[其他]控制燃氣輪機用的光學高溫計的窺視管組件

無效

• 申請號: 85105166
• 申請日: 1985-07-06
• 公開（公告）號: CN85105166A
• 公開（公告）日: 1986-12-03
• 發明（設計）人: 理查德·E·扎卡里
• 申請（專利權）人: 陶氏化學公司
• 主分類號: F02C3/00
• 分類號: F02C3/00;F02C9/26
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 吳大建,全菁

本發明的主題是一種同傳感儀表相結合，用來連續監控燃氣輪機內轉動中葉片溫度的光學高溫計窺視管組件。本發明還涉及到采用上述光學高溫計的一種燃氣輪機，以及用來傳感此種燃氣輪機內轉動中葉片狀態的手段。此外，本發明還包括了監控和傳感這些旋轉的汽輪機汽葉之狀態的方法。

在公用事業和其他一些工業中，常采用大型的固定式的燃氣輪機來驅動發電機、泵或其他機械。其中發動機的燃氣輪機段上，有若干排稱作汽輪機汽葉的杯形葉片，它們裝設在一葉輪的軸上。將加熱到極高溫度（通常高于980℃）的一種氣體導向汽輪機的汽葉，就會驅使汽葉轉動，從而帶動葉輪的軸。在每一排轉動的汽輪機汽葉的前方有一排固定的導向葉片，它們是此汽輪機段結構中的一部分。當熱的氣體通過汽輪機段，每一排導向葉片就引導此氣流，使之以恰當的角度沖擊下一排中轉動的汽葉。

燃氣輪機的功率輸出與燃料（熱）效率隨著燃燒溫度的升高而增加。燃氣輪機部件（汽輪機汽葉與導向葉片）的使用壽命則隨著溫度的提高而縮短。這樣，就存在在一個最佳燃燒溫度問題，在這一溫度下能產生最大的功率，能使燃料消耗（每單位功率耗用的燃料）最小，同時能使燃氣輪機部件在其整個設計壽命期內保持完善。

第一排導向葉片與第一排汽輪機汽葉運行時的溫度，高于繼后各排的導向葉片與汽輪機汽葉的運行溫度。（熱氣隨著它本身從汽輪發動機的高壓態膨脹到汽輪機的排氣管中接近大氣壓力的過程而冷卻）。在大型的工業用燃氣輪機中，當前并無可靠的方法來直接監控它的第一排導向葉片和第一排汽輪機汽葉二者的溫度。在那樣高的溫度下，熱電偶的壽命是很短的。此外，熱電偶也難以用來測量旋轉的汽輪機汽葉的溫度，這種汽葉在歷史上已知是這樣的部件，它們在溫度過高而發生破壞時，將使燃氣輪發動機嚴重損毀。為此，迫切要求能對轉動中之第一排汽輪機汽葉的金屬材料溫度實行直接監控。

在現階段，燃氣輪發動機中的平均燃燒溫度常由一控制處理機進行計算，處理機將汽輪機的平均的排氣溫度與燃氣輪機的壓氣機出口壓力作為輸入數據接收。此控制處理機調制供給到燃氣輪發動機中燃燒室（或一組燃燒室）的燃料，借此控制此發動機的汽輪機段入口處的氣體溫度。

光學高溫計當前已用于許多軍用飛機的燃氣輪機發動機中。這類光學高溫計通常采用一種端接于發動機的光纖光導管，通過發動機之汽輪機段的部件，為汽葉提供一照準線。當發動機停止運轉時，可對位于發動機內的光學高溫計系統的部件進行維修。

可用于測量汽葉溫度與控制燃氣輪機運行的一種較好的既有光學高溫計系統，已由蘭德（Land）汽輪機傳感器公司試制成功?，F在，這種蘭德光學高溫計系統與光纖光學儀器相結合，主要用于監控噴氣式飛機飛行中的發動機溫度、獲取噴氣式飛機的汽葉溫度分布以及其他裝設在實驗臺上的燃汽輪發動機的汽葉溫度分布。還有若干種市售的其他類型的高溫計系統可以用來測量汽輪機汽葉的溫度，但且前還沒有可簡捷用于工業規模燃氣輪機的任何這類系統。

下面將討論舊有的光學高溫計測溫系統的某些不足之處?，F以蘭德光學高溫計系統作為這方面的一個有代表性的例子，這種高溫計的傳感器包括一纖維感光頭、一可彎曲的光導元件以及一探測器-放大器組件。此系統的窺視管部件安裝在燃氣輪發動機上，使其下端通過此發動機外殼內的汽輪機段，且固定在第一排固定式導向葉片段的兩葉片之間的一個開口內。纖維感光頭則連接到窺視管的上端，而此感光頭的探針則向下伸入窺視管。探針的下端是個觀察物鏡，它位于通過導向葉片段之窺視管開口后的不遠處。這就能使此類高溫計得以觀察第一排旋轉的汽輪機汽葉。

窺視管在離其上端很近的地方有一個空氣清洗用入口。用來冷卻探針和清洗鏡頭的空氣被直接引向以上入口，經由此入口朝下通過一介于探針和窺視管內側之間的狹小環形空間。可彎曲的光學纖維光導元件則一端連接到感光頭而另一端連接到探測器-放大器組件，此組件封閉在一罩子內并安裝在很遠的一個場所。

蘭得高溫計系統的一個主要缺點是，它的某些傳感部件不得不工作在燃氣輪發動機的苛刻的環境內，經受到高溫、高壓、激烈的震動和污染。由于這些部件是處在這種發動機的內部環境中，檢修或更換此類部件時，就必須周期性地停止發動機的工作。在大型的工業用汽輪機中，由于它們的結構不同于飛機用的燃氣輪發動機，尤其不希望將窺視管的下端穿過第一排固定的導向葉片段。