DE102007018374A1

DE102007018374A1 - Verfahren und Gerät für den Betrieb eines Gasturbinentriebwerks

Info

Publication number: DE102007018374A1
Application number: DE102007018374A
Authority: DE
Inventors: Gert van der Monroe Merwe; David Allen Harrison Bradford
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2007-10-25
Also published as: JP5026845B2; JP2007292069A; GB2437391A; GB0707170D0; US20070250245A1; GB2437391B; US8818683B2

Abstract

Überwachungssystem für ein Turbinentriebwerk einschließlich eines Brenners (16). Hierbei umfasst das System mindestens einen Sensor, der so konfiguriert ist, dass er ein Signal, welches auf das Vibrationsniveau einer Rotorbaugruppe innerhalb eines Gasturbinentriebwerks (10) hinweist, übertragen kann, sowie eine Triebwerksüberwachungseinheit (TÜE) (50), die an den mindestens einen Sensor gekoppelt ist, so dass sie das von ihm übertragene Signal empfangen kann. Die TÜE ist so konfiguriert, dass sie auf der Grundlage des von dem mindestens einen Sensor übermittelten Signals das Vibrationsniveau der Rotorbaugruppe feststellen und ein Ausgangssignal generieren kann, sofern das festgestellte Vibrationsniveau für eine zuvor bestimmte Zeitdauer eine Schwelle überschreitet, so dass die Feststellung eines Gasturbinentriebwerks-Impulsereignisses vereinfacht wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Anwendung bezieht sich im Allgemeinen auf Gasturbinentriebwerke und insbesondere auf ein Verfahren und Gerät, welches der Feststellung dient, ob ein Schaden an einem Gasturbinen-Bläserflügel aufgetreten ist.
Gasturbinentriebwerke umfassen typischerweise Hochdruck- und Niederdruckverdichter, einen Brenner und mindestens eine Turbine. Die Verdichter komprimieren Luft, die mit Brennstoff vermischt und in den Brenner geleitet wird. Die Mischung wird dann entzündet, um heiße Brennergase zu generieren, und die Brennergase werden zur Turbine geleitet, die aus den Brennergasen Energie gewinnt, um den Verdichter anzutreiben und auch, um nutzbare Arbeit zu produzieren, die dem Antrieb eines Flugzeugs während des Flugs oder der Versorgung eines Verbrauchers wie z. B. eines elektrischen Generators mit Energie dient.
Mindestens eine bekannte Gasturbinen-Bläser-Baugruppe umfasst eine Vielzahl von Rotorschaufeln, von denen jede eine Strömungsfläche aufweist, die unter Verwendung eines metallischen Materials wie z. B. Titan sowie eines Verbundstoffes hergestellt wird, welcher auf der Oberfläche der Strömungsfläche angebracht wird. Genauer gesagt wird die bekannte Strömungsfläche so hergestellt, dass der Verbundstoff in Form von einzelnen unidirektionalen Materiallagen auf die Oberfläche der Strömungsfläche aufgebracht wird.
Während des Betriebs können Fremdkörper in das Triebwerk aufgenommen werden. Genauer gesagt kann im Falle des Auftreffens eines Fremdkörpers auf der Bläser-Strömungsfläche ein Teil des Verbundstoffes von der Strömungsfläche abgelöst werden und so in den Strömungsweg des Triebwerks eintreten, so dass es durch den Fremdkörper zu weiteren Beschädigungen des Gasturbinentriebwerks kommen kann, wobei der Fremdkörper eine leichte Biegung oder Neigung des Bläserflügels verursachen kann, was zu verstärkter Vibration führt.
Mindestens ein bekanntes Verfahren, das der Feststellung dient, ob ein Fremdkörper eine Strömungsfläche beschädigt hat, beinhaltet die manuelle Überprüfung des Gasturbinentriebwerks während planmäßiger Wartungsperioden. Ein anderes bekanntes Verfahren zur Feststellung, ob ein Fremdkörper auf eine Rotorschaufel aufgeprallt ist, umfasst die Installation eines Vibrationssensors innerhalb des Gasturbinentriebwerks, der dazu dient, das Vibrationsniveau des Gasturbinentriebwerks während des Betriebs zu überwachen. Genauer gesagt werden während des Betriebs Vibrationsdaten des Gasturbinentriebwerks beispielsweise während einer Vielzahl von Flügen erfasst. Die angesammelten Vibrationsdaten werden dann während des Wartungsvorgangs heruntergeladen und analysiert, um festzustellen, ob ein Objekt auf einen Bläserflügel aufgeschlagen ist.
