DE102019115648A1

DE102019115648A1 - System und Verfahren zur Turbomaschinenschaufeldiagnose über kontinuierliche Markierungen

Info

Publication number: DE102019115648A1
Application number: DE102019115648.3A
Authority: DE
Inventors: Michael A. Ball; Kurt Kramer Schleif
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2020-02-20
Also published as: JP2019215001A; US20190376411A1

Abstract

[0041] In einer Ausführungsform ist ein Schaufelüberwachungssystem bereitgestellt. Das Schaufelüberwachungssystem schließt einen Prozessor ein. Der Prozessor ist konfiguriert, um ein Sensorsignal von einem Sensor zu empfangen, der konfiguriert ist, um eine Schaufel der Turbomaschine zu beobachten und eine Messung basierend auf einer Markierung abzuleiten, die auf der Schaufel der Turbomaschine angeordnet ist, wobei die Markierung ein kontinuierliches Merkmal umfasst. Der Prozessor ist auch konfiguriert, um die Messung einem Bediener der Turbomaschine anzuzeigen.

Description

HINTERGRUND
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Turbomaschinen, insbesondere ein System und Verfahren zur Turbomaschinenschaufelprognose und -diagnose über kontinuierliche Markierungen.
Gewisse Turbomaschinen, wie Gasturbinensysteme, schließen im Allgemeinen einen Kompressor, eine Brennkammer und eine Turbine ein. Der Kompressor komprimiert Luft aus einem Lufteinlass und leitet die komprimierte Luft danach zu der Brennkammer. In der Brennkammer wird die vom Kompressor empfangene komprimierte Luft mit einem Brennstoff vermischt und verbrannt, um Verbrennungsgase zu erschaffen. Die Verbrennungsgase werden in die Turbine hinein geleitet. In der Turbine laufen die Verbrennungsgase über Turbinenschaufeln der Turbine und treiben so die Turbinenschaufeln und eine Welle, an der die Turbinenschaufeln angebracht sind, in Drehung an. Die Drehung der Welle kann weiter eine Last, wie beispielsweise einen elektrischen Generator, antreiben, die mit der Welle gekoppelt ist. Der Fluss und Druck der Fluide in die Turbine hinein kann von den Turbinenschaufeln abhängig sein. Jedoch können Komponenten des Gasturbinensystems während Verwendung Verschleiß erfahren. Es wäre nützlich, prognostische und diagnostische Informationen für die Schaufeln von Komponenten des Gasturbinensystems bereitzustellen.
KURZBESCHREIBUNG
Gewisse Ausführungsformen, die dem Umfang der vorliegenden Offenbarung entsprechen, sind unten zusammengefasst. Diese Ausführungsformen sollen nicht den Umfang der beanspruchten Offenbarung einschränken, sondern diese Ausführungsformen sollen nur einen kurzen Überblick über mögliche Formen der Offenbarung geben. Tatsächlich kann die Offenbarung eine Vielzahl von Formen umfassen, die den unten aufgeführten Ausführungsformen ähnlich oder anders als diese sein können.
In einer ersten Ausführungsform ist ein Schaufelüberwachungssystem bereitgestellt. Das Schaufelüberwachungssystem schließt einen Prozessor ein. Der Prozessor ist konfiguriert, um ein Sensorsignal von einem Sensor zu empfangen, der konfiguriert ist, um eine Schaufel der Turbomaschine zu beobachten, und um eine Messung basierend auf einer Markierung abzuleiten, die auf der Schaufel der Turbomaschine angeordnet ist, wobei die Markierung ein kontinuierliches Merkmal umfasst. Der Prozessor ist auch konfiguriert, um die Messung einem Bediener der Turbomaschine anzuzeigen.
In einer zweiten Ausführungsform ist ein Turbomaschinensystem bereitgestellt. Das Turbomaschinensystem schließt eine Schaufel ein, die konfiguriert ist, um sich während Betriebs des Turbomaschinensystems zu drehen, und einen Sensor, der konfiguriert ist, um die Schaufel der Turbomaschine zu beobachten. Das Turbomaschinensystem schließt auch ein Schaufelüberwachungssystem ein. Das Schaufelüberwachungssystem schließt einen Prozessor ein. Der Prozessor ist konfiguriert, um ein Sensorsignal von einem Sensor zu empfangen, der konfiguriert ist, um eine Schaufel der Turbomaschine zu beobachten. Der Prozessor ist auch konfiguriert, um eine Messung basierend auf einer Markierung abzuleiten, die auf der Schaufel der Turbomaschine angeordnet ist, wobei die Markierung ein kontinuierliches Merkmal umfasst; und die Messung einem Bediener der Turbomaschine anzuzeigen.
