一种用于对气体涡轮发动机的燃烧室中的瓷砖（34）的状况进行监测的部件传感系统。该传感系统包括光纤（36），该光纤安装至受监测的部件，例如，气体涡轮燃烧室中的瓷砖（34）。光纤（36）可以以任意合适的取向或构造来形成，如弯曲取向或蛇形取向。光纤光耦接至布里渊信号分析仪（38），该分析仪向光纤的传感段提供光脉冲，并且随着脉冲沿光纤行进对来自光纤的布里渊反向散射进行检测。相对于沿光纤的传感段的距离来监测布里渊反向散射信号（44）的频率。温度上升的光纤位置处在分析仪中示为反向散射信号的频率的增加。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】实现全覆盖涡轮燃烧室的分布式裂缝及脱落瓷砖检测的方法及设备
本专利技术一般地涉及利用布里渊反向散射来监测部件中的缺陷的传感器系统，更具体地，涉及对部件中的缺陷进行检测的这样一种传感器系统，其中，该系统包括与该部件耦接的光纤以及与该光纤耦接的布里渊信号分析仪，布里渊信号分析仪响应于被测变量的例如温度的变化来检测在沿该光纤的可识别位置处的布里渊反向散射信号的频率的变化。
技术介绍
所有的光纤响应于通过光纤传播并且与玻璃纤维或其他纤维材料相互作用的光束来生成反向散射信号，这称为布里渊反向散射并且为本领域技术人员所熟知。反向散射信号的频率与光束的频率、光纤的材料以及光纤内起作用的具体被测变量有关，其中，反向散射信号的频移与被测变量的变化直接相关。该被测变量可以是引起光纤的玻璃基体的变化的温度、压力、界面等。已经在通信行业中使用布里渊反向散射分析来确定光纤中的切口、断裂、界面等的位置。当通过光纤传播的光束与这些类型的转变点(transitions)相互作用时，反向散射信号的频率改变，这可以在布里渊信号分析仪中观察到，该分析仪对与沿光纤的距离有关的布里渊反向散射频率进行绘图。此外，已经使用布里渊光时域反射仪(BOTDR，BrillouinOptical Time Domain Reflectometer)开发了传感器和传感器系统，以作为分布式光纤传感器沿着光纤的长度查询光纤。已经证明这些系统在通信应用中是成功的，但是作为传感器是受限的。特别地，在高温监测领域，尚没有可以传送实际所需的必要空间分辨率和温度动态范围的B0TDR。气体涡轮发动机通常包括压缩段、燃烧段以及涡轮段，其中，发动机的运转以本领域的技术人员很好理解的方式使输出轴转动以提供转动能。气体涡轮发动机具有作为能量源的各种已知应用，如发电厂中的发电机、飞机发动机、船舶发动机等。压缩段和涡轮段两者都包括相对于固定的静叶片定位的多个可转动的动叶片。燃烧段可以包括围绕涡轮发动机环绕定位的多个燃烧室。空气吸进压缩段中，在这里将空气进行压缩并且驱向燃烧段。燃烧段将空气与燃料混合，在这里将燃料点燃以生成温度通常超过1300°C的工作气体。工作气体膨胀通过涡轮段，并且使涡轮动叶片转动，进而使输出轴转动，由此提供机械功。可以在转让给本申请的受让人并且通过引用结合在本文中的标题为“Apparatus and Methodof Monitoring Operating Parameter of a Gas Turbine (对气体润轮的运转参数进行监测的设备及方法)”的美国专利N0.7，582，359中找到该类型的气体涡轮发动机的更详细讨论。在一种气体涡轮发动机设计中，燃烧段包括围绕发动机的整个圆周设置的环形燃烧室。将燃料注入使燃料点燃的室内的烧嘴设置在燃烧段周围。因为燃烧室中的温度非常高，所以已知的是，将能够承受和限制热耗散的瓷砖安装至室的基底金属，以保护涡轮中的各种部件。然而，由于严酷的燃烧环境，这些瓷砖有时损坏并且形成裂缝，或者从基底金属脱落，这会造成如继发性损坏的各种灾难性的机器故障等。在发动机的正常维护期间、以及在出现超过某个加速阈值的燃烧动态事件后，对气体涡轮发动机的燃烧室进行定期地目视检查。然而，希望能够在涡轮运转期间连续地监测瓷砖的情况。
技术实现思路
根据本专利技术的教导，公开了一种部件传感系统，该系统的一个应用是对气体涡轮发动机的燃烧室中的瓷砖的状况进行监测。该传感系统包括光纤，该光纤安装至受监测的部件，例如，气体涡轮燃烧室中的瓷砖。光纤可以以任意合适的取向或构造来形成，例如，弯曲取向或蛇形取向。光纤被光耦接至布里渊信号分析仪，布里渊信号分析仪向光纤的传感段提供光脉冲，并且随着脉冲沿光纤行进对来自光纤的布里渊反向散射进行检测。相对于沿光纤的传感段的距离来监测布里渊反向散射信号的频率。由于特定瓷砖损坏或脱掉而导致光纤的某一位置处的温度上升在分析仪中显示为反向散射信号的频率的增加。结合附图，根据以下描述和所附权利要求，本专利技术的其他特征将会很明显。【附图说明】图1是气体涡轮发动机的燃烧段部分的剖切透视图；图2是可对图1中所示的气体涡轮发动机的燃烧段中的瓷砖的损坏以可操作的方式进行检测的分布式温度异常检测系统的平面图；以及图3是示出光纤中的各个层的剖切透视图。【具体实施方式】涉及对布里渊反向散射进行监测的传感系统的本专利技术的实施方式的以下讨论本质上仅是示例性的，并不意图限制本专利技术或本专利技术的应用或用途。特别地，以下讨论涉及使用传感系统来检测气体涡轮发动机的燃烧室中的瓷砖的损坏。然而，如本领域的技术人员将会理解的，本专利技术的传感系统将具有其他应用和其他用途。图1是上面简要讨论的类型的气体涡轮发动机的燃烧段10的剖切透视图。燃烧段10包括接收空气流和合适燃料的环形燃烧室12，燃料通过在燃烧段10的外壁24环绕安装的一系列气体喷射器14注入室12中。通过室12中的燃料燃烧而生成的加热气体通过转动动叶片28吸至室12中的静叶片16之间的发动机的涡轮段(未示出)，并且用于使轴(未示出)转动以做功。燃烧室12为环形，并且具有外壁20所环绕包围的圆柱形中心构件18，外壁20限定了其与圆柱形中心构件18之间的室12。