FR2971073A1 - Systeme d'imagerie thermique de moteur a turbine - Google Patents

Abstract

Dans un mode de réalisation, un système (10) inclut un système d'imagerie configuré pour capturer une première image (108) d'un composant tournant (56) à l'intérieur d'une turbine (18) en utilisant un premier temps d'intégration, pour capturer une seconde image (110) du composant tournant (56) à l'intérieur de la turbine (18) en utilisant un second temps d'intégration, différent du premier temps d'intégration, et pour soustraire la première image (108) de la seconde image (110) pour obtenir une image différentielle (112).

Description

B12-0379FR 1

Système d'imagerie thermique de moteur à turbine La présente invention concerne un système d'imagerie thermique de moteur à turbine.

Certains moteurs à turbine à gaz incluent une turbine ayant des hublots d'observation configurés pour faciliter le contrôle de divers composants dans la turbine. Par exemple, un système de pyrométrie peut recevoir des signaux de rayonnement par les hublots d'observation pour mesurer la température de certains composants dans un chemin de gaz chauds de la turbine. Le système de pyrométrie peut inclure un capteur configuré pour mesurer le rayonnement dans un spectre infrarouge, et une commande configurée pour convertir la mesure de rayonnement en une carte de température des composants. Malheureusement, des variations de l'émissivité des composants peuvent interférer avec le calcul de la température. Par exemple, l'émissivité peut varier avec le temps du fait de changements de température, de la formation de résidus sur les composants, de l'oxydation des composants de turbine et/ou de l'accumulation de saletés sur la fenêtre du hublot d'observation. Par conséquent, dans certaines circonstances, l'emploi de mesures infrarouges pour calculer la température peut produire des cartes de température imprécises des composants. De plus, du fait de la vitesse de rotation élevée de certains composants de turbine (par exemple des aubes mobiles de turbine), un appareil photo ayant un temps d'intégration court peut être employé pour capturer des images des composants. Par exemple, des appareils photo ayant un temps d'intégration d'environ 1 microseconde peuvent être employés pour capturer des images des aubes mobiles de turbine tournant à environ 50 Hz. Le temps d'intégration court permet à l'appareil photo de capturer des images à haute résolution spatiale. Malheureusement, de tels appareils photo peuvent être très coûteux. Dans un mode de réalisation, l'invention concerne un système comprenant un système d'imagerie configuré pour communiquer optiquement avec l'intérieur d'une turbine. Le système d'imagerie inclut au moins un appareil photo configuré pour recevoir de multiples images dans le spectre visible d'un composant tournant à l'intérieur de la turbine, et pour sortir des signaux indicatifs d'un profil d'intensité en deux dimensions de chaque image dans le spectre visible. Le système d'imagerie inclut aussi une commande couplée de façon à communiquer avec l'appareil photo et configurée pour déterminer une carte de température en deux dimensions du composant tournant en fonction des signaux. Le système d'imagerie est configuré pour capturer une première image dans le spectre visible du composant tournant en utilisant un premier temps d'intégration, pour capturer une seconde image dans le spectre visible du composant tournant en utilisant un second temps d'intégration, différent du premier temps d'intégration, et pour soustraire la première image dans le spectre visible de la seconde image dans le spectre visible pour obtenir une image différentielle. Dans un autre mode de réalisation, l'invention concerne un système comprenant un système d'imagerie configuré pour capturer une première image d'un composant tournant à l'intérieur d'une turbine en utilisant un premier temps d'intégration, pour capturer une seconde image du composant tournant à l'intérieur de la turbine en utilisant un second temps d'intégration, différent du premier temps d'intégration, et pour soustraire la première image de la seconde image pour obtenir une image différentielle.

