Temperaturmesseinrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Strömungsmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperaturmesseinrichtung für eine Strömungsmaschine, beispielsweise eine Dampfturbine. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der Temperaturmesseinrichtung sowie ein Ver- fahren zum Betrieb der Strömungsmaschine.

Die gegenwärtige Situation in der elektrischen Energieversorgung erfordert seitens der Energieerzeuger zunehmend mehr Flexibilität bezüglich der Betriebsweise von Strömungsmaschi- nen. Insbesondere besteht für Kraftwerksbetreiber ein Bedarf, den Einsatz von Dampfturbinen zu flexibilisieren oder flexibler einzusetzen, d.h. diese beispielsweise nur für eine kurzfristige Einspeisung von Energie ans Stromnetz anzuschließen, oder auch die Dampfturbine beispielsweise nur kurzfristig wieder vom Netz zu nehmen. Dampfturbinen werden normalerweise auf eine bestimmte Anzahl von Starts, Betriebsstunden

und/oder An- und Abfahrtvorgängen ausgelegt, wobei eine veränderte Betriebsweise - beispielsweise ein schnelleres Anfah ^¬ ren aufgrund der begrenzten Belastbarkeit, beispielsweise der thermischen Belastbarkeit, der Bauteile oder Materialien nicht mehr oder kaum noch möglich ist. Um die ordnungsgemäße Funktion der einzelnen Teile oder Komponenten von Strömungsmaschinen während des Betriebs sicherzustellen, benötigt man eine bessere Temperaturüberwachung dieser Komponenten.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, welche die Temperaturüberwachung insbesondere von beweglichen oder rotierenden Teilen einer Strömungsmaschine, beispielsweise einer Dampfturbine, verbessern können. Insbe- sondere wird durch die angegebenen Mittel ein flexiblerer, effizienterer oder verbesserter Einsatz der Strömungsmaschine ermöglicht . Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen An ^¬ sprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Tempera ^¬ turmesseinrichtung für eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Dampfturbine. Die Temperaturmesseinrichtung umfasst eine Messsonde zur berührungslosen Temperaturmessung einer beweglichen oder bewegbaren, insbesondere rotierbaren, Komponente.

Vorzugsweise ist die Komponente relativ zu der Temperatur ^¬ messeinrichtung und/oder, besonders bevorzugt relativ zur Messsonde, bewegbar, insbesondere rotierbar. Die Komponente ist eine Welle oder ein Wellenteil einer

Dampfturbine .

Die Temperaturmesseinrichtung umfasst weiterhin einen von der Messsonde beabstandeten Strahlungsdetektor zur Detektion ei- ner von der Komponente ausgehenden oder emittierten Wärmestrahlung. Der Strahlungsdetektor ist vorzugsweise ein Halbleiterdetektor, wie beispielsweise ein InGaAs- Strahlungsdetektor für den Wellenlängenbereich des nahen Infrarots (NIR) .

Die Messsonde und der Strahlungsleiter sind bis 200 bar druckbeständig ausgebildet.

Die Temperaturmesseinrichtung umfasst weiterhin einen Strah- lungsleiter, beispielsweise einen Wellenleiter, welcher angeordnet und ausgebildet ist, die von der Komponente ausgehende oder emittierte Wärmestrahlung von der Messsonde zum Strahlungsdetektor zu leiten. Durch die Ausbildung des Strahlungsleiters und die Beabstandung des Strahlungsdetektor von der Messsonde (oder umgekehrt) kann die Messsonde mit Vorteil in schwer zugänglichen Bereichen und/oder weit entfernt vom Strahlungsdetektor angeordnet werden. Weiterhin kann die Messsonde zur Messung der Temperatur der Komponente unter Um- gebungsbedingungen eingesetzt werden, unter welchen der

Strahlungsdetektor nicht oder nur schwer einsetzbar wäre.

Die Temperaturmesseinrichtung ist oder umfasst vorzugsweise ein Pyrometer. Mit anderen Worten wird die Temperatur durch die Temperaturmesseinrichtung vorzugsweise pyrometrisch gemessen .

In einer Ausgestaltung ist die Temperaturmesseinrichtung zur Messung der Temperatur der Komponente während des Betriebs der Dampfturbine ausgebildet.

In einer Ausgestaltung ist die Komponente ein Rotor, ein Turbinenläufer und/oder ein Achs- oder Lagerteil der Strömungs- maschine, insbesondere der Dampfturbine.

In einer Ausgestaltung sind die Messsonde und der Strahlungs ^¬ leiter jeweils bis 600 °C temperaturbeständig ausgebildet. Diese Ausgestaltung ist insbesondere für den Einsatz der Tem- peraturmesseinrichtung für eine Dampfturbine zweckmäßig.

