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CN1924321B - 用于检测过滤器断裂的方法和系统 - Google Patents

用于检测过滤器断裂的方法和系统 Download PDF

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Abstract

提供了用于检测过滤器断裂的方法和系统。所述系统(300)包括被设置在流体流(306)的第一侧面(304)上且被构造以发射预定强度的光(308)进入流体过滤器(310)下游的所述流体流内的光发射器(302)、被设置在所述流体流的第二侧面(314)上且被构造以接收所述发射光的至少一部分的光接收器(312)以及被构造以接收来自所述光接收器的对应于所述发射光强度或接收到的光的脉动，还已公知被称作闪烁的信号(318)的控制器(316)，所述控制器被构造以产生相应的输出信号(320)。

Description

用于检测过滤器断裂的方法和系统
技术领域
本发明主要涉及燃气轮机引擎，且更具体而言，涉及在燃气轮机引擎入口流中用于检测过滤器断裂的方法和系统。
背景技术
燃气轮机引擎在多种应用中被用作功率源。为了保护引擎不受环境影响且为了使燃气轮机引擎与周围环境屏蔽隔开，至少一些已公知的燃气轮机引擎被罩在引擎组件舱室内，所述引擎组件舱室包括入口区域、排气区域如抽吸导管、以及在入口区域与排气区域之间延伸的引擎区域。例如在使用燃气轮机引擎作为发电机的功率源的发电设施中，引擎可被罩在舱室内部，这有利于减少在引擎工作过程中产生的噪声和热量。
在至少一些已公知的舱室内，入口包括使环境空气按一定路线从舱室外部进入引擎舱室内以冷却引擎和舱室且使所述环境空气到达引擎以供应燃烧空气的导管。从大气中到达燃气轮机引擎入口的微粒或带出的水汽可能会导致燃气轮机引擎的压缩机部分发生故障。为了有利于减轻带出的水汽的影响，至少一些已公知的燃气轮机引擎包括位于入口导管中的大体上防止微粒和水汽带出物到达燃气轮机引擎入口的过滤器。然而，过滤器的故障或断裂可能允许存在微粒和水汽带出物。因此，至少一些已公知的燃气轮机引擎中使用了感测指示出断裂过滤器的过滤器两端的压力差的空气压差监控器。然而，在过滤器发生断裂的一些情况下，压差可能减小，在其它情况下压差增大，从而使得压差对于进行过滤器故障检测而言是一个不可靠的监控参数。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种用于检测过滤器断裂的系统。所述系统包括：被设置在流体流的第一侧面上且被构造以发射预定强度的光进入流体过滤器下游的所述流体流内的光发射器、被设置在所述流体流的第二侧面上且被构造以接收所述发射光的至少一部分的光接收器以及被构造以接收来自所述光接收器的对应于所述发射光强度的信号的控制器，所述控制器被构造用以产生对应于所述发射光强度变化的输出信号。
在另一个实施例中，一种在流体流中确定过滤器断裂的方法包括：接收由于流体流中的粒子而至少部分衰减的光束的至少一部分、确定由于所述粒子使所述光束间歇衰减所致的所述光束的强度变化、并且将所述变化与可选择的阈值进行比较以产生指示过滤器故障的信号。
在又一个实施例中，一种燃气轮机引擎系统包括：具有燃烧空气入口导管的燃气轮机引擎；过滤器，所述过滤器被设置在所述入口导管中以使得至少一部分所述入口空气渠化通过所述过滤器；和光学闪烁探头，所述光学闪烁探头被设置在所述入口导管的壁部中且被构造以利用从被设置在所述入口导管壁部上的光源接收的光的强度变化确定所述入口导管中的粒子分布。
附图说明
图1是一种典型的燃气轮机引擎的示意图；
图2是可与图1所示的燃气轮机引擎一起使用的一种典型的燃气轮机发电机舱室的侧剖视图；和
图3是可与图2所示的转子一起使用的一种典型的转子齿的轴向透视图。
具体实施方式
图1是受到控制器11的控制且被联接到发电机16上的典型燃气轮机引擎10的示意图。控制器11是包括引擎控制软件的基于处理器的系统，所述引擎控制软件对控制器11进行配置以执行下述过程。正如本文中使用地，术语处理器不仅限于技术上被称作处理器的集成电路，而是广义上所指的计算机、处理器、微处理器、微控制器、微型计算机、可编程的逻辑控制器、特定用途集成电路(ASIC)、逻辑电路以及能够执行本文所述系统的任何其它可编程的电路或处理器。在典型实施例中，燃气轮机系统10包括布置在一个整体式转子或轴18上的压缩机12、涡轮机14和发电机16。在另一可选实施例中，轴18被分成多个轴部段，每个轴部段被联接到相邻轴部段上以形成轴18。压缩机12将压缩空气供应至燃烧室20，在所述燃烧室中所述压缩空气与通过流22供应的燃料相混合。在一个实施例中，引擎10是商业上可从General Electric Company(通用电气公司)，Greenville，SouthCarolina(南卡罗来纳州)得到的7FB燃气轮机引擎。
在工作过程中，空气流动通过压缩机12且压缩空气被供应至燃烧室20。来自燃烧室20的燃烧气体28推动涡轮机14。涡轮机14使轴18、压缩机12和发电机16围绕纵向轴线30旋转。
图2是可与燃气轮机引擎10(如图1所示)一起使用的典型燃气轮机发电机舱室70的侧剖视图。涡轮机舱室70分别包括入口区域72、排气区域74和在入口区域72与排气区域74之间延伸的引擎区域76。更具体而言，舱室引擎区域76的尺寸适于在其中接收引擎10。舱室入口区域72包括被流体连通地联接在舱室引擎区域76与环境空气空间92之间以接收通过其中的环境空气流的入口导管风门90。在典型实施例中，过滤器93被设置在入口导管中以有利于减少来自环境空气空间92的微粒和水汽带出物。
