關于聯邦贊助的研究和開發(fā)的聲明

本發(fā)明是根據聯邦航空管理局(faa)授予的合同dtwafa10-c-00046而在政府支持下完成的。美國政府可對本發(fā)明具有某些權利。

本公開的領域大體涉及燃氣渦輪發(fā)動機，并且更具體地，涉及配備有發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的燃氣渦輪發(fā)動機。

背景技術：

許多已知燃氣渦輪發(fā)動機配備有隔室冷卻系統(tǒng)，隔室冷卻系統(tǒng)從發(fā)動機的壓縮機區(qū)段中抽取冷卻空氣，并且將冷卻空氣引導到發(fā)動機的渦輪區(qū)段中，以降低壓縮機區(qū)段下游的發(fā)動機燃燒器和渦輪的運行所產生的高溫。冷卻系統(tǒng)典型地包括冷卻歧管，冷卻歧管分成多個管。在管由于開裂或別的破裂而失效，并且從而未能輸送充分的冷卻空氣通過其中的情況下，冷卻空氣只好由其余的管提供。歧管從壓縮機放出空氣流來冷卻渦輪。但是，通過各個管放出過量的空氣流來適應破裂管，會降低燃氣渦輪發(fā)動機在飛行時的空氣動力學燃料效率。壓縮機產生的能量用于冷卻而非用于產生發(fā)動機推力。

至少一些已知的管道系統(tǒng)失效檢測系統(tǒng)已經嘗試沿著冷卻歧管布置傳感器來檢測破裂。但是，燃氣渦輪發(fā)動機的在熱力學上惡劣的環(huán)境使這些傳統(tǒng)傳感器比其它們被布置在其中以進行監(jiān)測的管還容易失效。傳感器和管之間的這個不同的失效率本身會產生管失效的錯誤的肯定性讀數，或者無法全部檢測管失效。

技術實現要素：

一方面，提供一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的管故障檢測系統(tǒng)，燃氣渦輪發(fā)動機包括壓縮機和渦輪。管故障檢測系統(tǒng)包括冷卻歧管，冷卻歧管構造成將冷卻空氣從壓縮機引導到渦輪。冷卻歧管包括至少兩個冷卻管、構造成檢測表明管破裂的運行狀況的傳感器，以及控制器，控制器構造成響應于傳感器檢測到的運行狀況來控制通過冷卻歧管的冷卻空氣的量。

另一方面，提供一種檢測燃氣渦輪發(fā)動機中的管故障的方法。該方法包括在燃氣渦輪發(fā)動機內產生功率、從設置在燃氣渦輪發(fā)動機的不同位置內的至少兩個傳感器測量傳感器數據、比較從至少兩個傳感器測量到的傳感器數據與查找表中的存儲數據，以及基于比較來發(fā)送警告信號。

又一方面，一種燃氣渦輪發(fā)動機包括壓縮機、渦輪、冷卻歧管、傳感器和控制器。冷卻歧管構造成將冷卻空氣從壓縮機引導到渦輪，并且包括至少兩個冷卻管。傳感器構造成檢測第一位置處的第一運行參數和與第一位置不同的第二位置處的第二運行參數之間的差?？刂破鳂嬙斐身憫趥鞲衅鳈z測到的差來控制通過冷卻歧管的冷卻空氣的量。

技術方案1.一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的管故障檢測系統(tǒng)，所述燃氣渦輪發(fā)動機具有壓縮機和渦輪，所述管故障檢測系統(tǒng)包括：

冷卻歧管，其構造成將冷卻空氣從所述壓縮機引導到所述渦輪，所述冷卻歧管包括至少兩個冷卻管；

傳感器，其構造成檢測表明管破裂的運行狀況；以及

控制器，其構造成響應于所述傳感器檢測到的運行狀況來控制通過所述冷卻歧管的冷卻空氣的量。

技術方案2.根據技術方案1所述的管故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述運行狀況是在第一位置處的第一運行參數和在與所述第一位置不同的第二位置處的第二運行參數之間檢測到的差。

技術方案3.根據技術方案1所述的管故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻歧管進一步包括閥。

技術方案4.根據技術方案3所述的管故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器進一步構造成通過控制所述閥來控制通過所述冷卻歧管的冷卻空氣的量。

技術方案5.根據技術方案3所述的管故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述閥是構造成在多個位置處打開的調節(jié)閥。

技術方案6.根據技術方案2所述的管故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器是第一壓力傳感器，以及其中，所述第一和第二運行參數分別是在所述第一位置和所述第二位置處測得的壓力。