In einer Ausgestaltung sind die Messsonde und der Strahlungs ^¬ leiter jeweils bis 200 bar druckbeständig ausgebildet. Diese Ausgestaltung ist insbesondere für den Einsatz der Tempera- turmesseinrichtung für eine Dampfturbine zweckmäßig.

In einer Ausgestaltung weist der Strahlungsleiter mindestens einen lanzenartigen oder länglichen Abschnitt auf. Durch diese Ausgestaltung kann besonders zweckmäßig eine Beabstandung des Strahlungsdetektors von der Messsonde erreicht werden.

Alternativ oder zusätzlich kann die Messsonde mit Vorteil in schwer zugängliche Bereiche eingebracht werden.

In einer Ausgestaltung ist die Temperaturmesseinrichtung der- art ausgebildet, dass die Messsonde zur Temperaturmessung der Komponente innerhalb eines die Komponente umgebenden Gehäu ^¬ ses, beispielsweise ein Gehäuse der Strömungsmaschine, ange ^¬ ordnet und die Wärmestrahlung über den mindestens einen lan- zenartigen Abschnitt aus dem Gehäuse herausgeführt werden kann. Insbesondere kann es erforderlich sein, die Messsonde zur Messung der Temperatur der Komponente besonders weit oder tief in das Gehäuse der Strömungsmaschine einzubringen, um die Temperatur der Komponente mit einer ausreichenden Genauigkeit zu messen. Vorzugsweise ist der Strahlungsdetektor außerhalb des genannten Gehäuses angeordnet.

In einer Ausgestaltung umfasst die Messsonde eine Optik, bei- spielsweise eine Linsen- und/oder Sammeloptik. Alternativ kann die Optik die Messsonde oder einen Teil der Messsonde bilden. Durch diese Ausgestaltung kann von der Komponente emittierte Wärmestrahlung zweckmäßig eingesammelt, fokussiert und/oder in den Strahlungsleiter eingekoppelt werden. Die ge- nannte Optik ist zweckmäßigerweise ebenfalls beständig für im Dampfpfad oder im Strömungsbereich einer Dampfturbine herrschende Umgebungen ausgebildet.

In einer Ausgestaltung umfasst die Temperaturmesseinrichtung eine Umlenk- oder Reflexionsoptik. Durch diese Ausgestaltung kann die zu detektierende Wärmestrahlung in vorteilhafter Weise um eine Ecke oder um einen Winkel herum geleitet und/oder detektiert werden. Die Umlenk- oder Reflexionsoptik kann aus dem gleichen Material oder den gleichen Materialien gebildet sein wie die oben genannte Optik. Auch kann die Lin ^¬ sen- und/oder Sammeloptik die Umlenk- oder Reflexionsoptik umfassen .

In einer Ausgestaltung ist die Optik zumindest teilweise als Umlenk- oder Reflexionsoptik ausgebildet.

In einer Ausgestaltung weist die Umlenk- oder Reflexionsoptik ein Umlenkelement auf. In einer Ausgestaltung ist die Umlenk- oder Reflexionsoptik und/oder das Umlenkelement metallfrei ausgebildet. Durch die ^¬ se Ausgestaltung kann mit Vorteil eine Eigenstrahlung des Me- talls und damit eine Verfälschung der Temperaturmessung verhindert werden.

Das genannte Umlenkelement ist vorzugsweise ein Glasprisma oder umfasst ein solches.

In einer Ausgestaltung ist die Temperaturmesseinrichtung ausgebildet oder ausgelegt, die Temperatur der Komponente an ei ^¬ nem Messpunkt zu messen, der einen Durchmesser von weniger als 20 mm hat. Diese Ausgestaltung ist insbesondere für die Temperaturmessung von Dampfturbinenkomponenten im entsprechenden Strömungsbereich zweckmäßig. Insbesondere kann nämlich zwischen Turbinenstufen oder -läufern nur wenig Platz für die Messung der Temperatur von rotierenden Teilen, zur Verfügung stehen.

In einer Ausgestaltung weist die Temperaturmesseinrichtung ein Fenster, beispielsweise zum Schutz der Messsonde vor äu ^¬ ßeren Einflüssen auf, insbesondere, um die Messsonde gegen heißen Wasserdampf im Strömungsbereich der Dampfturbine oder Strömungsmaschine abzudichten. Alternativ kann das Fenster die Messsonde oder einen Teil der Messsonde bilden. Das Fens ^¬ ter kann weiterhin ein Sondenfenster oder ein Strahlungseintrittsfenster sein.

In einer Ausgestaltung ist das Fenster aus Saphir, beispielsweise monokristallinem Saphir oder Quarzglas gebildet oder umfasst ein solches Material. Diese Ausgestaltung ist insbe ^¬ sondere zweckmäßig, da andere konventionelle (Infrarot-) - Fenster, im Gegensatz zu Saphir, hygroskopisch sind und beispielsweise entsprechend durch den Wasserdampf in einer

Dampfturbine degradieren können. Aufgrund der optischen Eigenschaften des Saphirs, kann eine Detektion von Wärmestrahlung gemäß dieser Ausgestaltung im Wellenlängenbereich des mittleren Infrarots (MIR) eingeschränkt sein.

