專利名稱：渦輪機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題涉及渦輪機(jī)，并且更具體而言，涉及用于渦輪機(jī)的改進(jìn)的葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
渦輪機(jī)包括壓縮機(jī)和渦輪，諸如燃?xì)鉁u輪、蒸汽渦輪和水力渦輪。大體上，渦輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子可為渦輪機(jī)葉片附連到其上的軸、鼓、盤或輪。渦輪機(jī)可包括用以監(jiān)測(cè)渦輪機(jī)葉片的退化的葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?，F(xiàn)有的葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可包括磁性拾波(pickup)型換能器。但是，磁性拾波型換能器可能易于有各種缺陷。例如，磁性探頭在低的渦輪葉片速度下可展示非常低的信號(hào)幅度，以及在高的渦輪葉片速度下可展示非常高的信號(hào)幅度。另外，磁性拾波探頭易受磁場(chǎng)的影響，而且也會(huì)引起磁場(chǎng)。此外，磁性拾波探頭性能可能由于熱或機(jī)械應(yīng)力或兩者而退化。

發(fā)明內(nèi)容
下面對(duì)在范圍方面與原本聲明的發(fā)明相當(dāng)?shù)哪承?shí)施例進(jìn)行概述。這些實(shí)施例不意圖限制聲明的發(fā)明的范圍，而是相反，這些實(shí)施例僅意圖提供本發(fā)明的可能形式的簡(jiǎn)要概述。實(shí)際上，本發(fā)明可包括可能類似于或異于下面所闡述的實(shí)施例的多種形式。在第一實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括具有渦電流接近探頭組件的渦輪機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。渦電流接近探頭組件包括渦電流接近探頭，渦電流接近探頭具有探頭末端和設(shè)置在探頭末端周圍的探頭末端護(hù)罩，其中，探頭末端護(hù)罩包括非金屬材料。渦電流接近探頭構(gòu)造成提供指示渦輪機(jī)葉片的存在的信號(hào)，其中，渦電流接近探頭組件構(gòu)造成設(shè)置在渦輪機(jī)殼體內(nèi)。渦輪機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括聯(lián)接到渦電流接近探頭組件上的監(jiān)測(cè)器，其中，監(jiān)測(cè)器構(gòu)造成基于信號(hào)來監(jiān)測(cè)渦輪機(jī)葉片的參數(shù)。在第二實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括具有沿著表面旋轉(zhuǎn)的葉片的渦輪機(jī)和沿著表面設(shè)置在容座中的渦電流接近探頭組件。渦電流接近探頭組件具有渦電流接近探頭，渦電流接近探頭具有構(gòu)造成提供指示葉片沿著表面的存在的信號(hào)的探頭末端，以及設(shè)置在探頭末端周圍的探頭末端護(hù)罩，其中，探頭末端護(hù)罩包括沿著表面基本填充探頭末端周圍的空隙的非金屬材料。在第三實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括渦電流接近探頭組件，渦電流接近探頭組件包括渦電流接近探頭，渦電流接近探頭具有探頭末端、至少部分地設(shè)置在渦電流接近探頭周圍的探頭殼，以及至少部分地設(shè)置在探頭殼周圍的探頭鞘，其中，探頭鞘通過第一螺紋連接部聯(lián)接到探頭殼上。渦電流接近探頭組件進(jìn)一步包括設(shè)置在探頭末端周圍的探頭末端護(hù)罩，其中，探頭末端護(hù)罩通過第二螺紋連接部聯(lián)接到探頭殼上，并且探頭末端護(hù)罩包括非金屬材料。


當(dāng)參照附圖來閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面與優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，在附圖中，相同符號(hào)在所有圖中表示相同部件，其中:
圖1是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意 圖2是根據(jù)本公開的實(shí)施例的渦輪機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的示意 圖3是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的、由渦輪機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的渦輪葉片到達(dá)和離開數(shù)據(jù)的曲線 圖4是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的、由渦輪機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的渦輪葉片到達(dá)和離開數(shù)據(jù)的曲線 圖5是用于渦輪機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的渦電流探頭組件的實(shí)施例的橫截面 圖6是用于渦輪機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的渦電流探頭組件的實(shí)施例的局部橫截面 圖7是用于渦輪機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的渦電流探頭組件的實(shí)施例的局部橫截面圖；以及 圖8是用于渦輪機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的渦電流探頭組件的實(shí)施例的局部橫截面圖。
