DE102012100570A1

DE102012100570A1 - Thermisches Bildgebungssystem für eine Turbine

Info

Publication number: DE102012100570A1
Application number: DE102012100570A
Authority: DE
Inventors: Ayan Banerjee; Rajagopalan Chandrasekharan; Anusha Rammohan; Sandip Maity; Sheri George
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2012-01-24
Publication date: 2012-08-02
Also published as: CH704417A8; FR2971073A1; CH704417A2; CN102620839A; US20120194667A1

Abstract

In einer Ausführungsform enthält ein System (10) ein Bildgebungssystem (36), das konfiguriert ist, um ein erstes Bild (108) einer umlaufenden Komponente (56) in einem Innenraum einer Turbine (18) unter Verwendung einer ersten Integrationszeit aufzunehmen, ein zweites Bild (110) der umlaufenden Komponente (56) in dem Innenraum der Turbine (18) unter Verwendung einer zweiten Integrationszeit, die sich von der ersten Integrationszeit unterscheidet, aufzunehmen und das erste Bild (108) von dem zweiten Bild (110) zu subtrahieren, um ein Differenzbild (112) zu erhalten.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft ein thermisches Bildgebungssystem für eine Turbine.
Bestimmte Gasturbinen enthalten eine Turbine, die Sichtöffnungen aufweist, die konfiguriert sind, um eine Überwachung verschiedener Komponenten innerhalb der Turbine zu ermöglichen. Zum Beispiel kann ein Pyrometriesystem Strahlungssignale durch die Sichtöffnungen empfangen, um die Temperatur bestimmter Komponenten innerhalb eines Heißgaspfades der Turbine zu messen. Das Pyrometriesystem kann einen Sensor, der zur Messung einer Strahlung innerhalb eines Infrarotspektrums konfiguriert ist, und eine Steuereinrichtung enthalten, die konfiguriert ist, um die Strahlungsmessung in eine Temperaturkarte der Komponenten umzusetzen. Bedauerlicherweise können Schwankungen der Emissivität der Komponenten die Temperaturberechnung störend beeinflussen. Zum Beispiel kann die Emissivität im Laufe der Zeit aufgrund von Temperaturveränderungen, Rückstandsablagerungen auf den Komponenten, einer Oxidation von Turbinenkomponenten und/oder einer Schmutzansammlung an dem Sichtfenster variieren. Folglich kann in bestimmten Fällen die Verwendung von Infrarotmessungen zur Berechnung der Temperatur ungenaue Temperaturkarten der Komponenten hervorbringen.
Außerdem kann aufgrund der Hochgeschwindigkeitsrotation bestimmter Turbinenkomponenten (z. B. Turbinenlaufschaufeln) eine Kamera mit einer kurzen Integrationszeit eingesetzt werden, um Bilder von den Komponenten aufzunehmen. Zum Beispiel können Kameras mit einer Integrationszeit von etwa 1 Mikrosekunde verwendet werden, um Bilder von Turbinenlaufschaufeln aufzunehmen, die mit etwa 50 Hz umlaufen. Die kurze Integrationszeit ermöglicht der Kamera, Bilder mit hoher räumlicher Auflösung aufzunehmen. Bedauerlicherweise können derartige Kameras sehr kostspielig sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einer Ausführungsform enthält ein System ein Bildgebungssystem, das konfiguriert ist, um in optischer Weise mit einem Innenraum einer Turbine zu kommunizieren. Das Bildgebungssystem enthält wenigstens eine Kamera, die konfiguriert ist, um mehrere Bilder im sichtbaren Spektrum von einer umlaufenden Komponente im Inneren der Turbine aufzunehmen und um Signale auszugeben, die ein zweidimensionales Intensitätsprofil jedes Bildes im sichtbaren Spektrum kennzeichnen. Das Bildgebungssystem enthält ferner eine Steuereinrichtung, die mit der wenigstens einen Kamera kommunikationsmäßig verbunden und konfiguriert ist, um eine zweidimensionale Temperaturkarte von der umlaufenden Komponente auf der Basis der Signale zu bestimmen. Das Bildgebungssystem ist konfiguriert, um ein erstes Bild im sichtbaren Spektrum von der umlaufenden Komponente unter Verwendung einer ersten Integrationszeit aufzunehmen, ein zweites Bild im sichtbaren Spektrum von der umlaufenden Komponente unter Verwendung einer zweiten Integrationszeit, die sich von der ersten Integrationszeit unterscheidet, aufzunehmen und das erste Bild im sichtbaren Spektrum von dem zweiten Bild im sichtbaren Spektrum zu subtrahieren, um ein Differenzbild zu erhalten.
In einer weiteren Ausführungsform enthält ein System ein Bildgebungssystem, das konfiguriert ist, um ein erstes Bild einer umlaufenden Komponente im Inneren einer Turbine mit einer ersten Integrationszeit aufzunehmen, ein zweites Bild der umlaufenden Komponente im Inneren der Turbine mit einer zweiten Integrationszeit aufzunehmen, die sich von der ersten Integrationszeit unterscheidet, und das erste Bild von dem zweiten Bild zu subtrahieren, um ein Differenzbild zu erhalten.
In einer weiteren Ausführungsform enthält ein System ein Bildgebungssystem, das konfiguriert ist, um mit einem Innenraum einer Turbine optisch zu kommunizieren. Das Bildgebungssystem enthält eine Kamera, die konfiguriert ist, um ein Bild im sichtbaren Spektrum von einer Komponente im Inneren der Turbine zu empfangen und um Signale auszugeben, die ein zweidimensionales Intensitätsprofil des Bildes im sichtbaren Spektrum kennzeichnen. Das Bildgebungssystem enthält ferner eine Steuereinrichtung, die mit der Kamera kommunikationsmäßig gekoppelt und konfiguriert ist, um eine zweidimensionale Temperaturkarte der Komponente auf der Basis der Signale zu bestimmen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den Zeichnungen gleiche Teile repräsentieren, worin zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Turbinensystems, das ein Bildgebungssystem enthält, das konfiguriert ist, um eine zweidimensionale Temperaturkarte einer Turbinenkomponente auf der Basis eines Bildes im sichtbaren Spektralbereich zu bestimmen und/oder ein Differenzbild der Komponente mit hoher räumlicher Auflösung zu berechnen;
2 eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Turbinenabschnitts unter Veranschaulichung verschiedener Turbinenkomponenten, die durch eine Ausführungsform des Bildgebungssystems überwacht werden können;
3 eine schematisierte Darstellung einer Ausführungsform des Bildgebungssystems mit einer Steuereinrichtung, die konfiguriert ist, um Signale zu empfangen, die ein Bild im sichtbaren Spektrum von einer Turbinenkomponente kennzeichnen, und um eine zweidimensionale Temperaturkarte auf der Basis der Signale zu bestimmen; und
4 eine schematisierte Darstellung einer Ausführungsform eines Bildgebungssystems, das eine Steuereinrichtung aufweist, die konfiguriert ist, um ein Differenzbild einer Turbinenkomponente auf der Basis eines ersten und eines zweiten Bildes zu berechnen, die jeweils eine andere Integrationszeit aufweisen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine oder mehrere spezielle Ausführungsformen sind nachstehend beschrieben. Im Bestreben, eine kurz gefasste Beschreibung dieser Ausführungsformen zu liefern, können gegebenenfalls nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Realisierung in der Beschreibung beschrieben sein. Es sollte verstanden werden, dass bei der Entstehung einer jeden derartigen tatsächlichen Realisierung, wie in jedem Ingenieurs- oder Konstruktionsprojekt, zahlreiche realisierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die speziellen Ziele der Entwickler zu erreichen, wie beispielsweise die Einhaltung systembezogener und unternehmensbezogener Randbeschränkungen, die von einer Realisierung zur anderen variieren können. Außerdem sollte erkannt werden, dass ein derartiger Entwicklungsaufwand zwar komplex und zeitaufwendig sein kann, jedoch nichtsdestoweniger für Fachleute mit gewöhnlichen Fachkenntnissen, die den Nutzen dieser Offenbarung haben, ein routinemäßiges Unterfangen zur Konstruktion, Fertigung und Herstellung darstellen würde.
