[發(fā)明專利]內(nèi)通道阻塞的熱像檢測

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201180014141.3
• 申請(qǐng)日: 2011-03-17
• 公開（公告）號(hào): CN103460000A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·M·謝帕德;J·R·洛塔;T·阿麥德;B·B·喬德里
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 熱波成像股份有限公司
• 主分類號(hào): G01K13/00
• 分類號(hào): G01K13/00;G01K3/00;G06F15/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 李向英

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及物體內(nèi)通道阻塞的熱像檢測。

背景技術(shù)

為了改進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)的熱力學(xué)效率，發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓渦輪節(jié)可以在其可能的最高溫度運(yùn)轉(zhuǎn)。不過，渦輪的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度上升了，渦輪槳葉組件比如輪葉和葉片上的熱應(yīng)力也上升。這些應(yīng)力可能導(dǎo)致組件壽命縮短以及運(yùn)轉(zhuǎn)期間的潛在故障。現(xiàn)代航空器渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)以及發(fā)電用地基渦輪已經(jīng)以設(shè)計(jì)、材料和制造技術(shù)的顯著進(jìn)步，致力于更高的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度和保護(hù)和維護(hù)渦輪槳葉這些看起來相背離的需求。

現(xiàn)代渦輪槳葉一般以超耐熱合金構(gòu)造，與常規(guī)金屬和合金相比，它們提供高溫下優(yōu)越的機(jī)械強(qiáng)度、抵抗蠕變、氧化和腐蝕以及長疲勞壽命。通過允許冷卻流體（典型情況下是空氣）穿過槳葉循環(huán)的內(nèi)冷卻通道的網(wǎng)絡(luò)，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)高溫性能。槳葉表面上的排氣管道和孔把空氣從內(nèi)通道排出。這些孔可以設(shè)計(jì)為沿著槳葉的外表面引導(dǎo)冷卻流體膜以進(jìn)一步增強(qiáng)冷卻。

各種使用紅外熱像的方法能夠用于檢測組件的孔中的阻塞，比如槳葉的冷卻孔。一般來說，這些方法典型情況下包括泵壓流體（或者熱的、冷的或者冷熱交替的）穿過組件然后觀察組件表面的最終紅外圖像以判斷流體是否正常地從組件的全部孔排出。在某些情況下，選擇在紅外光譜中可見的氣體。在其他方法中，以若干傳感器密切監(jiān)視氣體的輸入和排氣壓力，這些壓力之間的關(guān)系中的偏離被視為阻塞的指示。這些方法在檢測完全阻塞或接近完全阻塞時(shí)一般是成功的，但是它們往往不能檢測部分阻塞。

發(fā)明內(nèi)容

為了在機(jī)載和地基渦輪中存在的高溫環(huán)境中運(yùn)轉(zhuǎn)，諸如輪葉和葉片的組件典型情況下由流體（如空氣或蒸汽）冷卻，它流經(jīng)內(nèi)通道陣列并通過所述組件表面的排氣小孔排出。渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)期間或者通道或孔的阻塞導(dǎo)致局部溫度上升，這會(huì)引起所述組件的危急故障。本公開提供若干方法，用于檢測被分析物體比如槳葉（如渦輪輪葉或葉片）的這些阻塞和其他瑕疵、缺陷和/或特征。

目前，檢測這些阻塞的方法原始而耗時(shí)。例如，常見的檢查方法要求檢查人員以金屬絲手工地探詢每個(gè)孔。另一種方法包括泵壓流體穿過所述組件，以及定性地觀察從每個(gè)孔流出的涌動(dòng)。這些方法不精確，并且往往不能檢測部分阻塞。

本公開的一方面提供對(duì)界定至少一條內(nèi)通道的組件進(jìn)行熱檢查的方法。所述方法包括在由所述至少一條內(nèi)通道在所述組件的表面界定的至少一個(gè)出口孔處接收熱圖像的連續(xù)序列。所述方法還包括傳遞加壓的氣流脈沖（如室溫空氣）進(jìn)入所述至少一條內(nèi)通道，基于所接收的熱圖像，根據(jù)時(shí)間接收溫度響應(yīng)信號(hào)，確定所述溫度響應(yīng)信號(hào)的一階導(dǎo)數(shù)，以及基于所述溫度響應(yīng)信號(hào)的一階導(dǎo)數(shù)確定所述至少一條內(nèi)通道的阻塞級(jí)別。

本公開的實(shí)施可以包括一個(gè)或多個(gè)以下特征。盡管所述方法包括傳遞空氣脈沖，但是實(shí)行所述方法的方式也能夠?yàn)橄蛩鼋M件連續(xù)地傳遞空氣流并且調(diào)整所述空氣流傳遞，比如由使用階躍函數(shù)或其他脈沖效應(yīng)。在某些實(shí)施中，所述方法包括以至少150Hz的幀速率捕獲所述熱圖像。所述方法可以包括將所測試組件的溫度響應(yīng)信號(hào)的一階導(dǎo)數(shù)與未阻塞的至少一條內(nèi)通道所對(duì)應(yīng)的參考組件的溫度響應(yīng)信號(hào)的一階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行比較。在某些實(shí)例中，所述方法包括評(píng)估所接收的熱圖像的像素時(shí)間歷史以識(shí)別氣流運(yùn)動(dòng)時(shí)間段和氣流切斷時(shí)間段。所述溫度響應(yīng)信號(hào)的一階導(dǎo)數(shù)的峰值可以被識(shí)別以確定所述運(yùn)動(dòng)時(shí)間段和所述切斷時(shí)間段。所述方法可以包括將具有時(shí)間上正導(dǎo)數(shù)峰值后緊跟著負(fù)導(dǎo)數(shù)峰值的圖像像素識(shí)別為對(duì)應(yīng)于所述運(yùn)動(dòng)時(shí)間段。不僅如此，所述方法可以包括將具有時(shí)間上負(fù)導(dǎo)數(shù)峰值后緊跟著正導(dǎo)數(shù)峰值的圖像像素識(shí)別為對(duì)應(yīng)于所述切斷時(shí)間段。

在某些實(shí)施中，所述方法包括識(shí)別具有時(shí)間上正導(dǎo)數(shù)峰值后緊跟著負(fù)導(dǎo)數(shù)峰值的圖像像素，其中兩個(gè)導(dǎo)數(shù)峰值都具有大于第一閾值峰值的振幅。所述方法也可以包括識(shí)別具有時(shí)間上負(fù)導(dǎo)數(shù)峰值后緊跟著正導(dǎo)數(shù)峰值的圖像像素，其中兩個(gè)導(dǎo)數(shù)峰值都具有大于第二閾值峰值的振幅。所述第一和第二閾值峰值能夠相等。在某些實(shí)例中，所述方法包括識(shí)別其中對(duì)于所述運(yùn)動(dòng)和切斷時(shí)間段，所識(shí)別的正導(dǎo)數(shù)峰值與負(fù)導(dǎo)數(shù)峰值之間的差大于第三閾值的圖像像素。為了確定所述測試組件返回到平衡狀態(tài)，所述方法可以包括識(shí)別具有溫度響應(yīng)信號(hào)的一階導(dǎo)數(shù)的圖像像素，該溫度響應(yīng)信號(hào)的一階導(dǎo)數(shù)在圖像捕獲幀的閾值數(shù)內(nèi)返回零的平衡范圍內(nèi)。