儀器耙組件的製作方法

2023-06-23 12:45:36 1

專利名稱：儀器耙組件的製作方法
技術領域：
本文中公開的主題大體涉及高溫儀器組件，並且更具體而言，涉及由加工的陶瓷材料構成的探針固定耙(rake)結構，用於獲得燃氣渦輪發動機等中的高溫環境中的測量。
背景技術：
儀器祀組件(instrumentation rake assembly)在諸如潤輪發動機內的許多應用中用於測量溫度和壓力。典型地，儀器耙構造並定位成橫貫所關心的區域，並且該區域可能處於非常嚴苛的環境中，諸如在燃燒器的出口處或發動機內的另一位置。為了橫貫所關心的區域，儀器耙組件可以包括在沿著耙的不同距離處布置的一些探針。在探針意圖測量溫度的情況下，探針可以包括由在一端聯結的兩個不同金屬構成的熱電偶。熱電偶的不同金屬產生隨溫度變化的電壓，並且電壓的分析能夠用於確定感知 的溫度。在探針意圖感知壓力的情況下，探針可以包括諸如管的裝置，以使來自感知區域的氣體能夠作用於應變計或者其它器械上，由此，器械可以產生表示感知壓力的信號。在兩種情況下，用於將信號傳輸到它能夠被記錄且/或分析的位置的裝置是必需的。在信號是電壓的情況下，導體是傳輸電壓所必需的。在信號是加壓氣體的體積的情況下，需要管或其它結構，以使加壓氣體(或另一中間流體)能夠作用於應變計上。因此，儀器耙組件不僅用於將一些探針定位在將被感知的環境內的期望的位置，而且還提供了用於將由探針產生的信號攜帶到所感知的環境之外的一個或更多位置的裝置。通常期望減小儀器耙組件對意圖被感知的環境的影響，同時也需要耙組件經受該環境。如果該環境是非常熱的，諸如在燃氣渦輪中的燃燒器或渦輪的尾流中，那麼耙組件必須能夠經受非常高的熱量。如果該環境伴隨它的極端的振動、高的衝擊力以及周期振動，那麼耙組件也必須能夠經受那些挑戰。另外，耙組件可能失效，不僅導致所寄存的儀器的損失，而且還對下遊構件導致了可能的損壞。改進儀器耙組件在高溫環境中的耐久性的先前嘗試已經採用了冷卻技術。不幸的是，為了便於耙組件的冷卻，在組件內需要冷卻通路，從而增加了耙組件的尺寸和複雜性以及它對感知環境的擾動。此外，在燃氣渦輪發動機中，冷卻高壓環境中(例如燃燒器或渦輪的尾流中)的耙組件所需的加壓氣流能夠高度依賴於發動機的熱效率或功率輸出能力。由此，期望有能夠使儀器能夠經受增加的溫度和振動且減少冷卻而不失效的儀器耙組件。

發明內容
根據本發明的一個方面，儀器耙組件包括具有基底端和浸入端的耙塔，該耙塔在浸入端被覆蓋並且在基底端匹配至導線(lead)攜帶器。根據本發明，耙塔包括沿著縱向軸線定向並且支撐多個探針固定器的彎曲壁。彎曲壁具有內表面，其限定了用於將儀器從探針固定器攜帶到導線攜帶器的內部通道。根據本發明的另一方面，儀器耙組件包括多個耙塔，各自具有基底端和浸入端，並且各個耙塔在其浸入端聯接到一個或更多其它耙塔。根據該方面，各個耙塔在該耙塔的基底端匹配至導線攜帶器，並且各個耙塔包括沿著相應的縱向軸線定向並支撐多個探針固定器的彎曲壁，其中，各個耙塔的彎曲壁限定了用於將儀器從多個探針固定器攜帶到導線攜帶器的內部通道。因此，本發明提供了能夠使儀器能夠經受增加的溫度和振動且減少冷卻而不失效的儀器耙組件。
根據下面結合了附圖的描述，這些和其它的優點及特徵將變得更加顯而易見。


作為說明書的結論，在權利要求中特別地指出並明確地主張了視為本發明的主題。根據下面結合了附圖的詳細描述，本發明的前述和其它的特徵及優點是顯而易見的，在附圖中
