CN103119253A - 涡轮发动机部件中的流体检测 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测燃气涡轮发动机的旋转部件中是否存在一种或多种流体的系统。第一反射器结构包括接收来自光源的光的第一面。如果其第二面处于存在第一流体的情况下，则第一反射器结构反射从光源接收到的光的至少相当一部分，而如果所述第二面处于存在第二流体的情况下，则不反射从光源接收到的光的相当一部分。反射接收器结构接收被第一反射器结构反射的光。如果所述反射接收器结构接收到被第一反射器结构反射的第一预定量的光，则可以确定第一反射器结构的第二面处于不存在第二流体的情况下。

Description

涡轮发动机部件中的流体检测
技术领域
本发明涉及检测涡轮发动机中的旋转部件中的一种或多种流体。
背景技术
诸如燃气涡轮发动机等涡轮机械一般包括压缩机部、燃烧室部和涡轮部。转子通常设置成轴向地延伸穿过燃气涡轮发动机的这些部分，并且包括支撑涡轮部和压缩机中的旋转叶片的结构。具体说，延伸穿过涡轮部的转子的部分包括多个结合在一起的涡轮盘，其中每个涡轮盘适于支撑多个涡轮叶片。类似地，延伸穿过压缩机部的转子的部分包括多个结合在一起的压缩机盘，其中每个压缩机盘适于支撑多个压缩机叶片。转子的处于涡轮机部和压缩机部中的这些部分通过转矩管连接。
在燃气涡轮发动机的一已知构造中，诸如水或油等流体可能会不期望地渗漏到诸如转矩管等发动机旋转部件中。由于流体可能会导致对这类旋转部件的损坏，因此期望检测何时在其中存在有流体。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种系统来检测燃气涡轮发动机的旋转部件中是否存在一种或多种流体。该系统包括发射光的光源、第一反射器结构以及反射接收器结构。所述第一反射器结构联接至所述旋转部件，并且具有第一面和第二面。所述第一面接收来自光源的光。如果所述第二面处于存在第一流体的情况下，则所述第一反射器结构反射从光源接收到的光的至少相当一部分，并且如果所述第二面处于存在第二流体的情况下，则不反射从光源接收到的光的相当一部分，第二流体具有比第一流体的折射率大的折射率。所述反射接收结构接收被第一反射器结构反射的光。如果所述反射接收器结构接收到被第一反射器结构反射的第一预定量的光，则可以确定第一反射器结构的第二面处于不存在第二流体的情况下。
所述反射接收器结构可包括透镜，所述透镜可使来自光源的光平行化，并且将平行光导向第一反射器结构。
所述光源可包括发射激光束的激光源。
所述第一反射器结构可在第一反射器结构的第二面处于存在第一流体时充当回射器(retroreflector)。
所述反射器结构可包括角隅棱镜(corner cube prism)。
所述光源可不随旋转部件和第一反射器结构旋转。
第一流体可以是空气，而第二流体可以是水或油。
所述系统可进一步包括第二反射器结构，所述第二反射器结构联接至所述旋转部件，并沿周向与第一反射器结构隔开。所述第二反射器结构包括第一面和第二面，该第一面接收来自光源的光。如果所述第二面处于存在第一流体的情况下，则所述第二反射器结构反射从光源接收到的光的至少相当一部分，如果所述第二面处于存在第二流体的情况下，则反射从光源接收到的光的至少相当一部分，而如果第二面处于存在第三流体的情况下，则不反射从光源接收到的光的相当一部分，所述第三流体具有比第二流体的折射率大的折射率。所述反射结构器结构接收被所述第二反射器结构反射的光。如果所述反射接收器结构接收被所述第二反射器结构反射的第二预定量的光，则可以确定所述第二反射器结构的第二面处于不存在第三流体的情况下。
所述第一流体可以是空气，所述第二流体可以是水，而所述第三流体可以是一种油。
所述系统可进一步包括第三反射器结构，所述第三反射器结构联接至所述旋转部件，并沿周向与第一和第二反射器结构分隔开。所述第三反射器结构包括第一面和第二面，该第一面接收来自光源的光。如果所述第二面处于存在第一流体的情况下，则所述第三反射器结构反射从光源接收到的光的至少相当一部分，如果所述第二面处于存在第二流体的情况下，则反射从光源接收到的光的至少相当一部分，而如果所述第二面处于存在第三流体的情况下，则反射从光源接收的光的至少相当一部分。所述反射接收器结构接收被所述第三反射器结构反射的光。如果所述反射接收器结构接收到被所述第三反射器结构反射的预定量的光，则可以确定系统运转正常。
所述第一反射器结构可包括由具有第一折射率的第一材料形成的角隅棱镜。所述第二反射器结构可包括由具有比第一折射率大的第二折射率的第二材料形成的角隅棱镜。所述第三反射器结构可包括由第三材料形成的角隅棱镜，第三材料具有比第二折射率大的第三折射率。
