CN107152340B - 用于检测管道系统失效的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
提供一种用于燃气涡轮发动机的管故障检测系统，燃气涡轮发动机具有压缩机和涡轮。管故障检测系统包括冷却歧管，它构造成将冷却空气从压缩机引导到涡轮。冷却歧管包括至少两个冷却管、构造成检测表明管破裂的运行状况的传感器，以及控制器，控制器构造成响应于传感器检测到的运行状况来控制通过冷却歧管的冷却空气的量。
Description
关于联邦赞助的研究和开发的声明
本发明是根据联邦航空管理局(FAA)授予的合同DTWAFA10-C-00046而在政府支持下完成的。美国政府可对本发明具有某些权利。
技术领域
本公开的领域大体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地，涉及配备有发动机冷却系统的燃气涡轮发动机。
背景技术
许多已知燃气涡轮发动机配备有隔室冷却系统，隔室冷却系统从发动机的压缩机区段中抽取冷却空气，并且将冷却空气引导到发动机的涡轮区段中，以降低压缩机区段下游的发动机燃烧器和涡轮的运行所产生的高温。冷却系统典型地包括冷却歧管，冷却歧管分成多个管。在管由于开裂或别的破裂而失效，并且从而未能输送充分的冷却空气通过其中的情况下，冷却空气只好由其余的管提供。歧管从压缩机放出空气流来冷却涡轮。但是，通过各个管放出过量的空气流来适应破裂管，会降低燃气涡轮发动机在飞行时的空气动力学燃料效率。压缩机产生的能量用于冷却而非用于产生发动机推力。
至少一些已知的管道系统失效检测系统已经尝试沿着冷却歧管布置传感器来检测破裂。但是，燃气涡轮发动机的在热力学上恶劣的环境使这些传统传感器比其它们被布置在其中以进行监测的管还容易失效。传感器和管之间的这个不同的失效率本身会产生管失效的错误的肯定性读数，或者无法全部检测管失效。
发明内容
一方面，提供一种用于燃气涡轮发动机的管故障检测系统，燃气涡轮发动机包括压缩机和涡轮。管故障检测系统包括冷却歧管，冷却歧管构造成将冷却空气从压缩机引导到涡轮。冷却歧管包括至少两个冷却管、构造成检测表明管破裂的运行状况的传感器，以及控制器，控制器构造成响应于传感器检测到的运行状况来控制通过冷却歧管的冷却空气的量。
另一方面，提供一种检测燃气涡轮发动机中的管故障的方法。该方法包括在燃气涡轮发动机内产生功率、从设置在燃气涡轮发动机的不同位置内的至少两个传感器测量传感器数据、比较从至少两个传感器测量到的传感器数据与查找表中的存储数据，以及基于比较来发送警告信号。
又一方面，一种燃气涡轮发动机包括压缩机、涡轮、冷却歧管、传感器和控制器。冷却歧管构造成将冷却空气从压缩机引导到涡轮，并且包括至少两个冷却管。传感器构造成检测第一位置处的第一运行参数和与第一位置不同的第二位置处的第二运行参数之间的差。控制器构造成响应于传感器检测到的差来控制通过冷却歧管的冷却空气的量。
技术方案1. 一种用于燃气涡轮发动机的管故障检测系统，所述燃气涡轮发动机具有压缩机和涡轮，所述管故障检测系统包括：
冷却歧管，其构造成将冷却空气从所述压缩机引导到所述涡轮，所述冷却歧管包括至少两个冷却管；
传感器，其构造成检测表明管破裂的运行状况；以及
控制器，其构造成响应于所述传感器检测到的运行状况来控制通过所述冷却歧管的冷却空气的量。
技术方案2. 根据技术方案1所述的管故障检测系统，其特征在于，所述运行状况是在第一位置处的第一运行参数和在与所述第一位置不同的第二位置处的第二运行参数之间检测到的差。
技术方案3. 根据技术方案1所述的管故障检测系统，其特征在于，所述冷却歧管进一步包括阀。
技术方案4. 根据技术方案3所述的管故障检测系统，其特征在于，所述控制器进一步构造成通过控制所述阀来控制通过所述冷却歧管的冷却空气的量。
技术方案5. 根据技术方案3所述的管故障检测系统，其特征在于，所述阀是构造成在多个位置处打开的调节阀。
技术方案6. 根据技术方案2所述的管故障检测系统，其特征在于，所述传感器是第一压力传感器，以及其中，所述第一和第二运行参数分别是在所述第一位置和所述第二位置处测得的压力。
技术方案7. 根据技术方案6所述的管故障检测系统，其特征在于，所述第一压力传感器是通过设置在所述压缩机和所述涡轮外部的相应的压力导管而联接到所述第一位置和所述第二位置两者上的单个压力开关。
技术方案8. 根据技术方案7所述的管故障检测系统，其特征在于，所述第一压力传感器构造成将所述第一位置和所述第二位置之间检测到的压差传送给所述控制器。
