背景技術：

渦輪發(fā)動機，尤其是氣體或燃氣渦輪發(fā)動機，均為從穿過發(fā)動機流到各種渦輪葉片上的燃燒氣體流中提取能量的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機。燃氣渦輪發(fā)動機已用于陸地和航海移動和發(fā)電，但是最常用于飛行器等航空應用，包括直升機。在飛行器中，燃氣渦輪發(fā)動機用于推進飛行器。在陸地應用中，渦輪發(fā)動機通常用于發(fā)電。

飛行器的燃氣渦輪發(fā)動機被設計成在高溫下操作，以最大限度地提高發(fā)動機的效率。高壓渦輪中的溫度大約為1000℃到2000℃，而壓縮機中的流體大約為500℃到760℃。燃氣渦輪和蒸汽渦輪的內(nèi)部部件，例如，蒸汽渦輪葉片通常在渦輪停用期間進行目視檢查，方法是將管道鏡插入渦輪外殼中的開口中，然后連接管道鏡的顯像頭，以呈現(xiàn)所需的檢查視圖。通常需要在關機之后等待一段時間才能進行檢查，因為當前的管道鏡檢查設備的具有大約50℃的溫度限制。由于此溫度限制，在渦輪從其常規(guī)操作溫度冷卻之前，燃氣渦輪和蒸汽渦輪檢查無法進行。

技術實現(xiàn)要素：

一方面，本發(fā)明涉及一種用于從燃氣渦輪發(fā)動機的外殼中的開口插入，并且在高溫下檢查內(nèi)部渦輪部件的設備。所述設備包括：光學觀察管，所述光學觀察管配置成通過設置在燃氣渦輪發(fā)動機的內(nèi)部的遠端以及設置在內(nèi)部渦輪部件的外部并且由第一縱向壁限定的近端與所述內(nèi)部進行光通信；至少一個透鏡，所述至少一個透鏡位于與所述縱向壁相鄰的所述光觀察管的所述遠端；以及至少一個縱向冷卻槽，所述縱向冷卻槽位于所述縱向壁內(nèi)，用于使得冷卻介質(zhì)從所述渦輪外部的位置流動，以在至少與所述遠端相鄰的位置冷卻所述光學觀察管。

另一方面，本發(fā)明涉及一種用于查看燃氣渦輪發(fā)動機的內(nèi)部部件的光學觀察管，所述光學觀察管包括：第一細長圓柱形壁；位于所述第一細長圓柱形壁的遠端的至少一個透鏡；以及至少一個縱向冷卻槽，所述縱向冷卻槽位于所述第一細長圓柱形壁中，用于使得冷卻介質(zhì)從所述渦輪外部的位置流動，以在至少與所述遠端相鄰的位置冷卻所述光學觀察管。

其中所述光學觀察管進一步包括所述第一細長壁中的多個孔，所述多個孔與所述至少一個透鏡相鄰，用于引導冷卻介質(zhì)從所述至少一個縱向冷卻槽流向所述至少一個透鏡，以清洗所述至少一個透鏡。該光學觀察管包括多個縱向冷卻槽。

其中光學觀察管包括所述至少一個透鏡中的多個槽。

其中光學觀察管進一步該包括與所述第一細長壁同心的第二細長壁。

其中所述至少一個縱向冷卻槽是嵌入在所述第一和第二細長壁內(nèi)的多個縱向冷卻槽。

該光學觀察管進一步包括所述第一細長壁中的多個孔，所述多個孔與位于所述光學觀察管的所述遠端處的所述至少一個透鏡相鄰，用于引導所述冷卻介質(zhì)從所述至少一個槽流向位于所述光學觀察管的所述遠端處的所述至少一個透鏡，以清洗位于所述光學觀察管的所述遠端處的所述至少一個透鏡，其中所述第一細長壁中的所述多個孔與所述多個縱向槽之間存在一對一關系。該光學觀察管進一步包括所述第一細長壁中的多個孔，所述多個孔與位于所述光學觀察管的所述遠端處的所述至少一個透鏡相鄰，用于引導冷卻介質(zhì)從所述至少一個槽大體垂直于位于所述光學管的所述遠端處的所述至少一個透鏡流動。該光學觀察管進一步包括連接，所述連接用于以可拆除方式固定入口噴嘴以供應所述冷卻介質(zhì)。該光學觀察管進一步包括多個透鏡，所述多個透鏡以間隔排列的方式定位于所述光學觀察管的范圍上

