)，

其中通道壁(22)具有一背向热气(11)的圆周表面，在该圆周表面上保护套(38)至少部分地包围住流动路径(20)，并且

其中为了将一种冷却剂(42)引入到保护套(38)中，这个保护套与一可取得冷却剂(42)的冷却剂源流动技术地相连接，其特征在于，

在保护套(38)区域中的通道壁(22)中设置多个探测器(26)，所述探测器的测量导线(34)在唯一的保护套(38)的内部延伸，并且

保护套(38)具有至少一个用于探测器(26)的绝缘套管(48)，所述探测器(26)之一分别固定在该绝缘套管中。

2.按照权利要求1所述的燃气涡轮机(1)，其中，探测器(26)密封地固定在绝缘套管(48)中。

3.按照权利要求1所述的燃气涡轮机(1)，其中，将探测器(26)固定在绝缘套管(48)中的固定装置对于冷却剂(42)来说是可通过的。

4.按照权利要求1所述的燃气涡轮机(1)，其中，测量导线(34)通过间隔部件(50)与保护套(38)的内壁保持间距。

5.按照权利要求1所述的燃气涡轮机(1)，其中，将向保护套(38)中提供冷却剂(42)的提供装置设置在保护套(38)的最低部位处，并将冷却剂(42)的出口设置在保护套(38)的最高部位处。

6.按照权利要求1所述的燃气涡轮机，其中，流动路径(20)形成在一燃烧室(6)内部、一涡轮单元(8)的内部或者一固定的燃气涡轮机(1)的一废气扩压器的内部。

7.按照权利要求1所述的燃气涡轮机(1)，其中，探测器(26)是热电偶(24)。

8.按照权利要求1所述的燃气涡轮机(1)，其中，保护套(38)是一种金属的、柔性的软管。

9.按照权利要求1所述的燃气涡轮机(1)，其中，可将冷却空气用作为冷却剂(42)。

10.按权利要求7所述的燃气涡轮机(1)，其中，探测器(26)是废气热电偶。

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