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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung umfasst allgemein ein System und Verfahren zur Positionierung eines Sensors. Insbesondere können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein System und Verfahren zur Positionierung eines Sensors ergeben, der durch mehrere Barrieren hindurchfährt, die sich in Bezug aufeinander bewegen können.
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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Verdichter, Turbinen, andere Formen kommerzieller Anlagen erzeugen und nutzen häufig Fluide, die eine hohe Temperatur und/oder einen hohen Druck aufweisen. Zum Beispiel enthält eine typische Gasturbine einen Verdichter vorne, eine oder mehrere Brennkammern, die radial etwa in der Mitte angeordnet sind, und eine Turbine hinten. Umgebungsluft tritt in den Verdichter ein, und rotierende Laufschaufeln sowie stationäre Leitschaufeln in dem Verdichter verleihen dem Arbeitsfluid (der Luft) zunehmend kinetische Energie, um den Druck des Arbeitsfluids zu erhöhen und dieses in einen energiereichen Zustand zu bringen. Das komprimierte Arbeitsfluid strömt zu einer oder mehreren Brennkammern, die Brennstoff mit dem komprimierten Arbeitsfluid vermischen und das Gemisch zünden, um Verbrennungsgase mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck zu erzeugen. Die Verbrennungsgase treten aus den Brennkammern aus und strömen entlang eines Heißgaspfads durch die Turbine. Ein oder mehrere Gehäuse umgeben im Allgemeinen die Turbine, um die Verbrennungsgase aufzunehmen und durch abwechselnde Stufen ortsfester Leitapparate und rotierender Laufschaufeln zu leiten. Die rotierenden Laufschaufeln können an einem Rotor angebracht sein, so dass eine Expansion der Verbrennungsgase, die durch die Turbinenstufen strömen, die Laufschaufeln und somit den Rotor veranlasst sich zu drehen, um Arbeit zu verrichten.
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Während eines Tests, einer Instandhaltung oder eines Betriebs ist es häufig erwünscht oder erforderlich, Zustände oder Komponenten im Inneren der kommerziellen Anlage zu überwachen oder zu messen. Zum Beispiel kann eine optische Sonde verwendet werden, um Vibrationen, Spiele, Schwingungen oder andere Parameter der Laufschaufeln in dem Verdichter oder der Laufschaufel in der Turbine zu überwachen. Gleichfalls kann ein Temperatursensor, ein Drucksensor oder ein sonstiges Instrument eingesetzt sein, um Temperaturen, Drücke und andere innere Parameter des Arbeitsfluids in dem Verdichter oder dem Heißgaspfad in der Turbine zu überwachen. In jedem Fall muss das spezielle Instrument im Allgemeinen an einer genauen Stelle positioniert sein, so dass es sich hinreichend nahe an der überwachten Komponente befindet, ohne mit den rotierenden Komponenten in Kontakt zu treten, gegen diese zu reiben oder in sonstiger Weise störend einzugreifen.
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In vielen Fällen muss das Instrument durch Öffnungen in einem inneren und/oder äußeren Gehäuse hindurchführen, um die überwachte Komponente zu erreichen. Insofern, als das innere und/oder äußere Gehäuse sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und um ein unterschiedliches Maß ausdehnen können, muss die Größe der Öffnungen durch die Gehäuse größer sein als das Instrument, so dass eine radiale und/oder axiale Dehnung der Gehäuse die Gehäuse nicht veranlasst, die Position des Instrumentes störend zu beeinflussen. Insbesondere kann, wenn sich die Gehäuse ausdehnen oder zusammenziehen, ein Kontakt zwischen den Gehäusen und dem Instrument die Position des Instrumentes verschieben, wobei die Genauigkeit des Instrumentes beeinträchtigt und/oder ein Kontakt zwischen dem Instrument und rotierenden Komponenten bewirkt wird. Jedoch erzeugt eine Erhöhung der Größe der Öffnungen, um eine Dehnung und ein Zusammenziehen der Gehäuse zu berücksichtigen, zusätzlichen Zwischenraum zwischen den Öffnungen und dem Instrument. Der zusätzliche Raum zwischen den Öffnungen und dem Instrument kann zu hohen Mengen des Arbeitsfluids oder der Verbrennungsgase ermöglichen, an dem inneren Gehäuse vorbei zu entweichen, wodurch eine übermäßige Hitze und/oder Beschädigung an Komponenten außerhalb des inneren Gehäuses hervorgerufen werden kann. Folglich würde ein System und Verfahren, das eine genaue Platzierung des Instrumentes durch ein oder mehrere Gehäuse ermöglicht, ohne zu großen Mengen von einem Fluid oder Gasen zu ermöglichen, durch die Gehäuse zu entweichen, nützlich sein.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Aspekte und Vorteile der Erfindung sind nachstehend in der folgenden Beschreibung angegeben oder können aus der Beschreibung offenkundig sein, oder sie können durch Umsetzung der Erfindung in die Praxis erfahren werden.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System zur Positionierung eines Sensors durch eine innere Barriere und eine äußere Barriere. Das System enthält einen ersten Bund, der zur Eingriffsverbindung mit wenigstens einer von der inneren Barriere und/oder der äußeren Barriere konfiguriert ist, eine zusammenschiebbare Kupplung und einen Sensorträger, der mit der zusammenschiebbaren Kupplung verbunden ist. Wenigstens entweder die zusammenschiebbare Kupplung und/oder der Sensorträger steht in dichtender Eingriffsverbindung mit dem ersten Bund, und der erste Bund, die zusammenschiebbare Kupplung und der Sensorträger definieren einen Durchgang durch diese.