技術方案7.根據技術方案6所述的管故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一壓力傳感器是通過設置在所述壓縮機和所述渦輪外部的相應的壓力導管而聯接到所述第一位置和所述第二位置兩者上的單個壓力開關。

技術方案8.根據技術方案7所述的管故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一壓力傳感器構造成將所述第一位置和所述第二位置之間檢測到的壓差傳送給所述控制器。

技術方案9.根據技術方案8所述的管故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一位置是在所述冷卻歧管中在所述壓縮機附近的開口，以及其中，所述第二位置是下者中的一個：在所述冷卻歧管中在所述渦輪附近的開口和在所述冷卻歧管中在所述渦輪上游的開口。

技術方案10.根據技術方案8所述的管故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一位置是在所述至少兩個冷卻管中的第一個中在所述渦輪上游的開口，以及其中，所述第二位置是在所述至少兩個冷卻管中的第二個中在所述渦輪上游的開口。

技術方案11.根據技術方案7所述的管故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述管故障檢測系統(tǒng)進一步包括第二壓力傳感器，所述第二壓力傳感器包括第二壓力開關，所述第二壓力開關通過設置在所述壓縮機和所述渦輪外部的相應的壓力導管而聯接在第三位置和第四位置之間，其中，所述第三位置和所述第四位置不同于所述第一位置。

技術方案12.根據技術方案11所述的管故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器進一步構造成基于所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器的比較，而控制通過所述冷卻歧管的冷卻空氣的量。

技術方案13.根據技術方案6所述的管故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力傳感器包括設置在所述第一位置附近的第一壓力開關和設置在所述第二位置附近的第二壓力開關，以及其中，所述第一壓力開關和所述第二壓力開關構造成通過直接有線傳輸和無線傳輸中的一個將測得的壓力數據以電子的方式發(fā)送給所述控制器。

技術方案14.根據技術方案1所述的管故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器包括虛擬傳感器建模系統(tǒng)。

技術方案15.根據技術方案14所述的管故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器構造成測量下者中的兩個或更多個：壓縮機壓力、風扇速度、核心速度和燃料流量。

技術方案16.根據技術方案1所述的管故障檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器包括下者中的至少一個：溫度傳感器、熱電偶、振動傳感器、連續(xù)性傳感器、沿著所述冷卻歧管的光纖傳感器，以及突開式閘門，所述突開式閘門構造成對所述燃氣渦輪發(fā)動機中的壓力水平升高作出響應。

技術方案17.一種檢測燃氣渦輪發(fā)動機中的管故障的方法，包括：

在所述燃氣渦輪發(fā)動機內產生功率；

從設置在所述燃氣渦輪發(fā)動機內的不同位置處的至少兩個傳感器測量傳感器數據；

比較從所述至少兩個傳感器測量到的傳感器數據與查找表中的存儲數據；以及

基于所述比較來發(fā)送警告信號。

技術方案18.根據技術方案17所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括基于所述警告信號，通過電子控制冷卻閥而控制空氣流的量。

技術方案19.根據技術方案17所述的方法，其特征在于，所述至少兩個傳感器包括下者中的兩個或更多個：壓縮機壓力、風扇速度、核心速度和燃料流量。

技術方案20.一種燃氣渦輪發(fā)動機，包括：

壓縮機；

渦輪；

冷卻歧管，其構造成將冷卻空氣從所述壓縮機引導到所述渦輪，所述冷卻歧管包括至少兩個冷卻管；

傳感器，其構造成在檢測第一位置處的第一運行參數和在與所述第一位置不同的第二位置處的第二運行參數之間的差；以及

控制器，其構造成響應于所述傳感器檢測到的差，控制通過所述冷卻歧管的冷卻空氣的量。

附圖說明

當參照附圖來閱讀以下詳細描述時，本公開的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解，其中相同符號在圖中表示相同部件，其中：

圖1是根據本公開的示例性實施例的示例性燃氣渦輪發(fā)動機的示意圖。

圖2是可用于圖1中描繪的燃氣渦輪發(fā)動機的管道系統(tǒng)失效檢測系統(tǒng)的透視圖。

圖3是關于圖1和2中描繪的管道系統(tǒng)失效檢測系統(tǒng)的備選實施例的邏輯過程的流程圖。

除非另有規(guī)定，否則本文提供的圖是要示出本公開的實施例的特征。相信這些特征適用于包括本公開的一個或多個實施例的各種各樣的系統(tǒng)中。因而，圖不是要包括本領域普通技術人員已知的實踐本文公開的實施例所需的所有傳統(tǒng)特征。

