FR2969283A1 - Systeme de detection d'ecaillage dans un moteur a turbine - Google Patents

Abstract

Dans un mode de réalisation, un système (10) inclut un système de pyrométrie multi-spectral (36) configuré pour recevoir un signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde (80) depuis un composant de turbine (56), pour séparer le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde (80) en de multiples signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite (94), pour déterminer l'émissivité (122) du composant de turbine (56) en fonction des signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite (94), et pour détecter de l'écaillage (104) sur une surface du composant de turbine (56) en fonction de l'émissivité (122).

Description

B11-5027FR 1 Système de détection d'écaillage dans un moteur à turbine

L'invention concerne un système et un procédé pour détecter l'existence d'écaillage dans un moteur à turbine. Certains moteurs à turbine à gaz incluent une turbine ayant des fenêtres de vision configurées pour faciliter le contrôle de divers composants dans la turbine. Par exemple, un système de pyrométrie peut recevoir des signaux de rayonnement à travers les fenêtres de vision pour mesurer la température de certains composants dans une veine de gaz chauds de la turbine. Le système de pyrométrie peut inclure un capteur optique configuré pour mesurer l'intensité du rayonnement émis par les composants de turbine dans une plage de longueur d'onde fixe. Comme on l'appréciera, en faisant l'hypothèse d'une émissivité, la température des composants peut être déterminée en fonction de l'intensité du rayonnement à une longueur d'onde particulière. Malheureusement, l'émissivité des composants peut varier avec le temps du fait des changements de température, de la formation de résidus sur les composants et/ou de l'oxydation des composants de turbine. De plus, les mesures d'émissivité peuvent être affectées par une accumulation de saletés sur la vitre de la fenêtre de vision. En outre, des composants de turbine qui incluent un revêtement de barrière thermique (RBT) peuvent être sujets à un écaillage, un état dans lequel des parties du RBT se détachent de la surface du composant, exposant ainsi le matériau de base. L'émissivité du matériau de base peut être significativement plus élevée que l'émissivité du RBT. Par conséquent, des systèmes de pyrométrie qui supposent une émissivité constante peuvent fournir des mesures de température imprécises pour des composants de turbine écaillés. Par exemple, un système de pyrométrie configuré pour mesurer un rayonnement dans une plage de longueurs d'onde fixe peut détecter une intensité de rayonnement augmentée depuis un composant de turbine ayant une région écaillée. Parce que le système de pyrométrie n'est pas capable de distinguer entre des températures augmentées et une émissivité augmentée, le système de pyrométrie fournit une température plus élevée. Par conséquent, un opérateur ou un système automatique peut désactiver le moteur à turbine pour déterminer la cause de l'augmentation de température du composant de turbine. Comme la température réelle du composant de turbine peut être dans une plage de fonctionnement souhaitée, un telle fonctionnement peut réduire inutilement la capacité du moteur à turbine. Dans un mode de réalisation, l'invention propose un système de pyrométrie multi-spectral configuré pour recevoir un signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde depuis un composant de turbine, pour séparer le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde en de multiples signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite, pour déterminer l'émissivité du composant de turbine en fonction des signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite, et pour détecter l'écaillage sur une surface du composant de turbine en fonction de l'émissivité.

Dans un autre mode de réalisation, l'invention propose un système de pyrométrie multi-spectral configuré pour communiquer optiquement avec l'intérieur d'une turbine. Le système de pyrométrie multi-spectral inclut un dispositif de séparation de longueurs d'onde configuré pour recevoir un signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde depuis un composant de turbine situé à l'intérieur de la turbine, et pour séparer le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde en de multiples signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite. Le système de pyrométrie multi-spectral inclut aussi un détecteur en communication optique avec le dispositif de séparation de longueurs d'onde. Le détecteur est configuré pour recevoir les signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite, et pour émettre des signaux de sortie indicatifs d'une intensité de chaque signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite. Le système de pyrométrie multi-spectral inclut en outre une commande configurée pour déterminer l'émissivité du composant de turbine en fonction des signaux de sortie, et pour détecter de l'écaillage sur une surface du composant de turbine en fonction de l'émissivité. Dans encore un autre mode de réalisation, l'invention propose un procédé comportant les étapes suivantes : recevoir un signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde d'un composant de turbine, et séparer le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde en de multiples signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite. Le procédé inclut aussi des étapes consistant à : déterminer l'émissivité du composant de turbine en fonction des signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite, et à détecter l'écaillage sur une surface du composant de turbine en fonction de l'émissivité. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante de quelques exemples non limitatifs, et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels des numéros de référence identiques portent sur des éléments identiques, et sur lesquels : - la figure 1 est un diagramme bloc d'un mode de réalisation d'un système de turbine incluant un système de pyrométrie multi- spectral configuré pour déterminer l'émissivité d'un composant de turbine, et pour détecter l'écaillage sur une surface du composant de turbine en fonction de l'émissivité ; - la figure 2 est une vue en coupe d'un exemple de section de turbine, illustrant divers composants de turbine qui peuvent être contrôlés par un mode de réalisation du système de pyrométrie multi-spectral ; - la figure 3 est un diagramme schématique d'un mode de réalisation du système de pyrométrie multi-spectral comportant un dispositif de séparation de longueurs d'onde employant de multiples miroirs dichroïques pour convertir un signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde en de multiples signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite ; - la figure 4 est un diagramme schématique d'un mode de réalisation du système de pyrométrie multi-spectral comportant une commande configurée pour déterminer une carte de température en deux dimensions du composant de turbine et/ou pour déterminer une aire d'écaillage sur la surface du composant de turbine ; et - la figure 5 est un organigramme d'un exemple de procédé pour détecter l'écaillage sur une surface du composant de turbine. L'invention permet d'augmenter la disponibilité d'un moteur à turbine en fournissant un système de pyrométrie multi-spectral configuré pour distinguer entre des variations de température et des variations d'émissivité. Par conséquent, le système de pyrométrie peut identifier de l'écaillage sur certains composants de turbine et/ou fournir des mesures de température plus précises. Dans un mode de réalisation, un système de pyrométrie multi-spectral inclut un dispositif de séparation de longueurs d'onde configuré pour recevoir un signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde depuis un composant de turbine situé à l'intérieur de la turbine, et pour séparer le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde en de multiples signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite. Le système de pyrométrie multispectral inclut aussi un détecteur en communication optique avec le dispositif de séparation de longueurs d'onde. Le détecteur est configuré pour recevoir les signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite, et pour émettre des signaux de sortie indicatifs d'une intensité de chaque signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite. Le système de pyrométrie mufti- spectral inclut en outre une commande configurée pour déterminer l'émissivité du composant de turbine en fonction des signaux de sortie, et pour détecter la présence d'écaillage sur une surface du composant de turbine en fonction de l'émissivité. La commande peut aussi être configurée pour déterminer une température du composant de turbine en fonction des signaux. Parce que le système de pyrométrie multi-spectral calcule une émissivité réelle apparente, la commande peut fournir une détermination de température plus précise que des déterminations de température basées sur une seule mesure de longueur d'onde. Dans certains modes de réalisation, la commande peut être configurée pour déterminer une aire d'écaillage sur la surface du composant de turbine en fonction de l'émissivité. Si l'aire dépasse une valeur de seuil, la commande peut informer un opérateur et/ou désactiver automatiquement le moteur à turbine pour réduire sensiblement ou éliminer une usure excessive associée à la perte du revêtement RBT. La figure 1 montre un diagramme bloc d'un système de turbine 10 incluant un système de pyrométrie multi-spectral configuré pour déterminer l'émissivité d'un composant de turbine, et pour détecter la présence d'écaillage sur une surface du composant de turbine en fonction de l'émissivité. Le système de turbine 10 inclut un injecteur de combustible 12, une alimentation en combustible 14, et une chambre de combustion 16. Comme illustré, l'alimentation en combustible 14 injecte un combustible liquide et/ou un combustible gazeux, comme du gaz naturel, vers le système de turbine à gaz 10 à travers l'injecteur de combustible 12 dans la chambre de combustion 16. L'injecteur de combustible 12 est configuré pour injecter et mélanger le combustible avec de l'air comprimé. La chambre de combustion 16 allume et brûle le mélange combustible-air, et fait passer ensuite les gaz d'échappement chauds à haute pression dans une turbine 18. La turbine 18 inclut un ou plusieurs stators ayant des pales ou des aubes fixes, et un ou plusieurs rotors ayant des pales qui tournent par rapport aux stators. Le gaz d'échappement passe à travers les pales de rotor de turbine, entraînant ainsi le rotor de turbine en rotation. Un couplage entre le rotor de turbine et un arbre 19 provoque la rotation de l'arbre 19, qui est aussi couplé à divers éléments dans tout le système de turbine à gaz 10. Finalement, l'échappement du processus de combustion hors du système de turbine à gaz 10 se fait via un dispositif d'échappement 20.

