CN107448248B - 用于涡轮发动机的微型热成像系统 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮发动机(100)包括压缩机区段(104)、流通地联接到压缩机区段(104)上的燃烧器区段(106)、流通地联接到燃烧器区段(106)上的涡轮区段(108)，以及联接到涡轮区段(108)和压缩机区段(104)上的传动轴(112)。涡轮发动机(100)还包括多个内部构件(124，125，236，238，240，246)，它们联接到压缩机区段(104)、燃烧器区段(106)、涡轮区段(108)和传动轴(112)中的一个上。涡轮发动机(100)还包括联接到多个内部构件中的至少一个上的至少一个微型红外传感器(270)。微型红外传感器(270)构造成检测多个内部构件的表面温度。

Description

用于涡轮发动机的微型热成像系统
技术领域
本公开的领域大体涉及涡轮发动机，并且更具体地，涉及用于燃气涡轮发动机的微型热成像系统。
背景技术
燃气涡轮发动机典型地包括压缩机和涡轮，它们各自具有一串交替的定子叶片和转子叶片。许多已知系统测量压缩机和涡轮两者的入口和出口处的温度，而且一些已知系统测量燃气涡轮发动机的内部构件的温度。一些已知系统包括用以测量内部构件的温度的热电偶传感器。但是，已知热电偶传感器仅从燃气涡轮发动机内部的离散点收集数据，这可能不提供足以获得燃气涡轮发动机的充分热分析的数据。备选地，一些已知系统采用红外摄像头来通过管道镜从燃气涡轮发动机外部的位置测量内部构件的温度。但是，这些已知系统也会限制可收集到的关于内部构件的数据量。其它已知系统采用光纤传感器来测量温度。但是，已知光纤不提供充分的分辨率来一致地测量内部构件的温度。
发明内容
一方面，提供一种涡轮发动机。涡轮发动机包括压缩机区段、流通地联接到压缩机区段上的燃烧器区段、流通地联接到燃烧器区段上的涡轮区段，以及联接到涡轮区段和压缩机区段上的传动轴。涡轮发动机还包括多个内部构件，它们联接到压缩机区段、燃烧器区段、涡轮区段和传动轴中的一个上。涡轮发动机还包括联接到多个内部构件中的至少一个上的至少一个微型红外传感器。微型红外传感器构造成检测多个内部构件的表面温度。
另一方面，提供一种微型热成像系统。微型热成像系统包括定位在涡轮发动机内的至少一个微型红外传感器。传感器构造成检测旋转机内的多个构件的温度。微型热成像系统进一步包括联接到至少一个微型红外传感器上的控制器，以及联接到控制器上的用户计算装置。控制器构造成接收来自至少一个微型红外传感器的温度数据。用户计算装置构造成将温度数据传达给用户。
又一方面，提供一种制造涡轮发动机的方法。方法包括将压缩机区段和燃烧器区段联接成处于流体连通，以及将涡轮区段和燃烧器区段联接成处于流体连通。方法进一步包括将传动轴联接到涡轮区段和压缩机区段上。方法进一步包括将至少一个微型红外传感器联接到压缩机区段、燃烧器区段、涡轮区段和传动轴中的一个的至少一个内部构件上。
技术方案1. 一种涡轮发动机，包括：
压缩机区段；
流通地联接到所述压缩机区段上的燃烧器区段；
流通地联接到所述燃烧器区段上的涡轮区段；
联接到所述涡轮区段和所述压缩机区段上的传动轴；
多个内部构件，其联接到所述压缩机区段、所述燃烧器区段、所述涡轮区段和所述传动轴中的一个上；以及
联接到所述多个内部构件中的至少一个上的至少一个微型红外传感器，所述至少一个微型红外传感器构造成检测所述多个内部构件的表面温度。
技术方案2. 根据技术方案1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述至少一个微型红外传感器包括壳和联接到所述壳上的光学穹顶、红外接收器、过滤器、至少一个透镜和通信端口，所述通信端口构造成将来自所述红外接收器的数据发送到微型热成像系统中的控制器。
技术方案3. 根据技术方案1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述多个内部构件中的至少一个是可移动的，所述至少一个微型红外传感器联接到所述多个内部构件中的可移动的所述至少一个上。
技术方案4. 根据技术方案1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述至少一个微型红外传感器构造成检测在所述微型红外传感器上游的所述多个内部构件的表面温度。
技术方案5. 根据技术方案1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述微型红外传感器构造成检测所述多个内部构件中的固定的至少一个的表面温度。
技术方案6. 根据技术方案1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述微型红外传感器嵌入到所述多个内部构件中的至少一个的表面中。