Doch obwohl beide oben beschriebenen Verfahren effektiv sind, wenn es darum geht festzustellen, ob ein Objekt auf einer Strömungsfläche aufgetroffen ist, ist jede der Verfahren relativ zeitaufwendig, was zu erhöhten Instandhaltungskosten führt. Während z. B. die manuelle Überprüfung des Gasturbinentriebwerks effektiv ist, wenn es darum geht, beschädigte Bläserflügel zu identifizieren, ist die Prozedur im Allgemeinen relativ zeitaufwendig. Obgleich außerdem auch die Anwendung von Vibrationsdaten zur Identifizierung von beschädigten Bläserflügeln effektiv ist, ist bei den bekannten Algorithmen eine Vielzahl von über einen längeren Zeitraum erfassten Daten notwendig, was im Allgemeinen eine Vielzahl von Flügen beinhaltet. Die angesammelten Daten werden während einer Wartungsperiode analysiert, um möglicherweise beschädigte Bläserflügel zu erkennen. Folglich kann es vorkommen, dass beschädigte Bläserflügel erst im Zuge der nächsten Wartungsmaßnahme entdeckt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren für den Betrieb eines Gasturbinentriebwerks geschaffen. Das Verfahren beinhaltet die Kopplung von mindestens einem Sensor innerhalb des Gasturbinentriebwerks, so dass ein Signal übertragen werden kann, welches auf das Vibrationsniveau einer Rotorbaugruppe innerhalb des Gasturbinentriebwerks hinweist, die Feststellung des Vibrationsniveaus der Rotorbaugruppe auf der Grundlage des Signals, das von dem mindestens einen Sensor übertragen wurde, den Vergleich des festgestellten Vibrationsniveaus mit einer zuvor bestimmten Vibrationsschwelle sowie die Generierung eines Ausgangssignals, sofern die festgestellte Vibrationsamplitude für eine zuvor bestimmte Zeitdauer die Schwellenamplitude übersteigt, so dass die Identifikation eines Gasturbinentriebwerk-Impulsereignisses vereinfacht wird.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Überwachungssystem für ein Turbinentriebwerk mit einem Brenner geliefert. Das Überwachungssystem beinhaltet mindestens einen Sensor, der so eingerichtet ist, dass er ein Signal übermitteln kann, welches auf das Vibrationsniveau einer Rotorbaugruppe innerhalb des Gasturbinentriebwerks hinweist, sowie eine Triebwerksüberwachungseinheit (TÜE), die mit dem mindestens einen Sensor gekoppelt ist, so dass sie ein von diesem übertragenes Signal empfangen kann, wobei die TÜE so konfiguriert ist, dass sie das Vibrationsniveau der Rotorbaugruppe auf der Grundlage des Signals, das von dem mindestens einen Sensor übertragen wurde, feststellen und ein Ausgangssignal generieren kann, sofern das festgestellte Vibrationsniveau das Schwellenniveau für eine zuvor bestimmte Zeitdauer überschreitet, so dass die Identifizierung eines Gasturbinentriebwerk-Impulsereignisses vereinfacht wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Gasturbinentriebwerk-Baugruppe geliefert. Die Gasturbinentriebwerk-Baugruppe umfasst ein Gasturbinen-Kerntriebwerk mit einem Verdichter, einen Brenner und eine an den Verdichter gekoppelte Turbine, einen Bläserflügel, der an das Gasturbinen-Kerntriebwerk gekoppelt ist, mindestens einen Sensor, der so eingerichtet ist, dass er ein Signal aussenden kann, welches auf ein Vibrationsniveau von der Verdichter- und/oder der Bläseranordnung hinweist, und eine Triebwerksüberwachungseinheit (TÜE), die an den mindestens einen Sensor gekoppelt ist, so dass sie ein von diesem übertragenes Signal empfangen kann, wobei die TÜE so konfiguriert ist, dass sie auf der Grundlage des Signals, das von dem mindestens einen Sensor übertragen wurde, das Vibrationsniveau der Verdichter- und/oder der Bläseranordnung feststellen und ein Ausgangssignal generieren kann, sofern das festgestellte Vibrationsniveau für eine zuvor bestimmte Zeitdauer ein Schwellenniveau übersteigt, so dass die Identifikation eines Gasturbinentriebwerks-Impulsereignisses erleichtert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Flugzeugs;
2 ist eine Querschnittansicht eines Teils eines beispielhaften Gasturbinenantriebs, der bei dem Flugzeug, das in 1 dargestellt wird, eingesetzt werden kann;
3 ist eine schematische Illustration eines beispielhaften Systems, das eine Triebwerksüberwachungseinheit umfasst, die an das in 2 gezeigten Gasturbinentriebwerk gekoppelt ist; und
4 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Betrieb eines Gasturbinentriebwerks darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 ist eine schematische Illustration eines beispielhaften Flugzeugs 8, welches mindestens eine Gasturbinentriebwerks-Baugruppe 10 und mindestens eine Triebwerksüberwachungseinheit (TÜE) 50 umfasst, welche an die Gasturbinentriebwerks-Baugruppen 10 gekoppelt ist und so konfiguriert ist, dass sie Information erhalten und/oder an die Gasturbinentriebwerks-Baugruppe 10 übertragen kann, wie hier an nachfolgender Stelle besprochen werden wird. Obwohl in 1 vier an eine einzelne TÜE 50 gekoppelte Gasturbinentriebwerks-Baugruppen 10 illustriert werden, sei darauf hingewiesen, dass Flugzeug 8 mit einer beliebigen Anzahl von Gastur binentriebwerks-Baugruppen ausgestattet sein kann und eine einzelne TÜE umfassen kann, die an jede der entsprechenden Gasturbinentriebwerks-Baugruppen gekoppelt sein kann. 2 ist eine Querschnittansicht eines Teil eines beispielhaften Gasturbinentriebwerks 10 (in 1 dargestellt).
