DE10340690A1 - Sensor for measuring gas pressure in air inlet in front of compressor stage of a driving mechanism of an aircraft jet engine has pressure measuring line for introducing gas from chamber, and surrounded by water-repelling sensor core - Google Patents

Sensor for measuring gas pressure in air inlet in front of compressor stage of a driving mechanism of an aircraft jet engine has pressure measuring line for introducing gas from chamber, and surrounded by water-repelling sensor core Download PDF

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Abstract

The sensor (20.1) comprises a pressure measuring line (30) for introducing gas from a chamber (100), and a water-repelling sensor core (40) surrounding the pressure measuring line. The sensor is positioned so that one end (60) of the pressure measuring line opening into the chamber is the lowermost region of the pressure measuring line. An independent claim is also included for a gas turbine comprising the above sensor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonde zur Messung des Drucks eines Gases in einem Raum, insbesondere in einem Lufteinlauf vor einer Verdichterstufe eines Strahltriebwerks.The The invention relates to a probe for measuring the pressure of a gas in a room, in particular in an air inlet in front of a compressor stage a jet engine.

Eine Sonde nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus DE 19645164 C1 bekannt. Die Sonde, dort Luftdruck-Messfühler genannt, misst den Druck einer Luftströmung oder Luftmasse, z. B. den Luftdruck im Lufteinlauf eines Strahltriebwerks eines Flugzeugs. Bei Flügen in Bodennähe und relativ hoher Luftfeuchte droht bei einer Temperatur um 0°C eine Vereisung der Druckmessleitung. Daher ist die Druckmessleitung flächig von einem ringförmigen Heizelement umgeben.A probe according to the preamble of claim 1 is made DE 19645164 C1 known. The probe, there called air pressure sensor, measures the pressure of an air flow or air mass, z. B. the air pressure in the air inlet of a jet engine of an aircraft. In the case of flights close to the ground and a relatively high air humidity, icing of the pressure measuring line threatens at a temperature of around 0 ° C. Therefore, the pressure measuring line is areally surrounded by an annular heating element.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckmesssonde nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die keine Beheizung aufweist und die dennoch auch dann eine fehlerfreie Druckmessung ermöglicht, wenn das Gas, dessen Druck zu messen ist, feucht und kalt ist und daher eine Vereisung sowohl der Messbohrung als auch der Druckmessleitung droht.Of the Invention is based on the object, a pressure measuring probe after the To provide preamble of claim 1, which has no heating and which nevertheless allows error-free pressure measurement, when the gas whose pressure is to be measured is moist and cold and therefore icing both the measuring bore and the pressure measuring line threatening.

Die Aufgabe wird durch eine Sonde nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The The object is achieved by a probe according to claim 1. advantageous Embodiments are specified in the subclaims.

Die Erfindung sieht vor, dass der Sondenkern wasserabweisend ist. Die wasserabweisende Wirkung wirkt sich mindestens auf die durch den Sondenkern gebildete Wand der Druckmessleitung und die Umgebung des in den Raum mündenden Endes der Druckmessleitung aus. Wasser, das sich als Feuchtigkeit im Gas befindet, kann wegen der wasserabweisenden Gestaltung nicht zu einer vollständigen Benetzung der Druckmessleitung in Form einer Schicht und Blockage der Messleitung führen. Aufgrund der wasserabweisenden Gestaltung vermögen Wassertropfen die Wand der Druckmessleitung nicht zu benetzen, vielmehr bildet das kondensierte Wasser Perlen auf der Wand, welche abtropfen.The Invention provides that the probe core is water repellent. The water-repellent effect affects at least that through the probe core formed wall of the pressure measuring line and the environment of the in the Opening up the room End of the pressure measuring line off. Water that turns out to be moisture in the gas, can not because of the water-repellent design to a complete Wetting of the pressure measuring line in the form of a layer and blockage lead the measuring line. Due to the water-repellent design, water droplets are able to fill the wall not to wet the pressure measuring line, but rather forms the condensed Water beads on the wall, which drip off.

Zudem verhindert die erfindungsgemäße Druckmesssonde, dass sich auf der Stirnseite des Sondenkerns zum Raum hin eine Eisfläche aufbauen kann, womit ein Verschließen der Messbohrung durch Eis unterbunden wird.moreover prevents the pressure measuring probe according to the invention that an ice surface can build up on the front side of the probe core towards the room, what a closure the measuring bore is prevented by ice.