技术方案7. 根据技术方案1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述多个内部构件中的至少一个包括转子盘组件，所述转子盘组件包括联接到所述传动轴上的多个涡轮叶片，所述微型红外传感器中的至少一个联接到所述多个涡轮叶片中的至少一个上。
技术方案8. 一种微型热成像系统，包括：
定位在旋转机内的至少一个微型红外传感器，所述传感器构造成检测所述旋转机内的多个构件的温度；
联接到所述至少一个微型红外传感器上的控制器，所述控制器构造成接收来自所述至少一个微型红外传感器的温度数据；以及
联接到所述控制器上的用户计算装置，所述用户计算装置构造成将温度数据传达给用户。
技术方案9. 根据技术方案8所述的微型热成像系统，其特征在于，所述控制器包括联接到所述至少一个微型红外传感器上的传感器接口，以及联接到所述传感器接口上的处理器。
技术方案10. 根据技术方案8所述的微型热成像系统，其特征在于，所述用户计算装置包括联接到所述控制器上的通信接口，以及联接到所述通信接口上的处理器。
技术方案11. 根据技术方案8所述的微型热成像系统，其特征在于，至少一个微型红外传感器包括壳和联接到所述壳上的光学穹顶、红外接收器、过滤器、至少一个透镜和通信端口，所述通信端口构造成将来自所述红外接收器的数据发送到所述控制器。
技术方案12. 根据技术方案8所述的微型热成像系统，其特征在于，所述至少一个微型红外传感器构造成检测在所述微型红外传感器上游的所述多个构件的表面温度。
技术方案13. 根据技术方案8所述的微型热成像系统，其特征在于，所述至少一个微型红外传感器联接到所述多个构件中的至少一个上。
技术方案14. 根据技术方案8所述的微型热成像系统，其特征在于，所述多个构件中的至少一个包括多个涡轮叶片，所述至少一个微型红外传感器联接到所述多个涡轮叶片中的至少一个上。
技术方案15. 一种制造涡轮发动机的方法，包括：
将压缩机区段和燃烧器区段联接成处于流体连通；
将涡轮区段和燃烧器区段联接成处于流体连通；
将传动轴联接到所述涡轮区段和所述压缩机区段上；以及
将至少一个微型红外传感器联接到所述压缩机区段、所述燃烧器区段、所述涡轮区段和所述传动轴中的一个的至少一个内部构件上。
技术方案16. 根据技术方案15所述的方法，其特征在于，所述至少一个微型红外传感器包括：联接到壳上的光学穹顶；联接到所述壳上的红外接收器，所述红外接收器构造成捕捉通过所述光学穹顶的光；过滤器；以及至少一个透镜；以及构造成将来自所述红外接收器的数据发送到外部网络的通信端口。
技术方案17. 根据技术方案15所述的方法，其特征在于，将至少一个微型红外传感器联接到至少一个内部构件上进一步包括将至少一个微型红外传感器联接到至少一个活动内部构件上。
技术方案18. 根据技术方案15所述的方法，其特征在于，将至少一个微型红外传感器联接到至少一个内部构件上进一步包括将至少一个微型红外传感器嵌入所述内部构件的表面中。
技术方案19. 根据技术方案15所述的方法，其特征在于，将至少一个微型红外传感器联接到至少一个内部构件上进一步包括定位所述至少一个微型红外传感器，使得所述至少一个微型红外传感器检测在所述至少一个微型红外传感器上游的至少一个内部构件的表面温度。
技术方案20. 根据技术方案15所述的方法，其特征在于，所述至少一个内部构件包括至少一个涡轮叶片，所述方法进一步包括将至少一个微型红外传感器联接到至少一个涡轮叶片上。
技术方案21. 一种涡轮发动机100，包括：
压缩机区段104；
流通地联接到所述压缩机区段104上的燃烧器区段106；
流通地联接到所述燃烧器区段106上的涡轮区段108；
联接到所述涡轮区段108和所述压缩机区段104上的传动轴112；
多个内部构件124，125，236，238，240，246，其联接到所述压缩机区段104、所述燃烧器区段106、所述涡轮区段108和所述传动轴112中的一个上；以及
联接到所述多个内部构件124，125，236，238，240，246中的至少一个上的至少一个微型红外传感器270，所述至少一个微型红外传感器270构造成检测所述多个内部构件124，125，236，238，240，246的表面温度。
技术方案22. 根据技术方案21所述的涡轮发动机100，其特征在于，所述至少一个微型红外传感器270包括壳276和联接到所述壳276上的光学穹顶274、红外接收器288、过滤器284、至少一个透镜286和通信端口292，所述通信端口292构造成将来自所述红外接收器288的数据发送到微型热成像系统360中的控制器374。
技术方案23. 根据技术方案21所述的涡轮发动机100，其特征在于，所述多个内部构件124，125，236，238，240，246中的至少一个是可移动的，所述至少一个微型红外传感器270联接到所述多个内部构件124，125，236，238，240，246中的可移动的所述至少一个上。
技术方案24. 根据技术方案21所述的涡轮发动机100，其特征在于，所述至少一个微型红外传感器270构造成检测在所述微型红外传感器270上游的所述多个内部构件124，125，236，238，240，246的表面温度。
