CN110566289B - 操作涡轮机械的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定涡轮发动机的性能及其操作的系统和方法。该系统和方法包括多个传感器和执行操作的一个以上计算设备，操作包括：获取多个参数组，每个对应于多个发动机状况，其中对应于每个发动机状况的每个参数组指示发动机上的多个部位处的健康状况；比较多个参数组以确定与发动机上的部位对应的健康状况；基于比较的参数生成发动机上的健康状况预测。

Description

操作涡轮机械的方法
技术领域
本主题大体涉及用于基于诊断、维护或改进涡轮机械发动机健康性、可操作性或性能来操作涡轮机械的方法。
背景技术
涡轮机械(诸如燃气或蒸汽涡轮发动机)使用来自具体操作状况的信息以确定涡轮机械的发动机健康性、可操作性或性能。然而，用于确定发动机健康性、可操作性或性能的已知方法和系统受限于例如跨越数个发动机状况提供相似信息。确定发动机健康性、可操作性或性能可以排除可以指示跨越发动机的数个部位的健康性、可操作性或性能的信息。这样，存在对于用于确定发动机健康性、可操作性或性能的改进方法和系统的需要。
发明内容
本发明的各方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者，可以从描述中显而易见，或者可以经过实践本发明来了解。
本公开的一方面针对一种用于确定涡轮发动机的性能的系统。该系统包括多个传感器和执行操作的一个以上计算设备，操作包括：经由多个传感器，获取每个对应于多个发动机状况的多个参数组，其中对应于每个发动机状况的每个参数组指示发动机上的多个部位处的健康状况；经由计算设备，比较多个参数组以确定与发动机上的部位对应的健康状况；以及经由计算设备，基于比较的参数生成发动机上的健康状况预测。
在各种实施例中，操作进一步包括：经由第一传感器，基于第一发动机操作状况获取第一参数组，指示发动机的第一部位处的健康状况；以及经由第一传感器，基于第二发动机操作状况获取第二参数组，指示不同于第一部位的第二部位处的健康状况。
在一个实施例中，操作进一步包括：经由第二传感器，基于第一发动机操作状况获取第三参数组，指示第二部位处的健康状况；以及经由第二传感器，基于第二发动机操作状况获取第四参数组，指示第一部位处的健康状况。
在另一实施例中，操作进一步包括，经由计算设备，比较第一参数组、第二参数组、第三参数组和第四参数组，以确定与发动机上的部位对应的健康状况。
在又一实施例中，操作进一步包括：比较参数组以确定第一部位处的健康状况；以及，比较参数组以确定第二部位处的健康状况。
在又一实施例中，操作进一步包括，比较第一参数组和第四参数组以确定在第一部位处的健康状况。
在又一实施例中，操作进一步包括，比较第二参数组和第三参数组以确定第二部位处的健康状况。
在一个实施例中，操作进一步包括，经由计算设备，经由比较的参数组确定健康恶化促成物的一个以上部位。
在各种实施例中，操作进一步包括，经由计算设备，向发动机的操作员生成指示用于用户/操作员施行的动作项的信号。在一个实施例中，操作进一步包括，经由计算设备，发送指示发动机操纵的信号。在另一实施例中，操作进一步包括，经由计算设备，发送指示维护动作的信号。仍在另一实施例中，操作进一步包括，经由计算设备，发送指示操作限制的信号。
在一个实施例中，操作进一步包括，在多个发动机操作状况下操作发动机以在多个不同操作状况下生成一定量的发动机操作状况。
本公开的另一方面针对一种基于健康恶化状况操作发动机的方法。该方法包括：获取每个对应于多个发动机状况的多个参数组，其中对应于每个发动机状况的每个参数组指示发动机上的多个部位处的健康状况；比较多个参数组以确定与发动机上的部位对应的健康状况；以及，基于比较的参数生成发动机上的健康状况预测。
在一个实施例中，该方法进一步包括，经由比较的参数组确定健康恶化促成物的一个以上部位。
在各种实施例中，该方法进一步包括，为发动机的操作员生成指示用于用户/操作员施行的动作项目的信号。在一个实施例中，该方法进一步包括，发送指示发动机操纵的信号。在另一实施例中，该方法进一步包括，发送指示维护动作的信号。在又一实施例中，该方法进一步包括，发送指示操作限制的信号。在又一实施例中，该方法进一步包括，在多个发动机操作状况下操作发动机以在多个不同操作状况下生成一定量的发动机操作状况。
参考以下描述和所附权利要求书，将更好地理解本发明的这些及其他特征、方面和优点。并入并构成该说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并同描述一起用来说明本发明的原理。
附图说明
针对本领域普通技术人员，参考附图，在说明书中阐述本发明的、并包括其最佳模式的全面且能实现的公开，其中：
图1是根据本公开一方面的涡轮机械的实施例的示范性示意性横截面视图；
图2是根据本公开一方面的概述用于操作涡轮机械的方法的示范性步骤的流程图；
图3A至图3B是根据图1的涡轮机械的流路的示范性横截面视图，描绘多个发动机操作状况；以及
图4是关于图3A至图3B描绘的横截面视图上游的涡轮机械的流路的示范性横截面视图。
在本说明书和附图中重复使用参考字符意在表示本发明的相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个以上示例图示在附图中。通过说明本发明而非限制本发明的方式提供每个示例。事实上，对于本领域技术人员而言，显然，在不偏离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变型。比如，作为一个实施例的部分图示或描述的特征可以与另一实施例一起使用，以生成又一个实施例。因而，本发明旨在覆盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的这些修改和变型。
文中使用的术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换地使用，以将一个部件与另一部件区分开，而不意在指明单个部件的部位或重要性。
