WO2016146337A1 - Schutzvorrichtung für eine erosive umgebung und verfahren zur überwachung einer schutzschicht in einer erosiven umgebung - Google Patents

Schutzvorrichtung für eine erosive umgebung und verfahren zur überwachung einer schutzschicht in einer erosiven umgebung Download PDF

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WO2016146337A1
WO2016146337A1 PCT/EP2016/053504 EP2016053504W WO2016146337A1 WO 2016146337 A1 WO2016146337 A1 WO 2016146337A1 EP 2016053504 W EP2016053504 W EP 2016053504W WO 2016146337 A1 WO2016146337 A1 WO 2016146337A1
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protective layer
sensor
layer
protective
sensor layer
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PCT/EP2016/053504
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Alexander Michael Gigler
Remigiusz Pastusiak
Christian Werner
Hans Weber
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the present invention relates to a protective device for an erosive environment and to a method for monitoring a protective layer in an erosive environment.
  • the present invention relates to a protective layer whose thickness can be monitored.
  • dust-like substances are transported via pipelines.
  • This kind of dust-like sub can punch ⁇ as dust coal, cement, flour or other powder-like materials include.
  • a measuring device can be provided, in which a sample of the dust accumulates, which can then be measured via a suitable measuring head.
  • Such measuring devices are known for example from DE 10 2013 203 109 AI and the not previously published German patent application with the file number 102015201130.5.
  • measuring devices may themselves become a safety risk for dust-like substances if the mechanical protection failed in the measuring device ⁇ .
  • gege ⁇ may also form a highly explosive atmosphere by the escape of the dust-air mixture.
  • Very high demands be bought at the resilience of PROBE ⁇ rule such measuring devices provides.
  • such measuring devices must be regularly maintained very accurately to detect a possible failure early. There is therefore a need for protection of components in an erosive environment whose reliability can be continuously monitored. Further, there is a need for protection for erosive environments whose failure can be detected early.
  • the present invention provides a protective device for an erosive environment, with a protective layer, a sensor layer and a detector ⁇ device.
  • the protective layer has an upper side and a lower side.
  • the underside of the protective layer is arranged opposite the top.
  • the sensor layer is arranged on the underside of the protective layer and is designed to provide an output signal that is dependent on a thickness between top side and bottom side of the protective layer.
  • the detector device is designed to detect a change in the thickness between top and bottom of the protective layer based on the output signal provided by the sensor layer.
  • the present invention provides a method of monitoring a protective layer for an erosive environment, comprising the steps of providing a sensor layer on a bottom surface of the protective layer, the underside of the protective layer facing away from the erosive environment; of detecting a riding ⁇ be provided by the sensor layer measured value; and detecting a Variegated ⁇ tion of a thickness of the protective layer in dependence on the ER summarized measured value.
  • the present invention is based on the idea to continuously monitor the functionality of a protective layer, such as a reinforcement for erosion protection.
  • this protective layer is a coating of a material wall for protecting the material wall against erosion by a highly aggressive particle-air mixture.
  • One side of the protective layer is facing an erosive environment ⁇
  • a sensor layer is further arranged, by means of which a monitoring of the radio ⁇ tion capability of the protective layer can be performed.
  • the protective layer and the sensor layer can basically be different from one another.
  • the sensor layer is made of the same material as the protective layer, or comprises a further erosion-resistant material, wherein the protective layer is characterized in that it has Sensorelemen te for detecting a change in the protective layer.
  • the sensor layer is thereby at least one parameter be ⁇ riding, which can be detected by a detector device and evaluated.
  • the detector device can thus immediately detect a change in the thickness and thus in the protective behavior of the protective layer.
  • a drop in the protective capability of the protective layer can be detected early and intervened in the operating sequence even before the complete failure of the protective device. For example, before the complete failure of the protective capability of the protective device, an alarm signal are output or the operation of the protected by the protection component fully adjusted ⁇ the. As a result, dangerous operating conditions that would arise after the failure of the protection can be avoided.
  • the upper side of the protective layer faces an erosive environment.
  • the underside of the protective device with the sensor layer is located on a side facing away from the erosive environment. The sensor layer is therefore not directly exposed to the erosive environment.
  • the sensor layer comprises a magnetic field sensor, an ultrasonic sensor, a pressure sensor for a fluid, optically conductive elements and / or electrically conductive elements.
  • the sensor layer for monitoring the functionality of the protective layer can thus be realized by numerous ⁇ rich different sensors depending on the application. This bie ⁇ the opportunity for those individually employ an optimal sensor system for every application.
  • Magnetic field sensors can detect a change in the magnetic properties in the protective layer.
  • An ultrasonic sensor can detect a change by detecting the deviation in the ultrasonic signal reflected on the protective layer. Is through the protective layer and / or the sensor layer, a fluid directed, for example, for cooling, so a pressure sensor can register a drop in the pressure of this fluid, indicating a leak.
  • Optically or electrically conductive elements can change their properties in the event of an imminent failure of the protective layer, which can also be detected.
  • the protective layer comprises a magnetic material.
  • Magnetic materials can cause a magnetic field in their environment, which can then be detected again by a suitable sensor.
  • the protective layer currency ⁇ rend its operation damaged, taking, for example Due to the decreasing portion of material, the magnetic field strength.
  • a temperature rise can to fer ⁇ ren that the magnetic field strength of the Magnettechnikstof ⁇ fes changes. This variation of the magnetic field strength can then be evaluated and serves as a measure of the quality of the protective layer.
  • the sensor layer comprises a carbon fiber-reinforced ceramic.
  • a carbon fiber-reinforced ceramic insulated from each other, so they can be be ⁇ seeks as individual electrical conductors.
  • Protective layer can change the electrical properties of these carbon fibers, which in turn can be detected and serves as an indication of damage to the protective layer.
  • the sensor layer comprises optically conductive fibers.
  • these optically conductive fibers may be fibers of sapphire.
  • Optically conductive fibers can change their properties if the protective layer lying in front of the sensor layer is damaged. For example, a transmitted through the fibers leitfähi ⁇ gen light pulse can be evaluated in order to detect a change in light intensity and / or polarization. This can be interpreted as an indication of a failure of the protective layer.
  • the step of detecting a measured value provided by the sensor layer in the method according to the invention comprises detecting a magnetic field, receiving an ultrasonic signal, determining a pressure in a fluid, detecting a
  • the step of detecting a change comprises a thickness of the protective layer, further comprising a step of determining a spatial position at which the thickness of the protective layer has changed.
  • the present invention provides a gas turbine having a combustion chamber, comprising a SSE invention shown protective layer.
  • the present invention provides a measuring chamber having a protective layer according to the invention.
  • the present invention provides a particle measuring chamber for measuring particulate properties of dusts.
  • the present invention ⁇ a measuring device with a measuring chamber wherein the measuring device comprises a cleaning device for injecting a fluid into the measuring chamber.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a protective device according to an exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a line arrangement in a sensor layer of a protective device according to an embodiment
  • Figure 3 is a schematic representation of an alternative
  • Figure 4 is a schematic representation of a protective device according to yet another embodiment
  • Figure 5 is a schematic representation of a protective device according to an embodiment in case of error ⁇ lerfall
  • a schematic representation of a Messvorrich device with a measuring pocket according to an embodiment and
  • Figure 7 is a schematic representation of a Medicarediag ⁇ ramms, as it is based on a method according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a protective device 1 according to an embodiment.
