用于气体涡轮引擎的流测量制造技术

本发明专利技术公开了一种具有流道和包括多个声学传感器的气流测量系统的致流机。该声学传感器包括至少一个声学发射器，该至少一个声学发射器被配置为将声学波形通过经过该流道的气流发射到声学接收器。该声学传感器中的至少一个声学传感器能够相对于一个或多个其他声学传感器旋转。传感器旋转。传感器旋转。

【技术实现步骤摘要】
用于气体涡轮引擎的流测量


[0001]本专利技术涉及声学测量系统，具体地涉及用于涡轮机诸如轴流式引擎的声学测量系统。

技术介绍

[0002]在涡轮机(例如气体涡轮引擎)中，可使用对流入或流过引擎的空气特性的测量来确定该引擎的特性。例如，气流的平均流速或质量流量可用于计算引擎的性能和/或效率。
[0003]总压力和静态压力的测量可使用常规设备诸如皮托管来执行。皮托管包括孔，该孔被构造成面向即将到来的气流并且必须突出/延伸到气流中，例如以避免在围绕气流的壳体/管道的内表面中形成边界气流层。其他设备，诸如静态端口，必须安装在壳体内。
[0004]皮托管延伸到气流中的程度受到限制，以便减少对气流的破坏，因此皮托管只能对气流的有限区域中的气流特性进行采样。
[0005]假设由皮托管在气流的有限区域中进行的采样测量与流入/流过引擎的总体(整体)气流具有相关性。然而，必须对相关性进行建模或估计，以根据采样的测量值计算整体气流。此外，有限区域中的样品可能不表示整体气流，例如，其可能受到沿壳体的边界气流层的影响。因此，相关性模型可能对变化的操作条件不具有稳健性，因此整体气流的计算可能不准确。
[0006]当试图测量轴流式机器诸如气体涡轮引擎上的流率时面临的另一个问题是，流的可压缩性效应变得与高体积流率相关。这使可能需要用于将传感器读数与总体/整体流率值相关联的模型复杂化。
[0007]常规模型依赖于在分析或实验校准期间获得的速度分布，并且不考虑未评估的条件。另外，平均压力和温度用于根据体积流率确定质量流率。然而，引擎内部的流动状态的条件是高度动态的。
[0008]本专利技术旨在克服或改善上述问题中的一者或多者。