In einer beispielhaften Ausführungsform weist die Gasturbinentriebwerks-Baugruppe 10 eine längslaufende Achse 11 auf und beinhaltet eine Bläser-Baugruppe 12 und ein Gasturbinen-Kerntriebwerk 13, das einen Hochdruckverdichter 14, einen Brenner 16 und eine Hochdruckturbine 18 umfasst. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst die Gasturbinentriebwerks-Baugruppe 10 auch eine Niederdruckturbine 20 und einen Mehrfachstufen-Boosterverdichter 22.
Die Bläser-Baugruppe 12 umfasst eine Anordnung von Bläserflügeln 24, die sternförmig von einer Rotorplatte 26 ausgehend nach außen verlaufen. Das Triebwerk 10 hat eine Einlassseite 28 und eine Abführseite 30. In der beispielhaften Ausführungsform ist das Gasturbinentriebwerk 10 ein GE90-Gasturbinentriebwerk, das bei der General Electric Company, Cincinnati, Ohio erhältlich ist. Die Bläser-Baugruppe 12, der Booster 22 und die Niederdruckturbine 20 sind durch ein ersten Rotorwelle 31 miteinander gekoppelt, und der Verdichter 14 und die Hochdruckturbine 18 sind durch ein zweit Rotorwelle 32 miteinander gekoppelt.
Beim Betrieb fließt Luft durch die Bläser-Baugruppe 12, und komprimierte Luft wird dem Hochdruckverdichter 14 durch den Booster 22 zugeführt. Die Booster-Auslassluft wird zu dem Verdichter 14 geleitet, in welchem der Luftfluss weiter komprimiert und zum Brenner 16 geleitet wird. Verbrennungsprodukte von hoher Temperatur (nicht in 1 gezeigt) des Bren ners 16 werden benutzt, um die Turbinen 18 und 20 anzutreiben, und die Turbine 20 wird eingesetzt, um die Bläser-Baugruppe 12 und den Brenner 22 durch die Welle 31 anzutreiben. Das Triebwerk 10 lässt sich in einem Bereich der Betriebsbedingungen betreiben, der zwischen vorgesehenen Betriebsbedingungen und nicht-vorgesehenen Betriebsbedingungen liegt.
3 ist eine vereinfachte schematische Illustration einer beispielhaften Triebwerksüberwachungseinheit 50, die auf einem Gasturbinentriebwerk 10 installiert und an dieses gekoppelt ist. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die TÜE 50 einen Analog/Digital-Wandler (A/D) 52 und ist so eingerichtet, dass sie analoge Signale von der Gasturbinentriebwerks-Baugruppe 10 empfangen und diese analogen Signale in digitale Signale umwandeln kann. Danach werden die digitalen Signale an einen Prozessor 54 übermittelt, welcher in der beispielhaften Ausführungsform innerhalb der TÜE 50 installiert ist. Optional kann TÜE 50 auch einen beliebigen Triebwerksregler umfassen, der so konfiguriert ist, dass er Signale des Gasturbinentriebwerks 10 senden und/oder empfangen kann. Folglich kann die TÜE 50 ein beliebiges elektronisches Gerät sein, das auf der oder um die Gasturbinentriebwerk-Baugruppe 10 herum angeordnet ist und von Software und/oder Hardware mindestens eines umfasst, wobei sie so programmiert ist, dass sie das Gasturbinentriebwerk 10 regulieren oder zu überwachen kann.