  • the protection from ⁇ device 1 comprises a protective layer 10, a sensor layer 20 and a detector device 30.
  • the protection device 10 has a top surface 11. This top 11 is one facing erosive environment.
  • the Obersei ⁇ te 11 of an operating environment may face, in the erosive substances or mixtures, such as a dust-air mixture, or the like are available.
  • This protective layer 10 may comprise, for example, a particularly resistant Metalllegie ⁇ tion, for example an alloy based on nickel or the like. Even hardened steels are mög ⁇ Lich. These are surface hardened, for example, in a nitrogen-containing or carbon-containing atmosphere under high temperatures.
  • the protective layer 10 may have a surface which has been hardened by means of a laser powder build-up welding. In particular, this is possible, for example, Stellite 6 or Stellite 21.
  • the protective layer 10 has an underside 12 opposite the upper side 11. On this underside 12, the sensor layer 20 is arranged.
  • the sensor layer 20 in this case comprises ge ⁇ suitable sensor elements, which make it possible to monitor the ability of the protective layerrésfä ⁇ 10th Possible exporting ⁇ approximate shape of the sensor layer 20 will be described hereinafter in greater detail.
  • the sensor layer 20 is connected to the detector device 30 via one or more terminals 21, 22.
  • the detector device 30 evaluates the out of the sensor layer 20 ⁇ passed signals, analyzes them and determines the state of the protective layer 10.
  • the exact function of the detector device 30 for evaluating the signals from the sensor layer 20 depends in each case individually by the in the sensor layer 20 incorporated sensor elements. Basically, it is possible that it is in the
  • Protective layer 10 and the sensor layer 20 by sepa ⁇ rate, independent layers acts. So it is ⁇ example, possible to the protective layer 10 is completely separate from make the sensor layer 20 and then put together in a further step. Alternatively, it is also possible for the protective layer 10 and sensor layer 20 to form a self-contained structure, which is made of a common material or of a coherent composite material. In this case, it is to be understood by the sub ⁇ distinction between protective layer 10 and sensor layer 20 such that no sensor elements for monitoring the functionality available in the area of the protection layer 10, while additional in the area of the sensor layer 20
  • the sensor layer 20 comprises a material having a high Wi ⁇ derstandskraft, in particular a high erosion resistance, as is required for the protective layer 10th
  • the monitoring of the state of the protective layer 10 and thus the protective capability of the entire structure can be done by means of numerous, different sensors.
  • the sensor layer 20 may include sensors that operate on the basis of an electrical current or an electrical voltage. Also, optical sensors or sensors that evaluate a pressure drop of a fluid are possible.
  • the sensor layer 20 may also include magnetic sensors. A monitoring of the protective layer 10 by means of ultrasonic sensors or the like is possible. Details will be described in more detail below.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an arrangement of electrical conductor tracks in the sensor layer 20 according to one exemplary embodiment.
  • the call establishment of electrically conductive traces in the protective layer 20 in this case comprises two mutually electrically iso ⁇ profiled groups of conductor tracks.
  • a first group of conductor tracks is connected to a first terminal 21.
  • a second group of tracks is connected to a second terminal 22.
  • the two groups of printed conductors can each have a multiplicity of parallel to each other have running electrical conductor tracks.
  • any other structures of interconnects are possible as long as they are two mutually electrically isolated groups of interconnects.
  • the protective layer 10 is above the sensor layer 20 in ⁇ clock, the two groups of conductors are thus electrically isolated from each other.
  • the resistance between the two groups of conductor tracks can be determined by measuring an electrical current.
  • the protective layer 10 is intact above the sensor layer 20, the two groups of Lei ⁇ terbahnen are mutually electrically insulated and the electric resistance between the two groups of conductor tracks is high. If, on the other hand, the protective layer 10 is damaged, the electrical resistance between the two groups of printed conductors may drop. For example, damage in the protective layer 10 can cause an electrically conductive substance to penetrate into the sensor layer 20 and produce an electrical connection between the two groups of conductor tracks.
  • the detector device 30 can then detect a decrease in the electrical resistance between the two groups of conductor tracks.
  • the detector device 30 can conclude that there is damage to the protective layer 10.
  • the detector device 30 may output an alarm signal.
  • damage to the protective layer 10 can thus be detected when a predefined electrical resistance is undershot.
  • a multi-stage detection as a function of a detected electrical resistance is also possible.
  • a warning signal is initially output and at Falling below a second threshold value for the electrical resistance, a shutdown process can be initiated.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of a structure for an electrical conductor in a sensor layer 20.
  • an electrically conductive connection is created between the two terminals 21 and 22 on the protective layer 20 through the conductor track.
  • it may be, for example, a meander-shaped interconnect ⁇ structure.
  • any other interconnect structures that create an electrical connection between the two connection points 21 and 22 and thereby cover the largest possible area are possible.
  • the protective layer 10 arranged above the sensor layer 20 is damaged, the conductor track between the connection points 21 and 22 can be interrupted by penetrating a substance into the damaged protective layer 10.
  • the detector device 30 can in this case, the interruption recognize monitoring of trace and conclude a Beeaudi ⁇ supply the protective layer 10th
  • a suitable electrical structure can be introduced into the sensor layer 20 in any desired manner.
  • the sensor layer 20 with carbon-containing fiber, which have a suitable electrical conductivity ⁇ speed.
  • the sensor layer 20 may comprise a carbon fiber-reinforced ceramic.
  • the sensor layer 20 may also include optically conductive fibers, such as sapphire fibers. As long as the protective layer 10 above the sensor layer 20 is intact, the light will be passed through these optically conductive fibers very well.
  • the protective layer 10 If the protective layer 10, however, damaged, so that the thickness of the protective layer put on at least one part ⁇ falls or goes to zero, this may lead to an Ver ⁇ change in the properties in the optically conductive fibers in the sensor layer twentieth Thereupon, either the polarization of the light through the optically conductive fibers can change or the attenuation of the fibers increases, so that an intensity of the light received in the detector device 30 will decrease. From this, damage to the protective layer 10 above the sensor layer 20 can likewise be concluded. According to a further embodiment, the state of the protective layer 10 can also be monitored by a fluid, in particular a gas or a liquid, which is conducted through the sensor layer 20 below the protective layer 10. This fluid can also serve as a cooling medium at the same time.
  • a fluid in particular a gas or a liquid
  • Figure 4 shows a schematic representation of a protective device 1 with a sensor layer 20, which is traversed by a fluid.
  • the sensor layer 20 in this case has a plurality of channels 23, which protrude to the protective layer 10 or at least until just before the protective layer 10. As long as the protective layer ⁇ 10 is intact, the sensor layer 20 between the first port 21 and second port 22 is closed and the fluid flows completely between these two circuits 21 and ⁇ At 22nd
  • Figure 5 shows the structure of Figure 4 with a damaged protective layer 10.
  • the thickness of the protective layer is 10 ⁇ at least become so low at a location that may leak a portion of the fluid at this point. This causes the pressure of the fluid decreases, for example, within the sensor layer 20. This pressure drop can then be detected at game as ⁇ from the detector device 30 and out ⁇ enhanced. At a pressure drop detector ⁇ device thus can output 30 a corresponding alarm signal.
  • a suitable signal applied to the underside 12 of the protective layer 10 may inter alia be an optical signal in visible or invisible (infrared or ultraviolet) light. Damage to the protective layer 10 can lead to holes or deformation, so that the incident on the bottom 12 of the protective layer 10 signal in its reflection ⁇ on changed, in particular attenuated, is. If, for example, less light is received by a sensor in the sensor layer 20, this may also be the result of damage to the sensor Protective layer 10 are closed.
