[发明专利]用于燃气涡轮机寿命管理的方法、系统和计算机程序产品

说明书

技术领域

本公开内容主要涉及燃气涡轮机，并且更具体地涉及用于估算涡轮热气和燃烧部件的热障涂层性能的寿命管理系统、方法和计算机产品。

背景技术

燃气涡轮发动机包括用于供给压缩燃烧空气流的压缩机区段、用于在压缩燃烧空气中燃烧燃料的燃烧器区段，以及用于从燃烧空气中提取热能并将该热能转化为以旋转轴形式存在的机械能的涡轮区段。

现代的高效燃气涡轮机具有超过1000℃的点火温度，并且随着对更高效发动机的要求不断持续甚至期望有更高的点火温度。形成“热气通道”燃烧器和涡轮区段的许多部件直接暴露在腐蚀性热燃烧气体中，例如，燃烧器衬套、位于燃烧区段和涡轮区段之间的过渡导管，以及涡轮静止导叶和转动叶片以及包绕的环形节段。除了热应力以外，这些以及其它的部件还会经受进一步留蓄在这些部件上的机械应力和负载。

传统上用于制作在燃烧涡轮发动机的热气通道区段中使用的大多数燃烧涡轮部件的许多钴和镍基超级合金材料通过用热障涂层(TBC)涂敷上述部件而与热气流隔离，从而耐受长期运行在该种腐蚀性高温燃烧环境中。

热障涂层是非常高级的材料系统。这些涂层通过采用热绝缘材料而使部件与大且长时期的热负载相隔离，其中，热绝缘材料能承受位于承载合金和涂层表面之间的明显温差。因此，当限制对结构部件的热暴露时，这些涂层能允许更高的操作温度，从而通过降低氧化和热疲劳而延长部件寿命。

热障涂层系统通常由四层组成：金属基底、金属结合层(bond coat)、热生长氧化物，以及陶瓷顶层(topcoat)。陶瓷顶层典型地由氧化钇稳定氧化锆(YSZ)构成，其期望具有非常低的热传导率，同时在应用中通常所经历的额定操作温度下保持稳定。热障涂层通过各种劣化模式而损坏(或剥落)，包括在热循环暴露期间结合层的机械褶皱、加速氧化、热腐蚀，以及熔化堆积物劣化。随着热障涂层的损失，部件会经受更高温度和显著地缩短部件寿命。

考虑到上述因素，一种固定的规程(schedule)可用于检查这些关键部件。重要的是，当预估部件接近发生故障时安排对这些关键部件进行检查，以最大限度地减少涡轮机离线检查所耗费的时间。为了降低操作成本，重要的是提高对这些零件剩余寿命评估的准确性，包括对这些零件上的热障涂层残留寿命进行准确估算以便安排检查和/或修复。因此，需要具有准确地估算热障涂层性能的能力。

发明内容

在一个示范性实施例中，公开了一种用于燃气涡轮机设备(或单元，unit)的寿命管理系统。该寿命管理系统包括用于确定至少一个部件的累积损伤的装置、用于确定燃气涡轮机设备风险和分类概率(classification probability)的装置，以及接收上述至少一个部件的累积损伤和燃气涡轮机设备风险和分类概率的数据融合模块，该数据融合模块配置成用以计算至少一个寿命参数。

在另一个示范性实施例中，公开了一种用于确定燃气涡轮机部件的部件寿命参数的方法。该方法包括确定至少一个部件的累积损伤、确定燃气涡轮机设备风险和分类概率，以及向配置成用以计算寿命参数的数据融合模块提供累积损伤、燃气涡轮机设备风险和分类概率。

在又一个示范性实施例中，公开了一种计算机程序产品。该计算机程序产品包括存储可运行以引起一个或多个机器执行操作的指令的机器可读介质。该操作包括确定燃气涡轮机部件的累积损伤、确定燃气涡轮机设备风险和分类概率，以及使用累积损伤和燃气涡轮机设备风险和分类概率来计算寿命参数。

本公开内容的其它特征和优点将根据以下结合附图对优选实施例的更为详细说明而变得明显，其中，附图通过实例示出了本公开内容的原理。

附图说明

图1是根据本公开内容的用于确定热障涂敷部件寿命参数的方法的一个实施例的流程图。

图2是根据本公开内容的用于确定热障涂敷部件寿命参数的方法的另一个实施例的流程图。

只要有可能，整个附图都将使用相同的参考标号来表示相同的零件。

零件清单

100寿命管理系统

120第一步骤

130第二步骤

140第三步骤

210第一累积损伤子步骤

220第二累积损伤子步骤

230第三累积损伤子步骤

240第四累积损伤子步骤

250第五累积损伤子步骤

260第六累积损伤子步骤

270第七累积损伤子步骤

310第一寿命参数子步骤

320第二寿命参数子步骤