根据本发明的另一方面，提供了一种系统来检测燃气涡轮发动机的旋转部件中是否存在一种或多种流体。所述系统包括发射光的光源、至少一个第一反射器结构、至少一个第二反射器结构、和反射接收器结构。所述至少一个第一反射器结构联接至所述旋转部件。每个第一反射器结构具有第一面和第二面，该第一面接收来自光源的光。如果所述第二面处于存在第一流体的情况下，则每个第一反射器结构反射从光源接收到的光的至少相当一部分，而如果所述第二面处于存在第二流体的情况下，则不反射从光源接收到的光的相当一部分。所述至少一个第二反射器结构联接至所述旋转部件，并沿周向与每个第一反射器结构分隔开。每个第二反射器结构具有第一面和第二面，该第一面接收来自光源的光。如果所述第二面处于存在第一流体的情况下，则每个第二反射器结构反射至从光源接收到的光的少相当一部分，如果所述第二面处于存在第二流体的情况下，则反射从光源接收到的光的至少相当一部分，第二流体具有比第一流体的折射率大的折射率，而如果所述第二面处于存在第三流体的情况下，则不反射从光源接收到的光的相当一部分，所述第三流体具有比第二流体的折射率大的折射率。所述反射接收器结构接收被每个第一和第二反射器结构反射的光。如果所述反射接收器结构接收到被所述第一反射器结构中的至少一个反射的第一预定量的光，则可以确定所述第一反射器结构中的至少一个的第二面处于不存在第二流体的情况下。如果所述反射接收器结构接收到被所述第二反射器结构中的至少一个反射的第二预定量的光，则可以确定所述第二反射器结构中的至少一个的第二面处于不存在第三流体的情况下。
根据本发明的再一方面，提供了一种方法来检测燃气涡轮发动机的旋转部件中是否存在一种或多种流体。从光源发射光。从光源发射的光被联接至旋转部件的第一反射器结构接收，所述第一反射器结构具有第一面和第二面。如果所述第一反射器结构的第二面处于存在第一流体的情况下，则接收到的光的至少相当一部分被所述第一反射器结构反射，而如果所述第一反射器结构的第二面处于存在第二流体的情况下，则接收到的光的至少相当一部分不被所述第一反射器结构反射，所述第二流体具有比所述第一流体的折射率大的折射率。被所述第一反射器结构反射的任何光的至少一部分被接收。如果被所述第一反射器结构所反射的光的被接收部分大于或等于第一预定量，则所述第一反射器结构的第二面被确定为处于不存在第二流体的情况下。
从光源发射的光可以被第二反射器结构接收，所述第二反射器结构联接至所述旋转部件，并沿周向与所述第一反射器结构分隔开。所述第二反射器结构具有第一面和第二面。如果所述第二反射器结构的第二面处于存在第一流体或第二流体的情况下，则接收到的光的至少相当一部分被所述第二反射器结构反射，而如果所述第二反射器结构的第二面处于存在第三流体的情况下，则接收到的光的至少相当一部分不被所述第二反射器结构反射，所述第三流体具有比所述第二流体的折射率大的折射率。被所述第二反射器结构反射的任何光的至少一部分被接收。如果被所述第二反射器结构所反射的光的被接收部分大于或等于第二预定量，则所述第二反射器结构的第二面被确定为处于不存在第三流体的情况下。
附图说明
虽然本说明书以权利要求书具体指出并清楚地要求本发明的权利来结束，但是可以认为从以下结合附图的描述中本发明将得到更好的理解，在附图中相似的附图标记表示相似的元件，并附图中：
图1是包括转矩管的一常规燃气涡轮发动机的截面图；
图2是与根据本发明一个方面的燃气涡轮发动机的转矩管相关联的流体检测系统的示意图；
图3是图2的流体检测系统的光源和反射器结构和转矩管的一部分的放大截面图；
图4示出了图2的流体检测系统的第一类型的反射器结构；
图4A是图4中所示的反射器结构的端视图；
图5示出了图2的流体检测系统的第二类型的反射器结构；
图6示出了图2的流体检测系统的第三类型的反射器结构；而
图7示出了根据本发明另一实施例的流体检测系统。
具体实施方式
在下面的优选实施例的详细说明中，参考了附图，其形成本说明书一部分，并且在其中通过示例性方式而非限制性方式示出了本发明可以在其中得以实施的特定优选实施例。应当理解的是，也可以利用其它实施例，并且在不脱离本发明的精神和范围的条件下作出改变。
参考图1，示出了包括压缩机部12、燃烧室部14和涡轮部16的常规燃气涡轮发动机10。压缩机部12包括多个级，每个级包括形成了转子20的一部分的压缩机盘18，并且每个压缩机盘18支撑一排压缩机叶片22。来自压缩机部12的被压缩的排出空气被供给至燃烧室部14的燃烧室壳体24并且被引导至一个或多个燃烧室26，在燃烧室26中空气得以与燃料混合并且被点燃以产生用于在涡轮部16中产生动力的热的工作气体。
涡轮部16包括多个涡轮级，示为第一至第四级28a、28b、28c、28d。每个涡轮级28a、28b、28c、28d包括相应的确定了转子20的一部分的第一至第四涡轮盘30a、30b、30c、30d，每个涡轮盘30a、30b、30c、30d支撑用于将热的工作气体的能量转换成转子20的旋转运动的多个叶片32。转子20还包括在压缩机部12与涡轮部16之间延伸的、用于将来自涡轮部16的输出动力传递至压缩机部12的转矩管34，其中一部分输出动力被用于驱动压缩机盘18和叶片22，并且剩余部分的输出动力被用于驱动诸如发电站中的发电机(未示出)之类的输出装置。