部件列表

100燃氣渦輪發(fā)動機

102縱向軸線

104風扇區(qū)段

106核心發(fā)動機

108外殼

110環(huán)形入口

112壓縮機區(qū)段

114渦輪區(qū)段

116lp壓縮機

118hp壓縮機

120燃燒區(qū)段

122hp渦輪

124lp渦輪

126排氣噴嘴區(qū)段

128hp軸

130lp軸

132核心空氣流路徑

134可變槳距風扇

136風扇葉片

138盤

140槳距改變機構(pcm)

142動力齒輪箱

144可旋轉前輪轂

146環(huán)形風扇殼

148間隔開的出口導葉

150下游區(qū)段

152旁通空氣流道

154一定量的空氣

156相關聯的入口

158第一部分

160第二部分

162燃燒氣體

164定子導葉

166hp渦輪轉子葉片

168lp渦輪定子導葉

170lp渦輪轉子葉片

172風扇噴嘴排氣區(qū)段

174熱氣路徑

176控制系統(tǒng)

178數據輸入

180運行參數傳感器

182燃料線路

184數據輸出

186處理器

188存儲介質

190機器可讀指令

192查找表

200管道系統(tǒng)失效檢測系統(tǒng)

202冷卻歧管

204第一端

206壓縮機端口

208第二端

210渦輪端口

212部分

214壓力傳感器

216第一壓力輸入

218第二壓力輸入

220感測線路

222感測線路

224開口

226傳感器輸出

228連接件

230控制閥

300過程

302步驟

304步驟

306步驟

308步驟

310步驟

312步驟

314步驟。

具體實施方式

在以下說明書和權利要求中，將參照多個用語，它們限定為具有以下含義。

單數形式“一”、“一種”和“該”包括復數所指物，除非上下文另有明確的規(guī)定。

“可選的”或“可選地”的意思是后面描述的事件或情形可能發(fā)生或可能不發(fā)生，而且該描述包括發(fā)生該事件的情況和不發(fā)生該事件的情況。

如本文在說明書和權利要求中使用的那樣，近似語可應用于修飾可允許改變的任何數量表示，而不會導致與其有關的基本功能有變化。因此，諸如“大約”、“大致”和“基本”的用語或多個用語所修飾的值不限于規(guī)定的確切值。在至少一些情況下，近似語可對應于用于測量該值的儀器的精度。范圍限制可結合和/或互換；確定這樣的范圍，并且這樣的范圍包括其中包含的所有子范圍，除非上下文或語言另有規(guī)定。

以下詳細描述以示例而非限制的方式示出本公開的實施例。構想到本公開適用于檢測和補償燃氣渦輪發(fā)動機中的管破裂。

以下描述參照了附圖，其中，在沒有相反表述的情況下，不同圖中的相同標號表示相似元件。

圖1是根據本公開的示例性實施例的燃氣渦輪發(fā)動機100的示意性橫截面圖。在示例性實施例中，燃氣渦輪發(fā)動機100嵌在高旁通渦輪風扇噴氣發(fā)動機中。如圖1中顯示的那樣，燃氣渦輪發(fā)動機100限定軸向方向a(平行于為了參照而提供的縱向軸線102延伸)和徑向方向r。大體上，燃氣渦輪發(fā)動機100包括風扇區(qū)段104和設置在風扇區(qū)段104下游的核心發(fā)動機106。

在示例性實施例中，核心發(fā)動機106包括大致管狀的外殼108，它限定環(huán)形入口110。外殼108按連續(xù)流的關系封閉壓縮機區(qū)段112和渦輪區(qū)段114。壓縮機區(qū)段112包括成連續(xù)流關系的低壓(lp)壓縮機或增壓器116、高壓(hp)壓縮機118和燃燒區(qū)段120。渦輪區(qū)段114包括成連續(xù)流關系的hp渦輪122、lp渦輪124和噴氣排氣噴嘴區(qū)段126。hp軸或軸桿128將hp渦輪122傳動地連接到hp壓縮機118上。lp軸或軸桿130將lp渦輪124傳動地連接到lp壓縮機116上。壓縮機區(qū)段、燃燒區(qū)段120、渦輪區(qū)段和噴嘴區(qū)段126共同限定核心空氣流路徑132。

在示例性實施例中，風扇區(qū)段104包括風扇或可變槳距風扇134，它具有多個風扇葉片136，風扇葉片136按間隔開的關系聯接到盤138上。風扇葉片136從盤138沿徑向向外延伸。各個風扇葉片136可相對于盤138圍繞變槳軸線p旋轉，因為風扇葉片136操作性地聯接到適當的槳距改變機構(pcm)140上，pcm構造成改變風扇葉片136的槳距。在其它實施例中，pcm140構造成共同一致地改變風扇葉片136的槳距。風扇葉片136、盤138和pcm140可通過跨越動力齒輪箱142的lp軸130圍繞縱向軸線102共同旋轉。動力齒輪箱142包括多個齒輪(未顯示)，以將可變槳距風扇134相對于lp軸130的旋轉速度調節(jié)成更高效的旋轉風扇速度。

