专利名称：用于探测燃气涡轮发动机的燃烧器中的材料缺陷的方法、系统及装置的制作方法
技术领域：
本申请通常涉及用于探测可能发生在工业制造过程、发动机或者类似的系统中的缺陷的方法、系统及装置，该缺陷包括表面缺陷。更具体而言，但不是以限制的方式，本申请涉及与形成于暴露至燃气涡轮发动机的热气的、诸如存在于燃烧器内的构件上的缺陷的探测有关的方法、系统及装置。
背景技术：
在运转中，燃气涡轮发动机通�？梢岳糜裳顾趸┯Φ难顾蹩掌慈忌杖剂�。 如本文中使用的，并且，除非以其它方式明确地阐述，燃气涡轮发动机意图包括所有类型的涡轮或旋转式燃烧发动机，包括燃气涡轮发动机、飞行器发动机等。被典型地称为工作流体的作为结果的热气流，膨胀并穿过发动机的涡轮区段。工作流体与涡轮区段的转子叶片的相互作用引起涡轮轴的旋转。以这种方式，包含在燃料中的能量被转化成旋转的轴的机械能，该机械能例如然后用于使压缩机的转子叶片旋转，使得产生了燃烧所需要的压缩空气的供应，并且用于使发电机的线圈旋转，使得产生了电力。在运转期间，将领悟到暴露至热气路径的构件变得较高地受到极端的机械负荷和热负荷的应力。这是由于工作流体的极端的温度和速度以及涡轮的旋转速度。由于更高的点火温度对应于更高效的热力发动机，因而技术永远推动着在这些应用中使用的材料的限度。不管是由于极端的温度、机械负荷，或者两者的结合，构件失效仍然是燃气涡轮发动机中的重大关注点。大部分失效能够追溯到材料疲劳，材料疲劳典型地由裂纹扩展的开始预先警告。更具体而言，由材料疲劳导致的裂纹的形成仍然是构件已经达到其有用寿命的限度并可能几乎失效的主要指标。探测裂纹的形成的能力仍然是重要的工业目标，特别是当考虑到单个构件的失效可能引发的灾难性损坏时。这种失效现象可能导致毁坏下游系统和构件的连锁反应，这需要昂贵的维修和长期的强制停机。可以延长热气路径构件的有用寿命的一种方式是通过使用保护性涂层，例如热障涂层。通常，暴露的表面由这些涂层覆盖，并且涂层使构件与热气路径的最极端的温度隔离。然而，如本领域的普通技术人员将领悟到的，使用期间的这些类型的涂层磨损或破碎， 是被典型地称为“涂层破裂”或“破裂”的过程。破裂(spallation)可能导致位于受影响的构件的表面上的不连续区域或碎片处的未涂层或暴露的区域的形成和增长。这些未保护的区域经受更高的温度，并且因而遭受更快速的劣化，包括疲劳裂纹和其它缺陷的过早形成。在燃气涡轮发动机中，对于涡轮转子叶片和燃烧器内的诸如过渡件的构件而言，涂层破裂是特别关注点。涂层破裂的早期探测可以允许操作者在构件由于增加的热应变而变得完全损坏之前采取纠正措施。虽然燃气涡轮机的操作者想要避免使用冒着在运转期间失效的风险的磨损或受损的构件，但是他们也具有在构件的有用寿命被耗尽之前不会过早地替换这些构件的相冲突的兴趣。即，操作者想要耗尽各个构件的有用寿命，从而减少零件成本并也减小因零件替换而发生的发动机停机的频率。因而，发动机构件中的精确的裂纹探测和/或涂层破裂是重大的工业需要。然而，常规的方法通常需要定期地目视检查零件。虽然是有用的，但是目视检查费时，并需要发动机关闭较长的时期。当发动机运转时针对裂纹的形成和保护性涂层的破裂而监测热气路径中的构件的能力仍然是长期的需要。需要一个系统，通过该系统，可以在发动机运转时监测裂纹的形成和破裂，使得可以在失效现象发生或意识到重大的构件损坏之前采取必要的措施。由于零件替换的需要可以基于真实的、测量的磨损而不是预期的磨损，因而这一系统也可以延长构件的寿命。另外，这一系统将减少执行需要诸如目视检查的、发动机关机的评估的需要或频率。达到可以以具有成本效益的方式实现这些目标的程度，效率将增强且工业需求将很闻。
发明内容
