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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Die Offenbarung betrifft allgemein Korrosionssensoren und insbesondere einen Korrosionssensor für eine innere Struktur einer Maschine, wie beispielsweise eines Verdichters.
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Maschinen und Einrichtungen, die in rauen Umgebungen betrieben werden, neigen zu schnelleren Korrosionsraten, die, wenn sie nicht überwacht oder kontrolliert werden, eine vorzeitige Alterung und letztendlich einen Ausfall der Maschine und Einrichtung zur Folge haben können. Zum Beispiel strömen in einer Gasturbine Gase entlang eines Strömungspfades in einem Verdichter, der die Gasströmung verdichtet. Der Verdichter enthält eine Anzahl innerer Strukturen, wie beispielsweise Laufschaufelblätter und Leitschaufeln, die einer Korrosion unterliegen können. Insbesondere können die Bestandteile der Luft, die in dem Verdichter verdichtet wird, manchmal zu einem Lochfraß führen, der Korrosion hervorruft und dann aufgrund der hohen Belastungen eine Rissbildung einleitet.
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In einigen Einrichtungen können Korrosionssensoren an anderen Metalloberflächen als der inneren Struktur installiert werden, um die Gegenwart und/oder die Rate irgendeiner allgemeinen Korrosion zu überwachen. Zum Beispiel kann ein herkömmlicher Korrosionssensor, der als ein „Coupon“ bezeichnet werden kann, eine Metallelektrode enthalten, die dem eine Analyse erfordernden Metall ähnlich sein kann oder abwechselnde Elektrodenlagen enthalten kann, die durch ein dielektrisches Material getrennt sind. In jedem Fall können die Elektroden ein Oxidationspotential haben, das mit demjenigen der Metalloberflächen, an denen sie angebracht sind, vergleichbar ist, so dass die allgemeine Korrosionsrate an den Metalloberflächen durch die allgemeine Korrosionsrate an den Elektroden approximiert werden kann. Weil herkömmliche Korrosionssensoren nicht durch Beanspruchung belastet sind, sind sie keiner mechanischen und thermischen Belastung wie die betreffenden inneren Strukturen ausgesetzt. Infolgedessen sind sie bei der Vorhersage eines Bauteilausfalls gewöhnlich ungenau. Der einzige Mechanismus, um einem unvorhergesehenen Maschinenstillstand in derartigen Einrichtungen zuvor zu kommen, besteht in der Durchführung periodischer Sichtprüfungen, was die Stillstandszeit erhöht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERINFUNG
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Ein erster Aspekt der Offenbarung ergibt einen Korrosionssensor für eine innere Struktur einer Maschine, wobei der Korrosionssensor aufweist: eine Prüfkappe, die wenigstens entweder ein Material und/oder eine Geometrie aufweist, das bzw. die eingerichtet ist, um schneller als ein Material der inneren Struktur aufgrund eines korrosiven Einflusses zu versagen; eine Halterung zur Sicherung der Prüfkappe in Stellung in einer Öffnung in einem Abschnitt der Maschine, der einer Betriebsumgebung ausgesetzt ist, die derjenigen der inneren Struktur wenigstens ähnlich ist; und eine Kammer, die benachbart zu der Prüfkappe und in entweder der Testkappe und/oder der Halterung vorgesehen ist, wobei eine Umgebungsveränderung in der Kammer, die durch einen Fehler der Prüfkappe verursacht ist, ein Überschreiten einer Korrosionsschwelle anzeigt.
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In dem zuvor erwähnten Korrosionssensor kann die Prüfkappe einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt enthalten, wobei der erste Abschnitt eine größere Dicke als der zweite Abschnitt haben kann.
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Zusätzlich kann der zweite Abschnitt den ersten Abschnitt umgeben.
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In dem Korrosionssensor einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann das Material und/oder die Geometrie ausgewählt sein, um ein vorbestimmtes Zeitintervall zwischen einem Fehler der Prüfkappe und einem Fehler der inneren Struktur basierend auf einem erwarteten Korrosionseinfluss zu schaffen.
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In einer Ausführungsform kann die Prüfkappe eine plane Oberfläche enthalten, die mit einer inneren Oberfläche des Abschnitts der Maschine, der die Betriebsumgebung definiert, koplanar ist.
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In einer weiteren Ausführungsform können die Prüfkappe und die Halterung durch Hartlötung miteinander verbunden sein.
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In einer noch weiteren Ausführungsform kann der Korrosionssensor ferner einen Umgebungsveränderungssensor aufweisen, der eingerichtet ist, um eine ein Überschreiten der Korrosionsschwelle kennzeichnende Umgebungsveränderung zu identifizieren.