参考图2，示出了流体检测系统50。流体检测系统50与诸如图1中所示的转矩管34之类的所示实施例中的转矩管相关联，以检测转矩管34中的一种或多种流体。虽然根据本发明的这个方面的系统50与转矩管34相关联，但应当注意，系统50可与发动机10中的其它旋转部件相关联以检测在其中或其上的一种多或多种流体，例如通过将下面所讨论的反射器结构安装在多排压缩机或涡轮机叶片之间的机加工空腔中，或者将反射器结构安装至叶片，以检测旋转叶片内部的水/油。本文中所使用的术语“流体”可以指液体、气体或液体和气体的结合。
系统50包括发射光的光源52、多个周向分隔开的第一反射器结构54、沿周向彼此分隔开并且与第一反射器结构54分隔开的多个第二反射器结构56、沿周向彼此分隔开并且与第一反射器结构54和第二反射器结构56分隔开的第二反射器结构58、以及反射接收器结构60，下文将详细描述它们中的每一个。
光源52和反射接收器结构60联接至不旋转结构，比如绕转矩管34安置的固定轴盖结构62等，而第一、第二和第三反射器结构54、56、58安置于转矩管34中以与转矩管34一起旋转。正如本文中将描述的，对于转矩管34和第一、第二和第三反射器结构54、56、58的每次旋转，在光源52与第一、第二和第三反射器结构54、56、58之间断续地提供了直接瞄准线。对于第一、第二和第三反射器结构54、56、58的每次旋转，在第一、第二和第三反射器结构54、56、58与反射接收器结构60之间也断续地提供了直接瞄准线。应当注意，光源52和反射接收器结构60可联接至发动机10中的其它不旋转结构，只要在光源52与第一、第二和第三反射器结构54、56、58之间以及在反射接收器结构60与第一、第二和第三反射器结构54、56、58之间提供有直接瞄准线(所述瞄准线可以是断续的)即可。
参考图3，根据该实施例的光源52包括发射激光束72的激光源70以及输送激光束72的一条或多条纤维71A，但是也可使用其它合适的光源。纤维71A将激光束72导向透镜74，该透镜74联接至轴盖结构62并且接收来自纤维71A的激光束72。透镜74将激光束72平行化并且将平行化的激光束72引导至一预先确定的位置，以便顺次曝光至旋转的第一、第二和第三反射器结构54、56、58(图3中仅示出了第一反射器结构54)，所述反射器结构54、56、58如上所述安置于转矩管34中并且与转矩管34一起旋转。
根据本发明的一个方面的反射接收器结构60包括透镜74、可与纤维71A捆绑的一条或多条纤维71B、以及数据分析装置76。如下文中将详细描述的，透镜74接收反射光并且将反射光引导至一条或多条纤维71B，所述纤维71B输送接收到的光至数据分析装置76。应当注意，反射接收器结构60可包括用于接收反射光的单独的透镜(未示出)，而不使用透镜74。应当注意，透镜74优选提供多种功能，也就是将激光束74平行化并且接收反射光。
现在将描述流体检测系统50的第一反射器结构54之一，应当理解，系统50的其余第一反射器结构54可以与本文所描述过的第一反射器结构54大致相同。如图3所示，第一反射器结构54包括外壳80和被支撑在外壳80中的第一角隅棱镜82(也称回射器)。第一角隅棱镜82将在下文中被称为“第一棱镜82”。
外壳80可包括诸如通过螺纹紧固联接到一起的内件80A和外件80B。第一棱镜82可安置在内件80A和外件80B之间，然后内件80A和外件80B可联接到一起以使第一棱镜82固定在外壳80中。所示实施例中的外壳80包括容纳在螺纹开口86中的螺纹外表面84，所述螺纹开口86形成于转矩管34中以将第一反射器结构54固定在转矩管34中。
如图3所示，第一棱镜82经由开口88A和88B在外壳80中暴露。因此，第一棱镜82的第一面90(另见图4)暴露于从第一反射器结构54沿径向向外的第一位置L1从而从第一位置L1是可见的，而第一棱镜82的第二面92(另见图4)暴露于从第一反射器结构54沿径向向内的第二位置L2从而从第二位置L2是可见的。优选地，第一面90大体是平坦的并且定位成使得入射激光束72在射入第一面90时大致上是垂直的，但是应当注意的是激光束72并非必须垂直地射入第一面90。第二面92包括三个相互垂直的、相交的平坦表面92A-92C，参见图4A。应当注意，形成于转矩管中的开口86优选一直延伸至转矩管34的中空内部34A，如图3所示。
参考图4，第一反射器结构54的第一棱镜82由具有第一折射率的材料形成。应当注意，图4中已经去除了外壳80和转矩管34，以清楚地示出第一棱镜82。第一折射率大于将在转矩管34的中空内部34A内被传感的第一流体的折射率。在一个优选实施例中，第一折射率大于第一流体的折射率达至少预定的量，以促进足量的反射光，如将在本文中描述的。
所述预定的量可以至少为待传感的第一流体的折射率的大约1.23倍。在一实施例中，第一流体可包括例如具有约为1.0的折射率的空气。因此，形成第一棱镜82的材料的折射率可以约为1.23或更大，即1.0×1.23=1.23。应当注意，第一流体并非必须是空气，也可以是任何流体。然而，如果要在转矩管34的中空内部34A内传感第二流体，则第一流体优选具有比第二流体的折射率低的折射率。第二流体将在下面将讨。
