ПРОБООТБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ КАПЕЛЬ И ГАЗА В УЗКИХ КАНАЛАХ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ ИЛИ ЛЮБОГО ДРУГОГО УСТРОЙСТВА С МАСЛЯНЫМ САПУНОМ
DROP AND GAS SAMPLER TO BE USED IN NARROW CHANNELS OF GAS TURBINE OR WHATEVER OTHER DEVICE WITH OIL BREATHER

Область техники
Настоящее изобретение относится к аналитическому устройству для анализа состава текучей среды газовой турбины и к способу анализа состава текучей среды газовой турбины данным аналитическим устройством.
Уровень техники
В области техники газовых турбин существует промышленное требование измерения выбросов от газовых турбинных двигателей в целях соблюдения государственных и региональных стандартов окружающей среды. В частности, существует необходимость измерения выбросов смазочного масла через сапун из газовой турбины. Эти выбросы смазочного масла через сапун проходят через сапунную трубку, имея жидкое (капельное) и/или газообразное агрегатное состояние. Содержащая смазочное масло сапунная трубка имеет относительно малый диаметр, и смазочное масло (туман) образует относительно малый поток и имеет высокую температуру.
Необходимо осуществлять одновременные измерения жидких выбросов смазочного масла и газообразных выбросов смазочного масла.
Однако часто оказывается невозможным, используя единственное пробоотборное устройство, получать разделенную пробу (с разделением жидкой и газовой фаз), которая обеспечивает достаточное количество измеряемого вещества в жидком состоянии и/или газообразном состоянии для получения надлежащих результатов измерений. Следовательно, чтобы получить надлежащие результаты измерений, две измеряемые пробы должны быть отобраны из текучей среды внутри сапунной трубки, причем анализу подлежат жидкая фаза в одной из исследуемых проб и газовая фаза в другой из исследуемых проб выбросов смазочного масла.
В частности, измеряется количество углеводородов в газовой фазе и в жидкой фазе выбросов смазочного масла, таким образом, что анализируется суммарное количество углеводородов в выбросах смазочного масла через сапун.
Британский патент GB 2408798A описывает основанное на светорассеянии обнаруживающее масляный туман устройство, имеющее приспособление, которое предотвращает поступление масляных капель в корпус. Это обнаруживающее масляный туман устройство включает корпус, имеющий впускную камеру для масляного тумана, расположенную в картере двигателя внутреннего сгорания. Светоизлучающее приспособление и светодетекторное приспособление могут измерять масляный туман, поступающий во впускную камеру.
Британский патент GB 2398382 A описывает пробоотборное устройство для масляного тумана. Это пробоотборное устройство для масляного тумана включает светоизлучающее приспособление, которое излучает свет, и светоприемное приспособление, которое принимает излученный свет. Светоприемное приспособление производит сигнал, соответствующий интенсивности принимаемого света.
Патент США US 6369890 B1 описывает устройство для разделения и обнаружения частиц. Данное устройство включает аналитическую камеру, которая принимает газообразную текучую среду в процессе диффузии от приемной камеры, присоединенной через впуск к наблюдаемой области. Газообразная текучая среда измеряется фотодиодом, который обнаруживает свет, рассеянный частицами в газообразной текучей среде.
Европейский патент EP 1936358 A1 описывает детектор масляного тумана. Светоизлучающее устройство излучает свет в область детектора, в которую вводится масляный туман. Свет излучается через прозрачное окно. Принимаемый свет принимается через прозрачное окно приемным устройством.
Сущность изобретения
Задача настоящего изобретения может представлять собой осуществление надлежащего анализа выбросов смазочного масла через сапун из газовой турбины.
Данную задачу можно решить, используя аналитическое устройство и способ анализа состава текучей среды газовой турбины посредством аналитического устройства согласно независимым пунктам формулы настоящего изобретения.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, описано аналитическое устройство для анализа состава текучей среды, в частности масляного тумана, газовой турбины или любого другого устройства, имеющего масляный сапун. Данное аналитическое устройство включает первое пробоотборное устройство и второе пробоотборное устройство, к которому может быть прикреплена трубная вставка. Трубная вставка и, следовательно, первое пробоотборное устройство и второе пробоотборное устройство располагаются в масляной сапунной трубке газовой турбины. По меньшей мере, часть или все количество текучей среды проходит через сапунную трубку. Первое пробоотборное устройство предназначается для отбора первой пробы текучей среды. Аналитическое устройство включает дополнительное второе пробоотборное устройство для отбора второй пробы текучей среды. Первое пробоотборное устройство и второе пробоотборное устройство располагаются внутри сапунной трубки таким образом, что на первое пробоотборное устройство и второе пробоотборное устройство воздействуют одинаковые гидродинамические характеристики текучей среды внутри сапунной трубки. Первое пробоотборное устройство предназначается для осуществления первого анализа состава первой пробы, и второе пробоотборное устройство предназначается для осуществления второго анализа состава второй пробы.