In einer dritten Ausführungsform ist ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren schließt Empfangen, über einen Prozessor, eines Sensorsignals von einem Sensor, der konfiguriert ist, um eine Schaufel einer Turbomaschine zu beobachten, ein. Das Verfahren schließt auch Ableiten, über den Prozessor, einer Messung basierend auf einer Markierung, die auf der Schaufel der Turbomaschine angeordnet ist, wobei die Markierung ein kontinuierliches Merkmal umfasst; und Anzeigen der Messung einem Bediener der Turbomaschine ein.
Figurenliste
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Zeichen gleiche Teile in den Zeichnungen repräsentieren, wobei:

1 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Gasturbinensystems, das eine Gasturbine, die mit Schaufeln ausgestattet ist, und ein Schaufelüberwachungssystem zum Überwachen der Schaufeln aufweist;
2 ist eine Frontansicht einer Ausführungsform einer Stufe der Gasturbine aus 1, die mehrere Schaufeln aufweist;
3 ist eine Detailfrontansicht einer Ausführungsform eines Einzelschaufelbeobachtungssensors, der in einem stationären Gehäuse angeordnet ist, das die Stufe aus 2 aufnimmt;
4 ist eine Detailfrontansicht einer Ausführungsform des Sensors aus 3, die eine Verschiebung von erfassten Punkte auf einer Schaufel zeigt;
5 ist eine Ansicht einer Ausführungsform einer Schaufel des Gasturbinensystems aus 1, die eine Verschiebung der erfassten Punkte auf der Schaufel zeigt;
6 ist eine Detailfrontansicht einer Ausführungsform von Schaufeln, die verschiedene Markierungen aufweisen, die diskrete Merkmale aufweisen, die zum Bestimmen gewisser Schaufeleigenschaften und/oder -zustände geeignet sind;
7 veranschaulicht eine Ausführungsform von Auftreffpunkten auf einer Schaufel, die dann in einer Ausführungsform eines Lichtintensitätsgraphen resultieren kann;
8 veranschaulicht eine Ausführungsform von verschobenen Auftreffpunkten auf einer Schaufel, die dann in einer Ausführungsform eines verschobenen Lichtintensitätsgraphen resultieren kann; und
9 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Prozesses, der zum Ableiten gewisser Informationen über die Schaufelmarkierungen aus 6 geeignet ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine oder mehrere spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden unten beschrieben. In dem Bestreben, eine präzise Beschreibung dieser Ausführungsformen bereitzustellen, können nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung in der Beschreibung beschrieben werden. Es ist zu beachten, dass bei der Entwicklung jeglicher derartigen tatsächlichen Implementierung, wie bei jedem Maschinenbau- oder Designprojekt, zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die spezifischen Ziele der Entwickler zu erreichen, wie z.B. die Einhaltung systembedingter und geschäftsbedingter Randbedingungen, die von Implementierung zu Implementierung unterschiedlich sein können. Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass eine derartige Entwicklungsarbeit komplex und zeitaufwendig sein kann, aber dennoch eine routinemäßige Aufgabe der Konstruktion, Fabrikation und Herstellung für diejenigen mit gewöhnlichen Fähigkeiten wäre, die den Nutzen dieser Offenbarung haben.
Bei der Einführung von Elementen verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sollen die Artikel „ein“, „eine“, „der“, „die“ und „das“ bedeuten, dass es eines oder mehrere der Elemente gibt. Die Begriffe „umfassend“, „einschließend“ und „aufweisend“ sind als einschließend gedacht und bedeuten, dass es neben den aufgeführten Elementen weitere Elemente geben kann.
Die hierin beschriebenen Techniken stellen Techniken bereit, um individuelle Schaufeln in Turbomaschinen, wie beispielsweise Schaufeln in einem Gasturbinenmotor, über Markierungen, die auf einem Schaufelabschnitt (z.B. Kante) angebracht sein können, zu „kodieren“ oder anderweitig zu markieren. Die Markierungen können reflektierende und/oder magnetische Markierungen zur Verwendung mit Sensoren, wie beispielsweise optischen laserbasierten Sensoren und/oder magnetischen Sensoren einschließen. Ein Ort, an dem ein Laserlicht (oder Magnet) unterbrochen und durch eine vorbeilaufende Schaufel reflektiert wird, kann sich im Laufe der Zeit ändern, was möglicherweise einen Fehler in die Messung einführen kann. Um zu bestimmen, wo auf der vorbeilaufenden Schaufel das Laserlicht unterbrochen und reflektiert wird, ist ein definierter Subsatz von Schaufeln mit einem Streifen angestrichen, der ein kontinuierlich variierendes Merkmal beinhaltet, wie beispielsweise eine kontinuierliche Verjüngung, die bewirkt, dass das reflektierte Licht (oder Magneten) mit variierendem radialen Ort auf den Schaufeln anders antwortet. Die kontinuierliche Verjüngung kann durch Maskieren eines Abschnitts des anzustreichenden Bereichs auf der Schaufeloberfläche erschaffen werden.