在这个示例中，假定第一流体是空气，形成第一棱镜82的材料可以例如是具有约为1.459的折射率的熔融石英，该折射率大于空气的折射率(约为1.0)达至少预定的量(1.23)。由于形成第一棱镜82的材料(在该示例中是熔融石英)的折射率大于第一流体(在该示例中是空气)的折射率达至少预定的量，所以如果第一棱镜82的第二面92在存在第一流体(空气)的情况下，则由第一棱镜82的第一面90所接收到的入射光72的至少相当一部分会被第一棱镜82的第二面92反射，如图4中附图标记94所示。该结果基于全内反射原理，该原理是当光线相对于边界面的法线以大于特定临界角的角度射入介质边界时所发生的光学现象，所述边界面由第一棱镜82的第二面92的第一、第二和第三表面92A-92C中的一个(下文中称为“一个表面92A-92C”)确定。
由第一棱镜82的一个表面92A-92C所反射的光被第一棱镜82的第二面92的第一、第二和第三表面中的另一个表面反射至第一、第二和第三表面92A-92C中剩下的一个表面，然后朝第一棱镜82的第一面90返回。第一棱镜82充当回射器并且沿与入射光72大体平行且相反的方向反射光94，参见图4，即，如果第一棱镜82的第二面92在存在第一流体的情况下，第一反射器结构54反射从光源52接收到的光的至少相当一部分。
由第一反射器结构54反射的光94被导向反射接收器结构60的透镜74并且被其接收。透镜74将所接收到的反射光导向将光传输至数据分析装置76的纤维71B，所述数据分析装置76监视并分析所接收到的反射光的量。
替代地，如果第一棱镜82的第二面92在存在第二或第三流体(例如水或油)的情况下，并且第一棱镜82的第一折射率不大于或者等于第二/第三流体的折射率达至少预定的量，例如水的折射率约为1.33而一种选定的油的折射率约为1.46，则被第一棱镜82的第一面90所接收到的入射光72的至少相当一部分不被第一棱镜的第二面92内反射。相反，光穿过一个表面92A-92C并且被折射，如图4中附图标记96所示。因此，折射光96不被第一棱镜82朝透镜74反射并且不被数据分析装置76接收。
因此，第一反射器结构54可用于确定第一棱镜82的第二面92是否处于存在第二/第三流体(在上述实施例中是水或油)的情况下。也就是说，如果反射接收器结构60接收由第一反射器结构54反射的第一预定量的光94，则可以确定第一棱镜82的第二面92处于存在空气的情况下，而不处于存在第二或第三流体(水或油)的情况下。如果反射接收器结构60未接收由第一反射器结构54反射的第一预定量的光，则可以确定第一棱镜82的第二面92不处于存在空气的情况下，而推测处于存在第二/第三流体的情况下，例如水、油或其结合。
在发动机10的操作期间，转矩管34的旋转使第二/第三流体(如果存在于转矩管34的中空内部34A中的话)因离心力而沿径向向外移动，以接触第一棱镜82的第二面92。如果判定第一棱镜82的第二面92如上所述处于存在第二/第三流体(水或油)的情况下，则可以确定转矩管34的中空内部34A包含第二/第三流体(水或油)。
参考图5，现在将描述第二反射器结构56之一的第二角隅棱镜100(也称为回射器)，应当理解的是其余的第二反射器结构56可与本文所描述的第二反射器结构56大致相同。第二角隅棱镜100将在下文中被称为“第二棱镜100”。
如以上参考第一棱镜82所述的，第二棱镜100被支撑在一外壳中(未示出)，该外壳容纳于转矩管34中的一开口(未示出)中。类似于第一棱镜82，第二棱镜100的第一面102暴露于第一位置L1从而从第一位置L1是可见的，并且第二棱镜100的第二面104暴露于第二位置L2从而从第二位置L2是可见的。第二棱镜100的第一面102优选大体上是平坦的，并且定位成使得入射激光束72在射入第一面102时大致上是垂直的，但是激光束72并非必须垂直地射入第一面102。类似于第一棱镜82，第二面104包括三个相互垂直的、相交的平坦表面104A-104C。
第二反射器结构56的第二棱镜100由具有比第一折射率大的第二折射率的材料形成。第二折射率也比将在转矩管34的中空内部34A内被传感的第二流体的折射率大。在一优选实施例中，第二折射率大于第二流体的折射率达至少预定的量，以促进足量的反射光，如将在本文中描述的。
所述预定的量可以至少为待传感的第二流体的折射率的1.23倍。在一实施例中，第二流体可包括例如水，其具有约为1.33的折射率。因此，形成第二棱镜100的材料的折射率可以约为1.635或更大，即1.33×1.23=1.635。应当注意，第二流体并非必须是水，也可以是具有比第一流体大的折射率的任何流体。然而，如果要在转矩管34的中空内部34A内传感第三流体，则第二流体优选具有比第三流体的折射率低的折射率。第三流体将在下面将讨。
