[发明专利]内通道阻塞的热像检测

说明书

技术领域

本公开涉及物体内通道阻塞的热像检测。

背景技术

为了改进燃气轮机的热力学效率，发动机的高压涡轮节可以在其可能的最高温度运转。不过，涡轮的运转温度上升了，涡轮桨叶组件比如轮叶和叶片上的热应力也上升。这些应力可能导致组件寿命缩短以及运转期间的潜在故障。现代航空器涡轮发动机以及发电用地基涡轮已经以设计、材料和制造技术的显著进步，致力于更高的运转温度和保护和维护涡轮桨叶这些看起来相背离的需求。

现代涡轮桨叶一般以超耐热合金构造，与常规金属和合金相比，它们提供高温下优越的机械强度、抵抗蠕变、氧化和腐蚀以及长疲劳寿命。通过允许冷却流体（典型情况下是空气）穿过桨叶循环的内冷却通道的网络，能够进一步增强高温性能。桨叶表面上的排气管道和孔把空气从内通道排出。这些孔可以设计为沿着桨叶的外表面引导冷却流体膜以进一步增强冷却。

各种使用红外热像的方法能够用于检测组件的孔中的阻塞，比如桨叶的冷却孔。一般来说，这些方法典型情况下包括泵压流体（或者热的、冷的或者冷热交替的）穿过组件然后观察组件表面的最终红外图像以判断流体是否正常地从组件的全部孔排出。在某些情况下，选择在红外光谱中可见的气体。在其他方法中，以若干传感器密切监视气体的输入和排气压力，这些压力之间的关系中的偏离被视为阻塞的指示。这些方法在检测完全阻塞或接近完全阻塞时一般是成功的，但是它们往往不能检测部分阻塞。

发明内容

为了在机载和地基涡轮中存在的高温环境中运转，诸如轮叶和叶片的组件典型情况下由流体（如空气或蒸汽）冷却，它流经内通道阵列并通过所述组件表面的排气小孔排出。涡轮运转期间或者通道或孔的阻塞导致局部温度上升，这会引起所述组件的危急故障。本公开提供若干方法，用于检测被分析物体比如桨叶（如涡轮轮叶或叶片）的这些阻塞和其他瑕疵、缺陷和/或特征。

目前，检测这些阻塞的方法原始而耗时。例如，常见的检查方法要求检查人员以金属丝手工地探询每个孔。另一种方法包括泵压流体穿过所述组件，以及定性地观察从每个孔流出的涌动。这些方法不精确，并且往往不能检测部分阻塞。

本公开的一方面提供对界定至少一条内通道的组件进行热检查的方法。所述方法包括在由所述至少一条内通道在所述组件的表面界定的至少一个出口孔处接收热图像的连续序列。所述方法还包括传递加压的气流脉冲（如室温空气）进入所述至少一条内通道，基于所接收的热图像，根据时间接收温度响应信号，确定所述温度响应信号的一阶导数，以及基于所述温度响应信号的一阶导数确定所述至少一条内通道的阻塞级别。

本公开的实施可以包括一个或多个以下特征。尽管所述方法包括传递空气脉冲，但是实行所述方法的方式也能够为向所述组件连续地传递空气流并且调整所述空气流传递，比如由使用阶跃函数或其他脉冲效应。在某些实施中，所述方法包括以至少150Hz的帧速率捕获所述热图像。所述方法可以包括将所测试组件的温度响应信号的一阶导数与未阻塞的至少一条内通道所对应的参考组件的温度响应信号的一阶导数进行比较。在某些实例中，所述方法包括评估所接收的热图像的像素时间历史以识别气流运动时间段和气流切断时间段。所述温度响应信号的一阶导数的峰值可以被识别以确定所述运动时间段和所述切断时间段。所述方法可以包括将具有时间上正导数峰值后紧跟着负导数峰值的图像像素识别为对应于所述运动时间段。不仅如此，所述方法可以包括将具有时间上负导数峰值后紧跟着正导数峰值的图像像素识别为对应于所述切断时间段。

在某些实施中，所述方法包括识别具有时间上正导数峰值后紧跟着负导数峰值的图像像素，其中两个导数峰值都具有大于第一阈值峰值的振幅。所述方法也可以包括识别具有时间上负导数峰值后紧跟着正导数峰值的图像像素，其中两个导数峰值都具有大于第二阈值峰值的振幅。所述第一和第二阈值峰值能够相等。在某些实例中，所述方法包括识别其中对于所述运动和切断时间段，所识别的正导数峰值与负导数峰值之间的差大于第三阈值的图像像素。为了确定所述测试组件返回到平衡状态，所述方法可以包括识别具有温度响应信号的一阶导数的图像像素，该温度响应信号的一阶导数在图像捕获帧的阈值数内返回零的平衡范围内。