JP2014122621A - タービン検査用撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】タービン検査用撮像システムであって、タービンをタービン・ケーシング内の開口部を通して検査するための撮像システムを提供する。
【解決手段】撮像システム１００は、開口部２３内に設置された取付具１１０を備える。レンズ・アセンブリ１３０が、取付具１１０の第１のサイド１１１に取り付けられ、外部タービン・ケーシング２２および内部タービンケーシング２０の内部に延びている。光ファイバ束１４０が、取付具１１０の第２のサイド１１２に取り付けられ、外部タービン・ケーシング２２の外側で、開口部２３から遠隔に配置されたカメラ１２０まで延びている。
【選択図】図１

Description

本明細書で開示する主題はタービン検査用撮像システムに関する。

典型的なタービン（たとえば、ガス・タービン）は、１または複数の組のタービン・ブレードが同心円状および連続的に取り付けられ、各組はその特有のタービン・ブレード・リング上にある。タービン・ブレードは湾曲しており、しばしば動翼と呼ばれる。なぜならば、それは水車内の動翼と基本的に同じ機能を行なうからである。高温高速の燃焼ガスがタービン・ブレードに衝突する。タービン・ブレードは、ガスを捕捉するように成形されている。衝突ガスによってタービン・ブレードが動き、その動きがタービン・ブレード・リングによって回転運動に変換される。ガス・タービン発電機の場合、タービン・ブレード・リングの出力は、発電機のロータを回転させて電力を発生させる駆動部に接続されている。タービン・エンジンの場合、タービン・ブレード・リングは、モーター・ドライブ（たとえば船のプロペラ）に接続されて、プロペラの回転を図る。

ガス・タービン内のタービン・ブレードは、高温だけでなく燃焼ガスにもさらされる。タービン・ブレードの前縁は最高温度のガスと衝突するため、最も厳しい磨耗および裂け傷を受ける場合がある。厳しい磨耗および裂け傷を受けるタービン・ブレード上の別の領域は、タービン・ブレードがタービン・ブレード・リングの表面に付く場所である。タービン・ブレードがこの取り付け点において劣化すると、タービン・ブレードがそのタービン・ブレード・リングから離れて、ガス・タービンの突発故障を発生させる可能性がある。これらおよび他の理由から、タービン・ブレードおよびその前縁を定期的に検査して、タービン・ブレードを交換する必要があるか否かの判定を、それが動作中に破損する前に行なうことが重要である。

カメラ（赤外線（ＩＲ）カメラなど）を用いて、タービン（タービン・ブレードを含む）を、タービン・ケーシング内の開口部（たとえば、ポートまたはボアスコープ孔）を通して検査する。ＩＲカメラを用いて温度を決定することもできる。設置によっては、タービン・ブレードに向けられた高温光学素子と光ファイバとが、高温ガス経路からタービンのタービン・ケーシング内部を開口部まで伸びている。開口部上では、カメラがタービン・ケーシングの外側に設置されている。カメラはフランジに取り付けられている。開口部は多くの場合に、構造支持体と、燃焼空気、燃料、および冷媒をガス・タービン内部の複数の箇所に運ぶ多数の導管およびパイプとによって遮られている。そのため、カメラを、これらの遮られた開口部上またはその付近に設置することができない。なぜならば、カメラに対する十分な隙間がないからである。これは、特に多波長カメラの場合に当てはまる。多波長カメラは、設置に対してより多くのスペースを必要とする。加えて、高温ガスの高温に耐えるために必要な高温光ファイバ束を用いることによって、著しい信号損失につながる。さらに、開口部上にカメラを設置しまたはそれを修復するには、タービンをかなりの時間停止する必要がある。

前述の説明は単に、一般的な背景情報に対して行なっており、クレームに記載された対象の範囲を決定することを助けるために使用されることは意図されていない。

米国特許第６，７９６，７０９号明細書

タービンをタービン・ケーシング内の開口部を通して検査するための撮像システムが開示される。システムは、開口部内に設置された取付具を備えている。レンズ・アセンブリが、取付具の第１のサイドに取り付けられ、タービン・ケーシングの内部を延びている。光ファイバ束が、取付具の第２のサイドに取り付けられ、タービン・ケーシングの外側で、開口部から遠隔に配置されたカメラまで延びている。

