CN103649641B - 用于涡轮发动机的燃烧室的检验系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种检验系统(10)，至少由检验系统壳体(12)形成，检验系统壳体包括至少一个内室(14)，至少一个内室支撑可伸长的相机支撑轴(16)，可伸长的相机支撑轴向远侧延伸穿过引导喷嘴口(18)，进入燃气涡轮发动机(22)的燃烧室(20)。检验系统(10)可包括能够捕捉高质量图像以及位置坐标的相机(24)。因此，检验系统(10)能够捕捉燃气涡轮发动机(22)的燃烧室(20)中的图像，并在随后停歇期间再次捕捉该图像，以便可分析和比较所述图像，以用于预防性的维护、故障排除等。检验系统(10)可包括用于安装在可伸长的相机支撑轴(16)上的相机(24)的三个自由度。

Description

用于涡轮发动机的燃烧室的检验系统
技术领域
本发明总体上涉及涡轮发动机，更具体地说涉及用于燃气涡轮发动机中的燃烧室的检验系统。
背景技术
通常，燃气涡轮发动机包括用于压缩空气的压缩器、用于混合压缩空气与燃料并点燃混合物的燃烧室以及用于产生能量的涡轮机叶片组件。燃烧室通常可在超过2500华氏度的高温下运行。典型的涡轮机燃烧室构造使涡轮机燃烧室部件暴露于这样的高温。为了避免灾难性的故障，在停歇期间检验这些涡轮机燃烧室部件的损坏程度。
具有操纵相机进出于需要检验的部件的技能和熟练度的训练有素的技术员或工程师使用视频示波器实施现有标准检验。检验燃烧室部件的特定区域的过程要求将柔性导管推到并扭转到所关注区域，并操纵四通联接系统获得用于检验的期望视场。由于定位相机是手动过程，如果可能的话，以高再现性捕捉相同数据的可能性很小。利用放大或减小倍率的可变光学系统在640H×480V像素的分辨率下执行标准检验。技术员或工程师必须熟悉所有潜在的不连续性，以确保完成所有重要区域的可视化记录。该检验严重依赖技术员或工程师执行该检验的能力和知识。技术员或工程师必须是专家，必须在现场进行数据解释和报告。因此，这种系统因低再现性而具有低质量。
US2005/0073673A1公开了一种用于燃烧涡轮发动机翼面的成像系统，包括相机和定位器。定位器可被控制以将相机设置在发动机的内涡轮壳体内的用于获取第一图像的第一位置。相机也可移动到用于获取第二图像的第二位置。存储装置存储第一和第二图像，并且处理器访问存储装置以从第一和第二图像生成复合图像。为了在翼面旋转时使用，该系统还可以包括用于响应于翼面的被检测到的角位置而生成位置信号的传感器。该系统还可以包括触发装置，用于在翼面最接近相机时响应于位置信号来触发相机以获取图像。
US2005/0199832A1公开了一种用于就地检验涡轮机的热气体部件的表面的系统，包括机械手，其具有朝向热气体部件的表面延伸的细长检验臂；以及检验头，被载至与检验臂的远离机械手控制的一端相邻。检验头由检验臂操纵，以将检验头定位成与限定热气体部件的内壁部分相邻，包括将检验头在大致轴向方向上移位并且大致径向朝向被检验的热气体部件的臂部。检验头构造有UV系统，以从设置在热气体部件上的涂层中的标签材料中检测荧光。
发明内容
本发明涉及一种用于涡轮发动机的检验系统，用于在原位捕捉涡轮发动机部件的图像，涡轮发动机部件包括但并不限于燃烧筒(combustorbasket)和过渡部分。检验系统可由检验系统壳体形成，检验系统壳体包括至少一个内室，所述至少一个内室支撑可伸长的相机支撑轴，可伸长的相机支撑轴向远侧延伸穿过引导喷嘴口进入燃气涡轮发动机的燃烧室。检验系统可包括能够捕捉高质量图像以及位置坐标的相机。因此，该检验系统能够捕捉燃气涡轮发动机的燃烧室内面的图像，并在随后停歇期间再次捕捉图像，以便分析和比较所述图像，以用于预防性的维护、故障排除等。检验系统可包括用于安装在可伸长的相机支撑轴上的相机的三个自由度。如此，检验系统能够捕捉燃烧室内的大量图像。
