专利名称：用于监控仪器高周疲劳寿命的硬焊接头应变移动检测方法
技术领域：
本发明涉及涡轮机仪器，并且尤其地涉及用于超过预定阈值水平的在仪器中的应力/应变的早期检测的技术。
背景技术：
用于监控涡轮机的严苛环境中的操作状态的尖端仪器是复杂且昂贵的。这种仪器的未检测到的疲劳失效可不仅仅涉及用于仪器的维修和/或替换的成本高的停机，而且它还能导致对机器自身的损害。例如，进口耙(rake)用于监控进入涡轮进口并且流过耙的空气的温度、压力、速度和/或其它参数。它们典型地以悬臂方式安装到进口侧壁，其中传感器梁或管道延伸进流动路径。流动路径内的状态可导致可激励梁的自然或共振频率的振动，从而导致梁的灾难性的失效，其可然后导致对下游涡轮叶片或其它流动路径构件的严重损害。因此，存在对设计如下方法的需要，即监控和检测超过预定应力/应变水平的在构件(在示范实施例中的涡轮进口耙)中的应力/应变水平，从而为使用者或作业者提供构件在危险中的清楚指示或早期警告，该预定应力/应变水平低于构件将在其处疲劳失效的应力/应变水平。

发明内容
根据第一示范而非限定的实施例，提供确定构件何时超过低于构件的疲劳失效水平的预定应力水平的方法，包括在目标构件的高应力区域中提供硬焊接头，硬焊接头设计成容纳直至预定阈值水平的应力/应变；测量在硬焊接头处的应变；观察指示出失效硬焊接头的应变中的移动；并且使用在步骤(b)和步骤(C)中获得的信息来对目标构件进行维修、替换或者设定剩余使用寿命。在另一示范而非限定的方面，提供确定在结构接头处从壳体壁悬臂并且经受振动应力的仪器梁何时超过低于仪器梁的疲劳失效水平的预定应力水平的方法，包括在接近壳体壁但在结构接头的前方的仪器梁的高应力区域中提供硬焊接头，硬焊接头设计成容纳直至预定阈值水平的应力/应变；测量在硬焊接头处的应变；观察指示出失效硬焊接头的应变中的移动；并且使用在步骤(b)和步骤(C)中获得的信息来对仪器梁进行维修、替换或设定剩余使用寿命。在又一示范而非限制的方面，提供用于涡轮的进口耙，其包括配备多个传感器的中空梁和适合于固连中空梁到涡轮进口导管的凸缘主体；在所述中空梁与接近涡轮进口导管的凸缘主体的一个端部之间的焊接接头；和在所述焊接接头的前方、在中空梁与凸缘主体的相对端部之间的硬焊接头。本发明现在将关于下文确定的附图更详细地描述。


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具体实施例方式在图I到图6中所示的示范而非限制的实施例中，示出典型地用于监控进入例如涡轮进口的空气的各种流动特性的类型的进口耙10。进口耙形成为大体圆化矩形截面形状 (图4所示)的细长、锥形的中空主体或梁12，其配备多个传感器14，其用于测量进入涡轮进口并且流过耙的空气的空气压力、温度、速度和/或其它流动参数。进口耙10安装到在包括柱形部分18和径向凸缘部分20的凸缘主体16处的导管或壳体壁(在图I中24处指示)。大体在22处指示的管道和/或传感器引线固定到凸缘部分20的后侧，凸缘部分20 在安装后位于导管或壳体壁的另一侧，在流动路径的外部。在利用中，中空主体或梁12基本上从壳体壁悬臂并且突出进空气进口流动路径， 并且因而经受高振动应力，其中峰值应力出现在凸缘部分20，其中凸缘部分20栓接到壳体壁，并且其中中空主体或梁12焊接到凸缘部分(在图3和图4中在W处指示)。如果中空梁12的自然频率被激励到共振，那么进口耙10可在焊接接头失效并且分离的梁12还可导致对涡轮进口的下游的流动路径构件的损害。在示范而非限制的实施例中，该发明提供用于检测超过仍然在进口耙的Goodman 极限以下的预定阈值应力水平的在进口耙10中的应力/应变水平的技术或方法。Goodman 极限是材料属性，并且指的是特定材料在高周疲劳失效出现之前能承受I百万个周期的交变应变的水平。为了执行本文中所述的技术，硬焊接头设置在高应力的区域的26(参见图I到图
3、图5和图6)处，对特定材料限制定尺寸。在示范实施例中，硬焊接头在主结构接头的后部、中空梁12与凸缘主体16的接合处添加，在主结构接头处梁12焊接到凸缘部分20，凸缘部分20又通过螺栓或其它装置接合到壳体或导管壁24。由于耙的长度确定它的自然频率， 所以硬焊接头26有效地、尽管人工地在建立耙的自然频率方面设置用于耙的新长度。在示范实施例中，如从图3中最佳理解地，硬焊接头26设置在凸缘部分20的最近边缘的前面大约2.6英寸处。然而将明白，精确距离不是决定性的并且可变化。重要地是，硬焊接头26 比焊接接头更靠近梁12的自由边缘设置。为了监控在硬焊接头的应变，如图5和图6中最佳可见地，应变计28、30沿硬焊接头26以在其间的大约90°的间隔设置。硬焊接头26定尺寸以处理直至期望的预定应力水平，优选地在对特定硬焊材料的Goodman极限以下。在高于预期应力/应变水平的应力/应变水平被硬焊接头经历的情形下，硬焊接头开始失效，从而导致能被视觉上注意到的小裂纹。此外，由裂纹产生的应变中的移动可被监控和绘制。例如，图7示出应变曲线，其中微应变中的应变对以秒的时间绘制。该图表示处于与执行的硬焊接头的共振频率的梁。曲线示出在大约6千秒到7千秒处应变中的相当大的下移，指示硬焊接头已经破裂，梁已经退出共振，并且预定阈值应力/应变水平已经被超过。硬焊接头26的失效重置梁12的长度并且因而重置梁12的自然频率。通过将梁 12(和耙10)带出共振并且通过重置自然频率，耙返回至少暂时的安全状态。