WO2010102876A2 - Vorrichtung und verfahren zur detektion einer veränderung der aerodynamischen anströmverhältnisse rotierender turbinenschaufeln - Google Patents

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WO2010102876A2
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sound
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Bela Bechtold
Vojtech Ocelik
Uwe Pohl
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Areva Np Gmbh
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00Testing of engines
    • G01M15/14Testing gas-turbine engines or jet-propulsion engines
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/003Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting a change in the aerodynamic flow conditions of the turbine blades rotating during operation of a turbine.
  • Modern turbines in particular gas turbines, which are used for power generation at peak times, are continuously monitored during operation to detect any disturbances as early as possible, and to prevent serious consequences as far as possible.
  • the combustion chamber of a gas turbine is lined to protect against overheating with heat-resistant tiles, such as ceramic tiles. These heat tiles are dynamically stressed by pressure swing loads occurring in the combustion chamber of the gas turbine, whereby a part or a complete tile can break out of its holder.
  • the heat tile or its fragments are entrained by the flow of the exhaust gas and usually remain in the stationary guide vanes of the turbine, which form a aerodynamic flow conditions of the rotating turbine blades determining control system or a diffuser hang. In the diffuser, the fragments lead to a so-called partial or partial closure. From the diffuser, the fragments of the heat tile can continue into the rotating part of the turbine get there and damage the high speed rotating turbine blades.
  • the object of the present invention is to provide an apparatus and a method for detecting a change in the aerodynamic inflow conditions of the turbine blades rotating during operation of a turbine, which is improved over the prior art.
  • the method according to the invention for detecting a change in the aerodynamic flow conditions of the turbine blades rotating in the operation of a turbine comprises the following steps:
  • An operating noise of the turbine is detected and filtered to determine a rotating sound produced by the rotating turbine blades.
  • the rotary sound is a substantially monofrequency noise produced by the rotating turbine blades.
  • Other terms for rotary sound are, for example: folowing frequency or rotary tone.
  • a value of the amplitude and / or phase of the rotary sound is detected and recorded for a plurality of successive timings. The recorded values are analyzed, with a change in the aerodynamic flow conditions of the rotating turbine blades based on a difference in the values of the amplitude and / or phase of the turbine blades
  • Rotary sound is detected before and after the change occurs.
  • a partial closure of the distributor of a turbine in particular of a gas turbine, can be detected solely on the basis of an analysis of the operating noise.
  • the method is not limited to the detection of a partial closure of the guide system, and another, a change in the aerodynamic flow conditions of the rotating turbine blades causing change, such as a change in the aerodynamics of the control system defect of a guide vane, can be detected.
  • Particularly advantageous method of the invention can be used in a gas turbine. Occurring in this type of turbine partial closure of the control system is usually due to the fragments of a defective heat tile forth, which has dissolved in the combustion chamber in the combustion chamber during operation of the gas turbine.
  • the difference between the values of the amplitude and / or phase of the rotary sound before and after the change occurs greater than the value of a statistical dispersion of the corresponding values before the change occurs.
  • this difference is at least twice as large as the statistical dispersion of the value of the amplitude and / or phase of the rotary sound before the change occurs.
  • the statistical dispersion of the values of the amplitude and / or phase of the rotary sound is determined in a first time interval, which occurs before the change of the aerodynamic conditions, compared to a second time interval, within which the significant deviation of the value the amplitude and / or phase of the rotary sound takes place, is longer.
  • a deviation of the values of the amplitude and / or phase of the rotary sound is sought, which is short-term and abrupt compared to the long-term course of these values.
  • the first time interval is selected 10 times longer than the second time interval.
  • the reliability of the method is further improved if the value of the amplitude and / or phase of the rotary sound is an average value which is determined in a temporal environment of the relevant value of the amplitude and / or phase of the rotary sound. If this temporal environment of predefined size is chosen to be relatively large, then the detection method is relatively sluggish, ie it responds to short-term changes rather slowly and late. In turn, short-term changes in the value of the amplitude and / or phase lead to misdetection only with low probability.
  • the detection method responds accordingly quickly, but forfeits part of its fault tolerance.
  • the mean is an RMS average. Empirical studies have shown that averaging in a time range of 0.1 to 0.5s provides reliable results.
  • the values for the amplitude of the rotary sound before the change occur relatively constant at a first level and rise or fall with the occurrence of change in the aerodynamic flow conditions, so for example with the onset of a partial closure of the control system, to a second level.
  • the values for the amplitude of the rotary sound then remain at this second level. It has also been found that the value of the amplitude increases or decreases within a time interval of less than one second from the first to the second level. Accordingly, the said change is detected on the basis of such a course of the values for the amplitude of the rotary sound.
  • said change in another embodiment, also be detected by a U-shaped break in the values for the phase of the rotary sound.
  • a change in the aerodynamic flow conditions is detected based on a deviation of the current values for the amplitude and / or phase from a long-term mean value.
  • Another possibility is to perform a comparison of the stored values for the amplitude and / or phase of the rotary sound with a known function.
  • first a correlation function between the recorded values for the amplitude and / or phase of the rotary sound and a step function is calculated.
  • the occurrence of said change is detected by means of a sudden increase in the values for this correlation function.
  • the above embodiment is based on the finding that the difference in the values for the amplitude and / or phase occurring as a result of a change in the aerodynamic flow conditions is always more or less stepped. Since the basic form of the desired change is thus known, a change in the aerodynamic conditions can be reliably detected by calculating the correlation function with the stored measured values.
  • the device according to the invention for detecting a change in the aerodynamic flow conditions of the turbine blades rotating during operation of a turbine comprises at least one body sound sensor for detecting an operating noise of the turbine and an evaluation unit for carrying out the method according to one of claims 1 to 12.
  • FIG. 2 is a flowchart of a method for detecting a change in the aerodynamic flow conditions of rotating turbine blades
  • FIG. 3 shows a diagram in which the amplitude of the rotary sound in a unit related to the gravitational acceleration g is plotted against the time in seconds
  • Fig. 4 is a diagram in which the phase of the rotary sound in degrees, each taking place in a temporal environment in which a change in the aerodynamic flow conditions of the turbine blades.
  • the turbine shown in FIG. 1, shown in a highly schematic longitudinal section, is an example of a gas turbine 2.
  • a gas turbine 2 From a combustion chamber, not shown, hot exhaust gases flow in the direction of the arrow on the guide vanes 4 of a gas turbine 2.
