专利名称：用于检测燃气轮机中的点蚀的系统和方法
技术领域：
本发明大体涉及检测燃气轮机系统中的腐蚀，并且更具体而言，涉及用于对燃气轮机压缩机叶片中的点蚀提供原位检测的设备和方法。作为具有低CO2排放的燃料，天然气在世界范围内经历了较大的扩张。当气田和消费者市场之间的距离和地形不允许管道输送时，通过液化可使天然气减小到例如其自由体积的600分之1。液化天然气(LNG)装置使纯天然气在低温热交换器中液化，使得纯液态天然气可在被装载到为在LNG装置和消费者区域之间进行运输而设计的油轮之前存储在罐中。在消费者区域处，LNG产品被卸到LNG接收终端中，被泵送到管道压力，以及重新气化， 以供给到买方的天然气管道网中。响应于这些提高的需要，LNG装置的大小因此在过去几十年里有相当的增长。这继而促成了 LNG生产成本的降低，而同时提高了 LNG市场的竞争力。例如，在20世纪80年代，一般惯例是每年每个单位(per steam)生产2_3百万吨。目前的单位每年生产4_5百万吨，而工程公司现在(即2009)正计划具有大约每年7-8百万吨的单位容量的装置。在LNG装置中，一般惯例是使用例如燃气轮机来驱动负责天然气的液化的低温热交换器中使用的制冷压缩机。因此，生产输出可与可靠的装置运行(具体而言，燃气轮机可靠性)密切地相关联。燃气轮机系统的可靠运行可受种种不同的故障原因的妨碍。如在下面的段落中描述的那样，一个这种原因是燃气轮机的涡轮压缩机的入口导叶(IGV)和转子叶片上的腐蚀的不利影响。LNG装置典型地位于海洋沿海环境中，这里诸如氯化物和硫化物的腐蚀性元素在大气中是普遍的。氯化物是由于靠海而引起的，而硫化物则是由LNG装置的废气燃烧器产生的。燃气轮机的空气过滤系统需要正确的设计和维护两者，尤其是因为它通过净化进入燃气轮机系统的燃烧区段中的空气而提供了整个装置的成功运行和可靠性的关键。尽管试图保持可靠且有效的空气过滤，但是在燃气轮机系统的各种级(例如燃气轮机的轴向压缩机叶片(例如IGV和Rl转子叶片))中的诸如氯化物和硫化物的腐蚀性元素是不可避免的。 这些元素(即氯化物和硫化物)可例如通过造成点蚀来腐蚀燃气轮机的IGV和第一级(Rl) 转子叶片的材料结构，如果没有检测到点蚀，点蚀最终会导致裂纹在叶片内产生和传播。这样的裂纹的后果是燃气轮机的IGV和Rl转子叶片中的一个或多个破裂，因而，造成最终的燃气轮机停机。这些停机是代价极高的。通常，存在与LNG装置的生产机器/装备相关联的零冗余。在给定的燃气轮机系中，一个燃气轮机停机可造成整个系停机，或者至少造成LNG生产率大幅降低。因此，LNG装运也可被推迟，从而产生额外的费用和/或利润损失，估计这可在每天$2-$7百万美元的范围内，这取决于具体的装置大小和生产计划。由于这个原因，应当避免诸如点蚀所产生的那些的所有灾难性的故障，因为7-10天时间的停机是使系统恢复回到运行状态的预期时间。因此，为了避免由于未检测到的故障状况引起的燃气轮机停机情形，在LNG燃气轮机系统内提供原位腐蚀检测而不需要拆卸燃气轮机系统(例如壳体)将是有利的。发明概述本发明的各种实施例提供了用于检测涡轮叶片中的点蚀的方法和设备。根据至少一个实施例，一种用于检测燃气轮机系统的一个或多个叶片中的腐蚀的腐蚀检测装置(例如EC探测器装置)包括具有与燃气轮机叶片的圆角(filet)区段的表面几何结构一致的形状的检测头，其中，检测头可操作来沿着圆角区段的轴向长度而运动，以检测点蚀。位于检测头内的至少一个线圈装置在接触该检测头的圆角的区域内引起第一磁场。接收器装置适合于检测对应于接收自暴露于第一磁场的圆角的区域的第二磁场的信号，其中，该第二磁场由第一磁场在该区域中产生的感应电流产生。信号处理装置然后处理检得信号，以使该检得信号的对应的幅度与该区域中的点蚀的存在相关，使得在不对燃气轮机系统进行任何壳体拆卸的情况下确定点蚀的存在。根据一方面，该至少一个线圈装置包括多个线圈装置，该多个线圈装置位于检测头内，并且可操作来各自在接触检测头的圆角的区域内引起第一磁场，其中，检得信号包括对应于第二磁场的多个信号。信号处理装置可操作来处理该多个检得信号，以使检得信号的对应的幅度与该区域中的点蚀的存在相关，其中，经处理的多个检得信号中的各个均对应于与该多个线圈装置中的相应的一个相关联的信号通道，从而提供点蚀的多通道检测。根据另一方面，该至少一个线圈装置包括单独的线圈，该单独的线圈包括(a)可操作来产生第一磁场的第一线圈；以及(b)可操作来接收第二磁场的至少一个其它线圈。根据一方面，接收器装置可包括(a)可操作来从第二磁场中分别产生第一接收信号和第二接收信号的第一线圈装置和第二线圈装置；(b)分别联接到第一线圈装置和第二线圈装置上的第一带通滤波器装置和第二带通滤波器装置，其中，第一带通滤波器装置和第二带通滤波器装置可操作来分别对第一接收信号和第二接收信号进行滤波；以及(C) 联接到第一带通滤波器装置和第二带通滤波器装置上的差动放大器装置，其中，差动放大器可操作来以差动的方式放大经滤波的第一接收信号和经滤波的第二接收信号，以及产生检得信号。根据另一方面，检测头可包括包含对应于圆角的曲率半径的半径的基本圆柱形形状，或包含小于对应于圆角的曲率半径的半径的基本圆柱形形状。根据另一方面，检测设备进一步包括联接到检测头上的柄部区段，柄部区段包括柔性部分，柔性部分可操作来通过基于在位于Rl转子叶片前面的该多个入口导叶之间操纵柔性部分和检测头而使得该检测头和多个第一级Rl转子叶片中的一个的圆角区段之间能够有接触，来使检测头运动到测量位置上。根据另一方面，检测设备进一步包括联接到柄部区段上的摄影机，该摄影机位于检测头的附近，并且可操作来协助操作员使检测头运动到测量位置上。根据另一方面，检测设备进一步包括可操作来产生应用于该至少一个线圈装置的驱动信号的驱动器装置，其中，该驱动器装置操纵驱动信号的至少一个特征(例如幅度、频率等)，以产生与超过规定阈值的检得信号相关联的信号-噪声比。根据另一方面，信号处理装置包括数字信号处理(DSP)装置，该数字信号处理 (DSP)装置包括(a)可操作来使检得信号幅度数字化的模-数转换器；(b)第一存储区，其可操作来基于对应于检得信号的幅度和对应于检测到的蚀坑的其它存储的检得信号幅度，
