CN103261586A - 用于监控涡轮机部件的运行状态的诊断系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于监控涡轮机部件(18、19、22、23)的运行状态的诊断系统和方法，其包括一个或多个非接触式传感器(24、31)，所述非接触式传感器检测所述部件的限定区域上的涡轮部件(18、19、22、23)的运行状态。此外，点式传感器(50)设置成检测并且监控所述限定区域内相同的运行状态。由点式传感器(50)所产生的数据用于校准非接触式传感器(24、31)及由非接触式传感器(24、31)所产生的数据。

Description

用于监控涡轮机部件的运行状态的诊断系统及方法

技术领域

本发明总体上涉及监控涡轮的运行环境，特别是监控能够传输关于各个部件状态的数据的部件的运行状态。此外，本发明涉及用于监控涡轮机部件的运行状态的非侵入式测量系统的使用。

背景技术

燃气涡轮机用于各种应用，诸如驱动发电厂中的发电机或推进船舶或航空器。响应对于更高效发动机的需求，当今燃气涡轮发动机中的燃烧温度继续升高。已经研发出能够经受住燃气涡轮发动机中存在的高温腐蚀环境的超级合金材料。然而，即使超级合金材料也不能在没有冷却和/或绝热形式的情况下经受住长期暴露于当前这代燃气涡轮发动机的热燃烧气体。

热障涂层广泛地用于保护燃气涡轮发动机的各种热气通路部件。这种涂层的可靠性对于机器的整体可靠性是至关重要的。这种涂层的设计极限主要由实验室数据决定。然而，热障涂层性质的有效性在受到实际燃气涡轮机环境的压力和温度时对于更好的了解涂层局限性是重要的。这种真实世界运行环境数据是非常难以获得的，尤其对于诸如涡轮的旋转叶片等在发动机运行期间移动的部件而言。

尽管当今涡轮发动机极其复杂，诸如用于发电的燃气涡轮机或用于商业和军事用途的航空发动机，但是设计者和操作者几乎没有关于运行期间涡轮发动机部件的内部状态的信息。这是由于恶劣的运行状态阻止了使用常规传感器来采集关键的发动机部件的可靠信息。

通过改进燃料效率和性能(提高推力)来不断追求提高燃气涡轮机效率需要提高涡轮发动机的发动机运行温度。尽管改进的发动机设计以及具有高温能力的材料的使用为燃料效率和性能提供了解决方案，但可靠性问题依然存在。暴露于热气通路的材料更接近它们的设计裕量工作，因此有必要检验设计模型及材料预后的发展。

涡轮发动机包括各种具有不同暴露温度、失效模式和用途的部件材料。此外，燃气涡轮机环境的特征在于高温、旋转元件上的高向心加速度，并且通常被高导电性金属材料包围。这使得引入传感器来监控部件(包括诸如旋转圆盘及叶片等关键元件)的实时状态变得复杂。用于从诸如旋转叶片等旋转部件获得设计数据的技术工艺的当前状态包括改进的圆盘和转子，以便规定从叶片到位于转子末端的滑环或遥测系统的导线的路径，其具有比叶片更低的温度和离心载荷。圆盘和转子是昂贵的涡轮部件且需要长的研制周期。改进有时会使转子寿命降低几个数量级。更换转子要花费数百万美元，并且需要将涡轮发动机全部拆解，这需要停机一个多月。通常，电力公司会在涡轮不发电期间每天损失大约一百万美元。因此，不希望长期停机。

诸如红外和微波检测技术等表面测绘技术可用于从涡轮机的压缩机和涡轮部分中的旋转部件获得实时信息，而不需要改进圆盘和转子。例如，红外摄像机可用于获得包括旋转叶片和静止轮叶在内的各种部件的温度测绘数据。此外，也称为叶尖定时测量(blade tip-timing measurement)的非侵入式压力测量系统使用通常是红外或微波的电磁辐射来提供用于测量旋转叶片的变形或振动模态的访问技术。然而，在没有局部校准的情况下，这样的表面测量技术的灵敏度和精确度是不足的。

包括直接安装在涡轮部件上的点式传感器的无线遥测系统可更精确地测量部件温度和振动。然而，这样的系统仅提供用于所驻留的点位置的信息，以及部件所处的点的位置的信息。本文所公开并要求权利的本发明实施例可包括诊断系统，其将点式传感器获得的高保真数据和通过表面测量技术同时获得的与相同部件相关的大区域的数据结合。表面测量技术经由位于相同部件上的视场中的点式传感器的校准可产生从涡轮部件的大表面区域获得的高保真数据。

