DE3910430A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen der verteilung von waermefluss und von waermeuebergangskoeffizienten auf der oberflaeche einer gekuehlten, in einer hochtemperaturumgebung eingesetzten komponente - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum messen der verteilung von waermefluss und von waermeuebergangskoeffizienten auf der oberflaeche einer gekuehlten, in einer hochtemperaturumgebung eingesetzten komponenteInfo
- Publication number
- DE3910430A1 DE3910430A1 DE3910430A DE3910430A DE3910430A1 DE 3910430 A1 DE3910430 A1 DE 3910430A1 DE 3910430 A DE3910430 A DE 3910430A DE 3910430 A DE3910430 A DE 3910430A DE 3910430 A1 DE3910430 A1 DE 3910430A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- temperature
- component
- heat flow
- predetermined
- coolant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K17/00—Measuring quantity of heat
- G01K17/06—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device
- G01K17/08—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device based upon measurement of temperature difference or of a temperature
- G01K17/20—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device based upon measurement of temperature difference or of a temperature across a radiating surface, combined with ascertainment of the heat transmission coefficient
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft die Auslegung gekühlter Kom
ponenten für den Einsatz in Maschinen und Triebwerken.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Messen der Verteilung vom Wärme
fluß und von Wärmeübertragungskoeffizienten auf der Ober
fläche von gekühlten Komponenten, wie sie zum Beispiel
in Gasturbinentriebwerken und anderen Maschineneinsatz
bereichen angetroffen werden, in denen gekühlte Kompo
nenten in einer Hochtemperaturumgebung verwendet werden.
Die vorliegende Anmeldung hat Bezug zur Auslands
anmeldung mit der Serien-Nr. 13DV-8934 von Eugene F.
Adiutori, mit dem Titel "Apparatus and Method for
Measuring the Thermal Performance of a Heated or Cooled
Component" und zur Anmeldung mit der Serien-Nr. 13DV-8994
von Eugene F. Adiutori und James E. Cahill mit dem Titel
"Apparatus and Method für Determining Heat Transfer
Coefficient Based on Testing Actual Hardware Rather Than
Simplistic Scale Models of Hardware".
Es ist allgemein bekannt, mechanische Komponenten
in Maschinen wie beispielsweise Gasturbinentriebwerken
mit Kühlsystemen auszustatten, um den Betrieb der Maschine
bei höheren Temperaturen zu gestatten, als ohne derarti
ge Kühlsysteme möglich wäre. Die durch derartige Kühl
systeme ermöglichten höheren Betriebstemperaturen führen
zu einer verbesserten Funktion und zu einem besseren
Wirkungsgrad der Maschine.
Um ein optimales Kühlsystem für Komponenten, die
in einer Hochtemperaturumgebung arbeiten sollen,
auszulegen, ist es notwendig, die Wärmefluß- oder
Wärmestromverteilung auf die Oberfläche der Komponen
te, die der Hochtemperatur ausgesetzt ist, zu bestim
men. Ein bekanntes Verfahren zum Bestimmen der Wärme
flußverteilung besteht darin, tatsächliche Messungen
in einem Betriebssystem unter Verwendung im Handel
erhältlicher Wärmeflußmeßeinrichtungen, zum Beispiel
in Form von Meßstreifen, die auf der Oberfläche der
Komponente plaziert werden, aufzunehmen. Beispiele
solcher Meßeinrichtungen sind Heat Flux Gauges, die
von der RdF Corporation in Hudson, New Hampshire,
angeboten werden. Jedoch können diese Meßeinrichtungen
nicht in Umgebungen verwendet werden, bei denen die
Temperaturen, denen die Meßeinrichtungen ausgesetzt
sind, deren maximal erlaubte Betriebstemperatur über
schreiten, die typischerweise bei 260°C (500°F)
liegt. Diese maximal erlaubte Temperatur ist jedoch
zu gering, um sinnvolle Messungen an einer Komponente
ausführen zu können, die in einer Hochtemperaturumge
bung, beispielsweise einem Gasturbinentriebwerk,
verwendet wird, in dem Temperaturen von über 1093°C
(2000°F) auftreten können. Auch weisen die im Handel
erhältlichen filmartigen Wärmestrommeßeinrichtungen
bzw. -streifen Ausdehnungen in der Größenordnung von
6,35 mm bis 12,7 mm auf, wodurch sie für zahlreiche
Anwendungen zu groß sind. Ferner weisen diese Meß
einrichtungen einen beträchtlichen Widerstand
auf, der die Größe und die Verteilung des Wärmeflusses
beeinträchtigt und auf diese Weise erhebliche Meß
fehler erzeugen kann. Wärmeflußmeßeinrichtungen der
genannten Art weisen typischerweise Wärmewiderstände
von -17,78 bis -17,77°C/3, 15 459 W/m2 (0,003 bis
0,010°F/BTU/hr.ft.2) auf, wodurch beträchtliche Fehler
hervorgerufen werden können, wenn die Meßeinrichtung
großen Wärmeflußmengen ausgesetzt wird.
Es sind im Handel Wärmeflußmeßeinrichtungen er
hältlich, die hohen Temperaturen widerstehen können,
beispielsweise kreisrunde Wärmeflußmeßfolien, die von
Thermogage, Inc., Frostburg, Maryland, vertrieben
werden. Der Durchmesser dieser Folien beträgt 12,7 mm
bis 25,4 mm (0,5 bis 1,0 Inches) und ist zu groß, um
in kleinen Komponenten verwendet zu werden.
Ein zweites bekanntes Verfahren zum Bestimmen von
Wärmeflußverteilungen beinhaltet die Vorhersage der
Wärmeflußverteilung auf der Oberfläche einer Komponente
allein auf der Grundlage einer Analyse, h. h. analytischen
Prädiktion. Der Wärmeübergangs- oder Übertragungs
koeffizient ("h") wird analytisch berechnet, und die
Wärmefluß ("q/A")-Verteilung als Funktion von "x"- und
"y"-Koordinaten wird unter Verwendung der folgenden
Gleichung berechnet:
(q/A) x, y = h x, y (T Hauptstrom - T Oberfläche, x, y ) (1)
wobei T Hauptstrom die Temperatur der Umgebung ist, in
der die Komponente betrieben wird, beispielsweise die
Temperatur eines heißen Fluids, das über die Oberfläche
der Komponente strömt. T Oberfläche ist die Temperatur
der Oberfläche, für die die Wärmeflußverteilung be
stimmt wird. Da es jedoch nicht möglich ist, den Wärme
übergangskoeffizienten "h" außer für sehr einfache Geo
metrien exakt vorherzusagen, ist dieses Verfahren zum
Bestimmen der Wärmeflußverteilung für zahlreiche Kom
ponenten mit komplizierten Geometrien wie solche, wie
sie in modernen Luftfahrzeugtriebwerken auftreten, nicht
exakt oder zuverlässig.
Ein drittes bekanntes Verfahren zum Bestimmen von
Wärmeflußverteilungen beinhaltet die Vorhersage der
Wärmeflußverteilung auf der Grundlage einer Extrapola
tion von Laboratoriumstestmessungen, die an einem Modell
der Komponente oder an der Komponente selbst aufgenom
men werden. Bei Verwendung eines Modells ist dieses
Modell normalerweise in einer kalten Umgebung angeord
net, wobei elektrische Heizeinrichtungen auf der Ober
fläche des Modells, beispielsweise in Form einer Serie
von Heizdrahtwiderständen, z. B. Calrod Heatern, befe
stigt sind, die in in der Oberfläche des Modells ein
gearbeiteten Rillen liegen. Die den Heizeinrichtungen
zugeführte Leistung T Hauptstrom und T Oberfläche werden
gemessen. Der Wärmefluß wird mit dem Hintergrund der
gemessenen Heizeinrichtungsleistung und lokalen Werten
vom Wärmeübgangskoeffizienten "h" berechnet, die
aus Gleichung (1) gewonnen werden. Die lokalen Werte
des Wärmeübergangskoeffizienten "h", die mit diesem
Modell gewonnen werden, werden auf die Auslegungsbedin
gungen der Maschine extrapoliert, um "h"-Werte für die
tatsächliche (eingesetzte) Komponente zu gewinnen. Die
Wärmeflußverteilung für die tatsächliche Komponente
wird draufhin aus der Beziehung in Gleichung (1) be
rechnet.