具體實(shí)施例方式下面將對(duì)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施例進(jìn)行描述。為了致力于提供對(duì)這些實(shí)施例的簡(jiǎn)明描述，在說明書中可能不會(huì)對(duì)實(shí)際實(shí)現(xiàn)的所有特征進(jìn)行描述。應(yīng)當(dāng)理解的是，在任何這種實(shí)際實(shí)現(xiàn)的開發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中那樣，必須作出許多特定于實(shí)現(xiàn)的決策來達(dá)到開發(fā)者的具體目的，諸如服從系統(tǒng)相關(guān)的約束及商業(yè)相關(guān)的約束，該具體目的可隨不同的實(shí)現(xiàn)而改變。此外，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到的是，這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗時(shí)的，但對(duì)受益于本公開的普通技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作將不過是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造的例行任務(wù)。當(dāng)介紹本發(fā)明的多種實(shí)施例的要素時(shí)，冠詞“一”、“該”和“所述”意圖表示存在一個(gè)或多個(gè)該要素的意思。用語“包括”、“包含”和“具有”意圖為包括性的，并且表示除了列出的要素之外可存在另外的要素的意思。本公開的實(shí)施例涉及構(gòu)造成監(jiān)測(cè)渦輪機(jī)的渦輪機(jī)葉片的葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括設(shè)置在渦輪機(jī)的殼體內(nèi)的探頭組件。更具體而言，探頭組件包括具有由探頭末端護(hù)罩包圍的探頭末端的探頭(例如渦電流接近探頭)。探頭末端護(hù)罩由非金屬材料形成，諸如碳纖維、聚苯硫醚、玻璃纖維、PEEK或其它塑料，并且在探頭組件設(shè)置在殼體內(nèi)時(shí)，探頭末端護(hù)罩可從包圍探頭的探頭鞘延伸到渦輪機(jī)殼體的內(nèi)壁。照這樣，探頭末端護(hù)罩填充當(dāng)探頭組件安裝在渦輪機(jī)殼體中時(shí)本來將在探頭末端和渦輪機(jī)殼體之間存在的空氣空隙。通過用非金屬探頭末端護(hù)罩填充本來將在探頭末端和渦輪機(jī)殼體之間存在的空氣空隙，可使用渦電流探頭來監(jiān)測(cè)渦輪機(jī)葉片，而不增加渦輪機(jī)內(nèi)的流干擾。雖然下面公開的實(shí)施例涉及用于燃?xì)鉁u輪的葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但重要的是注意到，該葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可用于其它渦輪機(jī)，諸如蒸汽渦輪或壓縮機(jī)。圖1示出燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的實(shí)施例的框圖，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10具有壓縮機(jī)區(qū)段12 (例如壓縮機(jī))和渦輪區(qū)段18 (例如渦輪)與改進(jìn)的葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50 (例如，其包括監(jiān)測(cè)單元49、控制單元51和探頭52)。系統(tǒng)10還包括具有燃料噴嘴16的燃燒器14。燃料噴嘴16將液體燃料和/或氣體燃料(諸如天然氣或合成氣)發(fā)送到燃燒器14中。燃燒器14點(diǎn)燃和燃燒可在燃燒器14內(nèi)混合的燃料-空氣混合物，并且然后將熱的加壓燃燒氣體20 (例如排氣)傳送到渦輪區(qū)段18中。