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Insbesondere kann der Umgebungsveränderungssensor ein Thermoelement enthalten, das mit der Kammer wirksam gekoppelt ist, wobei die Umgebungsveränderung eine Änderung der durch das Thermoelement gemessenen Temperatur enthalten kann.
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Zusätzlich oder als eine Alternative kann der Umgebungsveränderungssensor einen Drucksensor enthalten, der mit der Kammer wirksam gekoppelt ist, wobei die Umgebungsveränderung eine Änderung des durch den Drucksensor gemessenen Drucks enthalten kann.
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Weiter zusätzlich oder als eine weitere Alternative kann der Umgebungsveränderungssensor eine elektrische Messeinrichtung enthalten, die einen ausgewählten elektrischen Parameter an der Prüfkappe misst, wobei die Umgebungsveränderung eine Änderung des ausgewählten elektrischen Parameters enthalten kann.
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In jedem beliebigen vorstehend erwähnten Korrosionssensor kann die Halterung die Prüfkappe in der Stellung derart positionieren, dass die Prüfkappe einer größeren Belastung als die innere Struktur ausgesetzt ist.
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Zusätzlich kann die Öffnung eine Abmessung haben, die kleiner ist als die der Prüfkappe, so dass die Prüfkappe der größeren Belastung als die innere Struktur ausgesetzt ist.
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In einer Ausführungsform kann die Halterung durch Verschrauben in der Öffnung gekoppelt sein.
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Ein zweiter Aspekt der Offenbarung ergibt einen Korrosionssensor für eine innere Struktur einer Maschine, wobei der Korrosionssensor aufweist: eine Prüfkappe, die wenigstens entweder ein Material und/oder eine Geometrie aufweist, das bzw. die eingerichtet ist, um aufgrund eines korrosiven Einflusses schneller als ein Material der inneren Struktur zu versagen; eine Halterung, die mit der Prüfkappe gekoppelt ist, um die Prüfkappe durch Verschrauben in einer Öffnung in einem Abschnitt der Maschine, der einer Betriebsumgebung ausgesetzt ist, die derjenigen der inneren Struktur wenigstens ähnlich ist, in Stellung zu sichern; und eine Kammer benachbart zu der Prüfkappe und in wenigstens einer von der Prüfkappe und der Halterung, wobei eine Umgebungsveränderung in der Kammer, die durch einen Fehler der Prüfkappe verursacht ist, ein Überschreiten einer Korrosionsschwelle anzeigt, wobei die Halterung die Prüfkappe in der Stellung derart positioniert, dass die Prüfkappe einer größeren Belastung als die innere Struktur ausgesetzt ist.
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In dem zuvor erwähnten Korrosionssensor kann die Prüfkappe einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt enthalten, wobei der erste Abschnitt eine größere Dicke als der zweite Abschnitt aufweisen kann und der zweite Abschnitt den ersten Abschnitt umgeben kann.
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In einer Ausführungsform kann die Prüfkappe eine plane Oberfläche enthalten, die der Betriebsumgebung ausgesetzt ist, und die plane Oberfläche kann mit einer inneren Oberfläche des Abschnitts der Maschine, der die Betriebsumgebung definiert, koplanar sein.
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Der Korrosionssensor gemäß dem zweiten Aspekt einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner einen Umgebungsveränderungssensor aufweisen, der eingerichtet ist, um die Umgebungsveränderung, die ein Überschreiten der Korrosionsschwelle anzeigt, zu identifizieren.
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In einer Ausführungsform kann der Umgebungsveränderungssensor ein Thermoelement enthalten, das mit der Kammer wirksam gekoppelt ist, wobei die Umgebungsveränderung eine Veränderung der durch das Thermoelement gemessenen Temperatur enthalten kann.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Umgebungsveränderungssensor einen Drucksensor enthalten, der mit der Kammer wirksam gekoppelt ist, wobei die Umgebungsveränderung eine Veränderung des durch den Drucksensor gemessenen Drucks enthalten kann.
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In einer noch weiteren Ausführungsform kann der Umgebungsveränderungssensor eine elektrische Messeinrichtung enthalten, die einen ausgewählten elektrischen Parameter an der Prüfkappe misst, wobei die Umgebungsveränderung eine Veränderung des ausgewählten elektrischen Parameters enthalten kann.