In einer Ausgestaltung ist die Komponente eine Welle oder ein Wellenteil einer Dampfturbine oder eine Dampfturbinenkompo- nente, wobei die Komponente relativ zu einem die Komponente umgebenden Gehäuse der Dampfturbine rotierbar ist.

In einer Ausgestaltung weist die Temperaturmesseinrichtung ein Thermoelement zur Messung einer Referenztemperatur der

Komponente auf. Diese Ausgestaltung ist insbesondere für eine genaue und reproduzierbare Temperaturmessung zweckmäßig.

In einer Ausgestaltung umfasst der Strahlungsleiter einen Wellenleiter oder bildet diesen.

In einer Ausgestaltung umfasst der Strahlungsleiter ein Faserbündel von Wellenleitern. In einer Ausgestaltung umfasst die Temperaturmesseinrichtung eine Auswerteeinheit, welche angeordnet und ausgebildet ist, die von dem Strahlungsdetektor detektierte Wärmestrahlung auszuwerten und/oder einen entsprechenden Temperaturmesswert zu berechnen und/oder zu korrigieren. Insbesondere kann die Auswerteeinheit einen gemessenen Temperaturwert mit einem mit dem oben genannten Thermoelement gemessenen Referenz-Tempera ^¬ turwert vergleichen. Weiterhin kann über die Auswerteeinheit ein gemessener Temperaturwert hinsichtlich eines Emissions ^¬ grades der Komponente korrigiert oder angepasst werden.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung der Temperaturmesseinrichtung zur, insbesondere berührungslosen, Messung der Temperatur einer rotierbaren Komponente der Strömungsmaschine, beispielsweise der Dampf- turbine. Zweckmäßigerweise wird die Temperaturmesseinrichtung zur Messung der Temperatur der Komponente während eines Betriebs der Strömungsmaschine verwendet.

Der Ausdruck „Betrieb" kann vorliegend einen Normallast- oder Normalbetrieb, einen Teillastbetrieb, einen Anfahrvorgang, einen Abfahrvorgang, als auch einen (vorübergehenden) Stillstand der Strömungsmaschine bezeichnen. Mit dem vorübergehen- den Stillstand ist vorzugsweise eine Rücknahme oder Abkopp ^¬ lung der Strömungsmaschine vom Stromnetz gemeint.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Strömungsmaschine oder einen Teil eines solchen Verfahrens. Das Verfahren umfasst das berüh ^¬ rungslose Messen und/oder Überwachen der Temperatur mindestens einer rotierbaren Komponente der Strömungsmaschine mit einer Temperaturmesseinrichtung, wie oben beschrieben. Das Verfahren umfasst weiterhin das Anfahren der Strömungsmaschine gemäß einem durch die gemessene Temperatur bestimmten oder definierten Temperaturgradienten .

Der Temperaturgradient kann insbesondere durch Materialpara ^¬ meter, beispielsweise die thermische Belastbarkeit der Kompo ^¬ nente einschränkende, zulässige und/oder zweckmäßige Parame ^¬ ter mitbestimmt sein. Insbesondere kann der Temperaturgradi ^¬ ent durch eine maximal zulässige, von der Temperatur der Komponente abhängige Anfahrgeschwindigkeit der Strömungsmaschine festgelegt sein. Der Temperaturgradient bezeichnet weiterhin vorzugsweise die zeitliche Änderung der entsprechenden Tempe ^¬ ratur .

Durch das Anfahren wird die Strömungsmaschine zweckmäßiger ^¬ weise auf eine Normalbetriebs- oder Nennlasttemperatur er ^¬ wärmt oder gebracht. Der Temperaturgradient oder das Aufhei ^¬ zen der Strömungsmaschine bspw. während des Anfahrens ist insbesondere problematisch, da sich bewegliche oder rotierende Komponenten, beispielsweise die Welle, stärker und/oder schneller erwärmen als das Gehäuse. Dadurch dehnen sich die genannten Komponenten ebenfalls stärker beziehungsweise schneller aus als das Gehäuse, wodurch hohe und stark belas ^¬ tende thermo-mechanische Spannungen entstehen können.

Das „Anfahren" kann sich vorliegend beispielsweise auch auf einen Teillastbetrieb beziehen. Das Verfahren kann zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten an beliebiger Stelle weitere für ein Betriebsverfahren einer Strömungsmaschine zweckmäßige oder erforderliche Verfahrensschritte umfassen. Bei den zusätzlichen Verfahrens- schritten kann es sich um Verfahrensschritte des Standes der Technik handeln.