  • This consists of a plurality of vanes and ducts constructed defines the aerodynamic flow conditions of the turbine blades 6.
  • These are mounted on a shaft 8, which during operation of the gas turbine 2 by the turbine blades 6 flowing hot exhaust gas is set in rotation and with which the output side, not shown generator for generating electrical energy can be connected.
  • On a housing 10 of the gas turbine 2 is an accelerometer as a structure-borne sound sensor 12 for detecting an operating noise of the gas turbine 2.
  • the recorded on the housing 10 of the gas turbine 2 by means of the structure-borne sound sensor 12 time-dependent value for the operating noise x [t] of the turbine 2 is one with the Structure-borne sound sensor 12 fed to the evaluation and processing unit 14.
  • the measured operating noise x (t) of the gas turbine 2 is a mixture of many different frequencies.
  • the operating noise x (t) includes, among other things, a rotational sound d (t) caused by the rotating turbine blades 6.
  • This rotational sound d (t) is due to the pressure difference between the front and back of the turbine blades 6, i. by the pressure difference between the vacuum on the blade suction side and an overpressure on the blade pressure side.
  • a substantially monophobic signal which is referred to as a rotary sound, turn tone, or sheet rate d (t).
  • the frequency of the rotational declutching d (t) results from the current rotational speed of the shaft 8 of the gas turbine 2 multiplied by the number of turbine blades 6.
  • FIG. 2 shows a flowchart in which a value for the operating noise x (t) is first detected in a detection step 16.
  • the operating noise x [t] is first amplified and then subjected to an analog-to-digital conversion (A / D conversion).
  • the digitized operating noise xl [t] is then filtered in a filtering step 20 with a bandpass filter.
  • the bandpass filter is adjusted for this purpose to the frequency of the rotary sound d (t).
  • the bandpass filter is set to the frequency resulting from the multiplication of the rotational speed of the shaft 8 by the number of turbine blades 6.
  • the value for the rotary sound d (t) is finally recorded in an analysis step 22 and subjected to a subsequent analysis.
  • the analysis of the rotational sound d (t) will be described in more detail:
  • the rotary sound d (t) is continuously recorded and analyzed.
  • the operation of the gas turbine 2 is monitored on the basis of the operating noise x (t) filtered out rotational sound d (t). If the rotational sound d (t) changes, this is an indication that the aerodynamic flow conditions of the turbine blades 6 have changed, for example due to a partial closure of the distributor or another change in the aerodynamic properties of the guide vanes 4.
  • the desired change in the rotational sound d ⁇ t) is a sudden difference between the values of the amplitude and / or phase of the rotary sound Ad ⁇ t) / Pd (t) before and after the occurrence of the desired event, for example a partial shutter of the control system.
  • the desired event for example a partial shutter of the control system.
  • several possibilities are to be shown, how such a sudden change of the amplitude and / or phase of the rotary sound Ad (t) / Pd (t) can be determined.
  • an analysis of the amplitude of the rotary sound Ad ⁇ t) and the connection to the analysis of the phase of the rotary sound Pd (t) will be discussed.
  • both an analysis of the amplitude and the phase, as well as a combined analysis of amplitude and phase can be used.
  • Ad (t) considered.
  • Ad (t) is explained by way of example for the time t ⁇ , wherein a time interval of the length T is to be averaged.
  • a moving mean square (RMS) mean in a time environment with the length T is calculated by the time t ⁇ .
  • the mean value of the amplitude Ad ⁇ t is observed as a function of the time t a significant drop in the mean value of the amplitude Ad (t), this is an indication of a partial closure of the nozzle of the gas turbine 2.
  • the size of the interval T 1, ie the time duration over which the value of the amplitude Ad ⁇ t) is averaged, is selected depending on whether changes on short or long time scales are to be detected. If the value of T is small, ie short in time, the mean amplitude value Ad (t) is calculated on the basis of a small number of values of the rotary sound d (t). Consequently, fast, ie short-term changes in the amplitude Ad ⁇ t) of the rotary sound d (t) can be detected.
  • the value of the rotational sound amplitude Ad ⁇ t) is recorded over a long period during the operation of the turbine 2. From the recorded values, an average value is determined, which in turn is continuously compared with the current value of the signal of the rotary sound amplitude Ad (t) by a difference between the current value of the rotary sound amplitude Ad ⁇ t) and a long-term average value is determined. If the value of the rotational sound amplitude Ad (t) suddenly deviates from this average calculated over a long time, this is an indication of a change in the aerodynamic conditions.
  • the unfiltered structure-borne sound signal x [t] is subjected to a sliding Fourier transformation, in particular a Fast Fourier Transformation (FFT).
  • the structure-borne sound signal x [t] is first multiplied by a window function W ⁇ t), eg the Hamming function, in the time period. In this way, a time interval is extracted and the influence of parasite frequencies is minimized.
  • the Fourier transformation of the structure-borne sound signal x ⁇ t) multiplied by the window function W ⁇ t) yields a complex result, of which only the amount is reused.
  • the result is first a time- and frequency-dependent amplitude A [f, t J of the structure-borne sound signal x [t], which in turn is calculated as an example for the time t ⁇ , by means of the following formula:
  • Ad ⁇ t ⁇ A [speed bucket ring, t ⁇ ).
  • a correlation function between the amplitude Ad (t) and a staircase function is calculated.
  • a running pattern comparison is performed between the amplitude signal Ad ⁇ t) and a staircase function as a reference pattern. If now a high correlation between the measured amplitude signal Ad ⁇ t) and the staircase function is found, a partial closure of the diffuser can be assumed.
  • the calculation of the correlation function between the current amplitude signal Ad (t) and a staircase function is advantageous since the measured amplitude signal Ad (t) is searched for a known pattern, in this case the staircase function.
  • the rotary sound signal d ⁇ t) is filtered out of the operating noise x ⁇ t).
  • a first possibility to calculate the current phase Pd ⁇ t) from the rotary sound signal d ⁇ t) offers the use of the Hiibert-Huang transformation.
  • the Hilbert-Huang transformation provides, inter alia, the current phase Pd (t) starting from the rotational sound signal d ⁇ t) or directly from the structure-borne sound signal x ⁇ t).
  • phase of the rotary sound signal Pd (t) consists of the distance of the maxima, zero crossings or even the minima of the individual oscillations of the
  • Rotary sound signal d ⁇ t to determine continuously.