Wenn Elemente verschiedener Ausführungsformen, die hierin offenbart sind, eingeführt werden, sollen die Artikel „ein”, „eine”, „der”, „die” und „das” bedeuten, dass es ein oder mehrere der Elemente gibt. Die Ausdrücke „aufweisen”, „enthalten” und „haben” sollen inklusiv sein und bedeuten, dass es außer den aufgeführten Elementen weitere Elemente geben kann.
Hierin offenbarte Ausführungsformen können verbesserte Temperaturmessungen und/oder Bilder mit höherer räumlicher Auflösung von Turbinenkomponenten ermöglichen. In einer Ausführungsform ist ein Bildgebungssystem konfiguriert, um mit einem Innenraum einer Turbine optisch zu kommunizieren. Das Bildgebungssystem enthält wenigstens eine Kamera, die konfiguriert ist, um mehrere Bilder im sichtbaren Spektralbereich von einer umlaufenden Komponente im Inneren der Turbine aufzunehmen und um Signale auszugeben, die ein zweidimensionales Intensitätsprofil von jedem Bild im sichtbaren Spektralbereich kennzeichnen. Das Bildgebungssystem enthält ferner eine Steuereinrichtung, die mit der wenigstens einen Kamera kommunikationsmäßig verbunden und konfiguriert ist, um auf der Basis der Signale eine zweidimensionale Temperaturkarte der umlaufenden Komponente zu bestimmen. Weil die zweidimensionale Temperaturkarte auf einem Bild im sichtbaren Spektrum basiert, können die berechneten Temperaturen innerhalb der Temperaturkarte genauer sein als die aus Bildern im Infrarotspektrum berechneten Temperaturen. Insbesondere sind Temperaturberechnungen, die auf Emissionen im sichtbaren Wellenlängenbereich basieren, von Schwankungen der Emissivität weniger abhängig als auf Infrarotstrahlung basierende Berechnungen. Folglich liefert die Steuereinrichtung genaue Temperaturkarten trotz einer Rückstandsablagerung an der umlaufenden Komponente, einer Oxidation der umlaufenden Komponente und/oder einer Schmutzansammlung an einem Sichtfenster. Außerdem ist das Bildgebungssystem in einer Ausführungsform konfiguriert, um ein erstes Bild im sichtbaren Spektralbereich von der umlaufenden Komponente mit einer ersten Integrationszeit aufzunehmen, ein zweiten Bild im sichtbaren Spektralbereich von der umlaufenden Komponente mit einer zweiten Integrationszeit aufzunehmen, die sich von der ersten Integrationszeit unterscheidet, und das erste Bild im sichtbaren Spektralbereich von dem zweiten Bild im sichtbaren Spektralbereich zu subtrahieren, um ein Differenzbild zu erhalten. Das Differenzbild kann eine räumliche Auflösung aufweisen, die einem Bild mit einer Integrationszeit im Wesentlichen ähnlich ist, die der Differenz zwischen der ersten Integrationszeit und der zweiten Integrationszeit entspricht. Weil Kameras, die in der Lage sind, mit längeren Integrationszeiten zu arbeiten, deutlich kostengünstiger sind als Kameras, die bei kürzeren Integrationszeiten arbeiten können, kann das Bildgebungssystem ein wirtschaftlich vertretbares System zur Erzeugung von Bildern mit hoher räumlicher Auflösung ergeben.
Indem nun auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, zeigt 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Turbinensystems, das ein Bildgebungssystem enthält, das konfiguriert ist, um eine zweidimensionale Temperaturkarte von einer Turbinenkomponente auf der Basis eines Bildes im sichtbaren Spektrum zu bestimmen und/oder ein Differenzbild von der Komponente mit hoher räumlicher Auflösung zu berechnen. Das Turbinensystem 10 enthält einen Brennstoffinjektor 12, eine Brennstoffzufuhr 14 und eine Brennkammer 16. Wie veranschaulicht, leitet die Brennstoffzufuhr 14 einen flüssigen Brennstoff und/oder einen gasförmigen Brennstoff, wie beispielsweise Erdgas, zu dem Gasturbinensystem 10 durch den Brennstoffinjektor 12 hindurch in die Brennkammer 16 hinein. Wie nachstehend erläutert, ist der Brennstoffinjektor 12 konfiguriert, um den Brennstoff zu injizieren und mit komprimierter Luft zu vermischen. Die Brennkammer 16 zündet und verbrennt das Brennstoff-Luft-Gemisch und leitet heiße unter Druck stehende Abgase weiter zu einer Turbine 18. Wie verstanden wird, enthält die Turbine 18 einen oder mehrere Statoren mit ortsfesten Leitschaufeln oder Schaufeln sowie einen oder mehrere Rotoren mit Schaufeln, die relativ zu den Statoren rotieren. Das Abgas passiert die Turbinenlaufschaufeln, wodurch der Turbinenrotor drehend angetrieben wird. Eine Kopplung zwischen dem Turbinenrotor und einer Welle 19 veranlasst die Drehung der Welle 19, die ferner mit verschiedenen Komponenten überall in dem Gasturbinensystem 10 gekoppelt ist, wie dies veranschaulicht ist. Schließlich kann das Abgas aus dem Verbrennungsprozess aus dem Gasturbinensystem 10 über einen Abgasauslass 20 austreten.
Ein Verdichter 22 enthält Laufschaufeln, die an einem Rotor starr montiert sind, der durch die Welle 19 drehend angetrieben ist. Wenn Luft die rotierenden Laufschaufeln passiert, steigt der Luftdruck, wodurch die Brennkammer 16 mit hinreichend Luft zur ordnungsgemäßen Verbrennung versehen wird. Der Verdichter 22 kann Luft in das Gasturbinensystem 10 über einen Lufteinlass 24 aufnehmen. Ferner kann die Welle 19 mit einer Last 26 gekoppelt sein, die über eine Drehung der Welle 19 angetrieben sein kann. Wie erkannt wird, kann die Last 26 jede beliebige geeignete Vorrichtung sein, die die Leistung der Drehausgabe des Gasturbinensystems 10 nutzen kann, wie beispielsweise eine Energieerzeugungsanlage oder eine externe mechanische Last. Zum Beispiel kann die Last 26 einen elektrischen Generator, einen Propeller eines Flugzeugs und dergleichen enthalten. Der Lufteinlass 24 zieht Luft 30 in das Gasturbinensystem 10 über einen geeigneten Mechanismus, wie beispielsweise einen Kaltlufteinlass, ein. Die Luft 30 strömt anschließend an den Laufschaufeln des Verdichters 22 vorbei, was komprimierte Luft 32 zu der Brennkammer 16 liefert. Insbesondere kann der Brennstoffinjektor 12 die komprimierte Luft 32 und den Brennstoff 14 als ein Brennstoff-Luft-Gemisch 34 in die Brennkammer 16 injizieren. Alternativ können die komprimierte Luft 32 und der Brennstoff 14 zur Vermischung und Verbrennung unmittelbar in die Brennkammer injiziert werden.
