DE102005040303A1

DE102005040303A1 - Schutzschirm für einen Feuchtsensor

Info

Publication number: DE102005040303A1
Application number: DE102005040303A
Authority: DE
Inventors: Malath Ibrahim Arar; Mofeez Murtaza; Michael John Barno
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2006-06-08
Also published as: US20060042410A1; CN1744233A; JP2006071640A

Abstract

Eine Abschirmung (16) für eine Feuchtesensorsonde (14) enthält eine hohle Ummantelung (18), die die Feuchtesensorsonde im Wesentlichen verdeckt, wobei die hohle Ummantelung eine Umfangswand und eine vordere Stirnwand (30) aufweist, die Umfangswand an einem hinteren Flansch (20) gesichert ist, der zur Sicherung an einem Feuchtesensorgehäuse (22) eingerichtet ist, wobei die Umfangswand mit mehreren Strömungsöffnungen (24, 26) versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft Feuchtesensoren und insbesondere Feuchtesensoren, die in den Einlasssektionen von Gasturbinen eingesetzt werden.
Feuchtesensoren in Gasturbineneinlässen sind extremen Witterungs- oder Umgebungsbedingungen ausgesetzt, die sich zwischen trockener Luft und gesättigter Luft mit hohen Luftgeschwindigkeiten bewegen. Unter äußerst nassen Bedingungen verliert der Feuchtesensor an Genauigkeit und Ansprechgeschwindigkeit auf Grund von Sättigung und langsamer Erholung. Die strukturelle Integrität oder Intaktheit des Feuchtesensors, der einer Luftströmung mit hoher Geschwindigkeit in dem Gasturbineneinlasskanal ausgesetzt ist, ist ebenfalls von Bedeutung. Um ein optimales Verhalten moderner Gasturbinentriebwerke sicherzustellen, ist es wichtig, dass Echtzeitmessungen so genau wie möglich sind. In dieser Hinsicht ist eine schnelle Antwortzeit, innerhalb von zwei Minuten, gemeinsam mit einer Messgenauigkeit innerhalb von plus oder minus 1°C sowie eine strukturelle Intaktheit in einer Umgebung mit einer hohen Luftströmungsgeschwindigkeit erforderlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung ist eine Feuchtesensorumhüllung gestaltet worden, um die Ansprechempfindlichkeit des Feuchtesensors zu schützen und zu verbessern. Insbesondere kann die Umhüllung die Form einer zylindrischen Abschirmung einnehmen, die den Feuchtesensor im Wesentlichen umschließt, wobei eine Anzahl von Luftdurchflussöffnungen oder Löchern sich axial entlang der Oberseite der Abschirmung erstrecken, wobei ein ähnliche Anzahl von Löchern entlang der Unterseite der Abschirmung, jedoch in Umfangsrichtung geringfügig von den oberen Löchern versetzt angeordnet sind. In dem vorderen Ende der Abschirmung ist eine Ventilations- oder Atmungsöffnung vorgesehen, während eine oder mehrere Ablassöffnungen in der Nähe des hinteren Endes der Abschirmung vorgesehen sein können, falls dies erwünscht ist. Die Abschirmung selbst ist an einem Flansch angeschweißt, der wiederum an der Elektronikbox des Feuchtesensors mit Bolzen befestigt ist.
Die Löcher sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite der Abschirmung sind in Bezug aufeinander derart versetzt, dass zuviel Wasser nicht unmittelbar auf den Sensorkopf auftrifft. Das Ventilationsloch an dem vorderen Ende der Abschirmung ist dazu eingerichtet, einen Wasserrückhalt in der Abschirmung zu verhindern und somit eine Be- und Entlüftung und Ansprechempfindlichkeit des Sensors zu verbessern. Es verhindert ferner eine Sensorfehlfunktion auf Grund der Sättigung.
Demgemäß betrifft die Erfindung gemäß ihren weiteren Aspekten eine Abschirmung für eine Feuchtesensorsonde, wobei die Abschirmung eine hohle Umhüllung oder Ummantelung aufweist, die die Feuchtesensorsonde verdeckt, wobei die hohle Umhüllung eine Umfangswand und eine vordere Stirnwand aufweist, die Umfangswand an einem hinteren Flansch gesichert ist, der zur Sicherung an einem Feuchtesensorgehäuse eingerichtet ist; wobei die Umfangswand mit mehreren Strömungsöffnungen versehen ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Abschirmung für eine Feuchtesensorsonde mit einer hohlen Umhüllung oder Ummantelung, die die Feuchtsensorsonde im Wesentlichen abdeckt, wobei die hohle Umhüllung eine Umfangswand und eine vordere Stirnwand aufweist, die Umfangswand an einem hinteren Flansch gesichert ist, der zur Sicherung an einem Feuchtesensorgehäuse eingerichtet ist; wobei die Umfangswand mit mehreren Strömungsöffnungen versehen ist; wobei die hohle Umhüllung eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt aufweist und konzentrisch über der Sensorsonde angeordnet ist; und wobei die mehreren Strömungsöffnungen eine erste Gruppe von Öffnungen, die längs der Umfangswand angeordnet sind, und eine zweite Gruppe von Öffnungen aufweisen, die längs der Umfangswand, in Umfangsrichtung von der ersten Gruppe Öffnungen versetzt angeordnet sind.
Die Erfindung ist nun in Verbindung mit den nachstehend identifizierten Zeichnungen beschrieben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Perspektivansicht eines in einen Gasturbineneinlass vorragenden Feuchtesensors;
