專利名稱：與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉尖間隙計(jì)算相關(guān)的方法、系統(tǒng)和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)大體涉及用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的固定構(gòu)件和可動(dòng)構(gòu)件之間的間隙的方法、系統(tǒng)和設(shè)備。更具體而言，但不作為限制，本申請(qǐng)涉及與測(cè)量燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的旋轉(zhuǎn)渦輪葉片和周圍的固定結(jié)構(gòu)之間的葉尖間隙有關(guān)的方法、系統(tǒng)和設(shè)備，如本文所用且除非明確作出其它表示，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)意在包括所有類型的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)或旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)，包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)、蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(如下面所述，其可用來示出本發(fā)明的示例性應(yīng)用)包括壓縮機(jī)、 燃燒器和渦輪。壓縮機(jī)和渦輪一般包括沿軸向堆疊成級(jí)的葉片排。各個(gè)級(jí)包括一排固定的沿周向隔開的定子葉片，以及一排繞著中心軸線或軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉片16。在運(yùn)行中，一般而言，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片16繞著軸旋轉(zhuǎn)，并且以與定子葉片一起起作用的方式來壓縮空氣流。 然后在燃燒器中使用壓縮空氣供應(yīng)來燃燒燃料供應(yīng)。然后，燃燒所產(chǎn)生的熱的膨脹氣體流 (即工作流體)膨脹通過發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪區(qū)段。通過渦輪的工作流體流引起轉(zhuǎn)子葉片16旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子葉片16連接到中心軸上，使得轉(zhuǎn)子葉片16的旋轉(zhuǎn)使軸旋轉(zhuǎn)。這樣，包含在燃料中的能量就被轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)械能，該機(jī)械能例如可用來使壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片16旋轉(zhuǎn)，使得產(chǎn)生燃燒所需要的壓縮空氣供應(yīng)，以及用來使發(fā)電機(jī)的線圈旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生電功率。在運(yùn)行期間，因?yàn)闊釟饴窂降臉O端溫度、工作流體的速度和發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的原因，轉(zhuǎn)子葉片 16因極端的機(jī)械載荷和熱載荷而變得受到很大的應(yīng)力。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的效率受到轉(zhuǎn)子葉片16的外部徑向尖端和周圍的固定結(jié)構(gòu)之間的間隙(在本文中稱為“葉尖間隙”)的顯著影響。將理解， 較緊的間隙會(huì)減少轉(zhuǎn)子葉片16周圍的泄漏流，這會(huì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率。但是，較緊的葉尖間隙會(huì)提高旋轉(zhuǎn)部件將會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)的若干種運(yùn)行模式中的一種期間與非旋轉(zhuǎn)部件發(fā)生接觸或者抵靠非旋轉(zhuǎn)部件摩擦的風(fēng)險(xiǎn)-尤其是考慮到葉尖間隙一般會(huì)基于運(yùn)行條件而變化這一事實(shí)。根本上，這是由于許多發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的不同的熱膨脹特性而引起的。當(dāng)然，使旋轉(zhuǎn)部件和固定部件在運(yùn)行期間摩擦或進(jìn)行接觸是非常不合需要的，因?yàn)槠淇稍斐蓪?duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的重大損害或某些構(gòu)件的故障。另外，一旦經(jīng)過造成摩擦的事件，摩擦就可引起增大的間隙。另一方面，發(fā)動(dòng)機(jī)可設(shè)計(jì)有較松的間隙，較松的間隙會(huì)降低摩擦部件的可能性。但是，這是不合需要的，因?yàn)槠湟话銜?huì)允許有更多泄漏，并且因此降低發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。許多較新的燃?xì)鉁u輪機(jī)采用主動(dòng)間隙控制系統(tǒng)來在多種運(yùn)行條件期間管理間隙， 從而保持緊密而無摩擦的間隙。將理解，這些系統(tǒng)需要有規(guī)律的、更新的且準(zhǔn)確的葉尖間隙數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)間隙控制系統(tǒng)的全部好處。傳統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)用定位在熱氣路徑中的近程傳感器來測(cè)量葉尖間隙。典型地，這些探測(cè)器直接定位在轉(zhuǎn)子葉片16上方，并且在葉片經(jīng)過時(shí)測(cè)量探測(cè)器和轉(zhuǎn)子葉片16的葉尖之間的距離。這樣定位傳感器的不利之處在于，傳感器會(huì)暴露于熱氣流徑的極端溫度。能夠在提供準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)果的同時(shí)經(jīng)受住這些條件的傳感器是昂貴的。即便如此，由于熱氣路徑的極端條件的原因，這些傳感器還是具有短的使用壽命，這提高了成本和維護(hù)要求。而且，這些傳感器典型地需要冷卻空氣供應(yīng)，可從壓縮機(jī)中放出或者從輔助源中供應(yīng)該冷卻空氣供應(yīng)。將理解，這樣提供冷卻空氣會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)增加復(fù)雜性，而且，因?yàn)槌鲇诶鋮s目的而供應(yīng)的空氣會(huì)減少可用于燃燒的空氣供應(yīng)的原因，會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。因此，存在對(duì)于與準(zhǔn)確地計(jì)算和監(jiān)測(cè)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉尖間隙的成本有效的系統(tǒng)有關(guān)的改進(jìn)的設(shè)備、方法和系統(tǒng)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中，本申請(qǐng)描述了一種在該燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行期間計(jì)算葉尖間隙的方法，該燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)包括渦輪內(nèi)殼和渦輪外殼，以及具有葉尖的轉(zhuǎn)子葉片16 排和周圍的固定結(jié)構(gòu)，周圍的固定結(jié)構(gòu)在葉尖的剛好外側(cè)的位置處包圍轉(zhuǎn)子葉片16排，從而在葉尖和周圍的固定結(jié)構(gòu)之間限定葉尖間隙。該方法可包括以下步驟在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)行時(shí)，測(cè)量冷態(tài)葉尖間隙和冷態(tài)殼-殼距離；在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，測(cè)量運(yùn)行參數(shù)；在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，用近程傳感器測(cè)量殼-殼距離；基于冷態(tài)葉尖間隙測(cè)量結(jié)果和運(yùn)行參數(shù)測(cè)量結(jié)果來計(jì)算葉尖間隙；基于冷態(tài)殼-殼距離測(cè)量結(jié)果和運(yùn)行參數(shù)測(cè)量結(jié)果來計(jì)算殼-殼距離；將近程傳感器的殼-殼距離測(cè)量結(jié)果與殼-殼距離計(jì)算結(jié)果作比較；以及基于近程傳感器的殼-殼距離測(cè)量結(jié)果和殼-殼距離計(jì)算結(jié)果之間的比較來校準(zhǔn)計(jì)算出的葉尖間隙計(jì)算結(jié)果。在一些實(shí)施例中，運(yùn)行參數(shù)測(cè)量和殼-殼距離測(cè)量在時(shí)間上是大致一致的。在一些實(shí)施例中，運(yùn)行參數(shù)測(cè)量結(jié)果包括多個(gè)運(yùn)行參數(shù)測(cè)量結(jié)果；且該多個(gè)運(yùn)行參數(shù)測(cè)量結(jié)果包括在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的至少多個(gè)不同的運(yùn)行條件上的運(yùn)行參數(shù)測(cè)量結(jié)果。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括以下步驟將近程傳感器定位在渦輪外殼上的預(yù)定位置上，以及使近程傳感器瞄向渦輪內(nèi)殼，使得近程傳感器測(cè)量殼-殼距離；殼-殼距離包括渦輪內(nèi)殼和渦輪外殼之間的距離；以及在渦輪內(nèi)殼上形成目標(biāo)表面111。