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Die illustrativen Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind dazu bestimmt, die hierin beschriebenen Probleme und/oder andere nicht erläuterte Probleme zu lösen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Diese und weitere Merkmale dieser Offenbarung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung verschiedener Aspekte der Offenbarung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leichter verstanden, die verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung zeigen, worin:
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1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Korrosionssensors gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Korrosionssensors gemäß verschiedenen alternativen Ausführungsformen der Erfindung.
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3 zeigt eine ebene Ansicht von der Linie A-A nach 1 auf den Korrosionssensor von 1.
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4 zeigt eine ebene Ansicht von der Linie B-B nach 2 auf den Korrosionssensor von 2.
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Es sei erwähnt, dass die Zeichnungen der Offenbarung nicht maßstabsgetreu sind. Die Zeichnungen sollen lediglich typische Aspekte der Offenbarung zeigen und sollten folglich nicht in einem den Umfang der Offenbarung beschränkenden Sinne angesehen werden. In den Zeichnungen repräsentieren gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente unter den Zeichnungen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wie vorstehend erwähnt, stellt die Offenbarung einen Korrosionssensor für eine innere Struktur einer Maschine bereit. Die innere Struktur, für die der Korrosionssensor eine Korrosion anzeigen soll, kann ein beliebiges Element innerhalb einer Betriebsumgebung in der Maschine enthalten. Eine „Betriebsumgebung“ kann beliebige interne, im Allgemeinen raue Umgebungen innerhalb einer Maschine umfassen, die auch Belastungen ausgesetzt sein können. Im Allgemeinen führen die Betriebsumgebung und die Struktur der Maschine dazu, dass eine Korrosion der inneren Struktur nicht leicht zu beobachten ist, was somit unnötige Stillstandszeiten für eine Prüfung auf Korrosion erfordert. Ein Korrosionssensor, wie hierin beschrieben, bietet die Möglichkeit, eine Korrosion ohne unnötigen Maschinenstillstand zu identifizieren. Für die Zwecke der Beschreibung ist der Korrosionssensor nachstehend in Bezug auf einen Gasturbinenverdichter beschrieben. In diesem Beispiel kann die innere Struktur zum Beispiel ein Schaufelblatt, einen Leitapparat, einen Abschnitt eines Gehäuses, etc. enthalten. Es sei betont, dass, obwohl der Korrosionssensor nachstehend in einer Anwendung auf einen Gasturbinenverdichter beschrieben ist, die Lehren der Erfindung in sehr vielfältigen Maschinen anwendbar sind, die innere Strukturen aufweisen, die einer rauen Umgebung und sehr vielfältigen Belastungen ausgesetzt sind. Zum Beispiel können weitere Maschinen eine Gasturbine, eine Dampfturbine, eine Brennkammer, eine Heizungs-/Lüftungsausrüstung, eine Pumpe, einen Verdichter, einen Kolbenmotor, ein Getriebe, etc. umfassen. Folglich ist die Vielfalt der inneren Strukturen, für die der Korrosionssensor gemäß Ausführungsformen der Erfindung eingesetzt werden kann, riesig.
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Bezugnehmend auf 1 ist eine Querschnittsansicht eines Korrosionssensors 100 gemäß Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht. Wie vorstehend erwähnt, ist der Korrosionssensor 100 veranschaulicht, wie er für eine (der Übersichtlichkeit wegen schematisch veranschaulichte) innere Struktur 102 einer Maschine 104 in Form eines Gasturbinenverdichters angewandt wird. Die innere Struktur 102 kann z.B. ein Schaufelblatt des Gasturbinenverdichters enthalten, was aus einem Material, wie beispielsweise Stahl, hergestellt sein kann. Die innere Struktur 102 könnte auch ein stationärer Leitapparat, ein Teil eines Gehäuses, etc. sein. Die innere Struktur 102 kann ein stationäres und/oder ein bewegtes Teil der Maschine 104 sein.
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Für die Zwecke der Beschreibung ist der Korrosionssensor 100 veranschaulicht, wie er in einem Gehäuse 106 der Maschine positioniert ist, das eine Betriebsumgebung 108 an einer Innenseite 110 des Gehäuses 106 und einen Bereich 112 definiert oder einschließt, der eine Umgebung, d.h. einen Druck, eine Temperatur, eine Beanspruchung, etc., aufweist, der bzw. die sich von der Betriebsumgebung 106, die gegenüber der Betriebsumgebung 108 abgedichtet ist, unterscheidet. Der Bereich 112 kann sich außerhalb eines Abschnitts der Maschine, wie beispielsweise des Gehäuses 106, oder außerhalb der gesamten Maschine 104 befinden, d.h. eine atmosphärische Umgebung der Maschine sein.
