进气系统的制作方法
本发明所公开的主题涉及过滤，且更具体来说，涉及使用基于状态(condition-based)的监测确定机器的部件的过滤器的状态。
背景技术
涡轮机(turbomachine)系统(例如，燃气涡轮系统)可以包括参与过程的多个部件和子系统。例如，涡轮机可以包括负载、轴杆、过滤器室、燃料管线、燃烧器、涡轮、排气系统等。所述部件和子系统可以通过使驱动负载(例如，发电机)的轴杆旋转而联合操作以产生功输出。随时间推移，所述部件和子系统可能因使用、积聚物质等而劣化。例如，涡轮机系统的过滤器室中的过滤器可能由于积聚颗粒(accumulatingparticulates)而劣化(degrade)，由此引起不利地影响涡轮机系统的操作的进气系统中的压降(pressuredrop)。此外，由于积聚颗粒的重量，过滤器可能无法适当地密封，从而准许未过滤空气进入涡轮机系统，由此导致部件的额外磨损、部件的损坏和/或涡轮机系统的效率降低。时常，可以静态地安排部件和子系统的维护以检查和/或更换过滤器。然而，通过在部件实际上达到影响涡轮机系统的性能的缺陷状态(例如，劣化、变脏、非密封)之前更换部件，遵循静态计划表可能导致低效率的资源使用。同样，在部件已达到缺陷状态之后遵循更换部件的静态计划表可能导致涡轮机系统中的操作效率低以及其它压缩机操作问题，例如，振动和喘振裕度(surgemargin)减小。
技术实现要素：
在范围方面与初始要求保护的主题相一致的某些实施例总结如下。这些实施例不在于限制要求保护的主题的范围，相反，这些实施例仅在于提供本主题的可能形式的简短总结。实际上，本主题可涵盖可类似于或不同于下文所阐述的实施例的各种形式。
在一个实施例中，系统包括进气部分(intakesection)，所述进气部分包括过滤器(filter)和一个或多个应变计(straingauges)。系统还包括处理器，所述处理器被配置成从一个或多个应变计接收过滤器的应变信息(straininformation)，以及至少部分基于应变信息来确定过滤器的操作状态(operatingcondition)。
在另一实施例中，系统包括进气部分，所述进气部分包括过滤器。过滤器包括过滤元件、支撑过滤元件的框架(frame)，以及安置于框架上的一个或多个应变计。系统还包括处理器，所述处理器被配置成从一个或多个应变计接收过滤器的应变信息，以及至少部分基于应变信息来确定过滤器的操作状态。
在另一实施例中，系统包括进气部分、安装表面(mountingsurface)，以及结合安装表面形成密封的过滤器。过滤器包括过滤元件以及靠近安装表面安置的一个或多个应变计。系统还包括处理器，所述处理器被配置成从一个或多个应变计接收过滤器的应变信息，以及至少部分基于应变信息来确定过滤器的操作状态。
本发明的实施例可公开技术方案1：一种进气系统，包括：
进气部分，所述进气部分包括：
过滤器；以及
一个或多个应变计；以及
处理器，所述处理器被配置成：
从所述一个或多个应变计接收所述过滤器的应变信息；以及至少部分基于所述应变信息来确定所述过滤器的操作状态。
本发明的实施例可公开技术方案2：根据技术方案1所述的系统，其中，所述过滤器包括：
框架；以及
过滤元件。
本发明的实施例可公开技术方案3：根据技术方案2所述的系统，其中，所述一个或多个应变计安置于所述框架上，并且其中所述应变信息包括在所述过滤器的所述框架上的应力。
本发明的实施例可公开技术方案4：根据技术方案3所述的系统，其中，所述过滤器包括在所述过滤器的远端处的端盖，所述端盖被配置成使用所述框架相对于所述过滤器的近端处的安装表面将所述过滤元件保持就位。
本发明的实施例可公开技术方案5：根据技术方案1所述的系统，其中，所述一个或多个应变计安置于结合所述过滤器形成密封的安装表面上，并且所述应变信息至少部分基于由所述过滤器施加到所述安装表面上的应力。
本发明的实施例可公开技术方案6：根据技术方案5所述的系统，其中，所述一个或多个应变计安置于所述过滤器的边缘下方、所述过滤器附近，或其组合。
本发明的实施例可公开技术方案7：根据技术方案1所述的系统，其中，所述操作状态包括过滤器的清洁度状态。
本发明的实施例可公开技术方案8：根据技术方案1所述的系统，其中，所述操作状态包括所述过滤器的密封状态。
本发明的实施例可公开技术方案9：根据技术方案1所述的系统，其中，所述处理器被配置成将指示所述操作状态的信号传输给并有所述系统中的燃气涡轮系统的操作员。
本发明的实施例可公开技术方案10：根据技术方案1所述的系统，其中，所述过滤器包括圆锥形-圆柱形过滤器、圆锥形过滤器、圆柱形过滤器、v单元过滤器、管式过滤器、筒式过滤器、紧凑型过滤器、板式过滤器、袋式过滤器、箱式过滤器、深褶过滤器、小褶过滤器，或其组合。
本发明的实施例可公开技术方案11：一种进气系统，包括：
进气部分，所述进气部分包括：
过滤器，所述过滤器包括：过滤元件；支撑所述过滤元件的框架；以及一个或多个应变计；以及
处理器，所述处理器被配置成：
从所述一个或多个应变计接收所述过滤器的应变信息；以及至少部分基于所述应变信息来确定所述过滤器的操作状态。
本发明的实施例可公开技术方案12：根据技术方案11所述的系统，其中，所述应变信息包括在所述过滤器的所述框架上的应力，并且其中所述操作状态包括所述过滤器的清洁度状态。
本发明的实施例可公开技术方案13：根据技术方案11所述的系统，其中，所述过滤器包括在所述过滤器的远端处的端盖，所述端盖被配置成使用所述框架相对于所述过滤器的近端处的安装表面将所述过滤元件保持就位。