Dans encore un autre mode de réalisation, l'invention concerne un système comprenant un système d'imagerie configuré pour communiquer optiquement avec un intérieur d'une turbine. Le système d'imagerie inclut un appareil photo configuré pour recevoir une image dans le spectre visible d'un composant à l'intérieur de la turbine, et pour sortir des signaux indicatifs d'un profil d'intensité en deux dimensions de l'image dans le spectre visible. Le système d'imagerie inclut aussi une commande couplée de façon à communiquer à l'appareil photo et configurée pour déterminer une carte de température en deux dimensions du composant en fonction des signaux. L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un diagramme schématique d'un mode de réalisation d'un système de turbine incluant un système d'imagerie configuré pour déterminer une carte de température en deux dimensions d'un composant de turbine en fonction d'une image dans le spectre visible et/ou pour calculer une image différentielle à haute résolution spatiale du composant ; - 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 d'imagerie ; - la figure 3 est un diagramme schématique d'un mode de réalisation du système d'imagerie ayant une commande configurée pour recevoir des signaux indicatifs d'une image dans le spectre visible d'un composant de turbine et pour déterminer une carte de température en deux dimensions d'après les signaux ; et - la figure 4 est un diagramme schématique d'un mode de réalisation du système d'imagerie ayant une commande configurée pour calculer une image différentielle d'un composant de turbine en fonction de première et seconde images, chacune ayant un temps d'intégration différent. Des modes de réalisation de la présente invention décrits ici permettent des mesures de température améliorées et/ou des images à plus haute résolution spatiale des composants de turbine. Dans un mode de réalisation, un système d'imagerie est configuré pour communiquer optiquement avec un intérieur d'une turbine. Le système d'imagerie inclut au moins un appareil photo configuré pour recevoir de multiples images dans le spectre visible d'un composant tournant à l'intérieur de la turbine, et pour sortir des signaux indicatifs d'un profil d'intensité en deux dimensions de chaque image dans le spectre visible. Le système d'imagerie inclut aussi une commande couplée de façon à communiquer avec l'appareil photo et configurée pour déterminer une carte de température en deux dimensions du composant tournant en fonction des signaux. Parce que la carte de température en deux dimensions est basée sur une image dans le spectre visible, les températures calculées dans la carte de température peuvent être plus précises que des températures calculées à partir des images dans le spectre infrarouge. Précisément, des calculs de température basés sur des émissions de longueurs d'onde visuelles sont moins dépendants des variations d'émissivité que des calculs basés sur le rayonnement infrarouge. Ainsi, la commande fournira de meilleures cartes de température en dépit de la formation de résidus sur le composant tournant, de l'oxydation du composant tournant et/ou de l'accumulation de saletés sur une fenêtre du hublot d'observation. De plus, dans un mode de réalisation, le système d'imagerie est configuré pour capturer une première image dans le spectre visible du composant tournant en utilisant un premier temps d'intégration, pour capturer une seconde image dans le spectre visible du composant tournant en utilisant un second temps d'intégration, différent du premier temps d'intégration, et pour soustraire la première image dans le spectre visible de la seconde image dans le spectre visible pour obtenir une image différentielle. L'image différentielle peut avoir une résolution spatiale sensiblement similaire à une image avec un temps d'intégration égal à la différence entre le premier temps d'intégration et le second temps d'intégration. Parce que des appareils photo pouvant fonctionner à des temps d'intégration plus longs sont significativement moins chers que des appareils photo pouvant fonctionner à des temps d'intégration plus courts, le système d'imagerie peut fournir un système réalisable économiquement pour générer des images avec une résolution spatiale élevée.

La figure 1 est un diagramme schématique d'un mode de réalisation d'un système de turbine comprenant un système d'imagerie configuré pour déterminer une carte de température en deux dimensions d'un composant de turbine en fonction d'une image dans le spectre visible et/ou pour calculer une image différentielle à haute résolution spatiale du composant. Le système de turbine 10 inclut un injecteur de combustible 12, une alimentation en combustible 14, et un dispositif de combustion 16. Comme illustré, l'alimentation en combustible 14 dirige 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 le dispositif de combustion 16. Comme présenté ci-dessous, l'injecteur de combustible 12 est configuré pour injecter et mélanger le combustible avec de l'air comprimé. Le dispositif de combustion 16 allume et brûle le mélange combustible- air, et ensuite fait passer les gaz d'échappement chauds sous pression dans une turbine 18. La turbine 18 inclut un ou plusieurs stators ayant des aubes ou pales fixes, et un ou plusieurs rotors ayant des aubes mobiles qui tournent par rapport au stator. Les gaz d'échappement passent à travers les aubes mobiles de rotor de turbine, entraînant ainsi le rotor de turbine en rotation. Le couplage entre le rotor de turbine et un arbre 19 provoque la rotation de l'arbre 19, qui est aussi couplé à plusieurs composants dans tout le système de turbine à gaz 10, comme illustré. Finalement, l'échappement du processus de combustion peut sortir du système de turbine à gaz 10 via un orifice de sortie d'échappement 20. Un compresseur 22 inclut des aubes mobiles montées rigidement sur un rotor qui est entraîné en rotation par l'arbre 19. Quand l'air passe à travers les aubes mobiles tournantes, la