Согласно следующему примерному варианту осуществления, предусматривается способ анализа состава текучей среды газовой турбины или любого другого устройства, имеющего масляный сапун, посредством описанного выше аналитического устройства. Согласно данному способу, первая проба текучей среды отбирается первым пробоотборным устройством. Кроме того, согласно данному способу, вторая проба текучей среды отбирается вторым пробоотборным устройством.
Сапунная трубка присоединяется, например, к подшипниковому блоку газовой турбины, в котором находятся подшипники вала газовой турбины или любого другого устройства (например, такого, как двигатель внутреннего сгорания), имеющего масляный сапун. Как правило, подшипники газовой турбины смазаны, например, смазочным маслом. Вследствие высокой температуры в процессе работы газовой турбины может образовываться масляный туман. Масляный туман включает масло в первой фракции, т.е. в газообразном агрегатном состоянии, и во второй фракции, т.е. в жидком агрегатном состоянии. Масляный туман протекает через сапунную трубку, например в пробоотборный резервуар. Сапунная трубка может иметь круглое, эллиптическое или прямоугольное поперечное сечение.
Существует необходимость измерения состава текучей среды, т.е. масляного тумана, который выпускается через сапунную трубку. В частности, существует необходимость анализа состава масляного тумана в соответствии с требованиями охраны окружающей среды. Кроме того, состав масляного тумана может предоставлять информацию об определенных дефектах газовой турбины и дефектах подшипников газовой турбины, соответственно.
Следовательно, текучая среда (т.е. соответствующие первая и вторая пробы текучей среды) представляет собой, например, туманную текучую среду, в частности масляный туман, в котором содержатся первая фракция масла, которая имеет первое агрегатное состояние, и вторая фракция масла, которая имеет второе агрегатное состояние. В частности, согласно примерному варианту осуществления, первое агрегатное состояние первой фракции текучей среды представляет собой жидкое агрегатное состояние, и второе агрегатное состояние второй фракции текучей среды представляет собой газообразное агрегатное состояние.
Первое пробоотборное устройство и второе пробоотборное устройство могут отбирать пробы и необязательно анализировать первый и/или второй состав отбираемых первой и/или второй проб текучей среды. Например, соответствующее пробоотборное устройство (первое пробоотборное устройство или второе пробоотборное устройство) может отбирать и разделять соответствующую пробу текучей среды. Соответствующее пробоотборное устройство может направлять отбираемую пробу и, в частности, жидкую или газообразную фракцию пробы в следующий аналитический блок, который может находиться снаружи сапунной трубки. В качестве альтернативы, соответствующее пробоотборное устройство может анализировать состав, например, количества углеводородов, которые содержит первая (например, жидкая) или вторая (например, газообразная) фракция самой соответствующей пробы, т.е. внутренний состав. В частности, каждое устройство из первого пробоотборного устройства и второго пробоотборного устройства может включать соответствующую открытую секцию, через которую соответствующая первая проба и вторая проба может втекать внутрь соответствующего первого пробоотборного устройства и второго пробоотборного устройства.
Согласно настоящему изобретению, соответствующая первая проба и вторая проба, которые втекают внутрь соответствующего первого пробоотборного устройства и второго пробоотборного устройства, имеют одинаковые гидродинамические характеристики, например одинаковую скорость. В частности, открытая секция первого пробоотборного устройства и открытая секция второго пробоотборного устройства могут иметь одинаковое расстояние до стенки трубки сапунной трубки. Это расстояние может быть определено как кратчайшее расстояние от соответствующего пробоотборного устройства до наиболее узкой стенки трубки.
В качестве альтернативы, для обеспечения того, чтобы на первое пробоотборное устройство и второе пробоотборное устройство воздействовали одинаковые гидродинамические характеристики (например, скорость) текучей среды внутри сапунной трубки, первое пробоотборное устройство и второе пробоотборное устройство располагаются на одинаковом расстоянии от центральной оси сапунной трубки. Центральная ось может определять, например, ось симметрии сапунной трубки. Кроме того, центральная ось проходит на протяжении всей длины сапунной трубки.
Первое пробоотборное устройство и/или второе пробоотборное устройство может иметь обтекаемую форму. В частности, первое пробоотборное устройство и/или второе пробоотборное устройство может включать корпус в форме клина (т.е. в области открытой секции), причем конец клинообразного пробоотборного устройства представляет собой передний край, навстречу которому движется текучая среда внутри сапунной трубки. В частности, соответствующая открытая секция образована на конце клинообразного пробоотборного устройства. Следовательно, такая краевая конструкция пробоотборного устройства сокращает до минимума блокирование и обратное давление текучей среды внутри сапунной трубки.
