专利名称：用于监测翼型件的健康状况的系统和方法
技术领域：
本公开的实施例大体涉及用于监测转子叶片或翼型件的健康状况的系统和方法。
背景技术：
转子叶片或翼型件在许多装置中扮演重要的角色，若干个实例包括轴向压缩机、 涡轮、发动机、涡轮机等等。例如，轴向压缩机具有一系列的级，各个级包括一排转子叶片或翼型件，随后是一排静叶片或静翼型件。因此，各个级包括一对转子叶片或翼型件和静翼型件。典型地，转子叶片或翼型件会提高通过入口进入轴向压缩机的流体的动能。此外，静叶片或静翼型件大体通过扩散来将流体的提高的动能转换成静压力。因此，转子叶片或翼型件和静翼型件对于提高流体的压力扮演重要的角色。此外，由于包括翼型件的轴向压缩机的广泛的和各式各样的应用的原因，转子叶片或翼型件和静翼型件更加重要。轴向压缩机例如可用于许多装置中，例如，基于地面的燃气轮机、喷气发动机、高速船用发动机、小型发电站等等。另外，轴向压缩机可用于各式各样的应用中，例如，大容量空气分离装置、高炉空气、流体催化裂化空气、丙烷脱氢等等。翼型件在会影响翼型件的健康状况的极端的和各式各样的运行条件(例如高速、 高压和高温)下运行较长的小时数。除了极端的和各式各样的条件以外，某些其它因素会导致翼型件的疲劳和应力。这些因素例如可包括惯性力(包括离心力)、压力、翼型件的共振频率、在翼型件中的振动、振动应力、温度应力、翼型件的移座(reseating)、气体或其它流体的负荷等等。应力和疲劳在一定时间段内的长期增加会在翼型件中导致缺陷和裂缝。 裂缝中的一个或多个可随着时间而变宽，导致翼型件或翼型件的一部分的释放。翼型件的释放对于包括翼型件的装置而言可为危险的，并且因此可导致巨大的金钱损失。另外，其对于在装置附近的人员而言是不安全和可怕的。因此，开发出可实时地预测翼型件的健康状况的系统和方法是非常合乎需要的。 更具体而言，开发出可实时地预测裂缝或破裂的系统和方法是合乎需要的。
发明内容
简要地，根据本技术的一方面，提供了一种用于监测一个或多个叶片的健康状况的方法。该方法包括以下步骤基于一个或多个叶片的相应的实际到达时间(TOA)来确定对应于一个或多个叶片中的各个的ΔΤ0Α;通过从Δ TOA中去除一个或多个运行数据的影响来确定对应于一个或多个叶片中的各个的规格化ΔΤ0Α;以及通过从规格化ΔΤ0Α中去除一个或多个叶片的移座的影响来确定对应于一个或多个叶片中的各个的修正ΔΤ0Α。根据一方面，提供了一种系统，其包括处理子系统。该处理子系统基于一个或多个叶片的相应的实际到达时间(TOA)来确定对应于一个或多个叶片中的各个的ΔΤ0Α，通过从ΔΤ0Α中去除一个或多个运行数据的影响来确定对应于一个或多个叶片中的各个的规格化ΔΤ0�。⑶彝ü庸娓窕� TOA中去除一个或多个叶片的移座的影响来确定对应于一个或多个叶片中的各个的修正ΔΤ0Α。
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，类似的标号在所有图中表示类似的部件，其中图1是根据本系统的一个实施例的叶片健康状况监测系统的示例性示意图；图2是表示根据本技术的一个实施例的用于确定叶片的静态偏转和动态偏转的示例性方法的流程图；图3是表示根据本技术的一个实施例的用于确定叶片的静态偏转的示例性方法的流程图；图4是表示根据本技术的另一个实施例的用于确定叶片的静态偏转的示例性方法的流程图；图5是表示根据本技术的又一个实施例的用于确定叶片的静态偏转的示例性方法的流程图；以及图6是表示根据本技术的一个实施例的用于确定对应于叶片的移座偏移量的方法中的步骤的流程图。