pression de l'air augmente, fournissant au dispositif de combustion 16 suffisamment d'air pour une combustion correcte. Le compresseur 22 peut admettre l'air vers 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 par la rotation de l'arbre 19. La charge 26 peut être tout dispositif convenable qui peut utiliser l'énergie de la sortie en rotation 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'un aéronef, etc L'admission d'air 24 attire 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 les aubes mobiles du compresseur 22, ce qui fournit de l'air comprimé 32 au dispositif de combustion 16. En particulier, l'injecteur de combustible 12 peut injecter l'air comprimé 32 et le combustible 14, comme un mélange combustible- air 34, dans le dispositif de combustion 16. En variante, l'air comprimé 32 et le combustible 14 peuvent être injectés directement dans le dispositif de combustion pour mélange et combustion. Comme illustré, le système de turbine 10 inclut un système d'imagerie 36 couplé optiquement à la turbine 18. Dans le mode de réalisation illustré, le système d'imagerie 36 inclut une connexion optique 38 (par exemple, un câble de fibres optiques, un guide d'ondes optique, etc.) s'étendant entre un hublot d'observation 40 dans la turbine 18 et un appareil photo 42. Comme présenté en détails ci-dessous, l'appareil photo 42 est configuré pour obtenir une image dans le spectre visible en deux dimensions d'un composant dans la turbine 18 à travers le hublot d'observation 40. L'appareil photo 42 est couplé de façon à communiquer avec une commande 44 qui est configurée pour déterminer une carte de température en deux dimensions du composant en fonction de l'image dans le spectre visible. Parce que la carte de température en deux dimensions est basée sur une image dans le spectre visible, les températures calculées dans la carte de température peuvent être plus précises que des températures calculées à partir des images dans le spectre infrarouge. De plus, dans un mode de réalisation, le système d'imagerie est configuré pour capturer une première image dans le spectre visible du composant en utilisant un premier temps d'intégration, pour capturer une seconde image dans le spectre visible du composant en utilisant un second temps d'intégration, différent du premier temps d'intégration, et pour soustraire la première image dans le spectre visible de la seconde image dans le spectre visible pour obtenir une image différentielle. L'image différentielle peut avoir une résolution spatiale sensiblement similaire à une image avec un temps d'intégration égal à la différence entre le premier temps d'intégration et le second temps d'intégration. Parce que des appareils photo pouvant fonctionner à des temps d'intégration plus longs sont significativement moins chers que des appareils photo pouvant fonctionner à des temps d'intégration plus courts, le système d'imagerie peut fournir un système réalisable économiquement pour générer des images avec une résolution spatiale élevée La figure 2 est une vue en coupe d'une section de turbine, illustrant divers composants de turbine qui peuvent être contrôlés par le système d'imagerie 36. Comme illustré, le gaz d'échappement 48 venant du dispositif de combustion16 s'écoule dans la turbine 18 dans une direction axiale 50 et/ou une direction circonférentielle 52. La turbine illustrée 18 inclut au moins deux étages, avec les deux premiers étages montrés sur la figure 2. D'autres configurations de turbines 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 pales 54 et des aubes mobiles 56 espacées sensiblement de manière égale dans la direction circonférentielle 52 autour de la turbine 18. Les pales de premier étage 54 sont montées rigidement sur la turbine 18 et configurées pour diriger les gaz de combustion vers les aubes mobiles 56 Les aubes mobiles 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 aubes mobiles 56. Le rotor 58, à son tour, est couplé à l'arbre19, qui entraîne le compresseur 22 et la charge 26. Les gaz d'échappement 48 s'écoulent ensuite à travers des pales de second étage 60 et des aubes mobiles de second étage 62. Les aubes mobiles de second étage 62 sont aussi couplées au rotor 58. Quand les gaz d'échappement 48 s'écoulent à travers chaque étage, l'énergie venant du gaz est convertie en une énergie rotationnelle du rotor 58. Après avoir passé 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 pale 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 empêcher des gaz d'échappement chauds 48 d'entrer dans le rotor 58. Une paroi d'extrémité similaire peut être présente au voisinage des pales de second étage 60, et des pales aval suivantes, si elles sont présentes. Similairement, chaque aube mobile 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'un pied 70 qui couple l'aube mobile 56 au rotor 58. Le pied 70 inclut aussi un joint, ou aile d'ange, 72 configuré pour empêcher les gaz d'échappement chauds 48 d'entrer dans le rotor 58. Des plates- formes et des ailes d'ange similaires peuvent être présentes au voisinage des aubes mobiles de second étage 62, et des aubes mobiles aval qui suivent, si elles sont présentes. En outre, une enveloppe 74 est positionnée radialement à l'extérieur des aubes mobiles de premier étage 56. L'enveloppe 74 est configurée pour minimiser la quantité des gaz d'échappement 48 qui contournent les aubes mobiles 56. Le contournement des aubes mobiles par les gaz n'est pas souhaitable parce que l'énergie des gaz d'évitement n'est pas capturée par les aubes mobiles 56 et transformée en énergie rotationnelle. Alors que des modes de réalisation du système d'imagerie 36 sont décrits ci-dessous en référence au contrôle des composants dans la turbine 18 d'un moteur à turbine à gaz 10, le système d'imagerie 36 peut être employé pour contrôler des composants dans d'autre machines tournantes et alternatives, comme une turbine dans laquelle de la vapeur ou un autre fluide de travail passe à travers des aubes mobiles de turbine.