假定第二流体是水，形成第二棱镜100的材料可以是例如具有约1.693的折射率的S-LAL58玻璃，该折射率比第一棱镜82的折射率大并且也大于空气(1.0)和水(约1.33)两者的折射率达至少预定的量(1.23)。由于形成第二棱镜100的材料(在该示例中是S-LAL58玻璃)的折射率大于第一流体(在该示例中是空气)和第二流体(在该示例中是水)两者的折射率达至少预定的量，所以如果第二棱镜100的第二面104处于存在第一流体(空气)或第二流体(水)的情况下，则由第二棱镜100的第一面102所接收到的入射光72的至少相当一部分会被第二棱镜100的第二面104反射，如图5中附图标记106所示。该结果基于全内反射原理，如上所述。对应于第二棱镜100的边界面由第二棱镜100的第二面104的第一、第二和第三表面中的一个表面(下文中称为“一个表面104A-104C”)确定。
由第二棱镜100的一个表面104A-104C所反射的光被第二棱镜100的第二面104的第一、第二和第三表面中的另一个表面反射至第一、第二和第三表面104A-104C中剩下的一个表面，然后朝第二棱镜100的第一面102返回。第二棱镜100充当回射器并且沿与入射光72大体平行且相反的方向反射光106，参见图5，即，如果第二棱镜100的第二面104处于存在第一流体(空气)或第二流体(水)的情况下，则第二反射器结构56反射从光源52接收到的光的至少相当一部分。
由第二反射器结构56反射的光106被导向反射接收器结构60的透镜74并且被其接收。透镜74将所接收到的反射光导向将光传输至数据分析装置76的纤维71B，所述数据分析装置76监视并分析所接收到的反射光的量。
替代地，如果第二棱镜100处于存在第三流体(例如油)的情况下，并且第二棱镜100的第二折射率不大于或者等于第三流体的折射率达至少预定的量，例如，一种选定的油的折射率约为1.46，则由第二棱镜100的第一面102所接收到的入射光72的至少相当一部分不被第二棱镜的第二面104内反射。相反，光穿过一个表面104A-104C并且被折射，如图5中附图标记108所示。因此，折射光105不被第二棱镜100朝透镜74反射并且不被数据分析装置76接收。
因此，第二反射器结构56可用于确定第二棱镜100的第二面104是否处于存在第三流体(在上述示例中为油)的情况下。也就是说，如果反射接收器结构60接收被第二反射器结构56所反射的第二预定量的光106，则可以确定第二棱镜100的第二面104不处于存在第三流体(油)的情况下。如果反射接收器结构60未接收到由第二反射器结构56反射的第二预定量的光，则可以确定第二棱镜100的第二面104处于存在第三流体(例如油)的情况下。
在发动机10的操作期间，转矩管34的旋转使第三流体(如果存在于转矩管34的中空内部34A中的话)沿径向向外移动，以接触第二棱镜100的第二面104。如果判定第二棱镜100的第二面104如上所述处于存在第三流体(油)的情况下，则可以确定的是转矩管34的中空内部34A包含第三流体(油)。
此外，如果判定第二和第三流体中的一种处于转矩管34的中空内部34A中，即通过使用第一反射器结构54，则第一和第二反射器结构54和56可共同地用于确定第二和第三流体中是何者处于转矩管34中。例如，假定反射接收器结构60未从第一反射器结构54中的至少一个接收第一预定量的光94来指示第二或第三流体(水或油)存在于转矩管34的中空内部34A中。第二反射器结构56于是可用于确定转矩管34是否有第三流体(油)，即，如果反射接收器结构60未从第二反射器结构56中的至少一个接收到第二预定量的反射光106，则可以确定转矩管34中有第三流体(油)。如果反射接收器结构60从第二反射器结构56中的至少一个接收到第二预定量的反射光，则可以确定转矩管34有第二流体(水)，即，由于第一反射器结构54确定了转矩管34中有水或者油，并且第二反射器结构56确定油不在转矩管34中，即，空气或水在转矩管34中。应当注意，使用多个相同类型的反射器结构54、56会产生下述可能：相同类型的反射器结构54、56中的一个或多个反射光，而相同类型的一个或多个其它反射器结构不反射光。这可能表明检测到的流体(即第一、第二或第三流体)不是均匀地分布在转矩管34内的，或者反射器结构54、56中的一个或多个未正确地操作。
参考图6，现在将描述第三反射器结构58之一的第三角隅棱镜110(也称为回射器)，应当理解的是其余第三反射器结构58可以与本文所描述的第三反射器结构58大致相同。第三角隅棱镜110将在下文中被称为“第三棱镜110”。
如以上参考第一棱镜82所述的，第三棱镜110被支撑在一外壳中(未示出)，该外壳容纳于转矩管34中的一开口(未示出)中。类似于第一棱镜82，第三棱镜110的第一面112暴露于第一位置L1并且因此从第一位置L1是可见的，并且第三棱镜110的第二面114暴露于第二位置L2并且因此从第二位置L2是可见的。第三棱镜110的第一面112优选大体上是平坦的，并且定位成使得入射激光束72在射入第一面112时大致上是垂直的，但是激光束72并非必须垂直地射入第一面112。类似于第一棱镜82，第二面114包括三个相互垂直的、相交的平坦表面114A-114C。