具体实施例方式如下面详细论述的那样，本系统和技术的实施例会评估一个或多个叶片或翼型件的健康状况。更具体而言，本系统和技术确定由于在叶片或翼型件中的一个或多个缺陷或裂缝而引起的叶片或翼型件的静态偏转。在下文中，将可交换地使用用语“翼型件”和“叶片”。静态偏转例如可用来指代叶片的原始或期望位置相对于叶片的期望或原始位置的稳定变化。本系统和技术的某些实施例还确定了对应于叶片的动态偏转。如本文所用，用语 “动态偏转”可用来指代在叶片的平均位置上的叶片的振动的幅度。在运行中，由于在叶片中的一个或多个裂缝或缺陷的原因，叶片在基准位置处的到达时间(TOA)可不同于期望Τ0Α。因此，叶片的TOA的变化可用来确定叶片的静态偏转。 如本文所用，用语“期望Τ0Α”可用来指代当在叶片中没有缺陷或裂缝且叶片在理想情况下工作、负荷状况为最佳且在叶片中的振动最小时叶片在基准位置处的Τ0Α。在下文中，为了容易理解，将可交换地使用词语“Τ0Α”和用语“实际Τ0Α”。但是，除了在叶片中的裂缝或缺陷之外，TOA还可由于一个或多个运行数据和叶片的移座而改变。运行数据例如可包括入口导叶(IGV)角、负荷、速度、质量流量、排出压力等等。如本文所用，用语“叶片的移座”可用来指代叶片在不同于叶片的原始或期望位置的位置处锁定在接头(例如鸠尾接头)中。典型地，叶片通过一个或多个接头(例如鸠尾接头) 紧固到转子上。在包括叶片的装置的启动期间，叶片可从它们在接头中的原始位置偏移开， 并且可在不同于叶片的原始位置的位置处锁定在接头中。作为实例，该装置可包括燃气轮机、压缩机等等。叶片在不同于叶片的原始位置的位置处锁定在接头中被称为叶片的移座。 叶片的位置的变化可改变叶片的实际Τ0Α。因此，由于运行数据和叶片的移座的影响，基于叶片的实际TOA而确定的静态偏转会由于在叶片中的裂缝或缺陷的原因而改变或超过确切或准确静态偏转。因此，取消运行数据和叶片的移座对实际TOA的影响以确定确切静态偏转(在下文为“静态偏转”)是很
5重要的。本技术的某些实施例从叶片的实际TOA中取消了运行数据中的一个或多个和叶片的移座的影响来确定静态偏转。本技术的某些其它实施例会使运行数据对实际TOA的影响规格化或补偿这种影响。图1是根据本系统的一个实施例的转子叶片健康状况监测系统10的示意图。如图ι中所示，系统10包括一个或多个叶片或翼型件12，它们由系统10监测，以确定叶片12 的静态偏转。在某些实施例中，系统10还确定对应于叶片12的动态偏转。如当前所构思的构造中所示，系统10包括一个或多个传感器14、16。传感器14、16中的各个分别产生表示在特定时间段上在基准点处的叶片12的实际TOA的TOA信号18、20。在一个实施例中， 传感器14、16感测一个或多个叶片12到达基准点处而产生TOA信号18、20。基准点例如可在传感器14、16的下面或邻近传感器14、16。在一个实施例中，TOA信号18、20中的各个被采样和/或测量达特定时间段，并且被用来确定叶片的实际Τ0Α。例如可按时间或度数的单位来测量实际Τ0Α。在一个实施例中，传感器14、16可感测一个或多个叶片12的前缘的到达而产生 TOA信号18、20。在另一个实施例中，传感器14、16可感测一个或多个叶片12的后缘的到达而产生信号18、20。在又一个实施例中，传感器14可感测一个或多个叶片12的前缘的到达而产生TOA信号18，而传感器16可感测一个或多个叶片12的后缘的到达而产生TOA信号20，或反之亦然。传感器14、16例如可邻近一个或多个叶片12而在这样一种位置安装在固定物体上该位置使得可高效地感测一个或多个叶片12的到达。在一个实施例中，至少一个传感器14、16安装在一个或多个叶片12的壳体(未示出)上。作为非限制性实例，传感器14、16可为磁性传感器、电容传感器、涡电流传感器等等。如在当前构思的构造中所示，TOA信号18、20由处理子系统22接收。处理子系统 22基于TOA信号18、20来确定一个或多个叶片12的实际Τ0Α。此外，处理子系统22基于一个或多个叶片12的实际TOA来确定该一个或多个叶片12的静态偏转。更具体而言，处理子系统22构造成以便通过处理一个或多个叶片12的实际TOA来确定叶片12中的一个或多个的静态偏转。如前面所提到的那样，叶片12的实际TOA可受一个或多个运行数据和叶片12的移座影响。因此，由于运行数据对实际TOA的影响和叶片12的移座的原因，基于一个或多个叶片12的实际TOA确定的静态偏转可为夸大的值。例如，由于运行数据和叶片12的移座对叶片12的实际TOA的影响的原因，基于叶片12的实际TOA确定的静态偏转可显示在叶片12中的一个或多个缺陷或裂缝(即便是当在叶片12中不存在裂缝或缺陷时)。