圖I是如本文中描述的示例性祀塔(rake tower)的等距 圖2是如本文中描述的示例性耙塔和互補儀器元件的等距 圖3是如本文中描述的示例性耙塔和互補導線攜帶器的等距 圖4是顯示了與互補導線攜帶器匹配的耙塔和未匹配的互補保持器扣環(clasp)的示例性耙組件的等距 圖5是顯示了與互補導線攜帶器和保持器扣環匹配的耙塔的示例性耙組件的等距圖，並且耙塔中的縱長間隙包含填充件；以及
圖6是顯示了與互補導線攜帶器和保持器扣環匹配的帶有儀器的耙塔的示例性耙組件的等距圖。詳細的描述參考附圖以示例的方式解釋了本發明的實施例，連同優點和特徵。構件列表
100 耙組件
110 互補儀器元件 112 安裝的探針 114 儀器導線
120耙塔
121儀器側
122縱長間隙
123縱向軸線
124內部通道
125壁
126填充件
127進入側
128穹形蓋
130 儀器探針固定器 132 密封容器 140 基底端150保持器區段
152保持器凹槽
154保持器肩部
160導線攜帶器
162攜帶器鎖定區段
164攜帶器凹槽
166表面
168攜帶器唇部 170保持器扣環
172填充件
174凹槽填充件
176結合表面
181外表面
182內表面。
具體實施例方式現在參考圖，在圖中，相似的標號在若干圖中始終指代相似的元件，圖I顯示了如本文中描述的示例性耙塔120。在使用中，耙塔120延伸到燃氣渦輪發動機的流動路徑中，用於測量關心的氣體參數，例如在諸如靠近通道的中間和/或靠近流動路徑的壁的位置中的溫度或壓力。耙塔120包括壁125，其帶有密封圓筒形壁125的浸入端的穹形蓋128，並且帶有保持敞開及開蓋的相反的基底端140。壁125具有外表面181和內表面182，並且壁125彎曲使得內表面182限定了沿著縱向軸線123定向的內部通道124。雖然壁125的橫截面形狀在圖I中描繪為是圓形的，使得壁125在形狀上是圓筒形的，但是應當意識到，其它的修長或偏心的橫截面形狀，例如橢圓形或淚珠形，是可能的，並且在要考慮壁125的外表面181與流動流的相互作用的某些應用中可能是期望的。示例性的考慮因素包括由浸入的耙組件引起的對流動流的擾動、衝擊浸入的耙組件的氣動阻力、熱傳遞影響、腐蝕、機械擾動、耙組件的結構強度以及流動路徑的阻塞。在這樣的情況下，橫截面的伸長可以隨流動流定向或者在其它方向上定向，如設計考慮因素可能要求的那樣。在示例性實施例中，壁125的浸入端延伸橫過整個流動路徑，使得耙塔120不包括穹形蓋128，而是取而代之，聯接到從流動路徑的相反的壁延伸的另一耙塔。壁125支撐著沿著壁125的儀器側121分布的多個(例如，三個)儀器探針固定器130。內部通道124便於攜帶來自容納於儀器探針固定器130內的儀器探針的儀器導線。儀器探針固定器130構造成容納單獨的探針，以便為單獨的探針提供結構支撐和保護，從而使它們能夠存活於高溫區域中而無需冷卻。因此，各個探針固定器限定了用於接收儀器探針的容器。各個探針固定器130可以包括罩狀入口(例如，如在kiel探針中那樣)，以減小對容器相對於流動路徑中的流的方向的定向的改變的敏感性。儀器探針固定器130還構造並且定形成以便與安裝的探針112配合，以密封容器132，從而減小所感知的環境到內部通道124中的滲透。在該實施例中，儀器探針固定器130全部沿著耙塔120的儀器側121平行地定向，垂直於縱向軸線123。然而，應當懂得，儀器探針固定器130可以根據將被感知的並且耙塔120將要浸入的區域的特性而在各種定向上分布。耙塔120的圓筒形壁125限定了縱長間隙122，其大致平行於縱向軸線123定向，並且沿著耙塔120的進入側127從蓋128延伸到基底端140。進入側127大致與儀器側121相反，使得縱長間隙122定位成提供到內部通道124和通過內部通道124到儀器探針固定器130的進入。