Wie veranschaulicht, enthält das Turbinensystem 10 ein Bildgebungssystem 36, das mit der Turbine 18 optisch gekoppelt ist. In der veranschaulichten Ausführungsform enthält das Bildgebungssystem 36 eine optische Verbindung 38 (z. B. ein Glasfaserkabel, einen Lichtwellenleiter, etc.), die sich zwischen einer Sichtöffnung 40 zu der Turbine 18 und einer Kamera 42 erstreckt. Wie nachstehend in Einzelheiten erläutert, ist die Kamera 42 konfiguriert, um ein zweidimensionales Bild im sichtbaren Spektrum von einer Komponente im Inneren der Turbine 18 durch die Sichtöffnung 40 hindurch zu erhalten. Die Kamera 42 ist mit einer Steuereinrichtung 44 kommunikationsmäßig gekoppelt, die konfiguriert ist, um eine zweidimensionale Temperaturkarte von der Komponente auf der Basis des Bildes im sichtbaren Spektrum zu bestimmen. Weil die zweidimensionale Temperaturkarte auf einem Bild im sichtbaren Spektrum basiert, können die berechneten Temperaturen in der Temperaturkarte genauer sein als Temperaturen, die aus Bildern im Infrarotspektrum berechnet werden. Außerdem ist das Bildgebungssystem in einer Ausführungsform konfiguriert, um ein erstes Bild im sichtbaren Spektrum von der Komponente unter Verwendung einer ersten Integrationszeit aufzunehmen, ein zweites Bild im sichtbaren Spektrum von der Komponente unter Verwendung einer zweiten Integrationszeit, die sich von der ersten Integrationszeit unterscheidet, aufzunehmen und das erste Bild im sichtbaren Spektrum von dem zweiten Bild im sichtbaren Spektrum zu subtrahieren, um ein Differenzbild zu erhalten. Das Differenzbild kann eine räumliche Auflösung aufweisen, die im Wesentlichen ähnlich einem Bild mit einer Integrationszeit ist, das gleich der Differenz zwischen der ersten Integrationszeit und der zweiten Integrationszeit ist. Weil Kameras, die mit längeren Integrationszeiten arbeiten können, deutlich kostengünstiger sind als Kameras, die mit kürzeren Integrationszeiten arbeiten können, kann das Bildgebungssystem ein ökonomisch praktikables System zur Erzeugung von Bildern mit hoher räumlicher Auflösung schaffen.
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Turbinenabschnitts, die verschiedene Turbinenkomponenten veranschaulicht, die durch das Bildgebungssystem 36 überwacht werden können. Wie veranschaulicht, strömt das Abgas 48 aus der Brennkammer 16 in die Turbine 18 hinein in einer Axialrichtung 50 und/oder einer Umfangsrichtung 52. Die veranschaulichte Turbine 18 enthält wenigstens zwei Stufen, wobei die ersten beiden Stufen in 2 veranschaulicht sind. Andere Turbinenkonfigurationen können mehrere oder wenigere Turbinenstufen enthalten. Zum Beispiel kann eine Turbine 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder mehrere Turbinenstufen enthalten. Die erste Turbinenstufe enthält Leitschaufeln 54 und Laufschaufeln 56, die in der Umfangsrichtung 52 rings um die Turbine 18 im Wesentlichen gleichmäßig beabstandet angeordnet sind. Die Leitschaufeln 54 der ersten Stufe sind an der Turbine 18 starr montiert und konfiguriert, um Verbrennungsgase in Richtung auf die Laufschaufeln 56 zu lenken. Die Laufschaufeln 56 der ersten Stufe sind an einem Rotor 58 montiert, der durch das Abgas 48, das an den Laufschaufeln 56 vorbei strömt, drehend angetrieben ist. Der Rotor 58 ist wiederum mit der Welle 19 gekoppelt, die den Verdichter 22 und die Last 26 antreibt. Das Abgas 48 strömt anschließend an Leitschaufeln 60 der zweiten Stufe und Laufschaufeln 62 der zweiten Stufe vorbei. Die Laufschaufeln 62 der zweiten Stufe sind ebenfalls mit dem Rotor 58 gekoppelt. Während das Abgas 48 durch jede Stufe strömt, wird Energie aus dem Gas in Drehenergie des Rotors 58 umgewandelt. Nach dem Passieren jeder Turbinenstufe tritt das Abgas 48 aus der Turbine 18 in der Axialrichtung 50 aus.
In der veranschaulichten Ausführungsform erstreckt sich jede Leitschaufel 54 der ersten Stufe von einer Endwand 64 in einer Radialrichtung 66 nach außen. Die Endwand 64 ist konfiguriert, um das heiße Abgas 48 am Eintreten in den Rotor 58 zu hindern. Eine ähnliche Endwand kann benachbart zu den Leitschaufeln 60 der zweiten Stufe und, falls sie vorhanden sind, nachfolgenden stromabwärtigen Leitschaufeln vorhanden sein. In ähnlicher Weise erstreckt sich jede Laufschaufel 56 der ersten Stufe von einer Plattform 68 aus in der Radialrichtung 66 nach außen. Wie erkannt wird, ist die Plattform 68 ein Teil eines Schaftes 70, der die Laufschaufel 56 mit dem Rotor 58 koppelt. Der Schaft 70 enthält ferner eine Dichtung oder einen Engelflügel 72, die bzw. der konfiguriert ist, um das heiße Abgas 48 am Eintreten in den Rotor 58 zu hindern. Ähnliche Plattformen und Engelflügel können benachbart zu den Laufschaufeln 62 der zweiten Stufe und, falls sie vorhanden sind, nachfolgenden stromabwärtigen Laufschaufeln vorhanden sein. Außerdem ist ein Mantel 74 radial außen von den Laufschaufeln 56 der ersten Stufe positioniert. Der Mantel 74 ist konfiguriert, um die Menge der Abgase 48, die die Laufschaufeln 56 umströmen, auf ein Minimum zu reduzieren. Ein Gasbypass ist unerwünscht, weil Energie aus dem umströmenden Gas durch die Laufschaufeln 56 nicht erfasst und nicht in Drehenergie umgesetzt wird. Während Ausführungsformen des Bildgebungssystems 36 nachstehend unter Bezugnahme auf Überwachungskomponenten innerhalb der Turbine 18 einer Gasturbine 10 beschrieben sind, sollte erkannt werden, dass das Bildgebungssystem 36 verwendet werden kann, um Komponenten innerhalb anderer rotierender und/oder hin- und herbewegter Maschinen, wie beispielsweise einer Turbine, in dem Dampf oder ein anderes Arbeitsfluid Turbinenlaufschaufeln passiert, zu überwachen.
