JP6505179B2 - 排気ガス温度検出プローブアセンブリ - Google Patents

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Description

本発明は、排気ガス温度検出プローブアセンブリに関する。
タービンエンジン、特に燃焼タービンエンジンとしても知られているガスタービンエンジンは、エンジンを通過した多数のタービンブレード上の燃焼ガスの流れからエネルギーを抽出するロータリエンジンである。ガスタービンエンジンは、陸上および海上での移動ならびに発電に使用されてきたが、ヘリコプタを含む飛行機などの航空用途に最も一般的に使用されている。飛行機では、ガスタービンエンジンは航空機の推進に使用される。
ガスタービンエンジンの運転中に、燃料は燃焼されて回転エネルギーを提供し、タービンのセットを通って推進する。ガスタービンエンジンが所望の通りに動作することを確実にするために、排気ガスにさらされる温度検出プローブをエンジンに含めることができる。温度センサは、排気ガス流の温度を測定することができ、エンジン制御システムなどの別のシステムに信号または測定値を提供することができる。温度センサ出力を、例えば、下流側のエンジン構成要素をその設計能力を超える温度から保護するために使用することができる。
米国特許第4499330号明細書
一態様では、本開示は、先端部と、先端部の近くに位置する第1の熱電対接合部と、温度検出プローブアセンブリの取り付け点の近くに位置する第2の熱電対接合部とを有する温度検出プローブと、温度検出プローブの少なくとも一部の周りに配置され、第1の熱電対接合部の少なくとも一部から第2の熱電対接合部の少なくとも一部まで延びる長くされた吸気開口部を有し、排気開口部のセットを有する、ハウジングと、を備える温度検出プローブアセンブリに関する。先端部はハウジングを越えて延び、空気の流れがハウジングを通って長くされた吸気開口部から排気開口部のセットに流れて、ハウジングを通る流路を確立する。
別の態様では、本開示は、航空機エンジンで使用するための排気ガス温度検出プローブアセンブリに関し、このアセンブリは、先端部と、先端部の近くに位置する第1の熱電対接合部と、温度検出プローブアセンブリの取り付け点の近くに位置する第2の熱電対接合部とを有する温度検出プローブと、温度検出プローブの少なくとも一部の周りに配置され、エンジン内のタービンケースに動作可能に結合するように構成されたハウジングであって、第1の熱電対接合部の少なくとも一部から第2の熱電対接合部の少なくとも一部まで延びる吸気開口部のセットを有し、排気開口部のセットを有する、ハウジングと、を備える。加熱された空気の流れがハウジングを通って吸気開口部のセットから排気開口部のセットに流れて、ハウジングを通る流路を確立し、ケースは加熱された空気の流れよりも冷たい温度を有し、吸気開口部のセットおよび排気開口部のセットの構成は、第2の熱電対接合部から離れるように温度勾配をシフトさせる。
さらに別の態様では、本開示は、先端部と、先端部の近くに位置する第1の熱電対接合部と、温度検出プローブアセンブリの取り付け点の近くに位置する第2の熱電対接合部とを有する温度検出プローブと、温度検出プローブの少なくとも一部の周りに配置され、先端部付近から第2の熱電対接合部と取り付け点との間の位置まで延びる長くされた吸気開口部を有し、排気開口部のセットを有する、ハウジングと、を備える温度検出プローブアセンブリに関する。空気の流れは、ハウジングを通って、長くされた吸気開口部から排気開口部のセットまで流れて、ハウジングを通る流路を確立する。
図面の説明は以下の通りである。
本明細書に記載のさまざまな態様によるガスタービンエンジンの断面図である。 本明細書に記載のさまざまな態様による、図1のガスタービンエンジンのための温度検出プローブアセンブリの斜視図である。 本明細書に記載のさまざまな態様による、図2の温度検出プローブアセンブリの別の斜視図である。 本明細書に記載のさまざまな態様による、図2の温度検出プローブアセンブリの別の斜視図であり、図3に示す図に垂直である。 本明細書に記載のさまざまな態様による、図3の線V−Vに沿った温度検出プローブアセンブリの断面図である。 本明細書に記載のさまざまな態様による、図5の温度検出プローブアセンブリの軸線方向に分解された断面図である。 本明細書に記載のさまざまな態様による、図4の線VII−VIIに沿った温度検出プローブアセンブリの断面図である。 本明細書に記載のさまざまな態様による、温度検出プローブアセンブリの例示的な温度勾配を示す図である。
本開示の態様は、温度検出によって実行される機能、または温度検出の動作可能な出力、結果、もしくは機能に関係なく、温度を検出するための任意の温度検出アプリケーション、環境、装置、または方法で実施されることができる。本開示の態様は、航空機用のガスタービンエンジンに関して記載されているが、本開示の態様はそれに限定されるものではなく、他のモバイルアプリケーションや非モバイル産業、商業、住宅アプリケーションなどの非航空機アプリケーションでの一般的なアプリケーションを有することが理解されよう。
さまざまな要素が「〜のセット(a set of)」で記載されているが、「セット(a set)」は、1つの要素のみを含む、任意の数の各要素を含むことができることが理解されよう。本明細書において使用されるとき、用語「軸線方向の(axial)」または「軸線方向に(axially)」は、記載された構成要素の長手方向軸線に沿った寸法を指す。また、本明細書で使用する「半径方向の(radial)」または「半径方向に(radially)」という用語は、中心長手方向軸線、外周、または軸線に対して配置された円形もしくは環状の構成要素の間に延びる寸法を指す。本明細書に記載されるように温度を「検出する(sensing)」または「測定する(measuring)」とは、温度自体を直接検出または測定するのではなく、温度を示す値または温度に関連する値を決定することを含めることができる。検出されたまたは測定された値を、追加の構成要素に提供することができる。例えば、その値をコントローラに提供することができ、コントローラは、温度またはその温度を表す電気的特性を決定するためにその値に対する処理を実行することができる。