In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren das Beheizen, beispielsweise das elektrische Beheizen, der Strömungsmaschi- ne auf eine Heiztemperatur während eines Stillstands und/oder während eines Abfahrvorgangs der Strömungsmaschine. Vorzugs ^¬ weise umfasst das Verfahren in dieser Hinsicht das Beheizen des Gehäuses der Strömungsmaschine. Unter „Beheizen" wird insbesondere auch ein Erwärmen und/oder ein „Halten" der Strömungsmaschine auf der Heiztemperatur verstanden. Zu die ^¬ sem Zweck kann insbesondere eine Beheizungseinrichtung vorgesehen sein. Die Heiztemperatur bezeichnet vorzugsweise eine Solltemperatur und eine Temperatur unterhalb einer Normalbetriebstemperatur der Strömungsmaschine. Alternativ kann das Beheizen während eines Anfahrvorgangs der Strömungsmaschine durchgeführt werden.

In einer Ausgestaltung beträgt oder liegt die Heiztemperatur zwischen 250 °C und 450 °C.

In einer Ausgestaltung wird das berührungslose Messen der Temperatur während eines Normalbetriebs und/oder während ei ^¬ nes Abfahrvorgangs der Strömungsmaschine durchgeführt. Alter ^¬ nativ kann das berührungslose Messen der Temperatur während eines Stillstands und/oder während eines Anfahrvorgangs der Strömungsmaschine durchgeführt werden.

In einer Ausgestaltung wird das berührungslose Messen der Temperatur über einen bestimmten Zeitraum hinweg oder wieder- holt durchgeführt. Durch diese Ausgestaltung kann die Tempe ^¬ ratur der Komponente vorteilhafterweise über den Zeitraum hinweg überwacht werden. In einer Ausgestaltung wird das berührungslose Messen der Temperatur in vorbestimmten Intervallen durchgeführt. Durch diese Ausgestaltung kann ein „Temperaturdrift" oder eine De- tektion dieses „drifts" durch den Strahlungsdetektor mit Vor- teil verhindert werden.

In einer Ausgestaltung wird das berührungslose Messen der Temperatur an mindestens zwei verschiedenen Positionen oder Stellen der Strömungsmaschine und/oder der Komponente durch- geführt. Vorzugsweise wird das berührungslose Messen diesbe ^¬ züglich in einem Einströmbereich und in einem Niederdruckbereich der Komponente und/oder der Strömungsmaschine durchge ^¬ führt . Merkmale die sich vorliegend auf die Temperaturmesseinrich ^¬ tung beziehen, können sich insbesondere auch auf die Verwendung oder das beschriebene Verfahren beziehen und umgekehrt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den einzelnen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben.

Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils einer Strömungsmaschine und eine Temperaturmessein ^¬ richtung gemäß einer ersten Ausführungsform. Figur 2 zeigt einen Teil einer Temperaturmesseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform anhand einer vereinfachten Zeichnung.

Figur 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils einer Strömungsmaschine und eine Temperaturmessein ^¬ richtung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Figur 4 zeigt einen Teil einer Temperaturmesseinrichtung gemäß der Ausführungsform aus Figur 3 anhand einer vereinfachten Zeichnung. Figur 5 zeigt eine schematische und vereinfachte Schnittan ^¬ sicht eines Teils einer Strömungsmaschine.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugs- zeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren

Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile und Bereiche zur besse ^¬ ren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis über- trieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.

Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils einer Strömungsmaschine 200. Weiterhin ist in Figur 1 schema ^¬ tisch eine Temperaturmesseinrichtung 100 dargestellt. Die Temperaturmesseinrichtung 100 ist vorzugsweise zur berührungslosen, beispielsweise pyrometrischen, Temperaturmessung insbesondere von Turbinenkomponenten ausgebildet.

Die Strömungsmaschine 200 ist vorzugsweise eine Dampfturbine alternativ kann die Strömungsmaschine eine Gasturbine sein.

Die Temperaturmesseinrichtung 100 umfasst eine Messsonde 1. Die Messsonde 1 ist vorzugsweise zur berührungslosen Tempera ^¬ turmessung einer rotierbaren Komponente 2, beispielsweise ei- ner Welle, eines Wellenteils oder eines Läufers einer Dampf ^¬ turbine, eingerichtet. Die Komponente 2 ist vorzugsweise re ^¬ lativ zu einem Gehäuse 6 der Strömungsmaschine 200 und/oder relativ zu der Temperaturmesseinrichtung 100 rotierbar. Eine entsprechende Rotationsachse ist in Figur 1 mit RS bezeich- net. Die Temperaturmesseinrichtung 100 umfasst weiterhin einen Strahlungsdetektor 3 zur Detektion einer von der Komponente ausgehenden oder emittierten Wärmestrahlung (in den Figuren 1 und 2 mit „WS") . Der Strahlungsdetektor 3 ist - von der Messsonde 1 beabstandet - außerhalb des Gehäuses 6 ange ^¬ ordnet. Der Strahlungsdetektor 3 ist vorzugsweise ein InGaAS- Detektor und/oder ein Infrarotdetektor für den Wellenlängenbereich des nahen Infrarots (NIR) .

