DE102008037524A1

DE102008037524A1 - Thermoelementmessrechenträger

Info

Publication number: DE102008037524A1
Application number: DE102008037524A
Authority: DE
Inventors: M. Bansi Davda
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2007-11-13
Filing date: 2008-11-06
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2028-11-07
Also published as: US7695190B2; CH698045A2; JP2009122106A; DE102008037524B4; CH698045B1; US20090122833A1; CN101435723A; CN101435723B

Abstract

Es ist ein Thermoelementmessrechen (100) beschrieben. Das Thermoelementmessrechen (100) kann eine Anzahl von Stützstäben (140), die sich durch eine Anzahl von Stützscheiben (200) erstrecken, und eine Anzahl von Thermoelementrohren (150) enthalten, die sich durch die Stützscheiben (200) erstrecken, wobei die Thermoelementrohre (150) und die Stützscheiben (200) beim Erwärmen eine thermische Kompressionsverbindung aufweisen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Hochtemperatursondenanordnungen und insbesondere einen Thermoelementmessrechenträger zur Temperaturmessung in Hochtemperaturumgebungen in Gasturbinen und Vorrichtungen ähnlicher Art.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Thermoelementmessrechenanordnungen ermöglichen Temperaturmessungen in Hochtemperaturumgebungs- und/oder Umgebungen mit hohem Luftdurchsatz, wie z. B. in Gasturbinentriebwerken. Die Thermoelementmessrechenanordnungen weisen im Allgemeinen eine Anzahl von darin in verschiedenen Abständen angeordneten Thermoelementen auf. Allgemein beschrieben, kann jedes Thermoelement zwei ungleichartige Metalle enthalten, die an einem Ende miteinander verbunden sind. Bei einer bestimmten Temperatur erzeugen diese Metalle im Allgemeinen eine kleine vorgegebene Spannung. Die Spannung kann von einem Thermoelementtemperaturmesser verwendet werden, um eine Temperaturinformation über den Turbinenluftströmungspfad zu liefern.
Obwohl die Thermoelementmessrechenanordnungen diesen Hochtemperaturumgebungen einer Gasturbine standhalten können, kann die Gasturbine auch hohe Schwingungsniveaus erzeugen. Die Schwingungsniveaus in der Gasturbine können jedoch stark veränderlich sein. Die Thermoelementmessrechenanordnung muss deshalb in der Lage sein, Schwingungen in allen Richtungen und bei allen Frequenzen standzuhalten. Die Kombination aus Überhitzung und/oder Schwingung kann somit zu einem Defekt eines Thermoelementmessrechens führen.
Daher besteht der Wunsch nach einer verbesserten Thermoelementmessrechenanordnung, die ohne Defekt höheren Temperaturen und Schwingungen standhalten kann. Insbesondere sollte die Messrechenanordnung in der Lage sein, Schwingungen aus allen Richtungen und bei allen Frequenzen standzuhalten.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Anmeldung beschreibt somit einen Thermoelementmessrechen. Der Thermoelementmessrechen kann eine Anzahl von Stützstäben, die sich durch eine Anzahl von Stützscheiben erstrecken, und eine Anzahl von Thermoelementrohren enthalten, die sich durch die Stützscheiben erstrecken, wobei die Thermoelementrohre und die Stützscheiben beim Erwärmen eine Thermokompressionsverbindung aufweisen.
Die Anmeldung beschreibt ferner einen Thermoelementmessrechen mit einer Anzahl von Thermoelementen. Der Thermoelementmessrechen kann einen Stützstab, der sich durch eine Anzahl von Stützscheiben erstreckt, und eine Anzahl von Thermoelementrohren für die Thermoelemente enthalten, die sich durch die Stützscheiben erstrecken, wobei die Thermoelementrohre und die Stützscheiben beim Erwärmen eine Thermokompressionsverbindung aufweisen.
Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Anmeldung werden für einen Fachmann nach Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich, wenn diese zusammen mit den verschiedenen Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen betrachtet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine ebene Ansicht einer Thermoelementmessrechenanordnung, wie sie hierin beschrieben ist.
2 zeigt eine Seitenansicht der Thermoelementmessrechenanordnung aus 1 in einer Querschnittsdarstellung.