因此，在一个实施例中，处理子系统22会确定一个或多个运行数据对一个或多个叶片12的实际TOA 的影响。此外，处理子系统22通过扣除一个或多个运行数据对一个或多个叶片12的实际 TOA的影响来确定静态偏转。如前面所提到的那样，运行数据可包括入口导叶(IGV)角、负荷变化、叶片的移座、异步振动、同步振动、速度的变化、温度、速度等等。处理子系统22例如可接收来自现场监测机(0SM)24的运行数据，OSM通过传感器、摄像机和其它装置来监测运行数据。另外，处理子系统22使叶片的移座对叶片12的实际TOA的影响规格化。将参照图2-5来更详细地阐述通过扣除运行数据对实际TOA的影响或使这种影响规格化而确定静态偏转。处理子系统22还构造成以便基于一个或多个叶片12的静态偏转和实际TOA来确定对应于一个或多个叶片12的动态偏转。在一个实施例中，处理子系统22可具有数据仓库26，数据仓库26存储数据，例如，静态偏转、动态偏转、ΤΟΑ、Δ Τ0Α、任何中间数据等等。现在参照图2，描绘了表示根据本发明的一个实施例的用于确定一个或多个叶片的静态偏转和动态偏转的示例性方法100的流程图。该一个或多个叶片例如可为一个或多个叶片12 (见图1)。该方法在步骤102处开始，其中，对应于一个或多个叶片中的各个的 TOA信号可由处理子系统接收，例如，处理子系统22(见图1)。如前面参照图1所提到的那样，TOA信号可由传感器产生，例如传感器14、16(见图1)。另外，TOA信号例如可为TOA信号 18,20ο此外，在步骤104处，对应于一个或多个叶片中的各个的实际TOA由处理子系统确定。处理子系统利用对应于一个或多个叶片中的各个的TOA信号来确定实际Τ0Α。更具体而言，处理子系统利用对应于叶片的TOA信号来确定对应于叶片的一个或多个实际Τ0Α。在步骤106处，可确定对应于一个或多个叶片中的各个的ΔΤ0Α。对应于叶片的Δ TOA例如可为在步骤104处确定的对应于叶片的实际TOA和对应于叶片的期望Τ0Α105的差。可注意到，对应于叶片的Δ TOA表示在一定时间常数处的相对于叶片的期望Τ0Α105的变化。例如可使用以下等式⑴来确定Δ Τ0Α:Δ TOAk (t) = T0Aact(k) (t) -T0Aexp(k)(1)其中，Δ TOAk(t)是在时间常数t处的对应于叶片k的Δ TOA或在时间常数t处的相对于对应于叶片k的期望TOA的变化，TOAaetik)是在时间常数t处的对应于叶片k的实际 Τ0Α,而TOAexpik)是对应于叶片k的期望Τ0Α。如本文所用，用语“期望Τ0Α”可用来指代当在叶片中没有缺陷或裂缝且叶片在运行数据对实际TOA的影响最小时的运行状态中工作时在基准位置处的叶片的实际Τ0Α。在一个实施例中，当最近委托制造或购买了包括叶片的装置时，可通过使对应于叶片的实际 TOA等于叶片的期望TOA来确定对应于叶片的期望Τ0Α。这种确定假设因为最近委托制造或购买了装置，所以所有叶片均在理想情况下工作，负荷状况为最佳，并且在叶片中的振动最小。在另一个实施例中，可通过对在装置中的所有叶片的实际到达时间(TOA)取平均值来确定期望Τ0Α。装置例如可包括轴向压缩机、基于地面的燃气轮机、喷气发动机、高速船用发动机、小型发电站等等。可注意到，Δ TOA以时间或度数的单位表示。在一个实施例中，在步骤108处，对应于一个或多个叶片中的各个的Δ TOA的单位可转换成密尔的单位。在一个实施例中，可使用以下等式(2)来将对应于一个或多个叶片中的各个的以度数为单位的ΔΤ0Α转换成密尔的单位
权利要求