术语“上游”和“下游”指代参照流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”指代流体从该处流动的方向，“下游”指代流体向该处流动的方向。关于附图(诸如关于图1所描绘的)，“上游端部99”描绘流体从该处流动到发动机10中的参考，“下游端部98”描绘流体从上游端部99流动到该处的参考。
大体提供了用于确定涡轮机械(下文，“发动机”)的发动机上的一个以上部位处的健康状况的方法(如，下面进一步描述的方法1000)和系统(如，下面进一步描述的系统100)，以及基于所确定的健康状况的操作。系统100包括在每个发动机操作状况下获取数据或参数组的多个传感器。获取的每个参数组对应于或反映系统的上游健康状况。系统100和方法1000比较在两个以上发动机操作状况下从每个传感器获取的每个参数组，然后结合参数组以确定发动机上的健康恶化促成物所在的部位。
在一个实施例中，传感器可以限定温度探头(如，排放气体温度或EGT探头)，其测量发动机的流路周围的周向温度分布或场系数。每个发动机操作状况限定不同的流体(如，空气、燃料、燃料空气混合物或燃烧气体)流动速率，压力，温度，涡度，周向旋流，边界状况或流体的另一物理或化学性质，或者其组合中的一个以上。发动机操作状况的每个变化可以基于飞行状况(诸如起动，怠速，起飞，爬升，巡航，或降落(或其他涡轮机械构造中的等效操作状况))，轮叶布置的变化(如，轮叶角度)，引气布置(如，引气阀的打开或关闭量)，转子速度，环境空气状况(如，进入发动机的空气的温度、压力、密度等)，燃料空气比，或健康恶化促成物(如，退化、磨损或损坏、转子到护罩的间隙、失灵等)或其组合中的一个以上。更进一步，在一个示例中，限定故障部位的健康状况可以反映在发动机中的部位处的磨损、损坏或退化(如，该部位是限定EGT探头的传感器上游的一个以上燃料喷嘴)。这样，发动机操作状况中的每个改变导致传感器随着发动机操作状况中的每个改变获取反映不同部位(如，燃料喷嘴)的参数组(如，在流路处的温度分布)。更具体地，与较低功率发动机操作状况相比，较高功率发动机操作状况可以导致不同的流体周向旋流，使得传感器基于发动机操作状况中的每个改变获取反映不同燃料喷嘴或多个燃料喷嘴的参数组。
因为来自传感器的每个参数组反映在每个发动机操作状况下的不同燃料喷嘴，所以系统和方法比较并结合来自每个发动机操作状况的参数组以确定健康恶化促成物的部位(如，损坏、恶化或以其他方式失灵的燃料喷嘴)。
例如，多个传感器S基于每个发动机操作状况E获取多个参数组P，其中每个传感器确定在传感器S上游的部位L处的健康状况。更具体地，在一个实施例中，第一传感器S1基于第一发动机操作状况E1获取第一参数组P1E1S1可以指示在部位L1处的第一燃料喷嘴的健康状况。然而，第一传感器S1基于第二发动机操作状况E2(即，与第一发动机操作状况E1不同)获取第二参数组P1`E2S1可以指示在部位L1`处的第二燃料喷嘴的健康状况(即，更通常地，不是在部位L1处的第一燃料喷嘴)。更进一步，相对于第二发动机操作状况E2而不相对第一发动机操作状况E1，第二参数组P1`E2S1可以进一步指示在部位L1`处的第二燃料喷嘴的健康状况。这样，发动机的用户或操作员知道相对于E1在L1处的健康状况和相对于E2在L1`处的健康状况。然而，用户不知道相对于E2在L1处的健康状况和相对于E1在L1`处的健康状况。
这样，经由第二传感器S2，系统100和方法1000进一步基于第一发动机操作状况E1获取第三参数组P1`E1S2，指示在部位L1`处的第二燃料喷嘴的健康状况。更进一步，第二传感器S2基于第二发动机操作状况E2获取第四参数组P1E2S2，指示在部位L1处的第一燃料喷嘴的健康状况。
方法1000和系统100基于P1E1S1和P1E2S2比较参数组并确定在L1处的健康状况。方法和系统进一步基于P1`E2S1和P1`E1S2比较参数组并确定在部位L1`处的燃料喷嘴处的健康状况。这样，方法和系统确定相对于发动机操作状况E1和E2在部位L1处的燃料喷嘴处的发动机的健康状况，以及进一步相对于发动机操作状况E1和E2在部位L1`处的健康状况。
这样，文中大体描述的方法1000和系统100能够更精确地确定发动机内的健康状况。例如，经由限定EGT探头的多个传感器，文中描述的方法和系统可以在一个以上发动机操作状况下确定传感器上游的故障燃料喷嘴。例如，燃料喷嘴可以在低功率状况(如，启动、地面怠速等)下限定故障操作，而不在较高功率状况(如，巡航、爬升、起飞等)下限定故障操作。文中描述的方法和系统可以具体地确定故障燃料喷嘴的部位和/或在哪个发动机操作状况下燃料喷嘴限定故障行为。
尽管关于燃料喷嘴进行描述，但是应当理解，文中描述的方法1000和系统100可以被运用来确定发动机上存在健康恶化促成物的部位。例如，诸如先前所述，文中描述的方法和系统可以确定多个燃料喷嘴中的哪一个或几个限定故障状况(如，损坏、磨损、恶化、堵塞等)，和/或，在哪个发动机操作状况下存在故障(如，起动、地面怠速、飞行怠速、巡航、接近、爬升、起飞等，或其他涡轮机械构造中的对应状况)。作为另一示例，方法和系统可以限定固定或可变轮叶中的哪一个或几个有故障(如，错误定位、损坏、磨损等)，或者引气阀故障操作。作为又一示例，方法和系统可以大体限定发动机内的周向、径向和/或轴向部位，在该部位存在流路中的故障(如，堵塞、异物或本身物体损坏、涂层或材料损失等)。
而且，应当理解，文中描述的方法1000和系统100可以被运用以比较和结合经由多个传感器在多个发动机操作状况下获取的多个参数组，以确定发动机上的多个部位处的健康状况。这样，系统可以大体包括数量N个传感器S，其中N>1。系统和方法可以进一步包括在数量X个发动机操作状况下操作发动机，其中X>1。系统和方法进一步确定在小于或等于N的一定量的部位中的每一个处的健康状况。
附加地或替代性地，文中描述的系统100和方法1000可以包括确定发动机上在周向、径向和/或轴向范围上的健康状况的部位L。这样，在一个实施例中，部位L和L`可以部分地重叠。在另一实施例中，部位L和L`是非重叠的。
