用于监测涡轮叶片偏移的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于监测涡轮叶片偏移的系统，其包括具有切削齿（１０６）的涡轮叶片（１００）以及一个或多个传感器线（２０８、４０３），每个传感器线（２０８、４０３）包括可切断部分，当涡轮叶片发生偏移时，该传感器线可被切削齿（１０６）切断。该传感器线（２０８、４０３）可嵌在蜂窝部（２０６）中，该蜂窝部（２０６）可以是附着于涡轮罩（２０２）的可磨耗材料区域。该传感器线（２０８、４０３）可包括嵌在蜂窝部（２０６）中的多个径向传感器线（２０８），该多个径向传感器线距离涡轮机转子有不同的预定径向距离。该传感器线（２０８、４０３）还可包括多个轴向传感器线（４０３），该多个轴向传感器线沿蜂窝部（２０６）的长度方向以不同的预定轴向位置嵌在该蜂窝部（２０６）中。

【技术实现步骤摘要】

本申请总体上涉及用于监测在涡轮机工作期间产生的涡轮叶片偏移的方法和系统。更具体地说，但不作为限制，本申请涉及用于通过安置传感器线(sensor wire)来监测涡轮叶片偏移的方法和系统。
技术介绍
工业用燃气轮机和飞行器发动机的涡轮叶片在高温环境中工作，其中温度经常达到600℃到1500℃间。此外，总的趋势是增加涡轮机工作温度以增加输出并提高发动机效率。相应于这个状况的涡轮叶片上的热应力是非常严重的。通常，由于通过涡轮机转速所施加的作用力，涡轮叶片经受到高水平的机械应力。为努力适应包括更高环带区域(该更高环带区域在工作期间产生更高的输出扭矩)的涡轮叶片结构，这些应力被迫提到更高的水平。另外，期望设计具有更大表面积的涡轮叶片叶冠(tipshroud)，这另外增加了涡轮叶片的端部重量，其进一步增加了在工作期间施加到叶片上的机械应力。当这些机械应力与严重的热应力结合时，结果是涡轮叶片在或接近于材料的设计极限下工作。在这种状态下，涡轮叶片通常经受一缓慢的变形，其经常被称为“金属蠕变”。金属蠕变是指这样一种状态，在该状态中，金属部件长时间处于应力和高温下而发生缓慢变形。涡轮叶片可以在径向或轴向上发生变形。结果，在燃气轮机后部末级中需主要关注的涡轮叶片故障种类是金属蠕变，特别是径向金属蠕变(即，涡轮叶片的伸长)。如果未被注意，金属蠕变最后可以导致涡轮叶片破裂，这会导致对涡轮机组的极度破坏并导致大量的停机修理时间。通常，用于监测涡轮叶片中的金属蠕变的传统方法包括以下两者之一(1)试图通过使用分析工具(诸如有限元分析程序)来预计涡轮叶片随时间的积累蠕变伸长，这些分析工具基于在实验室中在等温蠕变测试棒上进行的蠕变应变测试，根据算法来计算蠕变应变；或者(2)在设备停机期间进行目测和/或手动测量。然而，这些预测型的分析工具经常得到不准确的结果。并且，目测和/或手动测量是劳动密集型的，成本高，且也经常得到不准确的结果。无论如何，不管是使用分析工具、目测或手动测量而对涡轮叶片状况作出不准确预测的代价都是很高的。一方面，不准确预测会允许涡轮叶片工作超过其有效使用期限，并导致涡轮叶片故障，这会对涡轮机组造成严重损害并导致停机修理。另一方面，不准确预测可能使涡轮叶片过早退役(即，在其有效使用期限结束前退役)，这降低了效率。因此，准确监测涡轮叶片的金属蠕变偏移可以提高涡轮发动机设备的总效率。这种监测可以使涡轮叶片的使用寿命达到最大限度而避免涡轮叶片故障的风险。另外，如果无需耗费时间以及劳动密集的目测或手动测量就可以进行这种监测，则将进一步提高效率。因此，需要改进系统来监测或测量涡轮叶片的金属蠕变偏移。
技术实现思路
本申请将描述一种用于监测涡轮叶片偏移的系统，其包括具有切削齿的涡轮叶片以及一个或多个传感器线，每个传感器线包括可切断部分，当涡轮叶片发生偏移时，该传感器线可被切削齿切断。该系统还可包括用于监测各传感器线状况的装置。该用于监测传感器线状况的装置可包括用于确定哪个传感器线已经被切断的装置。在一些实施例中，该用于监测传感器线状况的装置可包括用于将电压加到各传感器线上的装置以及用于确定形成在各传感器线中的电路在什么时候断开的装置。在其它的实施例中，该用于监测传感器线状况的装置可包括用于监测各传感器线上的电阻的装置以及用于确定该电阻在什么时候发生变化的装置。该一个或多个传感器线可嵌在一蜂窝部中。该蜂窝部可以是附着于涡轮罩的一可磨耗材料区域。