DE102013105476A1

DE102013105476A1 - Ultraviolett-Flammendetektor mit Hochtemperatur-Fernmesselement

Info

Publication number: DE102013105476A1
Application number: DE102013105476A
Authority: DE
Inventors: Alan Rex Hoffman; Fred Yu-Feng Chou; Frederick L. Glesius
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2013-12-05
Also published as: CN103471712A; CN110057445A; US20130318994A1; US9435690B2; CN110057445B

Abstract

Es wird eine Flammensensorvorrichtung bereitgestellt, die eine Sensorbaugruppe mit einer Photodiode zum Erfassen von Eigenschaften einer Flamme in einer Brennkammer enthält. Die Flammensensorvorrichtung enthält ferner eine elektrische Baugruppe, die elektrisch von der Sensorbaugruppe entfernt ist. Zusätzlich erstreckt sich eine Kabelbaugruppe zwischen der Sensorbaugruppe und der elektrischen Baugruppe. Die Kabelbaugruppe kann die Eigenschaften der Flamme aus der Photodiode zu der elektrischen Baugruppe transportieren. Die Kabelbaugruppe ist als Teil einer mit inertem Gas gefüllten Anordnung enthalten. Zusätzlich wird ein Verfahren zum Erfassen von Eigenschaften einer Flamme bereitgestellt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Flammensensor, insbesondere einen Flammensensor zum Erfassen der Eigenschaften einer Flamme in einer Brennkammer.
DISKUSSION DES STANDS DER TECHNIK
In einer mit Öl oder Gas betriebenen Turbine (Brennkammer) wird Brennstoff in die Brennkammer eingeführt, in welcher eine Zündflamme vorhanden ist. Wenn die Flamme verlöscht, was üblicherweise als Flamme-Aus-Zustand bezeichnet wird, ist eine weitere Zuführung von Brennstoff in die heiße Brennkammer ohne geeignete Zündung unerwünscht. Demzufolge sollte, wenn die Zündflamme in der Brennkammer erloschen ist, die Brennstoffzufuhr in die Brennkammer schnell beendet und somit eine Ablagerung von unverbranntem Brennstoff begrenzt werden.
Üblicherweise wird zur Detektion des Vorliegens oder Fehlens einer Zündflamme in einer Brennkammer einer Gasturbine ein Flammensensor verwendet. Außerdem ist in der Turbinenanordnung dem Flammensensor üblicherweise eine Flammenerfassungselektronik zugeordnet. Die Flammenerfassungselektronik kann temperaturempfindlich sein. Aufgrund der relativ heißen Temperaturen in der Brennkammer und in deren Nähe wird oft eine Wasserkühlung genutzt, um die temperaturempfindliche Flammenerfassungselektronik zu kühlen. Jedoch kann gelegentlich Wasser austreten und kann, wenn es auf das relativ heiße Gehäuse der Turbine spritzt, ein Zusammenziehen des Turbinengehäuses bewirken, was einen Schaden an der Turbine bewirkt. Demzufolge wäre es nützlich, einen Flammensensor bereitzustellen, der die Notwendigkeit einer Wasserkühlung erübrigt und dessen Schaltung elektrisch von der relativ hohen Temperatur in der Nähe Verbrennungsprozess/Kammer entfernt ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die nachstehende Zusammenfassung stellt eine vereinfachte Zusammenfassung dar, um für ein grundlegendes Verständnis einiger Aspekte der hierin diskutierten Systeme und/oder Verfahren zu sorgen. Diese Zusammenfassung ist keine erschöpfende Übersicht über die hier diskutierten Systeme und/oder Verfahren. Es sollen keine Schlüsselelemente/kritische Elemente identifiziert oder der Schutzumfang derartiger Systeme und/oder Verfahren abgegrenzt werden. Ihr alleiniger Zweck ist die Präsentation einiger Konzepte in vereinfachter Form als ein Vorgriff auf die detailliertere Beschreibung, die anschließend präsentiert wird.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Flammensensorvorrichtung. Die Flammensensorvorrichtung enthält eine Sensorbaugruppe mit einer Photodiode zum Erfassen von Eigenschaften einer Flamme in einer Brennkammer. Die Flammensensorvorrichtung enthält ferner eine elektrische Baugruppe, die von der Sensorbaugruppe elektrisch beabstandet angeordnet ist. Die Flammensensorvorrichtung enthält außerdem eine Kabelbaugruppe, die sich zwischen der Sensorbaugruppe und der elektrischen Baugruppe erstreckt. Die Kabelbaugruppe kann die Eigenschaften der Flamme von der Diode zu der elektrischen Baugruppe transportieren.
Auch in weiterer Hinsicht schafft die vorliegende Erfindung eine Flammensensorvorrichtung. Die Flammensensorvorrichtung enthält eine Sensorbaugruppe mit einer Photodiode zum Erfassen von Eigenschaften einer Flamme in einer Brennkammer. Die Flammensensorvorrichtung enthält ferner eine elektrische Baugruppe, die von der Sensorbaugruppe und der Brennkammer elektrisch beabstandet angeordnet ist. Die Flammensensorvorrichtung enthält ferner eine Kabelbaugruppe, die sich zwischen der Sensorbaugruppe und der elektrischen Baugruppe erstreckt. Die Kabelbaugruppe kann die Eigenschaften der Flamme von der Diode zu der elektrischen Baugruppe transportieren. Die Kabelbaugruppe ist als Teil einer mit einem inerten Gas gefüllten versiegelten Anordnung enthalten.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Erfassung von Eigenschaften einer Flamme in einer Brennkammer. Das Verfahren beinhaltet die Schritte des Empfangs elektromagnetischer Strahlung aus der Flamme mittels einer Photodiode. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt der Erzeugung eines Photostroms, welcher der elektromagnetischen Strahlung in der Photodiode entspricht. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt der Übertragung des Photostroms mit einer Kabelbaugruppe an eine elektrische Baugruppe, die von der Photodiode und der Brennkammer elektrisch beabstandet angeordnet ist. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt der Messung der Eigenschaften der Flamme mit der elektrischen Baugruppe anhand des Photostroms.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und weiteren Aspekte der Erfindung werden für den für die Erfindung zuständigen Fachmann nach dem Lesen nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in welchen:
1 eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels einer Flammensensorvorrichtung teilweise in Explosionsdarstellung gemäß wenigstens einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Sensorbaugruppe ist, die ein Beispielsichtrohr gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält;
3 eine Schnittansicht teilweise in Explosionsdarstellung eines Beispiels einer Sensorbaugruppe entlang der Linie 3-3 von 2 ist;
4 eine Schnittansicht eines Beispiels einer Kabelbaugruppe entlang der Linie 4-4 von 1 ist; und
5 eine Schnittansicht eines Beispiels einer elektrischen Baugruppe entlang der Linie 5-5 von 1 ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Beispielausführungsformen, die einen oder mehrere Aspekte der Erfindung beinhalten, werden beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. Diese dargestellten Beispiele sollen keine Einschränkung der Erfindung sein. Beispielsweise können einer oder mehrere Aspekte der Erfindung in anderen Ausführungsformen oder sogar anderen Arten von Vorrichtungen genutzt werden. Ferner wird hierin eine bestimmte Terminologie nur zur Vereinfachung verwendet und ist nicht als Einschränkung der Erfindung sehen. Des Weiteren werden in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Elemente genutzt.
1 veranschaulicht schematisch ein Beispiel einer Flammensensorvorrichtung 6 zur Überwachung spezifischer Eigenschaften einer Flamme 8. Die Flamme 8 befindet sich in einer Brennkammer 10 einer Turbine und emittiert elektromagnetische Strahlungsenergie. Ein Sichtrohr 15 mit einer hohlen Innenbohrung kann an der Brennkammer 10 angebracht sein. Eine Sensorbaugruppe 30 ist funktionell mit der Brennkammer 10 verbunden und kann die elektromagnetische Strahlungsenergie aus der Flamme 8 durch das Sichtrohr 15 empfangen. Die Sensorbaugruppe 30 enthält eine Photodiode, welche einen Strom, wie z.B. einen Photostrom, auf der Basis der elektromagnetischen Strahlungsenergie erzeugt. Dieser Strom kann von der Sensorbaugruppe 30 durch eine Kabelbaugruppe 100 hindurch und bis zu einer elektrischen Baugruppe verlaufen, wonach die elektrische Baugruppe 170 die Eigenschaften der Flammen, wie z.B. das Vorhandensein oder Fehlen der Flamme, ermitteln kann. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die elektrische Baugruppe 170 von der (in 3 dargestellten) Photodiode beabstandet elektrisch verbunden angeordnet sein. Somit überwacht die elektrische Baugruppe 170 die Flammeneigenschaften, während sie sich in einer von der Brennkammer 10 und der Turbine und der der Flamme der Verbrennung zugeordneten Hitze entfernten relativ kühleren Umgebung befindet.
In dem in 1 dargestellten spezifischen Beispiel kann die Turbine 12 (nicht dargestellte) rotierende Turbinenlaufschaufeln enthalten, die durch die Brennstoffverbrennung in der Brennkammer 10 angetrieben werden. Die Turbine 12 ist allgemein/schematisch in 1 dargestellt, um das Konzept zu veranschaulichen, dass die Turbine 12 eine Zahl unterschiedlicher Strukturen enthalten kann, und/oder in verschiedenen unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt werden könnte. Beispielsweise könnte die Turbine 12 als Öl- und Gasverbrennungsturbine konstruiert/eingerichtet sein und in Anwendungen, wie z.B. für Flugzeugantriebe, Schiffsantriebe, landgestützte Stromerzeugung, Offshore-Stromerzeugung oder dergleichen, verwendet werden. In einem speziellen Beispiel können die Turbine 12 und die Flammensensorvorrichtung 6 in Flugzeugstrahltriebwerken verwendet werden. Somit sei angemerkt, dass die Turbine 12 in 1 keine Einschränkung für weitere Beispiele sein soll.
Die Brennkammer 10 kann in der Turbine 12 positioniert sein. Die Brennkammer 10 kann einen im Wesentlichen hohlen Innenbereich definieren. Es versteht sich, dass die Brennkammer 10 in 1 allgemein/schematisch dargestellt ist, und nicht bezüglich weiterer Beispiele einschränkend sein soll. Beispielsweise soll die allgemeine Darstellung der Brennkammer 10 das Konzept veranschaulichen, dass die Brennkammer 10 eine Anzahl unterschiedlicher Konstruktionen repräsentieren kann, wovon einige allgemein bekannt sein können. Ebenso kann die hierin beschriebene und wie in Zuordnung zu der vorstehend diskutierten Turbine 12 in eine Anzahl unterschiedlicher Anwendungen einbezogen sein.