Das angestrichene Muster auf allen (oder einigen) Schaufeln kann an einem genauen, bekannten Ort auf der Oberfläche der Schaufel positioniert sein. Wenn ein Bediener die Breite des reflektierten Lichtsignals in Echtzeit überwacht, wird er eine Intensitätsbreite des reflektierten Lichts der Schaufel als signifikant anders und unterscheidbar von vorherigen Umdrehungen bei anderer radialer Position beobachten. Die kontinuierliche Verjüngung von Anstrich auf der Schaufeloberfläche ist im Wesentlichen „Kodieren“ der sich drehenden Schaufeln, sodass der Bediener bestimmen kann, wo auf der Schaufeloberfläche das Laserlicht unterbrochen und reflektiert wird. Die Anstrichmuster auf den individuellen Schaufeloberflächen können so die sich drehenden Schaufeln „kodieren“, sodass der Bediener und/oder das automatisierte System bestimmen können, wo auf der Schaufeloberfläche das Laserlicht unterbrochen und reflektiert wird. Die Muster können auch beim Ableiten gewisser Schaufeleigenschaften wie beispielsweise Schaufelgeschwindigkeit, Schaufelflattern und so weiter helfen, wie unten weiter beschrieben. Der Begriff „Anstrich“ wird im weiteren Verlauf der Anmeldung verwendet, um tatsächliche Anstriche, Beschichtungen, Oberflächenveredelungen oder Kombinationen davon breit zu bezeichnen. Ebenso wird der Begriff „Anstreichen“ und/oder „angestrichen“ verwendet, um Anstreichen, Beschichten, Oberflächenveredeln oder eine Kombination davon breit zu bezeichnen.
1 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Gasturbinensystems 10, das eine Turbine 12 aufweist, die zum Verbrennen eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffs geeignet ist, um Drehleistung zu erzeugen. Ebenfalls gezeigt ist ein Kompressor 14, der mit Flügeln 16 und einem Steuerungssystem 18 ausgestattet ist. Während der gesamten Diskussion wird auf einen Satz von Achsen verwiesen. Diese Achsen basieren auf einem Zylinderkoordinatensystem und weisen in eine Axialrichtung 20, eine Radialrichtung 22 und eine Umfangsrichtung 24. So erstreckt sich beispielsweise die Axialrichtung 20 entlang einer Längsachse 26 des Gasturbinensystems 10, die Radialrichtung 22 ist orthogonal zur Längsachse 26 und erstreckt sich von dieser weg, und die Umfangsrichtung 24 erstreckt sich um die Längsachse 26 herum. Weiterhin ist zu beachten, dass sich die vorliegende Diskussion zwar auf Turbinenschaufeln 28 konzentriert, eine Vielzahl von sich drehenden Ausstattungen, wie z.B. Kompressoren 14, Pumpen und/oder dergleichen, jedoch aus den hier beschriebenen Techniken Nutzen ziehen können.
Ein Oxidationsmittel 64 fließt aus einem Einlass 66 in den Kompressor 14 hinein, wo die Drehung der Kompressorschaufeln 16 das Oxidationsmittel 64 komprimiert und mit Druck beaufschlagt. Das Oxidationsmittel 64 kann Umgebungsluft, reinen Sauerstoff, sauerstoffangereicherte Luft, sauerstoffreduzierte Luft, Sauerstoff-Stickstoff-Gemische oder jedes geeignete Oxidationsmittel einschließen, das Verbrennung von Brennstoff erleichtert. Die folgende Diskussion bezieht sich auf Luft 64 als ein Beispiel des Oxidationsmittels, ist aber nur als nicht einschränkendes Beispiel gedacht. Die Luft 64 fließt in einen Brennstoffstutzen 68 hinein. Innerhalb des Brennstoffstutzens 68 vermischt sich Brennstoff 70 mit der Luft 64 in einem Verhältnis, das für Verbrennung, Emissionen, Brennstoffverbrauch, Leistungsausgabe und dergleichen geeignet ist. Danach wird eine Mischung aus dem Brennstoff 70 und der Luft 64 innerhalb einer Brennkammer 74 zu heißen Verbrennungsprodukten 72 verbrannt. Die heißen Verbrennungsprodukte 72 treten in die Turbine 12 ein und zwingen Rotorschaufeln 28, sich zu drehen, wodurch eine Welle 38 in Drehung angetrieben wird. Die sich drehende Welle 38 stellt die Energie für den Kompressor 14 bereit, um die Luft 64 zu komprimieren. Genauer gesagt, dreht die sich drehende Welle 38 die an der Welle 38 angebrachten Kompressorschaufeln 36 innerhalb des Kompressors 14 und beaufschlagt so die Luft 64, mit der Brennkammer 74 gespeist wird, mit Druck. Weiterhin kann die sich drehende Welle 38 eine Last 78 antreiben, wie beispielsweise einen elektrischen Generator oder jegliche andere Vorrichtung, die dazu in der Lage ist, die mechanische Energie der Welle 38 zu nutzen. Nachdem die Turbine 12 den Verbrennungsprodukten 72 nützliche Arbeit entzieht, werden die Verbrennungsprodukte 72 an einen Auspuff 80 abgegeben.