附圖說明

在附圖中：

圖1是飛行器的燃氣渦輪發(fā)動機的截面示意圖。

圖2是示出根據(jù)本說明書中所述的多個方面的光學顯像系統(tǒng)的方框圖。

圖3a是截面圖，其示出了根據(jù)本說明書中所述的多個方面的一種配備光學觀察管的光學顯像系統(tǒng)的設備。

圖3b是圖3a中的光學觀察管的遠端的透視圖。

圖3c是圖3a中的光學觀察管的遠端的截面圖。

圖4a是截面圖，其示出了根據(jù)本說明書中所述的多個方面的一種配備光學觀察管的光學顯像系統(tǒng)的設備。

圖4b是圖4a中的光學觀察管的遠端的透視圖。

圖4c是圖4a中的光學觀察管的遠端的截面圖。

圖5a是截面圖，其示出了根據(jù)本說明書中所述的多個方面的一種配備光學觀察管的光學顯像系統(tǒng)的設備。

圖5b是圖5a中的光學觀察管的遠端的透視圖。

圖5c是圖5a中的光學觀察管的遠端的截面圖。

具體實施方式

本說明書中所述的多個方面涉及一種配備光學觀察管的光學顯像系統(tǒng)，例如管道鏡，以及一種用于在渦輪發(fā)動機正在工作期間檢查渦輪發(fā)動機的內(nèi)部部件的方法。安裝器件以監(jiān)控和顯像正在工作的燃氣渦輪機中的諸如機翼和燃燒器等熱氣通道部件，并不是一項輕松而直接的任務。目前，剛性光學器件投射光線的顯像保真性高于纖維光學器件，因此可將剛性光學器件設置在燃氣渦輪機內(nèi)部，以便將圖像傳輸?shù)侥軌蛟O置諸如紅外線(ir)相機等顯像裝置的便利位置。但是，為了使用固定的光學探針來顯像其內(nèi)部，發(fā)動機必須關閉。本說明書中所述的多個方面涉及一種配備光學觀察管的光學顯像系統(tǒng)，以使得，在燃氣渦輪機正在工作的同時，可通過遠程移動該探針來查看熱氣通道的不同區(qū)域。本說明書中所述的多個方面提高了測試的效率，并且使得能夠查看更多區(qū)域。此外，本說明書中所述的多個方面可特別用于查看位于燃氣渦輪發(fā)動機中的一組旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片上方的護罩。

為便于說明，本發(fā)明將參考飛行器燃氣渦輪發(fā)動機進行描述。但是應了解，本發(fā)明并不限于此，并且可一般適用于非飛行器應用，例如其他移動應用和非移動工業(yè)、商業(yè)和住宅應用。圖1是可操作本說明書中所述的光學成像系統(tǒng)的用于飛行器的傳統(tǒng)燃氣渦輪發(fā)動機10的截面示意圖。發(fā)動機10具有大體上縱向延伸的軸或中心線12，該軸或中心線從前部14延伸到后部16。發(fā)動機10包括，以下游串行流關系：風扇部分18，所述風扇部分包括風扇20；壓縮機部分22，所述壓縮機部分包括增壓器或低壓(lp)壓縮機24以及高壓(hp)壓縮機26；燃燒部分28，所述燃燒部分包括燃燒器30；渦輪部分32，所述渦輪部分包括hp渦輪34和lp渦輪36；以及排氣部分38。

風扇部分18包括圍繞風扇20的風扇外殼40。風扇20包括多個風扇葉片42，所述風扇葉片圍繞中心線12徑向設置。

hp壓縮機26、燃燒器30和hp渦輪34構成了發(fā)動機10的核心44，所述核心產(chǎn)生燃燒氣體。核心44被核心外殼46圍繞，所述核心外殼可與風扇外殼40相連。

圍繞發(fā)動機10的中心線12同軸設置的hp軸或繞線軸48以傳動方式將hp渦輪34連接到hp壓縮機26。圍繞發(fā)動機10的中心線12同軸設置在較大直徑的環(huán)狀hp繞線軸48內(nèi)的lp軸或繞線軸50，以傳動方式將lp渦輪36連接到lp壓縮機24和風扇20。

lp壓縮機24和hp壓縮機26分別包括多個壓縮機級52、54，其中一組壓縮機葉片56、58相對于對應組的固定壓縮機輪葉60、62(也稱為噴嘴)旋轉(zhuǎn)，以壓縮或增壓穿過所述級的流體流。在單個壓縮機級52、54中，可以以環(huán)狀、并且相對于中心線12從葉片平臺徑向向外延伸到葉片尖端的方式設置多個壓縮機葉片56、58，而對應的固定壓縮機輪葉60、62設置在下游并且與旋轉(zhuǎn)葉片56、58相鄰。應注意，圖1中所示的葉片、輪葉和壓縮機級的數(shù)量僅出于說明的目的而如此選擇，還可以采用其他數(shù)量。

