用于燃气涡轮发动机的监控系统技术方案

一种光学监控系统，包括控制器，该控制器被配置为基于旋转机械的操作时间和个体模型来确定部件的预测状态。控制器还被配置为从一个或多个照相机接收指示部件的红外光谱图像的第一信号。此外，控制器被配置为基于第一信号确定部件的当前状态，并将部件的当前状态与预测状态进行比较。另外，控制器被配置为更新部件的预测状态，使得部件的预测状态与当前状态匹配，并且基于比较来更新部件的个体模型的至少一个参数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃气涡轮发动机的监控系统
本文公开的主题涉及一种用于燃气涡轮发动机的监控系统。
技术介绍
某些燃气涡轮发动机包括具有视口的涡轮，该视口构造成便于监控涡轮内的各种部件，例如叶片。例如，监控系统可以通过视口捕捉叶片的图像以监控叶片的状态。监控系统可以采集与可见图像相对应的光的波长的图像，从而可以确定叶片的当前状态。然而，因为某些监控系统仅捕捉可见图像，所以基于有限信息确定的状态可能不太精确。依靠这种状态可能导致叶片的修理和/或更换的低效率调度。
技术实现思路
在一个实施例中，一种光学监控系统包括控制器，该控制器被配置为至少部分地基于旋转机械的操作时间和部件的个体模型来确定旋转机械的内部中的部件的预测状态。控制器还被配置为从一个或多个照相机接收指示部件的红外光谱图像的第一信号。控制器进一步被配置为至少部分地基于第一信号来确定部件的当前状态，并将部件的当前状态与预测状态进行比较。另外，控制器被配置为更新部件的预测状态，使得部件的预测状态与当前状态匹配，并且至少部分地基于比较来更新部件的个体模型的至少一个参数。在另一个实施例中，被配置为与旋转机械的内部光学通信的光学监控系统包括被配置为接收旋转机械的内部中的部件的红外光谱图像的一个或多个照相机。一个或多个照相机被配置为输出指示红外光谱图像的第一信号。光学监控系统还包括控制器，该控制器通信地联接到一个或多个照相机，并且被配置为至少部分地基于旋转机械的操作时间和部件的个体模型来确定部件的预测状态。另外，控制器被配置为接收从一个或多个照相机输出的第一信号。此外，控制器被配置为至少部分地基于第一信号来确定部件的当前状态，并将部件的当前状态与预测状态进行比较。此外，控制器被配置为更新部件的预测状态，使得部件的预测状态与当前状态匹配，并且至少部分地基于比较来更新部件的个体模型的至少一个参数。在又一个实施例中，一种方法包括经由控制器至少部分地基于旋转机械的操作时间和部件的个体模型来确定旋转机械的内部中的部件的预测状态。该方法还包括经由控制器从一个或多个照相机接收指示部件的红外光谱图像的第一信号。另外，该方法包括经由控制器至少部分地基于第一信号来确定部件的当前状态，并经由控制器将部件的当前状态与预测状态进行比较。此外，该方法包括经由控制器更新部件的预测状态，使得部件的预测状态与当前状态匹配。此外，该方法包括经由控制器至少部分地基于比较来更新部件的个体模型的至少一个参数。附图说明当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些及其他特征，方面和优点，其中在整个附图中，相同的字符表示相同的部分，其中：图1是燃气涡轮系统的实施例的框图，该燃气涡轮系统包括用于监控燃气涡轮系统的涡轮部件的光学监控系统；图2是涡轮区段的实施例的横截面视图，包括可以由图1的光学监控系统监控的各种涡轮部件；图3是可用于监控图1的燃气涡轮系统的涡轮部件的光学监控系统的实施例的框图；图4是图1的燃气涡轮系统的涡轮叶片的状态的实施例的图形表示；以及图5是用于确定图1的燃气涡轮系统内的涡轮叶片的预测叶片状态和当前叶片状态的方法的实施例的流程图。具体实施方式本文公开的实施例可以通过采集和分析燃气涡轮发动机部件的视觉光谱图像和红外(IR)光谱图像来增强燃气涡轮发动机的操作和维护。在某些实施例中，用于光学监控燃气涡轮发动机的系统包括在燃气涡轮发动机的壳体(例如，涡轮壳体等)内的视口。系统还包括位于壳体外部并光学联接到视口的光学连接。光学连接被配置为将图像从壳体的内部传送到照相机单元。照相机单元可以包括一个或多个照相机，以从壳体的内部捕捉视觉和IR光谱图像。一个或多个照相机可以包括在公共外壳内以减小照相机单元的尺寸。另外，照相机单元可以输出指示视觉和IR光谱图像的信号。在一些实施例中，视觉和IR光谱图像被输出到控制器，该控制器至少部分地基于视觉和IR光谱图像来确定燃气涡轮发动机部件(例如一个或多个叶片)的状态。