7来存储对应于具有其它存储的检得信号幅度的检得信号的幅度；(c)第二存储区，其可操作来存储与在燃气轮机叶片的样本圆角表面上产生的多个预先产生的点蚀区域相关联的基准数据；以及(d)处理器区段，其可操作来比较对应于检得信号的幅度与存储的基准数据，以确定圆角区段中的点蚀的存在。根据另一方面，第一存储区包括对对应于检得信号的幅度和其它存储的检得信号幅度两者添加的时间戳信息，以计算圆角区段中的点蚀的确定之间的时间间隔。第一存储区还可包括对存储的检得信号幅度和其它存储的检得信号幅度添加的驱动信号信息。根据另一个实施例，一种用于检测燃气轮机系统的一个或多个叶片中的腐蚀的探测器装置，该探测器装置包括(a)具有与燃气轮机叶片的圆角区段的表面几何结构一致的形状的检测头，该检测头可操作来沿着圆角区段而运动，以检测点蚀；(b)至少一个变换器装置，其位于检测头内，并且可操作来在接触检测头的圆角的区域内引起第一磁场；(C) 接收器装置，其可操作来检测对应于接收自暴露于第一磁场的圆角的区域的第二磁场的信号，其中，该第二磁场由第一磁场在该区域中产生的感应电流产生；以及(d)信号处理装置，其可操作来处理检得信号，以使检得信号的对应的幅度与区域中的点蚀的存在相关，借此在不对燃气轮机系统进行任何壳体拆卸的情况下确定点蚀的存在。根据又一个实施例中，一种用于检测燃气轮机系统的一个或多个叶片中的腐蚀的探测器装置，该探测器装置包括(a)具有与燃气轮机叶片的圆角区段的表面几何结构一致的形状的检测头，该检测头可操作来沿着圆角区段而运动，以检测点蚀；(b)收发器装置，其位于检测头内，并且可操作来在接触该检测头的圆角的区域内引起第一磁场，以及检测对应于接收自暴露于该第一磁场的圆角的区域的第二磁场的信号，其中，该第二磁场由第一磁场在该区域中产生的感应电流产生；以及(c)信号处理装置，其可操作来处理检得信号，以使检得信号的对应的幅度与区域中的点蚀的存在相关，借此在不对所述燃气轮机系统进行任何壳体拆卸的情况下确定点蚀的存在。根据一方面，发送器装置可包括(a)可操作来产生第一磁场的变送器；以及(b) 可操作来接收第二磁场以及产生检得信号幅度的接收器。变送器可包括第一线圈装置，以及可操作来将电驱动信号应用于该第一线圈装置的线圈驱动器。接收器可包括第二线圈装置；第三线圈装置；以及差动放大器，其联接到第二线圈装置和第三线圈装置上，并且可操作来分别以差动的方式放大接收自第二线圈装置和第三线圈装置的第二信号和第三信号， 其中，差动放大器产生检得信号。根据至少一个其它实施例，提供了一种检测燃气轮机系统的一个或多个叶片中的腐蚀的方法。该方法包括通过使检测与圆角区段的表面几何结构一致来沿着燃气轮机叶片的圆角区段的轴向长度而检测点蚀；以及在检测腐蚀的期间，在圆角的区域内引起第一磁场。检测对应于接收自暴露于引起的第一磁场的圆角的区域的第二磁场的信号，其中，该第二磁场由该引起的第一磁场在该区域中产生的感应电流产生。然后通过使检得信号的对应的幅度与区域中的点蚀的存在相关来处理检得信号。因而在不对燃气轮机系统进行任何壳体拆卸的情况下确定点蚀的存在。根据至少一方面，使检测与表面几何结构一致包括使用具有包括基本等于或小于与圆角区段相关联的曲率半径的半径的圆柱形形状的探测器头根据至少一个其它实施例，一种点蚀检测单元包括多个探测器装置，其中，各个探测器装置包括(a)具有与燃气轮机叶片的圆角区段的表面几何结构一致的形状的检测头，该检测头可操作来沿着圆角区段的轴向长度而运动，以检测点蚀；(b)至少一个线圈装置，其位于检测头内，并且可操作来在接触该检测头的圆角的区域内引起第一磁场；(c)接收器装置，其可操作来检测对应于接收自暴露于第一磁场的圆角的区域的第二磁场的信号，其中，该第二磁场由第一磁场在该区域中产生的感应电流产生；以及(d)信号处理装置，其可操作来处理检得信号，以使该检得信号的对应的幅度与区域中的点蚀的存在相关， 其中，在不对燃气轮机系统进行任何壳体拆卸的情况下确定点蚀的存在，以及其中，在对应的通道上输出由该多个探测器装置的各个信号处理装置处理的检得信号的结果。本领域技术人员将理解，前面的简要描述和以下详细描述例示和阐明本发明，而不意图限制本发明或限制通过本发明可实现的优点。另外，要理解，本发明的前述概述代表了本发明的一些实施例，并且既不代表也不包括在本发明的范围内的所有主题和实施例。 因此，本文所参照的且构成本发明的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与详细描述一起用来阐明本发明的原理。