[发明专利]涡轮机械监测系统和方法

说明书

有关联邦资助研究和开发的声明

本发明根据通用电气公司和美国能源部之间的合同No.DE-FC26-05NT42643在美国政府支持下做出。美国政府在本发明中具有一定权利。

技术领域

本发明公开的主题涉及涡轮机械，并且更具体地涉及用于监测涡轮机械的结构健康的监测系统。

背景技术

涡轮机械可以一般地限定为构造成在流体和转子之间传递能量的机械，这可用于压缩流体（例如在压缩机中）或驱动连接到转子的载荷（例如在涡轮发动机中）。相应地，涡轮机械可以建立在很多不同的环境中，包括航天航空工业（例如喷气发动机）、能源工业（例如燃气涡轮发动机、发电厂中的蒸汽和/或水力涡轮机）、和汽车（例如压缩机）。

为实现上述能量传递，涡轮机械通常将包括转子和连接到转子的涡轮机械叶片，转子可以是轴、鼓、盘或轮。在能量从流体传递到转子的情况下，可以被加热和/或加压的流体将作用在（例如，在其间流过）叶片上以使得转子旋转。相反，在流体从转子接收能量的情况下，转子将旋转，使得叶片作用在流体上，从而增大流体的动能（例如，流率）和/或势能（例如压力）。因为诸如此类的涡轮机械部件经常暴露于恶劣环境（例如高温和高压），所以它们会经历劣化。例如，涡轮发动机的叶片在接触热燃烧气体时会经历相对较大量的压力和热量，并且在这些叶片旋转时，在这些叶片上会施加各种力。这些条件会导致叶片的变形、开裂和最终失效。这种劣化会导致性能降低，并且在某些情况下导致涡轮机械停工维修。

发明内容

下面总结与原始要求保护的发明范围相当的某些实施例。这些实施例不是要限制要求保护的发明的范围，相反这些实施例只是要提供对本发明的可能形式的简要总结。实际上，本发明可以包括与下述实施例类似或不同的各种形式。

在一个实施例中，一种系统包括涡轮机械，涡轮机械具有包括第一机械发光材料的第一涡轮机械部件。第一涡轮机械部件构造成在暴露于足以引起第一机械发光材料机械发光的机械刺激之后产生第一光发射。该系统还包括涡轮机械监测系统，涡轮机械监测系统构造成基于对第一光发射的检测来监测第一部件的结构健康。

在另一实施例中，一种系统包括涡轮机械监测系统，涡轮机械监测系统构造成通信连接到涡轮机械。涡轮机械监测系统包括光电检测器和控制器，光电检测器构造成检测来自具有机械发光材料的涡轮机械部件的光发射，控制器通信连接到光电检测器，控制器构造成测量与检测的光发射相关的参数。控制器构造成基于测量的参数来监测涡轮机械的结构完整性。

在另一实施例中，一种方法包括：利用涡轮机械监测系统来监测用于机械发光发射的燃气涡轮发动机的热气体通路，使用涡轮机械监测系统的光电检测器来检测第一机械发光发射，并且使用涡轮机械监测系统的控制器来判定第一机械发光发射是否表示燃气涡轮发动机的部件的机械失效、或早期机械失效。

附图说明

在参照附图阅读下文详细的说明的情况下，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在附图中相同的附图标记表示附图之间相同的部件，其中：

图1是根据本发明的一个方面的燃气涡轮机系统和构造成监测来自燃气涡轮机系统的机械发光发射的监测系统的实施例的示意图；

图2是根据本发明的一个方面的构造成监测涡轮机械叶片的图1的监测系统的实施例的示意图；

图3是根据本发明的一个方面的形成图2的涡轮机壳体的复合材料的实施例的放大视图；

图4是根据本发明的一个方面的形成图2的涡轮机械叶片的复合材料的实施例的放大视图；

图5是根据本发明的一个方面的图2的显示装置的实施例的示意图，显示装置示出由图2的监测系统产生的发射光谱；和

图6是根据本发明的一个方面示出方法的实施例的处理流程图，该方法用于监测来自涡轮机械的机械发光发射并基于监测的发射来控制操作参数。

具体实施方式