Es kann eine Brennstoffdüse 13 vorgesehen sein, die Brennstoff (z.B. Luft, Brennstoff, Luft/Brennstoff-Gemisch, verbrennbare Materialien usw.) in die Brennkammer 10 liefert. Die Brennstoffdüse 13 kann mit einer Öffnung, Blende oder dergleichen in der Brennkammer 10 dergestalt zusammenarbeiten, dass die Brennstoffdüse 13 den Brennstoff von einer äußeren Stelle in die Brennkammer 10 liefern kann. Somit kann die Brennstoffdüse 13 Brennstoff in die Brennkammer liefern, worauf der Brennstoff mit der Flamme 8 gezündet werden kann. Gezündeter Brennstoff in der Brennkammer 10 erzeugt ein Gas mit relativ hohem Druck. Wiederum ist die Brennstoffdüse 13 allgemein/schematisch in dem dargestellten Beispiel dargestellt und kann eine beliebige Anzahl von Brennstoffdüsenkonstruktionen aufweisen, die bekannt sein können. Ferner könnte die Brennstoffdüse 13 an einer beliebigen Anzahl von Stellen in der Brennkammer positioniert sein, und ist nicht auf die in 1 dargestellte Stelle beschränkt.
Eine Öffnung 14 kann in einer Außenwand der Brennkammer 10 vorgesehen sein. Die Öffnung 14 (schematisch in 1 und gestrichelt in 2 dargestellt, da die Öffnung 14 normalerweise in einer derartigen Ansicht nicht sichtbar) kann sich vollständig durch die Außenwand erstrecken. Somit kann der Innenbereich der Brennkammer 10 optisch einer Stelle ausgesetzt werden, die sich außerhalb der Brennkammer 10 befindet. Die Öffnung 14 kann in unmittelbarer Nähe zu der Flamme 8 dergestalt positioniert sein, dass die Öffnung 14 einen optischen Pfad durch die Öffnung 14 hindurch und zu der Flamme 8 hin definiert. Die Temperatur angrenzend an die Öffnung 14 kann in einem Beispiel ca. 454 °C sein, obwohl ein weiter Bereich von Temperaturen in Betracht gezogen wird. Es versteht sich, dass die Öffnung 14 nicht auf die in 1 dargestellte Stelle beschränkt ist und an einer Anzahl unterschiedlicher Stellen auf der Brennkammer 10 positioniert sein könnte.
Das Sichtrohr 15 befindet sich in dem optischen Pfad von der Flamme 8 und durch die Öffnung 14 verlaufend. 1 und 2 stellen eine Explosionsansicht des Sichtrohres 15 für Darstellungszwecke dar, um die Aufbaubeziehung zwischen dem Sichtrohr 15 und der Öffnung 14 darzustellen. Es versteht sich jedoch, dass das Sichtrohr 15 und die Brennkammer 10 sich im Betrieb in einem vollständig zusammengebauten Zustand befinden, wobei das Sichtrohr an der Brennkammer 10 befestigt ist. Das Sichtrohr 15 kann an der Brennkammer 10 auf mehrere Arten, wie z.B. durch mechanische Befestigungselemente, Verschweißen, Kleber oder dergleichen, befestigt sein.
Bezugnehmend auf 2 kann das Sichtrohr 15 detaillierter erläutert werden. Das Sichtrohr 15 enthält eine längliche im Wesentlichen hohle zylindrische Struktur, die sich zwischen einem ersten Endabschnitt 16 und einem gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt 17 erstreckt. Das Sichtrohr 15 beinhaltet eine Vielfalt von Größen und Formen, obwohl in einem ersten Beispiel das Sichtrohr 15 angenähert 152,4 mm (6 Inches) Gesamtlänge haben kann. Das Sichtrohr 15 definiert eine interne Bohrung 18, die im Wesentlichen hohl ist und sich in Längsrichtung zwischen dem ersten Endabschnitt 16 und dem zweiten Endabschnitt 17 erstreckt. Die Innenbohrung 18 des Sichtrohres 15 ist in 2 gestrichelt dargestellt, da die Innenbohrung 18 normalerweise in einer derartigen Ansicht nicht sichtbar ist. Die Innenbohrung 18 ist nicht auf die in 2 dargestellte Größe und Form beschränkt, und könnte in weiteren Beispielen einen größeren oder kleineren Querschnittsdurchmesser haben. Das Sichtrohr 15 ist an der Öffnung 14 dergestalt befestigt, dass ein Innenbereich der Brennkammer 10 optisch der Innenbohrung 18 des Sichtrohres 15 ausgesetzt ist. In Betrieb kann die Innenbohrung 18 des Sichtrohres 15 zu der Öffnung 14 dergestalt ausgerichtet sein, dass das Sichtrohr 15 einen optischen Pfad durch die Innenbohrung 18, durch die Öffnung 14 hindurch und in den Innenbereich der Brennkammer 10 definiert. Somit breitet sich elektromagnetische Strahlungsenergie aus der Flamme 8 durch die Innenbohrung 18 des Sichtrohres 15 aus.
In 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 von 2 dargestellt, die den zweiten Endabschnitt (17) des Sichtrohres 15 anzeigt. Das Sichtrohr 15 kann eine Befestigungsstruktur, wie z.B. einen Gewindeabschnitt oder ein Schraubgewinde 19, enthalten, das an dem zweiten Endabschnitt 17 positioniert ist. Es versteht sich, dass das Sichtrohr 15 jede beliebige Anzahl von Befestigungsstrukturen enthalten kann und nicht auf das in 3 dargestellte Schraubgewinde 19 beschränkt ist. In einem Beispiel kann das Schraubgewinde 19 auf einer Außenoberfläche des zweiten Endabschnittes 17 des Sichtrohres 15 so ausgebildet sein, dass es ein Außengewinde ausbildet.
Das Sichtrohr 15 ist an dem zweiten Endabschnitt 17 an einer Überwurfmutter 20 befestigt. Es versteht sich, dass 3 eine Explosionsansicht des Sichtrohres 15 für Veranschaulichungszwecke darstellt. Jedoch ist das Sichtrohr 15 in Betrieb in einem vollständigen zusammengebauten Zustand und ist an der Überwurfmutter 20 in einer ähnlichen Weise befestigt wie in 2 dargestellt. Insbesondere kann das Sichtrohr 15 an einem ersten Mutterendabschnitt 21 der Überwurfmutter 20 befestigt sein. Der erste Mutterendabschnitt 21 definiert eine abgerundete zylindrisch geformte Struktur mit einer hohlen Innenbohrung, die sich zwischen einem ersten und zweiten Ende erstreckt. Der erste Mutterendabschnitt 21 enthält eine Befestigungsstruktur, wie z.B. einen Gewindeabschnitt 22.
Der Gewindeabschnitt 22 ist auf einer Innenoberfläche der Innenbohrung des ersten Mutterendabschnittes 21 ausgebildet. Somit ist das Schraubgewinde 19 des Sichtrohres 15 so dimensioniert und geformt, dass es zu dem Gewindeabschnitt 22 des ersten Mutterendabschnittes 21 passt. Es ist ersichtlich, dass weitere Befestigungseinrichtungen zum Befestigen des ersten Mutterendabschnittes 21 und des Sichtrohres vorstellbar sind, wie z.B. eine Schweißverbindung, mechanische Befestigungselemente, Kleber usw.
Die Überwurfmutter 20 wird nun detaillierter beschrieben. Der erste Mutterendabschnitt 21 enthält eine zweite Befestigungsstruktur, die an einem gegenüberliegenden Ende von dem Gewindeabschnitt 22 positioniert ist. In einem Beispiel enthält der erste Mutterendabschnitt 21 einen Außengewindeabschnitt 24, der auf einer Außenoberfläche des ersten Mutterendabschnittes 21 ausgebildet ist.
Die Überwurfmutter 20 enthält ferner einen mittigen Mutterabschnitt 23. Der mittige Mutterabschnitt 23 enthält eine hohle Innenbohrung, die sich zwischen gegenüberliegenden Endabschnitten erstreckt. Die Innenbohrung des mittigen Mutterabschnittes 23 enthält weist einen Durchmesser auf, der etwas größer als ein Außendurchmesser des Gewindeabschnittes 22 des ersten Mutterendabschnittes 21 ist. Der mittige Mutterabschnitt 23 hat einen Innengewindeabschnitt 25, der angrenzend an ein Ende des mittigen Mutterabschnittes 23 positioniert ist.
Der mittige Mutterabschnitt 23 ist an dem ersten Mutterendabschnitt 21 befestigt. Beispielsweise ist der Innengewindeabschnitt 25 des mittigen Mutterabschnittes 23 so dimensioniert und geformt, dass er sich mit dem Außengewindeabschnitt 24 des ersten Mutterendabschnittes 21 verbindet. Somit kann der Außengewindeabschnitt 24 des ersten Mutterendabschnittes 21 mit dem Innengewindeabschnitt 25 in Eingriff kommen und sich verbinden. Demzufolge kann der erste Mutterendabschnitt 21 lösbar an dem mittigen Mutterabschnitt 23 befestigt werden. Es versteht sich, dass die hierin beschriebene Befestigung des ersten Mutterendabschnittes 21 und des mittigen Mutterabschnittes 23 lediglich mögliche Beispiele einer Befestigungseinrichtung sind, da eine beliebige Anzahl von Befestigungseinrichtungen vorstellbar ist.
Der mittige Mutterabschnitt 23 enthält ferner einen nach innen gerichteten Vorsprung 26, der von einer Außenoberfläche des mittigen Abschnittes 23 nach innen ragt. Der nach innen gerichtete Vorsprung 26 ist an einem gegenüberliegenden Ende des mittigen Mutterabschnittes 23 von einem Ende mit dem Innengewindeabschnitt 25 positioniert. Der nach innen gerichtete Vorsprung 26 kann einen Innendurchmesser haben, der kleiner als der Durchmesser des restlichen Abschnittes des mittigen Mutterabschnittes 23 ist.