Weiterhin sieht die Erfindung eine bestimmte Positionierung der Sonde vor. Die Sonde ist dabei so positioniert, dass das in den Raum mündende Ende der Druckmessleitung tiefer liegt als die anderen Bereiche der Druckmessleitung. Das kondensierte Wasser tropft aufgrund der Schwerkraft aus der Druckmessleitung nach unten ab, bevor diese vereist oder blockiert und dadurch die Druckmessung beeinträchtigt oder verfälscht.Farther the invention provides a specific positioning of the probe. The probe is positioned so that the opening into the room end of Pressure measuring line is lower than the other areas of the pressure measuring line. The condensed water drips from gravity due to gravity Lower pressure measuring line before it ices or blocks and thereby affect or distort the pressure measurement.

Durch die erfindungsgemäße Positionierung der Sonde und durch die wasserabweisende Gestaltung des Sondenkerns erübrigt sich die Beheizung der Druckmessleitung. Damit wird das Gewicht reduziert und eine Stromversorgung für die Beheizung sowie eine Einrichtung, die diese Beheizung überwacht und Fehlfunktionen der Beheizung aufzeichnet und/oder meldet, überflüssig.By the positioning of the invention Probe and by the water-repellent design of the probe core Needless the heating of the pressure measuring line. This will be the weight reduced and a power supply for heating as well Device that monitors this heating and malfunctions the heating records and / or reports, superfluous.

Die erfindungsgemäße Sonde lässt sich sowohl dafür verwenden, den Innendruck in einem von einem Gehäuse umgebenden Raum zu messen, als auch zur Messung des Außendrucks, z. B. des Luftdrucks an einer bestimmten Stelle. Das Gehäuse kann hierbei den Raum ganz oder teilweise umschließen. Der Raum ist beispielsweise ein Lufteinlauf einer Gasturbine (Anspruch 11), insbesondere ein Lufteinlauf vor einem Niederdruck-Verdichter.The inventive probe let yourself both for that use to measure the internal pressure in a space surrounding a housing, as well as for measuring the external pressure, z. B. the air pressure at a certain point. The housing can enclose the room completely or partially. The room is for example an air inlet of a gas turbine (claim 11), in particular a Air intake before a low-pressure compressor.

Vorzugsweise wird der Sondenkern aus wasserabweisendem Kunststoff, z. B. Teflon, hergestellt (Anspruch 3, Anspruch 4).Preferably is the probe core made of water-repellent plastic, z. B. Teflon, prepared (claim 3, claim 4).

Die Ausgestaltung nach Anspruch 5 sieht zusätzlich einen Sondenkopf vor, der wenigstens einen Teil des Sondenkerns umgibt. Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn der Sondenkern über den Sondenkopf am Gehäuse befestigt wird. Dabei befindet sich der Sondenkern überwiegend in der Gehäusewandung und wird außerhalb dieser zumindest teilweise, insbesondere in Umfangsrichtung, vom Sondenkopf kraftschlüssig umgeben. Der Sondenkopf ist mit dem Gehäuse verbunden, insbesondere verschraubt und fixiert somit auch den Sondenkern. Zudem kann der Sondenkopf in dieser Konstellation die Gasleitungen aufnehmen, die das entnommene Gas bzw. den entnommenen Gasdruck zur angeschlossenen Messeinrichtung (Drucksensoren) weiterleiten. Dieser Sondenkopf ist mit einem wasserabweisenden Material beschichtet. Dadurch vermeidet er, dass sich Wasser auf ihm niederschlägt, vereist, den Sondenkern abkühlt und dadurch die Druckmessung beeinträchtigt oder ver fälscht. Zudem wird der Innenraum des Sondenkopfes dadurch nicht weiter abgekühlt, so dass auch im Innern befindliches kondensiertes Wasser nicht gefriert.The Embodiment according to claim 5 additionally provides a probe head, which surrounds at least a part of the probe core. This is above all then advantageous if the probe core attached to the housing via the probe head becomes. The probe core is located predominantly in the housing wall and will be outside this at least partially, in particular in the circumferential direction of the Probe head non-positive surround. The probe head is connected to the housing, in particular screwed and fixed thus also the probe core. In addition, the probe head in this constellation, take up the gas pipes that removed the Gas or the withdrawn gas pressure to the connected measuring device Forward (pressure sensors). This probe head is water repellent Coated material. By doing so, he avoids getting water on knock him down, ices, cooling the probe core and thereby affect the pressure measurement or ver falsified. moreover the interior of the probe head is thereby not further cooled, so that even condensed water inside does not freeze.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:in the The following will be an embodiment of Invention described in more detail with reference to the accompanying drawings. Showing:

