燃?xì)廨啓C(jī)壽命預(yù)測(cè)和優(yōu)化設(shè)備及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種用于確定燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子的預(yù)期殘余壽命的設(shè)備和基于計(jì)算機(jī)的方法。所述方法包括：在計(jì)算機(jī)處接收所述燃?xì)廨啓C(jī)的操作條件；接收燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子檢查結(jié)果；基于所述燃?xì)廨啓C(jī)的所述操作條件和所述燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子檢查結(jié)果，更新與所述燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)應(yīng)的機(jī)群的數(shù)據(jù)庫(kù)；以及計(jì)算所述燃?xì)廨啓C(jī)的所述轉(zhuǎn)子的所述預(yù)期殘余壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】燃?xì)廨啓C(jī)壽命預(yù)測(cè)和優(yōu)化設(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本說(shuō)明書(shū)公開(kāi)的本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于預(yù)測(cè)并且優(yōu)化燃?xì)廨啓C(jī)或其中的部件操作壽命的方法和系統(tǒng)、更具體地是機(jī)構(gòu)和技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]與美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)2008/0243352的圖1類(lèi)似的圖1示出燃?xì)廨啓C(jī)10的示例(在此以引用的方式并入本文)，所述燃?xì)廨啓C(jī)具有壓縮機(jī)12、燃燒器14、連接到壓縮機(jī)12的渦輪16以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(控制器)18。通到壓縮機(jī)12的入口管道20可將環(huán)境空氣供給到壓縮機(jī)12。入口管道20可以具有管道、濾波器、濾網(wǎng)和噪聲抑制設(shè)備，從而造成流過(guò)入口 20并進(jìn)入壓縮機(jī)12的入口導(dǎo)葉21中的環(huán)境空氣發(fā)生壓力損失。用于渦輪的廢氣管道22引導(dǎo)燃燒氣體從渦輪10的出口通過(guò)例如排放控制設(shè)備以及噪聲抑制裝設(shè)備。渦輪10可以驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)24?；蛘?，無(wú)論渦輪是否是兩軸設(shè)備(例如，包括高壓渦輪和低壓渦輪)，可在與高壓轉(zhuǎn)子不同的速度下轉(zhuǎn)動(dòng)的低壓渦輪可以驅(qū)動(dòng)更通用的機(jī)器，如壓縮機(jī)或甚至發(fā)電機(jī)。
[0003]燃?xì)廨啓C(jī)10的操作可由若干傳感器26進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所述傳感器26設(shè)計(jì)用以測(cè)量輪機(jī)10、發(fā)電機(jī)和周?chē)h(huán)境中的與不同性能相關(guān)的變量。例如，成組冗余溫度傳感器26可以監(jiān)測(cè)在燃?xì)廨啓C(jī)10周?chē)沫h(huán)境溫度、壓縮機(jī)排放溫度、渦輪排氣溫度以及通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)10的氣流的其他溫度測(cè)量結(jié)果。類(lèi)似地是，成組冗余壓力傳感器26可以監(jiān)測(cè)在壓縮機(jī)入口和出口渦輪排氣處、通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)10的氣流中的其他位置處的環(huán)境壓力及靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓力水平。例如濕球和干球溫度計(jì)的成組冗余濕度傳感器26可以測(cè)量壓縮機(jī)12的入口管道中的環(huán)境濕度。成組冗余傳感器26還可包括流量傳感器、速度傳感器、火焰探測(cè)器傳感器、閥門(mén)位置傳感器、導(dǎo)葉角度傳感器或類(lèi)似物，它們感測(cè)與燃?xì)廨啓C(jī)10的操作相關(guān)的各種參數(shù)。如本說(shuō)明書(shū)中使用，“參數(shù)”是指可以用來(lái)限定渦輪操作條件的項(xiàng)，例如(但不限于)渦輪中的限定位置處的溫度、壓力以及氣流。
[0004]同樣，燃料控制系統(tǒng)28調(diào)節(jié)從燃料供源流動(dòng)到燃燒器14的燃料、流動(dòng)到初級(jí)燃料噴嘴和次級(jí)燃料噴嘴中的燃料之間的一個(gè)或多個(gè)分流以及與流動(dòng)到燃燒室中的次級(jí)空氣混合的燃料的量。燃料控制系統(tǒng)28也可選擇用于燃燒器的燃料類(lèi)型。燃料控制系統(tǒng)28可為單獨(dú)單元或者可為主控制器18中的部件?？刂破?8可以是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其具有至少一個(gè)處理器，所述處理器會(huì)執(zhí)行程序和操作以便使用傳感器輸入和來(lái)自操作人員的指示對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)操作進(jìn)行控制。控制器18所產(chǎn)生的命令可以導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)上的致動(dòng)器(例如):對(duì)燃料供源與燃燒器之間的閥(致動(dòng)器27)進(jìn)行調(diào)整，所述閥會(huì)調(diào)節(jié)流動(dòng)到燃燒器的燃料的流率、燃料分流和類(lèi)型；調(diào)整壓縮機(jī)上的入口導(dǎo)葉21 (致動(dòng)器29);調(diào)整進(jìn)氣加熱；以及激活燃?xì)廨啓C(jī)上的其他控制設(shè)置。