Un compresseur 22 inclut des pales montées rigidement sur un rotor qui est entraîné en rotation par l'arbre 19. Quand de l'air passe à travers les pales en rotation, la pression de l'air augmente, fournissant ainsi à la chambre de combustion 16 suffisamment d'air pour une combustion correcte. Le compresseur 22 peut admettre de l'air dans le système de turbine à gaz 10 via une admission d'air 24. En outre, l'arbre 19 peut être couplé à une charge 26, qui peut être alimentée en énergie via la rotation de l'arbre 19. Comme on l'appréciera, la charge 26 peut être tout dispositif convenable qui peut utiliser l'énergie de la sortie tournante du système de turbine à gaz 10, comme une centrale électrique ou une charge mécanique extérieure. Par exemple, la charge 26 peut inclure un générateur électrique, un propulseur d'aéronef, et autres. L'admission d'air 24 amène de l'air 30 dans le système de turbine à gaz 10 via un mécanisme convenable, comme une admission d'air froid. L'air 30 s'écoule ensuite à travers des pales du compresseur 22, ce qui fournit de l'air comprimé 32 à la chambre de combustion 16. En particulier, l'injecteur de combustible 12 peut injecter l'air comprimé 32 et le combustible 14, sous forme d'un mélange combustible-air 34, dans la chambre de combustion 16. En variante, l'air comprimé 32 et le combustible 14 peuvent être injectés directement dans la chambre de combustion en vue d'un mélange et de la combustion. Comme illustré, le système de turbine 10 inclut un système de pyrométrie multi-spectral 36 couplé optiquement à la turbine 18.