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Der Korrosionssensor 100 kann eine Prüfkappe 120 mit wenigstens entweder einem Material und/oder einer Geometrie enthalten, das bzw. die dazu eingerichtet ist, schneller als das Material der inneren Struktur 102 aufgrund eines korrosiven Einflusses zu versagen. Insbesondere kann wenigstens eines von dem Material und der Geometrie ausgewählt sein, um auf der Basis eines erweiterten Korrosionseinflusses, z.B. einer bekannten Arbeitsumgebung innerhalb der Maschine 104 (Temperatur, Druck, einwirkende Fluide, etc.) ein vorbestimmtes Zeitintervall zwischen einem Fehler bzw. Ausfall der Prüfkappe 120 und einem Fehler bzw. Ausfall der inneren Struktur 102 zu schaffen. In einer Ausführungsform kann das Material der Prüfkappe 120 auf vielerlei Weise eingerichtet sein, um schneller als das Material der inneren Struktur 102 zu versagen. In einem Beispiel, in dem die innere Struktur 102 ein Schaufelblatt eines Verdichters enthält, das aus einem bestimmten Stahl hergestellt ist, kann die Prüfkappe 120 aus dem gleichen Stahl oder einem Material hergestellt sein, das eine etwas schnellere Korrosion erfahren wird als der bestimmte Stahl. Als ein Beispiel kann die Prüfkappe 120 aus AISI 403 (martensitischem Edelstahl Fe12Cr0.11C) hergestellt sein, der eine geringere Korrosionsbeständigkeit aufweist als die Schaufelblätter, die aus GTD-450 (ausscheidungsgehärtetem Edelstahl Fe15.5Cr6.3Ni0.8Mo0.03C) hergestellt sind. In einem weiteren Beispiel kann die Prüfkappe eine Geometrie, wie beispielsweise eine Größe, Gestalt, Oberflächenkontur, Oberflächenrauheit, einen Angriffswinkel für ein Arbeitsfluid, etc., haben, die eingerichtet ist, um schneller zu versagen als die innere Struktur 102. Zum Beispiel kann die Prüfkappe 102 etwas dünner sein als die innere Struktur 102, um so höhere Belastungen als der spezielle betreffende Bereich der inneren Struktur 102 zu haben. Auf diese Weise versagt die Prüfkappe 102 vor dem speziellen Bereich der inneren Struktur. Wieviel dünner die Prüfkappe 120 im Vergleich zu der inneren Struktur 102 ist, kann anhand sehr vielfältiger Faktoren definiert werden, zu denen beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, das untersuchte Material, die Bauart der Maschine, die Betriebsumgebung, wie frühzeitig ein Anzeichen für eine Korrosion erwünscht ist, das Material des Gehäuses 106, etc., gehören. In jedem Fall ist die Prüfkappe 120 bemessen, um sicherzustellen, dass sie einen mit Korrosion verbundenen Fehler, der durch die Betriebsumgebung, der die innere Struktur 102 ausgesetzt ist, hervorgerufen ist, früher zeigt als die innere Struktur, z.B. ein bestimmter Bereich eines Schaufelblattes. Wie hier anderweitig beschrieben sein kann, können auch andere Materialien und Geometrien innerhalb des Umfangs der Erfindung verwendet werden, die einen schnelleren Fehler bzw. ein schnelleres Versagen der Prüfkappe 120 im Vergleich zu der inneren Struktur 102 ergeben.
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Der Korrosionssensor 100 kann ferner eine Halterung 130 enthalten, die die Prüfkappe 120 in einer Öffnung 132 in einem Abschnitt der Maschine, z.B. dem Gehäuse 106, in Stellung sichert, der einer Betriebsumgebung 108 ausgesetzt ist, die derjenigen der inneren Struktur 102 wenigstens ähnlich (und vorzugsweise im Wesentlichen identisch mit dieser) ist. Die Halterung 130 kann aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein, das zur selektiven Fixierung innerhalb des Gehäuses 106 in der Lage ist, z.B. aus Metallen, wie beispielsweise Stahl, Aluminium, Nickel oder deren Legierungen, einem harten Kunststoff, etc. Das Gehäuse 106 kann aus einem beliebigen Material hergestellt sein, das ausreicht, um die Halterung 130 in stabiler Weise zu positionieren und die Betriebsumgebung 108 sicher einzuschließen, z.B. in Abhängigkeit von der Maschinenbauart aus: Metall, hartem Kunststoff, etc. Wenn es erforderlich ist, kann die Halterung 130 mit der Prüfkappe 120 unter Verwendung einer beliebigen heutzutage bekannten oder künftig entwickelten Lösung gekoppelt sein. In einer Ausführungsform ist die Halterung 130 mit der Prüfkappe 120 durch Hartlötung gekoppelt.
