CN101354310B - 用于现场机械检查的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于现场机械检查的方法和系统，更具体地涉及一种检查系统(100)。该检查系统(100)包括光纤端口(102)和成像器(112)，光纤端口(102)构造成经过机器外壳(106)的第一孔(104)延伸，该端口包括内部端(108)和外部端(110)，成像器(112)构造成光学地联接到外部端，该成像器包括能够利用环境光经过光纤端口产生检查构件影像的光增强器(118)，该成像器还包括构造成控制所产生影像的采集时间的影像采集门(120)。

Description

用于现场机械检查的方法和系统

技术领域

本发明大体涉及旋转机械构件的检查，且更具体地涉及用于光学检查旋转机械构件的方法和系统。

背景技术

至少一些公知的大型机器在在线(on-line)运行时对其保养获得最佳的运行效率。例如，用于发电的燃气涡轮机和蒸汽涡轮机都非常昂贵，除非绝对必要不会经常为了检查或保养而停止使用。然而，机器内的构件典型地只有当机器停止工作(offline)且有时候至少部分拆开时才能对其进行检查。检查例如涡轮叶片的公知常规方法如表面检查法(即磁性粒子检测；涡流检测；染料渗透技术)和体积法(即超声波检测)都依赖于涡轮机定期性的拆开。拆开涡轮机来对其检查是个昂贵的过程且在大量的时间里使得涡轮机不能使用。

由于上述技术都不适于当涡轮机在线且在负荷下运转时检查，因此试图用其它的涡轮机检查技术来监控满负荷运行时的机器构件。例如，已采用了振动分析、声发射(AE)、被动式接近探针(passiveproximity probe)以及超声波或涡流技术。这些检测方法中的每一种方法都具有其独有的一套缺点。涡轮机的内部环境对电传感设备是不利的。例如，燃气涡轮机典型地以大约1200摄氏度(2192华氏度)的内部温度运行，而蒸汽涡轮机可具有大约550摄氏度(1022华氏度)的温度。涡轮机内的高压和反应化学(reactive chemistry)进一步地损害检查和测量设备。

可靠和及早地检测构件的磨损和/或失效将允许有利地为修理安排停机(outage)。另外，对这类构件状态的了解可允许延长停机之间时间的工程评定，从而进一步地有助于改善机器效率。

发明内容

在一个实施例中，一种用于检查可旋转机器构件的系统包括构造成经过机器外壳的第一孔延伸的光纤端口，其中，该端口包括内部端和外部端。该系统还包括光学上地联接到外部端上的成像器。该成像器包括能够通过利用环境光的端口产生检查构件的影像的光增强器。该成像器还包括构造成控制所产生影像的采集时间的影像采集门。

在另一个实施例中，一种在运行时检查可旋转机器内部构件的方法包括在正常的机器运行时光学地进入可旋转机器的内部，以及在正常的机器运行时经过光学通路对可选的选通时限(gated timeperiod)采集至少一个内部构件的影像。

在又一个实施例中，一种可旋转机器包括可旋转元件、大体围绕可旋转元件的固定外壳和经过外壳延伸的光学端口，其中，该端口包括第一外部端、第二内部端和延伸在二者之间的光纤光导管，该第一外部端构造成联接到选通加强成像器上，该第二内部端包括用于聚集从外壳内所接收的光的透镜，该光纤光导管构造成将所接收的光传输至成像器。

附图说明

图1为根据本发明实施例的示范性检查系统的侧视图；

图2为根据本发明另一个示范性实施例的检查系统的侧视图；

图3为可以分别与图1和图2中所示检查系统一起使用的单光式(light only)光学端口的侧视图；和

图4为根据本发明实施例的示范性光学通道末端的侧视图。零件清单100检查系统102光纤端口104第一孔106机器外壳108内部端110外部端112成像器114光纤缆线116适配器头118光增强器段120选通采集段121键相位器(key phasor)122光路124光学通道126光传感器128光源130箔挡光件132内部端134透镜部136透镜部138中心轴线140透镜轴线142角度200检查系统202光学端口204机器外壳206压紧螺母208孔210光管道212球形接头214中心轴线216成像器218光学通道220传感器222光路300光学端口302压紧螺母304孔306机器外壳308光管道310钻孔312密封件314间隙316光源400光学通道末端402高温透镜404管道镜端口406加压密封件

具体实施方式

下列详细说明以示例而非限制的方式示出了本公开内容。此说明清楚地使得本领域技术人员能够实现和利用本公开内容，并描述了本公开内容的若干实施例、修改、变体、备选方案和用途，包括当前被认为是实施本公开内容的最佳方式。本公开内容被描述为应用于优选实施例，亦即运行时检查可旋转机器内部构件的过程。然而，预期此公开内容对于在所有运行阶段中检查处于机械的有害环境中的构件具有一般的应用。

