用於檢測過濾器斷裂的方法和系統的製作方法

2023-09-18 09:08:15

專利名稱：用於檢測過濾器斷裂的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及燃氣輪機引擎，且更具體而言，涉及在燃氣輪機引擎入口流中用於檢測過濾器斷裂的方法和系統。
背景技術：
燃氣輪機引擎在多種應用中被用作功率源。為了保護引擎不受環境影響且為了使燃氣輪機引擎與周圍環境屏蔽隔開，至少一些已公知的燃氣輪機引擎被罩在引擎組件艙室內，所述引擎組件艙室包括入口區域、排氣區域如抽吸導管、以及在入口區域與排氣區域之間延伸的引擎區域。例如在使用燃氣輪機引擎作為發電機的功率源的發電設施中，引擎可被罩在艙室內部，這有利於減少在引擎工作過程中產生的噪聲和熱量。
在至少一些已公知的艙室內，入口包括使環境空氣按一定路線從艙室外部進入引擎艙室內以冷卻引擎和艙室且使所述環境空氣到達引擎以供應燃燒空氣的導管。從大氣中到達燃氣輪機引擎入口的微粒或帶出的水汽可能會導致燃氣輪機引擎的壓縮機部分發生故障。為了有利於減輕帶出的水汽的影響，至少一些已公知的燃氣輪機引擎包括位於入口導管中的大體上防止微粒和水汽帶出物到達燃氣輪機引擎入口的過濾器。然而，過濾器的故障或斷裂可能允許存在微粒和水汽帶出物。因此，至少一些已公知的燃氣輪機引擎中使用了感測指示出斷裂過濾器的過濾器兩端的壓力差的空氣壓差監控器。然而，在過濾器發生斷裂的一些情況下，壓差可能減小，在其它情況下壓差增大，從而使得壓差對於進行過濾器故障檢測而言是一個不可靠的監控參數。

發明內容
在一個實施例中，提供了一種用於檢測過濾器斷裂的系統。所述系統包括被設置在流體流的第一側面上且被構造以發射預定強度的光進入流體過濾器下遊的所述流體流內的光發射器、被設置在所述流體流的第二側面上且被構造以接收所述發射光的至少一部分的光接收器以及被構造以接收來自所述光接收器的對應於所述發射光強度的信號的控制器，所述控制器被構造用以產生對應於所述發射光強度變化的輸出信號。
在另一個實施例中，一種在流體流中確定過濾器斷裂的方法包括接收由於流體流中的粒子而至少部分衰減的光束的至少一部分、確定由於所述粒子使所述光束間歇衰減所致的所述光束的強度變化、並且將所述變化與可選擇的閾值進行比較以產生指示過濾器故障的信號。
在又一個實施例中，一種燃氣輪機引擎系統包括具有燃燒空氣入口導管的燃氣輪機引擎；過濾器，所述過濾器被設置在所述入口導管中以使得至少一部分所述入口空氣渠化通過所述過濾器；和光學閃爍探頭，所述光學閃爍探頭被設置在所述入口導管的壁部中且被構造以利用從被設置在所述入口導管壁部上的光源接收的光的強度變化確定所述入口導管中的粒子分布。


圖1是一種典型的燃氣輪機引擎的示意圖；圖2是可與圖1所示的燃氣輪機引擎一起使用的一種典型的燃氣輪機發電機艙室的側剖視圖；和圖3是可與圖2所示的轉子一起使用的一種典型的轉子齒的軸向透視圖。
具體實施例方式
圖1是受到控制器11的控制且被聯接到發電機16上的典型燃氣輪機引擎10的示意圖。控制器11是包括引擎控制軟體的基於處理器的系統，所述引擎控制軟體對控制器11進行配置以執行下述過程。正如本文中使用地，術語處理器不僅限於技術上被稱作處理器的集成電路，而是廣義上所指的計算機、處理器、微處理器、微控制器、微型計算機、可編程的邏輯控制器、特定用途集成電路(ASIC)、邏輯電路以及能夠執行本文所述系統的任何其它可編程的電路或處理器。在典型實施例中，燃氣輪機系統10包括布置在一個整體式轉子或軸18上的壓縮機12、渦輪機14和發電機16。在另一可選實施例中，軸18被分成多個軸部段，每個軸部段被聯接到相鄰軸部段上以形成軸18。壓縮機12將壓縮空氣供應至燃燒室20，在所述燃燒室中所述壓縮空氣與通過流22供應的燃料相混合。在一個實施例中，引擎10是商業上可從General Electric Company(通用電氣公司)，Greenville，SouthCarolina(南卡羅來納州)得到的7FB燃氣輪機引擎。
在工作過程中，空氣流動通過壓縮機12且壓縮空氣被供應至燃燒室20。來自燃燒室20的燃燒氣體28推動渦輪機14。渦輪機14使軸18、壓縮機12和發電機16圍繞縱向軸線30旋轉。
圖2是可與燃氣輪機引擎10(如圖1所示)一起使用的典型燃氣輪機發電機艙室70的側剖視圖。渦輪機艙室70分別包括入口區域72、排氣區域74和在入口區域72與排氣區域74之間延伸的引擎區域76。更具體而言，艙室引擎區域76的尺寸適於在其中接收引擎10。艙室入口區域72包括被流體連通地聯接在艙室引擎區域76與環境空氣空間92之間以接收通過其中的環境空氣流的入口導管風門90。在典型實施例中，過濾器93被設置在入口導管中以有利於減少來自環境空氣空間92的微粒和水汽帶出物。