  • the underside 12 of the protective layer 10 In addition to acting on the bottom 12 of the protective layer 10 with light, it is also possible to apply the underside 12 of the protective layer 10 with an ultrasonic signal or with electromagnetic waves. Accordingly, the received signal can be evaluated by a suitable ultrasonic or microwave receiver in the sensor layer 20. Also in this case, damage to or a variation of 10 into the thickness of the protective layer to a variation of the Untersei- te 12 of the protective layer 10 to the reflected portion ⁇ Ultra sonic or microwave signals.
  • the Detektorvorrich ⁇ tung 30 can then output a corresponding signaling to damage the protective layer 10th
  • the variation of the reflected signal can also be used as a measure of the quality of the protective layer 10. Therefore, even before the complete local failure, the protective layer 10 at a certain point can already be inferred from the signals evaluated before the occurrence of such an event. Accordingly, even before the complete failure of the protective layer 10 by the detector device 30, an indication of an imminent maintenance or inspection of the protective layer 10 can be output.
  • the protective layer 10 may also comprise a magnetic material.
  • a magnetic material is to be understood as meaning a material which inherently causes a static magnetic field.
  • this magnetic field can be detected and evaluated by a magnetic field sensor in the sensor layer 20.
  • this magnetic field sensor in the sensor layer 20 may be a Hall sensor. But other magnetic field sensors are also possible.
  • the magnetic material is not arranged or not only in the protective layer 10, but additionally or alternatively in the upper region of the sensor layer. In these cases too, the magnetic field can be detected by means of a magnetic field sensor arranged in the sensor layer 20.
  • the magnetic material in the protective layer 10 or the sensor layer 20 may also be a magnetic material which is impaired in its magnetic effect even at low temperatures, for example at temperatures of approximately 80 ° C., 100 ° C. or the like. In this case, there may already be an increase in temperature
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a measuring pocket 110 in a measuring device 100.
  • This measuring device 100 may be, for example, a measuring device for particles or dust or dust mixtures.
  • the MES ⁇ transmitting material or a dust-air mixture with the substance to be measured can thereby flow in the arrow direction by the measuring apparatus 100.
  • FIG. The measuring apparatus 100 in this case has ⁇ example, a detector 120, by means of which the substance to be analyzed can be monitored. In this case, the detector 120 is separated from the measuring chamber 110 by the substance to be analyzed, for example by means of a glass pane 130 or the like.
  • a fluid can be blown in by means of a cleaning device 140. By injecting this fluid is then eliminates possible contamination on the glass pane 130 in front of the detector 120.
  • ⁇ supply can cause erosive dust-air mixtures that could cause damage to the measuring chamber 110th Therefore, the side walls 200 of the measuring chamber 110 can be provided with a protective device 1 according to the invention. If a damage in the protective layer 10 is detected by the protection device 1, then either an alarm signal can be issued for maintenance to be carried out as soon as possible, or alternatively the operation can be set immediately immediately.
  • the present invention is not limited to such measuring ⁇ chambers 110 or measurement devices 100 chambers 110 limited to such measurement.
  • the present invention can also be used for any other areas who ⁇ in which a failure of a protective layer to protect against erosive substances is of great importance.
  • the combustion chamber of a gas turbine can also be equipped with a protective device 1 according to the invention in order to be able to initiate suitable measures immediately if erosion protection fails.
  • bearings such as bearings of waves, such as those in motors or the like. occur possible, in which the bearing shells are equipped with a protective device 1 according to the invention. Any other fields of application are of course also possible.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a flow chart on which a method according to a further embodiment is based.
  • a sensor ⁇ layer on the bottom 12 a protective layer 10 provided 20th In the bottom 12 of the protective ⁇ layer 10 is this one side, which faces away from an erosive environment.
  • a measured value is then provided by the sensor layer 20, which is used in step S3 for this purpose is to detect a change in the protective layer, in particular the thickness of the protective layer in dependence on the detected measured value.
  • a decrease in the thickness to zero, ie a complete, at least local failure of the protective layer 10 can be detected.
  • a minor decrease in the thickness of the protection may for detecting already ⁇ layer 10 detect.
  • the step S2 for detecting a measured value provided by the sensor layer 20 may include detecting a magnetic field, receiving an ultrasonic signal, determining a pressure in a fluid, detecting a
  • Light signal and / or measuring a current or voltage include.
  • the step S3 for detecting a change in thickness in the protective layer 10 may also include a step of determining a spatial position at which the thickness of the protective layer 10 has changed.
  • the impairment of the functionality of the protective layer 10 can also be localized.
  • the present invention relates to an Ero ⁇ sion protective layer, which can be monitored continuously.
  • a sensor is arranged on the back of the erosion control layer. This sensor technology can by means of evaluating electrical or optical signals, a pressure, a magnetic field or an ultrasonic signal or the like. to determine to ⁇ standing of the protective layer, signaling a possible failure early.
  • a protective layer can be used, for example, in measuring chambers for particles, in particular for dusts or the like.

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Erosionsschutzschicht, die kontinuierlich überwacht werden kann. Hierzu ist auf der Rückseite der Erosionsschutzschicht eine Sensorik angeordnet. Diese Sensorik kann mittels Auswerten von elektrischen oder optischen Signalen, eines Druckes, eines Magnetfelds oder eines Ultraschallsignals o.a. den Zustand der Schutzschicht bestimmen und ein mögliches Versagen frühzeitig signalisieren. Eine solche Schutzschicht kann zum Beispiel in Messkammern für Partikel, insbesondere für Stäube oder ähnliches eingesetzt werden.

Description

Beschreibung
Schutzvorrichtung für eine erosive Umgebung und Verfahren zur Überwachung einer Schutzschicht in einer erosiven Umgebung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für eine erosive Umgebung sowie ein Verfahren zur Überwachung einer Schutzschicht in einer erosiven Umgebung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Schutzschicht, deren Dicke überwacht werden kann.
Stand der Technik
In vielen industriellen Bereichen werden staubartige Substan- zen über Rohrleitungen transportiert. Derlei staubartige Sub¬ stanzen können zum Beispiel Staubkohle, Zement, Mehl oder andere pulverartige Stoffe umfassen. Zur Überwachung der Eigenschaften dieser staubartigen Substanzen kann eine Messvorrichtung vorgesehen werden, in der sich eine Probe des Staubs ansammelt, die dann über einen geeigneten Messkopf vermessen werden kann. Solche Messvorrichtungen sind zum Beispiel aus der DE 10 2013 203 109 AI und der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102015201130.5 bekannt .