Jedoch ist die Genauigkeit der Wärmeübergangs
koeffizientenverteilung, die durch dieses Verfahren
gewonnen wird, ein Kompromißergebnis infolge der Tat
sache, daß die Oberfläche des Modells heißer als die
Umgebung ist. Die Temperaturdifferenz über die Grenz
schicht zwischen der Komponente und der Umgebung ist
infolgedessen entgegengesetzt zu der Richtung für eine
in einer heißeren Umgebung gekühlte Komponente. Da
der gemessene Wärmeübergangskoeffizient von der Rich
tung der Temperaturdifferenz über oder durch diese
Grenzschicht abhängt, so wird die Genauigkeit der
Wärmeflußverteilung, die mit diesen gemessenen Wärme
übergangskoeffizienten berechnet wird, nachteilig be
einflußt und kann für tatsächliche Komponenten, die
im wirklichen Gerät oder in der wirklichen Maschine
eingesetzt sind, ungenau sein. Das Verfahren beinhaltet
Nachteile auch aufgrund der Tatsache, daß die Heizein
richtungen voneinander isoliert werden müssen und auf
derselben Temperatur betrieben werden müssen, um eine
Wärmequerleitung zu minimieren. Genauer gesagt, muß
jede Heizzone Ausdehnungen von mindestens 6,35 mm
(0,25 inches) aufweisen, was wiederum zu groß für den
Test von kleinen Komponenten ist.
Laboratoriumstestmessungen, die an einer wirklichen
Komponente durchgeführt werden, können ebenfalls auf
die tatsächlichen Einsatzbetriebsbedingungen extrapo
liert werden. In diesem Fall wird die Komponente in
einer Hochtemperaturumgebung mit auf ihrer Oberfläche
angebrachten Wärmeflußmeßeinrichtungen oder -meßstrei
fen betrieben. Wärmeflußwerte werden aus den Meßeinrich
tungen ausgelesen und T Oberfläche und T Hauptstrom werden
gemessen. Wärmeübergangskoeffizientenwerte "h" werden
unter Verwendung von Gleichung (1) berechnet. Die
unter Laborbedingungen bestimmten "h"-Werte werden
daraufhin auf die tatsächlichen ("Real-Life")-Bedin
gungen extrapoliert. Da jedoch die Wärmeflußeinrich
tungen der genannten Art verwendet werden, treten auch
die Probleme auf, die im Zusammenhang der Verwendung
solcher Meßstreifen für das weiter oben erläuterte
Verfahren aufgezeigt wurden.
Vor dem Hintergrund der bekannten Verfahren
zum Bestimmen von Wärmeflußverteilung und Wärmeüber
gangskoeffizientenverteilung auf Oberflächen von ge
kühlten Komponenten vorhandenen Schwierigkeiten
besteht seit langem ein bislang nicht befriedigter
Bedarf an einem anderen Verfahren zum Messen dieser
Parameter, welches die beschriebenen Schwierigkeiten
beseitigt.
Die Erfindung löst diese Probleme des Standes der
Technik und erfüllt diesen seit langem bestehenden
Bedarf. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt
die Bestimmung der Verteilung des Wärmeflusses und
Wärmeübergangskoeffizienten auf der Oberfläche einer
gekühlten Komponente, indem mehrere Temperaturmeßein
richtungen auf einer vorbestimmten Fläche der Komponente
befestigt werden. Ferner wird eine Heizeinrichtung auf
einer vorgewählten Fläche der Komponente befestigt, es
wird ein Kühlfluidstrom, der vorbestimmte Eigenschaften
hat, der Komponente zugeführt, es werden der Heizein
richtung mehrere Leistungsmengen oder Leistungsbeträge
zugeführt, der Heizeinrichtungsleistungspegel, die
Kühltemperatur und die Temperatur an der Oberfläche
der Komponente werden gemessen, und es werden Wärmefluß
kalibrierungsdaten für jede Temperaturmeßeinrichtung
aus der Heizeinrichtungsleistung, der Kühltemperatur
und den Ausgangssignalen der Temperaturmeßeinrichtung
abgeleitet. Die Wärmefluß- oder Wärmeströmungskalibrie
rungsdaten, die in dieser Weise gemessen werden, werden
dazu verwendet, Wärmefluß- und Wärmeübergangskoeffizien
tenverteilungen für die gekühlte Komponente in der
Umgebung abzuleiten, in der sie verwendet wird.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeich
nungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine hohle
Turbinenschaufel, auf deren äußerer Oberfläche ent
sprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
Thermopaare befestigt sind,
Fig. 2 einen Teil eines Querschnitts durch eine
Turbinenschaufel, die gemäß einem zweiten Ausführungsbei
spiel der Erfindung Schlitze aufweist, die mit Material
geringer Wärmeleitfähigkeit gefüllt sind und zwischen
Thermopaaren angeordnet sind, welche auf der äußeren
Oberfläche der Schaufel befestigt sind,
Fig. 3 die schematische Darstellung des Ver
laufs des Wärmeflusses als Funktion der Differenz
zwischen der Temperatur eines auf der Außenfläche
einer hohlen Turbinenschaufel nach Fig. 1 befestig
ten Thermopaares und der Temperatur eines Kühlmittels,
das durch das Innere der Turbinenschaufel strömt,
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Turbinen
schaufel, die entsprechend einem weiteren Ausführungs
beispiels der Erfindung ausgelegt und bestückt ist, und
Fig. 5 den graphischen Funktionsverlauf des
Wärmeflusses in Abhängigkeit von der Temperatur für
Thermopaare, die auf oder in der Nähe von der hohlen
Turbinenschaufel angeordnet sind, die im Querschnitt
in Fig. 4 dargestellt ist.
Im folgenden wird ein Beispiel der Erfindung an
gegeben, das verdeutlicht, wie durch die Erfindung seit
langem bestehende aus dem Stand der Technik resultie
rende Bedürfnisse erfüllt werden. Das Ausführungsbei
spiel umfaßt die Befestigung einer Vielzahl von
Thermopaaren oder Thermoelementen auf der Oberfläche
einer gekühlten Komponente und die Kalibrierung der
Thermopaare in der Weise, daß die Temperatur, die aus
den Thermopaaren ausgelesen wird, und die Temperatur
des Kühlmittels, das der Komponente zugeführt wird, den
Wärmefluß oder Wärmestrom an der Stelle jedes Thermopaares
definieren. Nach der Kalibrierung wird die Komponente
gemäß ihrer Funktionsbestimmung eingesetzt und in der
selben Weise gekühlt wie während der Durchführung der
Kalibrierung. In Verbindung mit dem Kalibrierungs
betrieb gewonnene Kalibrierungskurven werden dazu ver
wendet, den Wärmefluß an der Oberfläche der Komponente
aus den Ausgangssignalen der Thermopaare zu bestimmen.
Falls angestrebt, wird der Wärmeübertragungskoeffizient
an der Stelle jedes Thermopaares bestimmt, indem der
mittels jedes Thermopaares gemessene Wärmefluß durch
die Differenz zwischen der Mittel- oder Hauptstrom
temperatur und der Temperatur dividiert wird, die von
jedem Thermopaar gemessen wird.
Die Kalibrierung der Thermopaare schließt die
Zufuhr von Wärme zu einer vorbestimmten Fläche auf
der Oberfläche der Komponente ein. Dies kann erfolgen,
indem eine dünne Widerstands-Folienheizeinrichtung
oder kurz Folienheizwiderstand auf diesem vorbestimmten
Flächenbereich der Komponente befestigt wird. Anstelle
einer einzigen Heizeinrichtung können auch mehrere
Heizeinrichtungen verwendet werden, die gemeinsam
imstande sind, der vorbestimmten Oberfläche Wärme zu
zuführen. Die Kalibrierung schließt darüber hinaus
die Zufuhr eines Kühlmittels vorbestimmter Eigenschaf
ten zur Komponente ein, ferner die Beaufschlagung der
Heizeinrichtungen oder Heizeinrichtungen mit mehreren
elektrischen Leistungsmengen und die Messung der
Heizeinrichtungsfläche, der Heizleistungspegel, der
Eigenschaften des Kühlmittels, wie der Strömungsrate,
des Drucks und der Temperatur, und der Temperaturen an
der Oberfläche der Komponente. Die Kalibrierung wird
abgeschlossen, indem Kalibrierungsdaten des Oberflächen
wärmeflusses in Abhängigkeit von der Temperatur (oder
des Temperaturunterschiedes zwischen dem Thermopaar
und Kühlmittel) für jedes Thermopaar erzeugt werden.