3 zeigt eine ebene Ansicht eines vorderen Thermoelementrohres zur Verwendung in der Thermoelementmessrechenanordnung nach 1.
4 zeigt eine ebene Ansicht eines folgenden Thermoelementrohres zur Verwendung in der Thermoelementmessrechenanordnung nach 1.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente überall in den verschiedenen Ansichten beziehen, zeigen 1 und 2 eine Thermoelementmessrechenanordnung 100, wie sie hierin beschrieben ist. Die Messrechenanordnung 100 erstreckt sich durch ein äußeres Gehäuse 110. Das äußere Gehäuse 110 kann die Oberfläche einer Gasturbine oder eine ähnliche Art von Strukturen darstellen. Wie unten detaillierter beschrieben, kann sich eine Anzahl von Öffnungen durch das äußere Gehäuse 110 hindurch erstrecken.
Die Thermoelementmessrechenanordnung 100 kann einen Zentralstab 120 aufweisen. Der Zentralstab 120 kann massiv oder hohl sein. Die Geometrie des Zentralstabs 120 kann mit der Eigenfrequenz und der strukturellen Integrität bzw. der Verbundfestigkeit der Thermoelementmessrechenanordnung 100 als Ganzes variieren. Der Zentralstab 120 kann hinsichtlich seiner Länge, Neigung oder anderer Merkmale variieren. Der Zentralstab 120 kann sich von dem Außengehäuse 110 bis zu einer Endscheibe 130 erstrecken. Der Zentralstab 120 kann eine beliebige gewünschte Länge aufweisen. Der Zentralstab 120 kann aus Nickel basierten Legierungen, nichtrostendem Stahl oder anderen Arten von im Wesentlichen temperaturbeständigen Materialien ausgeführt sein.
Die Thermoelementmessrechenanordnung 100 kann ferner eine Anzahl von äußeren Stützstäben 140 aufweisen. Insbesondere können drei (3), vier (4), fünf (5) oder eine andere Anzahl von äußeren Stützstäben 140 eingesetzt werden. Die Stützstäbe 140 können hohl oder massiv ausgebildet sein. Die Geometrie der äußeren Stützstäbe 140 kann ebenfalls mit der Eigenfrequenz und der strukturellen Integrität bzw. dem Festigkeitsverbund der Thermoelementmessrechenanordnung 100 als Ganzes variieren. Die Stützstäbe 140 können hinsichtlich ihrer Länge, Neigung oder anderer Merkmale variieren. Die äußeren Stützstäbe 140 können sich ebenfalls von dem Gehäuse 120 aus bis zu der Endscheibe 130 erstrecken. Der Zentralstab 120 und die äußeren Stützstäbe 140 können mit der Endscheibe 130 verschweißt oder hartverlötet sein. Andere Verbindungsmittel können hierbei ebenfalls zur Anwendung kommen. Die äußeren Stützstäbe 140 können aus Nickel basierten Legierungen, nichtrostendem Stahl oder anderen Arten von im Wesentlichen temperaturbeständigen Materialien hergestellt sein.
Die Thermoelementmessrechenanordnung 100 kann auch eine Anzahl von Thermoelementrohren 150 aufweisen. Die Thermoelementrohre 150 können sich durch eine Anzahl von Gehäuseöffnungen 160, die in dem Außengehäuse 110 positioniert sind, an einem Ende erstrecken und können sich bis zu einer Anzahl von Büchsen 170 in der Endscheibe 130 erstrecken. In der Endscheibe 130 können anstelle von Büchsen 160 auch Öffnungen zur Anwendung kommen. Die Thermoelementrohre 150 können eine beliebige gewünschte Länge aufweisen. Die Thermoelementrohre 150 können aus Nickel basierten Legierungen, nichtrostendem Stahl oder anderen Arten von im Wesentlichen temperaturbeständigen Materialien ausgeführt sein.
In jedem Thermoelementrohr 150 kann ein Thermoelement 180 positioniert sein. Das Thermoelement 180 kann eine herkömmliche Bauweise aufweisen. Die Thermoelemente 180 können in den Thermoelementrohren 150 als eine einzelne Anordnung eingegossen oder eingepresst sein, so dass die Vibration der Thermoelemente 180 innerhalb der Rohre 150 reduziert oder eliminiert wird. Die Rohre 150 werden mittels einer Rohrverschraubung 190 der Swagelok-Bauart an dem äußeren Gehäuse 110 befestigt. Es können ähnliche Arten von Rohrverschraubungen oder andere Arten von Verbindungsmitteln hierbei verwendet werden.