附图简述当根据结合附图作出的以下描述来考虑本发明时，将理解本发明的实施例的关于结构和运行两者的各方面、特征和优点，而且它们将变得更容易显而易见，在附图中，相同标号在所有的各种图中指示相同或类似的部件，以及其中图IA示出了根据本发明的一个实施例的涡电流(EC)探测器装置的框图；图IB示出了根据本发明的一个实施例的、EC探测器头相对于被检查的表面的位置；图2A-2C示出了根据本发明的一个实施例的、EC探测器装置的机械结构和相对于被检查的燃气轮机系统转子叶片的相对定位；图3示出了根据本发明的一个实施例的、与EC探测器装置协作使用的成像装置；图4示出了根据本发明的一个实施例的、用于产生存储的基准数据的标定框402 的摄影图像；图5示出了根据本发明的一个实施例的EC探测器装置的操作流程图；图6示出了根据本发明的一个实施例的、由EC探测器装置执行的信号处理的操作流程图；图7示出了根据本发明的一个实施例的、与确定EC探测器装置的运行参数相关联的实验性能数据；以及图8示出了根据本发明的一个实施例的、结合了多通道EC探测器装置的单元的一个实例。本发明的实施例的描述以下描述了使用涡电流(EC)来检测和分析燃气轮机转子叶片中发现的腐蚀性特征(例如点蚀)的本发明的各种实施例和方面。因此，提供了新颖的EC检测探测器和应用方法来检测第一级燃气轮机转子叶片中的点蚀。第一级燃气轮机转子叶片(即Rl转子叶片)典型地更易于发生点蚀。此外，使用探测器装置，使用者可通过在燃气轮机的进气气室中的开口来直接接近第一级转子叶片(即Rl)。腐蚀产生的坑(“蚀坑”)可为基本圆形的或可不为基本圆形的，并且大体包括在材料的表面中的凹口。这些凹口虽然非常小(即典型地具有小于1毫米的深度和直径)， 但是会导致较严重的缺陷，例如裂纹。在第一级(即Rl)的燃气轮机的转子叶片的情况下， 检测点蚀避免了裂纹的后续的产生和传播，其中，这样的裂纹的产生可导致转子叶片在燃气轮机运行期间破裂，以及因而导致灾难性故障。虽然裂纹提供了使它们适于使用EC检测装备通过信号相变来进行传统检测的明显的不连续性，但是蚀坑未展现这种明显的不连续性。因此，根据本发明的至少一个实施例，可使用敏感的接收器设计来检测蚀坑的存在所造成的信号幅度变化。 图IA示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的EC探测器装置100。装置100包括主线圈驱动器102、线圈系统104、带通(BP)滤波器106a和10乩、差动放大器108、模-数 (A/D)转换器110、信号处理装置112、基准数据存储介质114、数据记录存储介质116和检测指示器118(例如视觉显示器、音频蜂鸣器)。关于图5和图6中示出的流程图进一步阐述了 EC探测器装置100的操作。主线圈驱动器102包括电信号源，该电信号源将交变的驱动信号(例如正弦信号、 脉冲信号、斜坡信号等)提供给线圈系统104，以在被检查的材料的表面120(即燃气轮机 Rl转子叶片的圆角部分)中引起涡电流。线圈系统104可包括三个线圈装置，它们在放大仰视
图122中示出。如在122处描绘的那样，线圈Cl是可操作来产生在表面120中引起的主磁场(Bi)的主线圈装置，主磁场(Bi)在表面122内产生涡电流。线圈装置C2和C3是用来接收来自表面122的、由产生的磁场(Bi)和产生的涡电流磁场(B2)之间的相互作用构成的净磁场的测量线圈。如之前所提到的那样，可使用敏感的接收器设计来检测蚀坑的存在所造成的信号幅度变化。一个这种设计考虑适用于测量线圈(即C2、C3)。这些线圈应当展示具有与点蚀造成的凹口的几何结构相当的几何结构(例如直径)的线圈直径。例如， 可使用1. 6mm的线圈直径来检测分别具有0. 25mm、0. 50mm和0. 75mm的直径以及0. 25mm、 0. 50mm和0. 75mm的深度的蚀坑。测量线圈装置C2和C3各自分别联接到BP滤波器106a和106b的输入上。除了其它有害的伪信号(artifact)之外，BP滤波器106a、106b用来减小或消除诸如当例如装置用作手持式装置时可由于相对于测量区域而以物理的方式操纵EC探测器装置100而出现的高频噪声和低频信号变化的信号。另外，BP滤波器106a和106b还增强分别由线圈装置C2和C3接收到的信号的信号-噪声(SN/)比。在122处示出的线圈Cl、C2和C3的构造是许多不同种类的可行线圈布置的一个实例。例如，另一个构造可包括将测量线圈C2和 C3定位在激励线圈Cl (位于中心)的任一侧。根据另一个实例，可使用诸如线圈Cl的单个线圈来既产生主磁场(Bi)又接收由于主磁场(Bi)引起的涡电流而产生的净磁场(B2)。来自BP滤波器106a和106b的输出联接到差动放大器108的差动输入上。当表面122上不存在缺陷时，在差动放大器108的差动输入处接收自BP滤波器106a、106b的经滤波的输入是基本相同的。因此，差动放大器108产生接近零的低信号幅度的输出电压。 备选地，如果表面122上存在缺陷，则在差动放大器108的差动输入处接收自滤波器106a、 106b的经滤波的输入不是相同的。因此，差动放大器108产生增大的输出电压。在测量线圈中的一个(即C2或C3)在有坑区域(由于腐蚀的原因)上面运动时，此线圈(例如C2) 的电抗成分相对于另一个线圈(例如C3)而改变。这继而在应用于差动放大器108的信号电流中导致微变，以及因此导致输出电压的增大。