之前，从具有这样的无线点式传感器的涡轮部件中找回的数据并未与经由非侵入式诊断设备获得的数据结合来提供更精确的表面测绘技术。

附图说明

图1是应用了本发明实施例的示例性燃气涡轮机和用于采集并分析来自燃气涡轮机的部件数据的示例性监控和控制系统的截面图。

图2是涡轮叶片级和定位成用于检测涡轮叶片的运行状态的非接触式传感器的示意图。

图3是其上安装有无线遥测点式传感器的涡轮叶片的示意图。

图4是测绘部件的表面状态的涡轮部件的表面数据图的图像示意图。这样的图描绘了横跨叶片表面的性能的变化，诸如温度、应变、振动频率、气压或成分等。

图5是示出了涡轮机部件运行状态的监控方法中的步骤的流程示意图。

具体实施方式

图1示出了示意性燃气涡轮机10，诸如用于发电的燃气涡轮机，其集成了安置在不同位置的非接触式传感器和点式传感器，以监控涡轮机10的静止和移动部件的运行状态，从而诊断这些不同部件的性能。本发明实施例可用于燃气涡轮机10或其它多种操作环境中以及用于本领域技术人员将意识到的多种目的。例如，实施例可用于飞机发动机和汽车工业，用于监控静止和移动部件的各种运行状态。如下详细所述，传感器可用于监控温度构造，振动模态(弯曲、扭曲、拉伸等)、应变、加速度、从表面或上方流过这些部件的流体的气体含量以及各种其它运行状态。为了描述本发明所要求权利并公开的实施例，涉及的是可参考监控或测量部件的振动模态及温度；然而，本领域技术人员应当理解的是，本发明实施例可用于监控其它运行状态。

返回图1，燃气涡轮发动机10包括压缩机12、至少一个燃烧室14(剖开)以及涡轮16。压缩机12、燃烧室14和涡轮16有时一起被称为气或燃气涡轮发动机或涡轮机。涡轮16包括多个固定至可旋转的中心轴20的旋转叶片18。多个静止轮叶22安置在叶片18之间，轮叶22加工构造成引导叶片18上的空气。叶片18和轮叶22通常由镍基或钴基合金制成，并且可涂覆有诸如氧化钇-稳定的氧化锆等热障涂层26。类似地，压缩机12包括多个安置在各轮叶23之间的旋转叶片19。

使用中，空气通过压缩机12被吸入，空气在压缩机12中被压缩并朝向燃烧室14驱动。燃烧室14使空气与燃料混合，并且将其点燃从而形成工作气体。通常，该工作气体高于约1300°C。该气体膨胀穿过涡轮16，由轮叶22引导越过叶片18。随着气体穿过涡轮16，其使叶片18和转子轴20旋转，从而通过轴20传送有用的机械功。燃气涡轮机10也可包括冷却系统(未示出)，其加工构造成供应冷却剂例如蒸汽或压缩气体至叶片18和轮叶22。

叶片18、19和轮叶22、23运行的环境特别恶劣，经受高的运行温度和腐蚀气氛，这可导致叶片18、19和轮叶22、23严重损坏。如果热障涂层26破碎或以其它方式损坏，则这种可能性会特别大。此外，诸如叶片18的部件能够以高达3600rpm的速率旋转，从而使叶片受到振动、扭曲、拉伸和各种其它机械压力。

本发明实施例是有利的，因为它们允许部件构造成在燃气涡轮机10运行期间传输表示部件的状态的数据。例如，叶片18、19；轮叶22、23以及涂层26可构造成具有点式传感器50，从而传输可被直接监控的部件的具体数据，以确定在运行期间每个部件的各自状态并且开发预测性维护时间表。正如下面所更详细地解释的，叶片18、19；轮叶22、23以及涂层26可配有检测部件的某些运行状态的点式传感器。此外，涡轮机10可配有包括非接触式传感器24和31的非侵入式测量系统，该非侵入式测量系统也测量或监控那些同样被点式传感器50监控的涡轮机部件的运行状态。如下所述，点式传感器50可用于为非接触式传感器24和31提供实时校准。为了描述本发明实施例，涉及的是监控涡轮轮叶和叶片的运行状态；然而，可以同样地监控诸如燃烧篮、燃烧喷嘴、过渡部件(诸如管道)和/或环段等其它涡轮部件。