舱室排气区域74包括与风机壳体98流体连通地相联的抽吸导管94。更具体而言，抽吸导管94的第一端100被联接至在封闭舱室70的顶板104中限定出的排出开102。导管94的第二端106被联接至壳体98。在风机排出口99处从舱室冷却系统中排出空气流。
风机壳体98包括通过轴110被可旋转地联接至马达108的风机转子(未示出)。马达108通过电缆114被电联接至马达驱动装置112。马达驱动装置112控制马达108的输入功率。
在工作过程中，燃气轮机引擎通过过滤器93、风门90和一部分引擎区域76接收来自环境区域92的燃烧空气。在典型实施例中，燃气轮机引擎10包括入口导管118和被联接至燃气轮机引擎10的入口122的入口过滤器120。入口118使来自引擎区域76的空气渠化通过过滤器120到达引擎入口122。过滤器120有利于减少进入入口122的微粒和水汽。
图3是可与燃气轮机引擎10(如图1所示)一起使用的典型过滤器断裂检测系统300的示意框图。过滤器断裂检测系统300包括被设置在流体流306的第一侧304上且被构造以发射预定强度的光如光束308进入流体过滤器310下游的流体流306内的光发射器302。光接收器312被设置在流体流306的第二侧314上且被构造以接收发射光束308的至少一部分。放置发射器302和接收器312以使得光束308以相对于流体流轴线315的倾斜的角度横向穿过流体流。接收器312仅需要接收一部分来自束308的光。因此，发射器302和接收器312可相对于彼此且相对于流体流306呈多种角度进行取向。控制器316被构造以接收来自光接收器312的对应于发射光束308的强度的信号318。控制器316被构造以产生对应于发射光强度变化的输出信号320。在典型实施例中，束为高度准直的窄聚焦的束。在本发明的多个实施例中，束308可以是激光束或扩散和发散束。过滤器断裂检测系统300进一步包括第一比较器322，所述第一比较器被构造以产生指示发射光308的强度变化超过可选择的工作范围如上限和下限的输出信号324。强度变化与在发射器302与接收器312之间通过的粒子数量相关。在发射器302与接收器312之间通过的粒子越多，则在发射光束308的强度中产生更大量的“闪烁”。
在典型实施例中，光发射器302发射处于电磁波谱的红外频带中的光。在另一可选实施例中，光发射器302发射处于除电磁波谱的红外频带以外的其它频带中的光。在典型实施例中，光发射器302发射调制光束308以使得有利地消除漫射光、环境光和入口导管中的气体干扰中至少一种情况的影响。
过滤器断裂检测系统300进一步包括被构造以产生对应于流体过滤器310两端的压差的输出信号328的传感器326。在典型实施例中，传感器326通过高压分接头330被联接至过滤器310上游的流体流306且通过低压分接头332被联接至过滤器310下游的流体流306。第二比较器334被构造以产生指示流体过滤器310两端的压差超过可选择的工作范围如高压差和低压差的输出信号336。
电路338被构造以可选算法合并输出信号320、324、328和336以产生指示过滤器310断裂的输出信号340。例如，电路338可使用输出信号320、324、328和336中的任一信号产生输出信号340，或可使用输出信号320、324、328和336的任意组合产生输出信号340。此外，电路338可选择地使用其它逻辑和/或过程控制函数以基于输出信号320、324、328和336确定过滤器310何时已经断裂。
应该意识到，本文中所述的本发明的实施例的技术效应能够可靠且可重复地检测由于保护过滤介质断裂所致的流动通过导管的微粒浓度的增加。
过滤器断裂检测系统的上述实施例提供了一种节省成本的且可靠的手段以确定过滤器何时产生故障以使得可调节过滤器下游的设备操作从而适应增加的微粒流。结果是，本文中所述的方法和系统有利于以节省成本的且可靠的方式操作设备。
上面详细地对过滤器断裂检测系统的典型实施例进行了描述。所述系统不限于本文中所述的具体实施例，而是每种系统的部件可与本文中所述的其它部件独立且分离地使用。每种系统部件还可与其它系统部件组合使用。
尽管已经结合多个具体实施例对本发明进行了描述，但本领域的技术人员应该认识到，可通过在所附技术方案的精神和范围内的变型实践本发明。
零件表
10    燃气轮机引擎
11    控制器
12    压缩机
14    涡轮机
16    发电机
18    整体式转子或轴
20    燃烧室
22    流
28    燃烧气体
30    纵向轴线
70    燃气轮机发电机舱室
72    舱室入口区域
74    舱室排气区域
76    舱室引擎区域
90    入口导管风门
92    环境空气空间
93    过滤器
94    抽吸导管
98    风机壳体
99    风机排出口
100   第一端
102   排出开口
104   顶板
106   第二端
108   马达
110   轴
112   马达驱动装置
114   电缆
118   入口导管
120   入口过滤器
122   引擎入口
300    过滤器断裂检测系统
302    光发射器
304    第一侧
306    流体流
308    光束
310    流体过滤器
312    光接收器
314    第二侧
315    轴线
316    控制器
318    信号
320    输出信号
322    第一比较器
324    输出信号
326    传感器
328    输出信号
330    高压分接头
332    低压分接头
334    第二比较器
336    输出信号
338    电路
340    输出信号

