CN205422945U - 用于布设涡轮机械的可旋转线束的系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种用于布设从涡轮机械的转子轴延伸的可旋转线束的系统，所述系统包括从所述涡轮机械的所述转子轴的内部通道向外延伸的多个线束。环形线筒耦联到所述转子轴的端部。多个通孔限定于所述线筒内和/或由所述线筒限定。所述多个通孔环形地布置在其中。每个通孔延伸通过所述线筒的后壁并且与相邻通孔圆周地间隔。每个线束单独地延伸通过所述多个通孔的相应通孔。

Description

用于布设涡轮机械的可旋转线束的系统
技术领域
本实用新型总体上涉及一种涡轮机械，其具有在一个端部处耦联到布置在涡轮机械内的各种可旋转传感器的多个线束。更具体地，本实用新型涉及一种系统，其用于将线束布设到涡轮机械之外以便连接到滑环、数据处理器、控制器等。
背景技术
涡轮机械(如风力涡轮机、燃气涡轮机、蒸汽涡轮机、泵、风扇、发电机、马达和其它形式的商用设备)经常包括轴、叶片和其它旋转部件。在本领域中已知将一个或多个传感器安装在旋转部件上以测量那些部件的各种特性以便控制、监测和/或增强旋转部件的操作。例如，测量旋转部件的温度、速度、应力、应变、振动和/或其它特性的传感器可以允许容易地检测异常、调整修理或维护计划和/或增强操作的其它措施。
传感器可以经由延伸通过限定于转子轴内的内部通道的一个或多个线束电子地耦联到控制器或数据处理装置。在涡轮机械的操作期间线束随着转子轴旋转。在本领域中已知各种滑环和遥测系统用于将来自旋转部件的传感器数据传输到定子部件以用于进一步分析。在许多情况下，传感器和相应线的数量可以是数百或数千个。
常规地，(一个或多个)线束中的多数线人工地固定或连接到通常称为粘结板的单个或共同印刷电路板。尽管该配置和连接方法具有高可靠性，但是它会是繁重的、不耐用的和不可修理的，难以配合其它部件并且典型地限制可以使用的传感器的数量。另外，(一个或多个)线束通常受到过荷，其可能影响连接和或(一个或多个)线束内的单独的线的完整性。所以，用于将线布设到转子轴之外以便连接到控制器、数据处理器等的改进系统将是有用的。
实用新型内容
本实用新型的方面和优点在以下描述中阐述、或者可以从描述显而易见、或者可以通过本实用新型的实施而获悉。本实用新型的发明目的在于提供用于布设涡轮机械的可旋转线束的系统，以解决现有技术中的涡轮机械布线的技术问题。
本实用新型的一个实施例是一种用于布设从涡轮机械的转子轴延伸的可旋转线束的系统。所述系统包括从所述涡轮机械的所述转子轴的内部通道向外延伸的多个线束。环形线筒耦联到所述转子轴的端部。多个通孔限定于所述线筒内和/或由所述线筒限定。所述多个通孔环形地布置在其中。每个通孔延伸通过所述线筒的后壁并且与相邻通孔圆周地间隔。每个线束单独地延伸通过所述多个通孔的相应通孔。
其中，所述系统还包括多个连接器，其中每个连接器连接到相应线束的末端。
其中，每个连接器尺寸确定成至少部分地在所述线筒的相应通孔的内部延伸。
其中，所述系统还包括多个连接器保持轴环，其中每个连接器保持轴环配置成沿着所述后壁圆周地围绕相应通孔。
其中，所述后壁包括围绕每个通孔限定的凹陷部分。
其中，所述系统还包括与所述转子轴和所述线筒同轴对准的环形延伸轴，其中所述延伸轴配置成在第一端部处连接到所述转子轴，其中所述线筒经由所述环形延伸轴耦联到所述转子轴。
其中，所述系统还包括耦联到所述转子轴的端部的环形旋锻密封件，所述旋锻密封件与所述转子轴和所述线筒同轴地对准，其中所述多个线束朝着所述线筒延伸通过所述旋锻密封件，并且其中所述旋锻密封件至少部分地延伸通过所述线筒。
其中，所述系统还包括就座在所述线筒内的环形内部套筒，其中所述内部套筒围绕每个线束的一部分圆周地延伸。
其中，每个通孔大致轴向地延伸通过所述线筒的前壁和后壁。
其中，每个线束包括多个线，每个线耦联到相应的传感器，其中所述传感器连接到所述涡轮机械的可旋转部件。
本实用新型的另一实施例是一种涡轮机械。所述涡轮机械包括沿着所述涡轮机械的轴向中心线延伸的环形转子轴。所述转子轴限定延伸通过其中的内部通道。所述涡轮机械还包括多个传感器，其中每个传感器耦联到可旋转部件，所述可旋转部件耦联到所述转子轴。多个线束延伸通过所述转子轴内部通道并且延伸到所述转子轴的一个端部之外。每个线束包括多个线，每个线耦联到所述多个传感器的一个传感器。环形线筒同轴地对准并且耦联到所述转子轴的端部。多个通孔限定于所述线筒内。所述多个通孔环形地布置在其中。所述通孔的每一个大致轴向地延伸通过所述线筒的前壁和后壁并且与相邻通孔圆周地间隔。每个线束单独地延伸通过所述多个通孔的相应通孔。
其中，所述涡轮机械还包括与所述转子轴的端部和所述线筒同轴对准的环形延伸轴，其中所述延伸轴配置成在第一端部处连接到所述转子轴，其中所述线筒经由所述环形延伸轴耦联到所述转子轴。
其中，所述后壁包括围绕每个通孔限定的凹陷部分。
其中，所述涡轮机械还包括多个连接器，其中每个连接器连接到相应线束的末端。
其中，每个连接器尺寸确定成至少部分地在所述线筒的相应通孔的内部延伸。
其中，所述涡轮机械还包括耦联到所述转子轴的端部的环形旋锻密封件，所述旋锻密封件与所述转子轴和所述线筒同轴地对准，其中所述多个线束朝着所述线筒延伸通过所述旋锻密封件，并且其中所述旋锻密封件至少部分地延伸通过所述线筒。
其中，所述涡轮机械还包括就座在所述线筒内的环形内部套筒，其中所述内部套筒围绕每个线束的一部分圆周地延伸。
其中，所述涡轮机械还包括多个连接器保持轴环，其中每个连接器保持轴环配置成沿着所述后壁圆周地围绕相应通孔。
其中，所述线筒是滑环组件的可旋转部件。
其中，所述涡轮机械是燃气涡轮机。
本实用新型的有益效果在于：本申请的系统大体上提供在很小空间中管理许多线的手段，因此减小部件尺寸并且增加可以使用的传感器的数量；系统允许线束的松弛，其允许维护和修理；系统大体上便于更大的线/传感器操作能力。因此，可以实现用于验证测试的仪表计数的增加，这又可以将更大的数据提供给工程技术团体。系统可以在过荷下为线束提供径向支撑，因此改善连接可靠性。系统还可以在组装期间防止线束的扭结和/或防止束的缠结。
当阅览说明书时，本领域的普通技术人员将更好地领会这样的实施例以及其它实施例的特征和方面。
附图说明
更特别地在包括对附图的引用的说明书的剩余部分中阐述了包括对于本领域的技术人员来说是本实用新型的最佳模式的本实用新型的完整和可实现的公开，其中：
图1是可以包含到本实用新型的各实施例中的示例性涡轮机械的功能方块图，所述涡轮机械具有沿着涡轮机械的轴向中心线延伸的转子轴；
图2是根据本实用新型的各实施例的、用于将多个线束布设到涡轮机械的转子轴之外的系统的部分剖视透视图；
图3是根据本实用新型的各实施例的、如图2中所示的系统的各部件的分解图；
图4是根据本实用新型的各实施例的、如图3中所示的系统的示例性线筒的放大图；
图5是根据本实用新型的各实施例的、如图4中所示的线筒的透视图；
图6是根据本实用新型的各实施例的、如图3中所示的系统的一部分的分解图；
图7是根据本实用新型的各实施例的、如图3中所示的系统的一部分的分解图；
图8是根据本实用新型的各实施例的、如图3中所示的系统的一部分的分解图；
图9是根据本实用新型的各实施例的、如图3中所示的系统的一部分的分解图；以及
图10是根据本实用新型的各实施例的、如图3中所示的系统的一部分的分解图；
具体实施方式
每个例子作为本实用新型的解释而不是作为本实用新型的限制而被提供。实际上，本领域的技术人员将显而易见可以在本实用新型中进行修改和变化而不脱离本实用新型的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以用于另一实施例以产生又一实施例。因此，本实用新型旨在涵盖属于附带的权利要求及具等效物的范围内的这样的修改和变化。
尽管为了举例说明大体上将在燃气涡轮机的背景下描述本实用新型的示例性实施例，但是本领域的普通技术人员将容易领会本实用新型的实施例可以应用于任何涡轮机械，如蒸汽涡轮机、风力涡轮机、风扇等，其包括从旋转轴伸出的多个线束，并且说明书不旨在限制到燃气涡轮机涡轮机械，除非在权利要求中另外指定。
如本文中例示和公开，本实用新型提供一种系统，其用于从涡轮机械的转子轴布设多个线束以便连接到滑环的固定部件、计算机、数据处理器等。系统大体上提供在很小空间中管理许多线的手段，因此减小部件尺寸并且增加可以使用的传感器的数量。系统允许线束的松弛，其允许维护和修理。系统大体上便于更大的线/传感器操作能力。因此，可以实现用于验证测试的仪表计数的增加，这又可以将更大的数据提供给工程技术团体。系统可以在过荷下为线束提供径向支撑，因此改善连接可靠性。系统还可以在组装期间防止线束的扭结和/或防止束的缠结。
现在参考图，其中相同的附图标记在图中始终指示相同的元件，图1提供具有转子轴12的示例性涡轮机械10的功能方块图，所述转子轴沿着涡轮机械10的轴向中心线延伸。在特定实施例中，如图1中所示涡轮机械10是燃气涡轮机14。如图1中所示，燃气涡轮机14大体上包括入口部段16，所述入口部段可以包括一系列过滤器、冷却盘管、水气分离器和/或其它装置(未显示)以净化和以另外方式调节进入燃气涡轮机14的空气18。包括压缩机22的压缩机部段20布置在入口部段16的下游。燃烧部段24布置在压缩机部段20的下游并且可以包括围绕外壳体28(如压缩机排出壳体)环形布置的多个燃烧器26。
包括高压和/或低压涡轮机32的涡轮机部段30布置在燃烧部段24的下游。燃气涡轮机14也可以包括排气部段34，所述排气部段包括布置在涡轮机32的出口的下游的排气管道或扩散器36。在特定实施例中，入口部段16、压缩机22、燃烧部段24、涡轮机32和排气管道36限定通过燃气涡轮机12的主流动通道。
压缩机20大体上包括压缩机叶片38的多个排或级(仅仅显示一个级)，其中压缩机叶片38的每个排经由压缩机转子盘40耦联到转子轴12。另外，涡轮机32大体上包括涡轮机叶片42的多个排或级(仅仅显示一个级)，其中涡轮机叶片的每个排经由涡轮机转子盘44耦联到转子轴12。压缩机和涡轮机叶片38、42大体上安装、倾斜和/或形成为使得转子轴12的旋转导致空气18通过入口部段16吸引到压缩机22中。尽管示出为逆时针，但是旋转方向可以取决于压缩机和涡轮机叶片38、42的配置为顺时针或逆时针。
转子轴12可以连接到马达和/或发电机46以便转动转子轴12和/或生成电功率和/或机械功。转子轴12可以是单轴或者可以包括通过涡轮机械10或燃气涡轮机14耦联在一起以形成单轴的多个轴。在特定实施例中，转子轴12为环形以形成或限定轴向地延伸通过其中的内部通道50。
在操作中，空气18通过入口部段16吸引到压缩机22中，在所述压缩机处它被逐渐压缩从而将压缩空气52提供给燃烧部段24。压缩空气52被引导到燃烧器26，在所述燃烧器处它与燃料混合。每个燃烧器26中的燃料-空气混合物燃烧，因此以高速度生成高温燃烧气体54。燃烧气体54被引导通过涡轮机32，在所述涡轮机处热和动能从燃烧气体54传递到涡轮机叶片42，因此导致转子轴12旋转。燃烧气体54通过排气管道36排出。
在涡轮机械10(如本文中所述的燃气涡轮机14)的操作期间，各种旋转部件(如压缩机叶片38、压缩机转子盘40、涡轮机叶片42、涡轮机转子盘44、转子轴12和各种其它可旋转涡轮机械部件)暴露于极端温度以及可能限制寿命的机械应力。因此，通常期望监测旋转部件的各种操作参数，如温度、速度、应力、应变、振动和/或其它特性，其可以允许早期检测异常，允许调整修理或维护计划，和/或增强涡轮机械10的操作和/或效率的其它措施。
为了在各种可旋转部件处监测各种操作参数，传感器56可以耦联到涡轮机械10内的各种可旋转部件或邻近其布置。传感器56可以包括压力检测器、应变计或加速度计，其生成反映由压缩机叶片38、涡轮机叶片42或其它旋转部件产生的振动或运动的一个或多个信号。在其它实施例中，传感器56可以包括热电偶或电阻温度检测器，其生成反映各种旋转部件的温度的一个或多个信号。本领域的普通技术人员将容易地领会本实用新型的实施例不限于任何特定传感器类型，除非在权利要求中具体说明。
在特定实施例中，传感器56可以放置在压缩机叶片38上、压缩机转子盘40上、涡轮机叶片42上、涡轮机转子盘44上、转子轴12的内部通道50内等。信号从传感器56经由单独的线60传输到数据处理器58，所述数据处理器可以包括控制器或计算设备。每个线60在一个端部处连接到相应的传感器56。线60大体上轴向地通过限定于转子轴12内的内部通道50被布设。由于大量的传感器56和相应的线60，可能期望将单独的线60捆扎成在转子轴12的内部通道50内延伸的多个线束62或线缆。
传感器56和线束62随着转子轴12旋转。所以，必须将每个线束62的末端电子地耦联到滑环64或允许信号从旋转部件传输到数据处理器58的其它装置。
图2提供用于将多个线束62布设到涡轮机械10的转子轴12之外以便连接到滑环64或其它固定装置的系统100(本文中称为“系统”)的部分剖视透视图。图3提供根据本实用新型的各实施例的系统100的各部件的分解图。
在各实施例中，全体地如图2和3中所示，系统100可以包括耦联到转子轴12的端部分66(图2)的环形线筒102。在特定实施例中，如图2中所示，线筒102可以经由环形延伸轴104(图2和3)耦联到转子轴12的端部分66(图2)。延伸轴104与转子轴12和线筒102同轴地对准。
如图2和3中所示，延伸轴104可以配置成在第一端部106处连接到转子轴12。例如，延伸轴104可以包括凸缘部分108，所述凸缘部分径向向外并且至少部分圆周地围绕延伸轴104的第一端部106延伸。凸缘108可以限定多个紧固件孔110以便将延伸轴104螺栓连接或以另外方式连接到转子轴12的端部分66。在替代实施例中，延伸轴104可以焊接或以另外方式固定地连接到转子轴12。
图4提供根据本实用新型的各实施例的线筒102的放大图。图5提供如图4中所示的线筒102的透视图。如图4和5中所示，线筒102包括多个通孔112。通孔112可以限定于线筒102内和/或由其限定。在特定实施例中，如图4和5中所示，每个通孔112在线筒102的内侧116和外侧118之间延伸通过线筒102的后壁114。在特定实施例中，如图2中所示，通孔112延伸通过线筒102的前壁120和后壁114。
如图4中所示，多个通孔112相对于线筒102的轴向中心线环形地布置在线筒102内，使得每个通孔112与相邻通孔112圆周地间隔。在特定实施例中，如图5中所示，后壁114是凹陷的并且限定围绕每个通孔112的凹陷部分122。一个或多个螺纹孔124可以沿着后壁114围绕通孔112的每一个或至少一些圆周地间隔。螺纹孔124可以形成于后壁114的凹陷部分122内。
在特定实施例中，线筒102配置成连接或耦联到延伸轴104。例如，如图5中所示，线筒102可以包括从通孔112径向向外延伸的凸缘部分126。多个轴向定向孔128可以限定于凸缘部分126中以便接收紧固件和/或对准销以便将线筒连接和/或对准到延伸轴104。
在特定实施例中，如图2和3中所示，系统100包括环形旋锻密封件130。旋锻密封件130可以直接耦联到转子轴12的端部分66，或者如图2中所示，可以经由延伸轴104耦联。旋锻密封件130与转子轴12、线筒102和/或延伸轴104大致同轴地对准。旋锻密封件130大体尺寸确定成轴向地在延伸轴104内并且至少部分轴向地通过线筒102延伸。旋锻密封件130可以防止或限制冷却空气流动到转子轴12的内部通道50(图1)之外。
在特定实施例中，如图2和3中所示，系统100可以包括环形内部套筒132。内部套筒132大体上形成为就座在线筒102内。内部套筒132可以经由各种机械紧固件(如螺栓等)固定地连接到线筒102和/或可以压配合到线筒102中。内部套筒132也可以形成为允许旋锻密封件130至少部分轴向地延伸通过其中。
在各实施例中，如图2和3中所示，系统100还包括多个连接器134。如图2中所示，每个连接器134连接到相应线束62的末端136。每个连接器134尺寸确定成至少部分地在线筒102的相应通孔112的内部延伸。在特定实施例中，系统100包括多个保持轴环138。保持轴环138配置成沿着线筒的后壁114至少部分圆周地围绕相应通孔112。在特定实施例中，保持轴环138形成为配合在后壁114的凹陷部分122(图5)内。保持轴环138可以经由机械紧固件(如螺栓等)保持就位。保持轴环138可以用于将连接器134保持就位在相应通孔112内。
图6、7、8、9和10示出根据本实用新型的各实施例的在各组装阶段的系统100。例如，如图6中所示，每个线束62可以通过线筒102的相应通孔112被布设。在特定实施例中，线束62可以在通过线筒102的通孔112被布设之前从转子轴12的内部通道50通过旋锻密封件130被布设。每个线束62的末端136可以耦联到相应连接器134。一个或多个对准销140可以插入限定于延伸轴104内的相应孔142中。对准销140和/或孔142形成为与线筒102的相应孔128同轴地对准。
如图7中所示，线筒102可以插入或引导到延伸轴104中。对准销140可以用于保证延伸轴104内的线筒102的正确对准和/或防止单独的线束62的缠结或扭转。在特定实施例中，如图7中所示，每个线束62将离开旋锻密封件130的端部144，向后弯曲从而在相反或相对轴向方向上朝着转子12的端部分66延伸。线束62在旋锻密封件130的外表面146和线筒102的内侧116之间延伸。
如图8中所示，每个线束62然后可以滑动到其相应的通孔112中使得连接器134至少部分地插入通孔112中。如图所示，每个线束62将靠置在旋锻密封件130和线筒102之间而不卷曲。如图9中所示，保持轴环138可以经由机械紧固件148(如螺栓、螺钉等)固定或连接到线筒102的后壁114，因此将连接器134固定到线筒102的后壁114。每个保持轴环138可以至少部分圆周地围绕相应的连接器134。
如图10中所示，内部套筒132可以插入线筒102中，因此减小旋锻密封件130和线筒102之间的径向间隙。内部套筒132可以经由机械紧固件和/或经由压配合或干涉配合保持就位。如图2中所示，内部套筒132可以限制和/或防止可能由于离心力产生的线束62的径向运动，所述离心力可以在转子轴12的旋转期间作用于线束。因此，线连接的完整性可以保持，因此增强系统100的性能。
在特定实施例中，如图1中所示，系统100可以作为滑环组件150的可旋转部件被包括或整合。如图2中所示，延伸轴104可以在一个端部106处耦联到转子轴12的端部分66，并且如图1中所示，在第二端部152处耦联到滑环组件150的可旋转部分154和/或滑环组件150的定子64。每个连接器134可以连接到滑环组件150的可旋转部分154的互补连接器(未显示)。
该书面描述使用例子来公开包括最佳模式的本实用新型，并且也使本领域的任何技术人员能够实施本实用新型，包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何包含的方法。本实用新型的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域的技术人员想到的其它例子。这样的其它例子旨在属于权利要求的范围内，只要它们具有与权利要求的文字语言没有区别的结构元件，或者只要它们包括与权利要求的文字语言无实质区别的等效结构元件。

Claims (10)

1.一种用于布设涡轮机械的可旋转线束的系统，所述系统包括：
从所述涡轮机械的转子轴的内部通道向外延伸的多个线束；
耦联到所述转子轴的端部的环形线筒；以及
限定于所述线筒内的多个通孔，所述多个通孔环形地布置在其中，其中每个通孔延伸通过所述线筒的后壁并且与相邻通孔圆周地间隔；
其中每个线束单独地延伸通过所述多个通孔的相应通孔。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括多个连接器，其中每个连接器连接到相应线束的末端。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，每个连接器尺寸确定成至少部分地在所述线筒的相应通孔的内部延伸。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括多个连接器保持轴环，其中每个连接器保持轴环配置成沿着所述后壁圆周地围绕相应通孔。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述后壁包括围绕每个通孔限定的凹陷部分。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述转子轴和所述线筒同轴对准的环形延伸轴，其中所述延伸轴配置成在第一端部处连接到所述转子轴，其中所述线筒经由所述环形延伸轴耦联到所述转子轴。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括耦联到所述转子轴的端部的环形旋锻密封件，所述旋锻密封件与所述转子轴和所述线筒同轴地对准，其中所述多个线束朝着所述线筒延伸通过所述旋锻密封件，并且其中所述旋锻密封件至少部分地延伸通过所述线筒。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括就座在所述线筒内的环形内部套筒，其中所述内部套筒围绕每个线束的一部分圆周地延伸。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个通孔大致轴向地延伸通过所述线筒的前壁和后壁。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个线束包括多个线，每个线耦联到相应的传感器，其中所述传感器连接到所述涡轮机械的可旋转部件。
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