本发明的实施例可公开技术方案14：根据技术方案13所述的系统，其中，所述过滤器的纵轴与重力大致对准，其中所述一个或多个应变计安置于接近于所述端盖的所述框架上。
本发明的实施例可公开技术方案15：根据技术方案11所述的系统，其中，所述一个或多个应变计安置于所述框架上、所述框架内、所述过滤元件上、所述过滤元件内，或其组合。
本发明的实施例可公开技术方案16：一种进气系统，包括：
进气部分，所述进气部分包括：
安装表面；以及
过滤器，所述过滤器结合所述安装表面形成密封，其中所述过滤器包括：过滤元件；以及一个或多个应变计，所述应变计接近于所述安装表面安置；以及
处理器，所述处理器被配置成：
从所述一个或多个应变计接收所述过滤器的应变信息；以及至少部分基于所述应变信息来确定所述过滤器的操作状态。
本发明的实施例可公开技术方案17：根据技术方案16所述的系统，其中，所述应变信息至少部分基于由所述过滤器施加到所述安装表面上的应力，并且其中所述操作状态包括所述过滤器的密封状态。
本发明的实施例可公开技术方案18：根据技术方案16所述的系统，其中，所述处理器被配置成引起所述操作状态的视觉指示符的显示。
本发明的实施例可公开技术方案19：根据技术方案18所述的系统，其中，所述处理器被配置成至少部分基于所述应变信息来传输指示对包括所述系统的燃气涡轮系统的维护的信号。
本发明的实施例可公开技术方案20：根据技术方案16所述的系统，其中，所述过滤器包括安置于所述过滤器的框架上的额外的一个或多个应变计，其中所述处理器进一步被配置成：从所述额外的一个或多个应变计接收所述过滤器的第二应变信息；以及至少部分基于所述第二应变信息来确定所述过滤器的清洁度状态。
附图说明
当参考附图阅读下面的具体实施方式时，本主题的这些和其它特征、方面和优点将变得更好了解，在所有图中相同的标记表示相同的部分，在附图中：
图1是根据实施例的实现燃气涡轮系统的一个或多个部件的基于状态进行监测的燃气涡轮系统的框图；
图2是根据实施例的图1的燃气涡轮系统的进气部分的框图；
图3是根据实施例的图2的进气部分的水平圆锥形-圆柱形过滤器的示意图；
图4是根据实施例的图2的进气部分的垂直圆锥形-圆柱形过滤器的示意图；
图5是根据实施例的图2的进气部分的v单元过滤器的示意图；以及
图6是根据实施例的适用于确定过滤器的操作状态的过程的流程图。
具体实施方式
下文将描述本主题的一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要描述，可能无法在本说明书中描述实际实施方案的所有特征。应了解，在如任何工程或设计项目的任何此种实际实施方案的开发过程中，众多针对实施方案的决定必须实现开发者的具体目标，例如遵守可能在各个实施方案之间变化的相关系统约束和相关商业约束。此外，应了解，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但对于受益于本发明的所属领域的一般技术人员来说，这些都是设计、制造和生产中的常规任务。
在介绍本主题的各种实施例的要素时，冠词“一(a/an)”、“所述(the/said)”意指存在所述要素中的一个或多个。术语“包括”和“具有”希望为包括性的并且意味着可能存在除了所列元件之外的额外元件。
过滤器提供过滤器外部的空气与过滤器内部的空气的分离。通过过滤器吸入的空气变得更清洁，从而将颗粒留在过滤器的过滤元件上或外部环境中。如先前所论述，机器或机器的系统(例如，燃气涡轮系统)的性能和正常操作可能受其部件的劣化影响，其部件例如为过滤器(例如，入口过滤器)。尽管以下论述是指燃气涡轮系统的过滤，但是在一些实施例中，下文所论述的此过滤技术可以应用于利用过滤的任何系统(例如，任何进气系统)。例如，当一个或多个过滤器积聚过多颗粒时，进气系统的压降可以增加，这会降低效率和/或减少燃气涡轮系统的能量输出。此外，如上文所论述，一些过滤器可能会失去其与燃气涡轮系统的进气部分的安装表面的密封。因此，当过滤器与过滤器所安置的安装表面之间的密封有缺陷时，具有颗粒的未过滤空气可以围绕过滤器流动并且进入燃气涡轮系统中。此外，穿过过滤器或围绕过滤器并进入入口管道(inletduct)的颗粒可能最终落在涡轮机械的其它部件(例如，压缩机的一个或多个叶片)上，由此引起一个或多个部件的积垢以及影响燃气涡轮系统的性能。常常，基于预设的静态计划表(presetstaticschedule)维护或更换过滤器。然而，此基于静态计划表的监测可能至少由于上文所讨论的原因而效率低。另外，过滤器的前一监测可能已基于全部过滤器，或过滤器的完整级。因此，本发明所公开的方法可以通过在个体水平上确定过滤器的状态来增加过滤器的监测的粒度(granularityofmonitoring)。
因此，本公开的某些实施例涉及使用应变信息(straininformation)对燃气涡轮系统的个体组件(例如，过滤器、入口过滤器)的基于状态的监测。应变信息可以用于观察燃气涡轮系统的过滤器的一个或多个状态(conditions)，例如，清洁度状态(cleanlinesscondition)和/或密封状态(sealingcondition)。应理解，过滤器的状态的此监测可以允许以更细致的(nuanced)调度执行维护操作。也就是说，应变信息可以针对个体过滤器(individualfilters)被进行收集，并且可以个体地提供每个过滤器的维护。
