本發(fā)明涉及一種熱電偶系統(tǒng)，用于將熱電偶定位在諸如燃氣輪機的工作機器中。在這樣的機器中，由于所出現(xiàn)的溫度水平，溫度測量通常是借助于熱電偶來進行的，其中熱電偶被引導通過工作機器的外殼進入內部操作區(qū)。為了防止例如工作介質從工作機械的外殼逸出，貫通部必須以適當方式密封。為了進行這種密封，根據(jù)申請人已知的內部現(xiàn)有技術，首先是要提供特殊接合劑，以便將熱電偶例如直接地或間接地附接到工作機器的外殼。

背景技術：

然而，如果以這種方式固定的熱電偶出現(xiàn)故障并且因此必須更換它，那么在大多數(shù)情況下將不得不通過高成本的機械方式來移除特殊的接合劑，從而使熱電偶可以從工作機器的外殼再被拆卸下來。特別地，在具有多個熱電偶并且這些熱電偶必須被引導通過工作機器外殼的情況下，這些部件的可替換性和可維護性通常受到很大限制。此外，外殼本身以及整個工作機器也可能因此而受損。特別是對于燃氣輪機這種運行成本很高的工作機器，這種增加的維護成本還意味著延長的停機時間和因此給運營方帶來的更高的經(jīng)濟損失。

為了至少部分地解決這些問題，所做的改變是將必要的熱電偶引導通過薄管，該薄管的厚度能夠與現(xiàn)有技術中已知的諸如swagelok公司的緊固系統(tǒng)相結合。接著，利用例如來自sauereisen的特殊接合劑將熱電偶灌封到這些薄管中，其中管、特殊接合劑和熱電偶被整體夾緊在工作機器殼體外側的適當凹部中。對于燃氣輪機而言，通過將熱電偶夾緊在外殼的外凸緣上，來將其固定在例如燃燒器區(qū)域中。

然而除此之外，還不得不忍受其他的已知缺點，例如特殊接合劑的硬化時間相對較長(長達24個小時)，以及在更換熱電偶時貫通部或管會必然破壞。

在這方面，已經(jīng)表明：期望在技術上提出一種可以避免現(xiàn)有技術中已知的上述缺點的技術方案。特別要提出一種熱電偶系統(tǒng)，其能夠實現(xiàn)以較短的維護時間來更換單個熱電偶，同時可以使用現(xiàn)有技術中先前已知的緊固系統(tǒng)來將熱電偶緊固在工作機器的外殼區(qū)域中。此外，緊固還必須是充分壓力密閉和流體密閉的。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所針對的這些目的是通過權利要求1所述的熱電偶系統(tǒng)以及根據(jù)權利要求11所述的燃氣輪機來實現(xiàn)的。

本發(fā)明所針對的目的特別是通過一種熱電偶系統(tǒng)來實現(xiàn)的，該熱電偶系統(tǒng)包括金屬貫通部，金屬貫通部具有筒形部分和布置在筒形部分上的終端區(qū)域，筒形部分具有對稱軸線，終端區(qū)域完全封閉筒形部分并且具有至少兩個通道，通道的開口橫截面小于垂直于穿過筒形部分的對稱軸線的橫截面區(qū)，其中熱電偶被引導通過通道，并且在通道的區(qū)域中，熱電偶通過密封件以流體密閉的方式連接到終端區(qū)域。

本發(fā)明所針對的目的還通過一種燃氣輪機來實現(xiàn)，該燃氣輪機具有至少一個如上下文所述的熱電偶系統(tǒng)，其中熱電偶系統(tǒng)被集成到燃氣輪機的外殼中。在這種情況下，熱電偶系統(tǒng)所附接的位置優(yōu)選為燃氣輪機燃燒器區(qū)域的外殼凸緣的位置。

在此，要注意到如下事實：本發(fā)明的對稱軸線是筒形部分的旋轉對稱軸線。至少兩個通道的開口橫截面還與終端區(qū)域的外壁匹配，并且開口橫截面通常為圓形或橢圓形。

如現(xiàn)有技術中已知的那樣，可以使用特殊接合劑來將至少一個熱電偶密封在金屬貫通部的通道區(qū)域中。然而，優(yōu)選地是，密封件由焊料形成。對此本領域技術人員可以理解，要注意的是：焊料不但能夠耐受工作機器的溫度，而且還具有足夠的壓力密閉性和流體密閉性。適用于這種密封的焊料是熔點高于300℃的硬焊料。