耙将然后被检查并且基于阈值应力/应变水平被设置的情况而维修或替换。在梁的Goodman材料极限被达到之前注意剩余周期，也可能允许耙保持使用。从而，硬焊接头的早期失效使得作业者能够对构件进行替换、维修或设定剩余使用寿命。换言之，所公开的检测方法允许作业者以安全并且可靠的方式监控进口耙的“健康”，从而以“熔线”的方式使用硬焊接头。然而应当注意，一旦硬焊接头已经失效，如果经历高于预期应变的应变，那么耙经受共振频率失效。虽然本发明关于涡轮进口耙描述，但是将理解存在对所述应力/应变检测方法的许多其它应用，包括经受剧烈振动的其它仪器构件，或甚至涡轮构件。虽然本发明关于目前认为是最实用并且优选的实施例描述，但是应当明白本发明不受限于公开的实施例，而是正相反，本发明意图覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的修改和等效配置。
权利要求
1.一种确定构件(10)何时超过低于所述构件的疲劳失效水平的预定应力水平的方法，包括(a)在目标构件(10)的高应力区域中提供硬焊接头(26)，所述硬焊接头设计成容纳直至预定阈值水平的应力/应变；(b)测量在所述硬焊接头处的应变；(C)观察指示出失效硬焊接头的应变中的移动；并且(d)使用在步骤(b)和步骤(C)中获得的信息来对所述目标构件进行维修、替换或者设定剩余使用寿命。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述目标构件(10)在经受失效的结构接头处从支撑壁(24)悬臂，并且其中，在步骤(a)中，所述硬焊接头(10)设置在所述结构接头的前方。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(b)在所述硬焊接头处利用应变计 (28，30)执行。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述构件(10)是用于涡轮的进口耙。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述进口耙(10)包括在所述结构接头 (W)处接合到凸缘主体(16)的细长中空梁(12)，并且其中，步骤(a)通过在所述结构接头的前方、在所述中空梁与所述凸缘主体之间的交界面处提供所述硬焊接头(26)而执行。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第一应变计(28)和第二应变计(30)设置在所述硬焊接头(26)处，彼此间隔大约90°。
7.一种确定在结构接头(W)处从壳体壁(24)悬臂并且经受振动应力的仪器梁(12)何时超过低于所述仪器梁的疲劳失效水平的预定应力水平的方法，包括(a)在接近所述壳体壁但在所述结构接头的前方的所述仪器梁的高应力区域中提供硬焊接头(26)，所述硬焊接头设计成容纳直至预定阈值水平的应力/应变；(b)测量在所述硬焊接头处的应变；(C)观察指示出失效硬焊接头的应变中的移动；并且(d)使用在步骤(b)和步骤(C)中获得的信息来对所述仪器梁进行维修、替换或设定剩余使用寿命。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述仪器梁(12)包括设置在涡轮进口流动路径中的进口耙(10)，所述进口耙安装多个传感器(14)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(b)在所述硬焊接头(26)处利用应变计(28，30)执行。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，第一应变计(26)和第二应变计(28)设置在所述硬焊接头(26)处，彼此间隔大约90°。
11.一种用于涡轮的进口耙(10)，包括配备多个传感器的中空梁和适合于固连所述中空梁到涡轮进口导管(24)的凸缘主体(16);在所述中空梁与接近所述涡轮进口导管的所述凸缘主体的一个端部之间的焊接接头(W);和在所述焊接接头的前方、在所述中空梁与所述凸缘主体的相对端部之间的硬焊接头 (26)。
12.根据权利要求11所述的进口耙，其特征在于，所述硬焊接头(26)设置成在低于用于形成所述硬焊接头的硬焊材料的Goodman极限的应力水平处失效。
13.根据权利要求11所述的进口耙，其特征在于，所述凸缘主体包括大体柱形部分 (18)和径向凸缘部分(20)，所述焊接接头(W)设置在所述径向凸缘部分，并且所述硬焊接头设置在所述大体柱形部分。
14.根据权利要求13所述的进口耙，其特征在于，所述中空梁(12)具有圆化矩形截面， 其在所述凸缘主体(16)中的类似形状孔中接收。
全文摘要
本发明涉及用于监控仪器高周疲劳寿命的硬焊接头应变移动检测方法。一种确定构件何时超过低于构件的疲劳失效水平的预定应力水平的方法，包括在目标构件的高应力区域中提供硬焊接头，该硬焊接头设计成容纳直至预定阈值水平的应力/应变；测量在硬焊接头处的应变；观察指示出失效硬焊接头的应变中的移动；使用获得的信息来对目标构件进行维修、替换或者设定剩余使用寿命。
文档编号G01N3/06GK102607945SQ20121001296
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月4日 优先权日2011年1月4日
发明者Z·J·施奈德 申请人:通用电气公司