[发明专利]使用声传感器监控发动机运行状况

说明书

技术领域

本发明大体上涉及一种燃气涡轮发动机。更确切地说，本发明涉及一种用于监控燃气涡轮发动机中一个或多个变速箱的状况的系统和方法。

背景技术

燃气涡轮发动机通常包括呈串行流顺序的压缩机段、燃烧段、涡轮机段和排气段。在操作中，空气进入压缩机段的入口，在此，一个或多个轴向压缩机渐进地压缩空气，直到气体到达燃烧段。燃料与压缩空气混合并且在燃烧段内燃烧，从而产生燃烧气体。燃烧气体从燃烧段流动通过限定在涡轮机段内的热气通道，然后经由排气段离开涡轮机段。

燃气涡轮发动机通常包括传输轴和/或附件之间动力的一个或多个变速箱。例如，涡轮机段的低压部经由低压轴驱动压缩机段的低压部。动力变速箱或其它合适的减速箱可将动力从低压轴传输到风扇轴，从而驱动风扇。燃气涡轮机中的动力变速箱和其它变速箱可以包括各种齿轮、轴、阀、轴承、紧固件和/或其它机械部件。在此方面，需要监控燃气涡轮发动机中的各种变速箱，以确定是否必要进行维护或修理。

可以使用一个或多个传感器来监控燃气涡轮发动机变速箱的机械运行状况(mechanical health)。在变速箱操作期间，这些传感器记录由变速箱操作发出的振动声发射(acoustic emissions of vibrations)所发射的特征频率(即，频谱)。当不需要维护时，这些传感器记录变速箱操作期间的基线频谱。然而，在需要维护的变速箱的操作期间，变速箱中达到维护要求的状况(例如，磨损部件)可能产生突发型或连续型声发射或振动，或者导致声发射或振动幅度增大。这些状况展示出不同于不需要维护的变速箱的特征频率(“变速箱事件峰值”)。变速箱事件峰值的幅度随时间的变化可以用于量化需要维护的程度。不幸的是，特征频谱可从初始源开始迅速衰减。因此，通常需要将振动传感器定位成尽可能接近变速箱。在这方面，由于热暴露、空间要求和电缆布线约束，振动传感器监控某些变速箱和其它部件的能力受到限制。

此外，将特征频率和振幅与其它声发射隔离开来可能很困难。通常，由振动传感器产生的信号包含宽带频率内容(即，分布在较宽频率范围内的大量频率)。特征频率与宽带内容中的大量频率相混合。在特征频率处的变速箱事件峰值也不一定具有最高的幅度，并且通常是不明显的。另外，发出特征变速箱频率的其它振动源可能导致误检测事件。例如，燃气涡轮发动机中的轴旋转速度的波动可能导致这种失常。

相应地，用于监控变速箱的系统和方法能够在不需要振动传感器的情况下可靠地从宽带信号中检测并隔离出变速箱中指示需要维护的状况的特征频率信号，将在技术中大受欢迎。

发明内容

本发明的方面和优点将部分地在以下说明中阐明，或根据说明中的内容来说显而易见，或可以通过本发明的实施习得。

在一个方面，本发明涉及一种用于监控燃气涡轮发动机中的声信号的系统。所述系统包括发出声信号的燃气涡轮发动机部件。传声器感测声信号并且产生指示声信号的一个或多个特性的传声器信号。控制器接收传声器信号并且配置成分析传声器信号以识别变速箱事件峰值。如果存在变速箱事件峰值，则控制器量化变速箱事件峰值的幅度。控制器将变速箱事件峰值的幅度与阈值进行比较，以确定燃气涡轮发动机部件是否需要维护。

本发明的另一方面涉及一种燃气涡轮发动机，其包括压缩机段、燃烧段和涡轮机段。变速箱发出声信号。传声器感测声信号并且产生指示声信号的一个或多个特性的传声器信号。控制器接收传声器信号并且配置成分析传声器信号以识别变速箱事件峰值。如果存在变速箱事件峰值，则控制器量化变速箱事件峰值的幅度。控制器将变速箱事件峰值的幅度与阈值进行比较，以确定变速箱是否需要维护。

本发明的又一方面涉及一种用于监控燃气涡轮发动机中的声信号的方法。所述方法包括通过传声器感测由燃气涡轮发动机部件发出的声信号。通过传声器产生指示声信号的一个或多个特性的传声器信号。使用控制器分析传声器信号以识别变速箱事件峰值。如果存在变速箱事件峰值，则通过控制器量化变速箱事件峰值的幅度。使用控制器将变速箱事件峰值的幅度与阈值进行比较，以确定燃气涡轮发动机部件是否需要维护。

技术方案1：一种用于监控燃气涡轮发动机中声信号的系统，包括：

燃气涡轮发动机部件，其发出所述声信号；

传声器，其感测所述声信号并且产生指示所述声信号的一个或多个特性的传声器信号；以及

控制器，其接收所述传声器信号，所述控制器配置成：

分析所述传声器信号以识别变速箱事件峰值；

如果存在所述变速箱事件峰值，则量化所述变速箱事件峰值的振幅；以及