DE19736276A1 - Optisches Pyrometer für Gasturbinen - Google Patents
Optisches Pyrometer für GasturbinenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Hochtemperatur-Pyrometrie. Sie
geht aus von einem Hochtemperatur-Pyrometer zur Temperaturmessung in
Gasturbinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, von einer Gasturbine mit
einem Hochtemperatur-Pyrometer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9 und
von einem Verfahren zur Überwachung einer Gasturbine mit Hilfe eines Hoch
temperatur-Pyrometers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Methoden zur Temperatur
messung in Gasturbinen bekannt. Die zugrundeliegenden physikalischen Meß
prinzipien beruhen u. a. auf der Temperaturabhängigkeit eines elektrischen
Widerstands, des Seebeck-Effektes (Thermoelement), einer Farbreaktion
(Thermofarbe), der Schallgeschwindigkeit in Gasen oder der spektralen Vertei
lung gestreuter oder emittierter elektromagnetischer Wärmestrahlung.
Temperatursensoren für Gasturbinen müssen extremen Belastungen hinsicht
lich Temperatur, Druck und Vibration standhalten. Herkömmliche Thermo
elemente altern unter diesen Einsatzbedingungen sehr schnell. Zudem sollen
auch rotierende Teile gemessen werden, was nur mit aufwendiger Telemetrie
möglich ist. Der Einsatz von Thermofarben ist auf experimentelle Untersuchun
gen beschränkt. Aktive Lasermeßverfahren, wie z. B. Rayleigh-Streuung oder
CARS ("Coherent Antistokes Raman Scattering"), sind zwar berührungslos,
aber aufwendig und schwierig zu implementieren.
Es wurde daher schon früh erkannt, daß die Strahlungspyrometrie als passive
optische Methode besser zur Temperaturmessung in Gasturbinen unter Be
triebsbedingungen geeignet ist. In der Patentanmeldung WO 86/00131 wird ein
optisches Pyrometer mit einem Sichtkanal von außerhalb der Turbine bis auf
die erste Laufschaufelreihe offenbart. Die Meßapparatur zeichnet sich dadurch
aus, daß das Pyrometer und alle optischen Komponenten inklusive Detektor
von der Hochtemperatur- und Hochdruckumgebung der Gasturbine durch ein
Sichtfenster getrennt sind. Als Sichtkanäle kommen alle Verbindungswege in
Frage, die sich im Strömungskanal im wesentlichen geradlinig von der ersten
Laufschaufelreihe durch eine Teilung zwischen zwei Leitschaufeln zum brenn
kammerseitigen Turbinengehäuse hin erstrecken und keine heißgasführenden
Turbinenteile tangieren. Der Sichtkanal ist so breit ausgelegt, daß eine freie
Sichtverbindung auch in einer thermisch deformierten Maschine erhalten bleibt
und zudem durch Justierung des Strahlengangs innerhalb des Kanals verschie
dene Zonen der Laufschaufeln abgebildet werden können. Sichtkanal und Sicht
fenster werden durch Druckluft gespült. In einem derartigen Meßaufbau kön
nen auch die Temperaturen von Leitschaufeln, des heißen Gaskanals, der
Brennerwände oder des Gases gemessen werden. Hauptnachteil dieses Pyro
meters ist die inhärente Begrenzung der Meßgenauigkeit aufgrund des enorm
großen Meßabstands von bis zu mehreren Metern. Dadurch können nämlich
die Fläche und Position des zu erfassenden Wärmebildes nur ungenügend kon
trolliert werden.
Ein verwandtes Hochtemperatur-Pyrometer mit Sichtkanal und druckdichtem
Sichtfenster wird von der Firma Land Instruments International, Inc. unter
dem Namen TBTMS ("Turbine Blade Temperature Measurement System")
angeboten. Gemäß Fig. 1 endet der Sichtkanal 2 außerhalb des Turbinenge
häuses 10 mit einem Sichtfenster 3. Dort wird die Wärmestrahlung von einer
Optik 4 in eine Faser 5 eingekoppelt und von dieser aus der Schallschutzhaube
("Enclosure") 11 herausgeführt. In einem Detektor 6 wird das optische Signal in
ein elektrisches umgesetzt, das über eine Signalleitung 7 einer Meßelektronik 8
zugeführt wird. Die Einkoppeloptik 4 und die Verbindungsfaser 5 sind
Umgebungstemperaturen von höchstens 400°C ausgesetzt. Der erhöhten Ver
schmutzungsgefahr der Optik 4 in der Nähe zum Gasturbineninneren muß mit
einer starken Luftspülung 9 begegnet werden. Zu diesem Zweck kann der
Sichtkanal 2 im Turbineninneren ein Schutzrohr von bis zu 1,2 m Länge z. B.
aus Siliziumkarbid (SiC) aufweisen, das Temperaturen bis zu 1550°C stand hält
und Rußpartikel usw. fernhält.
Ein großer Nachteil des Land-Pyrometers 1 ist die Komplexität des an dem
Turbinengehäuse 10 zu montierenden optischen Sensorkopfes. Dieser umfaßt
nämlich einen Justierkopf für die Optik 4 zur Abbildung des Strahlungsobjek
tes, die Druck- und Temperaturabschottung inklusive des Sichtfensters 3, eine
aufwendige Luft- oder Wasserkühlung sowie das Schutz- oder Sichtrohr mit
dem Spülsystem. Das Gesamtgewicht eines derartigen Sensorkopfes kann
50 kg deutlich überschreiten. Auch schränkt der Sichtrohrdurchmesser von ca.
15 mm-60 mm die möglichen Einbauorte in Gasturbinen stark ein und kann
eine unerwünschte mechanische Schwächung von Turbinenteilen bedingen.
Wie später genauer ausgeführt wird, führt diese Einschränkung wegen der
Geradlinigkeit des Sichtkanals 2 zu sehr flachen, die Temperaturmessung ver
fälschenden Beobachtungswinkeln, unter denen die Laufschaufeln abbildbar
sind. Darüberhinaus ist die Meßdistanz mit über 1 m wiederum sehr groß. Der
Meßfleck erfaßt daher eine zu große Zone der Laufschaufeln und u. U. auch
Teile des Rotors, wodurch weitere Meßfehler auftreten. In Versuchen mit dem
Land-Pyrometer wurden Temperaturfehler von über 50°C nachgewiesen.
Es ist darüberhinaus Stand der Technik, ein Hochtemperatur-Pyrometer mit
einem massivoptischen Sensorkopf in Gestalt eines starren, hochtemperaturfes
ten, lichtleitenden Saphirstabs auszustatten. Fig. 2 zeigt eine Ausführung der
Luxtron Corporation, Accufiber Division. Ein schwarzer Hohlraumstrahler 13 an
der Spitze des Saphirstabs 14 dient als Meßsonde, die in den heißen Gasstrom
gehalten und dort aufgeheizt wird. Die Wärmestrahlung wird wiederum außer
halb der Heißgaszone, d. h. außerhalb des Turbinengehäuses, über einen op
tischen Koppler 15 in eine Niedertemperatur-Faser 16 eingekoppelt, aus der
Schallschutzhaube herausgeführt und einem Detektor 17 mit optischem Filter 18
und Photodiode 19 zugeführt. Zur Meßung von Laufschaufeltemperaturen
kann auch die Saphirspitze flach poliert sowie gebogen sein, um berührungslos
die Wärmestrahlung des gewünschten Beobachtungsobjektes aufzufangen.
Die Saphirstäbe haben typischerweise Längen von bis zu 0,4 m und Durchmes
ser von über 1 mm. Sie werden zur Spitze hin außerordentlich heiß. Meßwert
verfälschungen werden hauptsächlich durch Eigenstrahlung, Eigenabsorption,
Strahlungsverluste an die kühlere Umgebung und seitliche Einkopplung von
Wärmestrahlung entlang des freistehenden Saphirstabes verursacht. Bei der
geschlossenen Ausführungsform mit Kavität 13 kommen Meßfehler aufgrund
der Wärmeleitung im Saphirstab hinzu. In ungünstigen Fällen hat die gemes
sene Temperatur mit der Heißgas- oder Objekttemperatur nicht mehr viel ge
meinsam. Ferner ist bei beiden Ausführungsformen die Fließverformung der
Stäbe 14 oberhalb von 1300°C problematisch, durch welche die der Gasström
ung aussetzbare Saphirlänge auf unter 10 mm begrenzt ist. Zum Schutz werden
wassergekühlte Trägersonden und Saphirstützrohre verwendet. Diese Lösungen
sind jedoch unbefriedigend, da die Trägersonde den Gasstrom stört und das
Stützrohr starken Temperaturgradienten zwischen der Luv- und Leeseite im
Gasstrom und damit großen inneren Spannungen ausgesetzt ist.
Zur Berechnung der Temperatur aus der Wärmestrahlung werden bekannte
pyrometrische Signalauswertungsverfahren verwendet, wie sie z. B. in dem
Lehrbuch "Temperaturstrahlung" von W. Pepperhoff, Verlag von Dr. D. Stein
kopff, Darmstadt 1956, angegeben werden. Insbesondere kann das Spektrum
der Wärmestrahlung zur Temperaturbestimmung monochromatisch, bichroma
tisch oder breitbandig ausgewertet werden. Eine Zweifarbenpyrometrie ist vor
allem zur Eliminierung des Einflusses einer veränderlichen Emissivität des
Strahlungsobjektes nützlich.