尽管此处结合了用于工业环境的燃气涡轮发动机和蒸汽涡轮机对本方法和系统进行了描述，但预期的是，此处所述的方法和设备可在其它旋转机械发现有用，如电动机、鼓风机、水力和空气涡轮机以及其它的燃气涡轮机系统应用，包括但不限于安装在航空器中的涡轮机。另外，此处所阐述的原理及教导适用于使用各种燃料的燃气涡轮发动机，这些燃料例如但不限于天然气、汽油、煤油、柴油以及喷气燃料。因此，下文中的说明只是通过例示而非限制的方式来阐述。

如此处所用，正常的机器运行是指机器执行其预期功能的运行，例如产生用以驱动载荷的转动功率，或接收来自原动机的转动功率来做功，如在发电机的情形下。不视为正常机器运行的其它运行是指回转装置(turning gear)上的运行、因往返(trip)或停止运转(shutdown)的下降或扰乱(unset)状态时的运行。

图1为根据本发明实施例的示范性检查系统100的侧视图。在示范性的实施例中，系统100包括构造成经过机器外壳106中第一孔104延伸的光纤端口102。光纤端口102包括暴露于机器外壳106内部的内部端108和构造成联接到成像器112上的外部端110。成像器112构造成通过光缆114光学地联接到外部端110上。在一个实施例中，使用适配器头116来帮助联接。成像器112包括光增强器段118，其能够增强低光状态来产生例如穿过端口102的检查构件(未示出)的影像。在示范性的实施例中，成像器102能够将入射光增强数百万倍，使得仅使用机器外壳106内可得到的环境光来产生检查构件的影像。影像采集通过选通采集段120来控制，使得可以采集到旋转或以其他方式运动的构件的静止的模糊最小的高速影像。利用例如键相位器121，选通可以与机器的轴的角位置同步。键相位器121检测轴的特征的位置，例如但不限于键、键槽、扁平点(flat spot)、反射区或其它的在轴旋转期间不运动的特征。利用来自轴系统100上已知位置的输入可选通影像采集时机和持续时间，以便可以采集和分析或显示一个旋转构件的一系列影像。另外，系统100可利用来自键相位器121的输入来使脉冲光源128同步，以帮助减少所采集影像中的模糊。

在各种其它的实施例中，利用单光式端口(图1中未示出)将来自机器外壳106外侧的环境光引入机器外壳106的内部。在其它实施例中，经由缆线114中的光路122将光引入机器外壳106中。光可以是典型地在紫外线(UV)波长和红外线(IR)波长之间的任意波长，并且可恒定地照明或可被选通来与影像采集的选通相符。

在示范性的实施例中，端口102包括与光路122同心的大体上圆柱状的光学通道124。在各种备选实施例中，光路122和光学通道124并排地定向或多个分开的光路122与一个或多个光学通道124并排地定向。另外，多个光路122可定向成限定一个或多个光学通道124。

光学通道124构造成联接到成像器112的光传感器126如电荷耦合器件(CCD)或光阴极上。光路122构造成联接到光源128上。在示范性的实施例中，利用例如箔挡光件130来在成像器112和内部端108之间光学地彼此隔离光学通道124和光路122。

光路122的内部端132可包括透镜部134，其构造成将从内部端132发出的光136聚集或散射至预定程度。类似地，光学通道124可包括透镜部136，以聚集入射在透镜部136上的光，来保持想要的检查构件的清晰影像。透镜部134和136可形成在大体上平面的截面或弯曲的截面中。

端口104包括中心轴线138而透镜部136包括透镜轴线140。在示范性的实施例中，透镜轴线140相对于中心轴线138偏斜角度142。在各种其它的实施例中，角度142可以变化，以便透镜部136可以指向位于不同位置处的检查构件。在示范性的实施例中，端口104构造成绕中心轴线138旋转，使得可通过旋转端口104来看到位于不同位置处的检查构件。

图2为根据本发明另一个示范性实施例的检查系统200的侧视图。在示范性的实施例中，系统200包括光学端口202，其可利用经过机器外壳204中的孔208延伸的螺纹压紧螺母206而联接到外壳204上。光导管或光管道210通过球形接头212而联接到压紧螺母206上。球形接头212允许光管道210的活动自由度而在二维维度中倾斜，并允许光管道210绕中心轴线214旋转。这种程度的运动允许系统200观察外壳204内部的宽阔区域。