Wie erkannt wird, sind verschiedene Komponenten innerhalb der Turbine 18 (z. B. die Leitschaufeln 54 und 60, die Laufschaufeln 56 und 62, die Endwände 64, die Plattformen 68, die Engelflügel 72, die Mäntel 74, etc.) dem heißen Abgas 48 aus der Brennkammer 16 ausgesetzt. Folglich kann es erwünscht sein, eine Temperatur bestimmter Komponenten während des Betriebs der Turbine 18 zu messen, um sicherzustellen, dass die Temperatur innerhalb eines gewünschten Bereiches bleibt, und/oder um thermische Beanspruchung innerhalb der Komponenten zu überwachen. Zum Beispiel kann das Bildgebungssystem 36 konfiguriert sein, um ein zweidimensionales Bild im sichtbaren Spektrum von den Turbinenlaufschaufeln 56 der ersten Stufe aufzunehmen. Das zweidimensionale Bild im sichtbaren Spektrum kann anschließend verwendet werden, um eine zweidimensionale Temperaturkarte von der Oberfläche der Laufschaufeln 56 zu berechnen. Weil die zweidimensionale Temperaturkarte auf einem Bild im sichtbaren Spektrum beruht, können die berechneten Temperaturen innerhalb der Temperaturkarte genauer sein als Temperaturen, die aus Bildern im Infrarotspektrum berechnet werden.
Wie veranschaulicht, enthält das Bildgebungssystem 36 drei Sichtöffnungen 40, die zu unterschiedlichen Bereichen der Laufschaufel 56 hin gerichtet sind. Drei optische Verbindungen 38 koppeln die Sichtöffnungen 40 optisch mit der Kamera 42. Eine erste optische Verbindung 76 ist konfiguriert, um ein Bild von einem stromaufwärtigen Abschnitt der Laufschaufel 56 zu der Kamera 42 zu übermitteln, während eine zweite optische Verbindung 78 konfiguriert ist, um ein Bild von einer Umfangsseite der Laufschaufel 56 zu der Kamera 42 zu übermitteln und eine dritte optische Verbindung 80 konfiguriert ist, um ein Bild von einem stromabwärtigen Abschnitt der Laufschaufel 56 zu der Kamera 42 zu übermitteln. Die Sichtöffnungen 40 können in der Axialrichtung 50, der Umfangsrichtung 52 und/oder der Radialrichtung 66 unter einem Winkel angeordnet sein, um die Sichtöffnungen 40 in Richtung auf die gewünschten Bereiche der Laufschaufel 56 auszurichten. In alternativen Ausführungsformen können mehrere oder wenigere Sichtöffnungen 40 und optische Verbindungen 38 verwendet werden, um Bilder von der Laufschaufel 56 der ersten Stufe zu erhalten. Zum Beispiel können manche Ausführungsformen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder mehrere Sichtöffnungen 40 und eine entsprechende Anzahl optischer Verbindungen 38 verwenden, um Bilder von der Laufschaufel 56 zu der Kamera 42 zu übertragen. Es wird erkannt, dass je mehr Sichtöffnungen 40 und optische Verbindungen 38 verwendet werden, desto mehr Bereiche der Laufschaufel 57 überwacht werden können. Wie vorstehend erläutert, können die optischen Verbindungen 38 zum Beispiel ein Glasfaserkabel oder einen Lichtwellenleiter enthalten. Es sollte ferner erkannt werden, dass bestimmte Ausführungsformen die optischen Verbindungen 38 auslassen können und die Kamera 42 kann mit den Sichtöffnungen 40 direkt optisch gekoppelt sein.
Während die Sichtöffnungen 40 in der veranschaulichten Ausführungsform zu den Laufschaufeln 56 der ersten Stufe hin gerichtet sind, sollte erkannt werden, dass die Sichtöffnungen 40 in alternativen Ausführungsformen zu anderen Turbinenkomponenten hin gerichtet sein können. Zum Beispiel kann/können eine oder mehrere Sichtöffnungen 40 zu den Leitschaufeln 54 der ersten Stufe, den Leitschaufeln 60 der zweiten Stufe, den Laufschaufeln 62 der zweiten Stufe, den Endwänden 64, den Plattformen 68, den Engelflügeln 72, den Mänteln 74 oder anderen Komponenten innerhalb der Turbine 18 gerichtet sein. Ferner können Ausführungsformen Sichtöffnungen 40 enthalten, die zu mehreren Komponenten innerhalb der Turbine 18 hin gerichtet sein können. Ähnlich den Laufschaufeln 56 der ersten Stufe kann das Bildgebungssystem 36 ein zweidimensionales Bild im sichtbaren Spektrum von jeder Komponente innerhalb eines Sichtfeldes einer Sichtöffnung 40 erfassen und auf der Basis des Bildes im sichtbaren Spektrum eine zweidimensionale Temperaturkarte bestimmen. Auf diese Weise kann ein Bediener leicht übermäßige Temperaturschwankungen über der Komponente und/oder Defekte (z. B. Risse, blockierte Kühllöcher, etc.) innerhalb der Turbinenkomponente identifizieren.
Wie vorstehend erläutert, übertragen die optischen Verbindungen 38 (z. B. Glasfaserkabel, Lichtwellenleiter, etc.) ein Bild von der Turbine 18 zu der Kamera 42. Die Kamera 42 kann konfiguriert sein, um mehrere Bilder über eine Zeitdauer hinweg aufzunehmen. Wie erkannt wird, können bestimmte Turbinenkomponenten, wie beispielsweise die Laufschaufeln 56 der ersten Stufe, wie vorstehend beschrieben, mit hoher Drehzahl entlang der Umfangsrichtung 52 der Turbine 18 rotieren. Folglich kann die Kamera 42, um ein Bild von einer derartigen Komponente aufzunehmen, konfiguriert sein, um bei einer Integrationszeit zu arbeiten, die ausreicht, um zu der Steuereinrichtung 44 im Wesentlichen ein Ruhebild von jeder Komponente zu liefern. Zum Beispiel kann die Kamera 42 in manchen Ausführungsformen konfiguriert sein, um ein das sichtbare Bild der Turbinenkomponente kennzeichnendes Signal mit einer Integrationszeit auszugeben, die kürzer ist als etwa 10, 5, 3, 2, 1 oder 0,5 Mikrosekunden oder weniger. Alternativ kann die Steuereinrichtung konfiguriert sein, um ein erstes Bild im sichtbaren Spektrum von der umlaufenden Komponente unter Verwendung einer ersten Integrationszeit aufzunehmen, ein zweites Bild im sichtbaren Spektrum von der umlaufenden Komponente unter Verwendung einer zweiten Integrationszeit aufzunehmen, die sich von der ersten Integrationszeit unterscheidet, und das erste Bild im sichtbaren Spektrum von dem zweiten Bild im sichtbaren Spektrum zu subtrahieren, um ein Differenzbild zu erhalten. Das Differenzbild kann eine räumliche Auflösung im Wesentlichen ähnlich einem Bild mit einer Integrationszeit aufweisen, die gleich der Differenz zwischen der ersten Integrationszeit und der zweiten Integrationszeit ist. Weil Kameras, die in der Lage sind, mit längeren Integrationszeiten zu arbeiten, deutlich kostengünstiger sind als Kameras, die in der Lage sind, mit kürzeren Integrationszeiten zu arbeiten, kann das Bildgebungssystem ein ökonomisch vertretbares System zur Erzeugung von Bildern mit hoher räumlicher Auflösung ergeben.
