專利名稱：用于監(jiān)控儀器高周疲勞壽命的硬焊接頭應(yīng)變移動(dòng)檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪機(jī)儀器，并且尤其地涉及用于超過預(yù)定閾值水平的在儀器中的應(yīng)力/應(yīng)變的早期檢測(cè)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
用于監(jiān)控渦輪機(jī)的嚴(yán)苛環(huán)境中的操作狀態(tài)的尖端儀器是復(fù)雜且昂貴的。這種儀器的未檢測(cè)到的疲勞失效可不僅僅涉及用于儀器的維修和/或替換的成本高的停機(jī)，而且它還能導(dǎo)致對(duì)機(jī)器自身的損害。例如，進(jìn)口耙(rake)用于監(jiān)控進(jìn)入渦輪進(jìn)口并且流過耙的空氣的溫度、壓力、速度和/或其它參數(shù)。它們典型地以懸臂方式安裝到進(jìn)口側(cè)壁，其中傳感器梁或管道延伸進(jìn)流動(dòng)路徑。流動(dòng)路徑內(nèi)的狀態(tài)可導(dǎo)致可激勵(lì)梁的自然或共振頻率的振動(dòng)，從而導(dǎo)致梁的災(zāi)難性的失效，其可然后導(dǎo)致對(duì)下游渦輪葉片或其它流動(dòng)路徑構(gòu)件的嚴(yán)重?fù)p害。因此，存在對(duì)設(shè)計(jì)如下方法的需要，即監(jiān)控和檢測(cè)超過預(yù)定應(yīng)力/應(yīng)變水平的在構(gòu)件(在示范實(shí)施例中的渦輪進(jìn)口耙)中的應(yīng)力/應(yīng)變水平，從而為使用者或作業(yè)者提供構(gòu)件在危險(xiǎn)中的清楚指示或早期警告，該預(yù)定應(yīng)力/應(yīng)變水平低于構(gòu)件將在其處疲勞失效的應(yīng)力/應(yīng)變水平。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一示范而非限定的實(shí)施例，提供確定構(gòu)件何時(shí)超過低于構(gòu)件的疲勞失效水平的預(yù)定應(yīng)力水平的方法，包括在目標(biāo)構(gòu)件的高應(yīng)力區(qū)域中提供硬焊接頭，硬焊接頭設(shè)計(jì)成容納直至預(yù)定閾值水平的應(yīng)力/應(yīng)變；測(cè)量在硬焊接頭處的應(yīng)變；觀察指示出失效硬焊接頭的應(yīng)變中的移動(dòng)；并且使用在步驟(b)和步驟(C)中獲得的信息來對(duì)目標(biāo)構(gòu)件進(jìn)行維修、替換或者設(shè)定剩余使用壽命。在另一示范而非限定的方面，提供確定在結(jié)構(gòu)接頭處從殼體壁懸臂并且經(jīng)受振動(dòng)應(yīng)力的儀器梁何時(shí)超過低于儀器梁的疲勞失效水平的預(yù)定應(yīng)力水平的方法，包括在接近殼體壁但在結(jié)構(gòu)接頭的前方的儀器梁的高應(yīng)力區(qū)域中提供硬焊接頭，硬焊接頭設(shè)計(jì)成容納直至預(yù)定閾值水平的應(yīng)力/應(yīng)變；測(cè)量在硬焊接頭處的應(yīng)變；觀察指示出失效硬焊接頭的應(yīng)變中的移動(dòng)；并且使用在步驟(b)和步驟(C)中獲得的信息來對(duì)儀器梁進(jìn)行維修、替換或設(shè)定剩余使用壽命。在又一示范而非限制的方面，提供用于渦輪的進(jìn)口耙，其包括配備多個(gè)傳感器的中空梁和適合于固連中空梁到渦輪進(jìn)口導(dǎo)管的凸緣主體；在所述中空梁與接近渦輪進(jìn)口導(dǎo)管的凸緣主體的一個(gè)端部之間的焊接接頭；和在所述焊接接頭的前方、在中空梁與凸緣主體的相對(duì)端部之間的硬焊接頭。本發(fā)明現(xiàn)在將關(guān)于下文確定的附圖更詳細(xì)地描述。