カメラを開口部から遠隔に配置することができるため、撮像システムの開示されるいくつかの実施形態を実施する際に実現される得る有利点は、たとえ開口部が構造支持体、パイプ、または導管によって遮られていても、タービン・ブレードを検査するために開口部を依然として用いることができることである。またカメラの場所が遠隔であることによって、より大きいカメラ（たとえば、多波長の赤外線カメラ）を用いることができる。カメラを遠隔に配置することによって、タービン内のより多くの開口部（たとえば、ポートおよびボアスコープ孔）を撮像システムが使用することができ、タービン・ブレードを視認するためにもっと接近することができる。多くの場合、開口部を変更する必要はない。また撮像システムによって、カメラの設置および修復をより速く行なうことができ、タービンの必要なダウンタイムが最小限になるかまたはなくなる。開示されるいくつかの実施形態の別の有利点は、低温光ファイバ束（損失が比較的軽微）を使用できることである。なぜならば、光ファイバが、タービン・ケーシングの外側に、高温ガス経路から離れて配置されるからである。

一実施形態では、タービンをタービン・ケーシング内の開口部を通して検査するための撮像システムが開示される。撮像システムは、タービン・ケーシング内の開口部内に設置するための取付具であって、タービン・ケーシングの内側に面する第１のサイドとタービン・ケーシングの外側に面する第２のサイドとを有する取付具と、タービン・ケーシングの外側において開口部から遠隔に配置されたカメラと、取付具の第１のサイドに取り付けられ、タービン・ケーシングの内部を延びるレンズ・アセンブリと、取付具の第２のサイドに取り付けられ、タービン・ケーシングの外側でカメラまで延びる光ファイバ束と、を備えている。

別の実施形態では、撮像システムは、タービン・ケーシング内の開口部内に設置するための取付具であって、タービン・ケーシングの内側に面する第１のサイドとタービン・ケーシングの外側に面する第２のサイドとを有する取付具と、タービン・ケーシングの外側において開口部から遠隔に配置された赤外線カメラと、取付具の第１のサイドに取り付けられ、タービン・ケーシングの内部を延びるレンズ・アセンブリであって、レンズとレンズ間のスペーサとを囲む剛性チューブを備えるレンズ・アセンブリと、取付具の第２のサイドに取り付けられ、タービン・ケーシングの外側でカメラまで延びる柔軟性光ファイバ束と、を備えている。

この本発明の簡単な説明は、１または複数の例示的な実施形態により本明細書で開示される主題の簡単な概略を示すことのみが意図されており、請求項を解釈するための案内として働くわけではなく本発明の範囲を規定または限定する働きもしない。本発明の範囲は、添付の請求項のみによって規定される。この簡単な説明は、コンセプトの例示的な選択を単純化した形態で導入するためになされている。コンセプトは、以下において詳細な説明でさらに説明する。この簡単な説明は、クレームに記載された対象の重要な特徴も本質的な特徴も特定することは意図されておらず、クレームに記載された対象の範囲を決定することを助けるために使用されることも意図されていない。クレームに記載された対象は、背景に示した一部または全部の不利点を解決する実施に限定されない。

本発明の特徴を理解することができるように、本発明の詳細な説明を、ある特定の実施形態を参照することによって行なう場合があり、その一部が添付図面に例示されている。しかし、本発明の範囲は他の同等に有効な実施形態を包含しているため、図面は、本発明のある特定の実施形態のみを例示し、したがって本発明の範囲を限定するとは考えられないことに注意されたい。図面は必ずしも一定の比率ではなく、一般的に、本発明のある特定の実施形態の特徴を例示することが強調されている。図面では、種々の図の全体に渡って同様の数字を用いて同様の部分を示している。したがって、本発明をさらに理解するために、以下の詳細な説明を図面とともに読んで参照することができる。