使近程傳感器瞄向渦輪內(nèi)殼的步驟包括使近程傳感器瞄準(zhǔn)目標(biāo)表面111。目標(biāo)表面111包括基本沿軸向方向?qū)?zhǔn)的基本平面的表面。測(cè)量冷態(tài)葉尖間隙和冷態(tài)殼-殼距離包括測(cè)量葉尖高度、渦輪內(nèi)殼直徑和渦輪外殼直徑。而且，測(cè)量運(yùn)行參數(shù)包括測(cè)量燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的多個(gè)預(yù)定位置處的溫度；預(yù)定位置至少包括與渦輪內(nèi)殼的溫度相關(guān)的一個(gè)位置；與渦輪外殼的溫度相關(guān)的一個(gè)位置；以及與轉(zhuǎn)子葉片16的轉(zhuǎn)子安裝在其上的轉(zhuǎn)子盤的溫度相關(guān)的一個(gè)位置。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括以下步驟基于測(cè)得運(yùn)行參數(shù)溫度來計(jì)算燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的多個(gè)預(yù)定位置處的運(yùn)行溫度；預(yù)定位置至少包括與渦輪內(nèi)殼的溫度相關(guān)的一個(gè)位置；與渦輪外殼的溫度相關(guān)的一個(gè)位置；與轉(zhuǎn)子葉片16排安裝在其上的轉(zhuǎn)子盤的溫度相關(guān)的一個(gè)位置；以及與轉(zhuǎn)子葉片16排的溫度相關(guān)的一個(gè)位置。在一些實(shí)施例中， 計(jì)算葉尖間隙的步驟包括以下步驟基于轉(zhuǎn)子盤的溫度，計(jì)算轉(zhuǎn)子盤的熱增長；基于轉(zhuǎn)子葉片16排的溫度計(jì)算結(jié)果，計(jì)算轉(zhuǎn)子葉片16排的熱增長；以及基于渦輪內(nèi)殼的溫度計(jì)算結(jié)果，計(jì)算內(nèi)殼直徑的熱增長。在一些實(shí)施例中，計(jì)算殼-殼距離的步驟包括以下步驟基于渦輪外殼的溫度計(jì)算結(jié)果，計(jì)算外殼直徑的熱增長。在一些實(shí)施例中，在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)用近程傳感器來測(cè)量殼-殼距離的步
6驟包括在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)用至少兩個(gè)近程傳感器來測(cè)量殼-殼距離；且該至少兩個(gè)近程傳感器在大致相同的軸向位置處在渦輪外殼的周邊周圍隔開；周向間隔包括大約90 度的偏移。本申請(qǐng)進(jìn)一步描述了 在一個(gè)或多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中(其各自包括渦輪內(nèi)殼和渦輪外殼，以及包括具有葉尖的至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片16的轉(zhuǎn)子葉片16排和周圍的固定結(jié)構(gòu)，周圍的固定結(jié)構(gòu)在葉尖的剛好外側(cè)的位置處包圍轉(zhuǎn)子葉片16排，使得在葉尖和周圍的固定結(jié)構(gòu)之間限定葉尖間隙)，一種在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行期間計(jì)算葉尖間隙的方法，該方法包括以下步驟將第一近程傳感器定位在第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱氣路徑內(nèi)、預(yù)定位置上，使得第一近程傳感器測(cè)量葉尖間隙；將第二近程傳感器定位在第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱氣路徑的外部的預(yù)定位置處，使得第二近程傳感器測(cè)量限定在渦輪內(nèi)殼和渦輪外殼之間的殼-殼距離；在第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中，當(dāng)?shù)谝蝗細(xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，用第一近程傳感器來測(cè)量葉尖間隙，并且記錄葉尖間隙測(cè)量結(jié)果；在第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中，當(dāng)?shù)谝蝗細(xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，用第二近程傳感器來測(cè)量殼-殼距離，并且記錄殼-殼距離測(cè)量結(jié)果； 基于記錄的葉尖間隙測(cè)量結(jié)果和記錄的殼-殼測(cè)量結(jié)果，開發(fā)第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的殼-殼距離測(cè)量結(jié)果和葉尖間隙測(cè)量結(jié)果之間的相互關(guān)系；以及基于一個(gè)或多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的殼-殼距離測(cè)量結(jié)果，使用該相互關(guān)系來計(jì)算葉尖間隙。在一些實(shí)施例中，該一個(gè)或多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)包括單個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)；在第一近程傳感器不起作用時(shí)，使用殼-殼距離測(cè)量結(jié)果基于開發(fā)出的相互關(guān)系來計(jì)算葉尖間隙；以及該一個(gè)或多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少兩個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和第二燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括以下步驟將第三近程傳感器定位在第二燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱氣路徑的外部的預(yù)定位置上，使得第三近程傳感器測(cè)量第二燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的殼-殼距離；在該第二燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中，在第二燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，用第三近程傳感器來測(cè)量殼-殼距離，并且記錄殼-殼距離測(cè)量結(jié)果；以及使用在第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中開發(fā)出的相互關(guān)系，基于第二燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的殼-殼距離測(cè)量結(jié)果來計(jì)算第二燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉尖間隙。在一些實(shí)施例中，第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和第二燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)上是基本相似的。在一些實(shí)施例中，第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉尖間隙測(cè)量與第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的殼-殼距離測(cè)量在時(shí)間上基本一致；葉尖間隙測(cè)量和殼-殼測(cè)量發(fā)生在至少多個(gè)不同的運(yùn)行條件上；將第二近程傳感器定位在第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱氣路徑的外部的預(yù)定位置上包括將至少兩個(gè)近程傳感器定位在第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱氣路徑的外部的兩個(gè)預(yù)定位置上；且這兩個(gè)預(yù)定位置包括在大致相同的軸向位置處在渦輪外殼的周邊周圍隔開的位置；周向間隔包括大約90度的偏移。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括以下步驟將第二近程傳感器定位在渦輪外殼上，并且使第二近程傳感器瞄向渦輪內(nèi)殼；將第三近程傳感器定位在渦輪外殼上，并且使第三近程傳感器瞄向渦輪內(nèi)殼。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括以下步驟在第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪內(nèi)殼上形成目標(biāo)表面111。在一些實(shí)施例中，使第二近程傳感器瞄向渦輪內(nèi)殼的步驟包括使第二近程傳感器瞄準(zhǔn)目標(biāo)表面111 ；且目標(biāo)表面111包括基本沿軸向方向?qū)?zhǔn)的基本平面的表面。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括以下步驟在第二燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪內(nèi)殼上形成目標(biāo)表面111 ；使第三近程傳感器瞄向渦輪內(nèi)殼的步驟包括使第三近程傳感器瞄準(zhǔn)目標(biāo)表面111 ；以及其中，目標(biāo)表面111包括基本沿軸向方向?qū)?zhǔn)的基本平面的表面。在一些實(shí)施例中，用第一近程傳感器進(jìn)行的葉尖間隙測(cè)量和用第二近程傳感器來測(cè)量殼-殼距離在時(shí)間上大致一致。在結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求書審閱優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述之后，本申請(qǐng)的這些和其它特征將變得顯而易見。