如上所述，过滤器劣化可以导致计划外的压降、燃气涡轮系统的效率减小、部件的积垢增加，和/或导致燃气涡轮系统停机(downtime)以更换劣化的过滤器。因此，应变信息可以用于观察个体过滤器(或过滤器的子集)的劣化，以执行一个或多个预防性动作。控制器可以在过滤器室的多个过滤级中接收与一个或多个过滤器有关的应变信息。控制器可以基于应变信息确定一个或多个过滤器的操作状态。一个或多个入口过滤器的操作状态可以用于执行一个或多个预防性动作，例如，关闭燃气涡轮系统、过滤器中的一个或多个的调度维护和/或调度更换、驱动进气口中的过滤器的自洁系统、修复过滤器的密封等。此预防性动作可以降低燃气涡轮系统的意外停机的可能性，和/或可以通过减小入口管道中的压降或未过滤空气的进入来改进燃气涡轮系统的性能。
现在转向附图，图1是根据实施例的燃气涡轮系统10的框图，所述燃气涡轮系统实现燃气涡轮系统10的一个或多个部件的基于状态的监测。燃气涡轮系统10包括涡轮12和后处理系统14。在某些实施例中，燃气涡轮系统10可以是发电系统。燃气涡轮系统10可以使用液体或例如天然气和/或富氢合成气体的气体燃料来运行燃气涡轮系统10。如图所示，燃气涡轮系统10包括进气部分16、压缩机18、燃烧系统20和涡轮12。涡轮12可以经由轴杆19驱动地连接到压缩机18。在操作中，空气通过进气部分16进入燃气涡轮系统10(由箭头17所指示)并且在压缩机18中加压。
进气部分16可以包括过滤器室，所述过滤器室包括过滤器(例如，入口过滤器)的多个过滤级。在某些实施例中，每个级处的过滤器以不同的速度或速率劣化(例如，变得载有颗粒和/或失去密封质量)。例如，在预过滤级(pre-filtrationstage)中的过滤器(例如，暴露于进入空气的第一过滤器)可能最快劣化，由此具有最短的寿命，因为与加载到较后的过滤级中的后续入口过滤器上相比，更多颗粒加载到这些入口过滤器上，由此降低其清洁度和密封质量。为此，相比于在前的级中(inprecedingstages)的入口过滤器，过滤器室中的最终过滤级的入口过滤器可能以最慢的速率加载颗粒，由此具有最长的寿命。此外，基于入口过滤器所处的环境，入口过滤器可能以不同的速率劣化。例如，相比在内陆的入口过滤器，位于海岸或咸水体附近的入口过滤器可能更快地加载颗粒并且更快地劣化。另外，在潮湿气候或降水普遍的气候中的入口过滤器可能更快地劣化，因为入口过滤器变得比更干燥气候中的入口过滤器更加潮湿且更具有粘性。随着入口过滤器变得载有颗粒，更少的空气穿过进气部分16，并且可能产生压降。压降可以导致燃气涡轮系统10的性能降低。
此外，如上文所论述，由于过滤器上的颗粒的重量或其它原因，一些过滤器可能会失去其与燃气涡轮系统10的进气部分16的安装表面的密封。因此，当过滤器与过滤器所安置的安装表面之间的密封有缺陷时，具有颗粒的未过滤空气可以围绕过滤器流动并且进入燃气涡轮系统10中。因此，本公开的一些实施例实现每个过滤级中的多个入口过滤器中的每个过滤器的基于状态的监测，以实现确定每个过滤器的操作状态(例如，清洁度状态、密封状态)，以及执行一个或多个预防性动作(例如，驱动自洁系统、调度维护和/或调度更换等)。
压缩机18可以包括连接到轴杆(shaft)19的多个压缩机叶片。轴杆19的旋转导致压缩机叶片旋转，从而将空气吸入压缩机18并在进入燃烧系统20之前压缩空气。如先前所论述，压缩机叶片可以积聚穿过进气部分16的过滤器室的颗粒并且劣化(例如，变得积垢)。
随着压缩空气离开压缩机18并进入燃烧系统20，压缩空气可以与燃料21混合，以便在一个或多个燃烧罐内燃烧。例如，燃烧罐可以包括一个或多个燃料喷嘴，所述燃料喷嘴可以将燃料空气混合物以合适的比率喷射到燃烧罐中，以实现最佳燃烧、排放、燃料消耗、功率输出等。空气和燃料21的燃烧会产生热的加压废气，其接着可以用于驱动涡轮12内的一个或多个涡轮叶片。在操作中，流入并流过涡轮12的燃烧气体对着涡轮叶片流动且在涡轮叶片之间流动，由此驱动涡轮叶片并因此促进轴杆19旋转以驱动负载22，例如发电厂中的发电机。如上文所论述，轴杆的旋转还造成压缩机18内的叶片吸取并加压由进气部分16接收到的空气。
流过涡轮12的燃烧气体可以作为废气流从涡轮12的下游端15排出。废气流可以在下游方向上朝后处理系统14继续流动。例如，下游端15可以流体连接到后处理系统14。由于燃烧过程，废气可以包括某些副产物，例如，氮氧化物(nox)、硫氧化物(sox)、碳氧化物(cox)和未燃的烃。由于某些法规，在从燃气涡轮系统10释放废气流之前，可以采用后处理系统14来减少或大体上最小化此类副产品的浓度。
一个或多个应变计(例如，传感器)23可以包括在燃气涡轮系统10的某些部件中。例如，在一些实施例中，一个或多个应变计23可以被包括在进气部分16(例如，在过滤器室中、在过滤器室之前、在过滤器室的中间，和/或在过滤器室之后)。在一些实施例中，应变计23可以包括任何类型的应变计，例如，箔应变计、线应变计、半导体应变计、扩散型半导体应变计、光电应变计、金属线型应变计、磁力控制应变计等。另外，应理解，如下文参考图3到5所论述，可以存在安置于应变计位点中的一个或多个处的一个或多个应变计。在本发明所公开的技术中可以采用更多应变计23以获得更高可靠性，或可以采用更少应变计23以降低成本。
应变计23可以包括通信电路，所述通信电路使应变计23能够通过无线(例如，