产生的输出信号的幅度可取决于若干个因素，例如(但不限于)坑的几何结构 (例如0. 3毫米X0. 45毫米)、测量线圈对坑造成的涡电流引起的磁场的变化的敏感性，以及与线圈驱动器102相关联的电驱动参数(例如驱动主线圈的信号的波形、幅度和频率) 的优化。在信号处理装置112处被处理之前，产生的输出信号可被A/D转换器110从模拟格式转换成数字格式。备选地，可在信号处理装置112内执行模-数转换，而无需单独的装置，例如A/D转换器110。信号处理装置112对输出自差动放大器108的数字化幅度信号提供各种处理。例如，信号处理装置112可执行阈值检测，以便确定检测到的幅度是否构成由于蚀坑的检测而造成的幅度信号。信号处理装置112还从基准数据存储介质114中读取基准数据，以便使接收到的幅度信号与输入基准数据存储介质114中的现有基准数据(例如各种数字化幅度值)的相关。在基准数据存储介质114内找到的各个基准数据条目可以可选地提供与具有特定的几何结构和/或尺寸的蚀坑相关联的信息。备选地，被读取的基准数据可基于接收到的幅度信号(即数字化的)和输入基准数据存储介质114中的各种幅度值(即数字化的)之间的幅度相关程度来确认蚀坑的存在或不存在，而无需提供几何结构和/或尺寸信息。也可对接收到的幅度信号进行诸如数字滤波和均衡的额外的数字信号处理(DSP)，以便进一步协助蚀坑的检测。一旦确定了已经检测到蚀坑，则检测指示器118警告探测器装置100的使用者。检测指示器118可包括诸如发光装置(例如LED)的视觉指示器和/或诸如蜂鸣器的音频指不器。信号记录存储介质116存储与各个检测到的蚀坑相关联的数据信息。一旦信号处理装置112确认检测到蚀坑，则该信号处理装置112将检测到的幅度值与时间戳信息一起存储到信号记录存储介质116内。时间戳可包括与各个检测到的蚀坑相关联的日期(例如年/月/日)和时间(例如M小时制)信息，除了其它用途之外，这可提供用于计算检测到燃气轮机转子叶片中的点蚀的不同事件之间的不同的时间间隔的手段。信号记录存储介质116还可存储对应于检测到的幅度值中的各个的驱动信号信息和时间戳信息。存储的驱动信号信息可包括基于蚀坑的检测而应用于主线圈Cl的信号的幅度特性、形状和频率。虽然图IA示出了单独的基准数据存储介质114和信号记录存储介质116，但是两个存储介质(即114和116)均可集成在信号处理装置112内。图IB示出了根据本发明的一个实施例的、EC探测器检测头1 相对于被检查的表面120的位置。如所显示的那样，主线圈装置Cl与测量线圈C2和C3 (在图IB中未示出) 一起位于探测器检测头126内。在运行中，探测器检测头1 接触性地应用于被检查的表面 120(例如Rl转子叶片)。线圈Cl和表面120之间的距离称为提离距离(lift-off)，其影响线圈的互感。在图IB中显示的实例中，提离距离可在0.2毫米(mm)-0. 4mm的范围中。线圈端部1 和表面120之间的距离可为大约0. 2mm。另外，探测器检测头126的外表面130 可包括具有大约0. 2mm (例如0. 2mm的PTFE粘结带)的厚度的额外的保护层(未显示)。图2A-2C示出了根据本发明的一个实施例的、EC探测器装置202机械结构和相对于被检查的燃气轮机系统转子叶片的相对定位。如在图2A中显示的那样，EC探测器装置 202包括探测器检测头204、探测器杆206和探测器导向件208或延伸的柄部。在图2A中， 探测器装置202相对于转子叶片210a、210b和210c的大小有所放大，以帮助说明过程。例
11如，探测器头204的长度相对于转子叶片中的各个的圆角区段214的长度为大约1/6。探测器导向件208的长度可在30厘米(cm)的区中，而探测器杆可具有大约5cm的长度。探测器导向件208的轴线可基本垂直于探测器杆206的轴线，借此探测器导向件 208有助于将探测器装置202操纵到测量位置上，使得在探测器头204和转子叶片210a的圆角区段214之间建立物理接触。还在图2B中显示的区205的放大视图的帮助下示出了这一点。如在图2B中显示的那样，转子叶片210a的圆角区214是位于平台2 和翼型件 2 之间的区。根据本发明的所描述的实施例，转子叶片的圆角区在检测点蚀时是特别关注的。在点蚀检测期间，操纵探测器头204来沿着圆角214的长度在圆角边缘218a和218b 之间沿Z方向接触性地滑动。在这个滑动运动期间，探测器杆206的轴线和水平面之间的角度保持相对恒定。操纵探测器头204来沿着圆角214的长度接触性地滑动多次。每次， 探测器杆206在XY平面中旋转，以便在探测器杆206的轴线和水平面之间形成新的角度。 通过改变角度，主线圈装置Cl在圆角214的不同区域中引起主磁场(Bi)。通过使探测器头204沿着圆角214的长度以不同的角度接触性滑动，有助于覆盖整个圆角区的腐蚀检测测量。在图2C中描绘的转子叶片210a的截面图中示出了探测器杆206的这个角度变化。根据图2C中显示的实例，在腐蚀检测测量期间，探测器杆在XY平面中旋转，以在探测器杆206的轴线和水平面230之间形成三个角度。更具体而言，首先，操纵探测器头204来沿着圆角214的长度以15度的角度(如由232限定的那样)接触性地滑动。其次，操纵探测器头204来沿着圆角214的长度再次以45度的角度(如由234限定的那样)接触性地滑动。最后，操纵探测器头204来沿着圆角214的长度第三次以及最后一次以75度的角度 (如由236所限定的那样)接触性地滑动。在检测测量期间使用的数量或滑动与角度可有所变化。但是，一旦检测到蚀坑，则操纵探测器头204来接触那个特定的受到腐蚀影响的区域。一旦在受到腐蚀影响的区域中，则可改变探测器杆206的轴线和水平面230之间的角度，以确定圆角214的那个特定的区段中是否还存在其它蚀坑。