渦輪葉片22聯(lián)接到轉(zhuǎn)子24上，轉(zhuǎn)子24還如所示出的那樣聯(lián)接到整個(gè)渦輪系統(tǒng)10中的若干個(gè)其它構(gòu)件上。渦輪區(qū)段18還包括渦輪殼體25，渦輪殼體25如下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的那樣支承葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50的葉片監(jiān)測(cè)探頭52 (例如渦電流接近探頭或微波接近探頭)。隨著燃燒氣體20傳送通過渦輪區(qū)段18中的渦輪葉片22，渦輪區(qū)段18被驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，這使轉(zhuǎn)子24旋轉(zhuǎn)。最終，燃燒氣體20通過排氣出口 26離開渦輪區(qū)段18。壓縮機(jī)區(qū)段12包括由壓縮機(jī)殼體29包圍的壓縮機(jī)葉片28。壓縮機(jī)區(qū)段12內(nèi)的葉片28聯(lián)接到轉(zhuǎn)子24上，并且如上面論述的那樣在轉(zhuǎn)子24被渦輪區(qū)段18驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)。葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50另外可用來監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)葉片28的健康或運(yùn)行。隨著葉片28在壓縮機(jī)區(qū)段12內(nèi)旋轉(zhuǎn)，葉片28將來自空氣入口的空氣壓縮成加壓空氣30，加壓空氣30可被發(fā)送到燃燒器14、燃料噴嘴16和燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的其它部分。燃料噴嘴14然后可混合加壓空氣30和燃料而產(chǎn)生適當(dāng)?shù)娜剂?空氣混合物，燃料-空氣混合物在燃燒器14中燃燒而產(chǎn)生燃燒氣體20，以驅(qū)動(dòng)渦輪區(qū)段18。另外，轉(zhuǎn)子24可聯(lián)接到負(fù)載32上，可通過轉(zhuǎn)子24的旋轉(zhuǎn)對(duì)負(fù)載32提供功率。以示例的方式，負(fù)載32可為可通過渦輪系統(tǒng)10的旋轉(zhuǎn)輸出來產(chǎn)生功率的任何適當(dāng)?shù)难b置，諸如功率發(fā)生裝置或外部機(jī)械負(fù)載。例如，負(fù)載32可包括發(fā)電機(jī)、航空器發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇等。在以下論述中，可參照軸向方向2、徑向方向4和周向方向6。更具體而言，軸向方向2、徑向方向4和周向方向6可表不與轉(zhuǎn)子24有關(guān)的各種方向。
葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50包括監(jiān)測(cè)單元49和控制單元51。葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50 (例如監(jiān)測(cè)單元49)可監(jiān)測(cè)燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的渦輪葉片22和/或壓縮機(jī)葉片28的健康。例如，監(jiān)測(cè)葉片健康可包括監(jiān)測(cè)渦輪葉片22和/或壓縮機(jī)葉片28的缺陷、振動(dòng)、頻率或其它特性。如將理解的那樣，由葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50監(jiān)測(cè)的葉片特性可取決于被監(jiān)測(cè)的葉片的類型(例如渦輪葉片22或壓縮機(jī)葉片28)而改變。另外，葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50 (例如監(jiān)測(cè)單元49)可監(jiān)測(cè)渦輪葉片22和渦輪殼體25之間的間隙和/或壓縮機(jī)葉片28和壓縮機(jī)殼體29之間的間隙。此外，葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50(例如，控制單元51)可基于由葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50(例如監(jiān)測(cè)單元49)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)來調(diào)整、修改或控制燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10 (例如壓縮機(jī)區(qū)段12和/或渦輪區(qū)段18)的運(yùn)行。雖然在渦輪區(qū)段18的語境中描述下面論述的葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50的實(shí)施例，但重要的是注意到，葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50可用于壓縮機(jī)區(qū)段12或其它渦輪機(jī)。