热电偶组件和包括其的燃气涡轮发动机的制作方法

热电偶组件和包括其的燃气涡轮发动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本文公开的主旨涉及热电偶组件，并且更具体地涉及可结合涡轮系统例如燃气涡轮发动机采用的热电偶组件。
【背景技术】
[0002]热电偶组件被采用以测量在许多产业中的广泛种类的应用的温度。涡轮系统是依靠热电偶组件来可靠地测量系统部件的温度的应用的示例。例如，产生热排气流的燃气涡轮发动机可依靠热电偶组件以测量部件内的温度，例如在涡轮排气扩散器内。
[0003]某些热电偶组件需要热电偶探针向保护管内的插入，该保护管带有定位在温度探测区域内的辐射屏蔽件。热电偶探针的正确插入需要精确的插入深度和取向。不正确的插入可使热电偶探针遭受过度的振动和在热电偶探针和辐射屏蔽件之间的相对运动，从而导致对热电偶探针的损坏。

【发明内容】

[0004]根据本发明的一方面，热电偶组件包括固定地容纳在探针绝缘套内的热电偶探针。还包括保护管，其具有第一端部、第二端部以及沿保护管的纵向方向从第一端部延伸至第二端部的中空部分，该中空部分构造为在其中接纳热电偶探针和探针绝缘套。进一步包括靠近保护管的第二端部与保护管一体形成的辐射屏蔽件。再进一步包括构造为以螺纹接合靠近保护管的第一端部的保护管的螺纹部分的螺母，该螺母构造为在与保护管接合后即在位置上固定热电偶探针和探针绝缘套。
[0005]根据本发明的另一方面，用于涡轮排气扩散器的热电偶组件包括由涡轮排气扩散器的外壁的内表面限定的扩散器流路。还包括构造为延伸进入扩散器流路中的热电偶探针。进一步包括具有第一端部、第二端部以及沿保护管的纵向方向从第一端部延伸至第二端部的中空部分，该中空部分构造为在其中接纳热电偶探针。再进一步包括与保护管一体地形成且构造为操作地联接至涡轮排气扩散器的外壁的外表面的凸缘。还包括构造为以螺纹结合靠近保护管的第一端部的保护管的螺纹部分的螺母，该螺母构造为在与保护管接合后即在位置上将热电偶探针沿径向方向固定。
[0006]根据本发明的再一方面，燃气涡轮发动机包括构造为测量燃气涡轮发动机的区段的温度的热电偶组件，该热电偶组件包括固定地容纳在探针绝缘套内的热电偶探针，其中该热电偶探针保持在保护管的中空部分内且在单个部位处固定地连接至保护管。
[0007]本发明的第一技术方案为一种热电偶组件，其包括:热电偶探针，其固定地容纳在探针绝缘套内；保护管，其具有第一端部、第二端部以及沿保护管的纵向方向从第一端部延伸至第二端部的中空部分，中空部分构造为在其中接纳热电偶探针和探针绝缘套；辐射屏蔽件，其靠近保护管的第二端部与保护管一体地形成；以及螺母，其构造为以螺纹接合靠近保护管的第一端部的保护管的螺纹部分，螺母构造为在与保护管接合后即在位置上固定热电偶探针和探针绝缘套。
[0008]本发明的第二技术方案为，在本发明的第一技术方案中，热电偶组件进一步包括靠近保护管的第一端部形成的沉孔，沉孔构造为沿保护管的纵向方向限定热电偶探针的插入深度。
[0009]本发明的第三技术方案为，在本发明的第二技术方案中，探针绝缘套包括肩部区域，其构造为在热电偶探针的完全插入条件下坐置于沉孔内。
[0010]本发明的第四技术方案为，在本发明的第三技术方案中，螺母包括保持部分，其构造为保持探针绝缘套的肩部区域，以避免热电偶探针的缩回。
[0011 ] 本发明的第五技术方案为，在本发明的第一技术方案中，热电偶探针包括热电偶连接器，其操作地联接至第一热电偶端部。
[0012]本发明的第六技术方案为，在本发明的第五技术方案中，螺母构造为在螺母从保护管的螺纹部分脱离后即在热电偶连接器上施加力，力便于热电偶探针从保护管的中空部分的缩回。
[0013]本发明的第七技术方案为，在本发明的第一技术方案中，热电偶探针包括第一热电偶端部和第二热电偶端部，第二热电偶端部构造为延伸到部件的内部部分中，以用于测量内部部分的温度。
[0014]本发明的第八技术方案为，在本发明的第七技术方案中，热电偶组件进一步包括凸缘，其与保护管一体地形成并且构造为操作地联接至部件的外壁的外表面。