また、本明細書で使用する「熱電対」または「熱電対接合部」は、接合部がさらされる温度の測定値もしくは媒体を表すまたはそれに関連する電位を生成する2つの異種金属の1つまたは複数の接合部を含む温度検出装置である。本開示の一態様では、1つまたは複数の接合部は、ケーシングまたはハウジング内に取り付けられることができ、組み合わされて、「熱電対プローブ」を形成することができる。熱電対構造の1つの非限定的な例は、米国特許第3007990号明細書に見られる。
方向についてのあらゆる言及(例えば、半径方向、軸線方向、上部、下部、上方、下方、左、右、横、前、後ろ、最上部、最下部、上、下、垂直、水平、時計方向、反時計方向、前方、後方)は、あくまでも読み手による本開示の理解を助けるための識別の目的で使用されているにすぎず、とりわけ本開示の位置、向き、および使用に関して、限定を生じさせるものではない。接続についての言及(例えば、取り付け、結合、接続、および接合)は、広く解釈されるべきであり、特に示されない限りは、構成要素の集まりの間の介在の部材および構成要素間の相対移動を含むことができる。したがって、接続についての言及は、必ずしも2つの構成要素が直接的に接続されて互いに不動の関係にあることを意味しない。例示される図面は、あくまでも説明を目的とするものであり、添付の図面に反映される寸法、位置、順序、および相対サイズは、さまざまに変更可能である。
図1は、航空機用のガスタービンエンジン10の概略断面図である。エンジン10は、下流側に連続する流れ関係で、ファン14を含むファン部12、ブースタまたは低圧(LP)圧縮機16、高圧(HP)圧縮機18、燃焼部20、HPタービン22、およびLPタービン24を備えている。HPシャフトまたはスプール26がHPタービン22をHP圧縮機18に駆動接続し、LPシャフトまたはスプール28がLPタービン24をLP圧縮機16およびファン14に駆動接続している。HPタービン22は、ロータ30の周囲に取り付けられたタービンブレード32を有するHPタービンロータ30を含んでいる。ブレード32は、ブレードプラットフォーム34から半径方向外側のブレード先端部36まで半径方向外向きに延びている。ガスタービンエンジン10は、概略的な輪郭で示され、エンジン10の後方に近接して、すなわちファン部14の下流に配置された温度検出プローブアセンブリ38をさらに含むことができる。1つの非限定的な構成例では、温度検出プローブアセンブリ38は、燃焼部20の下流かつHPタービン22またはLPタービン24の少なくとも1つの上流に直列に配置されることができる。別の非限定的な構成例では、ガスタービンエンジン10は、エンジン10の周囲に配置された、例えばエンジン10の円周の周りに間隔を置いて配置された温度検出プローブアセンブリ38のセットを含むことができる。
ガスタービンエンジン10は、ファン14の回転が空気をHP圧縮機18内に引き込むように動作することができる。HP圧縮機18は、空気を圧縮し、圧縮空気を燃焼部20に送達する。燃焼部20では、圧縮空気が燃料と混合され、空気と燃料の混合物が点火されて、膨張して高温の排気ガスを生成することができる。エンジン排気ガスは、下流を横切って、温度検出プローブアセンブリ38のセットを通り、HPタービン22およびLPタービン24を通り、それぞれのHPスプール26およびLPスプール28を駆動するための機械力を発生する。最後に、排気ガスはエンジン10の後部から追い出されることができる。
図2は、図1の温度検出プローブアセンブリ38の非限定的な斜視図を示している。図示のように、温度検出プローブアセンブリ38は、第1の部分40および第2の部分42を含むことができる。第1の部分40が排気ガス通路44の外側に配置され、第2の部分42が排気ガス通路44内に配置され、すなわち排気ガス通路44にさらされる、温度検出プローブアセンブリ38の非限定的な態様が含まれてもよい。図示の例では、排気ガス通路44は、ガスタービンエンジン壁46によって少なくとも部分的に画定されることができる。エンジン壁46の非限定的な構成は、内部エンジン壁、外部エンジン壁、低圧タービンケース、タービンケース壁などを含むことができる。アセンブリ38、第1の部分40、または第2の部分42のうちの少なくとも1つが、ねじ48のセットなどの機械的締結具によって、エンジン壁46によって支持されるか、エンジン壁46と結合されるか、またはエンジン壁46に固定され得る、温度検出プローブアセンブリ38の非限定的な構成が含まれてもよい。単一の連続したエンジン壁46が図示されているが、壁46は、限定はしないが、低圧タービンケースなどを含む独立した壁のセットを含むことができる。
非限定的な態様の温度検出プローブアセンブリ38は、別の温度検出プローブアセンブリ38またはコントローラモジュール50と通信可能に結合することができる。コントローラモジュール50は、温度検出プローブアセンブリ38から検出もしくは測定された温度またはその代表値もしくは指示値を受信し、温度に基づいて追加の機能または別個の機能を実行するように構成されることができる。本開示の非限定的な構成では、コントローラモジュール50は、温度検出プローブアセンブリ38のセットから受信されるか、またはそれによって提供される温度または値を合計、平均、またはマージすることができる。