因此，本发明描述了用于在燃气涡轮发动机运转时探测燃气涡轮发动机的燃烧系统的燃烧导管中的缺陷的系统，其中，燃烧导管包括内表面，在运转期间，该内表面暴露至热气流路径的燃烧气体。在一个实施例中，该系统包括设置在燃烧导管的内表面上的绝缘涂层；电连接至燃烧导管的第一电极；位于热气流路径内的第二电极；用于引入横跨第一电极和第二电极的电压的装置；以及用于探测在第一电极和第二电极之间流动的电流的装置。本发明还描述了用于在燃气涡轮发动机运转时探测燃气涡轮发动机的燃烧系统的燃烧导管中的缺陷的方法，其中，燃烧导管包括内表面，在运转期间，该内表面暴露至热气流路径的燃烧气体。在一个实施例中，该方法包括以下步骤提供电连接至燃烧导管的第一电极；提供第二电极，该第二电极位于热气流路径内，并位于燃烧导管内或靠近燃烧导管；施加横跨第一电极和第二电极的电压；以及探测在第一电极和第二电极之间流动的电流。当在结合了附图和所附的权利要求时研究优选实施例的下述的具体描述之后，本申请的这些特征和其它特征将变得显而易见。
通过仔细地学习下述结合了附图的本发明的示例性实施例的更详细的描述，将更完整地理解和领悟本发明的这些特征和其它特征，在附图中图I是可以在其中使用本申请的实施例的示例性涡轮发动机的示意图；图2是可以用在图I的燃气涡轮发动机中的示例性压缩机的截面图；图3是可以用在图I的燃气涡轮发动机中的示例性涡轮的截面图；图4是可以用在图I的燃气涡轮发动机中并可以在其中采用本发明的示例性燃烧器的截面图；图5是可以在其中采用本发明的实施例的示例性燃烧器的透视剖面图；并且图6显示了过渡件和根据本发明的示例性实施例的用于监测材料缺陷的系统的横截面图。
具体实施例方式现在参照图，图I显示了可以在其中采用本申请的实施例的燃气涡轮发动机100 的示意图。通常，燃气涡轮发动机通过从热气的加压流提取能量而运转，该热气是通过燃烧压缩空气流中的燃料而产生的。如图I所示，燃气涡轮发动机100可以配置有轴向压缩机 106和燃烧系统112，轴向压缩机106由普通的轴或转子机械地联接至下游涡轮区段或涡轮110，如所显示的，燃烧系统112是定位于压缩机106和涡轮110之间的罐式燃烧器(can combustor)。图2显示了可以用在燃气涡轮发动机100中的轴向压缩机106的视图。如所显示的，压缩机106可以包括多个级。各个级可以包括一列压缩机转子叶片120，随后是一列压缩机定子叶片122。因此，第一级可以包括围绕中心轴旋转的一列压缩机转子叶片120，随后是在运转期间保持静止的一列压缩机定子叶片122。压缩机定子叶片122通常周向地彼此分开并围绕旋转轴线而固定。压缩机转子叶片120围绕转子的轴线周向地分开并在运转期间围绕轴进行旋转。如本领域的普通技术人员将领悟到的，压缩机转子叶片120配置成使得当它们围绕轴进行回旋时将动能赋予流动并穿过压缩机106的空气或工作流体。如本领域的普通技术人员将领悟到的，压缩机106可以具有除图2所示的级之外的很多其它的级。各个另外的级可以包括多个周向地分开的压缩机转子叶片120，随后是多个周向地分开的压缩机定子叶片122。图3显示了可以用在燃气涡轮发动机100中的示例性的涡轮区段或涡轮110的局部视图。涡轮110可以包括多个级。显示了三个示例性的级，但是，更多或更少的级可以存在于涡轮110中。第一级包括在运转期间围绕轴进行旋转的多个涡轮动叶或涡轮转子叶片 126以及在运转期间保持静止的多个喷嘴或涡轮定子叶片128。涡轮定子叶片128通常周向地彼此分开并围绕旋转轴线而固定。涡轮转子叶片126可以安装在涡轮叶轮(未显示) 上，以围绕轴(未显示)进行旋转。还显示了涡轮110的第二级。第二级类似地包括多个周向地分开的涡轮定子叶片128，随后是多个周向地分开的涡轮转子叶片126，该涡轮转子叶片126也安装在涡轮叶轮上，以进行旋转。