技术方案25. 根据技术方案21所述的涡轮发动机100，其特征在于，所述微型红外传感器270构造成检测所述多个内部构件124，125，236，238，240，246中的固定的至少一个的表面温度。
技术方案26. 根据技术方案21所述的涡轮发动机100，其特征在于，所述微型红外传感器270嵌入到所述多个内部构件124，125，236，238，240，246中的至少一个的表面272中。
技术方案27. 根据技术方案21所述的涡轮发动机100，其特征在于，所述多个内部构件124，125，236，238，240，246中的至少一个包括转子盘组件124，所述转子盘组件124包括联接到所述传动轴112上的多个涡轮叶片238，所述微型红外传感器270中的至少一个联接到所述多个涡轮叶片238中的至少一个上。
技术方案28. 一种微型热成像系统360，包括：
定位在旋转机100内的至少一个微型红外传感器270，所述传感器270构造成检测所述旋转机100内的多个构件124，125，236，238，240，246的温度；
联接到所述至少一个微型红外传感器270上的控制器374，所述控制器374构造成接收来自所述至少一个微型红外传感器270的温度数据；以及
联接到所述控制器374上的用户计算装置386，所述用户计算装置386构造成将温度数据传达给用户。
技术方案29. 根据技术方案28所述的微型热成像系统360，其特征在于，所述控制器包括联接到所述至少一个微型红外传感器上的传感器接口，以及联接到所述传感器接口上的处理器。
技术方案30. 根据技术方案28所述的微型热成像系统360，其特征在于，所述用户计算装置包括联接到所述控制器上的通信接口，以及联接到所述通信接口上的处理器。
技术方案31. 根据技术方案28所述的微型热成像系统360，其特征在于，至少一个微型红外传感器270包括壳276和联接到所述壳276上的光学穹顶274、红外接收器288、过滤器284、至少一个透镜286和通信端口292，所述通信端口292构造成将来自所述红外接收器288的数据发送到所述控制器374。
技术方案32. 根据技术方案28所述的微型热成像系统360，其特征在于，所述至少一个微型红外传感器270构造成检测在所述微型红外传感器270上游的所述多个构件124，125，236，238，240，246的表面温度。
技术方案33. 根据技术方案28所述的微型热成像系统360，其特征在于，所述至少一个微型红外传感器270联接到所述多个构件124，125，236，238，240，246中的至少一个上。
技术方案34. 根据技术方案28所述的微型热成像系统360，其特征在于，所述多个构件124，125，236，238，240，246中的至少一个包括多个涡轮叶片238，所述至少一个微型红外传感器270联接到所述多个涡轮叶片238中的至少一个上。
技术方案35. 根据技术方案31所述的微型热成像系统360，其特征在于，所述微型红外传感器270进一步包括联接到所述壳276上的冷却构件294。
附图说明
当参照附图来阅读以下详细描述时，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中，相同符号在图中表示相同部件，其中：
图1是示例性涡轮机，即，燃气涡轮发动机的示意图；
图2是用于图1中显示的涡轮发动机的示例性转子组件的示意图；
图3是用于图2中显示的转子组件的示例性传感器的示意图。
图4是用于图1中显示的涡轮发动机的示例性微型热成像系统的示意图。
除非另有指示，否则本文提供的图意于示出本公开的实施例的特征。相信这些特征适用于包括本公开的一个或多个实施例的广大范围的系统。因而，图不意于包括本领域普通技术人员已知的实践本文公开的实施例所需的所有传统特征。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求中，将参照多个用语，将把该多个用语限定成具有以下含义。
单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数所指物，除非上下文另有规定。
“可选的”或“可选地”表示后面描述的事件或情形可能发生或可能不发生，而且该描述包括发生该事件的情况和不发生该事件的情况。
如本文在说明书和权利要求中使用的那样，可应用近似语来修饰在得到许可的情况下可改变的任何数量表示而不会导致与其有关的基本功能有变化。因此，诸如“大约”、“大致”和“基本”的用语或多个用语所修饰的值不限于规定的确切值。在至少一些情况下，近似语可对应于用于测量该值的仪器的精度。在本文和在说明书和权利要求中，范围限制可结合和/或互换；确认这样的范围，而且这样的范围包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。