Die Thermoelementmessrechenanordnung 100 kann eine Anzahl von Scheiben 200 aufweisen, die zwischen dem Außengehäuse 110 und der Endscheibe 130 angeordnet sind. Die Scheiben 200 können eine Anzahl von darin angeordneten Scheibenöffnungen 210 aufweisen. Die Scheibenöffnungen 210 ermöglichen es den Thermoelementrohren 150 dort hindurchzuführen. Die Scheibenöffnungen 210 werden für eine enge geometrische Passung bemessen, so dass sie den Thermoelementrohren 150 ermöglichen, dort hindurchzugleiten. Der Wärmekoeffizient der Scheibe 210 relativ zu dem Rohr 150 sollte so sein, dass, wenn die Messrechenanordnung 100 auf die Abgastemperatur (von ungefähr 1200°F (649°C)) erwärmt wird, sich die Scheiben 200 und die Rohre 150 derart thermisch ausdehnen, dass die Scheiben 200 sich um die Rohre 150 zusammenziehen bzw. an diese zusammendrücken und eine thermische Verbindung auf eine Weise, die der einer Netzschweißung ähnelt, bilden. Die Scheiben 200 können aus Nickel basierten Legierungen, nichtrostendem Stahl oder anderen Arten von im Wesentlichen temperaturbeständigen Materialien ausgeführt sein. Die Gleitreibung ist folglich generell reduziert oder eliminiert, wenn die Messrechenanordnung 100 die Betriebstemperatur der Gasturbine aufweist.
Die Kombination und aus dem Zentralstab 120 und den äußeren Stützstäben 140 mit den Scheiben 200 und deren Geometrie ergeben eine Eigenfrequenz und Stützeigenschaften der Messrechenanordnung 100 als Ganzes. Die Eigenfrequenz der Messrechenanordnung 100 als Ganzes kann je nach Bedarf modifiziert werden. Beispielsweise können die Stützstäbe 140 und die Scheiben 200 angeordnet werden, um die Frequenz auf einen Wert außerhalb eines spezifischen Bereichs oder einer Bereichsreihe einzustellen. Der Zentralstab 120, die Stützstäbe 140 und die Scheiben 200 können miteinander verschweißt oder hartverlötet sein.
Ein vorderes bzw. führendes Thermoelement kann hinsichtlich des thermischen Ansprechverhaltens das einzig maßgebliche Thermoelement sein. Ein vorderes/führendes Thermoelementrohr 240 sollte deshalb vor den anderen Rohren 150 angeordnet sein. Wie in 3 gezeigt, sollte das vordere Thermoelementrohr 240 ein vorderes Loch 250 und ein hinteres Loch 260 mit einer ähnlichen Größe wie eine Strahllängsabschirmung eines Abgasthermoelementes (Exhaust Gas Thermocouple, EGT) aufweisen, damit sie an die Luftstromreaktionszeit angepasst sind. Wie in 4 gezeigt, können die anderen Rohre 150 vier (4) Löcher 270 in einem Abstand von etwa neunzig Grad oder mehrere Löcher anstelle des vorderen Lochs 250 und des hinteren Lochs 260 aufweisen. Die vier Löcher 270 ermöglichen es, dass Luft unter verschiedenen Winkeln auf die Rohre 150 auftrifft, ohne sich um die Reaktionszeit zu sorgen, aber mit dem Vermögen von der externen Luft eine geeignete Stichprobe zu entnehmen.
Im Betrieb werden die Thermoelemente 180 und die zugehörigen Rohre 150 innerhalb des äußeren Gehäuses 110, der Scheiben 200 und der Endscheibe 180 positioniert. Die Thermoelemente 180 können eine unterschiedliche Länge aufweisen. Die Rohre 150 weisen die Löcher 250, 260, 270 auf, die darin bei einer geeigneten Länge positioniert sind, um von der externen Luft eine Probe zu entnehmen. Vibrationen in der Thermoelementanordnung 100 als Ganzes sind durch die thermische Ausdehnung der Scheibe 200 und der Rohre 150 reduziert. Die Thermoelementmessrechenanordnung 100 kann deshalb trotz der erwarteten Schwingungen in dem Luftstrompfad der Turbine genaue Temperaturmesswerte liefern.
Es sollte offensichtlich sein, dass das Vorstehende sich lediglich auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung bezieht und dass durch einen Fachmann zahlreiche Änderungen und Modifikationen hierin vorgenommen werden können, ohne den Rahmen und den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, wie sie durch die folgenden Ansprüche definiert ist.
Es ist ein Thermoelementmessrechen 100 beschrieben. Das Thermoelementmessrechen 100 kann eine Anzahl von Stützstäben 140, die sich durch eine Anzahl von Stützscheiben 200 erstrecken, und eine Anzahl von Thermoelementrohren 150 enthalten, die sich durch die Stützscheiben 200 erstrecken, wobei die Thermoelementrohre 150 und die Stützscheiben 200 beim Erwärmen eine thermische Kompressionsverbindung aufweisen.
Bezugszeichenliste:

Thermoelementmessrechenanordnung
Äußeres Gehäuse
Zentralstab
Endscheibe
äußere Stützstäbe
Thermoelementrohre
Gehäuseöffnungen
Büchsen
Thermoelement
Rohrverschraubung
Scheiben
Scheibenöffnungen
Vorderes/führendes Thermoelementrohr
vorderes Loch
hinteres Loch
Löcher

Claims

Thermoelementmessrechen (100), der aufweist: mehrere Stützstäbe (140); wobei sich die mehreren Stützstäbe (140) durch mehrere Stützscheiben (200) erstrecken; und mehrere Thermoelementrohre (150), die sich durch mehrere Stützscheiben (200) erstrecken; mehrere Thermoelementrohre (150) und die mehreren Stützscheiben (200) beim Erwärmen eine Thermokompressionsverbindung aufweisen.
Thermoelementmessrechen (100) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Stützrohre (140) einen Zentralstab (120) aufweisen.
Thermoelementmessrechen (100) nach Anspruch 2, wobei der Zentralstab (120) einen massiven Stab aufweist.
Thermoelementmessrechen (100) nach Anspruch 2, wobei der Zentralstab (120) einen hohlen Stab aufweist.
Thermoelementmessrechen (100) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Stützstäbe (140) mehrere äußere Stützstäbe (140) aufweisen.
Thermoelementmessrechen (100) nach Anspruch 1, das ferner ein innerhalb jedes der mehreren Thermoelementrohre (150) positioniertes Thermoelement (180) aufweist.
Thermoelementmessrechen (100) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Thermoelementrohre (150) mehrere Längen aufweisen.
Thermoelementmessrechen (100) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Thermoelementrohre (150) ein vorderes Thermoelementrohr (240) aufweisen.
Thermoelementmessrechen (100) nach Anspruch 8, wobei das vordere Thermoelementrohr (240) eine vordere Öffnung (250) und eine hintere Öffnung (260) aufweist.
Thermoelementmessrechen (100) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Thermoelementrohre (150) mehrere darin ausgebildete Öffnungen (270) aufweisen.