如根據剩餘圖將變得顯然的，縱長間隙122和內部通道124便於儀器(包括探針和導線)組裝進耙塔120中。如圖I所示，在示例性實施例中，耙塔120還包括保持器區段，其包括用於與配合器械匹配的保持器凹槽152和保持器肩部154。耙塔120由適合於它在其中被操作的環境的材料構成。為了經受浸入燃氣渦輪發動機的氣體路徑中，使耙塔120適於經受高溫(B卩，大約2000° F和大約3600° F之間的溫度)和高速(即，大約O. 3和O. 95之間的馬赫數)氣體流。因此，耙塔120由能夠經受高溫而不氧化或失去結構完整性或者腐蝕的材料構成。耙塔120可以由導電的材料構成。為 了安裝進燃氣渦輪發動機的最高溫度區域中並在其內操作，耙塔120可以由諸如二硼化鈦的陶瓷材料或者提供相對高的熔點、強度、硬度和抗氧化性的另一材料構成。二硼化鈦是非常硬的陶瓷材料，其由鈦和硼構成，並且具有優異的抗機械腐蝕性。二硼化鈦也是導電的，提供了儀器導線的電磁屏蔽和耙塔120的電氣接地。耙塔120可以形成為單一件或者從更大的單一件材料加工。另外，耙塔120定形為帶有平滑的邊緣和拐角，以減少對流動路徑的擾動，並且減少總壓力的損失和能夠不利地影響下遊構件的性能的紊流或尾流的形成。如能夠在描繪了如本文中描述的示例性耙塔120和互補儀器元件110的圖2中見到的，縱長間隙122便於儀器元件110 (包括它的安裝的探針112和儀器導線114)組裝到耙塔120中。在組裝好後，安裝的探針112套入或埋入儀器探針固定器130內，並且儀器導線114在內部通道124內通過，持續到與耙塔120的保持器區段150相鄰的敞開基底端140之外。為了幫助組裝，儀器元件110可以事先彎曲，以便容易通過縱長間隙122被插入，安裝的探針112套入由儀器探針固定器130限定的容器132內。安裝的探針112可以從儀器探針固定器130突出，以便暴露於其溫度將被測量的氣體。安裝的探針112可以是高溫熱電偶或者諸如Pitot探針的壓力感知元件。如圖3所示，與耙塔120互補的導線攜帶器160提供了用於攜帶和保護儀器導線114離開耙塔120到達某一位置的裝置，在該位置，由儀器導線114攜帶的信號能夠被記錄且/或分析且/或傳達到控制器。導線攜帶器160包括與耙塔120的保持器區段150互補的攜帶器鎖定區段162。在這種情況下，攜帶器鎖定區段162限定了攜帶器凹槽164，其與耙塔120的保持器肩部154配合，以便當恰當地匹配時聯結導線攜帶器160與耙塔120。攜帶器鎖定區段162還包括攜帶器唇部168，其與保持器凹槽152配合，以改進未冷卻或較少冷卻的儀器耙組件100的密封和結構完整性。應當注意到，在儀器元件110被安裝至耙塔120中之後，並且在導線攜帶器160與耙塔120在基底端140處匹配之前，儀器導線114可以通過導線攜帶器160供給。圖4顯示了處於接近完全組裝狀態的示例性的未冷卻儀器耙組件100，其中，耙塔120與互補導線攜帶器160匹配並且準備接收互補保持器扣環170。如圖4所示，保持器扣環170包括填充件172，以與耙塔120的縱長間隙122配合。類似地，保持器扣環170具有凹槽填充件174，以與耙塔120的保持器凹槽152配合。保持器扣環170的結合表面176構造成與導線攜帯器160的表面166配合。保持器扣環170和導線攜帯器160兩者均可以由金屬或者適合於例如通過焊接而彼此結合的另ー材料構成。在組裝期間，利用暫時性環氧樹脂或其它粘合劑將保持器扣環170固定在適當位置可能是有幫助的。如圖5所示，示例性的未冷卻儀器耙組件100包括與互補導線攜帯器160和保持器扣環170匹配的耙塔120。