用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的蠕變壽命管理系統(tǒng)及操作其的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的蠕變壽命管理系統(tǒng)及操作其的方法。蠕變壽命管理系統(tǒng)(200/400/500)包括聯(lián)接于第一構(gòu)件(122/124)的至少一個(gè)傳感器設(shè)備(202/350/360)。至少一個(gè)傳感器設(shè)備構(gòu)造有唯一標(biāo)識符。蠕變壽命管理系統(tǒng)還包括聯(lián)接于第二構(gòu)件(105/109/110/670/674)的至少一個(gè)讀取器單元(212)。至少一個(gè)讀取器單元構(gòu)造成將詢問請求信號(218/418/518)傳輸至至少一個(gè)傳感器設(shè)備并接收從至少一個(gè)傳感器設(shè)備傳輸?shù)臏y量響應(yīng)信號(220/420/520)。蠕變壽命管理系統(tǒng)還包括至少一個(gè)處理器(216)，其編程成根據(jù)從至少一個(gè)傳感器設(shè)備傳輸?shù)臏y量響應(yīng)信號確定第一構(gòu)件的實(shí)時(shí)蠕變曲線(802)。
【專利說明】用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的蠕變壽命管理系統(tǒng)及操作其的方法
[0001]關(guān)于聯(lián)邦資助的研究和開發(fā)的聲明
本發(fā)明在由能源部(DOE)頒發(fā)的合同N0.DE-FC26-05NT42643下利用政府支持作出。政府具有本發(fā)明中的某些權(quán)利。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本文中描述的實(shí)施例大體涉及系統(tǒng)和設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，并且更特別地，涉及用于渦輪機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]至少一些已知的渦輪機(jī)(即，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī))經(jīng)由多個(gè)可旋轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)葉片壓縮空氣并且在燃燒器中點(diǎn)燃燃料-空氣混合物以生成經(jīng)由熱氣體路徑引導(dǎo)穿過可旋轉(zhuǎn)的渦輪動(dòng)葉的燃燒氣體。此外，至少一些其它已知的渦輪機(jī)(即，蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī))經(jīng)由蒸汽路徑引導(dǎo)蒸汽穿過可旋轉(zhuǎn)的動(dòng)葉。這種已知的渦輪機(jī)將燃燒氣體流和蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為用于使渦輪軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。渦輪機(jī)的輸出可用于給機(jī)器(例如，發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)或泵)提供動(dòng)力。
[0004]許多已知的壓縮機(jī)葉片和渦輪動(dòng)葉經(jīng)由便于以其同樣單元之間的一致材料特性生產(chǎn)這種葉片和動(dòng)葉的工藝而制造。然而，葉片和動(dòng)葉的材料特性可存在輕微的材料變化并且難以檢測。一旦這些葉片和動(dòng)葉被投入使用，則這些細(xì)微的差別開始形成葉片和動(dòng)葉的剩余使用壽命(RUL)的變化。
[0005]至少一些已知的用于渦輪機(jī)構(gòu)件(諸如葉片和動(dòng)葉)的維修工藝使用施加于裝備的所有相似件的標(biāo)準(zhǔn)化檢查和修理方法以通過標(biāo)準(zhǔn)化工作范圍處理裝備。這種標(biāo)準(zhǔn)化的工作范圍可包括施加于每個(gè)構(gòu)件而不管每個(gè)構(gòu)件的實(shí)際狀態(tài)的渦輪機(jī)拆卸、廣泛檢查和糾正性修理程序。例如，建造成預(yù)測構(gòu)件壽命的構(gòu)件模型可確定更換計(jì)劃，并且這些值用于安排更換。因此，具有小缺陷或沒有缺陷的構(gòu)件可以以與具有顯著缺陷的這些構(gòu)件相似的資源花費(fèi)來處理，包括不必要的更換。該資源花費(fèi)從財(cái)務(wù)角度來看被認(rèn)為是次最佳的。
[0006]此外，至少一些已知的用于渦輪機(jī)構(gòu)件的維修工藝可包括檢查結(jié)果的不確定性，該檢查包括標(biāo)準(zhǔn)非破壞性檢查(NDE)和隨后數(shù)據(jù)分析。例如，許多已知的NDE工藝/分析不根據(jù)蠕變和蠕變疲勞提供包括裂紋生長速率的裂紋生長數(shù)據(jù)的充分關(guān)聯(lián)。另外，存在以具體構(gòu)件的裂紋生長速率為特征的很少的機(jī)制(如果有的話)。因此，難以確定經(jīng)歷漸進(jìn)蠕變的構(gòu)件的RUL。通過測量構(gòu)件的大小并隨時(shí)跟蹤大小的變化而估計(jì)蠕變。記錄保持實(shí)踐不是標(biāo)準(zhǔn)化的，并且常常由于與構(gòu)件的初始大小和隨后測量有關(guān)的不確定性而難以作出精確的蠕變確定。
[0007]此外，至少一些已知的用于操作渦輪和壓縮機(jī)的測量系統(tǒng)包括聯(lián)接于壓縮機(jī)葉片和渦輪動(dòng)葉的測量儀器。這些系統(tǒng)典型地要求大量布線、為了容納布線而對葉片和動(dòng)葉進(jìn)行的修改以及由于被監(jiān)測構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)操作而必要的復(fù)雜滑動(dòng)環(huán)構(gòu)型來將測量數(shù)據(jù)從葉片和動(dòng)葉傳輸至外部數(shù)據(jù)儲存和分析單元。因此，這種系統(tǒng)增加了建造和維護(hù)成本。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在一個(gè)方面，提供了一種蠕變壽命管理系統(tǒng)。蠕變壽命管理系統(tǒng)包括聯(lián)接于第一構(gòu)件的至少一個(gè)傳感器設(shè)備。至少一個(gè)傳感器設(shè)備構(gòu)造有唯一標(biāo)識符。蠕變壽命管理系統(tǒng)還包括聯(lián)接于第二構(gòu)件的至少一個(gè)讀取器單元。至少一個(gè)讀取器單元構(gòu)造成將詢問請求信號傳輸至至少一個(gè)傳感器設(shè)備并接收從至少一個(gè)傳感器設(shè)備傳輸?shù)臏y量響應(yīng)信號。蠕變壽命管理系統(tǒng)還包括至少一個(gè)處理器，其編程成根據(jù)從至少一個(gè)傳感器設(shè)備傳輸?shù)臏y量響應(yīng)信號確定第一構(gòu)件的實(shí)時(shí)蠕變曲線。
[0009]在又一個(gè)方面，提供了一種操作渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件、至少一個(gè)靜止構(gòu)件和蠕變壽命管理系統(tǒng)，該蠕變壽命管理系統(tǒng)包括聯(lián)接于至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的第一部分和聯(lián)接于至少一個(gè)靜止構(gòu)件的第二部分。該方法包括使至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相對于至少一個(gè)靜止構(gòu)件旋轉(zhuǎn)并通過第二部分詢問第一部分。該方法還包括響應(yīng)于通過第二部分的詢問而從第一部分傳輸響應(yīng)信號，其中，響應(yīng)信號代表至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的測量結(jié)果。該方法還包括在第二部分處接收響應(yīng)信號并確定至少部分地基于響應(yīng)信號的、用于至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的唯一蠕變曲線。
[0010]在另一個(gè)方面，提供了一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和至少一個(gè)靜止構(gòu)件。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括蠕變壽命管理系統(tǒng)，其包括聯(lián)接于至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的至少一個(gè)傳感器設(shè)備。至少一個(gè)傳感器設(shè)備構(gòu)造有唯一標(biāo)識符。蠕變壽命管理系統(tǒng)還包括聯(lián)接于至少一個(gè)靜止構(gòu)件的至少一個(gè)讀取器單元。至少一個(gè)讀取器單元構(gòu)造成將詢問請求信號傳輸至至少一個(gè)傳感器設(shè)備并從至少一個(gè)傳感器設(shè)備接收測量響應(yīng)信號。蠕變壽命管理系統(tǒng)還包括至少一個(gè)處理器，其編程成根據(jù)從至少一個(gè)傳感器設(shè)備傳輸?shù)臏y量響應(yīng)信號確定所述至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的實(shí)時(shí)蠕變曲線。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；
