[发明专利]校准的涡轮发动机轴转矩感测

说明书

技术领域

本主题大体上涉及用于测量转矩的系统及方法。

背景技术

测量由旋转轴供应且供应至其的转矩可为用于许多旋转机械的重要操作。在燃气涡轮发动机的领域中，尤其重要的是，密切地监测并且精确地测量发动机的转矩输出，以理解发动机性能和健康。通过密切地监测输出转矩值，潜在问题可在它们发生之前识别。例如，低于预期的转矩输出可指示次优发动机操作。此外，输出转矩值可用于估计各种发动机构件的寿命周期。输出转矩值的实时测量可容许待反复地更新和修正的发动机构件的寿命的估计。此外，输出转矩的实时测量可用于保证所需的输出功率在任何给定时间处可用。

当然，转矩的测量仅在它们可被认为精确的程度上为有用的。用于测量转矩的当前方法大体上限制从旋转轴连贯地收集精确信息的它们的能力。例如，一些现有系统依靠用以监测轴旋转的磁阻传感器。此类系统必须使用旋转读数以估计在远离传感器位置的轴处生成的轴应变。然而，单通过依靠旋转读数，关于应变的相关信息可丢失并且导致不精确的转矩测量结果。

其它系统可检测轴应变以便确定转矩。然而，轴应变、膨胀，或扭曲可不能单独精确地测量转矩。大多数旋转轴将不仅由于旋转力和转矩，而且由于附加因素，如温度、弯曲，以及振动而经受显著应变。尽管这些附加因素可对在一些应用中测量的应变而言为不重要的，但它们可在理解燃气涡轮发动机的性能和健康方面为相当重要的。燃气涡轮发动机构件经受的高温和环境变化可对发动机的各种旋转系统而言极大地增加应变。因此，测量应变而不理解由于温度和变化的其它因素而产生的贡献可不提供燃气涡轮发动机的转矩输出的精确指示。

此外，现有基于应变的感测系统通常由于例如这些系统的长期漂移或可靠性的影响而需要定期维修以便提供精确应变测量结果。测量的部分或设备的操作必须停止，以便校准或重新校准感测系统。在燃气涡轮发动机的情况下，用于校准或重新校准的维护可为耗时且昂贵的。

因此，存在对可提供燃气涡轮发动机中的转矩的精确实时测量的转矩感测系统的需要。还存在对可解决发动机将经受的操作变化的系统的需要。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述为明显的，或者可通过本发明的实践学习。

本公开的一个示例性方面涉及一种用于测量用于燃气涡轮发动机轴的转矩的系统。系统可包括定位在发动机轴处的转矩传感器。转矩传感器其自身可包括用于获得发动机轴的应变测量结果的应变传感器，以及用于获得发动机轴的温度测量结果的温度传感器。系统还可包括无线通信元件，其可操作地连接于转矩传感器，用于传送应变测量结果和温度测量结果。此外，可提供与转矩传感器共置的一个或更多个存储器储存单元。一个或更多个存储器储存单元可储存用于系统的校准信息。校准信息由一个或更多个处理器使用，以校准由应变传感器获得的应变测量结果和由温度传感器获得的温度测量结果。

根据本公开的另一个示例性方面，提供一种用于测量用于燃气涡轮发动机轴的转矩的方法。该方法可包括从定位在发动机轴处的应变传感器获得发动机轴的应变测量结果，以及从从定位在发动机轴处的温度传感器获得温度测量结果。该方法还可包括从与应变传感器共置的一个或更多个存储器储存单元获得校准信息。此外，该方法可包括至少部分地基于应变测量结果、温度测量结果，以及校准信息来确定转矩测量结果。

技术方案1. 一种用于测量用于燃气涡轮发动机轴的转矩的系统，所述系统包括：

转矩传感器，其定位在发动机轴处，所述转矩传感器包括用于获得所述发动机轴的应变测量结果的应变传感器以及用于获得所述发动机轴的温度测量结果的温度传感器；

无线通信元件，其可操作地连接于所述转矩传感器，用于传送所述应变测量结果和所述温度测量结果；以及

一个或更多个存储器储存单元，其与所述转矩传感器共置，所述一个或更多个存储器储存单元存储用于所述转矩传感器的校准信息；

其中，所述校准信息由一个或更多个处理器使用，以校准由所述应变传感器获得的所述应变测量结果和由所述温度传感器获得的所述温度测量结果。

技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述温度传感器包括表面声波传感器、体声波传感器、电阻温度检测传感器、热电偶传感器，或高温计传感器。

技术方案3. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述一个或更多个存储器储存单元设置在所述发动机轴上。

技术方案4. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述一个或更多个存储器储存单元设置成在静态发动机位置处邻近于所述转矩传感器。