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Eine modifizierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System zur Positionierung eines Sensors durch eine innere Barriere und eine äußere Barriere, das einen ersten Bund enthält, der konfiguriert ist, um mit wenigstens entweder der inneren Barriere und/oder der äußeren Barriere in Eingriffsverbindung zu treten. Ein Sensorträger ist mit dem ersten Bund verbunden, und der erste Bund und der Sensorträger definieren einen Durchgang durch diese. Das System enthält ferner Mittel, die eine Bewegung zwischen dem Sensorträger und dem ersten Bund ermöglichen.
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Die vorliegende Erfindung kann ferner ein Verfahren zur Positionierung eines Sensors durch eine innere Barriere und eine äußere Barriere enthalten. Das Verfahren enthält ein Verbinden eines ersten Bundes in Eingriff mit wenigstens entweder der inneren Barriere und/oder der äußeren Barriere und Einführen eines Sensorträgers, der mit einer zusammenschiebbaren Kupplung verbunden ist, durch die äußere Barriere. Das Verfahren enthält ferner ein Verbinden wenigstens entweder des Sensorträgers und/oder der zusammenschiebbaren Kupplung mit dem ersten Bund und Einführen des Sensors durch den Sensorträger hindurch.
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Fachleute auf dem Gebiet werden bei einer Durchsicht der Beschreibung die Merkmale und Aspekte derartiger Ausführungsformen und anderer besser erkennen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine umfassende und ermöglichende Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich deren bester Ausführungsart, für Fachleute auf dem Gebiet ist in größeren Einzelheiten in der restlichen Beschreibung angegeben, die eine Bezugnahme auf die beigefügten Figuren enthält, in denen zeigen:
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1 eine Perspektivansicht eines Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine seitliche Schnittansicht des in 1 veranschaulichten Systems;
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3 eine ebene Draufsicht auf das in 1 veranschaulichte System; und
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4 eine Perspektivansicht eines Systems gemäß einer modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es wird nun im Einzelnen auf vorliegende Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Die detaillierte Beschreibung verwendet Bezeichnungen durch Zahlen und Buchstaben, die auf Merkmale in den Zeichnungen verweisen. Gleiche oder ähnliche Bezeichnungen in den Zeichnungen und der Beschreibung werden verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Teile der Erfindung zu verweisen.
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Jedes Beispiel ist zur Erläuterung der Erfindung, nicht zur Beschränkung der Erfindung vorgesehen. In der Tat wird es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass Modifikationen und Veränderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von deren Umfang oder Rahmen abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als ein Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch weitere Ausführungsform zu ergeben. Somit besteht die Absicht, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen abdecken soll, wie sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.
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Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben ein System 10 und Verfahren zur Positionierung eines Sensors 12 durch eine innere Barriere 14 und eine äußere Barriere 16 einer Maschine. Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in dem Zusammenhang mit einem Verdichter oder einer Turbine mit einem inneren und einem äußeren Gehäuse beschrieben sein können, werden Fachleute auf den Gebiet erkennen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Verwendung mit praktisch jeder Maschine angepasst werden können und dass die vorliegende Erfindung nicht auf irgendeine spezielle Maschine beschränkt ist, sofern dies in den Ansprüchen nicht angegeben ist.