圖2是可與圖1中示出的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的示例性蠕變壽命管理系統(tǒng)的示意圖。
[0012]圖3是可與圖1中示出的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的具有聯(lián)接于其的多個(gè)傳感器的示例性渦輪動(dòng)葉的示意圖；
圖4是可與圖1中示出的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的可選示例性蠕變壽命管理系統(tǒng)的示意圖。
[0013]圖5是可與圖1中示出的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的另一個(gè)可選示例性蠕變壽命管理系統(tǒng)的示意圖。
[0014]圖6是圖2、4和5中示出的蠕變壽命管理系統(tǒng)的一部分在圖1中示出的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的示例性定位的示意圖；
圖7是監(jiān)測器和由圖2、4和5中示出的蠕變壽命管理系統(tǒng)生成的示例性屏幕顯示的示意圖；
圖8是監(jiān)測器和由圖2、4和5中示出的蠕變壽命管理系統(tǒng)生成的另一個(gè)示例性屏幕顯示的示意圖；以及 圖9是監(jiān)測器和由圖2、4和5中示出的蠕變壽命管理系統(tǒng)生成的又一個(gè)屏幕顯示的示意圖。
[0015]部件列表
100燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(渦輪機(jī))
102進(jìn)氣區(qū)段
104壓縮機(jī)區(qū)段
105壓縮機(jī)外殼
106燃燒器區(qū)段
108渦輪區(qū)段
109渦輪外殼
110排氣區(qū)段 112轉(zhuǎn)子組件
114壓縮機(jī)(轉(zhuǎn)子)驅(qū)動(dòng)軸
115渦輪(轉(zhuǎn)子)驅(qū)動(dòng)軸
116燃燒器
118燃料噴嘴組件
120負(fù)載
122壓縮機(jī)葉片組件
123導(dǎo)葉組件
124渦輪動(dòng)葉組件
125噴嘴組件 150進(jìn)氣
152壓縮空氣
154燃燒氣體
156排氣
200蠕變壽命管理系統(tǒng)
202RF傳感器設(shè)備
204壓電晶體基底
206反射器
208叉指式換能器
210天線
212讀取器單元
214天線
215收發(fā)器裝置
216控制器
218請求(詢問)信號
220響應(yīng)信號
330葉根部分
340翼型件部分342末端部分
344前緣
346后緣L翼型件長度
350溫度傳感器
360應(yīng)變傳感器
400蠕變壽命管理系統(tǒng)
402天線延伸部
404天線
418請求(詢問)信號
420響應(yīng)信號D距離
500蠕變壽命管理系統(tǒng)
518請求(詢問)信號
520響應(yīng)信號
670壓縮機(jī)進(jìn)氣壁
672壓縮機(jī)的最后一級
674渦輪排氣壁
676潤輪的最后一級
700監(jiān)測器
702實(shí)時(shí)應(yīng)變曲線的屏幕畫面
704Y 軸
706X 軸
708動(dòng)葉實(shí)時(shí)應(yīng)變測量
710提高的動(dòng)葉應(yīng)變測量
712動(dòng)葉應(yīng)變參數(shù)
800監(jiān)測器
802實(shí)時(shí)蠕變應(yīng)變歷史曲線屏幕
804Y 軸
806X 軸
808Z 軸
810單獨(dú)的蠕變應(yīng)變歷史曲線
900監(jiān)測器
902實(shí)時(shí)構(gòu)件溫度曲線屏幕
904Y 軸
906X 軸
908Z 軸
910單獨(dú)的構(gòu)件溫度曲線?！揪唧w實(shí)施方式】
[0016]圖1是旋轉(zhuǎn)機(jī)器100 ( S卩，渦輪機(jī))和更具體地渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。在示例性實(shí)施例中，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)100為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)?？蛇x地,渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)100為任何其它渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和/或旋轉(zhuǎn)機(jī)器，包括但不受限于蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。在示例性實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100包括進(jìn)氣區(qū)段102和壓縮機(jī)區(qū)段104，壓縮機(jī)區(qū)段104聯(lián)接在進(jìn)氣區(qū)段102的下游并且與其流動(dòng)連通。壓縮機(jī)區(qū)段104包封在壓縮機(jī)外殼105內(nèi)。燃燒器區(qū)段106聯(lián)接在壓縮機(jī)區(qū)段104的下游并且與其流動(dòng)連通，并且渦輪區(qū)段108聯(lián)接在燃燒器區(qū)段106的下游并且與其流動(dòng)連通。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)100包封在渦輪外殼109內(nèi)，并且包括位于渦輪區(qū)段108的下游的排氣區(qū)段110。此外，在示例性實(shí)施例中，渦輪區(qū)段108經(jīng)由轉(zhuǎn)子組件112聯(lián)接于壓縮機(jī)區(qū)段104，轉(zhuǎn)子組件112包括但不受限于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子或驅(qū)動(dòng)軸114以及渦輪轉(zhuǎn)子或驅(qū)動(dòng)軸115。
[0017]在示例性實(shí)施例中，燃燒器區(qū)段106包括均與壓縮機(jī)區(qū)段104流動(dòng)連通地聯(lián)接的多個(gè)燃燒器組件，即，燃燒器116。燃燒器區(qū)段106還包括至少一個(gè)燃料噴嘴組件118。每個(gè)燃燒器116與至少一個(gè)燃料噴嘴組件118流動(dòng)連通。此外，在示例性實(shí)施例中，渦輪區(qū)段108和壓縮機(jī)區(qū)段104經(jīng)由驅(qū)動(dòng)軸114可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接于負(fù)載120。例如，負(fù)載120可包括但不受限于發(fā)電機(jī)和/或機(jī)械驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，例如，泵。可選地，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可為飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)。在示例性實(shí)施例中，壓縮機(jī)區(qū)段104包括至少一個(gè)壓縮機(jī)葉片組件122(即，葉片122)和至少一個(gè)相鄰的靜止導(dǎo)葉組件123。
[0018]此外，在示例性實(shí)施例中，渦輪區(qū)段108包括至少一個(gè)渦動(dòng)葉片組件(S卩，動(dòng)葉124)和至少一個(gè)相鄰的靜止噴嘴組件125。每個(gè)壓縮機(jī)葉片組件122和每個(gè)渦輪動(dòng)葉124聯(lián)接于轉(zhuǎn)子組件112或更具體地壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)軸114和渦輪驅(qū)動(dòng)軸115。