图1还示出了示例性的监控及数据采集系统30，其可根据本发明的不同方面而得以使用。系统30可包括天线32、接收器33、处理器或CPU34、数据库36以及显示器38。处理器34、数据库36以及显示器38可以是常规部件，天线32和接收器33可具有性能特点，所述性能特点是本发明不同实施例的功能。例如，可选择天线32和接收器33用于接收从多个安置在整个燃气涡轮机10的不同位置的发射器传输的无线遥测数据，正如以下更详细描述的。

本发明实施例允许多个传感器嵌入燃气涡轮机10内的多个部件的相应涂层中。备选实施例允许传感器表面贴装或安置在部件上，特别是那些包含于其中部件不需要热障涂层的区域中的部件上，诸如在压缩机12中。示例性传感器实施例可用于将数据传输至系统30，所述数据与部件的物理特性、性能特性或操作特性和/或部件涂层的属性以及燃气涡轮发动机10的工作参数有关。本发明还包括上述非接触式传感器24和31，其大体上与部件间隔地安置并且检测或测量部件的限定区域或表面区域上的运行状态。这两种嵌入的或表面贴装的传感器(也称为“点式传感器”)以及非接触式传感器连接至采集系统30，用于传输表示运行状态测量结果的数据或数据信号。

例如，示例性点式传感器和非接触式传感器可用于检测部件的表面温度、测量横穿部件的涂层的燃烧气体流中的气体含量或浓度、测量部件的整个区域的应变、测量部件的振动或变形(弯曲、扭曲、拉伸)或确定部件或涂层内的裂纹形成。本领域技术人员将意识到根据本发明各方面所测量和/或检测的部件或部件涂层的其它属性和/或特性。

应当理解的是，本发明的各方面允许不同的传感器构造嵌入热障涂层内，诸如涡轮16的叶片18或轮叶22的热障涂层26。美国专利No.6,838,157描述了用于提供燃气涡轮机部件的方法的多种实施例，所述燃气涡轮机部件诸如用于安置根据本发明各方面的传感器的叶片18和轮叶22，该专利特别通过引用并入本文。该专利公开了在热障涂层中形成槽的不同方法，从而在涂层中形成传感器并且将填充材料安置在涂层上的槽中。那些方法的实施例和部件可用于形成如本文所公开的智能部件。

美国专利No.6,576,861公开了可用于安置本发明各方面的具有发射器的传感器和传感器连接器实施例的方法和装置，该专利特别通过引用并入本文。在这个方面，这里所公开的方法和装置可在无需使用掩模的情况下用于很小的传感器和/或连接器图案的形成，所述图案约在100微米和500微米之间。尽管这些特征使用导电材料，但是电阻材料、介电材料，绝缘材料以及其它应用具体材料都可形成多层电路和传感器。将理解的是，其它方法可用于安置根据本发明各方面的多层电路和传感器。例如，可使用热喷涂、气相沉积、激光烧结以及在较低温度下喷涂的材料的固化沉积，以及本领域技术人员所认识的其它适当技术。

本发明实施例允许多个点式传感器50安置在燃气涡轮机10内众多地方，用于监控部件具体的或涂层具体的状态以及采集有关燃气涡轮16的操作或性能的其它数据。例如，图1和3示出了可嵌入涡轮16的一个或多个叶片18、19或轮叶23的相应热障涂层26内的一个或多个传感器50。将理解的是，传感器50可嵌入涡轮10的其它部件的热障涂层内，从而获得部件具体的和/或涂层具体的数据。

图3示出了具有与其连接的示例性传感器50的叶片18的平面示意图，其中连接器52使传感器50与发射器54连接。发射器54可经由使用电磁辐射和相应变压器而感应的电力或采集发动机的自然能量而感应的电力驱动，所述电力来源于诸如燃气涡轮机10运行期间涡轮16内的热量或振动。例如，发射器54可远离叶片18定位，诸如在多个叶片18附接至其上的圆盘(未示出)内。在这个方面，发射器54可保持在热气通路外面较冷的位置，这将使无线传输所需要的电路正常工作。使发射器54远离叶片18定位允许使用外部电源驱动发射器54，而非使用电池或感应。电源也可附接至传感器50，以给传感器50提供额外功能。该额外功能可包括机械作动，该机械作动是响应来自传感器50的输出的反馈结果。这样的综合系统可适用于诸如用于实时间隙控制的环段等部件。

