[发明专利]用于识别燃气涡轮发动机故障的方法和系统

说明书

技术领域

本发明大致涉及燃气涡轮发动机建模领域。更具体地说，本发明涉及能够判别涡轮机壳冷却(TCC)和高压涡轮(HPT)性能故障的方法和系统。

背景技术

燃气涡轮性能诊断涉及在发动机随着时间而恶化时，跟踪发动机组件工作指标(通常为效率和流体参数)中的变化。驱动这种方法学的主要信息源是取自沿着发动机的气路的测量，诸如温度，压力，速度等。这些测量通常在稳定的巡航状态(cruise conditions)期间被监测，并被储存以用于完成组件性能分析(MPA)的目的。由于商业和军用航空发动机中可用测量的固有限制，很难对发动机的涡轮段(turbinesection)中的各种故障进行区别。属于此范畴的两种典型故障是涡轮机壳冷却(TCC)和高压涡轮(HPT)性能故障。

目前的MPA方法使用稳定状态的巡航数据来实现故障隔离(isolation)。监测的参数是取自沿着发动机气路的不同级的旋转速度，温度和压力。在检测到这些测量量发生偏移时，就为各气路参数计算出百分比Δ，获取偏移的级别和方向。测量参数Δs的结果矢量就用于计算MPA。

这种计算是实际上是模式匹配方法，其中该分析对比计算出的百分比Δ矢量和一系列表征已知故障的其它矢量，并且选择最匹配的。这种类型的分析在本领域内有许多已知的方法和变型。令人遗憾的是，依据通常测量的气路参数，HPT和TCC性能故障的特征是非常相似的，并且不管应用何种特殊方法，在此分析的极限内都是不可判别的。

目前的性能跟踪方法不能区分HPT性能故障和TCC故障。尽管TCC故障与HPT故障相比更容易发生，但是，如果不正确诊断的话，TCC故障的良性性质(增加的燃料消耗)可以导致发动机保持飞转(on wing)，这潜藏着在飞行中关机(IFSD)或灾难的危险，即使潜在的原因原来是HPT问题时，也是如此。因此，需要减轻TCC/HPT误诊断危险的方法和系统。

发明内容

尽管存在应用性能跟踪以区分HPT和TCC性能故障的各种方法和系统，但是这些方法和系统并不能使人很满意。本发明人已经发现，人们渴望具有一种判别涡轮机壳冷却(TCC)和高压涡轮(HPT)性能故障的方法和系统。

本发明的一个方面提供了一种判别燃气涡轮发动机壳冷却(TCC)和高压涡轮(HPT)性能故障的方法。优选的是，根据本发明的这个方面的方法起始于获得与预定数量的发动机参数相对应的预定数量的飞行中(in-flight)气路数据样本，确定气路发动机参数是否已经发生了百分比Δ偏移，如果已经发生了百分比Δ的特征偏移(signature shift)，就确定偏移是HPT性能故障还是TCC性能故障造成的，其包括，从预定数量的发动机参数中取出废气温度(EGT)偏移幅度，计算在飞行中和起飞(take-off)时的废气温度容限计算值(temperature margincalculation)之间的废气温度差，其中，所述废气温度差是废气温度容限和废气温度偏移幅度变化之间的差值，市场计算TCC事件似然性(event likelihood)和非TCC事件似然性，其中，如果TCC事件大于或等于非TCC事件似然性，则表示为TCC故障。

本方法的另一方面包括，确定偏移是来自HPT故障还是来自TCC性能故障。该方面还包括，为本次飞行和前一次飞行获得起飞的废气温度容限计算值，并计算本次飞行和前次飞行之间的废气温度容限计算值变化。

该方法的还有另一方面包括，计算TCC或非TCC事件的似然性。这个方面还包括，获得用于未经受TCC故障的燃气涡轮发动机的手段和标准偏差，获得用于经受TCC故障的燃气涡轮发动机的手段和标准偏差，并计算巡航状态和起飞状态之间的废气温度差。

将在下文的附图和说明中阐述发明的一个或多个实施例的细节。结合该描述、附图和权利要求，本发明的其它特征、目的和优点将变得显而易见。

附图说明

图1A是显示气路测量参数百分比Δ趋势的示例性曲线图。

图1B是显示经受故障事件(ΔΔ)的气路测量参数百分比Δ趋势的示例性曲线图。

图2是判别涡轮机壳冷却(TCC)和高压涡轮(HPT)性能故障的示例性方法的框图。

图3A是显示非TCC事件的废气温度高斯分布的示例性曲线图。

图3B是显示TCC事件的废气温度高斯分布的示例性曲线图。

图3C是显示TCC事件和非TCC事件的废气温度差高斯分布的示例性曲线图。