図3は、温度検出プローブアセンブリ38の第2部分42の拡大斜視図を示しており、ガスタービンエンジン作動中の排気ガスの実質的な移動方向の観点から見た図である。温度検出プローブアセンブリ38は、温度検出プローブ54と、温度検出プローブ54の少なくとも一部の周りに配置されたハウジング52とを含むことができる。本開示の1つの非限定的な態様では、温度検出プローブアセンブリ38、ハウジング52、および温度検出プローブ54は、共通の長手方向軸線64を画定することができる。
ハウジング52は、エンジン壁46に近接して位置する第1の端部56と、離間した第2の端部58とを含むことができる。第1の端部56は、温度検出プローブアセンブリ38をエンジン壁46に対して位置決めするための取り付け点を含むことができる。1つの非限定的な構成では、取り付け点は肩部59を含むことができる。非限定的な構成では、ハウジング52は、第1の端部56が第1の外径を含み、第2の端部58が第1の外径より小さい第2の外径を有する、概して円錐形の構造を有する外面60を含むことができる。この非限定的な構成では、外面60の概して円錐形の構造は、第1の外径から第2の外径に直線的に移行することができる。ハウジング52または外面60の構成にかかわらず、ハウジング52の非限定的な態様は、例えば実質的に円筒形の形状を有する、温度検出プローブ54を受け入れる大きさの内部を含むことができる。1つの非限定的な構成では、ハウジング52は、金属合金材料、または強度のために構成または選択された別の材料を含むことができる。ハウジング52の材料強度、形状、輪郭、ジオメトリなどは、排気ガス通路44の高温環境における経時的な変形などの振動や変形に対抗するように選択または製造されることができる。別の非限定的な例では、ハウジング52は、誘導された周期的負荷、空気力学的負荷などによる応力を低減するように選択または製造されることができる。一例では、排気ガス通路44を摂氏1100度以上の温度にさらすことができる。
ハウジング52はまた、排気ガス通路44を横切る空気または排気ガスの少なくとも一部を受けるように配置された少なくとも1つの長くされた吸気開口部62を含むことができる。本明細書において使用されるとき、吸気開口部62を有するハウジング52の部分は、ハウジング52の「前方」側と呼ばれ、ハウジングの反対側はハウジング52の「後方」側と呼ばれる。1つの非限定的な例では、吸気開口部62は、吸気開口部62に対応する下にある温度検出プローブ54の長くされた部分が、排気ガス通路44を横切る排気ガスに直接さらされるように、ハウジング52の長手方向軸線64に沿って延びる連続した開口部を含むことができる。別の非限定的な例では、吸気開口部62は、吸気開口部62のセットに対応する下にある温度検出プローブ54の関連部分が、排気ガス通路44を横切る排気ガスに直接さらされるように、ハウジング52の長手方向軸線64の各部分に沿って延びる吸気開口部62のセットを含むことができる。1つの非限定的な構成では、吸気開口部62は、0.003175メートルの長さ、0.0000762メートルの幅、および0.0000761平方メートルの断面積を有する実質的に卵形の開口部を含むことができる。吸気開口部62および領域構成のさらなる幾何学的構成が含まれてもよい。
温度検出プローブ54は、ハウジング52の内部を通って延びることができ、第2の端部58に近接して位置する先端部66を含むことができる。温度検出プローブアセンブリ38、温度検出プローブ54、またはハウジング52の1つの非限定的な構成では、温度検出プローブ54を、先端部66がエンジン壁46の反対側のハウジング52を越えて延びるように配置または構成することができる。一構成例では、先端部66は、ハウジング52の長手方向軸線64と同心の開口68を通ってハウジング52を越えて延びることができる。
図4は、図3の線IV−IVに沿った斜視図からの温度検出プローブアセンブリ38の別の非限定的な斜視図を示している。図示のように、ハウジング52の後方側は、長手方向軸線64に沿って離間した流体通路または排気開口部70のセットをさらに含むことができる。本開示の1つの非限定的な態様では、排気開口部70のセットは、長くされた吸気開口部62に対応する、またはそれに関連する、長手方向軸線64の一部に沿って離間される。合わせて、吸気開口部62および排気開口部70のセットは、ハウジング流路を画定し、吸気開口部62によって受け取られる空気または排気ガスの流れ(矢印72で示される)は、ハウジング52を通って、排気開口部70のセットに流れる。この意味で、温度検出プローブ54の少なくとも一部は、吸気開口部62および排気開口部70のセットを介して排気ガス流72にさらされることができる。ハウジング52の1つの非限定的な構成では、排気開口部70のセットの数は、吸気開口部62のセットの数よりも多くてもよい。別の非限定的な構成では、排気開口部70のセットを、ハウジング52上の応力、振動、変形、誘導された周期的負荷、空気力学的負荷などを低減するように構成することができる。
排気開口部70のセットが長手方向軸線64に沿って等間隔に配置されている本開示の非限定的な態様が含まれてもよい。さらに、図4の斜視図は、長手方向軸線64に沿った排気開口部70の1つのセットを示しているが、対応する排気開口部70の第2のセットが同様にハウジング52の反対側に構成され、配置され、ミラーされ、または位置することができる、ハウジング52の非限定的な態様が含まれてもよい。1つの非限定的な構成では、排気開口部70は実質的に円形の形状であってよく、0.00007935平方メートルの断面積を含んでもよい。排気開口部70のセットおよび領域構成のさらなる幾何学的構成が含まれてもよい。吸気開口部62の断面積が、排気開口部70のセットの結合されたまたは合計された断面積とほぼ等しいか、または実質的に同じであり得る追加の非限定的な構成が含まれてもよい。