Dans le mode de réalisation illustré, le système de pyrométrie 36 inclut un système optique d'imagerie ou une connexion optique 38 (par exemple, un câble de fibre optique, un guide d'ondes optique, etc.) s'étendant entre une fenêtre de vision 40 dans la turbine 18 et un dispositif de séparation de longueurs d'onde 42. Alors que la fenêtre de vision 40 illustré est dirigée vers un orifice d'entrée de la turbine 18, on appréciera que la fenêtre de vision 40 peut être positionnée en divers emplacements le long de la turbine 18. Comme présenté en détail ci-dessous, le dispositif de séparation de longueurs d'onde 42 est configuré pour séparer un signal de rayonnement venant de l'intérieur de la turbine en de multiples signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite. Un détecteur 44 couplé optiquement au dispositif de séparation de longueurs d'onde 42 est configuré pour émettre des signaux de sortie indicatifs de l'intensité de chaque signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite. Dans le mode de réalisation illustré, le détecteur 44 est couplé à une commande 46 qui est configurée pour déterminer l'émissivité d'un composant de turbine situé à l'intérieur de la turbine en fonction des signaux, et pour détecter l'écaillage sur une surface du composant de turbine en fonction de l'émissivité. Comme présenté en détail ci-dessous, la commande 46 peut aussi être configurée pour déterminer la température du composant de turbine en fonction des signaux de sortie. Dans certains modes de réalisation, le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde peut être une image en deux dimensions du composant de turbine. Dans un tel mode de réalisation, le dispositif de séparation de longueurs d'onde peut être configuré pour séparer l'image à large plage de longueur d'onde en de multiples images à plage de longueur d'onde étroite, et le détecteur peut être configuré pour sortir des signaux indicatifs d'une carte d'intensité en deux dimensions de chaque image à plage de longueur d'onde étroite. En outre, la commande peut être configurée pour déterminer une carte de température en deux dimensions 136 du composant de turbine en fonction des signaux de sortie, permettant ainsi la détermination de la contrainte thermique dans le composant en mesurant un gradient thermique à travers le composant de turbine. Dans d'autres modes de réalisation, la commande peut être configurée pour déterminer une aire d'écaillage sur la surface du composant de turbine en fonction de l'émissivité. Si l'aire dépasse une valeur de seuil, la commande 46 peut informer un opérateur et/ou désactiver automatiquement le moteur à turbine 10 pour réduire sensiblement la possibilité d'usure excessive associée à la perte du revêtement RBT. La figure 2 est une vue en coupe d'un exemple de section de turbine, illustrant divers composants de turbine qui peuvent être contrôlés par un mode de réalisation du système de pyrométrie multi-spectral 36. Comme illustré, des gaz de combustion/produits de combustion 48 venant de la chambre de combustion 16 s'écoulent dans la turbine 18 dans une direction axiale 50 et/ou une direction circonférentielle 52. La turbine 18 illustrée inclut au moins deux étages, les deux premiers étages étant montrés sur la figure 2. D'autres configurations de turbine peuvent inclure plus ou moins d'étages de turbine. Par exemple, une turbine peut inclure 1, 2, 3, 4, 5, 6, ou plus étages de turbine. Le premier étage de turbine inclut des aubes 54 et des pales 56 espacées sensiblement de manière égale dans la direction circonférentielle 52 autour de la turbine 18. Les aubes de premier étage 54 sont montées rigidement sur la turbine 18 et configurées pour diriger des gaz de combustion vers les pales 56. Les pales de premier étage 56 sont montées sur un rotor 58 qui est entraîné en rotation par les gaz d'échappement 48 s'écoulant à travers les pales 56. Le rotor 58, à son tour, est couplé à l'arbre 19, qui entraîne le compresseur 22 et la charge 26. Les gaz d'échappement 48 s'écoulent ensuite à travers les aubes de second étage 60 et les pales de second étage 62. Les pales de second étage 62 sont aussi couplées au rotor 58. Quand les gaz d'échappement 48 s'écoulent à travers chaque étage, de l'énergie venant des gaz est convertie en énergie rotationnelle du rotor 58. Après être passés à travers chaque étage de turbine, les gaz d'échappement 48 sortent de la turbine 18 dans la direction axiale 50. Dans le mode de réalisation illustré, chaque aube de premier étage 54 s'étend vers l'extérieur depuis une paroi d'extrémité 64 dans une direction radiale 66. La paroi d'extrémité 64 est configurée pour bloquer l'entrée des gaz d'échappement chauds 48 dans le rotor 58. Une paroi d'extrémité similaire peut être présente au voisinage des aubes de second étage 60, et des aubes suivantes en aval, si elles sont présentes. Similairement, chaque pale de premier étage 56 s'étend vers l'extérieur depuis une plate-forme 68 dans la direction radiale 66. La plate-forme 68 fait partie d'une tige 70 qui permet la fixation de la pale 56 sur le rotor 58. La tige 70 inclut aussi un joint, ou aile d'ange, 72 configuré pour bloquer l'entrée des gaz d'échappement chauds 48 dans le rotor 58. Des plates-formes et des ailes d'ange similaires peuvent être présentes au voisinage des aubes de second étage 62, et des pales suivantes en aval, si elles sont présentes. En outre, une enveloppe 74 est positionnée radialement vers l'extérieur depuis les pales de premier étage 56. L'enveloppe 74 est configurée pour minimiser la quantité des gaz d'échappement 48 qui évitent les pales 56. La dérivation des gaz n'est pas souhaitable étant donné que l'énergie du gaz dérivé n'est pas récupérée par les pales 56 et transformée en énergie rotationnelle. Alors que le système de pyrométrie multi-spectral 36 est décrit ci-dessous en référence aux composants de contrôle dans la turbine 18 d'un moteur à turbine à gaz 10, on appréciera que le système de pyrométrie 36 peut être employé pour contrôler des composants dans d'autres machines tournantes et/ou alternatives, comme une turbine dans laquelle de la vapeur ou un autre fluide de travail passe à travers des pales de turbine pour fournir du courant ou de la poussée. De plus, le système de pyrométrie 36 peut être utilisé pour contrôler l'intérieur d'un moteur alternatif, comme un moteur à combustion interne alimenté en essence ou diesel. Comme on l'appréciera, divers composants dans la turbine 18 (par exemple, des aubes 54 et 60, des pales 56 et 62, des parois d'extrémité 64, des plates-formes 68, des ailes d'ange 72, des enveloppes de turbine 74, etc.) sont exposés aux gaz d'échappement chauds 48 venant de la chambre de combustion 16. Par conséquent, il peut être souhaitable de mesurer la température de certains composants pendant le fonctionnement de la turbine 18 pour s'assurer que la température reste dans une plage souhaitée et/ou pour contrôler une contrainte thermique dans les composants. Par exemple, le système de pyrométrie multi-spectral 36 peut être configuré pour déterminer la température des pales de premier étage 56 de turbine. Dans d'autres modes de réalisation, le système de pyrométrie 36 peut être configuré pour déterminer une carte