成像辅助的燃气涡轮防冰系统的制作方法
【专利摘要】一种方法包括接收来自联接于燃气涡轮发动机的进气系统的照相机的图像数据。图像数据对应于进气系统的空气通路。该方法还包括将接收的图像数据与进气系统的参考图像数据相比较。该方法还包括至少部分地基于比较在接收的图像数据与参考图像数据之间的差异大于结冰阈值时生成结冰通知。
【专利说明】
成像辅助的燃气涡轮防冰系统
技术领域
[0001]本文中公开的主题涉及燃气涡轮系统，并且更具体地涉及用于燃气涡轮发动机的防冰系统。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮系统大体上包括压缩机、燃烧器和涡轮。压缩机压缩来自进气口的空气，并且随后将压缩空气引导至燃烧器。在燃烧器中，从压缩机接收的压缩空气与燃料混合，并且燃烧来产生燃烧气体。燃烧气体引导到涡轮中。在涡轮中，燃烧气体穿过涡轮的涡轮叶片，从而驱动涡轮叶片和涡轮叶片附接于其的轴旋转。轴的旋转可进一步驱动联接于轴的负载如发电机。燃气涡轮系统可暴露于各种环境条件。例如，燃气涡轮系统可在冷周围温度和高湿度下工作，这可引起燃气涡轮系统上或内的各个位置(例如，入口)处的冰形成。冰形成和积冰可不利地影响燃气涡轮系统的性能和/或损坏燃气涡轮系统的构件(例如，压缩机叶片)。
【发明内容】
[0003]下文归纳了范围上等同于最初提出的公开的某些实施例。这些实施例不旨在限制提出的公开的范围，相反这些实施例仅旨在提供本公开的可能形式的简要概述。实际上，本公开可包含可类似于或不同于下文阐明的实施例的多种形式。
[0004]在第一实施例中，一种方法包括接收来自联接于燃气涡轮发动机的进气系统的照相机的图像数据。图像数据对应于进气系统的空气通路。该方法还包括将接收的图像数据与进气系统的参考图像数据相比较。该方法还包括至少部分地基于比较在接收的图像数据与参考图像数据之间的差异大于结冰阈值时生成结冰通知。
[0005]在第二实施例中，一种系统包括控制器。控制器包括共同地储存一个或更多个指令集的一个或更多个有形的非暂时性机器可读介质。控制器还包括一个或更多个处理装置，其构造成执行一个或更多个指令集来接收来自联接于燃气涡轮发动机的进气系统的照相机的图像数据。图像数据对应于进气系统的空气通路。一个或更多个处理装置还构造成执行一个或更多个指令集来将接收的图像数据与进气系统的参考图像数据相比较，并且至少部分地基于比较在接收的图像数据与参考图像数据之间的差异大于结冰阈值时生成结冰通知。
[0006]在第三实施例中，一种系统包括燃气涡轮发动机，其包括进气系统。进气系统包括空气通路。系统还包括联接于进气系统并且构造成使进气系统的空气通路成像的照相机。系统还包括通信地联接于照相机并且构造成接收来自照相机的图像数据的控制器。图像数据对应于空气通路。控制器还构造成将接收的图像数据与进气系统的参考图像数据相比较，并且至少部分地基于比较在接收的图像数据与参考图像数据之间的差异大于结冰阈值时生成结冰通知。
[0007]技术方案1.一种方法，包括: 接收来自联接于燃气涡轮发动机的进气系统的照相机的图像数据，其中所述图像数据对应于所述进气系统的空气通路；
将所述接收的图像数据与所述进气系统的参考图像数据相比较;以及至少部分地基于所述比较在所述接收的图像数据与参考图像数据之间的差异大于结冰阈值时生成结冰通知。
[0008]技术方案2.根据技术方案I所述的方法，其特征在于，当所述比较指示所述进气系统的所述空气通路的至少一部分上的阈值积冰量时，所述差异大于所述结冰阈值。
[0009]技术方案3.根据技术方案I所述的方法，其特征在于，将所述接收的图像数据与所述参考图像数据相比较包括使所述参考图像数据的参考基准标记与所述接收的图像数据的接收的基准标记匹配。
[0010]技术方案4.根据技术方案I所述的方法，其特征在于，将所述接收的图像数据与所述参考图像数据相比较包括:
确定所述参考图像数据的所述空气通路的第一边缘；
确定所述接收的图像数据的所述空气通路的第二边缘;以及将所述第一边缘与所述第二边缘相比较。
[0011 ]技术方案5.根据技术方案I所述的方法，其特征在于，所述方法包括至少部分地基于所述结冰通知控制穿过所述空气通路的空气流，其中控制所述空气流包括加热所述空气流、从所述进气系统放出所述空气流的一部分、关闭所述进气系统，或它们的任何组合。
[0012]技术方案6.根据技术方案5所述的方法，其特征在于，所述方法包括至少部分地基于所述结冰通知自动地控制穿过所述空气通路的所述空气流。
[0013]技术方案7.根据技术方案I所述的方法，其特征在于，所述燃气涡轮发动机包括联接于进气系统的压缩机。
[0014]技术方案8.根据技术方案I所述的方法，其特征在于，所述结冰通知至少部分地基于从联接于所述空气通路的冰检测器接收的结冰数据。