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Die Halterung 130 kann die Prüfkappe 120 in der Öffnung 132 auf vielfältige Weise koppeln. In 1 ist die Halterung 130 in einem äußeren Abschnitt 134 der Öffnung 132 durch Verschrauben gekoppelt. In diesem Fall ist der innere Abschnitt 136 der Öffnung 132 nicht mit einem Gewinde versehen. In einem Beispiel kann die Öffnung 132 die Form einer Öffnung einnehmen, in die ein Boroskopstopfen mit einer Sechskanteinrichtung normalerweise positioniert werden würde, wenn das Boroskop nicht im Einsatz ist. Ein äußeres Ende 138 der Halterung 130 kann eine Einrichtung zum Festziehen, wie beispielsweise einen Sechskant-Kopf oder eine ähnliche Einrichtung, enthalten, so dass die Halterung 130 in die Öffnung 132 eingeschraubt werden kann. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform, in der die Halterung 130 z.B. in einem äußeren Abschnitt 134 der Öffnung 132, d.h. dort, wo die Halterung 130 und die Prüfkappe 120 kompatible Materialien aufweisen, angeschweißt oder angelötet sein kann. Hier weist der innere Abschnitt 136 einen kleineren Durchmesser als der äußere Abschnitt 134 auf. Wie verstanden wird, können sehr vielfältige Mechanismen verwendet werden, um die Halterung 130 in dem Gehäuse 106 zu fixieren, und alle werden als innerhalb des Umfangs der Erfindung angesehen.
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Die Halterung 130 kann auch die Prüfkappe 120 in der angezeigten Stellung derart positionieren, dass die Prüfkappe einer größeren Belastung ausgesetzt ist als die innere Struktur 102. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform die Öffnung 132, und insbesondere der innere Abschnitt 136, eine Abmessung haben, die kleiner ist als die der Prüfkappe 120, so dass die Prüfkappe der größeren Belastung als die innere Struktur 102 ausgesetzt ist. Zum Beispiel kann die Prüfkappe 120 durch eine Presspassung innerhalb des inneren Abschnitts 136 der Öffnung 132 durch Zusammenpressen belastet sein (d.h. ohne Spalte, wie veranschaulicht). Es können vielfältige weitere Mechanismen verwendet werden, um die Prüfkappe 120 in einer stärkeren Weise als die innere Struktur 102 zu belasten, so dass die Prüfkappe 120 früher als die innere Struktur 102 eine Korrosion zeigt. Zum Beispiel kann ein weiterer Weg, um eine eine Spannung in eine Prüfkappe 120 einbringende Belastung zu liefern, die Verwendung eines Materials mit einem anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten enthalten, der eine höhere Belastung hervorruft, wenn das Material der gleichen Temperaturumgebung wie das innere Teil 102 ausgesetzt wird. Ein weiteres Beispiel kann eine Montage des Korrosionssensors 100 auf einem inneren Teil 102 umfassen, das eine bewegte Struktur der Maschine 104 ist, so dass die durch die Bewegung erzeugten Kräfte die Prüfkappe 102 belasten. Zum Beispiel könnte die innere Struktur 102 eine rotierende Struktur der Maschine 104 sein, so dass die Zentrifugalkräfte, die der Korrosionssensor 100 erfährt, die Belastungen an der Prüfkappe 120 ergeben.