Кроме того, первое пробоотборное устройство и/или второе пробоотборное устройство может включать всасывающий блок, или к ним может быть присоединен всасывающий блок, таким образом, что первая и/или вторая проба может всасываться в соответствующий внутренний объем первого и/или второго пробоотборного устройства с заданной скоростью, чтобы производить изокинетическое движение текучей среды при поступлении в открытую секцию.
Согласно примерному варианту осуществления, в первом пробоотборном устройстве отбирается и отделяется (например, жидкая) первая фракция первой пробы, такая как капли, которые содержит первая проба (масляный туман), от второй фракции (например, газообразной) первой пробы. В первом пробоотборном устройстве может анализироваться количество углеводородов в жидкой масляной фракции, или может отбираться (жидкая) первая фракция. После заданного периода времени отбора (жидкой) первой фракции первое пробоотборное устройство и, следовательно, отбираемая (жидкая) первая фракция может извлекаться из сапунной трубки и подвергаться анализу, например, во внешней лаборатории.
Во втором пробоотборном устройстве может отделяться первая фракция (например, жидкость) от второй фракции (например, газообразной) второй пробы. Второе пробоотборное устройство может непрерывно анализировать (например, газообразная) вторая фракция. В качестве дополнения или альтернативы, вторая фракция (например, газообразная) может направляться по соединительной линии во внешнюю лабораторию.
Чтобы проанализировать, соответственно, первую и вторую фракцию текучей среды, первое пробоотборное устройство и второе пробоотборное устройство отбирают отдельно соответствующие пробы текучей среды из потока текучей среды внутри сапунной трубки. Это может оказаться необходимым, потому что, используя единственное пробоотборное устройство для текучей среды, сложно измерять с высокой точностью содержание углеводородов в каждом агрегатном состоянии пробы, т.е. в газообразном состоянии и в жидком состоянии. Следовательно, требуется отбор двух отдельных проб из текучей среды в сапунной трубке, причем одна проба отбирается первым пробоотборным устройством, и другая проба отбирается вторым пробоотборным устройством.
В частности, если измеряются пробы имеющей жидкое агрегатное состояние фракции, необходимо обеспечивать движение пробы в изокинетическом режиме в соответствующее пробоотборное устройство, чтобы отбиралась проба невозмущенной текучей среды, и это означает, что правильное число капель и, следовательно, количество жидкой фракции пробы отбирается соответствующим пробоотборным устройством. Чтобы обеспечивать изокинетический отбор пробы, проба, которая всасывается в пробоотборное устройство, должна иметь такую же скорость, как текучая среда, проходящая через сапунную трубку. В противном случае образуется текучая среда, имеющая скорость, которая составляет более или менее чем скорость в изокинетическом режиме, таким образом, что чрезмерно большое или чрезмерно малое число капель масляного тумана поступает в соответствующее пробоотборное устройство, и, следовательно, искажаются результаты измерения. Следовательно, входная секция или открытая секция каждого пробоотборного устройства и скорость всасывания пробы через пробоотборное устройство должны быть приспособлены к скорости движения текучей среды через сапунную трубку.
По этим причинам, для текучей среды согласно настоящему изобретению скорость текучей среды в сапунной трубке, которая входит в первое пробоотборное устройство и второе пробоотборное устройство, должна представлять собой одинаковую скорость. Это достигается помещением первого пробоотборного устройства и второго пробоотборного устройства внутри сапунной трубки на одинаковом расстоянии от стенки сапунной трубки или на одинаковом расстоянии от центральной оси сапунной трубки.
Как правило, текучая среда, проходящая через сапунную трубку, замедляется вследствие трения между текучей средой и стенкой трубки. Это вызывает некоторую турбулентность вблизи стенки трубки.
Как правило, в центре сапунной трубки поток через трубку и, в частности, скорость движения текучей среды представляет собой максимальную скорость, а вблизи стенки трубки движение текучей среды через трубку имеет минимальную скорость. Скорость текучей среды внутри сапунной трубки является одинаковой для одинакового радиуса или по кругу на одинаковом расстоянии от центральной оси сапунной трубки.
Следовательно, посредством отбора первой и второй проб двумя пробоотборными устройствами можно обеспечивать проверку согласованности анализа проб. Например, первое пробоотборное устройство осуществляет первое измерение капельной фракции, и второе пробоотборное устройство осуществляет второе измерение капельной фракции. Если два измерения капельных фракций обеспечивают приемлемую согласованность результатов, то это придает уверенность в том, что анализ пробы газа из первого и/или второго пробоотборного устройства является действительным.
Следовательно, согласно примерному варианту осуществления, первое пробоотборное устройство и второе пробоотборное устройство имеют одинаковое расстояние до стенки трубки, потому что оба пробоотборных устройства располагаются на воображаемом кругу вокруг центральной оси, таким образом, что текучая среда, проходящая через первое пробоотборное устройство, и текучая среда, проходящая через второе пробоотборное устройство, имеют одинаковые гидродинамические характеристики, в том числе одинаковую скорость потока. Кроме того, дополнительное пробоотборное устройство может быть также расположено на воображаемом кругу внутри сапунной трубки.