如本文使用，用语“处理器”和“计算机”和例如“处理装置”、“计算装置”和“控制器”的有关用语，不仅仅限于在本领域中称为计算机的那些集成电路，而是宽泛地表示微型控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、特定用途集成电路和其它可编程电路，而且这些用语可在本文中互换使用。在本文描述的实施例中，存储器可包括(但不限于)计算机可读介质，诸如随机存储器(RAM)，以及计算机可读的非易失性介质，诸如闪速存储器。备选地，还可使用软盘、致密盘-只读存储器(CD-ROM)、光磁盘(MOD)和/或数字多功能盘(DVD)。而且，在本文描述的实施例中，额外的输入通道可为(但不限于)与诸如鼠标和键盘的操作员接口相关联的计算机外围设备。备选地，还可使用其它计算机外围设备，它包括，例如(但不限于)扫描仪。此外，在示例性实施例中，额外的输出通道可包括(但不限于)操作员接口显示器。
另外，如本文使用，用语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储在存储器中供个人计算机、工作站、客户机和服务器执行的任何计算机程序。
如本文使用，用语“非瞬态计算机可读介质”意于表示用任何方法或技术实现来短期和长期地存储信息(诸如，计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块，或者任何装置中的其它数据)的任何有形的基于计算机的装置。因此，本文描述的方法可编码成可执行指令，其实现在有形的非瞬态计算机可读介质中，包括(无限制)存储装置和存储器装置。当由处理器执行时，这样的指令使处理器执行本文描述的方法的至少一部分。此外，如本文使用，用语“非瞬态计算机可读介质”包括所有有形的计算机可读介质，包括(无限制)非瞬态计算机存储装置，包括(无限制)易失性和非易失性介质，以及可移除和不可移除介质，诸如固件、物理存储器和虚拟存储器、CD-ROM、DVD和任何其它数字源，诸如网络或互联网，以及待开发的数字手段，唯一的例外是瞬态的传播信号。
本文描述的微型热成像系统有利于测量燃气涡轮发动机的多种构件的温度。本文描述的系统包括嵌入到燃气涡轮发动机的构件中的多个微型红外摄像头。在至少一个实施例中，系统包括联接到燃气涡轮发动机的活动构件上的多个微型红外摄像头。在活动构件旋转或平移时，微型红外摄像头获取关于燃气涡轮发动机的热活性的数据，并且提供多种构件的表面温度的几乎完整的图。然后收集到的数据可无线传输到外部接收器供分析，从而接近实时地对用户提供热反馈。
图1是旋转机100，即，涡轮机，并且更具体地，涡轮发动机的示意图。在示例性实施例中，涡轮发动机100是燃气涡轮发动机。备选地，涡轮发动机100是任何其它涡轮发动机和/或旋转机，包括(无限制)蒸汽涡轮发动机、飞机发动机、风力涡轮和压缩机。在示例性实施例中，燃气涡轮发动机100包括空气进口区段102和压缩机区段104，压缩机区段104联接在进口区段102的下游且与进口区段102处于流连通。压缩机区段104封闭在压缩机壳105内。燃烧器区段106联接在压缩机区段104的下游，并且与压缩机区段104处于流连通，而且涡轮区段108联接在燃烧器区段106的下游，并且与燃烧器区段106处于流连通。涡轮区段108封闭在涡轮壳109内，并且包括在涡轮区段108下游的排气区段110。燃烧器壳体111围绕燃烧器区段106延伸，并且联接到压缩机壳105和涡轮壳109上。此外，在示例性实施例中，涡轮区段108通过传动轴112联接到压缩机区段104上，传动轴112包括(无限制)压缩机转子或传动轴114和涡轮转子或传动轴115。
在示例性实施例中，燃烧器区段106包括多个燃烧器组件，即，各自联接成与压缩机区段104处于流连通的燃烧器116。燃烧器区段106还包括至少一个燃料喷嘴组件118。各个燃烧器116与至少一个燃料喷嘴组件118处于流连通。此外，在示例性实施例中，涡轮区段108和压缩机区段104通过传动轴114可旋转地联接到负载120上。例如，负载120可包括(无限制)发电机和/或机械驱动应用，例如，泵。备选地，燃气涡轮发动机100可为飞机发动机。在示例性实施例中，压缩机区段104包括至少一个压缩机叶片组件122，即，叶片122和至少一个相邻的固定导叶组件123。
而且，在示例性实施例中，涡轮区段108包括至少一个涡轮叶片组件124，即至少一级涡轮叶片，以及至少一个相邻的固定喷嘴组件125，即至少一级定子。各个压缩机叶片组件122和各个涡轮叶片组件124联接到传动轴112上，或者更具体地，联接到压缩机传动轴114和涡轮传动轴115。
在运行中，进口区段102将流体150传送向压缩机区段104。在示例性实施例中，流体150是空气。在备选实施例中，流体150是使得涡轮发动机100能够如本文描述的那样起作用的任何流体。压缩机区段104将流体150压缩到较高的压力和温度，然后将压缩流体152排向燃烧器区段106。压缩流体152被传送到燃料喷嘴组件118，与燃料(未显示)混合，并且在各个燃烧器116内燃烧而产生燃烧流体154，燃烧流体154向下游传送向涡轮区段108。在燃烧器116内产生的燃烧流体154向下游传送向涡轮区段108。在冲击至少一个涡轮叶片组件124之后，热能转换成驱动传动轴112的机械旋转能。涡轮区段108通过传动轴114和115驱动压缩机区段104和/或负载120，并且排气156通过排气区段110排到周围的热沉(未显示)，诸如大气。