In einer sicherheitskritischen Umgebung können Messvorrichtungen für staubartige Substanzen selbst zu einem Sicherheitsrisiko werden, wenn der mechanische Schutz in der Mess¬ vorrichtung versagt. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass ein Staub-Luft-Gemisch von der Messvorrichtung in die Umgebung austritt. Bereits das reine Austreten eines solchen Staub-Luft-Gemisches kann aufgrund eines hohen Druckes inner¬ halb der Messvorrichtung für Personen oder Geräte in der Umgebung eine beachtliche Gefahr darstellen. Darüber hinaus kann sich durch das Austreten des Staub-Luft-Gemisches gege¬ benenfalls auch eine stark explosionsgefährliche Atmosphäre bilden. Daher werden an die Widerstandsfähigkeit der Messta¬ schen solcher Messvorrichtungen sehr hohe Anforderungen ge- stellt. Ferner müssen solche Messvorrichtungen regelmäßig sehr genau gewartet werden, um ein mögliches Versagen frühzeitig zu erkennen. Es besteht daher ein Bedarf nach einem Schutz von Bauteilen in einer erosiven Umgebung, dessen Zuverlässigkeit kontinuierlich überwacht werden kann. Ferner besteht ein Bedarf nach einem Schutz für erosive Umgebungen, dessen Versagen frühzeitig erkannt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Hierzu schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine Schutzvorrichtung für eine erosive Umgebung, mit einer Schutzschicht, einer Sensorschicht und einer Detektor¬ vorrichtung. Die Schutzschicht weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Die Unterseite der Schutzschicht ist dabei gegenüber der Oberseite angeordnet. Die Sensorschicht ist an der Unterseite der Schutzschicht angeordnet und dazu ausge- legt, ein Ausgangssignal bereitzustellen, das von einer Dicke zwischen Oberseite und Unterseite der Schutzschicht abhängig ist. Die Detektorvorrichtung ist dazu ausgelegt, basierend auf dem von der Sensorschicht bereitgestellten Ausgangssignal eine Veränderung der Dicke zwischen Oberseite und Unterseite der Schutzschicht zu detektieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Überwachung einer Schutzschicht für eine erosive Umgebung mit den Schritten des Bereitstellens einer Sensorschicht an einer Unterseite der Schutzschicht, wobei die Unterseite der Schutzschicht von der erosiven Umgebung abgewandt ist; des Erfassens eines von der Sensorschicht be¬ reitgestellten Messwerts; und des Detektierens einer Verände¬ rung einer Dicke der Schutzschicht in Abhängigkeit des er- fassten Messwerts. Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Funktionsfähigkeit einer Schutzschicht, wie zum Beispiel einer Armierung zum Erosionsschutz, kontinuierlich zu überwachen. Bei dieser Schutzschicht handelt es sich insbesondere um eine Beschichtung einer Materialwand zum Schutz der Materialwand vor Erosion durch ein hochaggressives Partikel-Luft-Gemisch. Eine Seite der Schutzschicht ist dabei einer erosiven Umge¬ bung zugewandt, wie sie beispielsweise durch das zuvor er¬ wähnte Partikel-Luft-Gemisch entstehen kann. Auf der gegenüberliegenden Seite der Schutzschicht ist ferner eine Sensorschicht angeordnet, mittels derer eine Überwachung der Funk¬ tionsfähigkeit der Schutzschicht durchgeführt werden kann. Schutzschicht und Sensorschicht können dabei einerseits grundsätzlich voneinander unterschiedlich sein. Andererseits ist es auch möglich, dass auch die Sensorschicht aus dem gleichen Material wie die Schutzschicht gefertigt ist, oder ein weiteres erosionsbeständiges Material umfasst, wobei sich die Schutzschicht dadurch auszeichnet, dass sie Sensorelemen¬ te zum Erfassen einer Veränderung in der Schutzschicht aufweist. Durch diese Sensorelemente in der Schutzschicht kann somit auch während eines Operationellen Betriebs einer Vorrichtung mit der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung kontinuierlich die Zuverlässigkeit des Erosionsschutzes überwacht werden .
Die Sensorschicht stellt dabei mindestens einen Parameter be¬ reit, der von einer Detektorvorrichtung erfasst und ausgewertet werden kann. Durch das Überwachen des Sensorparameters von der Sensorschicht kann die Detektorvorrichtung damit unmittelbar eine Veränderung in der Dicke und somit in dem Schutzverhalten der Schutzschicht erkennen. Hierdurch kann ein Absinken der Schutzfähigkeit der Schutzschicht frühzeitig erkannt werden und bereits vor dem vollständigen Versagen der Schutzvorrichtung in den Betriebsablauf eingegriffen werden. Beispielsweise kann bereits vor dem vollständigen Versagen der Schutzfähigkeit der Schutzvorrichtung ein Alarmsignal ausgegeben werden oder der Betrieb der durch die Schutzvorrichtung geschützten Komponente vollständig eingestellt wer¬ den. Hierdurch können gefährliche Betriebszustände, die sich nach dem Versagen des Schutzes ergeben würden, vermieden wer- den .
Durch das kontinuierliche Überwachen der Zuverlässigkeit des Schutzes kann einerseits die Sicherheit des Systems erhöht werden. Andererseits bietet die kontinuierliche Überwachung der Schutzfähigkeit auch die Möglichkeit, die Wartungsinter¬ valle zur Kontrolle zu verlängern, da die Funktionsfähigkeit des Schutzes kontinuierlich und automatisch überwacht wird. Durch die Erhöhung der Wartungsintervalle können die Be¬ triebskosten eines mit einer erfindungsgemäßen Schutzvorrich- tung ausgestatteten Systems gesenkt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Oberseite der Schutzschicht einer erosiven Umgebung zugewandt. Somit befindet sich die Unterseite der Schutzvorrichtung mit der Sensor- schicht auf einer der erosiven Umgebung abgewandten Seite. Die Sensorschicht ist daher nicht der erosiven Umgebung unmittelbar ausgesetzt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Sensorschicht einen Magnetfeldsensor, einen Ultraschallsensor, einen Drucksensor für ein Fluid, optisch leitfähige Elemente und/oder elektrisch leitfähige Elemente.
Die Sensorschicht zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Schutzschicht kann je nach Anwendungsfall somit durch zahl¬ reiche unterschiedliche Sensoren realisiert werden. Dies bie¬ tet die Möglichkeit, für jeden Anwendungsfall individuell ein optimales Sensorsystem einzusetzen. Magnetfeldsensoren können dabei eine Veränderung der magnetischen Eigenschaften in der Schutzschicht detektieren. Ein Ultraschallsensor kann durch Detektion der Abweichung in dem an der Schutzschicht reflektierten Ultraschallsignal eine Veränderung registrieren. Wird durch die Schutzschicht und/oder die Sensorschicht ein Fluid geleitet, beispielsweise zur Kühlung, so kann ein Drucksensor einen Abfall des Drucks dieses Fluids registrieren, was auf ein Leck hindeutet. Optisch oder elektrisch leitfähige Elemente können bei bevorstehendem Versagen der Schutzschicht ihre Eigenschaften ändern, was ebenfalls detektiert werden kann .
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Schutzschicht einen Magnetwerkstoff .
Magnetwerkstoffe können in ihrer Umgebung ein magnetisches Feld hervorrufen, welches dann wieder von einem geeigneten Sensor erfasst werden kann. Wird nun die Schutzschicht wäh¬ rend ihres Betriebs beschädigt, so nimmt, beispielsweise auf- grund des geringer werdenden Materialanteils, die magnetische Feldstärke ab. Aber auch ein Temperaturanstieg kann dazu füh¬ ren, dass sich die magnetische Feldstärke des Magnetwerkstof¬ fes ändert. Diese Variation der magnetischen Feldstärke kann dann ausgewertet werden und dient als Maß für die Güte der Schutzschicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sensorschicht eine Kohlefaser-verstärkte Keramik. Sind die Kohlefa¬ sern in dieser Kohlefaser-verstärkten Keramik gegeneinander isoliert, so können sie als einzelne elektrische Leiter be¬ trachtet werden. Bei einem bevorstehenden Versagen der
Schutzschicht können sich die elektrischen Eigenschaften dieser Kohlefasern ändern, was wiederum detektiert werden kann und als Hinweis auf eine Beschädigung der Schutzschicht dient.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sensorschicht optisch leitfähige Fasern. Insbesondere kann es sich bei diesen optisch leitfähigen Fasern um Fasern aus Saphir handeln.