Divers composants dans la turbine 18 (par exemple, les pales 54 et 60, les aubes mobiles 56 et 62, les parois d'extrémité 64, les plates-formes 68, les ailes d'ange 72, les enveloppes 74, etc.) sont exposés aux gaz d'échappement chauds venant du dispositif de combustion 16. Par conséquent, il peut être souhaitable de mesurer la température de certains composants pendant le fonctionnement de la turbine 18 pour assurer que la température reste dans une plage souhaitée et/ou pour contrôler la contrainte thermique dans les composants. Par exemple, le système d'imagerie 36 peut être configuré pour capturer une image dans le spectre visible en deux dimensions des aubes mobiles de turbine de premier étage 56. L'image dans le spectre visible en deux dimensions peut ensuite être utilisée pour calculer une carte de température en deux dimensions de la surface des aubes mobiles 56. Parce que la carte de température en deux dimensions est basée sur une image dans le spectre visible, les températures calculées dans la carte de température peuvent être plus précises que des températures calculées à partir d'images dans le spectre infrarouge. Comme illustré, le système d'imagerie 36 inclut trois hublots d'observation 40 dirigés vers différentes régions de l'aube mobile 56. Trois connexions optiques 38 couplent optiquement les hublots d'observation 40 à la caméra 42. Une première connexion optique 76 est configurée pour convoyer une image d'une partie amont de l'aube mobile 56 vers l'appareil photo 42, une seconde connexion optique 78 est configurée pour convoyer une image d'un côté circonférentiel de l'aube mobile 56 vers l'appareil photo 42, et une troisième connexion optique 80 est configurée pour convoyer une image d'une partie aval de l'aube mobile 56 vers l'appareil photo 42. Les hublots d'observation 40 peuvent être inclinés dans la direction axiale 50, la direction circonférentielle 52 et/ou la direction radiale 66 pour diriger les hublots d'observation 40 vers des régions souhaitées de l'aube mobile 56. Dans des variantes de mode de réalisation, plus ou moins d'hublots d'observation 40 et de connexions optiques 38 peuvent être employés pour obtenir des images de l'aube mobile de premier étage 56. Par exemple, certains modes de réalisation peuvent employer 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, ou plus de hublots d'observation 40 et un nombre correspondant de connexions optiques 38 pour convoyer des images des aubes mobiles 56 vers l'appareil photo 42. Le plus il y a de hublots d'observation 40 et de connexions optiques 38 employés, et le plus de régions de l'aube mobile 56 peuvent être contrôlées. Comme décrit auparavant, les connexions optiques 38 peuvent inclure un câble de fibres optiques ou un guide d'ondes optique, par exemple. Certains modes de réalisation peuvent omettre les connexions optiques 38, et l'appareil photo 42 peut être couplé optiquement directement aux hublots d'observation 40. Alors que les hublots d'observation 40 sont dirigés vers les aubes mobiles de premier étage 56 dans le mode de réalisation illustré, les hublots d'observation 40 peuvent être dirigés vers d'autres composants de turbine dans des variantes de mode de réalisation. Par exemple, un ou plusieurs hublots d'observation 40 peuvent être dirigés vers les pales de premier étage 54, les pales de second étage 60, les aubes mobiles de second étage 62, les parois d'extrémité 64, les plates-formes 68, les ailes d'ange 72, les enveloppes 74, ou d'autres composants dans la turbine 18. D'autres modes de réalisation peuvent inclure des hublots d'observation 40 dirigés vers de multiples composants dans la turbine 18. Similairement aux aubes mobiles de premier étage 56, le système d'imagerie 36 peut capturer une image dans le spectre visible en deux dimensions de chaque composant dans un champ de vision d'un hublot d'observation 40, et déterminer une carte de température en deux dimensions en fonction de l'image dans le spectre visible. De cette manière, un opérateur peut facilement identifier des variations de température excessives dans le composant et/ou des défauts (par exemple, des craquelures, des trous de refroidissement bloqués, etc.) dans le composant de turbine. Comme décrit auparavant, les connexions optiques 38 (par exemple, un câble de fibres optiques, un guide d'ondes optique, etc.) convoient une image depuis la turbine 18 vers l'appareil photo 42. L'appareil photo 42 peut être configuré pour capturer de multiples images sur une période de temps. Certains composants de turbine, comme les aubes mobiles de premier étage 56 décrites ci-dessus, peuvent tourner à grande vitesse suivant la direction circonférentielle 52 de la turbine 18. Par conséquent, pour capturer une image de tels composants, l'appareil photo 42 peut être configuré pour fonctionner à un temps d'intégration suffisant pour fournir à la commande 44 une image sensiblement fixe de chaque composant. Par exemple, dans certains modes de réalisation, l'appareil photo 42 peut être configuré pour sortir un signal indicatif de l'image visuelle du composant de turbine avec un temps d'intégration plus court qu'environ 10, 5, 3, 2, 1, ou 0,5 microsecondes ou moins. En variante, la commande peut être configurée pour capturer une première image dans le spectre visible du composant tournant en utilisant un premier temps d'intégration, pour capturer une seconde image dans le spectre visible du composant tournant en utilisant un second temps d'intégration, différent du premier temps d'intégration, et pour soustraire la première image dans le spectre visible de la seconde image dans le spectre visible pour obtenir une image différentielle. L'image différentielle peut avoir une résolution spatiale sensiblement similaire à une image avec un temps d'intégration égal à la différence entre le premier temps d'intégration et le second temps d'intégration. Parce que des appareils photo pouvant fonctionner à des temps d'intégration plus longs sont significativement moins chers que des appareils photo pouvant fonctionner à des temps d'intégration plus courts, le système d'imagerie peut fournir un système fabricable économiquement pour générer des images avec une résolution spatiale élevée.

