检查相机的制作方法

专利名称：检查相机的制作方法
技术领域：
本发明涉及工业设备。更特别而言，本发明涉及对经受爆震清洁的工业设备的检查。
背景技术：
表面污垢是工业设备中的主要问题。这种设备包括炉(煤炉、油炉、废物炉，等等)、锅炉、气化器、反应器、热交换器，等等。通常，这种设备包括包含内部传热表面的容器，内部传热表面由于累积了粒子例如烟灰、灰烬、矿物和其它燃烧产物和副产品，更为一体集结的如炉渣和/或污垢等，而易于形成污垢。这种粒子集结可能会逐渐妨碍设备运行、降低效率和生产量以及可能引起损害。因此非常需要对设备进行清洁并且设备的清洁工作需要考虑到许多相关因素。通常，难以直接接近带有污垢的表面。此外，为了保持收入，需要将工业设备停工期和与清洁工作相关的成本减至最低。已经提出了多种技术。举例来说，在美国专利5,494,004和6,438,191以及美国专利申请出版物2002/0112638中提出了多种技术。另外的技术公开于文献Huque，Z.Experimental Investigation of Slag Removal UsingPulse Detonation Wave Tochnique，DOE/HBCU/OMI Annualsymposium，Miami FL.，March 16-18，1999中。详细的冲击波技术由 和 在其以下出版物中进行了描述 ，K.and ，I.，Further Experience Using Detonation Wayesfor Cleaning Boiler Heating Surfaces，International Journalof Energy Research Vol.17，583-595(1993)和 ，K.and ，I.，Detonation-Wave Technique for On-load DepoistRomoval from Surfaces Exposed to FoulingParts I and II，Journal of Engineering for Gas Turbines and Power，Transactions of the ASME，Vol.1，116 223-236．January 1994。此类系统还在南斯拉夫专利出版物P 1756/88和P 1728/88中进行了讨论。按照这种技术的示例性应用，此类系统常常被称作“吹灰器”。
然而，在这个领域中仍存在许多需要进一步改进的可能。

发明内容
本发明的一个方面涉及一种用于清洁具有将容器外部与容器内部隔开并具有壁孔的容器壁的容器内的表面的设备。长管道具有上游第一端和下游第二端并且安置成用于将冲击波从第二端导入容器内部。检查相机设备具有保持在容器内部的操作位置中的头部、光源和相机。光源的至少一个发光元件由该头部承载。相机的至少一个入射透镜由该头部承载以便在由该表面返回时捕获来自所述源的光。
在各种实现方式中，燃料和氧化剂源可以连接到管道上以便将燃料和氧化剂输送到该管道。引爆器可以定位成用于启动燃料和氧化剂的反应以产生冲击波。相机可以基本上承载在该头部内。光源可以基本上承载在该头部内。该设备可以包括承载冷却流体的支承部件。该表面可以是第一管束中的至少一个管的外表面。支承部件可以在第一管束和第二管束之间延伸。该头部可以定位在第一管束的第一和第二管之间。
本发明的另一个方面涉及一种检查相机设备，其具有头部、光源、相机和支承机构。该头部保持在容器内部的操作位置中。光源的至少一个发光元件由该头部承载。相机的至少一个入射透镜由该头部承载以便在由该表面返回时捕获来自所述源的光。支承机构将该头部保持在操作位置中。冷却流体流路至少部分地通过该支承机构延伸。
