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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Messsondensystem zur Erfassung der Mittelwerte
von Abgastemperatur und Emissionskonzentration stromab einer Gasturbine
sowie ein diesbezügliches
Verfahren.
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Stand der Technik
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Messsonden
für den
Einsatz in einem Abgaskanal einer Gasturbine zur Erfassung von Abgasparametern
sind allgemein bekannt. Die Messsonden werden zu diesem Zweck in
entsprechende Öffnungen
am Abgaskanal der Gasturbine eingesetzt, wobei ein Sondenrohr, das
die eigentlichen Messelemente enthält, in den Abgaskanal und damit
während des
Betriebs der Gasturbinenanlage in den Abgasstrom hineinragt. In
diesem Zusammenhang sind insbesondere Temperaturmesssonden bekannt,
die üblicherweise über ein
Thermoelement zur Erfassung der Abgastemperatur verfügen.
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So
beschreibt etwa die
DE
195 44 880 B4 eine Temperatursonde für den Einsatz in einem Abgasdiffusor
einer Gasturbine. Die Temperatursonde umfasst ein in den Heißgasbereich
des Abgasdiffusors hineinragendes Sondenrohr mit einer in Richtung
der Rohrachse des Sondenrohres verlaufenden Innenbohrung. Weiterhin
verfügt
das Sondenrohr über
eine Vielzahl quer zur Rohrachse verlaufender Durch stromkanäle, in denen
Thermoelemente zur Temperaturmessung vorgesehen sind. Wesentlich bei
der in dieser Druckschrift beschriebenen technischen Lösung ist,
dass jedes der Thermoelemente in einem separaten, bezüglich der
Innenbohrung des Sondenrohres ortsfesten Schutzrohr angeordnet ist. Auf
diese Weise soll sichergestellt werden, dass auf die Thermoelemente
keine mechanischen Spannungen einwirken, die während des Betriebs durch die unterschiedlichen
Wärmeausdehnungen
der Bauelemente der Temperatursonde hervorgerufen werden.
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Neben
der Temperatur ist insbesondere im Hinblick auf den effizienten
Betrieb der Brenner einerseits und auch etwaiger nachgeschalteter
Abgasnachbehandlungssyteme andererseits die Zusammensetzung des
Abgases von großer
Bedeutung. Aus diesem Grund ist etwa aus der
EP 0 689 043 A2 eine Emissionssonde
zur Entnahme von Abgas aus der Brennkammer einer Gasturbine bekannt,
mittels der die Abgaszusammensetzung bestimmt werden soll. Die beschriebene
Emissionssonde weist ein einstückiges
Sondenrohr auf, das in seinem Inneren einen in Richtung der Rohrachse
verlaufenden Emissionskanal sowie zwei parallel zum Emissionskanal und
nebeneinander verlaufende Kühlkanäle umfasst. Mit
der beschriebenen Emissionssonde wird Abgas aus der Brennkammer
einer Gasturbine entnommen und einer Auswerteeinheit zugeführt, durch
die die Abgaszusammensetzung bestimmt wird. Problematisch bei der
Ableitung der Abgase ist hierbei vor allem die hohe Abgastemperatur.
Daher verfügt
die beschriebene Messsonde zur Kühlung
der abgeleiteten Abgase sowohl über
Kühlkanäle, die
den Emissionskanal zumindest teilweise umschließen, als auch über Kühlrippen,
die von einer äußeren Sondenwand in
die Kühlkanäle hineinragen.
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Zusätzlich zu
den zuvor beschriebenen Messsonden ist aus dem Forschungsbericht „Energieforschung
in Deutschland" [M.
Sachse, S. Semke; Schriften des Forschungszentrums Jülich, Energietechnik
Band 24; ISSN 1433-5522] eine Vorrichtung zur Bestimmung von Ofenraumparametern
in Industrieöfen
bekannt, mit der die Temperatur und die Zusammensetzung der Verbrennungsgase
in der Nähe des
aufzuheizenden Guts bestimmt werden soll. Bei diesem Anwendungsfall
kommt eine Thermoelementsonde zum Einsatz, die über eine integrierte Absaugung
der Verbren nungsgase verfügt.