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Zurückkehrend zu 1 enthält der Korrosionssensor 100 ferner eine Kammer 139, die benachbart zu der Prüfkappe 120 und in wenigstens einer von der Prüfkappe 120 und der Halterung 130 vorgesehen ist. Wie veranschaulicht, enthält die Halterung 130 eine Bohrung 140, die sich von der Prüfkappe 120 zu dem Bereich 112 erstreckt, der einen Teil der Kammer 139 bildet. In diesem Beispiel bilden die Bohrung 140 und eine Innenseite der Prüfkappe 120 gemeinsam die Kammer 139. Es wird verstanden, dass die Kammer 139 auf vielfältige alternative Weisen gebildet werden kann, wie beispielsweise nur durch die Innenseite der Prüfkappe 120 oder nur durch die Bohrung 140, wenn einer wünscht, die veranschaulichte strukturelle Anordnung zu manipulieren. In jedem Fall zeigt eine Umgebungsveränderung in der Kammer 139, die durch einen Fehler bzw. ein Versagen der Prüfkappe 120 verursacht ist, ein Überschreiten einer Korrosionsschwelle an – was anzeigt, dass eine über ein akzeptables Niveau hinausgehende Korrosion vorliegt. Das „Versagen“ (bzw. der „Fehler“) der Prüfkappe 120 kann vielfältige Formen einnehmen, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, einen Bruch oder Riss 144 (wie in den 3 und 4 veranschaulicht, eine Ausdünnung, etc.). Demgemäß kann die Umgebungsveränderung in der Kammer 139 ebenfalls vielfältige Formen einnehmen, und es kann eine Vielfalt eines oder mehrerer Umgebungsveränderungssensoren 150 verwendet werden, um die Veränderung zu erfassen. Wenn ein Bruch oder Riss auftritt, können die aus der Betriebsumgebung 108 austretenden Gase wirken, um die Gase innerhalb der Kammer 139 (z.B. innerhalb der Bohrung 140 und möglicherweise die Halterung 130 selbst) zu erwärmen, und/ oder sie können den Druck innerhalb der Kammer 139 verändern. In einigen Fällen könnte ein Bruch oder Riss auch eine Lichtintensität, z.B. ein Emissionsvermögen, eine Helligkeit, Farbe oder eine andere Lichtcharakteristik, innerhalb der Kammer 139 verändern. Wie beschrieben wird, wird die Veränderung der Temperatur, des Drucks, der Lichtintensität, etc. durch einen Umgebungsveränderungssensor 150 (oder durch Umgebungsveränderungssensoren 152, 154) detektiert, der das Vorliegen eines Fehlers bzw. Versagens und somit das Überschreiten einer Korrosionsschwelle anzeigt. Insbesondere kann der Umgebungsveränderungssensor 150 in einer Ausführungsform ein Thermoelement enthalten, das mit der Kammer 139 wirksam, d.h. derart gekoppelt ist, dass eine Temperatur innerhalb oder auf einer Oberfläche der Kammer 139 gemessen werden kann. In diesem Fall kann ein Fehler/Versagen der Prüfkappe 120, der/das ein Überschreiten einer Korrosionsschwelle kennzeichnet, durch eine Veränderung der durch das Thermoelement gemessenen Temperatur angezeigt werden. Die Veränderung der Temperatur kann z.B. durch eine Ausdünnung oder einen Bruch/Riss der Prüfkappe 120 verursacht sein. Es kann eine beliebige Form eines (nicht veranschaulichten) Steuersystems gemeinsam mit dem Thermoelement verwendet werden, um die Temperaturänderung zu bestimmen. In einer alternativen Ausführungsform kann der Umgebungsveränderungssensor 150 einen Drucksensor enthalten, der mit der Kammer 139 wirksam, d.h. derart gekoppelt ist, dass ein Druck innerhalb der Kammer 139 gemessen werden kann. Hier kann ein Fehler in der Prüfkappe 120, der ein Überschreiten einer Korrosionsschwelle anzeigt, durch eine Veränderung des durch den Drucksensor 152 gemessenen Drucks angezeigt werden, wie sie z.B. durch eine Ausdünnung und/oder einen Bruch/Riss in der Prüfkappe 120 hervorgerufen sein kann. Erneut kann eine beliebige Form eines (nicht veranschaulichten) Steuersystems gemeinsam mit dem Drucksensor verwendet werden, um die Druckänderung zu bestimmen. In ähnlicher Weise kann, wenn bei einem Fehler der Prüfkappe 120 eine Lichtintensitätsveränderung eintritt, der Umgebungsveränderungssensor 150 eine beliebigen vielfältigen Fotosensor enthalten, der in der Lage ist, die Veränderung zu detektieren. In einer weiteren Ausführungsform kann der Umgebungsveränderungssensor 150 eine elektrische Messeinrichtung enthalten, die einen ausgewählten elektrischen Parameter über der Prüfkappe misst. In diesem Fall kann ein Fehler in der Prüfkappe 120, der eine Korrosion anzeigt, durch eine Veränderung des ausgewählten elektrischen Parameters, wie beispielsweise eines Widerstands, Stroms, einer Impedanz, wie durch die elektrische Messeinrichtung gemessen, angezeigt werden. In einer alternativen Ausführungsform, die in 2 veranschaulicht ist, kann der Umgebungsveränderungssensor 150 (1) durch Temperatur- oder Drucksensoren 152, 154 ersetzt werden, die mit der Bohrung 140 bzw. innerhalb der Betriebsumgebung 108 wirksam gekoppelt sind, so dass eine Temperatur oder ein Druck innerhalb der Bohrung 140 und in der Betriebsumgebung 108 beide bestimmt werden können und ein Vergleich vorgenommen werden kann, um den Fehler in der Prüfkappe 120 zu identifizieren. Unabhängig von den Arten von eingesetzten Sensoren wird (werden) in dem Fall, dass die Prüfkappe 120 ausreichend Korrosion erfährt, so dass sie versagt (z.B. reißt, bricht, ausdünnt), der Umgebungsveränderungssensor 150 (oder die Umgebungsveränderungssensoren 152) die eine Korrosion kennzeichnende Veränderung anzeigen, so dass Korrekturmaßnahmen getroffen werden können. Während hier spezielle Umgebungsveränderungssensorbauarten aufgeführt sind, können sehr vielfältige andere Sensoren eingesetzt werden, und sie werden als innerhalb des Umfangs der Erfindung liegend angesehen.