在各种实现方式中，该相机可以是CCD相机。冷却流体流路可以围绕导向管道内的控制部件延伸。支承机构可以包含用于承载来自相机的信号通讯和传到光源的电力的线路，并且这些线路通过冷却流体来冷却。该设备可以与爆震清洁设备组合使用。
本发明的另一个方面涉及一种用于清洁一台工业设备的容器内的表面的方法。容器具有壁，壁中具有孔。将燃料和氧化剂引导至管道。启动燃料和氧化剂的反应以产生将冲击在表面上的冲击波。在容器内使用具有整体光源的相机以便在工业设备处于运行状态时检查该表面。
在各种实现方式中，该方法可以以重复顺序的方式形成。可以将相机插入相邻的第一和第二管束之间，然后插入第一管束的第一和第二管之间。
本发明的一个或更多实施例的详细情况在附图和以下详细描述中进行阐明。通过阅读以下描述和附图以及权利要求，将可以清楚了解本发明的其它特征、目的和优点。


图1为工业炉的视图，其与若干安置成用于清洁炉的层面的吹灰器相关联。
图2为图1的吹灰器之一的侧视图。
图3为图2的吹灰器的上游端的部分剖开的侧视图。
图4为图2的吹灰器的主燃烧器部段的纵向剖视图。
图5为图4的部段的端视图。
图6为检查相机系统的局部示意图。
图7为图6的系统的相机头部的侧视图。
在各图中，相同的参考数字和标号指示相同的元件。
具体实施例方式
图1示出了具有示例性的三个相关吹灰器22的炉20。在所示实施例中，炉身形成为正平行六面体的形式，并且吹灰器全部与炉体的单个共用壁24相关联并沿着壁安置于相同的高度上。也可以采用其它构型(例如单个吹灰器、多个层面中每个层面上具有一个或多个吹灰器，等等)。
每个吹灰器22包括从远离炉壁24的上游远端28向紧靠壁24的下游近端30延伸的长燃烧管道26。然而，任选地，端30可适当地位于炉内。在运行每个吹灰器时，位于管道26内的燃料/氧化剂混合物的燃烧在接近上游端(例如在管道长度最上游的10％内)开始以便产生爆震波，该爆震波与相关燃烧气体一起作为冲击波从下游端射出以便对炉的内部体积内的表面进行清洁。每个吹灰器可与燃料/氧化剂源32相关联。这种源或者其一个或多个部件可由各个吹灰器所共享。一个示例性源包括位于相应容器结构38和40中的液化或压缩气体燃料缸34和氧气缸36。在示例性实施例中，氧化剂为第一氧化剂例如基本纯净的氧。第二氧化剂可为从中央空气源42输送的车间气源的形式。在示例性实施例中，空气储存于空气储蓄器44中。由缸34中的燃料膨胀而得的燃料一般存储于燃料储蓄器46中。每个示例性源32通过位于下方的适当波导管联接于相关管道26上。类似地，每个吹灰器包括火花箱50，其用于点燃燃料氧化剂混合物，并且其与源32一起由控制和监控系统(未示出)来控制。图1中还示出，壁24包括多个用于进行检查和/或测量的口。示例性的口包括与每个吹灰器22相关联的光学监控口54和温度监控口56，用于分别容放红外线和/或可见光摄相机和热电偶探头，以便观察待清洁的表面和监控内部温度。也可使用其它探头/监控/采样装置，包括压力监控、成分采样装置、等等。
图2示出了示例性吹灰器22的更多细节。示例性爆震管道26带有由一系列从上游到下游排列的带双法兰的管道部段或部分60和具有下游部分64的下游喷嘴管道部段或部分62形成的主体部分，下游部分64延伸穿过位于壁中的孔并且终止于露在炉内部68中的下游端或出口30处。术语喷嘴在此用的是概括的意思，因而不要求存在任何空气动力学上的收缩、膨胀或其组合。示例性管道部段材料为金属(例如不锈钢)。如果提供有适当的支承和冷却装置的话，出口30可位于炉内更往里的位置。图2还示出了炉内管束70，它们的外表面常存在污垢。