用于燃气轮机的柔性成像光纤束监测系统技术方案

一种成像系统，用于燃气涡轮发动机中的部件的在线成像。该成像系统包括由多个光学元件形成的柔性成像束。该光学元件的成像端在发动机的运行期间对发动机的热燃气路径中的部件进行成像，并且观看端在离开热燃气路径的位置处提供部件的图像。光学元件被柔性金属护套围绕，该柔性金属护套可透气以从围绕该柔性成像束的空气源向光学元件提供冷却空气。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于监测涡轮发动机部件的装置，并且更具体地涉及一种用于在燃气涡轮发动机的运行期间对热燃气路径中的涡轮机叶片上的位置进行成像的装置。
技术介绍
诸如燃气涡轮发动机的内部部件之类的难以接近或者受限制的区域通常需要例行检查，以在部件的故障之前通过识别潜在的问题、即部件中的缺陷来检验内部发动机部件的完整性并保持发动机的安全运行，或者识别存在的问题的来源。例如，可以比如在燃气涡轮发动机的例行停机维护期间利用管道镜通过目视检查来识别问题。可以在发动机运行期间对涡轮发动机进行额外的监测，以进一步识别设置在发动机的热燃气路径中的部件的状态。虽然各种结构和材料可以合并到用于在部件相对冷的涡轮发动机停机期间检查内部涡轮机部件的管道镜中，但在涡轮机的运行期间目视监测涡轮机部件对监测设备设置了额外的限制。在已知的高温监测系统中，可以使用观看管来支承光学部件、即一系列透镜，以将从热燃气路径中的位置获得的图像传送到在发动机的外部的位置，以及将光学部件与热燃气的热量隔绝。另外，可能需要冷却空气流，比如可以通过管道从涡轮发动机外部的冷却空气源提供，以将冷却流体的加压流引入到监测系统中。另外，可用于现有监测系统(比如那些用于在发动机的运行期间连续监测涡轮发动机部件的监测系统)的可利用的监测位置基本上包括那些提供从涡轮发动机的外壳壁到内部的预定访问路径的监测位置，比如通常直通的访问路径。因此，用连续监测系统来监测涡轮发动机中的部件通常局限于那些在发动机的外壳壁与内部之间呈现基本上不受阻碍的访问的位置。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于对燃气涡轮发动机中的部件进行成像的成像系统。该成像系统包括柔性成像束，该柔性成像束包括用于对发动机的热燃气路径中的部件进行成像的成像端、以及在离开热燃气路径的位置处提供部件的图像的观看端。成像端包括多个限定成像平面的接收器部位，用于接收部件的图像。柔性成像束限定由多个高温光学元件限定的多个单独的光路，每个光路与接收器部位相对应。观看端包括多个发射部位，每个发射部位与接收器部位相对应，其中，形成观看端的发射部位的位置和数目与形成成像端的成像部位的位置和数目一一对应，以实现相干图像通过柔性成像束从成像端到观看端的传送。在成像端处的接收器部位可以以并排的关系相对于彼此放置在预定的成像阵列中，并且在观看端处的发射部位可以以并排的关系相对于彼此放置在预定的观看阵列中。形成观看阵列的发射部位的位置和数目优选地与形成成像阵列的成像部位的位置和数目一一对应。成像阵列优选地包括在成像端处以矩形阵列布置的多行和多列接收器部位，并且观看阵列包括在观看端处以矩形阵列布置的多行和多列发射部位。高温光学元件包括耐热温度至少为大约350°C的光纤。光学元件可以包括多个光纤，并且柔性成像束可以至少包括大约1000个光纤以在观看端处提供相干图像。可以围绕光学元件设置柔性金属护套，柔性金属护套可透气以使空气穿过柔性金属护套而与光学元件冷却接触。该成像系统可以包括外壳，外壳封闭成像端和至少一个被设置为将来自部件的光成像到成像端的光学元件；以及可穿过外壳限定冷却通道，用于提供冷却空气的通道。该成像系统可以包括摄像机，摄像机用于接收和记录从发射部位发射的通过成像束传送的二维近红外图像；以及至少一个透镜，至少一个透镜用于将从发射部位发射的光成像到摄像机。