[发明专利]用于探测流体中能力变化的方法和装置以及涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及用于探测流体中能力变化的方法。其进一步涉及用于探测流体中能力变化的装置以及涉及涡轮机，尤其是燃气涡轮机。

背景技术

为了使例如燃气涡轮机中的冷却和密封空气系统正常地运行，必须小心选择该空气或所使用的其他流体的供应情况。一方面，供应压力和流体(例如空气)被用位置处的压力之间小的差异意味着该循环的低损耗和较高的热力学效率。另一方面，过低的压力余量可以在非设计操作/负荷点处或该发动机部件在长的操作之后已经经历磨损时引入不期望的流动特性变化。流动特性的这些不期望的变化可以具有减少或增加空气流的形式，导致冷却或密封效果降低。为了确定燃气涡轮机运行中性能退化的原因，必须利用光学孔径检查仪技术对其进行彻底检查，并且这几乎总是需要将其拆卸成其最小部件。这是辛苦并且费时的工作，并且要保持燃气涡轮机不能运转。如果在不首先拆除燃气涡轮机的情况下存在快速找出问题在哪里并且该问题大约如何严重的方法，则停工期将会减少并且可靠性和可用性性能将得到改善。

供应流体(例如空气)当做冷却或密封介质的实际效果取决于温度，压力和质量流量(例如速度)的组合。因此，必须组合地考虑全部因素。术语流体的″能力″在本文中被定义为温度、压力、质量流量和流体速度的组合。能力代表流体的流动特性。

在维护期间，燃气涡轮机的检查和拆卸如上所述是处理局部流动特性的不期望变化的一种手段。其他的可能是利用热电偶对供气的常规滞止温度进行测量，对具体临界区的压力和/或温度进行测量以触发转换到较高的压力供应，例如利用阀进行可变质量流量控制，这取决于测量滞止温度或滞止压力。如果仅测量一个参数，则存在隐含的假定，即在压力、温度和质量流量之间总有直接且已知的关系，而这并不符合大多数的情况。

在US 3,754,201中，描述了一种热敏性探测器，其包括和薄壁接触的热敏电阻，该薄壁面对被测量的流体。

在Lars O.Lindqvist，UIf E.Nilsson和Jonas N.Hylén于1997年6月25日在佛罗里达奥兰多的International Gas Turbine & Aeroengine Congress & Exhibition发表的文章″Experimental investigation of a cooling system entrance for an annular gas turbine combustion chamber″中，以及在UIf E.Nilsson，Lars O.Lindqvist，Ingemar A.G.Eriksson和Jonas N.Hylén于1998年6月25日在瑞典斯德哥尔摩的International Gas Turbine & Aeroengine Congress & Exhibition发表的文章″Experimental investigation of GTXlOO combustor liner cooling system″中，描述了被用于确定传热系数的实验中的测量技术。

可以在US 2,972,885、US 3,352,154、US 3,500,686、US 5,339,688、US 3,798,967和EP 0 021 291中发现用于流量计中的基于在两个不同位置处加热流体和测量温度的方法的变形。

在US 3,498,127、US 3,991,613和EP 0 569 129中描述了通过利用由运动流体围绕的主体上的各部分加热元件来确定流体的速度和方向。

In US 4,061,029中描述了一种流分离探测器，其中，监测嵌入在暴露于流动流体的加热表面中的相邻热电偶的温度。

US 5,218,865、US 4,304,130和US 5,388,457描述了用于速度测量的热风速仪设计的示例。

在US 4,418,568中描述了一种热膜/漩涡气流计，其包括用于质量流量测量的文丘里旁路。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供用于探测流动通道中的流体能力变化的方法。本发明的第二个目的在于提供用于通过确定流体的传热系数来探测流体能力变化的装置。本发明的第三个目的在于提供一种有利的涡轮机。

第一个目的是通过如权利要求1所述的方法来实现的。第二个目的是通过如权利要求10所述的装置来实现的。第三个目的通过如权利要求15所述的涡轮机来实现的。从属权利要求限定了本发明进一步的改进。

本发明的用于探测流动通道中流体能力变化的方法包括如下步骤：