Das Steuerungssystem 18 schließt eine Steuerung 82 und ein Schaufelüberwachungssystem 84 ein. In einigen Ausführungsformen kann das Schaufelüberwachungssystem 84 in der Steuerung 82 eingeschlossen sein, während in anderen Ausführungsformen das Schaufelüberwachungssystem 84 kommunikativ mit der Steuerung 82 gekoppelt sein kann. Die Steuerung 82 kann einen Speicher 86 und einen oder mehrere Prozessoren 88 einschließen. Der/die Prozessor(en) 88 können betriebsmäßig mit dem Speicher 86 gekoppelt sein, um Anweisungen zum Durchführen der vorliegend offenbarten Techniken auszuführen. Diese Anweisungen können in Programmen oder Codes kodiert sein, die auf einem greifbaren, nicht-transitorischen, computerlesbaren Medium, wie dem Speicher 86 und/oder anderem Speicher, gespeichert sind. Der/die Prozessor(en) 88 können ein Allgemeinzweckprozessor, eine System-on-Chip (SoC)-Vorrichtung, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder eine andere Prozessorkonfiguration sein.
Speicher 86 kann ein computerlesbares Medium einschließen, wie beispielsweise, ohne Einschränkung, ein Festplattenlaufwerk, ein Solid-State-Laufwerk, eine Diskette, ein Flash-Laufwerk, eine Compact Disk, eine digitale Videodisk, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und/oder jegliche geeignete Speichervorrichtung, die es Prozessor(en) 88 ermöglicht, Anweisungen und/oder Daten zu speichern, abzurufen und/oder auszuführen. Speicher 86 kann weiter eine oder mehrere lokale und/oder entfernte Speichervorrichtungen einschließen. Weiter kann die Steuerung 82 betriebsfähig mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI), einer Anzeige und so weiter verbunden sein, um es einem Bediener zu erlauben, Messungen abzulesen, Analysen durchzuführen und/oder den Betrieb des Gasturbinensystems 10 anzupassen.
Bei Verwendung kann das Schaufelüberwachungssystem 84 aktuelle Eigenschaften oder Zustände der Schaufeln 28 der Turbine 12 detektieren, beispielsweise durch Verwenden von Daten von Sensoren 90. So können beispielsweise die Sensoren 90 optische Sensorsysteme und/oder magnetische Sensorsysteme einschließen, die gewisse auf den Schaufeln 28 angeordnete Markierungen erfassen, wie unten weiter beschrieben. Die Aktualisierungen von den Sensoren 90 können in Echtzeit empfangen werden, z.B. auf einer Rate zwischen 1 - 4.000 Mikrosekunden, 1-100 Millisekunden. Eigenschaften oder Zustände der Schaufel 28, die durch das Schaufelüberwachungssystem 84 abgeleitet werden, können einem Bediener angezeigt und/oder der Steuerung 82 bereitgestellt werden. Die Steuerung 82 kann Betrieb des Gasturbinensystems 10 steuern, beispielsweise durch Steuern von Brennstofffluss 70, Luftstrom 64, Messen von Auspuff 80 - Temperatur, Messen von Eigenschaften der Last 78 (z.B. produzierter elektrischer Leistung) und dergleichen während Betriebs.
2 veranschaulicht eine Frontansicht einer Ausführungsform einer Stufe 100 der Turbine 12, die mehrere Schaufeln 28 abbildet. Die Turbine 12 kann eine oder mehrere Stufen 100 einschließen, wobei jede Stufe 100 Schaufeln 28 aufweist, die zum Angetrieben werden durch das fluide Verbrennungsprodukt geeignet sind. Ebenfalls gezeigt ist ein stationäres Gehäuse 102, das die Stufe 100 sowie andere nicht dargestellte Stufen umgibt. Bei Verwendung können sich die Schaufeln 28 radial in der Umfangsrichtung 24 drehen, wodurch eine Drehbewegung produziert wird, die über die Last 78, wie beispielsweise einen elektrischen Generator, in Leistung umgewandelt werden kann. Es kann von Nutzen sein, verschiedene Eigenschaften und Kennzeichen der Stufe 100 und der Schaufeln 28 zu erfassen. Zum Beispiel Geschwindigkeit jeder Schaufel 28, jegliche Verformung (z.B. thermische Verformung) in den Schaufeln 28, Flattern in den Schaufeln 28, und so weiter. Dementsprechend sehen die hierin beschriebenen Techniken vor, dass die Sensoren 90 an einem oder mehreren Orten in dem stationären Gehäuse 102 angeordnet sind. Die Sensoren 90 können optische Sensoren (z.B. laserbasierte Sensoren), magnetische Sensoren und so weiter einschließen, die gewisse Markierungen erfassen können.
