本文公開的主題的實施例對應(yīng)于用于聯(lián)接負(fù)載測量的方法及裝置，具體但不限于渦輪領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在機(jī)械領(lǐng)域中，當(dāng)設(shè)備的兩個旋轉(zhuǎn)軸(驅(qū)動和從動)相互聯(lián)接時，需要補(bǔ)償兩者的相對位移，以便避免設(shè)備自身的破壞。

在一個(或兩個)驅(qū)動軸(或以其整體的驅(qū)動/從動機(jī)器)經(jīng)歷可引起一個軸的熱膨脹的可變(高)工作溫度而導(dǎo)致在聯(lián)接件的驅(qū)動軸和從動軸之間的相應(yīng)空間位移時，該需求進(jìn)一步顯著。

具體而言，如可理解那樣，該需求在燃?xì)鉁u輪領(lǐng)域中特別顯著，其中正常情形是將渦輪軸聯(lián)接到變速箱或一個(或多個)壓縮機(jī)上。

為了連接渦輪驅(qū)動軸和變速箱或壓縮機(jī)從動軸，本領(lǐng)域中已知的是使用帶柔性元件的柔性聯(lián)接件。

具體而言，此柔性聯(lián)接元件連接兩個旋轉(zhuǎn)軸(驅(qū)動和從動)，以便將轉(zhuǎn)矩從一個傳遞到另一個，來補(bǔ)償不同類型的失準(zhǔn)(徑向或角向或兩者)和補(bǔ)償軸的軸向位移，以便任一者都不施加過大的推力至另一個。

每個柔性聯(lián)接元件均包括介于平行于彼此的第一與第二凸緣之間的一個或多個柔性元件：轉(zhuǎn)矩由聯(lián)接轂傳遞至柔性元件，其分別拴至間隔物，由此補(bǔ)償兩個軸的失準(zhǔn)。

由于柔性聯(lián)接元件的使用，因此減小作用于兩個軸上的力。

除了這些聯(lián)接柔性元件的使用之外，在燃?xì)鉁u輪領(lǐng)域中，已經(jīng)開發(fā)出了用于控制在兩個軸之間傳遞的轉(zhuǎn)矩的方法；在us7,784,364和us2012/0234107中描述了能夠測量轉(zhuǎn)矩的裝置的實例。

盡管使用柔性聯(lián)接元件和轉(zhuǎn)矩測量，但仍可在過大負(fù)載的情況下發(fā)生對從動軸的止推軸承的磨損和最終破壞。

因此，存在測量在從動軸上(且相反在驅(qū)動軸上)的負(fù)載的普遍需要，以便能夠作用于聯(lián)接件上或渦輪上或變速箱或壓縮機(jī)上來減小對止推軸承的磨損和破壞。

附加的問題在于提供一種能夠以較大準(zhǔn)確性執(zhí)行此負(fù)載測量的方法和裝置。

另一個附加問題在于提供一種在不干涉聯(lián)接的設(shè)備(例如，渦輪/壓縮機(jī))的情況下能夠執(zhí)行此負(fù)載測量的方法和裝置。

又一個附加問題在于提供一種在已經(jīng)安裝的設(shè)備(例如，渦輪/壓縮機(jī))中在不需要較大改變安裝的設(shè)備的情況下能夠執(zhí)行此負(fù)載測量方法及裝置。

另一個問題在于提供一種負(fù)載測量，其對于由工作軸達(dá)到的相對高溫引起的熱膨脹不敏感或有限敏感。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，存在對于用于聯(lián)接負(fù)載測量的改進(jìn)的方法和裝置的普遍需要，以便清楚地識別出現(xiàn)在渦輪/使用者聯(lián)接件的驅(qū)動/從動軸上的負(fù)載。

重要的構(gòu)想在于通過將聯(lián)接柔性元件的至少部分用作測量裝置的部分來測量借助于至少一個聯(lián)接柔性元件連接的第一驅(qū)動軸和第二從動軸之間的軸向負(fù)載：此軸向負(fù)載是止推軸承磨損和破壞的主要原因，因為其為驅(qū)動軸(例如，渦輪軸)與從動軸(即，使用者軸，例如，示例性變速箱軸或壓縮機(jī)軸)之間的軸向位移的結(jié)果。

在此背景下，另一個重要構(gòu)想在于以無接觸方式執(zhí)行此軸向負(fù)載測量，以便避免干涉旋轉(zhuǎn)軸或干涉聯(lián)接柔性元件。

本文公開的主題的第一實施例對應(yīng)于用于測量在借助于轂連接的第一驅(qū)動軸與第二從動軸之間的負(fù)載的聯(lián)接負(fù)載測量方法，該轂借助于聯(lián)接到所述轂和所述第一軸和/或所述第二軸上的至少一個柔性聯(lián)接元件來與第一軸且與第二軸聯(lián)接，其中，該方法包括(至少在軸的運行期間)測量關(guān)于轂的第一凸緣與柔性聯(lián)接元件的第二凸緣之間的基準(zhǔn)距離的距離變化的測量步驟，以及使用所述測量的距離變化用于計算所述負(fù)載的步驟。