技术方案9. 根据技术方案8所述的管故障检测系统，其特征在于，所述第一位置是在所述冷却歧管中在所述压缩机附近的开口，以及其中，所述第二位置是下者中的一个：在所述冷却歧管中在所述涡轮附近的开口和在所述冷却歧管中在所述涡轮上游的开口。
技术方案10. 根据技术方案8所述的管故障检测系统，其特征在于，所述第一位置是在所述至少两个冷却管中的第一个中在所述涡轮上游的开口，以及其中，所述第二位置是在所述至少两个冷却管中的第二个中在所述涡轮上游的开口。
技术方案11. 根据技术方案7所述的管故障检测系统，其特征在于，所述管故障检测系统进一步包括第二压力传感器，所述第二压力传感器包括第二压力开关，所述第二压力开关通过设置在所述压缩机和所述涡轮外部的相应的压力导管而联接在第三位置和第四位置之间，其中，所述第三位置和所述第四位置不同于所述第一位置。
技术方案12. 根据技术方案11所述的管故障检测系统，其特征在于，所述控制器进一步构造成基于所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的比较，而控制通过所述冷却歧管的冷却空气的量。
技术方案13. 根据技术方案6所述的管故障检测系统，其特征在于，所述压力传感器包括设置在所述第一位置附近的第一压力开关和设置在所述第二位置附近的第二压力开关，以及其中，所述第一压力开关和所述第二压力开关构造成通过直接有线传输和无线传输中的一个将测得的压力数据以电子的方式发送给所述控制器。
技术方案14. 根据技术方案1所述的管故障检测系统，其特征在于，所述传感器包括虚拟传感器建模系统。
技术方案15. 根据技术方案14所述的管故障检测系统，其特征在于，所述传感器构造成测量下者中的两个或更多个：压缩机压力、风扇速度、核心速度和燃料流量。
技术方案16. 根据技术方案1所述的管故障检测系统，其特征在于，所述传感器包括下者中的至少一个：温度传感器、热电偶、振动传感器、连续性传感器、沿着所述冷却歧管的光纤传感器，以及突开式闸门，所述突开式闸门构造成对所述燃气涡轮发动机中的压力水平升高作出响应。
技术方案17. 一种检测燃气涡轮发动机中的管故障的方法，包括：
在所述燃气涡轮发动机内产生功率；
从设置在所述燃气涡轮发动机内的不同位置处的至少两个传感器测量传感器数据；
比较从所述至少两个传感器测量到的传感器数据与查找表中的存储数据；以及
基于所述比较来发送警告信号。
技术方案18. 根据技术方案17所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括基于所述警告信号，通过电子控制冷却阀而控制空气流的量。
技术方案19. 根据技术方案17所述的方法，其特征在于，所述至少两个传感器包括下者中的两个或更多个：压缩机压力、风扇速度、核心速度和燃料流量。
技术方案20. 一种燃气涡轮发动机，包括：
压缩机；
涡轮；
冷却歧管，其构造成将冷却空气从所述压缩机引导到所述涡轮，所述冷却歧管包括至少两个冷却管；
传感器，其构造成在检测第一位置处的第一运行参数和在与所述第一位置不同的第二位置处的第二运行参数之间的差；以及
控制器，其构造成响应于所述传感器检测到的差，控制通过所述冷却歧管的冷却空气的量。
附图说明
当参照附图来阅读以下详细描述时，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中相同符号在图中表示相同部件，其中：
图1是根据本公开的示例性实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意图。
图2是可用于图1中描绘的燃气涡轮发动机的管道系统失效检测系统的透视图。
图3是关于图1和2中描绘的管道系统失效检测系统的备选实施例的逻辑过程的流程图。
除非另有规定，否则本文提供的图是要示出本公开的实施例的特征。相信这些特征适用于包括本公开的一个或多个实施例的各种各样的系统中。因而，图不是要包括本领域普通技术人员已知的实践本文公开的实施例所需的所有传统特征。
部件列表
100燃气涡轮发动机
102纵向轴线
104风扇区段
106核心发动机
108外壳
110环形入口
112压缩机区段
114涡轮区段
116LP压缩机
118HP压缩机
120燃烧区段
122HP涡轮
124LP涡轮
126排气喷嘴区段
128HP轴
130LP轴
132核心空气流路径
134可变桨距风扇
