DE1294703B

DE1294703B - Arrangement of a thermocouple in a channel through which high pressure steam or gases flow, and a tool for inserting the thermocouple

Info

Publication number: DE1294703B
Application number: DE1962C0026541
Authority: DE
Original assignee: CERNY FRANTISEK
Current assignee: CERNY FRANTISEK
Priority date: 1962-03-20
Filing date: 1962-03-20
Publication date: 1969-05-08

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung eines Thermoelementes in einem von strömendem Hochdruckdampf oder von strömenden Gasen durchflossenen Kanal mittels einer hohlen Metallhülse, in der jeder Zuleitungsdraht zur messenden Kontaktstelle des Thermoelementes isoliert angeordnet ist und in der diese Stelle in Kontakt mit der Metallhülse steht, und ein Werkzeug zum Einsetzen des Thermoelementes in diese Hülse. The present invention relates to an arrangement of a thermocouple in one with flowing high-pressure steam or flowing gases flowing through it Channel by means of a hollow metal sleeve in which each lead wire is to be measured Contact point of the thermocouple is arranged insulated and in which this point is in contact with the metal sleeve, and a tool for inserting the thermocouple into this sleeve.

Für eine sichere und wirtschaftliche Steuerung des Betriebes von Dampfkesseln und Dampfturbinen ist es notwendig, die Temperatur von Frischdampf in der Rohrleitung hinter dem Kessel und vor der Turbine sowie auch in anderen Teilen der Dampfleitung zu messen. Zu diesem Zweck werden Temperaturmeßfühler verwendet, welche die Messung elektrisch mittels Thermoelementen und Widerstandsthermometern durchführen, welche in Hülsen angeordnet sind, die von der inneren Rohrwandung der Dampfleitung in diese hineinragen (USA.-Patentschrift 2 757 220). Bei hohen Werten von Druck und Temperatur und hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Dampfes in der Rohrleitung kommt es infolge von Schwingungen der frei in den Dampfstrom ragenden Hülsen, welche lediglich einseitig eingespannt sind, oftmals zu einem Bruch der Temperaturmeßhülsen in der Rohrleitung. Dieser Bruch wird durch die bei der Umströmung der Hülsen durch den Dampf auftretenden Kräfte, insbesondere Wirbelkräfte, (Karmann-Wirbel) hervorgerufen. Der Bruch der einseitig in die Wandung der Rohrleitung eingespannten Hülsen führt zu einem Eindringen der abgebrochenen Hülsen in die Turbine, bzw. irgendwelche anderen Dampfverbraucher, was zu schweren Beschädigungen führen kann. Zumindest macht der Bruch einer Hülse in jedem Falle eine Abstellung des Kessels, der Turbine und eventuell des ganzen Kraftwerkblocks erforderlich. For a safe and economical control of the operation of For steam boilers and steam turbines it is necessary to keep the temperature of live steam in the pipeline behind the boiler and in front of the turbine, as well as in other parts to measure the steam pipe. Temperature sensors are used for this purpose, which measure electrically using thermocouples and resistance thermometers perform, which are arranged in sleeves that extend from the inner pipe wall of the Steam line protrude into this (US Pat. No. 2,757,220). At high values of pressure and temperature and high flow velocities of the steam in the Pipeline occurs as a result of vibrations of the freely protruding into the steam flow Sleeves, which are only clamped on one side, often lead to breakage of the Temperature measuring sleeves in the pipeline. This break is caused by the flow around it of the sleeves due to the forces generated by the steam, in particular vortex forces (Karmann vortices) evoked. The break in the one-sided clamped in the wall of the pipeline Sleeves lead to penetration of the broken sleeves into the turbine or any other steam consumers, which can lead to serious damage. At least If a sleeve breaks, the boiler or the turbine will always be shut down and possibly the entire power plant block.