第三反射器结构58的第三棱镜110由具有比第二折射率大的第三折射率的材料形成。第三折射率也比将在转矩管34的中空内部34A内被传感的第三流体的折射率大。在一优选实施例中，第三折射率大于第三流体的折射率达至少预定的量，以促进足量的反射光，如将在本文中描述的。
所述预定的量可以至少是待传感的第三流体的折射率的约1.23倍，如下文将讨论的。在一实施例中，第三流体可包括例如一种选定类型的油，该油具有约为1.46的折射率。因此，形成第三棱镜110的材料的折射率可以约为1.796或更大，即1.46×1.23=1.796。应当注意，第三流体并非必须是油，也可以是具有比第二流体大的折射率的任何流体。
假定第三流体是具有约1.46的折射率的油，形成第三棱镜110的材料可以是例如具有约2.003的折射率的S-LAH79玻璃，该折射率大于第一和第二棱镜82和100的折射率，并且也比空气(1.0)、水(约1.33)和所选油(大约1.46)中任一者的折射率大至少预定的量(1.23)。由于形成第三棱镜110的材料(在该示例中为S-LAH79玻璃)的折射率比第一流体(该示例中是空气)、第二流体(该示例中是水)和第三流体(在该示例中是具有1.46的折射率的油)中的每一者大至少预定的量，所以如果第三棱镜110的第二面114处于存在第一流体(空气)、第二流体(水)或者第三流体(油)的情况下，则由第三棱镜110的第一面112接收到的任何光中的至少相当一部分被第三棱镜110的第二面114反射，如图6中的附图标记116所示。该结果基于全内反射原理，如上所述。对应于第三棱镜110的边界面由第三棱镜110的第二面114的第一、第二和第三表面中的一个表面(下文中称为“一个表面114A-114C”)确定。
由第三棱镜110的一个表面114A-114C所反射的光被第三棱镜110的第二面114的第一、第二和第三表面114A-114C中的另一个表面反射至第一、第二和第三表面114A-114C中剩下的一个表面，然后朝第三棱镜110的第一面112返回。第三棱镜110充当回射器并且沿与入射光72大体平行且相反的方向反射光116，参见图6，即，如果第三棱镜110的第二面114处于存在第一流体(空气)、第二流体(水)或第三流体(油)的情况下，则第三反射器结构58反射从光源52接收到的光中的至少相当一部分。
由第三反射器结构58反射的光116被导向反射接收器结构60的透镜74并且被其接收。透镜74将所接收到的反射光导向将光传输至数据分析装置76的纤维71B，所述数据分析装置76监视并分析所接收到的反射光的量。
由于第三棱镜110的第二面114在大致所有操作条件下都将处于存在这些流体中的一种或多种(即空气、水或者油)的情况下，第三反射器结构58可用作检验流体检测系统50是否工作正常的手段(check)。也就是说，如果反射接收器结构60接收到由第三反射器结构58反射的第三预定量的光116，则可以确定流体检测系统50的部件工作正常，即，光源52正在反射光，第三反射器结构58正在接收并且反射来自光源52的光，并且反射接收器结构60正在接收从第三反射器结构58反射的光116。
在发动机10的操作期间，转子20(包括转矩管34)旋转，并相应地使第一、第二和第三反射器结构54、56和58旋转。在该实施例中，光源52发射呈激光束72形式的光。透镜74使激光束72平行化并且将平行化的激光束72导向旋转的反射器结构54、56和58。对于反射器结构54、56和58的每个旋转道次，相应棱镜82、100和110的第一面90、102和112接收来自激光束72的光。所接收到的光穿过棱镜82、100和110并且接触相应棱镜82、100和110的第二面92、104和114。
取决于在相应棱镜82、100、110的第二面92、104和114的径向内表面(即，其暴露的径向内侧)上存在的流体，所接收到的光通过相应棱镜82、100和110的第二面92、104和114得到反射或者不得到反射，即折射，正如上文中详细讨论的。
由相应棱镜82、100、110的第二面92、104和114所反射的任何光的至少一部分被导向反射接收器结构60并且被其接收。取决于反射接收器结构60从反射器结构54、56、58中的每一者接收的光的量，可以确定相应棱镜82、100和110的第二面92、104和114是否处于存在第一、第二或第三流体的情况下，如上所述。
流体检测系统50可用于确定转矩管34的中空内部34A中是否存在不期望的流体，比如水和/或油。系统50在光源52与反射器结构54、56和58之间无物理接触的情况下，以及在反射器结构54、56和58与反射接收器结构60之间无物理接触的情况下，是可操作的。因此，避免了这些部件之间的摩擦接触，否则摩擦接触可能导致系统50的损坏/毁坏。此外，由于系统50使用光作为检测媒介而不是电流或电压，系统50对通常可能由发动机10产生的机电干扰基本不敏感。