Die Überwurfmutter 20 enthält ferner einen zweiten Nutendabschnitt 27. Der zweite Nutendabschnitt 27 definiert eine im Wesentlichen zylindrisch geformte Struktur einer sich zwischen gegenüberliegenden Endabschnitten erstreckenden hohlen Innenbohrung. Der zweite Nutendabschnitt 27 enthält einen Nutvorsprung 28, der von einer Außenoberfläche des zweiten Nutendabschnittes 27 radial nach außen ragt. Der Nutvorsprung 28 ist so dimensioniert und geformt, dass er durch den Einwärtsvorsprung 26 gehalten wird. Somit wird der Muttervorsprung durch den ersten Nutendabschnitt 21 an einer radialen und axialen Bewegung eingeschränkt.
Der zweite Nutendabschnitt 27 enthält ferner eine Mutternut 29. Die Mutternut 29 erstreckt sich in Umfangsrichtung um die Innenwand des zweiten Nutendabschnittes 27, um einen Innengewindeabschnitt auszubilden. Die Mutternut 29 kann die Überwurfmutter 20 an der Sensorbaugruppe 30 befestigen. Insbesondere enthält die Sensorbaugruppe 30 einen auf einer Außenoberfläche der Sensorbaugruppe 30 ausgebildeten Vorsprung 31. Der Vorsprung 31 enthält einen Gewindeabschnitt, der sich in Umfangsrichtung um eine Außenoberfläche des Vorsprungs 31 erstreckt. In Betrieb kann der Vorsprung 31 in der Mutternut 29 durch Verschrauben aufgenommen werden, um die Sensorbaugruppe 30 an der Überwurfmutter 20 zu befestigen. Die Mutternut 29 kann so dimensioniert sein, dass sie an den Vorsprung 31 dergestalt angepasst ist, dass die Mutternut 29 einen etwas größeren Durchmesser als der Vorsprung 31 hat. Somit kann der Innengewindeabschnitt der Mutternut 29 den Gewindeabschnitt des Vorsprungs 31 durch Verschrauben dergestalt aufnehmen, dass der Vorsprung 31 sowohl an einer axialen als auch einer radialen Bewegung gehindert wird.
Unter Bezugnahme auf 3 kann nun die Sensorbaugruppe 30 detaillierter beschrieben werden. Aufgrund der Befestigung der Sensorbaugruppe 30 an dem Sichtrohr 15 mittels der Überwurfmutter 90 ist die Sensorbaugruppe 30 in einem Abstand von der Brennkammer 10 angeordnet. Beispielsweise könnte die Sensorbaugruppe 30 in einem Abstand von ca. 152,4 mm (6 Inches) von der Brennkammer 10 angeordnet sein, obwohl auch größere oder kleinere Abstände in Betracht gezogen werden. Durch den Abstand von der Brennkammer 10 ist die Sensorbaugruppe 30 relativ niedrigeren Temperaturen als das Sichtrohr 15 ausgesetzt. Beispielsweise kann sich die Temperatur an einem ersten Endabschnitt 32 in einem Bereich von ca. –55 °C bis ca. 371 °C befinden. Jedoch kann die Temperatur an stromabwärts liegenden Stellen der Sensorbaugruppe 30 niedriger sein, wie z.B. in dem Bereich von ca. –55 °C bis ca. 200 °C.
Die Sensorbaugruppe 30 enthält einen Sensorkörper 34, der sich im Wesentlichen entlang einer Längsachse erstreckt. Der Sensorkörper 34 kann aus einer Anzahl von Materialien aufgebaut sein, einschließlich Materialien mit relativ hoher Temperaturbeständigkeit, die den vorgenannten Temperaturen in Verbindung mit dem Verbrennungsprozess widerstehen können. In weiteren Beispielen ist der Sensorkörper 34 aus Materialien aufgebaut, die sogar noch höheren Temperaturen als den hierin beschriebenen widerstehen können. Der Sensorkörper 34 ist aus einer beliebigen Anzahl von metallartigen Materialien aufgebaut, die Korrosion widerstehen können, und kann rostfreien Stahl des Typs 304, rostfreien des Typs Stahl 316 oder dergleichen enthalten.
Der Sensorkörper 34 definiert eine Sensorinnenkammer 35, die im Wesentlichen hohl ist und sich entlang des Verlaufs des Sensorkörpers 34 zwischen dem ersten Endabschnitt 32 und dem zweiten Endabschnitt 33 erstreckt. Der Sensorkörper 34 erstreckt sich entlang einer Längsachse, die im Wesentlichen koaxial zu einer Längsachse des Sichtrohres 15 und der Überwurfmutter 20 ist. Somit ist die Sensorinnenkammer 35 des Sensorkörpers 34 im Wesentlichen zu der Innenbohrung 18 des Sichtrohres 15 und der Öffnung 14 koaxial. Demzufolge kann sich ein optischer Pfad durch den Sensorkörper 34, durch das Sichtrohr 15 und bis zu der Flamme 8 erstrecken. Somit kann sich elektromagnetische Strahlungsenergie von der Flamme 8 durch die Öffnung 14 und das Sichtrohr 15 und in den Sensorkörper 34 der Sensorbaugruppe 30 ausbreiten.
Der Innenaufbau der Sensorbaugruppe 30 kann nun beginnend in der Nähe des ersten Endabschnittes 32 beschrieben werden. Die Sensorbaugruppe 30 enthält ein in der Sensorinnenkammer 35 des Sensors 34 positioniertes Fenster 36. Das Fenster 36 ist angrenzend an den ersten Endabschnitt 32 des Sensorkörpers 34 positioniert. Das Fenster 36 kann im Wesentlichen rechtwinklig in Bezug auf die Längsachse des Sensorkörpers 34 dergestalt ausgerichtet sein, dass sich das Fenster 36 radial quer zu der Sensorinnenkammer 35 erstreckt. Das Fenster 36 kann eine Vielfalt unterschiedlicher Materialien enthalten, enthält aber in einem ersten Beispiel ein Saphirmaterial.
Das Fenster 36 kann in einer Fensternut 38 positioniert sein, die in einer Innenoberfläche der Sensorinnenkammer 35 ausgebildet ist. Die Fensternut 38 erstreckt sich in Umfangsrichtung um die Innenoberfläche der Sensorinnenkammer 35. Die Fensternut 38 kann einen größeren Durchmesser als benachbarte Abschnitte der Sensorinnenkammer 35 haben. Das Fenster 36 hat einen Durchmesser, der etwas kleiner als die Fensternut 38 dergestalt ist, dass das Fenster 36 eng an der Fensternut 38 anliegt. Es versteht sich, dass die Fensternut 38 und das Fenster 36 nicht auf die Größe und Form in dem Beispiel beschränkt sind. Stattdessen könnte die Fensternut 38 eine nicht kreisrunde Form enthalten, wie z.B. eine sphärische Form, rechteckige Form oder dergleichen. Ebenso könnte das Fenster 38 eine Form enthalten, die mit der Form der Fensternut 38 übereinstimmt, so dass das Fenster 38 nicht kreisrund sein könnte.
Das Fenster 36 kann zwischen einer oder mehreren Dichtungen positioniert sein. In dem dargestellten Beispiel enthalten die Dichtungen ein Paar von Dichtungsscheiben 40, obwohl eine Vielfalt von Dichtungen vorstellbar ist. Das Fenster 36 kann zwischen den Dichtungsscheiben 40 positioniert sein. Die Dichtungsscheiben 40 enthalten einen kreisrund geformten Aufbau mit einer Innenbohrung, die sich axial durch einen Mittelpunkt der Dichtungsscheiben 40 erstreckt. Die Dichtungsscheiben 40 können auch aus einer Anzahl unterschiedlicher Materialien einschließlich metallartiger Materialien, elastomerartiger Materialien usw. ausgebildet sein. In weiteren Beispielen könnten die Dichtungsscheiben 40 Materialien enthalten, die der relativ hohen Temperatur widerstehen, denen die Sensorbaugruppe 30 ausgesetzt ist.
Die Dichtungsscheiben 40 enthalten einen Durchmesser, der etwas kleiner als ein Durchmesser der Fensternut 38 ist, so dass die Dichtungsscheiben 40 in der Fensternut 38 aufgenommen werden und in einer axialen Bewegung entlang des Verlaufs des Sensorkörpers 34 eingeschränkt sind. In einem weiteren Beispiel könnten zur weiteren Einschränkung der Bewegung die Dichtungsscheiben 40 sowohl mit dem Fenster 34 als auch mit der Fensternut 38 hartverlötet sein. Demzufolge ist das Fenster 36 an einer Bewegung in axialer Richtung entlang des Verlaufs der Sensorbaugruppe durch die Dichtungsscheiben 40 eingeschränkt. In weiteren Ausführungsformen sind die Dichtungsscheiben 40 intern vorgespannt und bilden eine Dichtung mit dem Fenster 36 und dem Sensorkörper 34. In diesem Beispiel bilden das Fenster 36 und die Dichtungsscheiben 40 eine Dichtung, die eine Drucksperre ausbildet. Beispielsweise können das Fenster 36 und die Dichtungsscheiben 40 Gastemperaturen mit einer relativen Temperatur, wie z.B. in dem Bereich von ca. 455 °C (850 °F) und Drücken bis etwa 20,7 bar (300 lbs/in²), widerstehen. Somit können das Fenster 36 und die Dichtungsscheiben 40 zusammen als eine schützende Dichtungsbarriere funktionieren, die ein stromaufwärts befindliches Volumen (d.h. von der Brennkammer 10, durch das Sichtrohr 15 und die Überwurfmutter 20 und bis zu dem Fenster 36) von einem stromabwärts liegenden Volumen (d.h. von dem Fenster 36 zu dem zweiten Endabschnitt 33) trennt. Demzufolge können in diesem Beispiel das Fenster 36 und die intern mit Energie versorgten Dichtungsscheiben 40 die Funktion haben, das stromabwärts liegende Volumen gegenüber der relativ hohen Temperatur und dem Druck in der Brennkammer 10 abzuschirmen und/oder zu schützen.
