用于构建涡轮机系统中的颗粒进入检测的智能模型的传感系统和方法技术方案

公开了一种用于涡轮机系统(10)的控制系统，该控制系统被构造成利用涡轮机系统(10)内的颗粒存在和积聚的智能模型(160)来解决引擎维护、侵蚀、腐蚀和零件故障缓解。该控制系统可以基于由至少一个传感器(132)测量的数据值(170)并且基于已知数据值(180)的数据库而构建流体流动的智能模型(160)，以提供对进气颗粒(112)到该涡轮机系统(10)中的进入量、该涡轮机系统(10)内的积垢、该涡轮机系统(10)的至少一部分的侵蚀和该涡轮机系统(10)的性能劣化速率的估计。化速率的估计。化速率的估计。

【技术实现步骤摘要】
用于构建涡轮机系统中的颗粒进入检测的智能模型的传感系统和方法

技术介绍

[0001]本公开大体上涉及用于涡轮机系统的传感系统和方法，并且更具体地，涉及被构造成利用气体涡轮机系统内的颗粒存在和积聚的智能模型来解决引擎维护、侵蚀、腐蚀和零件故障缓解的传感系统和方法。
[0002]气体涡轮机在世界各地用于多种多样的应用和环境中。这种多样性为空气过滤系统带来了许多挑战，从而需要针对每种类型的环境污染物、气体涡轮机平台技术和/或燃料质量的不同解决方案。例如，在炎热和恶劣的气候中的操作或在气体涡轮机系统暴露于严重的空气质量污染的操作环境中操作的气体涡轮机，和/或在高操作温度下操作的高效气体涡轮机，其中气体涡轮机系统的入口系统中出现损坏或破裂时，在引擎性能、可靠性、和/或可维护性方面面临着重大挑战。针对具有基本上不同结构的气体涡轮机的不同操作环境无法通过常用空气过滤监测系统充分保护气体涡轮机系统免受污染物的影响。当常规过滤系统失效并且沙土和其他不期望的颗粒进入气体涡轮机时，该气体涡轮机的部件可能损坏和/或不可操作。另外，流过气体涡轮机的部件的不期望的颗粒可降低气体涡轮机本身的操作效率。
[0003]为了防止碎屑和/或颗粒进入气体涡轮机，过滤系统通常包括多级过滤部件，这些过滤部件在工作流体(例如，已过滤空气)进入气体涡轮机的压缩机之前过滤各种大小的碎屑和/或颗粒。然而，包括在常规过滤系统中的这些部件可被相同的碎屑损坏，并且可根据需要不再过滤掉碎屑和颗粒。另外或替代地，包括在常规过滤系统中的部件可能由于不正确的安装、延长的操作寿命或用途、不正确的维护、异常高的污染物负荷和/或其他劣化因素而不能根据期望操作(例如，过滤掉碎屑)。
[0004]在常规系统中，对于具有不同结构并位于不同操作环境中的气体涡轮机，不存在定制的警告或指示系统表明此类过滤部件已损坏和/或无法操作。具体地，在炎热和恶劣的操作环境中，劣化和部件故障风险显著增加。因此，除了更频繁的清洗循环和/或维护之外，具有不同结构和/或在炎热和恶劣的环境中操作的涡轮引擎系统还需要更多的强制停机时间和增加的成本。