  • a distance measured at time t or a difference should be denoted T m ⁇ t).
  • T m (f) is now compared with the theoretical value T d , which results from a theoretical period length of the rotary sound.
  • the value for T d is the reciprocal of the product of the speed of the turbine 2 and the number of blades 6.
  • phase difference Pd ' ⁇ t is calculated using the following formula:
  • the absolute phase Pd ⁇ t can be calculated as the integral of the phase difference:
  • phase Pd ⁇ t) of the rotational sound signal d ⁇ t) consists first of multiplying the structure-borne sound signal x (t) by a window function W ⁇ t), eg the Hamming function, and then the product by a sliding Fourier transformation, preferably a Fast Fourier transformation.
  • a window function W ⁇ t eg the Hamming function
  • W (t) the window function
  • a time interval is selected and the influence of parasite frequencies is minimized.
  • Is from the complex result of the Fast Fourier Transform then only the phase ⁇ p (/, used 0 This is done using the following For ⁇ mel.:
  • the function "arg” is a well-known function of the Matlab program, which prevents a jump of the phase usually only in the range between -90 ° and + 90 °.
  • phase Pd mw (t) calculated in this way is given the index "raw” because it is a raw value and it is advantageous to treat this value with the "unwrap” function, which is also known from the Matlab program.
  • the Function "unwrap” removes unwanted side effects of Fast Fourier Transformation, so the phase Pd (t) of the rotational sound is calculated from Pd mw (t) using the formula:
  • the time profile of the phase Pd ⁇ t) shown in FIG. 4 can be compared with one of the o.g. Methods are calculated.
  • At the time t 4s enters a partial closure of the nozzle of the gas turbine 2 a.
  • the value of the phase Pd ⁇ t breaks down after this event.
  • the value of the phase Pd ⁇ t) in the region no longer shown in FIG. 4 approaches its original value before the partial closure has occurred.
  • FIG. 1 An apparatus for carrying out one of the aforementioned methods is already partially described in connection with FIG. 1, this includes the structure-borne sound sensor 12, preferably an accelerometer, which is attached to the housing 10 of the turbine 2. As already mentioned in connection with FIG. 2, the recorded operating sound or structure-borne noise signal x (t) is stored with the aid of the evaluation and processing unit 14, for example a microcontroller or computer, and processed in accordance with one or more of the methods described above.
  • the evaluation and processing unit 14 for example a microcontroller or computer
  • the device can also deliver a corresponding signal, so that the service personnel It should be noted, for example, that during the next routine maintenance work appropriate steps for repair should be taken.

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Abstract

Verfahren zur Detektion einer Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse der im Betrieb einer Turbine (2) rotierenden Turbinenschaufeln (6), die folgenden Schritte umfassend: Erfassen (16) und Filtern (20) eines Betriebsgeräusches (x(t)) der Turbine (2) zur Ermittlung eines von den rotierenden Turbinenschaufeln (6) hervorgerufenen Drehklangs (d(t)), Aufzeichnen (22) eines Wertes der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs (d(t)) für eine Vielzahl von aufeinander folgenden Zeitpunkten, Analysieren (22) der aufgezeichneten Werte, wobei eine Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse der rotierenden Turbinenschaufeln (6) anhand einer Differenz der Werte der Amplitude und / oder Phase des Drehklangs (d(t)) vor und nach Eintreten der Veränderung detektiert wird.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Detektion einer Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse rotierender Turbinenschaufeln
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Detektion einer Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse der im Betrieb einer Turbine rotierenden Turbinenschaufeln .
Moderne Turbinen, insbesondere Gasturbinen, welche zur Stromerzeugung in Spitzenzeiten eingesetzt werden, werden während des Betriebs fortlaufend überwacht, um auftretende Störungen möglichst rechtzeitig zu erkennen, und so schwerwiegenden Folgeschäden nach Möglichkeit vorzubeugen. Die Brennkammer einer Gasturbine ist zum Schutz vor Überhitzung mit hitzebeständigen Kacheln, beispielsweise Keramikkacheln, ausgekleidet. Diese Hitzekacheln werden durch in der Brennkammer der Gasturbine auftretende Druckwechselbelastungen dynamisch beansprucht, wodurch ein Teil oder eine komplette Kachel aus ihrer Halterung ausbrechen kann. Die Hitzekachel bzw. deren Bruchstücke werden von der Strömung des Abgases mitgerissen und bleiben in der Regel in den feststehenden Leitschaufeln der Turbine, welche einen die aerodynamischen Anströmverhältnisse der rotierenden Turbinenschaufeln bestimmendes Leitsystem bzw. einen Leitapparat bilden, hängen. Im Leitapparat führen die Bruchstücke zu einem sogenannten partiellen oder teilweisen Verschluss. Vom Leitapparat aus können die Bruchstücke der Hitzekachel weiter bis in den rotierenden Teil der Turbine gelangen und dort die mit hoher Umdrehungszahl rotierenden Turbinenschaufeln beschädigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Detektion einer Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse der im Betrieb einer Turbine rotierenden Turbinenschaufeln anzugeben, welche/welches gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 13. Vorteilteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion einer Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse der im Betrieb einer Turbine rotierenden Turbinenschaufeln umfasst die folgenden Schritte:
Ein Betriebsgeräusch der Turbine wird erfasst und zur Ermittlung eines von den rotierenden Turbinenschaufeln hervorrufenden Drehklangs gefiltert. Als Drehklang wird ein im Wesentlichen monofrequentes, von den rotierenden Turbinenschaufeln hervorgerufenes Geräusch bezeichnet. Andere Bezeichnungen für Drehklang sind beispielsweise: Blattfolgefrequenz oder Drehton. Ein Wert der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs wird für eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Zeitpunkten erfasst und aufgezeichnet. Die aufgezeichneten Werte werden analysiert, wobei eine Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse der rotierenden Turbinenschaufeln anhand einer Differenz der Werte der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs vor und nach Eintreten der Veränderung detektiert wird.