Im Gegensatz zum Einsatz von Messsonden in Gasturbinenanlagen sind
diese Systeme allerdings wesentlich geringeren Strömungsbelastungen
ausgesetzt. Aus diesem Grund spielt letztendlich auch der Strömungswiderstand
bei der Auslegung dieser Systeme eine vergleichsweise untergeordnete
Rolle.
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Da
die Verfahren zur Bestimmung von Verbrennungsgasparametern in Industrieöfen aus
den vorgenannten Gründen
für den
Einsatz in Gasturbinenanlagen nicht geeignet sind, werden in derartigen Anlagen
die Temperatur bzw. die Zusammensetzung der Abgase mit unterschiedlichen
Messwertaufnehmern, die örtlich
voneinander getrennt in dem Abgaskanal angeordnet sind, aufgenommen.
Hierbei werden üblicherweise
die Abgasemissionen einer Gasturbinenanlage an einem fest installierten
NOx-Kreuz stromabwärts des
Gasturbinenaustritts gemessen, während
die Abgastemperatur im Abgasdiffusor mit Hilfe der Temperatur-Sonden
erfasst wird. Bei den bekannten Gasturbinenanlagen werden vorzugsweise
fünf oder
zehn Temperatursonden im Bereich des Abgasdiffusors angeordnet.
Am NOx-Kreuz sind üblicherweise vier Entnahme-Halbtraversen
vorgesehen, über
die ein Teilstrom der Abgase dem Abgaskanal entnommen und einer
entsprechenden Gasanalyseeinheit zugeführt wird.
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Ausgehend
von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Bestimmung der
Abgastemperatur sowie der Zusammensetzung des Abgases einer Gasturbine
derart weiterzubilden, dass ihr Aufbau gegenüber den bisher im Bereich der
Abgasführung
von Gasturbinen eingesetzten Messvorrichtungen vereinfacht wird.
Hierbei ist die Messsonde derart auszuführen, dass ihr Strömungswiderstand
im Vergleich zu den bisher in Gasturbinenanlagen eingesetzten Messsystemen
verringert wird und gleichzeitig eine hohe Widerstandsfähigkeit
gegen die im Abgaskanal herrschenden Strömungs- und Temperaturbeanspruchungen sicher
gestellt ist. Nicht zuletzt sollen sich die Messsonde sowie das
Messverfahren durch hohe Robustheit und Zuverlässigkeit auszeichnen.
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Eine
weitere der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe besteht darin,
eine Erfassung der Abgastemperaturverteilung und der Zusammensetzung der
Abgasemissionen in einer Messebene im Bereich des Abgaskanals zu
ermöglichen.
In diesem Zusammenhang soll vor allem mit verhältnismäßig einfachen Mitteln eine
Möglichkeit
geschaffen werden, die Lage eines defekten Brenners schnell und
sicher zu detektieren.
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Darstellung der Erfindung
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Die
vorgenannte Aufgabe wird mittels einer Messsonde gemäß Anspruch
1, einer Anordnung nach Anspruch 10 sowie einem Verfahren nach Anspruch
17 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und
werden in der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
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Erfindungsgemäß ist ein
Messsondensystem zur Erfassung von Abgasparametern stromabwärts einer
Gasturbine, die Mittel zur Anbringung am Abgaskanal der Gasturbine
aufweist und über
ein Sondenrohr verfügt,
das zumindest abschnittsweise in den Abgaskanal einbringbar ist
und das eine Temperaturmesseinheit zur Erfassung einer Abgastemperatur
im Abgaskanal aufweist, derart weitergebildet worden, dass an dem
in den Abgaskanal einbringbaren Abschnitt des Sondenrohrs eine Abgasabführung mit
wenigstens einer Entnahmeöffnung
vorgesehen ist, über
die Abgas dem Abgaskanal entnehmbar und einer Gasanalyseeinrichtung
zur Bestimmung einer Abgaszusammensetzung zuführbar ist.