盤138由可旋轉前輪轂144覆蓋，可旋轉前輪轂144在空氣動力學方面在外形上設置成促進空氣流通過風扇葉片136。另外，風扇區(qū)段104包括環(huán)形風扇殼或外部機艙146，其沿周向包圍可變槳距風扇134和/或核心發(fā)動機106的至少一部分。在示例性實施例中，環(huán)形風扇殼146構造成相對于核心發(fā)動機106通過多個沿周向間隔開的出口導葉148得到支承。另外，環(huán)形風扇殼146的下游區(qū)段150可延伸經過核心發(fā)動機106的外部部分延伸，以便在它們之間限定旁通空氣流道152。

在燃氣渦輪發(fā)動機100的運行期間，一定量的空氣154通過環(huán)形風扇殼146和/或風扇區(qū)段104的相關聯的入口156進入燃氣渦輪發(fā)動機100。隨著一定量的空氣154經過風扇葉片136，一定量的空氣154的第一部分158被引導或發(fā)送到旁通空氣流道152中，并且一定量的空氣154的第二部分160被引導或發(fā)送到核心空氣流路徑132中，或者更具體地被引導或發(fā)送到lp壓縮機116中。第一部分158和第二部分160之間的比率通常稱為旁通比率。然后隨著第二部分160被發(fā)送通過hp壓縮機118且進入到燃燒區(qū)段120中，第二部分160的壓力升高，在燃燒區(qū)段120中，第二部分160與燃料混合且燃燒，以提供燃燒氣體162。

燃燒氣體162被發(fā)送通過hp渦輪122，在hp渦輪122中，通過成連續(xù)級的聯接到外殼108上的hp渦輪定子導葉164和聯接到hp軸128上的多個hp渦輪轉子葉片166從燃燒氣體162抽出熱能和/或動能的一部分，從而使hp軸128旋轉，然后hp軸128驅動hp壓縮機118旋轉。然后燃燒氣體162被發(fā)送通過lp渦輪124，在那里，通過成連續(xù)級的聯接到外殼108上的多個lp渦輪定子導葉168和多個lp渦輪轉子葉片170從燃燒氣體162中抽出熱能和動能的第二部分，lp渦輪轉子葉片170聯接到lp軸130上，并且驅動lp軸130和lp壓縮機116旋轉和/或驅動可變槳距風扇134旋轉。

燃燒氣體162隨后被發(fā)送通過核心發(fā)動機106的噴氣排氣噴嘴區(qū)段126，以提供推力。同時，隨著第一部分158被發(fā)送通過旁通空氣流道152，第一部分158的壓力顯著升高，之后其從燃氣渦輪發(fā)動機100的風扇噴嘴排氣區(qū)段172排出，從而也提供推力。hp渦輪122、lp渦輪124和噴氣排氣噴嘴區(qū)段126至少部分地限定熱氣路徑174，以發(fā)送燃燒氣體162通過核心發(fā)動機106。

在示例性實施例中，燃氣渦輪發(fā)動機100包括控制系統(tǒng)176?？刂葡到y(tǒng)176接收來自多個運行參數傳感器180的測量結果(作為數據輸入178)，多個運行參數傳感器180構造成例如從運行參數傳感器180(a)測量包括例如從供應燃料的燃料線路182到燃燒區(qū)段120的流率的運行參數。控制系統(tǒng)176另外或備選地構造成從運行參數傳感器180(b)測量例如風扇區(qū)段104的速度和/或發(fā)動機壓力比率(epr)的運行參數。

在示例性實施例中，控制系統(tǒng)176包括促動器(未顯示)，其根據數據輸出184而構造，并且隨后基于接收到的數據輸出184來調節(jié)可變定子導葉(例如，壓縮機118的定子導葉164)的位置?？刂葡到y(tǒng)176進一步包括處理器186，處理器186操作性地聯接到運行參數傳感器180(a)、180(b)…180(n)和/或促動器上(未顯示)?？刂葡到y(tǒng)176進一步包括存儲介質188，存儲介質188也操作性地聯接到處理器186上。存儲介質188包括可由處理器176執(zhí)行的機器可讀指令190，以及可由處理器206訪問的查找表192(在下面關于圖3更詳細地討論)。在備選實施例中，查找表192包括建模軟件，有時稱為“虛擬傳感器”。

