专利名称：仪器耙组件的制作方法
技术领域：
本文中公开的主题大体涉及高温仪器组件，并且更具体而言，涉及由加工的陶瓷材料构成的探针固定耙(rake)结构，用于获得燃气涡轮发动机等中的高温环境中的测量。
背景技术：
仪器祀组件(instrumentation rake assembly)在诸如润轮发动机内的许多应用中用于测量温度和压力。典型地，仪器耙构造并定位成横贯所关心的区域，并且该区域可能处于非常严苛的环境中，诸如在燃烧器的出口处或发动机内的另一位置。为了横贯所关心的区域，仪器耙组件可以包括在沿着耙的不同距离处布置的一些探针。在探针意图测量温度的情况下，探针可以包括由在一端联结的两个不同金属构成的热电偶。热电偶的不同金属产生随温度变化的电压，并且电压的分析能够用于确定感知 的温度。在探针意图感知压力的情况下，探针可以包括诸如管的装置，以使来自感知区域的气体能够作用于应变计或者其它器械上，由此，器械可以产生表示感知压力的信号。在两种情况下，用于将信号传输到它能够被记录且/或分析的位置的装置是必需的。在信号是电压的情况下，导体是传输电压所必需的。在信号是加压气体的体积的情况下，需要管或其它结构，以使加压气体(或另一中间流体)能够作用于应变计上。因此，仪器耙组件不仅用于将一些探针定位在将被感知的环境内的期望的位置，而且还提供了用于将由探针产生的信号携带到所感知的环境之外的一个或更多位置的装置。通常期望减小仪器耙组件对意图被感知的环境的影响，同时也需要耙组件经受该环境。如果该环境是非常热的，诸如在燃气涡轮中的燃烧器或涡轮的尾流中，那么耙组件必须能够经受非常高的热量。如果该环境伴随它的极端的振动、高的冲击力以及周期振动，那么耙组件也必须能够经受那些挑战。另外，耙组件可能失效，不仅导致所寄存的仪器的损失，而且还对下游构件导致了可能的损坏。改进仪器耙组件在高温环境中的耐久性的先前尝试已经采用了冷却技术。不幸的是，为了便于耙组件的冷却，在组件内需要冷却通路，从而增加了耙组件的尺寸和复杂性以及它对感知环境的扰动。此外，在燃气涡轮发动机中，冷却高压环境中(例如燃烧器或涡轮的尾流中)的耙组件所需的加压气流能够高度依赖于发动机的热效率或功率输出能力。由此，期望有能够使仪器能够经受增加的温度和振动且减少冷却而不失效的仪器耙组件。

发明内容
根据本发明的一个方面，仪器耙组件包括具有基底端和浸入端的耙塔，该耙塔在浸入端被覆盖并且在基底端匹配至导线(lead)携带器。根据本发明，耙塔包括沿着纵向轴线定向并且支撑多个探针固定器的弯曲壁。弯曲壁具有内表面，其限定了用于将仪器从探针固定器携带到导线携带器的内部通道。根据本发明的另一方面，仪器耙组件包括多个耙塔，各自具有基底端和浸入端，并且各个耙塔在其浸入端联接到一个或更多其它耙塔。根据该方面，各个耙塔在该耙塔的基底端匹配至导线携带器，并且各个耙塔包括沿着相应的纵向轴线定向并支撑多个探针固定器的弯曲壁，其中，各个耙塔的弯曲壁限定了用于将仪器从多个探针固定器携带到导线携带器的内部通道。因此，本发明提供了能够使仪器能够经受增加的温度和振动且减少冷却而不失效的仪器耙组件。
根据下面结合了附图的描述，这些和其它的优点及特征将变得更加显而易见。


作为说明书的结论，在权利要求中特别地指出并明确地主张了视为本发明的主题。根据下面结合了附图的详细描述，本发明的前述和其它的特征及优点是显而易见的，在附图中
图I是如本文中描述的示例性祀塔(rake tower)的等距 图2是如本文中描述的示例性耙塔和互补仪器元件的等距 图3是如本文中描述的示例性耙塔和互补导线携带器的等距 图4是显示了与互补导线携带器匹配的耙塔和未匹配的互补保持器扣环(clasp)的示例性耙组件的等距 图5是显示了与互补导线携带器和保持器扣环匹配的耙塔的示例性耙组件的等距图，并且耙塔中的纵长间隙包含填充件；以及