図5は、図3の線V−Vに沿った温度検出プローブアセンブリ38の断面図を示している。図示のように、温度検出プローブ54は、ハウジング52の先端部66または第2の端部58に近接して位置する第1の熱電対接合部74などの第1の温度センサと、第1の熱電対接合部74に対して、第1の端部56またはエンジン壁46に近接して位置する第2の熱電対接合部76などの第2の温度センサとを含むことができる。本開示の1つの非限定的な態様において、第1の熱電対接合部74は、ガスタービンエンジンに含まれるとき、低圧タービンスパン半径の約35%に存在するように配置されるまたは位置することができる。本明細書において使用されるとき、「低圧タービンスパン半径」は、低圧タービンハブから半径方向に離間したケースまたは壁(例えば、低圧タービンケース壁)まで測定されたスパンを含むことができる。本開示の別の態様では、「低圧タービンスパン半径」は、排気ガス流路の半径方向スパンを含むことができる。本開示の別の非限定的な態様では、第2の熱電対接合部76は、ガスタービンエンジンに含まれるとき、低圧タービンスパン半径の約65%に存在するように配置されるまたは位置することができる。本開示のさらに別の非限定的な態様では、第1の熱電対接合部74は、先端部66から測定された排気ガス通路44内の温度検出プローブアセンブリ38の長さの約35%に存在するように配置されるまたは位置することができる。本開示の別の非限定的な態様では、第2の熱電対接合部76は、先端部66から測定された排気ガス通路44内の温度検出プローブアセンブリ38の長さの約65%に存在するように配置されるまたは位置することができる。
第1の熱電対接合部74または第2の熱電対接合部76、またはそれらの組み合わせは、それぞれの接合部74,76に近接した温度検出プローブ54と連通する空気流の温度を動作可能に検出するように構成されることができる。第1の熱電対接合部74または第2の熱電対接合部76は、例えば、図2のコントローラモジュール50のようなコントローラモジュールとさらに通信可能に結合することができ、第1の熱電対接合部74または第2の熱電対接合部76の少なくとも1つによって検出された温度を、レビュー、処理、分析、平均化、平衡化、またはその他の方法で決定することができる。本開示の態様は、温度検出プローブアセンブリ38が、処理、検出、または決定動作の少なくとも一部を実行するように構成され、そのような動作の出力を、温度検出プローブアセンブリ38から離れた別のコントローラモジュールに提供するようにさらに構成されたコントローラモジュールを含む構成を含んでもよい。
本開示の一態様では、ハウジング52の吸気開口部62は、第1の熱電対接合部74の少なくとも一部から、第2の熱電対接合部76の少なくとも一部まで延びる。本開示の別の態様では、ハウジング52の吸気開口部62は、第2の熱電対接合部76を超えてハウジング52の第1の端部56または肩部59に向かって延びる。別の非限定的な構成では、ハウジング52の吸気開口部62は、第1の熱電対接合部74を超えて、ハウジング52の先端部66または第2の端部58に向かって延びる。
1つの非限定的な構成では、第2の熱電対接合部76は、第1の端部56に近接する吸気開口部62の終端部から第1の距離80だけ離間することができる。別の非限定的な構成では、第1の熱電対接合部74は、第2の端部58に近接する吸気開口部62の終端部から第2の距離86だけ離間することができる。図示のように、第1の距離80を、隣接する排気開口部70を隔てる第3の距離82より大きくすることができる。同様に、第2の距離86を、隣接する排気開口部70を隔てる第3の距離82よりも小さくすることができる。
排気開口部70のセットは、温度検出プローブアセンブリ38を通る所定のまたは既知の量の空気流を確実にするまたは可能にするように配置される、位置する、または構成されることができる。可能にされた所定のまたは既知の量の空気流は、温度検出プローブ54、第1の熱電対接合部74、第2の熱電対接合部76、またはそれらの組み合わせの少なくとも1つによって排気ガスの正確な温度検出を確実にするまたは可能にするように選択されることができる。例えば、本開示の1つの非限定的な態様では、第1の排気開口部84は、第2の熱電対接合部76と第1の端部56、肩部59、または第1の端部56に近接する吸気開口部62の終端との間に、位置する、配置される、または構成されることができる。
エンジン壁46の少なくとも一部が排気ガス通路44の排気ガスよりも冷たい温度を有することができる本発明の態様が含まれてもよい。これは、例えば、エンジン壁46から別のエンジン壁、エンジン、ケーシング、パイロン、航空機のより冷たい部分、またはエンジンの外部にさらされる環境への熱伝導経路に起因する可能性がある。エンジン壁46の特定の熱伝導経路にかかわらず、壁46からの熱の除去は、エンジン壁46に近接したハウジング52または温度検出プローブ54の少なくとも1つの部分からの熱をさらに除去することができる。より冷たいエンジン壁46によるハウジング52または温度検出プローブ54の少なくとも1つからの熱の除去は、第1の熱電対接合部74または第2の熱電対接合部76の少なくとも1つを動作可能に歪ませ、変形させ、またはその温度検出能力の精度に他の方法で影響を与えることができる。別の言い方をすれば、エンジン壁46を介した熱の除去は、温度検出プローブアセンブリ38に温度勾配を生じさせ、これにより、検出された温度すなわち温度の読み取り値を「真の」空気流または排気ガス温度より低くすることができる。
1つまたは複数の吸気開口部62、排気開口部70のセット、またはこれらの組み合わせの構成が、温度検出プローブ54、第1の熱電対接合部74、第2の熱電対接合部76、ハウジング52、またはこれらの組み合わせの温度勾配を、エンジン壁46またはハウジング52の第1の端部56から離れるようにシフトまたは調整などするように配置される本開示の非限定的な態様が含まれてもよい。別の言い方をすれば、温度検出プローブアセンブリ38の構成は、エンジン壁46のより冷たい温度が温度検出プローブ54またはプローブアセンブリ38の温度検出能力の精度に影響を及ぼさないように、または、ほとんど影響がないように配置される。
