专利名称：蒸汽涡轮发动机吸入至少一个异物的自动检测方法
技术领域：
本发明涉及一种检测对蒸汽涡轮发动机的冲击的方法和装置，特别是检测对鼓风 机轮叶片的冲击的方法和装置。
背景技术：
安装在飞机上的蒸汽涡轮发动机在使用时会被发动机吸入的物体所损坏。这种物 体可以具有不同的形状，例如，飞鸟、石块或冰。
在物体被吸入后，物体在发动机中从上游向下游循环，在这个过程中会撞击到各 种发动机部件。本领域技术人员把这种现象称之为“异物吸入”。
根据发动机所吸入的物体的性质、密度和相对速度，发动机的有些部件会或多或 少地受到损坏。
为了保持发动机在使用时的高度安全性和可靠性，必须检测这种吸入所产生的损 坏，以在发动机部件被损坏时进行修复或替换。
对于商业飞行的在机乘客而言，在每次飞行之前会对蒸汽涡轮发动机进行视觉检 查。不过，这种检测有一些缺点。首先，由于操作人员不能看到非常小的损坏，小的损坏难 以被注意到，这种视觉检查不能进行完全可靠的检测。其次，当检测到损坏时，有必要立即 进行维修操作，从而需要飞机处于固定状态，因此会延迟飞机的起飞。从而，吸入异物的损 坏效果的后续检测会为飞机上的在机乘客带来麻烦。
斯奈克玛所提出的专利申请FR 2840358A1提供了飞机发动机损坏检测系统，该 系统包括确定航班上的转子的速度和振动的测量装置。不过，这种系统并不具有所需的检 测吸入异物的精度。
莱斯莱斯提出的专利申请EP 1312766A2提供了转子叶片的冲击检测方法，其中， 测量转子的速度跌落，以发出警报。这种检测方法的一个缺点是区分度较低。实际上，在发 动机泵吸的过程中，在没有吸入物体时，转子速度也会降低并发出警报。为了克服这个缺 点，专利申请EP 1312766A2认识到添加传感器来测量发动机的扭转角，从而改善测量方法 的精度。这种方法采用大量的传感器，并不尽如人意，不能以精确和可靠的方式检测吸入的 异物。发明内容
为了排除上述缺陷，本发明涉及一种包括转子的蒸汽涡轮发动机所吸入的至少一 种异物的自动检测方法，在该方法中
测量转子的瞬时速度；
对转子的速度信号进行滤波，以分离速度信号的静态分量和动态分量；
对滤波出的动态分量与标准谐波进行比较，以获得吸入指示，标准谐波对应于转 子的振动冲击响应；
对获得的吸入指示和检测阈值进行比较；以及
当吸入指示高于所述检测阈值时，发出异物吸入检测信号。
发动机的振动响应组成了关于碰撞的特征，也就是说关于冲击的特征。标准谐波 表示在转子上测得的关于转子吸入物体的振动冲击响应。
根据本发明，将转子速度的瞬时动态分量与该冲击特征进行比较，以检测吸入。根 据本发明的方法比现有技术中只基于转子速度R(t)的动态分量的幅值的阈值的方法具有 更高的分辨力，高幅值的动态分量可以具有不同的成因。
根据本发明，当转子速度R(t)的动态分量的形式不对应于标准谐波中的一个时， 可以忽略重要幅值的振动(例如泵吸)。而且，可以检测所谓的“小能量”体(质量小，速度 小)吸入，这种检测是不能用现有技术中的方法进行的。
有利地，在不添加传感器或对结构做出改动的情况下就可以实施这种方法。
优选地，转子的标准谐波对应于该转子的第一扭转模式的冲击响应。
有利地，对该转子的第一扭转模式的冲击响应的滤波出的动态分量的研究使能够 获得适用于合乎标准的振动的吸入率，而这种滤波出的动态分量是现有技术中已知的特 征。
实际上，第一扭转模式的冲击响应只会关于转子的扭转瞬时刺激而出现，而这种 扭转瞬时刺激是典型的异物吸入。从而，可以以可靠和精确的方式进行吸入检测。
仍然优选的是，对滤波出的动态分量和标准谐波进行卷积，以获得吸入指示。
根据第一变型实施例，在实施检测方法的发动机的转子上直接测量标准谐波。
因此，用试验的方法确定转子的第一扭转模式的冲击响应的特征(频率，缓冲)。
根据第二变型实施例，在理论上将标准谐波定义为转子的第一扭转模式的冲击响 应的特征(频率，缓冲等)的函数。