图6是显示了与互补导线携带器和保持器扣环匹配的带有仪器的耙塔的示例性耙组件的等距图。详细的描述参考附图以示例的方式解释了本发明的实施例，连同优点和特征。构件列表
100 耙组件
110 互补仪器元件 112 安装的探针 114 仪器导线
120耙塔
121仪器侧
122纵长间隙
123纵向轴线
124内部通道
125壁
126填充件
127进入侧
128穹形盖
130 仪器探针固定器 132 密封容器 140 基底端150保持器区段
152保持器凹槽
154保持器肩部
160导线携带器
162携带器锁定区段
164携带器凹槽
166表面
168携带器唇部 170保持器扣环
172填充件
174凹槽填充件
176结合表面
181外表面
182内表面。
具体实施例方式现在参考图，在图中，相似的标号在若干图中始终指代相似的元件，图I显示了如本文中描述的示例性耙塔120。在使用中，耙塔120延伸到燃气涡轮发动机的流动路径中，用于测量关心的气体参数，例如在诸如靠近通道的中间和/或靠近流动路径的壁的位置中的温度或压力。耙塔120包括壁125，其带有密封圆筒形壁125的浸入端的穹形盖128，并且带有保持敞开及开盖的相反的基底端140。壁125具有外表面181和内表面182，并且壁125弯曲使得内表面182限定了沿着纵向轴线123定向的内部通道124。虽然壁125的横截面形状在图I中描绘为是圆形的，使得壁125在形状上是圆筒形的，但是应当意识到，其它的修长或偏心的横截面形状，例如椭圆形或泪珠形，是可能的，并且在要考虑壁125的外表面181与流动流的相互作用的某些应用中可能是期望的。示例性的考虑因素包括由浸入的耙组件引起的对流动流的扰动、冲击浸入的耙组件的气动阻力、热传递影响、腐蚀、机械扰动、耙组件的结构强度以及流动路径的阻塞。在这样的情况下，横截面的伸长可以随流动流定向或者在其它方向上定向，如设计考虑因素可能要求的那样。在示例性实施例中，壁125的浸入端延伸横过整个流动路径，使得耙塔120不包括穹形盖128，而是取而代之，联接到从流动路径的相反的壁延伸的另一耙塔。壁125支撑着沿着壁125的仪器侧121分布的多个(例如，三个)仪器探针固定器130。内部通道124便于携带来自容纳于仪器探针固定器130内的仪器探针的仪器导线。仪器探针固定器130构造成容纳单独的探针，以便为单独的探针提供结构支撑和保护，从而使它们能够存活于高温区域中而无需冷却。因此，各个探针固定器限定了用于接收仪器探针的容器。各个探针固定器130可以包括罩状入口(例如，如在kiel探针中那样)，以减小对容器相对于流动路径中的流的方向的定向的改变的敏感性。仪器探针固定器130还构造并且定形成以便与安装的探针112配合，以密封容器132，从而减小所感知的环境到内部通道124中的渗透。在该实施例中，仪器探针固定器130全部沿着耙塔120的仪器侧121平行地定向，垂直于纵向轴线123。然而，应当懂得，仪器探针固定器130可以根据将被感知的并且耙塔120将要浸入的区域的特性而在各种定向上分布。耙塔120的圆筒形壁125限定了纵长间隙122，其大致平行于纵向轴线123定向，并且沿着耙塔120的进入侧127从盖128延伸到基底端140。进入侧127大致与仪器侧121相反，使得纵长间隙122定位成提供到内部通道124和通过内部通道124到仪器探针固定器130的进入。