专利名称：用于炼焦炉群的内窥镜检测探头的制作方法
技术领域：
本发明涉及工业炉群、特别是炼焦炉群的维护，更具体地说，它涉及到对形成这些炉群的烟道内壁的耐火材料的状态的精确监测，即使这些炉群正在运行中。
在运行期间，炼焦炉群经受着实质上由于装卸各种物料的操作的循环性质而引起的各种热应力。这或迟或早地将导致金属部件和耐火材料的永久变形，这又将缩短该炉群的工作寿命。
为了得到三十年以上的满意的工作寿命，应当定期地进行炉内耐火材料的状态的精确诊断。但是，由于炉内某些区域十分有限的可接近性，例如诸烟道，它们是承受最大热应力的地方，使得这种诊断通常难以进行。这可能导致(诊断)行动为时过晚，并使得修理工作成为不适当或者无用。
内窥镜是一种今后将在许多工业领域中广泛地使用的技术，但目前仍很少用于炼焦领域，这可能是由于被建议使用的大多数内窥镜已被证明不适合于用来检测炼焦炉烟道内的耐火材料，无疑地，这特别是由于出现在那里的极端高温状态所致。
概略地说，目前被用于或可能被用于检测炼焦炉烟道的各种探头可以分为两种类型，它们共同之点在于在一根支撑线缆的一端悬挂着一个装有敏感元件的探头，而该线缆将该敏感元件连接到位于炉外的一个工作单元。
根据实际上含有内窥镜的第一种已知类型，该支撑线缆包括一根长的刚性金属管，它由内部循环水进行冷却，并且借助于一个齿条与齿轮系统以垂直直线运动方式运行。这个实施例组成一个笨重的和体积大的组件，它难以操作，并且，当要求进行间隔时间相对地较长而持续时间较短的检测时，它就得永久性地留在炉内。
在一种包括本发明在内的第二种已知类型的探头中，该刚性管子被一个卷绕在一个鼓上的纵向的柔性套管所取代，该鼓的下半部浸在一个水槽之中，其目的是使该套管湿润以便使其冷却。这项技术来源于以下的发现，即，事实上，有可能通过内部水循环来免去冷却，假定有一个能快速运行的简单而轻便的装置，并且借助于它，该检测操作赖以进行的快速性使得它有可能免去一个复杂的冷却系统。由此，设计和研制了在文件FR-B-4.18822中所描述的探头。在这个探头中，该敏感头包括一个长条形(“铅笔”型)的光学高温计，后者在一个由压在其底部的纤维性耐火材料制成的封套内受到保护，而其顶部则连接到该柔性支撑套管的末端，所述末端装有一根钢绳，在其末端悬挂着该高温计。这个探头似乎已经是迄今为止完全满意的。然而，它仅限于提供在该烟道里面的气体温度，而这个量仅仅是炉壁耐火材料的状态的一种隐约的指示。
本发明的目标是得到这些炉壁的一种直接的视觉观察。
为此目的，本发明的题目是一个用于检测工业炉群、特别是炼焦炉烟道的耐火材料炉壁的内窥镜探测头。这种类型的探测头包括一个在其内装有敏感元件并连接到一根纵向的柔性支撑线缆的末端的探头，该线缆将该探头连接到一个工作单元，后者备有用以使该线缆湿润的装置，所述探头被设定为，该支撑线缆在轴向扭矩作用下呈现刚性，还被设定为，该探头可以实现轴向旋转，并且由一个可拆卸的两个部件的装配物来形成一个永久性部件，它借助于一个旋转关节连接到该支撑线缆的末端，并且里面装有一个摄影装置(最好是一个小型的摄像机)，以及一个可互换的部件，它被固定到该永久性部件的延伸部分，并且包括一个腔壁孔(前面的或侧面的)，里面装有一块物镜，在物镜的后面有一个光学装置，用于将该物镜检出的光能传送到该摄影装置，还被规定为，诸装置被安装在该探头里面，以便保证该探头的轴向旋转运动，并能调节它相对于该支撑线缆的角位置。
根据一个实施例，该支撑线缆包括一个管状的金属增强物，后者含有编织的金属线，并且被一个由纤维性耐火材料制成的柔软的外壳所覆盖。
根据一个优选实施例，用于驱动该探头产生旋转并保证它处于所希望的角位置的所安装的装置包括一个固定于该支撑线缆之上的电动机，还包括一根传动轴，后者具有一个跟所述支撑线缆的内壁相啮合的轴端齿轮。
在一个具有一个侧面腔壁孔的可互换部件的情况下，该光学传导装置包括一块棱镜，用以将诸透镜检出的光能返送到该摄像机，所述棱镜位于所述诸透镜的附近。