136风扇叶片
138盘
140桨距改变机构(PCM)
142动力齿轮箱
144可旋转前轮毂
146环形风扇壳
148间隔开的出口导叶
150下游区段
152旁通空气流道
154一定量的空气
156相关联的入口
158第一部分
160第二部分
162燃烧气体
164定子导叶
166HP涡轮转子叶片
168LP涡轮定子导叶
170LP涡轮转子叶片
172风扇喷嘴排气区段
174热气路径
176控制系统
178数据输入
180运行参数传感器
182燃料线路
184数据输出
186处理器
188存储介质
190机器可读指令
192查找表
200管道系统失效检测系统
202冷却歧管
204第一端
206压缩机端口
208第二端
210涡轮端口
212部分
214压力传感器
216第一压力输入
218第二压力输入
220感测线路
222感测线路
224开口
226传感器输出
228连接件
230控制阀
300过程
302步骤
304步骤
306步骤
308步骤
310步骤
312步骤
314步骤。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求中，将参照多个用语，它们限定为具有以下含义。
单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数所指物，除非上下文另有明确的规定。
“可选的”或“可选地”的意思是后面描述的事件或情形可能发生或可能不发生，而且该描述包括发生该事件的情况和不发生该事件的情况。
如本文在说明书和权利要求中使用的那样，近似语可应用于修饰可允许改变的任何数量表示，而不会导致与其有关的基本功能有变化。因此，诸如“大约”、“大致”和“基本”的用语或多个用语所修饰的值不限于规定的确切值。在至少一些情况下，近似语可对应于用于测量该值的仪器的精度。范围限制可结合和/或互换；确定这样的范围，并且这样的范围包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有规定。
以下详细描述以示例而非限制的方式示出本公开的实施例。构想到本公开适用于检测和补偿燃气涡轮发动机中的管破裂。
以下描述参照了附图，其中，在没有相反表述的情况下，不同图中的相同标号表示相似元件。
图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机100的示意性横截面图。在示例性实施例中，燃气涡轮发动机100嵌在高旁通涡轮风扇喷气发动机中。如图1中显示的那样，燃气涡轮发动机100限定轴向方向A(平行于为了参照而提供的纵向轴线102延伸)和径向方向R。大体上，燃气涡轮发动机100包括风扇区段104和设置在风扇区段104下游的核心发动机106。
在示例性实施例中，核心发动机106包括大致管状的外壳108，它限定环形入口110。外壳108按连续流的关系封闭压缩机区段112和涡轮区段114。压缩机区段112包括成连续流关系的低压(LP)压缩机或增压器116、高压(HP)压缩机118和燃烧区段120。涡轮区段114包括成连续流关系的HP涡轮122、LP涡轮124和喷气排气喷嘴区段126。HP轴或轴杆128将HP涡轮122传动地连接到HP压缩机118上。LP轴或轴杆130将LP涡轮124传动地连接到LP压缩机116上。压缩机区段、燃烧区段120、涡轮区段和喷嘴区段126共同限定核心空气流路径132。
在示例性实施例中，风扇区段104包括风扇或可变桨距风扇134，它具有多个风扇叶片136，风扇叶片136按间隔开的关系联接到盘138上。风扇叶片136从盘138沿径向向外延伸。各个风扇叶片136可相对于盘138围绕变桨轴线P旋转，因为风扇叶片136操作性地联接到适当的桨距改变机构(PCM)140上，PCM构造成改变风扇叶片136的桨距。在其它实施例中，PCM 140构造成共同一致地改变风扇叶片136的桨距。风扇叶片136、盘138和PCM 140可通过跨越动力齿轮箱142的LP轴130围绕纵向轴线102共同旋转。动力齿轮箱142包括多个齿轮(未显示)，以将可变桨距风扇134相对于LP轴130的旋转速度调节成更高效的旋转风扇速度。
盘138由可旋转前轮毂144覆盖，可旋转前轮毂144在空气动力学方面在外形上设置成促进空气流通过风扇叶片136。另外，风扇区段104包括环形风扇壳或外部机舱146，其沿周向包围可变桨距风扇134和/或核心发动机106的至少一部分。在示例性实施例中，环形风扇壳146构造成相对于核心发动机106通过多个沿周向间隔开的出口导叶148得到支承。另外，环形风扇壳146的下游区段150可延伸经过核心发动机106的外部部分延伸，以便在它们之间限定旁通空气流道152。