应变计23可以将指示应变信息(例如，应力、压缩力、拉伸力)等的信号传输到控制器24和/或计算装置26。控制器24和/或计算装置26可以接收基于所述信号的测量值，作为过滤器状态逻辑28中的参数。因此，控制器24和/或计算装置26可以各自包括存储计算机指令的一个或多个有形的非暂时性计算机可读介质(例如，存储器32和34)，所述计算机指令实施过滤器状态逻辑28。尽管过滤器状态逻辑28被示为存储在计算装置26的存储器34上，但是应理解，在一些实施例中，过滤器状态逻辑28还可以存储在控制器24的存储器32上，或过滤器状态逻辑28可以仅存储在控制器24的存储器32上。此外，控制器24和/或计算装置26可以包括例如网络接口的通信电路，所述通信电路被配置成接收信号并将信号传输到处理器36和38。此外，在一些实施例中，过滤器状态逻辑28可以至少部分使用硬件实施方案实施。例如，过滤器状态逻辑可以包括现场可编程门阵列(fpga)和/或其它特定电路。
处理器36和38可以是能够执行计算机可执行代码的任何类型的计算机处理器或微处理器。此外，处理器36和38可以包括多个处理器或微处理器、一个或多个“通用”处理器或微处理器、一个或多个专用处理器或微处理器和/或一个或多个专用集成电路(asic)或其某一组合。
存储器32和34可以是能够充当存储处理器可执行指令、代码、数据等的媒体的任何合适的制品。这些制品可以表示计算机可读媒体(例如，任何合适形式的存储器或存储装置)，其可以存储由相应处理器36和38使用以执行本发明所公开的技术的处理器可执行代码或例程。例如，存储器32和34可以包括易失性存储器(例如，随机存取存储器(ram))、非易失性存储器(例如，只读存储器(rom))、闪存、硬盘驱动器、或任何其它合适的光学、磁性或固态存储介质、或其组合。存储器32和34也可以用来存储任何数据(例如，性能数据、传感器数据、燃气涡轮系统10所处的环境的局部状态(localconditions)、维护和/或修理的计划表)、数据的分析、过滤器状态逻辑28等。
一般来说，处理器36和/或38可以执行过滤器状态逻辑28，所述过滤器状态逻辑可以确定和/或预测过滤器的状态(例如，清洁度状态、密封状态)并执行一个或多个预防性动作。过滤器状态逻辑28可以产生和/或更新一个或多个过滤器状态模型(例如，基于物理学、数学)以确定过滤器的状态。为了确定过滤器的状态，过滤器状态模型可以考虑一个或多个参数。
在一些实施例中，一个或多个参数可以包括由一个或多个过滤器的应变计23获得的应变信息。一个或多个参数还可以包括自从维修、清洁或更换每个过滤器以来的周期。一个或多个参数可以进一步包括每个应变计23所安置的位点(例如，位置)。因此，过滤器状态模型可以个体地以及整体基于这些参数来确定过滤器状态的状态。
在一些实施例中，在燃气涡轮系统10操作时，过滤器状态模型可以实时操作。另外或替代地，过滤器状态模型可以在燃气涡轮系统10脱机或停机时使用存储的应变信息来操作(例如，从上一次燃气涡轮系统10操作时起)。过滤器状态模型可以是自适应的，因为所述过滤器状态模型基于新的数据(例如，应变计23、燃气涡轮系统功率输出和效率等)更新过滤器状态模型的参数。例如，在燃气涡轮系统10操作时，包括来自应变计23的测量值(例如，应变信息)的信号可以循环通过计算装置26和/或控制器24。当测量值变化等时，可以定期、按需发送信号。随着燃气涡轮系统10的操作继续并且附加的应变信息被积聚和处理，过滤器状态模型可以继续以提高保真度(fidelity)。此外，稍后收集的应变信息可以用于验证过滤器状态模型预测。也就是说，如果过滤器状态模型预测在30个操作小时内过滤器将有缺陷，则可以在30个小时内读取应变信息以确定基于过滤器状态模型的预测是否准确。如果不准确，则可以相应地调整过滤器状态模型。此外，应理解，本发明所公开的技术可以通过过滤器状态模型或不通过过滤器状态模型经由过滤器状态逻辑28执行。
因为每个燃气涡轮系统10可以位于不同物理位点(site)中，所以燃气涡轮系统10的部件的劣化速率(degradationrates)可以由于变化的局部状态而变化。例如，与内陆位点处的过滤器相比，在海岸附近的位点处的过滤器由于空气中的更高湿度而使进气系统具有更高的压降增加速率。另外，与远离施工现场或沙漠的位点处的过滤器相比，由于靠近施工现场、靠近沙漠的空气中的尘粒过多，在施工现场或沙漠附近的位点处的过滤器还可以使进气系统具有更高的压降增加速率。因此，过滤器状态逻辑28可以尤其适用于识别过滤器的状态，使得不管每个相应燃气涡轮系统10的物理位点如何，仅健康过滤器用于进气部分16中。
在一些实施例中，基于云的系统可以对由燃气涡轮系统10共享的数据执行分析。例如，基于云的系统可以从每个燃气涡轮系统10接收传感器数据。基于云的系统可以充当某些数据(例如，应变信息、过滤器的所确定状态)的中心存储库(centralrepository)，以及充当与执行过滤器状态逻辑28的各种(various)计算装置26和/或控制器24通信的中心处理系统。在某些实施例中，计算装置26可以是基于云的系统的一部分，和/或可以远离燃气涡轮系统10定位。
在一些实施例中，计算装置26和/或控制器24可以利用显示器39。显示器39可以用于基于所确定的过滤器状态等显示各种图形元素，例如，视觉指示符。另外，显示器39可以用于显示所确定的过滤器状态和/或一个或多个预防性动作(例如，基于所确定的过滤器状态的排定的(scheduled)维护和/或更换等)的结果。