Genauer gesagt umfasst das Gasturbinentriebwerk 10 eine Vielzahl von Daten- und/oder Überwachungssensoren, die benutzt werden, um ausgewählte Datenparameter zu erkennen, die mit dem Betrieb des Gasturbinentriebwerks 10 im Zusammenhang stehen. In einer beispielhaften Ausführungsform können solche Sensoren mindestens einen Beschleunigungsmesser 62, der eingesetzt wird, um Gasturbinentriebwerks-Vibrationsdaten an die TÜE 50 zu liefern, und mindestens einen Drehzahlsensor 64 umfassen, der verwendet wird, um Gasturbinentriebwerks-Drehzahldaten an die TÜE 50 zu übertragen. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Beschleunigungsmesser 62 eng an eine Bläserhalterungsauflagerung wie z. B. eine Bläserauflagerung 66 gekoppelt, um die Vibration der Bläser-Baugruppe 12 zu überwachen, und der Drehzahlsensor 64 ist nah an der Welle 31 angeordnet, um die Drehgeschwindigkeit der Bläser-Baugruppe 12 zu überwachen.
Die TÜE erhält Signale von dem Triebwerk und den Flugzeugdatensensoren 62 und über den A/D-Wandler 52. Der Prozessor 54 erhält die Signale vom A/D-Wandler und analysiert die Informationen mit Hilfe eines Algorithmus, der in den Prozessor 54 einprogrammiert ist, wie hier an nachfolgender Stelle besprochen werden wird.
Obwohl nur einige Triebwerksensoren gezeigt werden, soll darauf hingewiesen werden, dass das Gasturbinentriebwerk 10 eine Vielzahl von Triebwerkssensoren umfassen kann, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie ein entsprechendes Vibrationsniveau und/oder die Geschwindigkeit von verschiedenen in der Gasturbinentriebwerks-Baugruppe 10 installierten drehenden Komponenten erkennen können.
Obwohl die hier dargestellten Verfahren und Geräte im Zusammenhang mit Flugzeugen beschrieben werden, wird außerdem auch in Betracht gezogen, dass die Vorteile der Erfindung auch für Systeme genutzt werden können, die typischerweise im Industriebereich eingesetzt werden, wie z. B., aber nicht nur, für Kraftwerke. In der beispielhaften Ausführungsform sind die Gasturbinentriebwerks-Baugruppe 10 und die TÜE 50 entsprechend an ein Fahrzeug wie das Flugzeug 8 gekoppelt, so dass die von der TÜE 50 erfassten Informationen entweder in der TÜE 50 in dem Flugzeug 8 gespeichert oder alternativ an eine sich am Boden befindende Einrichtung übertragen und auf einen lokalen Computer (nicht gezeigt) zurückgeladen werden. In einer alternativen Ausführungsform sind die Gasturbinenantriebs-Baugruppe 10 und TÜE 50 in einer sich am Boden befindenden Einrichtung wie z. B. einem Kraftwerk installiert. Obwohl das hier beschriebene Verfahren sich insbesondere auf ein Flugzeug bezieht, d. h. die Sensoren 62 und 64 so positioniert sind, dass sie die Vibration und die Geschwindigkeit einer Bläser-Baugruppe 12 überwachen, kann die Antriebsbaugruppe 12 ohne Bläsergruppe 12 ausgeführt sein, und so können die Sensoren 62 und 64 eingesetzt werden, um z. B. das Vibrationsniveau und die Geschwindigkeit des Verdichters 14 zu überwachen.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 100 illustriert, das dazu dient festzustellen, ob bei einem Gasturbinentriebwerk ein Fremdkörperaufnahme-Ereignis stattgefunden hat. Genauer gesagt kann das Verfahren 100 aus einem Algorithmus bestehen, der auf dem Prozessor 54 installiert ist, der Daten von den Sensoren 62 und 64 erhält, die erhaltenen Eingaben analysiert, und auf der Grundlage der erhaltenen Eingaben bestimmt, ob ein Fremdkörper von der Gasturbinentriebwerk-Baugruppe 10 inhaliert wurde.
