高温探头
专利汇可以提供高温探头专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且在一种特别用于高达1550℃的热气体流的高温 探头 中， 传感器 管和 支撑 管分别设在探 头管 的两通孔内。装入其内设有 温度 传感器的传感器管的通孔终止于一个热气体流通流通道。装入支撑管的通孔终止于一个支撑管的环装入其内的扩大开孔。支撑管和传感器管穿过凸缘(13)的通孔伸入强制进气室内，支撑管的顶端具有一个供螺钉拧入的内 螺纹 。在螺钉与从凸缘(13)伸出的 管接头 所带的凸缘(14)之间装有预加载 弹簧 以将高温探头弹性地装配起来。，下面是高温探头专利的具体信息内容。
1.一种高温探头(1)、特别是用于高达约1550℃的热气体流(24) 内的高温探头，在其中有一根传感器管(19)设置在一根探头管(2)的内 通孔(2a)内，该内通孔(2a)平行于管轴心线的方向伸展，其中的一个温 度传感器的传感器尖(20)设置在位于探头管(2)下端的一个测量空间内 并与一个包围着探头管的热气体区(26)相连，其特征在于， -测量空间设计成一个横向于探头管轴心线的、为待测量的热气体流 (24)而设的通流通道(3b)， -探头管(2)具有一个平行于第一内通孔(2a)的第二内通孔(2b)，其内设 有一根支撑管(6)，和 -探头管(2)和传感器管(19)都是用一种陶瓷制成。
2.按权利要求1所述的高温探头，其特征在于，传感器管(19)包 含至少一个热电偶或至少一个温度计。
3.按权利要求1所述的高温探头，其特征在于，支撑管(6)由一种 氧化物弥散强化(ODS)的超耐热合金制成，并在热气体区(26)的一端具 有一个环(8)，该环的直径大于为支撑管设置的通孔(2b)的直径，还在 于环(8)设置在探头管(2)端头的一个扩大开孔(4)内。
4.按权利要求1所述的高温探头，其特征在于，在热气体区(26) 的范围内，探头管(2)的顶端(5a)插入一个凸缘(13)的管接头(29)内，还 在于这凸缘(13)将热气体区(26)从称作强制进气室的区域(27)分开，还 在于在凸缘(13)的朝向强制进气室(27)的一侧具有带有通孔(12a、31a) 的管接头(12、31)，支撑管(6)和传感器管(19)穿过这些通孔(12a、31a) 从热气体区(26)伸入强制进气室(27)内。
5.按权利要求4所述的高温探头，其特征在于，设置在强制进气 室(26)内的支撑管(6)的顶端(28)具有一个内螺纹(11)，还在于支撑管的 通孔(7)的空气进入开孔(10a、b)设置在内螺纹(11)的下方。
6.按权利要求5所述的高温探头，其特征在于，围绕着支撑管(6) 的管接头(12)具有在径向上紧挨着支撑管的空气进入开孔(10a、b)来 设置的空气进入开孔(15a、b)，还在于这管接头(12)在空气进入开孔 (15a、b)的上面终接有一个凸缘(14)。
7.按权利要求6所述的高温探头，其特征在于，一个螺旋压缩弹 簧(17)设置在拧入支撑管(6)的内螺纹(11)内的螺钉(18)与凸缘(14)之 间，经预加载地支撑在凸缘(14)上。
8.按权利要求4所述的高温探头，其特征在于，凸缘(13)通过一 个卡口式锁紧器(21)在强制进气室(27)内固定在热气体壳体壁(25)上的 一个开口(30)上。
本发明涉及一种高温探头，特别是用于高达约1550℃的热气体 流内的高温探头，在其中有一根传感器管设置在一根探头管的内通孔 内，该内通孔平行于管轴心线的方向伸展，其中的一个温度传感器的 传感器尖设置在位于探头管下端的一个测量空间内并与一个包围着 探头管的热气区相连。
一种这样的高温探头披露在例如DE-OS-2413909中。
在燃气轮机的运行过程中，通常都需要测量热的燃烧气体的温 度，这个温度可以在几百度至1550℃的范围内。为此目的提出过一 些高温探头，它们可以插入涡轮机的热气体壳体上的相应的开孔中， 并连同一个在其下端包含有内在的测量元件的探头管伸入热气流 中。
US-A-5,180,227披露了一种光学运作的高温探头，在其中有一个 用蓝室石制的光学传感器构件设置在形成于探头管下端的测量空间 内。该测量空间通过一个设在传感器元件下面的入口和一个在传感器 元件的高度上的出口与周围的热气体区域相连。从热气体流通过入口 进入的气体由于这样的结构而在测量空间内减速，并以很低的速度在 其重新通过出口逸出之前围绕着传感器元件流动。测量空间因此也被 称作“滞流室”。探头可以用到高达1300℃的温度并在探头管的上 部由在探头凸缘处输入并在紧挨着绝热层的上方重新排出的空气或 另一种气体进行冷却，该绝热层将传感器元件从探头的上部分开。