Man hat versucht, der Gefahr des Hülsenbruchs durch Verwendung von sehr starkwandigen Hülsen zu begegnen. Sehr große Wanddicken verursachen jedoch bei Temperaturänderungen des strömenden Dampfes eine unerwünscht große Verzögerung und Ungenauigkeit der Anzeige. Diese Nachteile beeinflussen die richtige Tätigkeit von automatischen Reglern sehr ungünstig, sind Ursache einer Verkürzung der Lebensdauer der gesamten Einrichtung und gefährden die Sicherheit. Darüber hinaus sind starkwandige Hülsen ein Hindernis in der Strömungsbahn des Dampfes und dadurch sowie durch die insbesondere an starkwandigen Hülsen hervorgerufenen Wirbel in der Dampfleitung von Nachteil. Attempts have been made to reduce the risk of sleeve breakage by using to encounter very thick-walled sleeves. However, very large wall thicknesses cause an undesirably long delay when the temperature of the flowing steam changes and inaccuracy of the display. These drawbacks affect proper activity of automatic controllers are very unfavorable, cause a shortening of the service life the entire facility and endanger security. They are also thick-walled An obstacle in the flow path of the steam and thereby as well as through the sleeves eddies in the steam pipe caused in particular by thick-walled sleeves disadvantageous.

Diese nachteiligen Wirkungen der Behinderung der Strömung treten auch bei einer Hülse auf, die an ihrem Ende Öffnungen aufweist, durch die der Dampf in die Hülse eintreten kann und hier im Inneren der Hülse an einem Thermoelement vorbeistreichen kann. Denn gerade diese Ausführung bringt eine besonders starkwandige Bauart der Hülse und einen besonders großen Hülsenquerschnitt mit sich (USA.-Patentschrift 2 971 997). These adverse effects of obstruction to flow occur also with a sleeve which has openings at its end through which the steam can enter the sleeve and here inside the sleeve on a thermocouple can sweep past. Because this version in particular brings a particularly thick-walled one Design of the sleeve and a particularly large sleeve cross-section with it (USA.-Patent 2 971 997).

Nicht nur bei der Messung von Dampftemperaturen sind in Hülsen untergebrachte Thermoelemente bekanntgeworden, sondern auch bei den Pyrometern,. welche zur Messung der Temperatur in geschmolzenen Metallen dienen. Bei diesen Meßinstrumenten sind die Hülsen aus Graphit, Plumbago oder Siliciumcarbid hergestellt. In einer bekannten Ausführungs- form (USA.-Patentschrift 1 660 504) ist die Hülse konusförmig ausgebildet und weist am Ende eine Verengung auf, in welcher die Lötstelle des Thermoelementes untergebracht ist. In einer anderen bekannten Ausführungsform (deutsches Gebrauchsmuster 1 795 957) ist die Hülse zylindrisch und am Ende ebenfalls mit einer Verengung des äußeren Querschnittes gestaltet. Diese Verengung des äußeren Querschnittes dient zur Erzielung eines besseren Wärmeüberganges. Not only when measuring steam temperatures are housed in pods Thermocouples have become known, but also with pyrometers. which to measure serve the temperature in molten metals. These measuring instruments are the sleeves are made of graphite, plumbago or silicon carbide. In a well-known Execution form (US Pat. No. 1,660,504), the sleeve is conical and has a narrowing at the end, in which the soldering point of the thermocouple is housed. In another known embodiment (German utility model 1 795 957) the sleeve is cylindrical and also with a narrowing of the end designed outer cross-section. This narrowing of the outer cross-section is used to achieve a better heat transfer.