de température en deux dimensions 136 des pales 56. La carte de température en deux dimensions 136 peut être utilisée pour déterminer un gradient de température à travers chaque pale 56, facilitant ainsi le calcul de la contrainte thermique dans la pale 56. En plus d'augmenter la température de pale, les gaz d'échappement chauds 48 peuvent provoquer le détachement d'un revêtement de barrière thermique (RBT) de la surface des pales 56 et/ou d'autres composants dans la turbine 18, exposant ainsi le matériau de base aux gaz chauds 48. Cet état est appelé écaillage, et peut sensiblement augmenter l'usure des composants de turbine. Parce que le matériau de base peut avoir une émissivité sensiblement supérieure à celle du RBT, le système de pyrométrie multi-spectral 36 peut être configuré pour détecter l'écaillage en identifiant des régions d'émissivité augmentée. Dans certains modes de réalisation, le système de pyrométrie peut être configuré pour déterminer une aire d'écaillage sur la surface de chaque composant de turbine en fonction de l'émissivité. Si l'aire dépasse une valeur de seuil, la commande peut informer un opérateur et/ou désactiver automatiquement le moteur à turbine pour réduire sensiblement ou éliminer la possibilité d'usure excessive associée à la perte du revêtement RBT. Le mode de réalisation illustré inclut trois connexions optiques 38 pour coupler optiquement les fenêtres de vision 40 au dispositif de séparation de longueurs d'onde 42. Comme illustré, une première connexion optique 76 est couplée à un fenêtre de vision 40 positionnée en amont de la pale 56 et inclinée vers la pale 56, une seconde connexion optique 78 est couplée à une autre fenêtre de vision 40 positionnée radialement vers l'extérieur depuis la pale 56 et dirigée vers un côté circonférentiel de la pale 56, et une troisième connexion optique 79 est couplée à une troisième fenêtre de vision 40 positionnée en aval de la pale 56 et inclinée dans une direction amont. Les fenêtres de vision 40 peuvent être inclinées dans la direction axiale 50, la direction circonférentielle 52 et/ou la direction radiale 66 pour diriger les fenêtres de vision 40 vers des régions souhaitées de la pale 56. Dans des variantes de mode de réalisation, plus ou moins de fenêtres de vision 40 et de connexions optiques 38 peuvent être employées pour obtenir des signaux de rayonnement depuis la pale de premier étage 56. Par exemple, certains modes de réalisation peuvent employer 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou plus de fenêtres de vision 40 et un nombre correspondant de connexions optiques 38 pour envoyer des signaux de rayonnement de la pale 56 vers le dispositif de séparation de longueurs d'onde 42. Plus il y a de fenêtres de vision 40 et de connexions optiques 38 employées, plus il est possible de contrôler de régions de la pale 56. Comme présenté auparavant, les connexions optiques 38 peuvent inclure un câble de fibres optiques ou un système d'imagerie optique (par exemple, un système de guide d'ondes optique d'imagerie rigide). Certains modes de réalisation peuvent omettre les connexions optiques 38, et le dispositif de séparation de longueurs d'onde 42 peut être directement couplé optiquement aux fenêtres de vision 40. Alors que des fenêtres de vision 40 sont dirigées vers les pales de premier étage 56 dans le mode de réalisation illustré, les fenêtres de vision 40 peuvent être dirigées vers d'autres composants de turbine dans des variantes de mode de réalisation. Par exemple, une ou plusieurs fenêtres de vision 40 peuvent être dirigées vers les aubes de premier étage 54, les aubes de second étage 60, les pales de second étage 62, les parois d'extrémité 64, les plates-formes 68, les ailes d'ange 72, les enveloppes de turbine 74, ou d'autres composants dans la turbine 18. D'autres modes de réalisation peuvent inclure des fenêtres de vision 40 dirigées vers de multiples composants dans la turbine 18. Similairement aux pales de premier étage 56, le système de pyrométrie multi-spectral 36 peut déterminer la température et/ou l'émissivité du composant de turbine pour identifier une contrainte thermique et/ou une perte excessive de RBT. Comme décrit auparavant, les connexions optiques 38 (par exemple, un câble de fibres optiques, un guide d'ondes optique, etc.) envoient un signal de rayonnement de l'intérieur de turbine vers le dispositif de séparation de longueurs d'onde 42. Le dispositif de séparation de longueurs d'onde 42, à son tour, est configuré pour séparer le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde en de multiples signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite, et pour envoyer les signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite vers le détecteur 44. Le détecteur 44 peut être configuré pour capturer de multiples signaux de rayonnement sur une période de temps. Certains composants de turbine, comme les pales de premier étage 56 décrites ci-dessus, peuvent tourner à des vitesses élevées le long de la direction circonférentielle 52 de la turbine 18. Par conséquent, pour capturer un signal de rayonnement (par exemple une image) à partir de tels composants, le détecteur 44 peut être configuré pour fonctionner à une fréquence suffisante pour fournir à la commande 46 une image sensiblement fixe de chaque composant. Par exemple, dans certains modes de réalisation, le détecteur 44 peut être configuré pour émettre les signaux indicatifs de l'intensité de chaque signal de rayonnement à une fréquence supérieure à approximativement 100 000, 200 000, 400 000, 600 000, 800 000, ou 1 000 000 Hz, ou plus. Dans d'autres modes de réalisation, le détecteur 44 peut être configuré pour émettre les signaux indicatifs de l'intensité de chaque image avec un temps d'intégration d'approximativement 10, 5, 3, 2, 1, ou 0,5 microsecondes, ou moins. De cette manière, l'émissivité peut être mesurée pour chaque composant de turbine, permettant ainsi la détection instantanée de l'écaillage sur la surface du composant. Dans certains modes de réalisation, les connexions optiques 38 peuvent être couplées à un multiplexeur dans le dispositif de séparation de longueurs d'onde 42 pour fournir au détecteur 44 des signaux de rayonnement venant de chaque point d'observation. Des signaux de rayonnement venant de chaque connexion optique 38 peuvent être multiplexés en espace ou en temps. Par exemple, dans certains modes de réalisation, le détecteur 44 peut être configuré pour capturer des cartes d'intensité en deux dimensions de chaque signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite 94 (par exemple, une image). Dans de tels modes de réalisation, si le multiplexeur est configuré pour multiplexer les images dans l'espace, chaque image peut être projetée sur une partie différente du détecteur 44. Dans cette configuration, une image venant de la première connexion optique 76 peut être dirigée vers une première partie (par exemple, un premier tiers) du détecteur 44, une image venant de la seconde connexion optique 78 peut être dirigée vers une seconde partie (par exemple, un second tiers) du détecteur 44, et une image venant de la troisième connexion optique 79 peut être dirigée vers une troisième partie (par exemple, un troisième tiers).