はガス・タービンの部分の典型的な部分斜視図である。

図１は、エンクロージャ２４内に収容されるガス・タービン２の部分の典型的な部分斜視図である。ガス・タービン２は、内部タービン・ケーシング２０を有している。内部タービン・ケーシング２０は、タービン・ブレード・リング１０の一部であり、最高温度のガスを収容している。最高温度のガスは、８００^oＣに達するかまたはこれを超える場合がある。外部タービン・ケーシング２２が、タービン・ブレード・リング１０を囲んでおり、３００〜５００^oＣの範囲の温度を受ける場合がある。外部タービン・ケーシング２２は、タービン・ブレード・リング１０に接近してこれを視認するための開口部（たとえば、ポートまたはボアスコープ孔）２３を有している。当然のことながら、ガス・タービン２は、単一のケーシングを、内部タービン・ケーシング２０および外部タービン・ケーシング２２の代わりに有することができる。単一のタービン・ブレード１２が、図示では、ガス・タービン２の高温ガス経路２５内のタービン・ブレード・リング１０上に取り付けられている。タービン・ブレードの表面は欠陥１４を有している。欠陥１４は、高温ガスに起因している場合があるタービン・ブレードの表面１２に対する損傷を示している。磨耗および損傷を受ける可能性があるタービン・ブレード１２の他の部分は、タービン・ブレード１２の前縁１５と、タービン・ブレード１２の前縁１５がタービン・ブレード・リング１０と接触する取付け領域１６とである。

タービン・ブレード１２を検査するために、撮像システム１００が設置されている。撮像システム１００は、外部タービン・ケーシング２２内の開口部２３内に設置するための取付具１１０を備えている。取付具１１０は、外部タービン・ケーシング２２内の開口部２３に取り付けられている。取付具１１０は、外部タービン・ケーシング２２の内側に面する第１のサイド１１１と、外部タービン・ケーシング２２の外側に面する第２のサイド１１２とを有している。一実施形態では、取付具１１０は、外部タービン・ケーシング２２に対する圧力シールを形成するニップルを有している。他の実施形態では、取付具１１０はネジ式取付具とすることができる。取付具１１０は、サファイア窓フランジを備えることができる。必要に応じて、取付具１１０を、パージ用空気に対して裏張りすることができるかまたは環境から隔離することができる。環境は、５００^oＣの温度に達する可能性がある。

カメラ１２０が、外部タービン・ケーシング２２の外側において、開口部２３から遠隔に配置されている。一実施形態では、カメラ１２０は、ハウジング１２４内に設置された赤外線（ＩＲ）カメラである。光ファイバ束１４０が、取付具１１０の第２のサイド１１２に取り付けられ、外部タービン・ケーシング２２の外側でカメラ１２０まで延びている。光ファイバ束１４０は、カメラ１２０またはハウジング１２４に、取付具１１０１（たとえば、ネジ式取付具）によって接続することができる。

レンズ・アセンブリ１３０が、取付具１１０の第１のサイド１１１に取り付けられ、タービン・ブレード１２を検査するために外部タービン・ケーシング２２の内部を延びている。一実施形態では、レンズ・アセンブリ１３０は、高温ガラス・レンズ１３４とレンズ１３４間のスペーサ１３３とを囲む剛性チューブ１３２を備えている。またレンズ・アセンブリ１３０のこの剛性チューブ１３２を、別のチューブ（図示せず）によって囲んで、必要に応じて冷却用空気に対する通路を設けることができる。冷却用空気を圧縮機吐出空気から取ることができ、圧力がより高いために、高温ガス経路２５からの吸い込みが軽減される。

図１に示すように、光ファイバ束１４０を用いることによって、カメラ１２０を、外部タービン・ケーシング２２の外側で開口部２３から遠隔に配置することができる。光がレンズ・アセンブリ１３０を通って光ファイバ束１４０およびカメラ１３０まで送られて、そこでタービン・ブレード１２の画像が取り込まれる。取り込んだタービン・ブレード１２の画像を、信号ワイヤ１２２によって、カメラ１２０を制御する遠隔コンピュータまで送ることができる。この配置によって、構造支持体、パイプ、および導管によって遮られる場合がある開口部２３を用いて、遮られる開口部から離れて設置されたカメラ１２０により検査すべきタービン・ブレード１２に接近して視認することができる。光ファイバ束１４０が外部タービン・ケーシング２２の外側に配置されて高温ガスにさらされないため、損失が比較的低い低温光ファイバ束１４０を用いることができる。また光ファイバ束１４０を柔軟なものにして、設置を容易にすることを図ることができる。