第三级也被显示了，并且类似地包括多个周向地分开的涡轮定子叶片128和涡轮转子叶片126。将领悟到，涡轮定子叶片128和涡轮转子叶片126位于涡轮110的热气路径中。穿过热气路径的热气流的方向由箭头指示。如本领域的普通技术人员将领悟到的，涡轮110可以具有除图3所示的级之外的很多其它的级。 各个另外的级可以包括多个周向地分开的涡轮定子叶片128，随后是多个周向地分开的涡轮转子叶片126。上述特性的燃气涡轮发动机可以如下运转。轴向压缩机106内的压缩机转子叶片 120的旋转将空气流压缩。在燃烧器112中，如下面更详细地描述的，当压缩空气与燃料混合并被点燃时，释放能量。来自燃烧器112的作为结果的热气流然后可以被引导越过涡轮转子叶片126，这可以引起涡轮转子叶片126围绕轴的旋转，因而将热的气流的能量转变成旋转的轴的机械能。轴的机械能然后可以用于驱动压缩机转子叶片120的旋转，使得产生了必要的压缩空气的供应，并且，例如也驱动发电机发电。在前进更远之前，将领悟到，为了清楚地传达本发明，选择提及并描述涡轮发动机和相关系统尤其是燃烧器系统的某些零件或机器构件的术语将是必要的。只要可能，将以与其公认的含义相一致的方式使用并采用工业术语。然而，这意味着，任何这种术语应当被给予广泛的含义，并且，不应当被狭窄地解释而使得本文中意图的含义和所附的权利要求的范围被不合理地限制。本领域的普通技术人员将领悟到，常�？梢允褂靡恍┎煌氖跤锢刺峒疤囟ǖ墓辜�。另外，本文中可能描述为单个零件的零件可以包括一些构件并在另一语境中被提及为由一些构件构成，或者，本文中可能描述为包括多个构件的零件可以被塑造成单个零件并在一些情况下作为单个零件而被提及。这样，在理解本文中描述的本发明的范围时，不应当仅注意所提供的术语和描述，还应当注意如本文中提供的结构、构造、功能以及/或者构件的用途。另外，一些描述性的术语可能经常用在本文中，并将有助于在这一点定义这些术语。在本文中给出了其用途的这些术语和它们的定义如下。术语“转子叶片”，在没有进一步明确的情况下，是指压缩机或涡轮的旋转的叶片，包括压缩机转子叶片和涡轮转子叶片这两者。术语“定子叶片”，在没有进一步明确的情况下，是指压缩机或涡轮的静止的叶片， 包括压缩机定子叶片和涡轮定子叶片这两者。术语“叶片”将在本文中用于提及任一类型的叶片。因此，在没有进一步明确的情况下，术语“叶片”包括所有类型的涡轮发动机叶片，包括压缩机转子叶片、压缩机定子叶片、涡轮转子叶片以及涡轮定子叶片。此外，如本文中使用的，“下游”和“上游”为指示相对于流体的流动的方向的术语，流体例如为穿过涡轮的工作流体。这样，术语“下游”是指通常一致于工作流体的流动方向的方向，而术语“上游”通常是指与工作流体的流动方向相反的方向。术语“向前”或“前”以及“之后”或“后”通常是指关于涡轮发动机的前端和后端(即，压缩机是发动机的前端，而具有涡轮的端是后端) 的相对位置。有时，将被清楚地描述，术语“前”和“后”可以是指旋转的零件的旋转方向。 当为这种情况时，旋转的零件的“前缘”是在旋转中领先的缘，而“后缘”是尾随的缘。术语“径向的”是指垂直于轴线的移动或位置。对于相对于轴线位于不同的径向位置的所描述的零件而言，常常需要该术语。在这种情况下，如果第一构件比第二构件更靠近轴线，那么，本文中可能阐述第一构件位于第二构件的“径向内侧”或“内侧”。另一方面， 如果第一构件比第二构件更远离轴线，那么，本文中可能阐述第一构件位于第二构件的“径向外侧”或“外侧”。术语“轴向的”是指平行于轴线的移动或位置。最后，术语“周向的”或 “有角度的位置”是指环绕轴线的移动或位置。图4和图5显示了可以用在燃气涡轮发动机中并可以在其中使用本发明的实施例的示例性燃烧器130。