艙室排氣區域74包括與風機殼體98流體連通地相聯的抽吸導管94。更具體而言，抽吸導管94的第一端100被聯接至在封閉艙室70的頂板104中限定出的排出開口102。導管94的第二端106被聯接至殼體98。在風機排出口99處從艙室冷卻系統中排出空氣流。
風機殼體98包括通過軸110被可旋轉地聯接至馬達108的風機轉子(未示出)。馬達108通過電纜114被電聯接至馬達驅動裝置112。馬達驅動裝置112控制馬達108的輸入功率。
在工作過程中，燃氣輪機引擎通過過濾器93、風門90和一部分引擎區域76接收來自環境區域92的燃燒空氣。在典型實施例中，燃氣輪機引擎10包括入口導管118和被聯接至燃氣輪機引擎10的入口122的入口過濾器120。入口118使來自引擎區域76的空氣渠化通過過濾器120到達引擎入口122。過濾器120有利於減少進入入口122的微粒和水汽。
圖3是可與燃氣輪機引擎10(如圖1所示)一起使用的典型過濾器斷裂檢測系統300的示意框圖。過濾器斷裂檢測系統300包括被設置在流體流306的第一側304上且被構造以發射預定強度的光如光束308進入流體過濾器310下遊的流體流306內的光發射器302。光接收器312被設置在流體流306的第二側314上且被構造以接收發射光束308的至少一部分。放置發射器302和接收器312以使得光束308以相對於流體流軸線315的傾斜的角度橫向穿過流體流。接收器312僅需要接收一部分來自束308的光。因此，發射器302和接收器312可相對於彼此且相對於流體流306呈多種角度進行取向。控制器316被構造以接收來自光接收器312的對應於發射光束308的強度的信號318。控制器316被構造以產生對應於發射光強度變化的輸出信號320。在典型實施例中，束為高度準直的窄聚焦的束。在本發明的多個實施例中，束308可以是雷射束或擴散和發散束。過濾器斷裂檢測系統300進一步包括第一比較器322，所述第一比較器被構造以產生指示發射光308的強度變化超過可選擇的工作範圍如上限和下限的輸出信號324。強度變化與在發射器302與接收器312之間通過的粒子數量相關。在發射器302與接收器312之間通過的粒子越多，則在發射光束308的強度中產生更大量的「閃爍」。
在典型實施例中，光發射器302發射處於電磁波譜的紅外頻帶中的光。在另一可選實施例中，光發射器302發射處於除電磁波譜的紅外頻帶以外的其它頻帶中的光。在典型實施例中，光發射器302發射調製光束308以使得有利地消除漫射光、環境光和入口導管中的氣體幹擾中至少一種情況的影響。
過濾器斷裂檢測系統300進一步包括被構造以產生對應於流體過濾器310兩端的壓差的輸出信號328的傳感器326。在典型實施例中，傳感器326通過高壓分接頭330被聯接至過濾器310上遊的流體流306且通過低壓分接頭332被聯接至過濾器310下遊的流體流306。第二比較器334被構造以產生指示流體過濾器310兩端的壓差超過可選擇的工作範圍如高壓差和低壓差的輸出信號336。
電路338被構造以可選算法合併輸出信號320、324、328和336以產生指示過濾器310斷裂的輸出信號340。例如，電路338可使用輸出信號320、324、328和336中的任一信號產生輸出信號340，或可使用輸出信號320、324、328和336的任意組合產生輸出信號340。此外，電路338可選擇地使用其它邏輯和/或過程控制函數以基於輸出信號320、324、328和336確定過濾器310何時已經斷裂。
應該意識到，本文中所述的本發明的實施例的技術效應能夠可靠且可重複地檢測由於保護過濾介質斷裂所致的流動通過導管的微粒濃度的增加。
過濾器斷裂檢測系統的上述實施例提供了一種節省成本的且可靠的手段以確定過濾器何時產生故障以使得可調節過濾器下遊的設備操作從而適應增加的微粒流。結果是，本文中所述的方法和系統有利於以節省成本的且可靠的方式操作設備。
上面詳細地對過濾器斷裂檢測系統的典型實施例進行了描述。所述系統不限於本文中所述的具體實施例，而是每種系統的部件可與本文中所述的其它部件獨立且分離地使用。每種系統部件還可與其它系統部件組合使用。
儘管已經結合多個具體實施例對本發明進行了描述，但本領域的技術人員應該認識到，可通過在所附技術方案的精神和範圍內的變型實踐本發明。