图3示出了根据本发明的一个实施例的、与EC探测器装置304协作使用的成像装置302。为了对装置304的使用者提供被检查的转子叶片312的圆角部分310的增强的视觉视图的目的，成像装置302 (例如摄影机)可位于探测器装置304的探测器检测头306的附近。可在手持式或便携式视频监视器314上将捕捉到的图像显示给使用者。图4示出了根据本发明的一个实施例的、用于产生存储在基准数据存储介质 114(图1)中的基准数据的标定框402的摄影图像。标定框包括使用放电加工(EDM)在样本圆角表面310上产生的多个预先产生的点蚀区域404、406、408。示出的实例显示了各自具有使用EDM来精确地形成于样本圆角表面310上的不同的直径和深度的若干个预先产生的点蚀区域404、406、408。预先产生的蚀坑区域404包括0. 25mm的直径和0. 25mm的深度。 预先产生的蚀坑区域406包括0. 50mm的直径和0. 50mm的深度。并且，预先产生的蚀坑区域408包括0. 75mm的直径和0. 75mm的深度。如在414处限定的那样，提供了预先产生的蚀坑406的放大视图。当诸如装置100 (图1)的EC探测器装置在预先产生的点蚀区域404、406、408上执行蚀坑测量时，各个测量将产生对应于预先产生的点蚀区域404、406、408中的各个的特定的信号幅度。因此，各个幅度与具有已知几何结构的特定的蚀坑相关。这些信号幅度和它们的对应的几何结构可形成存储的基准数据中的至少一些。照这样，在现场测试期间产生的信号幅度可与基准数据相关，以便确定点蚀的存在。可选地，还可提供任何检测到的蚀坑的近似几何结构。图5示出了根据本发明的一个实施例的、与EC探测器装置100(图1)相关联的操作流程图500。借助于图1和2来描述流程图500。在步骤502处，使用者使用在燃气轮机的压缩机口部(即喇叭口)前面的进气气室中的开口来接近入口导叶(IGV)和位于IGV正后面的Rl转子叶片。在步骤504处，选择了具有小于或基本等于被检查的Rl转子叶片的圆角区段的曲率半径的探测器检测头。例如，探测器检测头204(图2B)的半径R(图2B)设计成略微小于圆角区段214(图2B)的曲率半径。在步骤506处，将探测器头204应用于圆角214的第一边缘218a(图2B)。在步骤 508处，然后将探测器杆206(图2B)和水平面230(图2C)之间的角度设定为大约例如15 度(如在232(图2C)处限定的那样)的较恒定的值。在步骤510处，探测器头204内的激励线圈Cl (图1A)将主磁场应用于对应于圆角214的第一边缘218a (图2B)的区域。使用探测器头204内的测量线圈C2、C3 (图1A)， 基于在圆角214的第一边缘218a(图2B)区域的传导性表面中引起的电流来检测第二磁场 (步骤51幻。基于线圈C2和C3接收到的第二磁场，差动放大器108(图1A)和信号处理装置112(图1A)可在检测到的蚀坑的基础上产生和处理幅度信号(步骤514)。在步骤516处，确定探测器头204是否到达圆角214的第二边缘218b (图2B)区域。如果(是)探测器头204到达了第二边缘218b (图2B)区域(步骤516)，则确定是否已经完成了在探测器杆206(图2B)轴线和水平面230(图2C)之间的探测器角度的重新定位(步骤520)。例如，在探测器头204使用15度、45度和75度的三个角度来操作的情况下，如果针对15度、45度和75度的所有三个角度执行了测量，则重新定位完成。如果(是) 重新定位完成了(步骤520)，则针对另一个Rl转子叶片来重复操作流程图500的过程(步骤 524)。如果(否)重新定位未完成(步骤520)，则探测器杆206 (图2B)轴线和水平面 230(图2C)之间的探测器角度改变成下一个期望的角度(步骤52幻。例如，如果探测器头 204使用15度、45度和75度的三个角度来操作，并且当前角度为15度，则将探测器操纵到下一个角度设置，以形成45度角度。在步骤522之后，然后重复过程步骤506、508、510、 512、514 和 516。如果(否)在步骤516处探测器头204没有到达第二边缘218b (图2B)区域，则通过沿着圆角214的Z轴(图2B)方向滑动来将探测器头204应用于圆角214的另一个区段(步骤518)。在步骤518之后，重复过程步骤510、512、514和516。图6显示了根据本发明的一个实施例的、EC探测器装置100(图1A)在检测蚀坑时所执行的信号处理的操作流程图600。在步骤602处，通过测量线圈C2 (图1A)检测净磁场。类似地，在步骤604处，还通过测量线圈C3(图1A)检测净磁场。净磁场随线圈Cl (图 1A)产生的主磁场和圆角214(图1B)的传导性表面中引起的涡电流所产生的磁场之间的相互作用而变化。在步骤606处，当在测量线圈C2和C3之间经历不同的净磁场时，差动放大器 108(图1A)产生信号幅度。例如，如果测量线圈C2和C3接收来自不具有蚀坑的圆角214 的表面的净磁场，则在两个测量线圈中引起的感应电流幅度将为基本相同的。因此，差动放大器108将不产生展示幅度的增大的信号。但是，如果测量线圈C2接收来自其中存在蚀坑的圆角214的区域的净磁场，则蚀坑将干扰那个区域中的涡电流流，使得线圈C2检测到的净磁场相对于线圈C3检测到的净磁场而改变。在这些状况下，差动放大器108将产生展示幅度的增大的信号。