筒形部分被終端區(qū)域完全封閉自然地排除了例如未設置熱電偶和相應的密封件的那些通道。

然而，在使用相應的熱電偶系統(tǒng)時，要注意的一個事實是未設置熱電偶和密封件的那種通道也被充分地密封了。同樣，在這種情況下，借助于特殊接合劑或焊料的適當密封例如也是可行的，但是沒有熱電偶被引導通過通道。因此，根據(jù)本發(fā)明的熱電偶系統(tǒng)仍然可以具有自由的未密封通道，但是必要的是：熱電偶系統(tǒng)只要被具體用于一個工作機器中，就需要使其所有通道被充分密封。

本發(fā)明提供了一種金屬貫通部，除了筒形部分之外，該金屬貫通部還具有以適當方式形成的終端區(qū)域，其中至少兩個通道被設置在該終端區(qū)域中，熱電偶可被分別引導通過該至少兩個通道。如上文描述并且還將在下文中描述的，熱電偶和終端區(qū)域之間的連接通過適當?shù)拿芊饧韺崿F(xiàn)。以此方式，至少兩個熱電偶可以被分別引導通過終端區(qū)域的相關通道，其中金屬貫通部本身則可以使用適當?shù)木o固系統(tǒng)經(jīng)由筒形部分而被固定到工作機器的外殼，這種緊固系統(tǒng)例如是現(xiàn)有技術中已知的，比如swagelok系統(tǒng)。

如果現(xiàn)在例如由于損壞而不得不移除熱電偶，則不再需要像現(xiàn)有技術那樣將整個金屬貫通部移除，而是只需要將單個熱電偶從金屬貫通部移除即可。為此，需要打開將熱電偶和金屬貫通部連接的密封件。這種密封件例如可以借助于適當?shù)臋C械加工和/或熱加工來移除。因此，例如可以將特殊接合劑鉆開，或者可以通過適當?shù)丶訜醽硎购噶弦夯?，從而使相關的熱電偶能夠從通道中取出。因此，可以直接處置可能存在缺陷的個體熱電偶，而在不需要破壞金屬貫通部，或者甚至也不需要移除仍然插在終端區(qū)域中的其他熱電偶本身。因此，這種對單個熱電偶的更換能夠節(jié)省時間和材料成本，由此繼而可以例如縮短工作機器的停機時間。

根據(jù)本發(fā)明的熱電偶系統(tǒng)的第一特別優(yōu)選的實施例，終端區(qū)域至少部分地被構造為圓錐形，特別是終端區(qū)域的圓錐形外壁上的至少兩個通道的開口基本上處于到筒形部分的對稱軸線的不同距離處。特別地，通道在終端區(qū)域中沿著圍繞筒形部分的對稱軸線的不同直徑的至少兩個環(huán)而被布置。在這種情況下，環(huán)上的各個通道在環(huán)的圓周上可以等距分布。

根據(jù)該實施例，可以設置至少兩個這樣的環(huán)從而限定至少兩個通道，其開口距對稱軸線的距離不同。因此，通道的任何開口與任何其他開口距對稱軸線的距離不必一定是不同的。只有兩個開口需要能以如下方式來限定，即，存在不同的間距。由此，根據(jù)本實施例，能夠實現(xiàn)這樣的效果：被引導通過各通道的熱電偶能相對于彼此夠被以適當?shù)拈g距被操縱。特別地，相關聯(lián)的密封件被至少部分地構造為位于圓錐形的終端區(qū)域上的不同高度水平處，從而易于操控這些密封件。類似地，由此可以避免如下情況，即，各個熱電偶的密封件彼此之間以過大的力相互作用從而導致在更換熱電偶時設置有另一熱電偶的通道也可能受損。

根據(jù)本發(fā)明的另一備選實施例，終端區(qū)域至少部分地被構造為臺階式，使得至少兩個通道被引入到臺階形終端區(qū)域的不同臺階中。特別地，這些臺階進而繞著筒形部分的對稱軸線周向地延伸。此外，通道可以沿著環(huán)、圍繞筒形部分的對稱軸線而被引入到終端區(qū)域中的一個臺階上。當提供有多個臺階時，也可提供有多個環(huán)。各個環(huán)或臺階中的通道則可以等距地分布在環(huán)上。此外，終端區(qū)域的這一臺階式實施例進而能夠改進對被引導通過各個通道的各個熱電偶的處理，使得個體通道與其他通道基本上在機械和熱學上解耦。而且，臺階式實施例還使各熱電偶能夠被附接在終端區(qū)域的區(qū)域中的不同高度水平，使得在這種情況下也可以有利地對各個熱電偶進行有針對性的操縱。