在其它备选实施例中，涂层可安置在轮叶23的表面上，槽可形成于涂层和传感器50中，并且连接器52可安置在该槽中。保护涂层可安置在传感器50和/或连接器52上方。连接器52可从传感器50延伸至诸如轮叶23的周缘的终止位置，使得连接器52的远端53为了连接至发射器54而暴露。传感器50和连接器52可安置在轮叶23上，以使对于轮叶23的空气动力学的任何不利影响最小化。

一个或多个传感器50，诸如应变计或热电偶，例如可安置在一个或多个涡轮或压缩机叶片18、19上。

诸如轮叶22、23和叶片18、19等上述被检测的部件包括传感器50，并且共同未决的美国专利申请No.11/521,175中更详细地描述了这样被检测的部件的不同实施例，其全部内容在此引用作为参考。

本发明实施例允许数据采集系统30采集并储存关于燃气涡轮机10的不同运行状态的历史数据。这可以通过连续地检测涡轮16或压缩机12的状态而得以实现，例如，通过安置构造成用于提供连续数据流的压电器件和/或其它传感器50，所述连续数据流表示涡轮16或压缩机12内不同部件所经受的载荷状态、压力、振动频率和温度。该数据可与表示部件的磨损的数据相关，并且用于预测性维护或其它纠正行动。

再次参考图1并且参考图2，示出了包括非接触式传感器24和31的非侵入式测量系统，所述非接触式传感器安装至涡轮机10的外壳58并且相对于诸如叶片18、19和轮叶22、23等工作部件定位。这样的非侵入式传感器24、31可以是检测部件表面温度的红外摄像机、或提供相对于部件的振动模态的数据的红外、射频或微波器件；然而，可监控其它运行状态以诊断涡轮机10的状态。如美国专利No.6,062,811和6,200,088所述，这两个专利都通过引用并入本文，这样的非接触式传感器提供了可连接至数据采集系统的远程感应能力，以提供在线监控系统。

相对于涡轮机10的静止或旋转部件，非接触式传感器24和31可构造成间隔一定时间测量涡轮或压缩机级中的多个叶片18、19或轮叶22、23，并且持续一给定的停留时间或持续时间，其间，状态测量结果或数据检索发生。诊断系统可包括多个用于相应的涡轮或压缩机级的非接触式传感器，以监控用于相应的级的多个不同运行状态。如本领域技术人员所知，非接触式传感器通常关于涡轮或压缩机级中的旋转叶片18、19或静止轮叶23安置，使得在任何持续时间期间当传感器24、31在进行测量时，多个叶片或轮叶可处于传感器的视场内。以这种方式，传感器24和31可在给定的持续时间同时测量涡轮或压缩机级中的多个相同类型的部件。

在一实施例中，传感器24、31可测量给定级中预定的叶片18、19或轮叶22、23组，作为对整个叶片或轮叶级的运行状态的代表性测量或监控。在给定的涡轮级中，可以有72个叶片或轮叶；并且传感器24、31可构造成测量涡轮或压缩机级中的一个或多个叶片。优选地，测量每个级中的四个至八个叶片18、19或轮叶22、23，并且每次测量相同的叶片或轮叶。

于是，至少相对于旋转叶片18、19，这些测量可随涡轮或压缩机叶片级的旋转速度而调整，使得传感器24、31检测涡轮或压缩机级内的同一叶片18或19的运行状态或相同的多个叶片18或19的运行状态。如本领域技术人员所知，轴20上的每个叶片18、19的径向位置(也称轴上的根位置)是已知的，并且如果知道压缩机12和涡轮16运行期间在任何给定时间的轴20的旋转速度(或每分钟的转数)，技术人员就能够精确地预测叶片18、19关于传感器24和31的位置，因此测量结果来自相同的叶片。

当叶片18、19旋转通过传感器24、31的视场时，传感器检测部件两侧上的运行状态，包括叶片18、19的压力侧和真空侧。相对于用于检测静止轮叶23的运行状态的传感器24和31，多个传感器可用于检测这样的部件的两侧。如图2所示，传感器24、31的视场限定了叶片18、19或轮叶22、23的表面上的区域60、62，所述区域60、62上的运行状态得以检测。相对于用于检测温度的红外传感器，该限定区域可包括如图2中所示的叶片18、19或轮叶23的整个侧面；并且，相对于用于检测振动模态的射频或微波传感器，所述限定区域可包括如图2中所示的叶片18、19或轮叶22、23的尖部。