[0015]技术方案9.根据技术方案I所述的方法，其特征在于，所述结冰通知包括可听通知、视觉通知或它们的任何组合。
[0016]技术方案10.根据技术方案I所述的方法，其特征在于，所述接收的图像数据和所述参考图像数据对应于所述进气系统的钟形口。
[0017]技术方案11.一种系统，包括:
控制器，包括:
共同地储存一个或更多个指令集的一个或更多个有形的非暂时性机器可读介质；以及一个或更多个处理装置，其构造成执行所述一个或更多个指令集以:
接收来自联接于燃气涡轮发动机的进气系统的照相机的图像数据，其中所述图像数据对应于所述进气系统的空气通路；
将所述接收的图像数据与所述进气系统的参考图像数据相比较;以及至少部分地基于所述比较在所述接收的图像数据与参考图像数据之间的差异大于结冰阈值时生成结冰通知。
[0018]技术方案12.根据技术方案11所述的系统，其特征在于，当所述比较指示所述进气系统的所述空气通路的至少一部分上的阈值积冰量时，所述差异大于所述结冰阈值。
[0019]技术方案13.根据技术方案11所述的系统，其特征在于，所述一个或更多个处理装置构造成执行所述一个或更多个指令集，以使所述参考图像数据的参考基准标记与所述接收的图像数据的接收的基准标记匹配。
[0020]技术方案14.根据技术方案11所述的系统，其特征在于，所述一个或更多个处理装置构造成:
确定所述参考图像数据的所述空气通路的第一边缘；
确定所述接收的图像数据的所述空气通路的第二边缘;以及将所述第一边缘与所述第二边缘相比较。
[0021]技术方案15.根据技术方案11所述的系统，其特征在于，所述一个或更多个处理装置构造成至少部分地基于所述结冰通知控制穿过所述空气通路的空气流，其中控制所述空气流包括加热所述空气流、使所述空气流的一部分从所述进气系统放出、关闭所述进气系统，或它们的任何组合。
[0022]技术方案16.根据技术方案11所述的系统，其特征在于，所述一个或更多个处理装置构造成从联接于所述空气通路的冰检测器接收结冰数据，并且至少部分地基于所述结冰数据生成所述结冰通知。
[0023]技术方案17.—种系统，包括:
包括进气系统的燃气涡轮发动机，所述进气系统包括空气通路；
照相机，其联接于所述进气系统并且构造成使所述进气系统的所述空气通路成像；以及
控制器，其通信地联接于所述照相机并且构造成:
接收来自所述照相机的图像数据，其中所述图像数据对应于所述空气通路；
将所述接收的图像数据与所述进气系统的参考图像数据相比较;以及至少部分地基于所述比较在所述接收的图像数据与参考图像数据之间的差异大于结冰阈值时生成结冰通知。
[0024]技术方案18.根据技术方案17所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成使所述参考图像数据的参考基准标记与所述接收的图像数据的接收的基准标记匹配。
[0025]技术方案19.根据技术方案17所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成至少部分地基于所述结冰通知控制穿过所述空气通路的空气流，其中控制所述空气流包括加热所述空气流、使所述空气流的一部分从所述进气系统放出、关闭所述进气系统，或它们的任何组合。
[0026]技术方案20.根据技术方案17所述的系统，其特征在于，所述系统包括联接于所述空气通路的冰检测器，并且其中所述控制器构造成从所述冰检测器接收结冰数据，并且至少部分地基于所述结冰数据生成所述结冰通知。
【附图说明】
[0027]当参照附图阅读下列详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其它的特征、方面和优点，其中，同样的标记在所有附图中表示同样的部件，其中:
图1为根据本公开的包括冰检测系统的燃气涡轮发动机系统的实施例的示意图；
图2为根据本公开的图1的冰检测系统的实施例的示意图； 图3为根据本公开的包括冰检测系统的燃气涡轮系统的实施例的示意图；
图4为根据本公开的图3的包括冰检测系统的燃气涡轮系统的截面图；
图5为根据本公开的由图3的冰检测系统获得的图像的实施例；
图6为根据本公开的由图3的冰检测系统获得的图像的实施例；
图7为根据本公开的由图3的冰检测系统获得的图像的实施例；
图8为根据本公开的由图3的冰检测系统获得的图像的实施例；以及图9为根据本公开的用于冰检测的方法的实施例。
【具体实施方式】
[0028]将在下面描述本公开的一个或更多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可不在说明书中描述实际实施的所有特征。应当认识到，在任何这种实际实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多特定实施决定以实现开发者的特定目的，诸如符合系统相关且商业相关的约束，这可从一个实施变化到另一个实施。此外，应当认识至IJ，这种开发努力可为复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的技术人员而言，仍将是设计、制作和制造的日常工作。