一系列或一组瓷砖22以本领域的技术人员很好理解的方式安装至构件18和外壁20。本领域的技术人员很好理解的是，瓷砖22由限制热量散发到燃烧室12的外壳和转子侧金属结构的高温陶瓷材料制成，以保护燃烧室12的基底金属。为了本文讨论的目的，瓷砖22可以具有任何合适的厚度和任何合适的尺寸，如3英寸X4英寸。如上面所讨论的，如果瓷砖22形成裂缝、或脱落或其他损坏，则可能发生严重的发动机故障。产生的最严重问题是整个瓷砖22或瓷砖22的一部分从室12脱落。该瓷砖22可以阻隔第一气体涡轮静叶片正上游侧的这部分气体流动区域，导致下游出现静压力比周围流动路径更高的滞流区域。因此，在一个回转期间，每个涡轮动叶片面对高压区域和低压区域，这可能导致动叶片故障和严重的涡轮损坏。图2 是分布式温度异常检测(DTAD, distributed temperature anomalydetector)系统30的平面图，该系统适于在气体涡轮发动机运转期间对瓷砖22的裂缝或其他损坏进行检测。DTAD系统30包括具有传感段的高温DTAD光纤36，传感段安装在燃烧室12中壁18和壁20的基底金属与瓷砖22之间。可以使用任何合适的技术或工艺，如在壁18和壁20的表面或瓷砖22的后表面中形成可以将光纤36定位在其中的沟槽,将光纤36设置在该位置。可以采用合适的高温水泥将光纤36可靠地保持在适当的位置。作为系统30的一部分的瓷砖22表示为瓷砖34的阵列32，特别是一排矩形瓷砖。在该非限制性实施方式中，光纤36不为相对于瓷砖34的后表面以蛇形或弯曲取向安装,使得光纤36沿阵列32来回穿行并且5次穿过每个瓷砖34。在每个单独的瓷砖34上的光纤36的分辨率或覆盖率的量将是这样的具体应用:能够根据系统的不同来调整光纤36的长度和取向。系统30包括布里渊信号分析仪38，该分析仪生成沿光纤36传播的预定频率的脉冲信号，其中，信号与光纤36的玻璃基体或其他材料相互作用并且生成如上讨论的布里渊反向散射信号。分析仪38接收示为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于对部件的故障进行检测的传感器系统，所述系统包括：光纤，其相对于所述部件来安装并且具有与所述部件上的位置对应的预定长度；以及与所述光纤耦接的布里渊反向散射信号分析仪，所述布里渊信号分析仪提供沿所述光纤传播的脉冲光信号，并且对来自所述光纤的布里渊反向散射信号进行分析；所述分析仪相对于所述光纤的长度来识别所述布里渊反向散射信号的频率，其中，被测变量在沿所述光纤的长度的特定位置处的变化识别为在所述特定位置处所述布里渊反向散射信号的频率的变化。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.07 US 13/177,7171.一种用于对部件的故障进行检测的传感器系统，所述系统包括: 光纤，其相对于所述部件来安装并且具有与所述部件上的位置对应的预定长度；以及 与所述光纤耦接的布里渊反向散射信号分析仪，所述布里渊信号分析仪提供沿所述光纤传播的脉冲光信号，并且对来自所述光纤的布里渊反向散射信号进行分析；所述分析仪相对于所述光纤的长度来识别所述布里渊反向散射信号的频率，其中，被测变量在沿所述光纤的长度的特定位置处的变化识别为在所述特定位置处所述布里渊反向散射信号的频率的变化。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光纤以蛇形取向安装至所述部件。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述被测变量是温度，在这种情况下，在特定位置处所述光纤的温度的变化引起所述布里渊反向散射信号的频率的变化。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光纤包括由蓝宝石材料制成的光纤芯和包层。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光纤包括光纤芯、包层和围绕所述包层形成的至少一个外部保护层，所述至少一个外部保护层由热增强材料制成。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述热增强材料是金属材料。7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述金属材料是金。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光纤包括光纤芯、包层和围绕所述包层形成的至少一个外部保护层，所述至少一个外部保护层由热阻材料制成。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述部件是安装至气体涡轮发动机的燃烧室内的壁的一系列瓷砖。10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述光纤设置在所述壁与所述瓷砖之间。11.一种用于对部件的故障进行检测的传感器系统，所述系统包括: 光纤，其相对于所述部件来安装并且具有与所述部件上的位置对应的预定长度，所述光纤相对于所述部件以蛇形取向来安装；以及 与所述光纤耦接的布里渊反向散射信号分析仪，所述布里渊信号分析仪提供沿所述光纤传播的脉冲光信号并且对来自所述光纤的布里渊...
【专利技术属性】
技术研发人员：埃万盖洛斯·V·迪亚特齐基斯，汉斯格尔德·布鲁梅尔，迈克尔·特韦尔多赫利布，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：
国别省市：
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