正如人们将理解的那样，本发明实质上基于一根支撑线缆与在其自由端的视觉观察装置的组合，该支撑线缆在其“纵的”方向上是柔软的，为的是能够被卷绕，但另一方面它又是刚性的，以便避免经受绕其轴的方向的任何不希望的扭转运动；在其自由端，该烟道内壁的视觉观察装置自然地在红色波长范围内被来自运行中的炉膛里的热辐射所照明，所述装置在一个由一名操作者在其控制台进行遥控的已安装的激励器的帮助下，以能进行轴向旋转的方式被安装，在该控制台上，所述观察装置向该操作者给出诸烟道的诸内壁的一个实际的和瞬时的图象。
从以下的借助于示例性的实施例、并参照诸附图所作的说明中，本发明将被很好地理解，同时，其他诸方面和诸优点也将清楚地显现出来，在附图中-
图1以垂直截面的形式表示一个炼焦炉群的诸烟道的一部分，一个根据本发明的内窥镜在所述诸烟道的底板上进行工作；-图2以轴向纵向截面的形式表示一个安装在根据本发明的内窥镜的一根线缆的末端的敏感头的细节；-图3是类似于图2的一个图解，但涉及一个在观察方向上可供选择的实施例。
在诸附图中，相同的诸部件被标注以同一的参考数字。
首先参看图1，从图中可以看出，该探头1借助于其柔软的支撑线缆2而被悬吊着，并且借助于重力，经由烟道3的上方的孔4穿入到烟道3里面。该柔软的支撑线缆2绕过一个返回滑轮5，并且被卷绕到一个鼓6之上，后者备有用于产生旋转的装置，它用曲柄7来表示。一个半圆柱形的槽8装着水，用于将卷绕的鼓6的下半部浸入水中以便使该支撑线缆2湿润。在该鼓的框架上，在齐胸的高度处安装了一个荧光屏控制台9，并使得操作者能通过由该显示荧光屏提供的持久性的可视控制去实现所有的操作，该显示荧光屏显示探头1所看到的一切。从外部来说，探头1具有一个长条形的金属封套(长约50厘米，直径为几个厘米)，为了进行热防护以及冲击防护，它被装入一个由耐火材料制成的刚性外壳(没有示出)里面。该探头由两个长度大致相同的连续的部分组成，借助于一个装配法兰盘互相固定在一起，上述法兰盘由一个可以用手拧动的滚花环44来构成借助于一个旋转关节10和一个可互换的“靠下的”部件12，将一个“靠上的”部件11连接到该支撑线缆2。可以用常规方法，借助于滚珠轴承13来产生该旋转关节10，滚珠轴承13的内环被安装到形成该支撑线缆2的末端的该连接器49的一个入口环状轴承表面14，并且滚珠轴承13的外环被固定到该可旋转的“靠下的”部件的内壁之上。当然，这些结构也可以反过来。然而，通常需要细心地确定该旋转关节10的尺寸，以便在该可旋转的“靠下的”部件以及该固定的“靠上的”部件之间仅提供简单的功能性的自由运转15，以便尽可能地保证相对于外界的密封。在轴承表面14的一端形成的轴环50保证该探头1相对于该支撑线缆的直线运动被阻止。
正如所看到的那样，借助于一个夹紧带16，该连接器49被固定到该支撑线缆2的其余部分，该夹紧带16分为两部分，互相之间用螺旋钉固定，并且其诸自由端形成诸推杆，后者使得为此目的而提供的分别位于该连接器49的端部以及该法兰盘18的端部的诸轴环17和17’互相贴近。在法兰盘18上，形成该支撑线缆2的柔性套管19被固定住。
根据本发明的一个重要特性，这个套管应当是足够地柔软，以便能卷绕到一个鼓上，例如直径约为50厘米的鼓之上，并且在伸开时，简单地在探头1的重量作用下，能恢复直线的形状。与此同时，在轴向扭矩的作用下，这个套管应当呈现出足够的刚性，以避免将各种随机的旋转运动叠加到由操作员控制的探头的该“靠下的”部件。为此目的，该柔性套管19最好包括一个由编织的扁平的不锈钢线制成的增强物，这类似于用于保护与铠装电缆的金属套管。
该套管被卷绕在一个纤维性的柔软绝缘体如长条形的玻璃纤维的层20之上，通过将其浸入水槽中就能使之湿润，因此也能对该套管以及其内的各种电缆和导线进行热防护。借助于一个夹紧带来保证装配。在一个这种类型的套管中，必要时可以提供一根在整个长度上都完全适合的柔软的圆杆，以便让冷却的空气得以循环。
更具体地参看图2，从图中可以看出，侧视探头1的内部安装有一定数量的元件，从底部开始列举如下