在燃气涡轮发动机100的运行期间，一定量的空气154通过环形风扇壳146和/或风扇区段104的相关联的入口156进入燃气涡轮发动机100。随着一定量的空气154经过风扇叶片136，一定量的空气154的第一部分158被引导或发送到旁通空气流道152中，并且一定量的空气154的第二部分160被引导或发送到核心空气流路径132中，或者更具体地被引导或发送到LP压缩机116中。第一部分158和第二部分160之间的比率通常称为旁通比率。然后随着第二部分160被发送通过HP压缩机118且进入到燃烧区段120中，第二部分160的压力升高，在燃烧区段120中，第二部分160与燃料混合且燃烧，以提供燃烧气体162。
燃烧气体162被发送通过HP涡轮122，在HP涡轮122中，通过成连续级的联接到外壳108上的HP涡轮定子导叶164和联接到HP轴128上的多个HP涡轮转子叶片166从燃烧气体162抽出热能和/或动能的一部分，从而使HP轴128旋转，然后HP轴128驱动HP压缩机118旋转。然后燃烧气体162被发送通过LP涡轮124，在那里，通过成连续级的联接到外壳108上的多个LP涡轮定子导叶168和多个LP涡轮转子叶片170从燃烧气体162中抽出热能和动能的第二部分，LP涡轮转子叶片170联接到LP轴130上，并且驱动LP轴130和LP压缩机116旋转和/或驱动可变桨距风扇134旋转。
燃烧气体162随后被发送通过核心发动机106的喷气排气喷嘴区段126，以提供推力。同时，随着第一部分158被发送通过旁通空气流道152，第一部分158的压力显著升高，之后其从燃气涡轮发动机100的风扇喷嘴排气区段172排出，从而也提供推力。HP涡轮122、LP涡轮124和喷气排气喷嘴区段126至少部分地限定热气路径174，以发送燃烧气体162通过核心发动机106。
在示例性实施例中，燃气涡轮发动机100包括控制系统176。控制系统176接收来自多个运行参数传感器180的测量结果(作为数据输入178)，多个运行参数传感器180构造成例如从运行参数传感器180(A)测量包括例如从供应燃料的燃料线路182到燃烧区段120的流率的运行参数。控制系统176另外或备选地构造成从运行参数传感器180(B)测量例如风扇区段104的速度和/或发动机压力比率(EPR)的运行参数。
在示例性实施例中，控制系统176包括促动器(未显示)，其根据数据输出184而构造，并且随后基于接收到的数据输出184来调节可变定子导叶(例如，压缩机118的定子导叶164)的位置。控制系统176进一步包括处理器186，处理器186操作性地联接到运行参数传感器180(A)、180(B)…180(N)和/或促动器上(未显示)。控制系统176进一步包括存储介质188，存储介质188也操作性地联接到处理器186上。存储介质188包括可由处理器176执行的机器可读指令190，以及可由处理器206访问的查找表192(在下面关于图3更详细地讨论)。在备选实施例中，查找表192包括建模软件，有时称为“虚拟传感器”。
根据示例性实施例，控制系统176进一步构造成控制(即，通过接收自数据输出184的信号)燃料线路182的流率，以对风扇区段104提供期望旋转速度和/或期望EPR。在运行的示例中，数据输出204的最佳值可为控制定子导叶164的对应于基本保持期望输出(例如，期望风扇速度和/或期望EPR)的最小燃料流率的位置的控制信号。在备选运行示例中，控制系统176监测来自运行参数传感器200的测量结果的数据输入178，以便在压缩机区段112和涡轮区段114之间围绕燃烧区段120建立和/或保持一定量的冷却流(在下面关于图2-3更详细地讨论)。运行参数传感器可进一步设置在燃气涡轮发动机100中，以检测(无限制)排气温度、核心速度和压缩机出口压力。
在图1中仅仅以示例的方式描绘燃气涡轮发动机100。在其它示例性实施例中，燃气涡轮发动机100可具有任何其它适当的构造，包括例如涡轮螺旋桨发动机。
图2是管道系统失效检测系统200的透视图，管道系统失效检测系统200可用于图1中描绘的燃气涡轮发动机100，以及包括压缩机区段(即，压缩机区段112)和涡轮区段(即，涡轮区段114)的其它燃气涡轮发动机。压缩机区段112有时也称为“冷区段”，而涡轮区段114有时则称为“热区段”。关于图1，以及本申请中的其它图，为了说明，在不同的图中使用相同参考符号来表明相似或相同的示例性元件。