1.一种用于监测一个或多个叶片的健康状况的方法，包括基于所述一个或多个叶片(12)的相应的实际到达时间(TOA)来确定(106)对应于所述一个或多个叶片(12)中的各个的ΔΤ0Α;通过从所述Δ TOA中去除一个或多个运行数据的影响来确定(320)对应于所述一个或多个叶片(12)中的各个的规格化ΔΤ0Α;以及通过从所述规格化△ TOA中去除所述一个或多个叶片的移座的影响来确定(330)对应于所述一个或多个叶片(12)中的各个的修正ΔΤ0Α。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定对应于所述一个或多个叶片中的各个的规格化Δ TOA包括接收(304)所述一个或多个运行数据； 基于所述一个或多个运行数据来确定(308) —个或多个系数； 通过利用所述一个或多个系数和所述一个或多个运行数据来确定(314，316，318)所述一个或多个运行数据对相应的实际TOA的影响；以及从Δ TOA中减去(320)所述一个或多个运行数据的影响，从而产生所述规格化ΔΤ0Α。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述一个或多个运行数据来确定 (308) 一个或多个系数包括利用以下等式ATOAk = AD其中，ATOAk是叶片k的ΔΤ0�。蚴窃诵惺莸囊桓龌蚨喔霾糠郑�:i是系数。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述一个或多个叶片在启动后第一次运行时确定所述一个或多个系数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括通过对对应于所述一个或多个叶片中的各个的修正△ TOA进行过滤来确定(332)对应于所述一个或多个叶片中的各个的静态偏转(334)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定(330)所述修正ΔΤ0Α包括 确定(324)对应于所述一个或多个叶片中的各个的移座偏移量；和从所述规格化△ TOA中减去所述移座偏移量，产生所述修正ΔΤ0Α。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述一个或多个叶片以基本负荷运行时确定所述移座偏移量。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述一个或多个叶片在启动后第一次运行时确定所述移座偏移量。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，确定(324)所述移座偏移量包括 取回对应于所述一个或多个叶片中的各个的一个或多个规格化ΔΤ0Α(602)； 利用所述一个或多个规格化Δ TOA来确定一个或多个修正Δ TOA (604)；确定(612)所述一个或多个规格化Δ TOA的第一平均数； 确定(614)所述一个或多个修正Δ TOA的第二平均数；以及从所述第一平均数中减去(616)所述第二平均数，产生所述移座偏移量。
10.一种系统，包括处理子系统(22)，其基于所述一个或多个叶片的相应的实际到达时间(TOA)来确定(106)对应于所述一个或多个叶片中的各个的Δ Τ0Α;通过从所述Δ TOA中去除一个或多个运行数据的影响来确定(320)对应于所述一个或多个叶片中的各个的规格化ΔΤ0Α;以及通过从所述规格化△ TOA中去除所述一个或多个叶片的移座的影响来确定(330)对应于所述一个或多个叶片中的各个的修正ΔΤ0Α。
全文摘要
本发明涉及用于监测翼型件的健康状况的系统和方法。提供了一种用于监测一个或多个叶片12的健康状况的方法。该方法包括以下步骤基于一个或多个叶片12的相应的实际到达时间(TOA)来确定106对应于该一个或多个叶片12中的各个的ΔTOA；通过从ΔTOA中去除一个或多个运行数据的影响来确定320对应于该一个或多个叶片12中的各个的规格化ΔTOA；以及通过从规格化ΔTOA中去除一个或多个叶片的移座的影响来确定330对应于该一个或多个叶片中的各个的修正ΔTOA。
文档编号G01M13/00GK102331341SQ20111019249
公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者A·K·贝赫拉, A·巴塔查亚, R·S·普拉布, V·V·巴达米, V·拉加戈帕兰 申请人:通用电气公司
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