此外，由于反射器结构54、56和58沿与接收光的相反方向反射来自激光束72的光，因此透镜74能够充当光平行器和反射光接收器，如上所述。因此，系统50的整体尺寸是紧凑的，使得系统50能够用在有限空间中。另外，系统50通常对错位(misalignment)不敏感，因为来自光源70的激光束72不管入射角如何，都被反射器结构54、56和58朝透镜74反射回去。
现在参考图7，示出了根据本发明的另一实施例的用于流体检测系统150的光源152。在该实施例中，光源152发射被透镜174接收并且平行化的光172。透镜174将平行化的光172导向反射器结构(图7中仅示出了一个反射器结构154)，所述反射器结构如以上参考图4-6所论述地使光反射或折射。兼作反射接收器结构160的部件的透镜174接收如上所述的反射器结构所反射的光。由反射接收器结构160所接收到的光然后被传送至数据分析装置(未示出)，该装置追踪并且分析数据，以确定是何种流体存在于诸如转矩管等旋转结构(未在该实施例中未示出)中，如上所述。
尽管已经示出并且描述了本发明的特定实施例，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可对本发明做出各种改变和变形。因此，意图在所附权利要求中覆盖落于本发明的范围内的所有这种改变和变形。

Claims (20)

1.一种用于检测燃气涡轮发动机的旋转部件中是否存在一种或多种流体的系统，所述系统包括：
发射光的光源；
联接至所述旋转部件的第一反射器结构，所述第一反射器结构具有第一面和第二面，所述第一面从所述光源接收光，其中所述第一反射器结构：
在所述第二面处于存在第一流体的情况下反射从所述光源接收到的光的至少相当一部分；并且
在所述第二面处于存在第二流体的情况下不反射从所述光源接收到的光的相当一部分，所述第二流体具有比所述第一流体的折射率大的折射率；和
接收被所述第一反射器结构反射的光的反射接收器结构，其中如果所述反射接收器结构接收到被所述第一反射器结构反射的第一预定量的光，则能够确定所述第一反射器结构的所述第二面处于不存在所述第二流体的情况下。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述反射接收器结构包括透镜。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述透镜使来自所述光源的光平行化，并朝所述第一反射器结构引导被平行化的光。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述光源包括发射激光束的激光源。
5.如权利要求1所述的系统，其中，当所述第一反射器结构的第二面处于存在第一流体的情况下时，所述第一反射器结构用作回射器。
6.如权利要求5所述的系统，其中，所述反射器结构包括角隅棱镜。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述光源不随所述旋转部件和所述第一反射器结构旋转。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一流体是空气，而所述第二流体是水和油之一。
9.如权利要求1所述的系统，还包括：第二反射器结构，其联接至所述旋转部件，并沿周向与所述第一反射器结构分隔开，所述第二反射器结构具有第一面和第二面，所述第一面接收来自所述光源的光，其中所述第二反射器结构：
在所述第二面处于存在第一流体的情况下反射从所述光源接收到的光的至少相当一部分；
在所述第二面处于存在第二流体的情况下反射从所述光源接收到的光的至少相当一部分；
在所述第二面处于存在第三流体的情况下不反射从所述光源接收到的光的相当一部分，所述第三流体具有比所述第二流体的折射率大的折射率；和
其中，所述反射接收器结构接收被所述第二反射器结构反射的光，并且其中如果所述反射接收器结构接收到被所述第二反射器结构反射的第二预定量的光，则能够确定所述第二反射器结构的所述第二面处于不存在所述第三流体的情况下。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述第一流体是空气，所述第二流体是水，而所述第三流体是一种油。
11.如权利要求9所述的系统，还包括：第三反射器结构，其联接至所述旋转部件，并沿周向与所述第一和第二反射器结构分隔开，所述第三反射器结构具有第一面和第二面，所述第一面接收来自所述光源的光，其中所述第三反射器结构：
在所述第二面处于存在第一流体的情况下反射从所述光源接收到的光的至少相当一部分；
在所述第二面处于存在第二流体的情况下反射从所述光源接收到的光的至少相当一部分；
在所述第二面处于存在第三流体的情况下反射从所述光源接收到的光的至少相当一部分；并且
其中所述反射接收器结构接收被所述第三反射器结构反射的光，并且其中如果所述反射接收器结构接收到被所述第三反射器结构反射的第三预定量的光，则能够确定所述系统运转正常。
12.如权利要求11所述的系统，其中：
所述第一反射器结构包括由第一材料形成的角隅棱镜，所述第一材料具有第一折射率；