Im folgenden wird eine detaillierte Beschrei
bung des zuvor zusammengefaßten Ausführungsbeispiels
der Erfindung gegeben. In einem ersten Schritt zum
Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
eine oben erläuterte Wärmeflußkalibrierung bezüglich
einer gekühlten Komponente durchgeführt. K Thermopaare
geringen Durchmessers in Form von beispielsweise be
kannten Thermopaaren mit einem Durchmesser von ungefähr
0,254 mm, die abgedeckt bzw. verkapselt, geerdet und
mit MgO isoliert sind und Gehäuse aus rostfreiem Stahl
oder Inconel aufweisen, werden in flachen Oberflächen
rillen installiert, die an einer Vielzahl von Stellen
auf der äußeren Oberfläche einer Komponente, die zu
mindest eine Kühlpassage aufweist, ausgenommen sind.
Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel für eine solche Komponente
in Form einer hohlen Turbinenschaufel 12 mit Thermo
paaren, die in in ihrer äußeren Oberfläche eingearbei
teten Rillen angeordnet sind. Zwei dieser Thermopaare
sind in Fig. 1 mit der Bezugszahl 10 angezeigt.
Normalerweise wird die Schaufel 12 hohen Tempe
raturen ausgesetzt, die die Schaufel beschädigen oder
zerstören können. Solche Temperaturen können 1093°C
(2000°F) überschreiten. Um das Beschädigungsrisiko
durch diese exzessiven Temperaturen zu minimieren,
weist die Turbinenschaufel 12 eine Kühlpassage oder
einen Kühlkanal 18 auf, durch den Kühlfluid geleitet
wird, um die Temperatur der Schaufel 12 auf einen
Sicherheitspegel zu halten. Normalerweise wird als
Kühlfluid für Komponenten wie die Turbinenschaufel
in Fig. 1 Wasser verwendet, und die Erfindung bringt
die besten Ergebnisse für Komponenten, die wasserge
kühlt sind, obwohl es nicht erforderlich ist, daß
die entsprechend der Erfindung getesteten Komponenten
wassergekühlte Komponenten sind, um nützliche Ergeb
nisse zu gewinnen. Da das in den weiter unten erläu
terten Schritten verwendete Fluid dasselbe sein sollte
wie das zur Kühlung der Komponente bei deren tatsäch
lichem Einsatz, arbeitet die Erfindung insbesondere
am besten, wenn Wasser in den unten erläuterten
Schritten verwendet wird, mit Bezug auf die Zufuhr eines
Kühlmittels vorbestimmter Eigenschaften zu den Schau
feln während des Testens.
Obwohl die vorliegende Erfindung für eine breite
Palette verschiedenster Kühlkomponenten durchführbar
ist, wird sie vorzugsweise für hohle Komponenten an
gewandt, die gleichförmige dünne Wandungen aufweist,
weil deren Ergebnisse leichter zu interpretieren sind.
Dies ist deshalb der Fall, weil ein geringer Wärmefluß
parallel zu den Oberflächen derartiger Strukturen vor
liegt und infolgedessen die Ergebnisse auf der Grund
lage einer eindimensionalen Wärmeströmung interpretier
bar sind.
Entsprechend ist nicht nur die Turbinenschaufel 12
in Fig. 1 hohl, sondern es sind auch die Wände 14
der Schaufel einheitlich und gleichmäßig und dünn,
um transversalen Wärmefluß zu verhindern und auf diese
Weise die Genauigkeit der Resultate, die auf einer
eindimensionalen Analyse gewonnen werden, sicherzustel
len. In Komponenten, die analog zur Wandung 14 Flä
chenbereiche aufweisen, in denen die Möglichkeit eines
extremen Gradienten des Wärmeflusses besteht, der aus
einem Wärmefluß parallel zu den Oberflächen der Schau
fel resultiert, kann die Wandung mit Schlitzen 16 ver
sehen werden, wie in Fig. 2 angezeigt, die mit Material
geringer Wärmeleitfähigkeit wie Kunststoffmaterial oder
Asbest gefüllt sind, wobei diese Maßnahme einen der
artigen Wärmefluß parallel zu den Oberflächen der
Schaufel entgegenwirkt.
Nach Befestigung der Thermopaare an der Oberfläche
der Schaufel wird eine dünne Widerstands-Folienheiz
einrichtung 20, wie z. B. die Heizeinrichtung Minco
HK1 311 187/42, bekannter Flächenausdehnung auf der äuße
ren Fläche der Komponente in der Weise befestigt, daß
diese Heizeinrichtung die Thermopaae und einen großen
Bereich der Außenfläche der Komponente abdeckt. Die
Außenfläche der Schaufel wird dann isoliert, um sicher
zustellen, daß der größte Anteil der Wärme in die Schau
fel und deren Kühlmittel und nicht in die Schaufelumge
bung fließt. Anschließend wird ein Kühlmittelfluß
vorbestimmter Eigenschaften durch die Kühlpassage 18
geleitet. Entsprechend der obigen Aussage wirkte die
Erfindung am besten, wenn Wasser als Kühlmittel ver
wendet wird. Es kann irgendeine bekannte Kühlmittel
quelle zum Zuführen des Kühlmittels verwendet werden,
vorausgesetzt, diese Quelle ist imstande, das Kühl
mittel mit einer bekannten Temperatur und bekanntem
Druck oder einer bekannten Temperatur und bekannten
Strömungsrate zuzuführen.
Anschließend werden die Folien- oder Filmheiz
einrichtungen mit vorbestimmten Pegeln elektrischer
Leistung beaufschlagt. Für jeden elektrischen Leistungs
pegel, der einer Heizeinrichtung zugeführt wird, wird die
Kühlmitteltemperatur aufgenommen, wobei hierzu irgendein
bekanntes Gerät zur Messung der Kühltemperaturen ver
wendet werden kann, beispielsweise ein Thermopaar,
das am Einlaß der Passage 18 angeordnet ist. Die
Oberflächentemperaturen, die von den Thermopaaren ge
messen werden, werden ebenfalls aufgenommen, während
der Komponente der Wärmefluß und das Kühlmittel zuge
führt werden. Der Wärmefluß für jede Heizleistung
wird aus der elektrischen Eingangsleistung in die
Heizeinrichtung und den bekannten Oberflächenbereich
der Heizeinrichtung berechnet.
Die Ergebnisse dieser Messungen und Berechnung
werden dazu verwendet, Kalibrierungsdaten in Form
einer Kurve zu erzeugen. Die Resultate können z. B. in
der in Fig. 3 dargestellten Form ausgeplottet werden,
die die Funktion des Heizflusses in Abhängigkeit von
der Differenz zwischen der Temperatur, die von einem
Oberflächenthermopaar gemessen wurde, und der Tempera
tur des Kühlmittels zeigt. Die Daten können auch in
Datenverarbeitungseinrichtung eingegeben werden, die
imstande ist, die Daten zu speichern, den Wärmefluß
zu berechnen und eine die Kalibrierungskurve dar
stellende Gleichung abzuleiten. Im vorliegenden Fall
wird der Heizfluß für jedes Oberflächenthermopaar
im wesentlichen eine lineare Funktion des Unterschie
des zwischen der Thermopaar- und Kühlmitteltemperatur
sein. Wird mit anderen Worten die Funktion manuell
aufgetragen, so wird sich bei linearer Einteilung
des Zeichenpapiers eine im wesentlichen gerade Linie
ergeben, wie sie durch die Gerade 22 in Fig. 3 ange
deutet ist.
Nach Abschluß der Wärmeflußkalibrierung wird
die Heizeinrichtung von der Turbinenschaufel entfernt.