Die Temperaturmesseinrichtung 100 umfasst weiterhin einen Strahlungsleiter 4. Der Strahlungsleiter 4 ist vorzugsweise ein Wellenleiter oder umfasst einen Wellenleiter. Ebenfalls kann der Strahlungsleiter 4 ein ganzes Faserbündel von Wel- lenleitern umfassen oder bilden. Der Strahlungsleiter 4 kann ein Lichtwellenleiter sein. Der Strahlungsleiter 4 hat vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 0,1 mm und 3 mm.

Die Messsonde 1 kann durch die Spitze des Strahlungsleiters 4 oder ein Fenster (siehe unten) gebildet werden.

Für eine zweckmäßige Temperaturmessung von beweglichen Dampfturbinenteilen sind die Messsonde 1 und der Strahlungsleiter 4 vorzugsweise temperaturbeständig, beispielsweise bis zu Temperaturen von 600 °C, und druckbeständig, beispielsweise bis zu Drücken von 200 bar, ausgebildet.

Der Strahlungsleiter 4 ist angeordnet und ausgebildet, die Wärmestrahlung WS von der Messsonde 1 zum Strahlungsdetektor 3 zu leiten. Der Strahlungsleiter 4 weist weiterhin einen länglichen oder lanzenartigen Abschnitt 5 auf. Zur Messung der Temperatur der rotierbaren Komponente 2 ist die Messsonde 1 zweckmäßigerweise nah an der Komponente 2 und innerhalb des Gehäuses 6 der Strömungsmaschine 200 angeordnet. Dementspre- chend weist die Strömungsmaschine vorzugsweise mindestens ei ^¬ ne Öffnung (vgl. Bezugszeichen 12a und 12b in Verbindung mit Figur 5) auf, durch die die Messsonde 1 in das Gehäuse 6 ein ^¬ gebracht werden kann. Weiterhin sind der lanzenartige Abschnitt 5 und/oder der

Strahlungsleiter 4 für die Temperaturmessung größtenteils innerhalb des genannten Gehäuses 6 angeordnet. Mit anderen Wor ^¬ ten wird über den lanzenartigen Abschnitt 5 des Strahlungs- leiters 4 die Wärmestrahlung mit Vorteil aus dem Gehäuse 6 herausgeführt. Auf diese Weise kann der Strahlungsdetektor 3 vorteilhafterweise außerhalb des Gehäuses bleiben und die Messsonde 1 möglichst nah an einen Messpunkt MP herangeführt werden, um eine möglichst genaue Messung der Temperatur zu ermöglichen. Der Strahlungsdetektor 3 muss insbesondere nicht beständig für Temperatur- und Druckbedingungen ausgebildet sein, die in einem Strömungsbereich einer Dampfturbine vorherrschen. Mithin muss der Strahlungsdetektor 3 keine so kleinen Abmessungen haben, um beispielsweise durch Öffnungen im Gehäuse 6 der Strömungsmaschine 200 nah an die rotierende Komponente 2 herangeführt werden zu können.

Die Temperaturmesseinrichtung 100 weist weiterhin ein Fenster 9. Das Fenster ist vorzugsweise ein Strahlungseintrittsfens ^¬ ter für die Wärmestrahlung WS. Das Fenster 9 ist weiterhin vorzugsweise aus Quarzglas oder Saphir (AI ₂ O3) gebildet, bei ^¬ spielsweise monokristallinem Saphir, zum Schutz der Messsonde 1. Das Fenster 9 kann vorgesehen sein, um - im Fall einer Dampfturbine als Strömungsmaschine - die Messsonde 1 vor dem durch die vorherrschenden Temperatur- und Druckverhältnisse reaktiven Wasserdampf im Strömungsbereich zu schützen. Das Fenster 9 kann alternativ die Messsonde 1 oder einen Teil davon bilden.

Der oben genannte Messpunkt MP hat vorzugsweise einen Durch ^¬ messer oder eine Abmessung von weniger als 20 mm. Der Messpunkt MP liegt, anders als in den Figuren dargestellt, vor ^¬ zugsweise neben mindestens einem oder zwischen zwei Läufer (n) der entsprechenden Turbine oder Strömungsmaschine, so dass für die Temperaturmessung nur wenig Platz auf der Komponente 2 zur Verfügung stehen kann. Da die Komponente 2 sich vorzugsweise bewegt oder rotiert und die Temperaturerfassung oder -messung mit einer Verzögerung oder Trägheit behaftet sein kann, wird über den Messpunkt MP in der Realität eine