[0005]渦輪可以在油氣領(lǐng)域中具有更廣泛的應(yīng)用。也就是說(shuō)，它可驅(qū)動(dòng)管路中的壓縮機(jī)并仍然可以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)來(lái)從井中泵送出石油和天然氣。油氣公司的重要關(guān)鍵質(zhì)量(CTQ)是其設(shè)備的可用性以最大化生產(chǎn)。為了最小化設(shè)備停機(jī)或中斷，如燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)備核心零件正好在其故障概率實(shí)質(zhì)影響設(shè)備可靠性時(shí)進(jìn)行替換/維護(hù)。另一重要CTQ是應(yīng)當(dāng)盡可能地減小的維護(hù)成本。
[0006]為了改進(jìn)這些以及其他CTQ，各種實(shí)體發(fā)起壽命延長(zhǎng)行動(dòng)、如CMB (基于條件進(jìn)行維護(hù))和RLM (轉(zhuǎn)子壽命管理)。一些技術(shù)僅僅依靠光學(xué)檢查而來(lái)測(cè)量裂痕長(zhǎng)度以便形成裂痕長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)分布。這種統(tǒng)計(jì)分布用來(lái)估計(jì)設(shè)備預(yù)期壽命。另一技術(shù)涉及檢查部件的損壞或劣化(例如，微小裂痕)，從而形成設(shè)備結(jié)構(gòu)模型、設(shè)置設(shè)備未來(lái)使用條件并且模擬損壞或劣化的未來(lái)狀況。另一方法是通過(guò)包括拉森-米勒表達(dá)式的表達(dá)式對(duì)蠕變損壞進(jìn)行估計(jì)，并且隨后執(zhí)行統(tǒng)計(jì)分析(例如，威布爾統(tǒng)計(jì)分析)來(lái)估計(jì)未來(lái)蠕變損壞。在此，基于設(shè)備起始計(jì)數(shù)和熱應(yīng)力的估計(jì)參數(shù)基于統(tǒng)計(jì)模型進(jìn)行計(jì)算。另一方法是對(duì)渦輪部件金屬溫度與容納部件的渦輪的操作條件之間關(guān)系進(jìn)行估計(jì)。這種方法使用部件熱學(xué)模型和渦輪操作歷史來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前或未來(lái)的部件操作溫度。
[0007]然而，用于設(shè)備和渦輪壽命延長(zhǎng)的常規(guī)方法以及系統(tǒng)要求設(shè)備關(guān)機(jī)進(jìn)行檢查，以便收集數(shù)據(jù)(例如，裂痕長(zhǎng)度)，并且通常不適用于未示出明顯故障的部件。因此，將會(huì)期望提供避免前述問(wèn)題和缺點(diǎn)的系統(tǒng)以及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的方面涉及用于預(yù)測(cè)并優(yōu)化燃?xì)廨啓C(jī)部件(例如，轉(zhuǎn)子)的操作壽命的系統(tǒng)和方法，所述燃料輪機(jī)部件尤其是這樣的部件:所述部件并未示出明顯損壞，并且預(yù)期具有長(zhǎng)的操作壽命但因高熱機(jī)械負(fù)載而會(huì)裂開(kāi)并快速劣化成可能降低設(shè)備安全的發(fā)動(dòng)機(jī)故障。
[0009]根據(jù)示例實(shí)施例，存在一種用于確定燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子的預(yù)期殘余壽命的基于計(jì)算機(jī)的方法。所述方法包括:在計(jì)算機(jī)處接收所述燃?xì)廨啓C(jī)的操作條件；接收燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子檢查結(jié)果；基于所述燃?xì)廨啓C(jī)的所述操作條件和所述燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子檢查結(jié)果，更新用于與所述燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)應(yīng)的機(jī)群的數(shù)據(jù)庫(kù)；以及計(jì)算所述燃?xì)廨啓C(jī)的所述轉(zhuǎn)子的所述預(yù)期殘余壽命O
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]附圖并入本說(shuō)明書(shū)并且構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分，附圖示出本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，并且連同描述一起對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行解釋。在附圖中:
[0011]圖1示出燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)例；
[0012]圖2示出支撐本發(fā)明的實(shí)施例的四個(gè)概念；
[0013]圖3示出關(guān)聯(lián)本發(fā)明的實(shí)施例的分析階段；
[0014]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一種用于預(yù)測(cè)部件壽命的方法；
[0015]圖5示出根據(jù)示例實(shí)施例的另一用于預(yù)測(cè)燃?xì)廨啓C(jī)的部件壽命的方法；以及