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1 zeigt eine Ferspektivansicht; 2 zeigt eine Seitenansicht im Querschnitt, und 3 zeigt eine ebene Draufsicht auf das System 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie veranschaulicht, kann das System 10 einen ersten Bund 18, einen zweiten Bund 20, einen Sensorträger 22 und Mittel 24 zur Ermöglichung einer Bewegung zwischen dem Sensorträger 22 und einem oder beiden von den Bünden 18, 20 enthalten. Die Bünde 18, 20, der Sensorträger 22 und die Mittel 24 zur Ermöglichung einer Bewegung zwischen dem Sensorträger 22 und den Bünden 18, 20 definieren allgemein einen Durchgang, durch den der Sensor 12 hindurch eingeführt werden kann. Auf diese Weise kann der Sensorträger 22 den Sensor 12 starr in Stellung halten, und der Sensorträger 22 und/oder die Mittel 24 zur Ermöglichung einer Bewegung zwischen dem Sensorträger 22 und den Bünden 18, 20 können eine abdichtende Eingriffsverbindung mit einem oder beiden Bünden 18, 20 ergeben, um eine Leckage eines Fluids durch die innere Barriere 14 zu reduzieren und/oder zu verhindern.
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Der erste und der zweite Bund 18, 20 sind allgemein konfiguriert, um mit der inneren und äußeren Barriere 14, 18 in Eingriff zu kommen oder verbunden zu werden. Die Bünde 18, 20 können eine Metallplatte oder ein anderes für die vorgesehene Umgebung geeignetes Material aufweisen, das mit den jeweiligen Barrieren 14, 16 verklebt, vernietet, verbolzt, verschraubt, verschweißt oder in sonstiger Weise verbunden oder an diesen befestigt sein kann. Die Bunde 18, 20 werden allgemein der Konvention und Klarheit in dieser Beschreibung willen als der erste Bund 18 und der zweite Bund 20 bezeichnet. Jedoch wird ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass jeder Bund mit der inneren Barriere 14 eingriffsverbunden oder an dieser befestigt sein kann, während der andere Bund mit der äußeren Barriere 18 eingriffsverbunden oder an dieser befestigt sein kann. Zum Beispiel kann der erste Bund 18 mit der inneren Barriere 14 in Eingriffsverbindung stehen oder an dieser befestigt sein, während der zweite Bund 20 mit der äußeren Barriere 16 in Eingriffsverbindung stehen oder an dieser befestigt sein kann. Alternativ kann der erste Bund 18 mit der äußeren Barriere 16 in Eingriffsverbindung stehen oder an dieser befestigt sein, während der zweite Bund 20 mit der inneren Barriere 14 in Eingriffsverbindung stehen oder an dieser befestigt sein kann. Auf diese Weise können die Bünde 18, 20 einzeln oder gemeinsam eine Befestigungsstelle für den Sensorträger 22 und/oder die Mittel 24 zur Zulassung einer Bewegung zwischen dem Sensorträger 22 in den Bünden 18, 20 bereitstellen.
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Der Sensorträger 22 weist allgemein ein Hohlrohr auf, durch das der Sensor 12 eingeführt werden kann. Obwohl er in den 1–3 als zylindrisches Rohr veranschaulicht ist, stellt die spezielle Gestalt oder Geometrie des Sensorträgers 22 keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung dar, sofern dies nicht ausdrücklich in den Ansprüchen angegeben ist. Der Sensorträger 22 erstreckt sich allgemein durch einen der oder beide Bünde 18, 20 je nach der speziellen Ausführungsform. Zum Beispiel erstreckt sich der Sensorträger 22, wie in den 1–3 veranschaulicht, durch den zweiten Bund 20 hindurch, der wiederum mit der äußeren Barriere 16 in Eingriff steht. Der Sensorträger 22 kann in dem zugehörigen Bund 20 eingepresst, an diesem angeklebt, angebolzt, angenietet, angeschweißt oder in sonstiger Weise mit diesem starr verbunden sein, um eine dichtende Eingriffsverbindung zwischen dem Sensorträger 22 und dem zugehörigen Bund 20 zu schaffen und dabei auch eine stabile und sichere Plattform für den Sensor 12 bereitzustellen. Der Sensorträger 22 kann ferner einen eingepassten Flansch 28 und/oder Befestigungsbolzen 30 zur sicheren Halterung des Sensors 12 in Stellung enthalten. Alternativ oder zusätzlich kann, wie in 2 veranschaulicht, eine Schraubverbindung 26 zwischen dem Sensorträger 22 und dem Sensor 12 verwendet werden, um den Sensor 12 sicher in Stellung zu halten. Auf diese Weise kann/können die Schraubverbindung 26, der eingepasste Flansch 28 und/oder der Befestigungsbolzen 30 eine präzise Positionierung des Sensors 12 in der gewünschten Weise ermöglichen.
