[发明专利]用于检测转子叶片的材料缺陷的方法、系统和器械

说明书

技术领域

本申请大体涉及用于检测可在工业制造过程、发动机或类似系统中出现的缺陷、包括表面缺陷的方法、系统和器械。更尤其地，但不以限制的方式，本申请涉及与缺陷的检测有关的方法、系统和器械，该缺陷形成在诸如暴露于燃烧涡轮发动机的热气体路径的涡轮转子叶片的构件上。

背景技术

大体上在操作中燃烧涡轮发动机可利用由压缩器供应的压缩空气燃烧燃料。如本文中所用并且除非另外明确地陈述，燃烧涡轮发动机意图包括所有类型的涡轮或旋转燃烧发动机，包括燃气涡轮发动机、航空器发动机等。产生的热气体的流，典型地称作工作流体，通过发动机的涡轮区段膨胀。工作流体与涡轮区段的转子叶片的相互作用引起涡轮轴中的旋转。以这种方式，燃料中包含的能量转化成旋转轴的机械能，其例如可然后用于旋转压缩器的转子叶片，使得产生为燃烧所需要的压缩空气的供应，并且用于旋转发电机的绕组，使得生成电能。在操作期间，将理解暴露于热气体路径的构件被极端机械和热负荷高度加压。这是由于工作流体的极端温度和速度以及涡轮的旋转速度而产生。由于更高的燃烧温度对应于更有效率的热发动机，故技术不断推动用于这些应用的材料的极限。

不管是否由于极端温度、机械负荷或两者的联合而产生，构件失效依然是燃烧涡轮发动机中的显著关注点。主要的失效能追溯到材料疲劳，其典型地为裂缝蔓延的开始所预先警告。更尤其地，由材料疲劳导致的裂缝的形成依然是构件已达到它的有效寿命的极限并且可接近失效的主要指示。这对诸如涡轮转子叶片的旋转构件尤其正确。因此，检测裂缝的形成的能力依然是重要的工业目标，尤其是当考虑单一构件诸如涡轮转子叶片的失效可发生的灾难性的损害时。这种失效事件可导致连锁反应，其破坏下游系统和构件，这要求昂贵的维护和长的运行中断。

可延长热气体路径构件的有效寿命的一种方式是通过保护涂层，例如热障涂层的利用。总体上，暴露表面利用这些涂层覆盖，并且涂层使构件对热气体路径的最极端温度隔离。然而，本领域技术人员将理解，这些类型的涂层在使用期间磨损或者成碎片，该过程典型地称作“涂层剥落”或“剥落”。剥落可导致在受影响的构件的表面上的离散区域或小块处的未涂覆或暴露区域的形成和生长。这些未保护的区域经历更高的温度并且因而经受更迅速的劣化，包括疲劳裂缝和其它缺陷的过早形成。在燃烧涡轮发动机中，涂层剥落是对涡轮转子叶片和燃烧器内的构件，诸如过渡件的特别关注点。涂层剥落的早期检测可允许作业者在构件被增加的热应力彻底损害之前采取纠正措施。

虽然燃烧涡轮发动机的作业者想要避免利用在操作期间冒失效风险的磨损的或损坏的构件，但是他们也具有在构件的有效寿命耗尽之前不过早替换它们的利益冲突。就是说，作业者想要耗尽各构件的有效寿命，由此最小化部件成本同时还降低用于进行部件替换的发动机运行中断的频率。因此，在发动机构件中的精确的裂缝和/或涂层剥落的检测是显著的工业需要。然而，传统方法普遍要求部件的定期目视检查。虽然有用，但是目视检查费时并且要求发动机停机达延长的时间。

当发动机运行时对裂缝的形成和保护涂层的剥落来监控热气体路径中的构件的能力依然是长期的需要。所需要的是系统，通过其可当发动机操作时监控裂缝形成和剥落，以致在失效事件出现或显著的构件损害实现之前可采取必须的行动。这种系统还可延长构件的寿命，因为对构件替换的需要可基于实际的、测量的磨损而不是所预测的磨损。此外，这种系统可降低执行要求发动机停机的评估，诸如目视检查的需要或频率。到这些目标可以以成本节约的方式达到的程度时，效率可被增强并且工业需求将很高。

发明内容

本发明因而描述了用于当发动机操作时检测在燃烧涡轮发动机的涡轮转子叶片中的缺陷的系统。在一个实施例中，系统包括：包括隔离涂层的涡轮转子叶片；电连接到涡轮转子叶片的第一电极；接近涡轮转子叶片的第二电极；用于引起穿过第一电极和第二电极的电压的装置；和用于检测在第一电极与第二电极之间流动的电流的装置。

本发明还描述了用于当燃烧涡轮发动机操作时检测在燃烧涡轮发动机的涡轮转子叶片中的缺陷的方法。在一个实施例中，方法包括如下步骤：提供电连接到涡轮转子叶片的第一电极；提供接近涡轮转子叶片的第二电极；施加穿过第一电极和第二电极的电压；并且检测在第一电极与第二电极之间流动的电流。

在当结合附图和所附权利要求阅读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

本发明的这些和其它特征将通过对以下结合附图的本发明的示范实施例的更详细描述的仔细研究而更彻底地明白和理解，其中：