所述第二反射器结构包括由第二材料形成的角隅棱镜，所述第二材料具有比所述第一折射率大的第二折射率；并且
所述第三反射器结构包括由第三材料形成的角隅棱镜，所述第三材料具有比所述第二折射率大的第三折射率。
13.一种用于检测燃气涡轮发动机的旋转部件中是否存在一种或多种流体的系统，所述系统包括：
发射光的光源；
联接至所述旋转部件的至少一个第一反射器结构，每个所述第一反射器结构具有第一面和第二面，所述第一面从所述光源接收光，其中每个所述第一反射器结构：
在所述第二面处于存在第一流体的情况下反射从所述光源接收到的光的至少相当一部分；并且
在所述第二面处于存在第二流体的情况下不反射从所述光源接收到的光的相当一部分；
至少一个第二反射器结构，其联接至所述旋转部件，并沿周向与每个所述第一反射器结构分隔开，每个所述第二反射器结构具有第一面和第二面，所述第一面接收来自所述光源的光，其中每个所述第二反射器结构：
在所述第二面处于存在第一流体的情况下反射从所述光源接收到的光的至少相当一部分；
在所述第二面处于存在第二流体的情况下反射从所述光源接收到的光的至少相当一部分，所述第二流体具有比所述第一流体的折射率大的折射率；并且
在所述第二面处于存在第三流体的情况下不反射从所述光源接收到的光的相当一部分，所述第三流体具有比所述第二流体的折射率大的折射率；和
反射接收器结构，其接收被所述第一和第二反射器结构中的每一个反射的光，其中：
如果所述反射接收器结构接收到被所述第一反射器结构中的至少一个反射的第一预定量的光，则能够确定所述第一反射器结构中的所述至少一个的所述第二面处于不存在第二流体的情况下；并且
如果所述反射接收器结构接收到被所述第二反射器结构中的至少一个反射的第二预定量的光，则能够确定所述第二反射器结构中的所述至少一个的所述第二面处于不存在第三流体的情况下。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述反射接收器结构包括透镜，并且其中所述透镜使来自所述光源的光平行化，并朝所述第一和第二反射器结构引导被平行化的光。
15.如权利要求14所述的系统，其中，所述光源包括发射激光束的激光源。
16.如权利要求13所述的系统，其中：
每个所述第一反射器结构包括由第一材料形成的角隅棱镜，所述第一材料具有第一折射率；并且
每个所述第二反射器结构包括由第二材料形成的角隅棱镜，所述第二材料具有比所述第一折射率大的第二折射率。
17.如权利要求13所述的系统，其中，所述第一流体是空气，所述第二流体是水，而所述第三流体是一种油。
18.如权利要求13所述的系统，还包括：至少一个第三反射器结构，其联接至所述旋转部件，并沿周向与所述第一和第二反射器结构中的每一个分隔开，每个所述第三反射器结构具有第一面和第二面，所述第一面接收来自所述光源的光，其中每个所述第三反射器结构：
在所述第二面处于存在第一流体的情况下反射从所述光源接收到的光的至少相当一部分；
在所述第二面处于存在第二流体的情况下反射从所述光源接收到的光的至少相当一部分；并且
在所述第二面处于存在第三流体的情况下反射从所述光源接收到的光的至少相当一部分；并且
其中所述反射接收器结构接收被每个所述第三反射器结构反射的光，并且其中如果所述反射接收器结构接收到被所述第三反射器结构中的至少一个反射的第三预定量的光，则能够确定所述系统运转正常。
19.一种用于检测燃气涡轮发动机的旋转部件中是否存在一种或多种流体的方法，所述方法包括：
从光源发射光；
通过第一反射器结构接收从所述光源发出的光，所述第一反射器结构联接至所述旋转部件，所述第一反射器结构具有第一面和第二面，其中被接收到的光的至少相当一部分在所述第一反射器结构的第二面处于存在第一流体的情况下被所述第一反射器结构反射，而在所述第一反射器结构的第二面处于存在第二流体的情况下不被所述第一反射器结构反射，所述第二流体具有比所述第一流体的折射率大的折射率；
接收被所述第一反射器结构反射的任何光的至少一部分；并且
如果被所述第一反射器结构反射的光的被接收到的部分大于或等于第一预定量，则确定所述第一反射器结构的第二面不处于存在所述第二流体的情况下。
20.如权利要求19所述的方法，还包括：
通过第二反射器结构接收从所述光源发出的光，所述第二反射器结构联接至所述旋转部件，并沿周向与所述第一反射器结构分隔开，所述第二反射器结构具有第一面和第二面，其中被接收到的光的至少相当一部分在所述第二反射器结构的第二面处于存在所述第一流体或者所述第二流体的情况下被所述第二反射器结构反射，而在所述第二反射器结构的第二面处于存在第三流体的情况下不被所述第二反射器结构反射，所述第三流体具有比所述第二流体的折射率大的折射率；
接收被所述第二反射器结构反射的任何光的至少一部分；并且
如果被所述第二反射器结构反射的光的被接收到的部分大于或等于第二预定量，则确定所述第二反射器结构的第二面不处于存在所述第三流体的情况下。
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