Optisch leitfähige Fasern können ihre Eigenschaften verändern, wenn die vor der Sensorschicht liegende Schutzschicht beschädigt wird. Beispielsweise kann ein durch die leitfähi¬ gen Fasern gesendeter Lichtpuls ausgewertet werden, um eine Veränderung in der Lichtintensität und/oder der Polarisation zu detektieren. Dies kann als Hinweis auf ein Versagen der Schutzschicht gedeutet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schritt zum Erfassen eines von der Sensorschicht bereitgestellten Messwerts in dem erfindungsgemäßen Verfahren das Erfassen eines Magnetfelds, das Empfangen eines Ultraschallsignals, das Be¬ stimmen eines Drucks in einem Fluid, das Erfassen eines
Lichtsignals und/oder das Messen eines Stroms oder einer Spannung . Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schritt zum Detektieren einer Veränderung eine Dicke der Schutzschicht ferner einen Schritt zum Bestimmen einer räumlichen Position, an der sich die Dicke der Schutzschicht verändert hat. Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Gasturbine mit einem Brennraum, der eine erfindungsgemä¬ ße Schutzschicht umfasst.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Er- findung eine Messkammer mit einer erfindungsgemäßen Schutzschicht. Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung eine Partikelmesskammer zum Messen der Partikeleigenschaften von Stäuben . Gemäß noch einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Er¬ findung eine Messvorrichtung mit einer Messkammer, wobei die Messvorrichtung eine Reinigungsvorrichtung zum Einblasen eines Fluids in die Messkammer umfasst. Weitere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Dabei zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer Schutzvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Leitungsanordnung in einer Sensorschicht einer Schutzvor- richtung gemäß einer Ausführungsform;
Figur 3 eine schematische Darstellung einer alternativen
Leitungsführung in einer Sensorschicht einer Schutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Schutzvorrichtung gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel; Figur 5 eine schematische Darstellung einer Schutzvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel im Feh¬ lerfall; eine schematische Darstellung einer Messvorrich tung mit einer Messtasche gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Figur 7 eine schematische Darstellung eines Ablaufdiag¬ ramms, wie es einem Verfahren gemäß einem Ausfüh- rungsbeispiel zugrunde liegt.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schutzvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Schutzvor¬ richtung 1 umfasst eine Schutzschicht 10, eine Sensorschicht 20 und eine Detektorvorrichtung 30. Die Schutzvorrichtung 10 weist eine Oberseite 11 auf. Diese Oberseite 11 ist einer erosiven Umgebung zugewandt. Beispielsweise kann die Obersei¬ te 11 einer Betriebsumgebung zugewandt sein, in der erosive Substanzen oder Gemische, wie zum Beispiel ein Staub-Luft- Gemisch oder ähnliches vorhanden sind. Diese Schutzschicht 10 kann beispielsweise eine besonders beständige Metalllegie¬ rung, beispielsweise eine Legierung auf Basis von Nickel oder ähnlichem umfassen. Auch einsatzgehärtete Stähle sind mög¬ lich. Diese werden beispielsweise in einer stickstoffhaltigen oder kohlenstoffhaltigen Atmosphäre unter hohen Temperaturen oberflächengehärtet. Alternativ sind auch Hartmetalle für die Schutzschicht 10 möglich. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Schutzschicht 10 in einem Plasmapulver-Auftragsprozess zu härten. Ferner kann die Schutzschicht 10 auf der Oberseite 11 eine Oberfläche aufweisen, die mittels eines Laser-Pulver- Auftragsschweißens gehärtet wurde. Insbesondere ist hierzu zum Beispiel Stellite 6 oder Stellite 21 möglich.
Die Schutzschicht 10 weist gegenüber der Oberseite 11 eine Unterseite 12 auf. An dieser Unterseite 12 ist die Sensor- schicht 20 angeordnet. Die Sensorschicht 20 umfasst dabei ge¬ eignete Sensorelemente, die es ermöglichen, die Funktionsfä¬ higkeit der Schutzschicht 10 zu überwachen. Mögliche Ausfüh¬ rungsformen der Sensorschicht 20 werden im Nachfolgenden noch näher beschrieben.
Die Sensorschicht 20 ist über einen oder mehrere Anschlüsse 21, 22 mit der Detektorvorrichtung 30 verbunden. Die Detektorvorrichtung 30 wertet die von der Sensorschicht 20 ausge¬ gebenen Signale aus, analysiert diese und bestimmt daraus den Zustand der Schutzschicht 10. Die genaue Funktionsweise der Detektorvorrichtung 30 zur Auswertung der Signale aus der Sensorschicht 20 hängt dabei jeweils individuell von den in der Sensorschicht 20 eingearbeiteten Sensorelementen ab. Grundsätzlich ist es dabei möglich, dass es sich bei der
Schutzschicht 10 und der Sensorschicht 20 um jeweils um sepa¬ rate, eigenständige Schichten handelt. So ist es beispiels¬ weise möglich, die Schutzschicht 10 vollständig separat von der Sensorschicht 20 herzustellen und diese anschließend in einem weiteren Arbeitsschritt zusammenzufügen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Schutzschicht 10 und Sensorschicht 20 einen in sich geschlossenen Aufbau bilden, der aus einem gemeinsamen Material oder einem zusammenhängenden Verbundwerkstoff gefertigt wird. In diesem Fall ist unter der Unter¬ scheidung zwischen Schutzschicht 10 und Sensorschicht 20 zu verstehen, dass im Bereich der Schutzschicht 10 keine Sensorelemente zur Überwachung der Funktionsfähigkeit vorhanden sind, während im Bereich der Sensorschicht 20 zusätzliche
Elemente vorhanden sind, die es ermöglichen, den Zustand des Aufbaus zu bestimmen. Es ist also auch möglich, dass auch die Sensorschicht 20 ein Material umfasst, welches eine hohe Wi¬ derstandskraft, insbesondere eine hohe Erosionsbeständigkeit aufweist, wie dies für die Schutzschicht 10 gefordert wird.