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Die Mittel 24 zur Ermöglichung einer Bewegung zwischen dem Sensorträger 22 und einem oder beiden von den Bünden 18, 20 können mit dem Sensorträger 22 verbunden sein, um eine radiale und/oder axiale Bewegung zwischen dem Sensorträger 22 und einem oder beiden von den Bünden 18, 20 aufzunehmen oder zuzulassen. Die Mittel 24 können eine Membran, einen Faltenbalg, einen Kolben, eine Gelenkverbindung oder eine sonstige geeignete Struktur, wie sie für einen Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, aufweisen, die eine relative Bewegung zwischen zwei Komponenten ermöglicht. Zum Beispiel können die Mittel, wie in den 1–3 veranschaulicht, eine zusammenschiebbare Kupplung 32 aufweisen, die z. B. aus gewelltem oder gefaltetem Blech oder sonstigem geeigneten Material hergestellt ist, das in der Lage ist, der vorgesehenen Umgebung zu widerstehen und das hinreichend flexibel ist, um sich radial und/oder axial auszudehnen und zusammenzuziehen. Die zusammenschiebbare Kupplung 32 kann in abdichtender Eingriffsverbindung mit dem ersten Bund 18 stehen, der wiederum mit der inneren Barriere 14 in Eingriff steht. In speziellen Ausführungsformen kann die zusammenschiebbare Kupplung 32 an dem zugehörigen Bund 18 eingepresst, angeklebt, angebolzt, angenietet, angeschweißt oder in sonstiger Weise mit diesem starr verbunden sein.
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Das System 10, wie es in Bezug auf die 1–3 beschrieben und veranschaulicht ist, kann somit dazu verwendet werden, den Sensor 12 durch die innere Barriere 14 und die äußere Barriere 16 hindurch zu positionieren. Zum Beispiel kann der Sensor eine optische Sonde 34 aufweisen, die in der Nähe der Hinterkante einer Laufschaufel in einer Turbine positioniert werden soll. Der erste und der zweite Bund 18, 20 können mit der inneren bzw. der äußeren Barriere 14, 16 in Eingriff gebracht, verschraubt oder an dieser angebracht werden. Der Sensorträger 22 kann mit der zusammenschiebbaren Kupplung 32 und/oder dem zweiten Bund 20 verbunden werden, und die zusammenschiebbare Kupplung 32 kann mit dem ersten Bund 18 in abdichtender Eingriffsverbindung stehen. Die optische Sonde 34 an dem Sensor 12 kann auf diese Weise durch den Sensorträger 22, die zusammenschiebbare Kupplung 32 und den ersten und den zweiten Bund 18, 20 hindurch eingeführt und durch die Schraubverbindung 26, den eingepassten Flansch 28 und/oder den Befestigungsbolzen 30, wie gewünscht, positioniert werden. Wenn die Turbine arbeitet und sich die innere Barriere 14 axial und/oder radial ausdehnt oder zusammenzieht nimmt die zusammenschiebbare Kupplung 32 eine axiale und/oder radiale Bewegung zwischen dem inneren Bund 18 und dem Sensorträger 22 auf oder lässt diese zu, so dass die Position des Sensors 12 und somit der optischen Sonde 34 unverändert bleibt. Außerdem reduziert oder verhindert die Dichtungsverbindung zwischen der zusammenschiebbaren Kupplung 32 und dem ersten Bund 18, dass irgendwelche Verbrennungsgase durch die innere Barriere 14 entweichen und den Raum zwischen der inneren Barriere 14 und der äußeren Barriere 16 aufheizen.