[0029]当介绍本公开的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意图表示存在元件中的一个或更多个。用语“包括”、“包含”和“具有”意图是包含的，并且表示可存在除了列出的元件之外的附加元件。
[0030]如上文提到的，燃气涡轮发动机可暴露于各种环境条件，如冷周围温度和高湿度，其可引起燃气涡轮发动机上或内的各个位置(例如，用于进气的入口)处的冰形成。例如，冰可在结冰范围中形成，该结冰范围可大体上描述为在大于大约65%的相对湿度的情况下低于大约4.4°C(S卩，40°F)的周围温度。由于由到燃气涡轮发动机中的流加速引起的入口(例如，进气系统的钟形口通路)处的温度降低，故周围温度可高于凝固点(例如，(TC)，但仍有冰形成的风险。采用了某些技术来防止燃气涡轮发动机上或内的冰形成，尤其是在燃气涡轮发动机的入口(例如，空气通路)处。例如，当周围空气具有大约-9.4°C (S卩，15°F)与4.4°C(SP，40°F)之间的温度和大约65%的相对湿度时，进入燃气涡轮发动机(例如，在入口处)的空气可加热(例如，通过加热线圈、换热器、相对较热的空气流等)至比周围温度热至少大约4.4°C (S卩，40°F )或至少5.5°C (S卩，10°F)。额外的5.5°C (S卩，10°F)可驱使空气温度足够高，以使温度和湿度的组合将不再在结冰范围中。然而，现在认识的是，冰可不实际上在结冰范围内的一些情况下形成。因此，现有的防冰技术中可存在发动机功率的寄生损失(例如，用于在不存在实际冰形成时加热在入口处进入燃气涡轮发动机的空气)。
[0031]公开的实施例针对用于燃气涡轮发动机中的位置(例如，入口)处的实际冰形成的计算辅助的视觉检测的系统和方法。根据本公开的一个方面，一个或更多个照相机可设立在燃气涡轮发动机的空气通路(例如，入口)周围，以获得空气通路的图像和/或视频。一个或更多个照相机可为用于最小侵入到空气流动路径中的管道镜照相机。图像和/或视频可传输至控制系统用于处理。控制系统可使用任何适合的方法(例如，边缘检测)来处理图像和/或视频，以检测入口处的实际冰形成。如果检测到实际冰形成，则控制系统可通知操作者(例如，经由警报)和/或控制防冰系统(例如，加热线圈、换热器、混合装置等)来减少或消除入口处形成的冰。一旦实际冰形成消除(例如，如由一个或更多个照相机确认的)，则控制系统还可控制防冰停止。由于防冰系统可仅在实际冰形成存在时根据本公开操作，故发动机功率和/或辅助功率的寄生损失可减小，并且燃气涡轮发动机和/或设备的性能可改进。
[0032]现在转到附图，图1为根据本公开的包括冰检测系统11的燃气涡轮系统10的实施例的框图。燃气涡轮系统10包括压缩机12、涡轮燃烧器14和涡轮16。涡轮燃烧器14包括燃料喷嘴18，其将液体燃料和/或气体燃料如天然气或合成气发送到涡轮燃烧器14中。如所示，各个涡轮燃烧器14可具有多个燃料喷嘴18。更具体而言，涡轮燃烧器14可均包括具有主燃料喷嘴的主燃料喷射系统20和具有副燃料喷嘴的副燃料喷射系统22。
[0033]涡轮燃烧器14点燃和燃烧空气燃料混合物，并且接着使热加压燃烧气体24(例如，排气)进入涡轮16中。涡轮叶片联接于轴26，轴26还遍及燃气涡轮系统10联接于若干其它构件。在燃烧气体24穿过涡轮16中的涡轮叶片时，祸轮16被驱动而旋转，这引起轴26旋转。最后，燃烧气体24经由排气出口 28离开涡轮系统10。此外，轴26可联接于负载30，负载30经由轴26的旋转供能。例如，负载30可为可经由涡轮系统10的旋转输出生成功率的任何适合的装置，如发电站或外部机械负载。例如，负载30可包括发电机、飞机的螺旋桨等。
[0034]在燃气涡轮系统10的实施例中，压缩机叶片包括为压缩机12的构件。如上文所述，压缩机12内的叶片联接于轴26，并且将在轴26由涡轮16驱动而旋转时旋转。进气系统32可将空气34从周围环境抽取到燃气涡轮系统10中。压缩机12内的叶片的旋转引起来自进气系统32的空气34的压缩，从而产生加压空气35。加压空气35接着供给到燃烧器14的燃料喷嘴18中。燃料喷嘴18使加压空气35和燃料混合以产生用于燃烧(例如，引起燃料更完全焚烧的燃烧)的适合的混合比，以便不浪费燃料或引起过多排放。
[0035]根据本公开的冰检测系统11可联接于燃气涡轮系统10的各个位置(例如，进气系统32、压缩机12)，用于检测实际冰形成。在所示实施例中，冰检测系统11联接于进气系统