Il en résulte que le détecteur 44 peut capturer chaque image à une résolution de un tiers. En d'autres termes, la résolution spatiale est inversement proportionnelle au nombre de signaux multiplexés spatialement. Une résolution plus faible fournit à la commande 46 moins de couverture spatiale du composant de turbine qu'une résolution plus élevée. Ainsi, le nombre de signaux spatialement multiplexés peut être limité par la résolution minimum suffisante pour la commande 46 pour établir une carte de température en deux dimensions du composant de turbine et/ou une carte d'émissivité en deux dimensions du composant de turbine. Par exemple, dans certains modes de réalisation, le détecteur 44 peut être configuré pour capturer des images ayant une résolution spatiale de moins qu'environ 1000 microns, moins qu'environ 750 microns, moins qu'environ 500 microns, ou moins qu'environ 250 microns. Par conséquent, de minuscules éléments de chaque composant de turbine peuvent être identifiés, comme des trous de refroidissement par film bloqués sur des pales de turbine. En variante, des images fournies par les connexions optiques 38 peuvent être multiplexées en temps. Par exemple, le détecteur 44 peut alternativement capturer une image de chaque connexion optique 38 en utilisant toute la résolution du détecteur 44. En utilisant cette technique, la résolution pleine du détecteur 44 peut être utilisée, mais la fréquence de capture peut être réduite proportionnellement au nombre de points d'observation scannés. Par exemple, si deux points d'observation sont scannés et la fréquence du détecteur est de 100 000 Hz, le détecteur 44 est seulement capable de scanner des images venant de chaque point d'observation à 50 000 Hz. Ainsi, le nombre de signaux multiplexés en temps peut être limité par la fréquence de scannage souhaitée.