该一个或多个传感器线可包括嵌在该蜂窝部中的多个径向传感器线，该多个径向传感器线距离涡轮机转子有不同的预定径向距离。该预定径向距离可以规则间隔出现。至少一个径向传感器线可包括一指示器径向传感器线。该指示器径向传感器线可嵌在该蜂窝部中并距离该涡轮机转子一预定径向距离，使得该切削齿对该指示器径向传感器线的切断表示该涡轮叶片因其经受的径向伸长而已经达到了其有效使用期限的最大限度。该系统还可包括用于在该指示器径向传感器线被切断时用于发送通知的装置。在一些实施例中，该一个或多个传感器线可包括多个轴向传感器线，该多个轴向传感器线沿蜂窝部的长度方向以不同的预定轴向位置嵌在该蜂窝部中。这些预定轴向距离以规则间隔出现。本申请还描述了一种确定涡轮发动机中涡轮叶片偏移的方法，其包括以下步骤 (1)监测一个或多个传感器线，当涡轮叶片发生偏移时，涡轮叶片上的切削齿可以将该传感器线切断；和(2)基于该一个或多个传感器线中哪个传感器线被切断而来量化该涡轮叶片发生的偏移量。该方法还可包括步骤将电压加到各传感器线上，使得该监测传感器线的步骤包括确定形成于各传感器线中的电路是否是断开的。在一些实施例中，该方法可包括步骤监测各传感器线上的电阻，使得该监测传感器线的步骤包括确定各传感器线上的电阻是否已经发生变化。该一个或多个传感器线可包括嵌在一蜂窝部中的多个径向传感器线，该多个径向传感器线距离该涡轮机转子有不同的预定径向距离。在其它实施例中，该一个或多个传感器线可包括多个轴向传感器线，该多个轴向传感器线沿一蜂窝部的长度方向以不同的预定轴向位置嵌在该蜂窝部中。在这些实施例中，该方法可以包括以下步骤(1)通过监测哪一个轴向传感器线被由切削齿切入蜂窝部而形成的初始切槽切断来确定该切削齿的初始轴向位置；和(2)通过监测剩余的多个传感器线中哪一个传感器线接下来将被切断而来确定涡轮叶片的轴向偏移的方向和程度。该方法还可包括步骤发送关于哪个传感器线已经被切断的通知。当结合附图和所附权利要求阅读以下对实施例的详细说明时，本申请的这些及其它特征将是显而易见的。附图说明图1是根据本申请示例性实施例的示例涡轮叶片端部的透视图。图2是根据本申请示例性实施例的涡轮叶片偏移监测系统的剖视图。图3是图示了图2的涡轮叶片偏移监测系统的工作的剖视图。图4是根据本申请备选示例性实施例的涡轮叶片偏移监测系统的剖视图。具体实施例方式现在参照附图，其中各个附图标记在所有视图中表示相同的部件，图1表示了根据本申请示例性实施例的涡轮叶片100的端部视图。涡轮叶片100包括翼型102，该翼型102从涡轮叶片100的基部(未示出)延伸到附于涡轮叶片100端部的叶冠104。在工作中，翼型102将来自燃烧室的膨胀排出气体的能量转换为机械能。该叶冠104可提供一基本垂直于翼型102的表面而延伸的表面区域。叶冠104的该表面区域有助于将该涡轮排出气体保持在翼型102上(即，不允许该排出气体滑动越过该翼型的端部)，以便通过涡轮将来自排出气体的更大百分比的能量转变为机械能。因此，叶冠可以改进燃气涡轮发动机的性能。该涡轮叶片100还可以包括在叶冠10顶表面上的切削齿106。该切削齿106可形成一种突出到叶冠104外表面之外的锐脊。如以下更详细论述的那样，在涡轮叶片100的转动期间，该切削齿106可以在软金属区域中切出沟槽，该沟槽因其外形而通常被称为“蜂窝部(honeycomb)”。本领域的普通技术人员可以理解到，根据本申请的切削齿106的结构可以与图1中所示的结构有显著不同，图1的结构仅是示例性的。通常，切削齿106可以包括位于涡轮叶片100上的任何棱或突出表面。由切削齿106在软金属中切出的凹槽可在涡轮叶片100与连接到涡轮机机壳的涡轮罩之间形成有益的迷宫式密封。图2图示了涡轮叶片偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于监测涡轮叶片偏移的系统，包括：　　　　具有切削齿（１０６）的涡轮叶片（１００）；和　　　　一个或多个传感器线（２０８、４０３），每个传感器线包括可切断部分，当涡轮叶片发生偏移时，该传感器线可被切削齿（１０６）切断。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：TR尼马塔林，ACP亚卡拉，CA布尔格林，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]