更仔细地观察进气部分16，图2是根据实施例的说明接收各种输入的过滤器状态逻辑28的图1的燃气涡轮系统10的框图。如所描绘，燃气涡轮系统10的进气部分16包括过滤器室40，所述过滤器室40包括过滤器42。过滤器42可以各自包括基本上垂直于重力46延伸的纵轴44。然而，在其它实施例中，过滤器42的纵轴44可以基本上平行于重力46或基本上横向于(cross-wise)重力46。过滤器42可以是圆锥形-圆柱形过滤器(conical-cylindricalfilters)、圆锥形过滤器(conicalfilters)、圆柱形过滤器(cylindricalfilters)、v单元过滤器(v-cellfilters)、管式过滤器(tubefilters)、筒式过滤器(cartridgefilters)、紧凑型过滤器(compactfilters)、板式过滤器(panelfilters)、袋式过滤器(bagfilters)、箱式过滤器(boxfilters)、深褶过滤器(deeppleatfilters)、小褶过滤器(minipleatfilters)等。
如先前所论述，在空气进入燃气涡轮系统的入口管道48之前，过滤器室40的过滤器42从空气过滤颗粒。入口管道48的结构可以设计成在燃气涡轮系统10的性能变差(suffers)之前承受一定水平的负压。当过滤器室40由加载在过滤器室40中的一个或多个过滤级中的一个或多个过滤器上的颗粒劣化时，入口管道48中的压力可能下降。此外，如果过滤器42变成非密封，则可能抑制燃气涡轮系统10的性能，从而允许未过滤空气进入燃气涡轮系统10。因此，过滤器状态逻辑28可以产生和/或更新过滤器状态模型，以通过监测与每个过滤器有关的应变信息来确定一个或多个过滤级中的每一个中的每个过滤器42的状态(例如，清洁度状态、密封状态)。
输入可以包括来自一个或多个应变计23的应变信息。如所描绘，应变计23可以接近于过滤器42定位(例如，安置于过滤器42内部、安置于过滤器42的同一表面上、在阈值距离内和/或下方)并且被配置成测量与过滤器42有关的应力。应注意，在某些实施例中可以使用仅一个或多于仅一个应变计23。例如，与可以仅确定过滤器的一般状态级的监测系统相比，一个或多个应变计可以安置于每个过滤器42上以增加每个过滤器42的状态确定的粒度。
应变计23可以通信方式连接到控制器24和/或计算装置26，并且可以被配置成将指示应变信息的信号发送到控制器24和/或计算装置26。在一些实施例中，计算装置26的处理器38执行过滤器状态逻辑28，并且可以从控制器24接收应变信息。在一些实施例中，应变计23可以直接与执行过滤器状态逻辑28的计算装置26无线地连接，和/或可以将通过控制器24传输的应变信息传输到计算装置26。
当燃气涡轮系统10操作时，过滤器状态逻辑28可以通过从燃气涡轮系统10的应变计23测量到的应变信息更新过滤器状态模型。也就是说，可以将历史数据从应变计23发送到过滤器状态逻辑28以确定过滤器状态模型是否准确。因此，过滤器状态逻辑28可以基于燃气涡轮系统10的变化状态实时或近实时地更新过滤器状态模型。此外，过滤器状态逻辑28可以使用随后所获得的应变信息来确定过滤器状态模型是否准确。因此，过滤器状态模型可以基于测量到的数据(例如，应变信息)随时间改进其确定的保真度。过滤器状态模型可以输出过滤器42的状态(例如，清洁度状态、密封状态)和/或基于状态执行和/或推荐预防性动作(preventativeaction)。
图3是进气部分16的水平圆锥形-圆柱形过滤器60的示意图。如图所示，水平圆锥形-圆柱形过滤器具有基本上垂直于(例如，在10％内)重力46的纵轴44。如图所示，水平圆锥形-圆柱形过滤器60可以是如上文参考图2所描述的过滤器42。水平圆锥形-圆柱形过滤器60包括安置于支撑结构64的顶部上的过滤元件62。另外，过滤元件62和支撑结构64通过附接点68连接到进气部分16的安装表面66。安装表面66可以包括开口70，使得通过过滤元件62吸入并进入水平圆锥形-圆柱形过滤器60的内部空间72中的空气可以穿过开口70，并进入燃气涡轮系统10的下游部分，例如压缩机18。
当空气穿过水平圆锥形-圆柱形过滤器60时，颗粒可以积聚在水平圆锥形-圆柱形过滤器60的外表面74上。以此方式，水平圆锥形-圆柱形过滤器60可以变得较重，因此更受重力46影响。因此，支撑结构64与安装表面66之间的附接点68可以经历更多应力。应变计(例如，如上文所论述的应变计23)可以安置于邻近于安装表面66(例如，紧邻(directlyadjacentto)安装表面66、在安装表面66的阈值距离内)的支撑结构64的表面上或内，以聚集与颗粒在过滤元件62上的加载有关的应变。当水平圆锥形-圆柱形过滤器60变得更多地载有颗粒时，通过支撑结构64的应力可以指示水平圆锥形/圆柱形过滤器60的清洁度状态。
例如，在某些实施例中，应变计23可以安置于支撑结构64的上表面81上的第一位点80处，以测量通过支撑结构64的拉伸力(例如，伸展力(stretchingforce)、应力(strain))。也就是说，当水平圆锥形-圆柱形过滤器60变得更多地载有颗粒时，第一位点80处的应变计23可以测量出上表面81经受更大拉伸力。如下文将进一步论述，可以收集和分析应变信息以确定水平圆锥形-圆柱形过滤器60的清洁度状态。为了测量拉伸力，一个或多个应变计23可以安置于第一位点80中的一个或多个处。
