[发明专利]用于检测发动机的燃烧器中材料缺陷的方法、系统和设备

说明书

技术领域

本申请大体涉及用于检测可发生在工业制造过程、发动机或类似的系统中的缺陷(包括表面缺陷)的方法、系统和设备。更具体而言，但不作为限制，本申请涉及关于形成于暴露于燃气轮机发动机的热气的构件(例如在燃烧器中找到的那些)上的缺陷的检测的方法、系统和设备。

背景技术

在运行中，一般而言，燃气轮机发动机可燃烧燃料与由压缩机供应的压缩空气。如本文所用，以及除非另有具体地说明，燃气轮机发动机意味着包括所有类型的涡轮或旋转式燃烧发动机，包括燃气轮机发动机，航空器发动机等。典型地称为工作流体的产生的热气流通过发动机的涡轮区段而膨胀。工作流体与涡轮区段的转子叶片的相互作用引起涡轮轴的旋转。照这样，燃料中含有的能量转换成旋转轴的机械能，例如，然后该机械能可用来使压缩机的转子叶片旋转，使得产生燃烧所需的压缩空气的供应，并且该机械能可用来使发电机的线圈旋转，使得产生电功率。在运行期间，将理解，暴露于热气路径的构件变得受极端的机械载荷和热载荷的高度压迫。这归因于工作流体的极端温度和速度以及涡轮的旋转速度。因为较高的燃烧温度对应于较高效的热力发动机，所以技术正不断推进在这些应用中使用的材料的极限。

不管是由于极度温度、机械载荷或是由于两者的组合的原因，构件失效仍然是燃气轮机发动机中的重大顾虑。大部分失效均可追溯到材料疲劳，这典型地由裂纹传播的开始所预警。更具体而言，由材料疲劳引起的裂纹的形成仍然是关于构件已经达到其使用寿命的极限且可能接近失效的主要指标。检测裂纹的形成的能力仍然是重要的工业目标，尤其是考虑到单个构件的失效可引起的灾难性损害时。这种失效事件可引起损坏下游系统和构件的连锁反应，这需要昂贵的修理和漫长的被迫停机。

其中可延长热气路径构件的使用寿命的一种方式是通过使用保护涂层，例如隔热涂层。大体上，用这些涂层来覆盖暴露的表面，并且涂层针对热气路径的最极端温度隔离构件。但是，如本领域普通技术人员将理解的那样，这些类型的涂层在使用期间会磨损或碎裂，这是典型地称为“涂层剥落”或“剥落”过程。剥落可导致在受影响的构件的表面上的离散区域或斑块处形成或发展未涂覆的或暴露的区域。这些未受保护的区域经历较高的温度，以及因而，经受更迅速的退化，包括过早形成疲劳裂纹和其它缺陷。在燃气轮机发动机中，涂层剥落对于涡轮转子叶片和燃烧器内的构件(例如衬套和过渡件)是特别的顾虑。及早检测到涂层剥落可允许操作员在构件由于热应变提高而变得完全受损或涡轮被迫停机之前采取修正行动。

虽然燃气轮机发动机的操作员想要避免使用在运行期间有失效的风险的磨损的或受到损害的构件，但是他们也有在它们的使用寿命用尽之前不过早地更换构件的竞争性利益。也就是说，操作员想要用尽各个构件的使用寿命，从而最大程度降低零件成本，同时也减小为了更换部件而进行的发动机停机的频率。因此，发动机构件中的精确的裂纹检测和/或涂层剥落是重要的工业需求。但是，传统的方法一般需要经常地对部件进行目视检查。虽然是有用的，但是目视检查既是耗时的，而且又需要发动机停机一段延长的时期。

在发动机运行时针对裂纹的形成和保护涂层的剥落而监测热气路径中的构件的能力仍然是长久以来的需求。所需要的是这样的系统：通过该系统，可在发动机运行时监测裂纹形成和剥落，使得可在失效事件发生或获得重大的构件损害之前采取必要的措施。这种系统还可延长构件的寿命，因为部件更换的需要可以实际的实测磨损而非所预期的为基础。另外，这种系统将减小执行要求使发动机停机的评估(例如目视检查)的需要或频率。到可以成本有效的方式实现这些目标的程度，将提高效率，并且工业需求将是高的。

发明内容

因而，本发明描述了一种用于在燃气轮机发动机运行时检测燃气轮机发动机的燃烧系统的燃烧管道中的缺陷的系统，其中，燃烧管道包括暴露于燃烧气体的热侧和与热侧相反的冷侧。在一个实施例中，该系统包括：瞄准燃烧管道的冷侧的光检测器，光检测器构造成检测燃烧管道的冷侧的可见变化。

本发明进一步包括一种用于在燃气轮机发动机运行时检测燃气轮机发动机的燃烧系统的燃烧管道中的缺陷的方法，其中，燃烧管道包括暴露于燃烧气体的热侧和与热侧相反的冷侧。在一个实施例中，该方法包括以下步骤：用指示涂层涂覆燃烧管道的冷侧；将光检测器定位成紧邻燃烧管道的冷侧，光检测器包括包含指示涂层的视场；以及在燃气轮机发动机运行时，使用光检测器来检测指示涂层的可见变化。

在审阅结合附图和所附权利要求得到的优选实施例的以下详细描述之后，本申请的这些和其它特征将变得显而易见。

附图说明