СВЕТОВОД
LIGHT GUIDE

Данное изобретение относится к световоду. В частности, оно относится к световоду, который применяется в горелках, например, газотурбинных установок.
Световоды сами по себе достаточно известны. Однако их, как правило, нельзя применять в высокотемпературных условиях, имеющихся, например, в горелках газотурбинной установки. Использование световодов для источников света в горелке газотурбинной установки представляет особый интерес для обеспечения возможности наблюдения пламени газотурбинной установки. Например, во время процесса зажигания можно оптически определять, было ли зажигание успешным, т.е. образовалось ли пламя, или же необходимо повторить зажигание. Во время работы газотурбинной установки оптическое наблюдение за пламенем может быть также целесообразным, например, для проверки устойчивости пламени.
Поэтому задачей изобретения является создание конструкции световода, которая обеспечивает возможность использования в высокотемпературном окружении.
Второй задачей данного изобретения является создание горелки, в частности, для газотурбинной установки, которая обеспечивает возможность оптического наблюдения пламени.
Первая задача решена с помощью световода по пункту 1, а вторая задача решена с помощью горелки по пункту 6 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.
Световод согласно изобретению содержит выполненный в виде трубы или шланга корпус, который имеет входное отверстие, выходное отверстие и проходящую от входного отверстия к выходному отверстию (воображаемую) среднюю линию. Внутри корпуса вдоль средней линии расположены в ряд прозрачные шарики. Корпус может состоять, например, из металла. В качестве шариков можно использовать полированные кварцевые шарики.
Конструкция световода согласно изобретению принципиально отличается от конструкции световодов согласно уровню техники, которые имеют волокно с низким показателем преломления и окружающую волокно оболочку с высоким показателем преломления. Направление света в этом волокне основывается на полном отражении света на поверхности раздела между центральным волокном и окружающей оболочкой. Однако такие световоды нельзя использовать без дополнительных мер в высокотемпературном окружении, как, например, в горелке газотурбинной установки. В противоположность этому, в световоде согласно изобретению направление света происходит не на основе полного отражения между сердечником и оболочкой, а на основе преломления светового луча при входе, соответственно, выходе из прозрачных шариков. Поэтому расположение в ряд шариков обеспечивает возможность создания световода. Такой световод можно использовать также в высокотемпературном окружении, когда корпус и шарики являются термостойкими, что обеспечивается, например, когда корпус изготовлен из металла, а шарики - из полированного кварца. Расположение шариков на расстоянии друг от друга в корпусе приводит к тому, что шарики имеют оптимальное расстояние друг от друга для направления света. В световоде согласно изобретению корпус выполнен в виде гибкого шланга, например в виде металлического шланга. Это позволяет гибко прокладывать световод к его месту назначения.
С помощью распорок, которые расположены в корпусе между шариками, можно обеспечивать оптимальное расстояние шариков друг от друга для направления света. Распорки могут быть выполнены, например, в виде фиксированных на внутренней стороне корпуса колец.
Вместо распорок на внутренней стороне корпуса может быть также предусмотрен проходящий от входного отверстия к выходному отверстию и спирально изогнутый выступ. При этом расстояния витков друг от друга выбраны так, что шарики размещаются между смежными витками. Эта конструкция особенно предпочтительна относительно изготовления световода, согласно изобретению. А именно, витки позволяют вводить шарики друг за другом в световод, при этом они направляются витками.
Входное отверстие и/или выходное отверстие корпуса могут быть в световоде согласно изобретению закрыты прозрачной шайбой, например, кварцевой шайбой.
Кроме того, согласно изобретению, предлагается горелка, в которую интегрирован световод согласно изобретению, который изготовлен из термостойких материалов, например металла и кварца. Такая горелка обеспечивает возможность наблюдения пламени во время работы газовой турбины снаружи газовой турбины непосредственно или регистрации с помощью интегральной схемы для камеры.
Другие признаки, свойства и преимущества данного изобретения следуют из приведенного ниже описания примеров выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг.1 - разрез вдоль средней линии первого примера выполнения световода, согласно изобретению;
Фиг.2 - конец световода, согласно Фиг.1;
Фиг.3 - иллюстрация направляющего свет действия в световоде;
Фиг.4 - второй пример выполнения световода, согласно изобретению;
Фиг.5 - горелка для газотурбинной установки с интегрированным световодом.