再次参考图1，非接触式传感器24和31连接至数据采集与控制系统30，以传输表示部件运行状态测量结果的信号和/或数据。传感器24、31可经由电气引线连接至系统30或可配有无线遥测能力以将数据传输至系统30。

系统30包括数据库36，其中储存有从传感器24、31或50接收的数据。此外，系统包括处理器34，该处理器34被编程，以分析从传感器24、31或50接收的数据。已知的是，对于本领域技术人员，可将处理器编程，以实时地产生并显示由非接触式传感器监控的限定区域60或62的表面图(surface map)，其中所述表面图显示横跨整个图所检测到的运行状态。如果检测到的运行状态用于多个叶片18、19或多个轮叶23，那么在规定的持续时间内，处理器34可构造成分析数据，以评估涡轮或压缩机级每个单独部件的状态和/或涡轮或压缩机级的整体状态。此外，处理器34可考虑代表随时间推移的运行状态的历史数据，以评估部件的状态或其中部件运转的级的状态。例如，处理器能够诊断失效的风险，所述失效可能与特定运行状态有关。

非接触式传感器24和31产生具有大区域或大表面特征的低保真信号，所述低保真信号表示部件相对于点式传感器50所产生的高保真信号的运行状态。术语“大区域”或“表面区域”用于描述测量部件的限定区域上的作业参数的传感器，所述部件的限定区域远大于同一部件上的由点式传感器50所监控的区域，所述传感器安置在非接触式传感器24或31的限定区域或视场中。就是说，点式传感器50，假定它们在叶片18、19和轮叶22、23上的位置能够产生包括运行状态测量结果的信号，所述信号是小面积、高精度的数据，那么这些数据更精确或者更接近于真实的运行状态测量结果。例如，安装在叶片18、19或轮叶22、23上的热电偶传感器或应变计可以监控四分之一平方英寸的区域并且产生相对于由非接触式传感器24和31生成的数据更精确的状态测量结果，诸如温度和振动数据。当从红外摄像机获取数据时，需要参考温度来校准由摄像机所记录的温度。在没有校准的情况下，数据的精度可为+/-20°C，但是在摄像机的视场中具有校准热电偶的情况下，精度可高达+/-6°C。这是温度测量方面的重要改进。在本发明实施例中，这样的由点式传感器50产生的高保真数据用于校准非接触式传感器24、31或校准由传感器24、31所产生的数据，以开发实时的、更细微的且高精度的表面测绘分析或诊断技术。

可使用从点式传感器50检索的数据进行非接触式传感器24、31的校准，其中来自非接触式传感器24、31的测量结果与来自点式传感器50的测量结果比较。在一实施例中，这两种测量结果优选与提供用于被检测部件的表面轮廓具有相同的坐标。或者，来自点式传感器50的测量结果可与来自距离点式传感器50的测量结果最接近的非接触式传感器24、31的测量结果比较。在其它例子中，如果测量结果不相等，或者如果来自非接触式传感器24或31的测量结果不在点式传感器50的测量结果的预定范围内，那么非接触式传感器24或31被相对于点式传感器50的测量结果校准。

如图4所示，处理器34或其它处理装置能够产生代表正在被监控的部件的表面图的数据，所述处理器34或其它处理装置可读取储存在数据采集系统30中的数据并且响应从非接触式传感器24和31接收的数据。在热传感器24的情况下，图4中所示的图是非接触式传感器24的视场内的限定区域60的热图。如图所示，该图包括彩色编码区域A、B和C，其中每种颜色代表不同的温度测量结果和/或温度范围，用于部件表面上的相应区域。如图所示，图4包括不同的标记/阴影，其代表不同颜色和温度测量结果，或温度测量结果的范围，正如相邻条码64中所提供的。

为了描述本发明，涉及了由从非接触式温度传感器24接收的数据生成的热图图像；然而，热图图像可由从诸如传感器31等其它非接触式传感器接收的数据生成，这类传感器可检测涡轮部件的振动模态。

关于翼面轮廓或翼面构造的数据以笛卡尔坐标系的形式提供，其代表轮叶或叶片相对于轴20的旋转轴线的翼面轮廓。于是，对于所绘制的表面的每块彩色区域A、B或C，提供了一个或多个X、Y和Z坐标，这些坐标代表限定区域内的区域或点的位置，以及相关温度测量结果，或温度范围。因此，处理器34或其它处理装置构造成使得用于部件所绘制的一个或多个状态测量结果(即，温度测量结果)与相应的X、Y和Z坐标相关联。