Wie oben besprochen wurde, kann z. B. ein Teil des Verbundstoffes von dem Bläserflügel 24 losgelöst werden, wenn ein Fremdkörper auf einen Gasturbinentriebwerk auftrifft, wie dies beim Auftreffen auf den Bläserflügel 24 der Fall ist, so dass der Bläser sich verbiegt oder neigt. Dieses Ereignis kann eine Veränderung der Bläserflügel-Geometrie verursachen und auch dazu führen, dass die Bläservibration, die hier als Impulsereignis bezeichnet wird, zeitweilig steigt, was durch den Sensor 62 festgestellt wird. Und/oder es kann zu einer zeitweiligen Veränderung der Drehgeschwindigkeit der Welle 31 führen, die mit Hilfe von Sensor 64 festgestellt wird. So kann das Verfahren 100 angewendet werden, um ein Impulsereignis fast zeitgleich mit dessen Auftreten festzustellen.
Das Verfahren 100 umfasst daher den Betrieb 102 eines Gasturbinentriebwerks, das mindestens einen Beschleunigungsmesser 62 umfasst, der an das Gasturbinentriebwerk gekoppelt ist, wobei der Beschleunigungsmesser so konfiguriert ist, dass er ein Signal an einen Prozessor wie z. B. den Prozessor 52 ausgeben kann. Das Verfahren umfasst ferner die Bestimmung 104 einer Amplitude des Beschleunigungsmesser-Signals, wobei der Prozessor 52 benutzt wird, sowie die Generierung 106 eines Ausgangssignals, wenn die festgestellte Amplitude für eine zuvor bestimmte Zeitdauer eine zuvor bestimmte Amplitude überschreitet.
Genauer gesagt kann die Bläser-Baugruppe beim Auftreten eines Impulsereignisses für eine relativ kurze Zeitdauer einer Veränderung des Vibrationsniveaus unterzogen werden. Zusätzlich kann die Bläser-Baugruppe eine zeitweilige Minderung der Drehzahl erfahren, welche mit Hilfe von Sensor 64 festgestellt wird, wenn das Impulsereignis vergleichsweise groß ist, d. h. wenn ein ziemlich großes Objekt auf die Bläsergruppe auftrifft. Folglich werden über einen längeren Zeitraum erfasste Vibrations- und Drehgeschwindigkeitsdaten für eine Vielzahl von Gasturbinentriebwerken beispielsweise durch den Hersteller analysiert, um Informationen zu gewinnen, die von der TÜE 50 verwendet werden können, so dass diese in der Lage ist festzustellen, ob ein Impulsereignis aufgetreten ist. So kann beispielsweise der Hersteller auf der Grundlage der Datenanalyse feststellen, dass wahrscheinlich ein Impulsereignis aufgetreten ist, wenn das Vibrationsniveau der Bläser-Baugruppe für eine Dauer von ca. 3 Sekunden ungefähr 5 mils [1 mil = 1/1000 Zoll] übersteigt. Es sei darauf hingewiesen, dass die oben festgelegten Vibrations- und Zeitdauerniveau nur als Beispiele dienen und modifiziert werden können, um sie an die jeweils betrachtete spezifische Gasturbinentriebwerks-Baugruppe anzupassen. Dann werden die vorher bestimmten Vibrations- und Zeitdauerniveaus heruntergeladen und in der TÜE 50 gespeichert, so dass die Informationen auf Echtzeitbasis verwendet werden kann. Beispielsweise übertragen die Sensoren 62 und 64 während des Betriebs kontinuierlich Vibrations- und Geschwindigkeitsdaten zur TÜE 50. Daraufhin analysiert die TÜE die erhaltenen Daten unter Verwendung eines in dem Prozessor 54 gespeicherten Algorithmus. Genauer gesagt überwacht der Prozessor 52 kontinuierlich die Amplitude des von dem Beschleunigungsmesser 62 gelieferten Signals und speichert das Amplitudensignal in einer Datenbank in dem Prozessor 54. Die Amplitude des Vibrationssignals wird dann mit der zuvor bestimmten Amplitude (d. h. dem vorherigen Kenntnisstand) verglichen, die in der Datenbank gespeichert ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die TÜE so programmiert sein, dass sie einen Hinweis auf das Eintreten eines Impulsereignisses generiert, sofern die Amplitude des Bläser-Vibrationssignals für mehr als 3 Sekunden 5 mils übersteigt. Der Hinweis kann ein akustischer oder ein visueller Hinweis sein, der entweder die Aircrew oder das Bodenpersonal alarmiert, dass ein Impulsereignis stattgefunden hat.