根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方式，密封件是焊料，該焊料優(yōu)選地是軟焊料或者是硬焊料。如果密封件被設計為軟焊料，則密封件可以通過在相對低的溫度下熔化而被方便地再次移除，這使得例如可以在不出任何問題的情況下更換熱電偶。如果熱電偶是借助于硬焊料被緊固和密封的，則需要相對較高的溫度來移除硬焊料，但是硬焊料所具有的優(yōu)點是：即便在工作機器的較高工作溫度下，仍然具有足夠的抵抗力以及流體密閉性和壓力密閉性。根據(jù)應用情況，選擇軟焊料或硬焊料作為密封件可能是有利的。

根據(jù)本發(fā)明的另一個有利的實施例，未設置熱電偶的所有通道也以流體密閉的方式被密封。特別地，對于所有這些通道的這種密封對于工作機器的運轉來說是尤其需要的，因為否則，預計會發(fā)生例如工作介質的逸出。備選地，如果預計不會發(fā)生這種不利的情況，那么許多通道也可以保持為不密封且不封閉，其中特別地，只有那些設置有熱電偶的通道應被密封。

根據(jù)本發(fā)明的另一個特別優(yōu)選的實施例，通道的開口橫截面直徑被設置為至少1.0mm但至多7.0mm。這里，直徑是指開口橫截面的平均直徑。這里，開口橫截面是指終端區(qū)域的外壁上的開口橫截面。鑒于各個通道的小尺寸(但這種尺寸對于熱電偶的通過而言是足夠的)，在熱電偶被引導通過之后，通道只需要少量的特殊接合劑或焊料便可密封。由于在更換熱電偶時只需移除少量的這種密封材料，因此能夠以相對容易的方式實現(xiàn)對熱電偶的更換。此外，各個熱電偶在終端區(qū)域中可以被很好地間隔開。

根據(jù)本發(fā)明的另一有利實施例，通道被設計為平行于筒形部分的對稱軸線延伸的孔。根據(jù)這種設計，孔不僅已經(jīng)建立了預定方向上的引導，而且還建立了插入方向，因此孔在熱電偶被引導通過相應的通道時提供了插入輔助。由此，可以避免各個熱電偶在被引導通過之后在與終端區(qū)域的外壁相反的一側彼此直接接觸，這種接觸可能在其引導通過期間導致問題。

根據(jù)另一個特別優(yōu)選的實施例，通道在穿過終端區(qū)域材料的縱向方向上具有至少1.0mm且至多10.0mm的長度。由此，在終端區(qū)域的用于施加密封件的區(qū)中有足夠的材料是可用的，以便將熱電偶固定并以流體密閉和壓力密閉的方式封閉在相應的通道中。同時，這種厚度確保在不出問題的情況下移除已經(jīng)施加的密封件，從而可以容易地更換熱電偶。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，提供附接在終端區(qū)域外壁上的管段，這些管段與通道對準并固定在所述外壁上。特別地，這些管段焊接在所述外壁上。如上文已經(jīng)描述的，這些管段構成了有利的插入和對準輔助，而且還構成了施加密封材料所需的附加表面。為了施加密封件，這些管段被特別地填充，其中這些管段進而可以通過如上文描述的適當操作而被方便地處理，以用于更換熱電偶。

如果管段利用例如焊料被填充，則位于其中的焊料可以通過管段與熱焊接源的簡單接觸而液化。同樣，可以通過定向機械擠壓的方式來將管段從終端區(qū)域移除，使得以此方式也可實現(xiàn)熱電偶從相應通道的移除。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，熱電偶與通道之間的流體密閉被構造成具有最高達30巴的壓力密閉。本領域技術人員知道在這種情況下應選擇哪種類型的密封件，或者可以通過簡單的試驗來確定哪種密封件存在哪種壓力密閉性。壓力最高達30巴的壓力密閉性使得熱電偶系統(tǒng)特別適用于會出現(xiàn)最高達25巴工作壓力的燃氣輪機。

附圖說明

下面將參照各個附圖更詳細地描述本發(fā)明。在這種情況下，應當參考如下事實，即：這些附圖僅被示意性地理解，并且這些附圖不會對可行性造成限制。

此外，還應當參考如下事實，即：所有以下技術特征是以彼此的任何組合的方式來要求保護的，只要這種組合能夠實現(xiàn)本發(fā)明所基于的目的即可。

還應當參考如下事實，即：具有相同標記的所有技術特征都具有相同的技術功能。

在這種情況下，在圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的熱電偶系統(tǒng)的第一實施例的從側面觀察的透視圖；