[0016]圖6示出一種設(shè)備，所述設(shè)備配置用于實(shí)現(xiàn)本說(shuō)明書(shū)中討論的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0017]針對(duì)示例實(shí)施例的以下描述參照附圖。在不同附圖中，相同參考數(shù)字標(biāo)識(shí)相同或類(lèi)似的元件。以下詳細(xì)描述并不對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。相反，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)限定。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，以下實(shí)施例是針對(duì)術(shù)語(yǔ)和燃?xì)廨啓C(jī)、尤其是轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論。然而，下文將討論的實(shí)施例不限于這些系統(tǒng)，而是可應(yīng)用于其他系統(tǒng)。
[0018]整個(gè)說(shuō)明書(shū)中引用“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”表示結(jié)合該實(shí)施例所描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或者特性被包括在所公開(kāi)的本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中的不同地方出現(xiàn)短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”并不一定是指相同的實(shí)施例。另外，具體特征、結(jié)構(gòu)或者特性能以任何合適方式組合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中。
[0019]燃?xì)廨啓C(jī)要求周期檢查以便確保最小化操作和安全風(fēng)險(xiǎn)。轉(zhuǎn)子的維護(hù)因素包括了起始狀況以及操作小時(shí)。這些檢查通過(guò)編譯并且利用相關(guān)信息而來(lái)評(píng)估用戶(hù)轉(zhuǎn)子健康狀況，所述相關(guān)信息包括:操作變量(用以評(píng)估其對(duì)低循環(huán)疲勞和蠕變的影響的模型時(shí)間、周期以及溫度)；材料歷史(包括應(yīng)用環(huán)境模型、工作周期以及維護(hù)實(shí)踐)；子部件的狀況(通過(guò)嚴(yán)格檢查子部件的損壞和配合狀況來(lái)確定)。通過(guò)這個(gè)信息，即可針對(duì)轉(zhuǎn)子壽命延長(zhǎng)或者報(bào)廢做出通知建議。當(dāng)允許進(jìn)替換時(shí)，新的過(guò)程可以針對(duì)實(shí)物替換或新轉(zhuǎn)子安裝中任一個(gè)的可能性提供建議。
[0020]如圖2示出，根據(jù)一實(shí)施例，存在一種用于以大于常規(guī)系統(tǒng)和方法的可能情況的準(zhǔn)確度來(lái)預(yù)測(cè)部件壽命的方法。這種方法可以實(shí)現(xiàn)在稍后將討論的預(yù)測(cè)設(shè)備20中。所述方法基于四種概念:基于物理學(xué)的模型(21)，用以預(yù)測(cè)一個(gè)或多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)部件的概率壽命；部件的整體檢查結(jié)果(22);對(duì)包括部件的發(fā)動(dòng)機(jī)的操作壽命的歷史進(jìn)行評(píng)估的結(jié)果(23);以及來(lái)自對(duì)一些零件的破壞測(cè)試的結(jié)果(24)。這四種概念可聯(lián)接在一種具有多個(gè)階段的方法之中，如在下文討論。
[0021]在一實(shí)施例中，存在6個(gè)階段，如圖3所示。盡管描述的是6個(gè)階段，但是所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會(huì)了解，可以跳過(guò)一些階段并且添加其他節(jié)段。同樣，盡管圖3示出的是階段連續(xù)從I流至6，但是階段間的反饋是可能的。
[0022]在圖3中，階段I的數(shù)字/分析模型(31)給出階段2的各種傳遞函數(shù)(32)。傳遞函數(shù)的結(jié)果則給出階段3的各種概率分析(33)。概率分析的結(jié)果可以與階段4的破壞測(cè)試結(jié)果(34) —起使用，以便預(yù)測(cè)給定部件壽命。另外，階段5(34)中示出的部件操作歷史和非破壞檢查還可在預(yù)測(cè)給定部件壽命時(shí)使用。來(lái)自開(kāi)始5個(gè)階段中每個(gè)階段的結(jié)果可以組合到階段6的壽命延長(zhǎng)預(yù)測(cè)(36)中?，F(xiàn)在，在下文中討論這6個(gè)階段中的每個(gè)階段的細(xì)節(jié)。同樣，盡管破壞測(cè)試(34)用于所述過(guò)程，但是這些破壞測(cè)試通常僅僅執(zhí)行一次以便在許多小時(shí)的操作壽命之后表征轉(zhuǎn)子上采用的材料。相反，每次在預(yù)期壽命經(jīng)延長(zhǎng)的轉(zhuǎn)子上執(zhí)行維護(hù)時(shí)，可以執(zhí)行非破壞測(cè)試(檢查)。
[0023]本發(fā)明的實(shí)施例的階段I包括形成數(shù)字/分析模型，例如，其能預(yù)測(cè):a)發(fā)動(dòng)機(jī)的初級(jí)流和次級(jí)流的流量、壓力以及溫度；b)流與轉(zhuǎn)子間的傳熱系數(shù)；c)轉(zhuǎn)子金屬溫度；以及d)轉(zhuǎn)子位移、應(yīng)變以及應(yīng)力。在一實(shí)施例中，模型針對(duì)的是“理想”燃?xì)廨啓C(jī)或者部件，即，非排他地基于未由“真實(shí)世界”經(jīng)驗(yàn)”摻雜的設(shè)計(jì)和制造規(guī)范。在另一個(gè)實(shí)施例中，模型中的一個(gè)或多個(gè)可包括“真實(shí)世界”參數(shù)。這些模型中的一個(gè)或多個(gè)可專(zhuān)門(mén)針對(duì)某個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)類(lèi)型，或可為通用的。模型以及預(yù)測(cè)工具是可商購(gòu)的或它們可以進(jìn)行內(nèi)部開(kāi)發(fā)。
