[發明專利]用于燃氣輪機的柔性成像光纖束監測系統

有效

• 申請號: 201080041199.2
• 申請日: 2010-07-30
• 公開（公告）號: CN102576148A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 保爾·J·宗博;維奈·約恩納拉加達;埃萬·巴萊納
• 申請（專利權）人: 西門子能源有限公司
• 主分類號: G02B23/24
• 分類號: G02B23/24;G02B23/26;B23Q17/24;G02B6/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 杜誠;李春暉

技術領域

本發明涉及一種用于監測渦輪發動機部件的裝置，并且更具體地涉及一種用于在燃氣渦輪發動機的運行期間對熱燃氣路徑中的渦輪機葉片上的位置進行成像的裝置。

背景技術

諸如燃氣渦輪發動機的內部部件之類的難以接近或者受限制的區域通常需要例行檢查，以在部件的故障之前通過識別潛在的問題、即部件中的缺陷來檢驗內部發動機部件的完整性并保持發動機的安全運行，或者識別存在的問題的來源。例如，可以比如在燃氣渦輪發動機的例行停機維護期間利用管道鏡通過目視檢查來識別問題。

可以在發動機運行期間對渦輪發動機進行額外的監測，以進一步識別設置在發動機的熱燃氣路徑中的部件的狀態。雖然各種結構和材料可以合并到用于在部件相對冷的渦輪發動機停機期間檢查內部渦輪機部件的管道鏡中，但在渦輪機的運行期間目視監測渦輪機部件對監測設備設置了額外的限制。在已知的高溫監測系統中，可以使用觀看管來支承光學部件、即一系列透鏡，以將從熱燃氣路徑中的位置獲得的圖像傳送到在發動機的外部的位置，以及將光學部件與熱燃氣的熱量隔絕。另外，可能需要冷卻空氣流，比如可以通過管道從渦輪發動機外部的冷卻空氣源提供，以將冷卻流體的加壓流引入到監測系統中。

另外，可用于現有監測系統(比如那些用于在發動機的運行期間連續監測渦輪發動機部件的監測系統)的可利用的監測位置基本上包括那些提供從渦輪發動機的外殼壁到內部的預定訪問路徑的監測位置，比如通常直通的訪問路徑。因此，用連續監測系統來監測渦輪發動機中的部件通常局限于那些在發動機的外殼壁與內部之間呈現基本上不受阻礙的訪問的位置。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種用于對燃氣渦輪發動機中的部件進行成像的成像系統。該成像系統包括柔性成像束，該柔性成像束包括用于對發動機的熱燃氣路徑中的部件進行成像的成像端、以及在離開熱燃氣路徑的位置處提供部件的圖像的觀看端。成像端包括多個限定成像平面的接收器部位，用于接收部件的圖像。柔性成像束限定由多個高溫光學元件限定的多個單獨的光路，每個光路與接收器部位相對應。觀看端包括多個發射部位，每個發射部位與接收器部位相對應，其中，形成觀看端的發射部位的位置和數目與形成成像端的成像部位的位置和數目一一對應，以實現相干圖像通過柔性成像束從成像端到觀看端的傳送。

在成像端處的接收器部位可以以并排的關系相對于彼此放置在預定的成像陣列中，并且在觀看端處的發射部位可以以并排的關系相對于彼此放置在預定的觀看陣列中。

形成觀看陣列的發射部位的位置和數目優選地與形成成像陣列的成像部位的位置和數目一一對應。

成像陣列優選地包括在成像端處以矩形陣列布置的多行和多列接收器部位，并且觀看陣列包括在觀看端處以矩形陣列布置的多行和多列發射部位。

高溫光學元件包括耐熱溫度至少為大約350℃的光纖。

光學元件可以包括多個光纖，并且柔性成像束可以至少包括大約1000個光纖以在觀看端處提供相干圖像。

可以圍繞光學元件設置柔性金屬護套，柔性金屬護套可透氣以使空氣穿過柔性金屬護套而與光學元件冷卻接觸。

該成像系統可以包括：外殼，外殼封閉成像端和至少一個被設置為將來自部件的光成像到成像端的光學元件；以及可穿過外殼限定冷卻通道，用于提供冷卻空氣的通道。

該成像系統可以包括：攝像機，攝像機用于接收和記錄從發射部位發射的通過成像束傳送的二維近紅外圖像；以及至少一個透鏡，至少一個透鏡用于將從發射部位發射的光成像到攝像機。