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具體實(shí)施例方式在圖I到圖6中所示的示范而非限制的實(shí)施例中，示出典型地用于監(jiān)控進(jìn)入例如渦輪進(jìn)口的空氣的各種流動(dòng)特性的類型的進(jìn)口耙10。進(jìn)口耙形成為大體圓化矩形截面形狀 (圖4所示)的細(xì)長(zhǎng)、錐形的中空主體或梁12，其配備多個(gè)傳感器14，其用于測(cè)量進(jìn)入渦輪進(jìn)口并且流過耙的空氣的空氣壓力、溫度、速度和/或其它流動(dòng)參數(shù)。進(jìn)口耙10安裝到在包括柱形部分18和徑向凸緣部分20的凸緣主體16處的導(dǎo)管或殼體壁(在圖I中24處指示)。大體在22處指示的管道和/或傳感器引線固定到凸緣部分20的后側(cè)，凸緣部分20 在安裝后位于導(dǎo)管或殼體壁的另一側(cè)，在流動(dòng)路徑的外部。在利用中，中空主體或梁12基本上從殼體壁懸臂并且突出進(jìn)空氣進(jìn)口流動(dòng)路徑， 并且因而經(jīng)受高振動(dòng)應(yīng)力，其中峰值應(yīng)力出現(xiàn)在凸緣部分20，其中凸緣部分20栓接到殼體壁，并且其中中空主體或梁12焊接到凸緣部分(在圖3和圖4中在W處指示)。如果中空梁12的自然頻率被激勵(lì)到共振，那么進(jìn)口耙10可在焊接接頭失效并且分離的梁12還可導(dǎo)致對(duì)渦輪進(jìn)口的下游的流動(dòng)路徑構(gòu)件的損害。在示范而非限制的實(shí)施例中，該發(fā)明提供用于檢測(cè)超過仍然在進(jìn)口耙的Goodman 極限以下的預(yù)定閾值應(yīng)力水平的在進(jìn)口耙10中的應(yīng)力/應(yīng)變水平的技術(shù)或方法。Goodman 極限是材料屬性，并且指的是特定材料在高周疲勞失效出現(xiàn)之前能承受I百萬個(gè)周期的交變應(yīng)變的水平。為了執(zhí)行本文中所述的技術(shù)，硬焊接頭設(shè)置在高應(yīng)力的區(qū)域的26(參見圖I到圖
3、圖5和圖6)處，對(duì)特定材料限制定尺寸。在示范實(shí)施例中，硬焊接頭在主結(jié)構(gòu)接頭的后部、中空梁12與凸緣主體16的接合處添加，在主結(jié)構(gòu)接頭處梁12焊接到凸緣部分20，凸緣部分20又通過螺栓或其它裝置接合到殼體或?qū)Ч鼙?4。由于耙的長(zhǎng)度確定它的自然頻率， 所以硬焊接頭26有效地、盡管人工地在建立耙的自然頻率方面設(shè)置用于耙的新長(zhǎng)度。在示范實(shí)施例中，如從圖3中最佳理解地，硬焊接頭26設(shè)置在凸緣部分20的最近邊緣的前面大約2.6英寸處。然而將明白，精確距離不是決定性的并且可變化。重要地是，硬焊接頭26 比焊接接頭更靠近梁12的自由邊緣設(shè)置。為了監(jiān)控在硬焊接頭的應(yīng)變，如圖5和圖6中最佳可見地，應(yīng)變計(jì)28、30沿硬焊接頭26以在其間的大約90°的間隔設(shè)置。硬焊接頭26定尺寸以處理直至期望的預(yù)定應(yīng)力水平，優(yōu)選地在對(duì)特定硬焊材料的Goodman極限以下。在高于預(yù)期應(yīng)力/應(yīng)變水平的應(yīng)力/應(yīng)變水平被硬焊接頭經(jīng)歷的情形下，硬焊接頭開始失效，從而導(dǎo)致能被視覺上注意到的小裂紋。此外，由裂紋產(chǎn)生的應(yīng)變中的移動(dòng)可被監(jiān)控和繪制。例如，圖7示出應(yīng)變曲線，其中微應(yīng)變中的應(yīng)變對(duì)以秒的時(shí)間繪制。該圖表示處于與執(zhí)行的硬焊接頭的共振頻率的梁。曲線示出在大約6千秒到7千秒處應(yīng)變中的相當(dāng)大的下移，指示硬焊接頭已經(jīng)破裂，梁已經(jīng)退出共振，并且預(yù)定閾值應(yīng)力/應(yīng)變水平已經(jīng)被超過。