2 zeigt eine Perspektivansicht einer Abschirmung eines Feuchtesensors entsprechend einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt einen Querschnitt der Abschirmung und des Feuchtesensors nach 2 und
4 zeigt einen Querschnitt, geschnitten längs der Linie 4-4 in 3.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bezugnehmend auf 1 ist der Gasturbineneinlass allgemein bei 10 veranschaulicht, während ein Feuchtesensor 12 an der Außenfläche der Einlasswand gesichert ist, wobei eine Sensorsonde 14 in den Strömungspfad unter einem Winkel von im Wesentlichen 90° in Bezug auf die Strömung vorragt. Da die Sensorsonde 14 der Strömung unmittelbar ausgesetzt ist, ist das Sensorverhalten durch Wassersättigung ungünstig beeinflusst, was zu Fehlern in Systemen führt, die auf Feuchtigkeitsmessungen angewiesen sind.
2–4 veranschaulichen eine Abschirmung eines Feuchtesensors entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Insbesondere kann die Abschirmung 16 eine im Wesentlichen zylindrische Umhüllung oder Ummantelung 18 enthalten, die an einem Flansch 20 an ihrem hinteren Ende fixiert ist. Die Abschirmung und der Flansch können dann mit Bolzen unmittelbar an der Elektronikbox 22 des Feuchtesensor befestigt sein. Die Sensorhülle 18 ist vorzugsweise aus rostfreiem Stahl ausgeführt und weist eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt auf, obwohl andere Formen ebenfalls verwendbar sind. Die Umhüllung ist derart bemessen, um den Sensor in einer im Wesentlichen konzentrischen Anordnung mit einem radialen Zwischenraum zwischen dem Sensor und der Umfangswand der Umhüllung zu umschließen, wie dies am deutlichsten aus 3 ersichtlich ist. Eine erste Anzahl von Strömungslöchern oder -öffnungen 24 ist in einer axial voneinander beabstandeten Anordnung längs der Oberseite (d.h. an der 12 Uhr – Stellung) der Umhüllung ungefähr in der Mitte oder auf halbem Wege entlang der Längserstreckung der Umhüllung ausgebildet. Eine zweite Anzahl von Strömungslöchern oder -öffnungen 26 ist in einer ähnlichen Anordnung längs der Unterseite der Umhüllung (ungefähr an der 6 Uhr – Stellung) vorgesehen, jedoch in Um fangsrichtung derart versetzt angeordnet, dass die Löcher 24 und 26 in der Strömungsrichtung nicht unmittelbar fluchtend zueinander ausgerichtet sind. Eine Ventilationsöffnung oder Be- und Entlüftungsöffnung 28 ist in der Stirnwand 30 der Umhüllung ausgebildet, während eine oder mehrere Ablassöffnungen 32 in der Umhüllung nahe bei dem Flansch 20 entlang der Unterseite der Umhüllung vorgesehen sein können.
In einer besonderten Anwendung kann die Umhüllung eine Längendimension von ungefähr 385 mm mit einem Außendurchmesser von ungefähr 22 mm und einem Innendurchmesser von ungefähr 18 mm aufweisen. Die Löcher 24 und 26 können Durchmesser von ungefähr 6 mm haben, während das Stirnloch 28 einen Durchmesser von ungefähr 2 mm aufweisen kann. Natürlich können die Dimensionen der Umhüllung mit der Größe des Feuchtesensors variieren.
Die 6 mm – Löcher 24 und 26 sind derart versetzt angeordnet, dass überschüssiges Wasser nicht unmittelbar auf den Sensorkopf auftrifft, und das zwei 2 mm – Loch an dem Ende 30 ist dazu eingerichtet, einen Wasserrückhalt oder eine Wasseraufstauung in der Abschirmung zu verhindern, wodurch die Be- und Entlüftung und Ansprechempfindlichkeit des Sensors verbessert werden. Die Umhüllung ist für eine Strouhal-Zahl von 0,22 für Wirbelablösung in einem Hochgeschwindigkeits-Luftströmungsmedium eingerichtet. Die Strouhal-Zahl ist ein dimensionsloser Wert, der zur Analyse von Problemen einer schwingenden, instationären Fluidströmung nützlich ist. Die Strouhal-Zahl (Sr) ist häufig gegeben durch: Sr = f × D/V,wobei f die Frequenz der Wirbelablösung, D den hydraulischen Durchmesser des Objektes in der Fluidströmung und V die Ge schwindigkeit des Fluids darstellt. Somit kennzeichnet die Zahl Sr einen Messwert des Verhältnisses von Trägheitskräften auf Grund der Instationärität der Strömung oder der Beschleunigung der Trägheitskräfte auf Grund von Geschwindigkeitsänderungen zwischen einem Punkt und einem anderen Punkt in der Strömung.
Während die Erfindung in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben worden ist, die momentan als die praktikabelste und bevorzugte Ausführungsform angesehen wird, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern im Gegensatz die Absicht besteht, unterschiedliche Modifikationen und äquivalente Anordnungen mit zu umfassen, die in dem Rahmen und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind.
Eine Abschirmung 16 für eine Feuchtesensorsonde 14 enthält eine hohle Ummantelung 18, die die Feuchtesensorsonde im Wesentlichen verdeckt, wobei die hohle Ummantelung eine Umfangswand und eine vordere Stirnwand 30 aufweist, die Umfangswand an einem hinteren Flansch 20 gesichert ist, der zur Sicherung an einem Feuchtesensorgehäuse 22 eingerichtet ist; wobei die Umfangswand mit mehreren Strömungsöffnungen 24, 26 versehen ist.