[0024]數(shù)字/分析模型被設(shè)計(jì)成串聯(lián)或并聯(lián)地操作，這取決于將要模型化的總體情景或者設(shè)備。在一實(shí)施例中，數(shù)字/分析模型將使用一個(gè)或多個(gè)輸入獨(dú)立變量(關(guān)鍵因子X(jué))，并將輸出相依變量(例如，金屬溫度)。所形成的模型可以存儲(chǔ)在如存儲(chǔ)器的庫(kù)或模型工具套件中以供稍后使用。這些模型用作輸入獨(dú)立變量并且能夠計(jì)算表征燃?xì)廨啓C(jī)的各相依變量。獨(dú)立變量關(guān)鍵因子X(jué)的實(shí)例是與渦輪關(guān)聯(lián)的環(huán)境溫度、轉(zhuǎn)子速度、點(diǎn)火溫度、各種內(nèi)部幾何間隙等。
[0025]本發(fā)明的實(shí)施例的階段2包括:a)限定特定并合適的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)計(jì)劃；b)將階段I中形成的模型中的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用到D0E，從而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)相依變量；以及c)形成在Cl)壽命變量[Z](例如，LCF (低循環(huán)疲勞)起裂周期、蠕變起裂小時(shí)、造成故障的裂痕的小時(shí)/周期)與c2)對(duì)應(yīng)模型中的獨(dú)立變量(關(guān)鍵因子X(jué))之間的傳遞函數(shù)(TF)。傳遞函數(shù)是所屬領(lǐng)域中已知的那些或針對(duì)此過(guò)程限定的新的函數(shù)，或者上述兩個(gè)組合。壽命變量通常是表示燃?xì)廨啓C(jī)或渦輪部件的壽命上的維護(hù)概念或關(guān)注點(diǎn)的變量。關(guān)于起裂TF(LCF)，優(yōu)選地是，針對(duì)每個(gè)單獨(dú)零件存在至少一個(gè)TF，以便允許僅僅替換壽命終止的單獨(dú)部件或替換整個(gè)轉(zhuǎn)子，這取決于上述操作對(duì)于用戶(hù)而言哪個(gè)更為方便。優(yōu)選地是，針對(duì)每個(gè)表面存在至少一個(gè)裂痕擴(kuò)展TF，以便能夠獲得一個(gè)或多個(gè)指示并且減小廢料的量。
[0026]本發(fā)明的實(shí)施例的階段3包括:a)評(píng)估/定義關(guān)鍵因子X(jué)分布；b)執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)蒙特卡洛模擬以確定機(jī)群概率壽命和/或機(jī)群故障風(fēng)險(xiǎn)；以及c)執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)蒙特卡洛模擬以設(shè)置例如葉輪空間警報(bào)(確認(rèn)或者更新現(xiàn)有設(shè)置，無(wú)論何時(shí)評(píng)估到期機(jī)群)，從而使故障風(fēng)險(xiǎn)最小化。機(jī)群在此被理解為一系列通常具有相同特征集合的燃?xì)廨啓C(jī)。葉輪空間警報(bào)是燃?xì)廨啓C(jī)中存在的可能警報(bào)中的一個(gè)可能實(shí)例，并且可以基于本說(shuō)明書(shū)所描述的計(jì)算而降低或增加。
[0027]現(xiàn)在描述的是關(guān)鍵因子X(jué)的分布。假定機(jī)群中的各種燃?xì)廨啓C(jī)提供用于位于其周?chē)母鞣N用戶(hù)。燃?xì)廨啓C(jī)的環(huán)境溫度是一個(gè)獨(dú)立變量、即關(guān)鍵因子X(jué)。然而，多哈(卡塔爾)的環(huán)境溫度不同于阿拉斯加的環(huán)境溫度。因此，對(duì)于給定關(guān)鍵因子X(jué) (環(huán)境溫度)，存在針對(duì)形成機(jī)群的燃?xì)廨啓C(jī)的溫度分布。這種分布例如可為高斯鐘形或者其他形狀。
[0028]如果用于任何測(cè)量出的關(guān)鍵因子X(jué)的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)足夠地大，那么形成關(guān)鍵因子X(jué)的合理準(zhǔn)確分布函數(shù)是可能的。隨后，可以應(yīng)用濾波器(例如，卡爾曼濾波器)來(lái)用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)(例如，裂痕長(zhǎng)度)調(diào)諧模型。然而，如果用于任何測(cè)量出的關(guān)鍵因子X(jué)的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)并不夠大，那么這些濾波器可給出準(zhǔn)確結(jié)果。在這種情況中，可以使用工程判斷形成關(guān)鍵因子X(jué)的“最佳猜測(cè)”分布函數(shù)。在這種情況下，將分布限定為:
[0029]返回葉輪空間警報(bào)，應(yīng)當(dāng)注意，燃燒渦輪包括具有形成壓縮氣流的多個(gè)級(jí)的壓縮機(jī)和具有驅(qū)動(dòng)軸的渦輪轉(zhuǎn)子的渦輪。在操作中，渦輪轉(zhuǎn)子處的溫度顯著上升。通過(guò)將壓縮排氣引導(dǎo)到圍繞渦輪轉(zhuǎn)子延伸的葉輪空間即可提供冷卻。可以將葉輪空間溫度維持在壓縮機(jī)排氣溫度與熱氣路徑溫度之間的材料極限處。如果葉輪空間溫度超過(guò)材料極限，那么可以發(fā)出警報(bào)以便指示超過(guò)溫度狀況。當(dāng)超過(guò)材料溫度時(shí)，渦輪機(jī)械可以關(guān)機(jī)，并在準(zhǔn)確檢查并且研究之后，可以應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)設(shè)備來(lái)提供附加的冷卻流。各種因素都可影響壓縮機(jī)排氣溫度。例如，隨著環(huán)境入口空氣溫度升高，壓縮機(jī)排氣溫度也升高。因此，正確設(shè)置葉輪空間警報(bào)是所期望的并且本說(shuō)明書(shū)中描述的新穎過(guò)程能夠調(diào)整這種警報(bào)。
[0030]預(yù)測(cè)階段(31至33)適用于預(yù)測(cè)設(shè)備/部件的總體壽命期限和預(yù)測(cè)殘余壽命期限(即，殘余壽命優(yōu)化)兩者。以下階段通常更適用于預(yù)測(cè)殘余壽命期限。