虽然文中大体描述为用于确定发动机的健康状况的方法1000和系统100，但是应当理解，“健康状况”、“健康状况预测”、“健康恶化促成物”等可以进一步涉及性能和/或可操作性状况、预测或恶化促成物。例如，健康状况可以进一步指示，发动机上影响发动机可操作性或性能的一个以上部位，该发动机可操作性或性能包括但不限于旋转失速或喘振，恶化的排放性能(如，增加的未燃烧的碳氢化合物、烟、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等)，减小贫燃或富燃吹熄稳定性，增加的发动机或燃烧动态等。
多个传感器中的每一个传感器S在发动机内的测量范围R上进行感知，以便测量参数组P。测量范围R是至少预定距离U和基于发动机操作状况E的系数C的函数。预定距离U可以大体限定流路内的周向、径向或轴向距离或其组合(如，三维)，流体流动经过该流路，并且在流路处传感器S可以感知、检测或以其他方式测量基于基准或标称状况的参数组P。例如，预定距离U可以大体限定流路内沿着周向、径向或轴向距离或其组合的最大距离或范围，在流路处，给定理想状况可以测量参数组P。在一个示例中，这种理想状况可以大体限定环境状况。在另一示例中，理想状况可以大体在操作期间限定发动机的基准稳定状态状况。这种基准稳定状态状况可以包括发动机的最小或最大稳定状态操作状况。
发动机操作状况E的变化(特别地，诸如流动状况的变化)，基于发动机操作状况E的变化更改或以其他方式改变多个传感器S的测量范围R。在各种实施例中，发动机操作状况E的变化基于每个发动机操作状况E乘以预定距离U限定系数C，以便基于发动机操作状况E更改测量范围R。例如，在一个实施例中，系数C大于零且小于或等于1.0。因此，测量范围R可以基于函数R＝F(CX，EX)更改。
每个传感器S限定至少作为发动机操作状况E和预定距离U的函数的测量范围R。每个传感器S以此相对于每个发动机操作状况跨越范围R测量、计算或以其他方式获取参数组P。替换性地说，每个参数组P反映相对于每个发动机操作状况E的不同范围R。这样，文中描述的系统和方法使得能够结合对应于不同发动机操作状况E的多个参数组P以确定发动机上的每个部位L处的健康状况。
例如，参考图3A至图3B，大体提供示范性涡轮机械(下文，“发动机10”)的示范性横截面视图。关于图3A，传感器S1基于第一发动机操作状况E1，预定距离U和基于发动机操作状况E1的第一系数C1限定测量范围RE1S1。关于图3A，传感器S1基于第二发动机操作状况E2，预定距离U和基于发动机操作状况E2的第二系数C2(即，不同于第一系数C1)限定测量范围RE2S1。
参考图3A，数量N个传感器(如，S1，S2，S3...，S(N-1)，SN)中，每个传感器S基于第一发动机操作状况E1，预定距离U和基于第一操作状况E1的第一系数C1限定测量范围R。例如，传感器S1限定测量范围RE1S1；传感器S2限定测量范围RE1S2(未示出)；直到传感器SN限定测量范围RE1SN。
参考图3B，从S1到SN的每个传感器S基于第二发动机操作状况E2，预定距离U和基于第二操作状况E2的第二系数C2限定测量范围R。例如，传感器S1限定测量范围RE2S1；传感器S2限定测量范围RE2S2(未示出)；直到传感器SN限定测量范围RE2SN。
应当理解，每个传感器S在每个发动机操作状况E下限定测量范围R，使得在传感器S1处的数量X个发动机操作状况下的测量范围R是REXS1；在传感器S2处测量范围是REXS2；直到传感器SN限定测量范围REXSN。
现在参考附图，图1是发动机10的示意性部分横截面侧视图，可以包含本发明的各种实施例。发动机10或其部分可以包括在系统100中，用于确定在涡轮机械处的健康恶化和健康恶化的部位。尽管文中大体描述为涡轮风扇构造，但是文中示出和描述的发动机10可以大体进一步限定蒸汽涡轮发动机或燃气涡轮发动机，包括但不限于涡轮螺旋桨、涡轮轴或涡轮喷气构造，或者在其他实施例中，管道燃烧器、冲压喷气或超燃冲压喷气等布雷顿循环机械的构造。如图1所示，出于参考目的，发动机10具有经过其延伸的纵向或轴向中心线轴线12。大体，发动机10可以包括风扇组件14和安置在风扇组件14下游的核心发动机16。
核心发动机16可以大体包括大致筒状的外壳体18，外壳体18限定环状入口20。核心发动机16进一步限定穿过其的一个以上流路70。例如，环状入口20大体限定流路70的开口，空气流动80通过流路70被引导至压缩机区段21、燃烧区段26和涡轮区段31。然而，应当理解，发动机10可以进一步限定一个以上流路，用于冷却或其他流体传输或输送。外壳体18以连续流动关系包围或至少部分地形成：压缩机区段21，具有增压器或低压(LP)压缩机22、高压(HP)压缩机24，或一个以上中压(IP)压缩机(未示出)，一个以上IP压缩机在空气动力学上安置在LP压缩机22和HP压缩机24之间；燃烧区段26；涡轮区段31，包括高压(HP)涡轮28、低压(LP)涡轮30和/或一个以上中压(IP)涡轮(未示出)，一个以上IP涡轮在空气动力学上安置在HP涡轮28和LP涡轮之间30；以及，喷气排放喷嘴区段32。高压(HP)转子轴34将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24。低压(LP)转子轴36将LP涡轮30驱动地连接到LP压缩机22。在其他实施例中，IP转子轴将IP涡轮驱动地连接到IP压缩机(未示出)。LP转子轴36还可以(或者替换性地)连接到风扇组件14的风扇轴38。在特定实施例中，诸如图1中示出的，LP轴36可以诸如以间接驱动或齿轮式驱动构造经由功率或减速齿轮组件40连接到风扇轴38。然而，应当理解，在其他实施例中，发动机10可以限定没有减速齿轮组件的直接驱动构造。
压缩机22，24、涡轮28，30和轴34，36，38的组合每个皆限定发动机10的转子组件90。例如，在各种实施例中，LP涡轮30、LP轴36、风扇组件14和/或LP压缩机22一起将转子组件90限定为低压(LP)转子组件。转子组件90可以进一步包括风扇转子38，风扇转子38经由齿轮组件40联接到风扇组件14和LP轴36。作为另一示例，HP涡轮28、HP轴34和HP压缩机24可以一起将转子组件90限定为高压(HP)转子组件。应当进一步理解，转子组件90可以经由IP压缩机、IP涡轮以及空气动力学上安置在LP转子组件和HP转子组件之间的IP轴的组合来限定。
仍在各种实施例中，转子组件90进一步包括轴承组件160，轴承组件160使轴(如，轴34，36，38)能够相对于围绕的接地或静态结构(如，外壳体18)旋转，诸如关于图2进一步示出和描述的。