Gänzlich ohne Hülsen arbeitet man in Windstärkemessern, bei denen die Wandstärke durch Abkühlung eines erhitzten Drahtes gemessen wird (USA.-Patentschrift 2 314 877). Ein derartiger bekannter Windstärkemesser besteht aus einem mit Fenstern versehenen Kopf, in dessen Boden drei Metallstifte angeordnet sind, während von der Decke des Topfes ein vierter Metallstift in den Topf hineinragt. Der mittlere Metallstift des Bodens und der an der Decke befestigte Metallstift sind die Stromzuleitungen zu einem zwischen diesen Metallstiften ausgespannten Heizdraht. Zur Mitte dieses Heizdrahtes sind von den beiden äußeren Metallstiften im Boden ein Kupfer- und ein Eisendraht geführt, welche mit dem Heizdraht verlötet sind und das Thermoelement bilden. Eine derartige Anlage kann nur zur Messung von geringen Strömungsgeschwindigkeiten benutzt werden. Bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten würden der Heizdraht und die Drähte des Thermoelementes von der Strömung fortgerissen werden. Completely without sleeves one works in wind speed meters, with which the wall thickness is measured by cooling a heated wire (USA. patent 2,314,877). Such a known anemometer consists of one with windows provided head, in the bottom of which three metal pins are arranged, while of a fourth metal pin protrudes into the top of the pot. The middle one The metal pin of the floor and the metal pin attached to the ceiling are the power supply lines to a heating wire stretched between these metal pins. To the middle of this Of the two outer metal pins in the bottom are a copper and a heating wire Iron wire out, which are soldered to the heating wire and the thermocouple form. Such a system can only measure low flow velocities to be used. At higher flow velocities, the heating wire and the wires of the thermocouple are torn away by the flow.

Bekanntgeworden ist auch ein Thermoelement für pyrometrische Zwecke, bei dem die leitenden Schenkel des Elementenpaares im Vergleich zu den heißen und kalten Lötstellen einen großen Querschnitt besitzen. Hierdurch ist der Widerstand des Elementenpaares als Ganzes ohne wesentlichen Verlust an Empfindlichkeit erniedrigt und dadurch die Messung erleichtert (deutsche Patentschrift 161 223). Dieses für pyrometrische Zwecke entwickelte Thermoelement ist trotz der verstärkten Leiter nicht für eine Messung von Dampftemperaturen mit so hohen Strömungsgeschwindigkeiten, wie sie in Kraftwerken auftreten, geeignet, weil hier die Lötstelle des Thermoelementes mit ihren sehr dünnen Zuleitungen völlig frei und ohne Schutz einer Hülse liegt. A thermocouple for pyrometric purposes has also become known, in which the conductive legs of the pair of elements compared to the hot and cold solder joints have a large cross-section. This is the resistance of the pair of elements as a whole is lowered without significant loss of sensitivity and thereby facilitates the measurement (German patent specification 161 223). This for Thermocouple designed for pyrometric purposes is despite the reinforced conductor not for measuring steam temperatures with such high flow velocities, as they occur in power stations, suitable because this is where the soldering point of the thermocouple is located with its very thin leads is completely free and without the protection of a sleeve.

Die vorliegende Erfindung schafft nun eine derartige Anordnung eines in einer Hülse untergebrachten Thermoelementes, bei der ein Abreißen der Hülse nicht zu befürchten ist, obwohl die Hülse relativ dünnwandig insbesondere in der Mitte der Rohrleitung am Orte der höchsten Dampfströmung ausgeführt werden kann. The present invention now provides such an arrangement Thermocouple housed in a sleeve, in which the sleeve cannot be torn off It is to be feared, although the sleeve is relatively thin-walled, especially in the middle the pipeline can be carried out at the location of the highest steam flow.

Die Erfindung besteht darin, daß die Hülse in zwei weit auseinanderliegenden angenähert am Rohrmantel gegenüberliegenden Öffnungen in das Rohr eingesetzt ist, daß der Außendurchmesser der Hülse, ausgehend von ihren beiden Enden, zu ihrer Mitte hin stetig abnimmt, daß die Achse der Hülse leicht gekrümmt ist, daß im Bereich des kleinsten Durchmessers der Hülse in ihrem Innern die Meßstelle des Thermoelementes angeordnet ist. Zweckmäßigerweise sind die Zuleitungen zur Meßstelle nach beiden Seiten isoliert aus der Hülse herausgeführt. The invention consists in that the sleeve in two widely spaced openings in the pipe that are approximately opposite to the pipe jacket are inserted, that the outer diameter of the sleeve, starting from its two ends, to its center steadily decreases towards that the axis of the sleeve is slightly curved that in the area the smallest diameter of the sleeve inside the measuring point of the thermocouple is arranged. Appropriately, the supply lines to the measuring point are after both Insulated sides led out of the sleeve.