一実施形態では、カメラ１２０は外部タービン・ケーシング２２上に配置され、一方で、別の実施形態では、カメラ１２０はガス・タービン２のエンクロージャ２４の内側または外側に配置される。またカメラ１２０を、より多くのスペースが利用できるマンホール・カバー上に取り付けることができる。またカメラ１２０の場所が遠隔であることによって、より大きいカメラ（たとえば、多波長の赤外線カメラ）を用いることができる。カメラ１２０を遠隔に配置することによって、撮像システム１００の設置および修復をより速く行なうことができ、タービンの必要なダウンタイムが最小限になるかまたはなくなる。

この書面の説明では、実施例を用いて、本発明を、ベスト・モードも含めて開示するとともに、どんな当業者も本発明を実施できるように、たとえば任意の装置またはシステムを作りおよび用いること、ならびに取り入れた任意の方法を実行することができるようにしている。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって規定されており、当業者に想起される他の例が含まれていても良い。このような他の実施例は、請求項の文字通りの言葉使いと違わない構造要素を有する場合、または請求項の文字通りの言葉使いとの違いが非実質的である均等な構造要素を含む場合には、請求項の範囲内であることが意図されている。

Claims (13)

1. タービンをタービン・ケーシング内の開口部を通して検査するための撮像システムであって、
   前記タービン・ケーシング内の前記開口部内に設置するための取付具であって、前記タービン・ケーシングの前記内側に面する第１のサイドと前記タービン・ケーシングの前記外側に面する第２のサイドとを有する前記取付具と、
   前記タービン・ケーシングの外側において前記開口部から遠隔に配置されたカメラと、
   前記取付具の前記第１のサイドに取り付けられ、前記タービン・ケーシングの内部を延びるレンズ・アセンブリと、
   前記取付具の前記第２のサイドに取り付けられ、前記タービン・ケーシングの外側で前記カメラまで延びる光ファイバ束と、を備える撮像システム。
2. 前記取付具はネジ式取付具である請求項１に記載の撮像システム。
3. 前記取付具によって前記タービン・ケーシングに対する圧力シールが設けられる請求項１に記載の撮像システム。
4. 前記カメラは赤外線カメラである請求項１に記載の撮像システム。
5. 前記レンズ・アセンブリは、レンズと前記レンズ間のスペーサとを囲む剛性チューブを備える請求項１に記載の撮像システム。
6. 前記光ファイバ束は前記カメラにネジ式取付具によって接続されている請求項１に記載の撮像システム。
7. 前記光ファイバ束は前記カメラに取付具によって接続されている請求項１に記載の撮像システム。
8. 前記カメラは前記タービンのエンクロージャに取り付けられている請求項１に記載の撮像システム。
9. タービンをタービン・ケーシング内の開口部を通して検査するための撮像システムであって、
   前記タービン・ケーシング内の前記開口部内に設置するための取付具であって、前記タービン・ケーシングの前記内側に面する第１のサイドと前記タービン・ケーシングの前記外側に面する第２のサイドとを有する取付具と、
   前記タービン・ケーシングの外側において前記開口部から遠隔に配置された赤外線カメラと、
   前記取付具の前記第１のサイドに取り付けられ、前記タービン・ケーシングの内部を延びるレンズ・アセンブリであって、レンズと前記レンズ間のスペーサとを囲む剛性チューブを備える前記レンズ・アセンブリと、
   前記取付具の前記第２のサイドに取り付けられ、前記タービン・ケーシングの外側で前記カメラまで延びる柔軟性光ファイバ束と、を備える撮像システム。
10. 前記取付具はネジ式取付具である請求項９に記載の撮像システム。
11. 前記取付具によって前記タービン・ケーシングに対する圧力シールが設けられる請求項９に記載の撮像システム。
12. 前記光ファイバ束は前記カメラにネジ式取付具によって接続されている請求項９に記載の撮像システム。
13. 前記カメラは前記タービンのエンクロージャに取り付けられている請求項９に記載の撮像システム。