如图1所示，风扇组件14包括多个风扇叶片42，多个风扇叶片42联接到风扇轴38并且从风扇轴38径向向外延伸。环状风扇壳体或舱室44周向上围绕风扇组件14和/或核心发动机16的至少一部分。对于本领域技术人员而言，应当理解，舱室44可以构造成通过多个周向上间隔的出口导向轮叶或支柱46而相对于核心发动机16被支撑。另外，舱室44的至少一部分可以在核心发动机16的外部分上延伸，以便在其间限定旁路气流通道48。
发动机10进一步包括遍及发动机10安置的多个传感器240(文中进一步指代传感器S)。传感器240可以安装在发动机10处的一个以上表面上，诸如但不限于舱室44或外壳体18，或者大体在风扇部分14，压缩机区段21，燃烧区段26，涡轮区段31或排放区段32处。关于传感器S所描述的，传感器240可以构造成获取参数组P，诸如关于方法1000和图2至图4所描述的。在各种实施例中，传感器240可以构造成获取或计算振动测量值，应力或应变，推力输出，或施加的载荷，压力，温度，或旋转速度。尽管关于图1描绘一些示范性部位，但是应当理解，传感器240可以遍及发动机10安置，诸如文中大体概括的。
在发动机10操作期间，如由箭头74示意性地指示的一定体积的空气通过舱室44和/或风扇组件14的相关入口76进入发动机10。当空气74穿过风扇叶片42时，如由箭头78示意性地指示的空气的一部分被引导或输送到旁路气流通道48中，同时如由箭头80示意性地指示的空气的另一部分被引导或输送到LP压缩机22中。当空气80通过LP压缩机22和HP压缩机24朝向燃烧区段26流动(诸如由箭头82示意性地指示的)时，空气80逐渐被压缩。
仍参考图1，在燃烧区段26中生成的燃烧气体86流动到涡轮区段31的HP涡轮28，因而引起HP轴34旋转，以此支撑HP压缩机24的操作。如图1所示，燃烧气体86然后被输送到LP涡轮30，因而引起LP轴36旋转，以此支撑LP压缩机22的操作和风扇轴38的旋转。然后，燃烧气体86通过核心涡轮发动机16的喷气排放喷嘴区段32被输送，以提供推进力。
随着发动机10的操作继续一定量的循环，各种部件的恶化大体通过正常磨损，或异物或本身物体碎片和损坏，或发动机10的失灵而导致。发动机10的这种恶化或大体不利的操作可以致使旋转失速，喘振，不期望的燃烧动态，不期望的场系数或热点(如，来自燃烧室的跨越周向和/或轴向热梯度的温度峰值)，贫燃吹熄，富燃吹熄，恶化的排放性能(如，未燃烧的碳氢化合物、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、颗粒等)，涂层或材料损失，推力的损失，可操作性的损失(如，在预期的操作区间上操作的能力)，或性能的损失等，或其组合。
发动机10构造成在多个发动机操作状况下操作，其中每个发动机操作状况对应于发动机的操作模式。在各种实施例中，发动机操作状况对应于启动状况，起燃状况，最小稳定状态操作状况，最大稳定状态操作状况，在最小和最大稳定状态操作状况之间的一个以上中间稳定状态操作状况，或在最小、最大和中间稳定状态操作状况之间的瞬态状况。每个发动机操作状况限定发动机10内的流体的流动速率、压力和/或温度(如，发动机进入空气74，风扇旁通空气78，核心进入空气80，压缩空气82，或通过流路70的燃烧气体86，液体或气态燃料，润滑剂，液压流体，或用于热交换、加压、缓冲等发动机内的其他流动通道)。每个发动机操作状况可以进一步限定在发动机10处的流体的周向，径向和/或轴向速度，热或压力分布或梯度，旋流，湍流或层流分布。发动机操作状况可以大体对应于发动机10的操作状况。发动机操作状况可以进一步对应于轮叶布置(如，可变轮叶角度)，引气或旁通流动布置(如，阀打开或关闭以使流体绕道的量)，或发动机上的恶化。
作为另一示例，发动机操作状况限定实际发动机操作状况，诸如最小稳定状态操作状况(即，使转子组件90的旋转保持在近似零加速度的燃料和/或氧化剂的最小流动速率)，最大稳定状态操作状况(即，使转子组件90的旋转保持在近似零加速度的燃料和/或氧化剂的最大流动速率)，在启动(即，从零RPM加速)和最大稳定状态操作状况，或一个以上中间稳定状态操作状况之间的瞬态状况。在各种实施例中，诸如与航空燃气涡轮发动机有关，发动机操作状况可以包括起动状况，怠速，起飞，爬升，巡航和降落状况中的一个以上，或其间的瞬态状况。
发动机操作状况可以进一步与发动机的流路内的流体的流动状况互相关联。流动状况大体基于或由于发动机的每个操作状况而更改、改变或调制。例如，流路内的流体的轴向、径向或周向流动状况大体相对于发动机的每个操作状况而改变。作为另一示例，流路内的流体的热梯度、压力梯度或速度分布相对发动机的每个操作状况而改变。作为另一示例，速度分布可以更改，以便沿着流路增加或减小流体的轴向、径向和/或周向流动速率。替换性地说，速度分布可以沿着流路内的轴向、径向和/或圆周方向增加或减小流体的旋流的幅度。
现在参考图2，大体提供用于生成涡轮机械发动机上的健康状况预测的方法的实施例(下文，“方法1000”)。文中大体示出和描述的方法1000和用于运用和执行该方法的系统(如，图1中的系统100)的实施例，至少基于比较从多个传感器(如，图1中的传感器S)获取多个发动机操作状况下的参数组，生成发动机上的健康状况预测。文中大体提供的方法1000的实施例可以关于系统100运用或执行，诸如关于图1示出和描述的。然而，应当理解，文中示出和描述的方法和系统可以大体关于涡轮发动机运用和执行，包括但不限于燃气涡轮发动机或蒸汽涡轮发动机，包括涡轮螺旋桨、涡轮轴、涡轮风扇或涡轮喷气构造，包括用于基于陆地或基于交通工具的发电，或陆地、海洋或空中交通工具的构造。
文中大体示出和描述的方法和系统的实施例生成健康状况预测，健康状况预测提供传感器上游的发动机上的健康恶化促成物或故障可能所在的周向、径向和/或轴向部位的估计。健康恶化促成物大体包括发动机上的损坏的周向、径向和/或轴向部位，失灵部件的部位(如，流路泄漏，导致不期望流动状况的流路损坏，燃料喷嘴失灵，定子或可变轮叶失灵，密封或护罩损坏或失灵，或阀失灵、泄漏或损坏，或其组合)。