3 ist eine Detailfrontansicht einer Ausführungsform eines einzelnen Sensors 90, der in dem stationären Gehäuse 102 angeordnet und so positioniert ist, dass er eine oder mehrere der Schaufeln 28 erfasst. Genauer gesagt, bildet die Figur den Sensor 90 ab, der so positioniert ist, dass er Hinterkanten der Schaufeln 28 beim Drehen in die Umfangsrichtung 24 beobachtet. In der abgebildeten Ausführungsform kann der Sensor 90 ein optischer Sensor sein, der die Schaufeln 28 mit Laserlichtstrahl 110 beleuchtet. Der Laserlichtstrahl 110 wird so dargestellt, dass er auf eine Kante der Schaufel 28 trifft und dann von der Schaufel 28 weg reflektiert wird. Lichtreflexion kann dann durch den Sensor 90 aufgenommen und verwendet werden, um verschiedene Eigenschaften und Zustände der Schaufel 28 abzuleiten. Während Betriebs kann sich jedoch eine Ausrichtung zwischen dem Sensor 90 und der Schaufel 28 verschieben, z.B. aufgrund von thermischen Änderungen. Dementsprechend kann sich ein Aufprall- oder Auftreffpunkt für den Laserlichtstrahl 110 verschieben, wie in 4 gezeigt.
4 bildet insbesondere eine Ausführungsform der Schaufel 28 ab, die drei Auftreffpunkte 120, 122, 124 aufweist, die sich während Betriebs des Gasturbinensystems 10 verschieben können. Wenn sich das Gasturbinensystem 10 beispielsweise in einem „kalten“ Zustand befindet, wie beispielsweise vor der Inbetriebnahme, kann der Punkt 120 das vom Sensor 90 einfallende Licht an Position 126 reflektieren. Wenn das Gasturbinensystem 10 in den Grundlastbetrieb eintritt, können thermische Änderungen, Vibrationen und so weiter dazu führen, dass die Schaufel 28 und/oder der Sensor 90 Positionen in Bezug zueinander verschieben. So kann sich beispielsweise der Sensor 90 zu Position 128 verschieben, was nun Auftreffen von Lichtstrahl 110 an Punkt 122 bewirken kann. Ebenso kann sich der Sensor 90 zu Position 130 verschieben, was Auftreffen von Lichtstrahl 110 an Punkt 124 bewirkt.
Das Verschieben von Auftreffpunkten (z.B. Punkte 120, 122, 124) kann zu Ungenauigkeiten bei der Messung führen. 5 veranschaulicht beispielsweise eine Ausführungsform der Schaufel 28, die die verschiebbaren Auftreffpunkte 140, 142, 144 für den Lichtstrahl 110 abbildet. In der abgebildeten Ausführungsform kann die Schaufel 28 einem Zustand unterliegen, der als Schaufelflattern bezeichnet wird. Während Schaufelflatterns können selbsterregte Schwingungen von Schaufeln typischerweise durch das Zusammenwirken von strukturdynamischen und/oder aerodynamischen Kräften verursacht werden. So können beispielsweise Schaufelbereiche oder -abschnitte 146, 148, 150 unterschiedliche Spannungen in Bezug zueinander erfahren, die bestimmte Bereiche oder Abschnitte der Schaufel 28 in Schwingung versetzen können.
In der abgebildeten Ausführungsform kann der Sensor 90 verwendet werden, um Verlagerung der Schaufel 28 zu messen. Da der Lichtstrahl 110 nun jedoch an anderen Orten auftreffen kann, wäre es nützlich, abzuleiten, wo der Lichtstrahl 110 auftrifft, z.B. radial entlang Richtung 24 in Echtzeit. Die hierin beschriebenen Techniken schließen die Verwendung von gewissen, unten näher beschriebenen Markierungen ein, die verwendet werden können, um zu bestimmen, wo der Lichtstrahl 110 nun auftreffen kann, sowie um das Ableiten der Eigenschaften und Zustände der Schaufel 28 zu ermöglichen.
Um nun auf 6 zu kommen, ist die Figur eine Detailfrontansicht einer Ausführungsform von Schaufeln 28 (auch als „Flügel“ bezeichnet) mit verschiedenen Markierungen 160, die auf der Kante der Schaufeln 28 angeordnet sind. Es ist zu verstehen, dass, während die Markierungen 160 als auf der Hinterkante der Schaufel angeordnet gezeigt sind, die Markierungen 160 auf einer Oberseite der Schaufeln angeordnet sein können, z.B. auf einem Schaufelabschnitt, der dem stationären Gehäuse 102 am nächsten liegt, oder auf anderen Bereichen der Schaufel 28 (z.B. Vorderkante). In der abgebildeten Ausführungsform schließen die Markierungen 160 eine steigende Sektion 162 ein, die eine genauere Messung von, zum Beispiel, Positionsverschiebung zwischen dem Sensor 90 und den Schaufeln 28 ermöglichen kann.