[0031]本發(fā)明的實(shí)施例的階段4(34)包括刮傷零件(處于其壽命的中間或終止處)的統(tǒng)計(jì)量的破壞實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，以便確認(rèn)材料強(qiáng)度是否仍與設(shè)計(jì)預(yù)期情況一致。[0032]本發(fā)明的實(shí)施例的階段5(35)包括獲取并且利用每個(gè)特定單元的歷史操作條件的數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)可以包括:a)任何非破壞測(cè)試的結(jié)果；以及b)部件壽命中的檢查結(jié)果。檢查可以包括以下類(lèi)型中的一個(gè)或多個(gè):渦流檢查、磁性顆粒檢查、熒光穿透檢查和/或超聲檢查。最佳地是，此類(lèi)測(cè)試和檢查將已經(jīng)在100%的零件表面上執(zhí)行。重點(diǎn)在于識(shí)別操作歷史，所述操作歷史可以指示單元可能已經(jīng)在比估計(jì)制造商的預(yù)期壽命時(shí)假定的情況更良性的多個(gè)條件下操作。
[0033]本發(fā)明的實(shí)施例的階段6包括使用之前5個(gè)階段的結(jié)果對(duì)特定零件或設(shè)備的壽命延長(zhǎng)進(jìn)行估計(jì)(即，估計(jì)與部件壽命延長(zhǎng)超過(guò)過(guò)初始制造估計(jì)壽命期限關(guān)聯(lián)的故障風(fēng)險(xiǎn))。這種估計(jì)可以采用涵蓋影響零件預(yù)期壽命的一些或所有關(guān)鍵因子X(jué)的統(tǒng)計(jì)信息(例如，操作條件、幾何尺寸、材料特性)。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，此階段(以及階段3)中的多個(gè)關(guān)鍵因子X(jué)可以減少(例如，小于7個(gè)關(guān)鍵因子X(jué))。這種關(guān)鍵因子X(jué)的減少可以通過(guò)形成(在階段2中)與不同成組關(guān)鍵因子X(jué)關(guān)聯(lián)的線(xiàn)性TF促成。這些線(xiàn)性TF可以用于從每組關(guān)鍵因子X(jué)中選擇最能影響對(duì)應(yīng)壽命變量的關(guān)鍵因子X(jué)。
[0034]階段6的目標(biāo)是使用前述5個(gè)階段的數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)部件是否可以具有比原始設(shè)計(jì)者所預(yù)測(cè)的情況更長(zhǎng)的壽命(其可能已使用更保守的產(chǎn)品壽命計(jì)算，或其可能已經(jīng)假定比階段5中識(shí)別的實(shí)際操作環(huán)境更嚴(yán)苛的操作環(huán)境，或其可能已經(jīng)假定材料強(qiáng)度高于階段4中識(shí)別的實(shí)際材料強(qiáng)度)。
[0035]預(yù)測(cè)注釋提供對(duì)至少6個(gè)階段的概覽，所述至少六個(gè)階段可以組合以便產(chǎn)電對(duì)產(chǎn)品壽命的更準(zhǔn)確的估計(jì)。以下注釋提供關(guān)于這6個(gè)階段中的至少一些階段的附加細(xì)節(jié)。
[0036]在一實(shí)施例中，階段4中的檢查可以用于支持(但非檢驗(yàn))階段6中的計(jì)算，并且確認(rèn)零件已經(jīng)根據(jù)設(shè)計(jì)制造出并確認(rèn)所述零件已經(jīng)根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行操作并且維護(hù)。階段4中的檢查優(yōu)選不是用于檢驗(yàn)階段6中的計(jì)算，因?yàn)殡A段4的非破壞檢查通常不能檢測(cè)局部疲勞或蠕變損壞，并且因此通常無(wú)法不可靠地將值分配用于累積損壞。
[0037]優(yōu)選地是，階段6的壽命延長(zhǎng)預(yù)測(cè)應(yīng)當(dāng)依靠來(lái)自階段4的與估計(jì)壽命一致的材料數(shù)據(jù)庫(kù)。優(yōu)選地是，來(lái)自階段4的材料蠕變數(shù)據(jù)庫(kù)包括以不低于期望壽命的1/20的測(cè)試。換句話(huà)說(shuō)，數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)包括足夠的(就時(shí)間而言)可靠信息。就此而言，實(shí)例如下。假定燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子的預(yù)期壽命為20年。期望的是，數(shù)據(jù)庫(kù)包括關(guān)于轉(zhuǎn)子的相當(dāng)于至少I(mǎi)年的信息，即不短于預(yù)期壽命1/20。
[0038]階段3的結(jié)果可以用于預(yù)測(cè)不同于產(chǎn)品規(guī)范的機(jī)群概率壽命。在使用階段3的結(jié)果前和后，任何“非預(yù)期的”結(jié)果應(yīng)當(dāng)進(jìn)行調(diào)查，以便確定是否應(yīng)當(dāng)修改任何模型和/或關(guān)鍵因子X(jué)分布。
[0039]階段5的結(jié)果可以突出零件中的非預(yù)期的缺陷(例如，裂痕)。如果在階段5中發(fā)現(xiàn)非預(yù)期的缺陷，那么應(yīng)當(dāng)執(zhí)行根本原因分析(RCA)。RCA的結(jié)果可施加到階段6，以進(jìn)一步調(diào)諧壽命延長(zhǎng)估計(jì)，并且可以應(yīng)用于設(shè)計(jì)和制造以便改進(jìn)初始部件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。在階段5中，裂痕可認(rèn)為是零件壽命終止指示，并且影響通過(guò)RCA進(jìn)行調(diào)查，以便驗(yàn)證預(yù)測(cè)額模型和TF是否仍被認(rèn)為是可靠的還是要求進(jìn)行修改?；蛘?，可以接受非裂痕指示(例如，刮痕、標(biāo)記、印跡)，但只在這些非裂痕指示并不影響零件壽命的情況下是可接受的?？赡芙ㄗh缺陷進(jìn)行再加工以使得指示更為平滑。