在示例性实施例中，每个管道部段60被支承于相关的台车72上，台车72的轮与沿着设备底板76的轨道系统74相接合。示例性的轨道系统包括一对与台车轮的凹形外周表面相接合的平行导轨。示例性的各部段60具有相似的长度L1，并且通过位于其相应法兰的螺栓孔中的相关螺栓阵列而端对端地栓接起来。类似地，各部段60中的最下游部段的下游法兰栓接于喷嘴62的上游法兰上。在示例性实施例中，与一个或多个金属螺旋反作用弹簧82串联连接的反作用带80(例如棉花或热学/结构上坚固的合成材料)联接于该最末相配的法兰对上，并且将燃烧管道连接于环境结构如炉壁上，以便弹性地吸收与吹灰器的排放操作相关的反作用力并且保证燃烧管道正确放置以随后点燃。任选地，可以提供另外的阻尼(图中未示出)。反作用带/弹簧组合可形成为单个长度或者环。在示例性实施例中，这个组合的下游部段具有总长度L2。替代性的弹性反冲吸收装置可包括非金属或非螺旋弹簧或橡胶或其它在张力、压缩和/或剪切作用下有利地至少部分弹性变形的弹性体元件，气压反冲吸收器，等等。
预起爆剂管道部段84从上游端28向下游延伸，其也可带双法兰并且具有长度L3。预起爆剂管道部段84的特征内部横截面积(垂直于管道的轴线/中心线500)小于燃烧管道的下游部分(60、62)的特征内部横截面积(例如平均、中值、众数、等等)。在涉及圆形横截面管道部段的示例性实施例中，预起爆剂横截面积的特征在于直径介于8cm至12cm之间，而下游部分的特征在于直径介于20cm至40cm之间。相应地，下游部分与预起爆剂部段的示例性横截面积比值介于1∶1至10∶1之间，更窄的话，介于2∶1至10∶1之间。端28与30之间的总长度L可为1-15m，更窄的话，为5-15m。在示例性实施例中，过渡管道部段86在预起爆剂部段84与最上游部段60之间延伸。部段86具有尺寸适于与部段84和60的相应法兰相配合的上游和下游法兰，并且具有在部段84和60的内部横截面之间提供了平滑过渡的内表面。示例性部段86具有长度L4。部段86的内表面的发散的示例性半角≤12°，更窄的话，为5-10°。
燃料/氧化剂进料可以按照各种方式引入爆震管道内部。可有一种或多种不同的燃料/氧化剂混合物。这种混合物可在爆震管道外部进行预混合，或者可在引入管道处或在引入管道后进行混合。图3示出了部段84和86构制成用于分别引入两种不同的燃料/氧化剂组合预起爆剂组合；和主组合。在示例性实施例中，在部段84的上游部分中，一对预起爆剂燃料喷射管道90联接于限定了燃料喷射口的部段壁中的口92上。类似地，一对预起爆剂氧化剂管道94联接于氧化剂入口96上。在示例性实施例中，这些口位于部段84的长度上的上游半段中。在示例性实施例中，燃料喷射口92中每个都在相同的轴向位置处成一定角度(所示为示例性的90°，但是也可以为包括180°在内的其它角度)与相关的氧化剂口96配对，以便为燃料和氧化剂提供相对的射流混合。在下文中将会进一步进行讨论，吹扫气体管道98在更上游处类似地连接于吹扫气体口100上。栓接于部段84的上游法兰上的端板102密封着燃烧管道的上游端并且穿过具有位于部段84内部的运行端108的点火器/引爆器106(例如火花塞)。
在示例性实施例中，主燃料和氧化剂被引入部段86中。在所示实施例中，主燃料由多个主燃料管道112运送而主氧化剂由多个主氧化剂管道110运送，其中每个主氧化剂管道110具有同心地环绕着相关燃料管道112的端口，以便在相关入口114处混合主燃料和氧化剂。在示例性实施例中，燃料为烃。在特别的示例性实施例中，两种燃料相同，它们从单个燃料源引出但是与不同的氧化剂混合与基本上纯净的氧混合以便得到预起爆剂混合物；与空气混合以便得到主混合物。在这种情况中可用的示例性燃料有丙烷、MAPP气体、或其混合物。也可以使用其它燃料，包括乙烯和液体燃料(例如柴油、煤油和射流航空燃料)。氧化剂可包括混合物，例如适当比例的空气/氧混合物，以便得到所需的主和/或预起爆剂进料化学性质。此外，具有分子组合的燃料和氧化剂组分的单元推进剂燃料也可作为选择。
