用于在线操作的发电涡轮机的无损内部检测的光学相机系统，发电涡轮机包括处于高于600℃(1112℉)范围内的高操作温度下的燃气轮机燃烧器和涡轮机组。该系统包括位于光管支座中的一个或多个温度和振动补偿透镜系统。透镜在周向保持在透镜支座内，安装环仅与透镜轴向表面接触。偏置元件经由第一安装环对第一透镜表面施加沿轴向取向的偏置力，允许响应于操作涡轮机振动和温度变化的支座弯曲。透镜支座有利地与能够承受高于600℃的连续操作温度的非球面透镜组合。与仅包含球面透镜的透镜支座相比，单独地或与球面透镜组合，非球面透镜确立更宽的视场，需要更少的透镜来组合。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】用于在线操作的发电涡轮机的无损内部检测的光学相机系统，发电涡轮机包括处于高于600℃(1112℉)范围内的高操作温度下的燃气轮机燃烧器和涡轮机组。该系统包括位于光管支座中的一个或多个温度和振动补偿透镜系统。透镜在周向保持在透镜支座内，安装环仅与透镜轴向表面接触。偏置元件经由第一安装环对第一透镜表面施加沿轴向取向的偏置力，允许响应于操作涡轮机振动和温度变化的支座弯曲。透镜支座有利地与能够承受高于600℃的连续操作温度的非球面透镜组合。与仅包含球面透镜的透镜支座相比，单独地或与球面透镜组合，非球面透镜确立更宽的视场，需要更少的透镜来组合。【专利说明】相关申请的交叉引用本申请要求与其同时提交的具有指定序列号(未知)的题名“SYSTEM ANDMETHOD FOR ONLINE INSPECT1N OF TURBINES INCLUDING ASPHERIC LENS” 的案号为N0.2011P22743US的共同未决美国技术专利申请，该申请的全部内容通过引用并入本文中。
本专利技术涉及光学相机系统，用于在线操作的发电涡轮机的无损内部检测，发电涡轮机包括处于高于600°C (1112 T )范围内的操作温度下并包含燃烧气体污染物的燃气轮机燃烧器和涡轮机组。
技术介绍
红外或可见光谱在线相机系统通过组合高温光学系统与高速相机影像而在发电燃气涡轮机、蒸汽轮机、发电机或它们的相关器材在电厂中操作期间监控它们的重要内部发动机部件。光学系统设计要求选择和组合透镜、光学材料和相关透镜安装结构，以提供最佳图像质量，同时经受得住器材的严酷操作环境。例如，燃气轮机燃烧器和涡轮机部分包含损坏并污染透镜表面的高温燃烧气体。 图1A和IB示意性示出已知燃气轮机30，其具有压缩部分32、多个周向燃烧器34和涡轮机组38，旋转轴40穿过涡轮机组38。涡轮机组38包括静止轮叶42排I以及旋转地联接到轴40的叶片44排I。涡轮机组38包括连续的交替静止轮叶排和旋转叶片排，比如轮叶46排2和叶片48排2。涡轮机30合并了多个检测端口 36、50和52，以便于对内部部件的检测接近。 如图1A所示，相机检测系统55联接至检测端口 36，并包括具有观察口 57的光管壳体56，观察口 57确立与壳体中心轴线对准的约30度视场。相机58拍摄由光管壳体56中的透镜传输的图像。相机检测系统55用于检测涡轮机30内的在视场中可见的关注区域，比如轮叶42排I的前缘。类似地，相机检测系统55’联接至检测端口 50，并包括具有观察口 57’的光管壳体56’，观察口 57’确立与壳体中心轴线正交的约30度视场(即，横向或侧向视场)。相机58拍摄由光管壳体56’中的透镜传输的图像。相机检测系统55、55’用于检测涡轮机30内的在视场中可见的关注区域。然而，如图1B所示，穿过观察口 57’的已知相机视场仅为30-34度，因此不能拍摄涡轮机叶片44的前缘的整个宽度。 于在线涡轮机操作期间，用于内部涡轮机部件的实时红外或可见光谱成像的当前光学设计承受若干限制因素，所述限制因素限制视场、最大操作温度、图像质量和系统操作生命周期。为了获得期望的图像质量，传统光学系统要求使用具有低于550°C (1022 T)的温度界限的至少一种光学材料。此外，传统设计使用复杂的间隔紧密的球面透镜组(包含两个或更多个元件)来校正光学像差。 用于相机成像系统的传统光管设计在视场、图像质量和透镜安装系统复杂性之间具有设计折衷。更大的期望视场要求具有更紧密透镜间隔的更多透镜数量。相反地，透镜透射率随着透镜数量增加而减小。