硬焊接頭26的失效重置梁12的長(zhǎng)度并且因而重置梁12的自然頻率。通過將梁 12(和耙10)帶出共振并且通過重置自然頻率，耙返回至少暫時(shí)的安全狀態(tài)。耙將然后被檢查并且基于閾值應(yīng)力/應(yīng)變水平被設(shè)置的情況而維修或替換。在梁的Goodman材料極限被達(dá)到之前注意剩余周期，也可能允許耙保持使用。從而，硬焊接頭的早期失效使得作業(yè)者能夠?qū)?gòu)件進(jìn)行替換、維修或設(shè)定剩余使用壽命。換言之，所公開的檢測(cè)方法允許作業(yè)者以安全并且可靠的方式監(jiān)控進(jìn)口耙的“健康”，從而以“熔線”的方式使用硬焊接頭。然而應(yīng)當(dāng)注意，一旦硬焊接頭已經(jīng)失效，如果經(jīng)歷高于預(yù)期應(yīng)變的應(yīng)變，那么耙經(jīng)受共振頻率失效。雖然本發(fā)明關(guān)于渦輪進(jìn)口耙描述，但是將理解存在對(duì)所述應(yīng)力/應(yīng)變檢測(cè)方法的許多其它應(yīng)用，包括經(jīng)受劇烈振動(dòng)的其它儀器構(gòu)件，或甚至渦輪構(gòu)件。雖然本發(fā)明關(guān)于目前認(rèn)為是最實(shí)用并且優(yōu)選的實(shí)施例描述，但是應(yīng)當(dāng)明白本發(fā)明不受限于公開的實(shí)施例，而是正相反，本發(fā)明意圖覆蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的修改和等效配置。
權(quán)利要求
1.一種確定構(gòu)件(10)何時(shí)超過低于所述構(gòu)件的疲勞失效水平的預(yù)定應(yīng)力水平的方法，包括(a)在目標(biāo)構(gòu)件(10)的高應(yīng)力區(qū)域中提供硬焊接頭(26)，所述硬焊接頭設(shè)計(jì)成容納直至預(yù)定閾值水平的應(yīng)力/應(yīng)變；(b)測(cè)量在所述硬焊接頭處的應(yīng)變；(C)觀察指示出失效硬焊接頭的應(yīng)變中的移動(dòng)；并且(d)使用在步驟(b)和步驟(C)中獲得的信息來對(duì)所述目標(biāo)構(gòu)件進(jìn)行維修、替換或者設(shè)定剩余使用壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)構(gòu)件(10)在經(jīng)受失效的結(jié)構(gòu)接頭處從支撐壁(24)懸臂，并且其中，在步驟(a)中，所述硬焊接頭(10)設(shè)置在所述結(jié)構(gòu)接頭的前方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(b)在所述硬焊接頭處利用應(yīng)變計(jì) (28，30)執(zhí)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述構(gòu)件(10)是用于渦輪的進(jìn)口耙。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述進(jìn)口耙(10)包括在所述結(jié)構(gòu)接頭 (W)處接合到凸緣主體(16)的細(xì)長(zhǎng)中空梁(12)，并且其中，步驟(a)通過在所述結(jié)構(gòu)接頭的前方、在所述中空梁與所述凸緣主體之間的交界面處提供所述硬焊接頭(26)而執(zhí)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，第一應(yīng)變計(jì)(28)和第二應(yīng)變計(jì)(30)設(shè)置在所述硬焊接頭(26)處，彼此間隔大約90°。