此外，部件上的每个点式传感器50与一组X、Y和Z坐标相关联。这样，一个或多个非接触式传感器24的测量结果可表示成对应于点式传感器50的测量结果的坐标。使用从点式传感器50接收的数据，处理器34构造成校准静止的非接触式传感器24，以更精确地对叶片18或19进行表面测绘。如果非接触式传感器24的温度测量结果不等于或者不在点式传感器50的温度测量结果的预定范围内，则校准非接触式传感器24并且相应地调整相关温度。在优选实施例中，不仅调整从非接触式传感器24接收的温度测量数据，而且可以调整整个热图的温度测量结果，所述从非接触式传感器24接收的温度测量数据与点式传感器50的温度数据具有相同的X、Y和Z坐标。

关于下面的表I，列出了根据从非接触式传感器24接收的数据的未校准数据测量结果以及点式传感器50的数据测量结果。

表I

未校准数据

如图所示，表I的左半部包括用于热图的每个彩色区域A、B和C的温度测量结果，以及用于每个测量结果的代表性坐标。右栏包括从点式传感器50接收的温度测量结果以及相应的坐标。此外，也可提供代表测量结果获取的日期和时间的数据，以便使来自点式传感器50的测量结果与来自非接触式传感器24或31的测量结果比较。给传感器34编程，将点式传感器50的温度测量结果或数据与具有相应X、Y和Z坐标的非接触式传感器24的温度测量数据比较。

下面的表II示出了已根据点式传感器50的温度测量结果校准的温度测量数据。

表II

校准后的数据

如上面的表II所示，用于每个区域A、B和C的数据测量结果根据从点式传感器50接收的温度测量结果被校准。

类似地，可校准用于检测部件的振动模态的非接触式传感器31。就是说，由从传感器31接收的数据所产生的三维表面图提供相对于部件整个表面的振动测量结果的测量数据。此外，诸如应变计之类的点式传感器可用于校准表面区域数据。数据库36可包含代表所监控的部件的轮廓的数据，其包括提供部件轮廓相对于点或旋转轴线的取向的笛卡儿坐标系。例如，可相对于轴的旋转轴线提供用于叶片18、19或轮叶22、23的翼面轮廓的X、Y和Z坐标。可提供代表部件处于静态或非运行状态下的表面轮廓的翼面轮廓，其可以表示原点的图，可以从该图中测量部件的弯曲、扭曲、拉伸等。

在涡轮机作业期间，从非接触式传感器31接收的数据可用于产生部件的三维图或轮廓。可将该轮廓与原始轮廓比较，以确定部件的限定区域62的位移幅度或幅值，或者相对于限定区域62内的某些坐标。将来自非接触式传感器31的数据与点式传感器50的数据比较，以校准非接触式传感器数据。

图5示出流程图或工艺示意图，包括监控涡轮机部件的运行状态的方法中的步骤。在步骤70，非接触式传感器检测涡轮机的运行状态，例如，压缩机或涡轮中轮叶或叶片的运行状态；并且传送代表所检测的表面区域测量结果的数据信号。在步骤72，如上所述，代表从非接触式传感器获得的测量结果的数据被传输至数据采集与控制系统。在步骤74，安装在涡轮或压缩机部件上的点式传感器50检测与非接触式传感器24、31所检测的相同的运行状态；并且在步骤66，代表由点式传感器50所获得的测量结果的数据被传输至数据采集与控制系统。

在优选实施例中，数据采集与控制系统30构造成记录关于日期和/或时间的数据，测量结果从非接触式传感器24、31以及点式传感器50获得。此外，可给数据采集与控制系统编程以识别以下坐标：代表由非接触式传感器24、31所获得的一个或多个测量结果的位置的坐标以及由点式传感器50所获得的测量结果的坐标。于是，在步骤78，将关于非接触式传感器24、31的测量数据与点式传感器50的数据进行比较，使得在比较步骤80中，与日期、时间和位置相关的用于校准非接触式传感器24、31的数据得以比较。

