EP1509727A1 - Flansch zu flammenbeobachtung - Google Patents

Flansch zu flammenbeobachtung

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EP1509727A1
EP1509727A1 EP03735711A EP03735711A EP1509727A1 EP 1509727 A1 EP1509727 A1 EP 1509727A1 EP 03735711 A EP03735711 A EP 03735711A EP 03735711 A EP03735711 A EP 03735711A EP 1509727 A1 EP1509727 A1 EP 1509727A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flange
flame
observation
intermediate space
bore
Prior art date
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Granted
Application number
EP03735711A
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English (en)
French (fr)
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EP1509727B1 (de
Inventor
Michael Class
Marcus Gall
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GE Vernova GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Technology AG filed Critical Alstom Technology AG
Publication of EP1509727A1 publication Critical patent/EP1509727A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1509727B1 publication Critical patent/EP1509727B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M11/00—Safety arrangements
    • F23M11/04—Means for supervising combustion, e.g. windows
    • F23M11/042—Viewing ports of windows

Definitions

  • the present invention relates to a flange for optical flame observation in a gas turbine.
  • the flange in this case comprises at least one bore for optical observation, in which bore at least one disk is arranged, around the space on the lamb side, which is in essentially direct connection with a combustion chamber in which the at least one flame to be observed is arranged, from the outside , from which the observation of the at least one flame can take place.
  • the flames in the combustion chamber of a gas turbine must be observed and monitored. This happens, among other things, in the case of annular combustion chambers, in which, as it were, a single, rotating one, of a plurality of on the circumference Flame supplied to arranged burners is present, for example, by leading at least one observation tube through the housing of the gas turbine to the outside of the gas turbine.
  • the tube leads through cavities arranged in the housing, which are used, for example, to supply cooling air, additional combustion air or to accommodate fuel supply lines, etc.
  • the tube is usually open to the combustion chamber, i.e.
  • Observation means in the form of flame monitors with optical detectors are usually arranged on the outside of the gas turbine, which allow automated and continuous observation and control of the flame activity. These observation means are arranged outside the gas turbine, that is essentially at room temperature and normal pressure, on the one hand, in order not to stress these observation means excessively thermally and mechanically, and in order to be able to exchange and maintain them more easily on the other hand.
  • at least one suitable, i.e. the optical path of the flame observation is not impaired provided disc which is used either at the end of the observation tube or in a flange placed on the observation tube.
  • the at least one disc is installed in the flange, i.e. z. B. welded into the flange.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a flange with at least one recessed disc, which, for. B. the Flames can be observed in the combustion chamber of a gas turbine. It is a flange for optical flame observation, comprising at least one bore for optical observation, in which bore at least one disk is arranged, around the flame-side space, which is in essentially direct connection with a combustion chamber in which the at least one to be observed Flame is arranged to separate from the outside space from which the observation of the at least one flame can take place.
  • the flange proposed according to the invention is characterized in that two disks are arranged one behind the other in relation to the optical axis, preferably parallel and perpendicular to the optical axis, which delimit a sealed space in the bore, and in that means for dehumidifying the sealed space are.
  • the arrangement of two panes one behind the other has the advantage that a redundant system is created. In other words, the presence of two panes in a row results in increased security, since each pane is advantageously capable of withstanding the entire temperature and pressure difference between the outside environment and the inside of the observation tube.
  • a defect in one of the two disks does not immediately lead to a failure of the gas turbine (which is unavoidable with an open connection between the combustion chamber and the outside environment), since the second disk can immediately take over the full function of the first one.
  • the arrangement of two panes one behind the other is problematic in that moist air, which can be trapped in the space between the two panes, tends to be above a certain level of moisture on the cold pane, i.e. on the pane facing the observation means condense. Fogging of this pane makes it impossible or at least more difficult to observe the flame with the observation means, since this significantly impedes the optical path and thus falsifies the measurement.
  • This problem is solved according to the invention by providing means for dehumidifying the space between the two panes.
  • the means are designed in the form of at least one drying cartridge.
  • the drying cartridge can then be arranged accordingly in the flange in an area which is connected to the space between the two panes, so that dehumidification of this space is ensured. It is also possible to arrange the drying cartridge directly in the intermediate space, provided that this does not interfere with the optical path for observation.
  • Products are particularly suitable as drying cartridges, which can be re-used for dehumidification after simply absorbing moisture by simply heating them. This usually involves, for example, hygroscopic substances stored in a porous aluminum container, which have the property of releasing the absorbed water when an elevated temperature is applied. After the absorption of moisture, such drying cartridges can simply be dried again in an oven by heating, and then used again to dehumidify the intermediate space.
  • the dehumidifiers are arranged in the flange such that they can be inserted, exchanged or removed from the outside of the flange facing away from the intermediate space.
  • This arrangement z. B. a dry cartridge in the flange allows replacement of these dehumidifiers without having to remove one of the two discs in series from the flange.
  • the maintenance of the flange is particularly easy and efficient.
  • the preferred procedure is to provide at least one cavity for the dehumidifying means, which is arranged laterally to the intermediate space with respect to the optical axis and which is connected to the intermediate space, this connection in particular via at least one opening between the hollow space and the space is guaranteed.
  • This arrangement allows easy access from the flange side (essentially from the radial side with respect to the optical axis) without the optical path being disturbed by the presence of the dehumidifiers. Accessibility to the dehumidifying means is furthermore preferably ensured in that the flange has at least one hole arranged essentially perpendicular to the optical axis, which is connected to the intermediate space via at least one opening, which hole provides a cavity for receiving the means , and which can be sealed to the outside of the flange via closure means, in particular in the form of a sealing screw.
  • the hole can have any cross-section, but advantageously it is cylindrical (the diameter is preferably reduced shortly before the gap so that the cartridge is held in the large diameter area without falling into the gap), and in its area facing away from the space provided with an internal thread, so that, for. B. a sealing screw (optionally provided with sealing rings) allows easy sealing of this hole after inserting the drying agent.