本文公開的主題的第二實施例對應(yīng)于用于測量在借助于轂連接的第一驅(qū)動軸與第二從動軸之間的負(fù)載的聯(lián)接負(fù)載測量裝置，該轂借助于聯(lián)接到所述轂且聯(lián)接到所述第一軸和/或到所述第二軸的至少一個柔性聯(lián)接元件來與第一軸且與第二軸聯(lián)接，所述柔性聯(lián)接元件包括至少一個彈性元件，優(yōu)選多個壓緊的彈性盤，所述柔性聯(lián)接元件的所述彈性元件與轂和第一或第二軸之間的一個的聯(lián)接，用來在兩者之間傳遞轉(zhuǎn)矩，其中，該裝置包括轂的第一凸緣；和所述柔性聯(lián)接元件的第二凸緣，所述第二凸緣與所述彈性元件聯(lián)接；以及用于測量關(guān)于在所述第一與第二凸緣之間的基準(zhǔn)距離的距離變化的至少一個測量站。

以此方式，有可能通過使用作為測量裝置的一部分的至少一個柔性聯(lián)接元件來測量在聯(lián)接的第一和第二軸上的軸向負(fù)載；一旦已經(jīng)測量了兩個凸緣之間的距離，則將有可能測量作用于軸上的軸向力(負(fù)載)；具體而言，在軸之間的聯(lián)接件(聯(lián)接件包括第一和第二柔性聯(lián)接元件和連接轂)具有彈簧系統(tǒng)的特征的假設(shè)下，則將有可能以很簡單的算術(shù)關(guān)系(胡克定律)來確定或測量作用于軸上的軸向負(fù)載。

附圖說明

并入本文中且構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的示例性實施例，且連同詳細(xì)的說明闡釋了這些實施例。在附圖中：

圖1示出了聯(lián)接負(fù)載測量裝置的示例性實施例的側(cè)截面；

圖2示出了圖1中的聯(lián)接負(fù)載測量裝置的前截面；

圖3至6示出了圖1和2中的負(fù)載測量裝置的測量站的不同截面；以及

圖7和8示出了用于設(shè)有熱電偶的前圖的測量站的支承物的前視圖。

具體實施方式

示例性實施例的以下描述參考附圖。

以下描述不限制本發(fā)明。作為替代，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。

說明書各處提到的"一個實施例"或"實施例"意思是與實施例有關(guān)所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特點包括在公開主題的至少一個實施例中。因此，說明書各處的各種位置出現(xiàn)的短語"在一個實施例中"或"在實施例中"不必然指相同實施例。此外，特定特征、結(jié)構(gòu)或特點可在一個或多個實施例中以任何適合的方式組合。

聯(lián)接負(fù)載測量裝置的一個實施例在圖1-8中示出，且作為整體以100來引用。

聯(lián)接負(fù)載測量裝置100用于測量在第一驅(qū)動軸1與第二從動軸2之間的負(fù)載。

例如，驅(qū)動軸1是渦輪軸，而從動軸2是變速箱或壓縮機(jī)軸。

兩個軸1,2借助于與第一軸1且與第二軸2聯(lián)接的轂3連接。

轂可取決于特定安裝而具有不同形狀；例如如附圖的示例性實施例中那樣，轂可具有大致管形。

在第一軸1和/或第二軸2之間的聯(lián)接件包括至少一個柔性聯(lián)接元件。

此柔性聯(lián)接元件5,6將轉(zhuǎn)矩從一個軸1傳遞至另一個軸2，且同時補(bǔ)償不同類型的失準(zhǔn)(徑向或角向或兩者)，且還補(bǔ)償軸的軸向位移；柔性聯(lián)接元件5,6是本領(lǐng)域中公知的，且這里在下文中僅給出簡要描述。

在附圖的示例性的實施例中，示出了兩個柔性聯(lián)接元件5,6，一個柔性聯(lián)接元件5聯(lián)接至轂3和驅(qū)動軸1，且第二柔性聯(lián)接元件5聯(lián)接至轂3和從動軸2。

必須理解的是，在其它實施例中，僅提供了一個柔性聯(lián)接元件5或6：在此情況下，兩個軸中的一個(1或2)與轂直接地聯(lián)接，而另一個軸(2或1)借助于一個柔性聯(lián)接元件5或6與轂聯(lián)接。

在示例性實施例中，每個柔性聯(lián)接元件5,6包括與轂3和第一或第二軸1,2之間的一個聯(lián)接的至少一個彈性元件52,62，用于在操作期間在兩個軸之間傳遞轉(zhuǎn)矩。