Первый пример выполнения световода, согласно изобретению, показан на Фиг.1. На фигуре показана часть световода (1) в разрезе вдоль средней линии М. Световод 1 содержит гибкий металлический шланг 3, который может быть выполнен, например, в виде волнистого или складчатого сильфона, и множество полированных кварцевых шариков 5, которые расположены в ряд вдоль средней линии М металлического шланга 3. Кварцевые шарики 5 удерживаются на месте распорными кольцами 7, которые состоят из металла и фиксированы на равномерных расстояниях друг от друга на внутренней стороне металлического шланга 3. Между каждыми двумя распорками 7 расположен кварцевый шарик 5. Металлический шланг 3 имеет на своих концах входное и выходное отверстия, которые закрыты с помощью кварцевых шайб 9. Один конец 11 металлического шланга 3 с кварцевой шайбой 9 показан на Фиг.2.
В показанном на Фиг.1 световоде 1 кварцевые шарики 5 обеспечивают отклонение световых лучей. Отклонение показано схематично на Фиг.3. Падающий на поверхность 13 полированного кварцевого шарика 5 световой луч L1 при прохождении через поверхность раздела между воздухом и кварцевым материалом отклоняется к нормали N1 к поверхности в точке прохождения. Внутри кварцевого шарика световой луч L2 распространяется по прямой линии, которая соответствует секущей кварцевого шарика 5. Другими словами, линия L2 проходит не через среднюю точку кварцевого шарика 5, а падающий световой луч L1 при попадании на поверхность 13 кварцевого шарика 5 имеет угол к нормали N1 к поверхности. Затем в точке выхода светового луча L2 из кварцевого шарика 5 световой луч отклоняется от нормали N2 к поверхности. Он выходит из полированного кварцевого шарика 5 в виде светового луча L3. В целом, за счет двойного преломления светового луча L1 он отклоняется от своего первоначального направления на угол α. Таким образом, за счет расположения в ряд полированных кварцевых шариков 5 можно направлять световой луч через металлический шланг 3.
Второй пример выполнения световода 100 согласно изобретению показан на Фиг.4. Элементы световода 100, которые идентичны элементам световода 1, согласно первому примеру выполнения, обозначены теми же позициями, что и на Фиг.1, и их повторное описание не приводится.
Световод 100, согласно второму примеру выполнения, отличается от световода 1, согласно первому примеру выполнения, по существу тем, что вместо распорных колец 7 на внутренней стороне металлического шланга 3 фиксирован спирально изогнутый выступ 107. Спирально изогнутый выступ 107 начинается у входного отверстия металлического шланга 3 и проходит непрерывно до выходного отверстия. При этом расстояния А между двумя смежными витками выбраны так, что кварцевые шарики 5 могут проходить вдоль изогнутого выступа 107 через металлический шланг. Заполнение кварцевых шариков после полного изготовления металлического шланга 3 можно осуществлять с помощью фиксированного на его внутренней стороне спирального выступа 107 посредством ввода шариков.
Хотя в указанных выше примерах выполнения гибкие металлические шланги применяются в качестве корпуса световода, однако можно применять для корпуса также другие материалы. Например, можно применять в качестве материала для корпуса стойкую к высоким температурам керамику. Хотя она не является гибкой, однако имеет хорошие высокотемпературные свойства. Керамический корпус можно, например, отливать, а затем обжигать, что обеспечивает возможность свободного выбора формы. Когда одновременно отливается спиральный выступ, то можно затем легко вводить шарики в керамический корпус.
Горелка согласно изобретению, которая снабжена световодом, согласно изобретению, показана на Фиг.5. Горелка выполнена в виде горелки для газотурбинной установки, однако она может быть в принципе выполнена в виде горелки для любой топочной установки. В показанном на Фиг.5 примере выполнения горелка содержит пилотную горелку 201, которая расположена концентрично центральной оси ВА горелки. Вокруг пилотной горелки 201 расположена основная горелка 203, которая содержит подводящий воздух канал 205 и также расположенный кольцеобразно вокруг пилотной горелки подводящий топливо канал 207 для подвода жидкого или газообразного топлива. По потоку ниже выхода 209 горелки горит пламя F.
В показанном примере выполнения на наружной стороне пилотной горелки 201 проходит световод 1, согласно первому примеру выполнения или второму примеру выполнения, в подводящий воздух канал 205. Расположенный в подводящем воздух канале 205 конец световода 1 ориентирован так, что световые лучи, исходящие из пламени F, могут входить в световод 1 через кварцевую шайбу 9. С помощью полированных кварцевых шариков этот свет затем направляется к выходу световода 1, где находится интегральная схема 211 камеры. Вместо интегральной схемы камеры на выходе световода 1 может находиться кварцевая шайба, через которую с помощью световода 1 можно визуально следить, соответственно, контролировать пламя.
Хотя в данном примере выполнения, показанном на Фиг.5, приведено описание специальной конструкции горелки, световод согласно изобретению можно интегрировать также в любую другую конструкцию горелки. Поэтому применение световода согласно изобретению не ограничивается конструкцией, показанной на Фиг.5.