Art Mittelwert der Temperatur der Komponente 2 über einen umfänglichen Bereich von der Breite des Messpunktes MP gemes ^¬ sen . Die Temperaturmesseinrichtung 100 oder die Messsonde 1 weist vorzugsweise eine Optik 7 auf. Die Messsonde kann auch durch die Optik gebildet werden. Die Optik 7 ist vorzugsweise eine Linsen- und oder Sammeloptik, um die von der Komponente emit- tierte Wärmestrahlung WS zu sammeln, zu fokussieren oder in den Strahlungsleiter 4 einzukoppeln . Die Optik 7 ist vorzugsweise aus hochtemperaturbeständigem Glas, beispielsweise Quarzglas, oder Saphir bzw. Aluminiumoxid, wie monokristalli ^¬ nem Saphir oder umfasst eines dieser Materialien. Vorzugswei- se ist die Optik 7 metallfrei oder frei von Metallbeschich- tungen, um eine Eigenstrahlung der Metallkomponenten und eine damit verbundene Verfälschung der Temperaturmessung zu verhindern . Die Temperaturmesseinrichtung 100 weist weiterhin eine Auswerteeinheit 11 auf. Die Auswerteeinheit 11 ist vorzugsweise ausgebildet, die von dem Strahlungsdetektor 3 detektierte Wärmestrahlung WS auszuwerten oder einen entsprechenden Messwert zu berechnen, zu korrigieren oder zu verarbeiten.

Die Temperaturmesseinrichtung 100 weist weiterhin an oder in der Nähe der Messsonde 1 ein Thermoelement 10 auf. Das

Thermoelement 10 ist insbesondere für die Messung einer Refe ^¬ renztemperatur für die beschriebene Temperaturmesseinrichtung 100 vorgesehen.

In der oben beschriebenen Auswerteeinheit 11 kann die mit dem Thermoelement gemessene Referenztemperatur erfasst und/oder mit dem eigentlichen Temperaturmesswert der Temperaturmess- einrichtung verglichen werden.

Mit der beschriebenen Temperaturmesseinrichtung 100 wird es insbesondere ermöglicht, beispielsweise während des Betriebs der Strömungsmaschine 200, die Temperatur von rotierenden Teilen der Welle, Lager- oder Achsteilen (Komponente 2) zu messen. Insbesondere kann die Temperatur der genannten Teile direkt und unabhängig von der Temperatur des Gehäuses 6 erfasst werden. Dadurch kann weiterhin beispielsweise eine An- fahrtszeit der Dampfturbine verkürzt werden. Insbesondere im Zusammenhang mit einer Begleit- oder Stillstandsheizung

(nicht explizit gekennzeichnet) kann so die Effizienz

und/oder Flexibilität des Einsatzes der Turbine verbessert werden, ohne die Materialien, insbesondere diejenigen der rotierenden Komponente (n) übergebührlich oder stärker als vorgesehen, zu beanspruchen.

Eine Dampfturbine beispielsweise während des Stillstands auf möglichst hoher Temperatur zu halten, ermöglicht es, die Ma ^¬ schine bspw. für den Normalbetrieb nur noch wenig oder über kleine Temperaturdifferenzen oder Temperaturgradienten hinweg erwärmen zu müssen, um die gewünschte Normalbetriebs- oder Nennlasttemperatur zu erreichen. Diese (kleinen) Temperatur- gradienten können - mit der Kenntnis der exakten Temperatur der Komponente (n) mit Vorteil schneller erreicht werden.

Mit der Anfahrtzeit ist vorzugsweise die Zeit gemeint, die benötigt wird, um die Turbine materialschonend oder optimal auf eine Normalbetriebstemperatur hochzufahren. Unter einem

Normalbetrieb oder Nennlastbetrieb ist weiterhin vorzugsweise der bezweckte Betrieb der Turbine während der Stromerzeugung gemeint. Es kann damit auch ein Teillastbetrieb gemeint sein. Figur 2 zeigt einen Teil einer Temperaturmesseinrichtung gemäß der in Figur 1 beschriebenen Ausführungsform. Es ist insbesondere zu erkennen, dass die Optik 7 zwei einzelne Linsen umfasst, welche für die Bündelung oder Einkopplung der Wärmestrahlung WS (in Figur 2 nicht explizit gekennzeichnet) vor- gesehen sind.

Figur 3 zeigt anhand einer schematischen Schnittansicht der Strömungsmaschine eine alternative Ausführungsform der Tempe ^¬ raturmesseinrichtung 100. Im Gegensatz zur Darstellung aus Figur 1, umfasst der Strahlungsleiter 4 in Figur 3 zwei Knicke, und die Wärmestrahlung WS muss entlang dieser Richtungsänderungen geführt werden. Dazu ist eine Umlenk- oder Reflexionsoptik 8 vorgesehen, welche vorzugsweise im Strahlungs- leiter 4 angeordnet ist. Obwohl nur eine Umlenk- oder Reflexionsoptik 8 gekennzeichnet ist, können mehrere Umlenk- oder Reflexionsoptiken vorgesehen sein. Alternativ kann auch die oben beschriebene Optik 7 die Umlenk- oder Reflexionsop- tik(en) 8 aufweisen. Durch die beschriebene Ausführungsform kann vorteilhafterweise eine Führung der Wärmestrahlung und damit eine genaue Messung der Temperatur der Komponente 2 erreicht werden, auch wenn die Komponente 2 oder ein entspre ^¬ chender Messpunkt MP von außerhalb des Gehäuses 6 nur schwer oder nicht auf direktem Weg zugänglich ist.