Die genannten pyrometrischen Sensoren sind im Prinzip zur Bestimmung einer
mittleren Temperatur einer Laufschaufelreihe oder individueller Temperaturen
der einzelnen Laufschaufeln einsetzbar. Die mittlere Temperatur ist ein nütz
licher Parameter zum Schutz der Gasturbine, beispielsweise zur Begrenzung
der thermischen Belastung der Gasturbine durch eine automatische Lastabsen
kung. Die individuellen Temperaturen sind als Frühwarnung vor Überhitzung
der Laufschaufeln z. B. wegen verstopfter oder beschädigter Kühlkanäle geeig
net.
Jedoch müssen zur Erfüllung dieser Aufgaben extrem hohe Anforderungen an
die Genauigkeit und Langzeit-Zuverlässigkeit der Temperaturmessung gestellt
werden. Die heutzutage verfügbaren Pyrometer erreichen die gewünschte Meß
genauigkeit aus den genannten Gründen nicht. Zudem sind sie kompliziert auf
gebaut und voluminös, benötigen starke Kühlsysteme und sind insgesamt
schwierig in Gasturbinen integrierbar. Die Vorteile einer flexiblen optischen
Übertragung werden nur auf der Niedertemperaturseite ausgeschöpft. Auf der
Hochtemperaturseite hingegen schränkt die Geometrie des Sichtkanals bzw.
Saphirstabs die Flexibilität und Adaptierbarkeit der Pyrometer an die an
spruchsvolle Gasturbinenumgebung ein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, erstens ein Hochtemperatur-Pyro
meter anzugeben, welches sich durch eine verbesserte Hochtemperaturtauglich
keit, geometrische Flexibilität und Meßgenauigkeit auszeichnet und besonders
für Temperaturmessungen in einer Gasturbine geeignet ist, zweitens eine ver
besserte Gasturbine mit einem derartigen Pyrometer anzugeben und drittens
ein Verfahren zur Überwachung einer Gasturbine mit Hilfe eines derartigen Py
rometers anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
der Ansprüche 1, 9 und 13 gelöst.
Kern der Erfindung ist eine lichtleitende Meßsonde, die einen mikrooptischen
Sensorkopf zur Erfassung von Wärmestrahlung und eine optische Faser zur
Übertragung der Wärmestrahlung zu einem Detektor umfaßt, wobei der Sen
sorkopf und die Faser hochtemperaturtauglich sind und eine hochtemperaturfe
ste, biegsame Ummantelung aufweisen.
Ein erstes Ausführungsbeispiel zeigt eine Meßsonde, die eine Mikrolinse und
eine Faser aus Quarzglas oder Saphirkristall umfaßt, wobei die Mikrolinse und
Faser mit einer Hochtemperaturbeschichtung aus Gold versehen und/oder in
einer dünnen, biegbaren Schutzkapillare aus Inconel untergebracht sind.
Ein zweites und drittes Ausführungsbeispiel stellt einen bevorzugten Einbau
der lichtleitenden Meßsonde in einer Niederdruck- und in einer Hochdruck-
Leitschaufel dar.
Ein viertes Ausführungsbeispiel zeigt einen Einbau der Meßsonde in einer Leit
schaufel, bei dem in der Schaufelwand zur Aufnahme einer Saphir- oder Quarz
faser eine Bohrung mit einem Sackloch vorgesehen ist und das Sackloch als Mi
krokavität bzw. schwarzer Hohlraumstrahler wirkt.
Zusätzliche Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Pyrometers liegt darin, daß es aufgrund
seiner Hochtemperaturtauglichkeit und geometrischen Flexibilität besonders für
einen Einbau an heißen, schwer zugänglichen Orten in einer Gasturbine geeig
net ist.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß das Pyrometer in der Gasturbine in
geringem Abstand vom Meßobjekt und unter günstigem Blickwinkel montier
bar ist, wodurch die Meßgenauigkeit wesentlich verbessert wird.
Speziell vorteilhaft ist es, daß mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Pyrometers
die Laufschaufeltemperaturen kontrollierbar sind und dadurch die Gasturbine
hinsichtlich der Temperaturverteilung über den Umfang am Turbineneintritt,
der Betriebssicherheit, des Wirkungsgrades, der Wartungsintervalle und insge
samt der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit verbessert werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Hochtemperatur-Pyrometer mit Sichtkanal der Firma Land In
struments International, Inc. (Stand der Technik);
Fig. 2 ein Hochtemperatur-Pyrometer mit Saphirstab der Firma Luxtron
Corporation, Accufiber Division (Stand der Technik);
Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Hochtemperatur-Pyrometer mit einer hoch
temperaturfesten, flexiblen Meßsonde mit mikrooptischem Sensor
kopf;
Fig. 4 einen Einbau eines Pyrometers gemäß Fig. 3 in einer Niederdruck-
Laufschaufel;
Fig. 5 einen Einbau eines Pyrometers gemäß Fig. 3 in einer Hochdruck-
Laufschaufel;
Fig. 6 einen Einbau eines Pyrometers gemäß Fig. 3 mit einer Mikrokavität
in einer Leitschaufel.
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochtem
peratur-Pyrometers 20. Die pyrometrische bzw. lichtleitende Meßsonde 21
umfaßt eine hochtemperaturtaugliche optische Faser 24 mit einem hochtempe
raturtauglichen mikrooptischen Sensorkopf 22, welche eine hochtemperaturfes
te, biegsame Ummantelung 25, 26, 27, 28 aufweisen. Der mikrooptische Sensor
kopf 22 und die Faser 24 stehen miteinander in unmittelbarer optischer Verbin
dung, d. h. es ist keine Einkoppeloptik notwendig, um Licht vom Sensorkopf 22
in die Faser 24 zu übertragen. Wärmestrahlung eines Meßobjektes wird vom
Sensorkopf 22 erfaßt, in die Faser 24 gekoppelt, zu einem Detektor 32 übertra
gen und in mindestens ein elektrisches Signal umgewandelt. Aus diesem wird in
einer Meßelektronik 33 mit Hilfe bekannter pyrometrischer Signalauswer
tungsverfahren ein die Temperatur des Meßobjektes charakterisierendes Tem
peratursignal berechnet.
Der mikrooptische Sensorkopf 22 besteht im einfachsten Fall aus einem Ende
der Faser 24, das z. B. flach poliert sein kann. Zur Vergrößerung der Empfangs
fläche ist es vorteilhaft, wenn der Sensorkopf 22 ein Konus ("taper") 22 ist. Be
sonders günstig ist es, wenn der Konus 22 wie dargestellt eine Mikrolinse 22
mit einer konvexen, z. B. sphärischen Vorderfläche ist. Der Konus 22 hat z. B.
einen maximalen Durchmesser D = 1 mm-2 mm und eine Länge L = 3-6 mm.
Für eine effiziente Lichteinkopplung in die Faser 24 sollte sich der Konus 22 bis
auf den Faserdurchmesser verjüngen. Es ist auch denkbar, den Sensorkopf 22
mit einem kurzen stabförmigen Lichtleiter zur Faser 24 hin zu verlängern, so
fern dadurch die Flexibilität und Einbaubarkeit der Meßsonde 21 insgesamt
nicht beeinträchtigt wird.
Durch die Mikrolinse 22 wird die numerische Apertur bzw. der optische Öff
nungswinkel der Meßsonde 21 eingeschränkt und aufgrund dieser Einengung
des Blickfeldes weniger Störstrahlung empfangen. Zudem kann durch die
Brechkraft der Mikrolinse 22 die gesamte auf die Empfangsfläche auftreffende
Wärmestrahlung eines Meßobjektes effizient in die Faser 24 eingekoppelt wer
den. Insbesondere können für eine gewünschte Größe des Meßflecks und einen
vorgegebenen Objektabstandsbereich die Brennweite der Mikrolinse 22 und die
Konuslänge L beispielsweise mit einem "ray-tracing" Programm optimiert wer
den. Schließlich ist es wichtig, daß der Sensorkopf 22 und die Faser 24 ein
stückig ausgebildet sind oder miteinander in einer hochtemperaturfesten opti
schen Verbindung stehen.
