DISPOSICIÓN PARA VIGILAR UN CUERPO SOMETIDO A ESFUERZO Y PROCEDIMIENTO PARA SU PRODUCCIÓN.

Disposición para vigilar un cuerpo (2) sometido a un intenso esfuerzo mecánico o térmico,

en donde a) el cuerpo (2) tiene una superficie (3), que presenta al menos una ranura (4; 18; 21) con dos paredes laterales de ranura (7, 8; 19, 20; 22, 23) mutuamente opuestas y en cada caso adyacentes a la superficie (3), b) una guía de ondas luminosas (6), que tiene un núcleo (9) de guiado de luz y una envuelta (10) que lo circunda y en la que está previsto al menos un sensor (14) para la detección óptica de un valor de medición, está introducida en la ranura (4; 18; 21), caracterizada porque c) la guía de ondas luminosas no tiene recubrimiento protector, y d) la guía de ondas luminosas (6) está fijada en posición en la ranura (4; 18; 21) mediante al menos un retacado (12, 13; 25; 26) en una región de una de las paredes laterales de ranura (7, 8; 19, 20; 22, 23) adyacente a la superficie (3)

La invención se refiere a una disposición para vigilar un cuerpo sometido a un intenso esfuerzo mecánico, así como a un procedimiento para la producción de una disposición de este tipo.

Una disposición de este tipo se conoce por ejemplo del documento DE 102 38 862 A1. En el caso del cuerpo a vigilar se trata en especial de un álabe de turbina de un generador eléctrico. Según la clase de potencia del generador pueden producirse sobre estos álabes de turbina unas cargas mecánicas, y dado el caso térmicas, muy elevadas. Por una carga mecánica intensa deben entenderse aquí acciones de fuerza de hasta varios quilogramos. A veces las fuerzas son incluso superiores a estos valores. Por una carga térmica intensa deben entenderse aquí temperaturas de hasta 800 ºC. Puntualmente y sobre todo sobre la superficie pueden producirse en el caso de álabes de turbina, sin embargo, incluso temperaturas de hasta más de 1.000 ºC.

En el caso de la disposición de vigilancia descrita en el documento DE 102 38 862 A1, una guía de ondas luminosas dotada de sensores de rejilla Bragg está o bien pegada directamente sobre la superficie del álabe de turbina o, de un modo o indicado con más detalle, insertado en un rebajo sobre la superficie. Los sensores de rejilla Bragg están determinados para la medición de dilataciones, vibraciones o temperaturas. Los rebajos tienen unas dimensiones relativamente grandes con anchuras de abertura de entre 0,2 mm y 0,25 mm y profundidades de 0,3 mm, de tal modo que en el caso de cargas elevadas del álabe de turbina pueden producirse limitaciones en la resistencia mecánica. Aparte de esto pueden producirse, en el caso de cargas extremas, desprendimientos de las guías de ondas luminosas pegadas encima.

Del artículo técnico de S. Sandlin el at. “Evaluation of a new method for metal embedding of optical fibres for high temperature sensing purposes”, VTT Symposium 212, BALTICA V, 2001, Vol. 2, página 547 y siguientes, se conoce un procedimiento para incrustar una guía de ondas luminosas en un cuerpo metálico mediante una soldadura. También aquí se practican unos rebajos relativamente grandes en el cuerpo. Además de esto se utiliza una guía de ondas luminosas recubierta de níquel, que es cara y aparte de eso también está disponible sólo en longitudes relativamente cortas. El procedimiento de incrustación no puede de este modo usarse especialmente bien para la vigilancia de un cuerpo sometido a un esfuerzo mecánico intenso, como un álabe de turbina.

El documento US 2006/045408 hace patente una disposición para vigilar un cuerpo sometido a un esfuerzo mecánico intenso, en donde este cuerpo tiene una superficie que presenta al menos una ranura, y en donde una guía de ondas luminosas, que tiene un núcleo de guiado de luz y una envuelta que lo circunda y en la que está previsto al menos un sensor para la detección óptica de un valor de medición, está introducida en la ranura y la guía de ondas luminosas está fijada en posición en la ranura, mediante al menos un pegamento, en una región de una de las paredes laterales de ranura adyacente a la superficie.