Die Überwachung des Zustands der Schutzschicht 10 und damit der Schutzfähigkeit des gesamten Aufbaus kann dabei mittels zahlreicher, unterschiedlicher Sensoren erfolgen. Insbesonde- re kann die Sensorschicht 20 Sensoren umfassen, die auf Basis eines elektrischen Stroms oder einer elektrischen Spannung arbeiten. Auch optische Sensoren oder Sensoren, die einen Druckabfall eines Fluids auswerten, sind möglich. Darüber hinaus kann die Sensorschicht 20 auch magnetische Sensoren umfassen. Auch eine Überwachung der Schutzschicht 10 mittels Ultraschallsensoren oder ähnlichem ist möglich. Einzelheiten hierzu werden im Nachfolgenden noch näher beschrieben.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung von elektrischen Leiterbahnen in der Sensorschicht 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wie dabei zu erkennen ist, umfasst der Leitungsaufbau von elektrisch leitfähigen Leiterbahnen in der Schutzschicht 20 dabei zwei voneinander elektrisch iso¬ lierte Gruppen von Leiterbahnen. Eine erste Gruppe von Lei- terbahnen ist dabei mit einem ersten Anschluss 21 verbunden. Eine zweite Gruppe von Leiterbahnen ist mit einem zweiten Anschluss 22 verbunden. Die beiden Gruppen von Leiterbahnen können dabei jeweils eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden elektrischen Leiterbahnen aufweisen. Grundsätzlich sind jedoch auch beliebige andere Strukturen von Leiterbahnen möglich, solange es sich dabei um zwei voneinander elektrisch isolierte Gruppen von Leiterbahnen handelt. So- lange die Schutzschicht 10 oberhalb der Sensorschicht 20 in¬ takt ist, sind die beiden Gruppen von Leiterbahnen somit elektrisch voneinander isoliert. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem ersten Anschluss 21 und dem zweiten Anschluss 22 kann durch Messen eines elektrischen Stroms der Widerstand zwischen den beiden Gruppen von Leiterbahnen bestimmt werden. Solange die Schutzschicht 10 oberhalb der Sensorschicht 20 intakt ist, sind die beiden Gruppen von Lei¬ terbahnen gegeneinander elektrisch isoliert und der elektrische Widerstand zwischen den beiden Gruppen von Leiterbahnen ist hoch. Wird dagegen die Schutzschicht 10 beschädigt, so kann der elektrische Widerstand zwischen den beiden Gruppen von Leiterbahnen sinken. Beispielsweise kann durch eine Beschädigung in der Schutzschicht 10 eine elektrisch leitfähige Substanz in die Sensorschicht 20 eindringen und eine elektri- sehe Verbindung zwischen den beiden Gruppen von Leiterbahnen herstellen. Bei Anliegen einer elektrischen Spannung zwischen den beiden Anschlüssen 21 und 22 kann die Detektorvorrichtung 30 daraufhin ein Absinken des elektrischen Widerstands zwischen den beiden Gruppen von Leiterbahnen erkennen. Daraus kann die Detektorvorrichtung 30 schließen, dass eine Beschädigung der Schutzschicht 10 vorliegt. In diesem Fall kann die Detektorvorrichtung 30 ein Alarmsignal ausgeben. Alternativ können auch automatisch Schaltvorgänge angestoßen werden, die gegebenenfalls Abschaltvorgänge oder ähnliches einleiten. Bei dem zuvor beschriebenen Überwachen des elektrischen Widerstands zwischen zwei Gruppen von voneinander isolierten Leiterbahnen kann somit bei Unterschreiten eines vorgegebenen elektrischen Widerstands eine Beschädigung der Schutzschicht 10 detektiert werden. Auch eine mehrstufige Detektion in Ab- hängigkeit von einem detektierten elektrischen Widerstand ist dabei möglich. So kann beispielsweise bei Unterschreiten eines ersten vorgegebenen Schwellwerts für den elektrischen Widerstand zunächst ein Warnsignal ausgegeben werden und bei Unterschreiten eines zweiten Schwellwerts für den elektrischen Widerstand ein Abschaltvorgang eingeleitet werden.
Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Struktur für eine elektrische Leiterbahn in einer Sensorschicht 20. Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform wird zwischen den beiden Anschlüssen 21 und 22 an der Schutzschicht 20 durch die Leiterbahn eine elektrisch leitfähige Verbindung geschaffen. Wie in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel kann es sich zum Beispiel um eine mäanderförmige Leiterbahn¬ struktur handeln. Aber auch beliebige andere Leiterbahnstrukturen, die eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Anschlusspunkten 21 und 22 schaffen und dabei eine möglichst große Fläche abdecken, sind möglich. Wird in diesem Ausfüh- rungsbeispiel die oberhalb der Sensorschicht 20 angeordnete Schutzschicht 10 beschädigt, so kann durch Eindringen einer Substanz in die beschädigte Schutzschicht 10 die Leiterbahn zwischen den Anschlusspunkten 21 und 22 unterbrochen werden. Die Detektorvorrichtung 30 kann in diesem Fall die Unterbre- chung der Leiterbahn erkennen und daraus auf eine Beschädi¬ gung der Schutzschicht 10 schließen.
In den beiden vorausgegangenen Ausführungsbeispielen für elektrische Leiterbahnen wurde jeweils die gesamte Schutz- schicht 10 vollständig durch eine darunter angeordnete Sen¬ sorschicht 20 überwacht. Darüber hinaus ist es jedoch auch möglich, die Sensorschicht 20 in mehrere Teilbereiche zu un¬ terteilen und für jeden dieser Teilbereiche eine separate Auswertung durch die Detektorvorrichtung 30 auszuführen.
Hierdurch ist es möglich, bei einer Beschädigung der Schutzschicht 10 durch das korrespondierende darunter angeordnete Sensorelement 20 eine genaue Lokalisierung der Beschädigung in der Schutzschicht 10 auszuführen. In diesem Fall kann durch die Detektorvorrichtung 30 auch eine Bewertung der Po- sition durchgeführt werden. So kann beispielsweise je nach
Position der Beschädigung in der Schutzschicht 10 eine unterschiedliche Benachrichtigung ausgegeben werden. Auch eine Klassifizierung je nach Ort der Beschädigung ist möglich. Weist die Schutzschicht 10 nur an einer weniger kritischen Stelle eine Beschädigung auf, so kann zunächst ein Hinweis auf eine zeitnahe Wartung ausgegeben werden, während eine Be¬ schädigung an einer besonders sicherheitsrelevanten Stelle zu einer sofortigen Abschaltung der gesamten Anlage führen kann.
Für die Überwachung der Schutzschicht 10 durch eine Sensorschicht 20 mit elektrisch leitfähigen Strukturen kann dabei auf beliebige Weise eine geeignete elektrische Struktur in die Sensorschicht 20 eingebracht werden. Insbesondere ist es auch möglich, die Sensorschicht 20 mit kohlenstoffhaltigen Faser zu versehen, die eine geeignete elektrische Leitfähig¬ keit aufweisen. Beispielsweise kann hierzu die Sensorschicht 20 eine Kohlenstofffaser-verstärkte Keramik umfassen.
Neben einer Sensorschicht 20 mit elektrisch leitfähigen
Strukturen ist es darüber hinaus auch möglich, die Sensorschicht 20 mit optisch leitfähigen Elementen zu versehen. In diesem Fall kann durch Auswertung des durch diese optisch leitfähigen Elemente gesendeten Lichts, eine Überwachung des Zustands der Schutzschicht 10 erfolgen. Beispielsweise kann die Sensorschicht 20 auch optisch leitfähige Fasern, wie zum Beispiel Saphirfasern aufweisen. Solange die Schutzschicht 10 oberhalb der Sensorschicht 20 intakt ist, wird das Licht durch diese optisch leitfähigen Fasern sehr gut hindurch geleitet werden. Wird die Schutzschicht 10 dagegen beschädigt, so dass die Dicke der Schutzschicht zumindest an einer Teil¬ stelle sinkt oder gegen Null geht, so kann dies zu einer Ver¬ änderung der Eigenschaften in den optisch leitfähigen Fasern in der Sensorschicht 20 führen. Daraufhin kann sich entweder die Polarisation des Lichts durch die optisch leitfähigen Fasern ändern bzw. die Dämpfung der Fasern nimmt zu, so dass eine Intensität des in der Detektorvorrichtung 30 empfangenen Lichts sinken wird. Hieraus kann ebenfalls auf eine Beschädi- gung in der Schutzschicht 10 oberhalb der Sensorschicht 20 geschlossen werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Zustand der Schutzschicht 10 auch durch ein Fluid, insbesondere ein Gas oder eine Flüssigkeit überwacht werden, das unterhalb der Schutzschicht 10 durch die Sensorschicht 20 geleitet wird. Dieses Fluid kann auch gleichzeitig als Kühlmedium dienen. Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Schutzvorrichtung 1 mit einer Sensorschicht 20, die von einem Fluid durchströmbar ist. Die Sensorschicht 20 weist dabei mehrere Kanäle 23 auf, die bis zur Schutzschicht 10 oder zumindest bis kurz vor die Schutzschicht 10 ragen. Solange die Schutz¬ schicht 10 intakt ist, ist die Sensorschicht 20 zwischen dem ersten Anschluss 21 und dem zweiten Anschluss 22 geschlossen und das Fluid fließt vollständig zwischen diesen beiden An¬ schlüssen 21 und 22.