Weitere stromabwärts von dem Fenster 36 kann die Sensorbaugruppe 30 eine Linse 42 enthalten. Die Linse 42 kann stromabwärts von dem Fenster 36 positioniert sein. Die Linse 42 kann zwischen dem Fenster 36 und dem zweiten Endabschnitt 33 des Sensorkörpers 34 positioniert sein. Die Linse 42 kann sich innerhalb der Sensorinnenkammer 35 des Sensorkörpers 34 befinden. Die Linse 42 kann im Wesentlichen rechtwinklig in Bezug auf die Längsachse des Sensorkörpers 34 dergestalt ausgerichtet sein, dass sich die Linse 42 radial quer zu der Sensorinnenkammer 35 erstreckt. Die Linse 42 kann eine Anzahl unterschiedlicher Arten von Linsen, wie z.B. eine bikonvexe Linse, ein plankonvexe Linse oder dergleichen, beinhalten. Ferner kann die Linse 42 eine Quarzglaslinse beinhalten. Die Linse 42 kann aus einer Anzahl unterschiedlicher Materialien ausgebildet sein, die der Umgebung mit relativ hoher Temperatur, hohem Druck und starker Schwingung widerstehen können, der die Sensorbaugruppe 30 ausgesetzt sein kann. Wie es nachstehend detaillierter diskutiert wird, kann die Linse 42 die elektromagnetische Strahlungsenergie aus der Flamme auf den zweiten Endabschnitt 33 fokussieren.
Die Linse 42 ist von Linsenscheiben 48 gehalten. Das dargestellte Beispiel von 3 enthält zwei Metallscheiben, wobei sich jedoch verstehen dürfte, dass mehr oder weniger Scheiben vorstellbar sind. Die Linsenscheiben 48 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Linse 42 dergestalt positioniert, dass die Linse 42 im Wesentlichen zwischen den Linsenscheiben 48 eingeschlossen ist. Die Linsenscheiben 48 können im Wesentlichen eine runde Form mit einer sich durch einen Mittelpunkt erstreckenden Innenbohrung haben. Die Linsenscheiben 48 können aus einer Anzahl unterschiedlicher Materialien, einschließlich metallartiger Materialien ausgebildet sein. In einem Beispiel ist eine von den Linsenscheiben 48 stromaufwärts von der Linse 42 zwischen der Linse 42 auf einer Seite und einem internen Absatz 44 auf einer gegenüberliegenden Seite positioniert. Die Linsenscheiben 48 können in einem Beispiel mit dem Sensorkörper 34 hartverlötet und/oder so verschweißt sein, dass die Linse 42 in einer Axialbewegung entlang der Länge des Sensorkörpers 34 eingeschränkt ist.
Die Sensorbaugruppe 30 enthält ferner eine Wellenfeder 50. Die Wellenfeder 50 stützt die Linse 42. Die Wellenfeder 50 ist angrenzend an eine der Linsenscheiben 48 auf einer stromabwärts liegenden Seite der Linse 42 positioniert. Die Wellenfeder 50 ermöglicht der Linse 42, sich axial über einen eingeschränkten Abstand zu bewegen, um die relativ hohe Schwingung aufzunehmen, die in der Nähe der Brennkammer 10 auftritt. Die Wellenfeder 50 ist nicht auf die Größe, Form und Lage des in 3 dargestellten Beispiels beschränkt. Stattdessen könnte die Wellenfeder stromaufwärts und vor der Linse 42 so positioniert sein, dass die Wellenfeder 50 zwischen der Linse 42 und dem Fenster 36 positioniert ist.
Die Sensorbaugruppe 30 enthält ferner einen Haltering 51. Der Haltering ist in einer Vertiefung 46 aufgenommen, die in einer Innenoberfläche des Sensorkörpers 34 ausgebildet ist. Natürlich könnte der Haltering 51 in anderer Weise in der Sensorbaugruppe 30, wie z.B. mit mechanischen Befestigungselementen, Klebern oder dergleichen, befestigt sein. Der Haltering 51 kann stromabwärts und angrenzend an die Wellenfeder 50 positioniert sein. Somit kann der Haltering 51 die axiale Bewegung der Wellenfeder 50 in einer von der Linse weg gerichteten Bewegung einschränken.
Die Sensoranordnung 30 enthält ferner ein Drahtgehäuse 69. Das Drahtgehäuse 69 definiert ein im Wesentlichen hohles Rohr, das an dem zweiten Endabschnitt 33 des Sensorkörpers 34 befestigt ist. Das Drahtgehäuse 69 kann an dem Sensorkörper 34 in einer beliebigen Art von Möglichkeiten, wie z.B. durch Verschweißen, mechanische Befestigungselemente usw., befestigt sein. Das Drahtgehäuse 69 enthält im Wesentlichen eine sich dadurch hindurcherstreckende hohle Bohrung, um das Passieren von Drähten oder dergleichen durch das Drahtgehäuse 69 zu ermöglichen. Das Drahtgehäuse 69 kann ferner eine Öffnung 72 enthalten, die sich axial durch das Drahtgehäuse 69 erstreckt. Die Öffnung 72 ist zu einem Mittelpunkt des Drahtgehäuses 69 hin positioniert und ermöglicht, wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird, dass Elektronik, wie z.B. Kabel, Drähte usw., das Drahtgehäuse 69 passieren.
Die Sensorbaugruppe 30 enthält ferner eine Photodiode 60, die stromabwärts von der Linse 42 in dem Drahtgehäuse 69 positioniert ist. Die Photodiode 60 beinhaltet einen Festkörper-Ultraviolettsensor, der die fokussierte elektromagnetische Strahlungsenergie durch die Linse 42 hindurch empfängt. Die Photodiode 60 kann quadratisch geformt sein und hat etwa 1,4 mm Länge in der Diagonale. In einem Beispiel fokussiert die Linse 42 die elektromagnetische Strahlungsenergie enthaltendes Licht auf einen Punkt auf der Photodiode 60, der etwa 1,7 ± 0,08 mm im Durchmesser ist. Natürlich dürfte es sich verstehen, dass eine Vielzahl von Photodioden in der Sensorbaugruppe 30 verwendet werden kann, so dass die Photodiode 60 nicht auf die vorstehend erwähnten Abmessungen beschränkt ist. In einem Beispiel kann die Photodiode 60 eine Siliziumkarbid-Photodiode mit einschließen.
Die Photodiode 60 empfängt die elektromagnetische Strahlungsenergie und erzeugt ein Stromausgangssignal, wie z.B. einen Photostrom, auf der Basis der elektromagnetischen Strahlungsenergie. Wie allgemein bekannt, beinhaltet die elektromagnetische Strahlungsenergie Ultraviolett-(UV)-Strahlung, die eine Wellenlänge in dem Bereich von ca. 10 nm bis ca. 400 nm hat. Die Photodiode 60 kann einen Photostrom erzeugen, der proportional zu dem Intensitätspegel der empfangenen UV-Strahlung innerhalb einer spezifischen spektralen Bandbreite ist. Der Photostrom kann relativ gering sein, wie z.B. in einem Bereich von ca. 10^–10 Ampere. In einem Beispiel kann die Photodiode 60, die eine Siliziumkarbid-Photodiode mit einschließen, eine spektrale Ansprechempfindlichkeit in einem Bereich von ca. 190 bis ca. 400 nm haben. Somit hat die Photodiode 60 eine relativ breite spektrale Ansprechempfindlichkeit, die einen 310 nm Spitze der Flamme 8 abdeckt, und somit eine relativ zuverlässige Detektion der Emission der Flamme 8 bei 310 nm ermöglicht. Dadurch, dass sie eine Begrenzung der spektralen Ansprechempfindlichkeit (400 nm in diesem Beispiel) am hohen Ende hat, kann die Photodiode 60 daher für eine möglicherweise störende Schwarzkörperstrahlung von den Wänden der Verbrennungskammer 10 "blind" sein. In einem Beispiel kann das Stromausgangssignal, welches ein Signal beinhalten kann, von der Photodiode geliefert und aufbereitet und an ein Steuersystem weitergegeben werden. In Reaktion kann das Signal zum Auslösen einer Brennstoffabschaltung für die Brennkammer verwendet werden.
Die Photodiode 60 ist auf einer Leiterplatte 62 montiert. Wie allgemein bekannt, ist die Leiterplatte 62 elektrisch mit der Photodiode 60 verbunden. In dem dargestellten Beispiel erstreckt sich die Leiterplatte 62 radial quer zu dem Verdrahtungsgehäuse 69. Die Leiterplatte 62 kann an einem Außenumfangsrand durch das Drahtgehäuse 69 gehalten werden. Die Leiterplatte 62 kann in einer beliebigen Anzahl von Arten, wie z.B. mittels Kleber, mechanischer Befestigungselemente, Schnappsitzeinrichtungen usw., gehalten werden. Somit ist die Leiterplatte 62 im Wesentlichen in einer axialen und/oder radialen Bewegung in Bezug auf das Drahtgehäuse 69 beschränkt.
Die Photodiode 60 und die Leiterplatte 62 werden ferner durch eine Wellenfeder 64 gehalten. Die Wellenfeder 64 kann ähnlich und/oder identisch zu der Wellenfeder 50 sein, die die Linse 42 hält. Hier ist die Wellenfeder 64 benachbart zu der Leiterplatte 62 positioniert. Die Wellenfeder 64 ermöglicht der Leiterplatte 62, sich axial über einen eingeschränkten Abstand zur Aufnahme der relativ starken Schwingungen in der Nähe der Verbrennungskammer 10 zu bewegen. Natürlich ist die Wellenfeder 64 nicht auf das in 3 dargestellte Beispiel beschränkt und könnte stattdessen stromaufwärts oder stromabwärts von der Photodiode 60 positioniert sein. In diesem Beispiel wird die Wellenfeder 64 in einer in dem Drahtgehäuse 69 ausgebildeten Vertiefung 66 gehalten. Insbesondere definiert die Vertiefung 66 eine Nut, einen Schlitz usw., in welcher die Wellenfeder 64 aufgenommen ist. In weiteren Beispielen könnte jedoch die Wellenfeder 64 in einer beliebigen Anzahl anderer Arten gehalten werden, wie z.B. durch Kleber, mechanische Befestigungselemente oder dergleichen.
Das Drahtgehäuse 69 kann ein Abschirmungsgehäuse 67 enthalten. Das Abschirmungsgehäuse 67 definiert im Wesentlichen eine hohle Struktur mit einer sich dadurch hindurcherstreckenden axialen Bohrung. Das Abschirmungsgehäuse 67 kann an der Leiterplatte 62 auf einer gegenüberliegenden Seite von der Photodiode 60 aus gesehen befestigt sein. Das Abschirmungsgehäuse 67 kann in einem Beispiel eine in Wesentlichen zylindrische Form haben, obwohl jede beliebige Anzahl von Formen vorstellbar ist.