優(yōu)選地，所述彈性元件52,62包括多個壓緊彈性盤，其在壓緊盤的中心和外周區(qū)域處與轂和軸聯(lián)接，以便壓緊盤可彈性地補(bǔ)償由于不同原因(例如，熱生長)引起的在轂與軸之間的相互的失準(zhǔn)(reciprocalmisalignment)。

根據(jù)示例性實施例，裝置100還包括轂3的第一凸緣31，以及所述柔性聯(lián)接元件6的第二凸緣61。

必須注意的是，在該實施例中，第二凸緣61是使轂3與從動軸2連接的柔性聯(lián)接元件6的凸緣，但在其它實施例中(未示出)，第二凸緣是使轂3與驅(qū)動軸1連接的柔性聯(lián)接元件5的凸緣51。

然而，如果第一軸是渦輪軸，使用使轂3與從動軸2連接的柔性聯(lián)接元件6的第二凸緣61具有關(guān)于減小熱應(yīng)力的一些優(yōu)點。

所述第二凸緣51,61與所述彈性元件52,62聯(lián)接，以便與后者大致一起移動。

裝置100還包括至少一個測量站7',7''，用于測量關(guān)于所述第一和第二凸緣之間的基準(zhǔn)距離的距離變化。

在示例性實施例中，出于以下闡述的原因示出了所述測量站7',7''中的兩個；必須理解的是，可僅提供一個測量站7',7''。

在示例性實施例中，測量站7'和/或7''包括用于測量關(guān)于在第一和第二凸緣之間的基準(zhǔn)距離的距離變化的至少一個傳感器，優(yōu)選渦流傳感器。

基準(zhǔn)距離是在軸的非運行狀態(tài)中(在其轉(zhuǎn)速大約為零時)在第一和第二凸緣之間的測量的距離。

在示例性實施例中，如在圖3-5中所示，各個測量站7',7''包括分別具有一個測量末梢73,74的至少兩個傳感器71,72；各個傳感器71,72的各個測量末梢73,74面對在第一凸緣31和第二凸緣61之間的一個，以便測量在各個測量末梢與相關(guān)的第一凸緣31或第二凸緣61之間的距離，且具體地測量關(guān)于所述基準(zhǔn)距離的距離變化。

傳感器安裝在支承物9上，以便測量關(guān)于在平行于軸的旋轉(zhuǎn)軸線38的方向上的基準(zhǔn)距離的距離變化或距離。

優(yōu)選地，所述傳感器是無接觸類型，例如，光學(xué)的(例如，激光)或類似的，還更優(yōu)選地，那些傳感器為渦流類型；渦流傳感器是在本領(lǐng)域中公知的，且將不會在此詳細(xì)描述。

優(yōu)選地，如示例性實施例中那樣，設(shè)置兩個測量站7',7''；還更優(yōu)選地，所述兩個測量站7',7''中的各個位于所述第一凸緣31和第二凸緣61的對應(yīng)的測量區(qū)域處。

優(yōu)選地，所述兩個測量站7',7''位于所述轂3的相對側(cè)上，還更優(yōu)選地相對于所述轂3的中心旋轉(zhuǎn)軸線38處于彼此成180°，這可在圖2中清楚看到。

該特定實施例具有的額外的優(yōu)點，允許在聯(lián)接件的兩個不同區(qū)域中測量，且補(bǔ)償由兩個站7',7''進(jìn)行的不同測量：此補(bǔ)償可由兩次測量之間的平均值執(zhí)行。

在示例性實施例中，如在圖3-5中所示，測量站7',7''還包括用于支承所述至少一個傳感器71,72或兩個傳感器71,72(當(dāng)如在附圖的優(yōu)選實施例中那樣設(shè)置兩個傳感器時)的支承物9；傳感器71,72安裝到支承物9上，以便它們中的一個面對第一凸緣，且另一者面對第二凸緣。

支承物9可固定在地面上或包括驅(qū)動軸或從動軸中的至少一個或轂的設(shè)備的殼體上。

優(yōu)選地，支承物9以低熱生長系數(shù)的材料制成。

在示例性實施例中，如在圖3-5中所示，測量站7',7''還包括用于冷卻所述支承物9和/或所述至少一個傳感器71,72的冷卻裝置，以便減小傳感器或支承物的熱膨脹引起的測量誤差。