Durch die beidseitige Einspannung der Hülse und die besonders strömungsgünstige Form der stetig zu ihrer Mitte hin im Außendurchmesser abnehmenden Hülse, die gleichzeitig durch diese Form einen guten Wärmeübergang an der Stelle höchster Strömungsgeschwindigkeit erreicht, wird die Gefahr eines Abreißens der Hülse sicher vermieden. Due to the clamping of the sleeve on both sides and the particularly aerodynamic Shape of the sleeve steadily decreasing in outer diameter towards its center, which at the same time this shape ensures good heat transfer at the point of maximum flow velocity achieved, the risk of the sleeve tearing off is reliably avoided.

Für das richtige Einsetzen der Lötstelle des Thermoelementes in die Hülse ist es zweckmäßig, wenn die Thermoelementhülse in ihrer Mitte innen eine Verengung aufweist und wenn die Lötstelle der beiden Thermoelementdrähte eine etwa kugelige Gestalt hat, wobei der Kugeldurchmesser geringfügig größer ist als der innere Durchmesser der Thermoelementhülse an ihrer Verengungsstelle. For the correct insertion of the soldering point of the thermocouple into the Sleeve, it is useful if the thermocouple sleeve has a constriction in its center on the inside has and if the soldering point of the two thermocouple wires is an approximately spherical Has shape, the ball diameter being slightly larger than the inner diameter the thermocouple sleeve at its constriction.

Das Einsetzen der Lötstelle des Thermoelementes in die gebogene Hülse läßt sich durch ein Hilfsrohr erleichtern, welches als vorderen Teil eine schraubenartig gewickelte Feder aufweist, die an ihrem Ende einen zum Einstemmen dienenden Kopf besitzt. Inserting the solder joint of the thermocouple into the bent sleeve can be facilitated by an auxiliary tube, which is a screw-like front part Has a coiled spring, which at its end has a head which is used for caulking owns.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes. Es stellt dar F i g. 1 einen Schnitt durch die Dampfrohrleitung und die erfindungsgemäße Anordnung des von einer Hülse umgebenen Thermoelementes, F i g. 2 einen Schnitt durch das Hilfsmittel zum Einsetzen der Lötstelle des Thermoelementes. The drawing shows an embodiment of the subject matter of the invention. It represents F i g. 1 shows a section through the steam pipeline and the inventive Arrangement of the thermocouple surrounded by a sleeve, FIG. 2 a section through the aid for inserting the solder joint of the thermocouple.

In dem Dampfrohr 1 ist eine Hülse 2 in zwei weit auseinanderliegenden angenähert am Rohrmantel gegenüberliegenden Öffnungen eingesetzt. Die Öffnungen können auch diametral gegenüberliegen. Der Außendurchmesser der Hülse 2 nimmt, ausgehend von ihren beiden Enden, zu ihrer Mitte hin stetig ab. In the steam pipe 1 is a sleeve 2 in two far apart used approximately on the pipe jacket opposite openings. The openings can also be diametrically opposed. The outside diameter of the sleeve 2 increases, starting out from its two ends, towards its middle, steadily.

Dabei ist die Achse der Hülse leicht gekrümmt. Im Bereich des kleisnten Durchmessers der Hülse in ihrem Inneren ist die Meßstelle des Thermoelementes angeordnet, und zwar zweckmäßig in der Mitte der Hülse, also am Ort der höchsten Dampfströmung.The axis of the sleeve is slightly curved. In the area of the small Diameter of the sleeve in its interior is the measuring point of the thermocouple, and specifically in the middle of the sleeve, i.e. at the location of the highest steam flow.

