[发明专利]用于检测涡轮发动机内的剥落的系统及方法

说明书

技术领域

本文所公开的主题涉及用于检测涡轮发动机内的剥落(spall)的系统及方法。

背景技术

有些燃气涡轮发动机包括具有观察端口的涡轮，该观察端口构造成便于监测涡轮内的各种构件。例如，高温测定系统可经由观察端口接收辐射信号，以便测量涡轮热气体通路内的某些构件的温度。高温测定系统可包括光学传感器，该光学传感器构造成用以测量由涡轮构件发射的在固定波长范围内的辐射强度。如将认识到的那样，通过估计发射率(emissivity)，构件温度可基于特定波长下的辐射强度来确定。

令人遗憾的是，构件的发射率可随着时间的推移由于温度变化、构件上的残余物累积和/或涡轮构件氧化而改变。此外，发射率的测量可受观察端口窗上的污垢积聚所影响。此外，包括热障涂层(TBC)的涡轮构件可经历剥落，也即其中部分TBC与构件表面分离的一种状态，从而露出基础材料。如将认识到的那样，基础材料的发射率可显著地高于TBC的发射率。因此，采用恒定发射率的高温测定系统对于剥落涡轮构件可能会提供不准确的温度测量。例如，构造成用以测量固定波长范围内的辐射的高温测定系统可从具有剥落区的涡轮构件检测到增大的辐射强度。由于高温测定系统不能在升高的温度与增加的发射率之间予以区分，故高温测定系统将报告较高的温度。因此，操作人员或自动系统可能停用涡轮发动机以确定涡轮构件温度升高的原因。由于涡轮构件的实际温度可能处在所期望的操作范围内，故这种操作可能不必要地降低涡轮发动机的可用性。

发明内容

在一个实施例中，一种系统包括多光谱高温测定系统，其构造成用以从涡轮构件接收宽波长带辐射信号，将宽波长带辐射信号分成多个窄波长带辐射信号，基于窄波长带辐射信号来确定涡轮构件的发射率，以及基于该发射率来检测涡轮构件表面上的剥落。

在另一实施例中，一种系统包括多光谱高温测定系统，其构造成用以与涡轮的内部光学地通信。多光谱高温测定系统包括波长分离装置，该波长分离装置构造成用以从涡轮内部内的涡轮构件接收宽波长带辐射信号，以及将宽波长带辐射信号分成多个窄波长带辐射信号。多光谱高温测定系统还包括与波长分离装置成光学通信的检测器。检测器构造成用以接收窄波长带辐射信号，以及输出表示各窄波长带辐射信号的强度的输出信号。多光谱高温测定系统还包括控制器，该控制器构造成用以基于输出信号来确定涡轮构件的发射率，以及基于该发射率来检测涡轮构件表面上的剥落。

在又一实施例中，一种方法包括从涡轮构件接收宽波长带辐射信号，以及将宽波长带辐射信号分成多个窄波长带辐射信号。该方法还包括基于窄波长带辐射信号来确定涡轮构件的发射率，以及基于该发射率来检测涡轮构件表面上的剥落。

附图说明

当参照附图阅读如下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，所有附图中的相似标号表示相似的零件，在附图中：

图1为包括多光谱高温测定系统的涡轮系统实施例的框图，该多光谱高温测定系统构造成用以确定涡轮构件的发射率，以及基于该发射率来确定涡轮构件表面上的剥落；

图2为示例性涡轮区段的截面视图，示出了可由多光谱高温测定系统的实施例所监测的各种涡轮构件；

图3为多光谱高温测定系统的实施例的简图，该系统具有使用多个分色镜以将宽波长带辐射信号转变成多个窄波长带辐射信号的波长分离装置；

图4为多光谱高温测定系统的实施例的简图，该系统具有构造成用以确定涡轮构件的二维温度图和/或确定涡轮构件表面上的剥落区域的控制器；以及

图5为用于检测涡轮构件表面上的剥落的示例性方法的流程图。

零件清单

10燃气涡轮系统

12燃料喷射器

14燃料供送源

16燃烧器

18涡轮

19轴

20排气出口

22压缩机

24进入口

26负载

30空气

32压缩空气

34燃料空气混合物

36多光谱高温测定系统

38光学连接件

40观察端口

42波长分离装置

44检测器

46控制器

48排出气体

50轴向方向

52圆周方向

54第一级导叶

56第一级叶片

58涡轮转子

60第二级导叶

62第二级叶片