10: Gasturbineneinlass
12: Feuchtesensor
14: Sensorsonde
16: Abschirmung, Schutzeinrichtung
18: im Wesentlichen zylindrische Umhüllung oder Ummantelung
20: Flansch
22: Elektronikbox des Feuchtesensor
24: mehrere Strömungslöcher oder -öffnungen
26: Löcher
28: Ventilationsöffnung, Be- und Entlüftungsöffnung
30: Stirnwand
32: Ablassöffnungen

Claims

Abschirmung (16) für eine Feuchtesensorsonde (14), wobei die Abschirmung eine hohle Umhüllung (18) aufweist, die die Feuchtesensorsonde im Wesentlichen verdeckt, wobei die hohle Umhüllung eine Umfangswand und eine vordere Stirnwand (30) aufweist, wobei die Umfangswand an einem hinteren Flansch (20) gesichert ist, der zur Sicherung an einem Feuchtesensorgehäuse (22) eingerichtet ist; wobei die Umfangswand mit einer Anzahl von Strömungsöffnungen (24, 26) versehen ist.
Abschirmung nach Anspruch 1, wobei die Anzahl von Strömungsöffnungen eine erste Gruppe von Öffnungen (24), die längs der Umfangswand angeordnet sind und eine zweite Gruppe von Öffnungen (26) aufweist, die längs der Umfangswand, in Umfangsrichtung von der ersten Gruppe Öffnungen versetzt angeordnet sind.
Abschirmung nach Anspruch 2, wobei die erste und die zweite Gruppe von Öffnungen nicht einander diametral gegenüberliegen.
Abschirmung nach Anspruch 2, wobei die hohle Umhüllung (18) eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt aufweist und dazu eingerichtet ist, über der Sensorsonde (14) konzentrisch angeordnet zu werden.
Abschirmung nach Anspruch 4, wobei die erste Gruppe Öffnungen (24) axial längs der Umfangswand, senkrecht zu einer an der Feuchtesensorsonde (14) vorbeiführenden Strömungsrichtung angeordnet ist.
Abschirmung nach Anspruch 5, wobei die zweite Gruppe Öffnungen (26) axial längs der Umfangswand in einer stromab wärts liegenden und nahezu diametral gegenüberliegenden Lage in Bezug auf die erste Gruppe Öffnungen (24) angeordnet ist.
Abschirmung nach Anspruch 1, die ferner eine Ventilationsöffnung (28) in der vorderen Stirnwand (30) aufweist.
Abschirmung nach Anspruch 7, wobei die Anzahl von Strömungsöffnungen (24, 26) einen Durchmesser von ungefähr 6 mm aufweist, während die Ventilationsöffnung (28) einen Durchmesser von ungefähr 2 mm aufweist.
Abschirmung nach Anspruch 1, wobei die hohle Umhüllung (18) aus rostfreiem Stahl ausgeführt ist.
Abschirmung nach Anspruch 2, wobei die erste und die zweite Gruppe Öffnungen (24, 26) ungefähr auf halbem Wege entlang einer Längenausdehnung der Sonde (14) angeordnet sind.