在运行时，在使用周期开始处，燃烧管道中除了存在空气(或其它吹扫气体)之外在开始时为空。预起爆剂燃料和氧化剂随后通过相关口引入，充入部段84并且部分延伸入部段86(例如接近中点处)中，并且有利地刚刚超过主燃料/氧化剂口。然后切断预起爆剂燃料和氧化剂流。充入的预起爆剂燃料和氧化剂的示例性体积占燃烧管道体积的1-40％，更窄的话，占1-20％。然后引入主燃料和氧化剂以便基本上充入一定部分(例如20-100％)的燃烧管道剩余体积。然后切断主燃料和氧化剂流。此前经过主燃料/氧化剂口引入预起爆剂燃料和氧化剂，就大大消除了在预起爆剂和主进料之间形成空气或其它不燃块的危险。这种块可防止燃烧前沿在两个进料之间迁移。
在引入进料之后，就触发火花箱以便提供引爆器的火花放电，从而点燃预起爆剂进料。预起爆剂进料选择成具有非常迅速燃烧的化学性质，因此在部段84内，最初的爆燃快速地转变为爆震，并且产生爆震波。一旦产生了这种爆震波，就能有效地经过主进料，而主进料可能另外具有足够慢的化学性质以便不会自动地在管道内爆震。波沿纵向向下游通过并且从下游端30处作为炉内的冲击波的形式出现，从而轰击于待清洁的表面上并且产生热学和机械上的冲击，以便典型地至少使污物变松。波之后将跟着从爆震管道排出的加压燃烧产物，排过来的产物从下游端30处作为射流的形式出现并且进一步完成清洁过程(例如除去已经松掉的材料)。在排出燃烧产物之后，或者与排出燃烧产物同时进行，通过吹扫口100引入吹扫气体(例如，来自用于提供主氧化剂的同一源的空气和/或氮)以便将最终燃烧产物驱出并使爆震管道充满吹扫气体以便重复下一周期(立即进行，或者在随后按照有规律或者无规律的间隔进行(其可手动地确定或者通过控制和监控系统自动地确定)。任选地，在进料/排放周期之间可保持吹扫气体的基线流，以便于防止来自炉内的气体和粒子向上游渗透并且便于帮助对爆震管道进行冷却。
在各种实现方式中，内表面增加装置可将内表面积显著增加至超出由名义上为圆柱形和截头圆锥形的部段内表面提供的表面积之外。增加装置可有效地帮助实现爆燃至爆震过渡或者帮助保持爆震波。图4示出了应用于主部段60之一的内表面上的内表面增加装置。示例性的增加装置名义上为Chin螺旋，但是也可以使用其它增加装置，例如Shchelkin螺旋和Smirnov腔。螺旋由螺旋状构件120形成。示例性的构件120形成为具有圆形横截面的金属元件(例如不锈钢金属线)的形式，其截面直径大约为8-20mm。替代地，也可以使用其它截面。示例性的构件120通过多个纵向元件122与部段内表面保持相隔。示例性的纵向元件为截面和材料类似于构件120并且焊接于其上和相关部段60的内表面上的杆。这种增加装置也可用来提供预起爆，以代替涉及不同进料和不同燃烧器横截面的前述技术或者作为前述技术的补充。
这种设备具有广泛的应用。举例来说，就在典型的燃煤炉内，设备可以应用于悬架或者二级过热器、对流通道(初级过热器和省煤器束)；空气预热器；选择催化剂清除器(SCR)洗涤器；集尘室或静电除尘器；省煤器灰斗；不管是位于传热表面或其它地方的灰渣或其它热/积聚，等等。类似的可能性存在于其它应用中，包括燃油炉、黑液回收锅炉、生物燃料锅炉、废物回收利用炉(垃圾炉)，等等。