Um weiter zu quantifizieren, ob ein Impulsereignis stattgefunden hat, kann die TÜE 50 auch die vom Drehzahlsensor 64 erhaltenen Daten verwenden. Wie oben beschrieben wurde, kann ein Impulsereignis beispielsweise in einer zeitweiligen Veränderung der Drehzahl der Welle 31 resultieren, die von Sensor 64 festgestellt wird. Folglich erhält die TÜE 50 ständig ein Drehzahlsignal von dem Sensor 64 und speichert die Daten in der Prozessor-Datenbank. Das Drehzahlsignal wird dann mit einem zuvor bestimmten Drehzahlsignal (d. h. einem vorherigen Kenntnisstand) verglichen, das in der Datenbank gespeichert ist. Die TÜE 50 kann so programmiert werden, dass sie einen Hinweis auf das Auftreten eines Impulsereignisses generiert, wenn z. B. die Drehzahl einer Bläser-Baugruppe für eine Zeitdauer von weniger als ungefähr einer Sekunde um ungefähr zwei Prozent sinkt.
In einer beispielhaften Ausführungsform werden sowohl die Informationen von dem Vibrationssensor 62 als auch von dem Drehzahlsensor 64 verwendet, um festzustellen, ob ein Impulsereignis aufgetreten ist. Optional können die Information, die von dem Vibrationssensor 62 und dem Drehzahlsensor 64 übermittelt wurden, unabhängig voneinander verwendet werden, um festzustellen, ob ein Impulsereignis aufgetreten ist. Beispielsweise kann der Prozessor 52 auf der Grundlage der Informationen, die er entweder vom Vibrationssensor 62 oder dem Drehzahlsensor 64 erhalten hat, einen Hinweis auf das Auftreten eines Impulsereignisses generieren.
Um weiter zu quantifizieren, ob ein Impulsereignis aufgetreten ist, kann die TÜE 50 auch die vom Vibrationssensor 62 stammenden Daten verwenden, um festzustellen, ob eine Vektorveränderung aufgetreten ist. Beispielsweise können während des normalen Betriebs die Daten darauf hinweisen, dass die Bläser-Baugruppe des Gasturbinentriebwerksbei einem Vibrationsniveau von ungefähr 1 mil mit einem Vektor von ungefähr 0 Grad läuft. Allerdings kann ein Impulsereignis zu einer zeitweiligen Veränderung des Vektors führen. So kann z. B. ein Impulsereignis dazu führen, dass das Vibrationsniveau auf 5 mils steigt und sich auch der Vektor um ungefähr 180 Grad verändert.
In der beispielhaften Ausführungsform werden sowohl die Vektorinformationen als auch die Vibrationsinformationen und die Informationen zur Rotationsgeschwindigkeit verwendet, um festzustellen, ob ein Impulsereignis aufgetreten ist. Optional können die Informationen unabhängig voneinander verwendet werden, um festzustellen, ob ein Impulsereignis aufgetreten ist.
Hier wird ein Verfahren und System beschrieben, mit dessen Hilfe die Feststellung, ob ein Impulsereignis in einem Gasturbinentriebwerk eingetreten ist, vereinfacht wird. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das System 50 Hardware und Software zur Erfassung und Verarbeitung der Daten, die von dem Gasturbinentriebwerk 10 generiert werden, wozu die Sensoren 62 und 64 eingesetzt werden. Genauer gesagt werden mehrere Flugparameter, d. h. also Daten, mit Hilfe mehrerer Sensoren 62 und 64 erfasst, die an das Gasturbinentriebwerk 10 gekoppelt sind. In der beispielhaften Ausführungsform werden alle Sensorendaten, die unter Einsatz der Sensoren 62 und 64 generiert werden, für mindestens einen Flug und optional für eine Vielzahl von Flügen in dem System 50 gespeichert. Entsprechend werden in einer beispielhaften Ausführungsform die Sensoren 62 und 64 nicht periodisch abgefragt, sondern es besteht ein im Wesentlichen kontinuierlicher Datenstrom von den Sensoren 62 und 64 zu dem System 50, so dass im Wesentlichen alle Vibrations- und Geschwindigkeitsdaten, die von dem Gasturbinentriebwerk 10 während aller Flugbedingungen gene riert werden, erfasst, verarbeitet und verwendet werden können, um festzustellen, ob während des Betriebs ein Impulsereignis stattgefunden hat.
Genauer gesagt können die Vibrations- und Geschwindigkeitsdaten, die von dem Gasturbinentriebwerk 10 während aller Flugbedingungen generiert werden, gesammelt, verarbeitet und verwendet werden, um festzustellen, ob während des Betriebs ein Impulsereignis stattgefunden hat. Wenn das System 50 feststellt, dass ein Impulsereignis stattgefunden hat, kann diese Information an die Bodenstation und/oder die Bodencrew weitergegeben werden, so dass im Anschluss an Flug Instandsetzungsmaßnahmen durchgeführt werden können. Folglich liefert das System 50 einen Echtzeit-Hinweis darauf, dass eventuell vor der nächsten Betriebsperiode eine Überprüfung und/oder Instandsetzung des Triebwerks 10 erforderlich ist. Folglich erleichtert das System 50 die sofortige Feststellung eines möglichen Triebwerkschadens.