在步骤608处，确定差动放大器108产生的信号是否超过预定阈值。此阈值检测在信号处理装置112内执行。如果(否)差动放大器108产生的信号未超过预定阈值，则重复过程步骤602、604和606。如果(是)差动放大器108产生的信号超过了预定阈值(步骤608)，则可在信号处理装置112内执行额外的信号处理(例如数字滤波、均衡等)(步骤 610)。在步骤612处，信号处理装置112读取基准数据存储介质114，以便使用存储的基准数据。如之前所描述的那样，存储的基准数据可包括对应于各种预先产生的蚀坑的预先测量的幅度值。使用读取的基准数据，信号处理装置112使差动放大器108产生的检测到的幅度信号与读取的基准数据的预先测量的幅度值中的一个相关(步骤614)。基于相关的预先测量的幅度值，使用信号处理装置112，也可从基准数据存储介质 114中读取与检测到的蚀坑相关联的数据信息(例如蚀坑几何结构)(步骤616)。与检测到的蚀坑相关联的数据信息(例如时间戳数据、坑几何结构数据等)然后可由信号处理装置112记录在数据记录存储介质116中(步骤618)。图7示出了根据本发明的一个实施例的、与确定诸如EC探测器装置100(图1A) 的EC探测器装置的运行参数相关联的实验性能数据。图解702显示了在100KHz-600KHz 的频率范围内操作的EC探测器所执行的测量的可重复性。该频率范围适用于用来驱动被评价的EC探测器的主线圈的频率。如所显示的那样，300KHz-400KHz的范围中的频率合乎需要地提供较一样的测量可重复性(例如检测到的幅度值)。图解704显示了与在100KHz-600KHz的频率范围内检测到的信号幅度相关联的标准偏差的度量。如所显示的那样，300KHz-400KHz的范围中的频率也为EC探测器所检测到的幅度值提供较恒定的标准偏差。图解706显示了与在100KHz-600KHz的频率范围内检测到的信号幅度相关联的信号-噪声(S/N)比的度量。如所显示的那样，关于EC探测器所检测到的幅度值，在 300KHz-400KHz的范围中的频率还展示最高的S/N比。因此，使用这样的实验评价结果，可确定用于特定的EC探测器装置的适当范围的运行频率(例如300KHz-400KHz)。可行的是将若干个EC探测器装置结合到单个单元中，以便在圆角区段的增大的表面区域上进行测量。在这种构造中，可提供多通道EC探测器装置，其中，各个通道均读取测量数据。例如，可使用三个通道装置。在图8中显示了这样的实例。根据一个实施例，多通道探测器装置800可包括构造成使得它们相应的探测器检测头联接到彼此上而形成沿纵向扩大的探测器头804的三个分立的探测器装置802。各个分立的探测器装置802均构成单个通道，并且可(例如)包括与EC探测器装置100(图1A)相同的设计。根据另一个实施例，多通道EC探测器810可包括结合了多个线圈系统8Ha-8Hn的单个探测器头812， 其中，各个线圈系统均可(例如)包括与线圈系统104(图1A)相同的构造。多通道EC探测器810的杆820可容纳顺序地读取接收自各个线圈系统8Ha-814n的信号的信号多路开关(未示出)。可使用或者单独的处理装置(例如装置112，图1A)或者结合了多个处理装置(例如多个装置112，图1A)的平行处理方法来执行对接收到的信号处理。将理解，可在多个通道的读取和处理中采用种种不同的处理架构。 已经关于本发明的特定的实施例来示出和描述了本发明，这些实施例仅说明本发明的原理，而不意图排除或以别的方式限制实施例。因此，虽然本发明的例示性实施例及其各种例示性修改和特征的以上描述提供了许多特性，但是这些能够实施的细节不应理解为限制本发明的范围，并且本领域技术人员将容易地理解，本发明容易有许多修改、改变、省略、添加和等效实现，而不偏离此范围以及不减少其所附带的优点。例如，除了到处理本身必要和固有的程度之外，未蕴涵本公开(包括图)中描述的方法或过程的步骤或阶段的特定顺序。在许多情况下，过程步骤的顺序可有所变化，并且可在不改变描述的方法的目的、 作用或含义的情况下结合、更改或省略各种例示性步骤。进一步注意到，将用语和表达用作描述的用语而不是限制的用语。不意图使用用语或表达来排除所显示和描述的特征或其一部分的任何等效物。另外，可在不必提供本文描述的或者根据本公开而以别的方式理解的以及/或者可在本发明的一些实施例中实现的优点中的一个或多个的情况下实践本发明。 因此意图本发明不限于公开的实施例，而是应当根据所附权利要求来限定本发明。
权利要求
1.一种用于检测燃气轮机系统的一个或多个叶片中的腐蚀的探测器装置，所述装置包括(a)具有与燃气轮机叶片的圆角区段的表面几何结构一致的形状的检测头，所述检测头能够操作来沿着所述圆角区段的轴向长度而运动，以检测点蚀；(b)至少一个线圈装置，其位于所述检测头内，并且能够操作来在接触所述检测头的所述圆角的区域内引起第一磁场；(c)接收器装置，其能够操作来检测对应于接收自暴露于所述第一磁场的所述圆角的所述区域的第二磁场的信号，其中，所述第二磁场由所述第一磁场在所述区域中产生的感应电流产生；以及(d)信号处理装置，其能够操作来处理检得信号，以使所述检得信号的对应的幅度与所述区域中的点蚀的存在相关，其中，在不对所述燃气轮机系统进行任何壳体拆卸的情况下确定点蚀的存在。