La figure 3 est un diagramme schématique d'un mode de réalisation du système de pyrométrie multi-spectral 36 ayant un dispositif de séparation de longueurs d'onde 42 employant de multiples miroirs dichroïques pour convertir un signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde en de multiples signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite. Comme illustré, le système de pyrométrie 36 est dirigé vers une pale de premier étage 56 de turbine. Néanmoins, on appréciera que le système de pyrométrie 36 peut être dirigé vers d'autres composants de turbine (par exemple, des aubes 54 et 60, des pales 62, des parois d'extrémité 64, des plates-formes 68, des ailes d'ange 72, des enveloppes de turbine 74, etc.). Un rayonnement électromagnétique peut être émis depuis la pale 56 et capturé par le système de pyrométrie 36 comme un signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde 80. Un tel signal de rayonnement 80 peut inclure un rayonnement ayant une longueur d'onde dans les régions de l'infrarouge et/ou visibles du spectre électromagnétique. Parce que les produits de combustion 48 peuvent s'écouler entre la fenêtre de vision 40 et la pale 56, seules certaines bandes de longueur d'onde peuvent être transmises au système de pyrométrie 36. Par exemple, certaines espèces de produits de combustion, comme de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone, absorbent et émettent un rayonnement sur une large plage de longueurs d'onde. Il en résulte que pendant le fonctionnement du moteur à turbine à gaz 10, seule une fraction des longueurs d'onde émises par la pale 56 atteignent le système de pyrométrie 36 avec une intensité suffisante et une interférence négligeable pour une mesure d'intensité précise. Par conséquent, le système de pyrométrie 36 peut être configuré pour mesurer l'intensité de certaines longueurs d'onde qui sont plus susceptibles de passer à travers les gaz 48 sans absorption ou interférence significative pour déterminer l'émissivité et/ou la température de la pale 56. Par exemple, des longueurs d'onde dans la partie rouge du spectre visible et/ou dans le spectre infrarouge proche peuvent passer à travers les produits de combustion 48 avec moins d'absorption que d'autres plages de fréquence. Ainsi, certains modes de réalisation peuvent utiliser de telles plages de fréquence pour la détermination de l'émissivité et/ou de la température. Néanmoins, on appréciera que des variantes de mode de réalisation peuvent mesurer une intensité de rayonnement électromagnétique dans d'autres parties du spectre visible, infrarouge et ultraviolet. La température d'un composant peut être déterminée en mesurant l'intensité de rayonnement électromagnétique émis par le composant à une longueur d'onde particulière Par exemple, en supposant une émissivité de un (hypothèse du corps noir), la loi de Planck peut être utilisée pour calculer la température à partir d'une intensité de rayonnement mesurée. Néanmoins, parce que des composants réels peuvent avoir une émissivité inférieure à un, certains systèmes de pyrométrie supposent une valeur d'émissivité constante Parce que l'émissivité peut varier en fonction d'un certain nombre de facteurs comprenant la température et la longueur d'onde, une telle supposition peut produire des mesures de température imprécises. Par exemple, l'émissivité d'un composant de turbine peut varier quand des résidus des produits de combustion 48 s'accumulent sur le composant. De plus, des résidus et/ou d'autres débris peuvent se former sur la fenêtre de vision 40 réduisant ainsi l'intensité de rayonnement reçue par le dispositif de séparation de longueurs d'onde 42. En outre, des produits de combustion comme de la suie peuvent aussi contaminer le signal de rayonnement venant du composant. Comme présenté en détail ci-dessus, des composants de turbine qui incluent du RBT peuvent être sujet à l'écaillage, un état dans lequel des parties du RBT se détachent de la surface du composant, exposant ainsi le matériau de base. L'émissivité du matériau de base peut être significativement plus grande que l'émissivité du RBT. Par conséquent, des systèmes de pyrométrie supposent qu'une émissivité constante peut fournir des mesures de température imprécises pour des composants de turbine s'écaillant. Par exemple, un système de pyrométrie peut détecter une intensité de rayonnement augmentée venant d'un composant de turbine ayant une région écaillée. Parce que des systèmes de pyrométrie courants sont incapables de distinguer entre des températures augmentées et une émissivité augmentée, de tels systèmes de pyrométrie rapportent une température plus élevée. Dans le mode de réalisation illustré, le système de pyrométrie multi-spectral 36 est configuré pour déterminer l'émissivité du composant de turbine, facilitant ainsi des calculs de température précis et permettant à la commande 46 de détecter de l'écaillage sur la surface du composant. Spécialement, le système de pyrométrie 36 est configuré pour séparer un signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde en de multiples signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite, et pour mesurer l'intensité de chaque signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite. Dans une telle configuration, la commande 46, via des algorithmes à canaux multiples, peut calculer une émissivité réelle apparente du composant de turbine de telle manière qu'une température plus précise peut être déterminée. De plus, parce que l'émissivité du matériau de base peut être supérieure à l'émissivité du RBT, la commande 46 peut détecter l'écaillage sur la surface du composant de turbine en identifiant des régions d'émissivité augmentée.

Comme illustré, le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde 80 passe d'abord à travers un collimateur optique 82 qui convertit le rayonnement émis depuis la pale 56 en un faisceau collimaté 84. Le faisceau collimaté 84 passe ensuite à travers une série de miroirs dichroïques 86, 88, 90 où le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde 80 est converti en une série de signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite. Les miroirs dichroïques incluent une surface réfléchissante configurée pour réfléchir le rayonnement d'une plage de longueurs d'onde souhaitées, tout en permettant au rayonnement restant de passer à travers. Précisément, le premier miroir dichroïque 86 inclut un revêtement réfléchissant 92 configuré pour réfléchir un rayonnement ayant une bande de longueurs d'onde étroite. Par exemple, le rayonnement reflété peut avoir une plage de longueurs d'onde de moins qu'approximativement 200, 150, 100, 50, 30, 20, 10, 5, 3, ou 1 nm, ou moins. Le rayonnement 96 passant à travers le premier miroir dichroïque 86 peut avoir une plage de longueurs d'onde incluant chaque longueur d'onde du faisceau collimaté 84 sauf les longueurs d'onde réfléchies par le premier miroir dichroïque 86. Le rayonnement correspondant au signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite 94 peut ensuite passer à travers un dispositif optique 98, comme un miroir ou un prisme, configuré pour diriger le rayonnement vers le détecteur 44. Avant d'atteindre le détecteur 44, le rayonnement peut passer à travers une lentille 100 qui focalise le signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite 94 sur le détecteur 44. Dans certains modes de réalisation, le dispositif optique 98 et/ou la lentille 100 peuvent inclure un filtre configuré pour rétrécir encore la bande de longueurs d'onde du signal de rayonnement 94. Par exemple, le dispositif optique 98 et/ou la lentille 100 peuvent rétrécir la plage de longueurs d'onde à moins qu'approximativement 200, 150, 100, 50, 30, 20, 10, 5, 3, ou 1 nm, ou moins. Le rayonnement 96 ayant des longueurs d'onde non réfléchies par le premier miroir dichroïque 86 passe à travers le premier miroir 86 et est incident sur le second miroir dichroïque 88. Similairement au premier miroir dichroïque 86, le second miroir 88 est configuré pour réfléchir un rayonnement ayant une bande de longueurs d'onde étroite, tout en facilitant le passage des longueurs d'onde restantes. Le rayonnement réfléchi peut ensuite être dirigé vers le détecteur 44 d'une manière similaire au rayonnement réfléchi décrit ci-dessus concernant le premier miroir dichroïque 86. Le miroir dichroïque 90 peut fonctionner d'une manière similaire pour fournir un rayonnement correspondant à un signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite 94 supplémentaire au détecteur 44. Dans cette configuration, le détecteur 44 reçoit trois signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite 94, chacun ayant une plage de longueurs d'onde différente. Alors que trois miroirs dichroïques 86, 88, 90 sont employés dans le mode de réalisation illustré pour séparer le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde 80 en trois signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite 94, on appréciera que plus ou moins de miroirs dichroïques peuvent être employés en variantes de mode de réalisation. Par exemple, certains modes de réalisation peuvent inclure 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, ou plus de miroirs dichroïques pour séparer le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde 80 en un nombre correspondant de signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite 94. Comme décrit précédemment, les lentilles 100 sont configurées pour focaliser les signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite 94 sur le détecteur 44. Dans la configuration illustrée, un seul détecteur 44 est employé pour émettre un signal de sortie indicatif d'une intensité de chaque signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite 94. Par conséquent, chaque lentille 100 est configurée pour focaliser chaque signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite 94 sur une région non superposée respective du détecteur 44. De cette manière, le détecteur 44 peut contrôler l'intensité de chaque signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite 94. Dans certains modes de réalisation, de multiples détecteurs 44 peuvent être employés pour contrôler l'intensité de chaque signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite 94. Par exemple, chaque signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite 94 peut être focalisé sur un détecteur 44 séparé. Dans une telle configuration, chaque détecteur 44 peut inclure une photodiode configurée pour sortir un signal indicatif d'une intensité agrégée de chaque signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite 94. Alors que le dispositif de séparation de longueurs d'onde 42 illustré inclut des miroirs dichroïques pour séparer le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde en de multiples signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite, on appréciera que d'autres dispositifs de séparation de longueurs d'onde peuvent être employés dans des variantes de mode de réalisation. Par exemple, dans certains modes de réalisation, le dispositif de séparation de longueurs d'onde peut inclure un séparateur de signal configuré pour séparer le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde en de multiples signaux de rayonnement dupliqués, et de multiples filtres à bande de longueurs d'onde étroite configurés pour recevoir un signal de rayonnement dupliqué respectif pour obtenir un signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite respectif. Dans d'autres modes de réalisation, le dispositif de séparation de longueurs d'onde peut inclure un prisme de séparation de longueur d'onde multicanaux configuré pour séparer le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde en de multiples signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite. Dans certains modes de réalisation, le détecteur 44 peut inclure de multiples éléments de détecteur de telle manière que des signaux indicatifs d'une carte d'intensité en deux dimensions peuvent être générés. Dans de tels modes de réalisation, le dispositif de séparation de longueurs d'onde peut inclure un masque de filtrage ayant de multiples filtres à bande de longueurs d'onde étroite, dans lequel chaque filtre à bande de longueurs d'onde étroite est en commutation optique avec un élément de détecteur respectif du détecteur. Quand les pales de turbine 56 tournent dans la direction circonférentielle 52, le dispositif de séparation de longueurs d'onde 42 scanne une ligne de vision 102 (LDV) à travers chaque pale 56.