在示范性的实施例中，例如高速选通影像增强器CCD摄像机的成像器216直接地联接到光管道210上，且通过光管道210的各种程度的运动与光管道210一起运动。光管道210至少包括将外壳204的内部光学地联接到与成像器216相关联的传感器220上的光学通道218。光管道210还包括构造成将光从外壳204外侧引导至外壳204内部的至少一个光路222。光可以是环境光或者可以是由光源所产生并导入光路222的光。

图3为可以与检查系统100和200(分别在图1和图2中示出)一起使用的单光式光学端口300的侧视图。在示范性的实施例中，单光式光学端口300包括构造成可通过螺纹地将端口300联接到机器外壳306中孔304上的压紧螺母302。光管道308经过压紧螺母302中的钻孔310可滑动地联接。光管道308和压紧螺母302之间的密封件312充分地防止材料或气体穿过光管道308和压紧螺母302之间的间隙314而通过。密封件312可包括摩擦配合密封件、过盈配合密封件、迷宫密封件、填料密封件、焊接密封件或其它的密封件。端口300包括联接到光管道308上的光源316，使得由光源所产生的光进入光管道308并被传输到外壳306的内部用以照亮外壳306的内部。光源316可产生处于任何波长的光，包括但不限于UV和IR之间的波长。另外，光源316可由检查系统(图3中未示出)来控制，以选通光亮或光灭以及控制光的强度和/或频率。备选地，端口300可以与对外壳306外侧的环境光敞开的光管道308一起工作，从而允许经过光管道308来引导环境光。

图4为根据本发明实施例的示范性光学通道末端400的侧视图。在示范性的实施例中，光学通道末端400包括利用加压密封件406而联接到管道镜端口404的高温透镜402。

如本领域技术人员将理解的，并基于上述说明书，可利用包括计算机软件、固件、硬件或其任意组合或子集的计算机编程或工程技术来实施本公开内容的上述实施例，其中技术效果在于在线旋转机械构件的现场成像，用来利用选通影像增强器件来监控和观测低光状态。任何的这类由此产生的具有计算机可读代码方法的程序，可包含或设置在一个或多个计算机可读介质内，从而制作出根据本公开内容所述实施例的计算机程序产品即制品。计算机可读介质可以是例如但不限于固定(硬)驱动器、软盘、光盘、磁带、诸如只读存储器(ROM)的半导体存储器和/或任何传输/接收介质如因特网或其它的通讯网络或链路。含有计算机代码的制品可以通过执行直接来自一个介质的代码、通过将代码从一个介质拷贝到另一个介质或通过在网络上传输代码来制作和/或使用。

上述方法和设备提供了节省成本和可靠的现场成像器件，该现场成像器件利用选通影像增强在低光状态下对在线旋转机械构件进行监控和观测。因此，此处所述的方法和设备以节省成本和可靠的方式来帮助燃气涡轮发动机的运行、保养和修理。

以上详细描述了用于在线旋转机械构件现场成像的示范性方法和系统，其用于利用选通影像增强器件在低光状态下监控和观测。所示系统不限于此处所述的具体实施例，而是各系统的构件可以与此处所述的其它构件单独和分开地使用。各系统构件还可以与其它的系统构件结合使用。

尽管已根据各种具体实施例描述了本发明，但本领域技术人员将会承认可以通过属于权利要求精神和范围内的修改来实施本发明。

Claims (9)

1.一种用于在运行期间检查旋转机器的内部构件的检查系统，包括：

构造成经过机器外壳的第一孔延伸的光纤端口，所述端口包括内部端和外部端；和

构造成光学地联接到所述外部端的成像器，所述成像器包括能够利用环境光经过所述端口产生检查构件的影像的光增强器，所述成像器还包括构造成控制所述产生的影像的采集时间的影像采集门。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述端口包括构造成联接到所述成像器的光传感器上的第一光学通道，和构造成联接到光源上的第二光学通道，其中，所述通道在所述端口内光学地彼此隔离。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第二光学通道的内部端包括透镜部，所述透镜部形成在大致平面的截面和弯曲的截面中的至少一个截面内。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述端口包括构造成联接到所述成像器的光传感器上的第一光学通道，所述第一光学通道的内部端包括透镜部，所述透镜部形成在大致平面的截面和弯曲的截面中的至少一个截面内。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述透镜部的中心轴线相对于所述第一光学通道的纵轴线倾斜地定向。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述端口包括大致垂直于所述孔的开口的纵轴线。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述端口可绕所述纵轴线旋转。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述端口包括球形接头，其中，所述第一光学通道经过所述球形接头可旋动地联接到所述机器外壳上，所述第一光学通道可相对于所述机器外壳倾斜。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括构造成经过所述机器外壳联接到第二孔上的光端口，所述光端口包括光纤部件，所述光纤部件构造成至少有一个所述光纤部件允许环境光进入所述机器外壳，以及引导来自光源的光进入所述机器外壳。

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