CN103857919A - 设有测量磨损标记的离心压缩机以及使用所述标记监测磨损的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是精确测量压缩机的侵蚀而不移除发动机，并且提供了简单安装。为此，已经观察到侵蚀发生在外壳的肘部并且所述侵蚀的进展可监测对压缩机其他部件的侵蚀，特别是叶轮叶片的侵蚀。通常地，带有径向进气口的燃气轮机的离心压缩机（1）特别地包括设置有叶片的叶轮以及用于气流通过叶轮叶片的外壳（12）。该外壳（12）覆盖有耐磨涂层并在基本中央部分具有肘部（12a）的环形区域（120，121）。确定深度的中空标记（M1到M3）已加工在该区域（12a，120）的耐磨涂层内，优选地为组（G1，G2）。连续地进行内窥镜检查以提供标记的图像信号。内窥镜信号处理提供了许多剩余标记以及用于移除发动机的决策标准应用其上。

Description

设有测量磨损标记的离心压缩机以及使用所述标记监测磨损的方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机的离心压缩机，其设置有用于监测磨损的标记，以及一种使用这种标记测量在离心压缩机上磨损的方法。

本发明特别地适用于直升机的涡轮轴发动机，特别是带有单级或双级压缩机的涡轮轴发动机。

通过侵蚀的磨损影响配备有至少一个带有径向进气口的离心压缩机的发动机的气流路径的主要组件。压缩机的部件，以及最容易受侵蚀的这些部件的区域分别为：叶轮，特别是主叶片的前缘；径向扩散器，特别地其叶片的前缘；以及叶轮的外壳，特别地在外壳肘部的区域内。

本发明更通常地涉及监测涡轮机有效运行的领域，所述监测需要检测通常地通过在流路中摄取异物体（特别是沙）所造成的侵蚀。

背景技术

一种已知的解决方案是测量在叶轮的主叶片前缘上的压缩机的侵蚀，特别地通过内窥镜检查。专利文献FR2938651描述了这种测量旋转叶轮叶片前缘的方法。永久标记在离前沿一个预定距离处产生，并且通过在视野中定位的内窥镜监测该距离，该视野包括标记和前沿的一部分。用于处理由内窥镜提供的图像的方法使得可以推断前缘相对于该标记的位置。

然而，叶轮主叶片前缘的向后倾斜（retreat）的测量的精确度被大大地损害，以及不移除发动机很难接近叶片。此外，因为在操作中叶轮上的高压，很难实施在旋转部件上的指示器的定位。此外，当叶片前缘完全受到侵蚀时对于测量指示器相对于叶片前缘的定位不存在可靠的参考位置。

通常，对部件上磨损的这些不精确描述可导致对部件状况的错误诊断，导致过早或过迟移除发动机。这种不精确导致不能对单个部件进行定向的维护。

发明内容

本发明旨在消除这些缺点，特别是它旨在在不移除发动机的情况下实现压缩机侵蚀的精确测量，以及容易定位。为了做到这一点，尽管压缩机外壳上的磨损不是决定性的，自然推测不鼓励使用它们作为标记，要注意的是，在外壳上布置指示器对于描述磨损可能是有用的。事实上，外壳的肘部侵蚀，并且通过适当标记对该侵蚀的监测使得能够这样描述不仅在外壳上，而且在压缩机的相邻部件，特别是叶轮叶片，上的磨损。

更确切地，本发明涉及一种带有径向进气口的燃气轮机的离心压缩机。这种压缩机包括设置有叶片的叶轮以及用于气体在叶片中流动的外壳。覆盖有耐磨涂层的外壳在基本中央部分具有环形肘部区域。在该肘部区域内，被称为标记的预定深度的至少一个标记凹部被加工在耐磨涂层中。压缩机最优选地构成单级，两级或多级涡轮轴发动机的第一压缩级。