[0015]本发明的第九技术方案为一种用于涡轮排气扩散器的热电偶组件，其包括:由涡轮排气扩散器的外壁的内表面限定的扩散器流路；构造为延伸进入扩散器流路内的热电偶探针；保护管，其具有第一端部、第二端部以及沿保护管的纵向方向从第一端部延伸至第二端部的中空部分，中空部分构造为在其中接纳热电偶探针；凸缘，其与保护管一体地形成且构造为操作地联接至涡轮排气扩散器的外壁的外表面；以及螺母，构造为以螺纹接合靠近保护管的第一端部的保护管的螺纹部分，螺母构造为在与保护管接合后即在位置上将热电偶探针沿径向方向固定。
[0016]本发明的第十技术方案为，在本发明的第九技术方案中，热电偶组件进一步包括靠近保护管的第一端部形成的沉孔，沉孔构造为沿保护管的纵向方向限定热电偶探针的插入深度。
[0017]本发明的第十一技术方案为，在本发明的第十技术方案中，热电偶组件进一步包括固定地将热电偶探针容纳在其中的探针绝缘套。
[0018]本发明的第十二技术方案为，在本发明的第十一技术方案中，探针绝缘套包括肩部区域，其构造为在热电偶探针的完全插入条件下坐置于沉孔内。
[0019]本发明的第十三技术方案为，在本发明的第十二技术方案中，螺母包括保持部分，其构造为保持探针绝缘套的肩部区域以阻止热电偶探针的缩回。
[0020]本发明的第十四技术方案为，在本发明的第九技术方案中，热电偶探针包括联接至第一热电偶端部的热电偶连接器。
[0021]本发明的第十五技术方案为，在本发明的第十四技术方案中，螺母构造为在螺母从保护管的螺纹部分脱离后即在热电偶连接器上施加力，力便于热电偶探针从保护管的中空部分的缩回。
[0022]本发明的第十六技术方案为一种燃气涡轮发动机，其包括构造为测量燃气涡轮发动机的区段的温度的热电偶组件，热电偶组件包括固定地容纳在探针绝缘套内的热电偶探针，其中热电偶探针保持在保护管的中空部分内且在单个部位处固定地连接至保护管。
[0023]本发明的第十七技术方案为，在本发明的第十六技术方案中，燃气涡轮发动机进一步包括:靠近保护管的第一端部形成的沉孔，沉孔构造为限定热电偶探针在保护管的纵向方向上的插入深度；探针绝缘套的肩部区域，其构造为在热电偶探针的完全插入条件下坐置于沉孔内；以及具有保持部分的螺母，保持部分构造为保持探针绝缘套的肩部区域以阻止热电偶探针的缩回，其中单个部位包括靠近保护管的第一端部定位的保护管的螺纹部分，在其中热电偶探针被夹紧。
[0024]本发明的第十八技术方案为，在本发明的第十六技术方案中，燃气涡轮发动机还包括凸缘，该凸缘与保护管一体地形成并构造为操作地联接至燃气涡轮发动机的区段的外壁的外表面。
[0025]本发明的第十九技术方案为，在本发明的第十七技术方案中，热电偶探针包括操作地联接至第一热电偶端部的热电偶连接器。
[0026]本发明的第二十技术方案为，在本发明的第十九技术方案中，螺母构造为在螺母从保护管的螺纹部分脱离后即在热电偶连接器上施加力，力便于热电偶探针从保护管的中空部分的缩回。
[0027]从结合附图的以下描述中，这些及其他优点和特征将变得更加更加显而易见。
【附图说明】
[0028]视为本发明的主旨在说明书的结尾处的权利要求中被特别地指出并清楚地主张权利。本发明的前述及其他的特征和优点从结合附图进行的下列详细描述中是显而易见的，其中:
[0029]图1是燃气涡轮发动机的示意图；
[0030]图2是燃气涡轮发动机的涡轮排气扩散器的剖面图；
[0031]图3是联接至涡轮排气扩散器的热电偶组件的剖面示意图；
[0032]图4是热电偶组件的保护管的透视图；
[0033]图5是热电偶组件的热电偶探针的透视图；
[0034]图6是在局部装配条件下的热电偶组件的剖面图；以及
[0035]图7是热电偶组件的一部分的透视剖面图。
[0036]详细的描述参照附图通过示例说明本发明的实施例以及优点和特征。
【具体实施方式】
[0037]在本申请中使用的术语“轴向”和“轴向地”意指基本平行于涡轮系统的中心纵向轴线延伸的方向和取向。在本申请中使用的术语“径向”和“径向地”意指基本垂直于涡轮系统的中心纵向轴线延伸的方向和取向。在本申请中使用的术语“上游”和“下游”意指关于涡轮系统的中心纵向轴线相对于轴向流方向的方向和取向。