为此，在步骤80中，数据控制系统30将非接触式传感器测量数据与点式传感器测量数据比较。如果非接触式传感器测量结果不等于或者不在点式传感器测量数据的预定范围内，则基于相应的点式传感器50的测量数据校准非接触式传感器24或31以及相应的测量数据，正如步骤82中所述。如上所述，非接触式传感器24、31可对限定区域进行多种状态测量，并且这样的每种测量都可基于点式传感器50的测量数据与由数据控制系统30所识别的相应非接触式传感器24、31测量数据的校准。这样，可生成被监控的运行状态的更精确的表面图。

尽管本文已经示出并描述了本发明的优选实施例，但很明显，这样的实施例只是举例。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员可想出多种变体、变化及替代物。于是，意味着，本发明仅受所附权利要求的精神和范围限制。

Claims (24)

1.一种用于监控涡轮机部件的运行状态的诊断系统，包括：

非接触式区域传感器，其关于涡轮机定位，与涡轮机部件成隔开的关系，检测涡轮部件的运行状态，并且所述非接触式传感器监控由传感器视场所确定的部件的限定区域，并且生成代表运行状态的数据信号；

至少一个无线的点式传感器，其安装在涡轮部件上并且以关于部件的预定坐标定位在涡轮部件上，其中所述点式传感器监控与所述非接触式传感器相同的运行状态，并且生成代表运行状态的数据或数据信号。

其中，所述非接触式传感器检测第一预估精度范围内的运行状态，并且点式传感器检测第二预估精度范围内的运行状态，所述第二预估精度范围比第一预估精度范围高；

数据采集与处理控制器，其与所述非接触式传感器和所述无线点式传感器数据联通，其中所述控制器构造成使用来自所述无线点式传感器的运行状态数据来校准所述非接触式传感器或从所述非接触式传感器接收的数据。

2.如权利要求1所述的诊断系统，其中，所述无线点式传感器定位在涡轮部件上处于所述非接触式传感器的视场内并且处于所述非接触式传感器所监控的涡轮部件的限定区域内。

3.如权利要求1所述的诊断系统，其中，所述无线点式传感器中的至少一个定位在涡轮部件上处于所述非接触式传感器的视场内并且处于所述非接触式传感器所监控的涡轮部件的限定区域内。

4.如权利要求1所述的诊断系统，其中，在所述涡轮运行期间，所述部件相对于所述非接触式传感器移动进入并且离开所述非接触式传感器的视场。

5.如权利要求4所述的诊断系统，其中，所述部件是涡轮机的旋转叶片，其包括涡轮级中的多个绕涡轮机旋转轴线旋转的涡轮叶片。

6.如权利要求1所述的诊断系统，其中，所述运行状态是部件的表面温度、振动模态和/或应变。

7.如权利要求1所述的诊断系统，其中，所述运行状态是部件上的应变、在部件上经过部件的气流的化学成分、经过部件的气体速度、经过部件的气体压力、和/或部件的磨损或开裂。

8.如权利要求2所述的诊断系统，其中，所述非接触式传感器传输关于限定区域上的运行状态的多个测量结果的数据，其中这些测量结果中的一个或多个的坐标被识别，并且基于所述点式传感器的数据来校准用于至少一个这样的测量结果的数据，所述至少一个这样的测量结果具有与所述点式传感器的坐标一样的被识别的坐标或者在点式传感器坐标的预定范围内。

9.如权利要求1所述的诊断系统，其中，基于来自具有相同坐标或具有所述点式传感器坐标的预定范围内的坐标的非接触式传感器的一个或多个测量结果的被校准数据的校准，所述多个非接触式传感器测量结果的数据得以校准。

10.如权利要求1所述的诊断系统，其中，所述数据采集与处理控制器构造成联机在线，以提供实时的测量结果和数据校准，和/或所述数据采集与处理控制器构造成提供脱机发送的处理测量结果和数据校准。

11.一种用于监控涡轮机部件的运行状态的诊断系统，包括：

非接触式传感器，其关于涡轮机定位，与涡轮机部件成隔开的关系，检测涡轮部件的运行状态，并且所述非接触式传感器监控由非接触式传感器视场所确定的部件的限定区域，并且生成代表运行状态的数据信号；

至少一个无线的点式传感器，其安装在涡轮部件上并且以关于部件的预定坐标定位在涡轮上并且在所述非接触式传感器所监控的限定区域内，其中所述点式传感器监控与所述非接触式传感器相同的运行状态，并且生成代表运行状态的数据信号；

其中，所述非接触式传感器提供相对于所述无线点式传感器所产生的数据或数据信号的低保真数据或数据信号，所述无线点式传感器提供相对于所述非接触式传感器所产生的数据或数据信号的高保真信号；以及