根据有利的特征：

—至少两个标记，优选每组至少两个标记的至少三组，优选每组至少三个标记的至少三组沿外壳的肘部区域分布；

—每组标记具有不同的量化的初始深度；

—每组标记可与所述肘部区域对齐并且其可选择布置在子午线上、半径上以及在该子午线和半径之间倾斜的线上；

—该标记的形状可选自圆柱形状，优选地具有圆形或椭圆形基体的孔，球截形，锥形，以及凹槽。

本发明同样涉及监测上述类型离心压缩机上磨损的方法。在该方法中：

—在外壳肘部的耐磨涂层内加工至少一个预定深度的凹部产生至少一个标记；

随时间连续进行内窥镜检查；

—对于每次检查，内窥镜引入到压缩机内且内窥镜的有源端面对标记定位以提供该标记的图像信号；

—处理内窥镜信号提供剩余标记的值以及根据该值和比较磨损数据确定移除发动机的标准。

根据优选的实施例方式：

—该标记具有不同深度，并且最接近的两个深度之间的差异根据磨损进展的校准度而量化；

—该标记有规律地分布在外壳肘部的圆周上，单独地或在至少两个标记一组地分布，优选至少三个标记一组地分布；

—在连续检查中比较剩余标记的值提供了对侵蚀速度和外壳上磨损进展的测量，以及根据压缩机各个部件之间磨损关系的存储数据（DATA）推断所述压缩机其他部件的磨损；

—对于每次检查，决策标准将剩余标记的值与根据存储的数据所确立的临界值进行比较，当剩余标记的值达到临界值时移除发动机更换磨损部件。

附图说明

在参照附图的基础上，阅读非限定性的以下说明后，本发明将被更好地理解，其优点和特点将更清楚，其中：

—图1示出了包括根据本发明的压缩机的直升机涡轮轴发动机的局部剖视图；

—图2示出了根据本发明的外壳的部分轴向视图，包括两组在半径方向和在外壳肘部子午线上对齐的标记，每组三个；

—图3示出了根据发明的外壳的通常轴向视图，包括三组在子午线上对齐的标记，每组三个，以及

—图4和图5示出了前述组之一的三个标记的剖面图和透视图，以及

—图6举例示出了用于实施根据本发明的测量磨损方法的流程图的示例步骤。

详细说明

图1中剖视图所示的涡轮轴发动机100包括，基本轴对称绕中心轴X'X的：离心压缩机1；涡轮机2和3，用于经由通轴4驱动直升机的压缩机1和动力轴（螺旋桨、变速箱壳等）；套筒50的径向进气口5，用于循环新鲜气流F1，以及燃烧室6。

更准确地，离心压缩机1主要包括：压缩叶轮10，其设置有叶片11并提供空气F1；外壳12，其限定气流F1流动的环形通道；以及带有散热片14的径向扩散器13。

在运行中，气流F1首先被吸入到新鲜空气入口12，然后在叶轮的叶片11和外壳12之间被压缩。压缩气流F1然后从叶轮10径向地退出。

气流F1然后通过在压缩机1外围上形成的扩散器13，以通过弯曲叶片变直并朝燃烧室6的进气通道60输送。

在运行中，包括异物颗粒（例如沙粒）的气流F1将侵蚀压缩机的主要部件：叶轮的旋转叶片11，外壳12和扩散器的叶片14。

为了测量侵蚀的进展，加工外壳12以产生如图2所示的标记凹部14。外壳12在其中央部分具有形成肘部12a的环形区域。在该肘部12内已加工了第一组G1的三个标记M1、M2和M3。G1组的标记在肘部12a的子午线120（用虚线表示）上对齐。也描述了标记M1到M3对齐的另一实施例。在该对齐中，标记M1到M3沿肘部12a的半径121（用虚线表示）形成G2组。

在这种情况下，标记具有带有圆形基体的圆柱形状。或者，其他形状是可能的：带有椭圆形基体的孔，球截形，锥形或凹槽。

通常，同一组的标记足够接近在一起，间隔不到10毫米，以能承受相同类型的侵蚀。此外，标记具有小于约1毫米的最大孔径以免被异物的摄入所阻塞，所述异物特别是沙粒。

外壳12覆盖有已知耐磨材料的涂层，厚度为几毫米，以避免与叶片接触，这种接触将对有效运行有害。标记加工在该耐磨材料中。

然而，外壳是气流F1侵蚀的部件，特别地是肘部12a。在图2中，肘部12a形成相对于该肘部的其余部分阴影示出的侵蚀区域。外壳上和肘部上的磨损特别地不影响发动机的有效运作。

