专利名称：用于测量涡轮机中流体流的参数的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及涡轮机，例如燃气涡轮发动机。确切地说，本发明涉及用于在各种涡轮机中测量流体流的参数的系统。
背景技术：
如果能够更好地测量流体流的各种参数，则也能更好地对燃气涡轮发动机等涡轮机进行设计和操作。这些测量可能涉及流体流中的温度、压力、流率，或排放水平。但是，对于沿着流体流的壁的边界层，现有系统无法提供所述边界层内的边界层测量结果。因此，现有系统无法对流体流进行全面或准确的分析，从而导致无法对涡轮机的设计和操作做出最佳的决定。
发明内容
本说明书概述了对应于本发明的权力要求范围的某些实施例。这些实施例的目的并不在于限制本发明的范围，而是仅在于概述本发明的可能的形式。实际上，本发明可能包括与下述实施例的形式相同或不同的各种形式。在第一实施例中，本发明提供一种包括边界层排管架的系统，其中所述排管架包括排管架主体，穿过所述排管架主体延伸的冷却剂通道，以及连接到所述排管架主体的第一探针，其中所述第一探针被配置成测量沿着第一壁运动的第一边界层流的第一参数。I.所述第一探针包括与所述第一壁相距第一偏移距离的第一探针位置，且所述第一偏移距离小于所述第一壁与所述第一壁对面的第二壁之间的总距离的约25%。所述冷却剂通道可以是液体冷却剂通道，也可以是气体冷却剂通道。所述气体冷却剂通道包括所述排管架主体中的多个薄膜式冷却出口。所述多个薄膜式冷却出口中的每个薄膜式冷却出口均具有与所述排管架主体的外表面成小于约90度角的轴。所述排管架主体包括前缘、后缘，以及从所述前缘延伸到所述后缘的纵轴，其中所述多个薄膜式冷却出口中的第一组薄膜式冷却出口包括与所述纵轴成约90度角的第一轴，且所述多个薄膜式冷却出口中的第二组薄膜式冷却出口包括在下游方向上与所述纵轴成小于约90度角的第二轴。所述排管架主体包括围绕空心腔室设置的壁，所述冷却剂通道穿过所述空心腔室延伸，且所述冷却剂通道被配置成使冷却剂流冲击所述壁的内表面。所述排管架主体包括由所述壁界定的前缘和后缘，且所述冷却剂通道被配置成使所述冷却剂流冲击沿着所述前缘延伸的所述内表面。所述第一探针包括沿着所述排管架主体的前缘设置的开口、管或传感器。所述系统还可包括连接到所述排管架主体的第二探针，其中所述第二探针被配置成测量沿着所述第一壁运动的所述第一边界层流的第二参数。所述系统进一步包括连接到所述排管架主体的第三探针，其中所述第三探针被配置成测量沿着所述第一壁运动的所述第一边界层流的第三参数。所述第一探针包括温度探针、压力探针，或排放物探针，或以上项的组合。在第二实施例中，本发明提供一种包括流路排管架的设备，其中所述流路排管架包括排管架主体；穿过所述排管架主体延伸的气体冷却剂通道，其中所述气体冷却剂通道包括所述排管架主体中的多个薄膜式冷却出口；以及连接到所述排管架主体的第一探针，其中所述第一探针被配置成测量沿着流路运动的流的第一参数。所述流路排管架是边界层排管架。所述多个薄膜式冷却出口中的每个薄膜式冷却出口均具有与所述排管架主体的外表面成小于约90度角的轴。所述排管架主体包括围绕空心腔室设置的壁，所述气体冷却剂通道穿过所述空心腔室延伸，且所述气体冷却剂通道被配置成使气体冷却剂流冲击所述壁的内表面。在第三实施例中，本发明提供一种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体，其中所述排管架主体包括围绕腔室设置的内表面；穿过所述排管架主体延伸的气体冷却剂通道，其中所述气体冷却剂通道被配置成让气体冷却剂流冲击所述内表面；以及连接到所述排管架主体的第一探针，其中所述第一探针被配置成测量沿着流路运动的流的第一参数。所述流路排管架是边界层排管架。所述气体冷却剂通道被配置成冷却所述流路排管架，从而让所述流路排管架足以承受高于约600摄氏度的温度。