In manchen Ausführungsformen können die optischen Verbindungen 38 mit einem Multiplexer innerhalb der Kamera 42 gekoppelt sein, um eine Überwachung von Bildern aus jedem Beobachtungspunkt zu ermöglichen. Wie erkannt wird, können Bilder von jeder optischen Verbindung 38 räumlich oder zeitlich gemultiplext werden. Falls zum Beispiel der Multiplexer konfiguriert ist, um die Bilder räumlich zu multiplexen, kann jedes Bild auf einen anderen Abschnitt einer Bilderfassungsvorrichtung (z. B. eines ladungsgekoppelten Bauteils (CCD, Charge-Coupled Device), eines komplementären Metall-Oxid-Halbleiters (CMOS), etc.) innerhalb der Kamera 42 projiziert werden. In dieser Konfiguration kann ein Bild von der ersten optischen Verbindung 76 auf einen oberen Abschnitt der Bilderfassungsvorrichtung gerichtet sein, während ein Bild von der zweiten optischen Verbindung 78 auf einen zentralen Abschnitt der Bilderfassungsvorrichtung gerichtet sein kann und ein Bild von der dritten optischen Verbindung 80 in Richtung auf einen unteren Abschnitt der Bilderfassungsvorrichtung gerichtet sein kann. Infolgedessen kann die Bilderfassungsvorrichtung jedes Bild mit einer Auflösung von einem Drittel scannen. In anderen Worten ist die Scannauflösung zu der Anzahl räumlich gemultiplexter Signale umgekehrt proportional. Wie erkannt wird, liefern Scanns geringerer Auflösung weniger Informationen über die Turbinenkomponente zu der Steuereinrichtung 44 als Scanns mit höherer Auflösung. Folglich kann die Anzahl räumlich gemultiplexter Signale durch die minimale Auflösung begrenzt sein, die für die Steuereinrichtung 44 ausreicht, um ein gewünschtes zweidimensionales Bild von der Turbinenkomponente zu erzeugen.
Alternativ können Bilder, die durch die optischen Verbindungen 38 geliefert werden, zeitlich gemultiplext werden. Zum Beispiel kann die Kamera 42 abwechselnd ein Bild von jeder optischen Verbindung 38 mit der gesamten Auflösung der Bilderfassungsvorrichtung scannen. Unter Verwendung dieser Technik kann die volle Auflösung der Bilderfassungsvorrichtung genutzt werden, wobei jedoch die Scannfrequenz proportional zu der Anzahl von gescannten Beobachtungspunkten reduziert sein kann. Falls zum Beispiel zwei Beobachtungspunkte gescannt werden und die Frequenz der Bilderfassungsvorrichtung 100 Hz beträgt, ist die Kamera 42 nur in der Lage, Bilder von jedem Beobachtungspunkt mit 50 Hz zu scannen. Folglich kann die Anzahl zeitlich gemultiplexter Signale durch die gewünschte Scannfrequenz begrenzt sein.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Bildgebungssystems, das eine Steuereinrichtung aufweist, die konfiguriert ist, um Signale zu empfangen, die ein Bild im sichtbaren Spektrum von einer Turbinenkomponente kennzeichnen, und um eine zweidimensionale Temperaturkarte auf der Basis der Signale zu bestimmen. Wie veranschaulicht, ist die Kamera 42 zu einer Turbinenlaufschaufel 56 der ersten Stufe hin gerichtet. Jedoch sollte erkannt werden, dass die Kamera 42 in alternativen Ausführungsformen in Richtung auf andere Turbinenkomponenten (z. B. die Leitschaufeln 54 und 56, Laufschaufeln 62, Endwände 64, Plattformen 68, Engelflügel 72, Mäntel 74, etc.) gerichtet sein kann. Außerdem können in alternativen Ausführungsformen mehrere Kameras 42 eingesetzt werden. Zum Beispiel können in manchen Ausführungsformen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder mehrere Kameras 42 in Richtung auf die Laufschaufel 56 gerichtet werden. Wie vorstehend erläutert, können weitere Ausführungsformen mehrere optische Verbindungen 38 enthalten, die sich zwischen der Turbine 18 und einem Multiplexer in jeder Kamera 42 erstrecken.
In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Kamera 42 konfiguriert, um ein Bild im sichtbaren Spektrum von der Turbinenlaufschaufel 56 zu empfangen und um Signale zu der Steuereinrichtung 44 auszugeben, die ein zweidimensionales Intensitätsprofil 82 des Bildes im sichtbaren Spektrum kennzeichnen. Zum Beispiel kann die Kamera 42 eine Bilderfassungsvorrichtung enthalten, die für eine Strahlung innerhalb des sichtbaren Spektralbereichs empfindlich ist. Eine derartige Bilderfassungsvorrichtung kann konfiguriert sein, um sichtbare Strahlung, die durch die Turbinenkomponenten emittiert und reflektiert wird, in ein elektrisches Signal zur Verarbeitung durch die Steuereinrichtung 44 umzusetzen. Wie erkannt wird, kann die Bilderfassungsvorrichtung eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD), ein komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS), eine als Focal Plane Array (FPA, Brennebenenarray) bezeichnete zweidimensionale Anordnung von Strahlungsdetektoren oder jede beliebige sonstige geeignete Vorrichtung zur Umwandlung einer elektromagnetischen Strahlung im sichtbaren Spektralbereich in elektrische Signale sein. In manchen Ausführungsformen kann die Bilderfassungsvorrichtung konfiguriert sein, um eine Strahlung im sichtbaren Spektrum innerhalb eines Wellenlängenbereiches von zum Beispiel etwa 350 nm bis etwa 750 nm, etwa 375 nm bis etwa 725 nm oder etwa 400 nm bis etwa 700 nm zu erfassen. Demgemäß enthält der spektrale Gehalt des zweidimensionalen Intensitätsprofils 82 eine Strahlung innerhalb des sichtbaren Bereiches des elektromagnetischen Spektrums.
Außerdem sollte erkannt werden, dass vielfältige Kamerakonfigurationen verwendet werden können, um das Bild im sichtbaren Spektrum von der Turbinenkomponente aufzunehmen. Zum Beispiel kann in manchen Ausführungsformen eine verbrauchergerechte digitale Spiegelreflexkamera (SLR-Kamera) verwendet werden, um das Bild im sichtbaren Spektrum aufzunehmen und um Signale an die Steuereinrichtung 44 auszugeben, die das zweidimensionale Intensitätsprofil 82 des Bildes im sichtbaren Spektrum kennzeichnen. SLR-Kameras enthalten einen Reflexspiegel, der wahlweise zwischen einer ersten Position, die ankommendes Licht zu einem Okular hin lenkt, und einer zweiten Position übergeht, die das ankommende Licht zu der Bilderfassungsvorrichtung hin lenkt. In dieser Konfiguration kann ein Bediener das Okular nutzen, um die SLR-Kamera in Richtung auf ein gewünschtes Ziel (z. B. die Turbinenlaufschaufel 56) zu richten. Sobald sie ausgerichtet ist, kann die SLR-Kamera aktiviert werden, wodurch der Reflexspiegel in die zweite Position übergeht und der Bilderfassungsvorrichtung ermöglicht wird, das Bild im sichtbaren Spektrum aufzunehmen. Wie erkannt wird, können alternative Ausführungsformen andere Kamerakonfigurationen verwenden, die den Reflexspiegel oder das Okular nicht enthalten.