管道系统失效检测系统200包括冷却歧管202。在示例性实施例中，冷却歧管202是至少三个或更多个冷却歧管202(A), 202(B)…202(N)，以在需要时将冷却空气(即，图1中显示的空气部分160)从压缩机区段112均匀地分配给涡轮区段114，以及在一个冷却歧管202的管道系统可能破裂或失效的情况下，提供额外的冷却空气。冷却歧管202的第一端204在外部在压缩机端口206处与压缩机区段112联接，并且冷却歧管202的第二端208在外部在涡轮端口210处与涡轮区段114联接。在示出的示例中，冷却歧管202的第二端208分成两个部分212(A)和212(B)。
在示例性实施例中，管道系统失效检测系统200进一步包括压力传感器214。压力传感器214是差动传感器，它测量分别经由感测线路220和222提供与压力传感器214的空气连通的第一压力输入216和第二压力输入218之间的压力变化。根据示例性实施例，感测线路220、222是窄导管，它在大小上设置成具有比冷却歧管202小得多的直径。在示出的示例中，冷却歧管202具有介于大约两英寸和四英寸之间的直径，而感测线路220、222则各自具有大约四分之一英寸的直径。包括这些示例性大小仅仅是为了说明，而不是要限制。
第一压力输入216和第二压力输入218分别与不同的开口224联接，期望监测开口224之间的压力变化。例如，第一压力输入216和第二压力输入218将与开口224(A)和224(B)联接，以监测压缩机区段112和涡轮区段114之间的压差。备选地或者另外，利用第二压力传感器214，可沿着开口224(C)和224(D)之间的单个冷却歧管202的长度监测压力变化。还可在开口224(E)和224(F)处监测跨越冷却歧管202的第二端208在部分212(A)、212(B)之间的压力变化。
根据这个示例性实施例，多个压力传感器214可围绕压缩机区段112和涡轮区段114的外周设置，以及沿冷却歧管202的管道系统沿着许多位置设置，或者甚至设置在两个单独的冷却歧管202之间。传感器输出226通过有线或无线连接件228将第一压力输入216和第二压力输入218之间测量的压差(如果有的话)作为多个数据输入178中的一个发送到控制系统176中。在这个构造中，压力传感器214可为简单的压力开关(未单独编号)，它在第一压力输入216和第二压力输入218之间实际显著压差时被触发。
在备选实施例中，单独的压力传感器214设置在各个开口224处，并且各个单独的压力传感器214通过连接件228直接与控制系统176连通。在这个备选实施例中，单独的压力传感器214可为压力变换器，并且定位至少略微在压缩机区段112和涡轮区段114的在热力学上恶劣的内部环境的外部，以削弱由于接近热燃烧气体和/或动态燃烧气体而对单独的压力变换器的潜在损害。例如，当监测涡轮区段112附近的压力时，压力传感器214应当设置在止回阀(未显示)的上游。类似地，感测线路220，222应当大体尽可能接近期望进行压力读数的区域，但至少足够远，以至于管道不会被过度加热和无法传送特定的单独开口224处的压力。
在运行中，在正常状况下，沿着单个冷却歧管202的任何两个开口之间的压差，或两个不同的冷却歧管202之间的两个不同的开口之间的压差应当接近零，即，不超过几磅每平方英寸(psi)。这个压差甚至对于诸如起飞的发动机状况也应当是这样，其中单独的冷却歧管202可经历高达300 psi或更多流过管道系统的空气。尽管如此，跨越冷却歧管202的整个长度的压差应当仍然较小。
但是，一旦冷却歧管202的任何部分破裂，压力传感器214将快速检测到破裂的任一侧上的两个最接近的开口224之间的测量压力有显著升高。取决于破裂的大小及其位置，测量到的压差可高达10 psi 、50psi 、100psi或更大。通过策略性地布置压力传感器214，可快速且轻易地确定管破裂的大体位置及其幅度，而不必拆开整个燃气涡轮发动机100来检测和维修。围绕压缩机区段112和涡轮区段114的外部分配的多个压力传感器214可在单独的传感器失效的情况下用作彼此的备用系统。在那种情况下，控制系统176将仅在第二压力传感器214确认相同或非常相似的压力升高的情况下记录发生了管破裂。