根據示例性實施例，控制系統(tǒng)176進一步構造成控制(即，通過接收自數據輸出184的信號)燃料線路182的流率，以對風扇區(qū)段104提供期望旋轉速度和/或期望epr。在運行的示例中，數據輸出204的最佳值可為控制定子導葉164的對應于基本保持期望輸出(例如，期望風扇速度和/或期望epr)的最小燃料流率的位置的控制信號。在備選運行示例中，控制系統(tǒng)176監(jiān)測來自運行參數傳感器200的測量結果的數據輸入178，以便在壓縮機區(qū)段112和渦輪區(qū)段114之間圍繞燃燒區(qū)段120建立和/或保持一定量的冷卻流(在下面關于圖2-3更詳細地討論)。運行參數傳感器可進一步設置在燃氣渦輪發(fā)動機100中，以檢測(無限制)排氣溫度、核心速度和壓縮機出口壓力。

在圖1中僅僅以示例的方式描繪燃氣渦輪發(fā)動機100。在其它示例性實施例中，燃氣渦輪發(fā)動機100可具有任何其它適當的構造，包括例如渦輪螺旋槳發(fā)動機。

圖2是管道系統(tǒng)失效檢測系統(tǒng)200的透視圖，管道系統(tǒng)失效檢測系統(tǒng)200可用于圖1中描繪的燃氣渦輪發(fā)動機100，以及包括壓縮機區(qū)段(即，壓縮機區(qū)段112)和渦輪區(qū)段(即，渦輪區(qū)段114)的其它燃氣渦輪發(fā)動機。壓縮機區(qū)段112有時也稱為“冷區(qū)段”，而渦輪區(qū)段114有時則稱為“熱區(qū)段”。關于圖1，以及本申請中的其它圖，為了說明，在不同的圖中使用相同參考符號來表明相似或相同的示例性元件。

管道系統(tǒng)失效檢測系統(tǒng)200包括冷卻歧管202。在示例性實施例中，冷卻歧管202是至少三個或更多個冷卻歧管202(a),202(b)…202(n)，以在需要時將冷卻空氣(即，圖1中顯示的空氣部分160)從壓縮機區(qū)段112均勻地分配給渦輪區(qū)段114，以及在一個冷卻歧管202的管道系統(tǒng)可能破裂或失效的情況下，提供額外的冷卻空氣。冷卻歧管202的第一端204在外部在壓縮機端口206處與壓縮機區(qū)段112聯接，并且冷卻歧管202的第二端208在外部在渦輪端口210處與渦輪區(qū)段114聯接。在示出的示例中，冷卻歧管202的第二端208分成兩個部分212(a)和212(b)。

在示例性實施例中，管道系統(tǒng)失效檢測系統(tǒng)200進一步包括壓力傳感器214。壓力傳感器214是差動傳感器，它測量分別經由感測線路220和222提供與壓力傳感器214的空氣連通的第一壓力輸入216和第二壓力輸入218之間的壓力變化。根據示例性實施例，感測線路220、222是窄導管，它在大小上設置成具有比冷卻歧管202小得多的直徑。在示出的示例中，冷卻歧管202具有介于大約兩英寸和四英寸之間的直徑，而感測線路220、222則各自具有大約四分之一英寸的直徑。包括這些示例性大小僅僅是為了說明，而不是要限制。

第一壓力輸入216和第二壓力輸入218分別與不同的開口224聯接，期望監(jiān)測開口224之間的壓力變化。例如，第一壓力輸入216和第二壓力輸入218將與開口224(a)和224(b)聯接，以監(jiān)測壓縮機區(qū)段112和渦輪區(qū)段114之間的壓差。備選地或者另外，利用第二壓力傳感器214，可沿著開口224(c)和224(d)之間的單個冷卻歧管202的長度監(jiān)測壓力變化。還可在開口224(e)和224(f)處監(jiān)測跨越冷卻歧管202的第二端208在部分212(a)、212(b)之間的壓力變化。

根據這個示例性實施例，多個壓力傳感器214可圍繞壓縮機區(qū)段112和渦輪區(qū)段114的外周設置，以及沿冷卻歧管202的管道系統(tǒng)沿著許多位置設置，或者甚至設置在兩個單獨的冷卻歧管202之間。傳感器輸出226通過有線或無線連接件228將第一壓力輸入216和第二壓力輸入218之間測量的壓差(如果有的話)作為多個數據輸入178中的一個發(fā)送到控制系統(tǒng)176中。在這個構造中，壓力傳感器214可為簡單的壓力開關(未單獨編號)，它在第一壓力輸入216和第二壓力輸入218之間實際顯著壓差時被觸發(fā)。