Mit Hilfe des oben genannten Verfahrens kann ein partieller Verschluss des Leitapparates einer Turbine, insbesondere einer Gasturbine, allein anhand einer Analyse des Betriebsgeräuschs detektiert werden. Dabei ist das Verfahren nicht auf die De- tektion eines partiellen Verschlusses des Leitsystems beschränkt, auch eine anderweitige, eine Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse der rotierenden Turbinenschaufeln hervorrufende Veränderung, beispielsweise ein die Aerodynamik des Leitsystems verändernder Defekt einer Leitschaufel, kann detektiert werden. Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Gasturbine eingesetzt werden. Ein bei dieser Turbinenart auftretender partieller Verschluss des Leitsystems rührt in der Regel von den Bruchstücken einer defekten Hitzekachel her, welche sich im Betrieb der Gasturbine in deren Brennraum gelöst hat. Die Detektion eines solchen Fehlers kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens während des Normalbetriebs der Gasturbine erfolgen. Zu diesem Zweck ist lediglich eine Überwachung und Analyse des Betriebsgeräuschs notwendig. Für den Fall, dass ein partieller Verschluss des Leitsystems festgestellt wird, kann beispielsweise im Rahmen routinemäßig durchzuführender Servicearbeiten die betreffende Hitzekachel oder deren Bruchstücke aus dem Leitsystem entfernt und die entsprechende Hitzekachel im Brennraum der Gasturbine ersetzt werden. Durch eine solche präventive Maßnahme kann einer gravierenderen Schädigung der Gasturbine vorgebeugt werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Differenz der Werte der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs vor und nach Ein- treten der Veränderung größer als der Wert einer statistischen Streuung der entsprechenden Werte vor Eintritt der Veränderung. Vorzugsweise ist diese Differenz um zumindest das 2- fache größer als die statistische Streuung des Wertes der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs vor Eintritt der Veränderung. Die vorstehende Ausführungsform beruht auf der Erkenntnis, dass eine Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse der Turbinenschaufeln stets eine signifikante Abweichung des Wertes der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs hervorruft. Es hat sich herausgestellt, dass das Zwei- bis Dreifache des Wertes der statistischen Standardabweichung als signifikant angesehen werden kann. Durch die Anwendung der zuvor genannten Kriterien kann eine zuverlässige Detektion der in Rede stehenden Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse sichergestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die statistische Streuung der Werte der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs in einem ersten, zeitlich vor dem Eintritt der Veränderung der aerodynamischen Verhältnisse gelegenen Zeitintervall ermittelt, welches im Vergleich zu einem zweiten Zeitintervall, innerhalb dessen die signifikante Abweichung des Wertes der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs stattfindet, länger ist. Mit anderen Worten wird eine Abweichung der Werte der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs gesucht, welche im Vergleich zum langfristigen Verlauf dieser Werte kurzfristig und abrupt ist. Vorzugsweise wird dabei das erste Zeitintervall um das 10-fache länger gewählt als das zweite Zeitintervall.
Die zuvor genannten Maßnahmen führen, für sich allein genommen oder in Kombination, zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit der Detektion einer Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Zuverlässigkeit des Verfahrens weiter verbessert, wenn als Wert der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs ein Mittelwert herangezogen wird, der in einer zeitlichen Umgebung des betreffenden Wertes der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs bestimmt wird. Wird diese zeitliche Umgebung vorgegebener Größe verhältnismäßig groß wählt, so ist das Detektions- verfahren verhältnismäßig träge, d.h. es reagiert auf kurzfristig eintretende Veränderungen eher langsam und spät. Im Gegenzug führen kurzfristig auftretende Veränderungen des Wertes der Amplitude und/oder Phase nur mit geringer Wahrscheinlichkeit zu einer Fehldetektion . Wird andererseits die zeitliche Umgebung klein d.h. kurz gewählt, so reagiert das Detektionsverfahren entsprechend schnell, büßt jedoch einen Teil seiner Fehlertoleranz ein. Bevorzugt handelt es sich bei dem Mittelwert um einen RMS-Mittelwert . Anhand empirischer Untersuchungen konnte herausgefunden werden, dass eine Mittelwertbildung in einer zeitlichen Umgebung von 0,1 bis 0,5s zuverlässige Ergebnisse liefert.
Im Rahmen umfangreicher empirischer Untersuchungen konnte herausgefunden werden, dass eine Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse mit einem sprunghaften Anstieg oder Absinken des Wertes der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs von einem ersten auf ein zweites Niveau einhergeht. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird daher eine Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse der Turbinenschaufeln anhand einer solchen sprunghaften Veränderung des Wertes der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs detektiert, Es konnte insbesondere herausgefunden werden, dass die Amplitude des Drehklangs sprunghaft von dem ersten Niveau auf das zweite Niveau ansteigt oder absinkt und im Anschluss auf diesem zweiten Niveau verbleibt. Gemäß einer Weiterbildung wird, daher die besagte Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse anhand eines solchen Verlaufs der Werte für die Amplitude des Drehklangs detektiert. Mit anderen Worten liegen die Werte für die Amplitude des Drehklangs vor Eintritt der Veränderung verhältnismäßig konstant auf einem ersten Niveau und steigen bzw. sinken mit Eintritt der Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse, also beispielsweise mit Eintritt eines partiellen Verschlusses des Leitsystems, auf ein zweites Niveau. Die Werte für die Amplitude des Drehklangs verbleiben im Anschluss auf diesem zweiten Niveau. Es konnte außerdem herausgefunden werden, dass der Wert der Amplitude innerhalb eines Zeitintervalls von weniger als einer Sekunde von dem ersten auf das zweite Niveau ansteigt bzw. absinkt. Entsprechend wird die besagte Veränderung anhand eines solchen Verlaufs der Werte für die Amplitude des Drehklangs detektiert.
Alternativ oder zusätzlich zu der erwähnten Detektion einer Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse anhand einer Abweichung der Werte für die Amplitude des Drehklangs kann die besagte Veränderung, gemäß einer weiteren Ausführungsform, ebenso anhand eines U-förmigen Einbruchs der Werte für die Phase des Drehklangs detektiert werden.
Die Werte der Phase brechen bei Eintritt der in Rede stehenden Veränderung von einem ersten auf ein zweites Niveau sprunghaft ein, während einer sich anschließenden Erholungsphase nähern sie sich wieder diesem ersten Niveau an. Anhand empirischer Untersuchungen konnte herausgefunden werden, dass ein solcher U-förmiger Einbruch der Phase in einem Zeitintervall zwischen 5 und 20 Sekunden erfolgt.