Следовательно, согласно настоящему изобретению, обеспечивается надлежащий и точный отбор первой пробы и второй пробы, соответственно, для первого пробоотборного устройства и второго пробоотборного устройства.
Согласно следующему примерному варианту осуществления, сапунная трубка имеет центральную ось. Первое пробоотборное устройство и второе пробоотборное устройство располагаются внутри сапунной трубки друг за другом со сдвигом по отношению друг к другу вдоль центральной оси. Сдвиг может быть определен между выпускным концом первого пробоотборного устройства вдоль центральной оси и начальной, т.е. расположенной на впуске открытой секции второго пробоотборного устройства, чтобы сократить до минимума возмущение текучей среды во втором пробоотборном устройстве, или наоборот. Следовательно, если первое пробоотборное устройство и второе пробоотборное устройство располагаются друг за другом вдоль центральной оси, движение текучей среды внутри сапунной трубки оказывается менее возмущенным, и, таким образом, первая проба и вторая проба могут отбираться в менее возмущенном состоянии.
Согласно следующему примерному варианту осуществления, первое пробоотборное устройство включает первый сепараторный блок для отделения первой фракции с первым агрегатным состоянием первой пробы от второй фракции со вторым агрегатным состоянием первой пробы.
В качестве дополнения или альтернативы, второе пробоотборное устройство включает второй сепараторный блок для отделения дополнительной первой фракции с первым агрегатным состоянием второй пробы от дополнительной второй фракции со вторым агрегатным состоянием второй пробы.
Соответственно, первый и второй сепараторные блоки могут включать, например, фильтр. В этом фильтре может содержаться, например, кварцевая вата и/или фильтровальная мембрана для отделения первой фракции и второй фракции от соответствующей пробы.
Согласно следующему примерному варианту осуществления, первое пробоотборное устройство и/или второе пробоотборное устройство включает температурный датчик, такой как термометр, для измерения температуры текучей среды и первой или второй пробы, соответственно.
Согласно следующему примерному варианту осуществления, первое пробоотборное устройство и/или второе пробоотборное устройство включают датчик давления, в частности манометр Пито (Pitot), для измерения давления текучей среды.
Следовательно, посредством измерения температуры с помощью термометра и давления с помощью манометра можно определять гидродинамические характеристики текучей среды внутри сапунной трубки. Следовательно, если известны температура и давление текучей среды, можно более эффективно регулировать изокинетическое движение текучей среды в открытой секции первого пробоотборного устройства или второго пробоотборного устройства через соответствующее отверстие. Кроме того, давление и температура текучей среды могут свидетельствовать о нарушении работы подшипника газовой турбины или самой газовой турбины.
Согласно следующему примерному варианту осуществления, первое пробоотборное устройство включает первый аналитический блок для анализа первой пробы в первом пробоотборном устройстве. Первый аналитический блок может представлять собой оптическое аналитическое устройство.
В качестве дополнения или альтернативы, второе пробоотборное устройство включает второй аналитический блок для анализа второй пробы во втором пробоотборном устройстве. Второй аналитический блок может также представлять собой оптическое аналитическое устройство.
Следовательно, согласно примерному варианту осуществления данного способа первая проба анализируется в первом пробоотборном устройстве, и/или вторая проба анализируется во втором пробоотборном устройстве.
После отделения первой фракции и второй фракции соответствующих проб в первом пробоотборном устройстве и/или втором пробоотборном устройстве могут содержаться описанные выше аналитические блоки, которые предназначаются для применения аналитических методов в целях измерения состава первой фракции и/или второй фракции соответствующей пробы. Например, можно использовать методы химического анализа и/или методы оптического анализа, чтобы измерять желательные компоненты в составе соответствующей фракции. Например, в анализируемом составе можно определять, например, количество только метановых углеводородов (MOHC), монооксида углерода (CO), диоксида углерода (CO2) и суммы углеводородов (THC).
В частности, соответствующее первое и/или второе оптическое измерительное устройство может представлять собой инфракрасный спектрофотометр. Используя такой инфракрасный спектрофотометр, можно измерять, в частности, фракцию соответствующей пробы в жидком агрегатном состоянии. Жидкая фракция отбираемой пробы в пробоотборном устройстве может быть отделена посредством сепаратора от газообразной фракции текучей среды.
Разделительный блок может собирать жидкую фракцию текучей среды посредством кварцевой или стеклянной ваты. Жидкая текучая среда может быть выделена из стеклянной ваты, например, с использованием растворителей. Использование инфракрасного спектрофотометра для измерения жидкой фракции текучей среды может обеспечивать повышенную чувствительность и воспроизводимость.