1 die Positionierung von zwei Sonden in einem Lufteinlauf als dem Gehäuse; 1 the positioning of two probes in an air inlet as the housing;

2 den Aufbau einer dieser Sonden; 2 the construction of one of these probes;

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Sonde in einem Lufteinlauf vor einem Niederdruck-Verdichter einer Gasturbine. Der Lufteinlauf 10 fungiert in diesem Beispiel als ein den Raum 100 wenigstens teilweise umgebendes Gehäuse. Der vom Lufteinlauf 10 umschlossene Raum 100 ist in diesem Beispiel annähernd rotationssymmetrisch um die Längsachse L des Triebwerks. In der oberen Hälfte sind zwei Sonden (durch strichgepunkteten Kreis markiert) in derselben Ebene, die senkrecht auf der Längsachse L steht, angebracht.The exemplary embodiment relates to a probe in an air inlet in front of a low-pressure compressor of a gas turbine. The air inlet 10 in this example, it acts as the space 100 at least partially surrounding housing. The from the air inlet 10 enclosed space 100 In this example, it is approximately rotationally symmetrical about the longitudinal axis L of the engine. In the upper half, two probes (marked by dot-dashed circle) are mounted in the same plane perpendicular to the longitudinal axis L.

1 zeigt einen Querschnitt durch den Lufteinlauf 10. Der Lufteinlauf 10 umschließt einen Raum 100, der in Richtung der Längsachse L von Luft durchströmt wird, deren statischer Druck zu messen ist. Die elektronische Regeleinheit 200 dient zur Steuerung des Triebwerks. 1 shows a cross section through the air inlet 10 , The air inlet 10 encloses a room 100 , which is traversed in the direction of the longitudinal axis L of air whose static pressure is to be measured. The electronic control unit 200 is used to control the engine.

In den Lufteinlauf 10 sind zwei Sonden 20.1 und 20.2 so eingelassen, dass die zum Raum 100 zeigenden Seiten bündig mit der an den Raum 100 angrenzenden Oberfläche 90 des Lufteinlaufs 10 abschließt. Die Positionen der beiden Sonden 20.1, 20.2 sind durch Winkel α = 60° bzw. β = –62° aus der Vertikalen V verschoben.In the air inlet 10 are two probes 20.1 and 20.2 so embedded that to the room 100 facing sides flush with the room 100 adjacent surface 90 the air inlet 10 concludes. The positions of the two probes 20.1 . 20.2 are shifted from the vertical V by angles α = 60 ° and β = -62 °, respectively.

Die Sonden 20.1 und 20.2 arbeiten nach einem dem Fachmann geläufigen Prinzip der Druckmessung. Derartige Prinzipien sind z. B. aus „Dubbel – Taschenbuch für den Maschinenbau", 20. Auflage, Springer-Verlag, 2001, Abschnitt 2.5.4 „Druckmesstechnik", sowie aus EP 834743 B1 , EP 314447 B1 , US 4,730,487 , DE 3604335 A1 und DE 1573533 A1 bekannt.The probes 20.1 and 20.2 work according to a familiar to the expert principle of pressure measurement. Such principles are for. B. from "Dubbel - Paperback for Mechanical Engineering", 20th edition, Springer-Verlag, 2001, Section 2.5.4 "pressure measurement", as well as from EP 834743 B1 . EP 314447 B1 . US 4,730,487 . DE 3604335 A1 and DE 1573533 A1 known.

In 2 werden die Bestandteile der Sonde 20.1 gezeigt. Die Druckmessleitung 30 steht senkrecht auf dem Lufteinlauf 10 und ist auf voller Länge von einem Sonden kern 40 umgeben. Beispielsweise ist die Druckmessleitung 30 als Bohrung durch den Sondenkern 40 oder als Aussparung im Sondenkern 40 gestaltet. Das Ende 60 der Druckmessleitung 30 mündet in den Raum 100. Der Sondenkern 40 schließt bündig mit der Oberfläche 90 des Lufteinlasses 10 ab. Das andere Ende 70 der Druckmessleitung 30 ist mit einer weiteren Druckmessleitung 80 verbunden, die über Druckschläuche 80.1 die Sonden 20.1, 20.2 untereinander und mit einer Messeinheit verbindet (siehe auch 1).In 2 become the components of the probe 20.1 shown. The pressure measuring line 30 is perpendicular to the air inlet 10 and is full length of a probe core 40 surround. For example, the pressure measuring line 30 as a hole through the probe core 40 or as a recess in the probe core 40 designed. The end 60 the pressure measuring line 30 flows into the room 100 , The probe core 40 closes flush with the surface 90 the air intake 10 from. The other end 70 the pressure measuring line 30 is with another pressure measuring line 80 connected via pressure hoses 80.1 the probes 20.1 . 20.2 connecting with each other and with a measuring unit (see also 1 ).