[0019]在操作中，進(jìn)氣區(qū)段102將空氣150引導(dǎo)向壓縮機(jī)區(qū)段104。壓縮機(jī)區(qū)段104在將壓縮空氣152朝向燃燒器區(qū)段106排出之前將進(jìn)氣150壓縮至較高的壓力和溫度。壓縮空氣152引導(dǎo)至燃料噴嘴組件118，與燃料(未示出)混合，并且在每個(gè)燃燒器116內(nèi)燃燒以生成朝向渦輪區(qū)段108向下游引導(dǎo)的燃燒氣體154。燃燒器116內(nèi)生成的燃燒氣體154朝向渦輪區(qū)段108向下游引導(dǎo)。在撞擊渦輪動(dòng)葉124之后，熱能轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子組件112的機(jī)械旋轉(zhuǎn)能。渦輪區(qū)段108經(jīng)由驅(qū)動(dòng)軸114和115驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)區(qū)段104和/或負(fù)載120，并且排氣156通過排氣區(qū)段110排出至環(huán)境大氣。
[0020]圖2是可與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100 (在圖1中示出)一起使用的示例性蠕變壽命管理系統(tǒng)200的示意圖。蠕變壽命管理系統(tǒng)200包括聯(lián)接于壓縮機(jī)葉片122和渦輪動(dòng)葉124中的一個(gè)的至少一個(gè)傳感器設(shè)備202。在例性實(shí)施例中，傳感器設(shè)備202為表面聲波(SAW)傳感器設(shè)備?？蛇x地，傳感器設(shè)備202為構(gòu)造成耐受大致恒定地暴露于惡劣環(huán)境的任何感應(yīng)裝置，這種惡劣環(huán)境可包括但不受限于超過100攝氏度(° C)(212華氏度(° F))的高溫壓縮空氣、超過260° C(500° F)的高溫燃燒氣體和由近似3000轉(zhuǎn)每分鐘(rpm)至近似3600rpm的旋轉(zhuǎn)速度誘發(fā)的顯著旋轉(zhuǎn)力。這種可選感應(yīng)裝置可包括但不受限于直接存放(DD)RF傳感器設(shè)備。
[0021]此外，在示例性實(shí)施例中，每個(gè)傳感器設(shè)備202包括壓電晶體基底204。傳感器設(shè)備202還包括聯(lián)接于壓電基底204的多個(gè)反射器206。反射器206便于為每個(gè)傳感器設(shè)備202提供唯一標(biāo)識符，使得通過聯(lián)接于其的相關(guān)傳感器設(shè)備202便于每個(gè)壓縮機(jī)葉片122和每個(gè)潤輪動(dòng)葉124的唯一標(biāo)識。可選地，傳感器設(shè)備202包括任何唯一標(biāo)識機(jī)構(gòu),包括但不受限于與零售RF識別(RFID)裝置相似的裝置，其中，這種RFID裝置包括唯一地構(gòu)造的RF換能器。傳感器設(shè)備202還包括聯(lián)接于壓電基底204的至少一個(gè)叉指式換能器208。傳感器設(shè)備202還包括聯(lián)接于叉指式換能器208的至少一根天線210。此外，傳感器設(shè)備202為被動(dòng)的，即，它不包括機(jī)載(on-board)電源，并且處于休眠狀態(tài)直到它被詢問，如下所述。
[0022]此外，在示例性實(shí)施例中，蠕變壽命管理系統(tǒng)200包括讀取器單元212。讀取器單元212聯(lián)接于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的靜止部分。讀取器單元212包括至少一根天線214、至少一個(gè)射頻(RF)發(fā)送器裝置和聯(lián)接于天線214的至少一個(gè)RF接收器裝置。在示例性實(shí)施例中，RF發(fā)送器和接收器裝置集成到收發(fā)器裝置215中。
[0023]此外，在示例性實(shí)施例中，讀取器單元212包括聯(lián)接于收發(fā)器裝置215的控制器216?？蛇x地，控制器216可位于讀取器單元212外部?？刂破?16包括至少一個(gè)處理器(未示出)并且/或者由其實(shí)施。如本文中使用的，處理器包括任何合適的可編程電路，諸如但不受限于一個(gè)或更多個(gè)系統(tǒng)和微控制器、微處理器、通用中央處理單元(CPU)、精簡指令集電路(RISC)、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯電路(PLC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和/或能夠執(zhí)行本文中描述的功能的任何其它電路。以上實(shí)例僅為示例性的，并且因此不意圖以任何方式限制用語“處理器”的定義和/或含義。
[0024]另外，控制器216包括聯(lián)接于處理器的至少一個(gè)存儲裝置(未示出)，其儲存計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令和數(shù)據(jù)，諸如操作數(shù)據(jù)、參數(shù)、設(shè)定點(diǎn)、閾值和/或使蠕變壽命管理系統(tǒng)200能夠如本文中描述地運(yùn)行的任何其它數(shù)據(jù)。存儲裝置可包括一個(gè)或更多個(gè)有形的、非瞬時(shí)的計(jì)算機(jī)可讀媒體，諸如但不受限于隨機(jī)存取存儲器(RAM)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)、固態(tài)盤、硬盤、只讀存儲器(ROM)、可擦除可編程ROM(EPROM)、電可擦除可編程ROM (EEPROM)和/或非易失性RAM(NVRAM)存儲器。
[0025]本文中描述的方法可編譯為在有形的、非瞬時(shí)的計(jì)算機(jī)可讀媒體(包括但不受限于儲存裝置和/或存儲裝置)中實(shí)施的可執(zhí)行指令和算法。這種指令和算法在由處理器執(zhí)行時(shí)使處理器執(zhí)行本文中描述的方法的至少一部分。此外，如本文中使用的，用語“非瞬時(shí)計(jì)算機(jī)可讀媒體”包括所有有形計(jì)算機(jī)可讀媒體，諸如固件、物理現(xiàn)象和虛擬儲存器、⑶-R0M、DVD和另一種數(shù)字源，諸如網(wǎng)絡(luò)或因特網(wǎng)，以及仍待開發(fā)的數(shù)字器件，唯一的例外是瞬時(shí)傳播信號。
[0026]在操作中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100處于使用中，并且渦輪區(qū)段108經(jīng)由轉(zhuǎn)子組件112驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)區(qū)段104，使得壓縮機(jī)葉片122和渦輪動(dòng)葉124旋轉(zhuǎn)。讀取器單元212經(jīng)由天線214傳輸至少一個(gè)RF請求信號218，S卩，控制器216通過天線214命令收發(fā)器裝置215在每個(gè)設(shè)備202旋轉(zhuǎn)時(shí)詢問每個(gè)傳感器設(shè)備202。請求信號218由天線210接收，并且信號218中的能量傳輸至叉指式換能器208。叉指式換能器208在壓電基底204中誘發(fā)表面聲波。表面聲波的共振頻率被反射器206和相關(guān)的壓縮機(jī)葉片122或渦輪動(dòng)葉124的實(shí)時(shí)特性(例如，溫度和應(yīng)變)影響。叉指式換能器208將具有共振頻率的能量轉(zhuǎn)換成經(jīng)由天線210和214以及收發(fā)器裝置215傳輸至讀取器單元212的RF響應(yīng)信號220。由控制器216評估響應(yīng)信號220內(nèi)的數(shù)據(jù)。
[0027]如本文中使用的，用語“實(shí)時(shí)”指的是相關(guān)事件發(fā)生的時(shí)間、預(yù)定數(shù)據(jù)的測量和收集的時(shí)間、處理數(shù)據(jù)的時(shí)間以及系統(tǒng)對事件和環(huán)境的響應(yīng)的時(shí)間中的至少一個(gè)。在本文中描述的實(shí)施例中，這些活動(dòng)和事件大致瞬間地發(fā)生。
[0028]圖3是可與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100(在圖1中示出)一起使用的具有聯(lián)接于其的傳感器設(shè)備202的示例性渦輪動(dòng)葉124的示意圖。渦輪動(dòng)葉124包括葉根部分330和聯(lián)接于葉根部分330的翼型件部分340。翼型件部分340限定翼型件末端部分342、前緣344、后緣346和葉根部分330與翼型件末端部分342之間的長度L。在示例性實(shí)施例中，傳感器設(shè)備202包括緊鄰前緣344(即，動(dòng)葉124的首先接收高溫燃燒氣體154(在圖1中示出)的部分)定位的多個(gè)溫度傳感器350。此外，溫度傳感器350在長度L的預(yù)定百分比范圍內(nèi)(例如，近似在10%至20%、45%至55%和85%至95%之間)定位?？蛇x地，溫度傳感器350以使蠕變壽命管理系統(tǒng)220 (在圖2中示出)能夠如本文中描述地操作的動(dòng)葉124間的任何間距在動(dòng)葉124上的任何位置定位。溫度傳感器350通過使蠕變壽命管理系統(tǒng)200能夠如本文中描述地操作的任何方法聯(lián)接于動(dòng)葉124，該任何方法包括但不受限于使溫度傳感器350嵌入在翼型件340的基底和/或涂層(兩者都不示出)內(nèi)，以及機(jī)械聯(lián)接于翼型件340的基底和/或涂層的表面。