零件表10 燃氣輪機引擎11 控制器12 壓縮機14 渦輪機16 發電機18 整體式轉子或軸20 燃燒室22 流28 燃燒氣體30 縱向軸線70 燃氣輪機發電機艙室72 艙室入口區域74 艙室排氣區域76 艙室引擎區域90 入口導管風門92 環境空氣空間93 過濾器94 抽吸導管98 風機殼體99 風機排出口100 第一端102 排出開口104 頂板106 第二端108 馬達110 軸112 馬達驅動裝置114 電纜118 入口導管120 入口過濾器122 引擎入口
300 過濾器斷裂檢測系統302 光發射器304 第一側306 流體流308 光束310 流體過濾器312 光接收器314 第二側315 軸線316 控制器318 信號320 輸出信號322 第一比較器324 輸出信號326 傳感器328 輸出信號330 高壓分接頭332 低壓分接頭334 第二比較器336 輸出信號338 電路340 輸出信號
權利要求
1.一種過濾器斷裂檢測系統(300)，所述過濾器斷裂檢測系統包括被設置在流體流(306)的第一側面(304)上且被構造以發射預定強度的光(308)進入流體過濾器(310)下遊的所述流體流內的光發射器(302)；被設置在所述流體流的第二側面(314)上且被構造以接收所述發射光的至少一部分的光接收器(312)；和被構造以接收來自所述光接收器的對應於所述發射光強度的信號(318)的控制器(316)，所述控制器被構造以產生對應於所述發射光強度變化的輸出信號(320)。
2.根據權利要求1所述的系統(300)，進一步包括被構造以產生指示所述發射光(308)的強度變化超過可選擇的工作範圍的輸出信號(324)的第一比較器(322)。
3.根據權利要求1所述的系統(300)，其中所述光發射器(302)發射處於電磁波譜的紅外頻帶中的光(308)。
4.根據權利要求1所述的系統(300)，其中所述光發射器(302)發射調製光束(308)以使得有利地消除漫射光、環境光和所述入口導管(118)中的氣體幹擾中至少一種情況的影響。
5.根據權利要求1所述的系統(300)，進一步包括被構造以產生對應於所述流體過濾器(310)兩端的壓差的輸出信號(328)的傳感器(326)。
6.根據權利要求1所述的系統(300)，進一步包括電路(338)，所述電路被構造以使指示所述發射光(308)強度變化的所述輸出信號(320)與壓差輸出信號(310)相結合從而產生指示過濾器斷裂的信號。
7.根據權利要求1所述的系統(300)，進一步包括電路(338)，所述電路被構造以使指示所述發射光強度變化超過可選擇的工作範圍的輸出信號(324)與對應於所述流體過濾器(310)兩端的壓差的輸出信號(336)相結合。
8.根據權利要求2所述的系統(300)，進一步包括被構造以產生指示所述流體過濾器(310)兩端的壓差超過可選擇的工作範圍的輸出信號(336)的第二比較器(334)。
9.根據權利要求8所述的系統(300)，進一步包括電路(338)，所述電路被構造以使指示所述發射光(308)強度變化的所述輸出信號(320)與指示所述流體過濾器(310)兩端的壓差超過可選擇的工作範圍的輸出信號(336)相結合從而產生指示過濾器斷裂的信號。
10.一種燃氣輪機引擎系統，所述燃氣輪機引擎系統包括具有燃燒空氣入口導管(118)的燃氣輪機引擎(10)；過濾器(120)，所述過濾器被設置在所述入口導管中以使得至少一部分所述入口空氣渠化通過所述過濾器；和光學閃爍探頭，所述光學閃爍探頭被設置在所述入口導管的壁部中且被構造以利用從被設置在所述入口導管壁部上的光源接收的光(308)的強度變化確定所述入口導管中的粒子分布。
全文摘要
提供了用於檢測過濾器斷裂的方法和系統。所述系統(300)包括被設置在流體流(306)的第一側面(304)上且被構造以發射預定強度的光(308)進入流體過濾器(310)下遊的所述流體流內的光發射器(302)、被設置在所述流體流的第二側面(314)上且被構造以接收所述發射光的至少一部分的光接收器(312)以及被構造以接收來自所述光接收器的對應於所述發射光強度或接收到的光的脈動，還已公知被稱作閃爍，的信號(318)的控制器(316)，所述控制器被構造以產生相應的輸出信號(320)。
文檔編號F02C7/05GK1924321SQ200610126638
公開日2007年3月7日 申請日期2006年8月31日 優先權日2005年8月31日
發明者T·L·法默 申請人:通用電氣公司