Газообразную фракцию соответствующей пробы можно измерять, используя пламенно-ионизационный детектор (FID). С помощью пламенно-ионизационного детектора можно измерять, в частности, летучие органические соединения (VOC), такие как углеводороды, в составе соответствующей пробы. Пламенно-ионизационный детектор осуществляет измерения на основании электропроводности пламени газообразной текучей среды между двумя электродами, причем водород используется в качестве горючего газа и смешивается с газовой фракцией текучей среды. В данном процессе высвобождаются электроны, которые захватывает окружающая металлическая проволока. Это приводит к изменению электропроводности, и, таким образом, может быть определен состав газообразной фракции.
В качестве дополнения или альтернативы, массу собранной жидкой фракции пробы можно определять, используя взвешивающий блок, установленный в одном устройстве из первого пробоотборного устройства и/или второго пробоотборного устройства, соответственно, чтобы измерять массу жидкой фракции, извлеченной из текучей среды.
Согласно следующему примерному варианту осуществления, по меньшей мере, одно из первого пробоотборного устройства и второго пробоотборного устройства имеет внутренний объем и открытую секцию, через которую соответствующая проба текучей среды поступает во внутренний объем.
Согласно следующему примерному варианту осуществления, открытая секция имеет разъемное соединение с первым пробоотборным устройством или вторым пробоотборным устройством, соответственно.
Следовательно, соответствующая первая проба и вторая проба может поступать во внутренний объем соответствующего пробоотборного устройства через соответствующую открытую секцию. Во внутреннем объеме можно устанавливать, например, сепараторный блок и/или аналитический блок, такой как оптическое аналитическое устройство.
Кроме того, соединительная линия может соединяться с внутренним объемом первого пробоотборного устройства или второго пробоотборного устройства. Соединительная линия может далее проходить во внешнее устройство, чтобы соединять внутренний объем с установленным снаружи внешним устройством, таким как пламенно-ионизационный детектор. Следовательно, желательная фракция соответствующей пробы может выходить из внутреннего объема и может направляться через соединительную линию во внешнее устройство, которое располагается, например в лаборатории. Следовательно, посредством установки соединительной линии, в частности, для газообразной фракции пробы вне сапунной трубки можно осуществлять важные процессы измерения, такие как анализ с помощью пламенно-ионизационного детектора, в котором используется пламя, которое способно вызывать горение газообразной фракции. Следовательно, можно выполнять требования безопасности и осуществлять измерения безопасным способом.
Согласно примерному варианту осуществления, по меньшей мере, одно устройство из первого пробоотборного устройства и второго пробоотборного устройства присоединяется посредством соединительной линии к внешнему устройству. В соответствующем внутреннем объеме соответствующий сепараторный блок отделяет газообразную фракцию от жидкой фракции соответствующей пробы. Газообразная фракция направляется через соединительную линию во внешнее аналитическое устройство. Жидкая фракция собирается, например, в стекловате сепараторного блока. После заданного периода времени отбора пробы внутри соответствующего пробоотборного устройства пропитанная стекловата может быть извлечена из соответствующего пробоотборного устройства. В лаборатории жидкая фракция отделяется от стекловаты, и анализируются количество и состав жидкой фракции. Следовательно, жидкая капельная фракция может быть измерена в автономном режиме (например, когда аналитическое устройство не находится внутри сапунной трубки) в лаборатории, в то время как анализ газа может осуществляться непрерывно в режиме реального времени (например, когда аналитическое устройство находится внутри сапунной трубки, и работает двигатель, например газовая турбина).
Соединительная линия может иметь длину, составляющую от приблизительно 5 м до приблизительно 25 м, в частности от 15 м до 20 м таким образом, что газообразная фракция может анализироваться на безопасном расстоянии по отношению к сапунной трубке. Кроме того, соединительная линия может иметь по всей длине нагревательную систему, такую как, например, нагревательная спираль, нагревательная оболочка или нагревательная рубашка, чтобы поддерживать на приблизительно неизменном уровне температуру и, следовательно, гидродинамические характеристики анализируемой газообразной фракции движущейся текучей среды. Следовательно, могут быть обеспечены объективные результаты анализа даже на расстоянии от сапунной трубки.
Согласно примерному варианту осуществления данного способа, измеряются скорость, давление и/или температура текучей среды, проходящей через сапунную трубку. Следовательно, можно определять гидродинамические характеристики текучей среды внутри сапунной трубки, таким образом, что регулируется, например, изокинетический отбор пробы.
В частности, согласно примерному варианту осуществления данного способа, диаметр открытой секции, по меньшей мере, одного устройства из первого пробоотборного устройства и второго пробоотборного устройства регулируется в зависимости от измеряемой скорости, измеряемого давления и/или измеряемой температуры текучей среды, проходящей через сапунную трубку, таким образом, что текучая среда движется в изокинетическом режиме через отверстие во внутренний объем соответствующего первого пробоотборного устройства или соответствующего второго пробоотборного устройства.