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Mit
dem erfindungsgemäß ausgeführten Messsondensystem
ist es somit möglich,
auf engstem Raum und an einer Messstelle sowohl eine Temperaturmessung
durchzuführen,
als auch Abgas zu Analysezwecken dem einer Gasturbine nachgeschalteten
Abgaskanal zu entnehmen. Eine derartige technische Lösung bietet
damit zum einen den Vorteil, das genaue Messdaten erzeugbar sind,
die als Grundlage für
die Regelung einer Gasturbinenanlage, insbesondere der Brenner,
verwendet werden können
und zum anderen, dass die bisher auf zwei Messstellen verteilten
Temperaturmess- und Abgasentnahmeeinheiten an einer Stelle zusammengefasst
werden. Auf diese Weise wird mit verhältnismäßig einfachen Mitteln eine
Minimierung der Strömungswiderstände im Abgaskanal
und der Wartungspunkte der Gasturbinenanlage erreicht.
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Damit
die Temperaturmessung nicht durch die Abführung des Abgases im Sondenrohr
beeinflusst wird, befindet sich vorzugsweise zwischen der Abgasabführung und
der Temperaturmesseinheit eine Trennwand im Sondenrohr. Bevorzugt
wird hierbei für
die Trennwand ein Werkstoff verwendet, der nicht nur hitzebeständig ist,
sondern auch isolierende Eigenschaften aufweist.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die Temperaturmesseinheit zumindest
ein Thermoelement aufweist. Jedes der verwendeten Thermoelement
ist hierbei üblicherweise
in einem separaten, bezüglich
einer Innenbohrung des Sondenrohrs ortsfesten Schutzrohr angeordnet,
so dass die Thermoelemente vollkommen unbeeinflusst von mechanischen
Spannungen bleiben, die durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen
der Bauelemente in der Messsonde bedingt sein können. Das wenigstens eine Thermoelement
ist vorteilhafterweise an seinem im Sondenrohr befindlichen Ende
an einem Gleitblock befestigt, durch den das Thermoelement innerhalb
des Sondenrohres in axialer Richtung geführt ist. An dem gegenüberliegenden Ende
ist das Thermoelement mittels eines Verbindungselements mit einem
Anschlusskabel verbunden über
das üblicherweise
der Datenaustausch mit einer Auswerteeinheit stattfindet.
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In
einer weiteren speziellen Ausführungsform
ist wenigstens eine Entnahmeöffnung
der Abgasabführung
derart am Sondenrohr angeordnet, sodass die Entnahmeöffnung in
Einbaulage im Abgaskanal der Gasturbine in Abgasströmungsrichtung
gesehen entweder auf der Rückseite
des Sondenrohres (bevorzug bei einer ungleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung)
oder auf der Vorderseite des Sondenrohres angeordnet werden kann.
Vorzugsweise sind wenigstens zwei in Form von Löchern, vorzugsweise als Rund-
und/oder als Langlöcher,
ausgebildete Entnahmeöffnungen
auf der Rückseite
des Sondenrohrs vorgesehen, die übereinander
auf einer parallel zur Längsachse
des Sondenrohrs verlaufenden Achse angeordnet sind.
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Eine
weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das
Sondenrohr Anschlussmittel aufweist, über die die Abgasabführung gasdicht
an eine externe Abgassammelleitung anschließbar ist. Somit ist es möglich dem
Abgaskanal entnommenes Abgas über
die Abgasabführung
der Messsonde und die angeschlossene Abgassammelleitung einer Gasanalyseeinrichtung
zuzuführen.
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Genauso
ist es denkbar in der Abgasabführung
der Messsonde wenigstens einen Abgasabzweig vorzusehen, über den
das dem Abgaskanal entnommene Abgas im Sondenrohr in wenigstens zwei
Abgasteilströme
auftrennbar ist. Diese getrennten Abgasteilströme werden über separate Leitungen weitergefördert. Die
so aufgeteilten Abgasteilströme sind
bspw. unterschiedlichen Gasanalyseeinrichtungen zuführbar.
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Wie
bereits einleitend ausgeführt
worden ist, besteht ein Hauptproblem bei der Verwendung von Messsonden
im Bereich des Abgaskanals einer Gasturbinenanlage in den hohen
Temperaturen der Abgase. Um diese Temperaturen mit bzw. in den Messsonden
beherrschen zu können
werden vornehmlich hochtemperaturbeständige Werkstoffe, vor allem hochlegierte
Stähle,
eingesetzt. Für
die Kühlung
des Sondenkopfes zur Vermeidung der Überhitzung der Thermoelementkupplung
und Ausgleichleitung sieht eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messsonde
vor, dass im Bereich des Sondenkopfes eine Kühleinrichtung angeordnet ist.
