用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫環(huán)境下的遙測(cè)系統(tǒng)的無線功率接收組件的制作方法
【專利說明】用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫環(huán)境下的遙測(cè)系統(tǒng)的無線功率接收組件
[0001]關(guān)于聯(lián)邦政府資助的研發(fā)的聲明
[0002]本發(fā)明的研發(fā)部分地得到美國(guó)能源部授予的合同號(hào)DE-FE0005666的支持。因此，美國(guó)政府在本發(fā)明中可以具有某些權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明總體涉及高溫環(huán)境下的遙測(cè)系統(tǒng)，諸如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫環(huán)境下的遙測(cè)系統(tǒng)，并更具體地涉及用于對(duì)遙測(cè)系統(tǒng)的電路裝置供電的無線功率接收組件，諸如可以被設(shè)置在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的可移動(dòng)部件上的無線功率接收組件。
【背景技術(shù)】
[0004]諸如氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)可以被用于諸如驅(qū)動(dòng)發(fā)電廠中的發(fā)電機(jī)或推進(jìn)船只或飛機(jī)的各種應(yīng)用中。響應(yīng)于對(duì)更高的燃燒效率的需求，現(xiàn)代氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火溫度持續(xù)增加。
[0005]可以期待使用無線功率接收組件，諸如可被用于對(duì)遙測(cè)系統(tǒng)供電的電路裝置，其可被用于監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，諸如監(jiān)控渦輪的部件(例如，渦輪槳葉)的運(yùn)行溫度，或在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行期間監(jiān)控施加在這種元件上的熱機(jī)械應(yīng)力。本發(fā)明的方面提供針對(duì)運(yùn)行在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫、高振動(dòng)環(huán)境下的組件的改進(jìn)。
【附圖說明】
[0006]參照附圖在下面的描述中解釋本發(fā)明，附圖中示出:
[0007]圖1是示例燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的截面圖。
[0008]圖2是體現(xiàn)本發(fā)明的方面的無線遙測(cè)系統(tǒng)的非限制實(shí)施例的框圖表示。
[0009]圖3是體現(xiàn)本發(fā)明的方面的功率接收組件的非限制實(shí)施例的截面圖，并且該功率接收組件可以被附接到渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的可移動(dòng)部件(例如，可轉(zhuǎn)動(dòng)槳葉)。
[0010]圖4和圖5分別是圖示出關(guān)于在諸如圖3中示出的功率接收組件的進(jìn)一步細(xì)節(jié)的相應(yīng)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(dòng)緩沖的蓋。
[0011]圖6是感應(yīng)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(shí)施方式】
[0012]圖1示出了示例燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10，諸如用于產(chǎn)生電功率的氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明公開的實(shí)施例可以與燃?xì)鉁u輪10—起使用或用于多種其它操作環(huán)境并且用于各種目的。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可以包括壓縮機(jī)12、至少一個(gè)燃燒室14(被打斷)和渦輪16。壓縮機(jī)12、燃燒室14和渦輪16有時(shí)共同被稱作氣體或燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10。渦輪16包括多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)槳葉18，其被固定到可轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸20。多個(gè)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(gòu)造為引導(dǎo)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(wěn)定的氧化鋯。類似地，壓縮機(jī)12包括被定位在相應(yīng)葉片23之間的多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)槳葉19。
[0013]在運(yùn)行中，空氣被引入通過壓縮機(jī)12，在該處空氣被壓縮并被朝向燃燒室14驅(qū)動(dòng)。燃燒室14將空氣與燃料混合并且點(diǎn)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(dǎo)越過槳葉18。隨著氣體穿過渦輪16，其轉(zhuǎn)動(dòng)槳葉18和軸20，從而將可用的機(jī)械功傳遞通過軸20。燃?xì)鉁u輪10還可以包括冷卻系統(tǒng)(未示出)，其被定制尺寸并被構(gòu)造為將例如蒸汽或壓縮氣體的冷卻劑供應(yīng)至槳葉18和葉片22。
[0014]渦輪槳葉18和葉片22運(yùn)行的環(huán)境尤其嚴(yán)酷，承受高運(yùn)行溫度和腐蝕性環(huán)境，這可能導(dǎo)致槳葉18和葉片22的嚴(yán)重劣化。這在TBC 26會(huì)碎裂或劣化的情況下尤其可能。多個(gè)傳感器50可以被用于檢測(cè)槳葉和/或葉片的狀態(tài)。本發(fā)明公開的實(shí)施例是有利的，因?yàn)檫b測(cè)電路裝置可以在燃?xì)鉁u輪10的運(yùn)行期間發(fā)射指示元件狀態(tài)的實(shí)時(shí)或接近實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。
[0015]圖2是體現(xiàn)本發(fā)明的方面的無線遙測(cè)系統(tǒng)100的非限制實(shí)施例的框圖示意性表示。傳感器102可以被設(shè)置在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的可移動(dòng)部件104(例如，可轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪槳葉)上。遙測(cè)發(fā)射機(jī)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(dòng)部件104的狀態(tài)的信號(hào)。感應(yīng)功率系統(tǒng)108可以被設(shè)置為將電功率無線地供應(yīng)到可移動(dòng)部件上的電路裝置，例如，遙測(cè)發(fā)射機(jī)電路106、傳感器102等。感應(yīng)功率系統(tǒng)108可以包括附接到渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的固定部件112的至少一個(gè)功率發(fā)射線圈組件110。固定部件112可以位于靠近可移動(dòng)部件104。功率發(fā)射線圈組件110可以被連接以從電源114接收功率以產(chǎn)生振蕩的電磁場(chǎng)，以使得電功率可以被感應(yīng)地親合在可轉(zhuǎn)動(dòng)的功率接收線圈組件116中，該可轉(zhuǎn)動(dòng)的功率接收線圈組件116被設(shè)置為將電功率供應(yīng)至可移動(dòng)部件104上的電路裝置。在一個(gè)非限制性實(shí)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(yīng)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(shè)置用于關(guān)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(guān)閉開口 132時(shí)的蓋134。
[0017]在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，蓋134被定位成提供抵靠可移動(dòng)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(shí)施例中可以使用印刷線板技術(shù)、被構(gòu)造在陶瓷基板或印刷線板135中的感應(yīng)線圈133可以被設(shè)置在殼體130的內(nèi)部、遠(yuǎn)離蓋134，以被封裝在灌封膠的多個(gè)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(gè)非限制實(shí)施例中可以是陶瓷結(jié)合劑。
[0018]假定在組件運(yùn)行期間殼體130被定向?yàn)槭沟瞄_口132面向上，灌封膠的第一層136可以被施加到殼體130的內(nèi)部底表面上，以將相對(duì)薄的附接基層提供到嵌入在陶瓷基板或板135中的感應(yīng)線圈133。在一個(gè)非限制性實(shí)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(nèi)部?jī)?nèi)相對(duì)窄的厚度上將線圈133密封。在第二層138被適當(dāng)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(nèi)部?jī)?nèi)的剩余厚度。在灌封膠的層140被適當(dāng)固化和烘烤后，可以施加良好的粘結(jié)層(bonding layer)(未示出)以附接蓋134并關(guān)閉殼體130的開口 132。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，灌封膠的熱膨脹系數(shù)的值可以在殼體130的陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)的值和陶瓷基板或板135的熱膨脹系數(shù)的值之間，其中，感應(yīng)線圈133被嵌入在陶瓷基板或板135中。
[0019]蓋134被設(shè)置為在可移動(dòng)部件的相應(yīng)表面(例如，渦輪槳葉的根部122的端面120)與封裝感應(yīng)線圈133的層(例如，層136、138、140)之間提供振動(dòng)緩沖。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，殼體130可以由陶瓷材料組成(例如，以提供相對(duì)硬并且耐溫的結(jié)構(gòu))，蓋134可以由陶瓷基復(fù)合材料組成(例如，以提供相對(duì)柔性和耐溫的結(jié)構(gòu))。
[0020]可轉(zhuǎn)動(dòng)天線142(圖2)可以被附接到可移動(dòng)部件104(例如，渦輪槳葉的根部的端面)上。遙測(cè)發(fā)射電路106可以被連接到可轉(zhuǎn)動(dòng)天線142以發(fā)射指示可移動(dòng)部件(例如，渦輪槳葉)的狀態(tài)的信號(hào)。固定數(shù)據(jù)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(zhuǎn)動(dòng)天線142、由遙測(cè)發(fā)射電路106發(fā)射的信號(hào)。
[0021]在一個(gè)非限制性示例中，如可在圖6中所理解的，感應(yīng)線圈133可以包括嵌入在陶瓷基板或板135中的至少一個(gè)平面繞組150，其可以由高溫共燒結(jié)陶瓷(HTCC)或低溫共燒結(jié)陶瓷(LTCC)制成。諸如金、銀、鉑和/或其合金之類的微量導(dǎo)電材料可以被用于形