通過仔細(xì)研究結(jié)合附圖得到的本發(fā)明的示例性實(shí)施例的以下更加詳細(xì)的描述，將更充分地理解和了解本發(fā)明的這些和其它特征，其中圖1是其中可使用本申請(qǐng)的某些實(shí)施例的示例性渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖
圖2是圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)區(qū)段的截面圖3是圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪區(qū)段的截面圖4是根據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的葉尖間隙系統(tǒng)的示意圖5是根據(jù)本申請(qǐng)的--個(gè)示例性實(shí)施例的葉尖間隙系統(tǒng)的示意圖6是根據(jù)本申請(qǐng)的--個(gè)備選實(shí)施例的葉尖間隙系統(tǒng)的示意圖7是根據(jù)本申請(qǐng)的--個(gè)示例性實(shí)施例的邏輯流程圖；以及
圖8是根據(jù)本申請(qǐng)的--個(gè)備選實(shí)施例的邏輯流程圖。
部件列表
10燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)
11壓縮機(jī)
12渦輪
13燃燒器
14壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片
15壓縮機(jī)定子葉片
16渦輪轉(zhuǎn)子葉片
17渦輪定子葉片
20傳統(tǒng)葉尖間隙系統(tǒng)
22近程傳感器
100葉尖間隙系統(tǒng)
102渦輪內(nèi)殼
103渦輪外殼
104葉尖高度
105渦輪軸線
106葉尖
107葉輪
108葉尖間隙
109周圍的固定結(jié)構(gòu)110內(nèi)殼厚度111目標(biāo)表面112殼-殼距離120近程傳感器IM溫度傳感器125控制系統(tǒng)
具體實(shí)施例方式作為首先要做的事情，為了清楚地傳達(dá)本申請(qǐng)的發(fā)明，可能必須選擇引用和描述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和相關(guān)系統(tǒng)的某些部件或機(jī)器構(gòu)件的用語。在任何可能的情況下，將以與其公認(rèn)的意思一致的方式使用和采用工業(yè)用語。但是，意思是任何這種用語都將被賦予寬泛的含義而不將其狹隘地理解為使得本文預(yù)期的含義和所附權(quán)利要求書的范圍受到不合理的限制。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，通常可使用若干個(gè)不同的用語來引用特定的構(gòu)件。另外，在本文中可被描述為單個(gè)部件的部件可包括若干個(gè)組成部分，并且可在另一環(huán)境中被稱為由若干個(gè)組成部分組成，或者，在本文中可描述為包括多個(gè)組成部分的部件可被改造成單個(gè)部分且在一些情況下被稱為單個(gè)部分。因而，在理解本文描述的本發(fā)明的范圍時(shí)，不僅應(yīng)當(dāng)注意所提供的用語和描述，而且還應(yīng)當(dāng)注意本文所提供的構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、功能和 /或用途。另外，可在本文中有規(guī)律地使用若干個(gè)描述性用語，而且就此而言，限定這些用語可能是有幫助的。在它們用于本文中的情況下，這些用語及其定義如下。用語“轉(zhuǎn)子葉片”， 在沒有另外的特別性的情況下，是對(duì)或者壓縮機(jī)或者渦輪的旋轉(zhuǎn)葉片的引用，旋轉(zhuǎn)葉片包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片16和渦輪轉(zhuǎn)子葉片16兩者。用語“定子葉片”，在沒有另外的特別性的情況下，是對(duì)或者壓縮機(jī)或者渦輪的固定葉片的引用，固定葉片包括壓縮機(jī)定子葉片和渦輪定子葉片兩者。用語“葉片”將在本文中用來引用任一種類型的葉片。因此，在沒有另外的特別性的情況下，用語“葉片”包括了所有類型的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片 16、壓縮機(jī)定子葉片、渦輪轉(zhuǎn)子葉片16和渦輪定子葉片。另外，如本文所用，“下游”和“上游”以及“前向”和“后向”是表明相對(duì)于通過渦輪的工作流體流的方向的用語。因而，用語 “下游”指的是大體與工作流體流的方向相對(duì)應(yīng)的方向，而且用語“上游”或“前向”大體指的是與工作流體流的方向相反的方向。用語“后”或“后向”和“前”或“前向”大體指的是關(guān)于工作流體流的相對(duì)位置。有時(shí)，在給定本描述的情況下將清楚的是，用語“后”和“前” 可指旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)方向。在這種情況下，在給定了部件旋轉(zhuǎn)所沿的方向的情況下，旋轉(zhuǎn)部件的“前緣”是前部邊緣或前向邊緣，而在給定了部件旋轉(zhuǎn)所沿的方向的情況下，旋轉(zhuǎn)部件的“后緣”就是后向邊緣或后部邊緣。用語“徑向”指的是垂直于軸線的運(yùn)動(dòng)或位置。通常需要描述關(guān)于軸線處在不同的徑向位置處的部件。在這種情況下，如果第一構(gòu)件處于比第二構(gòu)件更靠近軸線處，則在本文中可聲明，第一構(gòu)件在第二構(gòu)件的“徑向內(nèi)部”或“內(nèi)側(cè)”。在另一方面，如果第一構(gòu)件處于比第二構(gòu)件離軸線更遠(yuǎn)處，則在本文中可聲明第一構(gòu)件在第二構(gòu)件的“徑向外部”或“外側(cè)”。用語“徑向”指的是平行于軸線的運(yùn)動(dòng)或位置。最后，用語“周向”指的是繞著軸線的運(yùn)動(dòng)或位置。作為背景，現(xiàn)在參照附圖，圖1至3示出了其中可使用本申請(qǐng)的實(shí)施例的一個(gè)示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本發(fā)明不限于這種類型的用途。如所聲明的那樣，本發(fā)明可用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(例如發(fā)電和飛機(jī)中所使用的發(fā)動(dòng)機(jī))、蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和其它類型的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)。圖1是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意圖。一般而言，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通過從由于燃料在壓縮空氣流中燃燒而產(chǎn)生的加壓熱氣流中提取能量來運(yùn)行。如圖 1所示，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可構(gòu)造有通過公共軸或轉(zhuǎn)子以機(jī)械的方式聯(lián)接到下游渦輪區(qū)段或渦輪12上的軸向壓縮機(jī)11，以及定位在壓縮機(jī)11和渦輪12之間的燃燒器13。圖2示出了可在圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的一個(gè)示例性的多級(jí)軸向壓縮機(jī)11 的視圖。如圖所示，壓縮機(jī)11可包括多個(gè)級(jí)。各個(gè)級(jí)可包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片14排，后面是壓縮機(jī)定子葉片15排。因此，第一級(jí)可包括繞著中心軸旋轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片14排，后面是在運(yùn)行期間保持固定的壓縮機(jī)定子葉片15排。壓縮機(jī)定子葉片15大體彼此沿周向隔開， 并且固定在旋轉(zhuǎn)軸線的周圍。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片14沿周向隔開，并且附連到軸上；當(dāng)軸在運(yùn)行期間旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片14繞著該軸旋轉(zhuǎn)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的那樣， 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片14構(gòu)造成使得在繞著軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，它們對(duì)流過壓縮機(jī)11的空氣或流體施加動(dòng)能。除圖2所示的級(jí)之外，壓縮機(jī)11可具有其它級(jí)。另外的級(jí)可包括多個(gè)沿周向隔開的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片14，后面是多個(gè)沿周向隔開的壓縮機(jī)定子葉片15。圖3示出了可在圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的一個(gè)示例性渦輪區(qū)段或渦輪12 的局部視圖。渦輪12也可包括多個(gè)級(jí)。示出了三個(gè)示例性的級(jí)，但是渦輪12中可存在更多或更少的級(jí)。第一級(jí)包括在運(yùn)行期間繞著軸旋轉(zhuǎn)的多個(gè)渦輪輪葉或渦輪轉(zhuǎn)子葉片16，以及在運(yùn)行期間保持固定的多個(gè)噴嘴或渦輪定子葉片17。渦輪定子葉片17大體彼此沿周向隔開，并且固定在旋轉(zhuǎn)軸線的周圍。渦輪轉(zhuǎn)子葉片16可安裝在渦輪葉輪(未顯示)上，以繞著軸(未顯示)旋轉(zhuǎn)。還示出了渦輪12的第二級(jí)。