  • a further preferred embodiment of the present invention is characterized in that the observation-side disc can be inserted, exchanged or removed from the observation-side end of the flange and / or that the flame-side disc can be inserted, exchanged or removed from the flame-side end of the flange ,
  • This simple interchangeability of the panes from the respective side also ensures simple and inexpensive maintenance of the observation flange. In this way, the panes can easily be replaced or cleaned if they break or become dirty.
  • the mechanical design of the interchangeability is designed identically from the two sides, so that both the two disks and their fastening means in the flange are identical and therefore there are as few different parts as possible.
  • Grub screws with a central bore are advantageously used as the fastening means of the disks, that is to say at least one of the washers is held in an internal thread arranged in the flange by at least one grub screw with an external thread and with an axial hole from the side facing away from the intermediate space. It also proves to be advantageous to provide second means, one Fixation of the grub screw in relation to its rotation in the internal thread allowed. This is to prevent the vibrations that occur in gas turbines from preventing me from loosening the grub screws during operation, and thus reducing the tightness of the space as a result of loosening the pressure on the disks.
  • the tightness on the side of the panes facing the intermediate space is usually ensured by sealing rings (O-rings). Sealing rings can also be arranged on the side facing the grub screw, possibly in combination with a washer.
  • a preferred embodiment of the grub screw is characterized in that it has on the side facing away from the disk at least one, substantially parallel to the optical axis and laterally offset to this, in particular in the form of a blind hole, and that the flange on the corresponding Front end has at least one, substantially parallel to it, arranged with respect to the optical axis axially outside of the internal thread, in particular in the form of a blind hole, wherein the grub screw can be fixed via a protruding clip in the two holes.
  • the mounting bracket which, for. B. can be easily realized by a U-shaped wire, is so easily and to a certain extent automatically fixed on the combustion chamber side by striking the flange on the housing and / or observation tube, or equally by attaching an observation means on the outside.
  • Another preferred embodiment is characterized in that the flame is observed via a flame monitor with an optical detector, and in particular that the flange on the housing of a gas turbine is attached via a flange plate, the observation of the at least one flame in the combustion chamber of the gas turbine via a Observation tube takes place, which projects through the housing of the gas turbine on the optical axis to the combustion chamber and thus connects the combustion chamber via the interior of the observation tube.
  • Yet another preferred embodiment of the invention has disks made of quartz glass with a thickness in the range from 0.5 to 2 cm, in particular in the range of 1 cm, the disks having a diameter in the range from 1.5 to 4 cm, in particular in the range of 3 cm.
  • the two disks are advantageously around Range of 2 to 10 cm, in particular in the range of 3 to 5 cm from each other along the optical axis, and seals are provided in the direction of the space and / or to the fastening means facing away from the space, in particular in the form of Teflon or graphite gaskets.
  • Figure 1 an axial section through a flange for flame observation.
  • FIG. 1 shows an observation flange, which is to serve as an embodiment of the present invention.
  • the flange 1 has a flange plate 2, via which the observation flange can be attached to a housing 4 of a gas turbine.
  • the flange plate 2 is provided with holes through which corresponding fastening screws 3 can be guided and screwed to the housing 4.
  • the flange 1 has a body which is cylindrical in this case, the body tapering in a region between the part facing away from the housing 4 and the flange plate 2 so that the screws 3 can be inserted and fastened without problems.
  • a flame monitor 6 is arranged, which has an optical detector 7. This optical detector 7 is electronically connected directly to the control of the gas turbine and is used for the continuous monitoring of the flame in the combustion chamber.
  • the flange 1 has a bore in its central region along the optical axis 8, which is used to observe the flame.
  • this bore is cylindrical.
  • the bore can also have a rectangular or polygonal cross section.
  • the bore is filled in steps from both sides of the flange, so that the two disks 9 and 10 are pushed in from both sides until they come to a stop can.
  • a sealing ring 11 is arranged between the stop and the disks 9 and 10, which seals the gap 22 arranged between the disks when the disks 9 and 10 are pressed against the stop.
  • the bore widens further on both sides to the disks 9 and 10, an internal thread 15 being provided in the outermost region.
  • a set screw 13 or 14 with a central hole is screwed into this outer area of the bore, with which the respective disk 9 or 10 is pressed against the abovementioned stop.
  • a further seal 11 is initially arranged, and between this seal 11 and the set screw 13 or 14 preferably an additional washer 12, which, among other things, is to prevent the sealing ring 11 from being damaged when the set screw is screwed in .
  • the grub screw 13 or 14 is cylindrical in its area 19 facing the disk, while in the outer area 20 the inner cross section of the grub screw 13 or 14 is polygonal or similar, so that this nut can be inserted from the outside with a corresponding tool (e.g.
  • the grub screw 13 or 14 also has one or more blind holes 17, and the flange 1 has corresponding blind holes 16 on its end faces.
  • the blind holes 16 and 17 are provided to receive a mounting bracket 18 so that the nut can no longer be rotated relative to the flange 1 after the mounting bracket 18 has been inserted.
  • a blind hole 16 is sufficient because it through the plurality of holes 17 in the grub screws 13 and. 14 always gives a favorable distance for inserting the wire 18 without disturbing the optical axis. This fixation prevents the grub screw 13 or 14 from being loosened in the thread 15 in the case of the vibrations customary in gas turbines during operation, and accordingly the sealing of the disks 9 or 10 is no longer guaranteed in the long term.
  • the flange 1 now has an additional bore running essentially perpendicular to the axis 8, which tapers step-like shortly before the intermediate space 22 to form a connecting opening 23.
  • the cavity 21 formed in the bore is connected to the intermediate space 22.
  • a drying cartridge 24 can now be inserted into this bore, and then a sealing screw 25 can be tightened in a thread 26 provided in the bore, the screw 25 sealing the cavity 21 to the outside in a graduated manner with sealing rings ,
  • the opening 23 has a diameter of 10 mm, the space 21 corresponds to a 3 / "thread.
