在轉(zhuǎn)向齒輪模式下光學(xué)檢測(cè)離線工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)和其它發(fā)電機(jī)械的系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】在轉(zhuǎn)向齒輪模式下光學(xué)檢測(cè)離線工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)和其它發(fā)電 機(jī)械的系統(tǒng)和方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[000引本申請(qǐng)是于2012年1月31日提交的指定序列號(hào)為13/362352的題名"System And Method For Automated Optical Inspection Of Industrial Gas Turbines And Other Power Generation Machinery With Articulated Multi-Axis Inspection Scope"的美國(guó) 實(shí)用新型專(zhuān)利申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)。
[0003] 本申請(qǐng)要求于2012年8月23日提交的指定序列號(hào)為61/692393的題名 "Hybrid Scope-Turbine Combustor Hardware Visual Inspection Tooling That Can Also Be Used To Inspect The Row ITurbine Blades While They Are On Turing Gear (1-10(K)巧m)"的共同未決美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的權(quán)益，該臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)作為引用并入本 文。
[0004] 本申請(qǐng)還要求下列共同未決美國(guó)申請(qǐng)的權(quán)益：于2012年1月31日提交的指定 序列號(hào)為 13/362417 的題名"System And Method For Automated Optical Inspection Of Industrial Gas Turbines And Other Power Generation Machinery"的美國(guó)實(shí)用新 型專(zhuān)利申請(qǐng)；于2012年1月31日提交的指定序列號(hào)為13/362387的題名"System And Method For Automated Optical Inspection Of Industrial Gas Turbines And Other Power Generation Machinery With Multi-Axis Inspection Scope"的共同未決美國(guó)實(shí) 用新型專(zhuān)利申請(qǐng)；W及與本申請(qǐng)同時(shí)提交的指定序列號(hào)未知的題名"System And Method For Visual Inspection And 3D White Light Scanning Of Off-Line Industrial Gas "Turbines And Other Power Generation Machinery"的西口子案號(hào)為No. 2013P09381US 的 共同未決美國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利申請(qǐng)，該申請(qǐng)又要求于2012年8月23日提交的題名"Vision Scope-3D Scanner Tip for Visual Inspection and Measurement"的共同未決美國(guó)臨時(shí) 專(zhuān)利申請(qǐng)的權(quán)益。所引用的共同未決引用申請(qǐng)均作為引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005] 本發(fā)明設(shè)及用于工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)和其它發(fā)電機(jī)械（非限制性地舉例來(lái)說(shuō)，包括蒸汽 輪機(jī)和發(fā)電機(jī)）的無(wú)損內(nèi)部檢測(cè)的光學(xué)相機(jī)系統(tǒng)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的各方面設(shè)及一種 光學(xué)相機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，其能夠?qū)⑾鄼C(jī)視場(chǎng)（F0V)自動(dòng)地定位成遍及燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器和過(guò)渡 部，并在禍輪發(fā)動(dòng)機(jī)處于轉(zhuǎn)向齒輪模式時(shí)，在存在人為干擾或不存在人為干擾的情況下捕 獲旋轉(zhuǎn)禍輪葉片排1的圖像。在一些實(shí)施例中，相機(jī)定位和圖像捕獲可W自動(dòng)地開(kāi)始或在 接收到操作者許可后開(kāi)始。在其它實(shí)施例中，相機(jī)定位可手動(dòng)地執(zhí)行。
【背景技術(shù)】