Die Faser 24 und der Sensorkopf 22 müssen aus einem für den gewünschten
Spektralbereich transparenten und hitzebeständigen Material bestehen. Eine
geeignete Wahl ist Silikatglas bzw. Quarzglas mit einer Einsatztemperatur bis
zu 1100°C und einem typischen Transmissionsbereich von 0,3 µm-2 µm. Ins
besondere ist eine standardmäßige "all-silica" Glasfaser mit Kern und Hülle
("cladding") aus Quarzglas als Hochtemperaturfaser 24 geeignet. Bevorzugt
wird die Glasfaser 24 multimodig mit einem Stufenindexprofil und einem Kern
durchmesser kleiner als 400 µm gewählt. Eine einstückige Ausführung von Ko
nus 22 und Faser 24 kann auf bekannte Weise beispielsweise aus einem Faser
ende durch Erhitzen und Stauchen oder Erhitzen und Tropfenbildung oder bei
der Herstellung der Faser 24 durch Verwendung des Konus 22 als Keim oder
durch Variation der Schmelzgeschwindigkeit ("feed rate") und Ziehgeschwindig
keit ("pull rate") hergestellt werden. Die konvexe Vorderfläche kann, falls erfor
derlich, durch Politur des Konus 22, durch Laserschmelzen und Wiedererstar
ren der Vorderfläche unter Wirkung der Oberflächenspannung o. ä. realisiert
sein. Alternativ dazu kann der Konus 22 bzw. die Mikrolinse 22 aus Quarzglas
vorgefertigt, insbesondere poliert, und über einen Spleiß 23, d. h. durch Ver
schmelzen im Lichtbogen, mit der Faser 24 verbunden werden. Als alternative
hochtemperaturfeste optische Verbindungstechnik kann auch ein Laserschmelz
verfahren, Glaslot o. ä. verwendet werden.
Eine weitere vorteilhafte Materialwahl für den Sensorkopf 22 und die Faser 24
ist Saphirkristall mit einer Einsatztemperatur bis zu ca. 1900°C und einem
typischen Transmissionsbereich von 0,2 µm-5 µm. Saphir zeichnet sich zudem
aufgrund seiner chemischen Trägheit durch eine hervorragende Langzeitbestän
digkeit auch bei hohen Temperaturen und in korrosiver Umgebung aus. Heutzu
tage sind biegsame, monokristalline Saphirfasern mit einem Durchmesser von
z. B. 300 µm und einer Länge bis zu einigen Metern erhältlich. Die Hochtempe
raturfaser 24 kann vollständig oder zum Teil eine solche Saphirfaser sein. Eine
einstückige Ausführung von Konus 22 oder Mikrolinse 22 und Faser 24 aus Sa
phir erfolgt prinzipiell mit den von Quarz bekannten Methoden. Ebenso können
der Konus 22 oder die Mikrolinse 22 direkt aus Saphirkristall gezüchtet und
durch Politur, Laserschmelzen usw. bearbeitet sein und z. B. über Glaslot mit
einer Saphirfaser 24 in einer hochtemperaturfesten optischen Verbindung ste
hen. Mit Glaslot können auch Saphir mit Quarz, insbesondere ein Saphir-Sen
sorkopf 22 mit einer Quarzfaser 24, optisch verbunden werden.
In der Praxis soll eine derart aufgebaute Meßsonde 21 vor Korrosion, Feuchtig
keit, mechanischer Beschädigung usw. geschützt werden. Insbesondere ist eine
Quarzfaser 24 und/oder ein Quarz-Sensorkopf 22 bei hohen Temperaturen und
chemisch aggressiver Umgebung einer starken Korrosion ausgesetzt und bedarf
einer chemisch inerten, gut haftenden Hochtemperaturbeschichtung 25, 26, die
aus einem Metall bestehen kann. Besonders vorteilhaft sind Gold bis zu 750°C
und Aluminium bis zu 550°C. Oberhalb dieser Temperaturen wird die Eindif
fusion zu stark. Es ist bekannt, Quarzfasern 24 mit einer solchen Beschichtung
bzw. einem Mantel 26 zu versehen. Der Sensorkopf 22 wird erfindungsgemäß
mit Lot 25 ummantelt, wobei zur besseren Haftung des Lots 25 eine Grundie
rung aus Gold oder Aluminium aufgesputtert wird.
Die mechanische Schutzwirkung der Hochtemperaturbeschichtung 25, 26 ist
eher gering. Erfindungsgemäß wird ein weit verbesserter mechanischer Schutz
durch eine Schutzkapillare 27, 28 erzielt, die vorzugsweise aus einem Metall,
insbesondere aus einer hitze- und korrosionsbeständigen Legierung wie z. B.
Inconel, besteht. Die Schutzkapillare 27, 28 hat die Form eines dünnen Röhr
chens, das zum Sensorkopf 22 hin eine stufenweise Verjüngung zur besseren
Biegbarkeit aufweisen kann. Der Sensorkopf 22 selber kann ebenfalls von der
Schutzkapillare 27, 28, insbesondere von einem Kopfteil 27, umgeben sein. Die
Befestigung des Kopfteils 27 am Sensorkopf 22 erfolgt über das Lot 25, mit ei
nem keramischen Hochtemperaturkleber, durch Bördeln o. ä.
Im Fall einer Saphirfaser 24 und/oder eines Saphir-Sensorkopfes 22 besteht
die Aufgabe, einen mechanischen Schutz zu realisieren, ohne die Lichtleitung zu
kompromittieren. Auch hier ist gleichermaßen eine Hochtemperaturbeschich
tung 25, 26 möglich, insbesondere da Gold und Aluminium eine hohe Reflektivi
tät im infraroten Spektralbereich besitzen. Zudem sind in Zukunft auch Saphir
fasern mit Cladding zu erwarten. Anstelle oder ergänzend zur Hochtemperatur
beschichtung 25, 26 ist wiederum eine Schutzkapillare 27, 28 vorgesehen.
Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Ummantelung 25, 26, 27, 28, ins
besondere die Hochtemperaturbeschichtung 25, 26 und/oder die Schutzkapillare
27, 28, die Einsetzbarkeit der Meßsonde 21 in schwierigen Meßumgebungen
deutlich verbessert. Es ist dabei wesentlich, daß die Hochtemperaturbeschich
tung 25, 26 und die Schutzkapillare 27, 28 mechanisch flexibel sind, um die
Vorteile der Biegsamkeit der Meßsonde 21 zu wahren. Darüberhinaus ist für
lange Fasern 24 zum Ausgleich der unterschiedlichen thermischen Ausdeh
nungskoeffizienten von Faser 24 und Kapillare 28 eine Kompensationsschlaufe
29 vorgesehen. Die Distanz zum Detektor 32 kann von einer gewöhnlichen
Verlängerungsfaser 31 überbrückt und mit optischen Steckern 30 versehen sein.
Das erfindungsgemäße Hochtemperatur-Pyrometer hat gegenüber dem be
kannten Stand der Technik bedeutende Vorzüge. Durch die lichtleitende Meß
sonde 21 wird ein starrer, geradliniger Sichtkanal 2 oder Saphirstab 14 gemäß
Fig. 1 oder Fig. 2 überflüssig. Ebenso entfallen an der Schnittstelle zwischen
dem Hoch- und Niedertemperaturbereich der Gasturbine die Einkoppeloptik 4,
15 für die Niedertemperaturfaser 5, 16 sowie das druckdichte Sichtfenster 3
mitsamt der aufwendigen Kühlung und Luftspülung 9 und den schweren Mon
tageflanschen. Statt dessen zeichnet sich die lichtleitende Meßsonde 21 durch
Kompaktheit, Hochtemperaturfestigkeit der Bestandteile und des Aufbaus so
wie eine einfache Schützbarkeit gegen mechanische und korrosive Einwirkun
gen unter Beibehaltung der faseroptischen Flexibilität aus. Die Meßsonde 21
ist auch in engen Radien bis zu einigen cm biegbar und daher an vielen, auch
schwer zugänglichen Orten in Maschinen einbaubar. Mit dem mikrooptischen
Sensorkopf 22 sind auch außerordentlich heiße Meßobjekte aus großer Nähe
und mit hoher Ortsauflösung beobachtbar. Die Vielseitigkeit der erfindungsge
mäßen Meßsonde 21 ist auch daraus ersichtlich, daß der Detektor 32 und die
Meßelektronik 33 auch eine spektrometrische Auswertung der Wärmestrah
lung liefern können. Verfälschungen des Spektrums durch eine ungleichmäßige
spektrale Transmission des Pyrometers 20 können ausgemessen und korrigiert
werden. Das Spektrum kann z. B. Auskunft über die Oberflächenbeschaffenheit
des Meßobjekts geben.
Das optische Hochtemperatur-Pyrometer 20 ist besonders zur Bestimmung von
Strahlungstemperaturen in einer Gasturbine geeignet. Für eine solche Weiter
bildung bzw. Verwendung ist die Meßsonde 21 im Innenraum der Gasturbine
zur Erfassung der Wärmestrahlung thermisch hochbelasteter Bauteile angeord
net, eine Faser 24, 31 zur Übertragung der Wärmestrahlung zu einem Detektor
32 vorzugsweise außerhalb der Gasturbine vorgesehen und der Detektor 32 mit
der Meßelektronik 33 verbunden.
Eine besonders nützliche Weiterbildung bzw. Verwendung des Pyrometers 20
betrifft eine störunempfindliche, präzise Temperaturmessung an rotierenden
oder stationären Turbinenschaufeln. Für diesen Zweck sitzt die Meßsonde 21 in
einer Bohrung 41 in einer Leitschaufel 34, 48 vorzugsweise der ersten oder
zweiten Reihe. Die Faser 24, 31, insbesondere innerhalb der Heißgaszone die
Hochtemperaturfaser 24, liegt mindestens teilweise in einem Kühlkanal der
Gasturbine. Zudem ist ein Führungsrohr 43 zur Aufnahme der Faser 24, 31
und/oder der Meßsonde 21 vorgesehen. Im Detail sind drei bevorzugte Ausfüh
rungsformen eines derartigen Pyrometers 20 in den Fig. 4-6 dargestellt.