首先，用于采集该探头所看到的图象的一条光路22，它包括一个连结于一块返回棱镜24的“广角”物镜23，该返回棱镜24跟适应性的双合透镜42组合在一起，形成该光学链条的第一个元件，用以传送由该物镜23在该摄影装置的方向上所形成图象。其余部分包括一个安装在该摄影装置26前面的光学管路25。该物镜23占据了在该探头1的侧壁上为此目的而生成的孔27。所述透镜的视场确定了在该烟道的内壁上可观察的区域的范围。该棱镜24以直角关系返回从物镜23所接收的光，以便使之沿着该探头的纵轴定向于该光学管路25的方向上。在该光学管路25的两端，分别安装有一个入口双合透镜28以及一个出口双合透镜29，此外还有一个光谱衰减或校正滤色镜43以及一块亮度适配膜30，用以将该图象传送到该摄影装置26，后者最好包括一个具有一个光二极管矩阵的微型摄像机。以这种方式由该摄像机接收的该被检查区域的图象，借助于该柔软电缆31，被传送到该显示荧光屏9。
而且，该探头1还包括，一个增量编码器32，使得它在任何瞬间都能知道该物镜23(因而也就是该观察方向)相对于一个“零”参考点的角位置，并且因此能够在该操作员的持久的控制下进行一次完全的圆扫描，或者能够很容易地再次找到一个先前的观察区域。
该探头1还安装有一个可反转的同步直流电动机33连同它的传动元件，即一根驱动轴34，在其末端有一个小齿轮35，它跟一个紧固于该探头可旋转的“靠下的”部件的内壁的齿轮36相啮合。
在以上所说明的所有设备项目中，只有该电动机33，连同它的小齿轮轴34，没有被固定到该旋转头1之上。借助于一个紧固件48，它被固定到该连接器之上。
编码器32和电动机33通过诸电缆37和38跟外部建立必要的连接。
借助于诸保持器将诸设备项目刚性地连接到(探头的)内壁，使所有这些设备项目都被固定到该探头里面。在拆卸该探头的鼻锥40之后，就可以从该探头的前面接触到用于固定该棱镜24及其相关的适配双合透镜42的诸保持器39。
借助于用螺纹连接到该管11的一端的法兰盘51，就能有利地获得该探头的这个重要部件的改进了的可接近性，一方面，该法兰盘51具有一个圆柱形的轴承表面52，形成该可互换部件12的管可在其上滑动，同时自行对准中心，并且，另一方面，诸紧固螺旋钉54拧入到一个带有内螺纹的径向环53之中。在拆卸鼻锥40之后，该紧固螺钉54也是可接近的，在它们的一端，配置着它们从其中穿过的保持器39，这样就保证了通过夹紧，将可互换部件12固定到管11之上。
通过该可拆卸的环44，可以接近用于固定该光学管路25的保持器41，同时也允许接近该滤色镜43。借助于螺纹连接46，用于固定该摄影装置26的保持器45也是可接近的，螺纹连接46将形成该永久部件的两个相邻的部分连接在一起。在拆卸该摄影装置26之后，所述保持器也使它有可能去接近装有该增量编码器32的保持器47。
可以看出，在孔27的附近区域中在管12中，围绕着该物镜23，分布着诸小管55。这些配置于该物镜23前面的诸小管，将探头内部跟外部空间连通起来，根据本发明的一个优选实施例，若有一股冷空气通过该探头内部，则有可能在这个物镜的前透镜的前面，建立一层保护性的空气帘幕。
除了棱镜24以外，它在本例中已经变为无用，所有这些元件和特殊结构都可以在为轴向观察而设计的示于图2的探头中再次地被发现为相同的。在这个变种中，侧面的孔27已经被一个轴向的孔27’所取代，后者出现于形成该探头鼻锥的端部40’之上。这个孔接纳广角物镜23，后者将检出的图象传送到光学管路25。
所有其余部分都保持不变。人们将懂得，通过简单地置换该可互换的“靠下的”部件12(借助于该螺纹环44，可以很容易地用手进行拆卸)，就能用同样的基本设备，从一个侧向观察配置(图1)很容易地改变为一个轴向观察配置(图2)，反之亦然。同样地，对于一种给定的配置来说，借助于一组配有从30°到105°的渐进的光学角度的物镜23的可互换部件，有可能从全景视图改变为待检测的表面的更详细区域的视图。
当然，本发明并不局限于已说明的诸实例，由于该内窥镜的诸重要特性可以被重复使用，如同在所附的权利要求书中所规定的那样，它可以扩展到许多变种或等效物。
权利要求