数据采集与处理控制器，其与所述非接触式传感器和所述无线点式传感器数据联通，其中所述控制器构造成相对于所述点式传感器产生的高保真数据或数据信号来校准所述非接触式传感器所产生的低保真数据或数据信号。

12.如权利要求11所述的诊断系统，其中，所述数据采集与控制器包括关于涡轮部件轮廓的数据，包括所述轮廓的坐标以及部件上的点式传感器的坐标数据，并且所述控制器构造成识别从所述非接触式传感器接收的运行状态数据的坐标，这些数据的坐标与所述点式传感器的坐标数据相同或者处于所述点式传感器的坐标数据的预定范围内，用于校准由所述非接触式传感器所接收的低保真数据或数据信号。

13.如权利要求12所述的诊断系统，其中，从所述非接触式传感器接收的运行状态数据包括多个从所述限定区域上检测到的运行状态的测量结果，并且其中，与所述多个测量结果相关的数据基于所述运行状态的校准得以校准，所述运行状态具有相同的坐标或处于点式传感器的预定范围内的坐标。

14.如权利要求11所述的诊断系统，其中，所述涡轮部件包括涡轮的单个级内的多个部件，并且所述非接触式传感器检测所述涡轮级内的同一个或相同的多个部件的运行状态，同时代表所述涡轮级内的每个部件被检测到的运行状态。

15.如权利要求14所述的诊断系统，其中，所述部件是涡轮或压缩机轮叶，和/或涡轮或压缩机旋转叶片。

16.一种用于监控涡轮机部件的运行状态的诊断方法，包括：

在用于涡轮机的部件的限定区域上检测关于来自与所述部件间隔的固定位置的部件的运行状态；

从所述部件上的至少一个位置检测关于所述部件的相同的运行状态，所述至少一个位置具有在限定区域内的部件上的预定坐标；

从固定且间隔的位置产生表示运行状态的低保真数据或数据信号；

从所述部件上的至少一个点产生表示相同运行状态的高保真数据或数据信号；并且

处理所述低保真数据或数据信号以及所述高保真数据和数据信号，以相对于所述高保真数据及数据信号来校准所述低保真数据及数据信号。

17.如权利要求16所述的诊断方法，其中，所述涡轮机包括多个级，且在每个级处包括多个同步工作以执行所期望的功能的用于涡轮机的运行的类似部件，所述方法还包括：

从一个或多个相对于所述部件固定且与每个所述部件间隔的固定位置检测每个这样的部件的限定区域上的多个类似部件上的运行状态；并且

从所述限定区域中的一个或多个所述多个部件上的具有预定坐标的部件上的位置检测关于一个或多个部件的相同的运行状态。

18.如权利要求17所述的诊断方法，其中，所述检测一个或多个类似的部件上的点处的运行状态的步骤包括仅检测一个部件上的运行状态。

19.去权利要求17所述的诊断方法，其中，所述类似部件相对于所述固定位置移动，所述运行状态从该固定位置得以检测。

20.如权利要求17所述的诊断方法，其中，所述类似部件相对于所述固定位置是静止的，所述运行状态从该固定位置得以检测。

21.如权利要求17所述的诊断方法，其中，所述检测部件上一点处的运行状态的步骤包括检测至少一个部件上的运行状态，并非是所有部件。

22.如权利要求16所述的检测方法，其中，处理所述数据和数据信号的步骤包括处理表示所述相似部件中的一个的运行状态的低保真数据以及表示所述相似部件中的另一个的相同的运行状态的高保真数据，以相对于所述高保真数据校准所述低保真数据。

23.如权利要求16所述的诊断方法，还包括以下步骤：

识别表示所述运行状态的测量结果的低保真数据的坐标，所述坐标具有与位置的坐标相同的坐标或者在位置的坐标的预定范围内的坐标，所述运行状态从所述位置被测量以产生高保真数据；并且

在被识别的坐标处，相对于所述高保真数据来校准所述低保真数据。

24.如权利要求23所述的诊断方法，其中，所述产生表示所述运行状态的低保真数据的步骤包括产生所述运行状态的多个测量结果，其中，识别所述低保真数据的坐标的步骤包括识别所述运行状态的测量结果中的至少一个结果的坐标，并且所述校准所述低保真数据的步骤包括校准表示所述运行状态的多个测量结果的数据。

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