如本领域的普通技术人员将领悟到的，燃烧器130可以包括头端 (headend) 163和端盖170，头端163通常包括将必要的空气和燃料供应至燃烧器的各种歧管。多个燃料管线137可以穿过端盖170而延伸至定位于前壳或帽盖组件140的后端的燃料喷嘴或燃料注入器138。将领悟到，帽盖组件140通常是圆筒形，并且在前端固定至端盖 170。通常，燃料注入器138同时带来用于燃烧的燃料和空气的混合物。燃料例如可以是天然气，而空气可以是从压缩机供应的压缩空气(压缩空气的流动在图4中由一些箭头指示)。如本领域的普通技术人员将领悟到的，燃料注入器138的下游是燃烧室180，燃烧发生在该燃烧室180中。燃烧室180通常由衬管146限定，该衬管146被封入流套筒144 内。在流套筒144和衬管146之间，形成环状空间。当流从衬管146向下游行进至涡轮区段(图4中未显示)时，过渡件148将流从衬管的圆形横截面传递至环形横截面。过渡件冲击套筒150 (下文中为“冲击套筒150”)可以将过渡件148封入，也在冲击套筒150和过渡件148之间形成环状空间。在过渡件148的下游端，过渡件后框152可以将工作流体的流引向定位于涡轮110的第一级中的翼型。将领悟到，流套筒144和冲击套筒150典型地具有穿过它们而形成的冲击孔(图4中未显示)，该冲击孔允许来自压缩机106的压缩空气的冲击流进入形成于流套筒144和衬管146之间以及冲击套筒150和过渡件148之间的空腔。穿过冲击孔的压缩空气流，对流地冷却衬管146和过渡件148的外表面。现在参照图6，提供了根据本发明的示例性实施例的用于监测材料缺陷的系统。关于燃烧系统的过渡件148内的用途而描述该示例性实施例。然而，如以下提供的，将领悟到，描述仅仅是示例性的，并且，本发明可以与其它导管一起使用，包括衬管146，燃烧气体或热气穿过该其它导管而流动。根据本发明，过渡件148的内表面可以由绝缘涂层161涂覆。在一些实施例中，绝缘涂层161可以包括热障涂层。特别地，氧化锆热障涂层可以用在某些优选环境中。然而，本发明并不限于这种类型的涂层。相对而言，可以使用提供电绝缘的任何涂层。即，可以使用作为过渡件148或燃烧导管的底层结构而适于用在涡轮环境中并证实为不太导电的任何涂层。将领悟到，绝缘涂层也可以具有小于在发动机运转期间流动并穿过过渡件148燃烧气体的电导率。在一些实施例中，绝缘涂层可以由陶瓷材料、腐蚀涂层或燃烧产物构成。如所显示的，第一电极163可以电连接至过渡件148。将领悟到，过渡件148可以是金属的，并具有高电导率。第二电极164可以定位成使得它电气地暴露至热气路径(未连接至过渡件148)。可以实现以上特征的一种方式是使第二电极164穿过过渡件148，但通过电绝缘材料或结构165而与过渡件148电绝缘，并且也具有暴露至热气路径的导电顶端166，如图6所示。这样，第二电极164可以至少部分地定位成使得它暴露至热气流路且靠近第一电极163。在不例性实施例中，第二电极164可以定位于第一电极163的下游和/ 或过渡件148的下游(或者向着下游端)。第二电极164可以由能够承受热气流路径的苛刻环境的材料构成。例如，第二电极164的导电顶端166可以由铜、银、猛、娃或者其它合适的材料制成。如图6所示，第一电极163和第二电极164可以连接至控制单元170。控制单元 170可以包括配置成施加横跨两个电极163、164的电压的电压源。电压源可以包括具有电力供应或电压供应的任何常规的系统或设备。控制单元170还可以包括安培计或类似的仪器，以确定或探测电流是否在两个电极163、164之间流动且/或测量在两个电极163、164 之间流动的电流的等级。在正常运转期间，将领悟到，当电流在两个电极163、164之间流动时，将没有或相对极少地具有由控制单元170探测到的电流。