图2是用于涡轮发动机100(在图1中显示)的示例性转子组件的示意图。在示例性实施例中，转子组件在涡轮区段108内使用，并且包括在燃烧器116下游的多个级234，多个级234包括旋转转子盘组件124和包括定子导叶236的固定喷嘴组件125。在示例性实施例中，各个转子盘组件124包括联接到转子盘240上的多个涡轮叶片238。各个转子盘240联接到传动轴115上。涡轮壳109沿周向围绕涡轮叶片238和定子导叶236延伸，使得各个定子导叶236由壳109支承。在示例性实施例中，各个转子盘240为环形，并且包括限定在其中的中心膛孔244，它基本沿轴向延伸通过其中。更具体地，各个盘本体246从中心膛孔244沿径向向外延伸。
在示例性实施例中，中心膛孔244在大小上设置成通过其中而接收传动轴115。盘本体246在径向内部边缘248和径向外部边缘250之间沿径向延伸，并且从上游表面252沿轴向延伸到相对的下游表面254。各个上游表面252和下游表面254在内部边缘248和外部边缘250之间延伸。轴向支承臂256联接在相邻转子盘240之间而形成涡轮区段108。
而且，在示例性实施例中，各个涡轮叶片238联接到盘本体246上，并且从盘本体246沿径向向外延伸。在示例性实施例中，涡轮叶片238沿周向围绕转子盘240间隔开。相邻转子盘240间隔开，使得在各排259沿周向间隔开的涡轮叶片238之间限定间隙258。间隙258在大小上设置成接收各自从涡轮壳109向内延伸向传动轴115的一排260沿周向间隔开的定子导叶236。更具体地，在示例性实施例中，定子导叶236沿周向围绕传动轴115间隔开，并且定向成将燃烧气体向下游传送向涡轮叶片238。
另外，在示例性实施例中，在涡轮壳109和各个转子盘240之间限定热流体路径261。各排259和260涡轮叶片238和定子导叶236至少部分地延伸通过热流体路径261的一部分。此外，在示例性实施例中，控制系统360(在图3中显示)包括多个传感器或换能器，诸如传感器270。
此外，在示例性实施例中，各个传感器270联接到至少一个涡轮叶片238的外表面272上。更具体地，在示例性实施例中，传感器270嵌入到涡轮叶片238中，使得当传感器270联接到涡轮叶片238上时，涡轮叶片238的外表面272是基本平滑的。在备选实施例中，传感器270以别的方式附连到至少一个涡轮叶片238的外表面272上，或者设置在外表面272上，而非嵌入到外表面272中。在示例性实施例中，传感器270不检测与传感器270联接的特定构件的温度，而是传感器270改为检测周围构件和表面的温度。例如，在示例性实施例中，传感器270联接到涡轮叶片238上，使得传感器270检测至少上游构件的表面温度，诸如定子叶片236。在备选实施例中，传感器270检测额外的构件的表面温度，诸如(但不限于)涡轮壳109、其它涡轮叶片238、传动轴115和/或燃烧器壳体111。在示例性实施例中，当传感器270联接到活动构件(诸如涡轮叶片238)上，传感器270分析固定构件。通过将传感器270联接到活动构件(诸如涡轮叶片238)上，产生在传感器270的视野内的涡轮108的内部的较完整的图，如本文描述的那样。因此，几乎同时获得多个构件的温度数据。然后可接近实时地检查和维护这些构件，这潜在地降低维护频率，并且改进涡轮发动机100的使用寿命。如本文使用，用语“实时”表示下者中的至少一个：相关联的事件的发生时间、测量和收集预定数据的时间、处理数据的时间和系统对事件和环境作出响应的时间。相比之下，诸如热电偶传感器的其它方法检测离散点处的温度，即，传感器在涡轮发动机中所处的具体点，或者备选地需要外部感测装备，它不可提供涡轮发动机的内部的完整热图像。
在备选实施例中，传感器270可联接到涡轮发动机100(在图1中显示)的使得涡轮发动机100能够如本文描述的那样起作用的任何其它构件上。例如，在备选实施例中，传感器270联接到定子236和/或盘本体246的表面272上，使得传感器270分析涡轮108的活动构件，诸如涡轮叶片238。在其它备选实施例中，传感器270联接到压缩机区段104、燃烧器区段106、出口110中的表面上和/或联接到传动轴114或115(在图1中显示)上的表面上。在示例性实施例中，传感器270是微型红外传感器。更具体地，在示例性实施例中，传感器270是微型红外摄像头。微型红外摄像头典型地足够小且重量足够轻，以至于传感器270的存在基本不干扰涡轮发动机100的运行。在一个示例中，微型红外摄像头具有范围为大约(且包括)5克(g)至大约(且包括)50克(g)的重量，以及直径范围为大约(且包括)5毫米(mm)至(且包括)25毫米(mm)的大小。大小和重量比传统红外摄像头更小会允许这些温度传感器与许多燃气涡轮发动机应用结合。在备选实施例中，传感器270是使得涡轮发动机100能够如本文描述的那样起作用的任何重量或任何大小的任何传感器。在示例性实施例中，传感器270各自检测在与传感器270联接的构件上游的构件的温度。在备选实施例中，传感器270检测相对于传感器270处于使得涡轮发动机100能够如本文描述的那样起作用的任何其它定向的构件或多个构件下游的温度。涡轮发动机100还可包括其它传感器(未显示)，它可将涡轮发动机100的其它运行参数的信号传输给控制系统360(在图3中显示)。