Fig. 4 zeigt eine Leitschaufel 34 und eine Laufschaufel 35 vorzugsweise der er
sten oder zweiten Reihe einer Niederdruckgasturbine in einer Seitenansicht und
im Profil entlang des Schnittes A-A. Die Leitschaufel 34 ist zwischen Schaufel
fuß 36 und Schaufelplattform 37 fixiert und lenkt die Heißgasströmung 46 auf
die Laufschaufel 35, die auf dem Rotor 44 befestigt ist. In der Leitschaufel 34
erstrecken sich zwischen Schaufelfuß 36 und Hinterkante 38 Schaufel-Kühl
kanäle 39, die aus den nicht dargestellten Kühlkanälen der Gasturbine mit
Kühlluft 40 versorgt werden. In der Leitschaufel 34 ist eine Bohrung 41 einge
lassen, insbesondere eingegossen oder einerodiert, die eine Öffnung 42 an einer
Hinterkante 38 der Leitschaufel 34 aufweist. Der Sensorkopf 22 ist in der Öff
nung 42 mit Blickrichtung auf eine Laufschaufel 35, insbesondere auf eine Vor
derkante 45 einer Laufschaufel 35, angeordnet.
Vorzugsweise verläuft die Bohrung 41 entlang der Schaufel-Kühlkanäle 39
und weist ein Führungsrohr 43 zur Aufnahme der Meßsonde 21 auf. Das Füh
rungsrohr 43 besitzt am Ende einen Anschlag, der eine korrekte Positionierung
des Sensorkopfes 22 in der Leitschaufel 34 gewährleistet, und ist von Kühlluft
40 durchströmt. Für eine noch effizientere Kühlung der Meßsonde 21 und zu
gleich Spülung des Sensorkopfes 22 können zudem in dem Führungsrohr 43
Löcher für die Kühlluft 40 vorgesehen sein. Mit dem Führungsrohr 43 bzw. sei
ner nicht dargestellten Fortsetzung zur Aufnahme der Faser 24, 31 und mit
druckdichten Durchführungen lassen sich verschiedene Gasturbinenwandungen
bzw. Gasturbinenplenen unterschiedlichen Druckniveaus einfach durchdringen.
Am Ende des Führungsrohres 43 ist eine Dichtung zwischen dem Führungsrohr
43 und der Schutzkapillare 28 vorgesehen. Die Meßsonde 21 ist aufgrund ihrer
Flexibilität und Stabilität bis zu ca. 6 m auch in gebogene Führungsrohre 43
problemlos hineinschiebbar.
In einem derartigen Pyrometeraufbau kommen die obengenannten Vorteile ge
genüber dem Stand der Technik voll zur Geltung. Der Durchmesser der Meß
sonde 21 beträgt selbst mit Schutzkapillare 27, 28 unter 2 mm und mit Füh
rungsrohr 43 2.5 mm im Gegensatz zu bis zu 60 mm eines gestrichelt angedeu
teten Sichtkanals 46 für ein herkömmliches Pyrometer 1. Dadurch erst ist der
Einbau des erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Pyrometers 20 in eine Leit
schaufel 34 ohne schädigende mechanische Schwächung möglich und eine Ver
legung der Meßsonde 21 im Kühlsystem der Gasturbine bis zur Hochtempera
turzone realisierbar. Die Kühlung erfolgt somit ohne Zusatzaufwand und erhöht
die Lebensdauer des Pyrometers 20 wesentlich. Darüberhinaus ist das Pyrome
ter 20 auch während des Betriebes der Gasturbine einfach auswechselbar.
Auch die Vorteile hinsichtlich der Meßgenauigkeit sind bedeutend. Durch den
Einbau der Meßsonde 21 in einer gekühlten Leitschaufel 34 von ca. 600°C bei
einer zu messenden Oberflächentemperatur der Laufschaufel 35 von ca. 700°C-
1000°C sind die Probleme aufgrund von Eigenstrahlung und Eigenabsorption
des Sensorkopfes 22 und der Hochtemperaturbeschichtung 25, 26 aus Gold o. ä.
weitgehend zurückgedrängt. Die kleine Fläche der Mikrolinse 22 und ihre Posi
tionierung zwischen den Schaufel-Kühlkanälen 39 gewährleisten eine sehr ef
fiziente Spülung und Sauberhaltung durch die Kühlluft 40. Der Abstand zum
Meßobjekt und der Meßfleck sind sehr klein oder sogar minimal. Dadurch sind
Störungen aufgrund diffus reflektierter Fremdstrahlung von Nachbarschaufeln,
Schaufelfüßen 36, dem Rotor 44, der Gehäuseumgebung des Heißgaskanals
usw. reduziert. Schließlich wird eine hohe Ortsauflösung der Temperaturmes
sung an der rotierenden Laufschaufel 35 durch den kleinen Meßfleck in Kom
bination mit einer schnellen Meßelektronik 33 erzielt. Die erforderliche Band
breite von 100 kHz-1 MHz kann mit InGaAs-Photodioden und schnellen DSP-
Prozessoren erreicht werden. In einer solchen Konfiguration können indivi
duelle Temperaturprofile aller Laufschaufeln 35 der ersten Reihe aufgenom
men, heiße Laufschaufeln 35 identifiziert und Temperaturmaxima innerhalb
einzelner Laufschaufeln 35 detektiert werden.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, daß die Blickrichtung von der Leitschaufelhinter
kante 38 auf die Laufschaufelvorderkante 45 weitgehend normal zur betrachte
ten wärmeabstrahlenden Fläche steht. Für reale, nicht diffus streuende Ober
flächen kann nämlich die Winkelverteilung der emittierten Strahlung stark vom
Lambertschen Cosinusgesetz abweichen und insbesondere in einem kritischen
Winkelbereich oberhalb von 30° stark abfallen. Dieses Verhalten ist z. B. aus
dem Lehrbuch R. Siegel und John R. Howell, "Thermal Radiation Heat Trans
fer", Hemisphere Publishing Corporation, Washington, ersichtlich (s. z. B. S.
178). Der kritische Winkelbereich tritt in der Praxis oftmals zwischen 60° und
80° auf und verfälscht wegen der Variabilität bzw. Unbestimmtheit der Emissi
vität die Temperaturmessung. Mit dem erfindungsgemäßen Pyrometer 20 kann
jedoch die Meßung ausgeführt werden, solange die Blickrichtung innerhalb ei
nes Kegels mit ca. 30° Öffnungswinkel von der Flächennormalen der betrachte
ten Zone der Laufschaufel 35 liegt. Im Gegensatz dazu beträgt der Blickwinkel
mit einem herkömmlichen Sichtkanal 47 60° und mehr, woraus erhebliche
Meßfehler resultieren können.
Fig. 5 zeigt eine Leitschaufel 48 und eine Laufschaufel 49 vorzugsweise der er
sten oder zweiten Reihe einer Hochdruckgasturbine in einer Seitenansicht und
eine Laufschaufel 49 im Profil entlang des Schnittes B-B. Wegen der Kühl
strukturen der Leitschaufel 48 ist es unmöglich, einen Sichtkanal für ein her
kömmliches Pyrometer 1 einzubauen. Jedoch kann ein erfindungsgemäßes
Hochtemperatur-Pyrometer 20 im Schaufelfuß 37 integriert sein. Wiederum
ist in einer Leitschaufel 48 eine Bohrung 41 vorgesehen, die nun eine Öffnung
42 an einer Hinterwand 50 des Schaufelfußes 36 der Leitschaufel 48 aufweist.
Der Sensorkopf 22 ist in der Öffnung 42 mit Blickrichtung auf die Laufschaufel
49 angeordnet. Die bei Fig. 4 gemachten Ausführungen hinsichtlich der Boh
rung 41, dem Führungsrohr 43, der Meßsonde 21, der Schutzkapillare 27, 28
usw. und die Vorteile treffen hier gleichermaßen oder entsprechend zu. Der
Neigungswinkel der Bohrung 41 relativ zur Heißgasströmungsrichtung 46 ist
mit ca. 30° immer noch klein, so daß die Blickrichtung 51 der Meßsonde 21
kleine Winkel mit den Flächennormalen auf der Laufschaufel 49 bildet. Wie im
Profil dargestellt wird bei der Rotordrehung ein Großteil der Laufschaufel 49,
insbesondere die Vorderkante 45 und die Druckseite 52 im Bereich der Hinter
kante, von der Meßsonde 21 überstrichen. Dadurch kann die Hochdrucklauf
schaufel 49 sehr genau in Bezug auf heiße Zonen überwacht werden.