根据本专利技术的另一方面，提供了一种在燃气涡轮发动机中使用的装置，所述装置用于对涡轮叶片上的位置进行成像，燃气涡轮发动机包括外壳壁、从外壳壁向内径向设置的叶片环形结构、以及细长涡轮叶片，细长涡轮叶片被支承以绕限定于叶片环形结构内的热燃气路径中的旋转轴旋转。该装置包括柔性光纤成像束，该柔性光纤成像束包括成像端和观看端，成像端邻近叶片环形结构安装到涡轮发动机，用于在热燃气路径中的叶片经过成像端的旋转运动期间对叶片上的预定位置进行成像，观看端邻近外壳壁安装到涡轮发动机并且在离开热燃气路径的位置处提供叶片的相干图像。成像端包括多个限定成像平面的接收器部位，用于在叶片经过成像端的运动期间接收叶片的图像。柔性光纤成像束包括多个高温光学元件，每个光学元件限定与接收器部位相对应的单独的光路。柔性金属护套围绕光学元件并且延伸穿过叶片环形结构与外壳壁之间的壳体区域。观看端包括多个发射部位，每个发射部位被限定在成像束的光学元件的端部处并且与接收器部位相对应，以实现与成像端处接收到的图像相对应的相干二维图像的发射。成像端可以被定向为接收来自叶片上的预定位置的图像，预定位置包括在叶片的端部与旋转轴之间的位置。柔性金属护套可以包括柔性编织金属护套，该柔性编织金属护套可透气以向柔性光纤成像束内的光学元件提供冷却空气的通道。冷却空气包括穿过叶片环形结构与外壳壁之间的壳体区域的空气并且包括压力比热燃气路径中的压力更高的空气。成像端可以接收通过光学元件传送的包括近红外图像的图像作为高速图像，以在发射端处提供近红外图像，该近红外图像提供温度测绘(temperature mapping)，温度测绘包括在燃气涡轮发动机的运行期间从叶片上的预定位置获得的强度变化的图像。高温光学元件可以包括耐热温度至少为大约350°C的光纤，以在燃气涡轮发动机的运行期间传送图像。成像束可以形成叶片环形结构与外壳壁之间的柔性非直线视线的光学路径。成像端邻近叶片环形结构被设置和取向，而与邻近外壳壁的观看端的位置和取向无关。可以设置用于封闭成像端的外壳，并且可以穿过该外壳来限定空气通道，用于接收冷却空气，冷却空气包括穿过叶片环形结构与外壳壁之间的壳体区域的空气并且包括压力比热燃气路径中的压力更高的空气。附图说明尽管说明书以权利要求书结束，其中权利要求书特别地指出并且清楚地要求保护本专利技术，但是认为结合附图根据以下描述将更好地理解本专利技术，在附图中，相同的附图标记表示相同的部件，并且其中图1是穿过涡轮发动机的一部分的剖视图，其描绘了包括柔性成像束的成像系统，该柔性成像束被设置为接收来自发动机的部件的图像；图2描绘了设置在柔性成像束的端部处的阵列的一部分的放大端视图；图3是柔性成像束的端部的局部剖面图；以及图4是支承在叶片环形结构处的柔性成像束的成像端的放大视图。具体实施例方式在下面的优选实施例的详细说明中，参考构成说明书的一部分的附图，并且在附图中通过示例而非限制的方式示出了可以实施本专利技术的具体的优选实施例。应当理解，在不偏离本专利技术的精神和范围的情况下，可以采用其它实施例，并且可以进行改变。首先参考图1，示出了成像系统10，其用于在燃气涡轮发动机12的运行期间提供对涡轮发动机12中的部件的成像。特别地，成像系统10被示出为安装到涡轮发动机12并且放置成在涡轮发动机12的涡轮部分中的外壳壁18与叶片环形结构20之间延伸，其中叶片环形结构20从外壳壁18向内径向地被支承。在示出的实施例中，成像系统10被设置成用于对包括细长涡轮叶片14的部件上的位置进行成像。叶片14在限定于发动机12的叶片环形结构20内的热燃气路径22中延伸，并且叶片14被支承用于绕发动机12的转子(未示出)的旋转轴16旋转。成像系统10包括柔性成像束对，柔性成像束M包括位于成像系统10的内端25处的成像端26，成像端沈用于对发动机12的热燃气路径22中的部件、即叶片14本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：保尔·J·宗博，维奈·约恩纳拉加达，埃万·巴莱纳，
申请(专利权)人：西门子能源有限公司，
类型：发明
国别省市：