这是由于覆盖过渡件148的内侧表面的绝缘涂层161的电绝缘。即，绝缘涂层161可以将施加至过渡件148的电压与流路径的热气分离。然而，当裂纹产生于沿着过渡件148的内部的任何位置时，将领悟到，它可能破坏绝缘涂层161并最终导致缺陷173，如图6所示。更具体而言，裂纹可以最终导致热障涂层(或其它绝缘涂层)的破裂，使得过渡件148的更导电的表面的暴露的碎片或部分或区域在发动机运转期间暴露至流路径的热气。本领域的普通技术人员将领悟到，热气流路径的燃烧气体是相对导电的，并且，当过渡件148的表面暴露时，可能形成电路180。即，热气可以在过渡件148的暴露的表面(因为由过渡件148内的缺陷173导致的腐蚀或破裂而变得已经暴露)和第二电极164的导电顶端166之间导电。这样，控制单元170将探测到电流在两个电极163、164之间流动且电路180已经形成。在示例性实施例中，电路180的探测可能导致系统提供可能有缺陷173 且/或应当采取纠正措施的警告通知。在发出警告通知之前，通过使用不同的电压或者要求应当满足某些电流阈值，从而可以调整系统的灵敏度。在备选实施例中，在正常运转期间可能观察到电流在两个电极163、164之间流动，该电流在缺陷173发生时升高。这可能是由于某些类型的保护性绝缘涂层导电的(或者，至少比其它类型的涂层更导电)事实。因而，在这种情况下，将领悟到，在正常运转期间，将由两个电极163、164之间的控制单元170观察电流的等级。然而，当破坏绝缘涂层，导致涂层的破裂的裂纹产生，或者绝缘涂层的简单腐蚀导致过渡件148的更导电的表面的一部分变得暴露至热气流路径的燃烧气体时，将由控制单元170观察到在两个电极163、164 之间流动的电流的增加的等级。在该实施例中，电流增加的观察提供了针对缺陷138的警告信号。如前所述，穿过电路180的增加的电流的探测可能导致系统提供可能有缺陷173 且/或应当采取纠正措施的警告通知。在发出警告通知之前，通过使用不同的电压，或者要求应当满足某些电流阈值，或者在该实施例的情况下要求应当满足指示某一等级的电流变化的某些电流阈值，从而可以调整系统的灵敏度。在一些实施例中，通过利用导电材料对燃料进行掺杂或者将导电介质注入发动机的压缩机内的压缩空气的流路径中，从而可以增加流路径的热气的电导率。将领悟到，导电材料的注入可以增强在电极之间流动的电流的等级并增加探测系统的精确度。在一些实施例中，可以在测试循环期间周期性地进行导电掺杂材料的注入，在测试循环中执行针对缺陷(即，裂纹形成或涂层破裂)的测试。如所阐述的，该临时测量可以增加缺陷探测的精确度。另外，考虑施加的电压和先前的缺陷尺寸以及其它相关的状况(即，掺杂剂是否存在等)，通过利用流过所形成的电路180的电流的量级来校准系统，从而可以确定缺陷173的尺寸。例如，更高的电流等级将指示更大的缺陷尺寸。可以设定指示某些尺寸的缺陷的阈值电流等级。在没有沿着过渡件的内表面形成的裂纹的情况下，电绝缘涂层161的简单的腐蚀或破裂也可能导致缺陷173，该缺陷173将过渡件148的金属表面暴露至流路径的热气。即， 在不形成过渡件裂纹的情况下，热障涂层的破裂或腐蚀常常发生。不管情况如何，所引起的暴露的表面将导致电路180形成于两个电极163、164之间，并因而导致由控制单元170探测指示这一缺陷存在的电流。过渡件148内的绝缘涂层161的磨损或腐蚀可能导致破裂。 在这种情况下，通过提供缺陷173的警告，系统可以防止暴露的材料的破裂和/或后续的裂纹或更严重的缺陷的形成。将领悟到，如果没有纠正措施，那么，破裂可能对过渡件148的内表面引起增加的热应变且/或引起材料劣化，这在没有纠正措施的情况下可能导致灾难性的系统失效。测试已经确认了本发明的功能。例如，在一个测试中，两个电极以与上述描述一致的方式定位于燃烧器的过渡件内。电压源连接至电极，并横跨电极施加约5V的电压。设定了约I. 25微安的阈值电流(即，指示电流)。测试结果显示，考虑这些参数，可探测的破裂尺寸(B卩，暴露至热气的过渡件表面的面积)为约O. 5平方英寸。即，测试结果显示，导致暴露了过渡件的至少O. 5平方英寸的内表面的缺陷导致阈值电流或指示电流被超过。当然， 如本领域的普通技术人员将领悟到的，可以根据系统的特性和期望的灵敏度来调整参数。
