用于燃氣渦輪發動機的高溫環境下的遙測系統的無線功率接收組件的制作方法
【專利說明】用于燃氣渦輪發動機的高溫環境下的遙測系統的無線功率接收組件
[0001]關于聯邦政府資助的研發的聲明
[0002]本發明的研發部分地得到美國能源部授予的合同號DE-FE0005666的支持。因此，美國政府在本發明中可以具有某些權利。
技術領域
[0003]本發明總體涉及高溫環境下的遙測系統，諸如燃氣渦輪發動機的高溫環境下的遙測系統，并更具體地涉及用于對遙測系統的電路裝置供電的無線功率接收組件，諸如可以被設置在渦輪發動機的可移動部件上的無線功率接收組件。
【背景技術】
[0004]諸如氣體渦輪發動機的渦輪發動機可以被用于諸如驅動發電廠中的發電機或推進船只或飛機的各種應用中。響應于對更高的燃燒效率的需求，現代氣體渦輪發動機的點火溫度持續增加。
[0005]可以期待使用無線功率接收組件，諸如可被用于對遙測系統供電的電路裝置，其可被用于監控發動機的運行參數，諸如監控渦輪的部件(例如，渦輪槳葉)的運行溫度，或在發動機的運行期間監控施加在這種元件上的熱機械應力。本發明的方面提供針對運行在渦輪發動機的高溫、高振動環境下的組件的改進。
【附圖說明】
[0006]參照附圖在下面的描述中解釋本發明，附圖中示出:
[0007]圖1是示例燃氣渦輪發動機的截面圖。
[0008]圖2是體現本發明的方面的無線遙測系統的非限制實施例的框圖表示。
[0009]圖3是體現本發明的方面的功率接收組件的非限制實施例的截面圖，并且該功率接收組件可以被附接到渦輪發動機的可移動部件(例如，可轉動槳葉)。
[0010]圖4和圖5分別是圖示出關于在諸如圖3中示出的功率接收組件的進一步細節的相應的截面圖，其中圖4圖示出了在被附接到功率接收組件的殼體上之前的蓋，圖5圖示出了被附接到功率接收組件的殼體上以提供振動緩沖的蓋。
[0011]圖6是感應線圈的示意性表示的透視圖，其為功率接收組件的部件并且可以被形成為平面繞組。
【具體實施方式】
[0012]圖1示出了示例燃氣渦輪發動機10，諸如用于產生電功率的氣體渦輪發動機。本發明公開的實施例可以與燃氣渦輪10—起使用或用于多種其它操作環境并且用于各種目的。燃氣渦輪發動機10可以包括壓縮機12、至少一個燃燒室14(被打斷)和渦輪16。壓縮機12、燃燒室14和渦輪16有時共同被稱作氣體或燃氣渦輪發動機10。渦輪16包括多個轉動槳葉18，其被固定到可轉動中心軸20。多個固定葉片22可以被定位在槳葉18之間，并且葉片22被制定尺寸并被構造為引導氣體越過槳葉18。槳葉18和葉片22通常可以由鎳基合金制成，并且可以被覆蓋有熱障涂層(“TBC”)26，諸如氧化釔穩定的氧化鋯。類似地，壓縮機12包括被定位在相應葉片23之間的多個轉動槳葉19。
[0013]在運行中，空氣被引入通過壓縮機12，在該處空氣被壓縮并被朝向燃燒室14驅動。燃燒室14將空氣與燃料混合并且點火從而形成工作氣體。該工作氣體溫度將通常高于約1300°C。該氣體膨脹通過渦輪16，通過葉片22被引導越過槳葉18。隨著氣體穿過渦輪16，其轉動槳葉18和軸20，從而將可用的機械功傳遞通過軸20。燃氣渦輪10還可以包括冷卻系統(未示出)，其被定制尺寸并被構造為將例如蒸汽或壓縮氣體的冷卻劑供應至槳葉18和葉片22。
[0014]渦輪槳葉18和葉片22運行的環境尤其嚴酷，承受高運行溫度和腐蝕性環境，這可能導致槳葉18和葉片22的嚴重劣化。這在TBC 26會碎裂或劣化的情況下尤其可能。多個傳感器50可以被用于檢測槳葉和/或葉片的狀態。本發明公開的實施例是有利的，因為遙測電路裝置可以在燃氣渦輪10的運行期間發射指示元件狀態的實時或接近實時的數據。
[0015]圖2是體現本發明的方面的無線遙測系統100的非限制實施例的框圖示意性表示。傳感器102可以被設置在渦輪發動機的可移動部件104(例如，可轉動渦輪槳葉)上。遙測發射機電路106可以被連接至傳感器102以從傳感器102接收指示可移動部件104的狀態的信號。感應功率系統108可以被設置為將電功率無線地供應到可移動部件上的電路裝置，例如，遙測發射機電路106、傳感器102等。感應功率系統108可以包括附接到渦輪發動機的固定部件112的至少一個功率發射線圈組件110。固定部件112可以位于靠近可移動部件104。功率發射線圈組件110可以被連接以從電源114接收功率以產生振蕩的電磁場，以使得電功率可以被感應地親合在可轉動的功率接收線圈組件116中，該可轉動的功率接收線圈組件116被設置為將電功率供應至可移動部件104上的電路裝置。在一個非限制性實施例中，功率接收線圈組件116可被附接到渦輪槳葉104的根部122的端面120 (圖3)。
[0016]如可在圖4中示出的相應的截面圖中所注意到的，功率接收線圈組件116可以包括具有開口 132的射頻透明的殼體130。蓋134被設置用于關閉殼體130的開口 132。圖4圖示出了在被附接到殼體130上之前的蓋134，圖5示出了在已被附接到殼體130上以關閉開口 132時的蓋134。
[0017]在一個非限制性實施例中，蓋134被定位成提供抵靠可移動部件的表面(例如，渦輪槳葉的根部122的端面120(圖3))的支撐。在非限制性實施例中可以使用印刷線板技術、被構造在陶瓷基板或印刷線板135中的感應線圈133可以被設置在殼體130的內部、遠離蓋134，以被封裝在灌封膠的多個層(例如，層136、138、140)之間(例如，被封裝在灌封膠的第一層136與最后一層140之間)，灌封膠在一個非限制實施例中可以是陶瓷結合劑。
[0018]假定在組件運行期間殼體130被定向為使得開口132面向上，灌封膠的第一層136可以被施加到殼體130的內部底表面上，以將相對薄的附接基層提供到嵌入在陶瓷基板或板135中的感應線圈133。在一個非限制性實施例中，灌封膠的第一層136可以在第一溫度(例如，室溫)下固化，并且然后在第二溫度(例如，大概500°C)下被烘烤。然后可以施加灌封膠的第二層138以在殼體130的內部內相對窄的厚度上將線圈133密封。在第二層138被適當固化和烘烤后，然后可以施加灌封膠的層140以例如幾乎填充殼體130的內部內的剩余厚度。在灌封膠的層140被適當固化和烘烤后，可以施加良好的粘結層(bonding layer)(未示出)以附接蓋134并關閉殼體130的開口 132。在一個非限制性實施例中，灌封膠的熱膨脹系數的值可以在殼體130的陶瓷材料的熱膨脹系數的值和陶瓷基板或板135的熱膨脹系數的值之間，其中，感應線圈133被嵌入在陶瓷基板或板135中。
[0019]蓋134被設置為在可移動部件的相應表面(例如，渦輪槳葉的根部122的端面120)與封裝感應線圈133的層(例如，層136、138、140)之間提供振動緩沖。在一個非限制性實施例中，殼體130可以由陶瓷材料組成(例如，以提供相對硬并且耐溫的結構)，蓋134可以由陶瓷基復合材料組成(例如，以提供相對柔性和耐溫的結構)。
[0020]可轉動天線142(圖2)可以被附接到可移動部件104(例如，渦輪槳葉的根部的端面)上。遙測發射電路106可以被連接到可轉動天線142以發射指示可移動部件(例如，渦輪槳葉)的狀態的信號。固定數據天線144可以被附接到固定部件112上以無線地接收通過可轉動天線142、由遙測發射電路106發射的信號。
[0021]在一個非限制性示例中，如可在圖6中所理解的，感應線圈133可以包括嵌入在陶瓷基板或板135中的至少一個平面繞組150，其可以由高溫共燒結陶瓷(HTCC)或低溫共燒結陶瓷(LTCC)制成。諸如金、銀、鉑和/或其合金之類的微量導電材料可以被用于形