检验系统可包括一个或多个检验系统壳体，一个或多个检验系统壳体包括至少一个内室。在移除引导喷嘴和相关燃料管线之后，检验系统壳体可附接到涡轮发动机的燃烧室中的引导喷嘴口。一个或多个可伸长的相机支撑轴可定位在内室内，从检验系统壳体的远端开口向远侧延伸。可伸长的相机支撑轴可绕可伸长的相机支撑轴的纵轴旋转。可伸长的相机支撑轴可伸长，使得可伸长的相机支撑轴的远端沿纵轴纵向地移动。在一个实施例中，可伸长的相机支撑轴可以是管。可伸长的相机支撑轴可包括相机腔，相机可至少部分地定位在相机腔内。可伸长的相机支撑轴的尺寸可做成从引导喷嘴口处的检验系统壳体延伸穿过燃烧室，到达从燃烧室向远侧延伸的过渡部分的远端。在一个实施例中，可伸长的相机支撑轴可以是伸缩的，从而使得可伸长的相机支撑轴的长度改变。
检验系统可包括一个或多个相机镜头，所述一个或多个相机镜头在位于检验系统壳体外部的位于远端开口远侧的位置处由可伸长的相机支撑轴支撑。相机镜头能够倾斜成相机镜头可绕大致与至少一个可伸长的相机支撑轴的纵轴正交的轴线旋转。相机镜头可与用于捕捉高质量图像的相机连通。在至少一个实施例中，相机镜头可附接到相机，相机可联接到可伸长的相机支撑轴。相机镜头可以是但并不局限于组合的自动和手动对焦镜头。相机可以是电荷耦合装置(CCD)相机。相机可以定位在可伸长的相机支撑轴的远端。
检验系统可包括数据管理系统，数据管理系统构造成整合详细图像信息以及由与一个或多个相机镜头连通的相机捕捉的至少一个图像。数据管理系统可存储图像与位置坐标以及注释。数据管理系统可呈现图像与位置坐标，以利用计算涡轮发动机内特定部件的间隔范围的算法进行分析。数据管理系统可使位置坐标与作为元数据的图像联系起来。
相机的横向延伸、旋转和倾斜可手动控制或经由自动系统控制。在至少一个实施例中，检验系统可包括与可伸长的相机支撑轴连通的一个或多个电机，一个或多个电机构造成使可伸长的相机支撑轴旋转。检验系统还可包括与可伸长的相机支撑轴连通的一个或多个电机，一个或多个电机构造成使可伸长的相机支撑轴沿纵轴纵向地移动。此外，检验系统还可包括与相机镜头连通的一个或多个电机，用于使镜头绕大致与可伸长的相机支撑轴的纵轴正交的轴线旋转。在一个实施例中，电机可以与相机连通，用于使相机绕轴线旋转，从而改变相机的倾斜度。
检验系统可包括从引导喷嘴口向外延伸的至少一个检验系统壳体并且至少一个可伸长的相机支撑轴通过引导喷嘴口延伸到涡轮发动机的燃烧室中。
检验系统的优点在于，检验系统是自动化视觉检验工具，其可用于可重复地检验燃烧室燃气涡轮发动机上的燃烧室部件的操作条件。
本发明的另一优点在于，检验系统能够捕捉标准格式的高分辨率图像，使得易于重复并再现相机位置和方位。
本发明的又一优点在于，检验系统能够从远程位置进行图像的数据捕捉和专家检查。
本发明的又一优点在于，检验系统是高度可重复的，这允许以自动模式完成表面记录(surfacedocumentation)。
本发明的又一优点在于，检验系统提供快速确认、计算机辅助设计(CAD)联动、基于模型的数据分析、全视野快速直观系统、可编程的检验捕捉以及框架内(in-frame)和远程的能力。
本发明的另一优点在于，与常规检验系统相比，明显节省了加工、组装和集成系统的成本。
下面更详细地描述这些和其它实施例。
附图说明
结合在说明书中并作为说明书一部分的附图示出本公开发明的实施例，并连同说明一起公开了本发明的原理。
图1是附接到引导喷嘴口并延伸进燃气涡轮发动机的涡轮机燃烧室和过渡部分中的检验系统的透视图。
图2是沿图1所示的检验系统的截线2-2截取的横截面透视图。
图3是取自细节3-3的图1所示检验系统的详细视图。
图4是取自细节4-4的图2所示检验系统的部分横截面详细透视图。
图5是形成检验系统的部件的透视图。
图6是取自细节6-6的图1中检验系统的可伸长的相机支撑轴的远端的详细视图。
图7是检验系统的数据管理系统的硬件部件的示意图。
具体实施方式