Fig. 6 offenbart eine Ausführungsform eines Hochtemperatur-Pyrometers 20
für die Meßung der Oberflächentemperatur einer Leitschaufel 34, 48. Die Boh
rung 41 befindet sich in einer Wand der Leitschaufel 34, 48 möglichst nahe an
der Oberfläche, wo sie eingelassen, insbesondere einerodiert, ist, und weist ein
Sackloch 53 mit einer Abstandshalterung für den Sensorkopf 22 auf. Der Sen
sorkopf 22 bildet mit dem Sackloch 53 der Bohrung 41 eine Mikrokavität 54, die
als schwarzer Hohlraumstrahler wirkt. Die Meßsonde 21 und der Sensorkopf
22 sind wiederum wie bei Fig. 3 beschrieben ausgebildet. Bevorzugt besteht die
Meßsonde 21 aus einer dünnen monokristallinen Saphirfaser 24 mit einer sehr
dünnen Schutzkapillare 28. Dann genügt eine Bohrung 41 mit einem Durch
messer von ca. 0.8 mm, die eine Länge von beispielsweise 100 mm haben kann.
Ein Führungsrohr 43 ist erst außerhalb der Bohrung 41 vorgesehen. Prinzipiell
ist ein abgewinkelter oder bogenförmiger Verlauf der Bohrung 41 denkbar. Die
Abstandshalterung kann z. B. ein stufenförmiger Absatz, eine Verjüngung der
Bohrung 41, eine Hülse o. a. sein. Sie sorgt für die Einhaltung einer fixen Dis
tanz von ca. 4-6 mm zwischen dem Sensorkopf 22 und dem Ende der Bohrung
41. Die Dimensionen und der Aufbau der Mikrokavität 54 dürfen von den ge
machten Angaben durchaus abweichen. Wichtig für eine genaue Temperatur
messung ist lediglich, daß die Wände der Mikrokavität 54 die zu messende
Temperatur, d. h. in diesem Fall mindestens näherungsweise die Oberflächen
temperatur einer Leitschaufel 34, 48, aufweisen und daß die Größe und damit
Emissivität der Mikrokavität 54 konstant gehalten werden.
Durch diesen Pyrometeraufbau wird ein fast idealer schwarzer Hohlraumstrah
ler für eine oberflächennahe Temperatur der Leitschaufel 34, 48 realisiert. Ein
solcherart ausgestaltetes Pyrometer 20 zeichnet sich durch die früher genann
ten Vorteile aus. Darüberhinaus ist es den heutzutage eingesetzten Hochtempe
ratur-Thermoelementen in Bezug auf Lebensdauer, Signalstärke und Meßge
nauigkeit überlegen. Beispielsweise sind Alterungseffekte selbst bei hohen
Wandtemperaturen von ca. 950°C gering, die Signalstärke bzw. Lichtenergie
der Wärmestrahlung nimmt mit der Temperatur stark zu und Meßfehler durch
Wärmeleitung im Sensor und aufgrund sehr großer Temperaturgradienten in
der Schaufelwand von bis zu 300°C/mm entfallen wegen der berührungsfreien
Meßmethode.
Das erfindungsgemäße Pyrometer 20 ist auch zur Meßung von Temperaturen
anderer Bauteile einer Gasturbine, wie z. B. des Rotors 44 oder der Gehäuse
umgebung, oder von Gastemperaturen sowie zur Meßung von Temperaturen in
einem Gasturbinen-Triebwerk geeignet. Für diese Anwendungen sind die hier
offenbarten Ausführungsformen und Einbauvarianten entsprechend anzupas
sen. Zur gleichzeitigen Temperaturmessung an verschiedenen Orten in einer
Gasturbine können auch mehrere Pyrometer 20 installiert sein und ihre Wär
mestrahlungssignale von einer gemeinsamen Meßelektronik 33 ausgewertet
werden. Auch ist jeweils neben oder anstelle der pyrometrischen Temperatur
bestimmung eine spektrometrische Erfassung der Oberflächenbeschaffenheit
möglich.
Desweiteren ist Gegenstand der Erfindung eine Gasturbine, die insbesondere
zur Erzeugung elektrischer Energie geeignet ist, und die ein erfindungsgemä
ßes Hochtemperatur-Pyrometer 20 aufweist, dessen Meßsonde 21 zur Erfas
sung der Wärmestrahlung thermisch hochbelasteter Bauteile im Innenraum der
Gasturbine angeordnet ist, dessen Faser 24, 31 zur Übertragung der Wärme
strahlung zu einem Detektor 32 vorgesehen ist, und dessen Detektor 32 mit ei
ner Meßelektronik 33 verbunden. Vorzugsweise ist der Detektor 32 außerhalb
der Gasturbine angeordnet.
Eine vorteilhafte Ausführungsform betrifft eine Gasturbine mit einer Leitschau
fel 34, 48, die eine Bohrung 41 zur Aufnahme der Meßsonde 21 aufweist, mit
einem Kühlkanal, der zur mindestens teilweisen Aufnahme der Faser 24, 31
dient, und mit einem Führungsrohr 43 zur Aufnahme der Faser 24, 31 und/oder
der Meßsonde 21. Insbesondere weist die Bohrung 41 eine Öffnung 42 an einer
Hinterkante 38 der Leitschaufel 34 oder an einer Hinterwand 50 eines Schaufel
fußes (36) der Leitschaufel (48) auf und ist der Sensorkopf 22 in der Öffnung 42
mit Blickrichtung auf eine Laufschaufel 35, 49 angeordnet. Alternativ dazu
kann sich die Bohrung 41 in einer Wand der Leitschaufel 34, 48 möglichst nahe
an der Oberfläche befinden und ein Sackloch 53 aufweisen, in dem eine Ab
standshalterung für den Sensorkopf 22 so angeordnet ist, daß der Sensorkopf
22 mit dem Sackloch 53 eine Mikrokavität 54 bildet.
Die Erfindung hat ferner Verfahren zur Überwachung einer Gasturbine mit Hil
fe eines erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Pyrometers (20) zum Gegen
stand. Voraussetzung ist, daß wie zuvor die Meßsonde 21 im Innenraum der
Gasturbine zur Erfassung der Wärmestrahlung thermisch hochbelasteter Bau
teile angeordnet ist, eine Faser 24, 31 zur Übertragung der Wärmestrahlung zu
einem Detektor 32 vorzugsweise außerhalb der Gasturbine vorgesehen ist und
der Detektor 32 mit einer Meßelektronik 33 verbunden ist. Dann wird in der
Meßelektronik 33 ein charakteristisches Temperatursignal mindestens eines
thermisch hochbelasteten Bauteils berechnet und das Temperatursignal als
Schutzsignal zur Überwachung der Gasturbine verwendet. Die Überwachung
umfaßt die Kontrolle thermischer Überbeanspruchungen des Bauteils, bei Be
darf eine Lastabsenkung durch Drosselung der Brennstoffzufuhr, oder eine Auf
zeichnung der Temperaturbelastungsgeschichte des Bauteils zur Abschätzung
seiner mutmaßlichen Lebensdauer.
Besonders wichtig ist die Überwachung der Temperaturen der Laufschaufeln
35, 49 und Leitschaufeln 34, 48 insbesondere der ersten und zweiten Reihe. Die
Schaufeln 34, 35, 48, 49 sind thermisch so stark belastet, daß ihre Lebensdauer
bereits durch relativ moderate Übertemperaturen von einigen 10°C deutlich
abnehmen kann. Wegen der großen Temperaturdifferenz von einigen 100°C
zwischen dem Heißgas und den gekühlten Schaufeln 34, 35, 48, 49 ist jedoch
die Gefahr solcher Übertemperaturen erheblich. Zudem können einzelne Schau
feln 34, 35, 48, 49 wegen Defekten überhitzt werden. Zum Schutz davor ist das
erfindungsgemäße Pyrometer 20 aufgrund seiner verbesserten Meßgenauig
keit sehr gut geeignet. Insbesondere wird das Pyrometer 20 zunächst durch eine
Vergleichsmessung mit einem perfekten schwarzen Strahler kalibriert. Dann
sind absolute Temperaturmessungen bei 1000°C mit einer Meßgenauigkeit von
besser als ± 10°C erreichbar. Somit sind Übertemperaturen von Schaufeln 34,
35, 48, 49 erstmals mit hinreichender Genauigkeit bzw. Zuverlässigkeit meß
bar. Vorzugsweise werden als charakteristisches Temperatursignal ein mittle
res Temperatursignal und/oder Einzeltemperatursignale von Laufschaufeln 35,
49 oder Leitschaufeln 34, 48, insbesondere einer Reihe von Laufschaufeln 35, 49
oder Leitschaufeln 34, 48, verwendet. Darüberhinaus ist das Pyrometer 20 auch
ein wertvolles Hilfsmittel, um die Schaufeltemperaturen im Betrieb kontrolliert
näher an die Belastungsgrenze zu bringen und dadurch den Wirkungsgrad der
Gasturbine zu erhöhen.
Insgesamt offenbart die Erfindung ein kompaktes, hochtemperaturfestes und
flexibles Hochtemperatur-Pyrometer 20 für den Einbau in heiße und schwer
zugängliche Umgebungen, welches wegen seiner großen Meßgenauigkeit be
sonders zum Schutz und zur Leistungssteigerung von Turbinen nützlich ist.