Figur 5 zeigt den Aufbau aus Figur 4 mit einer beschädigten Schutzschicht 10. In diesem Fall ist die Dicke der Schutz¬ schicht 10 zumindest an einer Stelle derart gering geworden, dass an dieser Stelle ein Teil des Fluids austreten kann. Hierdurch sinkt beispielsweise der Druck des Fluids innerhalb der Sensorschicht 20. Dieser Druckabfall kann daraufhin bei¬ spielsweise von der Detektorvorrichtung 30 erfasst und ausge¬ wertet werden. Bei einem Druckabfall kann somit die Detektor¬ vorrichtung 30 ein entsprechendes Alarmsignal ausgeben.
Ferner ist es auch möglich, die Unterseite 12 der Schutzschicht 10 mit einem geeigneten Signal zu beaufschlagen und eine Reflexion dieses Signals durch einen geeigneten Sensor in der Sensorschicht 20 auszuwerten. Ein solches Signal, mit dem die Unterseite 12 der Schutzschicht 10 beaufschlagt wird, kann unter anderem ein optisches Signal im sichtbaren oder unsichtbaren (infraroten oder ultravioletten) Licht sein. Eine Beschädigung der Schutzschicht 10 kann dabei zu Löchern oder einer Deformation führen, so dass das auf die Unterseite 12 der Schutzschicht 10 einfallende Signal in seiner Reflexi¬ on verändert, insbesondere gedämpft, wird. Wird durch einen Sensor in der Sensorschicht 20 beispielsweise weniger Licht empfangen, so kann daraus ebenfalls auf eine Beschädigung der Schutzschicht 10 geschlossen werden. Neben einer Beaufschlagung der Unterseite 12 der Schutzschicht 10 mit Licht ist es ebenso möglich, die Unterseite 12 der Schutzschicht 10 mit einem Ultraschallsignal oder mit elektromagnetischen Wellen zu beaufschlagen. Entsprechend kann durch einen geeigneten Ultraschall- oder Mikrowellenempfänger in der Sensorschicht 20 das empfangene Signal ausgewertet werden. Auch in diesem Fall führt eine Beschädigung oder eine Variation in der Dicke der Schutzschicht 10 zu einer Variation des von der Untersei- te 12 der Schutzschicht 10 reflektierten Anteils an Ultra¬ schall- bzw. Mikrowellensignalen. Unterschreitet das von dem entsprechenden Sensorelement in der Sensorschicht 20 empfan¬ gene Signal einen Schwellwert, so kann die Detektorvorrich¬ tung 30 daraufhin eine entsprechende Signalisierung für eine Beschädigung der Schutzschicht 10 ausgeben. Insbesondere kann gerade bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform die Variation des reflektierten Signals auch als ein Maß für die Güte der Schutzschicht 10 herangezogen werden. Daher kann auch bereits vor dem vollständigen lokalen Versagen der Schutz- schicht 10 an einer bestimmten Stelle bereits zuvor aus den ausgewerteten Signalen auf das Bevorstehen eines solchen Ereignisses geschlossen werden. Entsprechend kann auch bereits vor dem vollständigen Versagen der Schutzschicht 10 durch die Detektorvorrichtung 30 ein Hinweis auf eine anstehende War- tung bzw. Inspektion der Schutzschicht 10 ausgegeben werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Schutzschicht 10 auch einen Magnetwerkstoff umfassen. Unter einem Magnetwerkstoff ist in diesem Zusammenhang ein Material zu verste- hen, das von sich aus ein statisches Magnetfeld hervorruft.
Insbesondere wenn der Magnetwerkstoff in der Schutzschicht 10 so ausgerichtet ist, dass er über die gesamte Fläche oder einen vorbestimmten Teilbereich ein homogenes Magnetfeld hervorruft, so kann dieses Magnetfeld durch einen Magnetfeldsen- sor in der Sensorschicht 20 erfasst und ausgewertet werden. Beispielsweise kann es sich bei diesem Magnetfeldsensor in der Sensorschicht 20 um einen Hall-Sensor handeln. Aber auch andere Magnetfeldsensoren sind darüber hinaus ebenso möglich. Ferner ist es auch möglich, dass der Magnetwerkstoff nicht oder nicht nur in der Schutzschicht 10, sondern zusätzlich oder alternativ im oberen Bereich der Sensorschicht angeordnet ist. Auch in diesen Fällen kann mittels eines in der Sen- sorschicht 20 angeordneten Magnetfeldsensors das Magnetfeld erfasst werden. Wird die Schutzschicht 10 während des Be¬ triebs beschädigt, so sinkt der Anteil des Magnetwerkstoffs in der Schutzschicht 10 oder gegebenenfalls auch in der da¬ runter angeordneten Sensorschicht 20. Diese Abnahme des Mag- netwerkstoffs führt zu einer Veränderung des Magnetfelds, der daraufhin von einem geeigneten Magnetfeldsensor detektiert werden kann. Auf diese Weise kann eine Variation des Magnet¬ felds dazu herangezogen werden, eine Beeinträchtigung der Schutzschicht 10 insbesondere der Dicke der Schutzschicht 10 zu detektieren. Ferner kann es sich bei dem Magnetwerkstoff in der Schutzschicht 10 bzw. der Sensorschicht 20 auch um einen Magnetwerkstoff handeln, der bereits bei geringen Temperaturen, beispielsweise bei Temperaturen um ca. 80°C, 100°C oder ähnlichem, in seiner Magnetwirkung beeinträchtigt wird. In diesem Fall kann auch bereits ein Anstieg der Temperatur
(z.B. aufgrund einer sinkenden Dicke der Schutzschicht 10) zu einer Abnahme des Magnetfelds führen, der daraufhin von dem Magnetfeldsensor detektiert werden kann. Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Messtasche 110 in einer Messvorrichtung 100. Bei dieser Messvorrichtung 100 kann es sich beispielsweise um eine Messvorrichtung für Partikel bzw. Staube bzw. Staubgemische handeln. Der zu mes¬ sende Stoff bzw. ein Staub-Luft-Gemisch mit dem zu messenden Stoff kann dabei in Pfeilrichtung durch die Messvorrichtung 100 strömen. Die Messvorrichtung 100 weist dabei beispiels¬ weise einen Detektor 120 auf, mittels dem die zu analysierende Substanz überwacht werden kann. Der Detektor 120 ist dabei zum Beispiel mittels einer Glasscheibe 130 oder ähnlichem von der Messkammer 110 mit dem zu analysierenden Stoff getrennt. Um eine Verschmutzung dieser Glasscheibe 130 zu beseitigen, kann dabei mittels einer Reinigungsvorrichtung 140 ein Fluid eingeblasen werden. Durch das Einblasen dieses Fluids wird daraufhin eine mögliche Verunreinigung auf der Glasscheibe 130 vor dem Detektor 120 beseitigt. Während dieses Reini¬ gungsvorgangs kann es jedoch zu erosiven Staub-Luft-Gemischen kommen, die zu einer Beschädigung der Messkammer 110 führen könnten. Daher können die Seitenwände 200 der Messkammer 110 mit einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung 1 versehen werden. Wird durch die Schutzvorrichtung 1 dabei eine Beschädigung in der Schutzschicht 10 detektiert, so kann daraufhin entweder ein Alarmsignal für eine möglichst zeitnah auszufüh- rende Wartung ausgegeben werden, oder alternativ kann der Betrieb unmittelbar sofort eingestellt werden.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf solche Mess¬ kammern 110 oder Messvorrichtungen 100 mit derartigen Mess- kammern 110 beschränkt. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung auch für beliebige andere Bereiche eingesetzt wer¬ den, in denen ein Versagen von einer Schutzschicht zum Schutz vor erosiven Substanzen von großer Bedeutung ist. Beispielsweise kann auch der Brennraum einer Gasturbine mit einer er- findungsgemäßen Schutzvorrichtung 1 ausgestattet werden, um beim Versagen des Erosionsschutzes sofort geeignete Maßnahmen einleiten zu können. Ferner sind zum Beispiel auch Lager, z.B. Lager von Wellen, wie sie beispielsweise bei Motoren o.ä. vorkommen möglich, bei denen die Lagerschalen mit einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung 1 ausgestattet sind. Auch beliebige weitere Anwendungsgebiete sind darüber hinaus selbstverständlich ebenso möglich.
