用于渦輪機(jī)構(gòu)件缺陷監(jiān)測(cè)的嵌入式無線傳感器的制造方法
【專利說明】用于渦輪機(jī)構(gòu)件缺陷監(jiān)測(cè)的嵌入式無線傳感器
[0001]政府許可權(quán)利
本發(fā)明利用能源部授予的合同號(hào)DE-FC26-05NT42643下的政府支持完成。美國(guó)政府對(duì)本發(fā)明有一定權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本文公開的主題大體上涉及渦輪機(jī)。更具體而言，本文提供的公開內(nèi)容涉及檢測(cè)渦輪機(jī)構(gòu)件中的材料缺陷。
【背景技術(shù)】
[0003]包括燃?xì)鉁u輪(GT)構(gòu)件的渦輪機(jī)構(gòu)件在使用時(shí)經(jīng)歷惡劣環(huán)境。此類環(huán)境可引起通常難以檢測(cè)的渦輪機(jī)構(gòu)件(例如，輪葉、噴嘴、導(dǎo)葉或葉片)的材料性質(zhì)的變化。一旦此類構(gòu)件進(jìn)行保養(yǎng)，則由材料性質(zhì)變化引起的構(gòu)件自身的小差異可開始產(chǎn)生構(gòu)件的使用壽命的較寬變化。大體上，使用剩余使用壽命(RUL)預(yù)測(cè)模型以便執(zhí)行渦輪機(jī)構(gòu)件的計(jì)劃替換。因此，在它們的實(shí)際使用壽命結(jié)束之前很早就替換許多渦輪機(jī)構(gòu)件?；谟?jì)劃維護(hù)程序的構(gòu)件替換為昂貴的，然而可能不必要的是常規(guī)替換可優(yōu)先引起渦輪機(jī)的災(zāi)難性故障的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]各種實(shí)施例包括適于監(jiān)測(cè)渦輪機(jī)中的構(gòu)件的至少一個(gè)物理性能的檢測(cè)系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，檢測(cè)系統(tǒng)包括構(gòu)造成附連于渦輪機(jī)的構(gòu)件的至少一個(gè)傳感器，至少一個(gè)傳感器用于感測(cè)關(guān)于渦輪機(jī)構(gòu)件在渦輪機(jī)的操作期間的至少一個(gè)物理性能的信息，通信地聯(lián)接于至少一個(gè)傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，以及構(gòu)造成附連于渦輪機(jī)的靜止構(gòu)件的至少一個(gè)RF通信裝置，射頻通信裝置構(gòu)造成經(jīng)由聯(lián)接于信號(hào)轉(zhuǎn)換器的RF天線與至少一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換器通
?目O
[0005]第一方面提供了一種檢測(cè)系統(tǒng)，其包括:構(gòu)造成附連于渦輪機(jī)的構(gòu)件的至少一個(gè)傳感器，至少一個(gè)傳感器用于感測(cè)關(guān)于渦輪機(jī)構(gòu)件在渦輪機(jī)的操作期間的至少一個(gè)物理性能的信息；通信地聯(lián)接于至少一個(gè)傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器；以及構(gòu)造成附連于渦輪機(jī)的靜止構(gòu)件的至少一個(gè)RF通信裝置，射頻通信裝置構(gòu)造成經(jīng)由聯(lián)接于信號(hào)轉(zhuǎn)換器的RF天線與至少一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換器通信。
[0006]第二方面提供了一種渦輪機(jī)構(gòu)件，其包括:構(gòu)件本體；聯(lián)接于構(gòu)件的本體的檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)包括:構(gòu)造成附連于渦輪機(jī)構(gòu)件的至少一個(gè)傳感器，至少一個(gè)傳感器用于感測(cè)關(guān)于渦輪機(jī)構(gòu)件在渦輪機(jī)的操作期間的至少一個(gè)物理性能的信息；通信地聯(lián)接于至少一個(gè)傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器；以及構(gòu)造成附連于渦輪機(jī)的靜止構(gòu)件的至少一個(gè)RF通信裝置，射頻通信裝置構(gòu)造成經(jīng)由聯(lián)接于信號(hào)轉(zhuǎn)換器的RF天線與至少一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換器通信。
[0007]第三方面提供一種檢測(cè)系統(tǒng)，其包括:構(gòu)造成附連于渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的至少一個(gè)傳感器，至少一個(gè)傳感器用于感測(cè)關(guān)于渦輪機(jī)構(gòu)件在渦輪機(jī)的操作期間的至少一個(gè)物理性能的信息；通信地聯(lián)接于至少一個(gè)傳感器的、設(shè)置在渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的平臺(tái)上的信號(hào)轉(zhuǎn)換器；以及橫穿渦輪機(jī)的外殼中的孔口用于經(jīng)由電磁共振發(fā)射和接收來自信號(hào)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)的收發(fā)器天線。
[0008]技術(shù)方案1.一種檢測(cè)系統(tǒng)，包括:
構(gòu)造成附連于渦輪機(jī)的構(gòu)件的至少一個(gè)傳感器，所述至少一個(gè)傳感器用于感測(cè)關(guān)于所述渦輪機(jī)構(gòu)件在所述渦輪機(jī)的操作期間的至少一個(gè)物理性能的信息；
通信地聯(lián)接于所述至少一個(gè)傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器；以及
構(gòu)造成附連于所述渦輪機(jī)的靜止構(gòu)件的至少一個(gè)RF通信裝置，所述射頻通信裝置構(gòu)造成經(jīng)由聯(lián)接于所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器的RF天線與所述至少一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換器通信。
[0009]技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案I所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器為表面聲波傳感器(SAW)、非線性群集共振器(NLR)或RF共振結(jié)構(gòu)中的一個(gè)。
[0010]技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案I所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)系統(tǒng)還包括:
計(jì)算裝置，其構(gòu)造成從所述RF通信裝置接收關(guān)于所述渦輪機(jī)構(gòu)件的所述至少一個(gè)物理性能的所述信息。
[0011]技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案3所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算裝置構(gòu)造成識(shí)別所述至少一個(gè)傳感器和所述至少一個(gè)傳感器關(guān)于所述渦輪機(jī)的位置。
[0012]技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案I所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)RF通信裝置包括收發(fā)器或接收器中的一個(gè)。
[0013]技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案I所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器包括應(yīng)變傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、振動(dòng)測(cè)量傳感器、表面異常傳感器或裂紋檢測(cè)傳感器中的一個(gè)。
[0014]技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案5所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器位于所述渦輪機(jī)構(gòu)件的葉片末端護(hù)罩中。
[0015]技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案I所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)系統(tǒng)還包括橫穿所述渦輪機(jī)的外殼中的孔口用于發(fā)射和接收來自所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器的近場(chǎng)RF信號(hào)的收發(fā)器天線。
[0016]技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案8所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)系統(tǒng)還包括:
通信導(dǎo)管，其路線穿過所述渦輪機(jī)構(gòu)件的柄，將所述至少一個(gè)傳感器與所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器連接，其中所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器位于所述渦輪機(jī)構(gòu)件的所述柄上。
[0017]技術(shù)方案10.—種渦輪機(jī)構(gòu)件，包括:
構(gòu)件本體；
聯(lián)接于所述構(gòu)件的所述本體的檢測(cè)系統(tǒng)，所述檢測(cè)系統(tǒng)包括:
構(gòu)造成附連于所述渦輪機(jī)構(gòu)件的至少一個(gè)傳感器，所述至少一個(gè)傳感器用于感測(cè)關(guān)于所述渦輪機(jī)構(gòu)件在所述渦輪機(jī)的操作期間的至少一個(gè)物理性能的信息；
通信地聯(lián)接于所述至少一個(gè)傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器；以及
構(gòu)造成附連于所述渦輪機(jī)的靜止構(gòu)件的至少一個(gè)RF通信裝置，所述射頻通信裝置構(gòu)造成經(jīng)由聯(lián)接于所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器的RF天線與所述至少一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換器通信。
[0018]技術(shù)方案11.根據(jù)技術(shù)方案10所述的渦輪機(jī)構(gòu)件，其特征在于，所述構(gòu)件包括渦輪機(jī)輪葉、渦輪機(jī)噴嘴、渦輪機(jī)葉片或渦輪機(jī)導(dǎo)葉中的一個(gè)。