Wie veranschaulicht, werden die Signale, die das zweidimensionale Intensitätsprofil 82 kennzeichnen, zu der Steuereinrichtung 44 übermittelt. Wie vorstehend erläutert, ist die Steuereinrichtung 44 konfiguriert, um auf der Basis der Signale eine zweidimensionale Temperaturkarte von der Komponente (z. B. der Turbinenlaufschaufel 56) zu bestimmen. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung konfiguriert, um das zweidimensionale Intensitätsprofil 82 rechnerisch in mehrere Intensitätsprofile mit schmalem Wellenlängenband aufzutrennen. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 44 konfiguriert sein, um das Intensitätsprofil 82 in ein Rotintensitätsprofil 84, ein Grünintensitätsprofil 86 und ein Blauintensitätsprofil 88 aufzuteilen. In einer derartigen Konfiguration kann das Rotintensitätsprofil 84 Wellenlängen in einem Bereich von etwa 600 nm bis etwa 750 nm enthalten, während das Grünintensitätsprofil 86 Wellenlängen innerhalb eines Bereiches von etwa 475 nm bis etwa 600 nm enthalten kann und das Blauintensitätsprofil Wellenlängen innerhalb eines Bereiches von etwa 400 nm bis etwa 475 nm enthalten kann. Die Steuereinrichtung 44 kann konfiguriert sein, um das zweidimensionale Intensitätsprofil in die Wellenlängenschmalband-Intensitätsprofile aufzutrennen, indem sie eine Reihe von Rechenfiltern anwendet, die die Profile mit den gewünschten Wellenlängenbereichen stufenweise extrahieren. Alternativ können die das zweidimensionale Intensitätsprofil 82 kennzeichnenden Signale Rot-, Grün- und Blau-Komponenten entsprechend jeweiligen Detektoren innerhalb der Bilderfassungsvorrichtung enthalten. In einer derartigen Konfiguration kann die Steuereinrichtung 44 die Signale in die Bestandskomponenten auftrennen, um die Wellenlängenschmalband-Intensitätsprofile zu bilden. Während vorstehend Rot-, Grün- und Blau-Intensitätsprofile beschrieben sind, sollte erkannt werden, dass alternative Ausführungsformen andere Wellenlängenschmalband-Intensitätsprofile mit anderen Wellenlängenbereichen verwenden können.
In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 44 konfiguriert, um auf der Basis der Wellenlängenschmalband-Intensitätsprofile zweidimensionale Temperaturkarten zu berechnen. Wie veranschaulicht, enthält die Steuereinrichtung 44 eine erste Temperaturumsetzungskurve 90, die konfiguriert ist, um die Intensität jedes Pixels innerhalb des Rot-Intensitätsprofils 84 auf eine zugehörige Temperatur abzubilden. Gleichfalls enthält die Steuereinrichtung 44 eine zweite Temperaturumsetzungskurve 92 für das Grün-Intensitätsprofil 86 und eine dritte Temperaturumsetzungskurve 94 für das Blau-Intensitätsprofil 88. Während jede Temperaturumsetzungskurve als eine kontinuierliche Kurve veranschaulicht ist, sollte erkannt werden, dass die Steuereinrichtung 44 eine empirische Formel, eine Nachschlagetabelle, ein Interpolationssystem (z. B. lineare Interpolation, kleinste Quadrate, kubische Spline, etc.) oder eine andere Methode zur Abbildung der Intensität jedes Pixels auf eine entsprechende Temperatur verwenden kann. Folglich erzeugt die Steuereinrichtung 44 eine erste zweidimensionale Temperaturverteilung 96 auf der Basis des Rot-Intensitätsprofils 84, eine zweite zweidimensionale Temperaturverteilung 98 auf der Basis des Grün-Intensitätsprofils 86 und eine dritte zweidimensionale Temperaturverteilung 100 auf der Basis des Blau-Intensitätsprofils 88. Die Steuereinrichtung 44 kann anschließend jede Temperaturverteilung mitteln, um eine Ausgangstemperaturkarte 102 zu erzeugen. Weil die Temperaturkarte 102 auf einem Durchschnitt der drei Farben basiert, kann die Temperaturkarte 102 genauere Temperaturen als auf einzelnen Farben basierende Temperaturkarten enthalten.
Während in der veranschaulichten Ausführungsform drei Temperaturverteilungen gemittelt werden, sollte erkannt werden, dass in alternativen Ausführungsformen mehrere oder wenigere Temperaturverteilungen verwendet werden können. Zum Beispiel kann die Temperaturkarte 102 in manchen Ausführungsformen aus einem einzigen Wellenlängenschmalband-Intensitätsprofil (z. B. dem Rot-Intensitätsprofil 84) berechnet werden. Alternativ können zwei der drei veranschaulichten Temperaturverteilungen (z. B. die erste und die zweite Temperaturverteilung 96 und 98) gemittelt werden, um die Ausgangstemperaturkarte 102 zu erzeugen. In weiteren Ausführungsformen kann die Steuereinrichtung 44 konfiguriert sein, um das zweidimensionale Intensitätsprofil 82 in 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehrere Intensitätsprofile mit schmalem Wellenlängenband aufzutrennen und um Temperaturverteilungen auf der Basis jedes Intensitätsprofils zu generieren. In derartigen Ausführungsformen kann über alle oder einen ausgewählten Teil der Temperaturverteilungen gemittelt werden, um die Ausgangstemperaturkarte 102 zu schaffen.
In anderen Ausführungsformen kann die Steuereinrichtung 44 konfiguriert sein, um Multi-Wellenlängen-Techniken zu verwenden, um die Ausgangstemperaturkarte 102 zu generieren. Wie verstanden wird, kann die Emissivität im Laufe der Zeit aufgrund von Veränderungen der Temperatur, der Ablagerung von Rückständen auf den Komponenten, der Oxidation von Turbinenkomponenten und/oder der Schmutzansammlung an dem Sichtfenster variieren. Folglich kann die Steuereinrichtung 44 konfiguriert sein, um Multi-Wellenlängen-Techniken in Kombination mit dem Rot-, Grün- und Blau-Intensitätsprofil zu verwenden, um eine offenbar wirksame Emissivität der Turbinenkomponente zu berechnen. Durch Aufnahme der Emissivität in die Temperaturkartenberechnungen kann eine genauere Temperaturkarte generiert werden.