Die Thermopaare bleiben auf der Schaufeloberfläche be
festigt. Die aus der Wärmeflußkalibrierung resultie
renden Kurven werden weiter mit den Ausgangssignalen
der Thermopaare verwendet, den Heizfluß an jedem
Thermopaar zu bestimmen, wenn die Turbinenschaufel
darauffolgend in der endgültigen tatsächlichen Anord
nung oder in einem Laborexperiment getestet wird,
während der Schaufel Kühlmittel derselben Eigenschaf
ten wie des während der Kalibrierung verwendeten Kühl
mittels zugeführt wird. Genauer gesagt, kann bei
einer Anzahl von Testpunkten der Wärmefluß an jedem
Thermopaar bestimmt werden, indem einfach die Tempe
raturdifferenz zwischen dem Kühlmittel und Thermopaar
gemessen wird und der Wärmefluß am Thermopaar aus der
Kalibrierungskurve für dieses Thermopaar entnommen
wird. Um den Wärmeübertragungskoeffizienten oder auch
die Wärmeübergangszahl an jedem Thermopaar zu bestim
men, wird "h" in der obigen Gleichung (1) gemessen,
ferner wird T Hauptstrom gemessen, und Gleichung (1)
wird für "h" gelöst, wobei der aus der Kalibrierungs
kurve gewonnene Wärmefluß verwendet wird. Die Berech
nung der Wärmefluß- und Wärmeübertragungskoeffizienten
verteilungen kann mittels einer elektronischen Daten
verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einem pro
grammierten digitalen Computer erfolgen, dem elektri
sche Signale zugeführt worden sind, die die oben er
läuterten gemessenen und berechneten Größen repräsen
tieren. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann die
selbe Datenverarbeitungseinrichtung sein, die im Zu
sammenhang mit der Beschreibung des Kalibrierungsbe
triebs weiter oben erwähnt wurde.
Die Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine
weitere Turbinenschaufel 24, die entsprechend einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgerüstet ist.
Die Turbinenschaufel weist eine Anzahl von auf ihrer
Außenfläche befestigten Thermopaaren auf. Die Thermo
paare, die dort liegen, wo die Schnittebene für die
Zeichnung durch die Schaufel angesetzt wurde, sind
in der Fig. 4 durch die Bezugszahlen 25 bis 28, 30
und 31 angezeigt. Eine dünne Widerstands-Folienheiz
einrichtung, die durch die dicke, durchgezogene
schwarze Linie 32 angezeigt wird, ist auf einem Teil
der Außenfläche der Schaufel so befestigt, daß sie
die Thermopaare 25 bis 28 bedeckt. Die abgedeckten
Thermopaare 25 bis 28 werden dazu verwendet, die
Wärmefluß- und Wärmeübertragungskoeffizientenvertei
lungen zu ermitteln. Die Thermopaare 30 und 31 sind
nicht abgedeckt. Die Ausgangssignale der Thermopaare
30 und 31 können dazu verwendet werden, zu überprüfen
und sicherzustellen, daß der Wärmefluß aus dem Schau
feläußeren ins Schaufelinnere eindimensional ist, wie
weiter unten näher erläutert werden wird. Ein film
thermopaar 33 kann auf der Außenfläche der Heizein
richtung befestigt werden, um die Temperatur der Heiz
einrichtung zu überwachen, falls solche Daten ge
wünscht werden. Es können auch mehrere derartiger
Filmthermopaare auf den Heizeinrichtungen befestigt
werden, um die Heizeinrichtungstemperatur bei einer
Anzahl von Stellen zu messen, wenn dies gewünscht
wird. Zusätzlich zu den Thermopaaren 25 bis 28, 30
und 31 ist eine Temperaturmeßvorrichtung vorgesehen,
die in Fig. 4 nicht dargestellt ist, um die Tempe
ratur des Kühlfluids, das durch den hohlen Innenraum
23 der Schaufel fließt, zu messen. Diese Temperatur
meßvorrichtung kann ein weiteres Thermopaar sein,
das so positioniert ist, daß es dem in die Schaufel
eintretenden oder diese verlassenden Kühlfluid aus
gesetzt ist.
Die Fig. 5 zeigt den graphischen Verlauf von
Daten, die mit der in Fig. 4 gezeigten Turbinen
schaufel, d. h. deren spezieller Ausrüstung, aufge
nommen wurden, wobei die Beziehung zwischen Wärme
fluß und Thermopaartemperatur für eine Anzahl Heiz
einrichtungsleistungen aufgetragen ist. Der graphi
sche Verlauf zeigt eine Serie von Datenpunkten,
von denen jede zwei Koordinaten aufweist. Eine der
Koordinaten ist der Wärmefluß bei jedem Pegel der
Heizeinrichtungsleistung oder kurz Heizleistung. Wie
im früheren Beispiel der Fig. 1 wird der Heizfluß
oder Wärmefluß aus dem bekannten Wert oder der bekann
ten Menge der Heizleistung, die der Turbinenschaufel
zugeführt wird, und der bekannten Fläche der Heizein
richtung abgeleitet. Die andere Koordinate der einzel
nen Datenpunkte in Fig. 5 ist die Temperatur an einem
bestimmten Thermopaar, die aus dem Ausgangssignal
dieses Thermopaares für jeden Pegel des Heizflusses
abgeleitet ist. Durch jeden Satz von Heizfluß- und
Temperaturkoordinaten ist für jedes der Thermopaare
eine Ausgleichskurve gezogen worden. Jede Kurve der
von der Heizeinrichtung bedeckten Thermopaare ist in
der Fig. 5 durch die entsprechende Thermopaarbezugs
zahl aus Fig. 4 mit hinzugefügtem Strichindex ange
zeigt. Die Kurven 34 und 35 beziehen sich auf den
temperaturabhängigen Wärmefluß für Thermopaare, die
zur Messung der Heizeinrichtungstemperatur verwendet
wurden. Da die Kurven für das die Kühltemperatur
messende Thermopaar und die Thermopaare 30 und 31
naturgemäß auf der in Fig. 5 verwendeten Skala
übereinstimmen, wurde ihnen eine einzige Bezugszahl 36
zugeordnet. Die drei Kurven 36 beziehen sich auf den
Wärmefluß in Abhängigkeit von der Temperatur für das
Thermopaar, das die Temperatur des Kühlmittels mißt
und für die Thermopaare, die nicht von der Heizeinrich
tung bedeckt sind, d. h. die Thermopaare 30 und 31
in Fig. 4.
Wie aus der Fig. 5 hervorgeht, sind die Kurven
für das die Kühlmitteltemperatur messende Thermopaar
und die Thermopaare 30 und 31 nahezu die gleichen.
Sie verlaufen im wesentlichen horizontal, was anzeigt,
daß die Temperatur in der Nähe der Thermopaare sich
nicht mit ansteigendem Wärmefluß ändert. Dies ist
jedoch nicht der Fall bei den Thermopaaren 25 bis 28.
Die Kurven für die Thermopaare 25 bis 28 zeigen an,
daß die Temperatur in der Umgebung oder Nähe der Ther
mopaare mit ansteigendem Wärmefluß ändert. Ferner
geht aus Fig. 5 die Tatsache hervor, daß die Wärme
übertragung oder der Wärmeübergang durch die Schaufel
im wesentlichen eindimensional ist, d. h., der Wärme
strom oder Wärmefluß ist senkrecht zur Außenfläche
der Schaufel gerichtet. Dies wird durch den Unterschied
zwischen den Kurven für die Thermopaare 25 und 31,
die am nächsten am Rand der Heizeinrichtung liegen,
begründet.
Die Kurven für die Thermopaare unterhalb der
Heizeinrichtung und für das Thermopaar, das die Kühl
mitteltemperatur mißt, sind zur Ableitung der Wärme
fluß- und Wärmeübertragungskoeffizientenverteilungen
der Schaufel in der Nähe jeder Thermopaaroberfläche
wie im Fall der Anordnung aus Fig. 1 nutzbar. Genauer
gesagt, kann eine der Gerade 22 in Fig. 3 vergleich
bare Linie für jedes Thermopaar 25 bis 28 aus den je
weiligen Kurven 25′ bis 28′ und aus der Kurve für das
Thermopaar, das die Kühlmitteltemperatur mißt, abge
leitet werden. Die Ableitung erfolgt, indem die Tem
peraturkoordinate für jeden Kühltemperaturdatenpunkt
von der entsprechenden Temperaturkoordinate der Daten
punkte für jedes der Thermopaare 25 bis 28 bei jeder
Wärmeflußkoordinate subtrahiert wird. Wie zuvor können
die aus dieser Ableitung resultierenden Geraden dazu
verwendet werden, die Wärmefluß- und Wärmeübertragungs
koeffizientenverteilungen für eine Turbinenschaufel 24
zu bestimmen, die in einer ihrer tatsächlichen Ein
satzbestimmung entsprechenden Umgebung oder in einer
diese simulierenden Umgebung, wie beispielsweise einer
Kaskade, arbeitet.