如根据剩余图将变得显然的，纵长间隙122和内部通道124便于仪器(包括探针和导线)组装进耙塔120中。如图I所示，在示例性实施例中，耙塔120还包括保持器区段，其包括用于与配合器械匹配的保持器凹槽152和保持器肩部154。耙塔120由适合于它在其中被操作的环境的材料构成。为了经受浸入燃气涡轮发动机的气体路径中，使耙塔120适于经受高温(B卩，大约2000° F和大约3600° F之间的温度)和高速(即，大约O. 3和O. 95之间的马赫数)气体流。因此，耙塔120由能够经受高温而不氧化或失去结构完整性或者腐蚀的材料构成。耙塔120可以由导电的材料构成。为 了安装进燃气涡轮发动机的最高温度区域中并在其内操作，耙塔120可以由诸如二硼化钛的陶瓷材料或者提供相对高的熔点、强度、硬度和抗氧化性的另一材料构成。二硼化钛是非常硬的陶瓷材料，其由钛和硼构成，并且具有优异的抗机械腐蚀性。二硼化钛也是导电的，提供了仪器导线的电磁屏蔽和耙塔120的电气接地。耙塔120可以形成为单一件或者从更大的单一件材料加工。另外，耙塔120定形为带有平滑的边缘和拐角，以减少对流动路径的扰动，并且减少总压力的损失和能够不利地影响下游构件的性能的紊流或尾流的形成。如能够在描绘了如本文中描述的示例性耙塔120和互补仪器元件110的图2中见到的，纵长间隙122便于仪器元件110 (包括它的安装的探针112和仪器导线114)组装到耙塔120中。在组装好后，安装的探针112套入或埋入仪器探针固定器130内，并且仪器导线114在内部通道124内通过，持续到与耙塔120的保持器区段150相邻的敞开基底端140之外。为了帮助组装，仪器元件110可以事先弯曲，以便容易通过纵长间隙122被插入，安装的探针112套入由仪器探针固定器130限定的容器132内。安装的探针112可以从仪器探针固定器130突出，以便暴露于其温度将被测量的气体。安装的探针112可以是高温热电偶或者诸如Pitot探针的压力感知元件。如图3所示，与耙塔120互补的导线携带器160提供了用于携带和保护仪器导线114离开耙塔120到达某一位置的装置，在该位置，由仪器导线114携带的信号能够被记录且/或分析且/或传达到控制器。导线携带器160包括与耙塔120的保持器区段150互补的携带器锁定区段162。在这种情况下，携带器锁定区段162限定了携带器凹槽164，其与耙塔120的保持器肩部154配合，以便当恰当地匹配时联结导线携带器160与耙塔120。携带器锁定区段162还包括携带器唇部168，其与保持器凹槽152配合，以改进未冷却或较少冷却的仪器耙组件100的密封和结构完整性。应当注意到，在仪器元件110被安装至耙塔120中之后，并且在导线携带器160与耙塔120在基底端140处匹配之前，仪器导线114可以通过导线携带器160供给。图4显示了处于接近完全组装状态的示例性的未冷却仪器耙组件100，其中，耙塔120与互补导线携带器160匹配并且准备接收互补保持器扣环170。如图4所示，保持器扣环170包括填充件172，以与耙塔120的纵长间隙122配合。类似地，保持器扣环170具有凹槽填充件174，以与耙塔120的保持器凹槽152配合。保持器扣环170的结合表面176构造成与导线携帯器160的表面166配合。保持器扣环170和导线携帯器160两者均可以由金属或者适合于例如通过焊接而彼此结合的另ー材料构成。在组装期间，利用暂时性环氧树脂或其它粘合剂将保持器扣环170固定在适当位置可能是有帮助的。如图5所示，示例性的未冷却仪器耙组件100包括与互补导线携帯器160和保持器扣环170匹配的耙塔120。因此，耙塔120和导线携带器160由保持器扣环170保持在一起。在该实施例中，保持器扣环170是金属并且焊接到导线携帯器160。填充件126密封纵长间隙122。因为耙塔将浸入所感知的环境中，所以填充件126应当表现出适于该环境的性质。例如，填充件126可以是高温陶瓷灌封件(potting)。图6显示了完全组装的未冷却仪器耙组件100，其包括与互补导线携帯器160和保持器扣环170匹配的耙塔120。如图6所示，仪器探针固定器130包含安装的探针112，其可以包括k型或b型热电偶。