[0040]這些非裂痕指示(使用情況指示符)可以進(jìn)行評(píng)估以產(chǎn)生專(zhuān)用TF。TF將具有與其他TF相同的關(guān)鍵因子X(jué)、以及指示尺寸(長(zhǎng)度、深度、厚度)。如在上文指出，為了減少TF的量，一實(shí)施例可對(duì)零件表面分組，并且針對(duì)每組表面限定一個(gè)TF。根據(jù)具有類(lèi)似行為的表面可構(gòu)成每個(gè)組，從而使得具有最差位置的最終組可被選擇作為整個(gè)區(qū)域中的代表。轉(zhuǎn)子即使沒(méi)有數(shù)千也可以有數(shù)百個(gè)小表面。
[0041] 前述階段可以組合到圖4的過(guò)程流程中。所述過(guò)程可以開(kāi)始于渦輪轉(zhuǎn)子檢查
[41]。檢查確定是否存在裂痕(42)或者是否存在其他壽命周期相關(guān)指示(例如，刮痕、標(biāo)記、印跡)(43)。如果存在因操作而造成的裂痕，那么執(zhí)行根本原因分析(RCA) (48)。RCA結(jié)果可反饋到制造商使用的任何預(yù)測(cè)模型以及任何壽命延伸分析。如果發(fā)現(xiàn)其他壽命周期相關(guān)指示(例如，刮痕、標(biāo)記、印跡)，那么這些指示可與歷史操作結(jié)果組合(44)，以便針對(duì)每個(gè)指示估計(jì)殘余壽命。如果未檢測(cè)到裂痕或者其他指示，那么機(jī)群分布可以更新，以便預(yù)測(cè)特定單元的殘余壽命(46)。例如，使用關(guān)鍵因子X(jué)分布來(lái)產(chǎn)生用于整個(gè)機(jī)群的Y分布，所述關(guān)鍵因子X(jué)分布包括機(jī)群上呈現(xiàn)的總體變化(例如，環(huán)境溫度分布將會(huì)包括其中機(jī)器可以操作的所有可能位點(diǎn)。另外，具有落在機(jī)群分布內(nèi)的分布的特定單元Y通常維持通用形式(例如，高斯鐘形曲線(xiàn))。然而，這些分布可以很窄，因?yàn)榭梢杂弥堤鎿Q一個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵因子X(jué)分布(例如，內(nèi)部間隙)或用更窄分布(例如，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度)來(lái)進(jìn)行替換。這種殘余壽命計(jì)算還可考慮歷史操作結(jié)果(44)。更新后的機(jī)群分布可以用于預(yù)測(cè)單元總體風(fēng)險(xiǎn)(47)。預(yù)測(cè)出的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)例包括預(yù)測(cè)起裂狀況和/或現(xiàn)有裂痕擴(kuò)展。
[0042]在圖4的過(guò)程中，項(xiàng)41、42、43和44可認(rèn)為是階段5的部分，同時(shí)剩余的項(xiàng)(45、46、47和48)與階段6關(guān)聯(lián)。前述階段I至4中一個(gè)或多個(gè)可將結(jié)果給予階段4。因?yàn)槎鄶?shù)渦輪OEM設(shè)計(jì)其部件以使得所述部件在其操作壽命中并不形成裂痕，因此，這是很有用的。
[0043]上述方法針對(duì)的是當(dāng)前安裝好的并在操作中的燃?xì)廨啓C(jī)。然而，所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會(huì)了解，至少最先三個(gè)階段適用新的設(shè)計(jì)(例如，用于新設(shè)計(jì)的壽命預(yù)測(cè))。
[0044]預(yù)測(cè)方法可以在一個(gè)或多個(gè)基于處理器的設(shè)備(計(jì)算機(jī))中執(zhí)行，所述設(shè)備可以通過(guò)有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。基于處理器的設(shè)備包括處理器、存儲(chǔ)器和輸入單元?；谔幚砥鞯脑O(shè)備還可包括顯示器。此種設(shè)備參照?qǐng)D6進(jìn)行討論。與預(yù)測(cè)方法關(guān)聯(lián)的計(jì)算機(jī)程序可存儲(chǔ)在如存儲(chǔ)器或磁盤(pán)或者另一設(shè)備的非瞬時(shí)性存儲(chǔ)媒介中。
[0045]根據(jù)圖5的示例實(shí)施例，存在一種用于確定燃?xì)廨啓C(jī)中的轉(zhuǎn)子的預(yù)期殘余壽命的基于計(jì)算機(jī)的方法。方法包括:步驟500，其是在計(jì)算機(jī)處接收燃?xì)廨啓C(jī)的操作條件；步驟502，其是接收燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子檢查結(jié)果；步驟504，其是基于燃?xì)廨啓C(jī)的所述操作條件和燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子檢查結(jié)果，更新用于與燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)應(yīng)的機(jī)群的數(shù)據(jù)庫(kù)；以及步驟506，其是計(jì)算燃?xì)廨啓C(jī)中的轉(zhuǎn)子的預(yù)期殘余壽命。
[0046]上述方法可以實(shí)現(xiàn)到設(shè)備中以確定燃?xì)廨啓C(jī)部件的預(yù)期殘余壽命。設(shè)備可以包括存儲(chǔ)器；以及處理器，其可操作地連接到存儲(chǔ)器。處理器可配置用于:接收燃?xì)廨啓C(jī)的操作條件；接收燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子檢查結(jié)果；基于燃?xì)廨啓C(jī)的操作條件和所述燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子檢查結(jié)果，更新用于與燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)應(yīng)的機(jī)群的數(shù)據(jù)庫(kù)；以及計(jì)算燃?xì)廨啓C(jī)中的轉(zhuǎn)子的預(yù)期殘余壽命O
