专利名称：用于现场机械检查的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及旋转机械构件的检查，且更具体地涉及用
于光学检查旋转机械构件的方法和系统。
背景技术：
至少一些公知的大型机器在在线(on-line)运行时对其保养 获得最佳的运行效率。例如，用于发电的燃气涡轮机和蒸汽涡轮机都 非常昂贵，除非绝对必要不会经常为了检查或保养而停止使用。然而， 机器内的构件典型地只有当机器停止工作(offline)且有时候至少部分 拆开时才能对其进行检查。检查例如涡轮叶片的公知常规方法如表面 检查法(即磁性粒子检测；涡流4企测；染料渗透技术)和体积法(即超声 波检测)都依赖于涡轮机定期性的拆开。拆开涡轮机来对其检查是个昂 贵的过程且在大量的时间里使得涡轮机不能使用。由于上述技术都不适于当涡轮机在线且在负荷下运转时检 查，因此试图用其它的涡轮机^r查技术来监控满负荷运行时的机器构 件。例如，已采用了振动分析、声发射(AE)、被动式接近探针(passive proximity probe)以及超声波或涡流技术。这些检测方法中的每一种方 法都具有其独有的一套缺点。涡轮机的内部环境对电传感设备是不利 的。例如，燃气涡轮机典型地以大约1200摄氏度(2192华氏度)的内部 温度运行，而蒸汽涡轮机可具有大约550摄氏度(1022华氏度)的温度。 涡轮机内的高压和反应化学(reactive chemistry)进一步地损害检查和 测量设备。可靠和及早地检测构件的磨损和/或失效将允许有利地为修 理安排停机(outage)。另夕卜，对这类构件状态的了解可允许延长停机之
间时间的工程评定，从而进一步地有助于改善机器效率,
发明内容
在一个实施例中， 一种用于^r查可旋转机器构件的系统包 括构造成经过机器外壳的第一孔延伸的光纤端口，其中，该端口包括 内部端和外部端。该系统还包括光学上地联接到外部端上的成像器。 该成像器包括能够通过利用环境光的端口产生检查构件的影像的光 增强器。该成像器还包括构造成控制所产生影像的采集时间的影像采 集门。在另 一个实施例中， 一种在运行时冲企查可旋转机器内部构
以
—ited time period)采集至少 一个内部构件的影像。在又一个实施例中， 一种可旋转机器包括可旋转元件、大 体围绕可旋转元件的固定外壳和经过外壳延伸的光学端口，其中，该 端口包括第一外部端、第二内部端和延伸在二者之间的光纤光导管， 该第一外部端构造成耳关接到选通加强成像器上，该第二内部端包括用 于聚集从外壳内所接收的光的透镜，该光纤光导管构造成将所接收的 光传输至成像器。
图1为根据本发明实施例的示范性检查系统的侧视图；
图2为根据本发明另一个示范性实施例的检查系统的侧视
图；图3为可以分别与图1和图2中所示检查系统一起使用的 单光式(lightonly)光学端口的侧视图；和图4为根据本发明实施例的示范性光学通道末端的侧视图。
零件清单
100检查系统
102光纤端口
104第一孔
106机器外壳
108内部端
IIO外部端
U2成像器
114光纤缆线
116适配器头
118光增强器段
120选通采集段
121键相位器(keyphasor)
122光路
124光学通道
126光传感器
128光源
130箔挡光件
132内部端
134透镜部
136透镜部
138中心轴线
140透镜轴线
142角度
20(H全查系统
202光学端口
204机器外壳
206压紧螺母
208孔210光管道 212球形接头 214中心轴线 216成像器 218光学通道 220传感器 222光路 300光学端口 302压紧螺母 304孔
306机器外壳 308光管道 310钻孔 312密封件 314间隙 316光源
400光学通道末端 402高温透镜 404管道镜端口 406加压密封件
具体实施例方式