Следовательно, аналитическое устройство можно устанавливать в различных сапунных трубках, которым соответствуют, например, различные газовые турбины, причем аналитическое устройство можно регулировать в зависимости от индивидуальных гидродинамических характеристик текучей среды, проходящей через соответствующую сапунную трубку. Посредством регулирования диаметра отверстия соответствующего пробоотборного устройства регулирование при измерениях можно приспосабливать к различным технологическим условиям, таким образом, что изокинетический поток через отверстие обеспечивается даже при разнообразных технологических условиях.
Следовательно, аналитическое устройство может иметь разъемное соединение с сапунной трубкой, таким образом, что аналитическое устройство можно использовать для различных сапунных трубок, например различных газовых турбин.
Посредством установления одинаковой скорости текучей среды в первом пробоотборном устройстве, которое измеряет первое агрегатное состояние текучей среды, и в отдельном втором пробоотборном устройстве, которое измеряет второе агрегатное состояние текучей среды, обеспечивается приблизительно постоянное соотношение при распределении массы или объема между агрегатными состояниями (такими как жидкая и газовая фазы) в первой пробе и второй пробе. Следовательно, достигаются более надежные результаты измерения. Если известны гидродинамические характеристики текучей среды внутри сапунной трубки и выбрано надлежащее отверстие открытой секции, обеспечивается изокинетический поток внутри соответствующего внутреннего объема соответствующего пробоотборного устройства, что улучшает измерение пробы, в частности жидкой фракции пробы.
Следует отметить, что варианты осуществления настоящего изобретения описаны по отношению к различным предметам настоящего изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления описаны по отношению к типам устройств, заявленных в формуле настоящего изобретения, в то время как другие варианты осуществления по отношению к типам способов, заявленных в формуле настоящего изобретения. Однако специалист в данной области техники, который использует представленное выше и ниже описание, что, если не определены другие условия, в дополнение к любому сочетанию отличительных признаков, принадлежащих одному типу предмета настоящего изобретения, любое сочетание отличительных признаков, относящихся к различным предметам настоящего изобретения, в частности сочетание отличительных признаков типов устройств и способов, которые заявлены в формуле настоящего изобретения, также считается описанным в рамках настоящей заявки.
Краткое описание чертежей
Аспекты, которые определены выше, и дополнительные аспекты настоящего изобретения становятся очевидными из примеров вариантов осуществления, которые описываются ниже и разъясняются по отношению к примерным вариантам осуществления. Далее настоящее изобретение будет описано более подробно с представлением примерных вариантов осуществления, которыми, однако, не ограничивается настоящее изобретение.
Фиг. 1 представляет схематическое изображение аналитического устройства согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2 представляет изображение поперечного сечения сапунной трубки аналитического устройства согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 3 представляет схематическое изображение пробоотборного устройства согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения и
фиг. 4 представляет схематическое изображение изокинетического потока текучей среды, поступающего в открытую секцию соответствующего пробоотборного устройства.
Подробное описание изобретения
Иллюстрации на данных чертежах являются схематическими. Следует отметить, что на различных чертежах аналогичные или идентичные элементы имеют одинаковые условные обозначения.
Фиг. 1 представляет аналитическое устройство 100 для анализа состава текучей среды газовой турбины. Аналитическое устройство 100 включает сапунную трубку 130, первое пробоотборное устройство 110 и второе пробоотборное устройство 120. Сапунная трубка 130 присоединяется к газовой турбине таким образом, что часть текучей среды, такой как масляный туман из подшипниковой секции газовой турбины, проходит через сапунную трубку 130 в направлении потока 104. Первое пробоотборное устройство 110 отбирает первую пробу текучей среды и необязательно анализирует эту первую пробу. Второе пробоотборное устройство 120 отбирает вторую пробу текучей среды и необязательно анализирует эту вторую пробу.
Первое пробоотборное устройство 110 и второе пробоотборное устройство 120 располагаются внутри сапунной трубки 130, таким образом, что текучая среда имеет одинаковые гидродинамические характеристики на переднем конце (выпускном конце) первого пробоотборного устройства 110 и на переднем конце (выпускном конце) второго пробоотборного устройства 120. Чтобы обеспечивались одинаковые гидродинамические характеристики текучей среды в первом пробоотборном устройстве 110 и втором пробоотборном устройстве 120, первое пробоотборное устройство 110 и второе пробоотборное устройство 120 имеют одинаковое расстояние d до стенки 132 сапунной трубки 130. Это расстояние d можно видеть на изображении поперечного сечения на фиг. 2.