Claims (35)
1. Verfahren zum Bestimmen der Wärmeflußverteilung
auf einer Oberfläche einer Komponente,
gekennzeichnet durch
die Schritte des:
Befestigens einer oder mehrerer Temperaturmeßein richtungen auf einer vorbestimmten Fläche an der Stelle jeder Temperaturmeßeinrichtung;
Befestigens einer Heizeinrichtung auf einer vorge wählten Fläche der Komponente;
Zuführens von Kühlmittel vorbestimmter Eigenschaften zur Komponente;
Zuführens mehrerer vorbestimmter Wärmeflußmengen zur Komponente, während das Kühlmittel mit den vorbestimmten Eigenschaften der Komponente zugeführt wird;
Messens der Temperatur des Kühlmittels und der Tem peratur der vorbestimmten Fläche der Komponente für jede vorbestimmte Wärmeflußmenge; und
Ableitens von Wärmeflußkalibrierungsdaten für jede Temperaturmeßeinrichtung aus der der Fläche zugeführten Wärmeflußmenge, der Temperatur des Kühlmittels und der Temperatur der vorbestimmten Fläche.
Befestigens einer oder mehrerer Temperaturmeßein richtungen auf einer vorbestimmten Fläche an der Stelle jeder Temperaturmeßeinrichtung;
Befestigens einer Heizeinrichtung auf einer vorge wählten Fläche der Komponente;
Zuführens von Kühlmittel vorbestimmter Eigenschaften zur Komponente;
Zuführens mehrerer vorbestimmter Wärmeflußmengen zur Komponente, während das Kühlmittel mit den vorbestimmten Eigenschaften der Komponente zugeführt wird;
Messens der Temperatur des Kühlmittels und der Tem peratur der vorbestimmten Fläche der Komponente für jede vorbestimmte Wärmeflußmenge; und
Ableitens von Wärmeflußkalibrierungsdaten für jede Temperaturmeßeinrichtung aus der der Fläche zugeführten Wärmeflußmenge, der Temperatur des Kühlmittels und der Temperatur der vorbestimmten Fläche.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der ableitende Schritt den Schritt des Ableitens
von Daten umfaßt, die eine Wärmeflußkalibrierungskurve
für jede Temperaturmeßeinrichtung definieren, indem
Werte, die sich auf die vorbestimmten, der Komponente
zugeführten Wärmeflußmengen beziehen, als eine Funktion
des Temperaturunterschiedes zwischen der Fläche und dem
Kühlmittel bestimmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kühlmittelzuführungsschritt den Schritt des
Zuführens von Kühlmittel einer vorbestimmten Strömungs
rate und Temperatur zur Komponente umfaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kühlmittelzuführungsschritt den Schritt des
Zuführens von Kühlmittel mit einem vorbestimmten Druck
und einer vorbestimmten Temperatur zur Komponente umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die der Fläche zugeführte Wärmeflußmenge aus der
elektrischen Eingangsleistung in die Heizeinrichtung
und dem Flächenbereich der Heizeinrichtung abgeleitet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt des Befestigens einer oder mehrer
Temperaturmeßeinrichtungen auf der vorbestimmten Fläche
der Komponente den Schritt des Befestigens eines oder
mehrer Thermopaare an der vorbestimmten Fläche der
Komponente umfaßt.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt des Befestigens einer Heizeinrichtung
auf einer vorbestimmten Fläche der Komponente den
Schritt des Befestigens einer Widerstands-Folienheiz
einrichtung auf der vorgewählten Fläche der Komponente
umfaßt.
8. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Komponente eine Turbinentriebswerkskomponente ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Komponente eine Turbinenschaufel ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt des Zuführens von Kühlfluid zur Komponen
te den Schritt des Zuführens von Kühlfluid in eine oder
mehrere Passagen in der Komponente umfaßt und daß der
Schritt des Befestigens einer Heizeinrichtung auf der
vorgewählten Fläche der Komponente den Schritt des Befe
stigens der Heizeinrichtung auf einer äußeren Oberfläche
der Komponente umfaßt.
11. Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
die weiteren Schritte des:
Entfernens der Heizeinrichtung von der Fläche der Komponente;
Zuführens von Kühlmittel vorbestimmter Eigenschaf ten zur Komponente;
Messens der Temperatur der Fläche bei jeder Tempe raturmeßeinrichtung; und
Bestimmens des Wärmeflusses bei jeder Temperatur meßeinrichtung aus den Wärmeflußkalibrierungsdaten und der Temperatur an jeder Temperaturmeßeinrichtung nach Entfernen der Heizeinrichtung.
Entfernens der Heizeinrichtung von der Fläche der Komponente;
Zuführens von Kühlmittel vorbestimmter Eigenschaf ten zur Komponente;
Messens der Temperatur der Fläche bei jeder Tempe raturmeßeinrichtung; und
Bestimmens des Wärmeflusses bei jeder Temperatur meßeinrichtung aus den Wärmeflußkalibrierungsdaten und der Temperatur an jeder Temperaturmeßeinrichtung nach Entfernen der Heizeinrichtung.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt des Zuführens von Kühlmittel vorbestimm
ter Eigenschaften zur Komponente den Schritt des Zuführens
von Kühlmittel der Eigenschaften umfaßt, das der Komponen
te bei auf der Komponente befestigter Heizeinrichtung
zugeführt worden ist.
13. Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
die weiteren Schritte des:
Messens der Hauptstromtemperatur; und
Bestimmens des Wärmeübergangskoeffizienten bei jeder Temperaturmeßeinrichtung aus dem Wärmefluß bei jeder Temperaturmeßeinrichtung, der Hauptstromtemperatur und der Temperatur, die von jeder Temperaturmeßeinrichtung ge messen wurde.
Messens der Hauptstromtemperatur; und
Bestimmens des Wärmeübergangskoeffizienten bei jeder Temperaturmeßeinrichtung aus dem Wärmefluß bei jeder Temperaturmeßeinrichtung, der Hauptstromtemperatur und der Temperatur, die von jeder Temperaturmeßeinrichtung ge messen wurde.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bestimmungsschritt den Schritt des Dividierens
des Wärmeflusses bei jeder Temperaturmeßeinrichtung durch
die Differenz zwischen der Hauptstromtemperatur und der
Temperatur an jeder Temperaturmeßeinrichtung umfaßt.
15. Verfahren nach Anspruch 2,
gekennzeichnet durch
die weiteren Schritte des:
Entfernens der Heizeinrichtung von der Fläche der Komponente;
Zuführens von Kühlmittel vorbestimmter Eigenschaften zur Komponente;
Messens der Temperatur der Fläche bei jeder Tempera turmeßeinrichtung; und
Bestimmens des Wärmeflusses bei jeder Temperaturmeß einrichtung aus der Wärmeflußkalibrierungskurve und der Temperatur bei jeder Temperaturmeßeinrichtung nach Entfer nen der Heizeinrichtung.
Entfernens der Heizeinrichtung von der Fläche der Komponente;
Zuführens von Kühlmittel vorbestimmter Eigenschaften zur Komponente;
Messens der Temperatur der Fläche bei jeder Tempera turmeßeinrichtung; und
Bestimmens des Wärmeflusses bei jeder Temperaturmeß einrichtung aus der Wärmeflußkalibrierungskurve und der Temperatur bei jeder Temperaturmeßeinrichtung nach Entfer nen der Heizeinrichtung.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt des Zuführens von Kühlmittel vorbestimm
ter Eigenschaften zur Komponente den Schritt des Zufüh
rens von Kühlmittel der Eigenschaften umfaßt, das der
Komponente mit auf der Komponente befestigter Heizein
richtung zugeführt worden ist.
17. Verfahren nach Anspruch 15,
gekennzeichnet durch
die weiteren Schritte des:
Messens der Hauptstromtemperatur; und
Bestimmens des Wärmeübergangskoeffizienten bei jeder Temperaturmeßeinrichtung aus dem Wärmefluß bei jeder Temperaturmeßeinrichtung, der Hauptstromtemperatur und der Temperatur, die von jeder Temperaturmeßeinrichtung gemessen worden ist.
Messens der Hauptstromtemperatur; und
Bestimmens des Wärmeübergangskoeffizienten bei jeder Temperaturmeßeinrichtung aus dem Wärmefluß bei jeder Temperaturmeßeinrichtung, der Hauptstromtemperatur und der Temperatur, die von jeder Temperaturmeßeinrichtung gemessen worden ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bestimmungsschritt den Schritt des Dividierens
des Wärmestroms bei jeder Temperaturmeßeinrichtung durch
die Differenz zwischen der Hauptstromtemperatur und der
Temperatur bei jeder Temperaturmeßeinrichtung umfaßt.