[0006] 比如蒸汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電機(jī)械通常W定期的檢測(cè)和維護(hù)周期連續(xù)地運(yùn)行， 在定期的檢測(cè)和維護(hù)周期時(shí)，禍輪離線（taken off line)并關(guān)閉。舉例來(lái)說(shuō)，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā) 動(dòng)機(jī)通常將連續(xù)地運(yùn)行約4000小時(shí)W發(fā)電，因此，其離線并用于日常維護(hù)、檢測(cè)，并維修在 檢測(cè)期間確認(rèn)的任何部件。為了定期維護(hù)而使燃?xì)廨啓C(jī)離線并最終完全關(guān)閉它是多天工程 (multi-day project)。一些禍輪部件（比如禍輪轉(zhuǎn)子部分）在超過(guò)1000°C (1832 了）的溫 度下運(yùn)行。在完全關(guān)閉之前，禍輪需要48-72小時(shí)的冷卻時(shí)間來(lái)達(dá)到環(huán)境溫度，W降低部件 扭曲或其它變形的可能性。在關(guān)閉階段期間，禍輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度在"轉(zhuǎn)向齒輪模式（turning gear mode)"中從約3600RPM的操作速度卷繞下降（spool down)至約120RPM的速度或更 小（在轉(zhuǎn)向齒輪模式，轉(zhuǎn)子由輔助驅(qū)動(dòng)電機(jī)外部驅(qū)動(dòng)），W降低轉(zhuǎn)子扭曲的可能性。其它禍 輪部件，比如禍輪殼體也緩慢地冷卻到環(huán)境溫度。
[0007] 當(dāng)?shù)溳喸诟哌_(dá)約72小時(shí)的過(guò)程中冷卻至環(huán)境溫度時(shí)，可W用已知的光學(xué)相機(jī)檢 測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)如今靜止的禍輪的內(nèi)部部件。已知光學(xué)相機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)使用剛性或柔性的光學(xué)管 道鏡，光學(xué)管道鏡插入位于禍輪周界附近的檢測(cè)端口中。管道鏡手動(dòng)地定位成使其視場(chǎng)涵 蓋禍輪內(nèi)的關(guān)注區(qū)域，比如一個(gè)或多個(gè)輪葉或葉片、燃燒器籃（combustor basket)等。光學(xué) 地聯(lián)接至管道鏡的相機(jī)捕獲視場(chǎng)內(nèi)的關(guān)注物體的圖像，W由檢測(cè)者遠(yuǎn)程可視化和存儲(chǔ)（必 要時(shí)）。
[0008] 如果想要得到給定禍輪檢測(cè)端口內(nèi)的不同關(guān)注區(qū)域的一系列不同圖像，則操作者 必須手動(dòng)地重新定位相機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)管道鏡，W實(shí)現(xiàn)關(guān)注的內(nèi)部區(qū)域與視場(chǎng)的期望相對(duì)對(duì) 準(zhǔn)。相對(duì)對(duì)準(zhǔn)可通過(guò)物理地移動(dòng)管道鏡使得其觀察端口定位在關(guān)注的靜止區(qū)域附近來(lái)實(shí) 現(xiàn)。管道鏡與靜止禍輪部件的該種相對(duì)移動(dòng)的示例為；W不同取向?qū)⒐艿犁R插入靜止燃料 室內(nèi)或使管道鏡沿徑向進(jìn)出禍輪部分內(nèi)的輪葉排和葉片排之間的空間。相對(duì)對(duì)準(zhǔn)還可通過(guò) 將管道鏡觀察端口維持在靜止位置并將所關(guān)注的禍輪內(nèi)部部件移入靜止視場(chǎng)中來(lái)實(shí)現(xiàn)。禍 輪內(nèi)部部件與靜止管道鏡的相對(duì)移動(dòng)的示例是；通過(guò)相繼地手動(dòng)旋轉(zhuǎn)禍輪轉(zhuǎn)子幾度W及捕 獲葉片圖像來(lái)檢測(cè)葉片排內(nèi)的不同葉片。轉(zhuǎn)子相繼地旋轉(zhuǎn)W在相機(jī)視場(chǎng)內(nèi)對(duì)準(zhǔn)排中的每個(gè) 期望單獨(dú)葉片。
[0009] 完整的禍輪檢測(cè)要求檢測(cè)人員在相機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)觀察端口與禍輪內(nèi)的關(guān)注區(qū)域之 間進(jìn)行多次手動(dòng)相對(duì)重新定位序列。檢測(cè)質(zhì)量和生產(chǎn)率受到檢測(cè)者和檢測(cè)組的檢測(cè)和操縱 技術(shù)的影響。由于燃?xì)廨啓C(jī)中的部件之間的復(fù)雜操縱路徑，檢測(cè)設(shè)備定位是有挑戰(zhàn)性的。例 如，將管道鏡插入通過(guò)燃燒器檢測(cè)端口W檢測(cè)第一排輪葉的前緣或有關(guān)支撐件要求復(fù)合的 操縱。檢測(cè)設(shè)備在禍輪內(nèi)的不恰當(dāng)定位會(huì)潛在地?fù)p壞禍輪內(nèi)部部件。通常需要多個(gè)操作者 的檢測(cè)組來(lái)使用已知檢測(cè)方法和設(shè)備執(zhí)行手動(dòng)檢測(cè)?？傊?，已知的手動(dòng)相機(jī)檢測(cè)過(guò)程和檢 測(cè)系統(tǒng)操縱是耗時(shí)的、本質(zhì)上是重復(fù)性的，并通常要求多個(gè)人員的檢測(cè)組進(jìn)行輔助。已知的 手動(dòng)相機(jī)檢測(cè)過(guò)程和檢測(cè)系統(tǒng)操縱所需的"人為因素"基于人為技術(shù)水平差別會(huì)引入非期 望的檢測(cè)工藝差異。在給定人為技術(shù)差異的情況下，與其它組相比，一些檢測(cè)組能夠在較短 時(shí)間內(nèi)完成檢測(cè)，獲得更好的圖像質(zhì)量，并具有較少的檢測(cè)損壞風(fēng)險(xiǎn)。理想地，高績(jī)效檢測(cè) 組的技術(shù)可由所有組取得而使用。