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Mit weiterem Bezug auf die Geometrie der Prüfkappe 120 können vielfältige andere Geometrien (oder Formen) verwendet werden, die darin unterstützen sicherzustellen, dass die Korrosionsschwelle überschritten wird, wenn dies erwünscht ist. Die Geometrie kann ausgewählt sein, um ein größeres oder kleineres Zeitintervall zwischen dem Versagen der Prüfkappe und dem der inneren Struktur 102, z.B. durch die Materialdicke, Größe der beaufschlagten Oberfläche, der durch die Form verursachten Belastung, etc., zu schaffen. In einer Ausführungsform, die im Querschnitt in 1 und in ebener Ansicht in 3 veranschaulicht ist, kann die Prüfkappe 120 einen ersten Abschnitt 160 und einen zweiten Abschnitt 162 enthalten. Wie am besten aus 1 ersichtlich, kann der erste Abschnitt 160 eine größere Dicke als der zweite Abschnitt 162 haben. In einer Ausführungsform umgibt der zweite, dünnere Abschnitt 162 den ersten, dickeren Abschnitt 160; jedoch ist dies nicht in allen Fällen notwendig, da der dickere Abschnitt nicht konzentrisch angeordnet sein kann. Der erste, dickere Abschnitt 160 kann einen beliebigen Grundriss oder eine beliebige Querschnittsgestalt aufweisen, der bzw. die gewünscht ist, um das Anzeigen einer Korrosion sicherzustellen. Zum Beispiel kann der erste Abschnitt 160 einen kreisförmigen Grundriss und einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Der erste Abschnitt 160 könnte auch im Wesentlichen zylindrisch derart sein, dass er einen rechteckigen Querschnitt aufweist. In jedem Fall kann eine Seitenwand 166 von den Abschnitt 160, 162 vorragen, um mit der Halterung 130 zusammenzupassen. Die Seitenwand 166 kann auf eine beliebige hierin beschriebene Weise mit der Halterung 130 gekoppelt sein. Auf diese Weise kann der zweite Abschnitt 162 einen Fehler, z.B. einen Riss, der eine Korrosion anzeigt, früher als die innere Struktur 102 (und der erste Abschnitt 160) erleiden. Zusätzlich können die Abschnitte 160, 162 einen weiteren Mechanismus bereitstellen, um eine größere Belastung auf die Prüfkappe 120 auszuüben, als diejenige, die auf die innere Struktur 102 ausgeübt wird. Zum Beispiel kann die Prüfkappe 120 in ihrer Mitte durch den ersten Abschnitt 160 verstärkt sein, um radiale „Bälge“ zu schaffen, die eine Zug- und Biegebelastung vermitteln, die nicht auf die innere Struktur 102 ausgeübt wird. Zusätzlich können die Abschnitte 160, 162 dabei unterstützen, die Prüfkappe 120 davor zu bewahren, derart zu zerfallen oder zu zerbrechen, dass ein Teil von dieser in die Betriebsumgebung eindringt, so dass ein Aufprall einen zusätzlichen Schaden herbeiführen könnte. In einer alternativen Ausführungsform, die im Querschnitt in 2 und in ebener Ansicht in 4 veranschaulicht ist, bei der eine zusätzliche Belastung nicht anhand der Abschnitte 160, 162 gewährleistet wird, kann die Prüfkappe 120 eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke, d.h. ohne Abschnitte 160, 162 mit unterschiedlichen Dicken, aufweisen.