19. Vorrichtung zum Bestimmen der Wärmeflußverteilung
auf einer Oberfläche einer Komponente,
gekennzeichnet durch
eine oder mehrere Temperaturmeßeinrichtungen (10; 25 bis 28, 30 und 31), die auf einer vorbestimmten Fläche der Komponente (12; 24) befestigt sind und dazu dienen, die Temperatur der Fläche an der Stelle jeder Temperaturmeßeinrichtung zu messen;
eine Heizeinrichtung (20; 32), die auf einer vorge wählten Fläche der Komponente befestigt ist;
eine Einrichtung zum Zuführen von Kühlmittel vor bestimmter Eigenschaften zur Komponente;
eine Einrichtung zum Messen der Temperatur des der Komponente zugeführten Kühlmittels;
eine Einrichtung zum Zuführen mehrerer vorbestimmter Heizmengen zur Komponente mittels der Heizeinrichtung;
eine Einrichtung zum Aufzeichnen der Temperatur des Kühlmittels und der Temperatur der Komponentenfläche an der Stelle jeder Temperaturmeßeinrichtung für jede vor bestimmte Heizmenge; und
eine Einrichtung zum Ableiten von Wärmeflußkalibrie rungsdaten für jede Temperaturmeßeinrichtung aus der der Fläche zugeführten Heizmenge, der Temperatur des Kühl mittels und der Temperatur der Fläche.
eine oder mehrere Temperaturmeßeinrichtungen (10; 25 bis 28, 30 und 31), die auf einer vorbestimmten Fläche der Komponente (12; 24) befestigt sind und dazu dienen, die Temperatur der Fläche an der Stelle jeder Temperaturmeßeinrichtung zu messen;
eine Heizeinrichtung (20; 32), die auf einer vorge wählten Fläche der Komponente befestigt ist;
eine Einrichtung zum Zuführen von Kühlmittel vor bestimmter Eigenschaften zur Komponente;
eine Einrichtung zum Messen der Temperatur des der Komponente zugeführten Kühlmittels;
eine Einrichtung zum Zuführen mehrerer vorbestimmter Heizmengen zur Komponente mittels der Heizeinrichtung;
eine Einrichtung zum Aufzeichnen der Temperatur des Kühlmittels und der Temperatur der Komponentenfläche an der Stelle jeder Temperaturmeßeinrichtung für jede vor bestimmte Heizmenge; und
eine Einrichtung zum Ableiten von Wärmeflußkalibrie rungsdaten für jede Temperaturmeßeinrichtung aus der der Fläche zugeführten Heizmenge, der Temperatur des Kühl mittels und der Temperatur der Fläche.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ableitende Einrichtung Einrichtungen zum Ableiten
von Daten umfaßt, die eine Wärmeflußkalibrierungskurve
für jede Temperaturmeßeinrichtung definiert, indem diese
Einrichtung Werte, die sich auf die der Komponente zu
geführten Heizmengen beziehen, als Funktion der Differenz
der Temperatur der Fläche und des Kühlmittels bestimmen.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlmittelzuführungseinrichtung Einrichtungen zum
Zuführen von Kühlmittel zur Komponente mit einer vorbe
stimmten Strömungsrate und Temperatur umfaßt.
22. Vorrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlmittelzuführungseinrichtung Einrichtungen zum
Zuführen von Kühlmittel zur Komponente unter einem vorbe
stimmten Druck und mit einer vorbestimmten Temperatur
umfaßt.
23. Vorrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperaturmeßeinrichtung aus einem oder mehreren
Thermopaaren bestehen.
24. Vorrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizeinrichtung eine Widerstands-Folienheizein
richtung ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 19, ferner
gekennzeichnet durch
Einrichtungen zum Ableiten des Wärmeflusses an einer
oder mehreren Temperaturmeßeinrichtungen aus den Wärme
flußkalibrierungsdaten und den Temperaturen, die von den
Temperaturmeßeinrichtungen (10; 25 bis 28, 30 und 31)
gemessen wurden.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, ferner
gekennzeichnet durch
Einrichtungen zum Ableiten des Wärmeflußkoeffizienten
an einer oder mehreren Temperaturmeßeinrichtungen aus dem
abgeleiteten Wärmefluß.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen zum Ableiten des Wärmeflußkoeffi
zienten eine Vorrichtung zum Messen einer Hauptstromtempe
ratur umfassen.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ableitenden Einrichtungen den Wärmeübergangsko
effizienten an einer oder mehreren Temperaturmeßeinrichtun
gen aus dem abgeleiteten Wärmefluß, der gemessenen Haupt
stromtemperatur und der Temperatur ableiten, die von der
einen oder den anderen Temperaturmeßeinrichtungen gemessen
wird.
29. Vorrichtung zum Bestimmen des Wärmeflusses an
einer oder mehreren Stellen auf einer Oberfläche einer
Komponente in einer Hochtemperaturumgebung,
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung zum Zuführen von Kühlmittel vorbe stimmter Eigenschaften zur Komponente (12; 24);
eine Einrichtung (10; 25 bis 28, 30 und 31) zum Messen der Temperatur an einer oder mehreren Stellen auf einer vorbestimmten Fläche der Komponente, wenn diese in einer Hochtemperaturumgebung betrieben wird; und
eine Einrichtung zum Bestimmen des Wärmeflusses an dieser einen oder den mehreren Stellen auf der Komponente aus Wärmeflußkalibrierungsdaten und den Ausgangssignalen der Temperaturmeßeinrichtungen.
eine Einrichtung zum Zuführen von Kühlmittel vorbe stimmter Eigenschaften zur Komponente (12; 24);
eine Einrichtung (10; 25 bis 28, 30 und 31) zum Messen der Temperatur an einer oder mehreren Stellen auf einer vorbestimmten Fläche der Komponente, wenn diese in einer Hochtemperaturumgebung betrieben wird; und
eine Einrichtung zum Bestimmen des Wärmeflusses an dieser einen oder den mehreren Stellen auf der Komponente aus Wärmeflußkalibrierungsdaten und den Ausgangssignalen der Temperaturmeßeinrichtungen.
30. Vorrichtung zum Bestimmen des Wärmeübergangskoeffi
zienten für eine oder mehrere Stellen auf einer Ober
fläche einer Komponente in einer Hochtemperaturumgebung,
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung zum Zuführen von Kühlmittel vorbe stimmter Eigenschaften zur Komponente (12; 24);
eine Einrichtung (10; 25 bis 28, 30 und 31) zum Messen der Temperatur an einer oder mehreren Stellen auf einer vorbestimmten Fläche der Komponente, wenn diese in einer Hochtemperaturumgebung betrieben wird; und
eine Einrichtung zum Bestimmen des Wärmeübergangs koeffizienten für diese eine oder mehrere Stellen aus Wärmeflußkalibrierungsdaten und den Ausgangssignalen der Temperaturmeßeinrichtungen.
eine Einrichtung zum Zuführen von Kühlmittel vorbe stimmter Eigenschaften zur Komponente (12; 24);
eine Einrichtung (10; 25 bis 28, 30 und 31) zum Messen der Temperatur an einer oder mehreren Stellen auf einer vorbestimmten Fläche der Komponente, wenn diese in einer Hochtemperaturumgebung betrieben wird; und
eine Einrichtung zum Bestimmen des Wärmeübergangs koeffizienten für diese eine oder mehrere Stellen aus Wärmeflußkalibrierungsdaten und den Ausgangssignalen der Temperaturmeßeinrichtungen.
31. Verfahren zum Bestimmen des Wärmeflusses an einer
oder mehreren Stellen auf einer Oberfläche einer Kompo
nente in einer Hochtemperaturumgebung,
gekennzeichnet durch
Zuführen von Kühlmittel vorbestimmter Eigenschaften zur Komponente;
Messen der Temperatur an einer oder mehreren Stellen einer vorbestimmten Oberfläche der Komponente, wenn diese in einer Hochtemperaturumgebung betrieben wird; und
Bestimmen des Wärmeflusses an der einen oder den mehreren Stellen auf der Komponente aus Wärmeflußkali brierungsdaten und den Ergebnissen aus dem Temperaturmeß schritt.