1
Land-Pyrometer (Stand der Technik)
2
Sichtkanal
3
Sichtfenster
4
Einkoppeloptik
5
optische Niedertemperaturfaser
6
Detektor
7
elektrische Signalleitung
8
Meßelektronik
9
Luftspülung
10
Turbinengehäuse
11
Schallschutzhaube ("Enclosure")
12
Accufiber-Pyrometer (Stand der Technik)
13
schwarzer Hohlraumstrahler (Kavität)
14
Saphirstab (Al2
O3
-Einkristall)
15
optischer Koppler
16
optische Niedertemperaturfaser
17
Detektor
18
Photodiode
19
optisches Filter
20
Hochtemperatur-Pyrometer
21
lichtleitende Meßsonde
22
mikrooptischer Sensorkopf, Konus, Mikrolinse
23
Spleiß
24
optische Hochtemperaturfaser
25
,
26
Hochtemperaturbeschichtung
25
Goldlot
26
Goldmantel
27
,
28
Schutzkapillare
27
Kopfteil der Schutzkapillare
28
Schutzkapillare
29
Kompensationsschlaufe
30
optischer Stecker
31
Verlängerungsfaser
32
Detektor
33
Meßelektronik
34
Niederdruckleitschaufel
35
Niederdrucklaufschaufel
36
Schaufelfuß
37
Schaufelplattform
38
Hinterkante der Leitschaufel
39
Schaufel-Kühlkanäle
40
Kühlluft
41
Bohrung
42
Öffnung
43
Führungsrohr
44
Rotor
45
Vorderkante der Laufschaufel
46
Heißgasströmung
47
Sichtkanal für Land-Pyrometer
48
Hochdruckleitschaufel
49
Hochdrucklaufschaufel
50
Hinterwand des Schaufelfußes
51
Blickrichtung des Hochtemperatur-Pyrometers
52
Druckseite im Bereich der Hinterkante
53
Sackloch
54
Mikrokavität
D größter Konusdurchmesser
L Konuslänge
D größter Konusdurchmesser
L Konuslänge
Claims (14)
1. Hochtemperatur-Pyrometer (20), insbesondere geeignet zur Temperatur
messung in einer Gasturbine, welches eine lichtleitende Meßsonde (21)
zur Erfassung und Übertragung von Wärmestrahlung zu einem Detektor
(33) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) die Meßsonde (21) eine optische Faser (24) mit einem mikrooptischen Sensorkopf (22) umfaßt,
- b) die Faser (24) und der Sensorkopf (22) hochtemperaturfest sind und
- c) die Faser (24) und der Sensorkopf (22) eine hochtemperaturfeste, bieg same Ummantelung (25, 26, 27, 28) aufweisen.
2. Hochtemperatur-Pyrometer (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß
- a) der Sensorkopf (22) ein Konus (22) oder eine Mikrolinse (22) ist und
- b) der Sensorkopf (22) und die Faser (24) einstückig ausgebildet sind oder miteinander in einer hochtemperaturfesten optischen Verbindung ste hen.
3. Hochtemperatur-Pyrometer (20) nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch
gekennzeichnet, daß
- a) die Faser (24) eine Hochtemperaturbeschichtung (25, 26) und/oder eine Schutzkapillare (27, 28) aufweist und
- b) der Sensorkopf (22) eine Hochtemperaturbeschichtung (25, 26) und/oder eine Schutzkapillare (27, 28) aufweist.
4. Hochtemperatur-Pyrometer (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß
- a) die Faser (24) und der Sensorkopf (22) aus Quarzglas oder Saphirkris tall bestehen,
- b) die Hochtemperaturbeschichtung (25, 26) aus einem Metall, insbeson dere Gold oder Aluminium, besteht und
- c) die Schutzkapillare (27, 28) aus einem Metall, insbesondere Inconel, besteht.
5. Hochtemperatur-Pyrometer (20) nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, daß
- a) die Meßsonde (21) im Innenraum einer Gasturbine zur Erfassung der Wärmestrahlung thermisch hochbelasteter Bauteile angeordnet ist,
- b) eine Faser (24, 31) zur Übertragung der Wärmestrahlung zu einem De tektor (32) vorgesehen ist,
- c) der Detektor (32) mit einer Meßelektronik (33) verbunden ist und
- d) insbesondere der Detektor (32) außerhalb der Gasturbine angeordnet ist.
6. Hochtemperatur-Pyrometer (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß
- a) die Meßsonde (21) in einer Bohrung (41) in einer Leitschaufel (34, 48) vorzugsweise der ersten oder zweiten Reihe sitzt,
- b) die Faser (24, 31) mindestens teilweise in einem Kühlkanal der Gas turbine liegt und
- c) ein Führungsrohr (43) zur Aufnahme der Faser (24, 31) und/oder der Meßsonde (21) vorgesehen ist.
7. Hochtemperatur-Pyrometer (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, daß
- a) die Bohrung (41) eine Öffnung (42) an einer Hinterkante (38) der Leit schaufel (34) oder an einer Hinterwand (50) eines Schaufelfußes (36) der Leitschaufel (48) aufweist und
- b) der Sensorkopf (22) in der Öffnung (42) mit Blickrichtung auf eine Laufschaufel (35, 49) angeordnet ist.
8. Hochtemperatur-Pyrometer (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, daß
- a) die Bohrung (41) sich in einer Wand der Leitschaufel (34, 48) möglichst nahe an der Oberfläche befindet und ein Sackloch (53) aufweist,
- b) das Sackloch (53) eine Abstandshalterung für den Sensorkopf (22) auf weist und
- c) der Sensorkopf (22) mit dem Sackloch (53) eine Mikrokavität (54) bildet.
9. Gasturbine, insbesondere geeignet zur Erzeugung elektrischer Energie, mit
einem Hochtemperatur-Pyrometer (20) nach einem der Ansprüche 1-4,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) im Innenraum der Gasturbine eine Meßsonde (21) zur Erfassung der Wärmestrahlung thermisch hochbelasteter Bauteile angeordnet ist,
- b) eine Faser (24, 31) zur Übertragung der Wärmestrahlung zu einem De tektor (32) vorgesehen ist,
- c) der Detektor (32) mit einer Meßelektronik (33) verbunden ist und
- d) insbesondere der Detektor (32) außerhalb der Gasturbine angeordnet ist.
10. Gasturbine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) eine Leitschaufel (34, 48) vorzugsweise der ersten oder zweiten Reihe eine Bohrung (41) zur Aufnahme der Meßsonde (21) aufweist,
- b) ein Kühlkanal der Gasturbine zur mindestens teilweisen Aufnahme der Faser (24, 31) dient und
- c) die Gasturbine ein Führungsrohr (43) zur Aufnahme der Faser (24, 31) und/oder der Meßsonde (21) umfaßt.
11. Gasturbine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) die Bohrung (41) eine Öffnung (42) an einer Hinterkante (38) der Leit schaufel (34) oder an einer Hinterwand (50) eines Schaufelfußes (36) der Leitschaufel (48) aufweist und
- b) der Sensorkopf (22) in der Öffnung (42) mit Blickrichtung auf eine Laufschaufel (35, 49) angeordnet ist.
12. Gasturbine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) die Bohrung (41) sich in einer Wand der Leitschaufel (34, 48) möglichst nahe an der Oberfläche befindet und ein Sackloch (53) aufweist,
- b) das Sackloch (53) eine Abstandshalterung für den Sensorkopf (22) auf weist und
- c) der Sensorkopf (22) mit dem Sackloch (53) eine Mikrokavität (54) bildet.
13. Verfahren zur Überwachung einer Gasturbine mit Hilfe eines Hochtempe
ratur-Pyrometers (20) nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekenn
zeichnet, daß
- a) in der Meßelektronik (33) ein charakteristisches Temperatursignal mindestens eines thermisch hochbelasteten Bauteils berechnet wird und
- b) das Temperatursignal als Schutzsignal zur Überwachung der Gasturbi ne verwendet wird.
14. Verfahren zur Überwachung einer Gasturbine nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß
- a) das Bauteil eine Reihe von Laufschaufeln 35, 49 oder Leitschaufeln 34, 48 ist und
- b) als charakteristisches Temperatursignal ein mittleres Temperatur signal und/oder Einzeltemperatursignale der Laufschaufeln 35, 49 oder Leitschaufeln 34, 48 verwendet werden.