32。如下文将更详细论述的，冰检测系统11可包括设置在进气系统32的各个位置的一个或更多个照相机36。一个或更多个照相机36构造成使进气系统32的各个位置成像。由一个或更多个照相机36获得的图像可传输(例如，经由有线、无线通信，或它们的组合)传输至控制器38用于处理。控制器38可使用任何适合的技术或算法来处理图像，以确定是否存在形成在进气系统32中的实际的冰。如果控制器38确定存在实际冰形成，则控制器38可控制防冰系统40来减少或消除进气系统40中的冰。在防冰系统40操作时的时段期间，一个或更多个照相机36可继续使进气系统32的各个位置成像，并且将图像传输至控制器38。当控制器38从图像确定进气系统32中的冰减少(例如，至阈值)或消除时，控制器38可控制防冰系统40停止。
[0036]除了一个或更多个照相机36之外，冰检测系统11还可包括设置在进气系统32的各个位置处的一个或更多个冰检测器42。一个或更多个冰检测器42可为任何适合类型的冰检测器，包括光学换能器、声学传感器或原子能传感器。一个或更多个冰检测器42可与一个或更多个照相机36互补，并且可便于确认实际的冰在进气系统32中的形成。由一个或更多个冰检测器42检测到的信号也可传输(例如，经由有线、无线通信，或它们的组合)至控制器38用于处理，以确定是否存在形成在进气系统32中的实际的冰。
[0037]防冰系统40可为构造成减少或消除形成的冰的任何适合的系统。例如，防冰系统40可包括一个或更多个加热装置(例如，电线圈、换热器)，其联接于进气系统32，并且构造成将直接和/或间接的热提供至进入进气系统32的空气。提供至加热装置的热源可包括但不限于电阻加热、感应加热、热栗、热水或蒸汽、来自压缩机12的放气、涡轮排气28的一部分，或燃气涡轮封壳通风空气的一部分。防冰系统40可包括一个或更多个控制装置(例如，调节阀、促动器)，其能够由控制器38控制，以控制防冰系统40(例如，加热装置和相关管路)内的热介质(例如，水、蒸汽、空气、排气等)的各种参数(例如，温度、压力、流速等)。
[0038]控制器38可包括处理器42和存储器44。处理器42可为任何通用或专用处理器。存储器44可包括一个或更多个有形的非暂时性机器可读介质。经由实例，此类机器可读介质可包括RAM、R0M、EPR0M、EEPR0M、⑶-ROM或其它光盘储存器、磁盘储存器或其它磁储存装置，或可用于传送或储存机器可执行指令或数据结构形式的期望程序代码并且可由处理器(例如，处理器42)或由任何通用或专用计算机或具有处理器的其它机器(例如，处理器42)存取的任何其它介质。控制器38还可包括其它构件，如，用户界面46和显示器48。经由用户界面46，操作者可提供命令和操作参数至控制器38，以控制燃气涡轮系统10的操作的各种方面(例如，一个或更多个照相机36)。用户界面46可包括鼠标、键盘、触摸屏、手写板或任何其它适合的输入和/或输出装置。显示器48可构造成显示燃气涡轮系统10的任何适合的信息，如，燃气涡轮系统10的各种操作参数、由一个或更多个照相机36获得的图像等。
[0039]图2为根据本公开的冰检测系统11的实施例的示意图。在所示实施例中，冰检测系统11可包括设置在进气系统32中的四个照相机36。然而，应当注意的是，冰检测系统11可包括任何数量的照相机36，如1，2，3，4，5，6，7，8，9个或更多。另外，如下文更详细论述的，四个照相机36可设置在进气系统32的各个位置。作为备选或此外，照相机36可设置在燃气涡轮系统10的其它构件(如，压缩机12)的各个位置。四个照相机36中的各个可为适用于成像的任何类型的照相机。在一些实施例中，照相机36为管道镜照相机，从而使对进气系统32的侵入最小化。在某些实施例中，照相机36可包括广角透镜以提供增强的观察能力，如，增强的成像面积覆盖。
[0040]照相机36中的各个可通信地联接于控制器38。在所示实施例中，各个照相机36独立地联接于控制器38的照相机控制器50(例如，经由相应的通信信号52)。通信信号52可在各个照相机36与其相应的照相机控制器50之间以任何适合的方式(例如，经由有线、无线通信，或它们的组合)传输。通信信号52可包括从各个照相机36到相应的照相机控制器50的图像和其它相关数据，以及从各个照相机控制器50到相应的照相机46用于控制照相机36的操作(例如，运动、缩放、聚焦等)的控制信号。尽管在所示实施例中，各个照相机36独立地联接于相应的照相机控制器50，但在一些实施例中，多个照相机36可联接于一个照相机控制器50 ο