与对在环境室温检测应用中使用的相机检测系统的影响相比，这些设计折衷对在高温检测应用(比如在线燃气轮机)中使用的光学系统的性能和寿命有显著的直接不利影响。更确切地说，为了校正光学像差，传统光学设计使用具有不同玻璃材料组合的、具有凸和凹表面的球面透镜。尽管能够产生极好的图像质量，传统光学设计当用在严酷的涡轮机环境中时遇到若干挑战。需要选择具有特定但不同的光学、热和机械结构属性的多种光学材料:最接近热操作环境的至少一种材料应当具有600°C (1112T)左右的熔化温度。少量光学材料可以在不显著损失光学属性的情况下承受这种高温。为了校正上面提及的光学像差，需要多个球面透镜。先前已知的高温检测系统光管设计使用高达六个不同透镜来生产足够的图像质量。针对涡轮机内的更宽的关注检测区域增加期望视场还需要额外的透镜。实际上，已知高温检测系统光管中的视场/范围是34°或更小。 随着光管内的透镜数量增加，透镜安装机械设计和操作限制以及系统有用的操作寿命变得更加具有挑战性。例如，随着安装中的透镜数量的增加，在高温检测应用中更加难以维持透镜对准，有用的使用寿命相应地受到损害。 用于未冷却的在线监控燃气轮机的“热部分”的当前成像系统在需要维护和维修之前具有最大为约200-300小时的可操作性。已注意到，成像系统的故障由经受燃气轮机的热和振动的各光学元件的逐渐磨损、破损或未对准引起。尽管该几百小时使用持续时间足以用于短时发动机性能有效性，但是在工业中日益需要长期操作，以在内部涡轮机部件的整个操作使用周期期间连续在线监控内部涡轮机部件。燃气轮机意在于预定的维护周期之间连续操作。在燃气轮机操作期间，相机检测系统的光机部件不能从监控的燃气轮机移除，直到预定的维护周期为止。燃气轮机的典型维护检测周期预定为每隔4000小时，通常主要检测为每隔8000小时。因此，重要的是，对于连续在线检测监控系统来说，在可以被检测和维护之前，在至少4000小时内不拆卸的情况下保持操作。目前为止，增加成像系统寿命的各种尝试导致从几十小时至几百小时的边际效用提高。 因此，本领域中存在的一种需求是，一种用于功率系统涡轮机等的高温环境检测系统，其能够在高于600°c (1112 T )并期望地高至1000°C (1832 T )的温度环境中承受连续操作。对这种系统存在的另一种需求是具有增加的视场。对这种系统存在的又一种需求是降低系统中使用的单独透镜的数量，以降低设计和操作复杂性。另一种需求是增加光学透射效率，同时维持并优选地增加图像质量。在本领域中存在的另一整体需求是，增加高温检测系统操作使用寿命，使得其与预定涡轮机维护使用周期一致:期望为4000小时。
技术实现思路
相应地，共同或个别地，本专利技术的潜在目的是制造用于功率系统涡轮机等的高温环境检测系统，其:在高于600°C (1112 0F )并期望地高至1000°C (1832 0F )的温度环境中承受连续操作；增加视场；减少系统中使用的单独透镜的数量以降低设计和操作复杂性；增加光学透镜效率；维持并优选地增加图像质量；以及还通过合并透镜系统来降低由操作着的在线涡轮机中的高温和振动环境引起的操作恶化的可能性，而增加系统操作使用寿命O 这些和其它目的通过根据本专利技术实施例的检测设备实现，该检测设备特征在于一种相机透镜系统，其延长了有用的使用寿命。透镜系统提供了用于热和振动补偿的柔性透镜支座，其中，包括具有一对第一和第二相对轴向表面以及位于表面之间的周缘的透镜。具有内表面的透镜支座外接至少一部分透镜边缘。第一安装环仅沿透镜的第一轴向表本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种相机透镜系统，包括：透镜，具有一对第一和第二相对的轴向表面以及位于所述表面之间的周缘；透镜支座，具有外接至少一部分透镜边缘的内表面；第一安装环，仅沿透镜的第一轴向表面与所述透镜抵靠接触；以及偏置元件，联接至所述透镜支座，用于经由所述第一安装环对第一透镜表面施加沿轴向取向的偏置力。
【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：E巴莱尼，V乔纳拉加达，M萨瓦德，
申请(专利权)人：西门子能量股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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