圖2是示出葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50 (例如監(jiān)測(cè)單元49)的實(shí)施例的示意圖，葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50可用于壓縮機(jī)區(qū)段12和渦輪區(qū)段18或其它渦輪機(jī)。葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50包括設(shè)置在包圍渦輪葉片22和轉(zhuǎn)子24的渦輪殼體25內(nèi)的接近探頭傳感器組件138的探頭52，諸如，在示出的實(shí)施例中的渦電流接近探頭。特別地，探頭52設(shè)置在渦輪殼體25的孔口 54中，孔口 54沿徑向方向4完全延伸通過渦輪殼體25。照這樣，探頭52的探頭末端56面向渦輪區(qū)段18的內(nèi)部58。在某些實(shí)施例中，探頭52可為在探頭末端56周圍具有非金屬護(hù)罩的渦電流探頭或者微波接近探頭，如下面描述的那樣。如將理解的那樣，渦電流探頭可不易受磁場(chǎng)的影響，并且可不引起顯著得足以影響渦輪區(qū)段18的葉片22或渦輪區(qū)段18或燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的其它電子器件的磁場(chǎng)。不像磁性拾波探頭，渦電流探頭可構(gòu)造成測(cè)量渦輪葉片22的徑向外邊緣62和殼體25的內(nèi)壁64之間的間隙60 (例如與探頭傳感器有關(guān)的徑向4距離)。例如，渦電流探頭的線圈的阻抗的變化可指示渦輪葉片22的徑向外邊緣62和殼體25的內(nèi)壁64之間的間隙60的變化。在某些實(shí)施例中，渦電流探頭的線圈的阻抗變化可轉(zhuǎn)換成電壓輸出(例如，通過監(jiān)測(cè)單元49)，該電壓輸出可響應(yīng)于間隙60的變化而在幅度上改變。雖然示出的實(shí)施例顯示了一個(gè)探頭52，但葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50可包括設(shè)置在渦輪區(qū)段18的渦輪殼體25內(nèi)的多個(gè)探頭52。如下面詳細(xì)論述的那樣，探頭52可包括用以將探頭52裝配到渦輪殼體25的離開孔口 54上以及改進(jìn)探頭52的壽命和運(yùn)行的鞘、護(hù)罩或其它構(gòu)件。在運(yùn)行中，探頭52構(gòu)造成檢測(cè)在渦輪葉片22在渦輪殼體25內(nèi)沿周向方向66旋轉(zhuǎn)時(shí)的各個(gè)渦輪葉片22的到達(dá)時(shí)間和離開時(shí)間。例如，探頭52可構(gòu)造成引起渦電流，以檢測(cè)在各個(gè)葉片22經(jīng)過探頭52的探頭末端56時(shí)的各個(gè)渦輪葉片22的到達(dá)和離開。更具體而言，由葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50的功率供應(yīng)70提供功率的接近裝置(proximator)68通過對(duì)探頭52提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)探頭52。在某些實(shí)施例中，接近裝置68可構(gòu)造成驅(qū)動(dòng)渦電流探頭。例如，可提高或增強(qiáng)接近裝置68的頻率響應(yīng)，使其大于渦輪葉片22的經(jīng)過頻率。響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)，探頭52將返回信號(hào)發(fā)送給接近裝置68。實(shí)際上，在其中探頭52是渦電流探頭的實(shí)施例中，返回信號(hào)對(duì)于寬范圍的渦輪葉片22速度可具有較一致的幅度。如所顯示的那樣，接近裝置68通過探頭線纜72聯(lián)接到探頭52上，可調(diào)節(jié)或“調(diào)諧”探頭線纜72，以與接近裝置68—起使用。也就是說，線纜72可構(gòu)造成使探頭52的阻抗與接近裝置68匹配。在某些實(shí)施例中，探頭線纜72可為大約I至20米長(zhǎng)。在其中探頭線纜72超過5米長(zhǎng)的實(shí)施例中，可使用延長(zhǎng)線纜來將探頭52聯(lián)接到接近裝置68上。接近裝置62另外聯(lián)接到數(shù)據(jù)獲取電路74上，數(shù)據(jù)獲取電路74也由功率供應(yīng)70提供功率。如上面提到的那樣，探頭52將返回信號(hào)發(fā)送給接近裝置68。隨著各個(gè)渦輪葉片22經(jīng)過探頭52的探頭末端56，由探頭52提供的返回信號(hào)在返回信號(hào)中傳輸峰值或“尖頭信號(hào)”。數(shù)據(jù)獲取電路74監(jiān)測(cè)由接近裝置68接收到的返回信號(hào)，并且將時(shí)間戳分配給返回信號(hào)中傳輸?shù)母鱾€(gè)峰值或“尖頭信號(hào)”。換句話說，渦輪葉片22每次經(jīng)過探頭52的探頭末端56，葉片22經(jīng)過探頭末端56的時(shí)間就被記錄下來。照這樣，可計(jì)算在渦輪葉片22的各次經(jīng)過之間過去的時(shí)間的間隔。在沒有渦輪葉片22偏轉(zhuǎn)、破裂等的情況下，在渦輪葉片22經(jīng)過之間過去的時(shí)間的間隔可大體保持恒定。