用于涡轮机构件缺陷监测的嵌入式无线传感器的制造方法
【专利说明】用于涡轮机构件缺陷监测的嵌入式无线传感器
[0001]政府许可权利
本发明利用能源部授予的合同号DE-FC26-05NT42643下的政府支持完成。美国政府对本发明有一定权利。
技术领域
[0002]本文公开的主题大体上涉及涡轮机。更具体而言，本文提供的公开内容涉及检测涡轮机构件中的材料缺陷。
【背景技术】
[0003]包括燃气涡轮(GT)构件的涡轮机构件在使用时经历恶劣环境。此类环境可引起通常难以检测的涡轮机构件(例如，轮叶、喷嘴、导叶或叶片)的材料性质的变化。一旦此类构件进行保养，则由材料性质变化引起的构件自身的小差异可开始产生构件的使用寿命的较宽变化。大体上，使用剩余使用寿命(RUL)预测模型以便执行涡轮机构件的计划替换。因此，在它们的实际使用寿命结束之前很早就替换许多涡轮机构件。基于计划维护程序的构件替换为昂贵的，然而可能不必要的是常规替换可优先引起涡轮机的灾难性故障的可能性。
【发明内容】
[0004]各种实施例包括适于监测涡轮机中的构件的至少一个物理性能的检测系统。在一些实施例中，检测系统包括构造成附连于涡轮机的构件的至少一个传感器，至少一个传感器用于感测关于涡轮机构件在涡轮机的操作期间的至少一个物理性能的信息，通信地联接于至少一个传感器的信号转换器，以及构造成附连于涡轮机的静止构件的至少一个RF通信装置，射频通信装置构造成经由联接于信号转换器的RF天线与至少一个信号转换器通
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[0005]第一方面提供了一种检测系统，其包括:构造成附连于涡轮机的构件的至少一个传感器，至少一个传感器用于感测关于涡轮机构件在涡轮机的操作期间的至少一个物理性能的信息；通信地联接于至少一个传感器的信号转换器；以及构造成附连于涡轮机的静止构件的至少一个RF通信装置，射频通信装置构造成经由联接于信号转换器的RF天线与至少一个信号转换器通信。
[0006]第二方面提供了一种涡轮机构件，其包括:构件本体；联接于构件的本体的检测系统，检测系统包括:构造成附连于涡轮机构件的至少一个传感器，至少一个传感器用于感测关于涡轮机构件在涡轮机的操作期间的至少一个物理性能的信息；通信地联接于至少一个传感器的信号转换器；以及构造成附连于涡轮机的静止构件的至少一个RF通信装置，射频通信装置构造成经由联接于信号转换器的RF天线与至少一个信号转换器通信。
[0007]第三方面提供一种检测系统，其包括:构造成附连于涡轮机的旋转构件的至少一个传感器，至少一个传感器用于感测关于涡轮机构件在涡轮机的操作期间的至少一个物理性能的信息；通信地联接于至少一个传感器的、设置在涡轮机的旋转构件的平台上的信号转换器；以及横穿涡轮机的外壳中的孔口用于经由电磁共振发射和接收来自信号转换器的信号的收发器天线。
[0008]技术方案1.一种检测系统，包括:
构造成附连于涡轮机的构件的至少一个传感器，所述至少一个传感器用于感测关于所述涡轮机构件在所述涡轮机的操作期间的至少一个物理性能的信息；
通信地联接于所述至少一个传感器的信号转换器；以及
构造成附连于所述涡轮机的静止构件的至少一个RF通信装置，所述射频通信装置构造成经由联接于所述信号转换器的RF天线与所述至少一个信号转换器通信。
[0009]技术方案2.根据技术方案I所述的检测系统，其特征在于，所述信号转换器为表面声波传感器(SAW)、非线性群集共振器(NLR)或RF共振结构中的一个。
[0010]技术方案3.根据技术方案I所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括:
计算装置，其构造成从所述RF通信装置接收关于所述涡轮机构件的所述至少一个物理性能的所述信息。
[0011]技术方案4.根据技术方案3所述的检测系统，其特征在于，所述计算装置构造成识别所述至少一个传感器和所述至少一个传感器关于所述涡轮机的位置。
[0012]技术方案5.根据技术方案I所述的检测系统，其特征在于，所述至少一个RF通信装置包括收发器或接收器中的一个。
[0013]技术方案6.根据技术方案I所述的检测系统，其特征在于，所述至少一个传感器包括应变传感器、温度传感器、压力传感器、振动测量传感器、表面异常传感器或裂纹检测传感器中的一个。