参阅附图来阅读本说明书的具体说明后，可更好地了解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，相同的符号是指所有附图中的相同部分，其中图I是可采用边界层排管架的燃气涡轮发动机的一项实施例的示意图；图2是设有边界层排管架的测试组件的一项实施例的正视图；图3是边界层排管架组件的一项实施例的透视图；图4是用于测量压力或排放物的边界层排管架的一项实施例的透视图；图5是用于测量温度的边界层排管架的一项实施例的透视图；图6是图4所示边界层排管架的一项实施例的截面侧视图；图7是沿着线7-7的图6所示边界层排管架的一项实施例的局部截面侧视图；图8是沿着线8-8的图6所示边界层排管架的一项实施例的截面俯视图；图9是沿着线8-8的图6所示边界层排管架的一项实施例的截面俯视图；以及图10是边界层排管架的一项实施例的截面侧视具体实施例方式下面将介绍本发明的一项或多项具体实施例。为了简要介绍这些实施例，说明书中可能不会介绍实际实施方案的所有特征。应了解，在任意工程或设计项目中开发任意此类实际实施方案时，均应当做出与实施方案特定相关的各种决定，以实现开发人员的特定目标，例如，是否要遵守与系统相关以及与业务相关的限制，这些限制可能会因实施方案的不同而有所不同。此外，应了解，此类开发可能非常复杂耗时，但无论如何，对受益于本发明的一般技术人员而言，这仍是常规的设计、建造和制造操作。在介绍本发明各种实施例的元件时，“一个”和“所述”旨在表示有一个或多个元件。“包含”、“包括” “含有”旨在表示包括性含义，且表示除了所列元件外，可能还有其他元件。
如本说明书的详细描述，所揭示的实施例能够通过使用边界层排管架来实现在沿着流体流的壁的边界层内进行近壁测量。边界层测量可对由穿过流体流的主排管架进行的主测量进行补充，从而对使得对流体流的分析和模型更为全面。这些测量可涉及到流体的温度、压力、流率、污染物排放水平、排烟水平、是否存在火焰、气体成分，或其他任何参数。在某些实施例中，边界层排管架和主排管架可用于在燃气涡轮发动机的燃烧室或涡轮机中进行测量。基于所揭示的实施例，对流体流的分析和模型可得到改进，因此对燃气涡轮发动机等各种涡轮机的设计和操作也将得到改进。此外，可将所揭示的排管架的实施例用于以下项中具有高温流路的各种测试装置、对燃气涡轮机的单个燃烧室部分进行模拟的燃烧测试台，或者其他任何受益于边界层测量的流路。此外，所揭示的实施例可提供穿过边界层排管架和主排管架的冷却剂通道。例如，冷却剂通道可配置成使得冷却剂流体(例如液体体或气体冷却剂)穿过边界层排管架和主排管架进行循环，从而防止排管架因流体流过热，例如，热燃烧产物而受到损坏。在进一步实例中，冷却剂通道可延伸到边界层排管架和主排管架中的出口或排气口(例如薄膜式冷却口)，从而允许至少一部分的冷却剂从排管架排到流体流中。所排出的冷却剂中的一部分可沿着边界层排管架和主排管架的外表面流动，以便让所述外表面隔热和冷却(例如薄膜式冷却)。因此，所揭示的实施例对诸如热燃烧产物等各种流体流中的数据获取进行了改进。现在参阅附图，图I是系统10的一项实施例的流程示意图，其中所述系统10具有可采用近壁排管架或边界层排管架的燃气涡轮机12。如上所述，近壁排管架可沿着在流体流的边界层内的壁设置，以改进对流体流的测量。在下文中，将参照轴向或轴4、径向或轴6，以及周向或轴8来定义边界层排管架等各种部件的方向。在某些实施例中，系统10可包括飞机、水运工具、机车、发电系统，或以上项的组合。图示的燃气涡轮发动机12包括进气部分16、压缩机18、燃烧室部分20、涡轮机22，以及排气部分24。涡轮机22经由轴26连接到压缩机18。如图中的箭头所示，空气经由进气部分16进入燃气涡轮发动机12，然后流入压缩机18中，在压缩机18中压缩后，进入燃烧室部分20。图示的燃烧室部分20包括燃烧室外壳28，所述燃烧室外壳28围绕压缩机18和涡轮机22之间的轴26同心或环状设置。压缩的空气从压缩机18进入燃烧室30中，在所述燃烧室30内，压缩的空气可与燃料混合并燃烧，从而驱动涡轮机22。热燃烧气体从燃烧室部分20流过涡轮机22，从而经由轴26驱动压缩机18。例如，燃烧气体可在涡轮机22内对涡轮机转子叶片施加动力，以使轴26旋转。流过涡轮机22后，热燃烧气体可通过排出部分24从燃气涡轮发动机12中排出。图2是测试组件40的一项实施例的正视图，其中具有近壁排管架或边界层排管架42、主排管架44，以及框架45。框架45界定第一壁46和第二壁47。排管架42和44中包括孔48。在某些实施例中，可通过孔48来将探针或传感器安置在流体流，例如图I所示的燃气涡轮发动机12中的热燃烧气体的流路50中。传感器可包括温度传感器、压力传感器、流率传感器、排放物传感器，或以上项的任意组合。例如，每个探针可包括一种类型的测量传感器，或者每个探针可具有多种功能，其中具有多种类型的测量传感器。