Vorzugsweise verfügt
eine derartige Kühleinrichtung über luftgekühlte Kühlrippen über die
Wärme abgeführt wird,
so dass die Sondenkopftemperatur auf einen zulässigen begrenzbar ist. Alternativ
oder in Ergänzung
hierzu sind im Sondenkopf Kühlkanäle vorgesehen,
durch die ein Kühlmedium
förderbar
ist.
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Neben
der eigentlichen Messsonde betrifft die Erfindung weiterhin eine
Anordnung zur Erfassung von Abgasparametern in einem Abgaskanal stromabwärts einer
Gasturbine mit wenigstens zwei erfindungsgemäß ausgeführten Messsonden. Wesentliches
Merkmal der Anordnung ist, dass die Sondenrohre der Messsonden in
einer senkrecht zur Längsmittenachse
des Abgaskanals verlaufenden Ebene angeordnet sind und deren Abgasabführungen über Anschlussmittel
der Sondenrohre an eine gemeinsame Abgassammelleitung angeschlossen sind,
die mit wenigstens einer Gasanalyseeinrichtung zur Bestimmung einer
Zusammensetzung des Abgases ver bunden ist. Mit der vorbeschriebenen
Anordnung sind an verschiedenen Punkten in einer Messebene des Abgaskanals
mittels verschiedener Messsonden sowohl Temperaturwerte erfassbar,
als auch Abgas dem Abgaskanal entnehmbar. Mit Hilfe einer an die
Messsonde angeschlossenen Auswerteeinheit ist unter Zugrundelegung
der einzelnen Temperaturwerte eine Temperaturverteilung über den
Querschnitt des Abgaskanals ermittelbar. Genauso ist eine zuverlässige Ermittlung
der Abgaszusammensetzung möglich,
da Abgas an verschiedenen Stellen, die über den Querschnitt des Abgaskanals
verteilt sind, entnommen und über
die gemeinsame Abgassammelleitung einer Gasanalyseeinheit zugeführt wird.
Die so ermittelte Gaszusammensetzung entspricht mit hoher Wahrscheinlichkeit
der wirklichen Gaszusammensetzung im Abgaskanal, da Fehler aufgrund
bestimmter sich im Abgaskanal herausbildender Gasfahnen weitgehend
ausgeschlossen werden.
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Vorzugsweise
wird die zuvor erläuterte
Anordnung von Messsonden zur Bestimmung der Temperaturverteilung
und zur Entnahme von Abgas im Bereich eines Abgasdiffusors einer
Gasturbinenanlage eingesetzt.
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In
einer speziellen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anordnung
weist wenigstens eine der Abgasabführungen der Messsonden eine
Abgasabzweigung auf, über
die ein erster Abgasteilstrom der gemeinsamen Abgassammelleitung
und über
die ein zweiter Abgasteilstrom einer Abgasstichleitung zuführbar ist.
Der wesentliche Aspekt dieser technischen Lösung besteht darin, dass in
die jeweilige Abgasstichleitung ausschließlich der zweite Abgasteilstrom,
also nur Abgas, das mit der jeweiligen Messsonde dem Abgaskanal
entnommen worden ist, eingeleitet wird. Sofern dieser zweite Abgasteilstrom über die
Abgasstichleitung ohne Mischung mit dem von anderen Messsonden dem
Abgaskanal entnommenen Abgas einer Abgasanalyseeinrichtung zugeführt wird,
ist die Gaszusammensetzung an einem bestimmten Messpunkt im Abgaskanal
bestimmbar. Werden die Abgaszusammensetzungen für verschiedene Punkte in der
Messebene ermittelt, ist mit Hilfe einer entsprechenden Auswerteeinheit
auch die Verteilung der Abgaszusammensetzung über den Querschnitt des Abgaskanals
ermittelbar.
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Eine
weitere vorteilhafte Gestaltung der Erfindung sieht vor, dass die
Abgassammelleitung und/oder die Abgasstichleitung zumindest abschnittsweise
innerhalb einer Isolierung der Gasturbinenanlage verlegt sind/ist.