但是，在渦輪葉片22經(jīng)過之間過去的時(shí)間的間隔的偏差可指示渦輪葉片22偏轉(zhuǎn)、破裂或其它渦輪葉片22退化。照這樣，葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50就可監(jiān)測(cè)渦輪葉片22的健康。圖3和4是示出探頭52對(duì)接近裝置68產(chǎn)生的、表示為時(shí)間104的函數(shù)的電壓102的返回信號(hào)100的實(shí)施例的曲線圖。更具體而言，在圖3和4中顯示的返回信號(hào)100的曲線圖示出在渦輪葉片22的經(jīng)過之間過去的時(shí)間的間隔。例如，圖3示出其中在各個(gè)渦輪葉片22的經(jīng)過之間過去的時(shí)間104的間隔106恒定的返回信號(hào)100。如上面提到的那樣，將在各個(gè)渦輪葉片22的經(jīng)過之間過去的時(shí)間104的間隔106計(jì)算為在返回信號(hào)100中的各個(gè)峰值108或“尖頭信號(hào)”之間過去的時(shí)間104。以示例的方式，在時(shí)間h處，返回信號(hào)100傳輸升壓110。如將理解的那樣，升壓110指示渦輪葉片22的到達(dá)。換句話說，在時(shí)間h處，渦輪葉片22開始經(jīng)過探頭52的探頭末端56。在時(shí)間丨2處，返回信號(hào)100傳輸降壓112。降壓112指示渦輪葉片22的離開。也就是說，渦輪葉片22在時(shí)間t2處已經(jīng)完全經(jīng)過探頭52的探頭末端56。換句話說，渦輪葉片22在時(shí)間h和時(shí)間t2之間過去的時(shí)間114期間正經(jīng)過探頭52的探頭末端56。隨后，在時(shí)間t3處，返回信號(hào)100傳輸升壓110，指示聯(lián)接到轉(zhuǎn)子24上的下一個(gè)渦輪葉片22開始經(jīng)過探頭52的探頭末端56。如將理解的那樣，在時(shí)間t2和時(shí)間t3之間的時(shí)間116(即間隔106)期間，沒有渦輪葉片22經(jīng)過探頭52的探頭末端56。在某些實(shí)施例中，可計(jì)算和監(jiān)測(cè)在渦輪葉片22的到達(dá)之間過去的時(shí)間，以評(píng)價(jià)渦輪葉片22的健康。例如，在時(shí)間&處，返回信號(hào)100傳輸升壓110，從而在返回信號(hào)100中產(chǎn)生峰值108，以及指示渦輪葉片22的到達(dá)。類似地，在時(shí)間t5處，返回信號(hào)100再次傳輸升壓110，從而在返回信號(hào)100中產(chǎn)生峰值108，以及指示下一個(gè)渦輪葉片22的到達(dá)。可將在時(shí)間t4和時(shí)間t5之間的時(shí)間118 (即，在后面的渦輪葉片22的相應(yīng)的到達(dá)之間過去的時(shí)間)限定為可被監(jiān)測(cè)來評(píng)價(jià)渦輪葉片22的健康的間隔。如上面提到的那樣，如果葉片22的健康良好，則在圖3中示出的返回信號(hào)100中的峰值108之間的間隔106(即，在渦輪葉片22經(jīng)過探頭52的探頭末端56之間過去的時(shí)間)大體保持恒定。例如，間隔106的一致性可指示渦輪葉片22可能未偏轉(zhuǎn)、破裂等。但是，間隔106和/或188的變化可指示葉片22的健康下降。圖4示出由探頭52產(chǎn)生的返回信號(hào)100，其中，在渦輪葉片22的經(jīng)過之間過去的時(shí)間的間隔106不是恒定的。例如，在時(shí)間^處，返回信號(hào)100傳輸升壓110，從而在返回信號(hào)100中產(chǎn)生峰值108，以及指示渦輪葉片22到達(dá)探頭末端56處。在時(shí)間t2處，返回信號(hào)100傳輸降壓112，指示渦輪葉片22從探頭末端56離開。隨后，在時(shí)間t3處，返回信號(hào)100再次傳輸升壓110，指示下一個(gè)渦輪葉片22到達(dá)探頭末端56處。因此，可將在經(jīng)過的渦輪葉片22之間的第一間隔120限定為在時(shí)間t2和時(shí)間t3之間過去的時(shí)間。類似地，在時(shí)間t4處，返回信號(hào)100傳輸升壓110，指示渦輪葉片22到達(dá)探頭末端56處。在時(shí)間t5處，返回信號(hào)100傳輸降壓112，指示渦輪葉片22從葉片末端56離開。隨后，在時(shí)間t6處，返回信號(hào)100再次傳輸升壓110，指示下一個(gè)渦輪葉片22的到達(dá)。因此，可將在經(jīng)過的渦輪葉片22之間的第二間隔122限定為在時(shí)間t5和時(shí)間t6之間過去的時(shí)間。第一間隔120和第二間隔122不相等。因此，渦輪葉片 22中的一個(gè)或多個(gè)可能在經(jīng)歷偏轉(zhuǎn)、破裂或者指示渦輪葉片22退化的其它癥狀。圖5是設(shè)置在渦輪殼體25內(nèi)的接近探頭傳感器組件138的實(shí)施例的橫截面圖。接近探頭傳感器組件138包括設(shè)置在探頭殼140 (例如環(huán)形殼)內(nèi)的探頭52，探頭殼140可由金屬制成，諸如不銹鋼。探頭殼140另外設(shè)置在探頭鞘142 (例如環(huán)形鞘)內(nèi)。探頭鞘142設(shè)置在形成于渦輪區(qū)段18的渦輪殼體25中的孔口 54內(nèi)。