在其他实施例中，燃烧气体可通过孔48来从流中排出并进入具有传感器的分析器中，其中所述传感器用于测量流体流的参数，例如诸如碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物，或颗粒物等污染物的排放量。具体而言，传感器可让流体流(例如燃烧产物)的建模更为精确，从而设计出性能更好且更加稳固的涡轮机，例如燃气涡轮发动机的硬件。如图所示，主排管架44位于流路50中，且沿着框架45的壁46和壁47之间的总距离54延伸。排管架44能够测量远离壁46和47的、位于边界层之外的流体流的属性，而边界层排管架42的优点在于，能够测量十分靠近壁46和47的边界层的流体流属性。例如，边界层排管架42的孔48位于沿着壁46和47的边界层内。在某些实施例中，边界层排管架42可在远离壁46和47的径向6上延伸径向距离52，其中所述径向距离52实质上小于壁46和47之间的总径向距离54。例如，径向距离52可小于壁46和47之间的总距离54的约5 %、10 %、15 %、20 %、25 %或30 %。在进一步实例中，径向距离52可小于总距离54的约1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%或10%。但是，边界层排管架42的径向距离52可为总距离54的0%到100%之间的任意值。同样地，每个孔48可设置在径向距离为总距离54的约1%到15%的位置上。例如,在图示的实施例中，每个边界层排管架42包括三个孔48，所述孔48可设置在径向距离分别为总距离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可设置边界层内任何合适的径向距离处，例如总距离 54 的 l%,2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%U0%Ul%>12%U3%U4%iP/或15%处。这种位置设置的优点在于，可更加精确地测量所述流的边界层。更好地了解所述流的边界层有助于设计出更加稳固的硬件，因为与涡轮机(例如燃气涡轮发动机12)的壁和硬件作用的是边界层。在图2所示的实施例中，单个边界层排管架42位于第一壁46上的每一对相邻主排管架44之间，以及第二壁47上的每一对相邻主排管架44之间。在其他实施例中，多个(例如2个、3个、4个、5个或5个以上)边界层排管架42可位于第一壁46和第二壁47上的每一对相邻主排管架44之间。此外，边界层排管架42位于相对于排管架44的常规轴向位置、上游轴向4位置,或下游轴向4位置,其中边界层排管架42在轴向4上与排管架44持平，或在周向8上介于排管架44之间。因此，排管架42和44可以各种构形安装在壁46和47上，以便在由孔48界定的横越流体流路50的网格中进行测量。边界层排管架42和主排管架44中的孔48之间的间隔可以相同，也可以不同。例如，边界层排管架42上的孔48之间的径向6间隔可小于主排管架44上的孔48之间的径向6间隔的约10120130 ^40%、50%、60%、70%、80%或90%。在某些实施例中，边界层排管架42上的孔48的径向6间隔可为主排管架44上的孔48之间的径向6间隔的约10 %到50 %，或20 %到40 %。但是，排管架42和44上的孔48之间可具有任何合适的径向6间隔。在图示的实施例中，边界层排管架42和主排管架44包括供冷却剂流体(例如气体或液体)流过排管架42和44的内部冷却剂通道。例如，冷却剂流体可包括冷却剂液体(例如水)，或冷却剂气体(例如空气、CO2或N2)，或蒸汽。在某些实施例中，内部冷却剂通道提供进入和退出排管架42和44，但不会排入所监视的流(例如燃烧排气流)中的冷却剂回路。在其他实施例中，内部冷却剂通道进入排管架42和44，且可排入所监视的流中的单向流路。例如，冷却剂流体的排出流可流过多个冷却孔(例如薄膜式冷却孔)，以冷却并保护排管架42和44的外表面。因此，所述排出流可为沿着所述外表面流动的气体冷却剂，例如空气。上述的薄膜式冷却针对的是边界层排管架42，但同样适用于主排管架44。图3是边界层排管架组件70的一项实施例的透视图。边界层排管架组件70包括排管架主体72、管74、框架连接器76、管转接器78、管转接器主体80、管转接器82、管转接器84，以及管86。排管架主体72进一步设有传感器孔88和薄膜式冷却出口 90。