此外，本文开头所提到的DE-OS-2413909披露一种用于燃气轮 飞机发动机止的、温度达800℃的高温探头，它以一个热电偶作为温 度传感器。装在具有矿物质绝缘的金属铠装电缆内的热电偶在一个探 头管内朝下通过一个密封缩口进入一个测量空间内，使热电偶的两线 之间的连接点大约设置在测量空间的中部。这里同样为了与待测量的 热气体相接触而在连接点的下面设置一个入口和在连接点的上面设 置一个出口，它们使测量空间与周围的热气区域相连。这里热气体因 而也由于出入口开孔的安排和设计被堵阻而滞留在测量空间内。
在这种公知的探头中，待测量的热气体的流速大大地降低了，当 与相应的传感器元件相接触时，热气体几乎处于停滞状态。因此，气 体与传感器元件之间的对流热传递降低了，这种情况在时间常数增大 和实际温度与测得温度之间的差异增大时变得明显。
本发明的目的在于进一步发展一种如本文开头提到的类型的高 温探头，要使气体与温度传感器之间的热传递得到改善，并定出一种 用于高达1550℃的温度的温度探头的合适的结构设计。
根据本发明，这一目的可以通过以下的技术方案来实现，测量空 间设计成一个横向于探头管轴心线的、为待测量的热气体流而设的通 流通道；探头管具有一个平行于第一内通孔的第二内通孔，其内设有 一根支撑管；探头管和传感器都是用一种陶瓷制成。
通过将测量空间作为流动通道的这种特殊结构，热气体能够几乎 不受阻挡地从中通过并围绕着传感器尖流过，这就能达致最佳的气体 与传感器元件之间的热传递，这种热传递同时减小了诸如通过探头管 之类的热传导的带干扰性的二次影响。
本发明的探头的一个优选实施例的特征在于通流通道在侧面由 探头管壁所限定，探头管壁形成一个辐射防护屏。这样，周围环境对 测量结果的干扰作用可以进一步减小。
用碳化硅或氧化铝陶瓷制造探头管将特别有利。此外，设置在这 探头管内用以包住传感器元件的、并在下文中称作传感器管的管子用 纯氧化铝陶瓷来制造也是有利的，这是因为在高温下例如用热电偶进 行测量就不受氧化铝的影响。所述的陶瓷即便在比要测量的温度更高 的温度下也是热稳定的。
如果探头管借助装配辅助手段通过由氧化物弥散强化(ODS)的超 耐热合金制成的、经受冷却的支撑管而被弹性地安装在热气体壳体 上，则测量装置的长期稳定性将会显著地改善。一种这样的以铁为基 本金属的、具有高含量的铬和铝的超耐热合金，在市场上可购得例如 由PM高温金属公司供应的标号PM2000(材料号1.4768)。
用上面所述的材料制造探头管、传感器管和支撑管，高温探头由 于材料的高的抗蠕变性和非常良好的抗氧化性和耐蚀性而具有长的 使用寿命。
下面将借助附图所示的一个实施例对本发明进行说明，在附图 中：
图1是一个高温探头的结构的纵向截面图；
图2是沿图1的II-II线截取的高温探头的截面图；
图3是沿图1的III-III线截取的高温探头的截面图。
图中仅示出对理解本发明必需的构件。工作介质的流动方向用箭 头表示。
在借助附图对本发明作较详细的说明之前，首先还需将所述类型 的高温探头放置在其上的典型燃气轮机的工作情况予以概述：
热气体(Heissgas)壳体的壁温： 900℃
强制进气室(plenum)内的燃烧用空气的温度： 400℃
热气体的温度： 高达1500℃
气体压力： 30巴
气体速度： 150m/秒
为了在这种极端的工作条件下-还加上振动和其它机械性载荷 -能够获得同时具有高的长期稳定性的精确的气体温度测量，需要有 一种高温探头的特殊设计，这将借助于附图中的一个实施例进行说 明。
在图1中示出一个高温探头1的结构的纵向截面图，该高温探头 主要包含有一根探头管2，它具有两个平行于管轴心线的通孔2a和 2b，通孔内分别装有一根传感器管19和一根支撑管6。
探头管和传感器管是由一种氧化铝(Al2O3)陶瓷制成，这种陶瓷甚 至在高于高达1500℃的要测量的热气体的温度下仍保持稳定。但是 这种材料对于机械载荷的经受性却是较差的，因此它需要在结构上采 取措施以防止这些管碎裂。用于支撑管6的材料是一种以铁为基本金 属的、具有高含量的铬和铝的超耐热合金，在市场上可购得例如由PM 高温金属公司供应的标号PM2000(材料号1.4768)。这种材料在 1000℃温度下具有24000小时的使用寿命。这种超耐热合金基于它的 高的抗蠕变性和耐蚀性，在高达约1200℃时仍具有非常好的机械性 能，但是在热负荷上却没有象前述的氧化铝陶瓷那样高。在使用适当 的冷却(将在下文中叙述)的情况下，支撑管6的优良机械性能将与 探头管2的优良热性能互为补充地利用。