Figur 4 zeigt einen Teil einer Temperaturmesseinrichtung gemäß der in Figur 3 beschriebenen Ausführungsform. Es ist insbesondere zu erkennen, dass die Optik 7 die Umlenk- oder Ref- lexionsoptik 8 umfasst, mit welcher die Wärmestrahlung WS um eine Ecke herumgeführt werden kann. Insbesondere ist ein Um ^¬ lenkelement oder Glasprisma 14 gezeigt, welches als Umlenk ^¬ oder Reflexionselement fungiert. Mithilfe des Umlenkelements 14 kann die Wärmestrahlung mit Vorteil um einen Winkel (nicht explizit gekennzeichnet) abgelenkt werden. Da, wie oben im Zusammenhang mit dem Fenster 9 bereits angedeutet, ein me ^¬ tallhaltiges Reflexionsmittel Eigenstrahlung emittieren und damit die Temperaturmessung verfälschen könnte, handelt es sich bei dem Prisma vorzugsweise um ein Glasprisma.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer Strömungsmaschine 200, wie beispielsweise einer Dampfturbine umfassend das berührungslose Messen der Temperatur mindestens einer rotierbaren Komponente der Strö- mungsmaschine (wie oben beschrieben) mit der beschriebenen

Temperaturmesseinrichtung 100. Das Verfahren umfasst weiterhin das Anfahren bzw. Hochfahren der Strömungsmaschine 200 auf einen Teillastbetrieb oder einen Nenn- oder Normallastbe ^¬ trieb gemäß einem durch die gemessene Temperatur bestimmten Temperaturgradienten. Die genaue Messung der genannten Temperatur erlaubt also zunächst die Festlegung des Temperaturgra ^¬ dienten, der für den Anfahrvorgang noch überwunden werden muss. Dabei ist der Temperaturgradient vorzugsweise durch die Differenz von Normalbetriebs- oder Nennlasttemperatur und der von der Temperaturmesseinrichtung 100 gemessenen Temperatur bestimmt. Durch die Messung kann weiterhin der Anfahrvorgang, bei dem die Strömungsmaschine 200 bekanntlich erwärmt wird, zeiteffizienter durchgeführt werden.

Ein schnelleres Anfahren der Strömungsmaschine 200 bedeutet gemeinhin eine höhere Materialbelastung, eine Verkürzung der Lebensdauer und/oder eine Verringerung der durchschnittli- chen, noch schadenfrei möglichen standardmäßigen Anfahrvorgänge. Es kann also beispielsweise beim Anfahren die Zeit ge ^¬ spart werden, welche ohne die exakte Kenntnis der Temperatur der inneren, rotierenden oder festigkeitsrelevanten Komponenten zur Sicherheit für das Anfahren noch berücksichtigt wer- den muss, um das Material thermisch oder thermo-mechanisch nicht über Gebühr zu belasten.

Ein Kaltstart einer Dampfturbine bzw. ein Anfahrvorgang einer vollständig, beispielsweise auf Umgebungstemperatur, abge- kühlten Maschine auf einen Normallastbetrieb kann beispiels ^¬ weise 6 Stunden dauern.

Hingegen dauert ein ordnungsgemäßer oder zulässiger Anfahrvorgang ausgehend von einer Temperatur sämtlicher Komponenten von 300 °C beispielsweise lediglich eine Stunde und, ausge ^¬ hend von einer entsprechenden Temperatur von 400 °C beispielsweise lediglich 20 Minuten.

Das Verfahren umfasst weiterhin das Beheizen der Strömungsma- schine auf eine Heiztemperatur während eines Stillstands und/oder während eines Abfahrvorgangs der Strömungsmaschine, wenn die Strömungsmaschine also beispielsweise vom Netz ge ^¬ nommen wird. Zu diesem Zweck kann eine Beheizungseinrichtung vorgesehen sein, mit welcher vorzugsweise das Gehäuse 6 der Strömungsma ^¬ schine beheizt wird. Es handelt sich dabei beispielsweise um eine externe, elektrische Begleit- oder Stillstandsheizung, mit der beispielsweise ein Turbinengehäuse auch für längere Zeiträume über 400 °C gehalten oder beheizt werden kann. Das Gehäuse 6 kann dafür äußerlich gut isoliert und/oder abgeschirmt werden, sodass ein Abkühlen der restlichen oder inne- rer Bauteile oder Komponenten über das Gehäuse nicht oder nicht signifikant erfolgt. Stattdessen werden vorzugsweise alle Teile der Turbine auf der Soll- oder Heiztemperatur ge ^¬ halten . Die Dampfturbine wird vorzugsweise beheizt, um insbesondere bei einem erneuten Anfahrvorgang Zeit zu sparen, bzw. die Dampfturbine schnell wieder ans Stromnetz anschließen zu können . Vorzugsweise beträgt die Heiztemperatur zwischen 250 °C und 400 °C. Alternativ kann die Heiztemperatur niedriger oder noch höher als der genannte Bereich sein.