[0019]技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案10所述的渦輪機(jī)構(gòu)件，其特征在于，所述渦輪機(jī)構(gòu)件還包括:
構(gòu)造成從所述RF通信裝置接收關(guān)于所述渦輪機(jī)輪葉的所述至少一個(gè)物理性能的所述信息的計(jì)算裝置。
[0020]技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案10所述的渦輪機(jī)構(gòu)件，其特征在于，所述至少一個(gè)RF通信裝置包括收發(fā)器或接收器中的一個(gè)。
[0021]技術(shù)方案15.根據(jù)技術(shù)方案10所述的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子區(qū)段，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器包括應(yīng)變傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、振動(dòng)測(cè)量傳感器或裂紋檢測(cè)傳感器中的一個(gè)。
[0022]技術(shù)方案16.根據(jù)技術(shù)方案10所述的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子區(qū)段，其特征在于，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器包括表面聲波傳感器(SAW)、非線性群集共振器(NLR)或RF共振結(jié)構(gòu)中的一個(gè)。
[0023]技術(shù)方案17.根據(jù)技術(shù)方案10所述的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子區(qū)段，其特征在于，所述渦輪機(jī)構(gòu)件包括渦輪機(jī)輪葉，并且其中所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器位于葉片末端或所述渦輪機(jī)輪葉的護(hù)罩中的一個(gè)上。
[0024]技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案17所述的渦輪機(jī)構(gòu)件，其特征在于，所述渦輪機(jī)構(gòu)件還包括:
通信導(dǎo)管，其路線穿過所述渦輪機(jī)輪葉的柄，使所述至少一個(gè)傳感器與所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器連接，其中所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器位于所述渦輪機(jī)輪葉的所述柄上。
[0025]技術(shù)方案19.一種檢測(cè)系統(tǒng)，包括:
構(gòu)造成附連于渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的至少一個(gè)傳感器，所述至少一個(gè)傳感器用于感測(cè)關(guān)于所述渦輪機(jī)構(gòu)件在所述渦輪機(jī)的操作期間的至少一個(gè)物理性能的信息；
通信地聯(lián)接于所述至少一個(gè)傳感器的、設(shè)置在所述渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的平臺(tái)上的信號(hào)轉(zhuǎn)換器；以及
橫穿所述渦輪機(jī)的外殼中的孔口用于經(jīng)由電磁共振發(fā)射和接收來自所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)的收發(fā)器天線。
[0026]技術(shù)方案20.根據(jù)技術(shù)方案19所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器為表面聲波傳感器(SAW)、非線性群集共振器(NLR)或RF共振結(jié)構(gòu)中的一個(gè)。
【附圖說明】
[0027]本發(fā)明的這些和其它特征將更容易從連同繪出本發(fā)明的各種實(shí)施例的附圖的、本發(fā)明的各種方面的以下詳細(xì)描述理解，在該附圖中:
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)的三維透視圖。
[0028]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的渦輪機(jī)構(gòu)件的三維透視圖。
[0029]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的渦輪機(jī)構(gòu)件的三維透視圖。
[0030]圖4-5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)的三維透視圖。
[0031]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的渦輪機(jī)構(gòu)件的三維透視圖。
[0032]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的渦輪機(jī)構(gòu)件的三維透視圖。
[0033]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的渦輪機(jī)的三維透視圖。
[0034]注意的是，本發(fā)明的附圖不必按比例。附圖旨在僅繪出本發(fā)明的典型方面，并且因此不