[0041]照相机控制器50可通信地联接于控制器38的其它构件，如处理器42、存储器44、显示器48和用户界面46。例如，照相机控制器50可由处理器42(例如，用于控制照相机36的操作)和存储器44(例如，关于用于照相机36的操作的储存指令)控制。此外或作为备选，照相机控制器50可由操作者经由用户界面46(例如，以来自操作者的命令)控制。由照相机36获得的图像和相关数据可经由照相机控制器50传输至显示器48用于显示，至存储器48用于储存，和/或至处理器42用于处理(例如，用于确定实际冰形成，如下文更详细论述的)。在某些实施例中，由照相机控制器50执行的功能性可由控制器38的其它构件(例如，处理器42、存储器44)执行，从而消除照相机控制器50。在其中照相机控制器50包括在控制器38中的实施例中，照相机控制器50可与控制器38分开(例如，设置在单独的空间、壳体或仪器中)，或者可与控制器38集成(例如，一起在集成的封壳内)。
[0042]在所示实施例中，冰检测系统11还包括两个冰检测器42。类似地，冰检测系统11可包括任何数量的冰检测器42，如，O，I，2，3，4，5，6，7，8，9个或更多。冰检测器42可设置在进气系统32中或燃气涡轮系统10的任何其它适合的位置。冰检测器42可经由通信信号54以任何适合的方式(例如，经由有线、无线通信或它们的组合)通信地联接于控制器38。通信信号54可包括从冰检测器42(例如，指示实际的冰的形成和/或冰的类型)到控制器38的信号，并且可储存(例如，由存储器44)和处理(例如，由处理器42)。
[0043]照相机36、冰检测器42和控制器38可由任何适合的电源56供能，包括电池、电插座、发电机等。电源56可包括适用于单独提供功率并且/或者组合至照相机36、冰检测器42和控制器38的各种输出(例如，11OV、12V)。
[0044]图3为根据本公开的包括冰检测系统11的燃气涡轮系统10的实施例的示意图。如所示，冰检测系统11可包括多个照相机36和一个或更多个冰检测器42。照相机36和冰检测器42可设置在进气系统32中并且通信地联接于控制器38。周围空气34可经由进气系统32供应至燃气涡轮系统10。进气系统32可包括清洁空气34并且将空气34(例如，沿方向58)输送至压缩机12的若干区段。进气系统32的构件可包括防风雨罩60、一个或更多个过滤器62、仓室64、钟形口 66、支柱68和入口导叶(IGV) 70。
[0045]作为第一屏障，防风雨罩60和过滤器62可阻止降水结冰、灰尘和碎肩通过进气系统32进入。防风雨罩60可保护过滤器62免受外部环境(例如，雨水、阳光)的影响，并且可便于使抽吸到过滤器62中的降水结冰、灰尘和碎肩的量最小化。降水结冰是存在于大气中的液体或固体形式的水。例如，降水结冰包括冰雹、冰晶、雪、冻雨、冰雾和过冷的水滴。大多数形式的降水结冰可通过使用防风雨罩60和过滤器62来阻止或滤出。在另一方面，冷凝物结冰不作为常压状态存在，并且因此不可由防风雨罩60或过滤器62阻止。冷凝物结冰可包括霜、霜形冰和雨凇，其按严重性和硬度而不同。
[0046]冷凝物结冰可导致空气34的某些状态，如冷周围温度和高湿度。冰(例如，冷凝物结冰)可形成在燃气涡轮系统10的各个位置处，尤其是在过滤器62、钟形口 66、支柱68、入口导叶(IGV)70和压缩机12的第一级72周围。更具体而言，由于由到压缩机12中的空气34的流加速引起的钟形口66处的温度下降，故钟形口66处的空气34的温度可低于进入进气系统32的空气34的温度。结果，可更有可能的是，相比于在燃气涡轮系统10的任何其它位置处，冰可形成在钟形口 66处。因此，在所示实施例中，多个照相机36和一个或更多个冰检测器42在钟形口66处设置在进气系统32中，以检测或监测实际冰形成。更具体而言，多个照相机36和一个或更多个冰检测器42可围绕相对更接近压缩机12的钟形口 66的一部分(例如，围绕支柱68和IGV70)设置。然而，应当注意的是，多个照相机36和一个或更多个冰检测器42可设置在燃气涡轮系统10的任何适合的位置，包括但不限于过滤器62、支柱68、入口导叶(IGV)70，以及压缩机12的第一级72。
[0047]尽管在所示实施例中，多个照相机36和一个或更多个冰检测器42围绕钟形口66的外周或周边(例如，沿方向58的轴向位置)，如第一外周74设置，但多个照相机36中的各个和一个或更多个冰检测器42中的各个可以以任何适合的方式沿钟形口 66分布，包括沿周向围绕其外周、轴向地沿其外周(例如，沿方向58)，或以任何其它适合的布置。例如，多个照相机36中的任一个和/或冰检测器42中的任一个可围绕钟形口 46的一个或更多个其它外周(例如，第二外周76)设置。多个照相机36(以及一个或更多个冰检测器42)可设置在钟形口 66的一个、两个、三个或更多个轴向位置(例如，沿方向58)处。此外，在多个照相机36(以及一个或更多个冰检测器42)围绕钟形口 66的周边或外周(例如，圆周)设置的情况下，照相机36可大致一致或非一致地与彼此间隔开。另外，在多个照相机36设置在钟形口 66的多个轴向位置处的情况下，照相机36可关于彼此共线和/或交错。例如，在沿方向58观看时，照相机36可定位在不同的径向位置处。此类构造可为合乎需要的，例如对于以提供钟形口66的最大成像覆盖面积的方式定位照相机36(例如，沿周向围绕其外周和轴向地沿其外周)。