技术实现思路

[0005]本公开的第一方面提供了一种确定将颗粒检测传感器(包括静电传感器的“PDS”)放置在涡轮机系统的流体流动路径中的最优位置的方法。该方法包括：基于已知数据值的数据库而咨询针对涡轮机系统定制的流体流动的智能模型；确定流体流动路径内将允许通过流体流动路径内的静电部件带电的进气颗粒的精确数据值的颗粒检测和测量的一个或多个位置；将传感器放置在流体流动路径内的一个或多个位置处；以及在传感器的至少一个位置处测量进气颗粒的至少一个测量数据值。已知数据值的数据库包括涡轮机系统的结构、流体流动路径的结构、传感器的位置、其他已知流体流动数据、测试数据、污染物信息和/或现场观测。流体流动路径内的至少一个位置使进气颗粒在静电传感器上积聚的可能
性最小化。
[0006]本公开的第二方面提供了一种控制系统，该控制系统包括用于涡轮机系统的智能模型。该智能模型包括：从至少一个传感器接收到的至少一个测量数据值，该传感器定位在涡轮机系统的空气入口系统内的涡轮机系统的流体流动路径内；和已知数据的数据库，其包括涡轮机系统的结构、涡轮机系统中的流体流动路径的结构、传感器的位置、其他已知流体流动数据、测试数据、污染物数据和/或现场观测。该控制系统咨询智能模型以提供空气入口系统的可能破裂、进气颗粒到涡轮机系统中的进入量、涡轮机系统内的积垢、涡轮机系统的至少一部分的侵蚀和/或涡轮机系统的性能劣化速率的估计。
[0007]本公开的第三方面提供了一种控制系统，该控制系统包括用于涡轮机系统的智能模型。该智能模型包括：从至少一个传感器接收到的至少一个测量数据值，该传感器定位在涡轮机系统的流体流动路径内；和已知数据的数据库，其包括涡轮机系统的结构、涡轮机系统中的流体流动路径的结构、传感器的位置、其他已知流体流动数据、测试数据和现场观测中的至少一者。该控制系统咨询智能模型以提供空气入口系统的可能破裂、进气颗粒到涡轮机系统中的进入量、涡轮机系统内的积垢、涡轮机系统的至少一部分的侵蚀和/或涡轮机系统的性能劣化速率的估计。该控制系统产生信号以警告涡轮机操作员和/或控制涡轮机系统的一个或多个操作参数。
[0008]本公开的例示性方面被设计成解决本文描述的问题和/或未讨论的其他问题。
附图说明
[0009]从结合描绘本公开的各种实施方案的附图的对本公开的各个方面的以下详细描述，将更容易理解本公开的这些和其他特征，其中：
[0010]图1示出了根据本公开的实施方案的涡轮机系统和包括智能模型的空气过滤组件的示意图。
[0011]图2示出了根据本公开的实施方案的图1的智能模型的详细视图；
[0012]图3示出了根据本公开的实施方案的涡轮机系统和空气过滤组件的侧视图；
[0013]图4A至图4C示出了根据本公开的实施方案的涡轮机系统的排气口的正视图、侧视图和等距视图；
[0014]图5A至图5D更详细地描绘了根据本公开的实施方案的图4A至图4C的电磁传感器；
[0015]图6A至图6C示出了根据本公开的附加的实施方案的从涡轮机系统的天气防护罩到压缩机入口的沙颗粒踪迹的计算机产生的图式；
[0016]图7A至图7C示出了根据本公开的另外的实施方案的从涡轮机系统的天气防护罩到压缩机入口的沙颗粒踪迹的计算机产生的图式；
[0017]图8A至图8C示出了根据本公开的另一实施方案的从涡轮机系统的天气防护罩到压缩机入口的沙颗粒踪迹的计算机产生的图式；
[0018]图9为描绘了根据本公开的实施方案的图6A至图8C的涡轮机系统的颗粒的实验数据的表；
[0019]图10示出了根据本公开的实施方案的本文中所讨论的常见操作环境的示例的图；
[0020]图11描绘了根据本公开的实施方案的图6A至图8C的涡轮机系统的故障点；
[0021]图12描绘了根据本公开的实施方案的图6A至图8C的涡轮机系统的控制系统的流
程图；
[0022]图13A和图13B示出了根据本公开的实施方案的涡轮机系统和包括提取冷却管的空气过滤组件的侧视图和透视图；
[0023]图14A和图14B示出了根据本公开的实施方案的涡轮机系统的计算流体动力学分析的结果；并且
[0024]图15示出了根据本公开的实施方案的智能模型的实施方案的框图。
[0025]应当注意，本公开的附图未按比例绘制。附图旨在仅描绘本公开的典型方面，并且因此不应当被视为限制本公开的范围。在附图中，类似的编号表示附图之间的类似的元件。
具体实施方式
[0026]首先，为了清楚地描述当前公开，当引用和描述本公开范围内的相关机器部件时，将有必要选择某些术语。在这样做时，如果可能的话，通用的行业术语将以与其接受含义一致的方式进行使用和采用。除非另有说明，否则应当对此类术语给出与本申请的上下文和所附权利要求书的范围一致的广义解释。本领域的普通技术人员将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定将传感器(132)放置在涡轮机系统(10)的流体流动路径中的位置(186)的方法，所述方法包括：基于已知数据值(180)的数据库而咨询针对所述涡轮机系统(10)定制的流体流动的智能模型(160)；确定所述流体流动路径内将允许测量进气颗粒(112)的精确数据值的至少一个位置(186)；将传感器(132)放置在所述流体流动路径内的所述至少一个位置(186)处；以及在所述传感器(132)的所述至少一个位置(186)处测量所述进气颗粒(112)的至少一个测量数据值(170)，其中已知数据值的所述数据库包括所述涡轮机系统(10)的结构(182)、所述流体流动路径(184)的结构、所述传感器(132)的所述位置(186)、其他已知流体流动数据(188)、测试数据(190)和现场观测(192)中的至少一者，并且其中所述流体流动路径内的所述至少一个位置(186)使进气颗粒(112)在所述传感器(132)上积聚的可能性最小化。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：在测量所述进气颗粒(112)的至少一个测量数据值(170)的步骤之后，接收所述涡轮机系统(10)的空气入口系统(102)的可能破裂、进气颗粒(112)到所述涡轮机系统(10)中的进入量、所述涡轮机系统(10)内的积垢、所述涡轮机系统(10)的至少一部分的侵蚀和所述涡轮机系统(10)的性能劣化速率的估计中的至少一个估计。3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：确定所述流体流动路径内的至少一个附加位置(186)；将至少一个附加传感器(132)放置在所述至少一个附加位置(186)处；以及在所述传感器(132)的所述至少一个附加位置(186)处测量所述进气颗粒(112)的附加至少一个测量数据值(170)。4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括以下步骤：在测量所述进气颗粒(112)的至少一个测量数据值(170)的步骤之后，接收所述涡轮机系统(10)的空气入口系统(102)的可能破裂、进气颗粒(112)到所述涡轮机系统(10)中的进入量、所述涡轮机系统(10)内的积垢、所述涡轮机系统(10)的至少一部分的侵蚀和所述涡轮机系统(10)的性能劣化速率的估计中的至少一个估计，其中智能系统(160)解释所述附加至少一个测量数据值(170)以误差检验所述至少一个测量数据值(170)，以减少所述涡轮机系统(10)的所述空气入口系统(102)的可能破裂、所述进气颗粒(112)到所述涡轮机系统(10)的进入量、所述涡轮机系统(10)内的积垢、所述涡轮机系统(10)的至少一部分的侵蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：