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4 zeigt eine Perspektivansicht eines Systems 40 gemäß einer modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 40 enthält wiederum einen ersten und einen zweiten Bund 42, 44, einen Sensorträger 46 und eine zusammenschiebbare Kupplung 48, wie vorstehend in Bezug auf die in den 1–3 veranschaulichte Ausführungsform beschrieben. In dieser speziellen Ausführungsform weist die zusammenschiebbare Kupplung 48 jedoch ein teleskopartiges Anschlussstück in dichtender Eingriffsverbindung mit dem ersten Bund 42 auf. Außerdem können ein oder mehrere Vorspannelemente 50 mit dem ersten Bund 20 betriebsmäßig verbunden sein, um den ersten Bund 42 von dem Sensorträger 46 weg vorzuspannen. Die Vorspannelemente können Federn, Schiebestangen, Kolben, Solenoide oder andere mechanische oder elektromechanische Vorrichtungen aufweisen, wie sie für einen Fachmann auf dem Gebiet zur Bewegung einer Komponente in Bezug auf die andere bekannt sind. Auf diese Weise nimmt das teleskopartige Anschlussstück eine axiale und/oder radiale Bewegung der inneren Barriere 14 auf oder lässt diese zu, so dass die Position des Sensors 12 unverändert bleibt. Zusätzlich stellen die Vorspannelemente 50 sicher, dass der erste Bund 42 mit der inneren Barriere 14 in Eingriff verbunden bleibt, um ein Entweichen jeglicher Fluide durch die innere Barriere 14 und ein Aufheizen des Zwischenraums zwischen der inneren Barriere 14 und der äußeren Barriere 16 zu reduzieren oder zu verhindern.
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Die Ausführungsformen, wie sie vorstehend in Bezug auf die 1–4 beschrieben und veranschaulicht sind, können ferner ein Verfahren zum Positionieren des Sensors 12 durch die innere Barriere 14 und die äußere Barriere 16 hindurch ergeben. Das Verfahren enthält im Wesentlichen ein Verbinden des ersten Bundes 18 in Eingriff mit wenigstens entweder der inneren Barriere 14 und/oder der äußeren Barriere 16 und Einführen des Sensorträgers 22, der mit der zusammenschiebbaren Kupplung 32 verbunden ist, durch die äußere Barriere 16 hindurch. Das Verfahren kann ferner ein Verbinden wenigstens entweder des Sensorträgers 22 und/oder der zusammenschiebbaren Kupplung 32 mit dem ersten Bund 18 und Einführen des Sensors 12 durch den Sensorträger 22 hindurch enthalten. In bestimmten Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Vorspannen des ersten Bundes 18 von dem Sensorträger 22 weg und/oder Verbinden des ersten Bundes 18 in Eingriff mit der inneren Barriere 14 und Verbinden des zweiten Bundes 20 in Eingriff mit der zweiten Barriere 16 enthalten. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren ferner ein Einschrauben oder starres Verbinden des Sensorträgers 22 in dem zweiten Bund 20 enthalten.
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Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jedem Fachmann auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige und weitere Beispiele sollen in dem Umfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente enthalten, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
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Ein System 10 zur Positionierung eines Sensors 12 durch eine innere Barriere 14 und eine äußere Barriere 16 hindurch enthält einen ersten Bund 18, der zur Eingriffsverbindung mit der inneren oder der äußeren Barriere 14, 16 konfiguriert ist, eine zusammenschiebbare Kupplung 32 und einen Sensorträger 22, der mit der zusammenschiebbaren Kupplung 32 verbunden ist. Die zusammenschiebbare Kupplung 32 oder der Sensorträger 22 steht in abdichtender Eingriffsverbindung mit dem ersten Bund 18, und der erste Bund 18, die zusammenschiebbare Kupplung 32 und der Sensorträger 22 definieren einen Durchgang durch diese. Ein Verfahren zum Positionieren eines Sensors 12 enthält ein Verbinden eines ersten Bundes 18 in Eingriff mit wenigstens entweder der inneren Barriere 14 und/oder der äußeren Barriere 16 und Einführen eines Sensorträgers 22, der mit einer zusammenschiebbaren Kupplung 32 verbunden ist, durch die äußere Barriere 16 hindurch. Das Verfahren enthält ferner ein Verbinden des Sensorträgers 22 oder der zusammenschiebbaren Kupplung 32 mit dem ersten Bund 18 und Einführen des Sensors 12 durch den Sensorträger 22 hindurch.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- System
- 12
- Sensor
- 14
- Innere Barriere
- 16
- Äußere Barriere
- 18
- Erster Bund
- 20
- Zweiter Bund
- 22
- Sensorträger
- 24
- Mittel zur Ermöglichung einer Bewegung
- 26
- Schraubverbindung
- 28
- Eingepasster Flansch
- 30
- Befestigungsbolzen
- 32
- Zusammenschiebbare Kupplung
- 34
- Optische Sonde
- 40
- System
- 42
- Erster Bund
- 44
- Zweiter Bund
- 46
- Sensorträger
- 48
- Zusammenschiebbare Kupplung
- 50
- Vorspannelement