虽然图2示出了在涡轮区段108内使用的转子组件的示例性实施例，但在备选实施例中，传感器270联接到涡轮发动机100的其它区段的内部构件上。如本文使用，用语“内部构件”包括(但不限于)转子盘组件124、固定喷嘴组件125、定子导叶236、涡轮叶片238、转子盘240、传动轴112、114、115、盘本体246、机器臂(未显示)和在压缩机区段104、燃烧器区段106和涡轮区段108(在图1中显示)内的任何其它构件。在示例性实施例中，传感器270联接到活动内部构件上，并且获取固定内部构件的数据。在备选实施例中，传感器270联接到固定内部构件上，并且获取活动内部构件的数据。在另外的备选实施例中，传感器270联接到内部构件的任何组合上，并且从任何其它组合的内部构件获取数据。
图3是用于转子组件(在图2中显示)的传感器270的示意图。在示例性实施例中，传感器270包括在传感器270的第一端275处的光学穹顶274，它联接到壳276上，壳276延伸到传感器270的第二端277。壳276容纳传感器270内的多个传感器构件278。传感器构件278包括沿着壳276的外周联接的热隔离件280。传感器构件278进一步包括联接到壳276上的过滤器284、棱镜285、多个透镜286、红外传感器288(在本文也描述成红外接收器288)、传感器上系统(SoS)289、电池290和通信端口292。电池290电联接到至少红外传感器288和通信端口292上，以对构件288和292两者供应功率。在示例性实施例中，各个过滤器284、至少一个多个透镜286、红外传感器288、电池290和通信端口292从第一端275到第二端277按顺序联接到壳276上。在备选实施例中，各个过滤器284、至少一个多个透镜286、红外传感器288、电池290和通信端口292按使得传感器270能够如本文描述的那样起作用的任何顺序联接到壳276上。
在示例性实施例中，传感器270进一步包括联接到壳276上的冷却构件294。冷却构件294是从传感器270移除热，并且更具体地从传感器270内的至少一个传感器构件278移除热的任何适当的热交换器。在示例性实施例中，冷却构件294在传感器270的第二端277处联接到壳276上。在备选实施例中，冷却构件294按使得传感器270能够如本文描述的那样起作用的任何构造联接到壳276上。
在运行中，光进入光学穹顶274，穿过过滤器284和透镜286，并且由红外传感器288接收。通信端口292将来自红外传感器288的数据发送到外部网络360，如本文进一步描述的那样。
图4是用于涡轮发动机100(在图1中显示)的微型热成像系统360的示意图。在示例性实施例中，控制系统360(在本文出描述成网络360)包括控制器374，控制器374无线联接到各个传感器270上，并且更具体地，无线联接到各个传感器270的通信端口292上。更具体地，控制器374包括传感器接口376，在本文也描述成接收器，并且各个传感器270通过无线连接联接到接口376上，诸如小范围无线通信通道，诸如BLUETOOTH®。BLUETOOTH是华盛顿州的柯克兰市的Bluetooth SIG公司的注册商标。在传感器接口376和传感器270之间还可获得多种其它连接。这样的连接可包括(无限制)电导体、低级串行数据连接，诸如推荐标准(RS)232或RS-485、高级串行数据连接，诸如通用串行总线(USB)或电气与电子工程师协会(IEEE®)1394、并行数据连接，诸如IEEE®1284或IEEE®488，和/或私人(例如，不可访问的外部功率发生系统)网络连接，不管是有线还是无线。IEEE是纽约州的纽约市的电气与电子工程师协会的注册商标。
在示例性实施例中，各个传感器270将对应于运行参数的信号传输给控制器374，诸如传感器270针对传感器270的相应的视区检测到一个或多个温度值。此外，各个传感器270例如可连续、定期地传输信号，或者仅传输信号一次。还可构想到其它信号时间选择。此外，各个传感器270可传输呈模拟形式或数字形式的信号。在备选实施例中，涡轮发动机100内的其它传感器(未显示)将诸如(但不限于)压力的其它运行参数的信号传输给控制器374。
另外，在示例性实施例中，控制器374是实时控制器，它包括任何适当的基于处理器或基于微型处理器的系统，诸如计算机系统，它包括微型控制器、精简指令集电路(RISC)、特定用途集成电路(ASIC)、逻辑电路和/或能够执行本文描述的功能的任何其它电路或处理器。在一个实施例中，控制器374可为包括只读存储器(ROM)和/或随机存取存储器(RAM)的微型处理器，诸如例如，具有2兆位ROM和64千位RAM的32位微型计算机。
在示例性实施例中，控制器374还包括存储器装置378，它存储可执行指令和/或表示和/或指示涡轮发动机100的运行状况的一个或多个运行参数。例如，在示例性实施例中，存储器装置378存储传感器270检测到的温度数据。在示例性实施例中，控制器374还包括处理器380，它通过系统总线382联接到存储器装置378和传感器接口376上。
在一个实施例中，处理器380可包括处理单元，诸如(无限制)集成电路(IC)、特定用途集成电路(ASIC)、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)和/或任何其它可编程电路。备选地，处理器380可包括多个处理单元(例如，呈多核构造)。以上示例仅仅是示例性的，并且因而决不意于限制用语“处理器”的定义和/或含义。在备选实施例中，传感器289(在图2中显示)上的系统包括在传感器270内，并且执行传感器270内部的处理和/或计算功能。
在示例性实施例中，控制系统160还包括联接到控制器374上的用户计算装置386。更具体地，用户计算装置386包括通信接口390，它联接到包含在控制器374内的通信接口391上。用户计算装置386包括用于执行指令的处理器392。在一些实施例中，可执行指令存储在存储器装置394中。处理器392可包括一个或多个处理单元(例如，成多核构造)。存储器装置394是允许存储和取回诸如可执行指令和/或其它数据的信息的任何装置。
用户计算装置386还包括用来对用户(未显示)呈现信息的至少一个媒体输出构件396。媒体输出构件396是能够对用户传达信息的任何构件。媒体输出构件396可包括(无限制)显示装置(例如，液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器，或者音频输出装置(例如扬声器或耳机))。
此外，在示例性实施例中，用户计算装置386包括用于接收来自用户的输入的输入接口398。在一些实施例中，输入接口398包括例如键盘、指点装置、鼠标、铁笔、触敏板(例如，触摸垫或触摸屏)、陀螺仪、加速计、位置检测器和/或音频输入装置。诸如触摸屏的构件可用作媒体输出构件396和输入接口398的输出装置。
上面描述的微型热成像系统克服了与旋转机的已知温度感测系统相关联的若干缺陷。本文描述的微型热成像系统有利于测量燃气涡轮发动机的多种构件的温度。本文描述的系统包括嵌入到燃气涡轮发动机的构件中的多个微型红外摄像头。在至少一个实施例中，系统包括嵌入到燃气涡轮发动机的活动构件中的多个微型红外摄像头。在活动构件旋转或平移时，微型红外摄像头获取关于燃气涡轮发动机的热活性的数据，并且提供多种构件的表面温度的几乎完整的图。然后收集到的数据可无线传输到外部接收器供分析，从而接近实时地对用户提供热反馈。
本文描述的方法、系统和设备的示例性技术效果包括下者中的至少一个：(a)将温度传感器结合在燃气涡轮构件内，温度传感器测量超过构件表面上的离散点的温度；(b)使得能够测量内部构件的温度，而不包括外部感测装备，例如，通过传统的红外摄像头和内孔镜；(c)使得能够几乎同时测量多个构件的表面温度，尤其是当微型红外传感器联接到涡轮发动机内部的活动部件上时；(d)使得能够接近实时地检查涡轮发动机的内部构件，这潜在地降低维护频率和改进涡轮发动机的使用寿命。
上面详细描述了微型热成像系统的示例性实施例。微型热成像系统和制造或运行这种系统和装置的方法不限于本文描述的具体实施例，而是相反，构件系统和/或方法的步骤可与本文描述的其它构件和/或步骤独立地和分开来使用。例如，系统、设备和方法还可与包括旋转或平移部件的其它类型的机器结合起来使用，而且不限于仅用本文描述的微型热成像系统实践。相反，示例性实施例可与可受益于使用本发明的许多其它应用、装备和系统结合起来实施和使用。
虽然可在一些图中显示本公开的多种实施例的具体特征，而在其它图中不显示，但这仅仅是为了方便。根据本公开的原理，图的任何特征可结合任何其它图的任何特征来引用和/或声明。
一些实施例包括使用一个或多个电子或计算装置。这样的装置典型地包括处理器、处理装置或控制器，诸如通用中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微型控制器、精简指令集计算机(RISC)处理器、特定用途集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理(DSP)装置，和/或能够执行本文描述的功能的任何其它电路或处理装置。本文描述的方法可编码成实现在计算机可读介质中的可执行指令，包括(无限制)存储装置和/或存储器装置。当由处理装置执行时，这样的指令使处理装置执行本文描述的方法的至少一部分。以上示例仅仅是示例性的，并且因而无论如何不意于限定用语处理器和处理装置的定义和/或含义。