Weil die veranschaulichte Ausführungsform eine Kamera 42 verwendet, die für sichtbare Strahlung empfindlich ist, kann das Bildgebungssystem 36 kostengünstiger herzustellen sein als Bildgebungssysteme, die Infrarotkameras verwenden. Zum Beispiel kann die Kamera 42, wie vorstehend erläutert, eine digitale SLR-Kamera der Verbrauchergüte sein. Eine derartige Kamera kann deutlich kostengünstiger sein als eine Kamera, die für Infrarotstrahlung empfindlich ist. Außerdem kann die digitale SLR-Kamera eine deutlich höhere Auflösung als eine Infrarotkamera haben, wodurch dem Bildgebungssystem 36 ermöglicht wird, kleinere Defekte und/oder Temperaturschwankungen innerhalb der Turbinenkomponente zu detektieren. Ferner hängen Temperaturberechnungen, die auf sichtbaren Wellenlängenemissionen basieren, weniger von Emissivitätsschwankungen ab als Berechnungen, die auf Infrarotstrahlung basieren. Folglich können die berechneten Temperaturen innerhalb der Temperaturkarte 102 genauer sein als Temperaturen, die auf Bilden von Infrarotkameras basieren.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Bildgebungssystems 36, das eine Steuereinrichtung 44 aufweist, die konfiguriert ist, um ein Differenzbild einer Turbinenkomponente auf der Basis eines ersten und eines zweiten Bildes zu berechnen, die jeweils eine andere Integrationszeit aufweisen. Wie veranschaulicht, sind eine erste Kamera 104 und eine zweite Kamera 106 in Richtung auf eine Turbinenlaufschaufel 56 der ersten Stufe gerichtet. Die erste Kamera 104 ist konfiguriert, um ein erstes Bild 108 unter Verwendung einer ersten Integrationszeit t₁ aufzunehmen, während die zweite Kamera 106 konfiguriert ist, um ein zweites Bild 110 unter Verwendung einer zweiten Integrationszeit t₂ aufzunehmen. Wie erkannt wird, kann die Integrationszeit als die Dauer der Ablichtung der Turbinenkomponente auf die Bilderfassungsvorrichtung definiert sein. Aufgrund der hohen Drehzahl bestimmter Turbinenkomponenten (z. B. der Turbinenlaufschaufeln 56) kann eine kurze Integrationszeit erwünscht sein, um ein Bild mit hoher räumlicher Auflösung (z. B. ein scharfes Bild, das eine Identifikation winziger Merkmale ermöglicht) zu erzeugen. Beispielsweise kann eine Integrationszeit von 1 Mikrosekunde verwendet werden, um eine räumliche Auflösung von 500 Mikrometern innerhalb eines Bildes einer bei 50 Hz rotierenden Turbinenlaufschaufel zu erreichen. Bedauerlicherweise können aufgrund der Kosten, die mit Kameras verbunden sind, die Integrationszeiten von 1 Mikrosekunde aufweisen, Bildgebungssysteme, die derartige Kameras verwenden, für eine Turbinenkomponentenüberwachung wirtschaftlich unvertretbar sein. Demzufolge kann das veranschaulichte Bildgebungssystem 36 Kameras 104 und 106 mit längeren Integrationszeitdauern und eine Steuereinrichtung 44 verwenden, die konfiguriert ist, um anhand mehrerer Bilder mit langer Integrationszeit ein Bild mit hoher räumlicher Auflösung zu erzeugen.
In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 44 konfiguriert, um das erste Bild 108, das die erste Integrationszeit t₁ aufweist, und das zweite Bild 110, das die zweite Integrationszeit t₂ aufweist, die länger ist als die erste Integrationszeit t₁, zu empfangen. Die Steuereinrichtung 44 ist ferner konfiguriert, um das erste Bild 108 von dem zweiten Bild 110 zu subtrahieren, um dadurch ein Differenzbild 112 mit einer räumlichen Auflösung zu erzeugen, die einem Bild mit einer Integrationszeit von t₂ – t₁ im Wesentlichen ähnlich ist. Beispielsweise kann das ersten Bild 108 eine Integrationszeit von 49 Mikrosekunden haben, und das zweite Bild 110 kann eine Integrationszeit von 50 Mikrosekunden haben. Derartige Integrationszeiten können Bilder mit räumlichen Auflösungen erzeugen, die zur Identifikation von Defekten innerhalb der Turbinenlaufschaufeln 56 unzureichend sind. Durch Subtraktion des ersten Bildes 108 von dem zweiten Bild 110 erzeugt die Steuereinrichtung 44 jedoch ein Differenzbild 112, das eine räumliche Auflösung aufweist, die einem Bild mit einer Integrationszeit von 1 Mikrosekunde (d. h. 50 Mikrosekunden minus 49 Mikrosekunden) im Wesentlichen ähnlich ist. Demzufolge kann das Bild 112 eine räumliche Auflösung von 500 Mikrometern aufweisen, wodurch einem Bediener oder einem automatischen System ermöglicht wird, Defekte (z. B. Risse, blockierte Kühllöcher, etc.) innerhalb der Turbinenkomponente zu identifizieren. Weil Kameras, die in der Lage sind, mit Integrationszeiten von etwa 50 Mikrosekunden zu arbeiten, deutlich kostengünstiger sind als Kameras, die in der Lage sind, bei Integrationszeiten von 1 Mikrosekunde zu arbeiten, kann das veranschaulichte Bildgebungssystem 36 ein ökonomisch vertretbares System zur Erzeugung von Bildern mit hoher räumlicher Auflösung ergeben.
Während die Steuereinrichtung 44 in der veranschaulichten Ausführungsform konfiguriert ist, um das erste und das zweite Bild direkt zu subtrahieren, sollte erkannt werden, dass die Steuereinrichtung konfiguriert sein kann, um einen Gewichtungsfaktor, entweder linearen oder nicht-linearen Gewichtungsfaktor, auf eines der oder beide Bilder vor der Subtraktion anzuwenden. Außerdem sollte erkannt werden, dass, während in der veranschaulichten Ausführungsform zwei Kameras 104 und 106 verwendet werden, alternative Ausführungsformen eine einzige Kamera verwenden können, um das erste und das zweite Bild zu erzeugen. Zum Beispiel kann die Kamera konfiguriert sein, um das erste Bild aufzunehmen, wenn die Turbinenlaufschaufel 56 an einer bestimmten Umfangsposition angeordnet ist. Die Kamera kann anschließend das zweite Bild von derselben Turbinenlaufschaufel 56 aufnehmen, während die Turbinenlaufschaufel die bestimmte Umfangsposition während einer nachfolgenden Drehung passiert. Ähnlich der Konfiguration mit zwei Kameras ist die erste Integrationszeit des ersten Bildes anders als die zweite Integrationszeit des zweiten Bildes, wodurch der Steuereinrichtung 44 ermöglicht wird, ein Differenzbild mit hoher räumlicher Auflösung zu erzeugen. Zum Beispiel kann die räumliche Auflösung des Differenzbildes einer räumlichen Auflösung eines Bildes im Wesentlichen ähnlich sein, das eine Integrationszeit aufweist, die gleich der Differenz zwischen der ersten Integrationszeit und der zweiten Integrationszeit ist.
