CN114375365A

CN114375365A - 基于探针的周向横动系统

Info

Publication number: CN114375365A
Application number: CN202080063337.0A
Authority: CN
Inventors: B·M·S·巴哈杜尔; J·约翰; S·R·帕卡拉
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co PLC
Priority date: 2019-10-03
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2022-04-19
Also published as: JP2022552610A; US20210102824A1; EP4038265A1; US11187560B2; WO2021067083A1

Abstract

本发明提供了一种横动机构，该横动机构用于测量流体流动路径中的流动特性。该横动机构包括旋转构件，该旋转构件被构造成在周向方向上围绕轴线旋转360度。该横动机构还包括联接到旋转构件的探针。该探针在径向方向上相对于轴线延伸穿过旋转构件的一部分进入流体流动路径中。旋转构件的旋转使探针能够在周向方向上围绕轴线360度映射或测量流体流动路径中的一个或多个流动特性。

Description

基于探针的周向横动系统

背景技术

本文公开的主题涉及横动系统，并且更具体地涉及周向横动系统。

利用包括探针的横动系统来在测试(例如，原型测试)期间测量涡轮机(例如，燃气涡轮发动机、压缩机等)的流场中的各种流动特性。例如，可以经由映射或测量从横动系统获得总压、静压、温度、流动角度、速度分量和/或其他流动特性。然而，现有的横动系统不提供全区域映射机构。具体地，现有的横动系统在周向扫描(例如，在周向方向上覆盖40度到60度的区域)中受限制。通常，需要多个探针和/或多个机构或系统的设置来测量360度的区域。

发明内容

下面概述了与最初要求保护的主题的范围相当的某些实施方案。这些实施方案并非旨在限制要求保护的主题的范围，而是这些实施方案仅旨在提供本主题的可能形式的简要概述。实际上，本主题可以涵盖可以与下面阐述的实施方案类似或不同的各种形式。

在第一实施方案中，提供了一种横动机构，该横动机构用于测量流体流动路径中的流动特性。该横动机构包括旋转构件，该旋转构件被构造成在周向方向上围绕轴线旋转360度。该横动机构还包括联接到旋转构件的探针。该探针在径向方向上相对于轴线延伸穿过旋转构件的一部分进入流体流动路径中。旋转构件的旋转使探针能够在周向方向上围绕轴线360度映射或测量流体流动路径中的一个或多个流动特性。

在第二实施方案中，提供了一种横动机构，该横动机构用于测量涡轮机的一部分的流体流动路径中的流动特性。该横动机构包括第一凸缘、第二凸缘和环形板，该环形板设置在第一凸缘和第二凸缘之间。该横动机构还包括齿轮，该齿轮围绕环形板设置并且被构造成在致动时使环形板相对于第一凸缘和第二凸缘在周向方向上围绕轴线旋转360度。该横动机构还包括联接到环形板的探针。该探针在径向方向上相对于轴线延伸穿过环形板的一部分进入流体流动路径中。环形板的旋转使探针能够在周向方向上围绕轴线360度映射或测量流体流动路径中的一个或多个流动特性。

在第三实施方案中，提供了一种横动机构，该横动机构用于测量流体流动路径中的流动特性。该横动机构包括固定部件和旋转部件，该旋转部件被构造成相对于固定部件在周向方向上围绕轴线旋转。该横动机构还包括抗摩擦轴承系统，该抗摩擦轴承系统设置在固定部件和旋转部件之间以促进旋转。该横动机构还包括密封系统，该密封系统设置在固定部件和旋转部件之间，以防止流体从横动机构泄漏。该横动机构还包括联接到固定部件的探针。旋转部件的旋转使探针能够在周向方向上围绕轴线360度映射或测量流体流动路径中的一个或多个流动特性。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明主题的这些和其他特征、方面和优点，在整个附图中，相同的字符表示相同的部分，其中：

图1是具有基于探针的横动系统(例如，周向横动系统)的涡轮机的实施方案的框图；

图2是如图1所示的涡轮机的实施方案的截面侧视图；

图3是图1的周向横动系统的横动机构的实施方案的横截面侧视图；

图4是在线4-4内截取的图3的横动机构的一部分的横截面侧视图；

图5是围绕横动机构的环形板设置的齿轮的实施方案的透视图；

图6是具有探针的横动机构的一部分的实施方案的透视图；

图7是联接到涡轮机的一部分的横动机构的实施方案的透视图；并且

图8是联接到图7中的涡轮机的部分的横动机构的横截面视图。

具体实施方式

下面将描述本发明主题的一个或多个具体实施方案。为了提供这些实施方案的简明描述，可能未在说明书中描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在任何此类实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多特定于实施方式的决策以实现开发者的特定目标，诸如遵守系统相关和业务相关的约束，这些约束可能因实施方式而异。此外，应当理解，此类开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员来说仍然是设计、制作和制造的常规任务。

当介绍本发明主题的各种实施方案的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在意指存在元件中的一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包含性的，并且意味着可能存在除列出元件之外的附加元件。

本公开的实施方案包括一种横动机构或系统(例如，周向横动机构或系统)，该横动机构或系统提供探针的360度周向运动。横动机构可以联接到或沿着涡轮机(例如，燃气涡轮发动机、压缩机等)的不同部件，以测量或映射流动特性。横动机构包括适当的密封(例如，抗摩擦轴承、密封件等)，以使联接到横动机构的单个探针能够对整个360度区域(例如，相对于沿着纵向轴线的轴向点在周向方向上)进行区域映射或测量。具体地，可以在围绕整个360度区域的流体流动路径或流体流场中测量流动特性，诸如总压、静压、温度、流动角度、速度分量。在某些实施方案中，多个探针可以联接到横动机构。

转到附图，图1是涡轮机10(例如，燃气涡轮发动机11)的实施方案的框图。作为参考，燃气涡轮发动机11可在轴向方向30(例如，相对于燃气涡轮发动机11的纵向轴线36，参见图2)、朝向或远离纵向轴线36的径向方向32以及围绕纵向轴线36的周向方向34上延伸。所公开的涡轮系统10采用基于探针的横动系统(例如，周向横动系统)13。如下文更详细地描述的，基于探针的横动系统13使得能够在周向方向34上围绕轴线度映射或测量流体流动路径或流体流场360中的一个或多个流动特性。流动特性可以包括总压、静压、温度、流动角度和/或速度分量。尽管在以下公开内容中参考了燃气涡轮发动机，但是基于探针的横动系统可以与任何涡轮机(例如，燃气涡轮发动机、蒸汽涡轮机发动机、压缩机或任何其他类型的旋转机器)一起使用。

燃气涡轮发动机11可以使用液体或气体燃料诸如天然气和/或合成气来驱动燃气涡轮发动机11。如所描绘的，一个或多个燃料喷嘴12使得燃料供应14进气，部分地将燃料与空气混合，并且将燃料和空气-燃料混合物分配到燃烧器16中，在该燃烧器中，燃料和空气之间发生进一步的混合。空气-燃料混合物在燃烧器16内的腔室中燃烧，从而产生热加压排气。燃烧器16引导排气通过涡轮18朝向排气出口20。随着排气通过涡轮18，该排气迫使涡轮桨叶使轴22沿着燃气涡轮发动机11的轴线旋转。如图所示，轴22连接到燃气涡轮发动机11的各种部件，包括压缩机24。压缩机24还包括联接到轴22的桨叶。随着轴22旋转，压缩机24内的桨叶也旋转，从而通过压缩机24压缩来自进气口26的空气，并将空气压缩到燃料喷嘴12和/或燃烧器16。轴22也可以连接到负载28，该负载可以是车辆或固定负载，诸如发电厂中的发电机或飞行器上的推进器。负载28可以包括能够由燃气涡轮发动机11的旋转输出提供动力的任何合适的装置。

下文讨论的基于探针的横动系统13可以联接到燃气涡轮发动机11的各种部件(例如，压缩机24、涡轮18等)。例如，基于探针的横动系统13可以在压缩机24的阶段之间、直接在压缩机24的下游、涡轮18的阶段之间和/或直接在排气出口或叠层上游的涡轮18的下游联接。

图2是如图1所示的燃气涡轮发动机11的实施方案的截面侧视图。燃气涡轮发动机11具有纵向轴线36。在操作中，空气通过进气口26进入燃气涡轮发动机11，并在压缩机24中被加压。然后，该压缩空气与气体混合以在燃烧器16内燃烧。例如，燃料喷嘴12可以以合适的比率将燃料-空气混合物喷射到燃烧器16中，以实现最佳燃烧、排放、燃料消耗和功率输出。燃烧产生加压的热排气，然后该热排气驱动涡轮18中的涡轮桨叶38以使轴22旋转，并因此使压缩机24和负载旋转。涡轮桨叶38的旋转引起轴22的旋转，从而使压缩机24内的桨叶40(例如，压缩机桨叶)吸入并加压由进气口26接纳的空气。

图3和图4是图1的周向横动系统13的横动机构42(例如，周向横动机构)的实施方案的横截面侧视图。横动机构42包括第一凸缘44、第二凸缘46和环形板48(例如，旋转构件或中心板)。第一凸缘44和第二凸缘46各自包含凸缘部分50和颈部部分52。该凸缘44、46的凸缘部分50联接到并且侧接环形板48。当横动机构42联接到涡轮机的部件时，颈部部分52和环形板48的内表面限定穿过横动机构42的流体流动路径54。该凸缘44、46的端部56各自被构造成联接到涡轮机的部件。在某些实施方案中，该凸缘44、46可以形成涡轮机的一部分。横动机构42还包括第一夹紧板58和第二夹紧板60。该夹紧板58、60联接到并且侧接该凸缘44、46的凸缘部分50，以保持凸缘部分50抵靠或与环形板48(例如，环形板48的侧面)相邻。该夹紧板58、60的部分62邻接环形板48(例如，环形板48的侧面)并且经由紧固件64(例如，螺母和螺栓)联接到环形板48。

横动机构42包括齿轮66，该齿轮联接到并且被构造成围绕轴线36在周向方向34上驱动环形板48旋转360度。如图所示，齿轮66和环形板48是单独的件。在某些实施方案中，齿轮66和环形板48可以是整体件。该凸缘44、46形成横动机构42的固定部件68。环形板48、该夹紧板58、60和齿轮66形成横动机构42的旋转部件70。旋转部件70相对于固定部件68在周向方向34上旋转。致动机构72(例如，齿轮、电机诸如步进电机等)与齿轮66(例如齿轮66的齿)介接并且致动或驱动齿轮66的旋转，并因此致动或驱动旋转部件70。

横动机构42进一步包括一个或多个探针74。该探针74的数量可以在从1到5或更大的范围内。该探针74径向地32延伸穿过环形构件48进入流体流动路径54。该探针74映射或测量流体流动路径54中的一个或多个流动特性。这些流动特性可以包括总压、静压、温度、流动角度、速度分量和/或其他流动特性。环形板48的旋转使该探针74旋转并启用单个探针74(或每个探针74)以在周向方向34上围绕轴线36360度映射或测量(例如，在360度区域中)一个或多个流动特性。

横动机构42事件进一步包括密封系统76和抗承载系统78。密封系统76防止流体通过横动机构42(例如，具体地环形板48和凸缘44、46联接到其上)泄漏。密封系统76包括第一密封机构80和第二密封机构82，该第一密封机构设置在第一凸缘44的凸缘部分52和环形板48之间，该第二密封机构设置在第二凸缘46的凸缘部分52和环形板48之间。每个密封机构80、82包括至少一个密封件84(例如，O形环)。每个密封机构80、82中的密封件84的数量可以在从1个到3个或更多个密封件84的范围内。如图所示，第一密封机构80包括(例如，围绕相对于轴线36的相同轴向点)呈同心布置的O形环86、88，其中O形环88径向地32设置成比O形环86更靠近流体流动路径54。第二密封机构82包括(例如，围绕相对于轴线36的相同轴向点)呈同心布置的O形环90、92，其中O形环92径向地32设置成比O形环90更靠近流体流动路径54。O形环86、88、90、92围绕轴线36在周向方向34上延伸360度。

抗承载系统78使得旋转部件70(例如，夹紧板58、60)能够相对于固定部件68旋转(例如，凸缘44、46的凸缘部分52)同时减少部件68、70之间的磨损。抗承载系统78包括设置在第一夹紧板58和第一凸缘44的凸缘部分52之间的第一组轴承94(例如，热塑性聚合物O形环，诸如聚四氟乙烯(PTFE)O形环)。抗承载系统78还包括设置在第二夹紧板60和第二凸缘50的凸缘部分52之间的第二组轴承96(例如，热塑性聚合物O形环，诸如PTFE O形环)。如图所示，每组轴承中的轴承的数量可以从1个变化到3个或更多个轴承。如所描绘的，第一组轴承94包括(例如，围绕相对于轴线36的相同轴向点)呈同心布置的O形环98、100，其中O形环100径向地32设置成比O形环98更靠近流体流动路径54。第二组轴承96包括(例如，围绕相对于轴线36的相同轴向点)呈同心布置的O形环102、104，其中O形环104径向地32设置成比O形环102更靠近流体流动路径54。

控制器106经由有线或无线接口通信地联接到(例如，数据传输、接收和给予指令)致动机构72和探针74。控制器106可以控制环形板48的旋转，并因此控制探针74以及探针74的映射和/或测量。控制器106具有处理器108和通信地联接到处理器108的存储器110(例如，非暂态计算机可读介质/存储器电路系统)，该存储器存储一组或多组指令(例如，处理器可执行指令)，该指令被实施以执行与横动系统13相关的操作。更具体地，存储器110可以包括易失性存储器诸如随机存取存储器(RAM)，和/或非易失性存储器诸如只读存储器(ROM)、光驱、硬盘驱动器或固态驱动器。另外，处理器108可以包括一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、一个或多个通用处理器或它们的任何组合。此外，术语处理器不仅限于在本领域中被称为处理器的那些集成电路，而是广义地指计算机、处理器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器、专用集成电路和其他可编程电路。

图5是围绕横动机构的环形板48设置的齿轮66的实施方案的透视图。如所描绘的，齿轮66围绕环形板48的外边缘360度周向地34设置。齿轮66包括用于与致动机构(例如，电机、齿轮等)接合的齿112，该致动机构驱动齿轮66旋转并因此驱动环形板48旋转。齿轮66还包括用于在流体流动路径内接收探针的一个或多个端口114(与环形板48上的相应端口对准)。端口114围绕齿轮66周向地34间隔开。在某些实施方案中，可以利用用于单个探针的单个端口114。在其他实施方案中，可以利用用于多个相应探针的多个端口114。

图6是具有探针74(例如，单个探针74)的横动机构42的一部分的实施方案的透视图。如图所示，横动机构联接到涡轮机的部件116(例如，涡轮)。探针74通过环形板48设置到流体流动路径54中。如图所示，凸缘44形成涡轮机的部件116的一部分(例如，壳体)。致动机构118联接到探针74以将探针74插入环形板48和流体流动路径54中，并且在径向方向32上将探针从环形板48和流体流动路径54移除。在环形板48的旋转期间，致动机构不联接到探针74，因此使得探针74能够周向地34旋转。在某些实施方案中，致动机构118可以与探针74一起旋转。

图7和图8是联接到涡轮机120的一部分的横动机构42的视图。如所描绘的，涡轮机120包括涡轮122和排气叠层124。如图所示，凸缘44、46和环形板48限定流体流动路径54的一部分。另外，凸缘44、46形成涡轮机120的一部分。

所公开的实施方案的技术效果包括提供横动机构，该横动机构使一个或多个探针能够周向地横穿流体流动路径(例如，涡轮机的部件)。这使得能够利用单个设置在流体流动路径内围绕360度区域映射或测量一个或多个流体流动特性。

本书面描述使用示例来公开主题，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践主题，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。主题的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，则此类其他示例预期在权利要求书的范围内。

这里提出和要求保护的技术被引用并应用于实践性质的物质对象和具体例子，这些物质对象和具体例子明显地改进了本技术领域，并且因此不是抽象的、无形的或纯理论的。此外，如果附加到本说明书末尾的任何权利要求包含一个或多个被指定为“[执行][一个功能]……”或“[执行][一个功能]的步骤……”的要素，则这些要素应根据35 U.S.C.112(f)进行解释。然而，对于包含以任何其他方式指定的元素的任何权利要求，这种元素则不应根据35 U.S.C.112(f)进行解释。

Claims

1.一种横动机构，所述横动机构用于测量流体流动路径中的流动特性，包括：

旋转构件，所述旋转构件被构造成在周向方向上围绕轴线旋转360度；和

探针，所述探针联接到所述旋转构件，其中所述探针在径向方向上相对于所述轴线延伸穿过所述旋转构件的一部分进入所述流体流动路径中；

其中所述旋转构件的旋转使所述探针能够在所述周向方向上围绕所述轴线360度映射或测量所述流体流动路径中的一个或多个流动特性。

2.根据权利要求1所述的横动机构，所述横动机构包括第一凸缘和第二凸缘，所述第一凸缘和所述第二凸缘联接到并且侧接所述旋转构件以限定所述流体流动路径。

3.根据权利要求2所述的横动机构，所述横动机构包括第一密封机构和第二密封机构，所述第一密封机构设置在所述第一凸缘和所述旋转构件之间，所述第二密封机构位于所述第二凸缘和所述旋转构件之间，以防止流体从所述横动机构泄漏。

4.根据权利要求3所述的横动机构，其中所述第一密封机构和所述第二机构各自包括至少一个O形环。

5.根据权利要求2所述的横动机构，所述横动机构包括第一夹紧板和第二夹紧板，所述第一夹紧板和所述第二夹紧板联接到并且侧接所述第一凸缘和所述第二凸缘以及所述旋转构件，其中所述第一夹紧板和所述第二夹紧板被构造成保持所述第一凸缘和所述第二凸缘与所述旋转构件相邻。

6.根据权利要求5所述的横动机构，所述横动机构包括至少一个抗摩擦轴承，所述至少一个抗摩擦轴承设置在所述第一夹紧板和所述第一凸缘之间，并且至少一个抗摩擦轴承设置在所述第二夹紧板和所述第二凸缘之间，其中所述抗摩擦轴承被构造成促进所述第一夹紧板、所述旋转构件和所述第二夹紧板相对于第一凸缘和第二凸缘的旋转。

7.根据权利要求5所述的横动机构，其中所述抗摩擦轴承包括聚四氟乙烯O形环。

8.根据权利要求1所述的横动机构，所述横动机构包括齿轮，所述齿轮围绕所述旋转构件周向地设置，其中所述齿轮的致动被构造成使所述旋转构件和所述探针旋转。

9.根据权利要求8所述的横动机构，包括致动机构，所述致动机构用于致动所述齿轮的旋转。

10.根据权利要求1所述的横动机构，其中所述横动机构被构造成联接到涡轮机的一部分。

11.一种横动机构，所述横动机构用于测量涡轮机的一部分的流体流动路径中的流动特性，包括：

第一凸缘；

第二凸缘；

环形板，所述环形板设置在所述第一凸缘和所述第二凸缘之间；

齿轮，所述齿轮围绕所述环形板设置并且被构造成在致动时使所述环形板相对于所述第一凸缘和所述第二凸缘在周向方向上围绕轴线旋转360度；和

探针，所述探针联接到所述环形板，其中所述探针在径向方向上相对于所述轴线延伸穿过所述环形板的一部分进入所述流体流动路径中；

其中所述环形板的旋转使所述探针能够在所述周向方向上围绕所述轴线360度映射或测量所述流体流动路径中的一个或多个流动特性。

12.根据权利要求11所述的横动机构，其中所述第一凸缘包括第一凸缘部分和第一颈部部分，并且所述第二凸缘包括第二凸缘部分和第二颈部部分，并且其中所述第一凸缘部分和所述第二凸缘部分联接到所述环形板，并且所述第一凸缘部分和所述第二凸缘部分被构造成联接到所述涡轮机的所述部分。

13.根据权利要求11所述的横动机构，包括密封系统，所述密封系统设置在第一凸缘和所述第二凸缘与所述环形板之间，以防止流体从所述横动机构泄漏。

14.根据权利要求13所述的横动机构，其中所述密封系统包括第一组O形环和第二组O形环，所述第一组O形环设置在所述第一凸缘和所述环形板之间，所述第二组O形环设置在所述第二凸缘和所述环形板之间。

15.根据权利要求14所述的横动机构，其中所述第一组O形环包括相对于所述轴线呈同心布置的第一O形环和第二O形环，并且所述第二组O形环包括相对于所述轴线呈同心布置的第三O形环和第四O形环。

16.根据权利要求11所述的横动机构，所述横动机构包括抗摩擦轴承系统，所述抗摩擦轴承系统被构造成促进所述旋转构件相对于第一凸缘和第二凸缘的旋转。

17.根据权利要求16所述的横动机构，所述横动机构包括第一夹紧板和第二夹紧板，所述第一夹紧板和所述第二夹紧板联接到并且侧接所述第一凸缘和所述第二凸缘。

18.根据权利要求17所述的横动机构，其中所述抗摩擦轴承系统包括第一组热塑性聚合物O形环和第二组热塑性聚合物O形环，所述第一组热塑性聚合物O形环设置在所述第一夹紧板和所述第一凸缘之间，所述第二组热塑性聚合物O形环设置在所述第二夹紧板和所述第二凸缘之间。

19.根据权利要求18所述的横动机构，其中所述第一组热塑性O形环包括相对于所述轴线呈同心布置的第一热塑性O形环和第二热塑性O形环，并且所述第一组热塑性O形环包括相对于所述轴线呈同心布置的第三热塑性O形环和第四热塑性O形环。

20.一种横动机构，所述横动机构用于测量流体流动路径中的流动特性，包括：

固定部件；

旋转部件，所述旋转部件被构造成相对于所述固定部件在周向方向上围绕轴线旋转；

抗摩擦轴承系统，所述抗摩擦轴承系统设置在所述固定部件和所述旋转部件之间以促进旋转；

密封系统，所述密封系统设置在所述固定部件和所述旋转部件之间，以防止流体从所述横动机构泄漏；和

探针，所述探针联接到所述固定部件，其中所述旋转部件的旋转使所述探针能够在所述周向方向上围绕所述轴线360度映射或测量所述流体流动路径中的一个或多个流动特性。