Para materializar la fijación de la guía de ondas luminosas en la ranura, el documento JP2006242743 hace patente una fusión entre el material de la superficie y la capa protectora de la fibra. Esta fijación tiene sin embargo una temperatura límite, alrededor de la cual la estructura no es estable.

Una tarea de la invención consiste por ello en indicar una disposición de la clase designada al comienzo, que siga siendo capaz de funcionar incluso en el caso de una carga mecánica o térmica elevada sobre el cuerpo a vigilar.

Esta tarea es resuelta mediante las particularidades de la reivindicación independiente 1. En el caso de la disposición conforme a la invención se trata de una en la que el cuerpo tiene una superficie, que presenta al menos una ranura con dos paredes laterales de ranura mutuamente opuestas y adyacentes en cada caso a la superficie, una guía de ondas luminosas sin recubrimiento protector que tiene un núcleo de guiado de luz y una envuelta que la circunda, y en la que está previsto al menos un sensor para la detección óptica de un valor de medición, está introducida en la ranura y la guía de ondas luminosas está fijada en posición en la ranura mediante al menos un retacado, en una región de una de las paredes de ranura adyacente a la superficie.

En el caso de la disposición conforme a la invención se usa una guía de ondas luminosas (= LWL) de forma preferida sensitiva, es decir dotada al menos de un sensor como componente integral, en la que se ha eliminado el recubrimiento o la envoltura protector(a) en otro caso siempre disponible. Por medio de esto se reduce el diámetro exterior hasta la mitad del valor de una guía de ondas luminosas con recubrimiento protector. De este modo la ranura adaptada al diámetro exterior de la guía de ondas luminosas a alojar sin recubrimiento protector puede tener unas dimensiones claramente menores que en el caso de las formas de ejecución conocidas, en las que se incrustan guías de ondas luminosas con recubrimiento protector en el cuerpo a vigilar. Por medio de esto la superficie en especial metálica del cuerpo a vigilar se ve arrastrada a una carga claramente inferior. Incluso en el caso de cargas mecánicas intensas, en especial de hasta varios quilogramos, se garantiza la estabilidad mecánica de la disposición total.

Aparte de esto el retacado mecánico de la guía de ondas luminosas, introducida en especial con holgura en la ranura, ofrece una muy buena fijación en posición. En el caso de este retacado se trata de forma preferida de una convexidad previa del material del cuerpo a vigilar. La convexidad de material se extiende con ello en especial, partiendo en especial de la pared lateral de ranura afectada, por encima de la guía de ondas luminosas introducida perpendicularmente a la dirección longitudinal de ranura gasta el espacio de ranura. La convexidad previa de material presiona sobre todo puntualmente contra la guía de ondas luminosas situada por debajo y de este modo la sujeta fijamente en la ranura. Por medio de esto se consiguen una fijación de la guía de ondas luminosas muy estable y duradera y una estabilidad de forma de la incrustación que sobre todo se mantienen en el caso de cargas mecánicas y térmicas elevadas.

Frente a esto puede llegarse a una disolución de las uniones de material en las formas de ejecución conocidas, en el caso de tales cargas extremas, a causa de las diferentes características de los materiales implicados. Los materiales utilizados en el estado de la técnica tienen en parte un comportamiento de dilatación térmica, que difiere mucho entre ellos, así como una estabilidad a largo plazo insuficiente. De este modo puede disolverse por ejemplo la unión formada mediante un pegamento epóxido entre la guía de ondas luminosas y el cuerpo a vigilar. Aparte de esto puede perderse la unión entre la envuelta de vidrio de la guía de ondas luminosas y el recubrimiento protector de material sintético exterior, de tal modo que la parte interior de guía de ondas luminosas de cristal formada mediante el núcleo de fibra y la envuelta de fibra se mueva dentro del recubrimiento protector exterior. A causa de esto pueden producirse errores de medición.

En el caso del retacado mecánico conforme a la invención de la guía de ondas luminosas sin recubrimiento protector, estas dificultades no pueden producirse en principio. De forma preferida sólo participan dos materiales diferentes, precisamente el material del cuerpo a vigilar y el de la guía de ondas luminosas sin recubrimiento protector, es decir el de la parte de guía de ondas luminosas interior. Para la fijación de la guía de ondas luminosas se usan retacados puntuales, que se componen en especial del material del cuerpo a vigilar. La disposición de vigilancia conforme a la invención es posible ventajosamente sin materiales específicos para una unión por pegado o soldadura y para un recubrimiento protector de la guía de ondas luminosas. De este modo unas cargas térmicas en especial de hasta unos 800 ºC y unos esfuerzos mecánicos intensos no tienen ninguna influencia negativa en la estabilidad mecánica de la disposición total.