[0038]参照图1，诸如燃气涡轮发动机的涡轮系统例如被示意性示出且通常以标号10指代。燃气涡轮发动机10包括压缩机区段12、燃烧器区段14、涡轮区段16、轴18以及燃料喷嘴20。应当理解，燃气涡轮发动机10的一个实施例可包括多个压缩机12、燃烧器14、涡轮16、轴18以及燃料喷嘴20。压缩机区段12和涡轮区段16由轴18联接。轴18可以是单个轴或联接在一起形成轴18的多个轴段。
[0039]燃烧器区段14使用易燃液体和/或气体燃料，例如天然气或富氢合成气，以运行燃气涡轮发动机10。例如，燃料喷嘴20与空气源和燃料源22流体连通。燃料喷嘴20形成空气-燃料混合物，并将空气-燃料混合物排入燃烧器区段14中，由此引起形成热加压排气的燃烧。燃烧器区段14引导热加压气体穿过过渡件进入涡轮喷嘴(或“一级喷嘴”)中，而其它级的动叶和喷嘴引起在涡轮区段16的外壳24内的涡轮叶片的旋转。随后，热加压气体从涡轮区段16送至排气扩散器26，该排气扩散器26可操作地联接至涡轮区段的一部分，例如外壳24。
[0040]现参照图2，示出了排气扩散器26的侧视剖面图。排气扩散器26包括入口 28，其构造为从涡轮区段16接收排气流体30。出口 32布置在相对入口 28的下游部位处。包括外表面36的内筒34相对轴向地沿着排气扩散器26的主流动方向33至少局部地在入口 28和出口 32之间延伸。具有内表面40的外壁38从内筒34径向向外且更具体地从外表面36径向向外间隔开。外壁38布置为相对分叉的构造，使得排气流体30的动能在进入排气扩散器26的入口 28之后减少。更具体地，由于外壁38的分叉构造，动压向静压的转变发生在排气扩散器26内。排气流体30流动穿过由内筒34的外表面36和外壁38的内表面40限定的扩散器流路31。
[0041]参照图3，热电偶组件50在与排气扩散器26装配的条件下示意地示出。热电偶组件50包括热电偶探针52，其延伸进入排气扩散器26的内部区域54 (即，扩散器流路31)并且构造为探测内部区域54内的温度。热电偶探针52至少局部地布置在保护管56内并由其保持。更具体地，热电偶探针52至少局部地布置在从保护管56的第一端部60延伸至保护管56的第二端部62的保护管56的中空部分58内。如所示，保护管56包括 凸缘64，其构造为操作地将保护管56和因此热电偶组件50联接至排气扩散器26的外壁38的外表面68。保护管56可以任意适当方式(例如采用焊接或机械紧固件)固定至外表面68。在示出的实施例中，大体示出一对螺栓57等。
[0042]尽管结合热电偶组件50的实施例示出并描述了涡轮排气扩散器，但应理解，热电偶组件50可与燃气涡轮发动机10的任何部件一起采用。此外，热电偶组件50可在从在部件内的温度读取受益的任何产业或应用中使用。
[0043]参照图4和图5，热电偶组件50在拆卸条件下更详细地示出。保护管56在图4中示出，而热电偶探针52在图5中示出。保护管56包括辐射屏蔽件70，其布置为靠近保护管56的第二端部62。辐射屏蔽件70通常与保护管56 —体地形成，然而考虑到，单独的形成和部件的联接也是适当的。辐射屏蔽件70显示为管状构件，其通过将热电偶探针52与黑体辐射屏蔽开而降低热电偶探针52的错误温度读取，但是可采用辐射屏蔽件70的备选几何结构。
[0044]热电偶探针52固定地容纳在由氧化镁材料形成的探针绝缘套72内，该绝缘套72构造为隔离热电偶探针52。热电偶探针52可操作地联接至探针绝缘套72或一体地形成于其内。在一个实施例中，热电偶探针52由金属包覆的、矿物绝缘(MI)的热电偶电缆的区段组成。即，热电偶电缆具有金属套、压紧的氧化镁粉末绝缘体、以及在感测端部形成于接头中的热电偶线，并且电缆在该端部封闭。在另一实施例中，探针绝缘套72在整个热电偶探针52(例如线、绝缘物以及包括的套)上形成第二金属套，并且探针绝缘套72仅在第一端部60处固定至热电偶探针52。如所示，热电偶探针52从第一热电偶端部74延伸至第二热电偶端部76。如将在下面描述的，第二热电偶端部76从探针绝缘套72的一端部稍微突出并在热电偶组件50的装配条件下延伸进入辐射屏蔽件70的内部空间中。热电偶连接器78靠近热电偶探针52的第一端部60。
[0045]参照图6，在装配条件下示出热电偶探针52、探针绝缘套72以及保护管56。在装配条件下，热电偶探针52和探针绝缘套72布置在保护管56的中空部分58内，而热电偶探针52的第二端部76布置在辐射屏蔽件70内。
[0046]参照图7，继续参照图6，基于热电偶组件50遭受的苛刻的环境和操作条件，热电偶探针52进入保护管56内的可靠的深度定位和取向是重要的。深度定位意指热电偶探针52沿径向方向即沿保护管56的纵向方向80的插入的深度。
[0047]图7是靠近保护管56的第一端部60的热电偶组件50的放大视图。保护管56包括靠近保护管56的第一端部60的螺纹部分82，其构造为以螺纹接合螺母84。在螺母84与螺纹部分82的接合之前，热电偶探针52和探针绝缘套72插入保护管56的中空部分58中。热电偶探针52的期望插入深度由肩部一孔布置保证，该肩部一孔布置构造为限制热电偶探针52的插入深度。具体地，保护管56包括沉孔86，其尺寸确定为接纳探针绝缘套72的肩部88。该布置限定热电偶探针52沿保护管56的纵向方向80的插入深度。在螺母84与螺纹部分82接合后，螺母84即在热电偶探针52上施加夹紧力。更具体地，螺母84的保持部分92 (例如孔)的底部表面90接合或紧密接触探针绝缘套72的肩部88，由此避免热电偶探针52的缩回。在一个实施例中，螺母84用一根或多根锁紧线(未示出)保持在适当位置。螺母84可经由直螺纹与螺纹部分82接合，直至到达止动部。为了避免螺母84的退出，锁紧线可处于螺母84的每一侧上。每个线均螺旋穿过辐射屏蔽件70和螺母84中的相应孔以将螺母84保持在适当位置。
[0048]有利地，上述实施例提供了防错结构以限定期望的浸入深度，其调节为与热电偶组件50相关联的控制系统的高度防护温度系数。此外，设备深度的具体浸入和轮廓降低了排气扩散器26内的漩涡效应。精确深度插入还降低了热电偶探针52的损坏或破坏的可能性。
[0049]在热电偶探针52的必要移除和/或替换的情况下，仅旋转螺母84。如上所述，螺母84的旋转有利地导致螺母84的顶部表面94在热电偶连接器78上施加力，该热电偶连接器78与热电偶探针52和/或探针绝缘套72成为一体。该力在卡住热电偶探针52的情况下尤其有利。这样，螺母84充当螺旋千斤顶，其便于热电偶探针52的移除。
[0050]虽然已结合仅仅有限数量的实施例详细地描述了本发明，但应容易理解，本发明不限于此种公开实施例。相反，本发明可被修改以并入至今未说明但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变更、改造、置换或等同配置。此外，虽然已描述了本发明的各种实施例，但应理解，本发明的方面可包括所描述实施例中的仅仅一些。因此，本发明不应视为由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。
[0051]附图标记
[0052]10燃气涡轮发动机
[0053]12压缩机区段
[0054]14燃烧器区段
[0055]16涡轮区段
[0056]18轴
[0057]20燃料喷嘴
[0058]22燃料源
[0059]24外壳
[0060]26排气扩散器
[0061]28入口
[0062]30排气流体
[0063]31扩散器流路
[0064]32出口
[0065]33主流动方向
[0066]34内筒
[0067]36外表面
[0068]38外壁
[0069]40内表面
[0070]50热电偶组件
[0071]52热电偶探针
[0072]54内部区域
[0073]56保护管
[0074]57螺栓对
[0075]58中空部分
[0076]60第一端部
[0077]62第二端部
[0078]64凸缘
[0079]68外表面
[0080]70辐射屏蔽件
[0081]72绝缘套
[0082]74第一热电偶端部
[0083]76第二热电偶端部
[0084]78热电偶连接器
[0085]80纵向方向
[0086]82螺纹部分
[0087]84螺母
[0088]86沉孔
[0089]88肩部
[0090]90底部表面
[0091]92保持部分
[0092]94顶部表面。
【主权项】
1.一种热电偶组件(50)，包括: 热电偶探针(52)，其固定地容纳在探针绝缘套(72)内； 保护管(56)，其具有第一端部(60)、第二端部(62)以及沿所述保护管的纵向方向(80)从所述第一端部延伸至所述第二端部的中空部分(58)，所述中空部分构造为在其中接纳所述热电偶探针和所述探针绝缘套； 辐射屏蔽件(70)，其靠近所述保护管的第二端部与所述保护管一体地形成；以及螺母(84)，其构造为以螺纹接合靠近所述保护管的第一端部的所述保护管的螺纹部分(82)，所述螺母构造为在与所述保护管接合后即在位置上固定所述热电偶探针和所述探针绝缘套。
2.根据权利要求1所述的热电偶组件(50)，其特征在于，进一步包括靠近所述保护管(56)的第一端部(60)形成的沉孔(86)，所述沉孔构造为沿所述保护管的纵向方向(80)限定所述热电偶探针(52)的插入深度。
3.根据权利要求2所述的热电偶组件(50)，其特征在于，所述探针绝缘套(72)包括肩部区域(88)，其构造为在所述热电偶探针(52)的完全插入条件下坐置于所述沉孔(86)内。
4.根据权利要求3所述的热电偶组件(50)，其特征在于，所述螺母(84)包括保持部分(92)，其构造为保持所述探针绝缘套(72)的所述肩部区域(88)，以避免所述热电偶探针(52)的缩回。
5.根据权利要求1所述的热电偶组件(50)，其特征在于，所述热电偶探针(52)包括热电偶连接器(78)，其操作地联接至第一热电偶端部(74)。
6.根据权利要求5所述的热电偶组件(50)，其特征在于，所述螺母(84)构造为在所述螺母从所述保护管(56)的螺纹部分(82)脱离后即在所述热电偶连接器(78)上施加力，所述力便于所述热电偶探针(52)从所述保护管的中空部分(58)的缩回。
7.根据权利要求1所述的热电偶组件(50)，其特征在于，所述热电偶探针(52)包括第一热电偶端部(74)和第二热电偶端部(76)，所述第二热电偶端部构造为延伸到部件的内部部分中，以用于测量所述内部部分的温度。
8.根据权利要求7所述的热电偶组件(50)，其特征在于，进一步包括凸缘(64)，该凸缘(64)与所述保护管(56) —体地形成且构造为操作地联接至所述部件的外壁的外表面(68) ο
9.一种燃气祸轮发动机(10)，包括: 构造为测量所述燃气涡轮发动机的区段的温度的热电偶组件(50)，所述热电偶组件包括固定地容纳在探针绝缘套(72)内的热电偶探针(52)，其中所述热电偶探针保持在保护管(56)的中空部分(58)内且在单个部位处固定地连接至所述保护管。
10.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，进一步包括: 靠近所述保护管的第一端部￠0)形成的沉孔(86)，所述沉孔构造为限定所述热电偶探针在所述保护管的纵向方向(80)上的插入深度； 所述探针绝缘套的肩部区域(88)，其构造为在所述热电偶探针的完全插入条件下坐置于所述沉孔内；以及 具有保持部分(92)的螺母(84)，所述保持部分(92)构造为保持所述探针绝缘套的肩部区域以阻止所述热电偶探针的缩回，其中所述单个部位包括靠近所述保护管的第一端部(60)定位的所述保护管的螺纹部分(82)，在其中所述热电偶探针被夹紧。
【专利摘要】一种热电偶组件包括固定地容纳在探针绝缘套内的热电偶探针。还包括保护管，其具有第一端部、第二端部以及沿保护管的纵向方向从第一端部延伸至第二端部的中空部分，该中空部分构造为在其中接纳热电偶探针和探针绝缘套。进一步包括靠近保护管的第二端部与保护管一体地形成的辐射屏蔽件。还进一步包括构造为以螺纹接合靠近保护管的第一端部的保护管的螺纹部分的螺母，该螺母构造为在与保护管接合后即在位置上固定热电偶探针和探针绝缘套。本实用新型还提供了一种包括其的燃气涡轮发动机。
【IPC分类】G01K7-06
【公开号】CN204612822
【申请号】CN201420641253
【发明人】R.D.伯克兰, S.C.巴雷特, M.S.马卡姆, S.C.奧米拉
【申请人】通用电气公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年10月31日
【公告号】DE102014115348A1, US20150114443