Claims (10)

1.一种过滤器断裂检测系统(300)，所述过滤器断裂检测系统包括：
被设置在流体流(306)的第一侧面(304)上且被构造以发射预定强度的光(308)进入流体过滤器(310)下游的所述流体流内的光发射器(302)；
被设置在所述流体流的第二侧面(314)上且被构造以接收所述发射光的至少一部分的光接收器(312)；和
被构造以接收来自所述光接收器的对应于所述发射光强度的信号(318)的控制器(316)，所述控制器被构造以产生对应于所述发射光强度变化的输出信号(320)。
2.根据权利要求1所述的系统(300)，进一步包括被构造以产生指示所述发射光(308)的强度变化超过可选择的工作范围的输出信号(324)的第一比较器(322)。
3.根据权利要求1所述的系统(300)，其中所述光发射器(302)发射处于电磁波谱的红外频带中的光(308)。
4.根据权利要求1所述的系统(300)，其中所述光发射器(302)发射调制光束(308)以利于消除漫射光、环境光和所述入口导管(118)中的气体干扰中至少一种情况的影响。
5.根据权利要求1所述的系统(300)，进一步包括被构造以产生对应于所述流体过滤器(310)两端的压差的输出信号(328)的传感器(326)。
6.根据权利要求1所述的系统(300)，进一步包括电路(338)，所述电路被构造以使指示所述发射光(308)强度变化的所述输出信号(320)与压差输出信号(310)相结合从而产生指示过滤器断裂的信号。
7.根据权利要求1所述的系统(300)，进一步包括电路(338)，所述电路被构造以使指示所述发射光强度变化超过可选择的工作范围的输出信号(324)与对应于所述流体过滤器(310)两端的压差的输出信号(336)相结合。
8.根据权利要求2所述的系统(300)，进一步包括被构造以产生指示所述流体过滤器(310)两端的压差超过可选择的工作范围的输出信号(336)的第二比较器(334)。
9.根据权利要求8所述的系统(300)，进一步包括电路(338)，所述电路被构造以使指示所述发射光(308)强度变化的所述输出信号(320)与指示所述流体过滤器(310)两端的压差超过可选择的工作范围的输出信号(336)相结合从而产生指示过滤器断裂的信号。
10.根据权利要求8所述的系统，进一步包括电路，所述电路被构造以使指示所述发射光强度变化超过可选择的工作范围的输出信号与指示所述流体过滤器两端的压差超过可选择的工作范围的输出信号相结合从而产生指示过滤器断裂的信号。
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