虽然已经结合仅仅有限数量的实施例详细地描述了本发明，但是应当容易懂得，本发明不限于这样的公开的实施例。而是，能够修改本发明，以合并迄今未描述但是与本发明的精神和范围相称的任何数量的变型、变更、替代或者等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当懂得，本发明的方面可以仅仅包括所述实施例中的ー些。因此，本发明不被视为由前述描述限制，而是仅仅由所附的权利要求的范围限制。
权利要求
1.一种仪器耙组件(100)，包括 耙塔(120)，其具有基底端(140)和浸入端，所述耙塔(120)在所述浸入端被覆盖并且在所述基底端(140)匹配至导线携带器(160)， 所述耙塔(120)包括沿着纵向轴线(123)定向并支撑多个探针固定器(130)的弯曲壁(125)， 所述弯曲壁(125)具有内表面(182)，其限定了用于将仪器从所述多个探针固定器(130)携带到所述导线携带器(160)的内部通道(124)。
2.根据权利要求I所述的仪器耙组件(100)，其特征在于，所述耙塔(120)包括陶瓷材料。
3.根据权利要求I所述的仪器耙组件(100)，其特征在于，所述耙塔(120)包括二硼化钛。
4.根据权利要求I所述的仪器耙组件(100)，其特征在于，所述耙塔(120)在所述浸入端由穹形盖(128)覆盖。
5.根据权利要求I所述的仪器耙组件(100)，其特征在于，所述多个探针固定器(130)包括罩状入口。
6.根据权利要求I所述的仪器耙组件(100)，其特征在于，所述弯曲壁(125)限定了纵长间隙(122)，其沿着所述耙塔(120)的进入侧(127)定位并且平行于所述纵向轴线(123)定向。
7.根据权利要求6所述的仪器耙组件(100)，其特征在于，所述纵长间隙(122)包含陶瓷填充件(126)。
8.根据权利要求I所述的仪器耙组件(100)，其特征在于，所述耙塔(120)和所述导线携带器(160)由扣环(170)保持在一起。
9.根据权利要求8所述的仪器耙组件(100)，其特征在于，所述扣环(170)是金属，并且焊接到所述导线携带器(160)。
10.根据权利要求I所述的仪器耙组件(100)，其特征在于，所述多个探针固定器(130)中的每一个探针固定器(130)限定了用于接收仪器探针(130)的容器(132)。
全文摘要
本发明提供了一种仪器耙组件，包括在浸入端被覆盖并且在基底端匹配到导线携带器的耙塔。耙塔包括沿着纵向轴线定向并支撑多个探针固定器的弯曲壁。弯曲壁具有内表面，其限定了用于将仪器从探针固定器携带到导线携带器的内部通道。另一方面，一种仪器耙组件包括多个耙塔，各自具有基底端和浸入端，并且各个耙塔在其浸入端联接到一个或更多其它耙塔。
文档编号G01D11/00GK102809389SQ201210147259
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月14日 优先权日2011年5月13日
发明者Z.J.斯奈德, S.皮埃尔, K.K.施莱夫 申请人:通用电气公司