Gemäß den vorstehenden Ausführungsformen wird eine Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse anhand einer Abweichung der aktuellen Werte für die Amplitude und/oder Phase von einem langfristigen Mittelwert detektiert. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Vergleich der gespeicherten Werte für die Amplitude und/oder Phase des Drehklangs mit einer bekannten Funktion durchzuführen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, wird zunächst eine Korrelationsfunktion zwischen den aufgezeichneten Werten für die Amplitude und/oder Phase des Drehklangs und einer Treppenfunktion berechnet. Der Eintritt der besagten Veränderung wird anhand eines sprunghaften Anstiegs der Werte für diese Korrelationsfunktion detektiert. Die vorstehende Ausführungsform basiert auf der Erkenntnis, dass die in Folge einer Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse auftretende Differenz der Werte für die Amplitude und/oder Phase stets mehr oder weniger stufenförmig erfolgt. Da somit die prinzipielle Form der gesuchten Veränderung bekannt ist, kann durch die Berechnung der Korrelationsfunktion mit den gespeicherten Messwerten eine Änderung der aerodynamischen Verhältnisse sicher detektiert werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion einer Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse der im Betrieb einer Turbine rotierenden Turbinenschaufeln umfasst zumindest einen Köperschallsensor zur Detektion eines Betriebsgeräuschs der Turbine und eine Auswerteeinheit zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung treffen gleiche oder ähnliche Vorteile zu, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erwähnt wurden.
Im Folgenden werden das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Gasturbine in einem stark schematisierten Längsschnitt,
Fig. 2 ein Ablaufdiagram eines Verfahrens zur Detektion einer Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse rotierender Turbinenschaufeln,
Fig. 3 ein Diagramm, in dem die Amplitude des Drehklangs in einer auf die Erdbeschleunigung g bezogenen Einheit gegen die Zeit in Sekunden aufgetragen ist,
Fig. 4 ein Diagramm, in dem die Phase des Drehklangs in Grad, jeweils in einer zeitlichen Umgebung in der eine Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse der Turbinenschaufeln stattfindet.
Bei der in Fig. 1 gezeigten, in stark schematisiertem Längsschnitt dargestellten Turbine, handelt es sich beispielhaft um eine Gasturbine 2. Aus einer nicht dargestellten Brennkammer strömen heiße Abgase in Pfeilrichtung auf die Leitschaufeln 4 eines Leitapparates dieser Gasturbine 2. Der aus einer Vielzahl von Leitschaufeln und Kanälen aufgebaute Leitapparat definiert die aerodynamischen Anströmverhältnisse der Turbinenschaufeln 6. Diese sind auf einer Welle 8 montiert, welche im Betrieb der Gasturbine 2 durch das die Turbinenschaufeln 6 anströmende heiße Abgas in Rotation versetzt wird und mit welcher abtriebseitig ein nicht dargestellter Generator zur Erzeugung elektrischer Energie verbunden werden kann. An einem Gehäuse 10 der Gasturbine 2 befindet sich ein Beschleunigungsaufnehmer als Körperschallsensor 12 zur Detektion eines Betriebsgeräusches der Gasturbine 2. Der am Gehäuse 10 der Gasturbine 2 mittels des Körperschallsensors 12 aufgenommene zeitabhängige Wert für das Betriebsgeräusch x[t) der Turbine 2 wird einer mit dem Körperschallsensor 12 verbundenen Auswerte- und Verarbeitungseinheit 14 zugeführt.
Das gemessene Betriebsgeräusch x(t) der Gasturbine 2 ist ein Gemisch vieler verschiedener Frequenzen. Das Betriebsgeräusch x(t) enthält unter Anderem einen durch die rotierenden Turbinenschaufeln 6 verursachten Drehklang d(t) . Dieser Drehklang d(t) entsteht durch den Druckunterschied zwischen der Vorder- und Rückseite der Turbinenschaufeln 6, d.h. durch den Druckunterschied zwischen dem Unterdruck auf der Schaufelsaugseite und einem Überdruck auf der Schaufeldruckseite. Gegenüber einem ortsfesten Beobachter führen diese mit hoher Geschwindigkeit an dem Beobachter vorbeiziehenden Druckvariationen zu einem im Wesentlichen monofrequenten Signal, welches als Drehklang, Drehton oder Blattfolgefrequenz d(t) bezeichnet wird. Die Frequenz des Drehklags d(t) ergibt sich aus der aktuellen Drehzahl der Welle 8 der Gasturbine 2 multipliziert mit der Anzahl ihrer Turbinenschaufeln 6.
Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm (Flowchart) , bei dem zunächst in einem Erfassungsschritt 16 ein Wert für das Betriebsgeräusch x(t) erfasst wird. In einem darauffolgenden Verstärkungs- schritt 18 wird das Betriebsgeräusch x[t) zunächst verstärkt und anschließend einer Analog-Digitalwandlung (A/D-Wandlung) unterzogen. Das digitalisierte Betriebsgeräusch xl[t) wird anschließend in einem Filterschritt 20 mit einem Bandpassfilter gefiltert. Das Bandpassfilter wird zu diesem Zweck auf die Frequenz des Drehklangs d(t) eingestellt. Mit anderen Worten: Das Bandpassfilter wird auf diejenige Frequenz eingestellt, die sich aus der Multiplikation der Drehzahl der Welle 8 mit der Anzahl der Turbinenschaufeln 6 ergibt. Der Wert für den Drehklang d(t) wird schließlich in einem Analyseschritt 22 aufgezeichnet bzw. gespeichert und einer anschließenden Analyse unterzogen. Im Folgenden soll die Analyse des Drehklangs d(t) näher beschrieben werden:
Mit Hilfe des zuvor skizzierten Verfahrens wird während des Betriebs der Gasturbine 2 fortlaufend der Drehklang d(t) aufgenommen und analysiert. Auf diese Weise wird der Betrieb der Gasturbine 2 anhand des aus deren Betriebsgeräusch x(t) herausgefilterten Drehklangs d(t) überwacht. Verändert sich der Drehklang d(t) , so ist dies ein Hinweis darauf, dass sich die aerodynamischen Anströmverhältnisse der Turbinenschaufeln 6, beispielsweise durch einen partiellen Verschluss des Leitapparates oder eine anderweitige Veränderung der aerodynamischen Eigenschaften der Leitschaufeln 4 verändert hat.