优选地，转子是蒸汽涡轮发动机的低压转子，将滤波出的动态分量与低压转子的 标准谐波进行比较，以获得吸入指示，标准谐波对应于低压转子的振动冲击响应。
通过附图可以更好地理解本发明，其中
图1表示了低压转子速度对时间的测量结果；
图2表示了图1中的低压转子速度的动态分量；
图3表示了低压转子的标准谐波；
图4表示了对应于转子速度的动态分量和所述转子的标准谐波之间的相似处的 摄入指标。
具体实施方式
本发明涉及包括低压转子轴和高压转子轴的双体蒸汽涡轮机摄入的异物的精确 检测方法，鼓风机与低压转子一体安装。
参照图1，通过本领域技术人员公知的音轮测量低压转子对时间的旋转速度 R(t)，音轮被布置来测量低压转子轴的角速度。不言而喻，还可以通过其他方法来测量低压 转子速度，特别是通过布置在引擎中的加速度计。
另外，对于这种测量，可以围绕低压转子的静态速度R(S)获得获得对时间的基本上为常量的曲线I。在图1中，关于低压转子速度对旋转速度R(t)进行标准化。在图1中， 低压转子的静态速度R(s)大约是最大速度的85%。
在这个测量周期，引擎摄入了小质量体(大约50克)。表示鼓风机速度R(t)的曲线I呈现了由于引擎摄入了质量体而产生的波动，这种波动非常小，大约为静态速度R(S) 的值的0.5%。另外，对于低压转子速度R(t)的测量结果，不能直接检测到这种波动。实际上，这种波动可以涉及噪声测量或其他现象，特别是引擎泵吸现象，而不是摄入。
已知音轮测得的低压转子速度R (t)具有静态分量Rs和动态分量Rd (t)，并可用下式表不
权利要求
1.蒸汽涡轮发动机吸入至少一个异物的自动检测方法，在该方法中 测量转子的瞬时速度(R(t))； 对转子的速度信号(R(t))进行滤波，以分离速度信号的静态分量(Rs(t))和动态分量(Rd ⑴)； 对滤波出的动态分量(Rd(t))与标准谐波(e(t))进行比较，以获得吸入指示(TINe)，标准谐波(e(t))对应于转子的振动冲击响应； 对获得的吸入指示(Trae)和检测阈值⑶进行比较；以及 当吸入指示(Trae)高于所述检测阈值(S)时，发出异物吸入检测信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，转子的标准谐波(e(t))对应于转子的第一扭转模式的冲击响应。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在理论上将标准谐波(e(t))定义为转子的第一扭转模式的冲击响应的特征的函数。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，在实施检测方法的发动机的转子上直接测量标准谐波(e(t))。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的方法，其中，对滤波出的动态分量(Rd(t))与标准谐波(e(t))进行卷积。
6.根据权利要求1至5中任何一项所述的方法，其中，转子是蒸汽涡轮机的低压转子，对滤波出的动态分量(Rd(t))和低压转子的标准谐波(e(t))进行比较，以获得吸入指示(Trae)，所述标准谐波(e(t))对应于低压转子的振动冲击响应。
全文摘要
本发明涉及蒸汽涡轮发动机吸入至少一个异物的自动检测方法，在该方法中测量转子的瞬时速度(R(t))；对转子的速度信号(R(t))进行滤波，以分离速度信号的静态分量(Rs(t))和动态分量(Rd(t))；对滤波出的动态分量(Rd(t))与标准谐波(e(t))进行比较，以获得吸入指示(TING)，标准谐波(e(t))对应于转子的振动冲击响应；对获得的吸入指示(TING)和检测阈值(S)进行比较；以及当吸入指示(TING)高于所述检测阈值(S)时，发出异物吸入检测信号。
文档编号F01D21/04GK103026006SQ201180008788
公开日2013年4月3日 申请日期2011年2月2日 优先权日2010年2月8日
发明者塞巴斯蒂安·布尔热 申请人:斯奈克玛