Vorzugsweise erfolgt eine Verlegung der zuvor genannten Abgasleitungen
innerhalb der äußeren Gasturbinenisolierung.
Diese technische Ergänzung
macht ein ansonsten zusätzlich
erforderliches Beheizen der Abgasleitungen überflüssig.
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Um
darüber
hinaus das Absetzen des sich in den Abgasleitungen aufgrund der
Abkühlung
des Abgases bildenden Kondensats zu verhindern, verfügt die Abgassammelleitung
und/oder die Abgasstichleitung in einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform über eine
automatische Entwässerung.
In den Abgasleitungen sind entsprechende Sensoren vorgesehen, die
eine Bildung von Kondensat bzw. ein Absetzen des Kondensats in den
Abgasleitungen detektieren. Bevorzugt erfolgt eine automatische
Entwässerung
der Abgasleitungen
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Des
Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Erfassung
von Abgasparametern stromabwärts
einer Gasturbine, bei dem im Abgaskanal der Gasturbine an wenigstens
einer Messstelle eine Abgastemperatur erfasst wird und das derart weitergebildet
worden ist, dass an der wenigstens einen Messstelle dem Abgaskanal
Abgas entnommen und einer Gasanalyseeinrichtung zugeführt wird,
in der eine Zusammensetzung des Abgases bestimmt wird. Auf diese
Weise wird für
wenigstens eine Messstelle im Abgaskanal sowohl eine Temperatur
als auch eine Zusammensetzung des Abgases bestimmt.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung des zuvor beschriebenen Verfahrens sieht
vor, dass an wenigstens zwei in einer senkrecht zur Längsmittenachse des
Abgaskanals verlaufenden Ebene angeordneten Messstellen eine Abgastemperatur
erfasst, die Abgastemperaturen an eine Auswerteeinheit übertragen und
in der Auswerteeinheit eine Temperaturverteilung im Abgaskanal ermittelt
wird. Diese Verfahrensschritte stellen vor allem sicher, dass für eine Querschnittsebene
des Abgaskanals, vorzugsweise des Abgasdiffusors einer Gasturbinenanlage,
eine Temperaturverteilung ermittelt wird.
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In
einer speziellen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist ferner vorgesehen, dass das dem Abgaskanal entnommene Abgas
in zumindest zwei Abgasteilströme
aufgeteilt wird, von denen ein Abgasteilstrom einer Verbrennungsanalyseeinrichtung
zugeführt
wird, in der die Zusammensetzung des Abgasteilstroms bestimmt wird
und unter Zugrundelegung der Zusammensetzung des Abgasteilstroms
wenigstens ein in einer Brennkammer der Gasturbinenanlage ablaufender
Verbrennungsprozess einer Bewertung unterzogen wird. Dadurch, dass
bei der vorbeschriebenen technischen Lösung ausschließlich das
von wenigstens einer Messsonde jeweils dem Abgaskanal entnommene
Abgas analysiert wird, ohne dass dieser Abgasteilstrom zunächst mit
an anderer Stelle in der Messebene entnommenem Abgas gemischt wird,
ist die Abgaszusammensetzung an einer bestimmten Stelle der Messebene ermittelbar.
Auf diese Weise ist es möglich,
Rückschlüsse auf
die stromaufwärts
vor der Gasturbine in diesem Bereich in den entsprechenden Brennkammern
ablaufenden Verbrennungsprozesse zu ziehen.
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Kurze Beschreibung der
Erfindung
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Die
Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es
zeigen:
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1:
Ansicht eines Längsschnitts
einer Messsonde;
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2:
Rückansicht
des Sondenrohrs einer Messsonde;
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3;
Querschnittsansicht im Bereich eines Gleitblocks;
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4:
Querschnittsansicht des Sondenrohrs im Bereich des Anschlussmittels
zur Anbindung der Abgassammelleitung;
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5:
schematische Darstellung der Abgassammelleitung.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
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In 1 ist
ein Längsschnitt
durch eine Messsonde 1 zur Erfassung der Abgastemperatur und
zur Entnahme von Abgas aus einem Abgaskanal 2 einer Gasturbinenanlage
dargestellt. Die Messsonde 1 verfügt über ein in einen Abgaskanal
einer Gasturbinenanlage einführbares
Sondenrohr 3, in dem eine Temperaturmesseinheit 4 (siehe 4)
mit drei Thermoelementen 7 angeordnet ist. Die Thermoelemente 7 sind
jeweils in einem Schutzrohr 8 (Inconnel 600 D = 5 × 3) angeordnet,
so dass keine mechanischen Belastungen auf die Thermoelemente 7 einwirken.