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收器装置包括(a)能够操作来从所述第二磁场中分别产生第一接收信号和第二接收信号的第一线圈装置和第二线圈装置；(b)分别联接到所述第一线圈装置和所述第二线圈装置上的第一带通滤波器装置和第二带通滤波器装置，其中，所述第一带通滤波器装置和所述第二带通滤波器装置能够操作来分别对所述第一接收信号和所述第二接收信号进行滤波；以及(c)联接到所述第一带通滤波器装置和所述第二带通滤波器装置上的差动放大器装置，其中，所述差动放大器能够操作来以差动的方式放大经滤波的第一接收信号和经滤波的第二接收信号，以及产生所述检得信号。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其特征在于，所述检测头包括包含对应于所述圆角的曲率半径的半径的基本圆柱形形状。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述检测头包括包含小于或基本等于对应于所述圆角的曲率半径的半径的基本圆柱形形状。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述燃气轮机叶片包括位于多个入口导叶后面的多个第一级Rl旋转式叶片中的一个。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括联接到所述检测头上的柄部区段，所述柄部区段包括柔性部分，所述柔性部分能够操作来通过基于在所述多个入口导叶之间操纵所述柔性部分和检测头而使得所述检测头和多个第一级Rl旋转式叶片中的所述一个的所述圆角区段之间能够有接触，来使所述检测头运动到测量位置上。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括联接到所述柄部区段上的摄影机，所述摄影机位于所述检测头的附近，并且能够操作来协助操作员使所述检测头运动到所述测量位置上。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述感应电流包括涡电流。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括能够操作来产生应用于所述至少一个线圈装置的驱动信号的驱动器装置，其中，所述驱动器装置操纵所述驱动信号的至少一个特征，以产生与超过规定阈值的所述检得信号相关联的信号-噪声比。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述至少一个特征包括驱动信号幅度。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述至少一个特征包括驱动信号频率。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述至少一个特征包括驱动信号幅度和驱动信号频率的组合。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述信号处理装置包括数字信号处理(DSP)装置，所述DSP装置包括(a)能够操作来使所述检得信号幅度数字化的模-数转换器；(b)第一存储区，其能够操作来基于对应于所述检得信号的幅度和对应于检测到的蚀坑的其它存储的检得信号幅度，来存储对应于具有所述其它存储的检得信号幅度的所述检得信号的幅度；(c)第二存储区，其能够操作来存储与在燃气轮机叶片的样本圆角表面上产生的多个预先产生的点蚀区域相关联的基准数据；以及(d)处理器区段，其能够操作来比较对应于所述检得信号的幅度与存储的基准数据，以确定所述圆角区段中的点蚀的存在。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第一存储区包括对对应于检得信号的幅度和所述其它存储的检得信号幅度两者添加的时间戳信息，以计算所述圆角区段中的点蚀的所述确定之间的时间间隔。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第一存储区包括对存储的检得信号幅度和所述其它存储的检得信号幅度添加的驱动信号信息，以评估所述圆角区段中的点蚀的所述确定。
16.一种用于检测燃气轮机系统的一个或多个叶片中的腐蚀的探测器装置，所述装置包括(a)具有与燃气轮机叶片的圆角区段的表面几何结构一致的形状的检测头，所述检测头能够操作来沿着所述圆角区段而运动，以检测点蚀；(b)至少一个变换器装置，其位于所述检测头内，并且能够操作来在接触所述检测头的所述圆角的区域内引起第一磁场；(c)接收器装置，其能够操作来检测对应于接收自暴露于所述第一磁场的所述圆角的所述区域的第二磁场的信号，其中，所述第二磁场由所述第一磁场在所述区域中产生的感应电流产生；以及(d)信号处理装置，其能够操作来处理检得信号，以使所述检得信号的对应的幅度与所述区域中的点蚀的存在相关，其中，在不对所述燃气轮机系统进行任何壳体拆卸的情况下确定点蚀的存在。