参照图3的通常轴向视图，根据本发明的外壳12的一个实施例包括三组标记G3到G5，每一组包括三个标记，这三组标记与前述标记M1到M3等同。该标记在子午线120上对齐并且G3到G5组以120°有规律地分布在外壳12的肘部12a的圆周上。或者，如图2所示，标记M1到M3可在径向121上对齐。

在该实施例中，标记具有基本圆柱形状并具有不同的深度。图4和图5中的剖面图和透视图更精确地示出了这三个标记M1到M3及其不同深度P1到P3。标记为具有多面壁的圆柱形。它们的深度相继增大。两个相邻标记之间的深度差为常数并被量化：它对应于磨损进展的校准单元。在该实施例中，深度量为0.2毫米并且标记M1到M3的深度相继等于0.2、0.4和0.6毫米。在外壳的检查过程中—例如通过内窥镜—如果没有标记消失，外壳上磨损进展的程度在0和0.2毫米之间，如果标记M1已经消失，外壳上磨损进展的程度在0.2和0.4毫米之间，如果标记M2消失了，外壳上磨损进展的程度在0.4和0.6毫米之间。

然后标记M2的消失导致检查压缩机的部件，根据发动机的类型和使用情况推断，外壳的这种侵蚀表征了叶轮叶片的临界侵蚀。这种临界侵蚀对应于需要更换被侵蚀部件的使用极限。

为了改善对外壳的磨损状态以及因此其他部件的磨损状态的测量，可实施每组大量具有较低的量化深度的标记，例如0.1毫米。

图6中的流程图示出了连续步骤的实施例，其可在根据本发明给定的压缩机上监测磨损的方法的背景下实施。在该实施例中，在外壳肘部的耐磨涂层中加工（步骤100）标记—如包括“i”标记Mi的标记组G3到G5，“i”等于或大于3，例如等于4或5。更通常地，可加工三组以上。

然后连续地随时间进行内窥镜的检查（步骤200），例如在由持续时间Tj分割的每个任务后。对于每次检查，内窥镜引入到压缩机内遵循预定路线，直到内窥镜的有源端达到在该实施例中面对三组G3到G5的位置并提供标记Mi的图像信号。

一种处理信号DTS的装置接收内窥镜的信号。该装置然后建立了每组剩余标记的值Nr（步骤300）并根据该值使用移除发动机的决策标准CD。该应用的结果提供给操作员。

在随时间的连续检查过程中，根据剩余标记的值Nr和持续时间的值Tj装置DTS确立侵蚀速度“Ve”以及外壳和叶轮叶片的磨损“Au”。这些数据也存储在该处理装置中（步骤400）。

为此，在处理装置还存储数据DATA涉及：外壳侵蚀的分布；根据发动机的结构在压缩机各部件之间的磨损相关性，该相关性使得可从外壳的磨损推断叶轮叶片的磨损；直升机任务情况和作为该任务函数的被摄入异物的颗粒尺寸，与被检查的发动机有关的先前“Ve”和“Au”结果以及作为其使用状况函数的发动机的“Ve”和“Au”结果。

标准CD建立了剩余标的临界值记“Nrc”，然后根据数据DATA和标记的临界值“Nrc”解释关于部件磨损的G3到G5每组的剩余标记值“Nr”，特别是叶轮叶片的磨损（步骤500）。例如，它可能为仅G2组的标记值是临界的。只要对于G4组该数值至少等于2，即使在检查过程中其他组G3和G5的标记值等于1，也不必移除发动机。因此，对于每个发动机，对于每组标记建立了至少等于1的剩余标记的临界值“Nrc”。

在每次检查过程中，G3到G5的每组剩余标记的值“Nr”被预定。如果对于至少一组，该值“Nr”等于零，决策标准需要立即移除发动机“DEP”以及替换遭受磨损的压缩机部件（外壳，叶轮叶片，扩散器的散热片）。如果对于正在讨论的组，值Nr等于Nrc，那么确定移除。