  • drying cartridge 24 is thus in operative connection with the intermediate space 22 and can thus dehumidify this intermediate space 22.
  • this drying cartridge 24 can also be replaced or replaced very easily, since it is easily accessible from the outside of the flange by simply screwing on the sealing screw 25 (possibly even when the gas turbine is in operation).
  • Suitable drying cartridges 24 are, for example, products of type A3 from Süd Chemie AG, Cologne, DE. Such cartridges are made of aluminum sheet, have a filling of approx. 3 g molecular sieves and can be regenerated. Moisture absorption takes place through a fleece disc through a hole in the underside. They have a diameter of 23mm and a height of 11mm.
  • the molecular sieves are synthetically produced zeolites.
  • the water absorption is approx. 18 percent by weight regardless of the relative humidity.
  • the regeneration temperature is between 250 and 300 degrees Celsius (the moisture stored in the desiccant is released again at these temperatures).
  • silica gel or blue gel would also be conceivable as a drying agent.
  • cartridges of this type have the advantage that they can be regenerated simply by heating them out, and thus do not have to be replaced as a whole. If necessary, the cartridges additionally have a moisture indicator which can be inserted into the housing and which enables the status of the cartridge to be checked or monitored. This design of the flange 1 proves to be suitable for connection to observation tubes 5.
  • observation tubes 5 have a diameter which is usually at least as large as the bore in the area of the intermediate space 22, ie, for example 3 cm.
  • Such an observation tube is in direct connection with the combustion chamber (the observation is usually about 1 meter from the flame) and serves as a channel through the casing 4 of the gas turbine.
  • the tube there are essentially the same pressure conditions as in the combustion chamber, ie usually pressures in the range of z. B. about 30 bar.
  • pressures in the outside area of 1 bar there is a pressure difference of 29 bar on the panes.
  • the flange 1 is usually at a total temperature of over 100 degrees Celsius during operation of the gas turbine.
  • the seals 11 should be made of graphite or Teflon or similar heat-resistant materials, and the disks 9 and 10 are usually made of quartz glass with a thickness of approximately 1 cm.
  • the disks are spaced about 3 cm apart and have an outside diameter of about 3 cm.
  • the diameter of the bore in the area of the intermediate space 22 is 2 cm.
  • three such observation tubes are typically distributed around the circumference of the gas turbine.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flansch (1) zur optischen Flammenbeobachtung bei einer Gasturbine, umfassend wenigstens eine Bohrung zur optischen Beobachtung, in welcher Bohrung wenigstens eine Scheibe (9, 10) angeordnet ist, um den flammenseitigen Raum, welcher in im wesentlichen unmittelbarer Verbindung mit einer Brennkammer, in welcher die zu beobachtende wenigstens eine Flamme angeordnet ist, steht, vom Aussenraum, aus welchem die Beobachtung der wenigstens einen Flamme stattfinden kann, zu trennen. Bei einem derartigen Flansch (1) wird ein Beschlagen der wenigstens einen Scheibe (9, 10) in einfacher, und langfristig gewährleistbarer Weise dadurch ermöglicht, dass in Bezug auf die optische Achse (8) hintereinander zwei Scheiben (9, 10) angeordnet werden, welche einen abgedichteten Zwischenraum (22) in der Bohrung zur optischen Beobachtung begrenzen, und dass Mittel (24) zur Entfeuchtung des abgedichteten Zwischenraumes (22) angeordnet sind.

Description

BESCHREIBUNG
TITEL
Flansch zu Flammenbeobachtung
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flansch zur optischen Flammenbeobachtung bei einer Gasturbine. Der Flansch umfasst dabei wenigstens eine Bohrung zur optischen Beobachtung, in welcher Bohrung wenigstens eine Scheibe angeordnet ist, um den lammenseitigen Raum, welcher in im wesentlichen unmittelbarer Verbindung mit einer Brennkammer, in welcher die zu beobachtende wenigstens eine Flamme angeordnet ist, steht, vom Aussenraum, aus welchem die Beobachtung der wenigstens einen Flamme stattfinden kann, zu trennen.
STAND DER TECHNIK
Aus Sicherheitsgründen müssen die Flammen in der Brennkammer einer Gasturbine beobachtet und überwacht werden. Dies geschieht u.a. bei Ringbrennkammern, bei welchen gewissermassen eine einzige, umlaufende, von einer Mehrzahl von auf dem Kreisumfang angeordneten Brennern versorgte Flamme vorliegt, indem zum Beispiel wenigstens ein Beobachtungsrohr durch das Gehäuse der Gasturbine zur Aussenseite der Gasturbine geführt wird. Das Rohr führt dabei durch im Gehäuse angeordnete Hohlräume, welche zum Beispiel der Zuführung von Kühlluft, zusätzlicher Verbrennungsluft oder der Aufnahme von Brennstoffzuführungsleitungen etc. dienen. Das Rohr ist dabei üblicherweise zur Brennkammer hin offen, das heisst im Rohr herrscht üblicherweise ein Druck, welcher im wesentlichen dem Druck in der Brennkammer entspricht, und eine Temperatur, welche ebenfalls in der Region der Temperatur in der Bremikammer liegt, wobei sich aber infolge der schwachen Konvektion im Rohr in Bezug auf die Temperatur ein abnehmender Gradient zur Aussenseite der Gasturbine hin einstellt.