1つの非限定的な構成例では、第2の熱電対接合部76を、(例えば、ハウジング52の円錐形状のために)第1の熱電対接合部74と比較して、より多くのハウジング52の質量または体積で取り囲むことができる。この例では、第2の熱電対接合部76は、第1の熱電対接合部74と比較すると、温度変化に応答するのにより長い時間を要するか、または温度変化を検出するのにより長い時間を要する可能性がある(すなわち、「タイムラグ」)。この現象は、第1の熱電対接合部74と比較して、ハウジング52によって受け取られる、より多くの量の、より大きい割合の、またはより大きい比率の空気流が第2の熱電対接合部76に相対的に向けられるように、温度検出プローブアセンブリ38を配置または構成することによって、対抗または緩和され得る。
例えば、1つの非限定的な構成では、吸気開口部62によって受け取られる総空気流の約3分の1を吸気開口部62の下部87によって受け取ることができ、一方、総空気流の残りの3分の2(例えば、下部87によって受け取られる空気流の2倍の量)を、吸気開口部62の上部88によって受け取ることができる。この意味で、下部87を、空気流を第1の熱電対接合部74に少なくとも部分的に送達するように配置または構成することができ、一方、上部88を、空気流を第2の熱電対接合部76に少なくとも部分的に送達するように配置または構成することができ、第1の熱電対接合部74と第2の熱電対接合部76とは、ほぼ同じ、または等しい検出または応答時間を有する。別の言い方をすれば、第1の熱電対接合部74と第2の熱電対接合部76との間のタイムラグを低減させるために、記載のように構成を配置または選択することができる。
ハウジング52の第1の端部56または肩部59に最も近い吸気開口部62の部分から第1の距離80だけ離れ、その結果、温度検出プローブアセンブリ38またはエンジン壁46の温度勾配からさらに離れた第2の熱電対接合部76の位置決めにより、第2の熱電対接合部76は空気流または排気ガスのより正確な温度を読み取る、検出する、または測定することが可能になる。この構成は、第2の熱電対接合部76とハウジング52の第1の端部56に近接する吸気開口部62の終端部との間に第1の排気開口部84を配置することによってさらに強化され、これにより、吸気開口部62の終端に近接して受け取られた空気流は、温度検出プローブ54に衝突し、第2の熱電対接合部76から離れた第1の排気開口部84によってハウジングから排出される。第2の熱電対接合部76から離れたエンジン壁46に近接して受け取った空気流を導くことによって、エンジン壁46による温度勾配は、第2の熱電対接合部76によって捕捉される温度測定の精度に影響を及ぼさない、またはほとんど影響がない。
図6は、温度検出プローブアセンブリ38の軸線方向に分解された断面図を示しており、温度検出プローブ54は、ハウジング52から長手方向軸線64に沿って移動される。図6の図は、図4および図5の斜視図に対して、ハウジング52の後方の排気開口部70のセットを示している。
図7は、図4の線VII−VIIに沿った温度検出プローブアセンブリ38の断面図を示しており、ハウジング52の側面の排気開口部70の対応するセットを示している。図示のように、排気開口部70のセットは、吸気開口部62と比較して、吸気開口部62の軸線92から半径方向にオフセットされてもよく、または長手方向軸線64から半径方向にオフセットされてもよい。1つの非限定的な構成では、排気開口部70のセットを、吸気開口部62の軸線92または長手方向軸線64の両側で等しく半径方向にオフセットすることができる。1つの非限定的な構成では、排気開口部70のセットを、吸気開口部62から半径方向に約120度オフセットすることができる。ミラーされた、対応する、または対になった排気開口部70の単一の断面図のみが示されているが、追加の排気開口部70が、長手方向軸線64の長さに沿ってミラーされた、対応する、または対になった本開示の態様が含まれてもよい。
図示のように、加熱された、燃焼された、または排気された流れなどの空気流の一部(矢印90で示される)を、ハウジング52の吸気開口部62によって受け取ることができる。吸気開口部62または温度検出プローブアセンブリ38は、吸気開口部62が実質的に空気流90の流れ軸線、または温度に対して検出されるべき空気の流れに沿って配置されるように、位置するまたは配置されることができる。空気流90は、一旦、吸気開口部62によって受け取られると、長手方向軸線64に向かうように温度検出プローブアセンブリ38の中心に向けられ、温度検出プローブ54と流体連通する。本開示の1つの非限定的な態様では、空気流90は、温度検出プローブ54に衝突することが可能である。温度検出プローブ54への衝突を、吸気開口部62の長さに沿って、第1の熱電対接合部74に近接して、第2の熱電対接合部76に近接して、またはその組み合わせもしくは一部で提供することができる。空気流90は、その後、温度検出プローブ54の周りに向けられ、半径方向にオフセットされた排気開口部70の少なくとも1つを通って排気される。
図8は、図5に関して既に説明した、エンジン壁46を通る、またはエンジン壁46に対する熱の除去に起因する温度検出プローブ54の温度勾配の例示的な図を示している。図示のように、温度検出プローブ54の第1の端部94は、温度検出プローブ54の第2の端部96と比較してより「より冷たい」温度測定値を表すために薄い影を付けられ、第1の端部94に対して「より暑い」温度測定値を表すためにより暗く影を付けられている。図示された例は、本明細書で説明するように、理解のためにより冷たいエンジン壁46を通る熱損失による代表的な温度勾配を示す1つの非限定的な図に過ぎない。追加の勾配が含まれてもよい。