Die Sensorbaugruppe 30 kann ferner einen mittigen Draht 70 aufweisen. Der mittige Draht 70 kann an der Leiterplatte 62 befestigt (z.B. elektrisch verbunden) sein. Der mittige Draht 70 kann den Photostrom aus der Photodiode 60 aufnehmen. Der mittige Draht 70 kann von der Leiterplatte 62 und durch das Abschirmungsgehäuse 67 hindurch verlaufen.
Die Sensorbaugruppe 30 kann ferner ein Isolationsrohr 71 enthalten. Das Isolationsrohr 71 kann sich in Längsrichtung innerhalb des Drahtgehäuses 69 erstrecken. Das Isolationsrohr 71 kann den mittigen Draht 70 so beherbergen, dass sich der mittige Draht 70 im Wesentlichen koaxial zu dem Isolationsrohr 71 erstreckt. Das Isolationsrohr 71 kann als ein Isolator wirken, um den mittigen Draht 70 elektrisch zu isolieren. In einem weiteren Beispiel kann das Isolationsrohr 71 auch eine Abschirmung enthalten, die im Wesentlichen das Isolationsrohr 71 umgibt. In einem weiteren Beispiel kann das die Abschirmung beinhaltende Isolationsrohr 71 an dem Abschirmungsgehäuse 67 befestigt sein. Somit kann durch Befestigen des Isolationsrohres 71 und des Abschirmungsgehäuses 67 die sich entlang des mittigen Drahtes 70 erstreckende Abschirmung im Wesentlichen zusammenhängend sein.
Die Sensorbaugruppe 30 kann ferner eine Isolationsstruktur 73 enthalten. Die Isolationsstruktur 73 kann im Wesentlichen das Isolationsrohr 71 und den mittigen Draht 70 umgeben. Die Isolationsstruktur 73 kann sich im Wesentlichen koaxial sowohl zu dem Isolationsrohr 71 als auch dem mittigen Draht 70 erstrecken. Die Isolationsstruktur 73 kann sich durch die Öffnung 72 in dem Drahtgehäuse 69 erstrecken. Insbesondere kann die Isolationsstruktur 73 an der Öffnung 72 mittels einer Dichtungsstruktur 68 befestigt sein. Die Dichtungsstruktur 68 kann sich in Umfangsrichtung um die Isolationsstruktur 73 erstrecken und mit der Öffnung 72 in Kontakt stehen. Die Dichtungsstruktur 68 kann eine Dichtung mit der Isolationsstruktur 73 und der Öffnung 72 ausbilden, um sicherzustellen, dass ein abgedichtetes Volumen in der Isolationsstruktur 73 gehalten wird.
Weiter stromabwärts kann die Sensorbaugruppe 30 ferner eine Dichtungsabschirmung 74 enthalten. Die Dichtungsabschirmung 74 kann an einem stromabwärts liegenden Ende der Isolationsstruktur 73 befestigt sein. Die Dichtungsabschirmung 74 kann sich in Umfangsrichtung um das Ende der Isolationsstruktur 73 erstrecken und kann ferner eine Dichtung mit der Isolationsstruktur 73 bereitstellen. Die Dichtungsabschirmung 74 kann gegenüber der Isolationsstruktur 73 an einem Abschirmungsadapter 75 befestigt sein. Der Abschirmungsadapter 75 kann den mittigen Draht 70 aufnehmen und hat die Funktion, den mittigen Draht 70 an der Kabelbaugruppe 100 zu befestigen.
Weiter stromabwärts kann die Sensorbaugruppe 30 ferner einen Dichtungsadapter 78 enthalten. Der Dichtungsadapter 78 kann an dem Drahtgehäuse 69 gegenüber dem Sensorkörper 34 befestigt sein. Der Dichtungsadapter 78 enthält eine im Wesentlichen kreisrunde Form, die mit der Form des Drahtgehäuses 69 und des Sensorkörpers 34 übereinstimmt (z.B. einen ähnlichen Durchmesser hat). Somit kann der Dichtungsadapter 78 an dem Drahtgehäuse 69 befestigt werden, indem er sich durch eine Öffnung an dem Ende des Drahtgehäuses 69 erstreckt. In einem Beispiel kann der Dichtungsadapter 78 abdichtend an dem Drahtgehäuse 69 dergestalt befestigt sein, dass eine Dichtung zwischen dem Dichtungsadapter 78 und dem Drahtgehäuse 69 gebildet wird. Demzufolge wird das Eindringen von Gas, Luft, Feuchtigkeit usw. in die Sensorinnenkammer 35 durch die Dichtung 78 verhindert. Der Dichtungsadapter 78 kann an dem Drahtgehäuse 69 in einer beliebigen Anzahl von Arten einschließlich mechanischer Befestigungselemente, Verschweißung, Kleber usw. befestigt sein.
Die Sensorbaugruppe 30 enthält ein an dem Dichtungsadapter 78 befestigtes Kabelanschlußstück 80. Insbesondere ist das Kabelanschlußstück 80 an dem Dichtungsadapter 78 an einem dem Drahtgehäuse 69 gegenüberliegenden Ende befestigt. Das Kabelanschlußstück 80 hat eine im Wesentlichen runde Form, die mit der Form des Dichtungsadapters 78 übereinstimmt (z.B. einen ähnlichen Durchmesser hat). Das Kabelanschlußstück 80 kann an dem Dichtungsadapter 78 in einer beliebigen Anzahl von Arten einschließlich mechanischer Befestigungselemente, Verschweißung, Kleber usw. befestigt sein. Ferner enthält das Kabelanschlußstück 80 eine sich durch das Kabelanschlußstück 80 von einer Seite auf eine gegenüberliegende Seite erstreckende Kabelanschlußstücköffnung 82. Demzufolge verlaufen, wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird, Kabeldrähte usw. durch die Kabelanschlußstücköffnung 82.
Der Betrieb der Sensorbaugruppe 30 kann nun kurz beschrieben werden. Elektromagnetische Strahlungsenergie wird aus der Flamme 8 in das Sichtrohr 15 übertragen, bevor sie in die Sensorbaugruppe 30 eintritt. Die Linse 42 fokussiert die elektromagnetische Strahlungsenergie auf die Photodiode 60. In Reaktion darauf erzeugt die Photodiode 60 ein Stromausgangssignal, wie z.B. einen Photostrom, auf der Basis der elektromagnetischen Strahlungsenergie der Flamme 8. Dieser Photostrom zeigt die Eigenschaft der Flamme an, wie z.B. das Vorhandensein oder Fehlen der Flamme.
Stromabwärts von der Sensorbaugruppe 30 enthält die Flammensensorvorrichtung 6 ferner eine Kabelbaugruppe 100. Ein erstes Kabelende 102 ist an der Sensorbaugruppe 30 befestigt. Die Kabelbaugruppe 100 steht mit der Photodiode 60 über den mittigen Draht 70 in Verbindung. Somit kann die Kabelbaugruppe 100 den Photostrom, der die Flammeneigenschaft anzeigt, aus der Photodiode, an eine Stelle transportieren, die elektrisch von der Photodiode 60 entfernt ist. Diese Stelle kann sich beispielsweise in einer relativ kühleren Umgebung als die Umgebung in der Nähe der Brennkammer 10 befinden. In einem Beispiel kann die Kabelbaugruppe 100 relativ lang sein, wie z.B. in einem Bereich von 9,1 bis 10,7 m (z.B. 30 bis 35 Feet). Somit kann die Stelle kühler als der Bereich in der Nähe der Sensorbaugruppe 30 sein, welche nahe bei 200 °C liegen kann.
Die Kabelbaugruppe 100 enthält ferner ein Koaxialkabel 110, das sich zwischen gegenüberliegenden Enden der Kabelbaugruppe 100 erstreckt. Das Koaxialkabel 110 verläuft durch die Kabelanschlußstücköffnung 82 und ist an dem Mittendraht 70 befestigt (z.B. elektrisch verbunden). Somit kann das Koaxialkabel 110 den Photostrom aus der Photodiode 60 über den Mittendraht 70 aufnehmen. Es ist anzumerken, dass, sowohl das Koaxialkabel 110 als auch die entsprechende Befestigung an dem Mittendraht 70 ziemlich allgemein/schematisch für Darstellungszwecke dargestellt sind. Tatsächlich kann das Koaxialkabel 110 elektrisch mit dem Mittendraht 70 in einer beliebigen Anzahl von Arten, einschließlich Verlöten oder dergleichen verbunden sein.
Das Koaxialkabel 110 hat die Funktion, den die Eigenschaft der Flamme 8 anzeigenden Strom aus der Photodiode 60 zu transportieren. Der Photostrom kann empfindlich gegenüber einer Verschlechterung während des Transports entlang der Kabelbaugruppe 100 sein. Dieses beruht wenigstens teilweise darauf, dass der Photostrom relativ klein ist, wie z.B. in dem Bereich von ca. 10^–10 Ampere. Ferner kann die Kabelbaugruppe 100 relativ lang sein, wie z.B. in einem Bereich von 9,1 bis 10,7 m (z.B. 30 bis 35 feet). Zur Anpassung an diese Faktoren kann das Koaxialkabel 110 ein rauscharmes Kabel beinhalten.
Das rauscharme Kabel kann eine Anzahl unterschiedlicher Aufbauten beinhalten. In einem Beispiel enthält, wie allgemein bekannt, das rauscharme Kabel einen Mittendraht, wie z.B. einen Kupferdraht. Der Mittendraht transportiert den Photostrom entlang seines Verlaufs zwischen den gegenüberliegenden Enden. Eine Schicht aus Kunststoff, wie z.B. Polytetrafluorethylen ("PTFE"), umgibt den Mittendraht. In einem Beispiel wurde eine leitende oder halbleitende Schicht für den Zweck der Verhinderung einer Aufladung aufgebracht. Eine leitende Schicht, wie z.B. eine auf Kohlenstoff basierende Leitschicht, ist um die Kunststofflage herum vorgesehen. Diese leitende Schicht trägt zur Verbesserung der Abschirmung, Reduzierung einer statischen Aufladung und zur Reduzierung von elektrischem Rauschen bei, sobald die Kabelbaugruppe 100 bewegt wird. Schließlich ist ein Außengeflecht, wie z.B. aus Kupfer, dafür vorgesehen, die leitende Schicht zu umgeben. Es ist anzumerken, dass der Aufbau des hierin beschriebenen Koaxialkabels 110 nur einen möglichen Beispielaufbau umfasst, da eine beliebige Anzahl von Ausgestaltungen vorstellbar ist. Beispielsweise könnten einige oder alle von den vorgenannten Schichten entfernt und/oder mit anderen Materialien ersetzt werden, die ähnlich wie das rauscharme Kabel funktionieren.