圖2示出了圖1所示的熱電偶系統(tǒng)的實施例的截面?zhèn)纫晥D；

圖3以透視側視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的熱電偶系統(tǒng)的另一實施例；

圖4示出了圖3所示的根據(jù)本發(fā)明的熱電偶系統(tǒng)的實施例的截面?zhèn)纫晥D；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的熱電偶系統(tǒng)的另一實施例的透視側視圖；

圖6示出了圖5所示的根據(jù)本發(fā)明的熱電偶系統(tǒng)的實施例的截面?zhèn)纫晥D。

具體實施方式

圖1以透視側視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的熱電偶系統(tǒng)1的第一實施例，其除了筒形部分10之外還具有終端區(qū)域11，該終端區(qū)域11在本例中的形狀基本上為圓錐形。終端區(qū)域11具有多個通道12，通道12的開口橫截面分布在終端區(qū)域11的外壁上。具有兩個電導線(未設置附圖標記)的熱電偶20被引導通過預定的通道12，兩個電導線是為了電接觸而設置的。為了密封并且將熱電偶固定在相應的通道12中，提供了密封件15，其可以被實施為例如特殊接合劑或焊料。在這種情況下，密封件以這樣的方式被設計，使得通道與熱電偶一起以流體密閉的方式被密封。

還可以看出，筒形部分10具有對稱軸線s，其表示旋轉對稱軸線。在這種情況下，終端區(qū)域11中的各個通道12被布置成圍繞該對稱軸線s的多個環(huán)，其中各個環(huán)上通道12的數(shù)目不同。在每個環(huán)上，各個通道12與相應的相鄰通道12基本上等距，其中優(yōu)選地，各個環(huán)也與各自的下一個的相鄰環(huán)基本上等距。

熱電偶系統(tǒng)1此時可以被整體引導通過工作機器外殼上的適當開口(在本例中未示出)，其中貫通部2的筒形部分10被適當?shù)貖A緊在外殼中。在這種情況下，筒形部分10可以例如被引入合適的swagelok插口中并被夾在其中。如果此時需要更換熱電偶20，則只需移除密封件15就能夠將熱電偶20從貫通部2整體取出。在這方面，不再需要移除或破壞整個貫通部2，而是操作一個部分(即特定的通道12)就足夠了。

圖1所示的實施例在圖2中以截面?zhèn)纫晥D被再次詳細示出。在該圖中可以看出，用于固定熱電偶并用于密封各個通道的密封件15填充了整個通道12。另外，未設置熱電偶20的其他通道可以被密封，以防止流體逸出和進入。還可以清楚地看到，各個通道的開口橫截面明顯小于垂直于通過筒形部分10的對稱軸線s的橫截區(qū)域q。如果根據(jù)現(xiàn)有技術，密封件先前要被設置在整個這一橫截面區(qū)q中以便固定熱電偶，然而根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在只要提供具有密封件15的明顯更小的開口區(qū)域就足夠了，該密封件15因此也能夠更容易地被再次移除。

圖3以透視側視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的熱電偶系統(tǒng)1的另一實施例。在這種情況下，圖3所示的實施例與圖1和圖2所示的實施例的不同之處僅在于：貫通部2的終端區(qū)域11中的各個通道12設置有小管或管段。這些管或管段在熱電偶20被插入通過通道12時改善了對熱電偶20的引導，并且還擴大了用于施加密封件15的表面，密封件15例如也穿入管段中。特別是在焊接熱電偶20的情況下，焊料因此可以容易地施加到這些管段的內壁上，從而實現(xiàn)熱電偶20的密封或附接。

圖4示出了圖3所示的根據(jù)本發(fā)明的熱電偶系統(tǒng)1的實施例的截面?zhèn)纫晥D，其中更詳細地再次示出了的各個管段以與相應的通道12對準的方式附接。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的熱電偶系統(tǒng)1的另一實施例，與先前示出的實施例相比，終端區(qū)域11此時是臺階式設計。這些臺階是圓形設計并且關于對稱軸線s對稱地布置。各個臺階分別設有預定數(shù)目的通道12，通道12的縱向延伸平行于對稱軸線s的定向。各臺階的各個通道12布置為環(huán)狀，在這樣的環(huán)中，兩個相鄰通道12均等距地間隔開。

圖6示出了圖5所示的根據(jù)本發(fā)明的熱電偶系統(tǒng)1的實施例的截面?zhèn)纫晥D。

進一步的實施例從從屬權利要求中獲得。