Weiterhin wird das berührungslose Messen der Temperatur vor- zugsweise während eines Normalbetriebs und/oder während eines Abfahrvorgangs der Strömungsmaschine durchgeführt. Beim Mes ^¬ sen der Temperatur während des Normalbetriebs, d.h. im Nennlastbetrieb, kann unter Umständen vorteilhafterweise ein Ma ^¬ terialverschleiß rotierender Komponenten durch eine besonders starke Erwärmung nachgewiesen werden. Eine Messung der Temperatur der Komponente (n) während eines Abfahrvorgangs der Strömungsmaschine ist insbesondere zweckmäßig, um das Abkühl ^¬ verhalten einzelner beweglicher Komponenten zu messen oder zu überwachen, da Unregelmäßigkeiten im Abkühlverhalten der be- weglichen Komponenten oder häufiges Abkühlen die entsprechenden Werkstoffe oder Materialien besonders stark schädigen oder ermüden kann, wodurch auch der weitere oder folgende Betrieb der Strömungsmaschine beeinträchtigt werden kann. Das berührungslose Messen der Temperatur wird vorzugsweise über einen bestimmten Zeitraum hinweg oder wiederholt durchgeführt. Das kontinuierliche oder wiederholte Messen der Tem ^¬ peratur ist insbesondere für die Temperaturüberwachung ein- -

zelner rotierender Teile der Dampfturbine zweckmäßig. Vor ^¬ zugsweise wird ein einzelner Messwert jedoch nicht über einen langen Zeitraum, sondern vorzugsweise in einem unterbrochenen oder „chop"-Modus erfasst, um einen „Detektordrift" oder ei- nen „drift" in der gemessenen Temperatur zu korrigieren.

Das berührungslose Messen der Temperatur wird vorzugsweise weiterhin an mindestens zwei verschiedenen Positionen, beispielsweise in einem Einströmbereich und in einem Niederdruckbereich der Komponente oder der Strömungsmaschine bezie ^¬ hungsweise der Dampfturbine durchgeführt. Das berührungslose Messen kann beispielsweise an einer Vielzahl von Messstellen entlang der Welle einer Dampfturbine während des Betriebs durchgeführt werden.

Figur 5 zeigt eine schematische Schnittansicht zumindest ei ^¬ nes Teils einer Strömungsmaschine 200. Ähnlich wie in den Fi ^¬ guren 1 und 3 dargestellt, umfasst die Strömungsmaschine eine rotierende Komponente 2, vorzugsweise eine Welle, ein Wellen ^¬ teil, einen Ventilsitz, ein Lagerteil oder ein anderes rotie ^¬ rendes Teil der Strömungsmaschine. Entlang einer Längsachse der Welle voneinander beabstandet, sind 2 Turbinenläufer 13 angedeutet. Jeweils links und rechts der Turbinenläufer 13 umfasst die Strömungsmaschine 200 oder das Gehäuse 6

Gehäuseöffnungen 12a und 12b.

Die Gehäuseöffnung 12a (linke Seite) ist vorzugsweise an ei ^¬ nem Einströmbereich angeordnet, beispielsweise in einem Be ^¬ reich, in dem - im Falle einer Dampfturbine - heißer Dampf einströmt und auf die Turbinenläufer trifft. Die Gehäuseöff ^¬ nung 12b (rechte Seite) ist vorzugsweise an einem Nieder ^¬ druckbereich der Maschine angeordnet.

Vorzugsweise kann die beschriebene Temperaturmesseinrichtung über beide der genannten Gehäuseöffnungen 12a, 12b in das Gehäuse 6 der Strömungsmaschine 200 eingebracht und entspre ^¬ chend die Temperatur der Komponente 2 gemessen werden. Dadurch kann beispielsweise eine Temperaturmessung von mehreren rotierenden Teilen unabhängig voneinander erfolgen und ein entsprechendes Anfahren der Turbine oder Strömungsmaschine noch besser angepasst werden, nämlich beispielsweise an die kälteste der gemessenen Temperaturen. Dadurch kann weiterhin ein zulässiger Temperaturgradient jedenfalls eingehalten und einer Materialschädigung der Strömungsmaschine vorgebeugt werden .

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen.