專利名稱:一種熱流計及包含所述熱流計的測量熱流的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種熱流計及包含所述熱流計的測量熱流的系統(tǒng)，包含：載體（102），包括至少一個接收部（108）；以及多個溫度傳感器（104A,104B），設置于所述至少一個接收部內(nèi)且通過粘合介質(zhì)（110）固定于所述接收部，所述溫度傳感器沿所述載體的至少一個方向分布且被配置成通過與各個所述溫度傳感器經(jīng)受的溫度對應的微觀結(jié)構(gòu)變化來測量和記錄溫度信息。
【專利說明】一種熱流計及包含所述熱流計的測量熱流的系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本實用新型總體上涉及一種使用微型溫度傳感器的熱流計。

【背景技術】
[0002] 在高壓和高溫環(huán)境中測量熱傳遞參數(shù)是十分困難的。這樣的一個環(huán)境是有熱流通 過各種發(fā)動機部件，例如，渦輪葉片和燃燒器襯管壁的燃氣渦輪發(fā)動機，是發(fā)動機控制、設 計和維護的重要參數(shù)。熱傳遞參數(shù)可基于在部件的不同部分收集到的溫度數(shù)據(jù)而得到。在 此類應用中，可靠而準確的溫度測量是理想的。
[0003] 授予Holmes的美國專利號8, 006, 544描述了一種用于對噴射發(fā)動機所使用的材 料進行故障測試的設備。所述設備使用由用于等比例噴射發(fā)動機的材料制造的一個或多個 微型噴射發(fā)動機部件。因為微型噴射發(fā)動機的部件達到的溫度和排氣類似于等比例噴射發(fā) 動機表現(xiàn)出的溫度和排氣，所以所述微型噴射發(fā)動機部件提供用于測試部件，以及用于生 產(chǎn)這種噴射發(fā)動機部件的特定的材料的有效的測試載具。即使包含于所述測試部件的材料 的體積要小得多，微型噴射發(fā)動機部件經(jīng)受的應力場的梯度和大小卻在幾何上類似于在等 比例發(fā)動機中測到的那些。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)一個實施例，提供一種用于測量結(jié)構(gòu)的溫度參數(shù)的設備。所述設備包含：包括 至少一個接收部的載體；以及設置于至少一個接收部內(nèi)且通過粘合介質(zhì)固定于所述接收部 的多個溫度傳感器，所述傳感器沿所述載體的至少一個方向分布且被配置成通過與所述各 個傳感器經(jīng)受的溫度對應的微觀結(jié)構(gòu)變化來測量和記錄溫度信息。
[0005] 根據(jù)另一個實施例，提供一種通過燃氣渦輪發(fā)動機的支撐結(jié)構(gòu)測量熱流的系統(tǒng)。 所述系統(tǒng)包含：在所述燃氣渦輪發(fā)動機的支撐結(jié)構(gòu)的表面上形成的空腔；以及設置于空腔 內(nèi)的溫度計。所述溫度計包含：包括至少一個接收部的載體；以及設置于至少一個接收部 內(nèi)且通過粘合介質(zhì)固定于所述接收部的多個傳感器，所述傳感器沿至少一個方向分布且被 配置成通過與所述各個傳感器經(jīng)受的溫度對應的微觀結(jié)構(gòu)變化來測量和記錄溫度信息。
[0006] 根據(jù)又一個實施例，提供一種用于測量結(jié)構(gòu)的溫度參數(shù)的方法。所述方法包含：在 所述結(jié)構(gòu)的空腔內(nèi)設置熱流計，所述熱流計包括設置于載體內(nèi)的多個溫度傳感器；使裝置 運行以在結(jié)構(gòu)中創(chuàng)建溫度梯度；通過與所述各個傳感器經(jīng)受的溫度對應的微觀結(jié)構(gòu)變化檢 測溫度信息；以及基于接收的信號來確定整個結(jié)構(gòu)的至少一部分上的熱傳遞的測量值。

【附圖說明】

[0007] 圖IA是已公開的示例性的，設置于支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)的熱流計的剖面圖；
[0008] 圖IB是圖IA中所示的已公開的示例性的熱流計的透視圖；
[0009] 圖IC是圖IB中所示的已公開的示例性的熱流計的剖面圖；
[0010] 圖2是另一個已公開的示例性的熱流計的剖面圖；
[0011] 圖3A是另一個已公開的示例性的熱流計的透視圖；
[0012] 圖3B是圖3A中所示的已公開的示例性的熱流計的剖面圖；
[0013] 圖4A是另一個已公開的示例性的熱流計的透視圖；
[0014] 圖4B是圖4A中所示的已公開的示例性的熱流計在設置于支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)并固定于支 撐結(jié)構(gòu)時的剖面圖；
[0015] 圖4C是圖4A和圖4B中的已公開的示例性的熱流計在固定于支撐結(jié)構(gòu)時的頂視 圖；
[0016] 圖5是另一個已公開的示例性的熱流計的透視圖；
[0017] 圖6是另一個已公開的示例性的熱流計的透視圖；
[0018] 圖7是另一個已公開的示例性的熱流計的透視圖；
[0019] 圖8A是另一個已公開的示例性的熱流計的透視圖；
[0020] 圖8B是圖8A中的熱流計的剖面圖；
[0021] 圖9A和圖9B圖示說明已公開的示例性的，設置有多個熱流計的渦輪發(fā)動機燃燒 器的軸向和徑向剖面圖；
[0022] 圖IOA和圖IOB圖示說明設置有熱流計的渦輪葉片的透視圖和局部剖面圖；以及
[0023] 圖11是一種根據(jù)此實用新型的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0024] 圖IA圖示說明一種用于測量支撐結(jié)構(gòu)106的熱傳遞參數(shù)的示例性的熱流計100。 除了其他部件，熱流計100還包括載體102和多個傳感器104A和104B。載體102固定住傳 感器104A和104B并且設置于空腔內(nèi)，比如，支撐結(jié)構(gòu)106的洞或孔。載體102可通過過盈 配合或通過適用于高溫和高壓應用的粘合材料固定在孔內(nèi)。載體102可由各種各樣的材料 中的一種或多種組成，包括具有機械和熱性能，能夠耐受高溫環(huán)境的陶瓷、鉻鎳鐵合金、哈 式合金，或其他鎳基合金。
[0025] 載體102可具有不同形狀，比如，圓柱體、立方體、圓錐體等。圖IB顯示具有圓柱 形載體102的熱流計100。具體而言，載體102具有第一端面102A、第二端面102B，以及圓 柱形側(cè)壁102C。載體102可具有適合安裝在范圍廣泛的機械部件上的尺寸，比如，燃氣渦輪 發(fā)動機的渦輪葉片和渦輪燃燒器壁，或燃氣或柴油發(fā)動機的活塞。具體而言，側(cè)壁102C的 軸向長度可能基本上等于支撐結(jié)構(gòu)106的厚度。因此，當完全設置于支撐結(jié)構(gòu)106內(nèi)時，載 體102的第一端面102A基本上與支撐結(jié)構(gòu)106的第一表面106A齊平，且載體102的第二 端面102B基本上與支撐結(jié)構(gòu)106的第二表面106B齊平。圓柱形載體102的徑向尺寸可保 持最小化，以減少熱流計100的占用面積，使得熱流計100的存在基本上不會影響支撐結(jié)構(gòu) 106的強度和操作。在一個實施例中，圓柱形載體102的徑向尺寸為6 mm或更小?？蛇x擇 地，如認為必要可以將其制作得更大或者更小。
[0026] 如圖IC的剖面圖中進一步所示，載體102的第一端面102A和第二端面102B各具 有設置于其上的接收部或空腔108?？涨?08可采取洞、孔、凹室、凹槽或中空的形式在第一 端面102A和第二端面102B上產(chǎn)生。每個空腔108的大小足以容納傳感器104A或104B。 因此，當設置于空腔108內(nèi)時，傳感器104A和104B與第一端面102A和第二端面102B齊平。
[0027] 如圖IC中進一步所示，傳感器104A和104B通過填充于空腔108內(nèi)的粘合材料 110固定于對應的空腔108內(nèi)。粘合材料110可包括具有高熱導率并且適用于高溫和高壓 應用的粘合劑。另外，粘合材料110可以是水溶性的，使其可以通過應用水基溶劑被除去。 在一個實施例中，粘合材料Iio可以是可通過商業(yè)途徑獲得的，具有上述性能的粘合劑，比 如，Sauereisen公司（薩維真)提供的THERMAL POTTING CEMENT NO. 11(熱灌注水泥11號） 或 ELECTRICAL CEMENT NO. DW-30 (電水泥 DW-30 號）。
[0028] 傳感器104A和104B可被制成各種各樣的形狀，比如，圓柱體、立方體、圓錐體等， 并且具有微米級尺寸。在一個實施例中，每個傳感器104A和104B具有直徑基本上為10 Mm 的球形。在另一個實施例中，每個傳感器104A和104B具有大小基本上為10 Mm X 10 Mm X 10 Mm的立方體形狀。在又一個實施例中，傳感器104A和104B的形狀被設置為大小基本上 為200 Mm X 200 Mm X 380 Mm的矩形棱柱。傳感器104A和104B的其他形狀和尺寸將是 本領域技術人員所理解的那樣。
[0029] 傳感器104A和104B適于在廣泛的溫度范圍內(nèi)以及高溫和高壓的環(huán)境，比如，燃 氣渦輪發(fā)動機操作期間所經(jīng)受的條件中測量溫度。例如，傳感器104A和104B可用于測量 150° C至1450° C之間的溫度。
[0030] 傳感器104A和104B可通過微觀結(jié)構(gòu)的變化而不需要導線記錄和提供溫度信息。 具體而言，傳感器104A和104B可發(fā)出作為傳感器周圍溫度的函數(shù)的電磁輻射。例如，傳感 器104A和104B可由晶體，比如，碳化硅或MTK晶體制造而成。所述傳感器的材料可產(chǎn)生 微觀結(jié)構(gòu)的變化，比如，根據(jù)所述傳感器周圍的溫度產(chǎn)生晶格或分子位置的變形。由于微觀 結(jié)構(gòu)的變化，傳感器104A和104B可發(fā)出電磁輻射或反射指示由傳感器104A和104B感測 到的溫度的入射激光信號。在另一個實施例中，傳感器104A和104B可保持所述微觀結(jié)構(gòu) 變化，因而保留所述溫度信息。因此，傳感器104A和104B感測到的溫度可在所述熱流計從 所述支撐結(jié)構(gòu)中移除之后，無線檢測所述傳感器發(fā)出的輻射或所述傳感器的微觀結(jié)構(gòu)變化 而被讀取。例如，檢測器，比如，X -射線折射儀（X-ray defractometry)可用于檢測傳感器 104A和104B的微觀結(jié)構(gòu)變化并將其轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)據(jù)。因此，熱流計100不需要有線連接用 于將溫度數(shù)據(jù)從傳感器104A和104B傳輸至外部接收器，且因此，特別適合高溫和高壓環(huán)境 或具有可移動部件的機械系統(tǒng)。根據(jù)另一個實施例，傳感器104A和104B的材料能在傳感 器104A和104B從載體102中移除之后保留所述溫度信息，并且傳感器104A和104B可從 載體102中取出以收集所述溫度信息。根據(jù)又一個實施例，傳感器104A和104B可由石膏 類材料制成，其提供在不同溫度下的相變。例如，傳感器104 A和104B可在特定溫度下，局 部由固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w。因此，所述溫度可通過檢查傳感器104A和104B的相來確定。
[0031] 熱流計100可設置于支撐結(jié)構(gòu)106中，以便傳感器104A和104B沿著熱傳遞的方 向配置。例如，如圖IA所示，支撐結(jié)構(gòu)106的第一表面106A可具有不同于第二表面106B 的溫度。由于有溫度差，熱量沿垂直于表面106A和106B的方向傳遞。因此，熱流計100被 定向成使得傳感器104A和104B沿所述熱傳遞的方向配置，例如，垂直于表面106A和106B。 因此，傳感器104A提供第一表面106A附近的溫度數(shù)據(jù)，而傳感器104B提供第二表面106B 附近的溫度數(shù)據(jù)。通過傳感器104A和104B收集的溫度數(shù)據(jù)可用于確定沿垂直于表面106A 和106B的方向的溫度梯度和熱傳遞參數(shù)。如果沿不同方向的溫度數(shù)據(jù)是理想的，那么熱流 計100可沿那些方向被定向。
[0032] 圖2顯示另一個已公開的示例性的熱流計200的剖面圖。與熱流計100相似，熱 流計200具有圓柱形載體202。然而，不同于熱流計100具有用于容納傳感器104A和104B 的中空或凹槽形式的空腔，熱流計200具有在軸向上完全穿透載體202的孔或通孔208形 式的空腔?？谆蛲?08可以或可以不與圓柱形載體202的軸軸向?qū)省４送?，粘合材?210,比如，上述粘合材料110,填充在通孔208中。傳感器204A設置于通孔208中基本與 載體200的第一端面202A齊平并且通過粘合材料210固定。相似地，傳感器204B設置于 通孔208中基本與載體202的第二端面202B齊平并且同樣通過粘合材料210固定。傳感 器204A和204B類似于上述的傳感器104A和104B并且基本不會延伸超出第一端面202A 和第二端面202B。與熱流計100相似，熱流計200可安裝在支撐結(jié)構(gòu)上并用于測量沿載體 202的軸向的溫度梯度和熱傳遞參數(shù)。
[0033] 圖3A和圖3B顯示另一個已公開的示例性的熱流計300,其具有圓柱形載體302以 及多個傳感器304A-C。傳感器304A-C類似于上述傳感器104A和104B。載體302的材料 和尺寸類似于上述載體102的材料和尺寸。
[0034] 載體302具有三個空腔306A-C，它們位于圓柱形側(cè)壁302C上，用于容納傳感器 304A-C?？涨?06A-C可以是設置于側(cè)壁302C上的洞、孔、凹室、凹槽或中空。更特別地，空 腔306A鄰近載體302的第一端面302A設置，空腔306B鄰近載體302的第二端面302B設 置，并且空腔306C基本設置于空腔306A和306B之間的側(cè)壁302C的中間部分中。如圖3A 所示，空腔306A-C可沿載體302的軸向?qū)省？蛇x擇地，空腔304A-C可沿載體302位于不 同的周向位置。
[0035] 傳感器304A-C分別設置于空腔306A-C中，并且通過與上述粘合材料110相同的 粘合材料308固定在合適的位置。在安裝時，傳感器304A-C齊平于或凹入載體302的側(cè)壁 302C內(nèi)。因此，傳感器304A-C不會干擾熱流計300安裝于支撐結(jié)構(gòu)上。
[0036] 與熱流計100相似，熱流計300可用于測量沿載體302的軸向的溫度梯度以及熱 傳遞參數(shù)。因為熱流計300具有比熱流計100更多數(shù)量的傳感器，所以它可以提供尺度更 精細的溫度測量值，并且，因此，可以更準確地確定溫度梯度和熱傳遞參數(shù)。另外，與傳感器 304A-C相似，額外的傳感器可添加并且設置于第一端面302A、第二端面302B或側(cè)壁302C 上以進一步增加溫度數(shù)據(jù)點以及提高測量的準確性。
[0037] 圖4A-圖4C圖示說明另一個已公開的示例性的熱流計400,其包括螺栓形或塞子 形的載體402以及多個傳感器404A-C。如圖4A所描繪的，熱流計400的載體402包括在第 一軸端的較大的形狀，比如，第一圓柱段402A，以及在第二軸端的較小的形狀，比如，第二圓 柱段402B。段402A和402B可以或可以不同軸式對準。另外，一段，例如，段402A的徑向尺 寸，大于另一段，例如，段402B的徑向尺寸。段402A和402B的軸向和徑向尺寸可以是以毫 米刻度計或可適合于所述支撐結(jié)構(gòu)的尺寸。段402A和402B可以制造成單件或可分別制造 并且粘合或焊接在一起。段402A和402B的材料可與上述載體102的材料相同或相似。
[0038] 多個空腔406A-C設置于載體402的段402A和402B的側(cè)壁上，用于以與上述方式 相似的方式容納傳感器404A-C。例如，如圖4A所示，段402A的側(cè)壁具有一個空腔406A， 并且段402B的側(cè)壁具有兩個空腔406B和406C。圖3A所描繪的空腔406A-C類似于空腔 306A-C。另外，空腔406A鄰近端面402C設置，并且空腔406C鄰近端面402D設置?？涨?406C設置于空腔406A和406B之間的段402B的側(cè)壁上。如果需要的話，額外的空腔可添加 并設置于載體402的側(cè)壁和端面上。
[0039] 傳感器404A-C與結(jié)合圖3在上文中描述的傳感器304A-C相同或相似并且分別設 置于空腔406A-C內(nèi)。傳感器404A-C通過與上述粘合材料110相同或相似的粘合材料408 固定在合適位置。此外，傳感器404A-C與段402A和402B的側(cè)壁保持齊平或凹入其內(nèi)。因 此，傳感器404A-C不會干擾熱流計400安裝于支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)。
[0040] 如圖4B和圖4C所示，熱流計400可通過支撐結(jié)構(gòu)410中的洞或孔413設置于支 撐結(jié)構(gòu)410內(nèi)?？?13的形狀與載體402的形狀相適配。
[0041] 熱流計400可通過載體402的側(cè)壁和支撐結(jié)構(gòu)410中的孔413的內(nèi)壁之間的過盈 配合固定于孔413內(nèi)。可選擇地，如圖4A-圖4C所示，熱流計400可通過壓入支撐結(jié)構(gòu)410 內(nèi)的插入式固定器（insert fixture) 412固定于孔413內(nèi)。具體而言，如圖4A所示，載體 402的段402A的一部分包括在載體402的軸端面中形成的階狀物414的切除部分。段402A 的階狀物414補足插入式固定器412的終端段。此外，如圖4B和圖4C所示，支撐結(jié)構(gòu)410 同樣具有切除部分416,其補足插入式固定器412的另一終端段。當熱流計400被完全插入 到支撐結(jié)構(gòu)410的洞中時，段402A的切除部分和支撐結(jié)構(gòu)410形成窄槽，其與插入式固定 器412形狀互補。插入式固定器412可通過插入式固定器412與支撐結(jié)構(gòu)410之間的過盈 配合被設置并固定于窄槽內(nèi)。可選擇地，插入式固定器412可通過焊接或合適的粘合材料 被固定在合適位置。當完全被設置并固定于窄槽內(nèi)時，插入式固定器412連同不同尺寸的 段402A和402B防止熱流計400在洞413內(nèi)旋轉(zhuǎn)以及在洞413內(nèi)軸向移動。
[0042] 當熱流計400和插入式固定器412被完全插入并固定時，載體402的端面402C以 及插入式固定器412基本上與支撐結(jié)構(gòu)410的表面410A齊平。相似地，載體402的端面 402D基本上與支撐結(jié)構(gòu)410的表面410B齊平。
[0043] 依然可選擇地，熱流計400可借助于表面410A與410B之間的壓力差被固定于支 撐結(jié)構(gòu)410的孔413內(nèi)。例如，當表面410A附近的壓力高于表面410B附近的壓力時，熱流 計400可被配置于支撐結(jié)構(gòu)410中，使得具有更大徑向尺寸的端面402C面向高壓側(cè)定向。 另一方面，具有更小徑向尺寸的端面402D面向低壓側(cè)定向。因此，表面410A和410B之間 的壓力差防止熱流計400在洞412內(nèi)軸向移動。在此配置中，階狀物414和插入式固定器 可被忽略，并且熱流計400也可以其他方式通過過盈配合或粘合劑輔助固定。
[0044] 當熱流計400設置于支撐裝置410內(nèi)時，傳感器404A-C可沿載體402的軸向提供 溫度數(shù)據(jù)。如圖4B所示，傳感器404A提供支撐結(jié)構(gòu)410的表面410A附近的溫度數(shù)據(jù)，傳 感器404B提供支撐結(jié)構(gòu)410的表面410B附近的溫度數(shù)據(jù)，以及傳感器410C提供表面410A 和410B之間的中間部分的溫度數(shù)據(jù)。因此，所述溫度梯度和熱傳遞參數(shù)可基于通過傳感器 404A-C提供的溫度數(shù)據(jù)沿軸向被確定。雖然圖4A-圖4C中顯示載體402的段402A和402B 的剖面為圓柱形，但是其他形狀也是可以的。例如，段402A和/或402B可具有正方形或矩 形剖面。
[0045] 圖5顯示另一個已公開的示例性的熱流計500的透視圖，熱流計500包括圓錐形 載體502和多個傳感器504。具體而言，第一軸端或端面502A的徑向尺寸比第二軸端或端 面502B的徑向尺寸大。與熱流計400相似，當熱流計500設置于支撐結(jié)構(gòu)中時，端面502A 可面向高壓側(cè)定向，且端面502B可面向低壓端定向。所述高壓側(cè)和所述低壓側(cè)之間的壓力 差防止或輔助防止熱流計500在所述支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)軸向移動。熱流計500的其他方面通常對 應于熱流計400并且本領域的技術人員在研宄此實用新型后將會理解。
[0046] 根據(jù)其他實施例，溫度傳感器還可沿多個方向配置于載體內(nèi)，以便于沿多個方向 提供溫度數(shù)據(jù)。例如，圖6顯示已公開的示例性的熱流計600的透視圖，熱流計600包括立 方形載體602和多個傳感器604。立方形載體602的每個面具有基本設置于每個面的中心 處的空腔。傳感器604設置于對應的空腔內(nèi)并且通過與上述粘合材料110相同或相似的粘 合材料606固定。
[0047] 因為傳感器604多向分布在載體602中，當設置于支撐結(jié)構(gòu)中時，熱流計600可沿 多個方向提供溫度數(shù)據(jù)，例如，A-A、B-B和C-C方向。沿著每個方向，熱流計600可提供至少 三個溫度數(shù)據(jù)點。例如，在A-A方向上，面602A上的傳感器604提供面602A附近的溫度， 面602B上的傳感器604提供面602B附近的溫度，并且設置于其他四個面上的至少一個傳 感器604提供面602A和602B之間的中間部分的溫度。因此，A-A方向上的溫度梯度和熱 傳遞參數(shù)可基于這些溫度數(shù)據(jù)來確定。相似地，溫度數(shù)據(jù)和熱傳遞參數(shù)可沿其他方向測量。 熱流計600的其他方面與熱流計100-500的其他方面相同或相似，并且本領域的技術人員 在研宄此實用新型后將會理解。
[0048] 圖7描繪另一個已公開的示例性的熱流計700的透視圖，熱流計700包括立方形 載體702和設置于載體702的基本上各個角（S卩，頂點）處的多個傳感器704。具體而言，載 體702的每個角的尖端被切掉以提供用于固定對應的傳感器704的安裝區(qū)域。與熱流計 600相似，熱流計700可沿多個方向提供溫度數(shù)據(jù)。例如，熱流計700可用于沿立方形載體 702的邊緣，例如，A-A、B-B和C-C的方向測量溫度梯度。此外，熱流計700還可沿載體702 的每個面上的對角，例如，D-D方向，或沿載體702的不同面上的對角，例如，E-E方向，測量 溫度數(shù)據(jù)。熱流計700的其他方面與熱流計100-600的其他方面相同或相似，并且本領域 的技術人員在閱讀本實用新型后將會理解。
[0049] 圖8A和圖8B圖示說明另一個已公開的示例性的熱流計800,其包括球形載體802 和多個傳感器804。具有球形形狀的載體802包括在三個垂直方向，S卩，A-A、B-B和C-C方 向上形成的多個空腔808。此外，空腔808在三個方向上基本設置于載體802的大圓上并且 配置于兩極中。因此，每對空腔808基本靠近球形載體802的一對對應點設置。傳感器804 設置于空腔808內(nèi)并通過與上述空腔108和粘合材料110相同或相似的粘合材料固定。 [0050] 根據(jù)另一個實施例，如圖8B所描繪的，附加的傳感器809可基本嵌入并固定于載 體802的中心。例如，載體802可被制造成兩個單獨的半球體?？涨?08可在每個半球體 的中心形成以容納傳感器809。在所述半球體組合形成載體802之前，傳感器809設置于其 中一個空腔中。
[0051] 當設置于支撐結(jié)構(gòu)中時，熱流計800可沿至少三個方向，S卩，A-A、B_B，和C-C方向 提供溫度數(shù)據(jù)。在每個方向上，熱流計800可提供至少三個溫度數(shù)據(jù)點。例如，在A-A方向 上，溫度數(shù)據(jù)可通過沿A-A方向設置在載體802的表面上的傳感器804并且通過設置于載 體802的中心的傳感器809收集。熱流計800的其他方面與上述熱流計100-700的其他方 面相同或相似，并且本領域的技術人員在研宄此實用新型后將會理解。
[0052] 工業(yè)實用性
[0053] 在需要此類測量的情況下，上文所公開的熱流計100-800可以用于測量任何部件 中的溫度梯度或熱傳遞。例如，本文所公開的熱流計可以在渦輪發(fā)動機的部件中使用（圖 9A、圖9B、圖IOA和圖10B)。在一個實施例中，熱流計可安裝在渦輪發(fā)動機燃燒器上以測量 燃燒室壁的熱傳遞參數(shù)。圖9A和圖9B示出已公開的示例性的渦輪發(fā)動機燃燒器901，除 其他部件外，其包括大致對應于上文所公開的支撐結(jié)構(gòu)的圓柱形燃燒室壁906。多個熱流 計900，類似于上述那些熱流計（100-800 )，被設置在燃燒器壁906內(nèi)形成的空腔中。熱流計 900可以或可以不以相等的間隔設置。此外，熱流計900可沿燃燒器壁906的軸向（例如， A-A方向）和/或圍繞燃燒器壁906沿周向方向（例如，B-B方向）配置。因此，在發(fā)動機運 行過程中，熱流計900可用于在渦輪燃燒器壁906內(nèi)的各個位置測量熱傳遞參數(shù)，比如，溫 度梯度。
[0054] 圖10示出一種已公開的示例性的渦輪葉片1001的一部分和設置在渦輪葉片1001 的側(cè)壁1006內(nèi)的熱流計1000。渦輪葉片1001是中空結(jié)構(gòu)，其中，側(cè)壁1006具有外表面 1006A和內(nèi)表面1006B。熱流計1000可表現(xiàn)為上述任何熱流計（100-800)的形式，并設置 并固定在渦輪葉片1001的側(cè)壁上形成的洞或孔內(nèi)。在發(fā)動機運行期間，高壓和高溫氣體流 動到渦輪葉片1001上，從而驅(qū)動渦輪葉片1001和渦輪軸（未示出）旋轉(zhuǎn)。因此，渦輪葉片 1001的側(cè)壁的外表面1006A和內(nèi)表面1006B具有不同的溫度。熱流計1000被配置為提供 渦輪葉片1001的整個側(cè)壁的溫度變化以及提供溫度數(shù)據(jù)，用于確定側(cè)壁1006的熱傳遞參 數(shù)。
[0055] 圖11示出一種使用類似于上文所討論的傳感器（100-1000)的微型晶體溫度傳感 器來測量支撐結(jié)構(gòu)中的熱傳遞或熱流的方法1100。根據(jù)方法1100,在步驟1102中，多個傳 感器被設置在載體中以形成熱流計。所述載體可對應于圖IA-圖IOB中所示的載體。傳感 器可被放置于在載體的外表面，比如，頂面或側(cè)壁上形成的空腔中?？蛇x擇地或另外地，傳 感器也可放置于在載體內(nèi)部形成的空腔中。傳感器通過粘合材料固定在空腔內(nèi)。當完全設 置在所述外表面上時，傳感器與外表面基本齊平。
[0056] 在步驟1104中，在步驟1102中形成的熱流計被設置在支撐結(jié)構(gòu)中。所述支撐結(jié) 構(gòu)可以是機械系統(tǒng)的任何部件，比如，渦輪發(fā)動機或內(nèi)燃機，其中，溫度參數(shù)是所關注的。在 將熱流計設置在支撐結(jié)構(gòu)中時，空腔或洞在其上形成。熱流計可被放置到空腔或洞中，并通 過過盈配合固定。可選擇地，熱流計可通過圖4B和圖4C中所描繪的插入件固定。仍然可 選擇地，熱流計可通過填充在所述支撐結(jié)構(gòu)的空腔或洞中的粘合材料固定。
[0057] 此外，當設置在所述支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)時，熱流計被定向成使得傳感器沿待測量的熱傳 遞的方向放置。例如，熱流計可被放置在圖9A和圖9B中所描繪的燃燒室的側(cè)壁中，熱流計 被定向成使得至少一個傳感器鄰近側(cè)壁的外表面放置，且至少一個其他傳感器鄰近側(cè)壁的 的內(nèi)表面放置。同樣地，對于圖IOA中所描繪的渦輪葉片，熱流計被定向成使得至少一個傳 感器鄰近葉片的外表面放置，且至少一個其他傳感器鄰近葉片的內(nèi)表面放置。
[0058] 在步驟1106中，機械系統(tǒng)或裝置被操作，以便使支撐結(jié)構(gòu)和設置在其上的熱流計 處于操作條件下。在所述操作條件下，溫度梯度在支撐結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生。例如，圖9A和圖9B中 所描繪的燃燒室的側(cè)壁的外表面和內(nèi)表面在運行過程中可具有不同的溫度。同樣地，圖IOA 中所描繪的渦輪葉片的整個側(cè)壁上也可產(chǎn)生溫度梯度。
[0059] 在步驟1108中，晶體溫度傳感器產(chǎn)生的信號由信號檢測器接收。如上文所討論 的，晶體溫度傳感器根據(jù)由傳感器感測到的溫度發(fā)射電磁輻射。電磁輻射的強度指示感測 到的溫度。信號檢測器可捕獲由熱流計的各個傳感器產(chǎn)生的電磁輻射并將輻射信號轉(zhuǎn)換為 溫度測量值。因此，各個傳感器感測到的溫度可基于由檢測器提供的測量值來確定。
[0060] 根據(jù)又一個實施例，在溫度傳感器從熱流計中移除之后，溫度信號可從溫度傳感 器收集。具體而言，在所述支撐結(jié)構(gòu)達到其操作條件后，熱流計從支撐結(jié)構(gòu)中移除。然后， 熱流計的傳感器從載體中移除，例如，通過應用上述水基溶劑。由于溫度傳感器能在從所述 支撐結(jié)構(gòu)中移除后保留溫度信息，溫度信息可由傳感器通過使用遠程檢測器來收集，即使 在熱流計從支撐結(jié)構(gòu)中移除后也是如此。根據(jù)另一個實施例，由各個傳感器提供的溫度信 號可以是特定時間的瞬時溫度、某個時間間隔內(nèi)的最大或最小溫度，或時間間隔內(nèi)的平均 溫度。
[0061] 在步驟1110中，整個支撐結(jié)構(gòu)上的溫度梯度和熱流基于各個傳感器測得的溫度 參數(shù)來確定。例如，熱流可根據(jù)下面的公式來確定：
[0062]

【權利要求】
1. 一種用于測量支撐結(jié)構(gòu)（106)的溫度參數(shù)的熱流計（100)，其特征在于，包含： 載體（102)，包括至少一個接收部（108);以及 多個溫度傳感器（1〇4Α，104Β)，設置于所述至少一個接收部內(nèi)且通過粘合介質(zhì)（110) 固定于所述接收部，所述溫度傳感器沿所述載體的至少一個方向分布且被配置成通過與各 個所述溫度傳感器經(jīng)受的溫度對應的微觀結(jié)構(gòu)變化來測量和記錄溫度信息； 所述至少一個接收部包括在載體的兩端設置于載體的表面內(nèi)的兩個接收部，且所述溫 度傳感器和粘合介質(zhì)與載體的各個表面形成齊平表面。2. 如權利要求1所述的熱流計，其特征在于，進一步包括基本上設置在載體的兩端之 間的載體的中間部分中的所述多個溫度傳感器中的一個。3. 如權利要求1所述的熱流計，其特征在于，載體具有圓柱體形狀。4. 如權利要求1所述的熱流計，其特征在于： 載體具有立方體形狀；且 所述溫度傳感器基本上靠近載體的各個頂點設置。5. 如權利要求1所述的熱流計，其特征在于： 載體具有球形； 所述溫度傳感器中的至少一個基本上設置在載體的中心；且 所述溫度傳感器中的至少兩個基本上設置在載體的兩極。6. 如權利要求1所述的熱流計，其特征在于： 載體具有包括串聯(lián)連接在一起的第一圓柱形部分和第二圓柱形部分的塞子形；且 第一圓柱形部分的徑向尺寸大于第二圓柱形部分的徑向尺寸。7. 如權利要求1所述的熱流計，其特征在于： 所述溫度傳感器包括至少一個頂TK晶體傳感器，所述溫度傳感器被配置成記錄所述 溫度傳感器所經(jīng)受的最大溫度，且通過發(fā)射電磁信號將最大溫度無線傳輸至檢測器； 載體由金屬或金屬合金制成。8. -種通過燃氣渦輪發(fā)動機的支撐結(jié)構(gòu)（106)測量熱流的系統(tǒng)，其特征在于，包含： 空腔，在所述燃氣渦輪發(fā)動機的支撐結(jié)構(gòu)的表面上形成；以及如權利要求1至7中任一 項所述的熱流計（100)，所述熱流計（100)設置于所述空腔內(nèi)。
【文檔編號】G01K3-04GK204269242SQ201390000234
【發(fā)明者】金永元, L·O·阿雷拉諾 [申請人]索拉透平公司