第二級(jí)類似地包括多個(gè)沿周向隔開的渦輪定子葉片17，后面是多個(gè)沿周向隔開的渦輪轉(zhuǎn)子葉片16，該渦輪轉(zhuǎn)子葉片也安裝在渦輪葉輪上以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。還示出了第三級(jí)，并且第三級(jí)類似地包括多個(gè)渦輪定子葉片17和轉(zhuǎn)子葉片16。將理解，渦輪定子葉片17和渦輪轉(zhuǎn)子葉片16位于渦輪12的熱氣路徑中。通過熱氣路徑的熱氣流的方向由箭頭指示。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，除了圖3所示的級(jí)之外，渦輪12可具有其它級(jí)。各個(gè)另外的級(jí)可包括渦輪定子葉片17排，后面是渦輪轉(zhuǎn)子葉片16排。在使用時(shí)，軸向壓縮機(jī)11內(nèi)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片14的旋轉(zhuǎn)可壓縮空氣流。在燃燒器13中，當(dāng)壓縮空氣與燃料混合且點(diǎn)燃時(shí)，可釋放能量。然后來自燃燒器13的所產(chǎn)生的熱氣流(其可被稱為工作流體)被引導(dǎo)經(jīng)過渦輪轉(zhuǎn)子葉片16，工作流體流引起渦輪轉(zhuǎn)子葉片 16繞著軸旋轉(zhuǎn)。從而，工作流體流的能量就轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)葉片的機(jī)械能，并且因?yàn)檗D(zhuǎn)子葉片 16和軸之間的連接而轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)械能。然后軸的機(jī)械能可用來驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片 14旋轉(zhuǎn)，使得產(chǎn)生必要的壓縮空氣供應(yīng)，而且還(例如)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)來產(chǎn)生電力。圖4示出了根據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的葉尖間隙系統(tǒng)20，其可用來在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)確定葉尖間隙。系統(tǒng)20可包括在渦輪轉(zhuǎn)子葉片16的級(jí)的周邊的周圍隔開的一個(gè)或多個(gè)傳統(tǒng)的近程傳感器22。特別而言，近程傳感器22可從外側(cè)位置安裝在包圍轉(zhuǎn)子葉片16的固定結(jié)構(gòu)中。這樣，近程傳感器22就可定位成使其從徑向外部位置面向渦輪轉(zhuǎn)子葉片16的級(jí)。從
10這個(gè)位置，近程傳感器22可測(cè)量從近程傳感器22到渦輪轉(zhuǎn)子葉片16的外側(cè)尖端的距離， 該距離大體表明了旋轉(zhuǎn)部件(即轉(zhuǎn)子葉片16)和包圍它們的固定結(jié)構(gòu)之間的間隙。在使用中，圖4的系統(tǒng)20可進(jìn)行有規(guī)律的測(cè)量，使得可了解或計(jì)算渦輪葉片16的外部徑向尖端和固定結(jié)構(gòu)之間的距離?？蓪⑴c這些測(cè)量有關(guān)的數(shù)據(jù)發(fā)送給主動(dòng)間隙控制系統(tǒng)(未顯示)，在該系統(tǒng)中，這些數(shù)據(jù)可用來以提高性能的方式控制或操縱葉尖間隙。也就是說，假定在由近程傳感器22進(jìn)行測(cè)量的情況下，間隙控制系統(tǒng)可在多種運(yùn)行條件期間管理間隙，從而保持了緊密而無摩擦的間隙。將理解，這種性質(zhì)的間隙控制系統(tǒng)需要有規(guī)律的準(zhǔn)確的葉尖間隙測(cè)量來實(shí)現(xiàn)使用它們的所有好處。這樣定位近程傳感器22的不利之處在于，近程傳感器22會(huì)暴露于熱氣流徑的高溫。能夠在提供準(zhǔn)確測(cè)量的同時(shí)經(jīng)受住這些條件的傳感器是昂貴的。即便如此，由于熱氣路徑的極端條件的原因，這些傳感器典型地(還是)具有短的使用壽命，這提高了成本和維護(hù)要求。為了提高傳感器的使用壽命，可對(duì)它們提供冷卻空氣供應(yīng)，以使它們保持冷卻?？蓮膲嚎s機(jī)或從一些輔助源中提供這種空氣。將理解，對(duì)傳感器提供冷卻空氣會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)增加復(fù)雜性，而且，因?yàn)槌鲇诶鋮s目的而供應(yīng)的空氣會(huì)減少可用于燃燒的空氣供應(yīng)，這需要運(yùn)行一些輔助源，使用輔助源會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的葉尖間隙系統(tǒng)100，其可用來在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)確定葉尖間隙。該葉尖間隙系統(tǒng)100被顯示為其可用于以局部截面圖顯示的示例性燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪。將理解，該葉尖間隙系統(tǒng)100還可用于具有不同構(gòu)造和/或構(gòu)件的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中。該葉尖間隙系統(tǒng)100可與至少包括渦輪內(nèi)殼102和渦輪外殼103的渦輪體系結(jié)構(gòu)一起使用。如圖所示，圖5涉及若干尺寸，這可有助于描述系統(tǒng)100的運(yùn)行。在本文中提到第一尺寸，并且第一尺寸在圖5中指的是“葉尖高度104”。這個(gè)尺寸表示從渦輪的中心軸線 105到渦輪轉(zhuǎn)子葉片16的外部徑向尖端(其在本文中稱為“葉尖106”)的距離。將理解， 葉尖高度104典型地由渦輪葉輪107的半徑(渦輪轉(zhuǎn)子葉片16安裝到該渦輪葉輪107中) 和轉(zhuǎn)子葉片16的徑向高度(即，轉(zhuǎn)子葉片16延伸超出渦輪葉輪107所達(dá)到的范圍)組成。在本文中提到第二尺寸，并且第二尺寸在圖5中指的是“葉尖間隙108”。如上面所聲明的那樣，葉尖間隙108是葉尖106和包圍葉尖106的固定結(jié)構(gòu)之間的距離。在本文中提到包圍葉尖106的固定結(jié)構(gòu)，并且其在圖5中指的是“周圍的固定結(jié)構(gòu)109”，并且意在包括從葉尖106的剛好外側(cè)的位置處于最靠近葉尖106處的任何固定的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)。如圖 5所示，周圍的固定結(jié)構(gòu)109可包括固定護(hù)罩。因此，在圖5所示的構(gòu)造中，葉尖間隙108是葉尖106和固定護(hù)罩之間的距離。將理解，固定構(gòu)件和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間的葉尖間隙108形成泄漏路徑，而且大體上，葉尖106和周圍的固定結(jié)構(gòu)109構(gòu)造成以便共同形成阻礙通過此通道的泄漏的密封。因?yàn)閷?duì)于密封此通道而言存在若干種不同的密封策略，所以葉尖106和周圍的結(jié)構(gòu)109可采取許多種形式。因而，將理解，在葉尖106和周圍的固定結(jié)構(gòu)109處可存在許多類型的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)。例如，在一些情況下，轉(zhuǎn)子葉片16可具有尖端護(hù)罩(未顯示)。在這種情況下，尖端護(hù)罩的最外部區(qū)域(其在許多情況下將是刀齒)將會(huì)形成葉尖106。外部流徑密封件可包括包含耐磨材料的固定護(hù)罩，刀齒切入耐磨材料中，并且由此形成密封。將理解，本發(fā)明不限于任何特定的葉尖106/周圍的固定結(jié)構(gòu)109組件，并且可用于所描述的或圖5中顯示的那
11些中的任何一種以及其它結(jié)構(gòu)構(gòu)造。在許多情況下，葉尖間隙108是存在于葉尖106和周圍的固定結(jié)構(gòu)109之間的最小距離。葉尖間隙108也可描述為在旋轉(zhuǎn)部件和固定部件之間發(fā)生不合需要的摩擦之前葉尖106和周圍的固定結(jié)構(gòu)109必須朝彼此運(yùn)動(dòng)的距離。在本文中提到第三尺寸，并且第三尺寸在圖5中指的是內(nèi)殼厚度110。顧名思義， 內(nèi)殼厚度110是渦輪內(nèi)殼102的厚度。如圖所示，內(nèi)殼厚度110典型地包括下者之間的距離a)周圍的固定結(jié)構(gòu)109的內(nèi)部徑向邊界；以及b)在渦輪內(nèi)殼102的外部徑向表面上的目標(biāo)表面111。取決于周圍的固定結(jié)構(gòu)109的特定構(gòu)造，內(nèi)殼厚度110可包括如圖5的示例性構(gòu)造中所描繪的固定護(hù)罩的厚度。如在下面更加詳細(xì)地論述的那樣，目標(biāo)表面111可為近程傳感器120可對(duì)準(zhǔn)的、渦輪內(nèi)殼102上的任何外表面(或者附連到渦輪內(nèi)殼102上的構(gòu)件的外部徑向表面)。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖5所示，目標(biāo)表面111可包括沿軸向方向?qū)?zhǔn)的平的表面(即，與從相同的徑向位置沿軸向方向延伸的基準(zhǔn)線一起形成大約0°的角的表面)?？稍跍u輪內(nèi)殼102中實(shí)施這種類型的目標(biāo)表面111，或可將其機(jī)械加工到渦輪內(nèi)殼102中，使得其與渦輪內(nèi)殼102成一體，或者目標(biāo)表面111可為附連的構(gòu)件，該附連的構(gòu)件構(gòu)造成以便產(chǎn)生期望構(gòu)造和/或具有促進(jìn)由近程傳感器120進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量的表面特性。 將理解，由于渦輪內(nèi)殼102和渦輪外殼103在運(yùn)行期間相對(duì)于彼此略微沿軸向運(yùn)動(dòng)的原因， 沿軸向?qū)?zhǔn)的目標(biāo)表面111會(huì)提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，而傾斜表面可表明渦輪內(nèi)殼102和渦輪外殼103已經(jīng)朝向或遠(yuǎn)離彼此運(yùn)動(dòng)(當(dāng)實(shí)際上其是引起這種結(jié)果的軸向運(yùn)動(dòng)時(shí))。