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---|---|---|---|
DE19736276A DE19736276B4 (de) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | Optisches Pyrometer für Gasturbinen |
EP98810744A EP0898158B1 (de) | 1997-08-21 | 1998-07-31 | Gasturbine mit einem optischen Hochtemperatur-Pyrometer |
DE59813274T DE59813274D1 (de) | 1997-08-21 | 1998-07-31 | Gasturbine mit einem optischen Hochtemperatur-Pyrometer |
JP23557298A JP4077080B2 (ja) | 1997-08-21 | 1998-08-21 | ガスタービン用光高温計 |
CNB981186203A CN1145786C (zh) | 1997-08-21 | 1998-08-21 | 燃气轮机用的光学高温计 |
US09/137,681 US6109783A (en) | 1997-08-21 | 1998-08-21 | Optic pyrometer for gas turbines |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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---|---|---|---|
DE19736276A Revoked DE19736276B4 (de) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | Optisches Pyrometer für Gasturbinen |
DE59813274T Expired - Lifetime DE59813274D1 (de) | 1997-08-21 | 1998-07-31 | Gasturbine mit einem optischen Hochtemperatur-Pyrometer |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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---|---|
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CN (1) | CN1145786C (de) |
DE (2) | DE19736276B4 (de) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10148035A1 (de) * | 2001-09-28 | 2003-04-24 | Erdogan Karakas | Vorrichtung zum Widerstandsschweißen eines Werkstücks |
US6817188B2 (en) | 2000-12-16 | 2004-11-16 | Alstom (Switzerland) Ltd | Method for operating a premix burner |
EP1696102A1 (de) * | 2005-02-28 | 2006-08-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Betriebsüberwachung einer Gasturbine und Gasturbine |
DE102005047739B3 (de) * | 2005-09-29 | 2007-02-08 | Siemens Ag | Substrat mit aufgebrachter Beschichtung, und Herstellungsverfahren |
DE102014010173C5 (de) | 2013-07-11 | 2022-03-03 | Engel Austria Gmbh | Heizvorrichtung |
WO2022221899A1 (de) * | 2021-04-23 | 2022-10-27 | Avl List Gmbh | Messanordnung |
DE102022124934A1 (de) | 2022-09-28 | 2024-03-28 | Voith Patent Gmbh | Getriebevorrichtung mit Temperaturmessung |
Families Citing this family (73)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7112796B2 (en) * | 1999-02-08 | 2006-09-26 | General Electric Company | System and method for optical monitoring of a combustion flame |
WO2001046660A1 (en) * | 1999-12-22 | 2001-06-28 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Method and apparatus for measuring on line failure of turbine thermal barrier coatings |
US7690840B2 (en) | 1999-12-22 | 2010-04-06 | Siemens Energy, Inc. | Method and apparatus for measuring on-line failure of turbine thermal barrier coatings |
JP2002005745A (ja) | 2000-06-26 | 2002-01-09 | Nec Corp | 温度測定装置、および温度測定方法 |
JP4616456B2 (ja) * | 2000-10-31 | 2011-01-19 | 株式会社ヘリオス | 溶融金属温度測定用の浸漬型光ファイバ放射温度計及び溶融金属の温度測定方法 |
GB2370632B (en) * | 2000-11-30 | 2004-11-17 | Rolls Royce Plc | A gas turbine engine guide vane and temperature monitor therefor |
US6579005B2 (en) * | 2000-12-28 | 2003-06-17 | General Electric Company | Utilization of pyrometer data to detect oxidation |
JP3749135B2 (ja) * | 2001-03-13 | 2006-02-22 | 横河電子機器株式会社 | 温度測定装置 |
US6980708B2 (en) | 2002-05-13 | 2005-12-27 | Bartec Gmbh | Device for fibre optic temperature measurement with an optical fibre |
US8151623B2 (en) | 2002-09-23 | 2012-04-10 | Siemens Energy, Inc. | Sensor for quantifying widening reduction wear on a surface |
US7618712B2 (en) * | 2002-09-23 | 2009-11-17 | Siemens Energy, Inc. | Apparatus and method of detecting wear in an abradable coating system |
US7582359B2 (en) * | 2002-09-23 | 2009-09-01 | Siemens Energy, Inc. | Apparatus and method of monitoring operating parameters of a gas turbine |
US20050198967A1 (en) * | 2002-09-23 | 2005-09-15 | Siemens Westinghouse Power Corp. | Smart component for use in an operating environment |
US7572524B2 (en) * | 2002-09-23 | 2009-08-11 | Siemens Energy, Inc. | Method of instrumenting a component |
US6786635B2 (en) * | 2002-11-06 | 2004-09-07 | General Electric Company | Turbine blade (bucket) health monitoring and prognosis using neural network based diagnostic techniques in conjunction with pyrometer signals |
US6952639B2 (en) * | 2002-11-12 | 2005-10-04 | General Electric Company | Method and system for temperature estimation of gas turbine combustion cans |
US6796709B2 (en) * | 2002-11-21 | 2004-09-28 | General Electric Company | Turbine blade (bucket) health monitoring and prognosis using infrared camera |
US20040179575A1 (en) * | 2003-01-23 | 2004-09-16 | Markham James R. | Instrument for temperature and condition monitoring of advanced turbine blades |
US6968114B2 (en) * | 2003-04-17 | 2005-11-22 | Ut-Battelle, Llc | Cladding for high temperature optical component and method of making same |
US8742944B2 (en) * | 2004-06-21 | 2014-06-03 | Siemens Energy, Inc. | Apparatus and method of monitoring operating parameters of a gas turbine |
US8004423B2 (en) * | 2004-06-21 | 2011-08-23 | Siemens Energy, Inc. | Instrumented component for use in an operating environment |
EP1835150A1 (de) * | 2006-03-17 | 2007-09-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Inspektion einer Turbinenanlage sowie Vorrichtung hierzu |
US7432505B2 (en) | 2006-05-04 | 2008-10-07 | Siemens Power Generation, Inc. | Infrared-based method and apparatus for online detection of cracks in steam turbine components |
GB0609312D0 (en) * | 2006-05-11 | 2006-06-21 | Rolls Royce Plc | Clearance Control Apparatus |
US7633066B2 (en) * | 2006-05-22 | 2009-12-15 | General Electric Company | Multiwavelength pyrometry systems |
US7368827B2 (en) * | 2006-09-06 | 2008-05-06 | Siemens Power Generation, Inc. | Electrical assembly for monitoring conditions in a combustion turbine operating environment |
US7969323B2 (en) * | 2006-09-14 | 2011-06-28 | Siemens Energy, Inc. | Instrumented component for combustion turbine engine |
WO2008064495A1 (en) * | 2006-11-29 | 2008-06-05 | Abb Research Ltd | Device and method for processing and/or analyzing image information representing radiation |
US7486864B2 (en) | 2007-04-05 | 2009-02-03 | Siemens Energy, Inc. | Monitoring system for turbine engine |
US20090297336A1 (en) * | 2007-08-21 | 2009-12-03 | General Electric Company | Online systems and methods for thermal inspection of parts |
US8797179B2 (en) * | 2007-11-08 | 2014-08-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Instrumented component for wireless telemetry |
US9071888B2 (en) * | 2007-11-08 | 2015-06-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Instrumented component for wireless telemetry |
US8519866B2 (en) | 2007-11-08 | 2013-08-27 | Siemens Energy, Inc. | Wireless telemetry for instrumented component |
DE102008022571A1 (de) * | 2008-05-07 | 2010-02-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Temperaturmessung an Teilen einer Strömungsmaschine |
US8292501B1 (en) * | 2008-05-13 | 2012-10-23 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Turbopump with cavitation detection |
BE1018123A3 (fr) * | 2008-05-14 | 2010-05-04 | Ct Rech Metallurgiques Asbl | Tete de mesure de type libs optimisee pour l'analyse de composes liquides et/ou a haute temperature. |
US20100047058A1 (en) * | 2008-08-25 | 2010-02-25 | General Electric Company, A New York Corporation | System and method for temperature sensing in turbines |
US8790006B2 (en) * | 2009-11-30 | 2014-07-29 | General Electric Company | Multiwavelength thermometer |
US8571813B2 (en) * | 2010-03-16 | 2013-10-29 | Siemens Energy, Inc. | Fiber optic sensor system for detecting surface wear |
EP2385233A1 (de) * | 2010-05-07 | 2011-11-09 | Alstom Technology Ltd | Verfahren zum Betreiben einer Gasturbineneinheit bezogen auf die Temperatur des Brennkammergehäuses |
US8650883B2 (en) * | 2010-08-11 | 2014-02-18 | General Electric Company | System and method for operating a gas turbine |
US20120096961A1 (en) * | 2010-10-21 | 2012-04-26 | General Electric Company | Probe holder for turbine engine sensor |
US8998568B2 (en) * | 2010-10-21 | 2015-04-07 | General Electric Company | Sensor packaging for turbine engine |
US9015002B2 (en) * | 2010-10-21 | 2015-04-21 | Siemens Energy, Inc. | System for monitoring a high-temperature region of interest in a turbine engine |
US20120128468A1 (en) * | 2010-11-22 | 2012-05-24 | Kurt Kramer Schleif | Sensor assembly for use with a turbomachine and methods of assembling same |