如图1-7所示，本发明涉及一种用于涡轮发动机的检验系统10，用于在原处捕捉涡轮发动机部件的图像，涡轮发动机部件包括但并不限于燃烧筒20和过渡区54。检验系统10可由检验系统壳体12形成，该检验系统壳体包括至少一个内室14，所述至少一个内室支撑可伸长的相机支撑轴16，可伸长的相机支撑轴向远侧延伸穿过引导喷嘴口18，进入燃气涡轮发动机22的燃烧室20。该检验系统可包括能够捕捉高质量图像和位置坐标的相机24。因此，该检验系统10能够捕捉燃气涡轮发动机22的燃烧室20内面的图像，并在随后停歇期间再次捕捉该图像，以便分析和比较所述图像，以用于预防性的维护、故障排除等。检验系统10可包括用于安装在可伸长的相机支撑轴16上的相机24的三个自由度。如此，检验系统10能够捕捉燃烧室20内的大量图像。
该检验系统10可由一个或多个检验系统壳体12形成，如图2和5所示。在从引导喷嘴口18移除引导喷嘴和相关燃料管线后，该检验系统壳体12适于附接到引导喷嘴口18，如图3所示。在至少一个实施例中，检验系统壳体12可包括螺纹，所述螺纹构造成与引导喷嘴口上的螺纹配合，从而使检验系统壳体12螺纹地联接到引导喷嘴口18。在另一实施例中，检验系统壳体12可经由可释放夹具或其它适当装置联接到引导喷嘴口18。
检验系统壳体12可包括构造成支撑可伸长的相机支撑轴16的一个或多个内室14，如图2和4所示。在至少一个实施例中，内室14的横截面形状可以与可伸长的相机支撑轴16的外表面的横截面形状匹配。特别地，在至少一个实施例中，内室14可具有大致柱形形状，可伸长的相机支撑轴16的外表面可以是大致柱形的，并且尺寸略小于内室14，使得可伸长的相机支撑轴16配合在内室14内，而不会与可伸长的相机支撑轴16的纵轴26未对准而过量移动。可伸长的相机支撑轴16可以绕纵轴26旋转，同时可伸长的相机支撑轴16支撑在检验系统壳体12的内室14内。可伸长的相机支撑轴16可从检验系统壳体12的远端开口28向远侧延伸。可伸长的相机支撑轴16的尺寸可以做成从引导喷嘴口18处的检验系统壳体12延伸穿过燃烧室20，到达从燃烧室20向远侧延伸的过渡部分54的远端，如图1所示。
可伸长的相机支撑轴16可以伸长，使得可伸长的相机支撑轴16的远端36关于纵轴26沿纵向移动。特别地，在至少一个实施例中，可伸长的相机支撑轴16是可伸缩的，从而使得可伸长的相机支撑轴16的长度改变。
可伸长的相机支撑轴16可在位于检验系统壳体12外部的位于远端开口28远侧的位置处支撑一个或多个相机镜头32，如图6所示。相机镜头32可以与相机34连通。在至少一个实施例中，相机镜头32可直接附接到相机24。相机镜头32可以绕大致正交于可伸长的相机支撑轴16的纵轴26的轴线38旋转，从而提供可调节的倾斜。在另一实施例中，相机镜头32附接到相机32，相机32可以绕轴线38旋转。
相机24可以是但并不局限于能够捕捉高质量图像的电荷耦合装置(CCD)相机。相机可以是但并不局限于具有大于100万像素的分辨率的相机24。在一个实施例中，相机24可包括200万像素传感器，其输送流畅的逼真视频，具有捕捉高达800万像素的静止图像的能力。如图7所示，检验系统10可包括光源56，比如但并不局限于150W石英卤素灯，以增加燃烧室20中的能见度，如图7所示。相机镜头32可以是但并不局限于组合的自动和手动对焦镜头。在至少一个实施例中，如图6所示，可伸长的相机支撑轴16可由管形成。可伸长的相机支撑轴16可包括容纳相机24的至少一部分的相机腔34。如图6所示，相机24容纳在相机腔34内，从而减少相机24或相机镜头32损坏的风险。相机腔34可定位在可伸长的相机支撑轴16的所述远端36。相机腔34可定位在可伸长的相机支撑轴16的远端36。
检验系统10可包括数据管理系统40，如图7所示，数据管理系统构造成整合详细图像信息以及由与相机镜头32连通的相机24捕捉的至少一个图像。数据管理系统40可包括与相机24和控制器52连通的中央处理单元50。数据管理系统40使位置坐标与作为元数据的图像联系起来。数据管理系统40可构造成存储图像与位置坐标，从而捕捉图像，并在随后的保养期间一次或多次再捕捉图像。然后分析图画，以识别涡轮机燃烧室部件中的变化，这种变化可指示出问题。检验系统10可捕捉衬套孔破裂(在谐振器下方)、板翅式衬套外框架焊缝破裂、衬套热障涂层(TBC)损失或腐蚀、上部面板出口破裂、下部面板出口破裂、TBC损失或腐蚀、入口环破裂等的图像。数据管理系统40还可呈现图像与位置坐标，以利用计算涡轮发动机内特定部件的间隔范围的算法进行分析。