Ferner sind Gleitblöcke 6 vorgesehen,
durch die die Thermoelemente 7 innerhalb des Sondenrohrs 3 in
axialer Richtung geführt
sind.
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Des
Weiteren ist in dem Sondenrohr 3 eine Abgasabführung (in
dieser Ansicht nicht sichtbar) vorgesehen, über die aus dem Abgaskanal 2 entnommenes
Abgas einer Abgassammelleitung zugeführt wird. Aus der Abgassammelleitung
wird das Abgas schließlich
in eine Gasanalyseeinheit eingeleitet.
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An
einem dem Abgaskanal 2 abgewandten Ende des Sondenrohrs 3 schließt sich
der Sondenkopf 5 der Messsonde 1 an. Durch den
Sondenkopf 5, der einen größeren Durchmesser als das Sondenrohr 3 aufweist,
werden die Thermoelemente 7 bis zu einem Verbindungselement 12 geführt, über das
die Thermoelemente 7 mit einer Ausgleichsleitung 10 verbunden
sind. Der Sondenkopf 5 verfügt ferner über eine Kühleinheit 11, mittels
der die Temperatur des Sondenkopfs 5 auf eine für die verschiedenen Bauelemente
der Messsonde 1 zulässige
Maximaltemperatur begrenzt wird. Die Kühleinheit 11 verfügt sowohl über eine
mit Kühlrippen 11a versehene
Einheit als auch über
Kühllöcher bzw.
Kühlkanäle 11b.
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Der 2 ist
eine Ansicht des Sondenrohres 3 zu entnehmen. Auf einer
Achse 9, die parallel zur Rohrachse verläuft, ist
eine Vielzahl von Löchern
angeordnet. Die kleinen Rundlöcher
sind Entnahmeöffnungen 13, über die
das dem Abgaskanal entnommene Abgas in die Abgasabführung eingeleitet
wird. Die Entnahmeöffnungen 13 sind
ausschließlich
auf einer Seite des Sondenrohrs 3 angeordnet.
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Zusätzlich zu
den Entnahmeöffnungen 13 sind
zwei als Langlöcher
ausgeführte
Messöffnungen 14 der
Temperaturmesseinheit 4 dargestellt. Damit das Abgas an
den Thermoelementen entlang strömen
kann, sind derartige Messöffnungen 14,
sowohl auf der Vorder- als auch der Rückseite der Messsonde 1 vorgesehen.
Während
des Betriebs der Gasturbinenanlage strömt ein Teil des Abgases im
Abgaskanal 2 durch die Messöffnungen 14 und durchströmt auf diese
Weise das Sondenrohr 3.
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Im
oberen Bereich des Sondenrohrs 3 ist eine Ausgangsöffnung 15 der
Abgasabführung 2 vorgesehen,
an der Anschlussmittel zur Anbindung der Abgasabführung an
eine Abgassammelleitung befestigbar sind.
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Bei
der 3 handelt es sich um eine Darstellung des in 1 abgebildeten
Querschnitts „A-A". In diesem Bereich
der Messsonde 1 sind innerhalb des Sondenrohres 3 die
drei Thermoelemente 7, ein Durchströmkanal 19, der die
beiden Messöffnungen 14 der
Temperaturmesseinheit 4 miteinander verbindet, und zwei
voneinander beabstandete Kanäle
der Abgasabführung 17 vorgesehen.
Während die
beiden äußeren Thermoelemente
in diesem Bereich jeweils innerhalb eines Gleitblocks 6 angeordnet
sind, befindet sich das innere Thermoelement zwischen den Messöffnungen 14 im
Durchströmkanal 19 der
Temperaturmesseinheit 4. Sobald die Gasturbinenanlage in
Betrieb ist, strömt
Abgas durch die beiden Messöffnungen 14 und
umströmt
das innere Thermoelement, so dass die Abgastemperatur erfassbar
ist.