[0029]此外，在示例性實(shí)施例中，傳感器設(shè)備202包括應(yīng)變傳感器360。應(yīng)變傳感器360在長度L的近似30%至40%的百分比范圍之間定位。可選地，任何數(shù)量的應(yīng)變傳感器360以使蠕變壽命管理系統(tǒng)200能夠如本文中描述地操作的動(dòng)葉124間的任何間距在動(dòng)葉124上的任何位置定位。溫度傳感器350通過使蠕變壽命管理系統(tǒng)200能夠如本文中描述地操作的任何方法聯(lián)接于動(dòng)葉124，該任何方法包括但不受限于描述用于溫度傳感器350的這些方法。
[0030]溫度傳感器350和應(yīng)變傳感器360與傳感器設(shè)備202 (在圖2中示出)相似，并且包括至少一根天線210 (在圖2中示出)。
[0031]圖4是可與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100 (在圖1中示出)一起使用的可選示例性蠕變壽命管理系統(tǒng)400的示意圖。除了系統(tǒng)400包括聯(lián)接于收發(fā)器裝置215的天線延伸部402之夕卜，系統(tǒng)400與系統(tǒng)200 (在圖2中示出)相似。此外，天線延伸部402穿透并且延伸穿過壓縮機(jī)外殼105和渦輪外殼109中的任一個(gè)。此外，四根天線404固定地聯(lián)接于天線延伸部402，并且固定地聯(lián)接于靜止導(dǎo)葉組件123和靜止噴嘴組件125中的任一個(gè)。此外，系統(tǒng)400包括在與以上描述的構(gòu)型(在圖3中示出)相似的構(gòu)型下聯(lián)接于葉片122和動(dòng)葉124中的一個(gè)的多個(gè)溫度傳感器350和應(yīng)變傳感器360。在一些實(shí)施例中，每根天線404專用于以一對一的關(guān)系與溫度傳感器350和應(yīng)變傳感器360中的一個(gè)相關(guān)的天線210并且與其通信聯(lián)接。在一些其它實(shí)施例中，每根天線404專用于以一對多的關(guān)系與溫度傳感器350和/或應(yīng)變傳感器360中的多于一個(gè)相關(guān)的天線210并且與其通信聯(lián)接。天線延伸部402構(gòu)造有多個(gè)詢問信道(未示出)，即，每個(gè)傳感器350/360 —個(gè)信道?？蛇x地，天線延伸部402構(gòu)造有構(gòu)造成傳輸多個(gè)信號的單個(gè)信道，每個(gè)信號具有唯一編碼的標(biāo)識符和/或頻率。此夕卜，可選地，使用使蠕變壽命管理系統(tǒng)400能夠如本文中描述地操作的天線404、天線延伸部402內(nèi)的通信信道以及傳感器350和360的任何組合和任何數(shù)量。
[0032]在操作中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100(在圖1中示出)處于使用中，并且渦輪區(qū)段108經(jīng)由轉(zhuǎn)子組件112驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)區(qū)段104，使得壓縮機(jī)葉片122和渦輪動(dòng)葉124旋轉(zhuǎn)。讀取器單元212經(jīng)由至少一根天線404傳輸至少一個(gè)RF請求信號418，即，控制器216通過相關(guān)的靜止天線404命令收發(fā)器裝置215在每個(gè)設(shè)備350/360旋轉(zhuǎn)時(shí)詢問每個(gè)傳感器設(shè)備350/360。每個(gè)請求信號418由相關(guān)的傳感器設(shè)備350/360接收，并且測量相關(guān)的壓縮機(jī)葉片122或渦輪動(dòng)葉124的實(shí)時(shí)特性，例如溫度和應(yīng)變。RF響應(yīng)信號420經(jīng)由天線404和收發(fā)器裝置215傳輸至讀取器單元212。由控制器216評估響應(yīng)信號420內(nèi)的數(shù)據(jù)。
[0033]在示例性實(shí)施例中，天線210以距離D彼此分離。距離D與RF響應(yīng)信號420的相關(guān)操作波長的至少1/4大致相等?？蛇x地，距離D等于或大于傳感器天線210與讀取器天線404之間的無線信道的空間相干距離。相似地，在示例性實(shí)施例中，天線404以距離D(即，至少為RF響應(yīng)信號420的相關(guān)操作波長的1/4或大于傳感器天線210與讀取器天線404之間的無線信道的相關(guān)空間相干距離)彼此分離。天線210與天線404之間的這種空間分離距離D便于由讀取器單元212接收和處理RF響應(yīng)信號420，使得顯著減小RF多路徑干擾和獨(dú)立的接收器噪音源的影響，并且提高RF響應(yīng)信號420的總體信號水平，由此增大系統(tǒng)400的靈敏性和讀數(shù)的穩(wěn)健性。
[0034]圖5是可與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100(在圖1中示出)一起使用的另一個(gè)可選示例性蠕變壽命管理系統(tǒng)500的示意圖。系統(tǒng)500與系統(tǒng)200和400 (分別在圖2和圖4中示出)的相似之處在于，系統(tǒng)500包括一根天線214 (與系統(tǒng)200相似)，其聯(lián)接于收發(fā)器裝置215并且還與多個(gè)溫度傳感器350和應(yīng)變傳感器360通信地聯(lián)接于葉片122和動(dòng)葉124中的一個(gè)(與系統(tǒng)400相似)。系統(tǒng)500關(guān)于讀取器單元212 (包括天線214、收發(fā)器裝置215和控制器216)與系統(tǒng)200和400不同。讀取器212定位在進(jìn)氣區(qū)段102和排氣區(qū)段110中的一個(gè)中，并且聯(lián)接于其中的靜止結(jié)構(gòu)(在圖5中未不出)，使得不存在壓縮機(jī)外殼105或渦輪外殼109的穿透。此外，讀取器天線214以一對多的關(guān)系通信聯(lián)接于多個(gè)傳感器設(shè)備天線210?？蛇x地，代替單根讀取器天線214，讀取器單元212可包括以距離D (在圖4中示出)分離的多根讀取器天線214，使得顯著減小RF多路徑干擾和獨(dú)立接收器噪音源的影響(如上所述)。
[0035]在操作中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100(在圖1中示出)處于使用中，并且渦輪區(qū)段108經(jīng)由轉(zhuǎn)子組件112驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)區(qū)段104，使得壓縮機(jī)葉片122和渦輪動(dòng)葉124旋轉(zhuǎn)。讀取器單元212經(jīng)由天線214傳輸至少一個(gè)RF請求信號518，S卩，控制器216通過相關(guān)的靜止天線214命令收發(fā)器裝置215在每個(gè)設(shè)備350/360旋轉(zhuǎn)時(shí)詢問每個(gè)傳感器設(shè)備350/360。每個(gè)請求信號518由相關(guān)的傳感器設(shè)備350/360接收，并且測量相關(guān)的壓縮機(jī)葉片122或渦輪動(dòng)葉124的實(shí)時(shí)特性，例如溫度和應(yīng)變。RF響應(yīng)信號520經(jīng)由天線214和收發(fā)器裝置215傳輸至讀取器單元212。由控制器216評估響應(yīng)信號520內(nèi)的數(shù)據(jù)。
[0036]圖6是蠕變壽命管理系統(tǒng)500的部分在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100內(nèi)的示例性定位的示意圖。在示例性實(shí)施例中，讀取器單元212定位在壓縮機(jī)區(qū)段104的靜止部分上，S卩，至少一個(gè)讀取器單元212聯(lián)接于壓縮機(jī)進(jìn)氣壁670。可選地，讀取器單元212定位在使蠕變壽命管理系統(tǒng)500能夠如本文中描述地操作的任何位置。例如，在不限制的情況下，讀取器單元212可定位在相關(guān)的傳感器設(shè)備202的無線RF通信范圍內(nèi)的任何位置。
[0037]此外，在示例性實(shí)施例中，多個(gè)傳感器設(shè)備202 (在圖2和圖3中示出)聯(lián)接于壓縮機(jī)區(qū)段104的最后一級672中的每個(gè)壓縮機(jī)葉片122。壓縮機(jī)區(qū)段104的最后一級672典型地暴露于在引導(dǎo)到燃燒器區(qū)段106中之前處于其最高壓力和溫度的壓縮空氣152 (在圖1中示出)。溫度傳感器350和應(yīng)變傳感器360中的每一個(gè)中的至少一個(gè)聯(lián)接于每個(gè)葉片122，并且每個(gè)葉片122上的傳感器350和360中的每一個(gè)包括唯一的字母數(shù)字識別代碼?？蛇x地，在壓縮機(jī)區(qū)段104的任何一級上使用使蠕變壽命管理系統(tǒng)500能夠如本文中描述地操作的傳感器設(shè)備202的任何構(gòu)型。