17.一种用于检测燃气轮机系统的一个或多个叶片中的腐蚀的探测器装置，所述装置包括(a)具有与燃气轮机叶片的圆角区段的表面几何结构一致的形状的检测头，所述检测头能够操作来沿着所述圆角区段而运动，以检测点蚀；(b)收发器装置，其位于所述检测头内，并且能够操作来在接触所述检测头的所述圆角的区域内引起第一磁场，以及检测对应于接收自暴露于所述第一磁场的所述圆角的所述区域的第二磁场的信号，其中，所述第二磁场由所述第一磁场在所述区域中产生的感应电流产生；以及(C)信号处理装置，其能够操作来处理检得信号，以使所述检得信号的对应的幅度与所述区域中的点蚀的存在相关，其中，在不对所述燃气轮机系统进行任何壳体拆卸的情况下确定点蚀的存在。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述收发器装置包括(a)能够操作来产生所述第一磁场的变送器；以及(b)能够操作来接收所述第二磁场以及产生所述检得信号幅度的接收器。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的装置，其特征在于，所述变送器包括(a)第一线圈装置；以及(b)能够操作来将电驱动信号应用于所述第一线圈装置的线圈驱动器。
20.根据权利要求17至19中的任一项所述的装置，其特征在于，所述接收器包括(a)第二线圈装置；(b)第三线圈装置；以及(c)差动放大器，其联接到所述第二线圈装置和所述第三线圈装置上，并且能够操作来以差动的方式分别放大接收自所述第二线圈装置和所述第三线圈装置的第二信号和第三信号，其中，所述差动放大器产生所述检得信号。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述第二线圈和所述第三线圈各自包括(a)大约1.6毫米-2. 0毫米的线圈直径；(b)圆柱形线圈支承件；(c)大约50KHz-900KHz的线圈频率范围；以及(d)大约5/1的线圈信号-噪声比。
22.—种检测燃气轮机系统的一个或多个叶片中的腐蚀的方法，所述方法包括(a)通过使所述检测与燃气轮机叶片的圆角区段的表面几何结构一致来沿着所述圆角区段的轴向长度而检测点蚀；(b)在所述腐蚀的所述检测期间，在所述圆角的区域内引起第一磁场；(c)检测对应于接收自暴露于引起的第一磁场的所述圆角的所述区域的第二磁场的信号，其中，所述第二磁场由所述引起的第一磁场在所述区域中产生的感应电流产生；以及(d)通过使检得信号的对应的幅度与所述区域中的点蚀的存在相关来处理所述检得信号，其中，在不对所述燃气轮机系统进行任何壳体拆卸的情况下确定点蚀的存在。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括(e)使用成像装置来对所述燃气轮机叶片进行成像，以帮助点蚀的检测；以及(f)对使用者显示成像的燃气轮机叶片。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，使所述检测与所述表面几何结构一致包括使用具有圆柱形形状的探测器头，所述圆柱形形状包括基本等于或小于与所述圆角区段相关联的曲率半径的半径。
25.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个线圈装置包括多个线圈装置，所述多个线圈装置位于所述检测头内，并且能够操作来各自在接触所述检测头的所述圆角的区域内引起所述第一磁场；其中，所述检得信号包括对应于所述第二磁场的多个信号；以及其中，所述信号处理装置能够操作来处理所述多个检得信号，以使所述检得信号的对应的幅度与所述区域中的点蚀的存在相关，其中，经处理的多个检得信号中的各个均对应于与所述多个线圈装置中的相应的一个相关联的信号通道，从而提供点蚀的多通道检测。
26.根据权利要求1至15中的任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个线圈装置包括单独的线圈，所述单独的线圈包括(a)能够操作来产生所述第一磁场的第一线圈；以及(b)能够操作来接收所述第二磁场的至少一个其它线圈。
27.一种包括多个探测器装置的点蚀检测单元，其中，各个探测器装置包括(a)具有与燃气轮机叶片的圆角区段的表面几何结构一致的形状的检测头，所述检测头能够操作来沿着所述圆角区段的轴向长度而运动，以检测点蚀；(b)至少一个线圈装置，其位于所述检测头内，并且能够操作来在接触所述检测头的所述圆角的区域内引起第一磁场；(c)接收器装置，其能够操作来检测对应于接收自暴露于所述第一磁场的所述圆角的所述区域的第二磁场的信号，其中，所述第二磁场由所述第一磁场在所述区域中产生的感应电流产生；以及(d)信号处理装置，其能够操作来处理检得信号，以使所述检得信号的对应的幅度与所述区域中的点蚀的存在相关，其中，在不对所述燃气轮机系统进行任何壳体拆卸的情况下确定点蚀的存在，以及其中，在对应的通道上输出由所述多个探测器装置的各个信号处理装置处理的所述检得信号的结果。
全文摘要
用于检测燃气轮机系统的一个或多个叶片中的腐蚀的方法和设备包括具有与燃气轮机叶片的圆角区段的表面几何结构一致的形状的检测头，其中，检测头可操作来沿着圆角区段的轴向长度而运动，以检测点蚀。位于检测头内的至少一个线圈装置在接触检测头的圆角的区域内引起第一磁场。接收器装置适合于检测对应于接收自暴露于第一磁场的圆角的区域的第二磁场的信号，其中，第二磁场由第一磁场在该区域中产生的感应电流产生。信号处理装置然后处理检得信号，以使检得信号的对应的幅度与该区域中的点蚀的存在相关，使得在不对燃气轮机系统进行任何壳体拆卸的情况下确定点蚀的存在。
文档编号G01N27/90GK102460142SQ201080025867
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月4日 优先权日2009年6月5日
发明者F·约泽利, G·F·切施尼 申请人:诺沃皮尼奥内有限公司