通孔2a、2b起始于探头管2的顶端5a。这里，通孔2b伸展通 过整个探头管2并开口于一个扩大的开孔4；通孔2a终止于一个在 探头管2的底部5b区域内的、位于第一通流通道3a下面的第二通流 通道3b内。探头管2的顶端5a插入一个凸缘13的管接头29内，该 凸缘13将热气体区26从区域27(下文中将称作强制进气室)分开。
凸缘13在朝向强制进气室27的一侧具有管接头12和31，其在 凸缘13中的通孔12a和31a跟在探头管2上的相应通孔2a和2b相互 对准地对置着。管接头12终接有一个凸缘14，并在这凸缘14下面 具有空气进入开孔15a和15b。在管接头12内设有一根支撑管6， 其在强制进气室27区域内的顶端28内设有内螺纹11。支撑管6设 置成穿过通孔12a和2b直至扩大的开孔4，并在那里如图3所示由 一个偏心于支撑管轴心线的环8作为终端。在管接头12的区段内， 支撑管6具有空气进入开孔10a、b，这些开孔设置成与管接头12 的空气进入开孔15a、b径向邻接。空气进入开孔10a、b通向支撑 管6的一个内通孔7，由此形成一个在强制进气室27与热气体区26 之间的冷却空气流23、23a、23b的流道形式的连通。在强制进气 室27内，在其中流动的压缩空气大约有400℃的温度并具有一个高 于热气体流24的压力大约1巴的超压。因而支撑管6由一股冷却空 气流23a、b从中流过将其冷却。
支撑管6在其在探头管2范围内的长度上具有相互交替地设置的 外径6a和6b，从而形成支撑环9，支撑管利用这些支撑环支撑在探 头管2的通孔2b内。通过这样的结构，使支撑管与探头管之间的热 传导接触面积减小了。由此待测量的热气体的温度在很大程度上不受 冷却空气流23的影响，而支撑管本身又只是较小程度地吸收来自探 头管2的热。
一个放置在旋入内螺纹11中的螺钉18与凸缘14之间的预加载 螺旋压缩弹簧17通过经支撑管6的环8传递给探头管2的弹簧力将 温度探头1整个固定在凸缘13上。一个带有螺旋压缩弹簧22的卡口 式锁紧器21将凸缘13固定到热气体壳体壁25的开口30上，使探头 管2插入热气体区26内。这样，温度探头1的固定是在热气体壳体 外面实现的，因而在维修时不需拆卸热气体壳体。由于在高达1200 ℃的温度下仍具有优良的机械材料性能，因此，带有管接头12、29 和31的凸缘13也可以同样地用超耐热合金制成，它可以在没有特定 的冷却的情况下用于正常温度约为900℃的热气体壳体壁25上。
传感器管19从强制进气室27区域穿过管接头31、凸缘13中的 通孔31a、探头管2中的通孔2a、通流通道3a，以传感器尖20终止 在通流通道3b内。这里，通流通道3a、b都是朝着热气体流24定 向的。
图2通过沿着图1的II-II线取的截面示出通流通道3a、b的Y 形平面图。示出3c是一条流入通道，朝着热气体流24定向；而3d、 e是流出通道，它们跟热气体流的方向成一个角度设置在装入支撑管6 的通孔2b的侧边。
传感器尖20设置在流入通道3c的中央；由此流入通道形成一个 抵挡热辐射的辐射防护屏，例如，抵挡来自热气体壳体壁25的热辐 射。待测量的热气体在通流通道3a、b内几乎不受阻拦地和并不减 速地绕流经过传感器管19和传感器尖20。因此热气体流24的热快 速和有效地传递给传感器尖20，在这里用一个热电偶34作为传感 器，这是一种其线直径为大约0.5mm的B型铂铑热电偶。使用这种选 定的装置就可获得τ《1秒的热时间常数。同时，实际气体温度与测 出的气体温度之间的差异保持住很小。
涡轮机壳体上的用于穿置传感器管19的引线32的引导装置在图 中未示出，该引线32与一个测量变换器33相连。
当然，本发明并不仅限于所示的和所描述的实施例。因此，也可 以例如用一个蓝宝石温度计来代替热电偶34。此外，探头管1和传 感器管19在另一个实施例变型中也可以用碳化硅陶瓷制成。在本发 明的构思范围内，也是可以想象到用另一种合适的合金来制造支撑管 6和凸缘13。通流通道3a、b的数目根据本发明也并不局限于2。
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