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Mit weiterem Bezug auf die Gestalt der Prüfkappe 120, wie in den 1 und 2 veranschaulicht, kann die Prüfkappe 120 eine plane Oberfläche 170 enthalten, die der Betriebsumgebung 108 ausgesetzt ist. In einer idealen Situation sind die Prüfkappe 120 und die plane Oberfläche 170 der Betriebsumgebung 108 im Wesentlichen in der gleichen Weise wie die innere Struktur 102, z.B. Anströmwinkel eines Gasströmungspfads, Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, etc., ausgesetzt. In einem Beispiel kann die plane Oberfläche 170 mit einer inneren Oberfläche 110, 170 des Abschnitts der Maschine, z.B. dem Gehäuse 106, der die Betriebsumgebung 108 definiert, koplanar sein. In einer alternativen Ausführungsform, wie in 2 veranschaulicht, kann die ebene Oberfläche 170 über die innere Oberfläche 110 hinaus in die Betriebsumgebung 108 hineinragen. Es kann ferner erwünscht sein, dass sich die plane Oberfläche 170 in vielfältigen anderen Positionen, z.B. geringfügig innerhalb der inneren Oberfläche 110 (nicht veranschaulicht), geneigt, etc. befindet. Die Prüfkappe 120 kann auch eine Oberfläche aufweisen, die gestaltet ist, um die innere Struktur 102 nachzubilden, falls dies erwünscht ist. Obwohl sie mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Aufrissform veranschaulicht sind, versteht es sich, dass die Prüfkappe 120 und die Öffnung 132 nicht in allen Fällen kreisförmig sein müssen.
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll nicht für die Offenbarung beschränkend sein. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der“, „die“ und „das“ auch die Pluralformen umfassen, sofern aus dem Kontext nicht deutlich etwas anderes hervorgeht. Es wird ferner verstanden, dass die Begriffe „aufweist“ und/oder „aufweisend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Gegenwart der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch die Gegenwart oder Aufnahme eines oder mehrerer weiterer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder deren Gruppen nicht ausschließen.
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Die entsprechenden inneren Strukturen, Materialien, Handlungen und Äquivalente aller Mittel oder Schritt-plus-Funktions-Elemente in den nachstehenden Ansprüchen sollen eine beliebige innere Struktur, ein beliebiges Material oder eine beliebige Handlung zur Durchführung der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen, wie sie speziell beansprucht sind, umfassen. Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist für die Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung dargeboten worden, ist jedoch nicht dazu bestimmt, erschöpfend oder auf die Offenbarung in der offenbarten Form beschränkt zu sein. Es werden sich viele Modifikationen und Veränderungen Fachleuten auf dem Gebiet ohne Abweichung von dem Umfang und Gedanken der Offenbarung erschließen. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Offenbarung und die praktische Anwendung bestmöglich zu erläutert und um Fachleute auf dem Gebiet zu befähigen, die Offenbarung für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen, wie sie für die speziell erwogene Verwendung geeignet sind, zu verstehen.
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Es ist ein Korrosionssensor für eine innere Struktur einer Maschine geschaffen. Der Korrosionssensor kann eine Prüfkappe enthalten, die entweder ein Material und/oder eine Geometrie aufweist, das bzw. die eingerichtet ist, um aufgrund eines korrosiven Einflusses schneller als ein Material der inneren Struktur zu versagen. Eine Halterung sichert die Prüfkappe in einer Öffnung in einem Abschnitt der Maschine, der eine Betriebsumgebung definiert, in Stellung. Eine Kammer befindet sich benachbart zu der Prüfkappe und in wenigstens einer von der Prüfkappe und der Halterung. Ein Fehler in der Prüfkappe ruft eine Umgebungsveränderung in der Kammer hervor, die ein Überschreiten einer Korrosionsschwelle anzeigt und anhand z.B. einer Temperatur- oder Druckveränderung erfasst werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Korrosionssensor
- 102
- Innere Struktur
- 104
- Maschine
- 106
- Gehäuse
- 108
- Betriebsumgebung
- 110
- Innere Oberfläche
- 112
- Bereich
- 120
- Prüfkappe
- 130
- Halterung
- 132
- Öffnung
- 134
- Äußerer Abschnitt
- 136
- Innerer Abschnitt
- 138
- Äußeres Ende
- 139
- Kammer
- 140
- Bohrung
- 144
- Riss
- 144
- Bruch
- 150
- Umgebungsveränderungssensor
- 152
- Drucksensor
- 160
- Erster Abschnitt
- 162
- Zweiter Abschnitt
- 166
- Seitenwand
- 170
- Plane Oberfläche
