具有熱通量傳感器的燃?xì)鉁u輪機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的、具有熱通量傳感器的燃?xì)鉁u輪機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]為了提高工業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)的效率和能量利用率，因此對(duì)這種渦輪機(jī)的燃燒室中的燃燒溫度的要求日益提高。所導(dǎo)致的材料負(fù)荷使得必須要準(zhǔn)確地監(jiān)控燃?xì)鉁u輪機(jī)的零件的工作參數(shù)和狀態(tài)。
[0003]為了能夠使部分相互沖突的對(duì)能量回收率(Energieausbeute)、排放控制和磨損的要求最佳化，因此在這種情況下，監(jiān)控燃?xì)鉁u輪機(jī)的溫度特別重要。尤其例如像氧化和蠕變的磨損過程被熱激活并且通常指數(shù)地依賴于溫度。
[0004]由于有待監(jiān)控的區(qū)域中的溫度較高，因此尤其考慮到其長期功能的完整性而對(duì)于所使用的傳感器本身提出了較高的要求。
[0005]除了溫度之外，必須也要監(jiān)控經(jīng)過渦輪機(jī)構(gòu)件的隔熱層的熱流。對(duì)此已知的是，將熱電偶組嵌入到隔熱層中。由在隔熱層的不同深度上所測量的溫度可以推斷出經(jīng)過隔熱層的熱流。
[0006]但是，這種熱通量傳感器在制造時(shí)極其昂貴，并且在燃?xì)鉁u輪機(jī)的工作條件下關(guān)于電接觸部其昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的目的是提供一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)可以簡單而可靠地測量熱流。
[0008]這個(gè)目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
[0009]這種燃?xì)鉁u輪機(jī)包括熱通量傳感器，所述熱通量傳感器布置在燃?xì)鉁u輪機(jī)的構(gòu)件的表面上并且構(gòu)造為熱電偶。
[0010]在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，所述熱通量傳感器是橫向熱電元件。
[0011]橫向熱電元件建立在使用各向異性的熱電材料的基礎(chǔ)上，其為零的賽貝克張量(Seebecktensor)具有不同的非對(duì)角元(Nichtdiagonalelement)。因此導(dǎo)致電壓垂直于作用在熱電元件上的溫度梯度。
[0012]以這種方式能夠通過唯一的傳感器來探測燃?xì)鉁u輪機(jī)中的熱流，而不需要復(fù)雜裝置，例如像熱電偶組。
[0013]在本發(fā)明的另一種技術(shù)方案中規(guī)定，熱通量傳感器由單晶氧化鋅制成。氧化鋅具有關(guān)于其熱電特性的內(nèi)在各向異性(intrinsische Anisotropie)，可以通過派射過程(Sputtern)來施加具有給出的軸傾斜的單晶形狀，并且在燃?xì)鉁u輪機(jī)的工作條件下是穩(wěn)定的。
[0014]為了能夠由溫差電壓來確定所需要的熱通量，有利的是，熱電元件如此布置，從而氧化鋅的晶體C軸相對(duì)于構(gòu)件的表面法線傾斜。
[0015]優(yōu)選地，所述熱通量傳感器布置在構(gòu)件的隔熱層下方，從而其一方面本身獲得了隔熱層的保護(hù)，并且另一方面可以精確地測量經(jīng)過隔熱層的熱通量。
[0016]此外有利的是，在熱通量傳感器和構(gòu)件表面之間布置有電絕緣層，從而使得所述熱通量傳感器不會(huì)由于構(gòu)件的傳導(dǎo)表面而發(fā)生短路。
[0017]在本發(fā)明的另一種技術(shù)方案中，熱通量傳感器的連接導(dǎo)線布置在電絕緣層和隔熱層之間，因此導(dǎo)線本身同樣通過隔熱層來保護(hù)。
【附圖說明】
[0018]接下來參照附圖對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)地解釋。附圖示出:
圖1是橫向熱電傳感器的工作原理的示意圖；并且
圖2是根據(jù)本發(fā)明的燃?xì)鉁u輪機(jī)的實(shí)施例中的熱通量傳感器的安裝區(qū)域的示意性的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]橫向熱電傳感器10由具有熱電效應(yīng)的內(nèi)在各向異性的材料例如摻雜鋁的單晶氧化鋅構(gòu)成，該材料如此布置，從而結(jié)晶學(xué)的C軸相對(duì)于有待測量的熱流傾斜。沿著經(jīng)過傳感器10的熱流來調(diào)整溫度梯度，該溫度梯度又造成保持垂直于熱流的電位差，因此在傳感器10的側(cè)面12、14上可以量取電壓，該電壓與熱流成比例。