[0038]此外，在示例性實(shí)施例中，讀取器單元212定位在排氣區(qū)段110的靜止部分上，即，至少一個(gè)讀取器單元212聯(lián)接于渦輪排氣壁674?？蛇x地，讀取器單元212定位在使蠕變壽命管理系統(tǒng)500能夠如本文中描述地操作的任何位置。例如，在不限制的情況下，讀取器單元212可定位在相關(guān)的傳感器設(shè)備202的無線RF通信范圍內(nèi)的任何位置。
[0039]此外，在示例性實(shí)施例中，多個(gè)傳感器設(shè)備202聯(lián)接于渦輪區(qū)段108的最后一級676中的每個(gè)渦輪動(dòng)葉124。渦輪區(qū)段108的第三或最后一級676典型地暴露于在引導(dǎo)到排氣區(qū)段110中之前處于它們的最低壓力和溫度的燃燒氣體154(在圖1中示出)。溫度傳感器350和應(yīng)變傳感器360中的每一個(gè)中的至少一個(gè)聯(lián)接于每個(gè)動(dòng)葉124，并且每個(gè)動(dòng)葉124上的傳感器350和360中的每一個(gè)包括唯一的字母數(shù)字識別代碼?？蛇x地，在渦輪區(qū)段108的任何一級上使用使蠕變壽命管理系統(tǒng)200能夠如本文中描述地操作的傳感器設(shè)備202的任何構(gòu)型。
[0040]在操作中，每個(gè)讀取器單元212以預(yù)定間隔詢問每個(gè)相關(guān)的傳感器設(shè)備202。例如，在不限制的情況下，具有聯(lián)接于其的至少一個(gè)傳感器設(shè)備202的每個(gè)單獨(dú)的動(dòng)葉124在操作時(shí)每隔一小時(shí)被相關(guān)的讀取器單元212詢問，其中，每個(gè)傳感器設(shè)備202以一秒的間隔被詢問。因此，對于具有帶有傳感器設(shè)備202的91個(gè)動(dòng)葉124的這些渦輪區(qū)段108而言，從動(dòng)葉124收集數(shù)據(jù)的一個(gè)循環(huán)的長度為近似91秒。傳感器設(shè)備202可被詢問并且不論燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的操作旋轉(zhuǎn)速度如何都傳輸響應(yīng)。此外，操作員可通過使用唯一標(biāo)識符手動(dòng)地誘發(fā)用于具有傳感器設(shè)備202的任何葉片122和動(dòng)葉124的數(shù)據(jù)收集事件(episode)。此外，數(shù)據(jù)收集可為大致連續(xù)的。
[0041]在可選實(shí)施例中，系統(tǒng)400 (在圖4中示出)或系統(tǒng)500可代替系統(tǒng)200 (在圖2中示出)。此外，在可選實(shí)施例中，系統(tǒng)200、400和500包括使這種系統(tǒng)200、400和500的操作能夠與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的具體構(gòu)型一致的任何構(gòu)型。
[0042]圖7是監(jiān)測器700和由蠕變壽命管理系統(tǒng)200、400和500生成的示例性屏幕顯示702( S卩，實(shí)時(shí)應(yīng)變曲線圖702的屏幕畫面(view))的示意圖。曲線圖702包括代表0.0005的無單位應(yīng)變增量的I軸704和代表渦輪區(qū)段108的第三或最后一級676中的91個(gè)動(dòng)葉124中的每一個(gè)(全部在圖6中示出)的X軸706。曲線圖702還包括多個(gè)(B卩，91個(gè))動(dòng)葉實(shí)時(shí)應(yīng)變測量結(jié)果708。測量結(jié)果708包括兩組提高的動(dòng)葉應(yīng)變測量結(jié)果710。曲線圖702還包括具有0.003的值的應(yīng)變參數(shù)712。可選地，使用使系統(tǒng)200、400和500能夠如本文中描述地操作的I軸704的任何增量大小確定和應(yīng)變參數(shù)712的任何值。此外，可選地，可監(jiān)測使系統(tǒng)200、400和500能夠如本文中描述地操作的渦輪區(qū)段108的任何一級中的任何數(shù)量的動(dòng)葉124和壓縮機(jī)區(qū)段104的任何一級中的任何數(shù)量的葉片122(全部在圖1中示出)。
[0043]參考圖6和圖7，在操作中，收集成形成蠕變曲線的數(shù)據(jù)包括每個(gè)被詢問的葉片122和動(dòng)葉124上的溫度和應(yīng)變的實(shí)時(shí)測量結(jié)果。數(shù)據(jù)收集和儲存用于實(shí)時(shí)分析和未來分析。例如，在不限制的情況下，實(shí)時(shí)應(yīng)變曲線圖702的屏幕畫面在監(jiān)測器700上顯示用于操作員(未示出)，由此便于構(gòu)件應(yīng)變的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0044]此外，實(shí)時(shí)應(yīng)變的預(yù)定設(shè)定點(diǎn)(例如，在不限制的情況下，0.003的應(yīng)變參數(shù)712值)可編程到控制器216中，使得在被監(jiān)測構(gòu)件上的任何應(yīng)變測量結(jié)果718 (在圖7中示出)接近、達(dá)到或超過這種值時(shí)，發(fā)出警報(bào)和/或警告以提醒操作員，由此便于蠕變壽命管理系統(tǒng)200、400和500的“早期警告”特征。對于某些應(yīng)變值(例如，在不限制的情況下，應(yīng)變參數(shù)712)，這種測量結(jié)果可輸入至控制器216 (在圖2中示出)的編程內(nèi)的決定算法和指令，包括但不受限于在近期或立即停止發(fā)動(dòng)機(jī)100的操作。
[0045]圖8是監(jiān)測器800和由蠕變壽命管理系統(tǒng)200、400和500生成的另一個(gè)示例性屏幕顯示802 (即，實(shí)時(shí)蠕變應(yīng)變歷史曲線屏幕802的畫面)的示意圖。曲線屏幕802包括代表蠕變應(yīng)變的典型值的y軸804。此外，曲線屏幕802包括代表時(shí)間的X軸806。此外，曲線屏幕802包括代表多個(gè)葉片122或動(dòng)葉124 (全部在圖6中示出)中的每一個(gè)的z軸808。曲線屏幕802還包括用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100中的多個(gè)葉片122和/或動(dòng)葉124中的每一個(gè)(在圖6中示出)的多個(gè)單獨(dú)的蠕變應(yīng)變歷史曲線810。在示例性實(shí)施例中，示出葉片122或動(dòng)葉124的單個(gè)級?？蛇x地，可在曲線屏幕802中示出用于任何葉片122和任何動(dòng)葉124的單獨(dú)曲線810的任何組合。
[0046]這種實(shí)時(shí)蠕變確定由控制器216執(zhí)行，以利用蠕變速率、溫度和應(yīng)變之間的已知關(guān)系生成構(gòu)件的每個(gè)實(shí)時(shí)的單獨(dú)蠕變應(yīng)變曲線810，由此便于與確定的總構(gòu)件應(yīng)變整僉的構(gòu)件蠕變速率的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0047]曲線屏幕802分成蠕變歷史的三個(gè)階段，并且便于為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的操作員提供每個(gè)示出的被監(jiān)測的葉片122和/或動(dòng)葉124當(dāng)前呈現(xiàn)哪一個(gè)蠕變階段的指示。階段I代表典型地由隨著時(shí)間推移而減速直到其達(dá)到大致最小值的初始大蠕變速率限定的主蠕變階段。階段II代表典型地由大致恒定地處于在階段I結(jié)束時(shí)的最小值的蠕變速率限定的第二蠕變階段。階段III代表典型地由隨著時(shí)間推移而加速的蠕變速率限定的第三蠕變階段。加速的蠕變速率至少部分地歸因于被監(jiān)測的構(gòu)件的變形。這種變形典型地為即將發(fā)生的永久損壞和構(gòu)件失效的指示。
[0048]曲線屏幕802包括與單獨(dú)的蠕變應(yīng)變歷史曲線810的階段III相關(guān)的視覺報(bào)警特征。例如，并且在不限制的情況下，視覺和/或可聽警報(bào)級別I指示階段III變形的早期，并且提示操作員通過200、400和500增加相關(guān)構(gòu)件的監(jiān)測。此外，在不限制的情況下，屏幕802包括指示被監(jiān)測構(gòu)件的變形的加速速率的視覺和/或可聽警報(bào)級別2，并且提示操作員關(guān)于通過系統(tǒng)200、400和500增加監(jiān)測和在下一次停機(jī)期間的可能檢查、修理和/或更換作出決定。此外，警報(bào)級別I和警報(bào)級別2可提示操作員對燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100作出用以增強(qiáng)/優(yōu)化操作的操作調(diào)節(jié)，以便于延長每個(gè)被監(jiān)測且可唯一地識別的葉片122和動(dòng)葉124的剩余使用壽命(RUL)(在下面進(jìn)一步描述)。