[0010] 期望獲得燃?xì)饣蛘羝啓C(jī)中的葉片排1的前緣的檢測(cè)圖像，因?yàn)樗鼈兺ǔＷ钜资?到操作熱和/或機(jī)械損害的影響。如果在冷卻循環(huán)的最早可能階段較早和容易地獲得葉片 排1前緣的圖像（例如，在冷卻循環(huán)的長(zhǎng)轉(zhuǎn)向齒輪模式部分之前，在轉(zhuǎn)子W 1000RPM W下旋 轉(zhuǎn)時(shí)），在禍輪葉片完全停止之前，可優(yōu)先考慮需要維修的葉片進(jìn)行更換、整修和/或其它 維修日。已知的管道鏡檢測(cè)系統(tǒng)在管道鏡視場(chǎng)（F0V)和相機(jī)物鏡之間的光纖鏡內(nèi)經(jīng)受光學(xué) 質(zhì)量惡化，在檢測(cè)過(guò)程期間維持恒定照明。該些已知的管道鏡物理限制因素有效地限制它 們獲得靜態(tài)部件圖像的有效性，換言之，當(dāng)轉(zhuǎn)子完全停歇時(shí)。否則，管道鏡相機(jī)捕獲旋轉(zhuǎn)葉 片的模糊圖像。
[0011] 光學(xué)相機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)和方法的領(lǐng)域中存在的一種需求是，在禍輪轉(zhuǎn)子W高達(dá) 1000RPM的速度旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，能夠從單個(gè)易接近的檢測(cè)點(diǎn)對(duì)所有葉片排1進(jìn)行視覺(jué)檢測(cè)。
[0012] 光學(xué)相機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)和方法的領(lǐng)域中存在的一種額外需求是，與已知檢測(cè)設(shè)備和方 法所獲得的相比，減少了執(zhí)行發(fā)電機(jī)械（非限制性地舉例來(lái)說(shuō)，包括蒸汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī) 和發(fā)電機(jī)）的無(wú)損內(nèi)部檢測(cè)所需的總用時(shí)，使得所述機(jī)械在維護(hù)周期期間可被更快地帶回 線上，用于恢復(fù)發(fā)電。
[0013] 光學(xué)相機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)和方法的領(lǐng)域中存在的另一種需求是，能夠在單獨(dú)機(jī)器檢測(cè)周 期內(nèi)或在多個(gè)不同機(jī)器的檢測(cè)周期內(nèi)始終并重復(fù)地將檢測(cè)設(shè)備定位在發(fā)電機(jī)械（非限制 性地舉例來(lái)說(shuō)，包括蒸汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)）內(nèi)，而與已知的手動(dòng)檢測(cè)設(shè)備和方法 所獲得的相比，對(duì)機(jī)器內(nèi)部部件的損壞風(fēng)險(xiǎn)最小，并具有高圖像質(zhì)量和更快的檢測(cè)周期時(shí) 間。
[0014] 光學(xué)相機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)和方法的領(lǐng)域中存在的又一種需求是，幫助在不同檢測(cè)組之間 使檢測(cè)技術(shù)水平和生產(chǎn)率均衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 相應(yīng)地，共同或個(gè)別地，本發(fā)明的潛在目的是制造用于發(fā)電機(jī)械（非限制性地舉 例來(lái)說(shuō)，包括蒸汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)）的光學(xué)相機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)和方法，與已知的檢測(cè) 設(shè)備和方法相比，其；減少了總的定期維護(hù)周期時(shí)間和單獨(dú)的檢測(cè)周期時(shí)間；在單獨(dú)機(jī)器 檢測(cè)周期內(nèi)或在多個(gè)不同機(jī)器檢測(cè)周期內(nèi)始終并重復(fù)地定位檢測(cè)設(shè)備定位檢測(cè)設(shè)備，而對(duì) 機(jī)器內(nèi)部部件的損壞風(fēng)險(xiǎn)最小，并具有高圖像質(zhì)量；有助于在不同檢測(cè)組之間使檢測(cè)技術(shù) 水平和生產(chǎn)率均衡。
[0016] 本發(fā)明的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的另一目的是在禍輪轉(zhuǎn)子W高達(dá)1000RPM的速度旋轉(zhuǎn)的 同時(shí)，能夠從單個(gè)易接近的檢測(cè)點(diǎn)對(duì)所有葉片排1進(jìn)行視覺(jué)檢測(cè)。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的該些和其它目的可由一種用于燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī)的內(nèi)部檢測(cè)的 系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)包括固定至禍輪檢測(cè)端口的基底。該系統(tǒng)還包括檢測(cè)儀器，檢測(cè)儀器 具有限定出中屯、軸線的可延伸的縱長(zhǎng)主體、旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至基底的近端和用于插入禍輪檢測(cè) 端口內(nèi)的遠(yuǎn)端。檢測(cè)儀器具有；位于近端和遠(yuǎn)端中間的延伸部；W及較接接頭，具有相對(duì)的 第一接合端和第二接合端，第一接合端聯(lián)接至檢測(cè)儀器遠(yuǎn)端。具有視場(chǎng)的攝像頭聯(lián)接至較 接接頭第二接合端?？傂D(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器（gross rotation化ive)聯(lián)接至檢測(cè)儀器，用于使檢測(cè) 儀器繞其中屯、軸線旋轉(zhuǎn)。儀器延伸驅(qū)動(dòng)器聯(lián)接至延伸部，用于使