如果确定在单独的冷却歧管202中存在显著的管破裂，控制系统176则将发送单独的数据输出184，以控制电子控制阀230打开，以增加流到涡轮区段114的冷却空气的量，以便补偿从经历管破裂的单独的冷却歧管202损失的冷却空气。传统系统没有阀来始终调节冷却空气和最大程度地增加通往涡轮区段的冷却流，从而牺牲了过程中的燃料效率。但是，根据本文描述的示例性实施例，通过提供涡轮区段114所需的充足的空气流给冷却歧管202，以及仅在检测到管破裂时增加冷却流，来最大程度地提高燃料效率。在示例性实施例中，电子控制阀230是能够有多个位置的调节阀，即，完全关闭位置或几乎完全关闭位置到部分打开位置，再到完全打开位置。
在备选实施例中，各个开口224另外或备选地包括除了压力传感器214之外的一个或多个传感器(未单独编号)，其构造成检测对管破裂敏感的参数的变化。这样的额外/备选的传感器包括(但不限于)温度传感器或热电偶、振动传感器、连续性传感器、沿着冷却歧管202的光纤传感器，以及/或者不同类型的压力传感器，诸如对发动机隔室中的压力水平升高敏感的突开式传感器或闸门。在这个备选实施例中，额外/备选的传感器还可通过单独的有线或无线连接件228来与控制器176通信。
在正常运行状况期间，当燃气涡轮发动机100在高海拔、高速和/或低的环境温度下巡航时，冷却涡轮区段114需要的冷却空气量比起飞期间需要的更少。在起飞时，燃气涡轮发动机100很可能比巡航时更热。因而管道系统失效检测系统200能够不断调节需要进入到涡轮区段114中的冷却空气，而不必由于浪费通过破裂管/冷却歧管的空气流而牺牲燃料效率。
图3是图2和3中描绘的管道系统失效检测系统的备选实施例的逻辑过程300的流程图。虽然管道系统失效检测系统200添加了压力和/或额外的传感器，以积累确定已经发生管破裂所需的必要测量信息，但是过程300能够作出相同确定，而不需要额外的硬件，从而使用图1中看到的现有运行参数传感器180来实现双重目的测量。实际上，过程300使用上面关于图1所描述的相同测量数据运行参数传感器来监测破裂或失效的管。
在示例性实施例中，使用管流的基于物理特性的模型来产生压差随管破裂大小改变的表数据。备选地，如上面论述的那样，查找表192是基于物理特性的模型或回归模型，通过用燃气涡轮发动机100在设计和测试阶段期间的不同飞行状况、功率水平和破裂大小产生数据来建立或校准该模型。还可使用从正常运行状况中收集到的实际发动机数据来校准查找表192的数据或建模软件。在设计和测试阶段中，使用具有模拟破裂的冷却歧管202来运行燃气涡轮发动机100，其中，在冷却歧管202的一些管道系统中使用控制阀。然后在测试期间可改变模拟裂纹管道系统的大小和位置，而且各个不同的模拟裂纹大小将表现出特定压差，以及燃气涡轮发动机100的其它系统的独特变化型式，例如，风扇速度、核心速度、排气温度等。然后这些型式变化转换成可读数据，从而形成控制系统176的存储介质188中的查找表，即，图1的查找表192。如下面关于图3所描述的那样，控制系统176的处理器186执行也存储在存储介质188中的可读指令，以比较常规发动机运行与这个存储型式数据。
特别地，图3示出用于检测管道系统失效的逻辑过程300的流程图。过程300在步骤302处开始。在步骤302中，燃气涡轮发动机100开启,，并且产生功率。在本文描述的示例性实施例中，在发动机完全运行时控制系统176进行常规测量，而且不需要停止和拆开燃气涡轮发动机100。一旦燃气涡轮发动机100完全运行时，过程300前进到步骤304。
在步骤304中，控制系统176收集和测量来自单独的运行参数传感器180，以及单独来自通常监测运行参数传感器180且基于这些测量结果来操纵各种发动机部件的活动的那些控制系统功能的数据。一旦收集到这些测量结果，过程300就前进到步骤306。在步骤306中，控制系统176比较测量步骤304的来自传感器数据与存储在查找表192中的型式数据，并且然后前进到步骤308。步骤308是决策步骤。在步骤308中，控制系统176确定实时测量传感器数据与来自查找表192的型式数据的比较是否产生充分匹配。也就是说，控制系统176确定燃气涡轮发动机100中的多个传感器和系统的测量运行参数是否匹配强烈表明管破裂或失效的存储数据型式。
如果在步骤308中，控制系统176确定测量运行参数不匹配存储的失效模式，然后过程300前进到步骤310，其将压缩机区段112和涡轮区段114之间的冷却系统的“正常”运行状态的警告状态发送到例如用燃气涡轮发动机100飞行的飞机的座舱。然后过程300又回到步骤304，且在燃气涡轮发动机100产生功率同时重复。