另外，标记可不分布成组，但例如沿肘部的子午线有规律地分布。在这种情况下，值Nrc只是等于1，除非速度“Ve”或磨损进展Au大幅增加：值Nrc然后变成2以避免部件的任何延迟更换。

本发明并不局限于所描述和说明的实施方式。因此，同一组内标记的凹部可以不对齐，例如设置成V形，三角形，正方形等结构。

Claims (12)

1.带有径向进气口（5）的燃气轮机（10）的离心压缩机（1），其包括设置有叶片（11）的叶轮（10）以及用于气流（F1）在上述叶片（11）中流动的外壳（12），其特征在于，覆盖有耐磨涂层的所述外壳（12）在基本中央部分具有环形肘部区域（12a），在该环形肘部区域内，至少一个被称为标记的预定深度(P1到P3)的标记凹部（M1到M3，Mi）被加工在耐磨涂层中。

2.根据权利要求1所述的离心压缩机，其中，每组至少两个标记、优选每组至少三个标记（M1到M3）的至少两个组（G1，G2），优选至少三组（G3到G5）沿所述外壳（12）的所述肘部区域（12a）规则地分布。

3.根据权利要求1或2所述的离心压缩机，其中，每组（G1到G5）的标所述记（M1到M3）具有不同量化的初始深度（P1到P3）。

4.根据权利要求1至3任一项所述的离心压缩机，其中，每组（G3到G5）的所述标记（M1到M3）在所述肘部区域（12a）内对齐并且其选择布置在子午线（120）上、半径（121）上以及在子午线和半径之间倾斜的线上。

5.根据前述权利要求任一项所述的离心压缩机，其中，同一组（G1到G5）的所述标记（M1到M3）足够接近，间隔小于10毫米，以能经受相同类型的侵蚀。

6.根据前述权利要求任一项所述的离心压缩机，其中，所述标记（M1到M3，Mi）的最大孔径小于大约1毫米，以免被摄入的异物所阻塞，所述异物特别是沙粒。

7.根据前述权利要求任一项所述的离心压缩机，其中，所述标记（M1到M3，Mi）的形状为圆柱形状，优选为具有圆形或椭圆形基体的孔，球截形，锥形、以及凹槽。

8.对上述类型离心压缩机进行监测磨损的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

—在所述外壳肘部（12a）的耐磨涂层内加工至少一个预定深度（P1到P3）的凹部产生至少一个标记（M1到M3，Mi）；

—随时间连续进行内窥镜检查（200）；

—对于每次检查，内窥镜引入到所述压缩机内且所述内窥镜的有源端面对所述标记（M1到M3，Mi）定位以提供该标记的图像信号；

—处理（DTS）内窥镜信号（300）提供剩余标记的值（Nr）以及根据该值（Nr）和比较磨损数据（DATA）应用移除所述发动机的决策标准（CD）（500）。

9.根据权利要求8所述的监测磨损方法，其中，所述标记（M1到M3）具有不同深度（P1到P3）并且根据磨损进展的校准度量化最接近的两个深度之间的差。

10.根据权利要求8或9所述的监测磨损方法，其中，上述标记（mi）有规律地分布在所述外壳（12a）肘部的圆周上，单独地或者至少两个标记一组（G3到G5）地分布，优选地至少三个标记（M1到M3）一组地分布。

11.根据权利要求8至10任一项所述的监测磨损方法，其中，在连续两次检查中所述剩余标记的值（Nr）之差，提供侵蚀速度（Ve）的度量和所述外壳上磨损的进度（Au），以及根据所述压缩机各个部件之间磨损关系的存储数据（DATA）推断所述压缩机其他部件的磨损。

12.根据前述任一项权利要求所述的监测磨损方法，其中，对于每次检查，决策标准（CD）对所述剩余标记的值（Nr）与根据存储数据（DATA）而建立的临界值（Nrc）作比较（500），并且当所述剩余标记的值（Nr）达到所述临界值（Nrc）时，移除发动机以用于更换磨损部件。

Images