在備選實施例中，單獨的壓力傳感器214設置在各個開口224處，并且各個單獨的壓力傳感器214通過連接件228直接與控制系統(tǒng)176連通。在這個備選實施例中，單獨的壓力傳感器214可為壓力變換器，并且定位至少略微在壓縮機區(qū)段112和渦輪區(qū)段114的在熱力學上惡劣的內部環(huán)境的外部，以削弱由于接近熱燃燒氣體和/或動態(tài)燃燒氣體而對單獨的壓力變換器的潛在損害。例如，當監(jiān)測渦輪區(qū)段112附近的壓力時，壓力傳感器214應當設置在止回閥(未顯示)的上游。類似地，感測線路220，222應當大體盡可能接近期望進行壓力讀數的區(qū)域，但至少足夠遠，以至于管道不會被過度加熱和無法傳送特定的單獨開口224處的壓力。

在運行中，在正常狀況下，沿著單個冷卻歧管202的任何兩個開口之間的壓差，或兩個不同的冷卻歧管202之間的兩個不同的開口之間的壓差應當接近零，即，不超過幾磅每平方英寸(psi)。這個壓差甚至對于諸如起飛的發(fā)動機狀況也應當是這樣，其中單獨的冷卻歧管202可經歷高達300psi或更多流過管道系統(tǒng)的空氣。盡管如此，跨越冷卻歧管202的整個長度的壓差應當仍然較小。

但是，一旦冷卻歧管202的任何部分破裂，壓力傳感器214將快速檢測到破裂的任一側上的兩個最接近的開口224之間的測量壓力有顯著升高。取決于破裂的大小及其位置，測量到的壓差可高達10psi、50psi、100psi或更大。通過策略性地布置壓力傳感器214，可快速且輕易地確定管破裂的大體位置及其幅度，而不必拆開整個燃氣渦輪發(fā)動機100來檢測和維修。圍繞壓縮機區(qū)段112和渦輪區(qū)段114的外部分配的多個壓力傳感器214可在單獨的傳感器失效的情況下用作彼此的備用系統(tǒng)。在那種情況下，控制系統(tǒng)176將僅在第二壓力傳感器214確認相同或非常相似的壓力升高的情況下記錄發(fā)生了管破裂。

如果確定在單獨的冷卻歧管202中存在顯著的管破裂，控制系統(tǒng)176則將發(fā)送單獨的數據輸出184，以控制電子控制閥230打開，以增加流到渦輪區(qū)段114的冷卻空氣的量，以便補償從經歷管破裂的單獨的冷卻歧管202損失的冷卻空氣。傳統(tǒng)系統(tǒng)沒有閥來始終調節(jié)冷卻空氣和最大程度地增加通往渦輪區(qū)段的冷卻流，從而犧牲了過程中的燃料效率。但是，根據本文描述的示例性實施例，通過提供渦輪區(qū)段114所需的充足的空氣流給冷卻歧管202，以及僅在檢測到管破裂時增加冷卻流，來最大程度地提高燃料效率。在示例性實施例中，電子控制閥230是能夠有多個位置的調節(jié)閥，即，完全關閉位置或幾乎完全關閉位置到部分打開位置，再到完全打開位置。

在備選實施例中，各個開口224另外或備選地包括除了壓力傳感器214之外的一個或多個傳感器(未單獨編號)，其構造成檢測對管破裂敏感的參數的變化。這樣的額外/備選的傳感器包括(但不限于)溫度傳感器或熱電偶、振動傳感器、連續(xù)性傳感器、沿著冷卻歧管202的光纖傳感器，以及/或者不同類型的壓力傳感器，諸如對發(fā)動機隔室中的壓力水平升高敏感的突開式傳感器或閘門。在這個備選實施例中，額外/備選的傳感器還可通過單獨的有線或無線連接件228來與控制器176通信。

在正常運行狀況期間，當燃氣渦輪發(fā)動機100在高海拔、高速和/或低的環(huán)境溫度下巡航時，冷卻渦輪區(qū)段114需要的冷卻空氣量比起飛期間需要的更少。在起飛時，燃氣渦輪發(fā)動機100很可能比巡航時更熱。因而管道系統(tǒng)失效檢測系統(tǒng)200能夠不斷調節(jié)需要進入到渦輪區(qū)段114中的冷卻空氣，而不必由于浪費通過破裂管/冷卻歧管的空氣流而犧牲燃料效率。