此说明清楚地使得本领域技术人员能够实现和利用本公开内容，并描 述了本公开内容的若干实施例、修改、变体、备选方案和用途，包括 当前被认为是实施本公开内容的最佳方式。本公开内容被描述为应用 于优选实施例，亦即运行时检查可旋转机器内部构件的过程。然而， 预期此公开内容对于在所有运行阶段中检查处于机械的有害环境中 的构件具有一般的应用。尽管此处结合了用于工业环境的燃气涡轮发动机和蒸汽涡 轮枳i对本方法和系统进行了描述，但预期的是，此处所述的方法和设 备可在其它旋转机械发现有用，如电动机、鼓风机、水力和空气涡轮 机以及其它的燃气涡轮机系统应用，包括但不限于安装在航空器中的 涡轮机。另外，此处所阐述的原理及教导适用于使用各种燃料的燃气 涡轮发动机，这些燃料例如但不限于天然气、汽油、煤油、柴油以及 喷气燃料。因此，下文中的说明只是通过例示而非限制的方式来阐述。如此处所用，正常的机器运行是指机器执行其预期功能的 运行，例如产生用以驱动载荷的转动功率，或接收来自原动机的转动 功率来做功，如在发电机的情形下。不视为正常机器运行的其它运行 是指回转装置(tuming gear)上的运行、因往返(trip)或停止运转 (shutdown)的下降或扰乱(unset)状态时的运行。图1为根据本发明实施例的示范性检查系统IOO的侧视图。 在示范性的实施例中，系统100包括构造成经过机器外壳106中第一 孔104延伸的光纤端口 102。光纤端口 102包括暴露于机器外壳106 内部的内部端108和构造成联接到成像器112上的外部端110。成像 器112构造成通过光缆114光学地联接到外部端IIO上。在一个实施 例中，使用适配器头116来帮助联接。成像器112包括光增强器段118， 其能够增强低光状态来产生例如穿过端口 102的检查构件(未示出)的 影像。在示范性的实施例中，成像器102能够将入射光增强数百万倍， 使得仅使用机器外壳106内可得到的环境光来产生检查构件的影像。 影像采集通过选通采集段120来控制，使得可以采集到旋转或以其他 方式运动的构件的静止的模糊最小的高速影像。利用例如键相位器 121，选通可以与机器的轴的角位置同步。键相位器121检测轴的特 征的位置，例如但不限于键、键槽、扁平点(flat spot)、反射区或其它 的在轴旋转期间不运动的特征。利用来自轴系统IOO上已知位置的输
入可选通影像采集时机和持续时间，以便可以采集和分析或显示一个
旋转构件的一系列影像。另外，系统100可利用来自键相位器121的 输入来使脉冲光源128同步，以帮助减少所采集影像中的模糊。在各种其它的实施例中，利用单光式端口(图1中未示出) 将来自机器外壳106外侧的环境光引入机器外壳106的内部。在其它 实施例中，经由缆线114中的光路122将光引入机器外壳106中。光
并且可恒定地照明或可被选通来与影像采集的选通相符。在示范性的实施例中，端口 102包括与光路122同心的大 体上圓柱状的光学通道124。在各种备选实施例中，光路122和光学 通道124并排地定向或多个分开的光路122与一个或多个光学通道 124并排地定向。另外，多个光路122可定向成限定一个或多个光学 通道124。光学通道124构造成联接到成像器112的光传感器126如 电荷耦合器件(CCD)或光阴极上。光路122构造成联接到光源128上。 在示范性的实施例中，利用例如箔挡光件130来在成像器112和内部 端108之间光学地彼此隔离光学通道124和光路122。光路122的内部端132可包括透镜部134，其构造成将从内 部端132发出的光136聚集或散射至预定程度。类似地，光学通道124 可包括透镜部136，以聚集入射在透镜部136上的光，来保持想要的 检查构件的清晰影像。透镜部134和136可形成在大体上平面的截面 或弯曲的截面中。端口 104包括中心轴线138而透镜部136包括透镜轴线 140。在示范性的实施例中，透镜轴线140相对于中心轴线138偏斜 角度142。