[发明专利]监控发动机部件

说明书

技术领域

本发明涉及监控发动机部件，更具体地涉及监控发动机中的例如齿轮、转子、轴、甚至叶片的旋转构件的健康。

背景技术

发动机监控系统的目的是通过减少或消除部件故障和计划外的停机来改善操作和维护效率。对许多应用来说，监控齿轮箱的健康是至关重要的。作为一个示例，在风能产业中，尽管齿轮箱的故障率低于某些其它风力涡轮机部件的故障率，产生的停机时间更长。维修和/或替换离岸风力涡轮机(off-shore wind turbine)的齿轮箱可以是特别费时的。对于风力涡轮机和其它应用，该停机的费用、以及修理和替换部件的费用是改进齿轮箱监控的目的中的一个重要目的。例如，齿轮箱和转子故障可能成为需要紧密监控的直升飞机的风险。齿轮箱监控的其它应用包括汽车产业，特别是一级方程式赛车。

当前齿轮箱传感器使用诸如润滑油、异常振动或齿轮箱的发声测量值来诊断其情况。对于各种测量值，许多不同的参数可以被认为是有用的，可以使用许多试图提供可靠数据的不同的技术。例如，可以分析润滑油的含水量级别、酸度、温度或粘度。此外，也可以分析在油内的金属颗粒或其它碎屑的数量、尺寸或成分，因为这些颗粒能够表示例如由于被啮合的齿轮表面上的凹陷引起的部件磨损。但是，这样的非原位技术典型地检测到故障或磨损时已经太晚，齿轮已经将要发生故障。因此，不能提前计划预防性维修。

在实践中，为了使得监控齿轮的健康更有价值，技术必须适合于尺寸、成本、准确性和可靠性。此外，测量的参数应该合乎期望地提供足够的提前的齿轮故障警告以允许安排部件替换并计划停机和维修。由于齿轮齿的操作环境和啮合性质，进行齿轮特别是齿轮齿的健康的监控是很困难的。光学传感器、甚至电容传感器遭受油污染使得它们不可靠。光探针特别容易受到污染损害，如果光发射器或光接收器被遮蔽，光探针将无法工作。依赖于信号反射的其它传感器，例如雷达或声纳，具有类似的问题并且也不能提供足够高的分辨率来检测小表面故障，例如裂缝和凹痕。由于背景发动机振动，振动或发声传感器变得不敏感。另外，用于齿轮箱监控的振动和发声方法非常依赖统计数据分析(时域和频域信号处理)–大量既费时又耗财的手工处理。

用于齿轮箱的健康监控的所有的当前技术都具有只能检测在故障即将来临时的损害的缺点。如果设置健康监控系统是为了减少停机，那么建立有效的维修制度需要健康监控系统的高度确定性。

齿轮箱监控特别缺少在故障之前成功检测齿轮齿损坏、高速轴故障和低速轴故障的传感器技术。典型地选择用于齿轮箱监控的振动测量和光谱分析不能检测表面或靠近表面出现故障。振动信号测量齿轮箱壳体运动或轴在它们的轴承中的移动。使用的传感器通常是在壳体上和齿轮箱内的探针附近的加速计。壳体振动包含大量关于齿轮箱情况和故障的信息，例如通过比较一段时间的信号能够检测错位。但是，许多故障起初就在高频并且通常被背景噪音掩盖，相对的位移测量对这样的故障不那样灵敏。这使得很难检测磨损故障，例如齿轮齿微小和很大的凹陷。

发明内容

本发明力图提供监控例如齿轮箱的发动机部件的健康的新颖和改进的方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于监控旋转发动机部件的表面或靠近表面的故障的装置，该装置包括一个或更多个电感传感器，所述电感传感器由可移动构件携载，所述可移动构件被设置成在所述旋转发动机部件和所述传感器的相对运动期间使所述传感器经过所述旋转发动机部件的一部分表面。优选地，电感传感器是以400kHz至10MHz，更优选1-2MHz范围内的频率被AC驱动的涡流传感器。

通过将传感器与可移动构件相结合，能够扫描在发动机部件的整个表面上的传感器，使得传感器能够在裂缝形成且达到能够导致严重故障的水平之前检测表面中(或靠近表面)的局部变化。在高频使用AC驱动涡流传感器时，磁场被限制成探查旋转构件的表面或表面附近，例如达到25μm的深度。这表示能够检测例如在齿表面上擦伤的磨损。传感器提供部件表面条件的直接描述并且能够单独使用或与其它传感器技术结合使用以改善发动机监控，例如在如风力涡轮机或直升飞机的应用中监控齿轮箱和/或转子轴。在发动机工作期间当部件旋转时进行监控，由此提供动态健康检查。

由于传感器的感应性质，不需要与旋转发动机部件的物理接触，避免了额外的负载，同时油和/或污垢的污染也不再成为问题。电感传感器检测穿入发动机部件或由发动机部件产生的磁场变化，该变化表示特别是当涡流传感器以相对高的频率被AC驱动时形成表面或靠近表面的故障，例如裂缝或凹痕。包括导电部分的任何发动机部件能够被电感传感器监控。感兴趣的金属部件可以包括发动机轴和齿轮。