Auf der Aussenseite der Gasturbine sind üblicherweise Beobachtungsmittel in Form von Flammenwächtem mit optischen Detektoren angeordnet, welche eine automatisierte und kontinuierliche Beobachtung und Kontrolle der Flammenaktivität erlauben. Diese Beobachtungsmittel sind dabei ausserhalb der Gasturbine angeordnet, das heisst im wesentlichen bei Raumtemperatur und Normaldruck, dies auf der einen Seite, um diese Beobachtungsmittel nicht übermässig thermisch und mechanisch zu beanspruchen, und um sie auf der anderen Seite leichter austauschen und warten zu können. Um entsprechend das Rohr zur Aussenseite, wo im wesentlichen Raumtemperatur und Normaldruck herrschen, abzudichten, ohne dabei den optischen Pfad zur Beobachtung zu beeinträchtigen, wird üblicherweise wenigstens eine geeignete, d.h. den optischen Pfad der Flammenbeobachtung nicht beeinträchtigende Scheibe vorgesehen, welche entweder am Ende des Beobachtungsohres oder aber in einem auf das Beobachtungsrohr aufgesetzten Flansch eingesetzt ist. Infolge der hohen Temperaturdifferenzen und Druckdifferenzen zwischen dem Inneren des Beobachtungsrohres und der Umgebung der Gasturbine muss diese Scheibe hohen mechanischen Anforderungen gerecht werden und gut abgedichtet sein. Üblicherweise wird dafür die wenigstens eine Scheibe in den Flansch eingebaut, d.h. z. B. in den Flansch eingeschweisst.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zu Grunde, einen Flansch mit wenigstens einer eingelassenen Scheibe zur Verfügung zu stellen, welcher z. B. die Beobachtung von Flammen in der Brennkammer einer Gasturbine erlaubt. Es handelt sich dabei um einen Flansch zur optischen Flammenbeobachtung, umfassend wenigstens eine Bohrung zur optischen Beobachtung, in welcher Bohrung wenigstens eine Scheibe angeordnet ist, um den flammenseitigen Raum, welcher in im wesentlichen unmittelbarer Verbindung mit einer Brennkammer, in welcher die zu beobachtende wenigstens eine Flamme angeordnet ist, steht, vom Aussenraum, aus welchem die Beobachtung der wenigstens einen Flamme stattfinden kann, zu trennen.
Der erfmdungsgemäss vorgeschlagene Flansch zeichnet sich nun dadurch aus, dass in Bezug auf die optische Achse hintereinander, bevorzugt parallel und senkrecht zur optischen Achse, zwei Scheiben angeordnet sind, welche einen abgedichteten Zwischenraum in der Bohrung begrenzen, und dass Mittel zur Entfeuchtung des abgedichteten Zwischenraumes angeordnet sind. Die Anordnung von zwei Scheiben hintereinander weist den Vorteil auf, dass damit ein redundantes System geschaffen wird. Mit anderen Worten ergibt sich durch das Vorhandensein von zwei Scheiben hintereinander eine erhöhte Sicherheit, da vorteilhafterweise jede Scheibe allein in der Lage ist, die gesamte Temperatur- und Druckdifferenz zwischen Aussenumgebung und dem Inneren des Beobachtungsrohres auszuhalten. Damit führt ein Defekt an einer der beiden Scheiben nicht unmittelbar zu einem Ausfall der Gasturbine (welcher bei einer offenen Verbindung zwischen Brennkammer und Aussenumgebung unvermeidbar ist), da die zweite Scheibe sofort die vollständige Funktion der ersten allein übernehmen kann. Die Anordnung von zwei Scheiben hintereinander ist dabei aber insofern problematisch, als feuchte Luft, welche im Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben eingeschlossen sein kann, die Tendenz hat, oberhalb einer gewissen Feuchtigkeit an der kalten Scheibe, das heisst an der den Beobachtungsmitteln zugewandten Scheibe, zu kondensieren. Ein Beschlagen dieser Scheibe verunmöglicht oder zumindest erschwert aber die Beobachtung der Flamme mit den Beobachtungsmitteln, da dadurch der optische Pfad wesentlich behindert und damit die Messung verfälscht wird. Dieses Problem wird erfmdungsgemäss dadurch gelöst, dass Mittel zur Entfeuchtung des Zwischenraumes zwischen den beiden Scheiben vorgesehen werden. Dies kann zum Beispiel durch Anlegen eines Vakuums geschehen. Anlegen eines Vakuums weist aber den Nachteil auf, dass der Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben äusserst gut abgedichtet sein muss, da ansonsten das Vakuum nicht langfristig gewährleistet werden kann. Dazu kommt, dass bei den üblichen Druck- und Temperaturbelastungen bei der Verwendung eines derartigen Flansches an einer Gasturbine die vollständige Dichtigkeit des Zwischenraumes nur sehr schwer gewährleistet werden kann, und dass entsprechend ein Flansch mit evakuiertem Zwischenraum häufig ausgewechselt werden muss, da eine Evakuierung vor Ort kaum möglich ist. Die kontinuierliche Entfeuchtung dieses Zwischenraumes durch Entfeuchtungsmittel anderer Art erweist sich deshalb als einfacher und sinnvoller, da im Gegensatz zu einer Evakuierung dieses Bereichs die Wartung von derartigen Entfeuchtungsmitteln wesentlich einfacher ist. Insbesondere muss so in der Regel nicht der ganze Flansch ausgewechselt werden, sondern nur die Entfeuchtungsmittel.
Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden entsprechend die Mittel in Form wenigstens einer Trockenpatrone ausgebildet. Die Trockenpatrone kann dann entsprechend im Flansch in einem Bereich angeordnet werden, welcher in Verbindung zum Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben steht, sodass eine Entfeuchtung dieses Zwischenraumes gewährleistet ist. Es ist auch möglich, die Trockenpatrone direkt im Zwischenraum anzuordnen, sofern dadurch der optische Pfad zur Beobachtung nicht gestört wird. Ganz besonders eignen sich als Trockenpatronen Produkte, welche nach Aufnahme von Feuchtigkeit durch einfaches Ausheizen wieder zur Entfeuchtung verwendet werden können. Das handelt sich dabei üblicherweise um zum Beispiel in einem porösen Aluminiumbehälter gelagerte hygroskopische Substanzen, welche die Eigenschaft aufweisen, bei Anlegen einer erhöhten Temperatur das aufgenommene Wasser wieder freizusetzen. So können derartige Trockenpatronen nach Aufnahme von Feuchtigkeit einfach in einem Ofen durch Erhitzen wieder getrocknet werden, und anschliessend wiederum zur Entfeuchtung des Zwischenraumes verwendet werden.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Entfeuchtungsmittel derart im Flansch angeordnet, dass sie von der dem Zwischenraum abgewandten Aussenseite des Flansches eingesetzt, ausgewechselt, respektive entfernt werden können. Diese Anordnung z. B. einer Trockenpatrone im Flansch ermöglicht ein Auswechseln dieser Entfeuchtungsmittel, ohne dass eine der zwei hintereinander liegenden Scheiben aus dem Flansch entfernt werden muss. Die Wartung des Flansches wird so besonders einfach und effizient. Bevorzugt geht man dabei so vor, dass wenigstens ein, in Bezug auf die optische Achse seitlich zum Zwischenraum angeordneter Hohlraum für die Mittel zur Entfeuchtung vorgesehen wird, welcher mit dem Zwischenraum in Verbindung steht, wobei diese Verbindung insbesondere über wenigstens eine Öffnung zwischen dem Hohlraum und dem Zwischenraum gewährleistet wird. Diese Anordnung erlaubt eine einfache Zugänglichkeit von der Seite des Flansches (im wesentlichen von radialer Seite in Bezug auf die optische Achse), ohne dass der optische Pfad durch die Anwesenheit der Entfeuchtungsmittel gestört wird. Weiterhin bevorzugt wird dabei die Zugänglichkeit zu den Entfeuchtungsmitteln dadurch gewährleistet, dass der Flansch wenigstens ein im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse angeordnetes Loch aufweist, welches über wenigstens eine Öffnung mit dem Zwischenraum in Verbindung steht, welches Loch einen Hohlraum zur Aufnahme der Mittel zur Verfügung stellt, und welches zur Aussenseite des Flansches über Verschlussmittel, insbesondere in Form einer Dichtungsschraube, abgedichtet werden kann. Das Loch kann dabei einen beliebigen Querschnitt aufweisen, vorteilhafter Weise ist es aber zylindrisch ausgestaltet (wobei insbesondere bevorzugt der Durchmesser kurz vor dem Zwischenraum reduziert wird, damit die Patrone im Bereich mit grossen Durchmesser gehalten wird, ohne in den Zwischenraum zu fallen), und in seinem dem Zwischenraum abgewandten Bereich mit einem Innengewinde versehen, damit z. B. eine Dichtungsschraube (gegebenenfalls mit Dichtringen versehen) ein einfaches Abdichten dieses Loches nach Einfügen der Trocknungsmittel ermöglicht.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die beobachtungsseitige Scheibe vom beobachtungsseitigen Ende des Flansches eingesetzt, ausgewechselt, respektive entfernt werden kann, und/oder dass die flammenseitige Scheibe vom flammenseitigen Ende des Flansches eingesetzt, ausgewechselt, respektive entfernt werden kann. Diese einfache Auswechselbarkeit der Scheiben von der jeweiligen Seite gewährleistet ebenfalls eine einfache und mit wenig Aufwand verbundene Wartung des Beobachtungsflansches. So können die Scheiben bei einem Bruch oder bei Verschmutzung einfach herausgenommen ersetzt respektive gereinigt werden. Besonders bevorzugterweise wird dabei die mechanische Gestaltung der Auswechselbarkeit von den beiden Seiten identisch gestaltet, sodass sowohl die beiden Scheiben als auch deren Befestigungsmittel im Flansch identisch sind und somit so wenig unterschiedliche Teile wie möglich vorliegen. Als Befestigungsmittel der Scheiben werden vorteilhafter Weise Madenschrauben mit einer zentralen Bohrung verwendet, das heisst wenigstens eine der Scheiben wird über wenigstens eine Madenschraube mit Aussengewinde und mit axialem Loch von der dem Zwischenraum abgewandten Seite in einem im Flansch angeordneten Innengewinde gehalten. Dabei erweist es sich ausserdem als vorteilhaft, zweite Mittel zur Verfügung zu stellen, welche eine Fixierung der Madenschraube in Bezug auf deren Rotation im Innengewinde erlaubt. Dies, um bei den bei Gasturbinen auftretenden Vibrationen zu verhindern, dass ich die Madenschrauben beim Betrieb lösen, und damit die Dichtigkeit des Zwischenraumes infolge Lockerung der Anpressung der Scheiben nachlassen kann. Üblicherweise wird dabei die Dichtigkeit auf der dem Zwischenraum zugewandten Seite der Scheiben durch Dichtringe gewährleistet (O-Ringe). Auch auf der der Madenschraube zugewandten Seite können Dichtringe angeordnet sein, gegebenenfalls in Kombination mit einer Unterlagsscheibe.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Madenschraube zeichnet sich dadurch aus, dass sie auf der der Scheibe abgewandten Seite wenigstens eine, im wesentlichen parallel zur optischen Achse und seitlich zu dieser versetzt angeordnete Bohrung, insbesondere in Form eines Sackloches, aufweist, und dass der Flansch an der entsprechenden Stirnseite wenigstens eine, dazu im wesentlichen parallel verlaufende, in Bezug auf die optische Achse axial ausserhalb des Innengewindes angeordnete Bohrung, insbesondere in Form eines Sackloches, aufweist, wobei die Fixierung der Madenschraube über eine in die beiden Bohrungen ragende Befestigungsklammer erfolgen kann. Dies ist eine einfache und leicht realisierbare Ausführung der zweiten Mittel zur Fixierung. Die Befestigungsklammer, welche z. B. einfach durch einen U-förmigen Draht realisiert werden kann, wird so einfach und gewissermassen automatisch durch das Anschlagen des Flansches am Gehäuse und/oder Beobachtungsrohr brennkammerseitig fixiert, respektive gleichermassen durch das Anbringen eines Beobachtungsmittels auf der Aussenseite.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beobachtung der Flamme über einen Flammenwächter mit optischem Detektor erfolgt, und dass insbesondere der Flansch am Gehäuse einer Gasturbine über eine Flanschplatte angeschlagen ist, wobei die Beobachtung der wenigstens einen Flamme in der Brennkammer der Gasturbine über ein Beobachtungsrohr erfolgt, welches durch das Gehäuse der Gasturbine auf der optischen Achse zur Brennkammer ragt und damit die Brennkammer über den Innenraum des Beobachtungsohres verbindet.