另外或替代地，在某些实施例中，应变计23可以安置于支撑结构64的下表面83上的第二位点82处，以测量通过支撑结构64的压缩力(例如，缩短力(shorteningforce)、应力)。也就是说，当水平圆锥形/圆柱形过滤器60变得更多地载有颗粒时，第二位点82处的应变计23可以测量支撑结构64的下表面83中的更大压缩力(compressionforce)。如下文还将进一步论述，可以通过过滤器状态模型收集和分析应变信息以确定水平圆锥形-圆柱形过滤器60的清洁度状态。为了测量压缩力，一个或多个应变计23可以安置于第二位点82中的一个或多个处。以此方式，可以监测和确定指示水平圆锥形-圆柱形过滤器60的颗粒负载和劣化的应变计23的压缩。不管使用的应变计23的前述位置，应变计23测量在向下方向上施加到水平圆锥形-圆柱形过滤器60上的与积聚在水平圆锥形-圆柱形过滤器60上的颗粒量成比例的力。
此外，在某些实施例中，应变计23可以安置于安装表面66上的第三位点90处，以监测水平圆锥形-圆柱形过滤器60的密封状态。如上文所论述，水平圆锥形/圆柱形过滤器60可以不与安装表面66形成适当密封。例如，水平圆锥形/圆柱形过滤器60的密封无法在安装期间合适地形成，或可能在燃气涡轮系统的操作期间丢失，从而准许未过滤的空气进入燃气涡轮系统10中。因此，可以通过应变计23在第三位点90中的一个或两个处监测压缩力。在一些实施例中，如果安置于第三位点90处的应变计的当前应变信息值与历史应变信息值(例如，前一天应变信息的平均值、前一周应变信息的平均值、应变信息中前一个月应变信息的中值等)之间的距离大于阈值距离(thresholddistance)和/或比阈值间隔(例如，5分钟、1小时、1天等)更快出现，则过滤器状态模型可以确定过滤器的状态(例如，密封状态)有缺陷。也就是说，在此实施例中，如果在第三位点90处从应变计23接收到的应变信息中出现快速变化，则所述变化可以归因于水平圆锥形/圆柱形过滤器60与安装表面66之间的密封丢失。可以至少部分基于历史数据、用户输入、操作状态等选择阈值和阈值间隔。
在某些实施例中，如果安置于第三位点90处的应变计23的应变信息的变化不大于阈值，和/或比阈值间隔更慢地出现，则过滤器状态模型可以确定水平圆锥形/圆柱形过滤器60的密封基本上不受影响。密封状态可以在水平圆锥形-圆柱形过滤器60安装在进气部分16中之后进行监测和/或在燃气涡轮系统10的使用寿命内进行监测。另外，尽管示出两个第三位点90，但是应理解，应变计23可以放置于接近于水平圆锥形/圆柱形过滤器60的安装表面66的任何部分上，使得应变计23可以收集用于监测压缩的应变信息以及指示水平圆锥形-圆柱形过滤器60的密封状态的拉伸力。为此，一个或多个应变计23可以用于一个或多个第三位点90中的每个位点处。尽管参考密封状态论述第三位点90，但是如果在下部第三位点90处的应变计23检测到类似的压缩增加，则在上部第三位点90处的应变计23还可以将清洁度归因于压缩力的损失。
另外或替代地，在某些实施例中，前述技术可以应用于安置于过滤元件62的表面上和/或过滤元件62内的应变计23，以传输指示水平圆锥形-圆柱形过滤器60的状态的应变信息。在某些实施例中，更大数量的应变计23可以用于进气部分16中，以增加水平圆锥形-圆柱形过滤器60的状态的确定的可靠性，但是利用较少数量的应变计23可以减少与采用本发明所描述的技术相关联的成本。因此，本发明所公开的技术可扩展用于确定个体水平圆锥形-圆柱形过滤器60的状态(例如，清洁度状态、密封状态)以改变可靠性和成本需求。
图4是根据实施例的图2的进气部分16的垂直圆锥形-圆柱形过滤器100的示意图。类似于图3的水平圆锥形-圆柱形过滤器60以及使类似元件标记有类似元件数字，空气可以通过垂直圆锥形-圆柱形过滤器100的过滤元件62吸入，从而将任何颗粒留在过滤元件62的外表面74上。以此方式，过滤后空气可以进入垂直圆锥形-圆柱形过滤器100内的内部空间72，随后继续穿过安装表面66与垂直圆锥形-圆柱形过滤器100之间的开口70。支撑结构64安置于过滤器100内，使得过滤元件62通过安置于垂直圆锥形-圆柱形过滤器100的纵向端104处的保持螺母(例如，翼形螺母、结构螺母、锁紧螺母等)102固持到支撑结构64上。另外，垂直圆锥形-圆柱形过滤器100的纵轴44基本上平行于(例如，在10％内)重力46。垂直圆锥形-圆柱形过滤器100可以包括上文所论述的一个或多个过滤器42的任何组合。
在某些实施例中，垂直圆锥形-圆柱形过滤器100还可以包括安置于某些位点处的应变计23，以收集用于确定垂直圆锥形/圆柱形过滤器100的状态的应变信息。应变计23可以安置于所述位点处以监测垂直圆锥形/圆柱形过滤器100的清洁度状态和/或密封状态。
例如，应变计23可以安置于接近于安装表面66的支撑结构64的第四位点110处，和/或接近于垂直圆锥形-圆柱形过滤器100的纵向端104的第五位点112处，以监测垂直圆锥形-圆柱形过滤器100的清洁度状态。应变计23可以安置于支撑结构64的表面114上或内。因此，当垂直圆锥形-圆柱形过滤器100变得更多地载有颗粒时，垂直圆锥形-圆柱形过滤器100可以具有更大重量，因此在第四位点110和第五位点112处的应变计23中引起拉伸力(例如，伸展力)。以此方式，可以监测和确定第四位点110和第五位点112处的应变计23的拉伸力，所述拉伸力指示垂直圆锥形-圆柱形过滤器100的颗粒负载和劣化。实际上，应变计23可以位于沿着支撑结构64的任何地方，以确定支撑结构64经历的拉伸量。
另外或替代地，一个或多个应变计23可以安置于保持螺母102(例如，在第六位点处)处或接近所述保持螺母安置。垂直圆锥形-圆柱形过滤器100的增加的重量引起保持螺母102上的增加的压缩力。因此，可以监测和确定保持螺母102上的应变计23的压缩力，所述压缩力指示垂直圆锥形-圆柱形过滤器100的颗粒负载和劣化。