在所示優(yōu)選實施例中，冷卻裝置包括至少一個空氣導(dǎo)管11,12，用于發(fā)送空氣流到所述支承物9上和/或所述至少一個傳感器71,72上。

空氣導(dǎo)管11,12在其轉(zhuǎn)向上可操作地連接至冷卻空氣源，如，冷卻空氣管路、壓縮空氣源或類似的(未示出)。

必須注意的是，備選地，冷卻裝置可利用不同于空氣的流體運行，例如，用于冷卻傳感器71,72和/或支承物的液體冷卻。

此外，在未示出的其它實施例中，可設(shè)置有用于清潔測量表面或區(qū)域的清潔裝置，以便具有更好的測量結(jié)果；那些清潔裝置在傳感器是替代渦流傳感器的光學(xué)傳感器(例如，激光傳感器)時特別有用。

在此情況下，為了減小測量誤差，特別有用的是保持測量區(qū)域清潔而沒有灰塵；這可通過使用清潔裝置獲得(例如，朝那些區(qū)域引導(dǎo)的空氣流)。

在特定實施例中，清潔裝置被包括在已經(jīng)描述的冷卻裝置中：這可通過不但朝傳感器或支承物而且朝凸緣供應(yīng)空氣流來獲得。

由于支承物或傳感器的熱膨脹或生長可引起測量上的誤差，所以為了限制所述測量誤差，優(yōu)選地為各個傳感器提供至少一個溫度傳感器是重要的(如在圖7,8中所示)。

還更優(yōu)選地，參看上圖，且為了提供非常準(zhǔn)確的測量，設(shè)置用于各個傳感器71,72的一對溫度傳感器15,16;17,18。

如在圖7和8中所示，溫度傳感器15,16;17,18中的各對在相關(guān)的傳感器71,72的相對側(cè)上，優(yōu)選在在支承物9上固定的且圍繞各個傳感器的外周的主體延伸的支承環(huán)結(jié)構(gòu)上。

現(xiàn)在參看本文公開的聯(lián)接負(fù)載測量方法，必須要說，其可借助于上文公開的裝置100來使用。

所述方法提供用于測量在第一驅(qū)動軸1和第二從動軸2之間的負(fù)載，尤其測量在那些軸1,2之間的軸向負(fù)載。

上文提到的方法至少包括以下步驟：測量關(guān)于轂31的第一凸緣和柔性聯(lián)接元件5,6的第二凸緣61之間的基準(zhǔn)距離的距離變化；該距離變化在當(dāng)兩個軸1,2旋轉(zhuǎn)運行時的運行狀態(tài)中測量。

該方法還包括使用所述測量的距離變化用于計算所述負(fù)載的步驟。

尤其，所述負(fù)載作為所述測量距離的線性函數(shù)被計算。

還更優(yōu)選的是，f是所述負(fù)載且x是關(guān)于基準(zhǔn)距離的所述測量距離的變化，所述負(fù)載以f=k*x被計算，在軸之間的聯(lián)接件(聯(lián)接件包括連接轂和柔性聯(lián)接元件與第一或第二軸之間的至少一個)具有彈簧系統(tǒng)的特征的假設(shè)下：那么將有可能以很簡單的算術(shù)關(guān)系(胡克定律)確定或測量作用于軸上的軸向負(fù)載。

尤其，在設(shè)置一個聯(lián)接元件用于將轂3聯(lián)接至第一軸與第二軸之間的一個的情況下，則k是大致等于所述柔性聯(lián)接元件的軸向剛度的系數(shù)。

當(dāng)設(shè)置兩個聯(lián)接元件用于將轂3聯(lián)接至第一軸1和第二軸2時，則k是大致等于柔性聯(lián)接元件的軸向剛度的和的系數(shù)。

在本文所述的優(yōu)選但不限制的實施例中，所述測量步驟相對于所述第一凸緣31和第二凸緣61無接觸地執(zhí)行。

無接觸測量允許了避免測量傳感器之間的磨損，且執(zhí)行更好的測量；這在驅(qū)動軸是渦輪軸時特別有用，因為在運行中轉(zhuǎn)速特別高。

優(yōu)選地，無接觸的測量借助于渦流傳感器來執(zhí)行。

還更優(yōu)選地，在運行中，無接觸的測量步驟至少通過測量在所述第一凸緣31與第一測量點73之間的距離和測量在所述第二凸緣61與第二測量點74之間的距離來執(zhí)行。

為了減小測量中的誤差，設(shè)置所述第一和第二凸緣31,61的至少兩個不同的測量區(qū)域7',7''。

優(yōu)選地，所述兩個測量區(qū)域在所述轂3的相對側(cè)上，還更優(yōu)選地相對于轂3的中心旋轉(zhuǎn)軸線38處于彼此成180°。

所述測量步驟通過至少一個測量站7',7''實現(xiàn)，且該方法還提供了冷卻至少所述測量站7',7''優(yōu)選至少所述傳感器的步驟。

所述冷卻步驟優(yōu)選至少通過由朝所述測量傳感器引導(dǎo)的空氣流執(zhí)行，所述空氣流具有低于所述測量站溫度的溫度，以便冷卻至少傳感器。