Da beispielsweise die Markierung 160 die unterscheidbare steigende Sektion (z.B. Verjüngung) 162 einschließt, wird, während sich die Schaufel 28 dreht, das Licht anders reflektiert werden als bei einem Rest der Schaufel 28, wodurch eine Schaufel, die die Markierung 160 trägt, eindeutig gekennzeichnet werden kann, im Vergleich zu einer Schaufel, die die Markierung 160 nicht trägt, wie beispielsweise eine einzelne unmarkierte Schaufel. Weiter kann bei Verschiebung von Auftreffpunkten die Verschiebung erkannt werden, weil die Verschiebung nun in unterscheidbaren Signalen resultiert, die zu dem Sensor 90 zurückkommen, wie unten detaillierter beschrieben. Es ist zu bemerken, dass die steigende Sektion 162 als eine gerade Linie veranschaulicht ist. Jedoch kann die steigende Sektion 162 eine Krümmung einschließen, wobei eine derartige Krümmung dieselben Start-/Endpunkte wie die steigende Sektion 162 hat, aber entweder unterhalb der steigenden Sektion 162 oder oberhalb der steigenden Sektion 162 abtaucht.
7 veranschaulicht eine Ausführungsform von Auftreffpunkten 180, 182, 184 auf der Schaufel 28, die dann zu einer Ausführungsform eines Graphen 186 führen kann, der Zeit auf einer X-Achse 188 gegenüber einer Intensität zurückgeworfenen Lichts vom Strahl 110 auf einer Y-Achse 190 darstellt. Genauer gesagt, wenn sich die Schaufel 28 in die Richtung 24 dreht, kann der Sensor 90 Daten empfangen, die zuerst vom Auftreffpunkt 180, gefolgt durch Punkt 182 und dann durch Punkt 184 weg reflektiert werden. Wie veranschaulicht, sind die Punkte 180, 182, 184 an einer breiteren Sektion der Markierung 160 nahe einem Boden der Markierung 160 verortet. Dementsprechend veranschaulicht der Graph 186 eine Krümmung 192, die der Lichtintensität von zurückgeworfenem Licht 110, das während Durchquerung der Schaufel 28 durch den/die Erfassungsbereich(e) hindurch durch den Sensor 90 gelesen wird, entspricht.
Wenn die Schaufel 28 und der Sensor 90 in Bezug zueinander Positionen verschieben, z.B. aufgrund von thermischen Dynamiken, Schaufelflattern und so weiter, können sich die Auftreffpunkte verschieben. Die FIG. veranschaulicht beispielsweise eine Ausführungsform von verschobenen Auftreffpunkten 194, 196, 198 auf der Schaufel 28, die dann in einer Ausführungsform eines Graphen 200 führen kann, der Zeit auf einer X-Achse 202 gegenüber einer Intensität von zurückgeworfenem Licht von dem Strahl 110 auf einer Y-Achse 204 darstellt. Genauer gesagt, wenn sich die Schaufel 28 in die Richtung 24 dreht, kann der Sensor 90 Daten empfangen, die zuerst von dem ersten verschobenen Auftreffpunkt 194, gefolgt durch Punkt 196 und dann Punkt 198 weg reflektiert werden.
Wie veranschaulicht, sind die Punkte 194, 196, 198 an einem schmalen Abschnitt der Markierung 160 nahe einer Oberseite der Markierung 160 verortet. Dementsprechend veranschaulicht der Graph 200 eine Krümmung 206, die der Lichtintensität von zurückgeworfenem Licht 110, das durch den Sensor 90 während Durchquerung der Schaufel 28 durch den/die Erfassungsbereich(e) hindurch gelesen wird, entspricht, wenn sich eine Position zwischen dem Sensor 90 und der Schaufel 28 verschoben hat. Wie veranschaulicht, kann die Krümmung 206 im Vergleich zu der Krümmung 192 eine steilere Steigung und/oder einen kleineren Bereich unter der Krümmung einschließen. Durch Analysieren der Intensität von zurückgeworfenen Lichtkrümmungen, wie beispielsweise Krümmungen 192, 206, kann die Steuerung 50 (oder ein Computersystem) einen Betrag sowie eine Position der Verschiebung ableiten, einschließlich der Position der neuen Auftreffpunkte nach der Verschiebung. Dementsprechend können nun genauere Messungen bereitgestellt werden.