Bei der gesuchten Veränderung des Drehklangs d{t) handelt es sich um eine plötzlich auftretende Differenz zwischen den Werten der Amplitude und / oder Phase des Drehklangs Ad{t) / Pd(t) vor und nach Eintritt des gesuchten Ereignisses, beispielsweise eines teilweisen Verschlusses des Leitsystems. Im Folgenden sollen mehrere Möglichkeiten dargestellt werden, wie eine solche plötzliche Veränderung der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs Ad(t) / Pd(t) festgestellt werden kann. Es soll zunächst auf eine Analyse der Amplitude des Drehklangs Ad{t) und dem Anschluss auf die Analyse der Phase des Drehklangs Pd(t) eingegangen werden. Selbstverständlich können zur Überwachung der Gasturbine 2 sowohl eine Analyse der Amplitude als auch der Phase, wie auch eine kombinierte Analyse von Amplitude und Phase herangezogen werden.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird nicht das Signal der Amplitude des Drehklangs Ad(t) selbst, sondern ein über ein Zeitintervall T gemittelter Wert der Amplitude des Drehklangs
Ad(t) betrachtet. Die Berechnung des Mittelwertes der Amplitude
Ad(t) wird beispielhaft für den Zeitpunkt tλ erläutert, wobei über ein Zeitintervall der Länge T gemittelt werden soll. Die
Berechnung des Mittelwertes der Amplitude Ad(tγ) zum Zeitpunkt tj erfolgt mit Hilfe der folgenden Formel:
Figure imgf000013_0001
Mit Hilfe der o.g. Formel wird ein gleitender RMS-Mittelwert (root mean Square) in einer Zeitumgebung mit der Länge T um den Zeitpunkt tλ berechnet.
Zur Überwachung der Gasturbine 2 wird der Mittelwert der Amplitude Ad{t) in Abhängigkeit von der Zeit t beobachtet, tritt ein signifikanter Abfall des Mittelwerts der Amplitude Ad(t) ein, so ist dies ein Hinweis auf einen partiellen Verschluss des Leitapparates der Gasturbine 2. Als signifikant wird eine
Veränderung des Mittelwerts der Amplitude Ad(t) dann angesehen, wenn dieser Wert um ein Vielfaches seiner statistischen Schwankungsbreite von den bisherigen Werten abweicht.
Die Größe des Intervalls T1 d.h. die zeitliche Dauer über die der Wert der Amplitude Ad{t) gemittelt wird, wird abhängig davon gewählt, ob Veränderungen auf kurzen oder langen Zeitskalen detektiert werden sollen. Wird der Wert von T klein, d.h. zeitlich kurz gewählt, so wird der mittlere Amplitudenwert Ad(t) anhand einer geringen Anzahl von Werten des Drehklangs d(t) berechnet. Folglich können schnelle, d.h. kurzfristige Veränderungen der Amplitude Ad{t) des Drehklangs d(t) detektiert werden. Wird der Wert von T hingegen groß, d.h. zeitlich lang gewählt, so wird über eine große/größere Anzahl von Werten des Drehklangs d(t) gemittelt, entsprechend können lediglich Veränderungen auf größeren Zeitskalen detektiert werden. Durch eine Mittelung über eine größere Anzahl von Werten kann die Fluktuation des berechneten Mittelwertes verringert werden - die Fehleranfälligkeit des Verfahren sinkt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Wert der Drehklangamplitude Ad\t) über einen langen Zeitraum während des Betriebes der Turbine 2 aufgezeichnet. Aus den aufgezeichneten Werten wird ein Mittelwert ermittelt, welcher wiederum fortlaufend mit dem aktuellen Wert des Signals der Drehklangamplitude Ad(t) verglichen wird, indem eine Differenz zwischen dem aktuellen Wert der Drehklangamplitude Ad\t) und einem langfris- tigen Mittelwert ermittelt wird. Weicht der Wert der Drehklangamplitude Ad(t) plötzlich von diesem über eine lange Zeit berechneten Mittelwert ab, so ist dies ein Hinweis aus eine Veränderung der aerodynamischen Verhältnisse.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das nicht gefilterte Körperschallsignal x[t) einer gleitenden Fourier Transformation, insbesondere einer Fast Fourier Transformation (FFT) unterzogen. Das Körperschallsignal x[t) wird zunächst mit einer Fensterfunktion W{t) , z.B. der Hamming Funktion, im Zeitraum multipliziert. Auf diese Weise wird ein Zeitintervall extrahiert und der Einfluss von Parasit-Frequenzen minimiert. Die Fouriertransformation des mit der Fensterfunktion W{t) multiplizierten Körperschallsignals x\t) liefert ein komplexes Ergebnis, von dem lediglich der Betrag weiterverwendet wird. Das Ergebnis ist zunächst eine zeit- und frequenzabhängige Amplitude A[f,t J des Körperschallsignals x[t) , welche wiederum beispielhaft für den Zeitpunkt tλ , mittels der folgenden Formel berechnet wird:
A{f, I1)^FFT[W[I -I1)- x{t)}
Von den errechneten frequenzabhängigen Amplitudenwerten A\f,t J wird nun lediglich die Amplitude mit der Frequenz des Drehklangs betrachtet. Es gilt also:
Ad{tλ ) = A[Drehzahl- Schaufelzchl, tλ ) .
Fig. 3 zeig einen auf diese Weise berechneten zeitabhängigen Verlauf der Amplitude Ad[t) . Zum Zeitpunkt t = +4s kommt es zu einem Teilverschluss des Leitapparates der Gasturbine 2. Deutlich sichtbar sinkt das Signal der Amplitude Ad(t) zu diesem Zeitpunkt näherungsweise in der Form einer Treppenfunktion auf einen geringeren Amplitudenwert ab, und verbleibt auf diesem niedrigeren Niveau.
Es konnte festgestellt werden, dass die durch einen partiellen Verschluss des Leitsystems hervorgerufene Veränderung im zeitabhängigen Verlauf der Amplitude Ad(t) stets mehr oder weniger die Form einer Treppenfunktion aufweist. Es handelt sich dabei nicht um eine ideale Treppenfunktion, deren Flanke eine unendlich große Steigung aufweist, sondern um eine näherungsweise Treppenfunktion, deren Flanke eine große aber nicht unendliche Steigung aufweist.
Da der bei einem partiellen Verschluss des Leitapparates auftretende Verlauf der Amplitude Ad\t) - die oben genannte Treppenfunktion - bekannt ist, bietet sich eine weitere Möglichkeit an, einen partiellen Verschluss des Leitapparates zu detektieren .