检验系统10(包括相机24)可构造成在具有约30％和95％之间湿度以及约41华氏度和150华氏度之间环境工作温度的环境内操作。检验系统10的电气部件(比如CPU50、相机24和相关硬件)可在110伏特60赫兹下或者在其它适当电源下操作。
检验系统10可以自动化，能够经由数据管理系统40与一个或多个电机42协作而控制相机24和相机镜头32的方位位置。相机24的位置、方位、倾斜度等最初由使用者设定，从而能够可编程地控制三个运动轴线。或者，图像可以是预先输入数据管理系统40中的预定图像，数据管理系统又根据位置坐标定位相机24以捕捉期望图像。在至少一个实施例中，一个或多个电机44可与可伸长的相机支撑轴16连通，构造成使可伸长的相机支撑轴16旋转。电机44可包括驱动轴，驱动轴与可伸长的相机支撑轴16直接接触，或者可经由一个或多个齿轮(比如但并不局限于减速齿轮)与可伸长的相机支撑轴16连通。此外，一个或多个电机46可与至少一个可伸长的相机支撑轴16连通，构造成使至少一个可伸长的相机支撑轴16沿纵轴26纵向地移动。电机46可包括驱动轴，驱动轴与可伸长的相机支撑轴16直接接触，或者可经由一个或多个齿轮(比如但并不局限于减速齿轮)与可伸长的相机支撑轴16连通。检验系统10还可包括与相机镜头32连通的一个或多个电机48，用于使镜头32绕大致正交于可伸长的相机支撑轴16的纵轴26的轴线38旋转。如此，电机48控制相机24的倾斜。电机44、46和48可由任何适当电机形成，比如但并不局限于步进电机(比如两相-1/8”步进)和具有编码器的DC电机。电机48可包括驱动轴，驱动轴与相机镜头32直接接触，或者经由一个或多个齿轮(比如但并不局限于减速齿轮)与相机镜头32连通。
在使用时，首先关闭燃气涡轮发动机22，移除引导喷嘴和相应的燃料管线，从而暴露引导喷嘴口18。可将检验系统壳体12附接到引导喷嘴口18，使得可伸长的相机支撑轴16插入引导喷嘴口18中，检验系统壳体12附接到引导喷嘴口18。然后，可将相机定位在燃烧室20内，以检验燃气涡轮发动机22上的燃烧室部件的操作条件。相机24的线性延伸、旋转和倾斜可手动地控制，或者在另一实施例中，经由一个或多个电机42控制。如此，电机42可控制相机24的线性延伸、旋转和倾斜。数据管理系统40可使相机24捕捉图像。当记录图像时，数据管理系统40还可记录与相机24的位置相关的位置坐标。数据管理系统40还可包括与图像一起的注释。该详细的数据信息可由数据管理系统40记录。一旦记录，则人员(比如但并不局限于检验员和工程师)检查数据，并完成数据收集报告。
一旦收集完数据，则数据可以两种方式使用。例如，数据存储并保存直至下次停歇为止。在下次停歇期间，可在同一位置再次捕捉图像，并与第一图像比较以确定特定的指标是否变得更糟。此时可采取适当的行动。该详细的数据信息可与算法一起使用，以计算燃烧室内的特定部件的间隔范围。
提供前述内容用于说明、解释和描述本发明的实施例的目的。对本领域技术人员来说，这些实施例的修改和改变是明显的，并且在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和改变。

Claims (15)

1.一种用于涡轮发动机(22)的检验系统(10)，该检验系统(10)包括：
至少一个检验系统壳体(12)，包括至少一个内室(14)，其中，所述至少一个检验系统壳体(12)可以附接到涡轮发动机(22)的燃烧室(20)中的引导喷嘴口(18)；
至少一个可伸长的相机支撑轴(16)，定位在所述至少一个内室(14)内，从所述至少一个检验系统壳体(12)中的远端开口(28)向远侧延伸；