[0048]图4示出了其中设置多个照相机36和冰检测器42的钟形口66的截面(例如，沿图3中的线4-4)。更具体而言，钟形口 66的截面轴向地沿钟形口 66的外周74。如图4中所示，外周74大致为圆形的。然而，应当注意的是，钟形口 66的外周74可呈任何形状，包括但不限于椭圆形、正方形、三角形、矩形或它们的任何组合。
[0049]钟形口 66可包括内壁82和外壁84。内壁82可大致包围空气通路86(例如，入口)，通过空气通路86，空气34可流过进气系统32到压缩机12中。如上文提到的，冰(例如，冷凝物结冰)可形成在内壁82上。在所示实施例中，四个照相机36设置在钟形口66的内壁82中，围绕外周74大致一致地与彼此沿周向间隔开。各个照相机36可经由安装件88联接于内壁82，安装件88可以以任何适合的方式(例如，经由螺钉、粘合剂等)设置到内壁82上(或穿过其)。各个照相机36可使钟形口 66的内壁82的内表面90的某一区域成像。例如，在所示的实施例中，四个照相机36中的各个可使内壁82的内表面90的大约25%成像，并且因此，四个照相机36可大致使内壁82的所有内表面区域成像。然而，如上文提到的，冰检测系统可包括任何适合数量的照相机36，并且因此，各个照相机可使内表面90的表面区域的任何适合的量成像。此夕卜，一个或更多个照相机36可组合地覆盖内表面90的总表面区域的全部或一部分。此外，照相机36中的各个可包括任何适合的特征，如，缩放透镜、可变光圈、可动成像头、可动安装件88等，以便于成像(例如，变化的成像覆盖面积、变化的图像亮度、清晰度、分辨率等)。
[0050]还如所示，两个冰检测器42设置在钟形口66的内壁82上。如上文提到的，冰检测器42可关于照相机36以任何适合的方式设置在内壁82上。照相机36和冰检测器42可通过有线和/或无线通信装置(例如，线缆、数据线、无线路由器等)通信地联接于控制器38和电源56，该有线和/或无线通信装置可设置在内壁82与外壁84之间的空间92中。
[0051]由照相机36获得的图像可传输至控制器38(例如，处理器42)用于处理，以利用任何适合的算法或方法(如边缘检测和分析)确定实际冰形成(如果有)。图5-8示出了用于从各种时间(例如，分别为第一时间tl、第二时间t2、第三时间t3和第四时间t4)处的多个图像(例如，第一图像102、第二图像104、第三图像106和第四图像108)检测实际冰形成的技术100的实施例。应当注意的是，出于示范性目的示出了图像102，104，106，108，并且其可仅为由照相机36中的一个获得的全部图像的一部分。
[0052]为了将不同时间(例如，时间11，t2，t3，t4)处收集到的图像(例如，图像102，104，106，108)与彼此相比较，图像可包括一个或更多个参考基准标记。参考基准标记可为钟形口66(例如，内表面90)上、中、联接于其、与其集成，或以另外的方式与其相关联的任何适合的物体的图像，如，物理标记(例如，墨水点)，或钟形口 66的结构元件(例如，螺钉、梁、导管、连接部等)。物理标记或结构元件可紧邻内表面90，使得参考基准标记可与由照相机36中的一个成像的内表面90的一部分同时定位在图像中。经由实例，如图5-8中所示，图像102，104,106,108所有都包括两个相同参考基准标记，对应于内表面90上的星形标记的星110，以及对应于设置在内表面90上的矩形梁的大致矩形形状112。
[0053]使用一个或更多个参考基准标记，多个图像(例如，图像102，104，106，108)可与彼此对准(例如，在一定时间内对图像偏移校正)用于比较。例如，第一图像102中的星110具有分别关于上左转角点122的第一宽度114(例如，沿X轴线116)和第一长度118(例如，沿Y轴线120)。当其它图像104,106,108由相同照相机以大致相同方式(例如，以相同的成像角、相同的焦距等)获得时，星110(例如，关于上左转角点122)的位置仍如同图像102—样。作为特定实例，在第二图像104中，图像102中的星110可具有分别关于上左转角点122的第二宽度124和第二长度126。因此，第二图像104可偏移，使得第二宽度124大致等于第一宽度114，并且第二长度126大致等于第一长度118，从而使第一图像102与第二图像104对准。