[0047]處理器可進(jìn)一步地配置用于:使用燃?xì)廨啓C(jī)的物理模型來(lái)基于獨(dú)立變量計(jì)算燃?xì)廨啓C(jī)中的多個(gè)相依變量；或者提供獨(dú)立變量為傳遞函數(shù)的輸入以供計(jì)算壽命變量；或者接受相依變量分布；或者基于獨(dú)立變量、獨(dú)立變量分布和確定機(jī)群概率壽命的傳遞函數(shù)執(zhí)行蒙特卡洛模擬；或者接收在燃?xì)廨啓C(jī)的零件上執(zhí)行的破壞實(shí)驗(yàn)室測(cè)試；或者基于獨(dú)立變量、傳遞函數(shù)、蒙特卡洛模擬和破壞實(shí)驗(yàn)室測(cè)試對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)中的轉(zhuǎn)子的預(yù)期殘余壽命進(jìn)行計(jì)算。
[0048]在示例實(shí)施例中，基于非瞬時(shí)性計(jì)算機(jī)的產(chǎn)品包含用于確定燃?xì)廨啓C(jī)部件的預(yù)期殘余壽命的指令，基于計(jì)算機(jī)的產(chǎn)品布置用于致使基于處理器的設(shè)備執(zhí)行以下指令:接收燃?xì)廨啓C(jī)操作條件；接收燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子檢查結(jié)果；基于燃?xì)廨啓C(jī)的操作條件和所述燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子檢查結(jié)果，更新用于與燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)應(yīng)的機(jī)群的數(shù)據(jù)庫(kù)；以及計(jì)算燃?xì)廨啓C(jī)中的轉(zhuǎn)子的預(yù)期殘余壽命以及與壽命延長(zhǎng)關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0049]根據(jù)實(shí)施例的能夠?qū)嵭胁僮鞯纳鲜龃碓O(shè)備的實(shí)例在圖6中示出。硬件、固件、軟件或其組合都可用于執(zhí)行本說(shuō)明書(shū)中描述的各種步驟以及操作。圖6的計(jì)算結(jié)構(gòu)600是可用于與此種系統(tǒng)連接的示例計(jì)算結(jié)構(gòu)。
[0050]適于執(zhí)行示例實(shí)施例中描述活動(dòng)的示例計(jì)算布置600可以包括服務(wù)器601。此服務(wù)器801可以包括連接到隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)604并連接到只讀存儲(chǔ)器(ROM)606的中央處理器(CPU)602。R0M606也可以是用以存儲(chǔ)程序的其他類(lèi)型的存儲(chǔ)媒介，如可編程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)等。處理器602可以通過(guò)輸入/輸出(I/O)電路608和總線(xiàn)610與其他內(nèi)部和外部部件通信，以便提供控制信號(hào)和類(lèi)似物。處理器602實(shí)行所屬領(lǐng)域中已知的各種功能，如軟件和/或固件指令所指示。
[0051]服務(wù)器601還可包括一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，包括硬盤(pán)和軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器612、CD-ROM驅(qū)動(dòng)器614，以及能夠讀取和/或存儲(chǔ)信息的其他硬件、如DVD等。在一實(shí)施例中，用于實(shí)行上文所討論的步驟的軟件可存儲(chǔ)并分發(fā)到CD-R0M616、磁盤(pán)618或能便攜地存儲(chǔ)信息的其他媒介形式上。這些存儲(chǔ)媒介可以插入如⑶-ROM驅(qū)動(dòng)器614、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器612等設(shè)備中并由所述設(shè)備讀出。服務(wù)器601可連接到顯示器620，顯示器可以是任何類(lèi)型已知顯示器或呈現(xiàn)屏幕，如IXD顯示器、等離子顯示器、陰極射線(xiàn)管(CRT)等。提供用戶(hù)輸入接口622，其包括了如鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、麥克風(fēng)、觸摸板、觸摸屏、語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)等一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)接口機(jī)制。
[0052]服務(wù)器601可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)連接到其他計(jì)算設(shè)備，如有線(xiàn)和/或無(wú)線(xiàn)終端。服務(wù)器可以是較大網(wǎng)絡(luò)配置中的部分，如像因特網(wǎng)628的全球區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(GAN)中的部分，這就允許最終連接到各種有線(xiàn)和/或移動(dòng)客戶(hù)端/監(jiān)視器設(shè)備。
[0053]所公開(kāi)的示例實(shí)施例會(huì)提供一種用于確定燃?xì)廨啓C(jī)中的部件的剩余壽命的方法、計(jì)算機(jī)軟件和設(shè)備。應(yīng)當(dāng)了解，本說(shuō)明書(shū)并非意圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。相反，示例實(shí)施例是意圖涵蓋包括在所附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的替代方案、修改和等效物。另外，在示例實(shí)施例的詳細(xì)描述中，闡述許多特定細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的全面了解。然而，所屬領(lǐng)域中的一般技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，各實(shí)施例可在沒(méi)有此類(lèi)特定細(xì)節(jié)的情況下進(jìn)行實(shí)踐。