9 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Prozesses 400 abbildet, der beispielsweise geeignet ist, gewisse Informationen über die Markierungen 160 abzuleiten, wie auch die abgeleiteten Informationen zur Anzeige und/oder Steuerung anzuwenden. Der Prozess 400 kann als Computercode oder Anweisungen implementiert werden, die zum Beispiel durch den Prozessor 86 ausführbar sind und im Speicher 88 gespeichert sind (oder durch eine Rechnervorrichtung, die mit dem/den Sensor(en) 90 kommunikativ gekoppelt sein kann und/oder Daten, die durch Sensor(en) 90 erfasst werden, empfängt). In der abgebildeten Ausführungsform kann der Prozess 400 zunächst ein Signal detektieren (Block 402), beispielsweise in Echtzeit, wenn eine markierte Schaufel 28 durch eine Erfassungsregion des Sensors 90 hindurchläuft. Wie oben erwähnt, kann der Prozess 400 die Markierung(en) 160 erfassen, wenn Schaufeln 28 in die Erfassungsregion eintreten.
In einigen Ausführungsformen kann der Prozess 400 dann gewisse Schaufeleigenschaften und/oder -charakteristiken ableiten (Block 404). So kann beispielsweise die Schaufelgeschwindigkeit in U/min abgeleitet werden und der tatsächliche Ort der Auftreffpunkte für den Lichtstrahl 110 kann bestimmt werden. So können beispielsweise dann die Schaufelflattermessungen präzisiert und die Ausdehnung/Kontraktion des Schaufel 28 - Materials und/oder des stationären Gehäuses 102 bestimmt werden. In einigen Ausführungsformen kann jede der Schaufeln 28 eindeutig identifiziert werden. Wie oben erwähnt, können eindeutige Schaufeln durch die Verwendung einer unmarkierten Schaufel 28 identifiziert werden, während die anderen Schaufeln 28 Markierungen 160 aufweisen. Der Prozess 400 kann dann Informationen bezüglich der Markierungen 160 anzeigen (Block 408), einschließlich der in Block 406 abgeleiteten Eigenschaften und/oder Charakteristiken. So kann beispielsweise die Schaufelgeschwindigkeit für jede Schaufelnummer angezeigt werden, Schaufelflattermaße können angezeigt werden, die Verschiebung von Auftreffpunkten kann angezeigt werden, einschließlich des Orts neuer Auftreffpunkte, und so weiter.
Der Prozess 400 kann dann gewisse Steueraktionen ausgeben (Block 410), wie z.B. Anpassen von Brennstofffluss, Luftfluss, Einlassleitflügelwinkeln und so weiter, basierend auf den in Block 406 abgeleiteten Eigenschaften und/oder Charakteristiken. Da die Ableitungen (z.B. Ableitungen von Block 406) zu genaueren Maßnahmen führen können, können Anpassungen an Schaufel 28 - Geschwindigkeit über Brennstoffanpassungen, Luftflussanpassungen, Einlassleitflügelanpassungen und so weiter in einer besseren Steuerung des Gasturbinenmotors 12 und des Leistungserzeugungssystems 10 resultieren. Durch Anbringen der Markierungen 160 können die hierin beschriebenen Techniken verbesserte Schaufelmessungen über die Sensoren 90 bereitstellen, die optische und/oder magnetische Sensoren einschließen können. Es ist auch zu verstehen, dass, während die Techniken im Hinblick auf Gasturbinenschaufeln beschrieben werden, andere mit Schaufeln versehene Turbinenmaschinen, wie Kompressoren, Windturbinen, Wasserturbinen, Expander und so weiter, mit den hierin beschriebenen Techniken verwendet werden können.
Technische Effekte schließen Schaufelmarkierungen ein, die kontinuierliche Merkmale aufweisen, wie beispielsweise eine Verjüngung. Die Verjüngung kann verwendet werden, um verbesserte Ortsinformationen über Strahlauftreffen, magnetische Aufnahme oder eine Kombination davon, während sich eine Position zwischen einer Schaufel und einem Sensor verschiebt, abzuleiten, beispielsweise aufgrund von thermischen Änderungen. Die Informationen, die über die diskret markierte Schaufel abgeleitet werden, können verwendet werden, um Genauigkeit der Messungen zu verbessern, wie beispielsweise genauere Schaufelflattermessungen, Schaufeldynamikänderungen, individuelle Schaufelgeschwindigkeit und so weiter.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die vorliegenden Techniken, einschließlich des besten Modus, zu offenbaren und es auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Techniken auszuüben, einschließlich Herstellen und Verwenden jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und Durchführen jeglicher integrierter Verfahren. Der patentierbare Umfang der Offenbarung wird durch die Patentansprüche definiert und kann andere Beispiele einschließen, die für Fachkräfte auftreten. Derartige andere Beispiele sollen in den Umfang der Patentansprüche fallen, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die sich nicht von der wörtlichen Sprache der Patentansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden zur wörtlichen Sprache der Patentansprüche einschließen.