Eine wiederum andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist Scheiben aus Quarzglas einer Dicke im Bereich von 0,5 bis 2 cm, insbesondere im Bereich von 1 cm auf, wobei die Scheiben einen Durchmesser von im Bereich von 1,5 bis 4 cm, insbesondere im Bereich von 3 cm aufweisen. Dabei sind vorteilhafter Weise die beiden Scheiben um im Bereich von 2 bis 10 cm, insbesondere im Bereich von 3 bis 5 cm voneinander entlang der optischen Achse beabstandet, und es sind in Richtung des Zwischenraumes und/oder zu den dem Zwischenraum abgewandten Befestigungsmitteln Dichtungen vorgesehen, dies insbesondere in Form von Teflon- oder Graphit-Dichtungen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt:
Figur 1 : einen axialen Schnitt durch einen Flansch zur Flammenbeobachtung.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Figur 1 zeigt einen Beobachtungsflansch, welcher als Ausführungsbeispiel zur vorliegenden Erfindung dienen soll. Der Flansch 1 weist eine Flanschplatte 2 auf, über welche der Beobachtungsflansch an ein Gehäuse 4 einer Gasturbine angeschlagen werden kann. Zu diesem Zweck ist die Flanschplatte 2 mit Bohrungen versehen, durch welche entsprechende Befestigungsschrauben 3 geführt und mit dem Gehäuse 4 verschraubt werden können. Der Flansch 1 weist einen Körper auf, welcher in diesem Fall zylindrisch ausgebildet ist, wobei sich der Körper zwischen dem dem Gehäuse 4 abgewandten Teil und der Flanschplatte 2 in einem Bereich verjüngt, damit die Schrauben 3 ohne Probleme eingeführt und befestigt werden können. Auf der dem Gehäuse 4 abgewandten Seite des Flansches 1 ist ein Flammenwächter 6 angeordnet, welcher über einen optischen Detektor 7 verfügt. Dieser optische Detektor 7 wird direkt an die Steuerung der Gasturbine elektronisch angeschlossen, und dient der kontinuierlichen Überwachung der Flamme in der Brennkammer.
Der Flansch 1 weist in seinem zentralen Bereich entlang der optischen Achse 8 eine Bohrung auf, welche der Beobachtung der Flamme dient. In diesem Falle ist diese Bohrung zylindrisch ausgeführt. Die Bohrung kann aber auch rechteckigen oder vieleckigen Querschnitt aufweisen. Die Bohrung ist von beiden Seiten des Flansches gestuft ausgefülirt, sodass von beiden Seiten die zwei Scheiben 9 und 10 bis zu einem Anschlag eingeschoben werden können. Zwischen Anschlag und Scheiben 9 und 10 ist ein Dichtungsring 11 angeordnet, welcher beim Anpressen der Scheiben 9 und 10 an den Anschlag den zwischen den Scheiben angeordneten Zwischenraum 22 abdichtet. Die Bohrung weitet sich zum Ende des Flansches auf beiden Seiten anschliessend an die Scheiben 9 und 10 weiter auf, wobei im äussersten Bereich ein Innengewinde 15 vorgesehen ist. In diesem aussenliegenden Bereich der Bohrung wird nun eine Madenschraube 13 respektive 14 mit zentralem Loch (damit die optische Achse nicht versperrt wird) eingeschraubt, mit welcher die jeweilige Scheibe 9 respektive 10 an den bereits genannten Anschlag gepresst wird. Zwischen Madenschraube 13 respektive 14 und Scheibe 9 respektive 10 ist zunächst eine weitere Dichtung 11 angeordnet, und zwischen dieser Dichtung 11 und Madenschraube 13 respektive 14 bevorzugtermassen zusätzlich eine Unterlagsscheibe 12, welche unter anderem verhindern soll, dass beim Eindrehen der Madenschraube der Dichtungsring 11 beschädigt wird. Die Madenschraube 13 respektive 14 ist in ihrem der Scheibe zugewandten Bereich 19 zylindrisch ausgebildet, während im aussenliegenden Bereich 20 der innere Querschnitt der Madenschraube 13 respektive 14 vieleckig oder ähnlich ausgebildet ist, damit diese Mutter von aussen mit einem entsprechenden, einzuschiebenden Werkzeug (z. B. Inbusschlüssel) leicht in den Flansch 1 eingedreht werden kann. Die Madenschraube 13 respektive 14 verfügt zudem über ein oder mehrere Sacklöcher 17, und der Flansch 1 weist an seinen Stirnseiten entsprechende Sacklöcher 16 auf. Die Sacklöcher 16 und 17 sind dazu vorgesehen, eine Befestigungsklammer 18 aufzunehmen, sodass die Mutter nach Einschieben der Befestigungsklammer 18 nicht mehr gegenüber dem Flansch 1 verdreht werden kann. Üblicherweise reicht dazu ein Sackloch 16, da es durch die Vielzahl der Löcher 17 in den Madenschrauben 13 resp. 14 immer ein günstiger Abstand zum Einbringen des Drahtes 18 ohne Störung der optischen Achse gibt. Diese Fixierung verhindert, dass bei den bei Gasturbinen im Betrieb üblichen Vibrationen die Madenschraube 13 respektive 14 im Gewinde 15 gelöst wird und entsprechend auch die Dichtung der Scheiben 9 respektive 10 langfristig nicht mehr gewährleistet ist.