[0049]此外，在不限制的情況下，屏幕802包括指示被監(jiān)測構(gòu)件的可能近期失效的視覺和/或可聽警報(bào)級別3，并且提示操作員關(guān)于在下一次停機(jī)期間的可能檢查、修理和/或更換和在近期使發(fā)動(dòng)機(jī)100停止操作作出決定。此外，警報(bào)級別3可提示操作員對燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100作出用以增強(qiáng)/優(yōu)化操作的操作調(diào)節(jié)，以便于至少短期地延長每個(gè)被監(jiān)測且可唯一地識別的葉片122和動(dòng)葉124的RUL(在下面進(jìn)一步描述)直到發(fā)動(dòng)機(jī)100可停止操作。
[0050]警報(bào)級別3還可為對控制器216(在圖2中示出)的編程內(nèi)的決定算法和指令的輸入，包括但不受限于在近期或立即使發(fā)動(dòng)機(jī)100停止操作?？蛇x地，屏幕802包括使系統(tǒng)200、400和500能夠如本文中描述地操作的關(guān)于任何大小的(any order of)嚴(yán)重程度的任何數(shù)量的警報(bào)級別。
[0051]這種警報(bào)級別、視覺報(bào)警特征和可聽報(bào)警特征在被監(jiān)測構(gòu)件接近、達(dá)到或超過相關(guān)參數(shù)時(shí)便于蠕變壽命管理系統(tǒng)200、400和500的“早期警告”特征的操作。對于某些被測量特征的值(例如但不受限于單獨(dú)的蠕變應(yīng)變歷史曲線810)而言，這種測量結(jié)果可輸入至控制器216 (在圖2中示出)的編程內(nèi)的決定算法和指令，包括但不受限于在近期或立即使發(fā)動(dòng)機(jī)100停止操作。
[0052]圖9是監(jiān)測器900和由蠕變壽命管理系統(tǒng)200、400和500生成的又一個(gè)屏幕顯示902(即，實(shí)時(shí)構(gòu)件溫度曲線屏幕902的畫面)的示意圖。曲線屏幕902包括代表蠕變應(yīng)變的典型值的y軸904。此外，曲線屏幕902包括代表時(shí)間的X軸906。此外，曲線屏幕902包括代表多個(gè)葉片122或動(dòng)葉124 (全部在圖6中示出)中的每一個(gè)的z軸908。曲線屏幕902還包括用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100中的多個(gè)葉片122和/或動(dòng)葉124中的每一個(gè)(在圖6中示出)的多個(gè)單獨(dú)的構(gòu)件溫度曲線910。在示例性實(shí)施例中，示出葉片122或動(dòng)葉124的單個(gè)級。可選地，可在曲線屏幕902中示出用于任何葉片122和任何動(dòng)葉124的單獨(dú)曲線910的任何組合。
[0053]在示例性實(shí)施例中，實(shí)時(shí)構(gòu)件溫度曲線910顯示用于每個(gè)被詢問的葉片122和動(dòng)葉124。實(shí)時(shí)構(gòu)件溫度確定由控制器216執(zhí)行，以生成構(gòu)件的實(shí)時(shí)溫度曲線。
[0054]曲線屏幕902包括與實(shí)時(shí)構(gòu)件溫度曲線910相關(guān)的視覺報(bào)警特征。例如，并且在不限制的情況下，視覺和/或可聽警報(bào)級別I指示構(gòu)件溫度正在接近、已經(jīng)達(dá)到或者已經(jīng)超過與第一預(yù)定設(shè)定點(diǎn)相關(guān)的預(yù)定值達(dá)預(yù)定的時(shí)間段。第一預(yù)定溫度設(shè)定點(diǎn)可指示發(fā)動(dòng)機(jī)100 (在圖6中示出)的短期溫度偏離，并且提示操作員通過系統(tǒng)200、400和500增加對相關(guān)構(gòu)件的監(jiān)測。此外，在不限制的情況下，屏幕902包括指示構(gòu)件溫度接近、達(dá)到或超過與第二預(yù)定設(shè)定點(diǎn)相關(guān)的預(yù)定值的視覺和/或可聽警報(bào)級別2。第二預(yù)定溫度設(shè)定點(diǎn)可指示達(dá)預(yù)定時(shí)間段的發(fā)動(dòng)機(jī)100內(nèi)的延長溫度偏離，并且提示操作員關(guān)于通過系統(tǒng)200、400和500增加監(jiān)測和在下一次停機(jī)期間的可能檢查、修理和/或更換作出決定。此外，警報(bào)級別I和警報(bào)級別2可提示操作員對燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100作出用以增強(qiáng)/優(yōu)化操作的操作調(diào)節(jié)，以便于延長每個(gè)被監(jiān)測且可唯一地識別的葉片122和動(dòng)葉124的剩余使用壽命(RUL)(在下面進(jìn)一步描述)。
[0055]此外，在不限制的情況下，屏幕902包括指示構(gòu)件溫度接近、達(dá)到或超過與第三預(yù)定設(shè)定點(diǎn)相關(guān)的預(yù)定值達(dá)預(yù)定的時(shí)間段的視覺和/或可聽警報(bào)級別3。第三預(yù)定設(shè)定點(diǎn)可指示被監(jiān)測構(gòu)件的可能近期失效，并且提示操作員關(guān)于在下一次停機(jī)期間的可能檢查、修理和/或更換和在近期使發(fā)動(dòng)機(jī)100停止操作作出決定。此外，警報(bào)級別3可提示操作員對燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100作出用以增強(qiáng)/優(yōu)化操作的操作調(diào)節(jié)，以便于至少短期地延長每個(gè)被監(jiān)測且可唯一地識別的葉輪122和動(dòng)葉124的RUL (在下面進(jìn)一步描述)直到發(fā)動(dòng)機(jī)100可停止操作。
[0056]警報(bào)級別3還可為對控制器216(在圖2中示出)的編程內(nèi)的決定算法和指令的輸入，包括但不受限于在近期或立即使發(fā)動(dòng)機(jī)100停止操作?？蛇x地，屏幕902包括使系統(tǒng)200,400和500能夠如本文中描述地操作的關(guān)于任何大小的嚴(yán)重程度的任何數(shù)量的警報(bào)級別。[0057]這種警報(bào)級別、視覺報(bào)警特征和可聽報(bào)警特征在被監(jiān)測構(gòu)件接近、達(dá)到或超過相關(guān)參數(shù)時(shí)便于蠕變壽命管理系統(tǒng)200、400和500的“早期警告”特征的操作。對于某些被測量特征的值(例如在不限制的情況下實(shí)時(shí)構(gòu)件溫度曲線910)而言，這種測量結(jié)果可輸入至控制器216 (在圖2中示出)的編程內(nèi)的決定算法和指令，包括但不受限于在近期或立即使發(fā)動(dòng)機(jī)100停止操作。
[0058]除實(shí)時(shí)蠕變、蠕變速率、溫度和應(yīng)變測量和確定之外，蠕變壽命管理系統(tǒng)200、400和500還包括用于被監(jiān)測的每個(gè)單獨(dú)的葉片122和動(dòng)葉124的歷史和趨勢特征。例如，在不限制的情況下，控制器216編程為確定和顯示用于被監(jiān)測的每個(gè)單獨(dú)的葉片122和動(dòng)葉124的歷史溫度曲線、歷史應(yīng)變曲線和歷史蠕變曲線。
[0059]參考圖6、7、8和9，例如，并且在不限制的情況下，從葉片122和動(dòng)葉124的安裝時(shí)間和/或系統(tǒng)200的試運(yùn)行時(shí)間確定用于每個(gè)被監(jiān)測葉片122和動(dòng)葉124的應(yīng)變、溫度和蠕變歷史，直到最近數(shù)據(jù)收集的時(shí)間。此外，例如，并且在不限制的情況下，從葉片122和動(dòng)葉124的安裝時(shí)間和/或系統(tǒng)200的試運(yùn)行時(shí)間確定用于每個(gè)被監(jiān)測葉片122和動(dòng)葉124的實(shí)時(shí)剩余使用壽命(RUL)，直到最近數(shù)據(jù)收集的時(shí)間。較高的蠕變或溫度級別指示渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可正在過熱運(yùn)行并且可指示需要檢查其它渦輪參數(shù)的異常，使得可盡早采取糾正行動(dòng)。
[0060]此外，蠕變壽命管理系統(tǒng)200、400和500還編程成確定用于每個(gè)被監(jiān)測構(gòu)件的每個(gè)RUL估計(jì)之間的比較，其中，比較至少部分地代表用于被監(jiān)測構(gòu)件的維護(hù)活動(dòng)的優(yōu)先級。此外，確定用于每個(gè)被監(jiān)測構(gòu)件的每個(gè)RUL估計(jì)與至少一個(gè)預(yù)定RUL參數(shù)之間的比較，使得接近使用壽命的終點(diǎn)的這些構(gòu)件可“標(biāo)記”用于檢查、修理和/或更換。此外，蠕變壽命管理系統(tǒng)200、400和500還編程成向操作員顯示多個(gè)被監(jiān)測構(gòu)件的比較操作歷史，由此便于識別便于延長構(gòu)件的使用壽命的操作條件。