Die Zuleitungen zur Meßstelle sind nach beiden Seiten isoliert aus der Hülse herausgeführt. Die Thermoelementhülse 2 weist die Form eines Bogens mit einem stumpfen Winkel auf. Die Lötstelle der beiden Thermoelementdrähte hat eine etwa kugelige Gestalt 3, wobei der Kugeldurchmesser geringfügig größer ist als der innere Durchmesser der Thermoelementhülse 2 an ihrer Verengungsstelle.The supply lines to the measuring point are insulated on both sides the sleeve led out. The thermocouple sleeve 2 has the shape of an arc at an obtuse angle. The solder joint of the two thermocouple wires has a approximately spherical shape 3, the sphere diameter being slightly larger than that inner diameter of the thermocouple sleeve 2 at its constriction point.

Eingesetzt wird die kugelige Lötstelle 3 mit Hilfe der in F i g. 2 dargestellten Hilfsvorrichtung, welche die Form eines Röhrchens hat, und zwar mit einem festen Röhrchenteil 4, an dessen einer Stirnseite eine Schraubenfeder 5 befestigt ist, welche an ihrem freien Ende einen Stemmkopf trägt. Durch den Stemmkopf mit seiner Zentralbohrung, durch die Mitte der Schraubenfeder 5 und durch das Röhrchen 4 wird der eine Thermoelementdraht durchgefädelt, dann wird der an der Lötstelle 3 anhängende andere Thermoelementdraht in die Hülse 2 eingeschoben und so lange weiter verschoben, bis die kugelige Lötstelle vor der inneren Hülsenverengung angelangt ist. Dann kann durch Einstemmen mit Hilfe des Werkzeuges der Fig. 2 die Lötstelle 3 in ihren Sitz eingepreßt werden. Das Einstemmen ist trotz der gebogenen Form der Hülse 2 möglich, weil die Schraubenfeder 5 sich der Biegung der Hülse 2 anpaßt und durch ihre aufeinanderliegenden Windungen ein Stemmen ermöglicht. The spherical solder joint 3 is inserted with the aid of the method shown in FIG. 2 shown auxiliary device, which has the shape of a tube, namely with a fixed tubular part 4, on one end of which a helical spring 5 is attached, which carries a mortise head at its free end. Through the mortise head with its central bore, through the center of the helical spring 5 and through the tube 4 becomes the Thread a thermocouple wire through, then the one at the solder point 3 attached other thermocouple wire inserted into the sleeve 2 and so long further shifted until the spherical solder point has reached the inner sleeve constriction is. Then the soldering point can be grooved with the aid of the tool of FIG 3 are pressed into their seat. The caulking is despite the curved shape of the Sleeve 2 possible because the helical spring 5 adapts to the bend of the sleeve 2 and due to their superimposed windings, a caulking is possible.

Claims

Claims: 1. Arrangement of a thermocouple in one of flowing high-pressure steam or a channel through which flowing gases flow a hollow metal sleeve in which each lead wire to the measuring contact point of the thermocouple is arranged isolated and in which this point is in contact with the metal sleeve stands, d a d u r c h marked that the sleeve (2) in two far spaced approximately on the pipe jacket opposite openings in the Tube (1) is inserted that the outer diameter of the sleeve (2), starting from their both ends, steadily decreases towards their center, that the axis of the sleeve (2) slightly is curved and that in the range of the smallest diameter of the sleeve (2) in its Inside the measuring point of the thermocouple (3) is arranged.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the thermocouple sleeve has a constriction in its center inside and that the soldering point of the two thermocouple wires has an approximately spherical shape, the ball diameter being slightly larger than the inner diameter of the thermocouple sleeve at its point of constriction.

3. Tool for inserting the thermocouple into a double-cone-shaped one Metal sleeve according to Claim 2, characterized by an in the interior of the metal sleeve insertable auxiliary tube (4), the front part of which is preloaded with pressure coiled helical spring (5) is formed and on its end one for caulking the soldering point of the thermocouple (3) has the head.