方法1000包括，在1005处，经由多个传感器S获取每个对应于多个发动机状况E的多个参数组P，其中对应于每个发动机状况E的每个参数组P指示发动机上的多个部位处的健康状况。
在各种实施例中，方法1000进一步包括，在1010处，经由第一传感器S1基于第一发动机操作状况E1获取第一参数组P1E1S1，其中第一参数组P1E1S1指示发动机的第一部位L1处的健康状况，诸如文中上面描述的。
方法1000包括，在1020处，经由第一传感器S1基于第二发动机操作状况E2获取第二参数组P1`E2S1，其中第二参数组P1`E2S1指示第二发动机操作状况下在第二部位L1`(即，与第一部位L1不同)处的健康状况。
方法1000进一步包括，在1030处，经由第二传感器S2基于第一发动机操作状况E1获取第三参数组P1`E1S2，其中第三参数组P1`E1S2指示第一发动机操作状况E1下在第二部位L1`处的健康状况。
方法1000进一步包括，在1040处，经由第二传感器S2基于第二发动机操作状况E2获取第四参数组P1E2S2，其中第四参数组P1E2S2指示第二发动机操作状况E2下在第一部位L1处的健康状况。
方法1000进一步包括，在1050处，比较多个参数组以确定与发动机上的部位对应的健康状况。在各种实施例中，方法1000在1050处进一步包括，在1051处，比较或结合第一参数组P1E1S1、第二参数组P1`E2S1、第三参数组P1`E1S2和第四参数组P1E2S2，以确定与发动机上的部位对应的健康状况。更具体地，方法1000可以包括，在1052处，比较或结合参数组以确定在第一部位L1处的健康状况。这样，步骤1052可以包括，比较第一参数组P1E1S1和第四参数组P1E2S2。更进一步，方法1000可以包括，在1053处，比较或结合参数组以确定在第二部位L1`处的健康状况。这样，步骤1053可以包括，比较或结合第二参数组P1`E2S1和第三参数组P1`E1S2。
更进一步，方法1000可以进一步包括，在1055处，经由比较的参数组确定健康恶化促成物的一个以上部位。例如，方法1000在1055可以大体包括，比较参数组(如，在步骤1050、1051、1052、1053)以确定发动机上的故障的部位，诸如文中和上面进一步描述的。在1055处的步骤可以包括基于多个发动机操作状况结合参数组的一个以上操作或功能。
此外，应当理解，方法1000在1005处，或者更具体地在1010、1020、1030和1040处，可以包括，在数量X个发动机操作状况E的每一个处从每个可使用或可操作的传感器S(如，S1、S2、S3...S(N-1)、SN)获取对应于每个传感器S的参数组P。例如，参考图3A至图3B，在发动机操作状况E1下，传感器S1可以获取指示与第一部位L1对应的健康状况的参数组P1E1S1；传感器S2可以获取指示与另一部位L1`对应的健康状况的P1`E1S2；传感器S3可以获取指示与又一部位L``对应的健康状况的P1``E1S3；通过传感器SN获取指示与又一部位LY对应的健康状况的P1YE1SN，其中Y小于或等于传感器S的数量N。替换性地说，数量Y与发动机上的部位L的数量对应，在该部位L处通过参数组P获取的健康状况被指示。
作为又一示例，在发动机操作状况E2下，传感器S1可以获取指示与不同于第一部位L1的部位(如，L1`，或不是L1)对应的健康状况的参数组P1`E2S1；传感器S2可以获取指示(至少部分)与第一部位L1对应的健康状况的P1E2S2；传感器S3可以获取指示与不同于L1和L1`的又一部位对应的健康状况的另一参数组；通过传感器SN获取指示(至少部分)与不同于LY的又一部位LY`对应的健康状况的P1Y`E2SN。
这样，诸如由于随着每个发动机操作状况E的测量范围R的变化，多个传感器S每个在每个发动机操作状况E下通过数量X获取每个与发动机上的部位的不同组合对应的多个参数组P。更进一步，方法1000在1050处，或更具体地在1051、1052和1053处，可以包括比较和结合每个指示部位的不同组合的多个参数组，以确定发动机上的多个部位处的健康状况。方法1000在1055处可以进一步基于每个指示部位的不同组合的多个参数组确定发动机上的健康状况。
在各种实施例中，方法1000进一步包括，在1060处，向发动机的用户或操作员生成和提供指示用于用户/操作员的动作项目的信号。例如，动作项目可以包括发动机操纵、维护动作或操作限制。
在1060处生成的指示发动机操纵的信号可以进一步包括，在1061处，发送指示改变发动机操作状况的信号。例如，改变发动机操作状况可以包括，改变发动机的加速度或旋转速度，改变发动机内的流体的压力、温度和/或流动速率，或改变推力输出。例如，发动机操纵可以包括：调节可变轮叶角度，以便调节发动机内的流体的压力和/或流动速率；调节燃料流动速率或压力，以便调节发动机内的流体的旋转速度和/或压力、流动速率和/或温度；或对阀(如，引气阀或旁通阀)进行调制，以便调节流路内的流体的流动速率和/或压力，或其组合。指示发动机操纵或其变化的信号可以使发动机能够继续或延长操作，同时减轻发动机的进一步恶化或降低发动机的恶化速率。
在1060处生成的指示维护动作的信号可以包括，在1062处，发送指示发动机上的周向、径向和/或轴向部位的信号，在该部位处应当调查和/或实施维护动作。例如，发动机上的部位可以指示：健康恶化促成物所在的发动机的压缩机区段或涡轮区段处的模块或部段；健康恶化促成物所在的沿着流路的部位；或者，健康恶化促成物所在的沿着固定部件的部位。例如，指示维护动作的信号可以指示泄漏或故障部件(如，燃料喷嘴、轮叶、阀、歧管等)的部位，在该部位处，用户/操作员应当进一步调查该部位或修理/更换在该指示的部位处的部件。
在1060处生成的指示操作限制的信号可以包括，在1063处，基于健康恶化促成物的部位发送指示发动机操作的变化的信号。例如，所指示的故障、损坏或缺陷的部位可以进一步指示发动机的用户/操作员基于健康恶化促成物的部位以减少的推力输出、压力、流动速率和/或温度继续操作。这样，用户/操作员可以调节发动机的操作，直到经由维护动作补救健康恶化促成物。
在各种实施例中，参数组P是发动机上的流体的温度、压力、流动速率或其他计算或测量的参数中的一个以上。例如，流体可以包括核心流路、旁通流路、热交换流路、润滑剂流路或发动机内的另一流路内的空气或燃烧气体。作为另一示例，流体可以包括发动机内的燃料、润滑剂、液压流体、冷却剂或另一液体或气态流体。