Folglich stützen sich die bekannten Verfahren zur Feststellung von möglichen Laufschaufelschäden an dem Triebwerk auf eine manuelle Überprüfung des Triebwerks oder auf die Analyse von Daten, die im Laufe von vielen Flügen erfasst wurden. Genauer gesagt sind die bekannten Systeme nicht so konfiguriert, dass sie nahezu sofort feststellen könnten, wenn ein Fremdkörper einen Schaden an dem Gasturbinentriebwerk verursacht. Vielmehr sind die bekannten Systeme so konfiguriert, dass sie Vibrationstendenzen über einen längeren Zeitraum überwachen und auf der Grundlage dieser Tendenzen bestimmen, ob das Gasturbinentriebwerk aufgrund dieser Informationen während der Wartungsperiode auf mögliche Schäden durch Fremdkörper überprüft werden sollte.
Genauer gesagt sind das hier beschriebene Verfahren und das System so konfiguriert, dass ein Nutzer in der Lage ist festzustellen, ob das Gasturbinentriebwerk anstatt während einer normalen Wartungsperiode im Anschluss an einen bestimmten Flug inspiziert werden sollte. Folglich wird es dem Nutzer ermöglicht, potenzielle durch Fremdkörper hervorgerufene Schäden zu identifizieren, bevor der normale Betrieb wieder aufgenommen wird.
Außerdem können die innerhalb des Systems 50 gespeicherten Triebwerksdaten, bei denen es sich um Triebwerksdaten handelt, die bei jedem Flug erfasst werden, während oder nach dem Flug an das Bodenpersonal weitergeleitet werden, so dass das Bodenpersonal alarmiert wird, dass das Gasturbinentriebwerk vor der Wiederaufnahme des normalen Flugbetriebs eventuell weiterer Wartung bedarf.
Obgleich die Erfindung in Bezug auf verschiedene spezifische Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden auf diesem Gebiet fachkundige Personen erkennen, dass die Erfindung innerhalb der Wesensart und des Schutzumfangs der Patentansprüche in modifizierter Form ausgeführt werden kann. BEZUGSZEICHENLISTE

Claims

Überwachungssystem für ein Turbinentriebwerk einschließlich eines Brenners (16), wobei das System umfasst: mindestens einen Sensor, der dazu eingerichtet ist, ein Signal auszusenden, das ein Vibrationsniveau einer Rotorbaugruppe innerhalb des Gasturbinentriebwerks (10) kennzeichnet; und eine Triebwerksüberwachungseinheit (TÜE) (50), die an den mindestens einen Sensor gekoppelt ist, so dass sie das von diesem Sensor abgegebene Signal empfangen kann, wobei die besagte TÜE so konfiguriert ist, dass sie das Vibrationsniveau der Rotorbaugruppe auf der Grundlage des von dem mindestens einen Sensor übertragenen Signals feststellen und ein Ausgangssignal generieren kann, sofern das festgestellte Vibrationsniveau für eine zuvor bestimmte Zeitdauer eine Schwelle überschreitet, so dass die Feststellung eines Gasturbinentriebwerks-Impulsereignisses vereinfacht wird.
Überwachungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor einen Beschleunigungsmesser (62) umfasst, welcher so konfiguriert ist, dass er eine Unwucht im Bläser feststellen kann, wobei der Beschleunigungsmesser so konfiguriert ist, dass er ein Signal, das auf ein Vibrationsniveau einer Bläserrotor-Baugruppe innerhalb des Gasturbinentriebwerks (10) hinweist, an die TÜE übertragen kann.
Überwachungssystem gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: mindestens einen Drehzahlsensor (64), der innerhalb des Gasturbinentriebwerks (10) angeordnet ist, wobei der Drehzahlsensor so konfiguriert ist, dass er ein Signal, welches die Rotationsgeschwindigkeit oder Drehzahl einer Bläserrotor-Baugruppe kennzeichnet, an die TÜE (50) übertragen kann, wobei die TÜE außerdem so konfiguriert ist, dass sie ein Ausgangssignal generieren kann, sofern die festgestellte Drehzahl für eine zuvor bestimmte Zeitdauer eine Schwelle unter- oder überschreitet, so dass die Feststellung eines Gasturbinentriebwerks-Impulsereignisses vereinfacht wird.
