Szafirowy czujnik mierzący zmiany ciśnienia wewnątrz komory spalania

Szafirowy czujnik mierzący zmiany ciśnienia wewnątrz komory spalania

Miniaturowy szafirowy czujnik ciśnienia mogący działać w temperaturach przekraczających tysiąc stopni Celsjusza posłuży do monitorowania pulsacji wewnątrz komór spalania turbin gazowych, miejsc zbyt gorących dla innych dostępnych na rynku czujników.

Czujnik Oxsensis Wave-Phire ma pomóc operatorom monitorować w czasie rzeczywistym dynamikę spalania oraz informować ich o pojawiających się anomaliach.

Nowy elastyczny czujnik może być mocowany do ściany komory spalania turbiny gazowej podczas, gdy konwencjonalne czujniki muszą być montowane na zewnątrz komory w ochronnych, żaroodpornych pojemnikach. Takie znajdujące się na zewnątrz czujniki są jednak mniej wrażliwe na pulsacje ciśnienia wewnątrz komory, gdyż sygnał traci na jakości przechodząc przez ściany komory.

John Drake z Oxsensis przekonuje, że czujnik Wave-Phire może działać wewnątrz komory spalania dzięki głowicy wykonanej z pojedynczego kryształu szafiru, którego temperatura topnienia wynosi 2053 stopni Celsjusza. Jest ona również odporna na korozję oraz czynniki chemiczne. „Konwencjonalne czujniki ciśnienia bazują na materiałach piezoelektrycznych, co oznacza, że wytwarzają one ładunek elektryczny gdy są ściskane.” – powiedział Drake. „Materiały te tracą jednak w wysokich temperaturach swoje własności.”

Wave-Phire bardziej niż urządzeniem elektrycznym, jest optycznym. Pomiaru zmian ciśnienia dokonuje techniką interferencyjną. Podstawą urządzenia jest wnęka interferometru. Jednym z elementów czujnika jest szafirowa membrana, która wygina się pod wpływem zmian ciśnienia w komorze. Gdy membrana się porusza, zmienia wielkość i charakterystykę wnęki.

Wiązka laserowa jest stale skierowana na wnękę i odbijana z powrotem. Natężenie światła powracającego po odbiciu zależy od wielkości oraz charakterystyki wnęki.

Odbity sygnał optyczny wędruje następnie światłowodem do układu sterującego znajdującego się poza turbiną, który konwertuje sygnał w gotowy odczyt zmian ciśnienia.

Czujniki tego rodzaju są szczególnie potrzebne w systemach spalania tlenku azotu (NOx). turbiny te spalają uboższą mieszankę paliwa i powietrza, a także obniża maksymalną temperaturę w strefie spalania. Pozwala to zmniejszyć zanieczyszczenie tlenkiem azotu, jednakże czyni płomień wewnątrz komory bardziej niestabilnym.

Z tego powodu komory spalania są bardziej narażone na duże pulsacje ciśnienia, które mogą skutkować pojawianiem się takich problemów, jak rezonans akustyczny, który może spowodować uszkodzenie systemu spalania. Czujniki Wave-Phire zaprojektowane są tak, by wspierać operatorów w wykrywaniu wszelkich niestabilności płomienia zanim te spowodują poważne i kosztowne konsekwencje.

Drake stwierdza, że czujniki turbiny gazowej Wave-Phire skonstruowane zostały zarówno dla generatorów naziemnych jak silników działających w powietrzu. Firma prowadzi obecnie testy współpracując, między innymi, z Rolls-Roycem i Siemensem.

Oxsensis pracuje obecnie nad czujnikiem, który będzie w stanie mierzyć równocześnie ciśnienie i temperaturę. technologia ta ma wykorzystywać tę samą głowice czujnika, różnić się ma natomiast techniką przetwarzania informacji.

(lk)