[发明专利]用于涡轮发动机的光学监测系统

说明书

本发明根据美国能源部授权的合同号DE-FC26-01NT41232在美国政府的支持下完成。美国政府对该发明享有一定的权利。

技术领域

本发明总体涉及涡轮发动机，更具体地，涉及用于监测燃气涡轮发动机的热燃气路径中的部件的监测系统。

背景技术

诸如燃气涡轮发动机的内部的难以到达或受限区域经常需要例行检查，以检验内部的发动机部件的完整性，并通过识别潜在的问题(即在部件失效前部件中的缺陷)或识别现有问题的来源来维持发动机的安全运行。例如，在燃气涡轮发动机的例行停机维护期间，可以通过使用内孔镜(borescope)的视觉检查来识别问题。

在发动机运行期间可以对涡轮发动机执行额外的光学监测，以进一步识别布置在发动机的热燃气路径内的部件的状况。在发动机运行期间发动机部件的光学监测需要将光学元件放置在发动机内，可能会将它们暴露于比光学材料的工作范围高的温度中。在已知的系统中，压缩冷空气、水或液氮形式的外部冷却被添加至系统，以冷却光学元件使其温度低于最高工作温度。该方案一般极大地增加了光学系统的复杂性并增加了额外的成本。此外，因为光学元件在发动机运行期间必须被持续地冷却，因此优选地仅在短期基础上使用这样的外部冷却系统。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于燃气涡轮发动机的监测系统。该监测系统包括具有内端和外端的视管组件。内端布置成靠近燃气涡轮发动机内的热燃气流动路径，外端布置成靠近燃气涡轮发动机的外机匣。开孔壁位于视管组件的内端处，开孔壁从视管组件的内表面径向向内地延伸。光学元件靠近内端布置在视管组件内并与开孔壁间隔开，以限定了它们之间的冷却和清洗室。开孔限定在开孔壁中用于将来自热燃气流动路径的光通向光学元件。一个或多个漩涡通路(swirl passage)在视管组件中限定在开孔壁和光学元件之间，用于将来自视管组件外部位置的冷却空气通入室中，其中一个或多个漩涡通路使得空气在室内沿圆周方向漩涡运动。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于燃气涡轮发动机的监测系统，其中燃气涡轮发动机包括围绕通过涡轮发动机的热燃气路径的径向内机匣和径向外机匣壁。该监测系统包括具有内端和外端的视管组件。内端布置成靠近内机匣壁，外端布置成靠近燃气涡轮发动机的外机匣壁。开孔壁位于视管组件的内端处，开孔壁从视管组件的内表面径向向内地延伸。光学元件靠近内端布置在视管组件内并与开孔壁间隔开，以限定了它们之间的冷却和清洗室。开孔限定在开孔壁中，用于将来自热燃气流动路径的光通向光学元件。多个周向间隔开的漩涡通路从视管组件的外表面延伸至视管组件的内表面，并靠近光学元件布置，用于将来自视管组件外部位置的冷却空气通入室中，其中漩涡通路各自相对于通过视管组件的中心纵轴的向内方向成一角度，以使空气在室内沿圆周方向漩涡运动，并且随后冷却空气通过开孔流出所述室。

附图说明

尽管说明书所附的权利要求书具体地指出并清楚地保护了本发明，不过相信，结合附图阅读以下说明将更好地理解本发明，附图中相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1为通过涡轮发动机的一部分的横截面视图，描绘了根据本发明的监测系统；

图2为通过监测系统的视管组件的内端部分的横截面视图；

图3为沿图2中的3-3线截取的横截面视图；

图4为用于视管组件的透镜壳体的侧视图；以及

图5为用于视管组件的透镜管的一部分的侧视图。

具体实施方式

在以下的优选实施例的详细说明中，参考形成说明书的一部分的附图，并且其中通过示意的方式而不是限制的方式示出了可以实现本发明的具体的优选实施例。应当理解，可以采用其它的实施例，并且所做出的这些改变没有偏离本发明的精神和范围。

参考图1，示出了涡轮发动机12运行期间用于提供燃气涡轮发动机12中的部件的成像的监测系统10。具体地，成像系统10示出为安装至涡轮发动机12，并定位成在涡轮发动机12的径向外机匣壁18和内机匣壁20之间延伸，其中内机匣壁20从外机匣壁18径向向内地布置。径向内机匣壁20支撑环状的叶片环或罩结构22。内机匣壁20和环状的罩构造22包围延伸穿过涡轮发动机12的涡轮部26的热燃气路径24。