在其他各种实施例中，多个传感器S每个限定发动机上的离散传感器部位。例如，多个传感器S限定一定数量的传感器S1至SN，其中N>1。与多个传感器S的传感器彼此不同的每个传感器S限定发动机的离散轴向、径向和/或周向部位。
在一个实施例中，多个传感器S可以沿着发动机的轴向平面限定，诸如沿着关于图1中描绘的发动机10的轴向方向A。例如，每个传感器S沿着流路周向地分离，诸如关于图3A至图3B大体描绘的。关于图3A至图3B描绘的传感器S大体获取指示传感器S上游的部位L1和L1`的参数组P(如，关于图4描绘的)。在其他实施例(未示出)中，每个传感器S沿着流路径向地分离，或者沿着流路以径向地和周向地组合分离。作为又一示例，每个传感器S沿着流路轴向地分离，或者沿着流路以径向地、周向地和轴向地组合分离。
应当理解，文中描述的系统和方法可以进一步包括，在1003处，在多个发动机操作状况E下操作发动机，使得传感器S可以获取关于步骤1005或更具体地关于步骤1010、1020、1030、1040描述的参数组P。更进一步，方法1000在1003可以包括至少基于发送的和生成的信号操作发动机(如，步骤1060、1061、1062、1063)。例如，方法1000在1003处可以经由改变旋转速度，空气或燃料流动速率，压力或温度，流体流动或转子速度的加速度/减速度或其他速率的改变，或轮叶或引气安排，或其组合来改变发动机操作状况。作为另一示例，方法1000在1003处可以包括，改变发动机操作状况，以便能够施行维护动作，诸如但不限于发动机或其部件的命令关闭。
返回参考图1，系统100可以进一步包括计算设备210。大体地，计算设备210可以对应于任何合适的基于处理器的设备，包括一个以上计算设备。例如，图1图示可以被包括在计算设备210内的合适的部件的一个实施例。如图1所示，计算设备210可以包括处理器212和相关存储器214，其构造成执行各种计算机实施的功能。在各种实施例中，计算设备210可以构造成操作发动机10，诸如控制发动机10以在限定发动机的操作状况的发动机操作状况下操作，诸如文中进一步描述的。在其他各种实施例中，计算设备210可以进一步构造成执行文中大体描述的方法1000的一个以上步骤或操作。
如文中使用的，术语“处理器”不仅指代本领域中指代的包括在计算机中的集成电路，而且指代控制器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、特殊应用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和其他可编程电路。此外，存储器214可以大体包括存储器元件，包括但不限于计算机可读介质(如，随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(如，闪存)、光盘-只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多用途盘(DVD)和/或其他合适的存储器元件或其组合。在各种实施例中，计算设备210可以限定全权数字发动机控制器(FADEC)、螺旋桨控制单元(PCU)、发动机控制单元(ECU)或电子发动机控制(EEC)中的一个以上。
如示出的，计算设备210可以包括储存在存储器214中的控制逻辑216。控制逻辑216可以包括当通过一个以上处理器212执行时使得一个以上处理器212施行诸如关于方法1000描述的操作的指令。
此外，如图1所示，计算设备210还可以包括通信接口模块230。在各种实施例中，通信接口模块230可以包括用于发送和接收数据的相关电子电路。这样，计算设备210的通信接口模块230可以用于从发动机10(如，在转子组件90、齿轮组件40、在核心发动机16和/或风扇旁路气流通道48处的流路、轴承160或近接或附接到其上的传感器240中的一个以上处)接收数据，来提供参数组P，诸如但不限于振动测量值(如，加速度计、近接探头、位移探头等)、应力或应变(如，应变仪)、推力输出(如，经由发动机压力比计算出的)、或施加的载荷(如，荷重元)、压力(如，压力转换器或压力探头)、温度(如，热电偶)或旋转速度(如，1/转信号，转速表或近接转子组件90的其他速度检测设备)。此外，通信接口模块230还可用于与发动机10的任何其他合适的部件通信，包括构造成监测和/或获取发动机10的一个以上参数组P的任何数目的传感器S。
应当理解，通信接口模块230可以是合适的有线和/或无线通信接口的任何组合，并且因而可以经由有线和/或无线连接，通信地联接到包括发动机10的系统100的一个以上部件。这样，计算设备210可以操作、调制或调节发动机10的操作，经由传感器S获取参数，或确定健康恶化促成物的部位，或诸如关于方法1000描述的其他步骤。
应当进一步理解，系统100可以包括多个计算设备210，计算设备210构造成共同地或单独地施行文中大体描述的方法1000的操作或步骤中的一个以上。例如，一个以上计算设备210可以构造成操作发动机10。另一计算设备210可以构造成确定健康恶化促成物的部位。一个以上计算设备210可以经由合适的有线和/或无线通信接口的任何组合联接在一起，以便获取、发送、确定、生成或提供跨越一个以上计算设备210的数据、计算、结果、指令或命令。合适的有线和/或无线通信接口的这种组合可以包括但不限于集中式网络或数据库，包括被称之为云网络的那些。
这样，应当理解，系统100可以包括从发动机10向另一计算设备210通信的一个以上计算设备210，另一计算设备210位于联接有发动机10(如，驾驶舱或其他飞行器控制)的飞行器处或远离飞行器。例如，计算设备210可以位于基于地面、海洋或空间的设施或装置或者另一飞行器处。
文中示出和描述的方法和系统的实施例使能够确定健康恶化促成物在发动机上的更精确的部位，诸如损坏或磨损，异物或本身物体碎片，或失灵，或其他操作不一致或异常。所确定的部位可以被发送到发动机的用户/操作员，以便调节由于恶化促成物的发动机的操作，或者基于经由该方法或系统提供的恶化促成物的部位提供针对性的维护、修理或恶化的部件的更换。所确定的部位可以进一步减少在问题诊断，调查或以其他方式修理发动机时的时间损失。所确定的部位可以进一步经由在发动机操作期间提供实时问题诊断来进一步减轻操作期间对发动机的损坏，以便使用户/操作员能够由此调节发动机操作。