技术实现思路

[0009]根据本公开的第一方面，提供了一种具有流道和气流测量系统的致流机，该气流测量系统包括：多个声学传感器；该声学传感器包括至少一个声学发射器，该至少一个声学发射器被配置为将声学波形通过经过该流道的气流发射到声学接收器；并且其中该声学传感器中的至少一个声学传感器能够相对于一个或多个其他声学传感器旋转。
[0010]该至少一个声学传感器在使用中可围绕该一个或多个其他声学传感器旋转，例如以便围绕该一个或多个另外的声学传感器扫过弧线或圈。该至少一个声学传感器可扫过弧线或圈，该弧线或圈限定在其上执行气流测量的气流的体积/面积。
[0011]该致流机可包括能够围绕轴线旋转的压缩机，该至少一个可旋转的声学传感器能够围绕所述轴线旋转。
[0012]至少一个声学传感器可设置在距所述轴线的第一径向距离处，并且至少一个声学
传感器设置在距所述轴线的更大的第二径向距离处。
[0013]至少一个声学传感器可在该流道内安装在该致流机的可旋转部分上，并且至少一个声学传感器可安装在围绕所述可旋转部分的位置处。
[0014]至少一个声学传感器可安装在该流道的壳体上，并且至少一个声学传感器可安装到设置在该壳体内的可旋转毂部或轴。
[0015]该可旋转毂部可包括压缩机风扇毂。
[0016]多个声学传感器可安装在该可旋转部分上并且/或者多个声学传感器可安装在该壳体上。
[0017]该多个声学传感器可分别在该可旋转部分和/或壳体上周向间隔开。
[0018]设置在该可旋转毂部上的每个声学传感器和设置在壳体上的声学传感器之间的相应视线可在给定时间范围内基本上跨越该毂部和该壳体之间的整个流通区。
[0019]至少一个声学传感器可凹入或安装成齐平于该可旋转部分和/或壳体。
[0020]该声学传感器可设置在该流道的进气口处和/或该致流机器的转子的上游。
[0021]该可旋转声学传感器可被配置为扫描该进气口的区域。
[0022]该可旋转声学传感器可被配置为在其旋转期间扫描该毂部和壳体之间的整个流通区。
[0023]该可旋转声学传感器可围绕基本上平行于以下中的任一者或任何组合的轴线旋转：该流道的中心轴线；通过该流道的气流的方向，和/或该致流机的旋转轴线。
[0024]该声学传感器可全部布置在单个平面中。
[0025]该至少一个声学传感器可无线地电联接以允许向其提供电力或电通信。
[0026]该至少一个声学传感器可经由旋转电接口而被电联接，以允许向其提供电力或电通信。
[0027]该致流机可以是涡轮机或气体涡轮引擎。
[0028]根据本公开的第二方面，提供了一种被配置为确定通过具有流道的致流机的气流的系统，该系统包括：多个声学传感器，该声学传感器包括至少一个声学发射器，该至少一个声学发射器被配置为将声学波形通过经过该流道的气流发射到声学接收器，其中该声学传感器中的至少一个声学传感器能够相对于一个或多个其他声学传感器旋转；和处理系统，该处理系统被配置为从该声学传感器接收信号并确定通过该流道的流的流率。
[0029]根据本公开的第三方面，提供了一种确定通过致流机的流道的气流的气流属性的方法，该方法包括以下步骤：提供与相对于该流道安装的多个声学传感器的信号通信，其中该声学传感器中的至少一个声学传感器能够相对于一个或多个其他声学传感器旋转；确定所述多个声学传感器之间的声学波形的飞行时间；以及使用该多个传感器之间的飞行时间来确定通过该流道的该气流的平均流速。
[0030]如本文其他地方所述，本公开可涉及气体涡轮引擎。此类气体涡轮引擎可包括引擎核心，该引擎核心包括涡轮、燃烧器、压缩机和将该涡轮连接到该压缩机的芯轴。此类气体涡轮引擎可包括位于引擎核心的上游的(具有风扇叶片的)风扇。
[0031]本公开的布置结构可以特别但并非排他地有益于经由齿轮箱驱动的风扇。因此，该气体涡轮引擎可包括齿轮箱，该齿轮箱接收来自芯轴的输入并将驱动输出至风扇，以便以比芯轴更低的旋转速度来驱动风扇。至齿轮箱的输入可直接来自芯轴或者间接地来自芯
轴，例如经由正齿轮轴和/或齿轮。芯轴可将涡轮和压缩机刚性地连接，使得涡轮和压缩机以相同的速度旋转(其中，风扇以更低的速度旋转)。
[0032]如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎可具有任何合适的通用架构。例如，气体涡轮引擎可具有将涡轮和压缩机连接的任何所需数量的轴，例如一个轴、两个轴或三个轴。仅以举例的方式，连接到芯轴的涡轮可以是第一涡轮，连接到芯轴的压缩机可以是第一压缩机，并且芯轴可以是第一芯轴。该引擎核心还可包括第二涡轮、第二压缩机和将第二涡轮连接到第二压缩机的第二芯轴。该第二涡轮、第二压缩机和第二芯轴可被布置成以比第一芯轴高的旋转速度旋转。
[0033]在此类布置结构中，第二压缩机可轴向定位在第一压缩机的下游。该第二压缩机可被布置成(例如直接接收，例如经由大致环形的导管)从第一压缩机接收流。
[0034]齿轮箱可被布置成由被构造成(例如在使用中)以最低旋转速度旋转的芯轴(例如上述示例中的第一芯轴)来驱动。例如，该齿轮箱可被布置成仅由被构造成(例如在使用中)以最低旋转速度旋转的芯轴(例如，在上面的示例中，仅第一芯轴，而不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有流道和气流测量系统的致流机，所述气流测量系统包括：多个声学传感器；所述声学传感器包括至少一个声学发射器，所述至少一个声学发射器被配置为将声学波形通过经过所述流道的所述气流发射到声学接收器；并且其中所述声学传感器中的至少一个声学传感器能够相对于一个或多个其他声学传感器旋转。2.根据权利要求1所述的致流机，其中所述致流机包括能够围绕轴线旋转的压缩机，所述至少一个可旋转的声学传感器能够围绕所述轴线旋转。3.根据权利要求2所述的致流机，其中至少一个声学传感器设置在距所述轴线的第一径向距离处，并且至少一个声学传感器设置在距所述轴线的更大的第二径向距离处。4.根据权利要求1所述的致流机，其中至少一个声学传感器在所述流道内安装在所述致流机的可旋转部分上，并且至少一个声学传感器安装在围绕所述可旋转部分的位置处。5.根据权利要求4所述的致流机，其中至少一个声学传感器安装在所述流道的壳体上，并且至少一个声学传感器安装到设置在所述壳体内的可旋转毂部或轴。6.根据权利要求5所述的致流机，其中所述可旋转毂部包括压缩机风扇毂部。7.根据权利要求4所述的致流机，其中多个声学传感器安装在所述可旋转部分上并且/或者多个声学传感器安装在所述壳体上。8.根据权利要求7所述的致流机，其中所述多个声学传感器分别在所述可旋转部分和/或壳体上周向间隔开；并且/或者设置在所述可旋转毂部上的所述声学传感器中的每个声学传感器和设置在所述壳体上的所述声学传感器之间的相应视线在给定时间范围内基本上跨越所述毂部和所述壳体之间的整个流通区。9.根据权利要求4所述的致流机...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：弗吉尼亚理工学院暨州立大学，
类型：发明
国别省市：