圖3是圖2和3中描繪的管道系統(tǒng)失效檢測系統(tǒng)的備選實施例的邏輯過程300的流程圖。雖然管道系統(tǒng)失效檢測系統(tǒng)200添加了壓力和/或額外的傳感器，以積累確定已經發(fā)生管破裂所需的必要測量信息，但是過程300能夠作出相同確定，而不需要額外的硬件，從而使用圖1中看到的現有運行參數傳感器180來實現雙重目的測量。實際上，過程300使用上面關于圖1所描述的相同測量數據運行參數傳感器來監(jiān)測破裂或失效的管。

在示例性實施例中，使用管流的基于物理特性的模型來產生壓差隨管破裂大小改變的表數據。備選地，如上面論述的那樣，查找表192是基于物理特性的模型或回歸模型，通過用燃氣渦輪發(fā)動機100在設計和測試階段期間的不同飛行狀況、功率水平和破裂大小產生數據來建立或校準該模型。還可使用從正常運行狀況中收集到的實際發(fā)動機數據來校準查找表192的數據或建模軟件。在設計和測試階段中，使用具有模擬破裂的冷卻歧管202來運行燃氣渦輪發(fā)動機100，其中，在冷卻歧管202的一些管道系統(tǒng)中使用控制閥。然后在測試期間可改變模擬裂紋管道系統(tǒng)的大小和位置，而且各個不同的模擬裂紋大小將表現出特定壓差，以及燃氣渦輪發(fā)動機100的其它系統(tǒng)的獨特變化型式，例如，風扇速度、核心速度、排氣溫度等。然后這些型式變化轉換成可讀數據，從而形成控制系統(tǒng)176的存儲介質188中的查找表，即，圖1的查找表192。如下面關于圖3所描述的那樣，控制系統(tǒng)176的處理器186執(zhí)行也存儲在存儲介質188中的可讀指令，以比較常規(guī)發(fā)動機運行與這個存儲型式數據。

特別地，圖3示出用于檢測管道系統(tǒng)失效的邏輯過程300的流程圖。過程300在步驟302處開始。在步驟302中，燃氣渦輪發(fā)動機100開啟,，并且產生功率。在本文描述的示例性實施例中，在發(fā)動機完全運行時控制系統(tǒng)176進行常規(guī)測量，而且不需要停止和拆開燃氣渦輪發(fā)動機100。一旦燃氣渦輪發(fā)動機100完全運行時，過程300前進到步驟304。

在步驟304中，控制系統(tǒng)176收集和測量來自單獨的運行參數傳感器180，以及單獨來自通常監(jiān)測運行參數傳感器180且基于這些測量結果來操縱各種發(fā)動機部件的活動的那些控制系統(tǒng)功能的數據。一旦收集到這些測量結果，過程300就前進到步驟306。在步驟306中，控制系統(tǒng)176比較測量步驟304的來自傳感器數據與存儲在查找表192中的型式數據，并且然后前進到步驟308。步驟308是決策步驟。在步驟308中，控制系統(tǒng)176確定實時測量傳感器數據與來自查找表192的型式數據的比較是否產生充分匹配。也就是說，控制系統(tǒng)176確定燃氣渦輪發(fā)動機100中的多個傳感器和系統(tǒng)的測量運行參數是否匹配強烈表明管破裂或失效的存儲數據型式。

如果在步驟308中，控制系統(tǒng)176確定測量運行參數不匹配存儲的失效模式，然后過程300前進到步驟310，其將壓縮機區(qū)段112和渦輪區(qū)段114之間的冷卻系統(tǒng)的“正常”運行狀態(tài)的警告狀態(tài)發(fā)送到例如用燃氣渦輪發(fā)動機100飛行的飛機的座艙。然后過程300又回到步驟304，且在燃氣渦輪發(fā)動機100產生功率同時重復。

如果在步驟308中，控制系統(tǒng)176確定測量運行參數匹配存儲的失效模式，則過程300前進到步驟312，這將“管故障警告等的警告狀態(tài)發(fā)送到例如用燃氣渦輪發(fā)動機100飛行的飛機的座艙。在示例性實施例的一個示例中，警告狀態(tài)還將表明管破裂或故障的位置和/或嚴重性。在這個示例中，一旦提供了管故障警告，過程300則又回到步驟304且在前燃氣渦輪發(fā)動機100產生功率的同時重復。但是，過程300可改為從步驟312前進到可選的步驟314，之后回到步驟304。在步驟314中，一旦檢測到管故障，控制系統(tǒng)176將輸出信號184發(fā)送到電子控制閥230的促動器(未顯示)，以打開通過冷卻歧管202的額外的冷卻空氣流來彌補從包含破裂管的冷卻歧管202損失的空氣流。