Diese besondere mechanische Realisierung der Befestigung der Scheiben 9 und 10 im Flansch ermöglicht nun, im Gegensatz zum im Stand der Technik üblichen Verschweissen, ein leichtes Auswechseln respektive Reinigen der Scheiben, da über ein leichtes Lösen der Madenschrauben die Scheiben aus dem Flansch herausgenommen und gereinigt respektive ersetzt werden können. Insbesondere in Kombination mit dem Mechanismus zur Fixierung der Madenschraube, welche diesen Flansch speziell für die Verwendung an Gasturbinen geeignet macht, ist diese neue Realisierung vorteilhaft.
Der Flansch 1 weist nun eine im wesentlichen senkrecht zur Achse 8 verlaufende zusätzliche Bohrung auf, welche sich kurz vor dem Zwischenraum 22 zu einer Verbindungsöffnung 23 stufenartig verjüngt. Durch die Öffnung 23 ist der in der Bohrung entstehende Hohlraum 21 mit dem Zwischenraum 22 in Verbindung. Von der transversalen Aussenseite des Flansches kann nun in diese Bohrung eine Trockenpatrone 24 eingeführt werden, und anschliessend eine Dichtungsschraube 25 in einem entsprechend in der Bohrung vorgesehenen Gewinde 26 festgedreht werden, wobei die Schraube 25 in gegebenenfalls abgestufter Weise mit Dichtringen den Hohlraum 21 nach aussen abdichtet.
Die Öffnung 23 weist dabei einen Durchmesser von 10mm auf, der Raum 21 entspricht einem 3/ " Gewinde.
Die Trockenpatrone 24 steht damit in Wirkverbindung mit dem Zwischenraum 22, und kann so diesen Zwischenraum 22 entfeuchten. Auf der anderen Seite kann aber diese Trockenpatrone 24 auch sehr einfach ausgewechselt respektive ersetzt werden, da sie von der Aussenseite des Flansches über einfaches Aufschrauben der Dichtungsschraube 25 leicht zugänglich ist (ggf. sogar bei Betrieb der Gasturbine). Als Trockenpatronen 24 eignen sich zum Beispiel Produkte des Typs A3 der Firma Süd Chemie AG, Köln, DE. Derartige Patronen sind aus Aluminiumblech gefertigt, weisen eine Füllung aus ca. 3g Molekularsiebe auf und sind regenerierbar. Die Feuchtigkeitsaufnahme geschieht durch eine Vliessscheibe über ein Loch in der Unterseite. Sie weisen einen Durchmesser von 23mm und eine Höhe von 11mm auf. Die Molekularsiebe (M-sieves) sind synthetisch hergestellte Zeolithe. Die Wasseraufnahme beträgt ca. 18 Gewichtsprozent unabhängig von der jeweiligen relativen Feuchte. Die Regenerationstemperatur liegt zwischen 250 und 300 Grad Celsius (die in Trockenmittel gespeicherte Feuchte wird bei diesen Temperaturen wieder freigesetzt). Bei geringeren Temperaturen wäre auch Kieselgel oder Blaugel als Trockenmittel denkbar. Derartige Patronen weisen mit anderen Worten den Vorteil auf, dass sie durch einfaches Ausheizen regeneriert werden können, und so nicht als Ganzes ersetzt werden müssen. Gegebenenfalls weisen die Patronen zusätzlich einen Feuchtigkeitsanzeiger auf, welcher in das Gehäuse eingelegt sein kann und welcher eine Kontrolle respektive Überwachung des Zustands der Patrone ermöglicht. Diese Bauweise des Flansches 1 erweist sich für den Anschluss an Beobachtungsrohre 5 als geeignet. Diese Beobachtungsrohre 5 weisen einen Durchmesser auf, welcher üblicherweise wenigstens so gross ist, wie die Bohrung im Bereich des Zwischenraumes 22, d. h. z. B. 3 cm. Ein derartiges Beobachtungsrohr ist in direkter Verbindung mit der Brennkammer (üblicherweise ist dabei die Beobachtung zirka 1 Meter von der Flamme entfernt), und dient gewissermassen als Kanal durch das Gehäuse 4 der Gasturbine. Im Rohr herrschen im wesentlichen die gleichen Druckbedingungen wie in der Brennkammer, d. h. üblicherweise Drücke im Bereich von z. B. ca. 30 bar. Entsprechend einem Druck im Aussenbereich von 1 bar herrscht damit an den Scheiben eine Druckdifferenz von im Bereich von 29 bar. Ebenfalls herrschen Temperaturen, welche mit Temperaturen in der Brennkammer vergleichbar sind. Entsprechend ist der Flansch 1 bei Betrieb der Gasturbine üblicherweise auf einer Gesamttemperatur von über 100 Grad Celsius. Infolgedessen sollten die Dichtungen 11 aus Graphit oder Teflon oder ähnlichen hitzeresistenten Materialien gefertigt sein, und die Scheiben 9 und 10 sind üblicherweise aus Quarzglas mit einer Dicke von ca. 1 cm ausgebildet. Die Scheiben sind um ca. 3 cm voneinander beabstandet, und weisen einen Aussendurchmesser von ca. 3 cm auf. Der Durchmesser der Bohrung im Bereich des Zwischenraumes 22 beträgt 2 cm. Um auch in Bezug auf die Beobachtung Redundanz und Vollständigkeit zu gewährleisten, werden typischerweise drei derartige Beobachtungsrohre von um den Umfang der Gasturbine verteilt.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Beobachtungsflansch
2 Flanschplatte
3 Befestigungsschraube
4 Gehäuse der Gasturbine
5 Beobachtungsrohr
6 Flammenwächter
7 optischer Detektor
8 optischer Achse/Rotations-Achse des Flansches
9 erste Scheibe
10 zweite Scheibe
11 Dichtungsring
12 Unterlagscheibe
13 erste Madenschraube mit zentraler Bohrung
14 zweite Madenschraube mit zentraler Bohrung
15 Gewinde von 13 respektive 14
16 Bohrung im Flansch
17 Bohrung in Madenschraube
18 Befestigungsklammer
19 zylindrischer Teil von 13 respektive 14
20 Inbus-Teil von 13 respektive 14
21 Hohlraum für Trockenpatrone
22 Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben 9 und 10
23 Verbindungsöffnung zwischen 21 und 22
24 Trockenpatrone Dichtungsscliraube für Trockenpatrone
Gewinde von 25

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Flansch (1) zur optischen Flammenbeobachtung bei einer Gasturbine, umfassend wenigstens eine Bohrung zur optischen Beobachtung, in welcher Bohrung wenigstens eine Scheibe (9, 10) angeordnet ist, um den flammenseitigen Raum, welcher in im wesentlichen unmittelbarer Verbindung mit einer Brennkammer, in welcher die zu beobachtende wenigstens eine Flamme angeordnet ist, steht, vom Aussenraum, aus welchem die Beobachtung der wenigstens einen Flamme stattfinden kann, zu trennen,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Bezug auf die optische Achse (8) und bevorzugt im wesentlichen senkrecht zu dieser hintereinander zwei Scheiben (9, 10) beabstandet angeordnet sind, welche einen abgedichteten Zwischenraum (22) in der Bohrung begrenzen, und dass Mittel (24) zur Entfeuchtung des abgedichteten Zwischenraumes (22) angeordnet sind.
2. Flansch (1) gemäss Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (24) in Form wenigstens einer Trockenpatrone (24) ausgebildet sind, welche insbesondere bevorzugt nach Aufnahme von Feuchtigkeit durch einfaches Ausheizen wieder zur Entfeuchtung verwendet werden können.
3. Flansch (1) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (24) derart im Flansch (1) angeordnet sind, dass sie von der dem Zwischenraum (22) abgewandten Aussenseite des Flansches (1) eingesetzt, ausgewechselt, respektive entfernt werden können.
4. Flansch (1) gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein, in Bezug auf die optische Achse (8) seitlich zum Zwischenraum (22) angeordneter Hohlraum (21) für die Mittel (24) zur Entfeuchtung vorhanden ist, welcher mit dem Zwischenraum (22) in Verbindung steht, wobei diese Verbindung insbesondere über wenigstens eine Öffnung (23) zwischen dem Hohlraum (21) und dem Zwischenraum (22) gewährleistet wird.
5. Flansch (1) gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (1) wenigstens ein im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse (8) angeordnetes Loch aufweist, welches über wenigstens eine Öffnung (23) mit dem Zwischenraum (22) in Verbindung steht, welches einen Hohlraum (21) zur Aufnahme der Mittel (24) aufweist, und welches zur Aussenseite des Flansches (1) über Verschlussmittel, insbesondere in Form einer Dichtungsschraube (25), abgedichtet werden kann.
6. Flansch (1) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beobachtungsseitige Scheibe (10) vom beobachtungsseitigen Ende des Flansches (1) eingesetzt, ausgewechselt, respektive entfernt werden kann, und/oder dass die flammenseitige Scheibe (9) vom flammenseitigen Ende des Flansches (1) eingesetzt, ausgewechselt, respektive entfernt werden kann.
7. Flansch ( 1) gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Scheiben (9, 10) über wenigstens eine Madenschraube (13, 14) mit Aussengewinde (15) und axialem Loch von der dem Zwischenraum (22) abgewandten Seite in einem im Flansch (1) angeordneten Innengewinde (15) gehalten wird, wobei insbesondere bevorzugt zweite Mittel (16,17, 18) vorhanden sind, welche eine Fixierung der Madenschraube (13, 14) in Bezug auf deren Rotation im Innengewinde (15) erlaubt.
Flansch (1) gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Madenschraube (13, 14) auf der der Scheibe (9, 10) abgewandten Seite wenigstens eine, im wesentlichen parallel zur optischen Achse (8) seitlich versetzt zu dieser angeordnete Bohrung (17), insbesondere in Form eines Sackloches, aufweist, und dass der Flansch (1) an der entsprechenden Stirnseite eine dazu im wesentlichen parallel verlaufende, in Bezug auf die optische Achse axial ausserhalb des Innengewindes (15) angeordnete Bohrung (16), insbesondere in Form eines Sackloches, aufweist, wobei die Fixierung der Madenschraube (13, 14) über eine in die beiden Bohrungen (16, 17) ragende Befestigungsklammer (18), erfolgen kann.
9. Flansch (1) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beobachtung der Flamme über einen Flammenwächter (6) mit optischem Detektor (7) erfolgt, und dass insbesondere der Flansch (1) am Gehäuse einer Gasturbine (4) über eine Flanschplatte (2) angeschlagen ist, wobei die Beobachtung der wenigstens einen Flamme in der Brennkammer der Gasturbine über ein Beobachtungsrohr (5) erfolgt, welches durch das Gehäuse der Gasturbine (4) auf der optischen Achse (8) zur Brennkammer ragt und damit die Brennkammer über den Innenraum des Beobachtungsohres (5) verbindet.
10. Flansch (1) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (9, 10) aus Quarzglas eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 2 cm, insbesondere im Bereich von 1 cm aufweisen, dass sie einen Durchmesser von im Bereich von 1,5 bis 4 cm, insbesondere im Bereich von 3 cm aufweisen, dass die beiden Scheiben (9, 10) um im Bereich von 2 bis 10 cm, insbesondere im Bereich von 3 bis 5 cm voneinander entlang der optischen Achse (8) beabstandet sind, und dass die Scheiben (9, 10) in Richtung des Zwischenraumes (22) und/oder zu den dem Zwischenraum (22) abgewandten Befestigungsmitteln (13, 14) mit Dichtungen (11), insbesondere in Form von Teflon- oder Graphit-Dichtungen abgedichtet sind.
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