Überwachungssystem gemäß Anspruch 2, ferner umfassend: mindestens einen Drehzahlsensor (64), der innerhalb des Gasturbinentriebwerks (10) angeordnet ist, wobei der Drehzahlsensor so konfiguriert ist, dass er ein Signal, das die Drehzahl einer Bläserrotor-Baugruppe kennzeichnet, an die TÜE (50) übertragen kann, wobei die TÜE außerdem so konfiguriert ist, dass sie das festgestellte Vibrationsniveau mit der festgestellten Drehzahl vergleichen kann, so dass die Feststellung eines Gasturbinentriebwerks-Impulsereignisses vereinfacht wird.
Überwachungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die TÜE (50) ferner so konfiguriert ist, dass sie eine Vektorveränderung beim Vibrationsniveau der Rotorbaugruppe auf der Grundlage des von dem mindestens einen Sensor übermittelten Signals feststellen und ein Ausgangssignal generieren kann, sofern die festgestellte Vektorveränderung eine vorher bestimmte Schwelle überschreitet, so dass die Feststellung eines Gasturbinentriebwerks-Impulsereignisses vereinfacht wird.
Überwachungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die TÜE (50) ferner so konfiguriert ist, dass sie ein Signal, das auf ein Triebwerks-Impulsereignis hinweist, an eine Bodenstation übertragen kann, so dass die Planung einer Wartungsmaßnahme vereinfacht wird.
Überwachungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die TÜE (50) ferner so konfiguriert ist, dass sie: das Vibrationsniveau und die Drehzahl der Rotorbaugruppe auf der Grundlage des Signals, welches von den Sensoren übermittelt wird, feststellen kann; einen in der Triebwerksüberwachungseinheit gespeicherten Algorithmus anwenden kann, um das festgestellte Vibrationsniveau mit einer zuvor bestimmten Vibrationsschwelle zu vergleichen; einen in der Triebwerksüberwachungseinheit gespeicherten Algorithmus anwenden kann, um das festgestellte Vibrationsniveau mit der festgestellten Drehzahl zu vergleichen; und ein Ausgangssignal generieren kann, sofern die festgestellte Vibrationsamplitude für eine zuvor bestimmte Zeitdauer die Schwellenamplitude überschreitet, so dass die Feststellung eines Gasturbinentriebwerks-Impulsereignisses vereinfacht wird.
Gasturbinentriebwerks-Baugruppe, umfassend: ein Gasturbinen-Kerntriebwerk (13) einschließlich eines Verdichters (14), eines Brenners (16) und einer Turbine, welche an den Verdichter gekoppelt ist; eine Bläser-Baugruppe (12), die an das Gasturbinen-Kerntriebwerk gekoppelt ist; mindestens einen Sensor, der so konfiguriert ist, dass er ein Signal abgeben kann, das das Vibrationsniveau von der Verdichter- und/oder Bläser-Baugruppe kennzeichnet; und eine Triebwerksüberwachungseinheit (TÜE) (50), die an den mindestens einen Sensor gekoppelt ist, so dass sie das von ihm abgegebene Signal empfangen kann, wobei die TÜE so konfiguriert ist, dass sie das Vibrationsniveau der Verdichter- und/oder Bläser-Baugruppe auf der Grundlage des von dem mindestens einen Sensor übertragenen Signals feststellen und ein Ausgangssignal generieren kann, sofern das festgestellte Vibrationsniveau für eine zuvor bestimmte Zeitdauer eine Schwelle überschreitet, so dass die Feststellung eines Gasturbinentriebwerks-Impulsereignisses vereinfacht wird.
Gasturbinentriebwerks-Baugruppe gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor einen Beschleunigungsmesser umfasst, der so konfiguriert ist, dass er eine Unwucht in dem Bläser feststellen kann, wobei der Beschleunigungsmesser so konfiguriert ist, dass er ein Signal, das auf das Vibrationsniveau der Bläser-Baugruppe (12) kennzeichnet, an die TÜE übertragen kann.
Gasturbinentriebwerks-Baugruppe gemäß Anspruch 8, ferner umfassend: mindestens einen Drehzahlsensor (64), der an das Gasturbinentriebwerk gekoppelt ist, wobei der Drehzahlsensor so konfiguriert ist, dass er ein Signal, das die Drehzahl der Bläser-Baugruppe (12) kennzeichnet, an die TÜE (50) übertragen kann, wobei die TÜE ferner so konfiguriert ist, dass sie ein Ausgangssignal generiert, sofern die festgestellte Drehzahl für eine zuvor bestimmte Zeitdauer eine Schwelle überschreitet, so dass die Feststellung eines Gasturbinentriebwerks-Impulsereignisses vereinfacht wird.