更具體而言，探頭鞘142通過螺紋連接部144(例如鞘142的外凸螺紋和孔口 54的內(nèi)凹螺紋)聯(lián)接到渦輪區(qū)段18的渦輪殼體25上。在某些實(shí)施例中，可在探頭鞘142和渦輪殼體25之間在螺紋連接部144處設(shè)置粘合劑、密封劑、螺紋鎖定材料或其它表面處理。另外，防松螺母146設(shè)置在探頭鞘142周圍和渦輪殼體25附近，以進(jìn)一步將探頭52固定在殼體25的孔口 54內(nèi)。探頭組件140的其它實(shí)施例可不包括探頭鞘142。探頭末端護(hù)罩148 (例如環(huán)形護(hù)罩)設(shè)置在探頭52的探頭末端56周圍。更具體而言，探頭末端護(hù)罩148通過螺紋連接部150 (例如探頭殼140和/或探頭末端56的外凸螺紋，以及探頭末端護(hù)罩148的內(nèi)凹螺紋)至少部分地固定到探頭殼140上。例如，探頭末端護(hù)罩148可旋到探頭殼140上面，以及用螺紋鎖定材料、環(huán)氧樹脂或其它粘合劑保持就位。在某些實(shí)施例中，探頭末端護(hù)罩148可由非金屬材料形成，諸如陶瓷、復(fù)合材料或塑料。例如，探頭末端護(hù)罩148可由碳纖維、聚苯硫醚、玻璃纖維、PEEK或其它塑料形成。對(duì)于另外的示例，探頭末端護(hù)罩148可由碳纖維或其它復(fù)合材料制成。如將理解的那樣，對(duì)于渦電流探頭，探頭末端56由非金屬體積(例如護(hù)罩148)包圍，以避免干擾探頭52的運(yùn)行。但是，在非金屬探頭末端護(hù)罩148未設(shè)置在探頭末端56周圍的情況下，在探頭末端56和渦輪的殼體25之間可存在空的空間或空隙。這種空隙在渦輪區(qū)段18內(nèi)可造成流干擾。因此，由非金屬材料形成的探頭末端護(hù)罩148設(shè)置在探頭末端56周圍，并且填充空隙。實(shí)際上，如所顯示的那樣，探頭末端護(hù)罩148抵靠在探頭鞘142上，并且從探頭鞘142大致延伸到殼體25的內(nèi)壁64。照這樣，渦輪殼體25的內(nèi)壁64和探頭末端護(hù)罩148的徑向端152大致是齊平的(例如在壁64中沒有剩余的凹陷)，從而減少渦輪區(qū)段18內(nèi)的流干擾。在示出的實(shí)施例中，探頭末端護(hù)罩148具有徑向長(zhǎng)度154。換句話說，探頭末端護(hù)罩148從探頭鞘142延伸到渦輪殼體25的內(nèi)壁64的徑向距離為長(zhǎng)度154。在某些實(shí)施例中，探頭末端護(hù)罩148的長(zhǎng)度154可大致等于探頭末端56的直徑156。在其它實(shí)施例中，探頭末端護(hù)罩148的長(zhǎng)度154可顯著大于探頭末端56的直徑156,如下面關(guān)于圖6詳細(xì)描述的那樣。如上面提到的那樣，探頭末端護(hù)罩148可由碳纖維、聚苯硫醚、玻璃纖維、PEEK或其它塑料形成。如將理解的那樣，這樣的材料可在極端溫度和振動(dòng)下不易斷裂或失效。類似地，這樣的材料可不易碎，并且可具有壓縮性品質(zhì)。因此，探頭末端護(hù)罩148斷裂且部分地或完全掉落到渦輪區(qū)段18中的可能性降低。為了進(jìn)一步阻止探頭末端護(hù)罩148斷裂和/或掉落到渦輪區(qū)段18中，渦輪殼體25中的孔口 54在探頭末端56處可具有較小或漸縮的部分158。也就是說，漸縮部分158具有減小的直徑，以幫助將探頭末端護(hù)罩148固持在孔口 54內(nèi)，以及阻止探頭末端護(hù)罩148掉落到渦輪區(qū)段18中。另外，漸縮部分158可幫助對(duì)準(zhǔn)，以將探頭末端56和探頭末端護(hù)罩148定位成與殼體25的內(nèi)壁64齊平。圖6-8是設(shè)置渦輪殼體25的孔口 54內(nèi)的接近探頭傳感器組件138的在圖5的線6-6內(nèi)得到的局部橫截面圖側(cè)視圖。特別地，如上面提到的那樣，圖6示出探頭末端護(hù)罩148的實(shí)施例，其中，探頭末端護(hù)罩148的長(zhǎng)度154顯著大于探頭末端56的直徑156。實(shí)際上，探頭末端護(hù)罩148具有“高”構(gòu)造，并且比圖5中示出的實(shí)施例沿徑向圍繞探頭殼140的更多部分延伸。換句話說，在探頭末端護(hù)罩148和探頭殼140之間的螺紋連接部150在圖6的示出的實(shí)施例中比在圖5中顯示的實(shí)施例中更大。這種實(shí)施例可幫助進(jìn)一步將探頭末端護(hù)罩148固定到探頭殼140上。例如，徑向長(zhǎng)度154與直徑156的比的范圍可介于大約1:1至10:1之間、1.5:1至5:1之間或2:1至3:1之間。圖7示出接近探頭傳感器組件138的實(shí)施例，其中，探頭末端護(hù)罩148模制在探頭殼140和探頭末端56周圍。換句話說，使用模制在包含探頭52的探頭殼140上的非金屬材料(諸如碳纖維、聚苯硫醚、玻璃纖維、PEEK或其它塑料)來形成探頭末端護(hù)罩148。因而，探頭末端護(hù)罩148直接固定到殼140和探頭末端56上。圖8示出接近探頭傳感器組件138的實(shí)施例，其中，探頭鞘142和探頭末端護(hù)罩148結(jié)合在一起(例如一個(gè)環(huán)形件149)，并且由非金屬材料形成，諸如碳纖維、聚苯硫醚、玻璃纖維、PEEK或其它塑料。換句話說，探頭鞘142由非金屬材料形成，在探頭52的螺紋探頭殼140和探頭末端56上面延伸，并且與探頭52的螺紋探頭殼140和探頭末端56螺紋連接。