Dans certains modes de réalisation, les connexions optiques 38 peuvent être couplées à un multiplexeur dans l'appareil photo 42 pour faciliter le contrôle des images depuis chaque point d'observation. Des images venant de chaque connexion optique 38 peuvent être multiplexées en espace ou en temps. Par exemple, si le multiplexeur est configuré pour multiplexer les images en espace, chaque image peut être projetée sur une partie différente d'un dispositif de détection d'image (par exemple, un dispositif à transfert de charge (CCD), un dispositif métal-oxyde- semiconducteur complémentaire (CMOS), etc.) dans l'appareil photo 42. Dans cette configuration, une image venant de la première connexion optique 76 peut être dirigée vers une partie supérieure du dispositif de détection d'image, une image venant de la seconde connexion optique 78 peut être dirigée vers une partie centrale du dispositif de détection d'image et une image venant de la troisième connexion optique 80 peut être dirigée vers une partie inférieure du dispositif de détection d'image. Il en résulte que le dispositif de détection d'image peut scanner chaque image à une résolution de un tiers. En d'autres termes, la résolution de scannage est inversement proportionnelle au nombre de signaux multiplexés spatialement. Des scans de plus faible résolution fournissent à la commande 44 moins d'informations sur le composant de turbine que des scans de résolution plus élevée. Ainsi, le nombre de signaux multiplexés spatialement peuvent être limité par la résolution minium suffisante pour la commande 44 pour établir une image en deux dimensions souhaitée du composant de turbine. En variante, des images fournies par les connexions optiques 38 peuvent être multiplexées en temps. Par exemple, l'appareil photo 42 peut tour à tour scanner une image venant de chaque connexion optique 38 en utilisant la résolution entière du dispositif de détection d'image. En utilisant cette technique, la résolution entière du dispositif de détection d'image peut être utilisée, mais la fréquence de scannage peut être réduite proportionnellement au nombre de point d'observation scannés. Par exemple, si deux points d'observation sont scannés et la fréquence du dispositif de détection d'image est de 100 Hz, l'appareil photo 42 peut seulement scanner des images venant de chaque point d'observation à 50 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 d'imagerie ayant une commande configurée pour recevoir des signaux indicatifs d'une image dans le spectre visible d'un composant de turbine et pour déterminer une carte de température en deux dimensions d'après les signaux. Comme illustré, l'appareil photo 42 est dirigé vers une aube mobile de turbine de premier étage 56. Néanmoins, l'appareil photo 42 peut être dirigé vers d'autres composants de turbine (par exemple, des pales 54 et 60, des aubes mobiles 62, des parois d'extrémité 64, des plates-formes 68, des ailes d'ange 72, des enveloppes 74, etc.) dans des variantes de mode de réalisation. De plus, de multiples appareils photo 42 peuvent être utilisés dans des variantes de mode de réalisation. Par exemple, dans certains modes de réalisation 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, ou plus appareils photo 42 peuvent être dirigés vers les aubes mobiles 56. Comme décrit auparavant, d'autres modes de réalisation peuvent inclure de multiples connexions optiques 38 s'étendant entre la turbine 18 et un multiplexeur dans chaque appareil photo 42. Dans le mode de réalisation illustré, l'appareil photo 42 est configuré pour recevoir une image dans le spectre visible de l'aube mobile de turbine 56, et pour sortir des signaux vers la commande 44 indicatifs d'un profil d'intensité en deux dimensions 82 de l'image dans le spectre visible. Par exemple, l'appareil photo 42 peut inclure un dispositif de détection d'image sensible aux rayonnements dans le spectre visible. Un tel dispositif de détection d'image peut être configuré pour convertir un rayonnement visible émis et réfléchi par les composants de turbine en un signal électrique pour traitement par la commande 44. Le dispositif de détection d'image peut être un dispositif à transfert de charge (CCD), un dispositif métal-oxyde-semiconducteur complémentaire (CMOS), une matrice à plan focal (FPA), ou tout autre dispositif convenable pour convertir un rayonnement électromagnétique dans le spectre visuel en des signaux électriques. dans certains modes de réalisation, le dispositif de détection d'image peut être configuré pour détecter un rayonnement dans le spectre visible dans une plage de longueurs d'onde d'environ 350 nm à environ 750 nm, d'environ 375 nm à environ 725 nm, ou d'environ 400 nm à environ 700 nm, par exemple. Par conséquent, le contenu spectral du profil d'intensité en deux dimensions 82 inclut un rayonnement dans la plage visible du spectre électromagnétique. De plus, une variété de configurations d'appareils photo peuvent être employées pour capturer l'image dans le spectre visible du composant de turbine. Par exemple, dans certains modes de réalisation, un appareil photo reflex à un objectif (SLR) du commerce peut être utilisé pour recevoir l'image dans le spectre visible, et pour sortir des signaux vers la commande 44 indicatifs du profil d'intensité en deux dimensions 82 de l'image dans le spectre visible. Les appareils photo SLR incluent un miroir reflex qui transite sélectivement entre une première position qui dirige la lumière incidente vers un oculaire de visée, et une seconde position qui dirige la lumière incidente vers le dispositif de détection d'image. Dans cette configuration, un opérateur peut utiliser l'oculaire de visée pour diriger l'appareil photo SLR vers une cible souhaitée (par exemple, l'aube mobile