此外，在某些实施例中，应变计23可以安置于安装表面66上的第七位点120处，以监测垂直圆锥形-圆柱形过滤器100的密封状态。如上文所论述的，垂直圆锥形-圆柱形过滤器100在安装期间可以无法与安装表面66合适地密封，和/或可能在燃气涡轮系统的操作期间丢失密封，由此准许未过滤的空气进入燃气涡轮系统10中。因此，可以通过在垂直圆锥形-圆柱形过滤器100附近或下方的安装表面66上的第七位点120中的一个或两个处的应变计23来监测压缩力。如果安置于第七位点120处的应变计23的应变信息减少大于阈值，和/或比阈值时间(例如，5分钟、1小时、1天等)更快地出现，则过滤器状态模型可以确定垂直圆锥形-圆柱形过滤器100的密封状态有缺陷。在某些实施例中，如果安置于第七位点处的应变计23的应变信息减少大于阈值，和/或比阈值时间更慢地出现，则过滤器状态模型可以另外确定过滤器的清洁度状态有缺陷。
可以至少部分基于历史数据、用户输入、操作状态等选择阈值和阈值间隔。在某些实施例中，如果安置于第七位点120处的应变计23的应变信息的变化不大于阈值，和/或比阈值间隔更慢地出现，则过滤器状态模型可以确定垂直圆锥形-圆柱形过滤器100的密封不受影响。密封状态可以在垂直圆锥形-圆柱形过滤器100安装在进气部分16中之后进行监测和/或在燃气涡轮系统10的使用寿命内进行监测。
另外或替代地，在某些实施例中，前述技术可以应用于安置于过滤元件62的表面上和/或过滤元件62内的应变计23，以传输指示垂直圆锥形-圆柱形过滤器100的状态的应变信息。此外，尽管示出两个第七位点120，但是应理解，应变计23可以安置于接近于垂直圆锥形-圆柱形过滤器100的安装表面66的任何部分上，使得应变计23能够监测指示垂直圆锥形-圆柱形过滤器100的密封状态的压缩力。为此，一个或多个应变计23可以安置于一个或多个第七位点120中的每个位点处。较大数量的应变计23可以增加垂直圆锥形-圆柱形过滤器100的状态的确定的可靠性，但是较小数量的应变计23可以减小与采用本发明所描述的技术相关联的成本。
图5是图2的进气部分16的v单元过滤器系统(v-cellfiltersystem)150的示意图。除了或代替上文参考图3和图4描述的圆锥形-圆柱形过滤器60、100，v单元过滤器系统150可以包括安装到框架153的v单元过滤器152，所述框架153安置于进气部分16中。v单元过滤器152可以是基本上矩形的，或适用于从进入燃气涡轮系统10的空气过滤颗粒的任何其它形状。如图所示，v单元过滤器152的过滤元件154包括一个或多个凹口(recesses)156。当空气通过v单元过滤器152吸入时，颗粒可以沉积在凹口156的外表面158上。因此，当v单元过滤器152的清洁度状态有缺陷时，v单元过滤器152可能更重且更受重力46影响。类似地，颗粒的附加重量或其它事件可能导致v单元过滤器152与框架153不密封。类似于上文所描述的圆锥形-圆柱形过滤器60、100，应变计23可以安置在框架上的各种位点处，以监测每个个体v单元过滤器152的状态。
v单元过滤器152可以安装到框架153的表面162上的相应安装表面160。每个安装表面160可以接纳v单元过滤器152的边缘164。对于矩形v单元过滤器152，四个边缘164可以对准并连接(例如，通过粘合剂、螺栓、螺钉、槽、弹簧夹等)到框架153的安装表面160以形成密封。另外，第八位点170可以安置于安装表面160的上边缘上，第九位点174可以安置于安装表面160的左边缘上，第十位点178可以安置于安装表面160的右边缘上，并且第十一位点182可以安置于安装表面160的底部边缘上。以此方式，v单元过滤器152的每个边缘164与相应位点对应。
应变计23可以安置于位点中的一个或多个处，以提供用于确定v单元过滤器152的状态的应变信息。为了确定个体v单元过滤器的密封状态，应变计23可以安置于第八位点170、第九位点174、第十位点178和/或第十一位点182中的一个或多个处。如与上文参考圆锥形-圆柱形过滤器60、100类似地论述，v单元过滤器在安装期间无法与安装表面160适当地密封，和/或密封可能在燃气涡轮系统10的操作期间丢失，从而允许未过滤的空气进入燃气涡轮系统10中。因此，可以在第八位点170、第九位点174、第十位点178和/或第十一位点182中的一个或多个处通过应变计23监测压缩力。如果安置于第八位点170、第九位点174、第十位点178和/或第十一位点182处的应变计23的当前应变信息值与历史应变信息值(例如，前一天应变信息的平均值、前一周应变信息的平均值、应变信息中前一个月应变信息的中值等)之间的距离大于阈值距离，和/或比阈值间隔(例如，5分钟、1小时、1天等)更快出现，则过滤器状态模型可以确定过滤器的状态(例如，密封状态)有缺陷也就是说，如果在第八位点170、第九位点174、第十位点178和/或第十一位点182中的一个或多个处从应变计23接收到的应变信息中出现快速变化，则所述变化可以归因于v单元过滤器152与安装表面160之间的密封的丢失。可以至少部分基于历史数据、用户输入、操作状态等选择阈值和阈值间隔。