Zuführen von Kühlmittel vorbestimmter Eigenschaften zur Komponente;
Messen der Temperatur an einer oder mehreren Stellen einer vorbestimmten Oberfläche der Komponente, wenn diese in einer Hochtemperaturumgebung betrieben wird; und
Bestimmen des Wärmeflusses an der einen oder den mehreren Stellen auf der Komponente aus Wärmeflußkali brierungsdaten und den Ergebnissen aus dem Temperaturmeß schritt.
32. Verfahren zum Bestimmen des Wärmeübergangskoeffi
zienten an einer oder mehreren Stellen auf einer Ober
fläche einer Komponente in einer Hochtemperaturumgebung,
gekennzeichnet durch
Zuführen von Kühlmittel vorbestimmter Eigenschaften zur Komponente;
Messen der Temperatur an einer oder mehreren Stellen auf einer vorbestimmten Oberfläche der Komponente, wenn diese in einer Hochtemperaturumgebung betrieben wird; und
Bestimmen des Wärmeübergangskoeffizienten für diese eine oder die mehreren Stellen aus Wärmeflußkalibrierungs daten und den Ergebnissen aus dem Temperaturmeßschritt.
Zuführen von Kühlmittel vorbestimmter Eigenschaften zur Komponente;
Messen der Temperatur an einer oder mehreren Stellen auf einer vorbestimmten Oberfläche der Komponente, wenn diese in einer Hochtemperaturumgebung betrieben wird; und
Bestimmen des Wärmeübergangskoeffizienten für diese eine oder die mehreren Stellen aus Wärmeflußkalibrierungs daten und den Ergebnissen aus dem Temperaturmeßschritt.
33. Verfahren zum Bestimmen der Wärmeflußverteilung auf
einer vorbestimmten Oberfläche einer Komponente,
gekennzeichnet durch
die Schritte des:
Zuführens von Kühlmittel vorbestimmter Eigenschaften auf eine vorgewählte Oberfläche der Komponente;
Zuführens einer vorbestimmten Wärmeflußmenge auf eine vorgewählte Oberfläche der Komponente, während Kühl mittel mit den vorbestimmten Eigenschaften der Komponente zugeführt wird;
Messens der Temperatur des Kühlmittels und der Tem peratur der vorbestimmten Fläche der Komponente für jede vorbestimmte Wärmeflußmenge; und
Ableitens von Wärmeflußkalibrierungsdaten aus der der Komponente zugeführten vorbestimmten Wärmeflußmenge, der gemessenen Temperatur des Kühlmittels und der gemessenen Temperatur der vorbestimmten Oberfläche.
Zuführens von Kühlmittel vorbestimmter Eigenschaften auf eine vorgewählte Oberfläche der Komponente;
Zuführens einer vorbestimmten Wärmeflußmenge auf eine vorgewählte Oberfläche der Komponente, während Kühl mittel mit den vorbestimmten Eigenschaften der Komponente zugeführt wird;
Messens der Temperatur des Kühlmittels und der Tem peratur der vorbestimmten Fläche der Komponente für jede vorbestimmte Wärmeflußmenge; und
Ableitens von Wärmeflußkalibrierungsdaten aus der der Komponente zugeführten vorbestimmten Wärmeflußmenge, der gemessenen Temperatur des Kühlmittels und der gemessenen Temperatur der vorbestimmten Oberfläche.
34. Verfahren nach Anspruch 33,
gekennzeichnet durch
den weiteren Schritt des
Ableitens des Wärmeflusses für die vorbestimmte Oberfläche der Komponente aus den Wärmeflußkalibrierungs daten.
Ableitens des Wärmeflusses für die vorbestimmte Oberfläche der Komponente aus den Wärmeflußkalibrierungs daten.
35. Verfahren nach Anspruch 33,
gekennzeichnet durch
den weiteren Schritt des
Ableitens des Wärmeübergangskoeffizienten für die vorbestimmte Oberfläche der Komponente aus den Wärme flußkalibrierungsdaten.
Ableitens des Wärmeübergangskoeffizienten für die vorbestimmte Oberfläche der Komponente aus den Wärme flußkalibrierungsdaten.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/180,926 US4916715A (en) | 1988-04-13 | 1988-04-13 | Method and apparatus for measuring the distribution of heat flux and heat transfer coefficients on the surface of a cooled component used in a high temperature environment |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3910430A1 true DE3910430A1 (de) | 1989-10-26 |
Family
ID=22662223
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3910430A Withdrawn DE3910430A1 (de) | 1988-04-13 | 1989-03-31 | Verfahren und vorrichtung zum messen der verteilung von waermefluss und von waermeuebergangskoeffizienten auf der oberflaeche einer gekuehlten, in einer hochtemperaturumgebung eingesetzten komponente |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4916715A (de) |
JP (1) | JPH01299449A (de) |
DE (1) | DE3910430A1 (de) |
FR (1) | FR2630210A1 (de) |
GB (1) | GB2217453A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016119442B3 (de) * | 2016-10-12 | 2018-01-18 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren und Vorrichtung zum ortsaufgelösten Messen eines Wärmestromeintrags in ein thermisch hochbelastetes Bauteil |
Families Citing this family (43)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5158362A (en) * | 1991-02-08 | 1992-10-27 | General Electric Company | Method for measuring the mass of liquid in a storage tank |
US5165794A (en) * | 1991-08-02 | 1992-11-24 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Method for the thermal characterization, visualization, and integrity evaluation of conducting material samples or complex structures |
US5217304A (en) * | 1991-08-02 | 1993-06-08 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Electrical network method for the thermal or structural characterization of a conducting material sample or structure |
US5346307A (en) * | 1993-06-03 | 1994-09-13 | Regents Of The University Of California | Using electrical resistance tomography to map subsurface temperatures |
US6422743B1 (en) * | 1999-03-26 | 2002-07-23 | Allison Advanced Development Company | Method for determining heat transfer performance of an internally cooled structure |
US6517241B1 (en) * | 2000-05-30 | 2003-02-11 | General Electric Company | Sensors and methodology for improved turbine exhaust gas temperature measurements |
GB2370632B (en) * | 2000-11-30 | 2004-11-17 | Rolls Royce Plc | A gas turbine engine guide vane and temperature monitor therefor |
JP3749135B2 (ja) * | 2001-03-13 | 2006-02-22 | 横河電子機器株式会社 | 温度測定装置 |
US6585408B2 (en) * | 2001-07-30 | 2003-07-01 | General Electric Company | Method and apparatus for measuring local heat transfer distribution on a surface |
US20030128736A1 (en) * | 2001-11-01 | 2003-07-10 | Dalio Brian A. | Turbine component inspection system |
US6719517B2 (en) * | 2001-12-04 | 2004-04-13 | Brooks Automation | Substrate processing apparatus with independently configurable integral load locks |
KR100456093B1 (ko) * | 2002-04-19 | 2004-11-08 | 국방과학연구소 | 열류 게이지 및 그 제조방법 |
US6838157B2 (en) * | 2002-09-23 | 2005-01-04 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Method and apparatus for instrumenting a gas turbine component having a barrier coating |
US7572524B2 (en) * | 2002-09-23 | 2009-08-11 | Siemens Energy, Inc. | Method of instrumenting a component |
US7270890B2 (en) | 2002-09-23 | 2007-09-18 | Siemens Power Generation, Inc. | Wear monitoring system with embedded conductors |
US20050198967A1 (en) * | 2002-09-23 | 2005-09-15 | Siemens Westinghouse Power Corp. | Smart component for use in an operating environment |
DE10311223A1 (de) * | 2003-03-14 | 2004-09-23 | Abb Research Ltd. | Verfahren und Vorrichtung zur Prozessregelung oder -steuerung von thermischen Lastwechseln von einem von einem Medium durchströmten krümmungsbehinderten und/oder dickwandigen Bauteil in einem thermischen System |
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 |
GB0510440D0 (en) * | 2005-05-21 | 2005-06-29 | Rolls Royce Plc | An instrumentation rake |
US7412320B2 (en) * | 2005-05-23 | 2008-08-12 | Siemens Power Generation, Inc. | Detection of gas turbine airfoil failure |
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 |
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 |
EP2131168A1 (de) * | 2008-06-04 | 2009-12-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Kapazitätsänderungen in einer Flüssigkeit und Turbine |
JP5626173B2 (ja) * | 2011-09-30 | 2014-11-19 | 新日鐵住金株式会社 | 金属板の温度分布の予測方法及び金属板の製造方法 |
CN102507636B (zh) * | 2011-09-30 | 2013-11-06 | 中国科学院金属研究所 | 一种测定钢的快速冷却过程界面换热系数的方法 |