因此，耙塔120和導線攜帶器160由保持器扣環170保持在一起。在該實施例中，保持器扣環170是金屬並且焊接到導線攜帯器160。填充件126密封縱長間隙122。因為耙塔將浸入所感知的環境中，所以填充件126應當表現出適於該環境的性質。例如，填充件126可以是高溫陶瓷灌封件(potting)。圖6顯示了完全組裝的未冷卻儀器耙組件100，其包括與互補導線攜帯器160和保持器扣環170匹配的耙塔120。如圖6所示，儀器探針固定器130包含安裝的探針112，其可以包括k型或b型熱電偶。
雖然已經結合僅僅有限數量的實施例詳細地描述了本發明，但是應當容易懂得，本發明不限於這樣的公開的實施例。而是，能夠修改本發明，以合併迄今未描述但是與本發明的精神和範圍相稱的任何數量的變型、變更、替代或者等同布置。另外，雖然已經描述了本發明的各種實施例，但是應當懂得，本發明的方面可以僅僅包括所述實施例中的ー些。因此，本發明不被視為由前述描述限制，而是僅僅由所附的權利要求的範圍限制。
權利要求
1.一種儀器耙組件(100)，包括 耙塔(120)，其具有基底端(140)和浸入端，所述耙塔(120)在所述浸入端被覆蓋並且在所述基底端(140)匹配至導線攜帶器(160)， 所述耙塔(120)包括沿著縱向軸線(123)定向並支撐多個探針固定器(130)的彎曲壁(125)， 所述彎曲壁(125)具有內表面(182)，其限定了用於將儀器從所述多個探針固定器(130)攜帶到所述導線攜帶器(160)的內部通道(124)。
2.根據權利要求I所述的儀器耙組件(100)，其特徵在於，所述耙塔(120)包括陶瓷材料。
3.根據權利要求I所述的儀器耙組件(100)，其特徵在於，所述耙塔(120)包括二硼化鈦。
4.根據權利要求I所述的儀器耙組件(100)，其特徵在於，所述耙塔(120)在所述浸入端由穹形蓋(128)覆蓋。
5.根據權利要求I所述的儀器耙組件(100)，其特徵在於，所述多個探針固定器(130)包括罩狀入口。
6.根據權利要求I所述的儀器耙組件(100)，其特徵在於，所述彎曲壁(125)限定了縱長間隙(122)，其沿著所述耙塔(120)的進入側(127)定位並且平行於所述縱向軸線(123)定向。
7.根據權利要求6所述的儀器耙組件(100)，其特徵在於，所述縱長間隙(122)包含陶瓷填充件(126)。
8.根據權利要求I所述的儀器耙組件(100)，其特徵在於，所述耙塔(120)和所述導線攜帶器(160)由扣環(170)保持在一起。
9.根據權利要求8所述的儀器耙組件(100)，其特徵在於，所述扣環(170)是金屬，並且焊接到所述導線攜帶器(160)。
10.根據權利要求I所述的儀器耙組件(100)，其特徵在於，所述多個探針固定器(130)中的每一個探針固定器(130)限定了用於接收儀器探針(130)的容器(132)。
全文摘要
本發明提供了一種儀器耙組件，包括在浸入端被覆蓋並且在基底端匹配到導線攜帶器的耙塔。耙塔包括沿著縱向軸線定向並支撐多個探針固定器的彎曲壁。彎曲壁具有內表面，其限定了用於將儀器從探針固定器攜帶到導線攜帶器的內部通道。另一方面，一種儀器耙組件包括多個耙塔，各自具有基底端和浸入端，並且各個耙塔在其浸入端聯接到一個或更多其它耙塔。
文檔編號G01D11/00GK102809389SQ201210147259
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月14日 優先權日2011年5月13日
發明者Z.J.斯奈德, S.皮埃爾, K.K.施萊夫 申請人:通用電氣公司