另外或替代地，应变计23可以安置于位点中的一个或多个处，以提供用于确定v单元过滤器152的清洁度状态的应变信息。例如，应变计23可以安置于第八位点170和/或第十一位点182处，以监测v单元过滤器152与安装表面160之间的压缩力。当颗粒积聚在v单元过滤器152上时，v单元过滤器的重量可以增加，从而导致施加在安置于第十一位点182处的一个或多个应变计23上的力增加，以及导致施加在安置于第八位点170处的一个或多个应变计23上的力减小。可以随时间监测压缩力以确定v单元过滤器152的清洁度状态。另外，在某些实施例中，如果安置在第八位点170、第九位点174、第十位点178和/或第十一位点182中的一个或多个处的应变计23的应变信息的减少大于阈值，和/或比阈值时间更慢地出现，则过滤器状态模型可以另外确定过滤器的清洁度状态有缺陷。另外或替代地，在某些实施例中，前述技术可以应用于安置于v单元过滤器152的表面上和/或v单元过滤器152内的应变计23，以传输指示v单元过滤器152的状态的应变信息。
图6是根据实施例的适用于确定过滤器(例如，圆锥形-圆柱形过滤器、v单元过滤器等)的操作状态(例如，状态、清洁度状态、密封状态)的过程200的流程图。虽然过程200的以下说明参考计算装置26的处理器38来进行描述，但应注意，过程200可以由安置于例如控制器24、基于云的系统等的其它装置上的其它处理器执行。另外，尽管以下过程200描述可以执行的多个操作，但应注意，过程200可以以多种合适的顺序执行，并且可以不执行所有操作。应了解，过程200可以完全由计算装置26执行，或者所述执行可以在计算装置26和/或控制器24之间分配(distributed)。
现在参考过程200，处理器(例如，图1的处理器38)可以接收应变信息(框202)。如先前所论述，可以从在各种位点处的应变计23传输应变信息。例如，应变计23可以安置于第一到第十一位点中的一个或多个处，以便传输与过滤器室40的邻近过滤器有关的应变信息。
处理器38还可以基于应变信息确定(框204)过滤器的操作状态。在一些实施例中，处理器38可以使用应变信息来产生和/或更新过滤器状态模型。处理器38随后可以利用过滤器状态模型来监测和分析来自位于特定位点处的应变计23的应变信息。例如，如果应变计安置于水平圆锥形/圆柱形过滤器60上的第一位点80处，则过滤器状态模型可以分析应变信息以确定拉伸力是否超过阈值。当应变信息超过阈值，或与阈值间隔相比，其它应变信息更快地改变了阈值时(changesbythevaluethresholdfaster)，过滤器状态模型可以确定过滤器的状态(例如，清洁度状态)有缺陷。
此外，处理器38可以输出过滤器状态的确定，和/或基于所确定的过滤器状态执行和/或推荐一个或多个预防性动作。每个个体过滤器(individualfilter)的状态可以显示为指示符、虚拟标记(virtualbarometer)，或任何合适的图形元素。
此外，预防性动作可以关于一个或多个过滤器的所确定状态来变化。例如，如果阈值数量的过滤器确定为具有缺陷清洁度或密封状态，则处理器38可以关闭燃气涡轮系统10，使得可以尽快地执行维护、警报的指示，和/或缺陷过滤器的更换。在一些实施例中，预防性动作可以包括每个缺陷过滤器的调度维护(schedulingmaintenance)和/或调度更换。一些燃气涡轮系统10可以包括进气部分16中的自洁系统。自洁系统可以在操作期间在与空气流入进气部分16的方向相对的方向上以高速脉动空气，以在过滤器确定为具有不洁状态时，试图将颗粒吹出过滤器室40中的过滤器。自洁系统可以作为一种维护形式进行调度以用于预防性动作。因此，自洁系统可以基于应变信息进行驱动。此外，处理器38可以按过滤器室40的过滤器、级、区域或区而不是每次以相同的顺序驱动自洁系统的执行。另外或替代地，自洁系统可以按预设顺序执行，和/或可以仅清洁已超越清洁度状态的清洁阈值的过滤器。
此外，处理器38可以使用过滤器状态模型以预测在过滤器室40的每个过滤级中的每个过滤器的劣化速率。也就是说，过滤器状态模型可以监测随时间的应变信息变化，并且预测过滤器的状态何时可能有缺陷。因此，预防性动作可以包括确定用于过滤级中的选择过滤器或全部过滤器的维护操作和/或更换操作的计划表。
当燃气涡轮系统10操作并使用接收到的数据更新过滤器状态模型时，处理器38可以继续接收应变信息。以此方式，过滤器状态模型自适应于燃气涡轮系统10的变化状态。可以了解，所公开的技术可以实现在更精细级别上(例如，按个体过滤器)更好的过滤器维护和/或更换调度。此外，所公开技术可以实现预防性维护。另外，所公开技术可以通过在过滤器一有缺陷就立即维护和/或更换缺陷过滤器来提供更高的燃气涡轮系统的可靠性。
技术效应包括实现过滤器室40中的个体过滤器的基于状态的监测。具体来说，可以基于应变信息使用过滤器状态模型来预测过滤器室的过滤级中的个体过滤器的一个或多个状态(例如，清洁度状态、密封状态)。基于应变信息，可以执行一个或多个预防性动作，例如，控制自洁系统、调度维护和/或调度更换、关闭燃气涡轮系统10等。因此，所公开的实施例具有提高维护调度和燃气涡轮系统效率、实现预防性维护和减少燃气涡轮系统10的停机时间(例如，更高可靠性)等的效应。
本书面描述使用实例来公开包括最佳模式的本主题，并且还使所属领域的技术人员能实践本主题，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。主题的可获专利的范围由权利要求书界定，并且可以包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么此类其它实例希望在权利要求书的范围内。
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