US9377370B2 (en) | 2012-02-29 | 2016-06-28 | Solar Turbines Incorporated | Heat flux gauge with micro-scale temperature sensors |
US9249669B2 (en) | 2012-04-05 | 2016-02-02 | General Electric Company | CMC blade with pressurized internal cavity for erosion control |
US9325388B2 (en) | 2012-06-21 | 2016-04-26 | Siemens Energy, Inc. | Wireless telemetry system including an induction power system |
US9103731B2 (en) | 2012-08-20 | 2015-08-11 | Unison Industries, Llc | High temperature resistive temperature detector for exhaust gas temperature measurement |
JP5931715B2 (ja) * | 2012-12-27 | 2016-06-08 | 三菱重工業株式会社 | 熱流束センサ及び熱流束センサの製造方法 |
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 |
US10082308B2 (en) | 2015-02-06 | 2018-09-25 | Johnson Controls Technology Company | Thermostat with heat rise compensation based on wireless data transmission |
FR3032529B1 (fr) * | 2015-02-06 | 2019-06-07 | Saint-Gobain Isover | Determination de la resistance thermique d'une paroi |
US10104313B2 (en) | 2016-07-08 | 2018-10-16 | United Technologies Corporation | Method for turbine component qualification |
US10551327B2 (en) | 2018-04-11 | 2020-02-04 | General Electric Company | Cooling hole inspection system |
RU2677973C1 (ru) * | 2018-04-27 | 2019-01-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Способ определения коэффициента теплопередачи через стенку конвективно охлаждаемой детали |
US11885688B2 (en) | 2020-07-21 | 2024-01-30 | General Electric Company | Method and system for inspecting cooling holes of a turbine engine component |
US11492913B2 (en) | 2020-07-21 | 2022-11-08 | General Electric Company | Cooling hole inspection system |
CN112504515B (zh) * | 2020-11-11 | 2022-05-31 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种基于凸出式热电偶的热流密度分布的测量方法 |
Family Cites Families (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3123996A (en) * | 1964-03-10 | musial | ||
US1528383A (en) * | 1923-06-11 | 1925-03-03 | Schmidt Ernst | Device for the measurement of heat |
US2585934A (en) * | 1947-02-12 | 1952-02-19 | Jr Walter T Haswell | Apparatus for measuring rapid cooling rates |
US3095743A (en) * | 1959-12-18 | 1963-07-02 | Champlon Spark Plug Company | Apparatus for measuring elevated temperatures |
US3221554A (en) * | 1964-01-09 | 1965-12-07 | Honeywell Inc | High temperature sensors |
US3354720A (en) * | 1965-08-30 | 1967-11-28 | Armstrong Cork Co | Temperature sensing probe |
US3592061A (en) * | 1969-08-22 | 1971-07-13 | Gen Motors Corp | Gas turbine airfoil having integral thermocouple |
US3623368A (en) * | 1970-03-09 | 1971-11-30 | Comstock & Wescott | Turbine engine blade pyrometer |
US3672204A (en) * | 1970-04-08 | 1972-06-27 | Atomic Energy Commission | Transient thermal method and means for nondestructively testing a sample |
US4058975A (en) * | 1975-12-08 | 1977-11-22 | General Electric Company | Gas turbine temperature sensor validation apparatus and method |
US4024751A (en) * | 1975-12-18 | 1977-05-24 | Betz Laboratories, Inc. | Apparatus for determining heat transfer efficiency |
GB1593425A (en) * | 1978-05-16 | 1981-07-15 | Foseco Int | Thermal conductivity of materials |
US4309901A (en) * | 1979-12-18 | 1982-01-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Heat transfer calibration plate |
US4309991A (en) * | 1980-06-18 | 1982-01-12 | Demarco Alexander H | Wrist brace |
US4396300A (en) * | 1981-05-01 | 1983-08-02 | Bridger Scientific, Inc. | Method and apparatus for determining the heat transfer characteristics of a tube |
HU186066B (en) * | 1982-06-03 | 1985-05-28 | Budapesti Mueszaki Egyetem | Method and apparatus for measuring coefficient of heat transfer |
US4553852A (en) * | 1983-12-07 | 1985-11-19 | W. R. Grace & Co. | Apparatus and method for heat flow measurement |
US4644162A (en) * | 1984-09-20 | 1987-02-17 | General Electric Company | Cooling hole inspection |
US4595298A (en) * | 1985-05-01 | 1986-06-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Temperature detection system for use on film cooled turbine airfoils |
US4812050A (en) * | 1985-05-28 | 1989-03-14 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method for calibrating a heat flux gauge |
-
1988
- 1988-04-13 US US07/180,926 patent/US4916715A/en not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-03-31 DE DE3910430A patent/DE3910430A1/de not_active Withdrawn
- 1989-04-11 GB GB8908124A patent/GB2217453A/en not_active Withdrawn
- 1989-04-12 FR FR8904796A patent/FR2630210A1/fr active Pending
- 1989-04-13 JP JP1092000A patent/JPH01299449A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016119442B3 (de) * | 2016-10-12 | 2018-01-18 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren und Vorrichtung zum ortsaufgelösten Messen eines Wärmestromeintrags in ein thermisch hochbelastetes Bauteil |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2217453A (en) | 1989-10-25 |
US4916715A (en) | 1990-04-10 |
GB8908124D0 (en) | 1989-05-24 |
FR2630210A1 (fr) | 1989-10-20 |
JPH01299449A (ja) | 1989-12-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3910430A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum messen der verteilung von waermefluss und von waermeuebergangskoeffizienten auf der oberflaeche einer gekuehlten, in einer hochtemperaturumgebung eingesetzten komponente | |
DE3910433A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum messen der thermischen wirksamkeit einer erwaermten oder gekuehlten komponente | |
DE69416367T2 (de) | Verfahren und Apparatur zur Messung der Wärmeleitfähigkeit | |
DE69733138T2 (de) | Selbstprüfender temperatursensor | |
DE69001511T2 (de) | Referenztemperaturstelle fuer ein mehrkanal-temperaturerfassungssystem. | |
DE112013006620T5 (de) | Wärmewiderstandsanalyseverfahren | |
EP3551981B1 (de) | Verfahren zur in situ kalibrierung eines thermometers | |
DE69927922T2 (de) | Kompensation kalter Lötstellen für mehrere Thermoelemente | |
EP3545258B1 (de) | Verfahren zur abstandsmessung bei der herstellung von platten oder bandmaterialien | |
DE102018006868B4 (de) | Messeinrichtung zur Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit eines Fluids | |
DE2758994A1 (de) | Messfuehler zum bestimmen von waermestroemen durch ein festes medium | |
EP0174267B1 (de) | Elektrische Maschine mit Überwachung des Flüssigkeitskühlkreislaufes | |
DE3529257C2 (de) | Verfahren und Anordnung zur Ermittlung der Wärmeabgabe von Heizflächen einer Heizungsanlage | |
EP3746777B1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur messung einer wärmeleitfähigkeit einer probe | |
DE102021211392B3 (de) | Verfahren zur Erfassung des konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten und der Dicke einer Grenzschicht | |
EP3533533B1 (de) | Vorrichtung und ein verfahren zum prüfen einer funktionsfähigkeit von an einer giessform verteilt angeordneten temperatursensoren | |
Talib et al. | A novel liquid crystal image processing technique using multiple gas temperature steps to determine heat transfer coefficient distribution and adiabatic wall temperature | |
DE69418919T2 (de) | Verfahren zur gleichzeitigen Messung der Wärmeleitfähigkeit und kinematischen Viskosität | |
EP3850291B1 (de) | Verfahren zur festigkeits- und lebensdauerberechnung eines fluiddurchströmten verfahrenstechnischen apparats | |
DE3444383C2 (de) | ||
DE2608996A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur temperaturueberwachung eines kernreaktor-kerns | |
EP3513178B1 (de) | Gaszähler | |
DE3707819C2 (de) | ||
DE69820055T2 (de) | Apparat und methode für das messen der temperatur einer sich bewegenden oberfläche | |
DE10253905A1 (de) | Instrument zum Messen der von einer Quelle kohärenter oder inkohärenter Strahlung, insbesondere von einer Laser-Strahlungsquelle abgegebenen Leistung und damit verbundenes Verfahren |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: VOIGT, R., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 6232 BAD SODEN |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |