專利名稱：用于測(cè)量渦輪機(jī)中流體流的參數(shù)的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪機(jī)，例如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于在各種渦輪機(jī)中測(cè)量流體流的參數(shù)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
如果能夠更好地測(cè)量流體流的各種參數(shù)，則也能更好地對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)等渦輪機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)和操作。這些測(cè)量可能涉及流體流中的溫度、壓力、流率，或排放水平。但是，對(duì)于沿著流體流的壁的邊界層，現(xiàn)有系統(tǒng)無(wú)法提供所述邊界層內(nèi)的邊界層測(cè)量結(jié)果。因此，現(xiàn)有系統(tǒng)無(wú)法對(duì)流體流進(jìn)行全面或準(zhǔn)確的分析，從而導(dǎo)致無(wú)法對(duì)渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)和操作做出最佳的決定。

發(fā)明內(nèi)容
本說(shuō)明書(shū)概述了對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的權(quán)力要求范圍的某些實(shí)施例。這些實(shí)施例的目的并不在于限制本發(fā)明的范圍，而是僅在于概述本發(fā)明的可能的形式。實(shí)際上，本發(fā)明可能包括與下述實(shí)施例的形式相同或不同的各種形式。在第一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種包括邊界層排管架的系統(tǒng)，其中所述排管架包括排管架主體，穿過(guò)所述排管架主體延伸的冷卻劑通道，以及連接到所述排管架主體的第一探針，其中所述第一探針被配置成測(cè)量沿著第一壁運(yùn)動(dòng)的第一邊界層流的第一參數(shù)。I.所述第一探針包括與所述第一壁相距第一偏移距離的第一探針位置，且所述第一偏移距離小于所述第一壁與所述第一壁對(duì)面的第二壁之間的總距離的約25%。所述冷卻劑通道可以是液體冷卻劑通道，也可以是氣體冷卻劑通道。所述氣體冷卻劑通道包括所述排管架主體中的多個(gè)薄膜式冷卻出口。所述多個(gè)薄膜式冷卻出口中的每個(gè)薄膜式冷卻出口均具有與所述排管架主體的外表面成小于約90度角的軸。所述排管架主體包括前緣、后緣，以及從所述前緣延伸到所述后緣的縱軸，其中所述多個(gè)薄膜式冷卻出口中的第一組薄膜式冷卻出口包括與所述縱軸成約90度角的第一軸，且所述多個(gè)薄膜式冷卻出口中的第二組薄膜式冷卻出口包括在下游方向上與所述縱軸成小于約90度角的第二軸。所述排管架主體包括圍繞空心腔室設(shè)置的壁，所述冷卻劑通道穿過(guò)所述空心腔室延伸，且所述冷卻劑通道被配置成使冷卻劑流沖擊所述壁的內(nèi)表面。所述排管架主體包括由所述壁界定的前緣和后緣，且所述冷卻劑通道被配置成使所述冷卻劑流沖擊沿著所述前緣延伸的所述內(nèi)表面。所述第一探針包括沿著所述排管架主體的前緣設(shè)置的開(kāi)口、管或傳感器。所述系統(tǒng)還可包括連接到所述排管架主體的第二探針，其中所述第二探針被配置成測(cè)量沿著所述第一壁運(yùn)動(dòng)的所述第一邊界層流的第二參數(shù)。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括連接到所述排管架主體的第三探針，其中所述第三探針被配置成測(cè)量沿著所述第一壁運(yùn)動(dòng)的所述第一邊界層流的第三參數(shù)。所述第一探針包括溫度探針、壓力探針，或排放物探針，或以上項(xiàng)的組合。在第二實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種包括流路排管架的設(shè)備，其中所述流路排管架包括排管架主體；穿過(guò)所述排管架主體延伸的氣體冷卻劑通道，其中所述氣體冷卻劑通道包括所述排管架主體中的多個(gè)薄膜式冷卻出口；以及連接到所述排管架主體的第一探針，其中所述第一探針被配置成測(cè)量沿著流路運(yùn)動(dòng)的流的第一參數(shù)。所述流路排管架是邊界層排管架。所述多個(gè)薄膜式冷卻出口中的每個(gè)薄膜式冷卻出口均具有與所述排管架主體的外表面成小于約90度角的軸。所述排管架主體包括圍繞空心腔室設(shè)置的壁，所述氣體冷卻劑通道穿過(guò)所述空心腔室延伸，且所述氣體冷卻劑通道被配置成使氣體冷卻劑流沖擊所述壁的內(nèi)表面。在第三實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種包括流路排管架的方法，其中所述流路排管架包括排管架主體，其中所述排管架主體包括圍繞腔室設(shè)置的內(nèi)表面；穿過(guò)所述排管架主體延伸的氣體冷卻劑通道，其中所述氣體冷卻劑通道被配置成讓氣體冷卻劑流沖擊所述內(nèi)表面；以及連接到所述排管架主體的第一探針，其中所述第一探針被配置成測(cè)量沿著流路運(yùn)動(dòng)的流的第一參數(shù)。所述流路排管架是邊界層排管架。所述氣體冷卻劑通道被配置成冷卻所述流路排管架，從而讓所述流路排管架足以承受高于約600攝氏度的溫度。


參閱附圖來(lái)閱讀本說(shuō)明書(shū)的具體說(shuō)明后，可更好地了解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中，相同的符號(hào)是指所有附圖中的相同部分，其中圖I是可采用邊界層排管架的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一項(xiàng)實(shí)施例的示意圖；圖2是設(shè)有邊界層排管架的測(cè)試組件的一項(xiàng)實(shí)施例的正視圖；圖3是邊界層排管架組件的一項(xiàng)實(shí)施例的透視圖；圖4是用于測(cè)量壓力或排放物的邊界層排管架的一項(xiàng)實(shí)施例的透視圖；圖5是用于測(cè)量溫度的邊界層排管架的一項(xiàng)實(shí)施例的透視圖；圖6是圖4所示邊界層排管架的一項(xiàng)實(shí)施例的截面?zhèn)纫晥D；圖7是沿著線7-7的圖6所示邊界層排管架的一項(xiàng)實(shí)施例的局部截面?zhèn)纫晥D；圖8是沿著線8-8的圖6所示邊界層排管架的一項(xiàng)實(shí)施例的截面俯視圖；圖9是沿著線8-8的圖6所示邊界層排管架的一項(xiàng)實(shí)施例的截面俯視圖；以及圖10是邊界層排管架的一項(xiàng)實(shí)施例的截面?zhèn)纫?b>具體實(shí)施例方式下面將介紹本發(fā)明的一項(xiàng)或多項(xiàng)具體實(shí)施例。為了簡(jiǎn)要介紹這些實(shí)施例，說(shuō)明書(shū)中可能不會(huì)介紹實(shí)際實(shí)施方案的所有特征。應(yīng)了解，在任意工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中開(kāi)發(fā)任意此類實(shí)際實(shí)施方案時(shí)，均應(yīng)當(dāng)做出與實(shí)施方案特定相關(guān)的各種決定，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)人員的特定目標(biāo)，例如，是否要遵守與系統(tǒng)相關(guān)以及與業(yè)務(wù)相關(guān)的限制，這些限制可能會(huì)因?qū)嵤┓桨傅牟煌兴煌４送?，?yīng)了解，此類開(kāi)發(fā)可能非常復(fù)雜耗時(shí)，但無(wú)論如何，對(duì)受益于本發(fā)明的一般技術(shù)人員而言，這仍是常規(guī)的設(shè)計(jì)、建造和制造操作。在介紹本發(fā)明各種實(shí)施例的元件時(shí)，“一個(gè)”和“所述”旨在表示有一個(gè)或多個(gè)元件。“包含”、“包括” “含有”旨在表示包括性含義，且表示除了所列元件外，可能還有其他元件。
如本說(shuō)明書(shū)的詳細(xì)描述，所揭示的實(shí)施例能夠通過(guò)使用邊界層排管架來(lái)實(shí)現(xiàn)在沿著流體流的壁的邊界層內(nèi)進(jìn)行近壁測(cè)量。邊界層測(cè)量可對(duì)由穿過(guò)流體流的主排管架進(jìn)行的主測(cè)量進(jìn)行補(bǔ)充，從而對(duì)使得對(duì)流體流的分析和模型更為全面。這些測(cè)量可涉及到流體的溫度、壓力、流率、污染物排放水平、排煙水平、是否存在火焰、氣體成分，或其他任何參數(shù)。在某些實(shí)施例中，邊界層排管架和主排管架可用于在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室或渦輪機(jī)中進(jìn)行測(cè)量。基于所揭示的實(shí)施例，對(duì)流體流的分析和模型可得到改進(jìn)，因此對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)等各種渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)和操作也將得到改進(jìn)。此外，可將所揭示的排管架的實(shí)施例用于以下項(xiàng)中具有高溫流路的各種測(cè)試裝置、對(duì)燃?xì)鉁u輪機(jī)的單個(gè)燃燒室部分進(jìn)行模擬的燃燒測(cè)試臺(tái)，或者其他任何受益于邊界層測(cè)量的流路。此外，所揭示的實(shí)施例可提供穿過(guò)邊界層排管架和主排管架的冷卻劑通道。例如，冷卻劑通道可配置成使得冷卻劑流體(例如液體體或氣體冷卻劑)穿過(guò)邊界層排管架和主排管架進(jìn)行循環(huán)，從而防止排管架因流體流過(guò)熱，例如，熱燃燒產(chǎn)物而受到損壞。在進(jìn)一步實(shí)例中，冷卻劑通道可延伸到邊界層排管架和主排管架中的出口或排氣口(例如薄膜式冷卻口)，從而允許至少一部分的冷卻劑從排管架排到流體流中。所排出的冷卻劑中的一部分可沿著邊界層排管架和主排管架的外表面流動(dòng)，以便讓所述外表面隔熱和冷卻(例如薄膜式冷卻)。因此，所揭示的實(shí)施例對(duì)諸如熱燃燒產(chǎn)物等各種流體流中的數(shù)據(jù)獲取進(jìn)行了改進(jìn)?，F(xiàn)在參閱附圖，圖I是系統(tǒng)10的一項(xiàng)實(shí)施例的流程示意圖，其中所述系統(tǒng)10具有可采用近壁排管架或邊界層排管架的燃?xì)鉁u輪機(jī)12。如上所述，近壁排管架可沿著在流體流的邊界層內(nèi)的壁設(shè)置，以改進(jìn)對(duì)流體流的測(cè)量。在下文中，將參照軸向或軸4、徑向或軸6，以及周向或軸8來(lái)定義邊界層排管架等各種部件的方向。在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)10可包括飛機(jī)、水運(yùn)工具、機(jī)車、發(fā)電系統(tǒng)，或以上項(xiàng)的組合。圖示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12包括進(jìn)氣部分16、壓縮機(jī)18、燃燒室部分20、渦輪機(jī)22，以及排氣部分24。渦輪機(jī)22經(jīng)由軸26連接到壓縮機(jī)18。如圖中的箭頭所示，空氣經(jīng)由進(jìn)氣部分16進(jìn)入燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12，然后流入壓縮機(jī)18中，在壓縮機(jī)18中壓縮后，進(jìn)入燃燒室部分20。圖示的燃燒室部分20包括燃燒室外殼28，所述燃燒室外殼28圍繞壓縮機(jī)18和渦輪機(jī)22之間的軸26同心或環(huán)狀設(shè)置。壓縮的空氣從壓縮機(jī)18進(jìn)入燃燒室30中，在所述燃燒室30內(nèi)，壓縮的空氣可與燃料混合并燃燒，從而驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)22。熱燃燒氣體從燃燒室部分20流過(guò)渦輪機(jī)22，從而經(jīng)由軸26驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)18。例如，燃燒氣體可在渦輪機(jī)22內(nèi)對(duì)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片施加動(dòng)力，以使軸26旋轉(zhuǎn)。流過(guò)渦輪機(jī)22后，熱燃燒氣體可通過(guò)排出部分24從燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12中排出。圖2是測(cè)試組件40的一項(xiàng)實(shí)施例的正視圖，其中具有近壁排管架或邊界層排管架42、主排管架44，以及框架45?？蚣?5界定第一壁46和第二壁47。排管架42和44中包括孔48。在某些實(shí)施例中，可通過(guò)孔48來(lái)將探針或傳感器安置在流體流，例如圖I所示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12中的熱燃燒氣體的流路50中。傳感器可包括溫度傳感器、壓力傳感器、流率傳感器、排放物傳感器，或以上項(xiàng)的任意組合。例如，每個(gè)探針可包括一種類型的測(cè)量傳感器，或者每個(gè)探針可具有多種功能，其中具有多種類型的測(cè)量傳感器。在其他實(shí)施例中，燃燒氣體可通過(guò)孔48來(lái)從流中排出并進(jìn)入具有傳感器的分析器中，其中所述傳感器用于測(cè)量流體流的參數(shù)，例如諸如碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物，或顆粒物等污染物的排放量。具體而言，傳感器可讓流體流(例如燃燒產(chǎn)物)的建模更為精確，從而設(shè)計(jì)出性能更好且更加穩(wěn)固的渦輪機(jī)，例如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的硬件。如圖所示，主排管架44位于流路50中，且沿著框架45的壁46和壁47之間的總距離54延伸。排管架44能夠測(cè)量遠(yuǎn)離壁46和47的、位于邊界層之外的流體流的屬性，而邊界層排管架42的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠測(cè)量十分靠近壁46和47的邊界層的流體流屬性。例如，邊界層排管架42的孔48位于沿著壁46和47的邊界層內(nèi)。在某些實(shí)施例中，邊界層排管架42可在遠(yuǎn)離壁46和47的徑向6上延伸徑向距離52，其中所述徑向距離52實(shí)質(zhì)上小于壁46和47之間的總徑向距離54。例如，徑向距離52可小于壁46和47之間的總距離54的約5 %、10 %、15 %、20 %、25 %或30 %。在進(jìn)一步實(shí)例中，徑向距離52可小于總距離54的約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%或10%。但是，邊界層排管架42的徑向距離52可為總距離54的0%到100%之間的任意值。同樣地，每個(gè)孔48可設(shè)置在徑向距離為總距離54的約1%到15%的位置上。例如,在圖示的實(shí)施例中，每個(gè)邊界層排管架42包括三個(gè)孔48，所述孔48可設(shè)置在徑向距離分別為總距離54的I %到5 %、2%到10%，以及3%到15% (例如8%和12%)的位置上。但是，孔48可設(shè)置邊界層內(nèi)任何合適的徑向距離處，例如總距離 54 的 l%,2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%U0%Ul%>12%U3%U4%iP/或15%處。這種位置設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)在于，可更加精確地測(cè)量所述流的邊界層。更好地了解所述流的邊界層有助于設(shè)計(jì)出更加穩(wěn)固的硬件，因?yàn)榕c渦輪機(jī)(例如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12)的壁和硬件作用的是邊界層。在圖2所示的實(shí)施例中，單個(gè)邊界層排管架42位于第一壁46上的每一對(duì)相鄰主排管架44之間，以及第二壁47上的每一對(duì)相鄰主排管架44之間。在其他實(shí)施例中，多個(gè)(例如2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)或5個(gè)以上)邊界層排管架42可位于第一壁46和第二壁47上的每一對(duì)相鄰主排管架44之間。此外，邊界層排管架42位于相對(duì)于排管架44的常規(guī)軸向位置、上游軸向4位置,或下游軸向4位置,其中邊界層排管架42在軸向4上與排管架44持平，或在周向8上介于排管架44之間。因此，排管架42和44可以各種構(gòu)形安裝在壁46和47上，以便在由孔48界定的橫越流體流路50的網(wǎng)格中進(jìn)行測(cè)量。邊界層排管架42和主排管架44中的孔48之間的間隔可以相同，也可以不同。例如，邊界層排管架42上的孔48之間的徑向6間隔可小于主排管架44上的孔48之間的徑向6間隔的約10120130 ^40%、50%、60%、70%、80%或90%。在某些實(shí)施例中，邊界層排管架42上的孔48的徑向6間隔可為主排管架44上的孔48之間的徑向6間隔的約10 %到50 %，或20 %到40 %。但是，排管架42和44上的孔48之間可具有任何合適的徑向6間隔。在圖示的實(shí)施例中，邊界層排管架42和主排管架44包括供冷卻劑流體(例如氣體或液體)流過(guò)排管架42和44的內(nèi)部冷卻劑通道。例如，冷卻劑流體可包括冷卻劑液體(例如水)，或冷卻劑氣體(例如空氣、CO2或N2)，或蒸汽。在某些實(shí)施例中，內(nèi)部冷卻劑通道提供進(jìn)入和退出排管架42和44，但不會(huì)排入所監(jiān)視的流(例如燃燒排氣流)中的冷卻劑回路。在其他實(shí)施例中，內(nèi)部冷卻劑通道進(jìn)入排管架42和44，且可排入所監(jiān)視的流中的單向流路。例如，冷卻劑流體的排出流可流過(guò)多個(gè)冷卻孔(例如薄膜式冷卻孔)，以冷卻并保護(hù)排管架42和44的外表面。因此，所述排出流可為沿著所述外表面流動(dòng)的氣體冷卻劑，例如空氣。上述的薄膜式冷卻針對(duì)的是邊界層排管架42，但同樣適用于主排管架44。圖3是邊界層排管架組件70的一項(xiàng)實(shí)施例的透視圖。邊界層排管架組件70包括排管架主體72、管74、框架連接器76、管轉(zhuǎn)接器78、管轉(zhuǎn)接器主體80、管轉(zhuǎn)接器82、管轉(zhuǎn)接器84，以及管86。排管架主體72進(jìn)一步設(shè)有傳感器孔88和薄膜式冷卻出口 90。可通過(guò)孔88將傳感器設(shè)置在排管架主體72的內(nèi)部或外部，以收集關(guān)于邊界層的測(cè)量結(jié)果，而排管架主體72延伸到邊界層流(例如燃燒氣體流)中。為了讓排管架主體72能夠承受住燃燒氣體的高溫，冷卻出口 90可構(gòu)成對(duì)主體72進(jìn)行保護(hù)的保護(hù)/冷卻氣體薄膜。與其他熱管理特征一起，此類冷卻薄膜的優(yōu)點(diǎn)在于，可讓排管架主體72能夠承受住高于排管架材料的熔化溫度的上述溫度。例如，如上所述，排管架主體72可采用熱管理特征，例如薄膜冷卻，或沖擊冷卻，或熱障涂層(TBC)，或以上項(xiàng)的組合來(lái)讓排管架主體72能夠在溫度實(shí)質(zhì)上約為排管架材料的熔化溫度的熱氣體流中工作。具體而言，在溫度高于排管架材料的I. I到10倍、2到8倍，或3到5倍的熱氣體中工作時(shí)，熱管理特征可對(duì)排管架主體72進(jìn)行保護(hù)。因此,根據(jù)排管架主體72的材料成分和熱管理特征，排管架主體72能夠承受住不高于、等于或高于約600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400或1500攝氏度的溫度或更高溫度。但是，這些溫度實(shí)例并不用于對(duì)范圍進(jìn)行限制，因?yàn)榉秶鷷?huì)因排管架主體72的材料成分以及熱管理特征的不同而有所不同。在某些實(shí)施例中，冷卻氣流可流過(guò)管86、管轉(zhuǎn)接器84、主體80、轉(zhuǎn)接器78、連接器76、管74并進(jìn)入排管架主體72，冷卻氣流在所述排管架主體72中對(duì)排管架主體72的內(nèi)部進(jìn)行冷卻，隨后經(jīng)由冷卻出口 90排出。在某些實(shí)施例中，出口90的冷卻空氣可流過(guò)管轉(zhuǎn)接器82。在排管架主體72內(nèi)，冷卻氣流可沖擊排管架主體72的內(nèi)表面，從而實(shí)現(xiàn)沖擊冷卻。在圖示的實(shí)施例中，框架連接器76將組件70安裝到框架44，管74穿過(guò)壁46或47延伸，且排管架主體72延伸到流路50中。憑借牢固地固定在框架44內(nèi)排管架主體72，排管架主體上的孔84可通過(guò)孔84中的傳感器，或遠(yuǎn)離邊界層排管架組件70的傳感器來(lái)收集數(shù)據(jù)(例如溫度、壓力、排放物等)。無(wú)論使用上述哪種傳感器，孔88均位于十分靠近壁46或47的位置，因此能夠?qū)α髀分械呐懦隽鬟M(jìn)行邊界層測(cè)量。圖4是邊界層排管架110的一項(xiàng)實(shí)施例的透視圖。排管架110包括主體112和管114。主體112具有彎曲的前緣116、彎曲的后緣118、側(cè)面120和122、頂面124、傳感器孔126，以及冷卻出口 128。如圖所示，傳感器孔126位于前緣116上。例如，傳感器孔126可與前緣116齊平。通過(guò)孔126,可使用位于排管架主體112內(nèi)或排管架主體112外的探針或傳感器來(lái)測(cè)量流體流參數(shù)(例如壓力、溫度或排放物)。例如，可通過(guò)孔126來(lái)收集燃燒氣體，以進(jìn)行分析。燃燒氣體可經(jīng)由孔126進(jìn)入排管架主體112，隨后經(jīng)由管114流入分析器中。在分析器中，可對(duì)燃燒氣體進(jìn)行測(cè)試，以確定壓力、溫度或所述流中存在的排放物(例如碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物或顆粒物等污染物)。在某些實(shí)施例中，孔126可包括相同或不同的傳感器/探針。例如，孔126中的傳感器/探針可以各不相同(例如一個(gè)孔126可包括排放物探針，一個(gè)孔126可包括壓力探針，而一個(gè)孔126可包括溫度探針)。此外，孔126之間，以及孔126與壁46、47之間隔開(kāi)徑向距離130、132、134。如圖所示，距離130、132位于相鄰的孔126之間，而距離134位于最下面的孔126與壁46或47之間。在某些實(shí)施例中，距離130、132、134可以相同或不同。例如，距離130、132、134可在遠(yuǎn)離壁46或47的徑向6上逐漸增加或逐漸減小?？赏ㄟ^(guò)距離130、132、134來(lái)測(cè)量邊界層流中的不同位置的壓力、溫度或排放物。同樣，距離134抵消了從壁46、47的第一探針/傳感器。此類在徑向6上的距離134可小于壁46與47之間的總距離54的I %、2 %、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%或10%。但是，徑向距離134可占總距離54的任意合適的百分?jǐn)?shù)。能夠測(cè)量邊界層中的壓力、溫度、排放物或其他流參數(shù)有助于改進(jìn)相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)。如圖所示,排管架主體112包括沿著外表面129,例如排管架主體112的前緣116,側(cè)面120、122，以及頂面124延伸的冷卻出口 128。出口 128讓冷卻空氣能夠從排管架主體112中排出，從而提供防止排管架主體112受到高溫流的損害的冷卻薄膜。圖示的排管架主體112的每個(gè)側(cè)面120和122上包括30個(gè)冷卻出口 128，頂面124上包括5個(gè)冷卻出口128。在其他實(shí)施例中，前緣116，側(cè)面120、122，以及頂面124上可具有任意數(shù)量的冷卻出口 128。例如，排管架主體112可包括分布在各個(gè)表面上的10到100個(gè)，或10到1000個(gè)冷卻出口 128。此外，出口 128可形成任意數(shù)量的大小和形狀。例如，出口 128可為圓形、橢圓形、正方形、不規(guī)則形狀、三角形、多邊形或X形。在某些實(shí)施例中，出口 128可具有分布在各個(gè)表面上的單個(gè)形狀，或多個(gè)不同形狀。在其他一些實(shí)施例中，出口 128可具有均勻或不均勻的間隔。例如，出口 128可按照行、列或各種圖案進(jìn)行排列。此外，出口 128可具有相對(duì)于外表面129的各種角度，例如約O到90、5到75、10到60，或20到45度。例如，所述角度可大于或小于約5、10、15、20、30、45或60度。圖5是邊界層排管架150的一項(xiàng)實(shí)施例的透視圖。排管架150包括主體152和管154。主體152具有彎曲的前緣156 ;彎曲的后緣158 ;側(cè)面160和162 ;頂面164 ;傳感器166 ;以及冷卻出口 168。如圖所示，傳感器166從前緣156突出，因此傳感器166即實(shí)質(zhì)上被流體流所環(huán)繞。傳感器166可包括溫度傳感器(例如熱電偶)或其他任何類型的傳感器。因此，可使用傳感器166(例如溫度傳感器)來(lái)測(cè)量流體流的邊界層中的溫度。例如，傳感器166可為B型、K型或N型熱電偶，具體取決于預(yù)計(jì)的測(cè)量溫度。如圖所示，傳感器166之間隔開(kāi)距離170和172。在本實(shí)施例中，距離170和172相等。在其他實(shí)施例中，距離170可大于或等于距離172?？赏ㄟ^(guò)傳感器166之間的距離170和172來(lái)測(cè)量所述流中，確切地說(shuō)，測(cè)量所述流的邊界層中的不同位置的溫度。能夠測(cè)量邊界層中的溫度有助于改進(jìn)相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)。如圖所示，冷卻出口 168位于前緣156，側(cè)面160、162，頂面164，以及底面上。出口 168的優(yōu)點(diǎn)在于，讓冷卻空氣從排管架主體152中排出，從而提供防止排管架主體受到溫度極高的流的損害的冷卻薄膜。如圖所示，具有35個(gè)圓形且按行排列的出口 168。與關(guān)于圖4的說(shuō)明相似，前緣156，側(cè)面160、162，以及頂面164上可具有任意數(shù)量的出口。例如，具有分布在各個(gè)表面上的10到100個(gè)，或10到1000個(gè)冷卻出口 168。此外，出口 168可形成任意數(shù)量的大小和形狀。例如，出口 168可為圓形、正方形、不規(guī)則形狀、三角形、多邊形。出口 168可具有分布在各個(gè)表面上的單個(gè)形狀或多個(gè)形狀。在其他一些實(shí)施例中，出口 168可具有均勻或不均勻的間隔。例如，出口可按照行、列或各種圖案進(jìn)行排列。此外，出口 168可具有相對(duì)于外表面129的各種角度，例如5到90度。圖6是圖4所示邊界層排管架110的一項(xiàng)實(shí)施例的截面?zhèn)纫晥D。排管架110包括主體112和管114。主體112包括彎曲的前緣116 ;彎曲的后緣118 ;側(cè)面122 ;頂面124 ；傳感器孔126 ;冷卻出口 128 ;導(dǎo)管190 ;熱障涂層(TBC) 192 ;以及內(nèi)部冷卻通道194。導(dǎo)管190構(gòu)成孔126與排管架110外的測(cè)量設(shè)備之間的通路。在一項(xiàng)實(shí)施例中，導(dǎo)管190可將所監(jiān)視的流體流(例如燃燒氣體)的樣本輸送至外部分析器，所述分析器可對(duì)樣本氣體進(jìn)行分析，以確定所述樣本氣體的溫度、壓力、排放水平，或其他參數(shù)。在另一項(xiàng)實(shí)施例中，導(dǎo)管190用于容納安裝在孔126與外部數(shù)據(jù)分析設(shè)備中的傳感器之間的電纜(例如電力/數(shù)據(jù)電纜)。如上所述，排管架110包括冷卻出口 128，用于將冷卻劑流體(例如冷卻劑氣體)從氣體冷卻劑通道194中排出，從而在排管架110的外表面129上形成冷卻薄膜。用于提供冷卻薄膜的冷卻通道194穿過(guò)管114延伸到管190之間和環(huán)繞管190的空間中，直到到達(dá)管112，冷卻通道194在所述管112中讓冷卻流體沖擊內(nèi)表面196 (例如沖擊冷卻)，隨后經(jīng)由出口 128排出。冷卻氣體經(jīng)由出口 128排出后，冷卻氣體形成沿著外表面129的冷卻薄膜，以防止排管架110受到燃燒氣體中的高溫的損害。因此，冷卻通道194被配置成實(shí)現(xiàn)管110的內(nèi)部和外部冷卻。內(nèi)表面196的沖擊冷卻尤其有助于冷卻排管架110的前緣116。此外，由冷卻出口 128提供的薄膜冷卻尤其有助于對(duì)包括以下項(xiàng)的外表面128的其余部分進(jìn)行冷卻和隔熱側(cè)面120和122、頂面124和后緣118。應(yīng)了解，冷卻流體可包括各種氣體，例如空氣、C02或N2。此外，冷卻出口 128可具有相對(duì)于表面129的各種角度，以有助于薄膜冷卻。例如，每個(gè)冷卻出口 128可具有與外表面129成角度198的流軸197，其中角度198可介于在上游方向或下游方向上相對(duì)于所監(jiān)視的流(例如燃燒氣體流)的約O到90度角之間。熱障涂層192為排管架110提供額外的熱保護(hù)。圖7是沿著線7-7的圖6所示邊界層排管架110的一項(xiàng)實(shí)施例的局部截面?zhèn)纫晥D。邊界層排管架Iio具有包括出口 128的頂面124。出口 128使得流過(guò)空心腔室200的冷卻氣體(例如空氣)形成頂面124上的冷卻薄膜。在收集高溫燃燒氣體流中的數(shù)據(jù)的同時(shí)，冷卻薄膜可保護(hù)邊界層排管架110。如圖所示，每個(gè)出口 128具有與外表面129成角度202的流軸201，和/或在軸向4上的軸向軸204。例如每個(gè)流軸201的角度202可為約O到90、5到75、10到60，20到45度。在某些實(shí)施例中，多個(gè)或全部出口 128可具有相對(duì)于外表面129或軸204的相同角度202。在其他實(shí)施例中，對(duì)于不同的出口 128而言，角度202可以不同。例如，角度202可在軸向4、徑向6，或軸向8上逐漸變化(例如增大或減小)。在圖示的實(shí)施例中，出口 128沿著頂面124的角度202實(shí)質(zhì)上相等，且可在約O到90、5到75、10至IJ 60，或20到45度之間的范圍內(nèi)。例如，角度202可在約30到60度之間的范圍內(nèi)。出口 128的角度202有助于引導(dǎo)用于保護(hù)排管架主體112的頂面124的冷卻薄膜。同樣地，側(cè)面120和122上的出口 128可具有與上述角度相同或不同的角度。圖8是沿著線8-8的圖6所示邊界層排管架110的一項(xiàng)實(shí)施例的截面俯視圖。排管架Iio包括具有前緣/表面116、后緣/表面118，以及側(cè)面120和122的主體部分112。表面116、118、120和122構(gòu)成腔230，所述腔230使得冷卻氣體(例如空氣)流過(guò)主體112并經(jīng)由冷卻出口 128排出。如上所述，冷卻出口 128形成保護(hù)主體112的外表面129(包括側(cè)面120和122)的冷卻薄膜。冷卻薄膜既以對(duì)流方式冷卻外表面129，又防止外表面129直接接觸所監(jiān)視的流(例如熱燃燒氣體流)。因此，薄膜式冷卻提高了邊界層排管架110在諸如燃燒系統(tǒng)等惡劣環(huán)境中的使用率并延長(zhǎng)了使用壽命。如圖所示，每個(gè)冷卻出口 128包括與沿著圖6的線8-8的主體112的縱軸236形成角度234的軸232。例如，角度234可為與中心線236成O到90、5到75、10到60，或20到45度的角。在某些實(shí)施例匯中，各個(gè)出口 128所具有的角度234可以不同。例如，某些出口 128可具有相對(duì)于其他出口 128增大或減小的角度234，具體取決于出口 128在表面116、118、120和122上的位置。因此，出口128的角度234可有助于形成保護(hù)排管架主體112的冷卻流。圖9是沿著圖6的線8-8的邊界層排管架256的一項(xiàng)實(shí)施例的截面俯視圖。排管架256包括具有外表面259、前緣260、后緣262，以及側(cè)面264和266的主體部分258。表面260、262、264和266構(gòu)成腔268，所述腔268使得冷卻氣體(例如空氣)流過(guò)主體268并經(jīng)由冷卻出口 270排出。如上所述，冷卻出口 270形成既以對(duì)流方式冷卻主體258的外表面259 (例如側(cè)面264和266)，又防止所述外表面259受到流所具有的高溫的損害的冷卻薄膜。所述功能既能夠延長(zhǎng)邊界層排管架110的壽命，又能夠通過(guò)經(jīng)由孔272與流進(jìn)行連通的傳感器/探針來(lái)測(cè)量壓力、排放物，以及溫度。如圖所示，每個(gè)出口 270形成相對(duì)于主體258的縱軸276的角度274。例如，角度274可為相對(duì)于縱軸276的O到90、5到75、10至IJ 60，或20到45度的角。在某些實(shí)施例中，各個(gè)出口 270所具有的角度274可以不同。例如，某些出口 270可具有相對(duì)于其他出口 270增大或減小的角度274，具體取決于出口 270在表面260、262、264和266上的位置。因此，出口 270的角度274可有助于形成保護(hù)排管架主體258的冷卻流。此外，主體258可形成具有以下功能的各種形狀提高燃燒氣體在邊界層排管架256附近的氣動(dòng)流。如圖所示，主體258可具有翼型形狀，所述形狀可減小燃燒氣體流所遇到的阻力。在其他實(shí)施例中，主體258可形成其他形狀，包括正方形、圓形、橢圓形、矩形、三角形，或大體成狹長(zhǎng)形狀。圖10是邊界層排管架288的一項(xiàng)實(shí)施例的截面?zhèn)纫晥D，其中所述邊界層排管架288包括主體290、管292，以及閉合回路冷卻系統(tǒng)294。主體290具有前緣296、后緣298、頂面300，以及底面302，所述各表面一起構(gòu)成空心腔室304。如圖所示，前緣296包括傳感器孔306。傳感器孔306用以通過(guò)導(dǎo)管308在燃燒氣體流與位于排管架288外部的測(cè)量設(shè)備之間形成連通。例如，導(dǎo)管308可將燃燒氣體輸送到外部分析器以進(jìn)行排放物分析、溫度分析，或壓力分析。在其他實(shí)施例中，可通過(guò)導(dǎo)管308來(lái)在熱電偶與跟蹤并存儲(chǔ)測(cè)量結(jié)果的外部系統(tǒng)之間形成電連通。底面302也具有連接到冷卻系統(tǒng)294的冷卻劑入口 310和冷卻劑出口 312。冷卻系統(tǒng)294包括冷卻劑供應(yīng)管314和冷卻劑排出管316。冷卻劑供應(yīng)管314連接到為系統(tǒng)294供應(yīng)冷卻劑的冷卻劑供應(yīng)源(例如液體或氣體冷卻劑供應(yīng)源)。冷卻劑供應(yīng)源可供應(yīng)多種冷卻劑流體，例如空氣、CO2、N2、水、蒸汽、其他冷卻液體或氣體，或以上項(xiàng)的任意組合。在操作中，冷卻劑從冷卻劑供應(yīng)管314沿著冷卻劑通道317流過(guò)空心腔室304，并經(jīng)由冷卻劑排出管316排出。隨著冷卻劑沿著冷卻劑通道317流動(dòng)，冷卻劑也帶走了排管架主體210中的熱量，從而防止排管架288受到熱損害。例如，冷卻劑可讓排管架288在溫度實(shí)質(zhì)上高于排管架材料的熔化溫度的熱流體流(例如燃燒氣體中)工作。在某些實(shí)施例中，冷卻劑流可讓排管架288在溫度高于排管架材料的熔化溫度的約I. 2、2、3、4、5、6、7、8、9或10倍的熱氣體中工作。在腔304內(nèi)，通過(guò)擋板318來(lái)對(duì)冷卻劑流進(jìn)行控制，其中所述擋板318包括第一擋板部分320和第二擋板部分322。第一擋板部分320引導(dǎo)冷卻劑流沿著前緣296流動(dòng)。因此，排管架110中溫度最高的部分將在排管架主體290中的其他部分之前得到冷卻。在第一擋板部分320將冷卻劑流集中到前緣296沿側(cè)后，第二擋板部分322引導(dǎo)冷卻劑流沿著頂面300向后緣298流動(dòng)。在以對(duì)流方式冷卻后緣298后，冷卻劑流可隨后經(jīng)由孔312和進(jìn)入管316排出。管316可隨后將經(jīng)加熱的冷卻劑輸送到熱交換器，冷卻劑在所述熱交換中釋放所吸收到的熱量后，再次進(jìn)入冷卻劑供應(yīng)管314。但是，在某些實(shí)施例中，冷卻系統(tǒng)294可為閉合回路的系統(tǒng)，也可為開(kāi)放式回路系統(tǒng)。例如，冷卻系統(tǒng)294可持續(xù)不斷地接收新供應(yīng)的冷卻劑，例如水、氣體、蒸汽等。因此，邊界層排管架288可通過(guò)液體冷卻劑來(lái)進(jìn)行冷卻，以防止熱流體流對(duì)排管架288造成熱損害。本發(fā)明的技術(shù)效果包括，邊界層排管架能夠在高溫的燃燒氣體流中測(cè)量邊界層的性質(zhì)，例如壓力、溫度，以及排放物。邊界層排管架中設(shè)有流體冷卻系統(tǒng)，以承受住燃燒氣體的高溫。如上所述，流體冷卻可包括氣體或液體冷卻，且流體冷卻可包括沖擊冷卻、薄膜式冷卻，以及用于集中冷卻流的擋板。本說(shuō)明書(shū)使用了各種實(shí)例來(lái)公開(kāi)本發(fā)明，包括最佳模式，同時(shí)也讓所屬領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造并使用任何裝置或系統(tǒng)、并實(shí)施所涵蓋的任何方法。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書(shū)界定，并可包括所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員想出的其他實(shí)例。如果其他此類實(shí)例的結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書(shū)的字面意義相同，或如果此類實(shí)例包括的等效結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書(shū)的字面意義無(wú)實(shí)質(zhì)差別，則此類實(shí)例也屬于權(quán)利要求書(shū)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 邊界層排管架，所述邊界層排管架包括 排管架主體； 延伸穿過(guò)所述排管架主體的冷卻劑通道；以及 連接到所述排管架主體的第一探針，其中所述第一探針被配置成測(cè)量沿著第一壁運(yùn)動(dòng)的第一邊界層流的第一參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一探針包括與所述第一壁相距第一偏移距離的第一探針位置，且所述第一偏移距離小于所述第一壁與所述第一壁對(duì)面的第ニ壁之間的總距離的約25%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻劑通道包括液體冷卻劑通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻劑通道包括氣體冷卻劑通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體冷卻劑通道包括所述排管架主體中的多個(gè)薄膜式冷卻出ロ。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)薄膜式冷卻出口中的每個(gè)薄膜式冷卻出口均具有與所述排管架主體的外表面成小于約90度角的軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在干，所述排管架主體包括前緣、后緣，以及從所述前緣延伸到所述后緣的縱軸，其中所述多個(gè)薄膜式冷卻出口中的第一組薄膜式冷卻出ロ包括與所述縱軸成約90度角的第一軸，且所述多個(gè)薄膜式冷卻出口中的第二組薄膜式冷卻出口包括在下游方向上與所述縱軸成小于約90度角的第二軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述排管架主體包括圍繞空心腔室設(shè)置的壁，所述冷卻劑通道穿過(guò)所述空心腔室延伸，且所述冷卻劑通道被配置成使冷卻劑流沖擊所述壁的內(nèi)表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述排管架主體包括由所述壁界定的前緣和后緣，且所述冷卻劑通道被配置成使所述冷卻劑流沖擊沿著所述前緣延伸的所述內(nèi)表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一探針包括沿著所述排管架主體的前緣設(shè)置的開(kāi)ロ、管或傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括連接到所述排管架主體的第二探針，其中所述第二探針被配置成測(cè)量沿著所述第一壁運(yùn)動(dòng)的所述第一邊界層流的第ニ參數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括連接到所述排管架主體的第三探針，其中所述第三探針被配置成測(cè)量沿著所述第一壁運(yùn)動(dòng)的所述第一邊界層流的第三參數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一探針包括溫度探針、壓カ探針，或排放物探針，或以上項(xiàng)的組合。
14.一種系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括 流路排管架，所述流路排管架包括 排管架主體； 穿過(guò)所述排管架主體延伸的氣體冷卻劑通道，其中所述氣體冷卻劑通道包括所述排管架主體中的多個(gè)薄膜式冷卻出ロ ；以及 連接到所述排管架主體的第一探針，其中所述第一探針被配置成測(cè)量沿著流路運(yùn)動(dòng)的流的第一參數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述流路排管架是邊界層排管架。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)薄膜式冷卻出口中的每個(gè)薄膜式冷卻出ロ均具有與所述排管架主體的外表面成小于約90度角的軸。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述排管架主體包括圍繞空心腔室設(shè)置的壁，所述氣體冷卻劑通道穿過(guò)所述空心腔室延伸，且所述氣體冷卻劑通道被配置成使氣體冷卻劑流沖擊所述壁的內(nèi)表面。
18.—種系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括 流路排管架，所述流路排管架包括 排管架主體，其中包括圍繞腔室設(shè)置的內(nèi)表面； 穿過(guò)所述排管架主體延伸的氣體冷卻劑通道，其中所述氣體冷卻劑通道被配置成使氣體冷卻劑流沖擊所述內(nèi)表面；以及 連接到所述排管架主體的第一探針，其中所述第一探針被配置成測(cè)量沿著流路運(yùn)動(dòng)的流的第一參數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述流路排管架是邊界層排管架。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體冷卻劑通道被配置成冷卻所述流路排管架，從而讓所述流路排管架足以承受高于約600攝氏度的溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于測(cè)量渦輪機(jī)中流體流的參數(shù)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個(gè)邊界層排管架，所述邊界層排管架包括一個(gè)排管架主體，一個(gè)延伸穿過(guò)所述排管架主體的冷卻劑通道，以及連接到所述排管架主體的第一探針，其中所述第一探針被配置成測(cè)量沿著第一壁運(yùn)動(dòng)的第一邊界層流的第一參數(shù)。
文檔編號(hào)G01M15/05GK102650571SQ20121005765
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者D·M·赫森, K·K·施萊夫 申請(qǐng)人:通用電氣公司