[0020]首先在構(gòu)件20上、尤其在燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒室壁上安裝電絕緣層22，以測量通過燃?xì)鉁u輪機(jī)18隔熱層16的熱通量，其中所述燃?xì)鉁u輪機(jī)18在圖2中部分地被示出。例如通過噴涂覆把傳感器10涂覆在該絕緣層上，及在其側(cè)表面12、14上與電連接導(dǎo)線24相接觸。
[0021]最后，將隔熱層16涂覆在傳感器10和連接導(dǎo)線24上。這例如可以通過熱噴鍍高溫穩(wěn)定的陶瓷來實(shí)現(xiàn)。
[0022]在燃?xì)鉁u輪機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，熱流通過隔熱層16來調(diào)整，并因此也通過傳感器10來調(diào)整。由于這個(gè)如此地布置，從而晶體C軸相對(duì)于構(gòu)件20的表面法線傾斜，因此在側(cè)表面12、14之間制成了電位差，該電位差可以在連接導(dǎo)線24上量取并且可通過電壓計(jì)26來測量。
[0023]在考慮傳感器10的幾何形狀的情況下，由所探測到的橫向溫差電壓可以確定經(jīng)過隔熱部的熱流。在這種情況下，傳感器10的長度和厚度之間的比值尤其重要，因?yàn)閷?duì)于所產(chǎn)生的熱流來說，溫差電壓隨著比值的增加而同樣增加。
[0024]總之，本發(fā)明提供了這樣一種燃?xì)鉁u輪機(jī)，在所述燃?xì)鉁u輪機(jī)中可以以簡單而且可靠的方式來監(jiān)控經(jīng)過隔熱層的熱通量，從而在工作條件下總是能可靠地控制其隔離效果O
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燃?xì)鉁u輪機(jī)(18)，其具有熱通量傳感器(10)，所述熱通量傳感器布置在所述燃?xì)鉁u輪機(jī)(18)的構(gòu)件(20)的表面上并且構(gòu)造為熱電偶， 其特征在于，所述熱通量傳感器(10)是橫向熱電元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)(18)，其特征在于，所述熱通量傳感器(10)由單晶氧化鋅制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)(18)，其特征在于，所述氧化鋅的晶體C軸相對(duì)于所述構(gòu)件(20)的表面法線傾斜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)(18)，其特征在于，所述熱通量傳感器(10)布置在所述構(gòu)件(20)的隔熱層(16)下方。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)(18)，其特征在于，在所述熱通量傳感器(10)和所述構(gòu)件(20)表面之間布置有電絕緣層(22)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)(18)，其特征在于，所述熱通量傳感器(10)的連接導(dǎo)線(24)布置在所述電絕緣層(22)和所述隔熱層(16)之間。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種燃?xì)鉁u輪機(jī)(18)，其具有熱通量傳感器(10)，所述熱通量傳感器布置在所述燃?xì)鉁u輪機(jī)(18)的構(gòu)件(20)的表面上并且構(gòu)造為熱電偶，其中所述熱通量傳感器(10)是橫向熱電元件。
【IPC分類】G01K7-02, F01D21-00, G01K17-00
【公開號(hào)】CN104769230
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380050961
【發(fā)明人】A·A·庫爾卡尼, S·蘭彭舍爾夫
【申請(qǐng)人】西門子公司
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2013年9月26日
【公告號(hào)】DE102012217535A1, EP2898188A1, US20150247418, WO2014049041A1