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Die 4 ist
eine Ansicht des in 1 abgebildeten Querschnitts „B-B" des Sondenrohrs 3 im Bereich
des Anschlussmittels 16. Das Anschlussmittel 16 ist
als ein mit einem Ventil 20 absperrbares Rohrstück ausgeführt, das
gasdicht mit der Ausgangsöffnung 15 der
Abgasabführung 17 verbunden ist. Über das
Anschlussmittel 16 ist die Abgasabführung 17 der Messsonde 1 an
eine Abgassammelleitung anschließbar.
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In
Strömungsrichtung
des Abgases hinter dem Ventil 20 ist an dem Anschlussmittel 16 eine
Abzweigung 21 vorgesehen, über die ein Abgasteilstrom,
der nicht der Abgassammelleitung eingeleitet wird, einer Gasanalyseeinrichtung
zugeführt
wird. In dieser Gasanalyseeinheit ist die Zusammensetzung des Abgases,
das durch die Messsonde 1 dem Abgaskanal entnommen wurde,
bestimmbar. Bei Einsatz mehrerer Messsonden 1 in einer
Messebene ist es mit Hilfe dieser Gasanalyse möglich, die Abgaszusammensetzung
einzeln pro Spieß zu
bestimmen und so unter anderem die Lage defekter Brenner schnell
und sicher zu detektieren.
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Zusätzlich zu
der Abgasabführung 17 befindet
sich im Inneren des Sondenrohrs 3, und zwar durch eine
Trennwand 18 von der Abgasabführung 17 getrennt,
die Temperaturmesseinheit 4. In dieser Schnittansicht „B-B" sind die drei Thermoelemente 7 der
Temperaturmesseinheit 4 mit den sie umgebenden Schutzrohren 8 im
Querschnitt dargestellt. Durch die Trennwand 18 wird sichergestellt,
dass die Messwerte der Temperaturmesseinheit 4 nicht durch
das die Abgasabführung 17 von
den Entnahmeöffnungen 13 bis
zur Ausgangsöffnung 15 durchströmende Abgas
verfälscht
werden. Um dies zu gewährleisten
ist die Trennwand 18 aus einem hochtemperaturbeständigen,
isolierenden Material.
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5 ist
schließlich
eine schematische Darstellung einer Abgassammelleitung 22,
die als Ringleitung ausgeführt
ist. In die Abgassammelleitung 22 wird über die Anschlussmittel 16 das
von zehn Messsonden 1 dem Abgaskanal 2 entnommene
Abgas eingeleitet. Ferner ist in der Abgassammelleitung 22 eine
automatische Entwässerung 23 vorgesehen, über die
sich in der Abgassammelleitung 22 bildendes Kondenswasser
abgeführt
wird. Neben den Zuleitungen für
das von den Messsonden 1 zugeführte Abgas verfügt die Abgassammelleitung 22 über eine Abgasleitung 24 durch
die das gesammelte Abgas einer Gasanalyseeinheit 25 zugeführt wird.
In der Gasanalyseeinheit 25 wird die Zusammensetzung des Abgases
bestimmt.
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- 1
- Messsonde
- 2
- Abgaskanal
- 3
- Sondenrohr
- 4
- Temperaturmesseinheit
- 5
- Sondenkopf
- 6
- Gleitblock
- 7
- Thermoelement
- 8
- Schutzrohr
- 9
- Achse
- 10
- Ausgleichsleitung
- 11
- Kühleinheit
- 11a
- Kühlrippen
- 11b
- Kühlkanal
- 12
- Verbindungselement
- 13
- Entnahmeöffnung
- 14
- Messöffnung
- 15
- Ausgangsöffnung
- 16
- Anschlussmittel
- 17
- Abgasabführung
- 18
- Trennwand
- 19
- Durchgangskanal
- 20
- Ventil
- 21
- Abzweigung
- 22
- Abgassammelleitung
- 23
- Entwässerung
- 24
- Abgasleitung
- 25
- Gasanalyseeinheit