DE102011077908A1 (de) * | 2011-06-21 | 2012-12-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Gasturbine mit Pyrometer |
US8678644B2 (en) * | 2011-08-16 | 2014-03-25 | General Electric Company | Hot gas path measurement |
US8998569B2 (en) * | 2011-08-17 | 2015-04-07 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine internal compartment structure having egress feature |
EP2565605A1 (de) * | 2011-08-29 | 2013-03-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Strömungsmaschine mit einer Temperaturmesseinrichtung in einem Bereich des Rotors |
ES2599397T3 (es) | 2011-09-12 | 2017-02-01 | Alstom Renewable Technologies | Dispositivo de vigilancia de temperatura para motor eléctrico |
GB201119364D0 (en) * | 2011-11-10 | 2011-12-21 | Rolls Royce Plc | Determination of component temperature |
US8413493B1 (en) | 2011-12-12 | 2013-04-09 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Method for detecting a defect on an operating turbine rotor blade |
US9325388B2 (en) | 2012-06-21 | 2016-04-26 | Siemens Energy, Inc. | Wireless telemetry system including an induction power system |
RU2521217C1 (ru) * | 2012-12-26 | 2014-06-27 | Федеральное бюджетное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" | Способ измерения профиля температуры в конструкционных материалах |
US9482596B2 (en) * | 2013-06-24 | 2016-11-01 | General Electric Company | Optical monitoring system for a gas turbine engine |
US9420356B2 (en) | 2013-08-27 | 2016-08-16 | Siemens Energy, Inc. | Wireless power-receiving assembly for a telemetry system in a high-temperature environment of a combustion turbine engine |
US9689755B2 (en) * | 2013-10-22 | 2017-06-27 | Rosemount Aerospace Inc. | Temperature sensors |
KR101450651B1 (ko) * | 2013-11-27 | 2014-10-15 | 우진 일렉트로나이트(주) | 연속 측온 장치 및 이를 포함하는 rh장치 |
CN106483266B (zh) * | 2015-08-26 | 2019-02-12 | 深圳市燃气集团股份有限公司 | 一种可检测可燃气体的地下电子标签探测仪 |
US10520371B2 (en) | 2015-10-22 | 2019-12-31 | Applied Materials, Inc. | Optical fiber temperature sensors, temperature monitoring apparatus, and manufacturing methods |
EP3282235B1 (de) * | 2016-08-08 | 2019-04-17 | Ansaldo Energia Switzerland AG | Gasturbinenkraftwerk mit einer temperaturmessvorrichtung |
EP3336497A1 (de) * | 2016-12-13 | 2018-06-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Gasturbinenschaufel mit integrierter pyrometersonde |
US10451484B2 (en) | 2017-01-12 | 2019-10-22 | General Electric Company | Temperature sensor system and method |
EP3363996B1 (de) | 2017-02-16 | 2020-04-29 | Ansaldo Energia Switzerland AG | Schaufelanordnung und entsprechendes gasturbinenkraftwerk |
CN107701514A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-02-16 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 压气机级间测量静子叶片结构 |
CN108387248B (zh) * | 2018-05-11 | 2024-06-11 | 南京工程学院 | 一种带气膜冷却的光纤传感器 |
US11639872B1 (en) * | 2019-04-30 | 2023-05-02 | Ge Inspection Technologies, Lp | Combustion monitoring system |
US10871403B1 (en) | 2019-09-23 | 2020-12-22 | Kidde Technologies, Inc. | Aircraft temperature sensor |
CN111551138B (zh) * | 2020-02-17 | 2021-07-06 | 电子科技大学 | 一种利用涡轮叶片和机匣辐射信号差异测量叶片径向应变方法 |
CN112326172A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-02-05 | 华能国际电力股份有限公司 | 燃气轮机透平动叶片非接触式振动测量传感器的冷却装置 |
EP4116545A1 (de) * | 2021-07-05 | 2023-01-11 | Siemens Energy Global GmbH & Co. KG | Messanordnung für kontinuierliche strömungsmaschine |
CN113916170A (zh) * | 2021-09-03 | 2022-01-11 | 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 | 一种测量狭长内腔的弯型测针 |
CN115979345B (zh) * | 2022-12-30 | 2023-09-22 | 共青科技职业学院 | 人工智能的船用燃气轮机叶片剩余寿命预测系统及预测方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3440773A1 (de) * | 1983-11-18 | 1985-05-30 | Smiths Industries P.L.C., London | Glasfaserlichtleiter und verfahren zu seiner herstellung |
WO1986000131A1 (en) * | 1984-06-08 | 1986-01-03 | The Dow Chemical Company | Optical pyrometer sight tube assembly for controlling a gas turbine |
DE3050539C2 (de) * | 1980-08-22 | 1986-10-18 | Institut problem lit'ja Akademii Nauk Ukrainskoj SSR, Kiev | Lichtleiteranordnung zur ]bertragung der W{rmestrahlung einer Schmelze zu einem Pyrometer |
DE3631643A1 (de) * | 1985-09-18 | 1987-03-26 | Tiroler Roehren & Metallwerk | Vorrichtung zur photoelektrischen temperaturmessung eines messobjektes |
DE3050498C2 (de) * | 1980-07-31 | 1990-05-17 | Institut Problem Lit'ja Akademii Nauk Ukrainskoj Ssr, Kiew/Kiev, Su | |
US5507576A (en) * | 1993-04-01 | 1996-04-16 | European Gas Turbines Sa | Bichromatic pyrometer |
DE3740693C2 (de) * | 1986-12-10 | 1997-07-31 | Smiths Industries Plc | Optisches Strahlungssensorgerät |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3584509A (en) * | 1968-10-01 | 1971-06-15 | Int Harvester Co | Temperature measuring apparatus and methods |
DE3321028A1 (de) * | 1982-06-17 | 1983-12-22 | Smiths Industries Public Ltd. Co., London | Optisches bauteil |
JPS61200437A (ja) * | 1985-03-01 | 1986-09-05 | Hitachi Ltd | タ−ビンロ−タ温度測定装置 |
GB9020219D0 (en) * | 1990-09-15 | 1990-10-24 | Smiths Industries Plc | Optical temperature sensors |
US5277496A (en) * | 1990-10-17 | 1994-01-11 | Ametek, Inc. | High temperature optical probe |
US5164999A (en) * | 1991-05-20 | 1992-11-17 | Johnson Matthey, Inc. | Blackbody fired on silica fiber |
US5364186A (en) * | 1992-04-28 | 1994-11-15 | Luxtron Corporation | Apparatus and method for monitoring a temperature using a thermally fused composite ceramic blackbody temperature probe |
US5638172A (en) * | 1994-05-27 | 1997-06-10 | Eastman Chemical Company | On-line quantitative analysis of chemical compositions by raman spectrometry |
DE19549214C2 (de) * | 1995-12-30 | 1999-11-04 | Ego Elektro Geraetebau Gmbh | Temperatursensoreinheit |
-
1997
- 1997-08-21 DE DE19736276A patent/DE19736276B4/de not_active Revoked
-
1998
- 1998-07-31 EP EP98810744A patent/EP0898158B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-31 DE DE59813274T patent/DE59813274D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-08-21 CN CNB981186203A patent/CN1145786C/zh not_active Expired - Lifetime
- 1998-08-21 US US09/137,681 patent/US6109783A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-08-21 JP JP23557298A patent/JP4077080B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3050498C2 (de) * | 1980-07-31 | 1990-05-17 | Institut Problem Lit'ja Akademii Nauk Ukrainskoj Ssr, Kiew/Kiev, Su | |
DE3050539C2 (de) * | 1980-08-22 | 1986-10-18 | Institut problem lit'ja Akademii Nauk Ukrainskoj SSR, Kiev | Lichtleiteranordnung zur ]bertragung der W{rmestrahlung einer Schmelze zu einem Pyrometer |
DE3440773A1 (de) * | 1983-11-18 | 1985-05-30 | Smiths Industries P.L.C., London | Glasfaserlichtleiter und verfahren zu seiner herstellung |
WO1986000131A1 (en) * | 1984-06-08 | 1986-01-03 | The Dow Chemical Company | Optical pyrometer sight tube assembly for controlling a gas turbine |
DE3631643A1 (de) * | 1985-09-18 | 1987-03-26 | Tiroler Roehren & Metallwerk | Vorrichtung zur photoelektrischen temperaturmessung eines messobjektes |
DE3740693C2 (de) * | 1986-12-10 | 1997-07-31 | Smiths Industries Plc | Optisches Strahlungssensorgerät |
US5507576A (en) * | 1993-04-01 | 1996-04-16 | European Gas Turbines Sa | Bichromatic pyrometer |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JP 61200437 A.,In: Patents Abstracts of Japan, P-540,Jan. 28,1987,Vol.11,No. 29 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6817188B2 (en) | 2000-12-16 | 2004-11-16 | Alstom (Switzerland) Ltd | Method for operating a premix burner |
DE10148035A1 (de) * | 2001-09-28 | 2003-04-24 | Erdogan Karakas | Vorrichtung zum Widerstandsschweißen eines Werkstücks |
DE10148035B4 (de) * | 2001-09-28 | 2004-12-09 | Karakas, Erdogan, Dr.-Ing. | Vorrichtung zum Widerstandsschweißen von Werkstücken |
EP1696102A1 (de) * | 2005-02-28 | 2006-08-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Betriebsüberwachung einer Gasturbine und Gasturbine |
DE102005047739B3 (de) * | 2005-09-29 | 2007-02-08 | Siemens Ag | Substrat mit aufgebrachter Beschichtung, und Herstellungsverfahren |
US8356936B2 (en) | 2005-09-29 | 2013-01-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Substrate with applied coating and production method |
DE102014010173C5 (de) | 2013-07-11 | 2022-03-03 | Engel Austria Gmbh | Heizvorrichtung |
WO2022221899A1 (de) * | 2021-04-23 | 2022-10-27 | Avl List Gmbh | Messanordnung |
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