[0014]技术方案7.根据技术方案5所述的检测系统，其特征在于，所述信号转换器位于所述涡轮机构件的叶片末端护罩中。
[0015]技术方案8.根据技术方案I所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括横穿所述涡轮机的外壳中的孔口用于发射和接收来自所述信号转换器的近场RF信号的收发器天线。
[0016]技术方案9.根据技术方案8所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括:
通信导管，其路线穿过所述涡轮机构件的柄，将所述至少一个传感器与所述信号转换器连接，其中所述信号转换器位于所述涡轮机构件的所述柄上。
[0017]技术方案10.—种涡轮机构件，包括:
构件本体；
联接于所述构件的所述本体的检测系统，所述检测系统包括:
构造成附连于所述涡轮机构件的至少一个传感器，所述至少一个传感器用于感测关于所述涡轮机构件在所述涡轮机的操作期间的至少一个物理性能的信息；
通信地联接于所述至少一个传感器的信号转换器；以及
构造成附连于所述涡轮机的静止构件的至少一个RF通信装置，所述射频通信装置构造成经由联接于所述信号转换器的RF天线与所述至少一个信号转换器通信。
[0018]技术方案11.根据技术方案10所述的涡轮机构件，其特征在于，所述构件包括涡轮机轮叶、涡轮机喷嘴、涡轮机叶片或涡轮机导叶中的一个。
[0019]技术方案12.根据技术方案10所述的涡轮机构件，其特征在于，所述涡轮机构件还包括:
构造成从所述RF通信装置接收关于所述涡轮机轮叶的所述至少一个物理性能的所述信息的计算装置。
[0020]技术方案13.根据技术方案10所述的涡轮机构件，其特征在于，所述至少一个RF通信装置包括收发器或接收器中的一个。
[0021]技术方案15.根据技术方案10所述的涡轮机转子区段，其特征在于，所述至少一个传感器包括应变传感器、温度传感器、压力传感器、振动测量传感器或裂纹检测传感器中的一个。
[0022]技术方案16.根据技术方案10所述的涡轮机转子区段，其特征在于，所述信号转换器包括表面声波传感器(SAW)、非线性群集共振器(NLR)或RF共振结构中的一个。
[0023]技术方案17.根据技术方案10所述的涡轮机转子区段，其特征在于，所述涡轮机构件包括涡轮机轮叶，并且其中所述信号转换器位于叶片末端或所述涡轮机轮叶的护罩中的一个上。
[0024]技术方案18.根据技术方案17所述的涡轮机构件，其特征在于，所述涡轮机构件还包括:
通信导管，其路线穿过所述涡轮机轮叶的柄，使所述至少一个传感器与所述信号转换器连接，其中所述信号转换器位于所述涡轮机轮叶的所述柄上。
[0025]技术方案19.一种检测系统，包括:
构造成附连于涡轮机的旋转构件的至少一个传感器，所述至少一个传感器用于感测关于所述涡轮机构件在所述涡轮机的操作期间的至少一个物理性能的信息；
通信地联接于所述至少一个传感器的、设置在所述涡轮机的旋转构件的平台上的信号转换器；以及
横穿所述涡轮机的外壳中的孔口用于经由电磁共振发射和接收来自所述信号转换器的信号的收发器天线。
[0026]技术方案20.根据技术方案19所述的检测系统，其特征在于，所述信号转换器为表面声波传感器(SAW)、非线性群集共振器(NLR)或RF共振结构中的一个。
【附图说明】
[0027]本发明的这些和其它特征将更容易从连同绘出本发明的各种实施例的附图的、本发明的各种方面的以下详细描述理解，在该附图中:
图1示出了根据本发明的实施例的系统的三维透视图。
[0028]图2示出了根据本发明的实施例的涡轮机构件的三维透视图。
[0029]图3示出了根据本发明的实施例的涡轮机构件的三维透视图。
[0030]图4-5示出了根据本发明的实施例的系统的三维透视图。
[0031]图6示出了根据本发明的实施例的涡轮机构件的三维透视图。
[0032]图7示出了根据本发明的实施例的涡轮机构件的三维透视图。
[0033]图8示出了根据本发明的实施例的涡轮机的三维透视图。
[0034]注意的是，本发明的附图不必按比例。附图旨在仅绘出本发明的典型方面，并且因此不