本公開的實(shí)施例涉及葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50，其包括設(shè)置在渦輪區(qū)段18的渦輪殼體25內(nèi)的接近探頭傳感器組件138。在其它實(shí)施例中，葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50可設(shè)置在壓縮機(jī)區(qū)段12的壓縮機(jī)殼體29內(nèi)。接近探頭傳感器組件138包括具有由探頭末端護(hù)罩148 (例如環(huán)形護(hù)罩)包圍的探頭末端56的探頭52 (例如渦電流探頭或微波接近探頭)。特別地，探頭末端護(hù)罩148由非金屬材料形成，諸如碳纖維、聚苯硫醚、玻璃纖維、PEEK或其它塑料，并且當(dāng)接近探頭傳感器組件138設(shè)置在殼體25的孔口 54內(nèi)時(shí)，探頭末端護(hù)罩148可從探頭鞘142延伸到渦輪殼體25的內(nèi)壁64。照這樣，探頭末端護(hù)罩148填充在接近探頭傳感器組件138安裝在渦輪殼體25中時(shí)本來將在探頭末端56和渦輪殼體25之間存在的空的空間或空隙，從而使得渦電流探頭能夠用來監(jiān)測(cè)渦輪葉片22的健康，同時(shí)減少渦輪區(qū)段18內(nèi)的流干擾。另外，雖然在渦輪區(qū)段18的語境中描述上面公開的實(shí)施例，但葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50可用于其它渦輪機(jī)，諸如蒸汽渦輪、水力渦輪、泵、壓縮機(jī)或其它渦輪機(jī)。本書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實(shí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可取得專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有不異于權(quán)利要求的字面語言的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)要素，則它們意圖處在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種渦輪機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括: 接近探頭組件，其包括:具有探頭末端的接近探頭；以及設(shè)置在所述探頭末端周圍的探頭末端護(hù)罩，其中，所述探頭末端護(hù)罩包括非金屬材料；其中，所述接近探頭構(gòu)造成提供指示渦輪機(jī)葉片的存在的信號(hào)，其中，所述接近探頭組件構(gòu)造成設(shè)置在渦輪機(jī)殼體內(nèi)；以及 聯(lián)接到所述接近探頭組件上的監(jiān)測(cè)器，其中，所述監(jiān)測(cè)器構(gòu)造成基于所述信號(hào)來監(jiān)測(cè)所述渦輪機(jī)葉片的參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括用探頭線纜聯(lián)接到所述接近探頭上的信號(hào)驅(qū)動(dòng)器，其中，所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)造成對(duì)所述接近探頭提供激勵(lì)信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括聯(lián)接到所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)器上的數(shù)據(jù)獲取電路，其中，所述數(shù)據(jù)獲取電路構(gòu)造成監(jiān)測(cè)由所述接近探頭產(chǎn)生的返回信號(hào)的幅度，以及使所述幅度的各個(gè)峰值與指示各個(gè)峰值的時(shí)間的時(shí)間戳相關(guān)聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述探頭末端護(hù)罩抵靠在設(shè)置在所述接近探頭周圍的探頭鞘上，其中，所述探頭末端護(hù)罩構(gòu)造成在所述接近探頭設(shè)置在所述渦輪機(jī)殼體內(nèi)時(shí)，從所述探頭鞘延伸到所述渦輪機(jī)殼體的內(nèi)壁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述非金屬材料包括復(fù)合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的系統(tǒng)，其特征在于，所述探頭末端護(hù)罩通過螺紋連接部聯(lián)接到設(shè)置在所述接近探頭周圍的探頭殼上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接近探頭構(gòu)造成檢測(cè)所述渦輪機(jī)葉片的到達(dá)或離開。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接近探頭構(gòu)造成檢測(cè)所述渦輪機(jī)葉片的徑向外端和所述渦輪機(jī)殼體的內(nèi)壁之間的間隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述探頭末端護(hù)罩模制在設(shè)置在所述接近探頭周圍的探頭殼上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接近探頭是渦電流接近探頭。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接近探頭是微波接近探頭。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括構(gòu)造成基于所述信號(hào)來控制渦輪機(jī)的至少一個(gè)功能的控制器。