Claims

Schaufelüberwachungssystem von Turbomaschinen, umfassend: einen Prozessor, der konfiguriert ist, um: ein Sensorsignal von einem Sensor zu empfangen, der konfiguriert ist, um eine Schaufel der Turbomaschine zu beobachten; eine Messung basierend auf einer Markierung abzuleiten, die auf der Schaufel der Turbomaschine angeordnet ist, wobei die Markierung ein kontinuierliches Merkmal umfasst; und die Messung einem Bediener der Turbomaschine anzuzeigen.
System nach Anspruch 1, wobei das kontinuierliche Merkmal eine Verjüngung umfasst.
System nach Anspruch 2, wobei die Verjüngung ein gerades Segment umfasst, das eine Steigung aufweist.
System nach Anspruch 3, wobei die Steigung eine positive Steigung umfasst, wenn das kontinuierliche Merkmal aus einer Frontansicht der Schaufel betrachtet wird.
System nach Anspruch 2, wobei die Verjüngung ein gekrümmtes Segment umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um: ein zweites Sensorsignal von dem Sensor zu empfangen, der konfiguriert ist, um die Schaufel der Turbomaschine zu beobachten, wobei das zweite Sensorsignal repräsentativ für eine Verschiebung in einer Position zwischen der Schaufel und dem Sensor ist; eine zweite Messung basierend auf einem zweiten Sensorsignal abzuleiten; und dem Bediener der Turbomaschine die zweite Messung anzuzeigen.
System nach Anspruch 6, wobei die Position einen anderen Ort in Längsrichtung eines Auftreffens von Licht von dem Sensor umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die Messung eine einzigartige Identifikationsmessung umfasst, die die Schaufel von anderen Schaufeln in einer Stufe der Turbomaschine identifiziert.
System nach Anspruch 1, wobei die Messung einen Ort eines Lichtstrahls, eine Schaufelflattermessung, eine Positionsverschiebung-zwischen-der-Schaufel-unddem-Sensor-Messung oder eine Kombination davon umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die Turbomaschine eine Gasturbine umfasst und wobei die Schaufel in einer Stufe der Gasturbine angeordnet ist.
Turbomaschinensystem, umfassend: eine Schaufel, die konfiguriert ist, um sich während Betriebs des Turbomaschinensystems zu drehen; einen Sensor, der konfiguriert ist, um die Schaufel der Turbomaschine zu beobachten; und ein Schaufelüberwachungssystem, umfassend: einen Prozessor, der konfiguriert ist, um: ein Sensorsignal von dem Sensor zu empfangen, der konfiguriert ist, um die Schaufel des Turbomaschinensystems zu beobachten; eine Messung basierend auf einer Markierung abzuleiten, die auf der Schaufel des Turbomaschinensystems angeordnet ist, wobei die Markierung ein kontinuierliches Merkmal umfasst; und die Messung einem Bediener des Turbomaschinensystems anzuzeigen.
System nach Anspruch 11, wobei das kontinuierliche Merkmal eine Verjüngung umfasst.
System nach Anspruch 12, wobei die Verjüngung ein gerades Segment umfasst, das eine Steigung aufweist.
System nach Anspruch 13, wobei die Steigung eine positive Steigung umfasst, wenn das kontinuierliche Merkmal aus einer Frontansicht der Schaufel betrachtet wird.
System nach Anspruch 11, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um: ein zweites Sensorsignal von dem Sensor zu empfangen, der konfiguriert ist, um die Schaufel der Turbomaschine zu beobachten, wobei das zweite Sensorsignal repräsentativ für eine Verschiebung in einer Position zwischen der Schaufel und dem Sensor ist; eine zweite Messung basierend auf einem zweiten Sensorsignal abzuleiten; und dem Bediener der Turbomaschine die zweite Messung anzuzeigen.
Verfahren, umfassend: Empfangen, über einen Prozessor, eines Sensorsignals von einem Sensor, der konfiguriert ist, um eine Schaufel einer Turbomaschine zu beobachten; Ableiten, über den Prozessor, einer Messung basierend auf einer Markierung, die auf der Schaufel der Turbomaschine angeordnet ist, wobei die Markierung ein kontinuierliches Merkmal umfasst; und Anzeigen der Messung einem Bediener der Turbomaschine.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das kontinuierliche Merkmal eine Verjüngung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Verjüngung ein gerades Segment umfasst, das eine Steigung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Steigung eine positive Steigung umfasst, wenn das kontinuierliche Merkmal aus einer Frontansicht der Schaufel betrachtet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, umfassend: Empfangen eines zweiten Sensorsignals von dem Sensor, der konfiguriert ist, um die Schaufel der Turbomaschine zu beobachten, wobei das zweite Sensorsignal repräsentativ für eine Verschiebung in einer Position zwischen der Schaufel und dem Sensor ist; Ableiten einer zweiten Messung basierend auf einem zweiten Sensorsignal; und Anzeigen der zweiten Messung dem Bediener der Turbomaschine.