如果在步骤308中，控制系统176确定测量运行参数匹配存储的失效模式，则过程300前进到步骤312，这将“管故障警告等的警告状态发送到例如用燃气涡轮发动机100飞行的飞机的座舱。在示例性实施例的一个示例中，警告状态还将表明管破裂或故障的位置和/或严重性。在这个示例中，一旦提供了管故障警告，过程300则又回到步骤304且在前燃气涡轮发动机100产生功率的同时重复。但是，过程300可改为从步骤312前进到可选的步骤314，之后回到步骤304。在步骤314中，一旦检测到管故障，控制系统176将输出信号184发送到电子控制阀230的促动器(未显示)，以打开通过冷却歧管202的额外的冷却空气流来弥补从包含破裂管的冷却歧管202损失的空气流。
另外，图3中示出的过程也可与关于图2所描述的实施例共同实现。在这个示例中，这些单独的实施例中的各个将运行成备选实施例进行的破裂管确定的检查或验证。本文描述的若干实施例可整体地或部分地彼此独立运行，或者整体地或部分地共同运行。
上面详细描述了统燃气涡轮发动机的管道系统失效检测系的示例性实施例。检测系统和运行这样的系统和构件装置的方法不限于本文描述的实施例，而是相反，系统的构件和/或方法的步骤可与本文描述的其它构件和/或步骤独立且分开来使用。示例性实施例而是可与通过重新改变冷却空气流的方向来实现冷却系统的许多其它机器应用结合起来实现和使用。
上面描述的结合式传感器和相关联的感测系统有利于恶劣环境中的长时间运行。特别地，在制造高温且可旋转的构件的期间在这样的构件中结合感测系统构件的大部分可减少在制造好之后花费在修补高温且可旋转的构件以插入到相应的涡轮机中的时间和资源量。另外，特别地，本文描述的结合式传感器和相关联的感测系统包括结合为传感器的一部分的衬底材料和介电材料，使得传感器可定位在没有充分的衬底和介电材料来接受已知传感器的构件或构件的一部分上。传感器这样与构件的结合包括对传感器添加必要的衬底和/或介电材料作为感测装置结构，以有利于将传感器置于本来会阻碍其上使用这样的传感器的区域中。因此，传感器这样和构件的结合有利于将传感器置于构件上的最合适和期望的位置处。另外，传感器这样和高温且可旋转的构件结合将对试图复制非OEM(原始装备制造商)实体增加障碍。
本文描述示例性方法、系统和设备包括下者中的至少一个：(a)在构件制造期间在这样的构件中结合感测系统装置，从而减少在制造好之后花费在准备构件以将其插入到相应的涡轮机中的时间和资源量；(b)有利于将传感器构件置于高温且可旋转的构件上的最合适和期望的位置处；(c)将没有精微芯片结构的传感器定位在恶劣环境中，从而有利于使感测装置更稳定可靠；(d)提供在制造期间嵌在相关联的构件内而非在相关联的构件制造好之后固定到那些构件上的传感器，从而有利于使感测装置更稳定；以及(e)有利于在无线环境中无源地运行机器传感器。
虽然可能在一些图中显示本发明的各种实施例的具体特征，而在其它图中不显示，但这仅仅是为了方便。根据本发明的原理，图的任何特征可结合任何其它图的任何特征来引用和/或声明。
一些实施例涉及使用一个或多个电子或计算装置。这样的装置典型地包括处理器或控制器，诸如通用中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微控制器、精简指令集计算机(RISC)处理器、特定用途集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理(DSP)装置，以及/或者能够执行本文描述的功能的任何其它电路或处理器。本文描述的方法可编码成嵌在计算机可读介质中的可执行指令，计算机可读介质包括(无限制)存储装置和/或内存装置。当由处理器执行时，这样的指令使处理器执行本文描述的方法的至少一部分。以上示例仅仅是示例性的，并且因而决不意于限制用语“处理器”的定义和/或含义。
本书面描述使用示例来公开实施例，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践实施例，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本公开的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。
虽然可能在一些图中显示本公开的各种实施例的具体特征，而在其它图中不显示，但这仅仅是为了方便。根据本公开的原理，图的任何特征可结合任何其它图的任何特征来引用和/或声明。