Unter Bezugnahme auf 4 wird nun der Aufbau der Kabelbaugruppe 100 weiter beschrieben. Es ist anzumerken, dass die Kabelbaugruppe 100 ziemlich allgemein/schematisch für Veranschaulichungszwecke dargestellt ist. Im tatsächlichen Betrieb ist die Kabelbaugruppe 100 wesentlich länger wie dargestellt. Um jedoch die Merkmale der Kabelbaugruppe 100 deutlicher zu beschreiben, sind nur die Endabschnitte dargestellt. Ferner dürfte es sich verstehen, dass die restlichen Abschnitte der Kabelbaugruppe 100, die nicht dargestellt sind, im Aufbau ähnlich oder identisch zu der in 4 dargestellten Kabelbaugruppe 100 sein können.
Die Kabelbaugruppe 100 enthält ein Innenvolumen 120, das mit einem Gas gefüllt ist. In einem Beispiel beinhaltet das Gas ein inertes Gas, wie z.B. Stickstoff, Argon usw. Durch Füllen des Innenvolumens 120 mit dem Gas ist das Koaxialkabel 110 im Wesentlichen von dem Gas umgeben. Ferner sind das erste Kabelende 102 und das zweite Kabelende 103 dergestalt abgedichtet, dass das Gas am Entweichen aus dem Innenvolumen 120 gehindert wird. Demzufolge wird eine das Koaxialkabel 110 umgebende trockene Atmosphäre aufrechterhalten, während Feuchtigkeit usw. am Eindringen in das Innenvolumen 120 gehindert wird. Diese trockene Atmosphäre kann zur Begrenzung der Beeinträchtigung des durch das Koaxialkabel 110 fließenden Photostroms beitragen.
Die Kabelbaugruppe 100 enthält ferner eine Deckschicht 122. Die Deckschicht 122 kann das Innenvolumen 120 dergestalt umgeben, dass die Deckschicht 122 in einem Abstand von dem Koaxialkabel 110 angeordnet ist. Obwohl nur eine Deckschicht dargestellt ist, dürfte erkennbar sein, dass die Deckschicht 122 mehrere Deckschichten beinhalten kann. Die Deckschicht 122 umgibt das Innenvolumen 120 in Umfangsrichtung und stellt einen Schutz für das Koaxialkabel 110 dar. Die Deckschicht 122 enthält eine Anzahl unterschiedlicher Materialien, wie z.B. Glasfasermaterialien oder dergleichen.
Die Kabelbaugruppe 100 enthält ferner eine Rohrschicht 124, die die Deckschicht 122 in Umfangsrichtung umgibt. Die Rohrschicht 124 erstreckt sich im Wesentlichen koaxial zu der Deckschicht 122 und dem Koaxialkabel 110 zwischen dem ersten Kabelende 102 und dem zweiten Kabelende 103. Die Rohrschicht 124 kann ausreichend flexibel dergestalt sein, dass die Kabelbaugruppe 100 bewegt, gebogen, verdreht usw. werden kann. Insbesondere kann die Rohrschicht 124 aus einem flexiblen metallartigen Material, wie z.B. rostfreiem Stahl, ausgebildet sein. Zusätzlich dazu, dass sie flexibel ist, kann die Rohrschicht 124 eine Schutzschicht für die Kabelbaugruppe 100 bereitstellen und somit die Deckschicht 122 und das Koaxialkabel 110 vor Beschädigung schützen.
Die Kabelbaugruppe 100 enthält ferner eine Bewehrungsgeflechtschicht 126, die die Rohrschicht 124 umgibt. Die Bewehrungsgeflechtschicht 126 hat einen etwas größeren Durchmesser als ein Durchmesser der Rohrschicht 124 so, dass die sich Bewehrungsgeflechtschicht in Umfangsrichtung um die Rohrschicht 124 erstreckt. Die Bewehrungsgeflechtschicht 126 kann aus einer Anzahl von Materialien ausgebildet sein, die Flexibilität zulassen. Ferner wirkt die Bewehrungsgeflechtschicht 126 als eine Schutzschicht für die Kabelbaugruppe 100, indem sie die Leckage von Fluiden, einschließlich Gas usw. sowohl in die als auch aus der Kabelbaugruppe 100 begrenzt und/oder verhindert.
Die Bewehrungsgeflechtschicht 126 kann eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Materialien einschließlich rostfreien Stahls enthalten. Es versteht sich, dass die Bewehrungsgeflechtschicht 126 dafür ausgelegt ist, einer Vielfalt von Umgebungen, einschließlich Umgebungen mit relativ hoher Temperatur und Druck, zu widerstehen, sodass die Bewehrungsgeflechtschicht 126 das Koaxialkabel 110 schützen kann. Beispielsweise kann die Bewehrungsgeflechtschicht 126 dafür ausgelegt sein, Lufttemperaturen in unmittelbarer Nähe zu der Brennkammer 10 in dem Bereich von –55 °C (–67 °F) bis ca. 200 °C (392 °F) zu widerstehen. Heißere oder kältere Temperaturen werden auch in Betracht gezogen. Ebenso kann die Bewehrungsgeflechtschicht 126 wasserbeständig sein und kann den Durchtritt von Flüssigkeiten, Feuchtigkeit, Kondensation oder dergleichen durch die Bewehrungsgeflechtschicht 126 begrenzen oder verhindern. Somit kann die Bewehrungsgeflechtschicht 126 periodischen Waschvorgängen mit Flüssigkeiten widerstehen, die an der Turbine 12 durchgeführt werden, wobei nur wenig oder kein Fluid durch die Bewehrungsgeflechtschicht 126 transportiert wird.
Die Kabelbaugruppe 100 enthält ferner eine oder mehrere Spiralfedern 130. Die Spiralfedern sind an gegenüberliegenden Enden der Kabelbaugruppe 100 positioniert. Beispielsweise enthält das erste Kabelende 102 eine erste Spiralfeder, während das zweite Kabelende 103 eine zweite Spiralfeder enthält. Die Spiralfedern 130 erstrecken sich über einen Abstand von dem ersten Kabelende 102 und dem zweiten Kabelende 103 axial entlang einer Außenoberfläche der Bewehrungsgeflechtschicht 126 weg. Die Spiralfedern 130 können eine Biegungs/Streckungsentlastung für die Kabelbaugruppe 100 bereitstellen. Insbesondere begrenzen die Spiralfedern 130 eine maximale Biegekraft sowohl des ersten Kabelendes 102 als auch des zweiten Kabelendes 103. Somit haben die Kabelfedern 130 die Funktion, jede übermäßige Biegung, Torsion, Verdrehung oder dergleichen zu begrenzen, die normalerweise an den Enden der Kabelbaugruppe 100 auftreten. Es dürfte erkennbar sein, dass die Kabelbaugruppe 100 nicht auf die in 4 dargestellte Spiralfedern 130 begrenzt ist und in weiteren Beispielen andere Strukturen aufweisen könnten, die eine ähnliche Funktion bereitstellen. Beispielsweise kann jede beliebige Anzahl von biegebeständigen Elementen anstelle der Spiralfedern 130 vorgesehen sein.
Nachdem das Innenvolumen 200 der Kabelbaugruppe 100 mit dem inerten Gas gefüllt worden ist, kann die Dichtungsbaugruppe 100 an dem ersten Kabelende 102 und dem zweiten Kabelende 103 versiegelt werden. Somit ist die Kabelbaugruppe 100 Teil einer versiegelten Anordnung. Beispielsweise ist das erste Kabelende in einer Dichtungsbohrung 84 des Kabelanschlußstücks 80 aufgenommen. Die Dichtungsbohrung 84 erstreckt sich in Umfangsrichtung um das erste Kabelende 102 und erstreckt sich axial über eine Strecke entlang der Kabelanordnung 100. Die Dichtungsbohrung 84 und das erste Kabelende 102 stehen dergestalt in Kontakt, dass eine Dichtung dazwischen ausgebildet wird. In weiteren Beispielen kann eine Dichtungsstruktur, wie z.B. ein Kleber, ein mechanisches Befestigungselement, eine Schweißnaht usw., vorgesehen sein, um die Dichtungsbohrung 84 und das erste Kabelende 102 aneinander zu befestigen. Somit wird ein Eindringen von Luft, Gas, Feuchtigkeit, Kondensation usw. in das Innenvolumen 120 der Kabelbaugruppe 100 an dem ersten Kabelende 102 begrenzt.
Stromabwärts von der Kabelbaugruppe 100 enthält die Flammensensorvorrichtung 6 ferner eine Verbinderbaugruppe 150. Die Verbinderbaugruppe 150 ist an dem zweiten Kabelende 103 der Kabelbaugruppe 100 befestigt. Insbesondere enthält die Verbinderbaugruppe 150 ein Kabelanschlußstück 152. Das Kabelanschlußstück 152 hat eine Dichtungsbohrung 154, die in Größe und Form ähnlich der Dichtungsbohrung 84 des Kabelanschlussstücks 80 ist. Die Dichtungsbohrung 154 erstreckt sich in Umfangsrichtung um das zweite Kabelende 103 und erstreckt sich entlang der Kabelbaugruppe 100. Die Dichtungsbohrung 154 und das zweite Kabelende 103 stehen so in Kontakt, dass eine Dichtung dazwischen ausgebildet wird. In weiteren Beispielen kann eine Dichtungsstruktur, wie z.B. ein Kleber, ein mechanisches Befestigungselement, eine Schweißnaht usw., vorgesehen sein, um die Dichtungsbohrung 154 und das zweite Kabelende 103 weiter aneinander zu befestigen. Somit wird das Eindringen von Luft, Gas, Feuchtigkeit, Kondensation usw. in das Innenvolumen 120 der Kabelbaugruppe 100 an dem zweiten Kabelende 103 begrenzt.