在各种其它的实施例中，角度142可以变化，以便透镜部 136可以指向位于不同位置处的检查构件。在示范性的实施例中，端 口 104构造成绕中心轴线138旋转，使得可通过旋转端口 104来看到 位于不同位置处的检查构件。图2为根据本发明另一个示范性实施例的检查系统200的 侧4见图。在示范性的实施例中，系统200包括光学端口 202，其可利 用经过机器外壳204中的孔208延伸的螺紋压紧螺母206而联接到外 壳204上。光导管或光管道210通过球形接头212而联接到压紧螺母 206上。球形接头212允许光管道210的活动自由度而在二维维度中 倾斜，并允许光管道210绕中心轴线214旋转。这种程度的运动允许 系统200观察外壳204内部的宽阔区域。在示范性的实施例中，例如高速选通影像增强器CCD摄像 机的成像器216直接地联接到光管道210上，且通过光管道210的各 种程度的运动与光管道210 —起运动。光管道210至少包括将外壳204 的内部光学地联接到与成像器216相关联的传感器220上的光学通道 218。光管道210还包括构造成将光从外壳204外侧引导至外壳204 内部的至少一个光路222。光可以是环境光或者可以是由光源所产生 并导入光路222的光。图3为可以与^r查系乡克100和200(分别在图1和图2中示 出)一起使用的单光式光学端口 300的侧视图。在示范性的实施例中， 单光式光学端口 300包括构造成可通过螺紋地将端口 300联接到机器 外壳306中孔304上的压紧螺母302。光管道308经过压紧螺母302 中的钻孔310可滑动地联接。光管道308和压紧螺母302之间的密封 件312充分地防止材料或气体穿过光管道308和压紧螺母302之间的 间隙314而通过。密封件312可包括摩擦配合密封件、过盈配合密封 件、迷宫密封件、填料密封件、焊接密封件或其它的密封件。端口 300 包括联接到光管道308上的光源316，使得由光源所产生的光进入光 管道308并被传输到外壳306的内部用以照亮外壳306的内部。光源 316可产生处于任何波长的光，包括但不限于UV和IR之间的波长。 另外，光源316可由检查系统(图3中未示出)来控制，以选通光亮或 光灭以及控制光的强度和/或频率。备选地，端口 300可以与对外壳 306外侧的环境光敞开的光管道308 —起工作，从而允许经过光管道
308来引导环境光。图4为根据本发明实施例的示范性光学通道末端400的侧 视图。在示范性的实施例中，光学通道末端400包括利用加压密封件 406而联接到管道镜端口 404的高温透镜402。如本领域技术人员将理解的，并基于上述说明书，可利用 包括计算机软件、固件、硬件或其任意组合或子集的计算机编程或工 程技术来实施本公开内容的上述实施例，其中技术效果在于在线旋转 机械构件的现场成像，用来利用选通影像增强器件来监控和观测低光 状态。任何的这类由此产生的具有计算机可读代码方法的程序，可包 含或设置在一个或多个计算机可读介质内，从而制作出根据本公开内 容所述实施例的计算机程序产品即制品。计算机可读介质可以是例如 但不限于固定(硬)驱动器、软盘、光盘、磁带、诸如只读存储器(ROM) 的半导体存储器和/或任何传输/接收介质如因特网或其它的通讯网络 或链路。含有计算机代码的制品可以通过执行直接来自 一个介质的代 码、通过将代码从一个介质拷贝到另 一个介质或通过在网络上传输代 码来制作和/或使用。上述方法和设备提供了节省成本和可靠的现场成像器件， 该现场成像器件利用选通影像增强在低光状态下对在线旋转机械构 件进行监控和观测。因此，此处所述的方法和设备以节省成本和可靠 的方式来帮助燃气涡轮发动机的运行、保养和修理。以上详细描述了用于在线旋转机械构件现场成像的示范性 方法和系统，其用于利用选通影像增强器件在低光状态下监控和观 测。所示系统不限于此处所述的具体实施例，而是各系统的构件可以 与此处所述的其它构件单独和分开地使用。各系统构件还可以与其它 的系统构件结合使用。尽管已根据各种具体实施例描述了本发明，但本领域技术 人员将会承认可以通过属于权利要求精神和范围内的修改来实施本 发明。