[0054]盡管當(dāng)前示例實(shí)施例的特征和元素以特定組合在各實(shí)施例中進(jìn)行描述，但每個(gè)特征或元素可以在沒(méi)有實(shí)施例的其他特征和元素的情況下單獨(dú)使用，或在與或不與本說(shuō)明書(shū)公開(kāi)的其他特征和元素進(jìn)行各種組合的情況下使用。本申請(qǐng)中所提供的方法或流程圖可以在由特定編程的計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序、軟件或固件中實(shí)現(xiàn)，其中所述計(jì)算機(jī)程序、軟件或固件以有形方式實(shí)施在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒介中。[0055]本說(shuō)明書(shū)使用所公開(kāi)的本發(fā)明的實(shí)例來(lái)使所屬領(lǐng)域中的任何技術(shù)人員都能夠?qū)嵺`本發(fā)明、包括制造并使用任何操作或系統(tǒng)并且執(zhí)行所涵蓋的任何方法。本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍由權(quán)利要求書(shū)限定，并且可以包括所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員所想出的其他實(shí)例。此類(lèi)其他實(shí)例意圖在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定燃?xì)廨啓C(jī)中轉(zhuǎn)子的預(yù)期殘余壽命的基于計(jì)算機(jī)的方法，所述方法包括: 在計(jì)算機(jī)處接收所述燃?xì)廨啓C(jī)的操作條件； 接收燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子檢查結(jié)果； 基于所述燃?xì)廨啓C(jī)的所述操作條件和所述燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子檢查結(jié)果，更新與所述燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)應(yīng)的機(jī)群的數(shù)據(jù)庫(kù)；以及 計(jì)算所述燃?xì)廨啓C(jī)中的所述轉(zhuǎn)子的所述預(yù)期殘余壽命以及與壽命延長(zhǎng)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子檢查結(jié)果指示所述轉(zhuǎn)子中裂痕的存在，或者指示所述轉(zhuǎn)子中的耗用跡象或指示所述轉(zhuǎn)子中未發(fā)生任何事件。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中如果在所述轉(zhuǎn)子中存在非預(yù)期的裂痕，那么需要對(duì)所述燃?xì)廨啓C(jī)的模型進(jìn)行修改。
4.如前述權(quán)利要求任意一個(gè)所述的方法，其中如果在所述轉(zhuǎn)子中存在耗用跡象或者預(yù)期裂痕，那么針對(duì)所述耗用跡象或者預(yù)期裂痕對(duì)所述轉(zhuǎn)子的殘余壽命進(jìn)行計(jì)算。
5.如前述權(quán)利要求任意一個(gè)所述的方法，其中所述耗用跡象是所述轉(zhuǎn)子中的記號(hào)、刮痕或印跡。
6.如前述權(quán)利要求任意一個(gè)所述的方法，其進(jìn)一步包括: 使用所述燃?xì)廨啓C(jī)的物理模型來(lái)基于獨(dú)立變量計(jì)算所述燃?xì)廨啓C(jī)中的多個(gè)相依變量，其中所述多個(gè)相依變量是所述燃?xì)廨啓C(jī)的流量、壓力和溫度、流與轉(zhuǎn)子之間的傳熱系數(shù)、轉(zhuǎn)子金屬溫度、轉(zhuǎn)子位移、應(yīng)變和應(yīng)力；以及 提供所述獨(dú)立變量作為傳遞函數(shù)的輸入來(lái)計(jì)算壽命變量，其中壽命變量是LFC(低循環(huán)疲勞)起裂周期參數(shù)，并且獨(dú)立變量是環(huán)境溫度和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速率中的一個(gè)。
7.如前述權(quán)利要求任意一個(gè)所述的方法，其進(jìn)一步包括: 基于所述獨(dú)立變量、所述獨(dú)立變量的分布和確定機(jī)群概率壽命的所述傳遞函數(shù)執(zhí)行蒙特卡洛模擬。
8.如前述權(quán)利要求任意一個(gè)所述的方法，其進(jìn)一步包括: 基于所述獨(dú)立變量、所述獨(dú)立變量的所述分布來(lái)執(zhí)行蒙特卡洛模擬。
9.如前述權(quán)利要求任意一個(gè)所述的方法，其進(jìn)一步包括: 基于所述獨(dú)立變量、所述傳遞函數(shù)、所述蒙特卡洛模擬和破壞實(shí)驗(yàn)室測(cè)試對(duì)所述燃?xì)廨啓C(jī)中的所述轉(zhuǎn)子的所述預(yù)期殘余壽命進(jìn)行計(jì)算。
10.一種配置用于確定燃?xì)廨啓C(jī)部件的預(yù)期殘余壽命的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 存儲(chǔ)器；以及 處理器，其可操作地連接到所述存儲(chǔ)器并配置用于 接收所述燃?xì)廨啓C(jī)的操作條件； 接收燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子檢查結(jié)果； 基于所述燃?xì)廨啓C(jī)的所述操作條件和所述燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子檢查結(jié)果，更新與所述燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)應(yīng)的機(jī)群的數(shù)據(jù)庫(kù)；以及 計(jì)算所述燃?xì)廨啓C(jī)的所述轉(zhuǎn)子的所述預(yù)期殘余壽命。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK103718123SQ201280037868
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月28日
【發(fā)明者】R.德普羅斯佩里斯, P.迪西斯托, M.博爾科夫斯基 申請(qǐng)人:諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司