可通过孔88将传感器设置在排管架主体72的内部或外部，以收集关于边界层的测量结果，而排管架主体72延伸到边界层流(例如燃烧气体流)中。为了让排管架主体72能够承受住燃烧气体的高温，冷却出口 90可构成对主体72进行保护的保护/冷却气体薄膜。与其他热管理特征一起，此类冷却薄膜的优点在于，可让排管架主体72能够承受住高于排管架材料的熔化温度的上述温度。例如，如上所述，排管架主体72可采用热管理特征，例如薄膜冷却，或冲击冷却，或热障涂层(TBC)，或以上项的组合来让排管架主体72能够在温度实质上约为排管架材料的熔化温度的热气体流中工作。具体而言，在温度高于排管架材料的I. I到10倍、2到8倍，或3到5倍的热气体中工作时，热管理特征可对排管架主体72进行保护。因此,根据排管架主体72的材料成分和热管理特征，排管架主体72能够承受住不高于、等于或高于约600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400或1500摄氏度的温度或更高温度。但是，这些温度实例并不用于对范围进行限制，因为范围会因排管架主体72的材料成分以及热管理特征的不同而有所不同。在某些实施例中，冷却气流可流过管86、管转接器84、主体80、转接器78、连接器76、管74并进入排管架主体72，冷却气流在所述排管架主体72中对排管架主体72的内部进行冷却，随后经由冷却出口 90排出。在某些实施例中，出口90的冷却空气可流过管转接器82。在排管架主体72内，冷却气流可冲击排管架主体72的内表面，从而实现冲击冷却。在图示的实施例中，框架连接器76将组件70安装到框架44，管74穿过壁46或47延伸，且排管架主体72延伸到流路50中。凭借牢固地固定在框架44内排管架主体72，排管架主体上的孔84可通过孔84中的传感器，或远离边界层排管架组件70的传感器来收集数据(例如温度、压力、排放物等)。无论使用上述哪种传感器，孔88均位于十分靠近壁46或47的位置，因此能够对流路中的排出流进行边界层测量。图4是边界层排管架110的一项实施例的透视图。排管架110包括主体112和管114。主体112具有弯曲的前缘116、弯曲的后缘118、侧面120和122、顶面124、传感器孔126，以及冷却出口 128。如图所示，传感器孔126位于前缘116上。例如，传感器孔126可与前缘116齐平。通过孔126,可使用位于排管架主体112内或排管架主体112外的探针或传感器来测量流体流参数(例如压力、温度或排放物)。例如，可通过孔126来收集燃烧气体，以进行分析。燃烧气体可经由孔126进入排管架主体112，随后经由管114流入分析器中。在分析器中，可对燃烧气体进行测试，以确定压力、温度或所述流中存在的排放物(例如碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物或颗粒物等污染物)。在某些实施例中，孔126可包括相同或不同的传感器/探针。例如，孔126中的传感器/探针可以各不相同(例如一个孔126可包括排放物探针，一个孔126可包括压力探针，而一个孔126可包括温度探针)。此外，孔126之间，以及孔126与壁46、47之间隔开径向距离130、132、134。如图所示，距离130、132位于相邻的孔126之间，而距离134位于最下面的孔126与壁46或47之间。在某些实施例中，距离130、132、134可以相同或不同。例如，距离130、132、134可在远离壁46或47的径向6上逐渐增加或逐渐减小。可通过距离130、132、134来测量边界层流中的不同位置的压力、温度或排放物。同样，距离134抵消了从壁46、47的第一探针/传感器。此类在径向6上的距离134可小于壁46与47之间的总距离54的I %、2 %、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%或10%。但是，径向距离134可占总距离54的任意合适的百分数。能够测量边界层中的压力、温度、排放物或其他流参数有助于改进相应的硬件设计。如图所示,排管架主体112包括沿着外表面129,例如排管架主体112的前缘116,侧面120、122，以及顶面124延伸的冷却出口 128。出口 128让冷却空气能够从排管架主体112中排出，从而提供防止排管架主体112受到高温流的损害的冷却薄膜。图示的排管架主体112的每个侧面120和122上包括30个冷却出口 128，顶面124上包括5个冷却出口128。在其他实施例中，前缘116，侧面120、122，以及顶面124上可具有任意数量的冷却出口 128。例如，排管架主体112可包括分布在各个表面上的10到100个，或10到1000个冷却出口 128。此外，出口 128可形成任意数量的大小和形状。例如，出口 128可为圆形、椭圆形、正方形、不规则形状、三角形、多边形或X形。在某些实施例中，出口 128可具有分布在各个表面上的单个形状，或多个不同形状。在其他一些实施例中，出口 128可具有均匀或不均匀的间隔。例如，出口 128可按照行、列或各种图案进行排列。此外，出口 128可具有相对于外表面129的各种角度，例如约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约5、10、15、20、30、45或60度。图5是边界层排管架150的一项实施例的透视图。排管架150包括主体152和管154。主体152具有弯曲的前缘156 ;弯曲的后缘158 ;侧面160和162 ;顶面164 ;传感器166 ;以及冷却出口 168。如图所示，传感器166从前缘156突出，因此传感器166即实质上被流体流所环绕。传感器166可包括温度传感器(例如热电偶)或其他任何类型的传感器。因此，可使用传感器166(例如温度传感器)来测量流体流的边界层中的温度。例如，传感器166可为B型、K型或N型热电偶，具体取决于预计的测量温度。如图所示，传感器166之间隔开距离170和172。在本实施例中，距离170和172相等。在其他实施例中，距离170可大于或等于距离172。可通过传感器166之间的距离170和172来测量所述流中，确切地说，测量所述流的边界层中的不同位置的温度。能够测量边界层中的温度有助于改进相应的硬件设计。如图所示，冷却出口 168位于前缘156，侧面160、162，顶面164，以及底面上。出口 168的优点在于，让冷却空气从排管架主体152中排出，从而提供防止排管架主体受到温度极高的流的损害的冷却薄膜。如图所示，具有35个圆形且按行排列的出口 168。与关于图4的说明相似，前缘156，侧面160、162，以及顶面164上可具有任意数量的出口。例如，具有分布在各个表面上的10到100个，或10到1000个冷却出口 168。此外，出口 168可形成任意数量的大小和形状。例如，出口 168可为圆形、正方形、不规则形状、三角形、多边形。出口 168可具有分布在各个表面上的单个形状或多个形状。在其他一些实施例中，出口 168可具有均匀或不均匀的间隔。例如，出口可按照行、列或各种图案进行排列。此外，出口 168可具有相对于外表面129的各种角度，例如5到90度。图6是图4所示边界层排管架110的一项实施例的截面侧视图。排管架110包括主体112和管114。主体112包括弯曲的前缘116 ;弯曲的后缘118 ;侧面122 ;顶面124 ；传感器孔126 ;冷却出口 128 ;导管190 ;热障涂层(TBC) 192 ;以及内部冷却通道194。导管190构成孔126与排管架110外的测量设备之间的通路。在一项实施例中，导管190可将所监视的流体流(例如燃烧气体)的样本输送至外部分析器，所述分析器可对样本气体进行分析，以确定所述样本气体的温度、压力、排放水平，或其他参数。在另一项实施例中，导管190用于容纳安装在孔126与外部数据分析设备中的传感器之间的电缆(例如电力/数据电缆)。如上所述，排管架110包括冷却出口 128，用于将冷却剂流体(例如冷却剂气体)从气体冷却剂通道194中排出，从而在排管架110的外表面129上形成冷却薄膜。用于提供冷却薄膜的冷却通道194穿过管114延伸到管190之间和环绕管190的空间中，直到到达管112，冷却通道194在所述管112中让冷却流体冲击内表面196 (例如冲击冷却)，随后经由出口 128排出。冷却气体经由出口 128排出后，冷却气体形成沿着外表面129的冷却薄膜，以防止排管架110受到燃烧气体中的高温的损害。因此，冷却通道194被配置成实现管110的内部和外部冷却。内表面196的冲击冷却尤其有助于冷却排管架110的前缘116。此外，由冷却出口 128提供的薄膜冷却尤其有助于对包括以下项的外表面128的其余部分进行冷却和隔热侧面120和122、顶面124和后缘118。应了解，冷却流体可包括各种气体，例如空气、C02或N2。此外，冷却出口 128可具有相对于表面129的各种角度，以有助于薄膜冷却。例如，每个冷却出口 128可具有与外表面129成角度198的流轴197，其中角度198可介于在上游方向或下游方向上相对于所监视的流(例如燃烧气体流)的约O到90度角之间。热障涂层192为排管架110提供额外的热保护。图7是沿着线7-7的图6所示边界层排管架110的一项实施例的局部截面侧视图。边界层排管架Iio具有包括出口 128的顶面124。出口 128使得流过空心腔室200的冷却气体(例如空气)形成顶面124上的冷却薄膜。在收集高温燃烧气体流中的数据的同时，冷却薄膜可保护边界层排管架110。如图所示，每个出口 128具有与外表面129成角度202的流轴201，和/或在轴向4上的轴向轴204。例如每个流轴201的角度202可为约O到90、5到75、10到60，20到45度。在某些实施例中，多个或全部出口 128可具有相对于外表面129或轴204的相同角度202。在其他实施例中，对于不同的出口 128而言，角度202可以不同。例如，角度202可在轴向4、径向6，或轴向8上逐渐变化(例如增大或减小)。在图示的实施例中，出口 128沿着顶面124的角度202实质上相等，且可在约O到90、5到75、10至IJ 60，或20到45度之间的范围内。例如，角度202可在约30到60度之间的范围内。出口 128的角度202有助于引导用于保护排管架主体112的顶面124的冷却薄膜。同样地，侧面120和122上的出口 128可具有与上述角度相同或不同的角度。图8是沿着线8-8的图6所示边界层排管架110的一项实施例的截面俯视图。排管架Iio包括具有前缘/表面116、后缘/表面118，以及侧面120和122的主体部分112。表面116、118、120和122构成腔230，所述腔230使得冷却气体(例如空气)流过主体112并经由冷却出口 128排出。如上所述，冷却出口 128形成保护主体112的外表面129(包括侧面120和122)的冷却薄膜。冷却薄膜既以对流方式冷却外表面129，又防止外表面129直接接触所监视的流(例如热燃烧气体流)。因此，薄膜式冷却提高了边界层排管架110在诸如燃烧系统等恶劣环境中的使用率并延长了使用寿命。如图所示，每个冷却出口 128包括与沿着图6的线8-8的主体112的纵轴236形成角度234的轴232。例如，角度234可为与中心线236成O到90、5到75、10到60，或20到45度的角。在某些实施例汇中，各个出口 128所具有的角度234可以不同。例如，某些出口 128可具有相对于其他出口 128增大或减小的角度234，具体取决于出口 128在表面116、118、120和122上的位置。因此，出口128的角度234可有助于形成保护排管架主体112的冷却流。图9是沿着图6的线8-8的边界层排管架256的一项实施例的截面俯视图。排管架256包括具有外表面259、前缘260、后缘262，以及侧面264和266的主体部分258。表面260、262、264和266构成腔268，所述腔268使得冷却气体(例如空气)流过主体268并经由冷却出口 270排出。如上所述，冷却出口 270形成既以对流方式冷却主体258的外表面259 (例如侧面264和266)，又防止所述外表面259受到流所具有的高温的损害的冷却薄膜。所述功能既能够延长边界层排管架110的寿命，又能够通过经由孔272与流进行连通的传感器/探针来测量压力、排放物，以及温度。如图所示，每个出口 270形成相对于主体258的纵轴276的角度274。例如，角度274可为相对于纵轴276的O到90、5到75、10至IJ 60，或20到45度的角。在某些实施例中，各个出口 270所具有的角度274可以不同。例如，某些出口 270可具有相对于其他出口 270增大或减小的角度274，具体取决于出口 270在表面260、262、264和266上的位置。因此，出口 270的角度274可有助于形成保护排管架主体258的冷却流。此外，主体258可形成具有以下功能的各种形状提高燃烧气体在边界层排管架256附近的气动流。如图所示，主体258可具有翼型形状，所述形状可减小燃烧气体流所遇到的阻力。在其他实施例中，主体258可形成其他形状，包括正方形、圆形、椭圆形、矩形、三角形，或大体成狭长形状。图10是边界层排管架288的一项实施例的截面侧视图，其中所述边界层排管架288包括主体290、管292，以及闭合回路冷却系统294。主体290具有前缘296、后缘298、顶面300，以及底面302，所述各表面一起构成空心腔室304。如图所示，前缘296包括传感器孔306。传感器孔306用以通过导管308在燃烧气体流与位于排管架288外部的测量设备之间形成连通。例如，导管308可将燃烧气体输送到外部分析器以进行排放物分析、温度分析，或压力分析。在其他实施例中，可通过导管308来在热电偶与跟踪并存储测量结果的外部系统之间形成电连通。底面302也具有连接到冷却系统294的冷却剂入口 310和冷却剂出口 312。冷却系统294包括冷却剂供应管314和冷却剂排出管316。冷却剂供应管314连接到为系统294供应冷却剂的冷却剂供应源(例如液体或气体冷却剂供应源)。冷却剂供应源可供应多种冷却剂流体，例如空气、CO2、N2、水、蒸汽、其他冷却液体或气体，或以上项的任意组合。在操作中，冷却剂从冷却剂供应管314沿着冷却剂通道317流过空心腔室304，并经由冷却剂排出管316排出。随着冷却剂沿着冷却剂通道317流动，冷却剂也带走了排管架主体210中的热量，从而防止排管架288受到热损害。例如，冷却剂可让排管架288在温度实质上高于排管架材料的熔化温度的热流体流(例如燃烧气体中)工作。在某些实施例中，冷却剂流可让排管架288在温度高于排管架材料的熔化温度的约I. 2、2、3、4、5、6、7、8、9或10倍的热气体中工作。在腔304内，通过挡板318来对冷却剂流进行控制，其中所述挡板318包括第一挡板部分320和第二挡板部分322。第一挡板部分320引导冷却剂流沿着前缘296流动。因此，排管架110中温度最高的部分将在排管架主体290中的其他部分之前得到冷却。在第一挡板部分320将冷却剂流集中到前缘296沿侧后，第二挡板部分322引导冷却剂流沿着顶面300向后缘298流动。在以对流方式冷却后缘298后，冷却剂流可随后经由孔312和进入管316排出。管316可随后将经加热的冷却剂输送到热交换器，冷却剂在所述热交换中释放所吸收到的热量后，再次进入冷却剂供应管314。但是，在某些实施例中，冷却系统294可为闭合回路的系统，也可为开放式回路系统。例如，冷却系统294可持续不断地接收新供应的冷却剂，例如水、气体、蒸汽等。因此，边界层排管架288可通过液体冷却剂来进行冷却，以防止热流体流对排管架288造成热损害。本发明的技术效果包括，边界层排管架能够在高温的燃烧气体流中测量边界层的性质，例如压力、温度，以及排放物。边界层排管架中设有流体冷却系统，以承受住燃烧气体的高温。如上所述，流体冷却可包括气体或液体冷却，且流体冷却可包括冲击冷却、薄膜式冷却，以及用于集中冷却流的挡板。本说明书使用了各种实例来公开本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统、并实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并可包括所属领域的一般技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。
权利要求
1.一种系统，所述系统包括 边界层排管架，所述边界层排管架包括 排管架主体； 延伸穿过所述排管架主体的冷却剂通道；以及 连接到所述排管架主体的第一探针，其中所述第一探针被配置成測量沿着第一壁运动的第一边界层流的第一參数。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述第一探针包括与所述第一壁相距第一偏移距离的第一探针位置，且所述第一偏移距离小于所述第一壁与所述第一壁对面的第ニ壁之间的总距离的约25%。
3.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述冷却剂通道包括液体冷却剂通道。
4.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述冷却剂通道包括气体冷却剂通道。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述气体冷却剂通道包括所述排管架主体中的多个薄膜式冷却出ロ。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述多个薄膜式冷却出口中的每个薄膜式冷却出口均具有与所述排管架主体的外表面成小于约90度角的轴。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在干，所述排管架主体包括前缘、后缘，以及从所述前缘延伸到所述后缘的纵轴，其中所述多个薄膜式冷却出口中的第一组薄膜式冷却出ロ包括与所述纵轴成约90度角的第一轴，且所述多个薄膜式冷却出口中的第二组薄膜式冷却出口包括在下游方向上与所述纵轴成小于约90度角的第二轴。
8.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述排管架主体包括围绕空心腔室设置的壁，所述冷却剂通道穿过所述空心腔室延伸，且所述冷却剂通道被配置成使冷却剂流冲击所述壁的内表面。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述排管架主体包括由所述壁界定的前缘和后缘，且所述冷却剂通道被配置成使所述冷却剂流冲击沿着所述前缘延伸的所述内表面。
10.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述第一探针包括沿着所述排管架主体的前缘设置的开ロ、管或传感器。
11.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述系统包括连接到所述排管架主体的第二探针，其中所述第二探针被配置成測量沿着所述第一壁运动的所述第一边界层流的第ニ參数。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统包括连接到所述排管架主体的第三探针，其中所述第三探针被配置成測量沿着所述第一壁运动的所述第一边界层流的第三參数。
13.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述第一探针包括温度探针、压カ探针，或排放物探针，或以上项的组合。
14.一种系统,所述系统包括 流路排管架，所述流路排管架包括 排管架主体； 穿过所述排管架主体延伸的气体冷却剂通道，其中所述气体冷却剂通道包括所述排管架主体中的多个薄膜式冷却出ロ ；以及 连接到所述排管架主体的第一探针，其中所述第一探针被配置成測量沿着流路运动的流的第一參数。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述流路排管架是边界层排管架。
16.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述多个薄膜式冷却出口中的每个薄膜式冷却出ロ均具有与所述排管架主体的外表面成小于约90度角的轴。
17.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述排管架主体包括围绕空心腔室设置的壁，所述气体冷却剂通道穿过所述空心腔室延伸，且所述气体冷却剂通道被配置成使气体冷却剂流冲击所述壁的内表面。
18.—种系统,所述系统包括 流路排管架，所述流路排管架包括 排管架主体，其中包括围绕腔室设置的内表面； 穿过所述排管架主体延伸的气体冷却剂通道，其中所述气体冷却剂通道被配置成使气体冷却剂流冲击所述内表面；以及 连接到所述排管架主体的第一探针，其中所述第一探针被配置成測量沿着流路运动的流的第一參数。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述流路排管架是边界层排管架。
20.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述气体冷却剂通道被配置成冷却所述流路排管架，从而让所述流路排管架足以承受高于约600摄氏度的温度。
全文摘要
本发明提供一种用于测量涡轮机中流体流的参数的系统，所述系统包括一个边界层排管架，所述边界层排管架包括一个排管架主体，一个延伸穿过所述排管架主体的冷却剂通道，以及连接到所述排管架主体的第一探针，其中所述第一探针被配置成测量沿着第一壁运动的第一边界层流的第一参数。
文档编号G01M15/05GK102650571SQ20121005765
公开日2012年8月29日 申请日期2012年2月23日 优先权日2011年2月25日
发明者D·M·赫森, K·K·施莱夫 申请人:通用电气公司
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