1.用于检测工业炉群的耐火材料炉壁的内窥镜探测头，这种类型的内窥镜探测头包括一个探头，其内装有敏感元件，并且连接到一根纵向的柔软的支撑线缆的一端，该支撑线缆将它连接到一个工作单元，该工作单元里面装有使该线缆湿润的装置，其特征在于，该支撑线缆(2)在轴向扭矩的作用下呈现出刚性，并且该探头(1)可进行轴向旋转，它由可拆卸的两个部件的装配物所形成一个永久部分(11)，它借助于一个旋转关节(10)连接到该支撑线缆的一端，并装有一个摄影装置(26)，以及一个可互换的部件(12)，借助于一个可拆卸的关节(44)，上述可互换的部件(12)可以刚性地固定到所述的永久性部件的延伸部分，并且包括一个腔壁孔，里面装有一块物镜(23)，其后跟随着一条光学通路(22)，用于将所述物镜所检出的图象传送到该摄影装置(26)，其特征还在于装置(32到36)被安装在该探头里面，以便保证该探头的轴向旋转的实现以及它相对于该支撑线缆的角位置的调节。
2.根据权利要求1所述的内窥镜探测头，其特征在于该支撑线缆(2)包括一个管状金属增强物(19)，它由编织的金属线组成，并且覆盖着一个用耐火材料制成的柔软的外壳。
3.根据权利要求1所述的内窥镜探测头，其特征在于该摄影装置(26)是一部具有一个光二极管矩阵的摄像机。
4.根据权利要求1所述的内窥镜探测头，其特征在于用以保证该探头的轴向旋转的已安装的装置含有一个电动机(33)，它驱动一根传动轴(34)，轴端有一个小齿轮(35)，后者跟该探头的永久性部件(11)的内壁(上的齿轮)相啮合。
5.根据权利要求1或4所述的内窥镜探测头，其特征在于用以保证该探头的角位置的调节的装置包括安装在该永久性部件(11)里面的一个增量编码器(32)。
6.根据权利要求1所述的内窥镜探测头，其特征在于该可互换部件(12)包括一个侧壁孔(27)，其内装有一块物镜(23)连同一块棱镜(24)，用于将检出的图象返送到沿着该探头的轴线的该光路(22)的方向上，该光路(22)被安排在所述棱镜的近邻。
7.根据权利要求1所述的内窥镜探测头，其特征在于该可互换的部件(12)包括一个在该探头鼻锥部(40’)上生成的轴向腔壁孔(27’)，并在其中装有一块物镜(23)，用以将所检出的图象直接地传送到被安排在它的近邻的光路(22’)。
8.根据权利要求1所述的内窥镜探测头，其特征在于用于连接该探头(1)的该支撑线缆(2)的那一端包括一个连接器(49)，在其一端有一个用于该旋转关节(10)的轴承表面(14)，并且，在其另一端，有一个用于刚性连接的关节(16，17)，它跟该支撑线缆的其余部分一起都是可拆卸的。
9.根据权利要求1所述的内窥镜探测头，其特征在于将该永久性部件(11)连接到该可互换部件(12)的可拆卸关节包括一个带螺纹的环(44)。
10.根据权利要求1所述的内窥镜探测头，里面装有用于冷却空气的内部循环的装置。
全文摘要
本发明公开了一个具有探头的内窥镜,该探头被装入一根纵向的柔软的支撑线缆的端部,该支撑线缆将它连接到一个控制单元,后者备有用于使该线缆湿润的装置,其特征在于:该支撑线缆(2)当受到轴向扭转时呈现刚性,而该探头(1)则可以进行轴向旋转,并且它由一个可分离为两部分的组件形成:一个永久性部件(11),它通过一个旋转关节(10),安装到该支撑线缆的端部,并装有一部小型摄像机(26),还有一个可互换的部件(12),借助于一个可分离的连接器(44),它被刚性地固定到所述永久性部件的延伸部分,还包括一个腔壁的开口(侧面的或轴向的),里面装有一块广角目镜(23),跟随在其后面的是一条光路(25),用以将所述透镜所俘获的光量送往该摄像机(26),其特征还在于:在该传感器中还包括装置(32到36),用以驱动该探头进行轴向旋转,并保证它相对于该支撑线缆的角位置得以调节。这种传感器高度地适合于对炼焦炉烟道进行视觉检查。
文档编号G03B37/00GK1220737SQ97195120
公开日1999年6月23日 申请日期1997年5月23日 优先权日1996年5月30日
发明者丹尼尔·伊斯莱尔, 让-保罗·盖里特, 马吉德·本迪夫, 诺尔伯特·巴斯迪安 申请人:马里埃努热能分解中心“Cpm”