[0054]所有图像102，104，106，108中的形状112还可与星110类似地使用用于图像对准(例如，关于上左转角点122来校正图像之间的平面偏移)。此外，形状112可用于基于形状112的尺寸和/或角的图像对准。作为实例，在第一图像102中，形状112具有关于X轴线116的第一角128，并且在第二图像104中，形状112可具有关于X轴线116的第二角130。通过使第二图像104旋转使得第二角130大致等于第一角128，第二图像104可与第一图像102对准，针对角偏移校正。作为另一个实例，在第一图像102中，形状112具有沿X轴线116的第一宽度132，并且在第二图像104中，形状112可具有沿X轴线116的第二宽度134。通过扩大或减小第二图像104的尺寸使得第二宽度134大致等于第一宽度132，第二图像104可与第一图像102对准，针对尺寸差异(例如，由于焦距的变化引起)校正。其它图像106，108可类似地调整为第二图像104，以与第一图像102对准(例如，用于校正图像的尺寸差异和/或角偏移)。尽管如上文所述，第一图像102用作基准图像，但由照相机36获得的图像(例如，图像104，106，108)中的任一个可用作用于图像对准的参考图像。
[0055]—旦图像(例如，图像102，104，106，108)对准，则它们可与彼此相比较。作为特定实例，第一图像102不出了第一线136，表不时间11处的内表面90的一部分，而没有其上的任何实际冰形成。在操作期间，例如，在时间t2处，第二图像104示出了第二线138，其在不同于第一线136的位置。例如，第二线138相比于第一线136更接近星110和形状112，这可暗示内表面90的点142处的实际的冰形成(例如，具有y轴线120中的厚度140)。换言之，控制器38可确定由于第二线138与第一线136之间的差异高于某一阈值(例如，关于星110和/或形状112的位置变化)，故存在实际形成的冰。图像上的阈值(例如，结冰阈值)可取决于形成在内表面90上的实际的冰的量(例如，厚度)、照相机36的特征(例如，焦距、视角等)，以及成像处理方法(例如，尺寸放大、尺寸减小等)ο各个照相机36可校准成建立物体(例如，冰、进气系统32的结构元件)的实际大小(例如，厚度)与其在图像上的大小之间的关系。实际冰形成阈值(例如，实际形成的冰的厚度)可在大约0.0Olm到Im之间，如在大约0.005m到0.5m之间，大约
0.0lm到0.1m之间，大约0.02m到0.09m之间，大约0.04m到0.07m之间，或大约0.05m到0.06m之间。此外，第一线136与第二线138之间的区域144可具有不同于第一线136下方的区域146的特征，如，颜色、色调、亮度、对比度等。因此，这些特征可用于确认实际冰形成和/或确定形成的冰的特征(例如，类型)。
[0056]当确定(例如，从将第二图像104与第一图像102相比较)实际的冰形成在内表面90上时，控制器38可控制防冰系统40操作以减少或消除冰。例如，第三图像106示出了第三线148，其相比于第二图像104离星110和形状112更远。这可反映在时间t3处，在防冰系统40操作达一定时间段之后，冰减少(例如，具有小于点142处的厚度140的厚度150)。在一些实施例中，控制器38可基于检测到的实际的冰的量来控制防冰系统40的操作。例如，控制器38可基于随时间(例如，从时间t2到t3)变化的厚度的变化(例如，从厚度140到142)来增大或减小由防冰系统40使用的功率。
[0057]当确定(例如，从将第四图像108与第三图像106相比较)大致消除形成的冰时，控制器38可控制防冰系统40以停止操作。例如，第四图像108示出了与第一线136大致重叠的第四线152。这可反映在时间t4处，冰被大致消除。在如上文所述的技术100中，所有线(例如，线136，138，148，152以及星110和形状112的轮廓线或轮廓)可由操作者检测和监测。在一些实施例中，控制器38利用任何适合的方法(例如，边缘检测)自动地检测和监测线136，138,148,152ο
[0058]图9为根据本公开的用于实际冰检测的方法160的实施例的流程图。方法160可由上述构件(例如，冰检测系统U，其包括照相机36、控制器38和防冰系统40)执行。在所示实施例中，方法160包括从照相机36接收(框162)图像数据。照相机36可设置在燃气涡轮系统10的各个位置处，尤其是在进气系统32(例如，钟形口 66)处。图像数据可对应于钟形口 66的空气通路86(例如，入口)和/或内表面90。图像数据可包括在不同时间处获得的多个单独的图像。图像数据连同由照相机36获得的任何相关数据可传输至控制器38用于处理。
[0059]控制器38可将接收的图像数据与参考图像数据相比较(框164)。参考图像数据可包括在进气系统32(或其中设置照相机36的任何其它位置)没有实际冰形成时由照相机36获得的任何图像。接收的图像数据和参考图像数据可在比较之前对准。如上文论述的，图像的对准可包括使用一个或更多个参考基准标记来校正由于平面移动、角旋转和/或尺寸变化引起的图像偏移。控制器38可使用任何适合的算法和技术用于图像比较，包括边缘检测。