例如，控制器可以至少部分地基于叶片的个体模型和燃气涡轮发动机的操作时间来确定燃气涡轮发动机的叶片的预测叶片状态。基于视觉和IR光谱图像，控制器还可以确定叶片的当前状态。然后，控制器将当前叶片状态与预测叶片状态进行比较。控制器还将当前叶片状态作为边界条件提供给个体模型。基于该比较，控制器还更新个体模型的参数，使得预测叶片状态与当前叶片状态匹配。因此，对预测叶片状态的监控提供了对叶片何时已经达到其服务极限的更精确的确定。现在转到附图，图1是燃气涡轮系统10(例如，旋转机械)的实施例的框图，该燃气涡轮系统10包括用于监控燃气涡轮系统10的涡轮部件的光学监控系统。燃气涡轮系统10包括燃料喷射器12，燃料供给14和燃烧室16。如图所示，燃料供给14通过燃料喷射器12将液体燃料和/或气体燃料(例如天然气)输送到燃烧室16。如下所述，燃料喷射器12喷射燃料并使燃料与压缩空气混合。燃烧室16点燃并燃烧燃料空气混合物，然后将热的加压废气传递到涡轮18中。涡轮18包括具有固定轮叶或叶片的一个或多个定子，以及具有相对于定子旋转的叶片的一个或多个转子。废气通过涡轮转子叶片，从而驱动涡轮转子旋转。涡轮转子和轴19之间的联接引起轴19的旋转，如图所示，轴19也被联接到遍及燃气涡轮系统10的多个部件。最后，燃烧过程的排气作为废气20离开燃气涡轮系统10。压缩机22包括刚性安装到转子上的叶片，该转子由轴19驱动旋转。当空气通过旋转叶片时，空气压力增加，从而为燃烧室16提供足够的空气用于适当的燃烧。压缩机22经由进气口24将空气引入燃气涡轮系统10。此外，轴19可以被联接到负载26，该负载26经由轴19的旋转而被提供动力。负载26可以是可以使用燃气涡轮系统10的旋转输出动力的任何合适的装置，例如发电机或外部机械负载。例如，负载26可以包括发电机，飞机或飞行器的螺旋桨等。进气口24经由合适的机构(例如冷进气口)将空气30吸入燃气涡轮系统10。然后，空气30流过压缩机22的叶片，该压缩机22向燃烧室16提供压缩空气32。特别地，燃料喷射器12可以将压缩空气32和燃料14作为燃料空气混合物34喷射到燃烧室16中。或者，压缩空气32和燃料14可以直接被喷射到燃烧室中进行混合和燃烧。如图所示，燃气涡轮系统10包括光学监控系统36，该光学监控系统36被光学联接到涡轮18。在所示实施例中，光学监控系统36包括一个或多个光学连接38(例如，光继电器，光纤电缆，光波导等)，该光学连接38在照相机单元42和进入涡轮18的视口40之间延伸。光学连接38可以设置在基本上刚性的管内。视口40设置在涡轮18的壳体的开口内。开口从壳体的内侧延伸到壳体的外侧。光学连接38位于壳体外部并且被光学联接到视口40。光学连接38被配置为通过视口40接收涡轮18内的部件的图像，并将该图像提供给照相机单元42。在一些实施例中，部件是涡轮的叶片，具有多个叶片的转子，叶片和转子周围的环境，或其组合。然而，为了便于讨论，部件将作为涡轮的叶片(例如，涡轮叶片)进行讨论。照相机单元42采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包括控制器的光学监控系统，其特征在于，所述控制器被配置为：/n至少部分地基于旋转机械的操作时间和部件的个体模型来确定所述旋转机械的内部中的所述部件的预测状态；/n从一个或多个照相机接收指示所述部件的红外光谱图像的第一信号；/n至少部分地基于所述第一信号来确定所述部件的当前状态；/n将所述部件的所述当前状态与所述预测状态进行比较；以及/n更新所述部件的所述预测状态，使得所述部件的所述预测状态与所述当前状态匹配，并且至少部分地基于所述比较来更新所述部件的所述个体模型的至少一个参数。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170726 US 15/660,6081.一种包括控制器的光学监控系统，其特征在于，所述控制器被配置为：
至少部分地基于旋转机械的操作时间和部件的个体模型来确定所述旋转机械的内部中的所述部件的预测状态；
从一个或多个照相机接收指示所述部件的红外光谱图像的第一信号；
至少部分地基于所述第一信号来确定所述部件的当前状态；
将所述部件的所述当前状态与所述预测状态进行比较；以及
更新所述部件的所述预测状态，使得所述部件的所述预测状态与所述当前状态匹配，并且至少部分地基于所述比较来更新所述部件的所述个体模型的至少一个参数。