本书面描述使用示例来公开实施例，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践实施例，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本公开的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

Claims (14)

1.一种涡轮发动机，包括：
压缩机区段；
流通地联接到所述压缩机区段上的燃烧器区段；
流通地联接到所述燃烧器区段上的涡轮区段；
联接到所述涡轮区段和所述压缩机区段上的传动轴；
多个内部构件，其联接到所述压缩机区段、所述燃烧器区段、所述涡轮区段和所述传动轴中的一个上；以及
联接到所述多个内部构件中的至少一个上的至少一个微型红外传感器，所述至少一个微型红外传感器构造成检测所述多个内部构件的表面温度，
其中，所述至少一个微型红外传感器嵌入到所述多个内部构件中的至少一个活动构件的表面中，并且
其中，所述至少一个微型红外传感器构造成检测所述多个内部构件中的至少一个固定构件的表面温度。
2.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述至少一个微型红外传感器包括壳和联接到所述壳上的光学穹顶、红外接收器、过滤器、至少一个透镜和通信端口，所述通信端口构造成将来自所述红外接收器的数据发送到微型热成像系统中的控制器。
3.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述至少一个微型红外传感器构造成检测在所述微型红外传感器上游的所述多个内部构件的表面温度。
4.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述多个内部构件中的至少一个包括转子盘组件，所述转子盘组件包括联接到所述传动轴上的多个涡轮叶片，所述微型红外传感器中的至少一个联接到所述多个涡轮叶片中的至少一个上。
5.一种微型热成像系统，包括：
嵌入到旋转机的多个内部构件中的至少一个活动构件的表面中的至少一个微型红外传感器，所述至少一个微型红外传感器构造成检测所述多个内部构件中的至少一个固定构件的表面温度；
联接到所述至少一个微型红外传感器上的控制器，所述控制器构造成接收来自所述至少一个微型红外传感器的温度数据；以及
联接到所述控制器上的用户计算装置，所述用户计算装置构造成将温度数据传达给用户。
6.根据权利要求5所述的微型热成像系统，其特征在于，所述控制器包括联接到所述至少一个微型红外传感器上的传感器接口，以及联接到所述传感器接口上的处理器。
7.根据权利要求5所述的微型热成像系统，其特征在于，所述用户计算装置包括联接到所述控制器上的通信接口，以及联接到所述通信接口上的处理器。
8.根据权利要求5所述的微型热成像系统，其特征在于，至少一个微型红外传感器包括壳和联接到所述壳上的光学穹顶、红外接收器、过滤器、至少一个透镜和通信端口，所述通信端口构造成将来自所述红外接收器的数据发送到所述控制器。
9.根据权利要求5所述的微型热成像系统，其特征在于，所述至少一个微型红外传感器构造成检测在所述微型红外传感器上游的所述多个内部构件的表面温度。
10.根据权利要求5所述的微型热成像系统，其特征在于，所述多个内部构件中的至少一个包括多个涡轮叶片，所述至少一个微型红外传感器联接到所述多个涡轮叶片中的至少一个上。
11.一种制造涡轮发动机的方法，包括：
将压缩机区段和燃烧器区段联接成处于流体连通；
将涡轮区段和燃烧器区段联接成处于流体连通；
将传动轴联接到所述涡轮区段和所述压缩机区段上；以及
将至少一个微型红外传感器嵌入到所述压缩机区段、所述燃烧器区段、所述涡轮区段和所述传动轴中的一个的至少一个内部构件中的至少一个活动构件的表面中，使得所述至少一个微型红外传感器检测所述至少一个内部构件中的至少一个固定构件的表面温度。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一个微型红外传感器包括：联接到壳上的光学穹顶；联接到所述壳上的红外接收器，所述红外接收器构造成捕捉通过所述光学穹顶的光；过滤器；以及至少一个透镜；以及构造成将来自所述红外接收器的数据发送到外部网络的通信端口。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将至少一个微型红外传感器联接到至少一个内部构件上进一步包括定位所述至少一个微型红外传感器，使得所述至少一个微型红外传感器检测在所述至少一个微型红外传感器上游的至少一个内部构件的表面温度。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一个内部构件包括至少一个涡轮叶片，所述方法进一步包括将至少一个微型红外传感器联接到至少一个涡轮叶片上。
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