文中大体提供的方法和系统的特定实施例可以跨越发动机操作状况的变化(如，从第一发动机操作状况E1和第二发动机操作状况E2)获取传感器到传感器的变化(如，从发动机上的第一位置处的第一传感器S1和在不同于第一位置的第二位置处的第二传感器S2)。例如，传感器(如，传感器S)可以限定安置在涡轮区段31或排放区段32中的温度探头(如，排放气体温度或EGT探头)。方法1000可以经由在多个发动机操作状况下获取参数和比较传感器到传感器的变化，改进确定健康恶化促成物及其部位L(如，燃料喷嘴焦化、开裂、泄漏等)，该部位可能在流路70内周向地、径向地和/或轴向地导致热或冷条纹。
在其他实施例中，传感器可以限定安置在压缩机区段21、燃烧区段26、涡轮区段31、排放区段32或风扇区段14处的压力探头。方法1000可以通过经由在多个发动机操作状况下获取参数和比较传感器到传感器的变化来改进健康恶化促成物的确定，改进发动机10的操作、维护或性能。此外，或替换性地，方法1000可以通过经由改进健康恶化促成物的确定来改进推力输出(如，经由发动机压力比或EPR计算的推力输出)，改进发动机10的操作、维护或性能。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何设备或系统，并施行任何并入的方法。本发明的专利权范围由权利要求书来限定，可以包括本领域技术人员容易想到的其他示例。这种其他示例意在包括于权利要求书的范围内，如果该示例包括与权利要求书的文字语言并无不同的结构元件的话，或者，如果该示例包括与权利要求书的文字语言无实质不同的等同结构元件的话。
本发明的各种特征，方面和优点也可以体现在以下条项中描述的各种技术方案中，这些方案可以以任何组合方式组合：
1.一种用于确定涡轮发动机的性能的系统，所述系统包含多个传感器和被构造成执行操作的一个以上的计算设备，其特征在于，所述操作包含：
经由多个传感器，获取每个对应于多个发动机状况的多个参数组，其中对应于每个发动机状况的每个参数组指示所述发动机上的多个部位处的健康状况；
经由所述计算设备，比较所述多个参数组以确定与所述发动机上的部位对应的健康状况；以及
经由所述计算设备，基于比较的所述参数生成所述发动机上的健康状况预测。
2.如条项1所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包含：
经由第一传感器，基于第一发动机操作状况获取第一参数组，指示所述发动机的第一部位处的健康状况；以及
经由所述第一传感器，基于第二发动机操作状况获取第二参数组，指示不同于所述第一部位的第二部位处的健康状况。
3.如条项2所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包含：
经由第二传感器，基于所述第一发动机操作状况获取第三参数组，指示所述第二部位处的健康状况；以及
经由所述第二传感器，基于所述第二发动机操作状况获取第四参数组，指示所述第一部位处的健康状况。
4.如条项3所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包含：
经由所述计算设备，比较所述第一参数组、所述第二参数组、所述第三参数组和所述第四参数组，以确定与所述发动机上的部位对应的健康状况。
5.如条项4所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包含：
比较所述参数组以确定所述第一部位处的所述健康状况；以及
比较所述参数组以确定所述第二部位处的所述健康状况。
6.如条项4所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包含：
比较所述第一参数组和所述第四参数组，以确定所述第一部位处的所述健康状况。
7.如条项4所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包含：
比较所述第二参数组和所述第三参数组，以确定所述第二部位处的所述健康状况。
8.如条项1所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包含：
经由所述计算设备，经由比较的所述参数组确定健康恶化促成物的一个以上的部位。
9.如条项1所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包含：
经由所述计算设备，为所述发动机的操作员生成指示用于用户/操作员执行的动作项目的信号。
10.如条项9所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包含：
经由所述计算设备，发送指示发动机操纵的所述信号。
11.如条项9所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包含：
经由所述计算设备发送指示维护动作的所述信号。
12.如条项9所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包含：
经由所述计算设备发送指示操作限制的所述信号。
13.如条项1所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包含：
在多个发动机操作状况下操作所述发动机，以在多个不同操作状况下生成一定量的发动机操作状况。
14.一种基于健康恶化状况操作发动机的方法，其特征在于，所述方法包含：
获取每个对应于多个发动机状况的多个参数组，其中，对应于每个发动机状况的每个参数组指示所述发动机上的多个部位处的健康状况；
比较所述多个参数组以确定与所述发动机上的部位对应的健康状况；以及
基于比较的所述参数生成所述发动机上的健康状况预测。
15.如条项14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包含：
经由比较的所述参数组确定健康恶化促成物的一个以上的部位。