图6示出了检查相机设备150，该设备将检查相机头部152定位在炉内的管束154中。在所示的实施例中，相机头部通过臂160定位在管束154的子束156和158之间。示例性的臂在第一管束154和第二管束162之间延伸。在示例性实施例中，臂160包括具有主要长的基本上直的长度的结构管164，从炉外的第一端166开始，通过炉壁中的孔168，延伸到弯曲部分170。示例性的臂形成为通过联接器167连接起来的两个主部段。弯曲部分延伸到第二端172，头部从该第二端延伸并且通过柔性支承芯部176的突出的下游端部174支承。示例性的支承芯部通过臂160的长度，上游端部178从臂的第一端166突出。从超出第一端166的外部，支承芯部可以进一步插入臂中或者进一步从臂中取出，以使头部通过沿端部和头部的轴线510往复运动而离开和朝向端部172运动。支承芯部可以旋转并且可以绕着该轴线旋转头部。而且，可以提供另外的机构(未示出)以使头部相对横截于延伸轴线510的轴线活动连接。在示例性的头部152(图7)内，可以有相机单元180和光源182。相机可以是CCD型的相机，其一个或多个滤光器用于选择性地通过所需的光范围(例如，IR、可见光、或者与给定的基本物质如CH和OH相关的频带)。
示例性的头部152包括金属外套的形式的壳体，从上游端184延伸到下游端186。在示例性实施例中，相机和光沿横截于方向510的方向512瞄准。壳体的上游端部分由从直径减小的部分194的端板192延伸的软管倒钩190形成。在示例性实施例中，支承芯部176包括柔性软管200，该软管200从芯部上游端处的上游端延伸到固定在软管倒钩190上的下游端。该芯部还包括柔性的保护套202，该保护套202从芯部上游端处的上游端延伸到与直径减小的部分194相接合的下游端。示例性的保护套202由金属线圈形成。在示例性实施例中，软管承载着用于相机和光的信号/电力线路218。线路218从相机和光控制电路220延伸。控制电路220可以具有通到外部部件例如数码视频记录器224和监控器226的输出线路222。也可以提供另外的电力和控制输入(未示出)。软管的上游端连接到接收线路218和冷却剂输入线路232的三通接头230。冷却剂输入线路将第一冷却剂向下游通过软管送至头部而从头部排放，以便冷却软管和头部。示例性的冷却剂是从三通接头230的上游的涡旋冷却器234接收的空气。冷却器通过供应线路236进给，该供应线路236又从三通接头的第一支路238进行进给，该第一支路通过供应线路240连接到源例如上述车间空气上。在示例性实施例中，三通接头的第二支路通过线路242连接到臂160上的输入口244，靠近其上游端。在示例性实施例中，压力调节器246位于线路242内。线路242将相对未冷却的空气形式的第二冷却剂输送到臂内表面和保护套外部之间的环形空间中。空气向下游流过该空间，冷却该臂，并且从臂的下游端排放。在示例性实施例中，三通接头、冷却器、控制电路、压力调节器以及相关的信号和流体线路被预包装在单个可运输的模块250中。示例性的模块是装运箱的盖子或者其他部分，该装运箱的内部空间用于容纳记录器、监控器、控制/输入装置、头部和盘绕的支承芯部，以及分解开的臂。
从尺寸上来说，示例性地组装起来的臂的长度是2-6m，更窄地说是3-4m。示例性的头部具有的延伸/收回运动范围是0.5-2.0m，更窄地说是1.0-1.5m。示例性的旋转运动范围是无限的范围。然而，有限的360°范围在功能上是等同的，但是便利性更差。然而，也可以使用较小的范围。示例性的臂的外直径是3-8cm，更窄地说是4-6cm。示例性的头部的直径是2.0-4.0cm，保护套直径是大约类似的(在所示的实施例中稍微小一些)。示例性的软管直径是1.5-2.5cm。示例性的冷却剂流有效地在800°F或者更高的操作温度下保持相机和光的操作以及臂和支承芯部的整体性。示例性的炉温范围是1000°F-2500°F。