7.一種確定在結(jié)構(gòu)接頭(W)處從殼體壁(24)懸臂并且經(jīng)受振動(dòng)應(yīng)力的儀器梁(12)何時(shí)超過低于所述儀器梁的疲勞失效水平的預(yù)定應(yīng)力水平的方法，包括(a)在接近所述殼體壁但在所述結(jié)構(gòu)接頭的前方的所述儀器梁的高應(yīng)力區(qū)域中提供硬焊接頭(26)，所述硬焊接頭設(shè)計(jì)成容納直至預(yù)定閾值水平的應(yīng)力/應(yīng)變；(b)測(cè)量在所述硬焊接頭處的應(yīng)變；(C)觀察指示出失效硬焊接頭的應(yīng)變中的移動(dòng)；并且(d)使用在步驟(b)和步驟(C)中獲得的信息來對(duì)所述儀器梁進(jìn)行維修、替換或設(shè)定剩余使用壽命。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述儀器梁(12)包括設(shè)置在渦輪進(jìn)口流動(dòng)路徑中的進(jìn)口耙(10)，所述進(jìn)口耙安裝多個(gè)傳感器(14)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟(b)在所述硬焊接頭(26)處利用應(yīng)變計(jì)(28，30)執(zhí)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，第一應(yīng)變計(jì)(26)和第二應(yīng)變計(jì)(28)設(shè)置在所述硬焊接頭(26)處，彼此間隔大約90°。
11.一種用于渦輪的進(jìn)口耙(10)，包括配備多個(gè)傳感器的中空梁和適合于固連所述中空梁到渦輪進(jìn)口導(dǎo)管(24)的凸緣主體(16);在所述中空梁與接近所述渦輪進(jìn)口導(dǎo)管的所述凸緣主體的一個(gè)端部之間的焊接接頭(W);和在所述焊接接頭的前方、在所述中空梁與所述凸緣主體的相對(duì)端部之間的硬焊接頭 (26)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的進(jìn)口耙，其特征在于，所述硬焊接頭(26)設(shè)置成在低于用于形成所述硬焊接頭的硬焊材料的Goodman極限的應(yīng)力水平處失效。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的進(jìn)口耙，其特征在于，所述凸緣主體包括大體柱形部分 (18)和徑向凸緣部分(20)，所述焊接接頭(W)設(shè)置在所述徑向凸緣部分，并且所述硬焊接頭設(shè)置在所述大體柱形部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的進(jìn)口耙，其特征在于，所述中空梁(12)具有圓化矩形截面， 其在所述凸緣主體(16)中的類似形狀孔中接收。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于監(jiān)控儀器高周疲勞壽命的硬焊接頭應(yīng)變移動(dòng)檢測(cè)方法。一種確定構(gòu)件何時(shí)超過低于構(gòu)件的疲勞失效水平的預(yù)定應(yīng)力水平的方法，包括在目標(biāo)構(gòu)件的高應(yīng)力區(qū)域中提供硬焊接頭，該硬焊接頭設(shè)計(jì)成容納直至預(yù)定閾值水平的應(yīng)力/應(yīng)變；測(cè)量在硬焊接頭處的應(yīng)變；觀察指示出失效硬焊接頭的應(yīng)變中的移動(dòng)；使用獲得的信息來對(duì)目標(biāo)構(gòu)件進(jìn)行維修、替換或者設(shè)定剩余使用壽命。
文檔編號(hào)G01N3/06GK102607945SQ20121001296
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月4日
發(fā)明者Z·J·施奈德 申請(qǐng)人:通用電氣公司