[发明专利]用于气体涡轮引擎的流测量

说明书

本发明公开了一种具有气流测量系统的涡轮机。该系统包括位于该涡轮机的压缩机的上游的多个声学传感器。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进气气流发射到声学接收器。该声学传感器位于单个平面中并且围绕进气口的中心轴线以一定角度间隔安装。

技术领域

本公开涉及声学测量系统，具体地涉及用于涡轮机诸如轴流引擎的声学测量系统。

相关技术的描述

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本公开旨在克服或改善上述问题中的一者或多者。

发明内容

根据第一方面，提供了一种具有气流测量系统的涡轮机，该气流测量系统包括：多个声学传感器，该多个声学传感器包括至少一个声学发射器，该声学发射器被配置为将声学波形通过该流式机器的进气气流发射到声学接收器；并且其中这些声学传感器位于单个平面中并且围绕进气气流的中心轴线以角度间隔安装。

引擎可包括围绕中心轴线并限定进气口的壳体，其中声学传感器可设置在该壳体上。

声学传感器可被设置为围绕壳体的周向阵列。

声学传感器可不突出到气流中和/或安装在进气口的经气体洗涤的表面后面。

声学传感器可位于进气口喉部的下游。声学传感器可位于涡轮机的转子(诸如压缩机/风扇转子)的上游。声学传感器可位于涡轮机的任何/所有转子上游。

声学传感器可被配置为生成穿过进气口的气流的断层摄影数据。

涡轮机可包括2至40个声学传感器。

涡轮机可包括内部部件，该内部部件在气流内轴向延伸并与由多个传感器限定的单个平面相交，该内部部件包括被配置为与该多个传感器通信的另外的声学传感器。

内部部件可围绕轴向轴线旋转，并且另外的传感器被配置为与内部部件一起旋转。

内部部件可包括转子毂部和/或鼻锥。

涡轮机可包括声学衬里，该声学衬里围绕转子并且被构造成吸收由该转子的旋转产生的振动，声学传感器位于该声学衬里的上游。

声学传感器可安装在涡轮机的短舱和/或转子壳体中。