本书面描述使用示例来公开实施例，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践实施例，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本公开的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。
Claims (13)
1.一种用于燃气涡轮发动机的管故障检测系统，所述燃气涡轮发动机具有压缩机和涡轮，所述管故障检测系统包括：
冷却歧管，其构造成将冷却空气从所述压缩机引导到所述涡轮，所述冷却歧管包括至少两个冷却管；
传感器，其构造成检测表明管破裂的运行状况；以及
控制器，其构造成响应于所述传感器检测到的运行状况来控制通过所述冷却歧管的冷却空气的量；
其中，所述运行状况是在第一位置处的第一运行参数和在与所述第一位置不同的第二位置处的第二运行参数之间检测到的差，所述传感器是第一压力传感器，所述第一和第二运行参数分别是在所述第一位置和所述第二位置处测得的压力，所述第一压力传感器是通过设置在所述压缩机和所述涡轮外部的相应的压力导管而联接到所述第一位置和所述第二位置两者上的单个压力开关。
2.根据权利要求1所述的管故障检测系统，其特征在于，所述冷却歧管进一步包括阀。
3.根据权利要求2所述的管故障检测系统，其特征在于，所述控制器进一步构造成通过控制所述阀来控制通过所述冷却歧管的冷却空气的量。
4.根据权利要求2所述的管故障检测系统，其特征在于，所述阀是构造成在多个位置处打开的调节阀。
5.根据权利要求1所述的管故障检测系统，其特征在于，所述第一压力传感器构造成将所述第一位置和所述第二位置之间检测到的压差传送给所述控制器。
6.根据权利要求5所述的管故障检测系统，其特征在于，所述第一位置是在所述冷却歧管中在所述压缩机附近的开口，以及其中，所述第二位置是下者中的一个：在所述冷却歧管中在所述涡轮附近的开口和在所述冷却歧管中在所述涡轮上游的开口。
7.根据权利要求5所述的管故障检测系统，其特征在于，所述第一位置是在所述至少两个冷却管中的第一个中在所述涡轮上游的开口，以及其中，所述第二位置是在所述至少两个冷却管中的第二个中在所述涡轮上游的开口。
8.根据权利要求1所述的管故障检测系统，其特征在于，所述管故障检测系统进一步包括第二压力传感器，所述第二压力传感器包括第二压力开关，所述第二压力开关通过设置在所述压缩机和所述涡轮外部的相应的压力导管而联接在第三位置和第四位置之间，其中，所述第三位置和所述第四位置不同于所述第一位置。
9.根据权利要求8所述的管故障检测系统，其特征在于，所述控制器进一步构造成基于所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的比较，而控制通过所述冷却歧管的冷却空气的量。
10.根据权利要求1所述的管故障检测系统，其特征在于，所述传感器包括虚拟传感器建模系统。
11.根据权利要求10所述的管故障检测系统，其特征在于，所述传感器构造成测量下者中的两个或更多个：压缩机压力、风扇速度、核心速度和燃料流量。
12.根据权利要求1所述的管故障检测系统，其特征在于，所述传感器包括下者中的至少一个：温度传感器、热电偶、振动传感器、连续性传感器、沿着所述冷却歧管的光纤传感器，以及突开式闸门，所述突开式闸门构造成对所述燃气涡轮发动机中的压力水平升高作出响应。
13.一种用于燃气涡轮发动机的管故障检测系统，所述燃气涡轮发动机具有压缩机和涡轮，所述管故障检测系统包括：
冷却歧管，其构造成将冷却空气从所述压缩机引导到所述涡轮，所述冷却歧管包括至少两个冷却管；
传感器，其构造成检测表明管破裂的运行状况；以及
控制器，其构造成响应于所述传感器检测到的运行状况来控制通过所述冷却歧管的冷却空气的量；
其中，所述运行状况是在第一位置处的第一运行参数和在与所述第一位置不同的第二位置处的第二运行参数之间检测到的差，所述传感器是第一压力传感器，所述第一和第二运行参数分别是在所述第一位置和所述第二位置处测得的压力，所述压力传感器包括设置在所述第一位置附近的第一压力开关和设置在所述第二位置附近的第二压力开关，所述第一压力开关和所述第二压力开关构造成通过直接有线传输和无线传输中的一个将测得的压力数据以电子的方式发送给所述控制器。
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