L'angle de la LDV 102 est au moins en partie dépendant de l'emplacement et de l'orientation de la fenêtre de vision 40 et de la connexion optique 38. Dans certains modes de réalisation, chaque pale de turbine 56 est revêtue avec du RBT pour protéger un matériau de base des gaz d'échappement chauds 48 s'écoulant à travers la turbine 18. Malheureusement, avec le temps, des parties du RBT peuvent se détacher du matériau de base, établissant ainsi des régions d'écaillage 104. Parce que le matériau de base peut avoir une émissivité sensiblement supérieure au RBT, les régions d'écaillage 104 peuvent émettre plus de rayonnement que le reste de la pale revêtue de RBT 56. Par conséquent, le détecteur 44 émet des signaux de sortie indicatifs d'une intensité supérieure quand la ligne de vision 102 traverse la région d'écaillage 104. Comme présenté auparavant, le détecteur 44 est configuré pour recevoir les signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite 94, et pour sortir des signaux indicatifs d'une intensité de chaque signal de chaque signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite. Dans le mode de réalisation illustré, le détecteur 44 est configuré pour recevoir trois signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite ayant différentes plages de longueurs d'onde. Par conséquent, le détecteur 44 est configuré pour émettre des premiers signaux 106 indicatifs d'une intensité du premier signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite, des seconds signaux 108 indicatifs d'une intensité du second signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite, et des troisièmes signaux 110 indicatifs d'une intensité du troisième signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite. Comme illustré, l'intensité de chaque signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite varie avec le temps quand la pale de turbine 56 tourne. Précisément l'intensité augmente quand la LDV 102 traverse la région d'écaillage 104 du fait de l'émissivité supérieure du matériau de base. Il en résulte que chaque signal 106, 108 et 110 inclut un maximum local correspondant à la région d'écaillage 104 sur la pale de turbine 56. Comme décrit auparavant, seule une fraction des longueurs d'onde émises par la pale 56 atteint le système de pyrométrie 36 avec une intensité suffisante et une interférence négligeable pour une mesure d'intensité précise. Par conséquent, le système de pyrométrie 36 peut être configuré pour mesurer l'intensité de certaines longueurs d'onde qui sont plus susceptibles de passer à travers les gaz 48 sans absorption ou interférence significative pour déterminer l'émissivité et/ou la température de la pale 56. Dans le mode de réalisation illustré, les premiers signaux 106 peuvent avoir une intensité de rayonnement ayant une plage de longueur d'onde d'approximativement 1000 à 1100 nm, 1025 à 1075 nm, 1050 à 1070 nm, ou environ 1064 nm. Les seconds signaux 108 peuvent avoir une intensité de rayonnement ayant une plage de longueur d'onde d'approximativement 1200 à 1300 nm, 1225 à 1275 nm, 1240 à 1260 nm, ou environ 1250 nm. Les troisièmes signaux 110 peuvent avoir une intensité de rayonnement ayant une plage de longueur d'onde d'approximativement 1550 à 1650 nm, 1575 à 1625 nm, 1590 à 1610 nm, ou environ 1600 nm. D'autres plages de longueurs d'onde dans le spectre visible et/ou infrarouge peuvent être utilisées dans des variantes de mode de réalisation. Par exemple, certains modes de réalisation peuvent être configurés pour contrôler le rayonnement dans une plage de longueurs d'onde d'approximativement 600 à 700 nm et/ou 2100 à 2300 nm. En outre, alors que trois plages de longueurs d'onde sont contrôlées dans le mode de réalisation illustré, on appréciera que des variantes de mode de réalisation peuvent employer 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, ou plus longueurs d'onde pour déterminer l'émissivité et/ou la température du composant de turbine. Dans le mode de réalisation illustré, la commande 46 est configurée pour recevoir les signaux 106, 108 et 110, et pour déterminer une température et/ou une émissivité du composant de turbine en fonction des signaux. Par exemple, la commande 46 peut être configurée pour calculer une température 112 via des algorithmes multicanaux qui prennent en compte des variations d'émissivité. Par conséquent, la température 112 peut être plus précise que les calculs de température basés sur une mesure d'une seule longueur d'onde. Comme illustré, la température est représentée par un graphique 114 ayant un axe-X 116 représentatif du temps et un axe-Y 118 représentatif de la température. Une courbe 120 représente la température de la pale de turbine 56 en fonction du temps. Etant donné que la pale de turbine 56 tourne dans la direction circonférentielle 52, le temps, tel que représenté par l'axe-X 116, est indicatif de la position le long de la LDV 102. Par conséquent, la courbe 120 représente une distribution de température en une dimension suivant la LDV 102. Comme présenté en détail ci-dessous, le graphique 114 montre que la température suivant la LDV 102 est sensiblement constante, indiquant ainsi que la température de la région d'écaillage 104 n'est pas significativement supérieure à la température de la partie de revêtement de RBT l'entourant de la pale de turbine 56. De plus, la commande 46 est configurée pour calculer l'émissivité 122 en fonction des signaux 106, 108 et 110 via des algorithmes multicanaux. Comme illustré, l'émissivité est représentée par un graphique 124 ayant un axe-X 126 représentatif du temps et un axe Y-128 représentatif de l'émissivité. Une courbe 130 représente l'émissivité de la pale de turbine 56 en fonction du temps. Etant donné que la pale de turbine 56 tourne dans la direction circonférentielle 52, le temps, tel que représenté par l'axe X-126, est indicatif de la position le long de la LDV 102. Par conséquent, la courbe 130 représente une distribution d'émissivité en une dimension suivant la LDV 102. Comme illustré, la courbe d'émissivité 130 inclut un maximum local 132 correspondant à la position de la région d'écaillage 104, Comme présenté auparavant, l'augmentation d'émissivité peut résulter de la différence d'émissivité entre le RBT et le matériau de base. Ainsi, la commande 46 peut être configurée pour détecter automatiquement une région d'écaillage 104 en identifiant un maximum local 132 dans la courbe 130. Par exemple, la commande 46 peut détecter de l'écaillage si l'émissivité augmente au-dessus d'une valeur de seuil. Dans certains modes de réalisation, la commande 46 peut aussi être configurée pour identifier un excès de température (par exemple, si la courbe 120 dépasse une valeur de seuil), et pour alerter un opérateur de l'état et/ou désactiver automatiquement le moteur à turbine 10. Par exemple, si les trous de refroidissement de la pale de turbine 56 deviennent bloqués, la température de la pale peut augmenter. La commande 46 peut être configurée pour identifier un tel état, réduisant sensiblement ou éliminant ainsi la possibilité d'usure excessive de la pale de turbine. Parce que la commande 46 est configurée pour prendre en compte des variations d'émissivité dans le calcul de la température, la commande peut distinguer entre des variations de température et des variations d'émissivité. Par exemple, comme illustré sur les graphiques 114 et 124, l'émissivité peut indiquer une région d'écaillage 104, mais la température peut rester sous une tolérance souhaitée. Par conséquent, la commande 46 peut informer un opérateur de l'écaillage détecté, tout en permettant à la turbine 18 de continuer à fonctionner. En contraste, un système de pyrométrie qui serait configuré pour mesurer un rayonnement dans une plage de longueurs d'onde fixe peut détecter l'intensité rayonnante augmentée venant de la pale de turbine 56 écaillée et rapporter une température plus élevée. Par conséquent, un opérateur ou un système automatique peut inutilement désactiver le moteur à turbine pour déterminer la cause de la température supérieure. Etant donné que le système de pyrométrie 36 emploie des techniques à canaux multiples pour calculer la température et l'émissivité, de telles mesures de température imprécises peuvent être sensiblement réduites ou éliminées, augmentant ainsi la disponibilité du moteur à turbine 10. Alors qu'une LDV 102 à une dimension est décrite ci-dessus, on appréciera que le système de pyrométrie multi-spectral 36 peut être configuré pour capturer des images en deux dimensions de chaque pale de turbine 56 quand les pales tournent dans la direction circonférentielle 52. Par exemple, dans certains modes de réalisation, un champ de vision peut traverser la surface de la pale 56, permettant ainsi au système de pyrométrie multi-spectral 36 de capturer de multiples images en deux dimensions. Similairement à la LDV 102 décrite ci-dessus, le dispositif de séparation de longueurs d'onde 42 peut séparer chaque image en deux dimensions en de multiples images à bande de longueurs d'onde étroite, facilitant ainsi la détermination d'une carte de température en deux dimensions et/ou d'une carte d'émissivité en deux dimensions. La figure 4 est un diagramme schématique d'un mode de réalisation du système de pyrométrie multi-spectral 36 ayant une commande configurée pour déterminer une carte de température en deux dimensions 136 du composant de turbine et/ou pour déterminer une aire d'écaillage sur la surface du composant de turbine. Comme illustré, le dispositif de séparation de longueurs d'onde 42 est dirigé vers la pale de turbine 56 de telle manière qu'un champ de vision 134 englobe la pale. Similairement au mode de réalisation décrit ci-dessus en référence à la figure 3, le dispositif de séparation de longueurs d'onde 42 est configuré pour séparer un signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde (par exemple, une image) de la pale de turbine 56 en de multiples images à bande de longueurs d'onde étroite (par exemple, via une série de miroirs dichroïques). Le détecteur 44 est configuré pour recevoir les images à bande de longueurs d'onde étroite et pour émettre des signaux de sortie indicatifs d'une carte d'intensité en deux dimensions de chaque image à bande de longueurs d'onde étroite. La commande 46, à son tour, est configurée pour recevoir les signaux et pour déterminer une carte de température et/ou d'émissivité en deux dimensions du composant de turbine en fonction des signaux. Dans le mode de réalisation illustré, la commande 46 est configurée pour créer une carte de température en deux dimensions 136 de la pale de turbine 56. Similairement à la mesure de température en une dimension décrite ci-dessus en référence à la figure 3, les températures qui composent la carte de température en deux dimensions 136 peuvent être plus précises que des températures mesurées avec un pyromètre à une seule longueur d'onde. Précisément, mesurer l'intensité des multiples images à bande de longueurs d'onde étroite permet à la commande de prendre en compte des variations d'émissivité, fournissant ainsi une carte de température en deux dimensions plus précise. La carte de température en deux dimensions peut permettre à un opérateur ou un système automatique de déterminer une contrainte thermique dans le composant en mesurant un gradient thermique à travers le composant de turbine 56. Le système de pyrométrie 36 peut aussi être configuré pour alerter un opérateur et/ou désactiver automatiquement le moteur à turbine 10 si la température du composant augmente au-dessus d'une valeur de seuil. En outre, la commande 46 peut être configurée pour créer une carte d'émissivité en deux dimensions 138 de la pale de turbine 56. Comme présenté auparavant, l'émissivité du matériau de base de la pale de turbine peut être supérieure à l'émissivité du revêtement de RBT. Par conséquent, des régions d'écaillage sur la pale 56 peuvent être détectables comme des aires d'émissivité augmentée.