以上对本发明的一个或多个实施例进行了描述。然而，应当理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可做出各种改动。例如，可使得本发明适用于各种工业设备中以及各种吹灰器技术中。已有设备和技术的方面可能影响任何特定实现方式的方面。相应地，其它实施例也在以下权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种用于清洁具有将容器外部与容器内部隔开并具有壁孔的容器壁的容器内的表面的设备，这种设备包括长管道，具有上游第一端和下游第二端并且安置成用于将冲击波从第二端导入容器内部；以及检查相机设备，其包括保持在容器内部的操作位置中的头部；光源，所述源的至少一个发光元件由该头部承载；以及相机，所述相机的至少一个入射透镜由该头部承载以便在由所述表面返回时捕获来自所述源的光。
2.根据权利要求1所述的设备，其还包括燃料和氧化剂源，连接到管道上以便将燃料和氧化剂输送到该管道；以及定位成用于启动燃料和氧化剂的反应以产生冲击波的引爆器。
3.根据权利要求1所述的设备，其中相机基本上承载在该头部内；以及光源基本上承载在该头部内。
4.根据权利要求1所述的设备，其中该相机设备还包括承载冷却流体的支承部件。
5.根据权利要求1所述的设备，其中支承部件具有主部分和至少部分沿其横向的远端部分。
6.根据权利要求1所述的设备，其中该表面是第一管束中的至少一个管的外表面；支承部件在第一管束和第二管束之间延伸；以及该头部定位在第一管束的第一和第二管之间。
7.一种检查相机设备，其包括保持在容器内部的操作位置中的头部；光源，所述源的至少一个发光元件由该头部承载；相机，所述相机的至少一个入射透镜由该头部承载以便在由所述表面返回时捕获来自所述源的光；用于将该头部保持在操作位置中的支承机构；以及至少部分地通过该支承机构的冷却流体流路。
8.根据权利要求7所述的设备，其中该相机是CCD相机。
9.根据权利要求7所述的设备，其中支承机构包括主部分和基本上与其垂直的远端部分。
10.根据权利要求9所述的设备，其中支承机构包含用于承载来自相机的信号通讯和传到光源的电力的线路，这些线路通过冷却流体来冷却。
11.根据权利要求7所述的设备，该设备与爆震清洁设备组合使用。
12.一种用于清洁一台工业设备的容器内的表面的方法，容器具有壁，壁中具有孔，这种方法包括将燃料和氧化剂引导至管道；启动燃料和氧化剂的反应以产生将冲击在表面上的冲击波；以及在容器内使用具有整体光源的相机以便在工业设备处于运行状态时检查该表面。
13.根据权利要求12所述的方法，该方法以重复顺序的方式执行。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括冷却相机头部。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括将相机插入相邻的第一和第二管束之间，然后插入第一管束的第一和第二管之间。
全文摘要
一种检查相机可以与冲击波清洁设备结合使用。该相机具有保持在容器内部的操作位置中的头部。光源具有的至少一个发光元件由该头部承载。相机的至少一个入射透镜由该头部承载以便在由容器内部中的表面返回时捕获来自所述源的光。
文档编号F27D25/00GK1624385SQ20041009502
公开日2005年6月8日 申请日期2004年11月22日 优先权日2003年11月20日
发明者J·R·小霍赫施泰因, S·A·弗拉特内斯 申请人:联合工艺公司