另外，圖3中示出的過程也可與關于圖2所描述的實施例共同實現。在這個示例中，這些單獨的實施例中的各個將運行成備選實施例進行的破裂管確定的檢查或驗證。本文描述的若干實施例可整體地或部分地彼此獨立運行，或者整體地或部分地共同運行。

上面詳細描述了統(tǒng)燃氣渦輪發(fā)動機的管道系統(tǒng)失效檢測系的示例性實施例。檢測系統(tǒng)和運行這樣的系統(tǒng)和構件裝置的方法不限于本文描述的實施例，而是相反，系統(tǒng)的構件和/或方法的步驟可與本文描述的其它構件和/或步驟獨立且分開來使用。示例性實施例而是可與通過重新改變冷卻空氣流的方向來實現冷卻系統(tǒng)的許多其它機器應用結合起來實現和使用。

上面描述的結合式傳感器和相關聯的感測系統(tǒng)有利于惡劣環(huán)境中的長時間運行。特別地，在制造高溫且可旋轉的構件的期間在這樣的構件中結合感測系統(tǒng)構件的大部分可減少在制造好之后花費在修補高溫且可旋轉的構件以插入到相應的渦輪機中的時間和資源量。另外，特別地，本文描述的結合式傳感器和相關聯的感測系統(tǒng)包括結合為傳感器的一部分的襯底材料和介電材料，使得傳感器可定位在沒有充分的襯底和介電材料來接受已知傳感器的構件或構件的一部分上。傳感器這樣與構件的結合包括對傳感器添加必要的襯底和/或介電材料作為感測裝置結構，以有利于將傳感器置于本來會阻礙其上使用這樣的傳感器的區(qū)域中。因此，傳感器這樣和構件的結合有利于將傳感器置于構件上的最合適和期望的位置處。另外，傳感器這樣和高溫且可旋轉的構件結合將對試圖復制非oem(原始裝備制造商)實體增加障礙。

本文描述示例性方法、系統(tǒng)和設備包括下者中的至少一個：(a)在構件制造期間在這樣的構件中結合感測系統(tǒng)裝置，從而減少在制造好之后花費在準備構件以將其插入到相應的渦輪機中的時間和資源量；(b)有利于將傳感器構件置于高溫且可旋轉的構件上的最合適和期望的位置處；(c)將沒有精微芯片結構的傳感器定位在惡劣環(huán)境中，從而有利于使感測裝置更穩(wěn)定可靠；(d)提供在制造期間嵌在相關聯的構件內而非在相關聯的構件制造好之后固定到那些構件上的傳感器，從而有利于使感測裝置更穩(wěn)定；以及(e)有利于在無線環(huán)境中無源地運行機器傳感器。

雖然可能在一些圖中顯示本發(fā)明的各種實施例的具體特征，而在其它圖中不顯示，但這僅僅是為了方便。根據本發(fā)明的原理，圖的任何特征可結合任何其它圖的任何特征來引用和/或聲明。

一些實施例涉及使用一個或多個電子或計算裝置。這樣的裝置典型地包括處理器或控制器，諸如通用中央處理單元(cpu)、圖形處理單元(gpu)、微控制器、精簡指令集計算機(risc)處理器、特定用途集成電路(asic)、可編程邏輯電路(plc)、現場可編程門陣列(fpga)、數字信號處理(dsp)裝置，以及/或者能夠執(zhí)行本文描述的功能的任何其它電路或處理器。本文描述的方法可編碼成嵌在計算機可讀介質中的可執(zhí)行指令，計算機可讀介質包括(無限制)存儲裝置和/或內存裝置。當由處理器執(zhí)行時，這樣的指令使處理器執(zhí)行本文描述的方法的至少一部分。以上示例僅僅是示例性的，并且因而決不意于限制用語“處理器”的定義和/或含義。

本書面描述使用示例來公開實施例，包括最佳模式，并且還使本領域任何技術人員能夠實踐實施例，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實行任何結合的方法。本公開的可取得專利的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有不異于權利要求的字面語言的結構要素，或者如果它們包括與權利要求的字面語言無實質性差異的等效結構要素，則它們意于處在權利要求的范圍之內。

雖然可能在一些圖中顯示本公開的各種實施例的具體特征，而在其它圖中不顯示，但這僅僅是為了方便。根據本公開的原理，圖的任何特征可結合任何其它圖的任何特征來引用和/或聲明。

本書面描述使用示例來公開實施例，包括最佳模式，并且還使本領域任何技術人員能夠實踐實施例，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實行任何結合的方法。本公開的可取得專利的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有不異于權利要求的字面語言的結構要素，或者如果它們包括與權利要求的字面語言無實質性差異的等效結構要素，則它們意于處在權利要求的范圍之內。