本领域的普通技术人员将领悟到，上述申请是示例性的，并且探测引导燃烧气体穿过的其它导管中的缺陷的这些相同的方法是示例性的。例如，与以上关于过渡件148描述的方法相同的方法可以以类似的方式应用至燃烧系统的衬管146，或者就此而言应用在其它类似的导管中。这样，当在所附的权利要求中提及“燃烧导管”时，将领悟到，这包括过渡件148和衬管146这两者。同样，如所阐述的，这一提及可以包括燃烧气体所流动穿过的任何其它的类似的导管。将领悟到，通过在发动机运转时监测裂纹形成和涂层破裂，可以减少定期的目视检查的需要，这也可以减少发动机停机时间。如将领悟到的,典型地不检查过渡件148和衬管146，直至燃烧系统在数千小时的运转之后经历诊断检验。发动机运转时针对裂纹形成和破裂的监测可以探测重大缺陷的形成，否则该重大缺陷将被忽视，直至进行该检查。根据缺陷的严重性，如果发动机继续运转而不采取纠正措施，特别是如果失效释放出对下游构件造成损坏的过渡件或衬管或者其它的这种导管的碎片，则可能发生重大的损坏。如果可以获得本发明的实时监测能力，则可以避免这一现象。如本领域的普通技术人员将领悟到的，可以进一步选择性地应用以上关于一些示例性实施例而描述的很多不同的特征和配置，以形成本发明的其它可能的实施例。为了简明并考虑到本领域的普通技术人员的能力，并未详细地提供或讨论所有可能的反复，虽然由一些权利要求或以其它方式包含的所有组合和可能的实施例意图为目前申请的一部分。 另外，根据本发明的一些示例性实施例的上述描述，本领域的技术人员将发觉改进、变化以及修改。本领域的技能内的这种改进、变化及修改也意图被所附的权利要求覆盖。此外，应当是显而易见的是，前文仅涉及本发明的所描述的实施例，并且，在不脱离如由所附的权利要求及其等同限定的本申请的要旨和范围的情况下，可以做出大量的改变和修改。
权利要求
1.一种系统，用于在燃气涡轮发动机运转时探测所述燃气涡轮发动机的燃烧系统的燃烧导管中的缺陷，其中，所述燃烧导管包括内表面，在运转期间，所述内表面暴露至热气流路径的燃烧气体，所述系统包括绝缘涂层，设置在所述燃烧导管的所述内表面上；第一电极，电连接至所述燃烧导管；第二电极，位于所述热气流路径内；用于引入横跨所述第一电极和所述第二电极的电压的装置；以及用于探测在所述第一电极和所述第二电极之间流动的电流的装置。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述第二电极延伸穿过所述燃烧导管并包括绝缘结构，所述绝缘结构使所述第二电极不被电连接至所述燃烧导管；其中，所述第二电极在远端包括导电顶端，所述导电顶端穿过所述燃烧导管而突入所述热气流路径中；其中，所述第二电极包括处于所述燃烧导管的至少大部分的下游的位置，所述第一电极电连接至所述燃烧导管；其中，所述绝缘涂层包括热障涂层；并且其中，所述燃烧导管包括过渡件和衬管之中的一者。
3.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述第二电极包括靠近所述燃烧导管的下游端的位置，所述第一电极电连接至所述燃烧导管；其中，在运转期间，所述第二电极电连接至在所述燃气涡轮发动机的运转期间流动穿过所述燃烧导管的所述燃烧气体；并且其中，所述绝缘涂层包括热障涂层。
