[发明专利]用于监视旋转叶片的健康状况的方法和系统

说明书

本申请要求于2012年7月25日提交的美国临时专利申请61/675,707的权益，其通过引用包含在本申请中。

技术领域

本发明大致涉及诊断测试领域，并且更确切而言涉及用于旋转机器的叶片诊断测试领域。

背景技术

在旋转机器运行期间叶片从其转子分离会导致对机器的严重损坏，并且可能对人员是灾难性的。此外，可能出现在叶片中的裂缝会在机器运行期间增大至临界长度，并且会导致叶片的分离，造成机器损坏。

期望降低叶片分离的可能性。出于该目的，常规做法是对旋转机器中的叶片进行周期性的、非破坏性的检验。曾用于这种非破坏性检验的方法包括视觉检查、磁粒子检查、荧光穿透检查、涡流检查、超声定相阵列检查以及声学温度记录检查。这些非破坏性检验技术的常规应用需要涡轮机转子在检查期间静止。

即使在这种周期性的、静态的非破坏性检验期间没有检测到裂缝，这种裂缝也可能在这种检验之间出现并且增大至临界尺寸。为了应对这种可能性，已知在线系统和方法来在机器运行期间监视叶片，例如在题为“Infrared-based Method and Apparatus for Online Detection of Cracks in Steam Turbine Components”的美国专利7,432,505中描述的。按照该方式，可以采用分析和决策系统来在诸如涡轮机的旋转机器的运行方面汇总数据和作出决策。

在线监视的一个潜在方法基于如下观察，即，裂缝在叶片中的出现会改变硬度，并且从而改变叶片的自然频率。已知这样的方法，其中，例如可以利用应变仪或叶尖定时测量，根据时间测量叶片的振幅。这种幅度测量可以利用例如FFT技术从时域转换到频域。这种技术被应用来对于叶片行分析数据，其中相继考虑各个单独叶片。

已经提出过将这种所估定的叶片频率的暂时变化用于检测叶片裂缝的方法。这种方法被发现并非是鲁棒性的。对于许多有用的应用，在不同时间和不同运行条件下对于相同行的无裂缝的叶片所估定的频率的改变被发现是与由大尺寸裂缝的出现造成的频率变化处于相同量级中。

所估定的频率的改变源于甚至在理论上相同的叶片的行中也会存在的振动行为复杂性。对于单个叶片而言，振动的每个基本模式，例如挠曲(flex bending)模式，具有单个的相关固有频率。然而一行“n”个这种叶片，对于振动的每个基本模式就存在“n”个这种固有频率，每个这种固有频率都与一个不同的波节直径相关。

在真实的叶片行中，每个个别的叶片的振动特性不同。理解这种类型的复杂叶片系统的行为在文献中称作失调的活跃研究领域。

发明内容

从而，现有技术中需要对于旋转机器的改进的叶片诊断测试方法。本发明设计为处理这种需要。

附图说明

在下面鉴于附图的描述中解释本发明，其中：

图1是转子组件的部分的示意图。

图2是实现了一个实施例的方面的、示例性的计算机执行的叶片健康状况监视系统。

图3A-3C是示出了一个实施例的方面的运行的流程图。

图4是根据一个实施例的方面提取自颤动数据的叶片频率响应的图示。

图5是根据一个实施例的方面的四个样本叶片的频率响应的图示。

图6是根据一个实施例的方面的、通过降阶模型与频率响应数据的最佳拟合确定的参数的图示。

图7是根据一个实施例的方面的、四个代表性叶片对于两种不同类型的激励的频率响应的图示。

图8是根据一个实施例的方面的、通过叶片数目识别的频率比的图示。

图9是利用峰值响应方法明显改变叶片频率的图示。

图10是根据一个实施例的方面的、作为排列过的叶片缝隙数目的函数的频率比的图示。

图11是根据一个实施例的方面的、作为时间的函数的叶片频率变化的图示。

具体实施方式

如在图1中所示，转子组件10的一个示例包括盘或轮轴12，以及至少一行按圆周间隔的转子叶片14。叶片14可以与盘12整体地(如所示出)成型或者与其分离地成型，如果单独地，则可以在每个叶片14根部(未示出)附接至盘12。在此提及的转子组件可以包括在旋转设备中使用的那些，该旋转设备诸如飞行器引擎、导弹、电扇、发电设备、泵、叶轮、用于海军应用的螺旋桨以及风能发电单元。示例性的汽轮机系统可以包括压缩机、燃烧室和附接至转子的多个涡轮叶片。