Par exemple, comme illustré sur la carte d'émissivité en deux dimensions 138, une région d'émissivité élevée 140 correspond sensiblement à la région d'écaillage 104 de la pale 56. Dans certains modes de réalisation, la commande 46 peut être configurée pour mesurer l'aire d'écaillage en fonction de la carte d'émissivité en deux dimensions 138. SI l'aire dépasse une valeur de seuil, la commande 46 peut informer un opérateur et/ou automatiquement désactiver le moteur à turbine 10 pour réduire sensiblement ou éliminer la possibilité d'une usure excessive associée à la perte du revêtement de RBT.

La figure 5 est un organigramme d'un procédé 142 pour détecter l'écaillage sur une surface d'un composant de turbine 56. D'abord, comme représenté par le bloc 144, un signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde est reçu depuis le composant de turbine. Ensuite, le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde est séparé en de multiples signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite, comme représenté par le bloc 146. Par exemple, un dispositif de séparation de longueurs d'onde utilisant de multiples miroirs dichroïques peut être employé pour convertir le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde en de multiples signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite. L'émissivité du composant de turbine est ensuite déterminée en fonction des signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite, comme représenté par le bloc 148. Par exemple, une commande peut utiliser des algorithmes multicanaux pour calculer une émissivité réelle apparente du composant de turbine. Ensuite, comme représenté par le bloc 150, de l'écaillage est détecté sur la surface du composant de turbine en fonction de l'émissivité. Comme présenté auparavant, l'émissivité d'un matériau de base peut être supérieure à l'émissivité du RBT.

Par conséquent, des régions d'écaillage peuvent être identifiées comme des régions de la pale ayant des augmentations locales d'émissivité. Dans certains modes de réalisation, le système de pyrométrie multi-spectral peut être configuré pour capturer des cartes d'intensité en deux dimensions du composant de turbine. Dans de tels modes de réalisation, une aire d'écaillage sur la surface du composant de turbine est déterminée en fonction de l'émissivité, comme représenté par le bloc 152. Si l'aire dépasse une valeur de seuil, un opérateur peut être informé de l'état et/ou le moteur à turbine 10 peut être automatiquement désactivé pour réduire sensiblement ou éliminer la possibilité d'usure excessive associée à la perte du revêtement de RBT. Finalement, comme représenté par le bloc 154, une température du composant de turbine est déterminée en fonction des signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite. Parce que le système de pyrométrie multispectral prend en compte des variations d'émissivité dans le calcul de température, la détermination de la température peut être sensiblement plus précise que des températures déterminées par des pyromètres à une seule longueur d'onde. De plus, certains modes de réalisation peuvent être configurés pour générer une carte de température en deux dimensions du composant de turbine, facilitant ainsi la mesure de la contrainte thermique dans le composant. 10 système de turbine à gaz 12 injecteur de combustible 14 alimentation en combustible 16 chambre de combustion 18 turbine 19 arbre 20 orifice d'échappement 22 compresseur 24 admission 26 charge 30 air 32 air comprimé 34 mélange combustible-air 36 système de pyrométrie multi- spectral 38 connexion optique 40 fenêtre de vision 42 dispositif de séparation de longueurs d'onde 44 détecteur 46 commande 48 gaz d'échappement 50 direction axiale 52 direction circonférentielle 54 aube de premier étage 56 pale de premier étage 8 rotor 60 aube de second étage 62 pale de second étage 64 paroi d'extrémité 66 direction radiale 68 plate-forme 70 tige 72 aile d'ange 74 enveloppe de turbine 76 première connexion optique 78 seconde connexion optique 79 troisième connexion optique 80 signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde 82 collimateur optique 84 faisceau collimaté 86 premier miroir dichroïque 88 second miroir dichroïque 90 troisième miroir dichroïque 92 revêtement réfléchissant 94 signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite 96 rayonnement 98 dispositif optique 100 lentille 102 ligne de vision 104 écaillage 106 premier signal 108 second signal 110 troisième signal 112 température 114 graphique 116 axe-X 118 axe-Y 120 courbe 122 émissivité 124 graphique 126 axe-X 128 axe-Y 130 courbe 132 maximum local 134 champ de vision 136 carte de température en deux dimensions 138 carte d'émissivité en deux dimensions 140 région d'émissivité élevée 142 organigramme du procédé

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Système (10) comprenant : un système de pyrométrie multi-spectral (36) configuré pour recevoir un signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde (80) depuis un composant de turbine (56), pour séparer le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde (80) en une pluralité de signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite (94), pour déterminer l'émissivité (122) du composant de turbine (56) en fonction de la pluralité de signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite (94), et pour détecter de l'écaillage (104) sur une surface du composant de turbine (56) en fonction de l'émissivité (122).
2. 2. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel le système de pyrométrie multi-spectral (36) est configuré pour déterminer une température (112) du composant de turbine (56) en fonction de la pluralité de signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite (94).
3. 3. Système (10) selon la revendication 2, dans lequel le système de pyrométrie multi-spectral (36) est configuré pour déterminer une carte de température en deux dimensions (136) du composant de turbine (56) en fonction de la pluralité de signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite (94).
4. 4. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel le système de pyrométrie multi-spectral (36) est configuré pour séparer le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde (80) en au moins trois signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite (94).
5. 5. Système (10) selon la revendication 4, dans lequel un signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite (94) comprend une plage de longueur d'onde d'approximativement 1000 à 1100 nm, un second signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite (94) comprend une plage de longueur d'onde d'approximativement 1200 à 1300 nm, et un troisième signal de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite (94) comprend une plage de longueur d'onde d'approximativement 1550 à 1650 nm.
6. 6. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel le système de pyrométrie multi-spectral (36) comprend un dispositif de séparation de longueurs d'onde (42) configuré pour séparer le signal de rayonnement à large bande de longueurs d'onde (80) en une pluralité de signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite (94), dans lequel le dispositif de séparation de longueurs d'onde (42) comprend une pluralité de miroirs dichroïques (86, 88, 90).
7. 7. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel le système de pyrométrie multi-spectral (36) est configuré pour déterminer une carte d'émissivité en deux dimensions (138) du composant de turbine (56) en fonction de la pluralité de signaux de rayonnement à bande de longueurs d'onde étroite (94).
8. 8. Système (10) selon la revendication 7, dans lequel le système de pyrométrie multi-spectral (36) est configuré pour déterminer une aire d'écaillage (104) sur la surface du composant de turbine (56) en fonction de l'émissivité (122).
9. 9. Système (10) selon la revendication 1, comprenant une turbine (18) comprenant le composant de turbine (56) et une fenêtre de vision (40) dans la turbine (18), dans lequel le système de pyrométrie multi-spectral (36) est configuré pour être couplé optiquement à la fenêtre de vision (40) via un câble de fibres optiques ou un système optique d'imagerie.
10. 10. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel le composant de turbine (56) est une pale (56, 62), une aube (54, 60), une paroi d'extrémité (64), une plate-forme (68), une aile d'ange (72), ou une enveloppe (74).