2.根据权利要求1所述的光学监控系统，其特征在于，其中，所述部件的所述预测状态包括所述部件的热障涂层的预测散裂量、所述部件的环境障涂层的预测散裂量、所述部件的被堵塞的冷却孔的预测数量、所述部件的预测氧化量、所述部件的预测腐蚀量、所述部件上碎屑的预测聚集量或其组合；并且
其中所述部件的所述当前状态包括所述部件的所述热障涂层的当前散裂量、所述部件的环境障涂层的当前散裂量、所述部件的被堵塞的冷却孔的当前数量、所述部件的当前氧化量、所述部件的当前腐蚀量、所述部件上碎屑的当前聚集量或其组合。


3.根据权利要求1所述的光学监控系统，其特征在于，其中，所述控制器被配置为基于发动机序列号、设置在所述部件上的标记、所述部件的所述当前状态与所述部件的所述预测状态的比较或其组合来从多个部件中识别所述部件。


4.根据权利要求1所述的光学监控系统，其特征在于，其中，所述控制器被配置为从一个或多个照相机接收指示所述部件的视觉光谱图像的第二信号，其中所述控制器被配置为至少部分地基于所述第二信号来确定所述部件的所述当前状态，并且其中所述控制器被配置为至少部分地基于所述部件的所述预测状态、所述部件的所述当前状态或其组合来确定所述部件的服务极限。


5.根据权利要求4所述的光学监控系统，其特征在于，其中，所述控制器被配置为在所述旋转机械完成预定数量的循环之前执行的所述部件的初始状态确定期间，基于从所述一个或多个照相机接收的所述第一信号和所述第二信号来生成所述个体模型的所述至少一个参数。


6.根据权利要求1所述的光学监控系统，其特征在于，其中，所述控制器被配置为响应于所述部件的所述当前状态达到或超过与所述部件的服务极限相对应的阈值状态、所述部件的所述预测状态达到或超过所述预测状态时的所述阈值状态或其组合来执行控制动作。


7.根据权利要求6所述的光学监控系统，其特征在于，其中，所述控制动作包括输出指示警报的信号，其中所述警报指示修理或更换所述部件的建议、修理或更换所述旋转机械的建议、停止所述旋转机械的建议、清洁所述旋转机械的建议或其组合。


8.根据权利要求1所述的光学监控系统，其特征在于，其中，所述部件的所述个体模型的所述至少一个参数包括所述旋转机械的操作温度、所述旋转机械的操作压力、所述部件的热障涂层的散裂率、所述部件的环境障涂层的散裂率、所述部件上的碎屑聚集率、所述部件的氧化率、所述部件的腐蚀率、所述部件的冷却孔的堵塞率或其组合。


9.根据权利要求1所述的光学监控系统，其特征在于，其中，所述控制器被配置为确定所述部件的所述当前状态，将所述当前状态与所述预测状态进行比较，并且在所述旋转机械已经操作了阈值操作时间之后更新所述预测状态和所述个体模型的所述至少一个参数。


10.根据权利要求1所述的光学监控系统，其特征在于，其中，所述控制器被配置为至少部分地基于来自存储部件的历史数据来确定所述部件的所述预测状态，其中，所述历史数据包括在所述旋转机械的操作期间储存的数据。


11.根据权利要求10所述的光学监控系统，其特征在于，其中，所述历史数据包括飞行信息、与所述旋转机械相关的全权限数字发动机控制信息或其组合。


12.根据权利要求1所述的光学监控系统，其特征在于，其中，所述控制器位于远离所述旋转机械的物理位置。


13.一种被配置为与旋转机械的内部光学通信的光学监控系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王光华，丹尼尔·恩迪科特·奥斯古德，威廉·罗布·斯图尔特，杰森·爱德华·蒂斯，埃里克·约翰·鲁杰罗，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US