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Korrelationsfunktion zwischen der Amplitude Ad(t) und einer Treppenfunktion berechnet. Mit anderen Worten wird ein laufender Mustervergleich zwischen dem Amplitudensignal Ad\t) und einer Treppenfunktion als Referenzmuster durchgeführt. Wird nun eine hohe Korrelation zwischen dem gemessenen Amplitudensignal Ad\t) und der Treppenfunktion gefunden, kann von einem partiellen Verschluss des Leitapparates ausgegangen werden. Die Berechnung der Korrelationsfunktion zwischen dem aktuellen Amplitudensignal Ad(t) und einer Treppenfunktion ist vorteilhaft, da in dem gemessenen Amplitudensignal Ad(t) nach einem bekannten Muster, in diesem Fall der Treppenfunktion, gesucht wird. Ist die genaue Art und Weise, in der sich das Amplituden- oder Phasensignal Ad[t) , Pd[t) verändert, nicht bekannt, so bietet sich eine der weiter oben genannten Methoden, beispielsweise ein Vergleich des aktuellen Messwertes der Amplitude Ad\t) mit einem langfristigen Mittelwert an.
Wie bereits erwähnt, besteht neben der Möglichkeit eine Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse der im Betrieb einer Turbine 2 rotierenden Turbinenschaufeln 6 anhand einer Veränderung der Amplitude des Drehklangs Ad\t) zu analysieren außerdem die Möglichkeit eine solche Veränderung anhand einer Veränderung der Phase des Drehklangs Pd(t) zu detektieren. Auf diese Möglichkeit soll im Folgenden eingegangen werden.
Fig. 4 zeigt den Wert der Pd(t) in Abhängigkeit von der Zeit, wobei ebenfalls zum Zeitpunkt t=4s ein partieller Verschluss des Leitapparates auftritt.
Bevor auf den mit Eintritt der aerodynamischen Veränderung auftretenden Einbruch des Wertes für die Phase des Drehklangs Pd\t) eingegangen wird, soll zunächst erläutert werden, wie der Wert der Phase des Drehklangs Pd\t) aus dem Betriebsgeräusch x(t) gewonnen werden kann.
In bereits erwähnter Art und Weise wird zunächst das Drehklangsignal d\t) aus dem Betriebsgeräusch x\t) herausgefiltert. Eine erste Möglichkeit die aktuelle Phase Pd\t) aus dem Drehklangsignal d\t) zu berechnen, bietet die Verwendung der HiI- bert-Huang-Transformation . Die Hilbert-Huang-Transformation liefert ausgehend von dem Drehklangsignal d\t) oder auch direkt aus dem Körperschallsignal x\t) unter anderem die aktuelle Phase Pd(t) .
Eine weitere Möglichkeit die Phase des Drehklangsignals Pd(t) zu analysieren besteht darin den Abstand der Maxima, Nulldurchgänge oder auch der Minima der einzelnen Schwingungen des
Drehklangsignals d\t) fortlaufend zu bestimmen. Ein zum Zeitpunkt t gemessener Abstand bzw. eine Differenz soll mit Tm{t) bezeichnet werden. Der Wert von Tm(f) wird nun mit dem theoretischen Wert Td verglichen, der sich aus einer theoretischen Periodenlänge des Drehklangs ergibt. Konkret ergibt sich Wert für Td als Kehrwert des Produktes aus der Drehzahl der Turbine 2 und der Anzahl ihrer Schaufeln 6.
Die Phasendifferenz Pd'\t) wird mittels der folgenden Formel berechnet :
Pd'(ή= (Tm(t)-Td)/Td.2π
Die absolute Phase Pd\t) kann als Integral der Phasendifferenz berechnet werden:
Figure imgf000018_0001
Eine weitere Möglichkeit die Phase Pd\t) des Drehklangsignals d{t) zu berechnen besteht darin, zunächst das Körperschallsignal x(t) mit einer Fensterfunktion W{t) , z.B. der Hamming Funktion zu multiplizieren, und das Produkt anschließend einer gleitenden Fouriertransformation, vorzugsweise einer Fast Fourier Transformation, zu unterziehen. Durch die Multiplikation des Körperschallsignals x\t) mit der Fensterfunktion W(t) wird ein Zeitintervall ausgewählt und der Einfluss von Parasit-Frequenzen minimiert. Aus dem komplexen Ergebnis der Fast Fourier Transformation wird anschließend lediglich die Phase <p(/,0 verwendet. Dies geschieht mit Hilfe der folgenden For¬ mel :
Figure imgf000019_0001
Die Funktion „arg" ist eine aus dem Programm Matlab allgemein bekannte Funktion. Diese verhindert ein Springen der üblicherweise lediglich im Bereich zwischen -90° und + 90° angegebenen Phase .
Der zeit- und frequenzabhängige Wert der Phase φ(f,t) wird nun anschließend lediglich bei der Frequenz des Drehklangs ausgewertet. Dies geschieht mit Hilfe der folgenden Formel:
Pdmw(t) = φ(Drehzahl Schaufelzahl ,t)
Die auf diese Weise berechnete Phase Pdmw(t) ist mit dem Index „raw" versehen, da es sich um einen Rohwert handelt. Es ist vorteilhaft diesen Wert noch mit der ebenfalls aus dem Programm Matlab bekannten Funktion „unwrap" zu behandeln. Die Funktion „unwrap" entfernt unerwünschte Nebeneffekte der Fast Fourier Transformation. Die Phase Pd(t) des Drehklangs wird also aus Pdmw(t) mittels der folgenden Formel berechnet:
Pd(t)= unwrap(PdrJt))
Der in Fig. 4 gezeigte zeitliche Verlauf der Phase Pd\t) kann mit einer der o.g. Methoden berechnet werden. Zum Zeitpunkt t=4s tritt ein Teilverschluss des Leitapparates der Gasturbine 2 ein. Deutlich sichtbar bricht im Anschluss an dieses Ereignis der Wert der Phase Pd\t) ein. Nach Eintritt eine partiellen Verschlusses des Leitsystems der Gasturbine 2 greift deren Regelung ein, indem sie beispielsweise die Leistung der Gasturbine steigert. Der Wert der Phase Pd\t) nähert sich in dem in Fig. 4 nicht mehr dargestellten Bereich wieder seinem ursprünglichen Wert vor Eintritt des partiellen Verschlusses an.