Der Sondenkern 40 ist in seinem unteren Bereich im Lufteinlauf 10 eingelassen. Der nicht vom Lufteinlauf 10 umgebene obere Bereich des Sondenkerns 40 ist von einem Sondenkopf 50 kraftschlüssig umgeben. Der Sondenkopf 50 hat in diesem Beispiel die Form eines Quaders mit abgerundeten Ecken. Die Sonde ist mittels des Sondenkopfs über Schrauben 110 und selbstsichernde Gewindeeinsätze oder Muttern 120 fest mit dem Lufteinlauf verbunden. Die übrigen Bestandteile der Sonde 20.1, z. B. eine Druckmessdose als Messeinheit, sind in 2 nicht dargestellt.The probe core 40 is in its lower part in the air inlet 10 admitted. The not from the air inlet 10 surrounded upper region of the probe core 40 is from a probe head 50 surrounded frictionally. The probe head 50 has in this example the shape of a cuboid with rounded corners. The probe is by means of the probe head via screws 110 and self-locking threaded inserts or nuts 120 firmly connected to the air inlet. The remaining components of the probe 20.1 , z. As a pressure cell as a measuring unit, are in 2 not shown.

Der die Druckmessleitung 30 umgebende Sondenkern 40 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus Teflon hergestellt. Teflon ist ein wasserabweisender Kunststoff. Für den Sondenkopf 50 wird im vorliegenden Beispiel Titan oder rostfreier Stahl verwendet. Der Sondenkopf 50 ist wasserabweisend beschichtet, und zwar vorzugsweise dergestalt, dass der Lotuseffekt auftritt. Durch Ausnutzung des Lotuseffekts werden selbstreinigende Oberflächen bereitgestellt. Winzige Erhebungen bewirken beim Lotuseffekt eine Noppenstruktur, auf der Wasser und Schmutz nicht haften bleiben können. Erreicht wird diese Noppenstruktur durch Basislackierung und Deckschicht mit strukturbildenden Partikeln. Beispielsweise wird eine hydrophobe Oberfläche hergestellt, die Partikel mit einer Größe im Mikrometerbereich bis Submikrometerbereich aufweisen, welche wiederum eine zerklüftete Struktur im Nanometerbereich aufweisen. Die wasserabweisende Gestaltung des Sondenkopfes 50 bewirkt, dass sich kein Wasser auf ihm niederschlagen und vereisen kann. Damit vermeidet die wasserabweisende Gestaltung des Sondenkopfs 50, dass die weitere Druckmessleitung 80 durch Eisbildung abkühlt, was die Druckmessung beeinträchtigen oder verfälschen würde.The pressure measuring line 30 surrounding probe core 40 is made of Teflon in this embodiment. Teflon is a water-repellent plastic. For the probe head 50 In the present example titanium or stainless steel is used. The probe head 50 is water-repellent coated, preferably in such a way that the lotus effect occurs. By utilizing the lotus effect, self-cleaning surfaces are provided. Tiny elevations cause the lotus effect a nub structure on which water and dirt can not stick. This nub structure is achieved by base coating and top coat with structure-forming particles. For example, a hydrophobic surface is produced which has particles ranging in size from micrometer to submicrometer, which in turn have a rugged structure in the nanometer range. The water-repellent design of the probe head 50 ensures that no water can precipitate on it and freeze. This avoids the water-repellent design of the probe head 50 in that the further pressure measuring line 80 cooled by ice formation, which would affect or distort the pressure measurement.

Im vorliegenden Beispiel verlaufen die Druckmessleitungen 30 der Sonden 20.1, 20.2 senkrecht zur Oberfläche des Lufteinlaufs 10, es ist jedoch auch möglich, dass die Druckmessleitung 30 mit einer Senkrechten auf dem Gehäuse einen Winkel ungleich Null Grad einschließt und sie somit schräg in der Wandung des Lufteinlaufes 10 verläuft.In the present example, the pressure measuring lines run 30 the probes 20.1 . 20.2 perpendicular to the surface of the air inlet 10 However, it is also possible that the pressure measuring line 30 with a perpendicular to the housing encloses an angle not equal to zero degrees and thus obliquely in the wall of the air inlet 10 runs.