上記の図に示されたものに加えて、他の多くの可能な態様および構成が、本開示によって企図される。さらに、さまざまな構成要素の設計および配置を、いくつかの異なる構成が実現され得るように再構成することができる。
本明細書に開示される態様は、温度検出プローブアセンブリを提供する。上記の態様で実現することができる1つの利点は、本開示の上記の態様により、温度検出プローブアセンブリは、ハウジングを通るより多くの空気流または高速の空気流が温度検出プローブに衝突することを可能にし、結果として排気温度の変化に対するより速いセンサ応答をもたらすことである。構成は、より大きな吸気開口部および追加の排気開口部を含むことができる。さらに、吸気開口部と排気開口部との間の断面積の対応により、プローブアセンブリの内部に適したまたは所望の流量を提供することができる。より迅速に応答する温度検出プローブアセンブリは、エンジン制御システムがエンジン動作条件の変化に対してより応答することを可能にし、タービン羽根およびブレードのような下流の構成要素を保護しながらより高い温度またはより多くの燃焼出力で動作することによってガスタービンエンジンの運転効率を高めることができる。したがって、より迅速に応答する温度検出プローブアセンブリは、エンジン制御システムが排気ガス温度の熱スパイクをより迅速に検出して考慮することができ、それに応じて補償するようにエンジン動作を調整するので、下流の構成要素の熱限界近くでエンジンを作動させることができる。
さらに、第1の熱電対接合部に対して第2の熱電対接合部によってまたはそれに近接して受け取られた空気流の構成を調整することによって、第1の熱電対接合部と第2の熱電対接合部との間の応答時間の差異が低減される。応答時間の差異が低減されることにより、温度測定値の迅速な読み取りがさらに信頼できるものとなる。1つの構成例では、流路温度のステップ変化に対する第1および第2の接合部の第1の時定数の変化は、従来の温度検出プローブアセンブリによる約15〜16%の第1の時間的制約と比較して、約0.5%に低減される。
本開示の上記の態様の別の利点は、入口および排気の断面積および位置を調整または最適化して、適用、設置、または特定の実施形態に必要な構造的強度を維持しながら、ハウジングを通る排気ガスのより大きな質量流量を可能にすることを含み得る。
本開示の上述の態様のさらに別の利点は、第2の熱電対接合部を、エンジン壁または別の除熱構成要素によって生成される温度勾配からより遠くに離間させることを含む。熱電対接合部の温度勾配からの離間により、従来の温度検出プローブアセンブリと比較して、より正確な「真の」温度検出が可能になる。一構成例では、従来のプローブアセンブリにおける第2の熱電対接合部の温度誤差(約2〜5°Fの誤差)を、上記の態様を用いて1°F未満に低減することができ、55〜82%改善される。
まだ記載されていない範囲で、さまざまな実施形態の異なる特徴および構造を所望の通り互いに組み合わせて用いることができる。1つの特徴を実施形態のすべてにおいて示しているわけではないということは、それができないと解釈されるものではなく、説明を簡潔にするためにそのようにしているのである。したがって、新規な実施形態が明白に記載されているか否かを問わず、新規な実施形態を形成するように、異なる実施形態のさまざまな特徴を要望通りに混合し適合させることができる。本明細書に記載されている特徴の組み合わせまたは置換は、この開示によって包括される。
この明細書は、本開示の態様を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本開示の態様を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本開示の特許され得る範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。
[実施態様1]
温度検出プローブアセンブリ(38)が、
先端部(66)と、前記先端部(66)の近くに位置する第1の熱電対接合部(74)と、前記温度検出プローブアセンブリ(38)の取り付け点の近くに位置する第2の熱電対接合部(76)とを有する温度検出プローブ(54)と、
前記温度検出プローブ(54)の少なくとも一部の周りに配置され、前記第1の熱電対接合部(74)の少なくとも一部から前記第2の熱電対接合部(76)の少なくとも一部まで延びる長くされた吸気開口部(62)を有し、排気開口部(70)のセットを有する、ハウジング(52)と
を備え、
前記先端部(66)は前記ハウジング(52)を越えて延び、空気の流れが前記ハウジング(52)を通って前記長くされた吸気開口部(62)から前記排気開口部(70)のセットに流れて、前記ハウジング(52)を通る流路を確立する、
温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様2]
前記長くされた吸気開口部(62)が、前記第2の熱電対接合部(76)を越えて前記温度検出プローブアセンブリ(38)の前記取り付け点に向かって延びる、実施態様1に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様3]
前記排気開口部(70)のセットのうちの少なくとも1つが、前記第2の熱電対接合部(76)と前記温度検出プローブアセンブリ(38)の前記取り付け点との間に配置される、実施態様2に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様4]
前記長くされた吸気開口部(62)が、前記第1の熱電対接合部(74)を超えて前記先端部(66)に向かって延びる、実施態様2に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様5]
前記長くされた吸気開口部(62)が、実質的に空気の流れの流れ軸線(90)に沿って配置される、実施態様1に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様6]