Eine Vorrichtung zur Durchführung eines der vorgenannten Verfahren ist bereits teilweise im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, diese umfasst den Körperschallsensor 12, vorzugsweise einen Beschleunigungsaufnehmer, der am Gehäuse 10 der Turbine 2 angebracht ist. Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 2 erwähnt, wird das aufgenommene Betriebsgeräusch bzw. Körperschallsignal x(t) mit Hilfe der Auswerte- und Verarbeitungseinheit 14, beispielsweise einem MikroController oder Computer gespeichert und entsprechend eines oder mehrerer der oben beschriebenen Verfahren verarbeitet.
Sollte ein partieller Verschluss des Leitapparates der Gasturbine 2 detektiert werden, so kann die Vorrichtung außerdem ein entsprechendes Signal abgeben, so dass das Servicepersonal darauf hingewiesen ist, beispielsweise im Rahmen der nächsten routinemäßigen Wartungsarbeiten entsprechende Schritte zur Reparatur einzuleiten.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Detektion einer Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse der im Betrieb einer Turbine (2) rotierenden Turbinenschaufeln (6) , die folgenden Schritte umfassend: a) Erfassen (16) und Filtern (20) eines Betriebsgeräusches (x(t) ) der Turbine (2) zur Ermittlung eines von den rotierenden Turbinenschaufeln (6) hervorgerufenen Drehklangs (d(t) ) , b) Aufzeichnen (22) eines Wertes der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs (d(t) ) für eine Vielzahl von aufeinander fol¬ genden Zeitpunkten, c) Analysieren (22) der aufgezeichneten Werte, wobei eine Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse der rotierenden Turbinenschaufeln (6) anhand einer Differenz der Werte der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs (d(t) ) vor und nach Eintreten der Veränderung detektiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Differenz der Werte der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs (d(t) ) vor und nach Eintreten der Veränderung größer ist als der entsprechende Wert einer statistischen Streuung der Werte vor Eintritt der Veränderung.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Differenz zumindest das 2-fache des Wertes der statistischen Streuung beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die statistische Streuung der Werte der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs (d(t) ) in einem ersten zeitlich vor dem Eintritt der Veränderung gelegenen Zeitintervall ermittelt wird, welches im Vergleich zu einem zweiten Zeitintervall, innerhalb dessen die signifikante Abweichung des Wertes der Amplitude und/oder Phase des Drehklanges (d(t)) stattfindet, länger ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das erste Zeitintervall um das 10-fache länger ist als das zweite Zeitintervall.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem als Wert der Amplitude und/oder Phase des Drehklanges (d(t)) ein Mittelwert (Ad (t) ) herangezogen wird, der in einer zeitlichen Umgebung T vorgegebener Größe des betreffenden Wertes der Amplitude und/oder Phase des Drehklanges (d(t)) bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse anhand eines sprunghaften Ansteigens oder Absinkens der Werte der Amplitude und/oder der Phase des Drehklanges (d(t)) von einem ersten auf ein zweites Niveau detektiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Veränderung anhand eines sprunghaften Absinkens der Werte für die Amplitude des Drehklangs (Ad (t) ) von dem ersten auf das zweite Niveau detektiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Werte der Amplitude (Ad (t) ) innerhalb eines Zeitintervalls von weniger als einer Sekunde von dem ersten auf das zweite Niveau absinken.
10. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem eine Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse anhand eines U-förmigen Einbruchs der Werte für die Phase des Drehklangs (Pd (t) ) de- tektiert wird, wobei die Werte der Phase (Pd (t) ) von dem ersten auf das zweite Niveau sprunghaft einbrechen und sich in einer anschließenden Erholungsphase wieder dem ersten Niveau annähern .
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der U-förmigen Einbruch der Phase (Pd (t) ) in einem Zeitintervall zwischen 5 und 20 Sekunden Länge erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine Korrelationsfunktion zwischen den aufgezeichneten Werten der Amplitude und/oder Phase des Drehklangs (d(t)) und einer Treppenfunktion berechnet und eine Differenz der Werte vor und nach Eintreten der Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse anhand eines sprunghaften Anstiegs des Wertes dieser Korrelationsfunktion detektiert wird.
13. Vorrichtung zur Detektion einer Veränderung der aerodynamischen Anströmverhältnisse der im Betrieb einer Turbine (2) rotierenden Turbinenschaufeln (6), umfassend zumindest einen Körperschallsensor (12) zur Detektion eines Betriebsgeräusches
(x(t)) der Turbine (2) und eine Auswerteeinheit (14) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche .
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2476555A (en) * 2009-12-22 2011-06-29 Gen Electric Acoustic detection of turbomachine blade crack
CN115309208A (zh) * 2022-09-05 2022-11-08 北京航空航天大学 一种涡轮叶片温度-应力任意相位角加载自动修正算法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019114739A1 (de) 2019-06-03 2020-12-03 Vaillant Gmbh Kompressor-Lüfter-Management

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19843615C2 (de) * 1998-09-23 2001-02-01 Friedmund Nagel Vorrichtung und Verfahren zur Diagnose von Verbrennungsantrieben
US20050171736A1 (en) * 2004-02-02 2005-08-04 United Technologies Corporation Health monitoring and diagnostic/prognostic system for an ORC plant
NO324581B1 (no) * 2006-01-26 2007-11-26 Dynatrend As Fremgangsmate og anordning for a kunne bestemme nar det forekommer roterende stall i en kompressors turbinblad II
US9557210B2 (en) * 2007-02-02 2017-01-31 The Secretary, Department Of Atomic Energy, Govt. Of India Method for non-intrusive on-line detection of turbine blade condition
WO2009014658A1 (en) * 2007-07-20 2009-01-29 Rosemount Inc. Pressure diagnostic for rotary equipment

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2476555A (en) * 2009-12-22 2011-06-29 Gen Electric Acoustic detection of turbomachine blade crack
US8074499B2 (en) 2009-12-22 2011-12-13 General Electric Company Method and system for detecting a crack on a turbomachine blade
GB2476555B (en) * 2009-12-22 2013-06-05 Gen Electric Method and system for detecting a crack on a turbomachine blade
CN115309208A (zh) * 2022-09-05 2022-11-08 北京航空航天大学 一种涡轮叶片温度-应力任意相位角加载自动修正算法
CN115309208B (zh) * 2022-09-05 2023-07-21 北京航空航天大学 一种涡轮叶片温度-应力任意相位角加载自动修正算法

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