Das Kabelanschlußstück 152 enthält ferner eine Kabelanschlußstücköffnung 156, die sich durch das Kabelanschlußstück 152 von einer ersten Seite zu einer gegenüberliegenden zweiten Seite erstreckt. Demzufolge verläuft das Koaxialkabel 110 durch die Kabelanschlußstücköffnung 156 und in das Kabelanschlußstück 152. Das Koaxialkabel 110 kann in ausreichend engem Kontakt mit der Kabelanschlußstücköffnung 156 stehen, sodass das Eindringen von Gas, Feuchtigkeit, Kondensation usw. durch die Kabelanschlußstücköffnung 156 und in die Kabelbaugruppe 100 begrenzt und/oder verhindert wird.
Die Verbinderanordnung 150 enthält ferner einen elektrischen Verbinder 160. Der elektrische Verbinder ist an dem Koaxialkabel 110 befestigt (z.B. elektrisch damit verbunden). Der elektrische Verbinder 160 erstreckt sich von dem Kabelanschlussstück 152 in einer von der Kabelbaugruppe 100 weg zeigenden Richtung. Wie allgemein bekannt, kann der elektrische Verbinder 160 Drähte, Leiter oder andere ähnliche elektrische Strukturen zum elektrischen Verbinden mit dem Koaxialkabel 110 enthalten. Somit kann der elektrische Verbinder 160 den Photostrom aus dem Koaxialkabel 110 aufnehmen. Es ist erkennbar, dass der elektrische Verbinder 160 eine Anzahl unterschiedlicher Konstruktionen aufweisen kann, die die Funktion haben, den Photostrom aus dem Koaxialkabel 110 aufzunehmen. Somit ist der elektrische Verbinder 160 nicht speziell auf das in 4 dargestellte Beispiel beschränkt.
In 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 von 1 dargestellt, die ein Beispiel der elektrischen Baugruppe 170 zeigt. Die elektrische Baugruppe 170 ist außerhalb der Turbine 12 und in einem Abstand von der Brennkammer 10 positioniert. Demzufolge kann die elektrische Baugruppe 170 an einer Stelle positioniert sein, die eine niedrigere Temperatur als in der Turbine 12 hat, sodass der die Elektronik in der elektrischen Baugruppe 170 genutzt werden kann, ohne dass sie relativ hohen Temperaturen ausgesetzt ist.
Die elektrische Baugruppe 170 enthält ein Gehäuse 172, das eine Innenkammer 174 definiert, die im Wesentlichen hohl ist. Das Gehäuse 172 erstreckt sich zwischen einem ersten Endabschnitt 176 und einem dem ersten Endabschnitt 176 gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt 178. Es ist erkennbar, dass die in 1 dargestellte elektrische Baugruppe 170 nur einen möglichen Aufbau enthält, da eine Anzahl von Größen, Formen und Ausgestaltungen vorstellbar ist.
Die elektrische Baugruppe 170 enthält ferner eine Verbinderbuchse 180. Die Verbinderbuchse 180 erstreckt sich durch eine Öffnung 181 in dem Gehäuse 172. Die Verbinderbuchse 180 kann im Wesentlichen in der Form rund sein, obwohl andere Größen und Formen vorstellbar sind. Die Verbinderbuchse 180 kann fest an der Öffnung 181 des Gehäuses 172 dergestalt angebracht sein, dass eine Entfernung der Verbinderbuchse 180 eingeschränkt ist. In weiteren Beispielen kann die Verbinderbuchse 180 an dem Gehäuse 172 in einer Anzahl von Arten, wie z.B. durch Verschweißen, Kleber, mechanische Befestigungselemente usw., befestigt sein. Die Verbinderbuchse 180 kann auch eine oder mehrere Dichtungsstrukturen, wie z.B. O-Ringe oder dergleichen, dergestalt enthalten, dass die Verbinderbuchse 180 eine Dichtung mit dem Gehäuse 170 ausbildet, um das Eindringen von Luft, Feuchtigkeit, Kondensation usw. durch die Öffnung 181 einzuschränken.
Die Verbinderbuchse 180 kann an der Verbinderbaugruppe 150 befestigt (z.B. elektrisch verbunden) sein. Somit nimmt die Verbinderbuchse 180 den Photostrom aus der Kabelbaugruppe 100 auf. Insbesondere ist die Verbinderbuchse 180 so bemessen und geformt, dass sie im Wesentlichen einer Größe und Form des elektrischen Verbinders 160 entspricht. Die Verbinderbuchse 180 enthält eine Bohrung 182, die sich axial in die Verbinderbuchse 180 erstreckt. Die Bohrung 182 ist so bemessen und geformt, dass sie den elektrischen Verbinder 160 aufnimmt. Beispielsweise hat die Bohrung 182 eine Form, die im Wesentlichen einer entsprechenden Form des elektrischen Verbinders 160 so entspricht, dass der elektrische Verbinder 160 leicht in die Bohrung 182 eingesetzt werden kann. Es ist erkennbar, dass das dargestellte Beispiel lediglich ein mögliches Beispiel einer elektrischen Verbindung der elektrischen Baugruppe 170 mit der Kabelbaugruppe 100 umfasst. Tatsächlich kann die elektrische Baugruppe 170 an der Kabelbaugruppe 100 in einer beliebigen Anzahl von Arten befestigt werden, und ist nicht speziell darauf beschränkt, die Verbinderbuchse 180 wie dargestellt zu enthalten.
Die Verbinderbuchse 180 enthält ferner einen oder mehrere Verbindungsdrähte 184. Die Verbindungsdrähte 184 sind in 5 ziemlich allgemein dargestellt, da es sich versteht, dass die Verbindungsdrähte 184 eine beliebige Anzahl von Strukturen (z.B. Drähten, Kabel usw.) enthalten können, die elektrisch mit der Verbinderbuchse 180 verbunden sind. Tatsächlich können die Verbindungsdrähte 184 den Photostrom aus der Kabelbaugruppe 100 durch die Verbinderbuchse 180 hindurch aufnehmen.
Die elektrische Baugruppe 170 enthält ferner eine Leiterplatte 186 mit elektrischen Bauteilen. Die Leiterplatte 186 erstreckt sich durch die Innenkammer 174 des Gehäuses 172. Die Leiterplatte 186 kann in einer beliebigen Anzahl von Arten in dem Gehäuse 172 einschließlich mit mechanischen Befestigungselementen, Klebern, Einschnappeinrichtungen usw. befestigt sein. Die Leiterplatte 186 ist an den Verbindungsdrähten 184 angeschlossen (z.B. elektrisch verbunden). Somit kann die Leiterplatte 186 den Photostrom auf den Verbindungsdrähten 184 aufnehmen.
Die Leiterplatte 186 enthält elektrische Bauteile, wie z.B. eine Verstärkerschaltung. Die Verstärkerschaltung ist in 5 ziemlich allgemein dargestellt, und könnte eine beliebige Anzahl von Ausgestaltungen, die nicht auf die 5 beschränkt sind, enthalten. Der Photostrom wird durch die Verstärkerschaltung aufgenommen und dann durch eine Signalschaltung verarbeitet und verstärkt, um ein elektrisches Signal zu erzeugen. In einem Beispiel kann der Photostrom in einen Strom in einen Bereich von ca. 4 mA bis ca. 20 mA verstärkt und umgewandelt werden.
Dieses elektrische Signal in der Form eines Stroms zeigt die spezifischen Eigenschaften der Flammen 8 an. Diese Eigenschaften beinhalten, sind jedoch nicht darauf beschränkt, das Vorhandensein oder Fehlen der Flamme 8 in der Brennkammer 10. In dem Falle eines Flamme-Aus-Zustandes, in welchem die Flamme 8 erloschen ist, wird das Fehlen elektromagnetischer Strahlungsenergie an der Photodiode 60 detektiert. Das Fehlen elektromagnetischer Strahlungsenergie veranlasst die Photodiode 60, ein elektrisches Signal in der Form des Photostroms zu liefern, das niedrig oder Null ist. Dieser Photostrom wird durch die Kabelbaugruppe 100 und an die Verstärkerschaltung auf der Leiterplatte 186 geliefert. Dieser Photostrom wird in einen Strom verstärkt und umgewandelt, der die Flammeneigenschaften (z.B. Flamme-Aus-Zustand) anzeigt. Dieses elektrische Signal kann dann eine Brennstoffsteuervorrichtung oder dergleichen gesendet werden, die die Zuführung von Brennstoff durch die Brennstoffdüse 13 und in die Brennkammer 10 reduzieren und/oder beenden kann. Somit kann das elektrische Signal aus der Photodiode 60 zum Steuern der Zufuhr von Brennstoff in die Brennstoffdüse 13 verwendet werden.
Um die elektrische Schaltung in der elektrischen Baugruppe 170 zu schützen, kann die Innenkammer 174 beispielsweise abgedichtet und mit einem Gas, das ein trockenes inertes Gas, wie z.B. Argon, enthält, gefüllt sein. Durch die Füllung der Innenkammer 174 mit dem Gas begrenzt oder reduziert die Innenkammer 174 das Eindringen von Feuchtigkeit, Kondensation, Gasen oder dergleichen. Zum Füllen der Innenkammer 174 kann die elektrische Baugruppe 170 mit einer Spülöffnung 190 versehen sein. Die Spülöffnung 190 kann die Füllung in der elektrischen Baugruppe 170 mit einem trockenen inerten Gas unterstützen. Die Spülöffnung 190 ist an dem ersten Endabschnitt 176 des Gehäuses 172 positioniert, obwohl die Spülöffnung 190 nicht auf eine derartige Stelle beschränkt ist. Stattdessen könnte die Spülöffnung 190 seitlich auf einer Seite des Gehäuses 172 näher an dem zweiten Endabschnitt 178 positioniert sein oder dergleichen. In Betrieb kann die Spülöffnung 190 mit einer Gaszuführung in Fluidverbindung stehen, die das trockene inerte Gas liefert. Sobald das trockene inerte Gas der Spülöffnung 190 und in die Innenkammer 174 zugeführt wurde, kann die Spülöffnung 190 geschlossen und versiegelt werden. In dem dargestellten Beispiel von 5 kann die Spülöffnung 190 mittels einer Gewindeeinsatzstruktur versiegelt werden, obwohl eine Anzahl von Versiegelungsstrukturen vorstellbar ist. Somit ist die elektrische Baugruppe 170 nicht auf die in dem dargestellten Beispiel dargestellte Spülöffnung 190 beschränkt.
