局部點火診斷的制作方法

本申請主張對在2014年5月6日提交的美國專利申請No. 14/270,842的優先權，在此通過引用而并入該申請的所有內容。

技術領域

以下說明涉及檢測燃氣渦輪發動機中的點火器事件(igniter event)。

背景技術：

確定發動機中的點火問題(例如，不發火)的起因可能是成本高且耗時的。可能難以現場確定點火問題是因為電氣點火構件的問題還是點火器外部的系統(例如，燃料輸送系統)的問題。例如，點火系統問題可能是由于供應至點火器的電壓不足，或者在不正確部位處(例如，不在點火器末梢處)形成的火花。而且，未點火可由不充分的燃料/空氣狀態導致。對點火問題進行故障測定的一些方法涉及成本高的額外裝備和從發動機移除點火器以分開測試。

技術實現要素：

在第一方面中，一種用于燃氣渦輪發動機的系統包括：點火器事件導體，其適于傳導點火器處的點火器事件的狀況；和傳感器，其感測點火器事件的狀況。

在根據第一方面的第二方面中，點火器事件導體聯接于傳感器，且點火器事件導體將點火器事件的狀況傳導至傳感器。

在根據第一或第二方面的第三方面中，點火器事件導體包括第一部分和第二部分，第一部分鄰近燃氣渦輪發動機的點火器的點火部位且在發動機的燃燒室中，第二部分與點火器隔開且與燃燒室隔開。

在根據第一至第三方面中的任一者的第四方面中，傳感器聯接于導體的第二部分。

在根據第一至第四方面中的任一者的第五方面中，導體適于將點火器處的點火器事件的狀況從第一部分傳導至第二部分。

在根據第一至第五方面中的任一者的第六方面中，控制器基于來自傳感器的輸入和界限值確定發生在點火器處的點火器事件。

在根據第一至第六方面中的任一者的第七方面中，傳感器包括光學傳感器、聲傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、或壓力傳感器中的至少一者。

在根據第一至第七方面中的任一者的第八方面中，第二導體聯接于第二傳感器，其中傳感器和第二傳感器是不同類型的傳感器。

在根據第一至第八方面中的任一者的第九方面中，導體延伸穿過點火器的一部分。

在根據第一至第九方面中的任一者的第十方面中，導體的第一部分朝點火器的點火部位成角度。

在根據第一至第十方面中的任一者的第十一方面中，導體的第一部分鄰近于點火器的點火部位。

在根據第一至第十一方面中的任一者的第十二方面中，導體包括光學纖維，且傳感器包括光學傳感器。

在根據第一至第十二方面中的任一者的第十三方面中，導體包括電傳導路徑，且傳感器包括電流傳感器或電壓傳感器中的至少一者。

在根據第一至第十三方面中的任一者的第十四方面中，導體包括壓力傳導路徑，且傳感器包括聲傳感器或壓力傳感器中的至少一者。

在根據第一至第十四方面中的任一者的第十五方面中，控制器通信地聯接于傳感器，且構造成基于來自傳感器的輸入和界限值確定發生在點火部位處的點火器事件。

在根據第十五方面的第十六方面中，界限值是特定電壓、特定電流、特定大小的聲音信號、特定大小的壓力信號、或特定大小的光學信號。

在根據第十五方面或第十六方面中的任一者的第十七方面中，界限值是特定電壓、特定電流、特定大小的聲音信號、特定大小的壓力信號、或特定大小的光學信號。

在第十八方面中，一種方法包括：將在燃氣渦輪發動機的燃燒室中接收到的點火器事件的狀況通信至燃燒室外側的傳感器；和在傳感器處感測點火器事件的狀況。

在根據第十八方面的第十九方面中，該方法還包括基于感測點火器事件的狀況和對于該狀況的界限值來確定點火器事件已發生。

附圖說明

圖1是示例燃氣渦輪發動機的半截面圖。

圖2是圖1的燃氣渦輪發動機的示例燃燒室系統的詳細、半截面圖。

圖3A是用于燃氣渦輪發動機的示例點火器的詳細、半截面圖。

圖3B是用于燃氣渦輪發動機的另一示例點火器的詳細、半截面圖。

圖3C是用于燃氣渦輪發動機的另一示例點火器的詳細、半截面圖。

圖3D是用于燃氣渦輪發動機的另一示例點火器的詳細、半截面圖。

圖3E是用于燃氣渦輪發動機的示例點火器的詳細、半截面圖。

各種附圖中的類似的參考數字指示類似的元件。

具體實施方式

本文中的構思涉及檢測用于燃氣渦輪發動機的點火器的成功點火器事件。

圖1是示例燃氣渦輪發動機100的圖。示例燃氣渦輪發動機100容納在殼體110內。燃氣渦輪發動機100包括入口120、壓縮機160、燃燒室組件130、渦輪140、和排氣口150。入口120允許新鮮空氣進入燃氣渦輪發動機100。在進入入口120之后，新鮮空氣被傳送穿過壓縮機160。壓縮機160利用一系列旋轉的轉子葉片來壓縮空氣。壓縮的空氣在燃燒室組件130內與燃料(例如，天然氣和/或其他燃料)混合且燃燒。燃燒后的空氣然后被穿過渦輪140傳送，從而使渦輪140的轉子葉片旋轉。渦輪140旋轉地聯接于壓縮機160，且因此使渦輪140旋轉，也使壓縮機160旋轉。在經過渦輪140之后，燃燒后的空氣穿過排氣口150離開發動機100。

圖2是圖1中示出的燃燒室組件130的詳細視圖。燃燒室組件130包括點火器200、燃燒室210、和燃料噴射器220。燃燒室組件130聯接于燃氣渦輪發動機的殼體230。燃料噴射器220將燃料供應到燃燒室210中。在燃燒室210中，燃料與新鮮空氣混合。燃燒室210中的燃料/空氣混合物然后由點火器200點燃。

圖3A-3E是示例點火器300的實現方式的詳細視圖。示例點火器300可用在燃氣渦輪發動機中，諸如圖1示出的示例發動機100。示例點火器300在燃燒室210的壁處或突出到燃燒室210中，且可點燃燃燒室210內的燃料/空氣混合物。點燃燃料/空氣的點火器事件發生在點火器300上的特定點火部位320處。圖3A-3E示出產生火花型點火器事件的火花間隙點火器300。火花間隙點火器300具有在電極322、324的端部之間的空氣間隙中，在點火器的面處的點火部位320。然而，點火器300可采取多種不同的形式，包括熱表面點火器、激光點火器、可縮回點火器、或另一類型的點火器。

點火器300包括聯接于遠程傳感器340的點火器事件導體330。導體330將燃燒室210中的點火器事件的一些狀況從點火位置320附近通信到傳感器340，使得可由傳感器340感測到該狀況。傳感器340然后可用于確定點火器事件已發生、點火器事件的特性(例如，事件的量級)、以及事件已發生在點火部位320處且非別的地方。

如在下面更詳細地說明的，導體330可采取許多不同形式。但是，一般來說，導體330具有在燃燒室210內或外，位于點火部位320處或附近的第一端或第一部分350，和聯接于傳感器340的另一端或另一部分。

傳感器340與點火部位320隔開且在燃燒室210外側。例如，傳感器340可位于點火器300的主體中，且在某些情況下，在點火器300的遠離燃燒室210的端部處。傳感器340可備選地位于點火器300的外側，例如，在遠離燃燒室210和點火器300的封殼中，并且/或者在另一位置處。導體330跨過燃燒室210與傳感器340之間的距離。將傳感器340定位為遠離燃燒室210可保護傳感器340免受因燃燒室210中的熱量和燃燒副產品導致的損傷或磨損。導體300和傳感器340可被密封，使得點火系統保持密閉。

在某些實現方式中，導體300為壓力傳導路徑，其將來自燃燒室210內的壓力通信到傳感器340，且傳感器340為聲傳感器(例如，以dB或其他聲音量度測量)或壓力傳感器(例如，用于以MPa或其他壓力量度測量)。例如，傳感器340可為壓電傳感器、壓力換能器、或其他類型的傳感器。聲音或燃燒室210壓力的變化可指示成功的點火器事件。例如，火花間隙點火器300的電極322、324之間的強火花將產生來自火花間隙部位的聲音信號，該聲音信號不同于電極322、324之間的弱火花、短路到燃燒室210中的另一傳導構件的火花或完全沒有火花的聲音。類似地，點火部位320處的火花和/或最初的點火器事件可形成從點火部位320發出的壓力沖擊波。如上所述，電極322、324之間的強火花將產生來自火花間隙部位的壓力信號，該壓力信號不同于弱火花、短路到另一構件的火花或完全沒有火花的壓力信號。導體330可將燃燒室210內的聲音信號和/或壓力變化通信至傳感器340。在某些實例中，導體330可為中空管，該中空管具有對燃燒室210開放的一端350和聯接于傳感器340的相反端。在另一示例中，導體330可為實心的，且由高度聲音傳導性的材料制成。

如在下面更詳細地論述的，對于本文中論述的實現方式中的每一個，導體330在燃燒室210中的端部可處于特定部位并且/或者具有特定定向，以有助于將點火部位320處的點火器事件與燃燒室210中其他部位處的點火器事件區分。因而，傳感器340能夠區分點火器300已作用以形成成功的點火器事件(例如，已形成了具有特定強度或更大的火花)和點火器事件已在點火部位320處發生這二者。

在某些實現方式中，導體330為光傳導路徑，其將燃燒室210內的光通信至傳感器340，且傳感器為光學傳感器。例如，傳感器340可為檢測光或光強度的光學傳感器，諸如光電探測器和/或其他傳感器。燃燒室210內的光強度的增大可指示成功的點火器事件，例如，因為火花或最初的火焰中心發光。光的強度和顏色可指示點火器事件的強度。在一些情況下，導體330可為光學纖維或纖維玻璃管，其將光從燃燒室210內通信至傳感器340。

在某些實現方式中，導體330為電傳導路徑，其將電信號從燃燒室210通信至傳感器340，且傳感器340為電傳感器，諸如電壓傳感器、電流傳感器、和/或其他電傳感器。電信號可指示成功的點火器事件。在一些情況下，導體330可為金屬元件(例如，金屬絲)或一個或更多個電極，且將電信號傳導至傳感器340。例如，電壓傳感器或電流傳感器可檢測電干擾信號。電流傳感器還可檢測因燃燒室340中的等離子體的形成導致的離子的存在。

在圖3A中，導體330的一部分位于點火器300內。導體330具有端部350，端部350延伸到燃燒室210中。導體330的相反端部聯接于傳感器340。傳感器340放置為在燃燒室210外側與點火部位320隔開。導體330的端部350處于鄰近于點火部位320的特定部位，且處于朝向點火部位320的特定定向。該特定部位和定向選擇成以便導體330與燃燒室210中的其他部位處的點火器事件相比，更高效地引導點火部位320處的點火器事件。因此，導體330和傳感器340可將發生在點火部位320處的點火器事件與發生在燃燒室210中的其他地方或點火器300上的其他地方的點火器事件區分。在某些實例中，該特定部位可在火花或等離子體生成區內側或外側。

圖3B示出了除了導體330的端部350未朝點火部位320成角度之外，與圖3A的示例一樣的另一示例。端部350的特定部位可仍選擇為以便導體330更高效地傳導，且傳感器340可與在燃燒室210中和點火器330中的其他部位處發生的點火器事件相比區分點火部位320處的點火器事件。

圖3C示出了除了導體330位于點火器300外側之外，與圖3B的示例一樣的另一示例。在圖3C中，導體330位于其他地方，例如，在燃燒室210的頭部或側壁中。在某些實例中，導體330的一部分可位于點火器300中，而另一部分位于導體330外側。

圖3D示出了除了導體330的端部350位于燃燒室210外側之外，與圖3B的示例一樣的另一示例。在此，端部350示為在點火器300內，但其可在其他地方。在圖3D的構造中，導體330的端部350不直接暴露于燃燒室210中的燃燒或燃燒副產品。

圖3E示出了除了提供兩個導體(導體330和導體330')之外，與圖3B的示例一樣的另一示例。在圖3E中，導體330、330'中的每一個聯接于其自身的傳感器340、340'。在其他實例中，可使用多于兩個導體330和兩個傳感器340。而且，雖然示例示出了與圖3B一樣的導體構造，但圖3A-3D的構造中的任一個可設有多個導體330和多個傳感器340。此外，在多個導體330和多個傳感器340的情況下，導體330和傳感器340可都是相同的類型，或者導體330和傳感器340組中的一些或全部可與其他的不同。在一些情況下，單個導體可聯接于兩個或更多個傳感器。

再次參照圖3A，在本文中的實施例中的任一個中，傳感器340可為具有傳感器和控制器的傳感器系統340的一部分。傳感器系統340可使用傳感器，且基于從傳感器接收的數據和用于該數據的特定界限值來確定成功的點火器事件是否已發生。例如，如果傳感器為壓力傳感器，則比界限壓力變化值大的壓力變化可指示成功的點火器事件。在電傳感器的背景下，界限值可為特定的電壓或特定的電流。在聲傳感器的背景下，界限為特定大小的聲音信號。在光學傳感器的背景下，界限為特定大小的光學信號。而且，在具有多個點火器300的系統中，可聯接傳感器系統340以監視該多個點火器300。

基于傳感器數據和界限值，控制器可確定是否已發生成功的點火器事件。控制器還可記錄成功的點火器事件是否已發生或沒有發生。在特定數量的成功或不成功的點火器事件之后，控制器可發送不發火信號。例如，控制器可使警報發聲，或在顯示器上顯示信息。這使得能夠檢測不發火，而無需移除和檢測點火器或其他相關部分。

在具有多個點火器300的系統中，控制器可指示多個點火器300中的哪一個已記錄了特定數量的不成功的點火嘗試。

雖然本說明書包含許多細節，但它們不應被解釋為對可要求保護的范圍的限制，而是應該解釋為針對具體示例的特征描述。在本說明書中在不同的實現方式的背景下描述的某些特征也可組合。相反，在單個實現方式的背景下描述的各種特征也可在多個實施例中分開地實現或在任何適合的子組合中實現。

已描述了多個示例。然而，將理解的是，可作出各種修改。因此，其他實現方式在所附權利要求的范圍內。