其中，所述至少一个可伸长的相机支撑轴(16)可以绕所述至少一个可伸长的相机支撑轴(16)的纵轴(26)旋转，
其中，所述至少一个可伸长的相机支撑轴(16)可以伸长，使得所述至少一个可伸长的相机支撑轴(16)的远端(36)可以沿纵轴(26)纵向地移动；
至少一个相机镜头(32)，在位于所述至少一个检验系统壳体(12)外部的位于所述远端开口(28)远侧的位置处由所述至少一个可伸长的相机支撑轴(16)支撑，
其中，所述至少一个相机镜头(32)可以绕大致与所述至少一个可伸长的相机支撑轴(16)的纵轴(26)正交的轴线(38)旋转；其特征在于，
数据管理系统(40)，构造成整合详细的图像信息以及由与所述至少一个相机镜头(32)连通的至少一个相机(24)捕捉的至少一个图像，
当记录图像时，数据管理系统(40)存储图像以及与相机(24)的位置相关的位置坐标。
2.如权利要求1所述的检验系统(10)，其特征在于，所述至少一个相机(24)联接到所述至少一个可伸长的相机支撑轴(16)，其中，所述至少一个相机镜头(32)附接到所述至少一个相机(24)。
3.如权利要求1或2所述的检验系统(10)，其特征在于，所述至少一个相机(24)定位在所述至少一个可伸长的相机支撑轴(16)的远端(36)。
4.如权利要求1或2所述的检验系统(10)，其特征在于，所述至少一个可伸长的相机支撑轴(16)是管。
5.如权利要求4所述的检验系统(10)，其特征在于，所述至少一个可伸长的相机支撑轴(16)包括相机腔(34)，其中，所述至少一个相机(24)至少部分地定位在所述相机腔(34)内。
6.如权利要求1或2所述的检验系统(10)，其特征还在于，至少一个电机(44)与所述至少一个可伸长的相机支撑轴(16)连通，并构造成使所述至少一个可伸长的相机支撑轴(16)旋转，以改变旋转度。
7.如权利要求1或2所述的检验系统(10)，其特征还在于，至少一个电机(46)与所述至少一个可伸长的相机支撑轴(16)连通，并构造成使所述至少一个可伸长的相机支撑轴(16)沿纵轴(26)纵向地移动，以改变横向位置。
8.如权利要求1或2所述的检验系统(10)，其特征还在于，至少一个电机(48)与所述至少一个相机镜头(32)连通，用于使镜头绕大致与所述至少一个可伸长的相机支撑轴(16)的纵轴(26)正交的轴线(38)旋转，以改变所述至少一个相机镜头(32)的倾斜度。
9.如权利要求1或2所述的检验系统(10)，其特征在于，所述数据管理系统(40)使位置坐标与作为元数据的图像联系起来。
10.如权利要求1或2所述的检验系统(10)，其特征在于，该检验系统(10)能够捕捉燃气涡轮发动机(22)的燃烧室(20)内面的图像，并在随后停歇期间再次捕捉该图像，以便分析和比较所述图像，以用于预防性的维护、故障排除。
11.如权利要求1或2所述的检验系统(10)，其特征在于，所述数据管理系统(40)呈现图像以及位置坐标，用于利用计算涡轮发动机(22)内特定部件的间隔范围的算法进行分析。
12.如权利要求1或2所述的检验系统(10)，其特征在于，所述至少一个相机镜头(32)是组合的自动和手动对焦镜头。
13.如权利要求1或2所述的检验系统(10)，其特征在于，所述至少一个相机(24)是电荷耦合装置(CCD)相机。
14.如权利要求1或2所述的检验系统(10)，其特征在于，所述至少一个可伸长的相机支撑轴(16)的尺寸做成从引导喷嘴口(18)处的至少一个检验系统壳体(12)延伸穿过燃烧室(20)，到达从燃烧室(20)向远侧延伸的过渡部分的远端(36)，其中，所述至少一个可伸长的相机支撑轴(16)是伸缩的。
15.如权利要求1或2所述的检验系统(10)，其特征在于，至少一个检验系统壳体(12)从引导喷嘴口(18)向外延伸并且至少一个可伸长的相机支撑轴(16)通过引导喷嘴口(18)延伸到涡轮发动机的燃烧室中。
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