Außerdem sollte erkannt werden, dass die Steuereinrichtung 44 eine zweidimensionale Temperaturkarte 102 von der Turbinenkomponente auf der Basis des Differenzbildes 112 ermitteln kann. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 44 konfiguriert sein, um das Differenzbild 112 in mehrere Wellenlängenschmalband-Intensitätsprofile aufzutrennen und auf der Basis von Temperaturumsetzungskurven jeweilige zweidimensionale Temperaturverteilungen zu berechnen. Die Steuereinrichtung 44 kann anschließend die jeweiligen Temperaturverteilungen mitteln, um die zweidimensionale Temperaturkarte der Turbinenkomponente zu erzeugen. Die Kombination aus einer genauen Temperaturkarte und einer hohen räumlichen Auflösung ermöglicht einem Bediener oder automatisierten System, Defekte innerhalb der Komponente zu identifizieren und/oder Temperaturverteilungen zu identifizieren, die auf einen übermäßigen Verschleiß schließen lassen.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jedem Fachmann auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Umfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
In einer Ausführungsform enthält ein System 10 ein Bildgebungssystem 36, das konfiguriert ist, um ein erstes Bild 108 einer umlaufenden Komponente 56 in einem Innenraum einer Turbine 18 unter Verwendung einer ersten Integrationszeit aufzunehmen, ein zweites Bild 110 der umlaufenden Komponente 56 in dem Innenraum der Turbine 18 unter Verwendung einer zweiten Integrationszeit, die sich von der ersten Integrationszeit unterscheidet, aufzunehmen und das erste Bild 108 von dem zweiten Bild 110 zu subtrahieren, um ein Differenzbild 112 zu erhalten.
Bezugszeichenliste

10: Gasturbinensystem
12: Brennstoffinjektor
14: Brennstoffzufuhr
16: Brennkammer
18: Turbine
19: Welle
20: Abgasauslass
22: Verdichter
24: Einlass
26: Last
30: Luft
32: komprimierte Luft
34: Brennstoff-Luft-Gemisch
36: Bildgebungssystem
38: optische Verbindung
40: Sichtöffnung, Sichtfenster
42: Kamera
44: Steuereinrichtung
48: Abgas
50: Axialrichtung
52: Umfangsrichtung
54: Leitschaufel der ersten Stufe
56: Laufschaufel der ersten Stufe
58: Turbinenrotor
60: Leitschaufel der zweiten Stufe
62: Laufschaufel der zweiten Stufe
64: Endwand
66: Radialrichtung
68: Plattform
70: Schaft
72: Engelflügel
74: Turbinenmantel
76: erste optische Verbindung
78: zweite optische Verbindung
80: dritte optische Verbindung
82: zweidimensionales Intensitätsprofil
84: Rot-Intensitätsprofil
86: Grün-Intensitätsprofil
88: Blau-Intensitätsprofil
90: erste Temperaturumsetzungskurve
92: zweite Temperaturumsetzungskurve
94: dritte Temperaturumsetzungskurve
96: erste zweidimensionale Temperaturverteilung
98: zweite zweidimensionale Temperaturverteilung
100: dritte zweidimensionale Temperaturverteilung
102: Temperaturkarte
104: erste Kamera
106: zweite Kamera
108: erstes Bild mit erster Integrationszeit
110: zweites Bild mit zweiter Integrationszeit
112: Differenzbild

Claims

System (10), das aufweist: ein Bildgebungssystem (36), das konfiguriert ist, um mit einem Innenraum einer Turbine (18) optisch zu kommunizieren, das aufweist: wenigstens eine Kamera (42), die konfiguriert ist, um mehrere Bilder im sichtbaren Spektrum (82, 108, 110) von einer umlaufenden Komponente (56) in dem Innenraum der Turbine (18) aufzunehmen und um Signale auszugeben, die ein zweidimensionales Intensitätsprofil jedes Bildes im sichtbaren Spektrum (82, 108, 110) kennzeichnen; und eine Steuereinrichtung (44), die mit der wenigstens eine Kamera (42) kommunikationsmäßig verbunden und konfiguriert ist, um eine zweidimensionale Temperaturkarte (102) von der umlaufenden Komponente (56) auf der Basis der Signale zu bestimmen; wobei das Bildgebungssystem (36) konfiguriert ist, um ein erstes Bild im sichtbaren Spektrum (108) von der umlaufenden Komponente (56) unter Verwendung einer ersten Integrationszeit aufzunehmen, ein zweites Bild im sichtbaren Spektrum (110) von der umlaufenden Komponente (56) unter Verwendung einer zweiten Integrationszeit aufzunehmen, die sich von der ersten Integrationszeit unterscheidet, und das erste Bild im sichtbaren Spektrum (108) von dem zweiten Bild im sichtbaren Spektrum (110) zu subtrahieren, um ein Differenzbild (112) zu erhalten.
System (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (44) konfiguriert ist, um die Signale zu filtern, um ein zweidimensionales Wellenlängenschmalband-Intensitätsprofil (84) jedes Bildes im sichtbaren Spektrum (82) zu erhalten und um die zweidimensionale Temperaturkarte (102) der umlaufenden Komponente (56) auf der Basis des zweidimensionalen Wellenlängenschmalband-Intensitätsprofils (84) zu bestimmen.
System (10) nach Anspruch 2, wobei das zweidimensionale Wellenlängenschmalband-Intensitätsprofil (84) einen Wellenlängenbereich von etwa 600 nm bis etwa 750 nm aufweist.
System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (44) konfiguriert ist, um die Signale zu filtern, um mehrere zweidimensionale Wellenlängenschmalband-Intensitätsprofile (84, 86, 88) von jedem Bild im sichtbaren Spektrum (82) zu erhalten und um die zweidimensionale Temperaturkarte (102) der umlaufenden Komponente (56) auf der Basis der mehreren zweidimensionalen Wellenlängenschmalband-Intensitätsprofile (84, 86, 88) zu bestimmen.
System (10) nach Anspruch 4, wobei die Steuereinrichtung (44) konfiguriert ist, um eine jeweilige zweidimensionale Temperaturverteilung (96, 98, 100) für jedes zweidimensionale Wellenlängenschmalband-Intensitätsprofil (84, 86, 88) zu bestimmen und um die zweidimensionale Temperaturkarte (102) durch Mittelung über alle jeweiligen zweidimensionalen Temperaturverteilungen (96, 98, 100) zu bestimmen.
System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine räumliche Auflösung des Differenzbildes (112) einer räumlichen Auflösung eines Bildes im Wesentlichen ähnlich ist, das eine Integrationszeit aufweist, die gleich einer Differenz zwischen der ersten Integrationszeit und der zweiten Integrationszeit ist.
System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bildgebungssystem (36) eine erste Kamera (104), die konfiguriert ist, um das erste Bild im sichtbaren Spektrum (108) aufzunehmen, und eine zweite Kamera (106) aufweist, die konfiguriert ist, um das zweite Bild im sichtbaren Spektrum (110) aufzunehmen, wobei die erste Kamera (104) und die zweite Kamera (106) konfiguriert sind, um das erste und das zweite Bild im sichtbaren Spektrum (108, 110) gleichzeitig aufzunehmen.
System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bildgebungssystem (36) eine einzige Kamera (42) aufweist, die konfiguriert ist, um das erste und das zweite Bild im sichtbaren Spektrum (108, 110) aufzunehmen, wenn die umlaufende Komponente (56) mit der einzigen Kamera (42) in einer Linie ausgerichtet ist.
System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Kamera (42) konfiguriert ist, um mit einem Sichtfenster (40) in der Turbine (18) über ein Glasfaserkabel oder ein bildgebendes optisches System optisch gekoppelt zu sein.
System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Kamera (42) eine digitale Spiegelreflexkamera aufweist.