在本文中提到第四尺寸，并且第四尺寸在圖5中指的是殼-殼距離112。殼-殼距離112大體表示外殼103和渦輪內(nèi)殼102之間的距離。更具體而言，如在下面更加詳細(xì)地論述和在圖5中顯示的那樣，殼-殼距離可表示剛性地安裝到渦輪外殼103上的近程傳感器120和渦輪內(nèi)殼102上的目標(biāo)表面111之間的距離。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中可包括一個(gè)或多個(gè)其它構(gòu)件或儀器。如圖5所示，系統(tǒng)100 可包括一個(gè)或多個(gè)近程傳感器120。近程傳感器120可剛性地安裝到渦輪外殼103上。近程傳感器120可安裝成通過殼103(如圖所示)或安裝到殼103的內(nèi)部徑向表面上。這樣， 近程傳感器120就可構(gòu)造成以便瞄向內(nèi)殼102的外部徑向表面和/或形成于其上的目標(biāo)表面111。然后近程傳感器120可瞄準(zhǔn)成使得傳感器120測(cè)量從近程傳感器120到內(nèi)殼102 的距離，將理解，該距離可用來計(jì)算外殼103和內(nèi)殼102之間的距離(即殼-殼距離112) 的任何相關(guān)變化。近程傳感器120可包括可用來執(zhí)行此功能的任何類型的近程傳感器。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，近程傳感器120是激光近程探測(cè)器。在其它實(shí)施例中，近程傳感器120 可為渦流傳感器、電容傳感器、微波傳感器或任何其它相似類型的裝置。在一些實(shí)施例中，可使用單個(gè)近程傳感器120。如圖5所示，這個(gè)近程傳感器120 可位于緊鄰轉(zhuǎn)子葉片16排的軸向位置的軸向位置處。然后此單個(gè)近程傳感器120可用作系統(tǒng)的一部分，以針對(duì)那個(gè)特定的轉(zhuǎn)子葉片16排計(jì)算葉尖間隙108。將理解，在與其它轉(zhuǎn)子葉片16排一致的軸向位置處可存在其它近程傳感器120，使得其它近程傳感器120可用于這些其它轉(zhuǎn)子葉片16排(關(guān)于葉尖間隙108的計(jì)算)。在其它實(shí)施例中，單個(gè)近程傳感器120可關(guān)于多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片16排來使用。此布置可導(dǎo)致對(duì)于在更加遠(yuǎn)離傳感器120的軸向位置的位置上的排，準(zhǔn)確性略微降低。在一些實(shí)施例中，葉尖間隙測(cè)量系統(tǒng)100可包括在相同的近似軸向位置處在渦輪的周邊的周圍隔開的多個(gè)近程傳感器120。這樣進(jìn)行布置可提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性-尤其是在具有“半殼”殼體構(gòu)造的較大型渦輪中。在這些類型的渦輪中，殼結(jié)構(gòu)典型地構(gòu)造成具有螺栓連接的水平接頭。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的那樣，由于此水平接頭，熱增長會(huì)導(dǎo)致 “橢圓化”。也就是說，殼會(huì)沿著水平接頭膨脹更多，使得連結(jié)的殼形成略微橢圓形的形狀， 而非保持圓形。在這種情況下，具有沿著水平接頭(或者在水平接頭附近)監(jiān)測(cè)殼-殼距離的近程傳感器和相對(duì)于水平接頭(或者在此位置附近)在90度的位置處監(jiān)測(cè)殼-殼距離的另一個(gè)近程傳感器允許解決橢圓化情況?？紤]到在啟動(dòng)或其它瞬態(tài)運(yùn)行時(shí)期期間渦輪內(nèi)殼以比渦輪外殼更大的速率變熱(并且因此“橢圓化”)這一事實(shí)，這可能非常重要。另外，在一個(gè)備選實(shí)施例中，近程傳感器120可安裝到內(nèi)殼102上，使得傳感器120 通過測(cè)量傳感器120在渦輪內(nèi)殼102上的位置和渦輪外殼103上的目標(biāo)表面111之間的距離來測(cè)量殼-殼距離112。將理解，在任一位置上，即安裝到外殼103上或者安裝到內(nèi)殼102 上，近程傳感器120都不會(huì)暴露于熱氣路徑的惡劣條件。因此，近程傳感器120將會(huì)暴露于低得多的溫度，這將允許傳感器制造起來不那么昂貴，延長傳感器120的部件壽命，并且消除或減少用以冷卻傳感器120的冷卻空氣的使用。在一些實(shí)施例中，葉尖間隙測(cè)量系統(tǒng)100可包括一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器124，其可為熱電偶或其它裝置。溫度傳感器1 可用來獲取關(guān)于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的、葉尖間隙被計(jì)算所處的區(qū)域中的若干個(gè)構(gòu)件的溫度并且被用于該計(jì)算中的數(shù)據(jù)。例如，溫度傳感器IM可定位成以便確定外殼103的溫度(其可包括沿著外殼103的內(nèi)部徑向表面和外部徑向表面中的一個(gè)或兩者的溫度測(cè)量結(jié)果)和內(nèi)殼102的溫度(其可包括沿著內(nèi)殼102的內(nèi)部徑向表面和外部徑向表面中的一個(gè)或兩者的溫度測(cè)量結(jié)果)。渦輪內(nèi)殼102和渦輪外殼103之間的腔體的溫度也可由溫度傳感器124中的一個(gè)獲得。通過傳統(tǒng)方式，近程傳感器120和/或溫度傳感器IM可配置成使得它們連接到控制系統(tǒng)125上。這些連接在圖5中由虛線指示?？刂葡到y(tǒng)125可為計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的裝置， 該裝置與若干個(gè)傳感器進(jìn)行電子通訊，并且配置成以便基于其接收到的編程的指令和邏輯與數(shù)據(jù)來進(jìn)行計(jì)算。例如，控制系統(tǒng)125可實(shí)現(xiàn)為具有用于進(jìn)行整體的系統(tǒng)級(jí)控制的主要的或中央處理器部分和在中央處理器部分的控制下專門執(zhí)行各種不同的具體組合、功能和其它過程的分開的部分的單個(gè)專用集成電路，例如ASIC。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，也可使用各種各樣的單獨(dú)的專用或可編程的集成電路或裝置或其它電子電路或裝置(例如硬接線電子電路或邏輯電路，包括離散元件電路或可編程的邏輯裝置，例如PLD、PAL、PLA等等) 來實(shí)現(xiàn)該控制系統(tǒng)。也可單獨(dú)地或與一個(gè)或多個(gè)外圍數(shù)據(jù)和信號(hào)處理裝置結(jié)合起來使用經(jīng)過適當(dāng)?shù)鼐幊痰耐ㄓ糜?jì)算機(jī)(例如微處理器或微控制器)或其它處理器裝置(例如CPU或 MPU)來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)125。另外，如與用來監(jiān)測(cè)和控制燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行的許多傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)化的控制系統(tǒng)一樣，控制系統(tǒng)125可包括使計(jì)算結(jié)果與多個(gè)運(yùn)行參數(shù)相關(guān)的計(jì)算機(jī)化的模型和應(yīng)用。例如，控制系統(tǒng)125可包括經(jīng)過編程的邏輯，該邏輯基于運(yùn)行參數(shù)(例如載荷、環(huán)境條件、燃料特性及其它)來計(jì)算渦輪12中的運(yùn)行溫度?？刂葡到y(tǒng)125還可包括經(jīng)過編程的模型和邏輯，該邏輯計(jì)算葉輪107、轉(zhuǎn)子葉片16、渦輪內(nèi)殼102的厚度、渦輪外殼103的厚度、 渦輪內(nèi)殼102的直徑和/或渦輪外殼103的直徑的熱增長。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的那樣，這些計(jì)算可基于測(cè)得溫度或控制系統(tǒng)125基于其它測(cè)得運(yùn)行參數(shù)和條件所計(jì)算出來的那些溫度。
控制系統(tǒng)125和若干個(gè)傳感器120、1M可配置成以便進(jìn)行電子通訊。將理解，在某些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)125可接收、存儲(chǔ)分別從近程傳感器120和溫度傳感器IM中取得的近程數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，以及基于它們來進(jìn)行計(jì)算。控制系統(tǒng)125還可配置成與傳統(tǒng)的主動(dòng)葉尖間隙控制系統(tǒng)結(jié)合起來運(yùn)行，傳統(tǒng)的主動(dòng)葉尖間隙控制系統(tǒng)可包括影響轉(zhuǎn)子葉片16 的葉尖間隙的電機(jī)系統(tǒng)的控制。這樣，本發(fā)明的葉尖間隙108計(jì)算結(jié)果就可由傳統(tǒng)的主動(dòng)葉尖間隙控制系統(tǒng)用來以提高性能的方式或期望的方式操縱葉尖間隙。在使用中，葉尖間隙系統(tǒng)100可用來準(zhǔn)確地計(jì)算葉尖間隙108數(shù)據(jù)，而不會(huì)引起在渦輪的熱氣路徑中持續(xù)運(yùn)行近程傳感器的費(fèi)用。也就是說，葉尖間隙系統(tǒng)100可用來基于位于渦輪的熱氣路徑的外部的近程傳感器120所進(jìn)行的測(cè)量，準(zhǔn)確地計(jì)算葉尖間隙108數(shù)據(jù)。本發(fā)明利用了這一發(fā)現(xiàn)即通過測(cè)量在外殼103和內(nèi)殼102之間的距離發(fā)生的變化，可更加準(zhǔn)確地計(jì)算葉尖間隙變化。雖然直接在熱氣路徑內(nèi)測(cè)量葉尖間隙(如現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)所教導(dǎo))可產(chǎn)生略微更準(zhǔn)確的結(jié)果，但是本發(fā)明在準(zhǔn)確性和成本有效性之間取得了平衡，這使得本發(fā)明在許多類型的應(yīng)用中都是有吸引力的以及有用的。也就是說，在本發(fā)明所提供的成本節(jié)約性(即，使用較不昂貴的近程傳感器，較長的近程傳感器部件壽命，減少或消除用于近程傳感器的冷卻空氣等)的情況下，根據(jù)本發(fā)明的葉尖間隙測(cè)量系統(tǒng)通常對(duì)不愿支付在熱氣路徑中運(yùn)行近程傳感器的相對(duì)高的費(fèi)用的系統(tǒng)管理員提供了一種有吸收力的備選方案。圖6提供了本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例。如圖所示，圖6包括在熱氣路徑中的近程傳感器22和安裝到渦輪外殼103上的近程傳感器120，它們兩者均可按上述那樣進(jìn)行構(gòu)造和運(yùn)行。以下在關(guān)于圖8的論述中提供了這個(gè)組合系統(tǒng)的運(yùn)行。關(guān)于圖7和8的邏輯流程圖對(duì)本發(fā)明的兩個(gè)不同的實(shí)施例的運(yùn)行進(jìn)行描述。參照?qǐng)D7，過程200可在方框202處開始。在這個(gè)初始步驟處，可獲得相關(guān)尺寸的“冷態(tài)”(即非運(yùn)行和靜態(tài)的)測(cè)量結(jié)果尺寸。將理解，大體在傳統(tǒng)的渦輪組裝和維護(hù)日常工作期間已經(jīng)采取了這個(gè)步驟。這些測(cè)量結(jié)果可包括冷態(tài)測(cè)得葉尖高度104、冷態(tài)-測(cè)得葉尖間隙108、 冷態(tài)-測(cè)得內(nèi)殼厚度110和冷態(tài)測(cè)得殼-殼距離112?？色@得一次這些冷態(tài)尺寸的測(cè)量結(jié)果，并且之后可在延長的時(shí)期中使用這些測(cè)量結(jié)果。在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)行的任何時(shí)候，還可有規(guī)律地更新冷態(tài)尺寸的測(cè)量結(jié)果，這可提高該方法的準(zhǔn)確性。該過程可從方框202前進(jìn)到方框204。在此步驟處，控制系統(tǒng)125可在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)監(jiān)測(cè)該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的若干個(gè)運(yùn)行參數(shù)。這些運(yùn)行參數(shù)可包括多種系統(tǒng)傳感器(其可包括近程傳感器120、溫度傳感器124以及其它)中的任何一種所獲得的任何測(cè)量結(jié)果。 可由系統(tǒng)測(cè)量和監(jiān)測(cè)的其它運(yùn)行參數(shù)可包括例如載荷水平、環(huán)境條件、殼-殼距離、熱氣路徑溫度、渦輪內(nèi)殼溫度、渦輪外殼溫度、燃料條件、壓力水平和其它。該過程可從方框204前進(jìn)到方框206。在此步驟處，該過程可基于來自方框204 的測(cè)得參數(shù)來計(jì)算其它渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)。例如，可使用如上所述的傳統(tǒng)的渦輪運(yùn)行程序和模型來逼近或計(jì)算渦輪中的溫度水平，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，已經(jīng)使用已知公式、物理定律、材料屬性、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)以及其它相關(guān)信息開發(fā)出了傳統(tǒng)的渦輪運(yùn)行程序和模型。例如，使用這些傳統(tǒng)程序和模型以及測(cè)得的或已知的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，可計(jì)算葉尖高度104的變化。這種計(jì)算典型地基于已知是由于熱氣路徑中的當(dāng)前的溫度水平和新近的溫度水平(即渦輪葉輪107和渦輪轉(zhuǎn)子葉片16所經(jīng)歷的當(dāng)前的溫度和新近的溫度)所引起的葉輪107和轉(zhuǎn)子葉片16的熱增長。以同樣的方式，使用實(shí)際溫度數(shù)據(jù)或基于在給定其它測(cè)得渦輪運(yùn)動(dòng)特性的情況下進(jìn)行的計(jì)算的溫度數(shù)據(jù)，還可在步驟 206處計(jì)算內(nèi)殼厚度110的熱增長、渦輪內(nèi)殼102的直徑的熱增長、渦輪外殼103的厚度的熱增長和渦輪外殼103的直徑的熱增長。將理解，可使用傳統(tǒng)方法來計(jì)算熱增長。在一個(gè)這種方法中，與熱增長相關(guān)的材料屬性包括乘數(shù)，在乘以溫度的度數(shù)變化時(shí)，該乘數(shù)提供了關(guān)于特定構(gòu)件的熱增長的距離。該過程可從方框206前進(jìn)到方框208。在此步驟處，該過程可計(jì)算當(dāng)前葉尖間隙 108。將理解，在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，可在給定測(cè)得冷態(tài)尺寸和計(jì)算熱增長特性(在給定測(cè)得和/或計(jì)算的溫度數(shù)據(jù)的情況下)的情況下來進(jìn)行此計(jì)算。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，這種類型的葉尖間隙 108計(jì)算結(jié)果盡可能地準(zhǔn)確，而不用將近程傳感器置于熱氣路徑中，且不用在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間直接測(cè)量葉尖間隙108。但是，在本發(fā)明中，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可在去除計(jì)算結(jié)果的變化的最重要的分量之一且用實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果代替該分量時(shí)進(jìn)行葉尖間隙108計(jì)算。更具體而言， 近程傳感器120用來提供殼-殼距離112的當(dāng)前的和非常準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，當(dāng)然，該測(cè)量結(jié)果精確地表明渦輪內(nèi)殼102的位置相對(duì)于渦輪外殼103的位置的變化。這樣，以前必須使用渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)模型來逼近的(量)被直接且準(zhǔn)確地測(cè)量出來，將理解，這可用來校準(zhǔn)或提高葉尖間隙計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。在一個(gè)實(shí)施例中，在給定預(yù)計(jì)殼-殼距離112和測(cè)得殼-殼距離112的情況下校準(zhǔn)在方框208處進(jìn)行的葉尖間隙計(jì)算。也就是說，在給定渦輪外殼103上的近程傳感器120 測(cè)得的距離的實(shí)際測(cè)量結(jié)果的情況下校準(zhǔn)渦輪內(nèi)殼102相對(duì)于渦輪外殼103的預(yù)計(jì)變化 (即使用傳統(tǒng)系統(tǒng)所預(yù)計(jì)到的變化)。將理解，這個(gè)校準(zhǔn)(其去除了過程的很大水平的不確定性)可提高最終的葉尖間隙108計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。在計(jì)算了葉尖間隙108之后，過程就可返回到方框204，并且再次循環(huán)通過該過程。在一些實(shí)施例(未顯示)中，該過程可將計(jì)算出的葉尖間隙108報(bào)告給傳統(tǒng)的主動(dòng)葉尖間隙控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D8，提供了邏輯圖300，其描述了本申請(qǐng)的一個(gè)備選實(shí)施例。此方法使用圖6所示的組合系統(tǒng)，即結(jié)合了近程傳感器22的系統(tǒng)，近程傳感器22定位在熱氣路徑中，以直接用定位成以便測(cè)量殼-殼距離112 (如關(guān)于圖5所描述的那樣)的近程傳感器120 來測(cè)量(如關(guān)于圖4所描述的那樣)葉尖間隙108。如以下所描述的那樣，這種性質(zhì)的系統(tǒng)可用來開發(fā)或得出測(cè)得葉尖間隙108數(shù)據(jù)和測(cè)得殼-殼距離112數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系。可在單個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)中開發(fā)出此相互關(guān)系數(shù)據(jù)，且然后將其應(yīng)用于類似地設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)。這樣，與具有位于熱氣路徑中的近程傳感器相關(guān)的許多提高的準(zhǔn)確性就可應(yīng)用于大量發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)僅在單個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生運(yùn)行熱氣路徑傳感器的成本。如上所述，殼-殼距離112的變化和葉尖間隙108的變化之間存在強(qiáng)烈的相互關(guān)系的發(fā)現(xiàn)使這個(gè)方法變成可能。過程300可在方框302處開始。在這個(gè)初始步驟處，使具有用以直接測(cè)量葉尖間隙108的熱氣路徑近程傳感器22和用以測(cè)量殼-殼距離112的近程傳感器120兩者的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，并且收集數(shù)據(jù)。這可包括監(jiān)測(cè)所有類型的運(yùn)行參數(shù)(例如以上列出的那些)， 以及記錄各個(gè)近程傳感器22、120所獲得的測(cè)量結(jié)果。這還可包括獲得相關(guān)尺寸的“冷態(tài)” 測(cè)量結(jié)果，如上所述。該過程可從方框302繼續(xù)到方框304。在方框304處，該過程可確定測(cè)得殼-殼距離112和測(cè)得葉尖間隙108距離之間的相互關(guān)系。作為它的一部分，該過程可識(shí)別不同的運(yùn)行條件可如何影響這個(gè)相互關(guān)系。將理解，通過記錄覆蓋運(yùn)行條件的范圍的更大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)，以及通過收集關(guān)于不止一個(gè)或若干個(gè)具有類似的或基本相同的設(shè)計(jì)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的相互關(guān)系數(shù)據(jù)，可提高這個(gè)相互關(guān)系的準(zhǔn)確性。在方框306處，該過程可將在方框304處開發(fā)出的相互關(guān)系應(yīng)用于在其上對(duì)該相互關(guān)系進(jìn)行收集的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)或一個(gè)或多個(gè)其它渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，以在運(yùn)行期間基于測(cè)得殼-殼距離112來計(jì)算葉尖間隙108。在對(duì)于在其上進(jìn)行相互關(guān)系收集的同一渦輪使用相互關(guān)系的情況下，將理解，這可為有用的，因?yàn)樵诓焕^續(xù)依賴于熱氣路徑中的近程傳感器22 的運(yùn)行的情況下，高度準(zhǔn)確的結(jié)果將是可能的。因此，一旦熱氣路徑近程傳感器22停止起作用，使用殼-殼112測(cè)量結(jié)果仍然可產(chǎn)生準(zhǔn)確的葉尖間隙數(shù)據(jù)，而不需要引起更換熱氣路徑中的近程傳感器22的成本。如果需要的話，可定期更換或重新激活熱氣路徑中的近程傳感器22，并且可更新相互關(guān)系數(shù)據(jù)，使得系統(tǒng)的準(zhǔn)確度保持較高。在方框304處開發(fā)出的相互關(guān)系也可應(yīng)用于其它渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。為了更高的準(zhǔn)確性，這些渦輪應(yīng)當(dāng)具有類似的設(shè)計(jì)。為了最高的準(zhǔn)確性，這些渦輪應(yīng)當(dāng)具有基本相同的設(shè)計(jì)。將理解，可全部或部分地結(jié)合關(guān)于圖7和8所論述的過程，使得控制系統(tǒng)操作具有各自的元件的組合系統(tǒng)。這樣，系統(tǒng)就可包括在運(yùn)行期間基于以下內(nèi)容來計(jì)算葉尖間隙 108 1)計(jì)算某些運(yùn)行參數(shù)和測(cè)得殼-殼距離112的傳統(tǒng)模型和程序；以及2、在類似的或相同的發(fā)動(dòng)機(jī)上開發(fā)出的、葉尖間隙108和殼-殼距離之間的相互關(guān)系數(shù)據(jù)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，可進(jìn)一步選擇性地應(yīng)用以上關(guān)于若干個(gè)示例性實(shí)施例所描述的許多不同的特征和構(gòu)造，以形成本發(fā)明的其它可行的實(shí)施例。雖然(所附的) 若干個(gè)權(quán)利要求包括或以其它方式包括的所有組合和可行的實(shí)施例意在為本申請(qǐng)的一部分，但是，為了簡潔起見，而且考慮到本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的能力，沒有提供或詳細(xì)論述所有可能的重復(fù)內(nèi)容。另外，從本發(fā)明的若干個(gè)示例性實(shí)施例的以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)想到改進(jìn)、改變和修改。在本領(lǐng)域的技能內(nèi)的這樣的改進(jìn)、改變和修改也意在由所附權(quán)利要求書覆蓋。此外，應(yīng)當(dāng)顯而易見的是，前述僅涉及本申請(qǐng)的描述的實(shí)施例，而且在不偏離所附的權(quán)利要求書及其等效物所限定的本申請(qǐng)的精神和范圍的情況下，可在本文中作出許多改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)中在所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的運(yùn)行期間計(jì)算葉尖間隙的方法，所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)包括渦輪內(nèi)殼(10 和渦輪外殼(10 ，以及具有葉尖(106)的轉(zhuǎn)子葉片(16)排和周圍的固定結(jié)構(gòu)(109)，所述周圍的固定結(jié)構(gòu)(109)在所述葉尖(106)的剛好外側(cè)的位置處包圍所述轉(zhuǎn)子葉片(16)排，從而在所述葉尖(106)和所述周圍的固定結(jié)構(gòu)(109)之間限定所述葉尖間隙，所述方法包括以下步驟在所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)不運(yùn)行時(shí)，測(cè)量冷態(tài)葉尖間隙和冷態(tài)殼一殼距離； 在所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)運(yùn)行時(shí)，測(cè)量運(yùn)行參數(shù)； 在所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)運(yùn)行時(shí)，用近程傳感器0 來測(cè)量殼-殼距離； 基于冷態(tài)葉尖間隙測(cè)量結(jié)果和運(yùn)行參數(shù)測(cè)量結(jié)果來計(jì)算所述葉尖間隙； 基于冷態(tài)殼-殼距離測(cè)量結(jié)果和所述運(yùn)行參數(shù)測(cè)量結(jié)果來計(jì)算所述殼-殼距離； 將所述近程傳感器02)的殼-殼距離測(cè)量結(jié)果與殼-殼距離計(jì)算結(jié)果作比較；以及基于所述近程傳感器02)的殼-殼距離測(cè)量結(jié)果和所述殼-殼距離計(jì)算結(jié)果之間的比較來校準(zhǔn)計(jì)算出的葉尖間隙計(jì)算結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，運(yùn)行參數(shù)測(cè)量和殼-殼距離測(cè)量在時(shí)間上大致一致；以及其中，運(yùn)行參數(shù)測(cè)量結(jié)果包括多個(gè)運(yùn)行參數(shù)測(cè)量結(jié)果；且所述多個(gè)運(yùn)行參數(shù)測(cè)量結(jié)果包括至少在所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的多個(gè)不同的運(yùn)行條件上的運(yùn)行參數(shù)測(cè)量結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟將所述近程傳感器0 定位在所述渦輪外殼(10 上的預(yù)定位置上，以及使所述近程傳感器0 瞄向所述渦輪內(nèi)殼(102)，使得所述近程傳感器0 測(cè)量所述殼-殼距離；所述殼-殼距離包括所述渦輪內(nèi)殼(10 和所述渦輪外殼(10 之間的距離；以及在所述渦輪內(nèi)殼(102)上形成目標(biāo)表面(111)；其中，使所述近程傳感器0 瞄向所述渦輪內(nèi)殼(10 的步驟包括使所述近程傳感器 (22)瞄準(zhǔn)所述目標(biāo)表面(111)；其中，所述目標(biāo)表面(111)包括基本沿軸向方向?qū)?zhǔn)的基本平面的表面； 其中，測(cè)量所述冷態(tài)葉尖間隙和所述冷態(tài)殼-殼距離包括測(cè)量葉尖高度、渦輪內(nèi)殼(102)直徑和渦輪外殼(103)直徑；以及其中，測(cè)量運(yùn)行參數(shù)包括測(cè)量所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)內(nèi)的多個(gè)預(yù)定位置處的溫度； 所述預(yù)定位置至少包括與所述渦輪內(nèi)殼(102)的溫度相關(guān)的一個(gè)位置；與所述渦輪外殼(103)的溫度相關(guān)的一個(gè)位置；以及與上面安裝了轉(zhuǎn)子葉片(16)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子盤的溫度相關(guān)的一個(gè)位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括基于測(cè)得運(yùn)行參數(shù)溫度來計(jì)算所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)內(nèi)的多個(gè)預(yù)定位置處的運(yùn)行溫度的步驟；所述預(yù)定位置至少包括與所述渦輪內(nèi)殼(102)的溫度相關(guān)的一個(gè)位置；與所述渦輪外殼(103)的溫度相關(guān)的一個(gè)位置；與在上面安裝了所述轉(zhuǎn)子葉片(16)排的轉(zhuǎn)子盤的溫度相關(guān)的一個(gè)位置；以及與所述轉(zhuǎn)子葉片(16)排的溫度相關(guān)的一個(gè)位置；其中，計(jì)算所述葉尖間隙的步驟包括以下步驟 基于所述轉(zhuǎn)子盤的溫度，計(jì)算所述轉(zhuǎn)子盤的熱增長；基于所述轉(zhuǎn)子葉片(16)排的溫度計(jì)算結(jié)果，計(jì)算所述轉(zhuǎn)子葉片(16)排的熱增長；以及基于所述渦輪內(nèi)殼(102)的溫度計(jì)算結(jié)果，計(jì)算內(nèi)殼直徑的熱增長；以及其中，計(jì)算所述殼-殼距離的步驟包括以下步驟基于所述渦輪外殼(10 的溫度計(jì)算結(jié)果，計(jì)算外殼直徑的熱增長。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)運(yùn)行時(shí)用近程傳感器0 來測(cè)量所述殼-殼距離的步驟包括在所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)運(yùn)行時(shí)用至少兩個(gè)近程傳感器0 來測(cè)量殼-殼距離；以及其中，所述至少兩個(gè)近程傳感器0 在大致相同的軸向位置處在所述渦輪外殼(103) 的周邊周圍隔開；周向間隔包括大約90度的偏移。
6.一種在一個(gè)或多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)中在所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的運(yùn)行期間計(jì)算葉尖間隙的方法，所述一個(gè)或多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)各自包括渦輪內(nèi)殼(10 和渦輪外殼(103)，以及包括具有葉尖(106)的至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(16)的轉(zhuǎn)子葉片(16)排和周圍的固定結(jié)構(gòu)(109)，所述周圍的固定結(jié)構(gòu)(109)在所述葉尖(106)的剛好外側(cè)的位置處包圍所述轉(zhuǎn)子葉片(16)排，使得在所述葉尖(106)和所述周圍的固定結(jié)構(gòu)(109)之間限定所述葉尖間隙，所述方法包括以下步驟將第一近程傳感器0 定位在第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的熱氣路徑內(nèi)、預(yù)定位置上， 使得所述第一近程傳感器02)測(cè)量所述葉尖間隙；將第二近程傳感器0 定位在所述第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的熱氣路徑的外部的預(yù)定位置上，使得所述第二近程傳感器0 測(cè)量限定在所述渦輪內(nèi)殼(10 和所述渦輪外殼 (103)之間的殼-殼距離；在所述第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)中，當(dāng)所述第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)運(yùn)行時(shí)，用所述第一近程傳感器02)來測(cè)量所述葉尖間隙，并且記錄葉尖間隙測(cè)量結(jié)果；在所述第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)中，當(dāng)所述第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)運(yùn)行時(shí)，用所述第二近程傳感器02)來測(cè)量所述殼-殼距離，并且記錄殼-殼距離測(cè)量結(jié)果；基于記錄的葉尖間隙測(cè)量結(jié)果和記錄的殼-殼測(cè)量結(jié)果，開發(fā)出所述第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)中的所述殼-殼距離測(cè)量結(jié)果和所述葉尖間隙測(cè)量結(jié)果之間的相互關(guān)系；以及基于所述一個(gè)或多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)中的殼-殼距離測(cè)量結(jié)果，使用所述相互關(guān)系來計(jì)算所述葉尖間隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述一個(gè)或多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)包括單個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)； 在所述第一近程傳感器02)不起作用時(shí)，使用所述殼-殼距離測(cè)量結(jié)果基于開發(fā)出的相互關(guān)系來計(jì)算葉尖間隙；以及所述一個(gè)或多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)包括至少兩個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)和第二燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)； 所述方法進(jìn)一步包括以下步驟將第三近程傳感器0 定位在所述第二燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的熱氣路徑的外部的預(yù)定位置上，使得所述第三近程傳感器0 測(cè)量所述第二燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的殼-殼距 1 ；在所述第二燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)中，當(dāng)所述第二燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)運(yùn)行時(shí)，用所述第三近程傳感器02)來測(cè)量所述殼-殼距離，并且記錄殼-殼距離測(cè)量結(jié)果；以及使用在所述第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)中開發(fā)出的相互關(guān)系基于所述第二燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)中的殼-殼距離測(cè)量結(jié)果來計(jì)算所述第二燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)中的所述葉尖間隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)和所述第二燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)在設(shè)計(jì)上基本相似。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)中的葉尖間隙測(cè)量與所述第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)中的殼-殼距離測(cè)量在時(shí)間上基本一致；葉尖間隙測(cè)量和殼-殼測(cè)量發(fā)生在至少多個(gè)不同的運(yùn)行條件上； 將所述第二近程傳感器0 定位在所述第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的熱氣路徑的外部的所述預(yù)定位置上包括將至少兩個(gè)近程傳感器0 定位在所述第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10) 的熱氣路徑的外部的兩個(gè)預(yù)定位置上；以及所述兩個(gè)預(yù)定位置包括在大致相同的軸向位置處在所述渦輪外殼(10 的周邊周圍隔開的位置；周向間隔包括大約90度的偏移。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟將所述第二近程傳感器0 定位在所述渦輪外殼(10 上，并且使所述第二近程傳感器(22)瞄向所述渦輪內(nèi)殼(102)；將所述第三近程傳感器0 定位在所述渦輪外殼(10 上，并且使所述第三近程傳感器(22)瞄向所述渦輪內(nèi)殼(102)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟 在所述第一燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的所述渦輪內(nèi)殼(10 上形成目標(biāo)表面(111)；其中，使所述第二近程傳感器0 瞄向所述渦輪內(nèi)殼(10 的步驟包括使所述第二近程傳感器0 瞄準(zhǔn)所述目標(biāo)表面(111)；以及其中，所述目標(biāo)表面(111)包括基本沿軸向方向?qū)?zhǔn)的基本平面的表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟 在所述第二燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的所述渦輪內(nèi)殼(10 上形成目標(biāo)表面(111)；其中，使所述第三近程傳感器0 瞄向所述渦輪內(nèi)殼(10 的步驟包括使所述第三近程傳感器0 瞄準(zhǔn)所述目標(biāo)表面(111)；以及其中，所述目標(biāo)表面(111)包括基本沿軸向方向?qū)?zhǔn)的基本平面的表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，用所述第一近程傳感器0 進(jìn)行的葉尖間隙測(cè)量和用所述第二近程傳感器0 來測(cè)量所述殼-殼距離在時(shí)間上大致一致。
全文摘要
本發(fā)明涉及與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉尖間隙計(jì)算相關(guān)的方法、系統(tǒng)和設(shè)備。一種在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)運(yùn)行期間計(jì)算葉尖間隙的方法，其包括以下步驟測(cè)量冷態(tài)葉尖間隙和冷態(tài)殼-殼距離；在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)運(yùn)行時(shí)，測(cè)量運(yùn)行參數(shù)以及用近程傳感器(22)來測(cè)量殼-殼距離；基于冷態(tài)葉尖間隙測(cè)量結(jié)果和運(yùn)行參數(shù)測(cè)量結(jié)果來計(jì)算葉尖間隙；基于冷態(tài)殼-殼距離測(cè)量結(jié)果和運(yùn)行參數(shù)測(cè)量結(jié)果來計(jì)算殼-殼距離；將近程傳感器(22)的殼-殼距離測(cè)量結(jié)果與殼-殼距離計(jì)算結(jié)果作比較；以及基于該比較來校準(zhǔn)計(jì)算出的葉尖間隙計(jì)算結(jié)果。
文檔編號(hào)G01B21/16GK102252642SQ20111009314
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者M·T·哈夫納 申請(qǐng)人:通用電氣公司