4.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，还包括控制单元；其中，所述控制单元包括电压源，所述电压源配置成施加横跨所述第一电极和所述第二电极的预定等级的电压；并且其中，所述控制单元包括安培计，所述安培计配置成探测在所述第一电极和所述第二电极之间流动的电流。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制单元包括安培计，所述安培计配置成探测在所述第一电极和所述第二电极之间流动的电流的等级；并且其中，所述控制单元配置成确定所述第一电极和所述第二电极之间的已探测的电流等级是否超过阈值电流等级。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极以及所述控制单元配置成使得当所述绝缘涂层包括所述燃烧导管的所述内表面之上的期望等级的覆盖物时，横跨所述第一电极和所述第二电极而施加的预定的电压等级不能引起所述第一电极和所述第二电极之间的所述已探测的电流等级超过所述阈值电流等级。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极以及所述控制单元配置成使得在第一运转状况期间，所述第一电极和所述第二电极之间的所述已探测的电流等级不超过所述阈值电流等级；并且在第二运转状况期间，所述第一电极和所述第二电极之间的所述已探测的电流等级超过所述阈值电流等级；其中，所述第二运转状况包括在所述绝缘涂层中存在着缺陷的运转状况。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述缺陷包括所述燃烧导管的所述内表面上的预定尺寸的暴露区域，所述暴露区域包括基本上不再被所述绝缘涂层覆盖的区域； 并且其中，所述暴露区域的所述预定尺寸对应于所述预定的电压等级引起所述已探测的电流等级超过所述阈值电流等级的暴露的区域。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述缺陷包括所述绝缘涂层的破裂和所述燃烧导管的所述内表面内的裂纹形成之中的一者。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一运转状况包括所述燃烧导管的所述内表面的期望部分被所述绝缘涂层覆盖的运转状况；并且其中，所述控制单元配置成当所述第二运转状况发生时发出警告通知。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述绝缘涂层包括比所述燃烧导管的电导率更小的电导率；所述绝缘涂层包括比在所述燃气涡轮发动机的运转期间流动穿过所述燃烧导管的所述燃烧气体的近似电导率更小的电导率；并且所述期望部分基本上包括所述燃烧导管的所述内表面的全部。
12.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，在运转期间，所述燃气涡轮发动机的所述热气流路径包括导电掺杂剂；其中，所述导电掺杂剂以预定的测试间隔注入所述热气流路径中；并且其中，所述导电掺杂剂在处于所述燃烧导管的上游的位置注入所述热气流路径中。