前記排気開口部(70)のセットが、前記長くされた吸気開口部(62)の前記軸線(92)から半径方向にオフセットされている、実施態様5に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様7]
前記排気開口部(70)のセットが、前記長くされた吸気開口部(62)の前記軸線(92)の両側で半径方向にオフセットされている、実施態様6に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様8]
両側でオフセットされている前記排気開口部(70)が、前記ハウジング(52)の長さに沿って対をなしている、実施態様7に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様9]
前記排気開口部(70)のセットのうちの少なくとも1つが、前記第2の熱電対接合部(76)と前記温度検出プローブアセンブリ(38)の前記取り付け点との間に配置される、実施態様7に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様10]
航空機エンジンで使用するための排気ガス温度検出プローブアセンブリ(38)が、
先端部(66)と、前記先端部(66)の近くに位置する第1の熱電対接合部(74)と、前記温度検出プローブアセンブリ(38)の取り付け点の近くに位置する第2の熱電対接合部(76)とを有する温度検出プローブ(54)と、
前記温度検出プローブ(54)の少なくとも一部の周りに配置され、前記エンジン内のタービンケースに動作可能に結合するように構成されたハウジング(52)であって、前記ハウジング(52)は、前記第1の熱電対接合部(74)の少なくとも一部から前記第2の熱電対接合部(76)の少なくとも一部まで延びる吸気開口部(62)のセットを有し、排気開口部(70)のセットを有する、ハウジング(52)と
を備え、
加熱された空気の流れが前記ハウジング(52)を通って前記吸気開口部(62)のセットから前記排気開口部(70)のセットに流れて、前記ハウジング(52)を通る流路を確立し、
前記ケースは前記加熱された空気の流れよりも冷たい温度を有し、前記吸気開口部(62)のセットおよび前記排気開口部(70)のセットの前記構成は、前記第2の熱電対接合部(76)から離れるように温度勾配をシフトさせる、
排気ガス温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様11]
前記吸気開口部(62)のセットおよび前記排気開口部(70)のセットの構成が、前記加熱された空気の流れが前記取り付け点のより近くで前記温度検出プローブ(54)に衝突することを可能にする、実施態様10に記載の排気ガス温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様12]
前記吸気開口部(62)のセットが、前記第2の熱電対接合部(76)を越えて前記温度検出プローブアセンブリ(38)の前記取り付け点に向かって延びる単一の長くされた吸気開口部(62)を備える、実施態様11に記載の排気ガス温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様13]
前記排気開口部(70)のセットのうちの少なくとも1つが、前記第2の熱電対接合部(76)と前記温度検出プローブアセンブリ(38)の前記取り付け点との間に配置される、実施態様12に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様14]
前記長くされた吸気開口部(62)が、実質的に前記空気の流れの流れ軸線(90)に沿って配置される、実施態様12に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様15]
前記排気開口部(70)のセットが、前記長くされた前記吸気開口部(62)の前記軸線(92)から半径方向にオフセットされている、実施態様14に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様16]
前記排気開口部(70)のセットが、前記長くされた吸気開口部(62)の前記軸線(92)の両側で半径方向にオフセットされている、実施態様15に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様17]
前記排気開口部(70)のセットのうちの少なくとも1つが、前記第2の熱電対接合部(76)と前記温度検出プローブアセンブリ(38)の前記取り付け点との間に配置される、実施態様10に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様18]
温度検出プローブアセンブリ(38)が、
先端部(66)と、前記先端部(66)の近くに位置する第1の熱電対接合部(74)と、前記温度検出プローブアセンブリ(38)の取り付け点の近くに位置する第2の熱電対接合部(76)とを有する温度検出プローブ(54)と、
前記温度検出プローブ(54)の少なくとも一部の周りに配置され、前記先端部(66)付近から前記第2の熱電対接合部(76)と前記取り付け点との間の位置まで延びる長くされた吸気開口部(62)を有し、排気開口部(70)のセットを有する、ハウジング(52)と、
を備え、
空気の流れが前記ハウジング(52)を通って前記長くされた吸気開口部(62)から前記排気開口部(70)のセットに流れて、前記ハウジング(52)を通る流路を確立する、
温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様19]