权利要求
1.一种检查系统(100)，包括构造成经过机器外壳(106)的第一孔(104)延伸的光纤端口(102)，所述端口包括内部端(108)和外部端(110)；和构造成光学地联接到所述外部端的成像器(112)，所述成像器包括能够利用环境光经过所述端口产生检查构件的影像的光增强器(118)，所述成像器还包括构造成控制所述产生的影像的采集时间的影像采集门(120)。
2. 根据权利要求1所述的系统(IOO),其特征在于，所述端口(102) 包括构造成联接到所述成像器(112)的光传感器(126)上的第一光学通 道(124)，和构造成联接到光源(128)上的第二光学通道(122)，其中， 所述通道在所述端口内光学地4皮此隔离。
3. 根据权利要求2所述的系统(IOO)，其特征在于，所述第二光 学通道(122)的所述内部端(132)包括透镜部(134)，所述透镜部形成在 大致平面的截面和弯曲的截面中的至少一个截面内。
4. 根据权利要求1所述的系统(IOO),其特征在于，所述端口(102) 包括构造成联接到所述成像器(112)的光传感器(126)上的第一光学通 道(124)，所述第一光学通道的内部端(132)包括透镜部(136)，所述透 镜部形成在大致平面的截面和弯曲的截面中的至少一个截面内。
5. 根据权利要求4所述的系统(IOO),其特征在于，所述透镜部 (136)的中心轴线(138)相对于所述第一光学通道(124)的纵轴线(140)倾 斜地定向。
6. 根据权利要求1所述的系统(IOO),其特征在于，所述端口(102) 包括大致垂直于所述孑L(104)的开口的纵轴线(140)。
7. 根据权利要求6所述的系统(100)，其特征在于，所述端口(102) 可绕所述纵轴线(140)旋转。
8. 根据权利要求1所述的系统(IOO),其特征在于，所述端口(102) 包括球形接头(212)，其中，所述第一光学通道(124)经过所述球形接头 可旋动地联接到所述机器外壳(106)上，所述第一光学通道可相对于所 述机器外壳倾斜。
9. 根据权利要求1所述的系统(IOO)，其特征在于，所述系统(IOO) 还包括构造成经过所述机器外壳(106)联接到第二孔上的光端口 ，所述 光端口包括光纤部件，所述光纤部件构造成至少有一个所述光纤部件 允许环境光进入所述机器外壳，以及引导来自光源的进入所述^/L器外 壳。
10. —种可旋转机器，包^fe: 可旋转的部件；大致围绕所述可旋转部件的固定外壳(106);和经过所述外壳延伸的光学端口(102)，其包括第一外部端(IIO)、第 二内部端和在二者之间延伸的光纤光导管(210)，所述第一外部端(IIO) 构造成联接到选通加强成像器(112)上，所述第二内部端包括用于聚集 从所述外壳内接收的光的透镜，所述光纤光导管(210)构造成将所接收 的光传输至所述成像器。
全文摘要
本发明涉及用于现场机械检查的方法和系统，更具体地涉及一种检查系统(100)。该检查系统(100)包括光纤端口(102)和成像器(112)，光纤端口(102)构造成经过机器外壳(106)的第一孔(104)延伸，该端口包括内部端(108)和外部端(110)，成像器(112)构造成光学地联接到外部端，该成像器包括能够利用环境光经过光纤端口产生检查构件影像的光增强器(118)，该成像器还包括构造成控制所产生影像的采集时间的影像采集门(120)。
文档编号G01M99/00GK101354310SQ20081014481
公开日2009年1月28日 申请日期2008年7月24日 优先权日2007年7月26日
发明者E·M·奥格伯恩, G·M·吉尔克里斯特 申请人:通用电气公司