Unter Bezugnahme auf 1 wird nun der Betrieb der Flammensensorvorrichtung 6 detaillierter beschrieben. Brennstoff wird der Brennkammer 10 über die Brennstoffdüse 13 zum Erzeugen der Flamme 8 zugeführt. Ein Sichtrohr steht über eine Strecke aus der Brennkammer 10 nach außen und definiert einen optischen Pfad von dem Sichtrohr 15 zu der Flamme 8. Die Sensorbaugruppe 30 ist an dem Sichtrohr so befestigt, dass die Sensorbaugruppe 30 in einem Abstand von der Brennkammer 10 angeordnet ist.
Elektromagnetische Strahlungsenergie, die die spezifischen Eigenschaften der Flamme 8 anzeigt, wird von der Flamme 8 in der Brennkammer 10 durch das Sichtrohr 15 und in die Sensorbaugruppe 30 transportiert. Die (in 3 dargestellte) Linse 42 fokussiert die elektromagnetische Strahlungsenergie in der Sensorbaugruppe 30 auf die Photodiode 60. In Reaktion darauf erzeugt die Photodiode 60 ein elektrisches Signal auf der Basis der Intensität der elektromagnetischen Strahlungsenergie. Dieses elektrische Signal kann in der Form eines Photostroms vorliegen, der die spezifischen Eigenschaften der Flamme, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, das Vorhandensein oder Fehlen der Flamme anzeigt.
Die Kabelbaugruppe 100 transportiert den Photostrom aus der Sensorbaugruppe 30 zu der elektrischen Baugruppe 170. Insbesondere verläuft der Photostrom durch das Koaxialkabel 110, das als Teil einer versiegelten Anordnung enthalten ist. Dieser Photostrom kann entlang des Verlaufs der Kabelbaugruppe 100 von dem ersten Kabelende 102 zu dem zweiten Kabelende 103 wandern. Der relativ kleine Photostrom wird vor triboelektrischem Rauschen, elektromagnetischer Störung und Signalverschlechterung in einer Anzahl von Arten geschützt. Beispielsweise wird, da das Koaxialkabel 110 ein rauscharmes Kabel ist, die Signalverschlechterung verringer. Ferner ist die Kabelbaugruppe 100 mit einem trockenen inerten Gas versiegelt, was des Weiteren die Auswirkungen von Feuchtigkeit, Kondensation, Gas usw. auf das Koaxialkabel 110 einschränkt. Zusätzlich enthält die Kabelbaugruppe 100 die Deckschicht 122, die Rohrschicht 124 und die Bewehrungsgeflechtschicht 126. Diese Schichten können weiter zur Reduzierung der Effekte des triboelektrischen Rauschens und der elektromagnetischen Störung beitragen. Somit kann die Unversehrtheit des Photostroms aufrechterhalten werden, während der Photostrom entlang der Kabelbaugruppe 100 transportiert wird.
Wie in 5 dargestellt, verläuft der Photostrom an dem zweiten Kabelende 103 durch die Verbinderbaugruppe 150, die mit der elektrischen Baugruppe 170 verbunden ist. Der Photostrom verläuft von der Verbinderbaugruppe 150 durch die Verbinderbuchse 180 zu der Leiterplatte 186. Die Verstärkerschaltung, die an der Leiterplatte 186 angebracht ist, empfängt und verstärkt den Photostrom. In Reaktion darauf wird ein elektrisches Signal produziert, wie z.B. ein Strom in dem Bereich von ca. 4 mA bis ca. 20 mA. Dieses elektrische Signal in der Form eines Stroms zeigt spezifische Eigenschaften der Flamme 8 an, wie z.B. das Vorhandensein oder Fehlen der Flamme. Somit ist in dem Falle eines Flamme-Aus-Zustandes, wenn die Flamme 8 erloschen ist, der Ausgangsstrom niedrig oder null. Dieser Stromausgang kann die Brennstoffsteuervorrichtung auslösen, um die Zuführung von Brennstoff in die Brennkammer 10 zu reduzieren und/oder zu beenden.
Die elektrische Baugruppe 170 ist in einem Abstand von der Brennkammer 10 von der Turbine 12 positioniert. Somit ist die elektrische Baugruppe 170 nicht in der Umgebung der Turbine 12 mit relativ hoher Temperatur/Schwingung angeordnet. Demzufolge ist die elektrische Baugruppe 170 elektrisch von der Photodiode 60 entfernt in der Sensorbaugruppe 30 angeordnet. Die elektrische Baugruppe 170 ist relativ niedrigeren Temperaturen/Schwingungen als die Photodiode 60 in der Sensorbaugruppe 30 unterworfen.
Diese Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen Beispielausführungsformen dargestellt. Modifikationen und Änderungen werden für Andere mit dem Lesen die Patenschrift ersichtlich. Die einen oder mehrere Aspekte der Erfindung beinhaltenden Beispielausführungsformen sollen alle derartigen Modifikationen und Änderungen beinhalten, sofern sie in den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche fallen.
Es wird eine Flammensensorvorrichtung bereitgestellt, die eine Sensorbaugruppe mit einer Photodiode zum Erfassen von Eigenschaften einer Flamme in einer Brennkammer enthält. Die Flammensensorvorrichtung enthält ferner eine elektrische Baugruppe, die elektrisch von der Sensorbaugruppe entfernt ist. Zusätzlich erstreckt sich eine Kabelbaugruppe zwischen der Sensorbaugruppe und der elektrischen Baugruppe. Die Kabelbaugruppe kann die Eigenschaften der Flamme aus der Photodiode zu der elektrischen Baugruppe transportieren. Die Kabelbaugruppe ist als Teil einer mit inertem Gas gefüllten Anordnung enthalten. Zusätzlich wird ein Verfahren zum Erfassen von Eigenschaften einer Flamme bereitgestellt.

Claims

Flammensensorvorrichtung, enthaltend: eine Sensorbaugruppe mit einer Photodiode zum Erfassen von Eigenschaften einer Flamme in einer Brennkammer; eine elektrische Baugruppe, die von der Sensorbaugruppe entfernt angeordnet ist; und eine Kabelbaugruppe, die sich zwischen der Sensorbaugruppe und der elektrischen Baugruppe erstreckt, wobei die Kabelbaugruppe dafür eingerichtet ist, die Eigenschaften der Flamme aus der Photodiode zu der elektrischen Baugruppe zu transportieren.
Flammensensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Eigenschaften der Flamme das Vorhandensein oder Fehlen der Flamme in der Brennkammer beinhalten.
Flammensensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Photodiode dafür eingerichtet ist, ein Signal zu liefern, das aufbereitet und einem Steuersystem zugeführt wird, um ein Abschalten des Brennstoffs zu der Brennkammer auszulösen.
Flammensensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensorbaugruppe eine Linse enthält, die in einer Innenkammer der Sensorbaugruppe positioniert ist, wobei die Linse dafür eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlungsenergie aus der Brennkammer auf die Photodiode zu fokussieren.
Flammensensorvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Photodiode eine Siliziumkarbid-Photodiode mit einschließt.
Flammensensorvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Siliziumkarbid-Photodiode dafür eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlungsenergie in ein elektrisches Signal in der Form eines Photostroms umzuwandeln.
Flammensensorvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Kabelbaugruppe dafür eingerichtet ist, den Photostrom aus der Siliziumkarbid-Photodiode zu der elektrischen Baugruppe zu transportieren.
Flammensensorvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die elektrische Baugruppe dafür eingerichtet ist, den Photostrom in einen Ausgangsstrom in einen Bereich von ca. 4 mA bis ca. 20 mA umzuwandeln, wobei der Ausgangsstrom die Eigenschaften der Flamme anzeigt.
Flammensensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kabelbaugruppe an einem Ende an der Sensorbaugruppe befestigt ist und an einem gegenüberliegenden Ende an der elektrischen Baugruppe befestigt ist.
Flammensensorvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Kabelbaugruppe versiegelt und mit einem inerten Gas gefüllt ist.
Flammensensorvorrichtung, enthaltend: eine Sensorbaugruppe mit einer Photodiode zum Erfassen von Eigenschaften einer Flamme in einer Brennkammer; eine elektrische Baugruppe, die elektrisch von der Sensorbaugruppe und der Brennkammer entfernt ist; und eine Kabelbaugruppe, die sich zwischen der Sensorbaugruppe und der elektrischen Baugruppe erstreckt, wobei die Kabelbaugruppe dafür eingerichtet ist, die Eigenschaften der Flamme aus der Photodiode zu der elektrischen Baugruppe zu transportieren, wobei die Kabelbaugruppe als Teil einer mit einem inerten Gas gefüllten Anordnung enthalten ist.
Flammensensorvorrichtung nach Anspruch 11, die ferner ein Sichtrohr enthält, das aus der Brennkammer hervorsteht und einen optischen Pfad von der Flamme und durch das Sichtrohr hindurch bereitstellt.
Flammensensorvorrichtung nach Anspruch 12, wobei ein erstes Ende der Sensorbaugruppe an dem Sichtrohr befestigt ist.
Flammensensorvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Sensorbaugruppe eine Linse enthält, die in einer Innenkammer der Sensorbaugruppe positioniert ist, wobei die Linse zwischen dem ersten Ende der Sensorbaugruppe auf einer Seite und der Photodiode auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite positioniert ist.
Flammensensorvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Linse dafür eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlungsenergie aus der Brennkammer auf die Photodiode zu fokussieren.
Flammensensorvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Kabelbaugruppe eine Länge in einem Bereich von ca. 9,1 bis 10,7 m hat.
Verfahren zum Erfassen von Eigenschaften einer Flamme in einer Brennkammer mit den Schritten: Empfangen elektromagnetischer Strahlung von der Flamme mit einer Photodiode; Erzeugen eines der elektromagnetischen Strahlung entsprechenden Photostroms mit der Photodiode; Transportieren des Photostroms mit einer Kabelbaugruppe zu einer elektrischen Baugruppe, die elektrisch von der Photodiode und der Brennkammer entfernt ist; und Erfassen der Eigenschaften der Flamme mit einer elektrischen Baugruppe auf der Basis des Photostroms.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner mit dem Schritt der Versiegelung gegenüberliegender Enden der Kabelbaugruppe und Füllen der Kabelbaugruppe mit einem inerten Gas.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner mit dem Schritt der Umwandlung des Photostroms in ein elektrisches Signal in der Form eines Ausgangsstroms in einem Bereich von ca. 4 mA bis ca. 20 mA, wobei der Ausgangsstrom die Eigenschaften der Flamme anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Eigenschaften der Flamme das Vorhandensein oder Fehlen der Flamme in der Brennkammer beinhalten.