Сапунная трубка 130 включает центральную ось 131, которая может представлять собой, например, ось симметрии сапунной трубки 130. Центральную ось 131 окружает стенка 132 трубки. Первое пробоотборное устройство 110 включает первую открытую секцию 112, через которую проба текучей среды, проходящей через сапунную трубку 130, может поступать в первое пробоотборное устройство 110. Первая проба может протекать далее во внутренний объем V1 первого пробоотборного устройства 110. Во внутреннем объеме V1 первого пробоотборного устройства 110 первая проба может разделяться на первую фракцию, имеющую первое агрегатное состояние, и вторую фракцию, имеющую второе агрегатное состояние.
Первое агрегатное состояние может представлять собой газообразное агрегатное состояние, и второе агрегатное состояние может представлять собой жидкое агрегатное состояние первой пробы. Первая фракция и вторая фракция могут разделяться посредством сепараторного блока, который может включать, например, фильтр 301 (см. фиг. 3). Из внутреннего объема V1 первого пробоотборного устройства 110 выходит соединительная линия 111, с которой соединяется внешнее устройство, такое как управляющее устройство или дополнительное аналитическое устройство. Первая соединительная линия 111 может представлять собой информационную линию или линию текучей среды, которая направляет первую и/или вторую фракцию первой пробы, например, во внешний аналитический блок.
Кроме того, во внутреннем объеме V1 может быть установлен внутренний аналитический блок, такой как, например, инфракрасный спектрофотометр.
Как можно видеть, к первому пробоотборному устройству 110 может присоединяться датчик температуры 101 (например, резистивный термометр или термопара) и датчик давления 102, таким образом, что могут измеряться гидродинамические характеристики текучей среды и/или первой пробы.
Открытая секция 112 первого пробоотборного устройства 110 включает отверстие, имеющее заданный диаметр, таким образом, что текучая среда имеет возможность перемещения во внутренний объем V1. Кроме того, открытая секция 112 может представлять собой секцию соплового типа, которая может иметь разъемное соединение с корпусом первого пробоотборного устройства 110. Как можно видеть на фиг. 1, открытая секция 112 может иметь клинообразную форму, чтобы улучшать обтекаемость первого пробоотборного устройства 110.
Кроме того, второе пробоотборное устройство 120 может располагаться с заданным аксиальным сдвигом x вдоль центральной оси 131 по отношению к первому пробоотборному устройству 110. Следовательно, если устанавливается заданный сдвиг x между двумя пробоотборными устройствами 110, 120, может уменьшаться турбулентность текучей среды, которая проходит через первое пробоотборное устройство 110, таким образом, что в расположенной на выпуске второй открытой секции 122 второго пробоотборного устройства 120 снова достигается почти ламинарное и невозмущенное движение текучей среды внутри сапунной трубки 130. Следовательно, гидродинамические характеристики и параметры текучей среды в первой открытой секции 112 являются идентичными гидродинамическим параметрам текучей среды во второй открытой секции 122. Таким образом, обеспечивается более точное извлечение и аналитическое исследование первой пробы и второй пробы.
Аналогично первому пробоотборному устройству 110, второе пробоотборное устройство 120 содержит второй внутренний объем V2. Вторая соединительная линия 121 может соединять второе пробоотборное устройство 120 и (дополнительный) внешний аналитический блок или (дополнительный) блок управления.
Кроме того, как можно видеть на фиг. 1, первое пробоотборное устройство 110 и второе пробоотборное устройство 120 могут прикрепляться к трубной вставке 103, причем трубная вставка 103 может иметь разъемное соединение, например, с фланцем сапунной трубки 130. Следовательно, трубную вставку 103 вместе с первым пробоотборным устройством 110 и вторым пробоотборным устройством 120 можно использовать для множества различных сапунных трубок 130. Следовательно, может быть изготовлено универсальное аналитическое устройство 100.
Трубная вставка 103 может иметь длину в аксиальном направлении вдоль центральной оси 131, которая составляет от приблизительно 350 мм до приблизительно 450 мм. Каждое устройство из первого пробоотборного устройства 110 и второго пробоотборного устройства 120 может иметь длину в аксиальном направлении, составляющую от приблизительно 110 мм до приблизительно 130 мм. Сдвиг x между задним концом (выпускным концом) первого пробоотборного устройства 110 и передним концом (впускным концом) второго пробоотборного устройства 120 может составлять от приблизительно 90 мм до приблизительно 110 мм. Сапунная трубка 130 может иметь диаметр, составляющий от приблизительно 90 мм до приблизительно 110. В частности, сдвиг x может принимать приблизительно такое же значение, как диаметр сапунной трубки 130. Представленные выше размеры могут изменяться в зависимости от размера газовой турбины.