En total la disposición de vigilancia conforme a la invención tiene por lo tanto una capacidad y seguridad de funcionamiento claramente mejorada.

Se deducen configuraciones ventajosas de la disposición conforme a la invención de las particularidades de las reivindicaciones subordinadas de la reivindicación 1.

Es...

1. Disposición para vigilar un cuerpo (2) sometido a un intenso esfuerzo mecánico o térmico, en donde

a) el cuerpo (2) tiene una superficie (3), que presenta al menos una ranura (4;

18; 21) con dos paredes laterales de ranura (7, 8; 19, 20; 22, 23) mutuamente

opuestas y en cada caso adyacentes a la superficie (3),

b) una guía de ondas luminosas (6), que tiene un núcleo (9) de guiado de luz y

una envuelta (10) que lo circunda y en la que está previsto al menos un sensor

(14) para la detección óptica de un valor de medición, está introducida en la ranura (4; 18; 21), caracterizada porque c) la guía de ondas luminosas no tiene recubrimiento protector, y d) la guía de ondas luminosas (6) está fijada en posición en la ranura (4; 18; 21) mediante al menos un retacado (12, 13; 25; 26) en una región de una de las paredes laterales de ranura (7, 8; 19, 20; 22, 23) adyacente a la superficie (3). 2. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada porque la ranura (4;

18; 21) tiene una anchura de abertura (W) que es como máximo un 5% a un 10% mayor que un diámetro exterior (D) de la guía de ondas luminosas (6).

3. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada porque la ranura (4; 18; 21) presenta una sección transversal en forma de V o U.

4. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada porque la ranura (4; 18; 21) no muestra en la región de un punto de medición (15), en el que está dispuesto el sensor (14) dentro de la guía de ondas luminosas (6) introducida en la ranura (4; 18; 21), ningún retacado en las paredes laterales de ranura (7, 8; 19, 20; 22, 23).

5. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada porque la ranura (4; 18; 21) presenta al menos un retacado (12, 13; 25; 26) en las paredes laterales de ranura (7, 8; 19, 20; 22, 23), justo delante o justo detrás de un punto de medición (15) en el que está dispuesto el sensor (14) dentro de la guía de ondas luminosas (6) introducida en la ranura (4; 18; 21).

6. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada porque están previstos varios retacados (12, 13; 25; 26), que están dispuestos en una dirección longitudinal

(5) de la ranura (4; 18; 21) separados entre sí a una distancia de unos pocos cm, en especial de 2 a 3 cm.

7. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada porque están previstos varios retacados (12, 13; 25; 26), que están dispuestos sobre ambas paredes laterales de ranura (7, 8; 19, 20; 22, 23).

8. Disposición según la reivindicación 7, caracterizada porque enfrente de uno de los retacados (12; 25; 26) en una de las paredes laterales de ranura (7; 19; 22) está situado uno de los retacados (13; 25; 26) en la otra pared lateral de ranura (8; 20; 23).

9. Procedimiento para producir una disposición (1; 16; 17) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que a) se practica una ranura (4; 18; 21) con dos paredes laterales de ranura (7, 8; 19, 20; 22, 23) mutuamente opuestas en una superficie (3) de un cuerpo (2) a vigilar, b) de una guía de ondas luminosas (6) dotada de al menos un sensor (14) para la detección óptica de un valor de medición se extrae un recubrimiento protector (11) exterior, de tal modo que restan un núcleo (9) de guiado de luz y una envuelta (10) que lo circunda, c) la guía de ondas luminosas (6) sin recubrimiento protector se introduce con holgura en la ranura (4; 18; 21) y d) al menos una de las paredes laterales de ranura (7, 8; 19, 20; 22, 23) se calafatea en una región adyacente a la superficie (3), de tal modo que la guía de ondas

20 luminosas (6) introducida en la ranura (4; 18; 21) está fijada en posición. Sigue una hoja de dibujos.