前記排気開口部(70)のセットのうちの少なくとも1つが、前記第2の熱電対接合部(76)と前記温度検出プローブアセンブリ(38)の前記取り付け点との間に配置される、実施態様18に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
[実施態様20]
前記長くされた吸気開口部が、実質的に前記空気の流れの流れ軸線(90)に沿って配置され、前記排気開口部(70)のセットは、前記長くされた吸気開口部(62)の前記軸線(92)の両側で半径方向にオフセットされている、実施態様18に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
10 ガスタービンエンジン
12 ファン部
14 ファン
16 LPC
18 HPC
20 燃焼部
22 HPT
24 LPT
26 HPスプール
28 LPスプール
30 HPTロータ
32 ブレード
34 ブレードプラットフォーム
36 ブレード先端部
38 温度検出プローブアセンブリ
40 第1の部分
42 第2の部分
44 排気ガス通路
46 エンジン壁
48 ねじ
50 コントローラモジュール
52 ハウジング
54 温度検出プローブ
56 第1の端部
58 第2の端部
59 肩部
60 外面
62 吸気開口部
64 長手方向軸線
66 先端部
68 開口
70 排気開口部
72 排気ガス流
74 第1の熱電対接合部
76 第2の熱電対接合部
78 第2の排気開口部
80 第1の距離
82 第3の距離
84 第1の排気開口部
86 第2の距離
87 下部
88 上部
90 空気流
92 軸線
94 第1の端部
96 第2の端部

Claims (10)

  1. 温度検出プローブアセンブリ(38)が、
    先端部(66)と、前記先端部(66)の近くに位置する第1の熱電対接合部(74)と、前記温度検出プローブアセンブリ(38)の取り付け点の近くに位置する第2の熱電対接合部(76)とを有する温度検出プローブ(54)と、
    前記温度検出プローブ(54)の少なくとも一部の周りに配置され、少なくとも前記第1の熱電対接合部(74)一部から、少なくとも前記第2の熱電対接合部(76)一部まで延びる長くされた吸気開口部(62)を有し、排気開口部(70)のセットを有する、ハウジング(52)と
    を備え、
    前記先端部(66)は前記ハウジング(52)を越えて延び、空気の流れが前記ハウジング(52)を通って前記長くされた吸気開口部(62)から前記排気開口部(70)のセットに流れて、前記ハウジング(52)を通る流路を確立する、
    温度検出プローブアセンブリ(38)。
  2. 前記長くされた吸気開口部(62)が、前記第2の熱電対接合部(76)を越えて前記温度検出プローブアセンブリ(38)の前記取り付け点に向かって延びる、請求項1に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
  3. 前記排気開口部(70)のセットのうちの少なくとも1つが、前記第2の熱電対接合部(76)と前記温度検出プローブアセンブリ(38)の前記取り付け点との間に配置される、請求項2に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
  4. 前記長くされた吸気開口部(62)が、前記第1の熱電対接合部(74)を超えて前記先端部(66)に向かって延びる、請求項2に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
  5. 前記長くされた吸気開口部(62)が、実質的に空気の流れの流れ軸線(90)に沿って配置される、請求項1乃至4のいずれかに記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
  6. 前記排気開口部(70)のセットが、前記長くされた吸気開口部(62)の前記軸線(92)から半径方向にオフセットされている、請求項5に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
  7. 前記排気開口部(70)のセットが、前記長くされた吸気開口部(62)の前記軸線(92)の両側で半径方向にオフセットされている、請求項6に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
  8. 前記排気開口部(70)のセットのうちの少なくとも1つが、前記第2の熱電対接合部(76)と前記温度検出プローブアセンブリ(38)の前記取り付け点との間に配置される、請求項7に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
  9. 温度検出プローブアセンブリ(38)が、
    先端部(66)と、前記先端部(66)の近くに位置する第1の熱電対接合部(74)と、前記温度検出プローブアセンブリ(38)の取り付け点の近くに位置する第2の熱電対接合部(76)とを有する温度検出プローブ(54)と、
    前記温度検出プローブ(54)の少なくとも一部の周りに配置され、前記先端部(66)付近から前記第2の熱電対接合部(76)と前記取り付け点との間の位置まで延びる長くされた吸気開口部(62)を有し、排気開口部(70)のセットを有する、ハウジング(52)と、
    を備え、
    空気の流れが前記ハウジング(52)を通って前記長くされた吸気開口部(62)から前記排気開口部(70)のセットに流れて、前記ハウジング(52)を通る流路を確立する、
    温度検出プローブアセンブリ(38)。
  10. 前記排気開口部(70)のセットのうちの少なくとも1つが、前記第2の熱電対接合部(76)と前記温度検出プローブアセンブリ(38)の前記取り付け点との間に配置される、請求項9に記載の温度検出プローブアセンブリ(38)。
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