[0061]此外，在操作中，構(gòu)件溫度和應(yīng)變數(shù)據(jù)被標(biāo)出日期和時(shí)間，使得這種構(gòu)件數(shù)據(jù)可與包括但不受限于燃燒氣體溫度的其它操作數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。因此，對于暴露于不同操作條件(例如，在不限制的情況下，更高的氣體溫度)的這些葉片122和/或動(dòng)葉124而言，與相似構(gòu)件相比，構(gòu)件可標(biāo)記用于更頻繁的監(jiān)測。這種被標(biāo)記的構(gòu)件可選定成具有與相似構(gòu)件不同的應(yīng)變警告/警報(bào)設(shè)定點(diǎn)。此外，可比其它構(gòu)件風(fēng)險(xiǎn)更大的某些構(gòu)件(例如，在不限制的情況下，不具有冷卻特征的動(dòng)葉124)可被更經(jīng)常地詢問。此外，用于葉片122和/或動(dòng)葉124中的每一個(gè)的實(shí)時(shí)溫度和應(yīng)變數(shù)據(jù)便于比具有相似操作歷史的處于相似操作條件的相似構(gòu)件更快速或更緩慢地“老化”的這些構(gòu)件的識別，并且這些構(gòu)件可被更經(jīng)常地詢問。
[0062]此外，對于呈現(xiàn)加速蠕變確定和/或正接近預(yù)定應(yīng)變參數(shù)的這些葉片122和/或動(dòng)葉124而言，可在計(jì)劃維護(hù)停機(jī)期間安排早期更換。此外，對于確定為具有增加的監(jiān)測頻率的這些葉片122和/或動(dòng)葉124而言，可在計(jì)劃維護(hù)停機(jī)期間安排用于這種構(gòu)件的特定檢查活動(dòng)。因此，在操作中，對每個(gè)單獨(dú)的葉片122和動(dòng)葉124的具體應(yīng)變和/或蠕變確定便于減少不必要的維護(hù)檢查和更換，由此降低燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的操作和維護(hù)成本。
[0063]此外，由蠕變壽命管理系統(tǒng)200、400和500收集和確定的數(shù)據(jù)可用于增強(qiáng)和/或校準(zhǔn)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100 (包括葉片122和動(dòng)葉124)的基于物理現(xiàn)象的模型?；谖锢憩F(xiàn)象的模型包括設(shè)計(jì)、建造和操作信息的細(xì)節(jié)，諸如，在不限制的情況下，構(gòu)件材料、構(gòu)件尺寸確定和方位、以及燃?xì)鉁u輪歷史操作數(shù)據(jù)。這種信息和數(shù)據(jù)在有限元模型(FEM)中實(shí)施，以在不限制的情況下計(jì)算構(gòu)件應(yīng)變和溫度，該構(gòu)件應(yīng)變和溫度進(jìn)而用于估計(jì)構(gòu)件RUL。利用如本文中描述的這些值的直接測量，可利用收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)增強(qiáng)和校準(zhǔn)FEM模型。接著，這些增強(qiáng)和校準(zhǔn)的模型可整機(jī)(fleet-wide)施加，以進(jìn)一步增強(qiáng)估計(jì)RUL的方法并提高這種RUL估計(jì)的精度。
[0064]與已知的蠕變壽命管理系統(tǒng)相比，如本文中描述的蠕變壽命管理系統(tǒng)便于改進(jìn)收集和確定與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件相關(guān)的蠕變和蠕變疲勞數(shù)據(jù)。具體地，與已知的蠕變壽命管理系統(tǒng)相比，本文中描述的蠕變壽命管理系統(tǒng)包括將詢問信號從讀取器單元無線地傳輸至具有唯一標(biāo)識符的傳感器設(shè)備并無線地接收用于相關(guān)構(gòu)件的測量數(shù)據(jù)。本文中描述的無線傳感器設(shè)備嵌入和/或聯(lián)接于否則難以監(jiān)測的這些構(gòu)件，例如，高速旋轉(zhuǎn)和/或在惡劣環(huán)境內(nèi)定位的這些構(gòu)件，例如，壓縮機(jī)葉片和渦輪動(dòng)葉。因此，包括溫度和應(yīng)變數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)操作數(shù)據(jù)可在一個(gè)位置被收集，并且在更加有助于在讀取器單元或聯(lián)接于其的儲存裝置中的安全長期儲存的另一個(gè)位置儲存。本文中描述的無線傳感器設(shè)備是被動(dòng)的，并且用于給傳感器設(shè)備提供動(dòng)力的能量與來自讀取器單元的詢問信號一起被傳輸，因此不需要用于傳感器設(shè)備的機(jī)載電源。此外，本文中描述的每個(gè)無線傳感器設(shè)備可利用用于每個(gè)傳感器的唯一標(biāo)識符單獨(dú)地詢問，這種唯一標(biāo)識符還與該無線傳感器設(shè)備所聯(lián)接的葉片或動(dòng)葉相關(guān)。
[0065]如本文中描述的蠕變壽命管理系統(tǒng)便于確定在構(gòu)件的壽命中操作條件對構(gòu)件的使用壽命的影響。此外，如本文中描述的蠕變壽命管理系統(tǒng)便于更好地確定構(gòu)件的剩余使用壽命，并且因此便于增強(qiáng)基于條件的維護(hù)系統(tǒng)。此外，如描述的蠕變壽命管理系統(tǒng)可包括可用于設(shè)定應(yīng)變和/或溫度閾值以觸發(fā)檢查和/或更換的預(yù)定參數(shù)。此外，如描述的蠕變壽命管理系統(tǒng)可用于便于延長呈現(xiàn)延長的使用壽命的這些構(gòu)件的檢查和更換周期。因此，可利用易于使用的、可容易得到的診斷系統(tǒng)來避免不必要的維護(hù)停機(jī)，由此便于為操作和維護(hù)管理者節(jié)省累積成本。此外，如果確定加速蠕變的模式和/或趨勢，則可開始附加的調(diào)查以確定根本原因。因此，可計(jì)劃維護(hù)停機(jī)以在任何永久損壞之前糾正根本原因，由此進(jìn)一步便于為操作和維護(hù)管理者節(jié)省累積成本。
[0066]本文中描述的方法、系統(tǒng)和設(shè)備的示例性技術(shù)效果包括以下中的至少一個(gè):(a)無線地詢問聯(lián)接于處于惡劣環(huán)境的構(gòu)件的傳感器設(shè)備；(b)將實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)無線地傳輸至數(shù)據(jù)儲存庫；(C)執(zhí)行處于惡劣環(huán)境的構(gòu)件的實(shí)時(shí)蠕變分析；(d)使收集的測量數(shù)據(jù)與可唯一地識別的構(gòu)件關(guān)聯(lián)；(e)確定用于構(gòu)件的蠕變曲線和估計(jì)的剩余使用壽命；(f)當(dāng)構(gòu)件的測量的實(shí)時(shí)應(yīng)變值接近預(yù)定值，達(dá)到預(yù)定值和超過預(yù)定值時(shí)，提醒操作員；(g)指導(dǎo)操作員增加可唯一地識別的構(gòu)件的監(jiān)測；(h)指導(dǎo)操作員增強(qiáng)/優(yōu)化渦輪的操作以便于延長可唯一地識別的構(gòu)件的RUL ；⑴指導(dǎo)操作員安排可唯一地識別的構(gòu)件的檢查；(j)將用于每個(gè)可唯一地識別的構(gòu)件的每個(gè)估計(jì)剩余使用壽命彼此進(jìn)行比較，由此確定用于可唯一地識別的構(gòu)件的維護(hù)活動(dòng)的優(yōu)先級；(k)將用于每個(gè)可唯一地識別的構(gòu)件的每個(gè)估計(jì)剩余使用壽命與預(yù)定使用壽命參數(shù)進(jìn)行比較，由此確定用于可唯一地識別的構(gòu)件的維護(hù)活動(dòng)的優(yōu)先級；(I)產(chǎn)生可唯一地識別的構(gòu)件的比較操作歷史，由此便于識別便于延長可唯一地識別的構(gòu)件的使用壽命的操作條件；以及(m)使用收集的數(shù)據(jù)增強(qiáng)和/或校準(zhǔn)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和相關(guān)構(gòu)件的基于物理現(xiàn)象的I旲型，以進(jìn)一步增強(qiáng)估計(jì)RUL的方法并提聞這種RUL估計(jì)的精度。
[0067]本文中描述的方法和系統(tǒng)不受限于本文中描述的具體實(shí)施例。例如，每個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)件和/或每種方法的步驟可與本文中描述的其它構(gòu)件和/或步驟獨(dú)立地和分開地使用和/或?qū)嵺`。另外，每個(gè)構(gòu)件和/或步驟還可利用其它組件和方法來使用和/或?qū)嵺`。