1010
Lufteinlauf eines Niederdruck-Verdichters als Gehäuseair inlet a low-pressure compressor as a housing
20.1, 20.220.1, 20.2
DruckmesssondenPressure probes
3030
DruckmessleitungPressure gauge line
4040
Sondenkernprobe core
5050
Sondenkopfprobe head
6060
unteres Ende der Druckmessleitung 30 lower end of the pressure measuring line 30
7070
oberes Ende der Druckmessleitung 30 Upper end of the pressure measuring line 30
8080
weitere DruckmessleitungFurther Pressure gauge line
80.180.1
Druckschläuchepressure hoses
9090
Oberfläche des Lufteinlaufs 10 Surface of the air inlet 10
100100
Vom Lufteinlauf 10 umgebener RaumFrom the air inlet 10 surrounded space
110110
Schraubenscrew
120120
Muttern oder Gewindeeinsatz (selbstsichernd)nuts or threaded insert (self-locking)
200200
Regeleinheit (elektronisch)control unit (Electronically)

Claims (11)

Sonde (20.1, 20.2, ...) zur Messung des Drucks eines Gases in einem Raum (100), wobei die Sonde – eine Druckmessleitung (30) für die Zuführung von Gas aus dem Raum (100) und – einen die Druckmessleitung umgebenden Sondenkern (40) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass – der Sondenkern (40) wasserabweisend ist und – die Sonde (20.1, 20.2, ...) so positioniert ist, dass ein in den Raum mündendes Ende (60) der Druckmessleitung (30) der vertikal am tiefsten liegende Bereich der Druckmessleitung (30) ist.Probe ( 20.1 . 20.2 , ...) for measuring the pressure of a gas in a room ( 100 ), wherein the probe - a pressure measuring line ( 30 ) for the supply of gas from the room ( 100 ) and - a probe core surrounding the pressure measuring line ( 40 ), characterized in that - the probe core ( 40 ) is water-repellent and - the probe ( 20.1 . 20.2 , ...) is positioned so that an end opening into the room ( 60 ) of the pressure measuring line ( 30 ) the vertically lowest lying region of the pressure measuring line ( 30 ). Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmessleitung (30) gerade ist.Probe according to claim 1, characterized in that the pressure measuring line ( 30 ) is straight. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sondenkern (40) aus wasserabweisendem Kunststoff ist.Probe according to claim 1 or 2, characterized in that the probe core ( 40 ) is made of water-repellent plastic. Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wasserabweisende Kunststoff Teflon ist.Probe according to claim 3, characterized in that the water repellent plastic is Teflon. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (20.1, 20.2, ...) einen wenigstens einen Teil des Sondenkerns (40) umgebenden Sondenkopf (50) umfasst, der mit einem wasserabweisenden Material beschichtet ist.Probe according to one of claims 1 to 4, characterized in that the probe ( 20.1 . 20.2 , ...) at least a part of the probe core ( 40 ) surrounding probe head ( 50 ) coated with a water-repellent material. Sonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sondenkopf (50) aus einem Metall ist.Probe according to claim 5, characterized in that the probe head ( 50 ) is made of a metal. Sonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Titan oder rostfreier Stahl ist.Probe according to claim 6, characterized in that the metal is titanium or stainless steel. Sonde nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wasserabweisende Beschichtung des Sondenkopfes (50) derart gestaltet ist, dass ein Lotuseffekt auftritt.Probe according to one of claims 5 to 7, characterized in that the water-repellent coating of the probe head ( 50 ) is designed such that a lotus effect occurs. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (20.1, 20.2, ...) fest mit einem wenigstens teilweise den Raum umgebenden Gehäuse (10) verbunden istProbe according to one of claims 1 to 8, characterized in that the probe ( 20.1 . 20.2 , ...) fixed to an at least partially surrounding the space housing ( 10 ) connected is Sonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (20.1, 20.2, ...) in der vertikal oberen Hälfte des Gehäuses (10) positioniert ist.Probe according to claim 9, characterized in that the probe ( 20.1 . 20.2 , ...) in the vertically upper half of the housing ( 10 ) is positioned. Gasturbine mit einem Lufteinlauf (10) mit mindestens einem Sensor (20.1, 20.2, ...) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Messung des Gasdrucks im Lufteinlauf (10).Gas turbine with an air inlet ( 10 ) with at least one sensor ( 20.1 . 20.2 , ...) according to one of claims 1 to 10 for measuring the gas pressure in the air inlet ( 10 ).
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