[0060]基于比较，控制器38可确定(框166)是否存在形成在进气系统32(或其中设置照相机36的任何其它位置)中的实际的冰。确定可基于高于某一阈值的图像之间的边缘(例如，表面线136，138，148，152)的变化(例如，在关于一个或更多个参考基准标记的距离方面)。确定还可基于图像的其它特征，如颜色、色调、亮度、对比度等。控制器38还可基于图像确定形成的冰的量(例如，厚度)。
[0061]基于确定，控制器38可生成(框168)结冰通知。通知可包括是否存在形成在检测位置的实际的冰，并且如果是，则包括形成的冰的量。通知可提供至操作者(例如，经由显示器48)，以使操作者可采取适当的动作(例如，使燃气涡轮系统10停止，启动防冰系统40)。通知可包括音频和/或视频指示(例如，数量、消息、声音、警报或它们的任何组合)。此外或作为备选，控制器38可基于通知自动地调整燃气涡轮系统10的操作(例如，使燃气涡轮系统10停止，启动防冰系统40)。控制器38可基于形成在燃气涡轮系统10中的冰的量来控制防冰系统40的操作。
[0062]本公开的技术效果包括冰检测系统11使用一个或更多个照相机36用于检测燃气涡轮系统10中的实际冰形成。由一个或更多个照相机36获得的图像可由冰检测系统11的控制器38处理，以确定在其中设置一个或更多个照相机36的位置是否存在实际形成的冰。基于确定，控制系统38可控制防冰系统40来减少或消除冰。由于防冰系统40可仅在检测到实际冰形成时操作，故发动机功率和/或辅助功率的寄生损失可减少，并且燃气涡轮系统10和/或设备的性能可改进。
[0063]该书面的描述使用实例以公开实施例(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本公开(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本公开的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种方法，包括: 接收来自联接于燃气涡轮发动机的进气系统的照相机的图像数据，其中所述图像数据对应于所述进气系统的空气通路； 将所述接收的图像数据与所述进气系统的参考图像数据相比较；以及 至少部分地基于所述比较在所述接收的图像数据与参考图像数据之间的差异大于结冰阈值时生成结冰通知。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述比较指示所述进气系统的所述空气通路的至少一部分上的阈值积冰量时，所述差异大于所述结冰阈值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述接收的图像数据与所述参考图像数据相比较包括使所述参考图像数据的参考基准标记与所述接收的图像数据的接收的基准标记匹配。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述接收的图像数据与所述参考图像数据相比较包括: 确定所述参考图像数据的所述空气通路的第一边缘； 确定所述接收的图像数据的所述空气通路的第二边缘；以及 将所述第一边缘与所述第二边缘相比较。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括至少部分地基于所述结冰通知控制穿过所述空气通路的空气流，其中控制所述空气流包括加热所述空气流、从所述进气系统放出所述空气流的一部分、关闭所述进气系统，或它们的任何组合。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括至少部分地基于所述结冰通知自动地控制穿过所述空气通路的所述空气流。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃气涡轮发动机包括联接于进气系统的压缩机。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结冰通知至少部分地基于从联接于所述空气通路的冰检测器接收的结冰数据。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结冰通知包括可听通知、视觉通知或它们的任何组合。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收的图像数据和所述参考图像数据对应于所述进气系统的钟形口。
【文档编号】F02C9/00GK105909390SQ201610100509
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月24日
【发明人】T.S.巴布拉瓦拉
【申请人】通用电气公司