[0068]一些實(shí)施例包括一個(gè)或更多個(gè)電子或計(jì)算裝置的使用。這種裝置典型地包括處理器或控制器，諸如通用中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)、微控制器、精簡指令集計(jì)算機(jī)(RISC)處理器、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯電路(PLC)和/或任何其它能夠執(zhí)行本文中描述的功能的電路或處理器。本文中描述的方法可編譯為在計(jì)算機(jī)可讀媒體(包括但不受限于儲存裝置和/或存儲裝置)中實(shí)施的可執(zhí)行指令。這種指令在由處理器執(zhí)行時(shí)使處理器執(zhí)行本文中描述的方法的至少一部分。以上實(shí)例僅為示例性的，并且因此不意圖以任何方式限制用語處理器的定義和/或含義。
[0069]雖然已關(guān)于各種具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識，本發(fā)明可在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)利用改型來實(shí)踐。
【權(quán)利要求】
1.一種蠕變壽命管理系統(tǒng)(200/400/500)，其包括: 聯(lián)接于第一構(gòu)件(122/124)的至少一個(gè)傳感器設(shè)備(202/350/360)，其中，所述至少一個(gè)傳感器設(shè)備構(gòu)造有唯一標(biāo)識符； 聯(lián)接于第二構(gòu)件(105/109/110/670/674)的至少一個(gè)讀取器單元(212)，所述至少一個(gè)讀取器單元構(gòu)造成將詢問請求信號(218/418/518)傳輸至所述至少一個(gè)傳感器設(shè)備并接收從所述至少一個(gè)傳感器設(shè)備傳輸?shù)臏y量響應(yīng)信號(220/420/520);以及 至少一個(gè)處理器(216)，其編程成根據(jù)從所述至少一個(gè)傳感器設(shè)備傳輸?shù)乃鰷y量響應(yīng)信號確定所述第一構(gòu)件的實(shí)時(shí)蠕變曲線(802)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蠕變壽命管理系統(tǒng)(200/400/500)，其特征在于，編程成確定實(shí)時(shí)蠕變曲線(802)的所述至少一個(gè)處理器(216)編程成確定所述第一構(gòu)件(122/124)的歷史溫度曲線(910)、歷史應(yīng)變曲線(810)和歷史蠕變曲線(810)中的至少一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蠕變壽命管理系統(tǒng)(200/400/500)，其特征在于，所述至少一個(gè)處理器(216)還編程成當(dāng)所述第一構(gòu)件(122/124)的測量的實(shí)時(shí)應(yīng)變值(802)接近預(yù)定值、達(dá)到所述預(yù)定值和超過所述預(yù)定值中的至少一個(gè)時(shí)提醒操作員。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蠕變壽命管理系統(tǒng)(200/400/500)，其特征在于，編程成確定實(shí)時(shí)蠕變曲線(802)的所述至少一個(gè)處理器(216)編程成根據(jù)從所述至少一個(gè)傳感器設(shè)備(202/350/360)傳輸?shù)乃鰷y量響應(yīng)信號(220/420/520)為所述第一構(gòu)件(122/124)確定實(shí)時(shí)剩余使用壽命(RUL)估計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的蠕變壽命管理系統(tǒng)(200/400/500)，其特征在于，所述至少一個(gè)處理器(216) 還編程成為多個(gè)第一構(gòu)件(122/124)確定所述RUL估計(jì)，其中，所述至少一個(gè)處理器還編程成確定以下中的至少一個(gè): 用于所述多個(gè)第一構(gòu)件中的每個(gè)第一構(gòu)件的每個(gè)RUL估計(jì)之間的比較，其中，所述比較至少部分地代表用于所述多個(gè)第一構(gòu)件的維護(hù)活動(dòng)的優(yōu)先級；以及 用于所述多個(gè)第一構(gòu)件的每個(gè)第一構(gòu)件的每個(gè)RUL估計(jì)與至少一個(gè)預(yù)定RUL參數(shù)之間的比較。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蠕變壽命管理系統(tǒng)(400)，其特征在于，還包括以下中的至少一個(gè): 聯(lián)接于所述至少一個(gè)讀取器單元(212)的多根第一天線(404);以及包括多根第二天線(210)的多個(gè)傳感器設(shè)備(202/350/360)，其中，所述多根第一天線和所述多根第二天線中的每一個(gè)定位成使得: 所述多根第一天線中的每一根之間的距離(D)為以下中的至少一個(gè): 一個(gè)波長的至少1/4;以及 與由所述多根第一天線中的至少一根和所述多根第二天線中的至少一根限定的無線信道相關(guān)的至少一個(gè)空間相干距離(D);并且 所述多根第二天線中的每一根之間的距離(D)為以下中的至少一個(gè): 一個(gè)波長的至少1/4;以及 與由所述多根第一天線中的所述至少一根和所述多根第二天線中的至少一根限定的所述無線信道相關(guān)的至少一個(gè)空間相干距離(D)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蠕變壽命管理系統(tǒng)(200/400/500)，其特征在于:所述至少一個(gè)傳感器設(shè)備(202/350/360)和所述至少一個(gè)讀取器單元(212)無線通信地聯(lián)接；并且 所述至少一個(gè)傳感器設(shè)備包括應(yīng)變測量傳感器(350)和溫度測量傳感器(360)中的至少一個(gè)。
8.一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100)，其包括: 至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(112/114/115/122/124/672/676)； 至少一個(gè)靜止構(gòu)件(105/109/110/670/674);以及 蠕變壽命管理系統(tǒng)(200/400/500)，其包括: 聯(lián)接于所述至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(122/124)的至少一個(gè)傳感器設(shè)備(202/350/360)，其中，所述至少一個(gè)傳感器設(shè)備構(gòu)造有唯一標(biāo)識符； 聯(lián)接于所述至少一個(gè)靜止構(gòu)件的至少一個(gè)讀取器單元(212)，所述至少一個(gè)讀取器單元構(gòu)造成將詢問請求信號(218/418/518)傳輸至所述至少一個(gè)傳感器設(shè)備并接收從所述至少一個(gè)傳感器設(shè)備傳輸?shù)臏y量響應(yīng)信號(220/420/520);以及 至少一個(gè)處理器(216)，其編程成根據(jù)從所述至少一個(gè)傳感器設(shè)備傳輸?shù)乃鰷y量響應(yīng)信號確定所述至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的實(shí)時(shí)蠕變曲線(802)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100)，其特征在于: 所述至少一個(gè)傳感器設(shè)備(202/350/360)包括多個(gè)傳感器設(shè)備，其中，所述傳感器設(shè)備中的每一個(gè)包括傳感器天線(210);并且 所述至少一個(gè)讀取器單元(212)包括多根讀取器天線(404)，其中，所述讀取器天線中的每一根以一對多的關(guān)系和一對一的關(guān)系中的一個(gè)與所述多根所述傳感器天線通信地聯(lián)接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100)，其特征在于: 所述至少一個(gè)傳感器設(shè)備(202/350/360)包括多個(gè)傳感器設(shè)備，其中，所述傳感器設(shè)備中的每一個(gè)包括傳感器天線(210);并且 所述至少一個(gè)讀取器單元(212)包括一根讀取器天線(214)，其中，所述讀取器天線以一對多的關(guān)系與所述傳感器天線中的每一根通信地聯(lián)接。
【文檔編號】G01B17/04GK103592053SQ201310352388
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月14日
【發(fā)明者】N.特拉爾沙瓦拉, H.E.米勒, V.V.巴達(dá)米, S.維塔爾, D.W.塞克斯頓 申請人:通用電氣公司