de turbine 56). Une fois aligné, l'appareil photo SLR peut être actionné, faisant ainsi transiter le miroir réfléchissant dans la seconde position et permettant au dispositif de détection d'imagerie de capturer l'image de spectre visible. Des variantes de mode de réalisation peuvent employer d'autres configurations d'appareils photo qui n'incluent pas le miroir reflex ou l'oculaire de visée. Comme illustré, les signaux indicatifs du profil d'intensité en deux dimensions 82 sont transmis à la commande 44. Comme décrit auparavant, la commande 44 est configurée pour déterminer une carte de température en deux dimensions du composant (par exemple, l'aube mobile de turbine 56) d'après les signaux. Dans le mode de réalisation illustré, la commande est configurée pour séparer informatiquement le profil d'intensité en deux dimensions 82 en de multiples profils d'intensité à bande de longueurs d'onde étroite. Par exemple, la commande 44 peut être configurée pour séparer le profil d'intensité 82 en un profil d'intensité rouge 84, un profil d'intensité vert 86 et un profil d'intensité bleu 88. Dans une telle configuration, le profil d'intensité rouge 84 peut inclure des longueurs d'onde dans une plage d'environ 600 nm à environ 750 nm, le profil d'intensité vert 86 peut inclure des longueurs d'onde dans une plage d'environ 475 nm à environ 600 nm, et le profil d'intensité bleu peut inclure des longueurs d'onde dans une plage d'environ 400 nm à environ 475 nm. La commande 44 peut être configuré pour séparer le profil d'intensité en deux dimensions en les profils d'intensité à bande de longueurs d'onde étroite en appliquant une série de filtres informatiques qui extraient progressivement les profils ayant les plages de longueur d'onde souhaitées. En variante, les signaux indicatifs du profil d'intensité en deux dimensions 82 peuvent inclure des composantes de rouge, de vert, et de bleu correspondant à des détecteurs respectifs dans le dispositif de détection d'image. Dans une telle configuration, la commande 44 peut séparer les signaux en les composants constitutifs pour établir les profils d'intensité à bande de longueurs d'onde étroite. Alors que des profils d'intensité rouge, vert et bleu sont décrits ci-dessus, des variantes de mode de réalisation peuvent utiliser d'autres profils d'intensité à bande de longueurs d'onde étroite ayant différentes plages de longueur d'onde.

Dans le mode de réalisation illustré, la commande est configurée pour calculer des cartes de température en deux dimensions en fonction des profils d'intensité à bande de longueurs d'onde étroite. Comme illustré, la commande 44 inclut une première courbe de conversion de température 90 configurée pour cartographier l'intensité de chaque pixel dans le profil d'intensité rouge 84 à une température correspondante. Similairement, la commande 44 inclut une seconde courbe de conversion de température 92 pour le profil d'intensité vert 86, et une troisième courbe de conversion de température 94 pour le profil d'intensité bleu 88. Alors que chaque courbe de conversion de température est montrée comme une courbe continue, la commande 44 peut employer une formule empirique, une table de conversion, un système d'interpolation (par exemple, une interpolation linéaire, les moindres carrés, la fonction spline de degré 3, etc.), ou une autre technique pour associer l'intensité de chaque pixel à une température correspondante. Par conséquent, la commande44 génère une première distribution de température en deux dimensions 96 en fonction du profil d'intensité rouge 84, une seconde distribution de température en deux dimensions 98 en fonction du profil d'intensité vert 86, et une troisième distribution de température en deux dimensions 100 en fonction du profil d'intensité bleu 88. La commande 44 peut ensuite faire la moyenne de chaque distribution de température pour établir une carte de température de sortie 102. Parce que la carte de température 102 est basée sur une moyenne des trois couleurs, la carte de température 102 peut inclure des températures plus précises que les cartes de température basées sur des couleurs individuelles. Alors que l'on fait la moyenne de trois distributions de température dans le mode de réalisation illustré, plus ou moins de distributions de température peuvent être utilisées dans des variantes de mode de réalisation. Par exemple, dans certains modes de réalisation, la carte de température 102 peut être calculée à partir d'un seul profil d'intensité à bande de longueurs d'onde étroite (par exemple, le profil d'intensité rouge 84). En variante, on peut faire la moyenne de deux des trois distributions de température illustrées (par exemple, les première et seconde distributions de température 96 et 98) pour générer la carte de température de sortie 102. Dans d'autres modes de réalisation, la commande 44 peut être configurée pour séparer le profil d'intensité en deux dimensions 82 en 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, ou plus profils d'intensité à bande de longueurs d'onde étroite, et pour générer des distributions de température en fonction de chaque profil d'intensité. Dans de tels modes de réalisation, on peut faire la moyenne de toutes ou d'une partie sélectionnée des distributions de température pour fournir la carte de température de sortie 102. Dans d'autres modes de réalisation, la commande 44 peut être configurée pour employer des techniques à longueurs d'onde multiples pour générer la carte de température de sortie 102. L'émissivité peut varier avec le temps du fait de changements de température, de la formation de résidus sur les composants, de l'oxydation des composants et/ou de l'accumulation de saletés sur la fenêtre du hublot d'observation. Par conséquent, la commande 