16.如条项14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包含：
为所述发动机的操作员生成指示用于用户执行的动作项目的信号。
17.如条项16所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包含：
发送指示发动机操纵的所述信号。
18.如条项16所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包含：
发送指示维护动作的所述信号。
19.如条项16所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包含：
发送指示操作限制的所述信号。
20.如条项14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包含：
在多个发动机操作状况下操作所述发动机，以在多个不同操作状况下生成一定量的发动机操作状况。

Claims (18)

1.一种用于确定涡轮发动机的性能的系统，所述系统包含多个传感器和被构造成执行操作的一个以上的计算设备，其特征在于，所述操作包含：
经由包含第一传感器和第二传感器的所述多个传感器，获取每个对应于多个发动机状况的多个参数组，其中获取所述多个参数组包含；
经由所述第一传感器，基于第一发动机操作状况获取第一参数组，指示所述发动机的第一部位处的健康状况；
经由所述第一传感器，基于第二发动机操作状况获取第二参数组，指示所述发动机的第二部位处的健康状况；
经由所述第二传感器，基于所述第一发动机操作状况获取第三参数组，指示所述第二部位处的健康状况；以及
经由所述第二传感器，基于所述第二发动机操作状况获取第四参数组，指示所述第一部位处的健康状况；
经由所述计算设备，比较所述多个参数组以确定与所述发动机上的各自的部位对应的各自的健康状况；以及
经由所述计算设备，基于比较的多个参数组生成所述发动机上的健康状况预测。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述操作包含：
经由所述计算设备，比较所述第一参数组、所述第二参数组、所述第三参数组和所述第四参数组，以确定与所述发动机上的各自的部位对应的健康状况。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述操作包含：
比较所述多个参数组以确定所述第一部位处的所述健康状况；以及
比较所述多个参数组以确定所述第二部位处的所述健康状况。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述操作包含：
比较所述第一参数组和所述第四参数组，以确定与所述第一部位对应的所述健康状况。
5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述操作包含：
比较所述第二参数组和所述第三参数组，以确定与所述第二部位对应的所述健康状况。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包含：
经由所述计算设备，经由比较的所述参数组确定健康恶化促成物的一个以上的部位。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述操作包含：
经由所述计算设备，为所述发动机的操作员生成指示用于操作员执行的动作项目的信号。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包含：
经由所述计算设备，发送指示发动机操纵的所述信号。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包含：
经由所述计算设备发送指示维护动作的所述信号。
10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述操作进一步包含：
经由所述计算设备发送指示操作限制的所述信号。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述操作包含：
在多个发动机操作状况下操作所述发动机。
12.一种基于健康恶化状况操作发动机的方法，其特征在于，所述方法包含：
获取每个对应于多个发动机状况的多个参数组，其中获取所述多个参数组包含；
经由第一传感器，基于第一发动机操作状况获取第一参数组，指示所述发动机的第一部位处的健康状况；
经由所述第一传感器，基于第二发动机操作状况获取第二参数组，指示所述发动机的第二部位处的健康状况；
经由第二传感器，基于所述第一发动机操作状况获取第三参数组，指示所述第二部位处的健康状况；以及
经由所述第二传感器，基于所述第二发动机操作状况获取第四参数组，指示所述第一部位处的健康状况；
比较所述多个参数组以确定与所述发动机上的各自的部位对应的各自的健康状况；以及
基于比较的多个参数组生成所述发动机上的健康状况预测。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包含：
经由比较的所述参数组确定健康恶化促成物的一个以上的部位。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包含：
为所述发动机的操作员生成指示用于用户执行的动作项目的信号。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包含：
发送指示发动机操纵的所述信号。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包含：
发送指示维护动作的所述信号。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包含：
发送指示操作限制的所述信号。
18.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包含：
在多个发动机操作状况下操作所述发动机。
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