Figur 7 zeigt schließlich eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms , wie es einem Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform zugrunde liegt. In einem ersten Schritt Sl wird an der Unterseite 12 einer Schutzschicht 10 eine Sensor¬ schicht 20 bereitgestellt. Bei der Unterseite 12 der Schutz¬ schicht 10 handelt es sich dabei um diejenige Seite, die einer erosiven Umgebung abgewandt ist.
In Schritt S2 wird daraufhin von der Sensorschicht 20 ein Messwert bereitgestellt, der in Schritt S3 dazu verwendet wird, eine Veränderung der Schutzschicht, insbesondere der Dicke der Schutzschicht in Abhängigkeit von dem erfassten Messwert zu detektieren. Im einfachsten Fall kann dabei eine Abnahme der Dicke auf null, also ein vollständiges, zumindest lokales Versagen der Schutzschicht 10 detektiert werden. In Abhängigkeit von den verwendeten Sensoren in der Sensorschicht 20 kann der Schritt S3 zum Detektieren jedoch auch bereits eine geringfügigere Abnahme der Dicke in der Schutz¬ schicht 10 detektieren.
Der Schritt S2 zum Erfassen eines von der Sensorschicht 20 bereitgestellten Messwertes kann dabei das Erfassen eines Magnetfelds, das Empfangen eines Ultraschallsignals, das Be¬ stimmen eines Drucks in einem Fluid, das Erfassen eines
Lichtsignals und/oder das Messen eines Stroms oder einer Spannung umfassen.
Ferner kann der Schritt S3 zum Detektieren einer Veränderung der Dicke in der Schutzschicht 10 auch einen Schritt zum Be- stimmen einer räumlichen Position umfassen, an der sich die Dicke der Schutzschicht 10 verändert hat. Auf diese Weise kann die Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit der Schutzschicht 10 auch lokal eingegrenzt werden. Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Ero¬ sionsschutzschicht, die kontinuierlich überwacht werden kann. Hierzu ist auf der Rückseite der Erosionsschutzschicht eine Sensorik angeordnet. Diese Sensorik kann mittels Auswerten von elektrischen oder optischen Signalen, eines Druckes, eines Magnetfelds oder eines Ultraschallsignals o.ä. den Zu¬ stand der Schutzschicht bestimmen und ein mögliches Versagen frühzeitig signalisieren. Eine solche Schutzschicht kann zum Beispiel in Messkammern für Partikel, insbesondere für Stäube oder ähnliches eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Schutzvorrichtung (1) für eine erosive Umgebung, mit: einer Schutzschicht (10) mit einer Oberseite (11) und einer Unterseite (12), die gegenüber der Oberseite (11) angeordnet ist ; einer Sensorschicht (20), die an der Unterseite (12) der Schutzschicht (10) angeordnet ist, und die dazu ausgelegt ist, ein Ausgangssignal bereitzustellen, das von einer Dicke zwischen Oberseite (11) und Unterseite (12) der Schutzschicht
(10) abhängig ist; und einer Detektorvorrichtung (30), die dazu ausgelegt ist, ba¬ sierend auf dem von der Sensorschicht (20) bereitgestellten Ausgangssignal eine Veränderung der Dicke zwischen Oberseite
(11) und Unterseite (12) der Schutzschicht (10) zu detektie- ren .
2. Schutzvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Oberseite (11) der Schutzschicht (10) einer erosiven Umgebung zugewandt ist .
3. Schutzvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
Sensorschicht (20) einen Magnetfeldsensor, einen Ultraschall¬ sensor, Drucksensor für ein Fluid, optisch leitfähige Elemente und/oder elektrisch leitfähige Elemente umfasst.
4. Schutzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schutzschicht (10) einen Magnetwerkstoff umfasst.
5. Schutzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sensorschicht (20) eine Kohlefaser-verstärkte Kera- mik umfasst.
6. Schutzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Sensorschicht (20) optisch leitfähige Fasern, ins¬ besondere Fasern aus Saphir, umfasst.
7. Gasturbine mit einem Brennraum, die eine Schutzschicht (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-6 umfasst.
8. Messkammer (110), insbesondere Partikelmesskammer, mit einer Schutzschicht (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-6.
9. Messkammer (110) nach Anspruch 8, wobei die Messkammer (110) eine Reinigungsvorrichtung (140) zum Einblasen eines Fluids in die Messkammer (110) umfasst.
10. Verfahren zur Überwachung einer Schutzschicht (10) für eine erosive Umgebung, mit den Schritten:
Bereitstellen (Sl) einer Sensorschicht (20) an einer Unter- seite (12) der Schutzschicht (10), wobei die Unterseite (12) der Schutzschicht (10) von der erosiven Umgebung abgewandt ist ;
Erfassen (S2) eines von der Sensorschicht (20) bereitgestell- ten Messwerts; und
Detektieren (S3) einer Veränderung einer Dicke der Schutzschicht (10) in Abhängigkeit des erfassten Messwerts.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt (S2) zum Erfassen eines von der Sensorschicht (20) bereitgestellten Messwerts das Erfassen eines Magnetfelds, das Empfangen eines Ultraschallsignals, das Bestimmen eines Drucks in einem
Fluid, dass Erfassen eines Lichtsignals und/oder das Messen eines Stroms oder einer Spannung umfasst.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Schritt (S3) zum Detektieren einer Veränderung einer Dicke der Schutzschicht (10) ferner einen Schritt zum Bestimmen räumlichen Position umfasst, an der sich die Dicke der Schutzschicht (10) verändert hat.
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