13.—種系統(tǒng),包括: 渦輪機(jī)，其具有沿著表面旋轉(zhuǎn)的葉片；以及 沿著所述表面設(shè)置在容座中的渦電流接近探頭組件，其中，所述渦電流接近探頭組件包括:具有探頭末端的渦電流接近探頭，其構(gòu)造成提供指示所述葉片沿著所述表面的存在的信號(hào)；以及設(shè)置在所述探頭末端周圍的探頭末端護(hù)罩，其中，所述探頭末端護(hù)罩包括沿著所述表面基本填充所述探頭末端周圍的空隙的非金屬材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，渦輪機(jī)包括渦輪或壓縮機(jī)，并且所述葉片是渦輪葉片或壓縮機(jī)葉片。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述非金屬材料包括復(fù)合材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述探頭末端護(hù)罩是可移除式環(huán)形護(hù)罩。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述探頭末端護(hù)罩是不動(dòng)地聯(lián)接到所述探頭末端上的包模式環(huán)形護(hù)罩。
18.—種系統(tǒng),包括: 渦電流接近探頭組件，包括:具有探頭末端的渦電流接近探頭；至少部分地設(shè)置在所述渦電流接近探頭周圍的探頭殼；至少部分地設(shè)置在所述探頭殼周圍的探頭鞘，其中，所述探頭鞘通過第一螺紋連接部聯(lián)接到所述探頭殼上；以及設(shè)置在所述探頭末端周圍的探頭末端護(hù)罩，其中，所述探頭末端護(hù)罩通過第二螺紋連接部聯(lián)接到所述探頭殼上，并且所述探頭末端護(hù)罩包括非金屬材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述渦電流接近探頭組件構(gòu)造成設(shè)置在渦輪機(jī)殼體的孔口內(nèi)，其中，當(dāng)所述渦電流接近探頭組件設(shè)置在所述渦輪機(jī)殼體的孔口內(nèi)時(shí)，所述探頭末端護(hù)罩的徑向端與所述渦輪機(jī)殼體的內(nèi)壁大體齊平。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括具有所述渦電流接近探頭組件的葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)， 其中，所述葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)造成監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)葉片和殼體之間的間隙，并且/或者所述葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)造成監(jiān)測(cè)所述旋轉(zhuǎn)葉片的末端部分的健康。
全文摘要
本發(fā)明涉及渦輪機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明公開的實(shí)施例涉及包括渦輪機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)，渦輪機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有渦電流接近探頭組件。渦電流接近探頭組件包括渦電流接近探頭，渦電流接近探頭具有探頭末端和設(shè)置在探頭末端周圍的探頭末端護(hù)罩，其中，探頭末端護(hù)罩包括非金屬材料。渦電流接近探頭構(gòu)造成提供指示渦輪機(jī)葉片的存在的信號(hào)，其中，渦電流接近探頭組件構(gòu)造成設(shè)置在渦輪機(jī)殼體內(nèi)。渦輪機(jī)葉片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括聯(lián)接到渦電流接近探頭組件上的監(jiān)測(cè)器，其中，監(jiān)測(cè)器構(gòu)造成基于信號(hào)來監(jiān)測(cè)渦輪機(jī)葉片的參數(shù)。
文檔編號(hào)G01N27/90GK103207234SQ20131001554
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者K.W.維克斯蒂, S.T.W.弗蘭西斯, J.L.漢娜, S.A.克拉克 申請(qǐng)人:通用電氣公司