局部点火诊断的制作方法

文档序号:11141684阅读:315来源:国知局
局部点火诊断的制造方法与工艺

本申请主张对在2014年5月6日提交的美国专利申请No. 14/270,842的优先权,在此通过引用而并入该申请的所有内容。

技术领域

以下说明涉及检测燃气涡轮发动机中的点火器事件(igniter event)。



背景技术:

确定发动机中的点火问题(例如,不发火)的起因可能是成本高且耗时的。可能难以现场确定点火问题是因为电气点火构件的问题还是点火器外部的系统(例如,燃料输送系统)的问题。例如,点火系统问题可能是由于供应至点火器的电压不足,或者在不正确部位处(例如,不在点火器末梢处)形成的火花。而且,未点火可由不充分的燃料/空气状态导致。对点火问题进行故障测定的一些方法涉及成本高的额外装备和从发动机移除点火器以分开测试。



技术实现要素:

在第一方面中,一种用于燃气涡轮发动机的系统包括:点火器事件导体,其适于传导点火器处的点火器事件的状况;和传感器,其感测点火器事件的状况。

在根据第一方面的第二方面中,点火器事件导体联接于传感器,且点火器事件导体将点火器事件的状况传导至传感器。

在根据第一或第二方面的第三方面中,点火器事件导体包括第一部分和第二部分,第一部分邻近燃气涡轮发动机的点火器的点火部位且在发动机的燃烧室中,第二部分与点火器隔开且与燃烧室隔开。

在根据第一至第三方面中的任一者的第四方面中,传感器联接于导体的第二部分。

在根据第一至第四方面中的任一者的第五方面中,导体适于将点火器处的点火器事件的状况从第一部分传导至第二部分。

在根据第一至第五方面中的任一者的第六方面中,控制器基于来自传感器的输入和界限值确定发生在点火器处的点火器事件。

在根据第一至第六方面中的任一者的第七方面中,传感器包括光学传感器、声传感器、电流传感器、电压传感器、或压力传感器中的至少一者。

在根据第一至第七方面中的任一者的第八方面中,第二导体联接于第二传感器,其中传感器和第二传感器是不同类型的传感器。

在根据第一至第八方面中的任一者的第九方面中,导体延伸穿过点火器的一部分。

在根据第一至第九方面中的任一者的第十方面中,导体的第一部分朝点火器的点火部位成角度。

在根据第一至第十方面中的任一者的第十一方面中,导体的第一部分邻近于点火器的点火部位。

在根据第一至第十一方面中的任一者的第十二方面中,导体包括光学纤维,且传感器包括光学传感器。

在根据第一至第十二方面中的任一者的第十三方面中,导体包括电传导路径,且传感器包括电流传感器或电压传感器中的至少一者。

在根据第一至第十三方面中的任一者的第十四方面中,导体包括压力传导路径,且传感器包括声传感器或压力传感器中的至少一者。

在根据第一至第十四方面中的任一者的第十五方面中,控制器通信地联接于传感器,且构造成基于来自传感器的输入和界限值确定发生在点火部位处的点火器事件。

在根据第十五方面的第十六方面中,界限值是特定电压、特定电流、特定大小的声音信号、特定大小的压力信号、或特定大小的光学信号。

在根据第十五方面或第十六方面中的任一者的第十七方面中,界限值是特定电压、特定电流、特定大小的声音信号、特定大小的压力信号、或特定大小的光学信号。

在第十八方面中,一种方法包括:将在燃气涡轮发动机的燃烧室中接收到的点火器事件的状况通信至燃烧室外侧的传感器;和在传感器处感测点火器事件的状况。

在根据第十八方面的第十九方面中,该方法还包括基于感测点火器事件的状况和对于该状况的界限值来确定点火器事件已发生。

附图说明

图1是示例燃气涡轮发动机的半截面图。

图2是图1的燃气涡轮发动机的示例燃烧室系统的详细、半截面图。

图3A是用于燃气涡轮发动机的示例点火器的详细、半截面图。

图3B是用于燃气涡轮发动机的另一示例点火器的详细、半截面图。

图3C是用于燃气涡轮发动机的另一示例点火器的详细、半截面图。

图3D是用于燃气涡轮发动机的另一示例点火器的详细、半截面图。

图3E是用于燃气涡轮发动机的示例点火器的详细、半截面图。

各种附图中的类似的参考数字指示类似的元件。

具体实施方式

本文中的构思涉及检测用于燃气涡轮发动机的点火器的成功点火器事件。

图1是示例燃气涡轮发动机100的图。示例燃气涡轮发动机100容纳在壳体110内。燃气涡轮发动机100包括入口120、压缩机160、燃烧室组件130、涡轮140、和排气口150。入口120允许新鲜空气进入燃气涡轮发动机100。在进入入口120之后,新鲜空气被传送穿过压缩机160。压缩机160利用一系列旋转的转子叶片来压缩空气。压缩的空气在燃烧室组件130内与燃料(例如,天然气和/或其他燃料)混合且燃烧。燃烧后的空气然后被穿过涡轮140传送,从而使涡轮140的转子叶片旋转。涡轮140旋转地联接于压缩机160,且因此使涡轮140旋转,也使压缩机160旋转。在经过涡轮140之后,燃烧后的空气穿过排气口150离开发动机100。

图2是图1中示出的燃烧室组件130的详细视图。燃烧室组件130包括点火器200、燃烧室210、和燃料喷射器220。燃烧室组件130联接于燃气涡轮发动机的壳体230。燃料喷射器220将燃料供应到燃烧室210中。在燃烧室210中,燃料与新鲜空气混合。燃烧室210中的燃料/空气混合物然后由点火器200点燃。

图3A-3E是示例点火器300的实现方式的详细视图。示例点火器300可用在燃气涡轮发动机中,诸如图1示出的示例发动机100。示例点火器300在燃烧室210的壁处或突出到燃烧室210中,且可点燃燃烧室210内的燃料/空气混合物。点燃燃料/空气的点火器事件发生在点火器300上的特定点火部位320处。图3A-3E示出产生火花型点火器事件的火花间隙点火器300。火花间隙点火器300具有在电极322、324的端部之间的空气间隙中,在点火器的面处的点火部位320。然而,点火器300可采取多种不同的形式,包括热表面点火器、激光点火器、可缩回点火器、或另一类型的点火器。

点火器300包括联接于远程传感器340的点火器事件导体330。导体330将燃烧室210中的点火器事件的一些状况从点火位置320附近通信到传感器340,使得可由传感器340感测到该状况。传感器340然后可用于确定点火器事件已发生、点火器事件的特性(例如,事件的量级)、以及事件已发生在点火部位320处且非别的地方。

如在下面更详细地说明的,导体330可采取许多不同形式。但是,一般来说,导体330具有在燃烧室210内或外,位于点火部位320处或附近的第一端或第一部分350,和联接于传感器340的另一端或另一部分。

传感器340与点火部位320隔开且在燃烧室210外侧。例如,传感器340可位于点火器300的主体中,且在某些情况下,在点火器300的远离燃烧室210的端部处。传感器340可备选地位于点火器300的外侧,例如,在远离燃烧室210和点火器300的封壳中,并且/或者在另一位置处。导体330跨过燃烧室210与传感器340之间的距离。将传感器340定位为远离燃烧室210可保护传感器340免受因燃烧室210中的热量和燃烧副产品导致的损伤或磨损。导体300和传感器340可被密封,使得点火系统保持密闭。

在某些实现方式中,导体300为压力传导路径,其将来自燃烧室210内的压力通信到传感器340,且传感器340为声传感器(例如,以dB或其他声音量度测量)或压力传感器(例如,用于以MPa或其他压力量度测量)。例如,传感器340可为压电传感器、压力换能器、或其他类型的传感器。声音或燃烧室210压力的变化可指示成功的点火器事件。例如,火花间隙点火器300的电极322、324之间的强火花将产生来自火花间隙部位的声音信号,该声音信号不同于电极322、324之间的弱火花、短路到燃烧室210中的另一传导构件的火花或完全没有火花的声音。类似地,点火部位320处的火花和/或最初的点火器事件可形成从点火部位320发出的压力冲击波。如上所述,电极322、324之间的强火花将产生来自火花间隙部位的压力信号,该压力信号不同于弱火花、短路到另一构件的火花或完全没有火花的压力信号。导体330可将燃烧室210内的声音信号和/或压力变化通信至传感器340。在某些实例中,导体330可为中空管,该中空管具有对燃烧室210开放的一端350和联接于传感器340的相反端。在另一示例中,导体330可为实心的,且由高度声音传导性的材料制成。

如在下面更详细地论述的,对于本文中论述的实现方式中的每一个,导体330在燃烧室210中的端部可处于特定部位并且/或者具有特定定向,以有助于将点火部位320处的点火器事件与燃烧室210中其他部位处的点火器事件区分。因而,传感器340能够区分点火器300已作用以形成成功的点火器事件(例如,已形成了具有特定强度或更大的火花)和点火器事件已在点火部位320处发生这二者。

在某些实现方式中,导体330为光传导路径,其将燃烧室210内的光通信至传感器340,且传感器为光学传感器。例如,传感器340可为检测光或光强度的光学传感器,诸如光电探测器和/或其他传感器。燃烧室210内的光强度的增大可指示成功的点火器事件,例如,因为火花或最初的火焰中心发光。光的强度和颜色可指示点火器事件的强度。在一些情况下,导体330可为光学纤维或纤维玻璃管,其将光从燃烧室210内通信至传感器340。

在某些实现方式中,导体330为电传导路径,其将电信号从燃烧室210通信至传感器340,且传感器340为电传感器,诸如电压传感器、电流传感器、和/或其他电传感器。电信号可指示成功的点火器事件。在一些情况下,导体330可为金属元件(例如,金属丝)或一个或更多个电极,且将电信号传导至传感器340。例如,电压传感器或电流传感器可检测电干扰信号。电流传感器还可检测因燃烧室340中的等离子体的形成导致的离子的存在。

在图3A中,导体330的一部分位于点火器300内。导体330具有端部350,端部350延伸到燃烧室210中。导体330的相反端部联接于传感器340。传感器340放置为在燃烧室210外侧与点火部位320隔开。导体330的端部350处于邻近于点火部位320的特定部位,且处于朝向点火部位320的特定定向。该特定部位和定向选择成以便导体330与燃烧室210中的其他部位处的点火器事件相比,更高效地引导点火部位320处的点火器事件。因此,导体330和传感器340可将发生在点火部位320处的点火器事件与发生在燃烧室210中的其他地方或点火器300上的其他地方的点火器事件区分。在某些实例中,该特定部位可在火花或等离子体生成区内侧或外侧。

图3B示出了除了导体330的端部350未朝点火部位320成角度之外,与图3A的示例一样的另一示例。端部350的特定部位可仍选择为以便导体330更高效地传导,且传感器340可与在燃烧室210中和点火器330中的其他部位处发生的点火器事件相比区分点火部位320处的点火器事件。

图3C示出了除了导体330位于点火器300外侧之外,与图3B的示例一样的另一示例。在图3C中,导体330位于其他地方,例如,在燃烧室210的头部或侧壁中。在某些实例中,导体330的一部分可位于点火器300中,而另一部分位于导体330外侧。

图3D示出了除了导体330的端部350位于燃烧室210外侧之外,与图3B的示例一样的另一示例。在此,端部350示为在点火器300内,但其可在其他地方。在图3D的构造中,导体330的端部350不直接暴露于燃烧室210中的燃烧或燃烧副产品。

图3E示出了除了提供两个导体(导体330和导体330')之外,与图3B的示例一样的另一示例。在图3E中,导体330、330'中的每一个联接于其自身的传感器340、340'。在其他实例中,可使用多于两个导体330和两个传感器340。而且,虽然示例示出了与图3B一样的导体构造,但图3A-3D的构造中的任一个可设有多个导体330和多个传感器340。此外,在多个导体330和多个传感器340的情况下,导体330和传感器340可都是相同的类型,或者导体330和传感器340组中的一些或全部可与其他的不同。在一些情况下,单个导体可联接于两个或更多个传感器。

再次参照图3A,在本文中的实施例中的任一个中,传感器340可为具有传感器和控制器的传感器系统340的一部分。传感器系统340可使用传感器,且基于从传感器接收的数据和用于该数据的特定界限值来确定成功的点火器事件是否已发生。例如,如果传感器为压力传感器,则比界限压力变化值大的压力变化可指示成功的点火器事件。在电传感器的背景下,界限值可为特定的电压或特定的电流。在声传感器的背景下,界限为特定大小的声音信号。在光学传感器的背景下,界限为特定大小的光学信号。而且,在具有多个点火器300的系统中,可联接传感器系统340以监视该多个点火器300。

基于传感器数据和界限值,控制器可确定是否已发生成功的点火器事件。控制器还可记录成功的点火器事件是否已发生或没有发生。在特定数量的成功或不成功的点火器事件之后,控制器可发送不发火信号。例如,控制器可使警报发声,或在显示器上显示信息。这使得能够检测不发火,而无需移除和检测点火器或其他相关部分。

在具有多个点火器300的系统中,控制器可指示多个点火器300中的哪一个已记录了特定数量的不成功的点火尝试。

虽然本说明书包含许多细节,但它们不应被解释为对可要求保护的范围的限制,而是应该解释为针对具体示例的特征描述。在本说明书中在不同的实现方式的背景下描述的某些特征也可组合。相反,在单个实现方式的背景下描述的各种特征也可在多个实施例中分开地实现或在任何适合的子组合中实现。

已描述了多个示例。然而,将理解的是,可作出各种修改。因此,其他实现方式在所附权利要求的范围内。

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