13.一种方法，用于在燃气涡轮发动机运转时探测所述燃气涡轮发动机的燃烧系统的燃烧导管中的缺陷，其中，所述燃烧导管包括内表面，在运转期间，所述内表面暴露至热气流路径的燃烧气体，所述方法包括以下步骤提供第一电极，所述第一电极电连接至所述燃烧导管；提供第二电极，所述第二电极位于所述热气流路径内，并位于所述燃烧导管内或靠近所述燃烧导管；施加横跨所述第一电极和所述第二电极的电压；以及探测在所述第一电极和所述第二电极之间流动的电流。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，其中，所述第二电极在远端包括导电顶端，所述导电顶端穿过所述燃烧导管而突入所述热气流路径中；其中，所述第二电极包括靠近所述燃烧导管的下游端的位置，所述第一电极电连接至所述燃烧导管；其中，所述绝缘涂层包括热障涂层；并且其中，所述燃烧导管包括过渡件和衬管之中的一者。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括利用绝缘涂层涂覆所述燃烧导管的所述内表面的步骤，其中所述绝缘涂层包括比所述燃烧导管的电导率更小的电导率；并且所述绝缘涂层包括比在所述燃气涡轮发动机的运转期间流动穿过所述燃烧导管的所述燃烧气体的近似电导率更小的电导率。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤探测在所述第一电极和所述第二电极之间流动的电流的等级；以及确定已探测的电流等级是否超过阈值电流等级。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述阈值电流等级对应于一个阈值，在该阈值之上，所述已探测的电流等级包括由所述绝缘涂层中的缺陷导致的高可能性。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述缺陷包括所述燃烧导管的所述内表面上的预定尺寸的暴露区域，所述暴露区域包括基本上不再被所述绝缘涂层覆盖的区域；并且其中，所述暴露区域的所述预定尺寸对应于所述预定的电压等级引起所述已探测的电流等级超过所述阈值电流等级的尺寸。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，不超过所述阈值电流等级的所述已探测的电流等级对应于当所述燃烧导管的所述内表面的期望部分保持被所述绝缘涂层覆盖时发生的电流等级；还包括当所述已探测的电流等级超过所述阈值电流等级时发出警告通知的步骤。
20.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤在处于所述燃烧导管的上游的位置将导电掺杂剂注入所述热气流路径中。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述导电掺杂剂配置成增加在所述燃气涡轮发动机的运转期间流动穿过所述热气流路径的所述燃烧气体的电导率。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，周期性地注入所述导电掺杂剂，注入的周期对应于期望的测试日程。
全文摘要
本发明涉及用于探测燃气涡轮发动机的燃烧器中的材料缺陷的方法、系统及装置。具体而言，提供了一种用于在燃气涡轮发动机运转时探测涡轮发动机的燃烧系统中的燃烧导管中的缺陷的方法，其中，燃烧导管包括内表面，在运转期间，内表面暴露至热气流路径，该方法包括以下步骤提供电连接至燃烧导管的第一电极；提供位于热气流路径内的第二电极；施加横跨第一电极和第二电极电压；以及探测在第一电极和第二电极之间流动的电流。
文档编号G01N27/00GK102608163SQ20121002033
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月10日 优先权日2011年1月10日
发明者A·W·克鲁尔, D·高什, G·O·克雷默, S·杜加, T·B·辛德 申请人:通用电气公司
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