[发明专利]燃气轮机燃烧室段内的在线光学监测系统与方法

说明书

一种在线光学检查和监测系统外装到燃烧室外壳内的现有人孔检修通道上。具有光学窗口的替换人孔盖安装到燃烧室外壳上。一个或多个光学摄像头处于使摄像头的视野(FOV)透过人孔盖的光学窗口的朝向。把摄像头的视野移动至燃烧室段内的多个位置处(例如在自动化运动控制系统的控制下移动)，并捕获图像。把多个图像合成为合成图像，该合成图像可包含燃烧室段内的整个过渡部件的图像。可捕获可视图像和/或红外(IR)热图像。把热图像信息与部件温度关联起来。利用图像信息确定被成像部件的振动特性。

对相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2012年8月23日提交的名称为“On-Line MonitoringOf TheCold Side Of Gas Turbine Transitions(燃气轮机过渡部件冷侧的在线监测)”的未决美国临时专利申请61/692,416的权益，该临时专利申请的内容通过引用并入本文。

本专利申请还通过引用并入于2012年8月22日提交的名称为“SystemFor RemoteVibration Detection On Combustor Basket And Transiation In Gas Turbines(燃气轮机中的燃烧室火焰筒和过渡部件的遥控振动检测系统)”的共有未决美国专利申请13/591,635的完整内容。

技术领域

本发明涉及燃气轮机燃烧室段内的在线光学监测，尤其涉及一种在燃烧室人孔检修通道之外的具有光学窗口的人孔盖上安装一个或多个光学摄像头的光学系统和检查方法。外部摄像头的视野处于透过光学窗口的朝向，并捕获燃烧室段内部部件(例如过渡部件)的图像。图像信息用于检查、监测和/或描绘燃烧室段内的可观测的结构状况、振动和/或温度分布之中的一个或多个。

背景技术

燃气轮机燃烧室段内部(尤其是过渡部件)的稳态和瞬态温度和/或振动特性的监测是涡轮机设计、确认和操作的所需工具。这些部件易受燃烧气体动力学诱发的瞬态温度和振动激励的影响。在给定的效率和排放指标下，燃气轮机的运转需要设计和操作方法的平衡，以保持效率，满足排放标准，并避免因不应有的燃烧动力学特性而导致的振动和/或热损害。因此，在燃气轮机的设计和后续的现场操作过程中，对可能损害燃烧室部件(例如过渡部件)的瞬态或稳态的燃烧热力特性和振动特性进行监测比较有利。

尤其是，由于燃烧室内的局部压力和温度条件，难以使用仪器对燃烧室过渡部件进行在线振动和热力监测。已知的燃烧特性监测仪器包括布置在燃烧室内的独立热电偶或热电偶阵列，它们把温度和/或温度变化与燃烧特性关联起来。但是，即使一系列热电偶提供多个不连续位置的局部温度信息，也不一定能通过外推来确定不具有热电偶的其它燃烧室位置的温度状况。嵌入在燃烧室段内的在线监测仪器处于温度和压力比燃烧室段之外的环境条件更高的环境。嵌入仪器易受高温高压燃烧气体的损害，导致其使用可靠性降低，并且使用寿命缩短。当嵌入仪器失效时，需要停止发动机，因而需要中断运转，以便对其进行拆卸或更换。

其它已知的燃气轮机燃烧室段温度和振动监测仪器可确定监测点的局部特性。但是，像热电偶阵列一样，在多个不连续位置获得的局部信息不一定能进行外推，以确定其它燃烧室位置的类似信息。已知的局部温度和振动监测仪器传感器包括：嵌入式压力传感器(例如压电换能器)、嵌入式和外装式加速度计、以及把火焰发光与燃烧热声振动特性关联起来的光学系统。前述的于2012年8月22日提交的名称为“SystemFor Remote VibrationDetection On Combustor Basket And Transiation In Gas Turbines(燃气轮机中的燃烧室火焰筒和过渡部件的遥控振动检测系统)”的共有未决美国专利申请13/591,635揭示了一种外装式光子发射器和接收器，这种装置反射燃烧室段内表面的光子，并把反射量与内部振动特性关联起来。外装式发射器和接收器使光子穿过附着在检查口等结构上的光学窗口。业界还提出了利用后向散射、衍射或相位多普勒原理的其它激光光学传感器，用于监测燃烧室内的冷却水注入量和液滴分布。