Фиг. 2 представляет изображение поперечного сечения сапунной трубки 130 и соответствующего первого пробоотборного устройства 110 и второго пробоотборного устройства 120. Чтобы определить соответствующего расположение первого пробоотборного устройства 110 и второго пробоотборного устройства 120, проведен круг r, который имеет такой же радиус по отношению к центральной оси 131. Как можно видеть на фиг. 2, первое пробоотборное устройство 110 и второе пробоотборное устройство 120 располагаются внутри сапунной трубки 130 таким образом, что существует одинаковое расстояние от стенки 132 сапунной трубки 130 до (например, открытой секции 112) первого пробоотборного устройства 110 и до (например, второй открытой секции 122) второго пробоотборное устройство 120. Следовательно, текучая среда, которая движется по направлению к первому пробоотборному устройству 110 и второму пробоотборному устройству 120, имеет одинаковую скорость. Следовательно, могут быть точнее отобраны первая и вторая пробы, которые имеют одинаковые гидродинамические характеристики. Таким образом, могут быть обеспечены более эффективные результаты измерений.
В частности, первое пробоотборное устройство 110 и второе пробоотборное устройство 120 располагаются внутри сапунной трубки 130 таким образом, что центральная ось 131 находится на одинаковом расстоянии от (например, открытой секции 112) первого пробоотборного устройства 110 и от (например, второй открытой секции 122) второго пробоотборного устройства 120. Кроме того, существует расстояние в радиальном направлении от (например, открытой секции 112) первого пробоотборного устройства 110 до (например, второй открытой секции 122) второго пробоотборного устройства 120, причем оба пробоотборные устройства 110, 120 могут находиться на одинаковом расстоянии от стенки 132 трубки и/или центральной оси 131. Следовательно, пробоотборные устройства 110, 120 сдвинуты по отношению друг к другу вокруг центральной оси 131. Радиальное направление представляет собой направление, которое является перпендикулярным по отношению к центральной оси 131, и которое пересекается с центральной осью 131.
Как представлено на фиг.2, первое пробоотборное устройство 110 и второе пробоотборное устройство 120 располагаются внутри сапунной трубки 130, таким образом, что существуют различные окружные положения на кругу r для (например, открытой секции 112) первого пробоотборного устройства 110 и для (например, второй открытой секции 122) второго пробоотборного устройства 120. В частности, существует первое положение на кругу r для (например, открытой секции 112) первого пробоотборного устройства 110, и существует второе положение на кругу r для (например, второй открытой секции 122) второго пробоотборного устройства 120, причем второе положение находится на расстоянии от центральной оси 131 в противоположном направлении по отношению к первому положению.
На фиг. 2 представлена защитная планка, посредством которой первое пробоотборное устройство 110 и второе пробоотборное устройство 120 защищены вдоль центральной оси 131, и которая функционирует как защитное устройство. Как представлено на фиг. 2, первое пробоотборное устройство 110 и второе пробоотборное устройство 120 находятся на расстоянии вдоль центральной оси 131 и отделяются друг от друга в пределах защитной планки. Следовательно, поток текучей среды вдоль центральной оси 131 у второго расположенного ниже по потоку пробоотборного устройства 120 не возмущается расположенным выше по потоку первым пробоотборным устройством 110.
Кроме того, на фиг. 1 представлены датчик температуры 101 и датчик давления 102. Датчики температуры 101 и отверстие трубки Пито датчика давления 102 могут измерять соответствующие параметры текучей среды, которая движется в области круга r. Следовательно, могут быть измерены температура и давление, которые представляют собой одинаковые и сопоставимые параметры текучей среды, поступающей в соответствующее пробоотборное устройство 110, 120. Используемый температурный датчик 101 может представлять собой термометр, например резистивный термометр, или он может представлять собой, например, термопару.
Фиг. 3 представляет примерный вариант осуществления пробоотборного устройства 300. Пробоотборное устройство 300 может быть установлено внутри сапунной трубки 130 для первого пробоотборного устройства 110 или для второго пробоотборного устройства 120. Как можно видеть на фиг. 3, пробоотборное устройство 300 включает открытую секцию 302, которая может находиться в разъемном соединении с пробоотборным устройством 300. Направление входящего потока показано стрелкой на фиг. 3. Пробоотборное устройство 300 включает фильтр 301, который установлен во внутреннем объеме V1 пробоотборного устройства 300. Фильтр 301 может представлять собой часть сепараторного блока. Фильтр 301 может быть изготовлен из кварцевой или стеклянной ваты, таким образом, что жидкая часть соответствующей пробы может отделяться и собираться внутри фильтра 301.
Фиг. 4 представляет схематическое изображение изокинетического потока текучей среды, которая поступает в отверстие открытой секции 302. Как также можно видеть на фиг. 4, линии потока текучей среды являются параллельными направлению открытой секции 302 соответствующего пробоотборного устройства 300. Следовательно, соответствующая проба может быть отобрана в невозмущенном режиме.
Следует отметить, что термином «включающий» не исключаются другие элементы или стадии, и неопределенными артиклями «a» или «an» не исключается множественное число. Кроме того, элементы, описанные в связи с различными вариантами осуществления, могут объединяться. Следует также отметить, что условные обозначения в формуле настоящего изобретения не следует истолковывать как ограничивающие объем данной формулы изобретения.