44 peut être configurée pour utiliser des techniques à longueurs d'onde multiples en combinaison avec des profils d'intensité rouge, vert et bleu pour calculer une émissivité efficace apparente du composant de turbine. En incluant l'émissivité dans les calculs de carte de température, une carte de température plus précise peut être générée. Parce que le mode de réalisation illustré utilise un appareil photo 42 sensible au rayonnement visible, le système d'imagerie 36 peut être moins cher à fabriquer que des systèmes d'imagerie employant des appareils photo à infrarouge. Par exemple, comme présenté ci-dessus, l'appareil photo 42 peut être un appareil photo SLR numérique du commerce. Un tel appareil photo peut être significativement moins cher qu'un appareil photo sensible au rayonnement infrarouge. De plus, l'appareil photo SLR numérique peut avoir une résolution significativement supérieure à un appareil photo infrarouge, permettant ainsi au système d'imagerie 36 de détecter de plus petits défauts et/ou variations de température dans le composant de turbine. En outre, des calculs de température basés sur des émissions de longueur d'onde visuelle sont moins dépendants de variations de l'émissivité que des calculs basés sur le rayonnement infrarouge. Ainsi, les températures calculées dans la carte de température 102 peuvent être plus précises que les températures basées sur des images venant d'appareils photo à infrarouge. La figure 4 est un diagramme schématique d'un mode de réalisation du système d'imagerie 36 ayant une commande 44 configurée pour calculer une image différentielle d'un composant de turbine en fonction des première et seconde images, chacune ayant un temps d'intégration différent. Comme illustré, un premier appareil photo 104 et un second appareil photo 106 sont dirigés vers l'aube mobile de turbine de premier étage 56. Le premier appareil photo 104 est configuré pour capturer une première image 108 en utilisant un premier temps d'intégration tl, et le second appareil photo 106 est configuré pour capturer une seconde image 110 en utilisant un second temps d'intégration tz. Le temps d'intégration peut être défini comme la durée de l'exposition du composant de turbine au dispositif de détection d'image. Du fait de la vitesse de rotation élevée de certains composants de turbine (par exemple, les aubes mobiles de turbine 56), un temps d'intégration court peut être souhaitable pour produire une image avec une résolution spatiale élevée (par exemple, une image nette qui facilite l'identification d'éléments minuscule). A titre d'exemple, un temps d'intégration de 1 microseconde peut être utilisé pour obtenir une résolution spatiale de 500 microns dans une image d'une aube mobile de turbine tournant à 50 Hz. Malheureusement, du fait du coût associé avec des appareils photo ayant des temps d'intégration de 1 microseconde, les systèmes d'imagerie employant de tels appareils photo peuvent être économiquement infaisables pour le contrôle d'un composant de turbine. Par conséquent, le système d'imagerie 36 illustré peut utiliser des appareils photo 104 et 106 ayant des temps d'intégration plus longs, et une commande 44 configurée pour générer une image à résolution spatiale élevée à partir de multiples images à temps d'intégration long. Dans le mode de réalisation illustré, la commande 44 est configurée pour recevoir la première image 108 ayant le premier temps d'intégration tl, et la seconde image 110 ayant le second temps d'intégration tz, plus long que le premier temps d'intégration tl. La commande 44 est aussi configurée pour soustraire la première image 108 de la seconde image 110, générant ainsi une image différentielle 112 ayant une résolution spatiale sensiblement similaire à une image avec un temps d'intégration de tz - tl. A titre d'exemple, la première image 108 peut avoir un temps d'intégration de 49 microsecondes, et la seconde image 110 peut avoir un temps d'intégration de 50 microsecondes. De tels temps d'intégration peuvent produire des images avec des résolutions spatiales insuffisantes pour identifier des défauts dans les aubes mobiles de turbine 56. Néanmoins, en soustrayant la première image 108 de la seconde image 110 la commande 44 génère une image différentielle 112 ayant une résolution spatiale sensiblement similaire à une image avec un temps d'intégration de 1 microseconde (c'est à dire, 50 microsecondes moins 49 microsecondes. Par conséquent, l'image 112 peut avoir une résolution spatiale de 500 microns, permettant ainsi à un opérateur ou un système automatique d'identifier des défauts (par exemple, des craquelures, des trous de refroidissement bloqués, etc.) dans le composant de turbine. Parce que des appareils photo pouvant fonctionner à des temps d'intégration d'environ 50 microsecondes sont significativement moins chers que des appareils photo pouvant fonctionner à des temps d'intégration de 1 microseconde, le système d'imagerie illustré 36 peut fournir un système réalisable économiquement pour générer des images avec une résolution spatiale élevée. Alors que la commande 44 est configurée pour soustraire directement les première et seconde images dans le mode de réalisation illustré, la commande peut être configurée pour appliquer un facteur de pondération, soit linéaire soit non linéaire, à une ou deux des images avant la soustraction. De plus, alors que deux appareils photo 104 et 106 sont employés dans le mode de réalisation illustré, des variantes de mode de réalisation peuvent utiliser un seul appareil photo pour générer les première et seconde images. Par exemple, l'appareil photo peut être configuré pour capturer la première image quand l'aube mobile de turbine 56 est positionnée dans une position circonférentielle particulière.

