[发明专利]实现全覆盖涡轮燃烧室的分布式裂缝及脱落瓷砖检测的方法及设备

说明书

技术领域

本发明一般地涉及利用布里渊反向散射来监测部件中的缺陷的传感器系统，更具体地，涉及对部件中的缺陷进行检测的这样一种传感器系统，其中，该系统包括与该部件耦接的光纤以及与该光纤耦接的布里渊信号分析仪，布里渊信号分析仪响应于被测变量的例如温度的变化来检测在沿该光纤的可识别位置处的布里渊反向散射信号的频率的变化。

背景技术

所有的光纤响应于通过光纤传播并且与玻璃纤维或其他纤维材料相互作用的光束来生成反向散射信号，这称为布里渊反向散射并且为本领域技术人员所熟知。反向散射信号的频率与光束的频率、光纤的材料以及光纤内起作用的具体被测变量有关，其中，反向散射信号的频移与被测变量的变化直接相关。该被测变量可以是引起光纤的玻璃基体的变化的温度、压力、界面等。

已经在通信行业中使用布里渊反向散射分析来确定光纤中的切口、断裂、界面等的位置。当通过光纤传播的光束与这些类型的转变点（transitions）相互作用时，反向散射信号的频率改变，这可以在布里渊信号分析仪中观察到，该分析仪对与沿光纤的距离有关的布里渊反向散射频率进行绘图。此外，已经使用布里渊光时域反射仪（BOTDR，Brillouin Optical Time Domain Reflectometer）开发了传感器和传感器系统，以作为分布式光纤传感器沿着光纤的长度查询光纤。已经证明这些系统在通信应用中是成功的，但是作为传感器是受限的。特别地，在高温监测领域，尚没有可以传送实际所需的必要空间分辨率和温度动态范围的BOTDR。

气体涡轮发动机通常包括压缩段、燃烧段以及涡轮段，其中，发动机的运转以本领域的技术人员很好理解的方式使输出轴转动以提供转动能。气体涡轮发动机具有作为能量源的各种已知应用，如发电厂中的发电机、飞机发动机、船舶发动机等。压缩段和涡轮段两者都包括相对于固定的静叶片定位的多个可转动的动叶片。燃烧段可以包括围绕涡轮发动机环绕定位的多个燃烧室。空气吸进压缩段中，在这里将空气进行压缩并且驱向燃烧段。燃烧段将空气与燃料混合，在这里将燃料点燃以生成温度通常超过1300℃的工作气体。工作气体膨胀通过涡轮段，并且使涡轮动叶片转动，进而使输出轴转动，由此提供机械功。可以在转让给本申请的受让人并且通过引用结合在本文中的标题为“Apparatus and Method of Monitoring Operating Parameter of a Gas Turbine（对气体涡轮的运转参数进行监测的设备及方法）”的美国专利No.7,582,359中找到该类型的气体涡轮发动机的更详细讨论。

在一种气体涡轮发动机设计中，燃烧段包括围绕发动机的整个圆周设置的环形燃烧室。将燃料注入使燃料点燃的室内的烧嘴设置在燃烧段周围。因为燃烧室中的温度非常高，所以已知的是，将能够承受和限制热耗散的瓷砖安装至室的基底金属，以保护涡轮中的各种部件。然而，由于严酷的燃烧环境，这些瓷砖有时损坏并且形成裂缝，或者从基底金属脱落，这会造成如继发性损坏的各种灾难性的机器故障等。在发动机的正常维护期间、以及在出现超过某个加速阈值的燃烧动态事件后，对气体涡轮发动机的燃烧室进行定期地目视检查。然而，希望能够在涡轮运转期间连续地监测瓷砖的情况。

发明内容

根据本发明的教导，公开了一种部件传感系统，该系统的一个应用是对气体涡轮发动机的燃烧室中的瓷砖的状况进行监测。该传感系统包括光纤，该光纤安装至受监测的部件，例如，气体涡轮燃烧室中的瓷砖。光纤可以以任意合适的取向或构造来形成，例如，弯曲取向或蛇形取向。光纤被光耦接至布里渊信号分析仪，布里渊信号分析仪向光纤的传感段提供光脉冲，并且随着脉冲沿光纤行进对来自光纤的布里渊反向散射进行检测。相对于沿光纤的传感段的距离来监测布里渊反向散射信号的频率。由于特定瓷砖损坏或脱掉而导致光纤的某一位置处的温度上升在分析仪中显示为反向散射信号的频率的增加。

结合附图，根据以下描述和所附权利要求，本发明的其他特征将会很明显。

附图说明

图1是气体涡轮发动机的燃烧段部分的剖切透视图；

图2是可对图1中所示的气体涡轮发动机的燃烧段中的瓷砖的损坏以可操作的方式进行检测的分布式温度异常检测系统的平面图；以及

图3是示出光纤中的各个层的剖切透视图。

具体实施方式