L'appareil photo peut ensuite capturer la seconde image de la même aube mobile de turbine 56 quand l'aube mobile de turbine passe par la position circonférentielle particulière pendant une rotation suivante. Similairement à la configuration à deux appareils photo, le premier temps d'intégration de la première image est différent du second temps d'intégration de la seconde image, permettant ainsi à la commande 44 de générer une imagerie différentielle ayant une résolution spatiale élevée. Par exemple, la résolution spatiale de l'image différentielle peut être sensiblement similaire à une résolution spatiale d'une image ayant un temps d'intégration égal à la différence entre le premier temps d'intégration et le second temps d'intégration. En outre, la commande 44 peut déterminer une carte de température en deux dimensions 102 du composant de turbine en fonction de l'image différentielle 112. Par exemple, la commande 44 peut être configuré pour séparer l'image différentielle 112 en de multiples profils d'intensité à bande de longueurs d'onde étroite, et pour calculer des distributions de température en deux dimensions respectives en fonction de courbe de conversion de température. La commande 44 peut ensuite faire la moyenne des distributions de température respectives pour produire la carte de température en deux dimensions du composant de turbine. La combinaison d'une carte de température précise et d'une résolution spatiale élevée permet à un opérateur ou un système automatisé d'identifier des défauts dans les composants et/ou d'identifier des distributions de température qui peuvent être indicatives d'une usure excessive.

Liste d'éléments 10 système de turbine à gaz 12 injecteur de combustible 14 alimentation en combustible 16 dispositif de combustion 18 turbine 19 arbre 20 orifice de sortie d'échappement 22 compresseur 24 admission 26 charge 30 air 32 air comprimé 34 mélange combustible-air 36 système d'imagerie 38 connexion optique 40 hublot d'observation 42 appareil photo 44 commande 48 gaz d'échappement 50 direction axiale

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Système (10) comprenant : un système d'imagerie (36) configuré pour communiquer optiquement avec un intérieur d'une turbine (18), comprenant : au moins un appareil photo (42) configuré pour recevoir de multiples images dans le spectre visible (82, 108, 110) d'un composant tournant (56) à l'intérieur de la turbine (18), et pour sortir des signaux indicatifs d'un profil d'intensité en deux dimensions de chaque image dans le spectre visible (82, 108, 110) ; et une commande (44) couplée de façon à communiquer à l'au moins un appareil photo (42) et configurée pour déterminer une carte de température en deux dimensions (102) du composant tournant (56) en fonction des signaux ; dans lequel le système d'imagerie (36) est configuré pour capturer une première image dans le spectre visible (108) du composant tournant (56) en utilisant un premier temps d'intégration, pour capturer une seconde image dans le spectre visible (110) du composant tournant (56) en utilisant un second temps d'intégration, différent du premier temps d'intégration et pour soustraire la première image dans le spectre visible (108) de la seconde image dans le spectre visible (110) pour obtenir une image différentielle (112).
2. 2. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel la commande (44) est configurée pour filtrer les signaux pour obtenir un profil d'intensité à bande de longueurs d'onde étroite en deux dimensions (84) de chaque image dans le spectre visible (82), et pour déterminer la en carte de température en deux dimensions (102) du composant tournant (56) en fonction du profil d'intensité à bande large étroite en deux dimensions (84).
3. 3. Système (10) selon la revendication 2, dans lequel le profil d'intensité à bande de longueurs d'onde étroite en deux dimensions (84) comprend une plage de longueur d'onde d'environ 600 nm à environ 750 nm.
4. 4. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel la commande (44) est configurée pour filtrer les signaux pour obtenir une pluralité de profils d'intensité à bande de longueurs d'onde étroite en deux dimensions (84, 86, 88) de chaque image dans le spectre visible (86), et pour déterminer la carte de température en deux dimensions (102) du composant tournant (56) en fonction de la pluralité de profils d'intensité à bande large étroite en deux dimensions (84, 86, 88).
5. 5. Système (10) selon la revendication 4, dans lequel la commande (44) est configurée pour déterminer une distribution de température en deux dimensions respective (96, 98, 100) pour chaque profil d'intensité à bande de longueurs d'onde étroite en deux dimensions (84, 86, 88), et pour déterminer la carte de température en deux dimensions (102) en faisant la moyenne de chaque distribution de température en deux dimensions respective (96, 98, 100).
6. 6. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel une résolution spatiale de l'image différentielle (112) est sensiblement similaire à une résolution spatiale d'une image ayant un temps d'intégration égal à une différence entre le premier temps d'intégration et le second temps d'intégration.
7. 7. Système (10) selon la revendicationl, dans lequel le système d'imagerie (36) comprend un premier appareil photo (104) configuré pour capturer la première image dans le spectre visible (108) et un second appareil photo (106) configuré pour capturer la seconde image dans le spectre visible (110), dans lequel le premier appareil photo (104) et le second appareil photo (106) sont configurés pour capturer les première et seconde images du spectre visible (108, 110) simultanément.
8. 8. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel le système d'imagerie (36) comprend un seul appareil photo (42) configuré pour capturer la première et la seconde images dans le spectre visible (108, 110) quand le composant tournant (56) est aligné avec le seul appareil photo (42).
9. 9. Système (10) selon la revendicationl, dans lequel l'au moins un appareil photo (42) est configuré pour être couplé optiquement à un hublot d'observation (40) dans la turbine (18) via un câble de fibres optiques ou un système optique d'imagerie.
10. 10. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel l'au moins un appareil photo (42) comprend un appareil photo numérique reflex à un objectif.