hp壓縮機34和lp壓縮機36分別包括多個壓縮機級64、66，其中一組壓縮機葉片68、70相對于對應組的固定渦輪輪葉72、74(也稱為噴嘴)旋轉(zhuǎn)，以提取穿過該級的流體流中的能量。在單個渦輪級64、66中，可以以環(huán)狀、并且相對于中心線12從葉片平臺徑向向外延伸到葉片尖端的方式設置多個渦輪葉片68、70，而對應的固定渦輪輪葉72、74設置在下游并且與旋轉(zhuǎn)葉片68、70相鄰。應注意，圖1中所示的葉片、輪葉和渦輪級的數(shù)量僅出于說明的目的而如此選擇，還可以采用其他數(shù)量。

在操作中，旋轉(zhuǎn)風扇20將環(huán)境空氣提供給lp壓縮機24，該lp壓縮機又將壓縮的環(huán)境空氣提供給hp壓縮機26，該hp壓縮機對該環(huán)境空氣進行進一步增壓。來自hp壓縮機26的壓縮空氣與燃燒器30中的燃料混合，從而產(chǎn)生燃燒氣體。hp渦輪34從這些氣體中提取一定的功，從而驅(qū)動hp壓縮機26。燃燒氣體排放到lp渦輪36，該lp渦輪提取額外的功以驅(qū)動lp壓縮機24，并且排放氣體最終通過排放部分38從發(fā)動機10排出。lp渦輪36的驅(qū)動可驅(qū)動lp繞線軸50以旋轉(zhuǎn)風扇20和lp壓縮機24。

風扇20供應的一些環(huán)境空氣可繞過發(fā)動機核心44并且用于冷卻發(fā)動機10的多個部分，尤其是高溫部分，并且/或者用于為飛行器的其他方面提供冷卻或動力。在渦輪發(fā)動機的背景下，發(fā)動機的高溫部分通常在燃燒器30的下游，尤其是渦輪部分32的下游，hp渦輪34是溫度最高的部分，因為其位于燃燒部分28的直接下游。其他冷卻流體來源可包括但不限于，從lp壓縮機24或hp壓縮機26排出的流體。

圖2更清楚地示出，核心外殼46(如圖1中所示)可包括徑向壁110，該徑向壁限定發(fā)動機10的外部113和內(nèi)部115。至少一個小孔111可形成于徑向壁110的一部分中，并且優(yōu)選地位于一組渦輪葉片68、70(如圖1中所示)附近，所述渦輪葉片位于發(fā)動機的內(nèi)部115內(nèi)，被配置成圍繞轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子可以是發(fā)動機的任何旋轉(zhuǎn)部分，包括但不限于hp繞線軸48(如圖1中所示)以及l(fā)p繞線軸(如圖1中所示)。光學顯像系統(tǒng)100被配置成在發(fā)動機10正在工作時，顯像燃氣渦輪發(fā)動機10的內(nèi)部115的至少一部分。

光學顯像系統(tǒng)100的實施例可包括外殼106、位于外殼106內(nèi)的相機108以及光學觀察管118。光學觀察管118從外殼108延伸，并且固定地固持圖像接收裝置114。光學顯像系統(tǒng)100可包括至少一個機構104，所述至少一個機構配置成操縱燃氣渦輪發(fā)動機的內(nèi)部115內(nèi)的光學觀察管118。外殼106被設置并且配置用于安裝渦輪發(fā)動機的徑向壁110。光學顯像系統(tǒng)100可被操縱以定向控制圖像接收裝置114，包括設在燃氣渦輪發(fā)動機10中時。

光學顯像系統(tǒng)100可包括至少一個機構104，所述至少一個機構可與外殼106連接并且配置成推動光學觀察管118沿縱向軸112移動或者橫穿123縱向軸112，經(jīng)由小孔111進入燃氣渦輪發(fā)動機的內(nèi)部115。此外，推動機構104可配置成使得光學觀察管118圍繞縱向軸112旋轉(zhuǎn)以引發(fā)偏轉(zhuǎn)125。推動機構104可包括用于使軸旋轉(zhuǎn)和平移的一個或多個電機。例如，如圖所示，推動機構104可包括平移電機122和旋轉(zhuǎn)電機124。推動機構104可由用于將光學觀察管118沿縱軸112推動或操縱到渦輪發(fā)動機的內(nèi)部115內(nèi)的腔中的任何裝置，包括但不限于，一個或多個永磁鐵步進電機、混合同步步進電機、可變磁阻步進電機、拉維特(lavet)型電機、交流電機、直流電機、齒輪箱等，以及它們的組合。

圖像接收裝置114的定向控制由燃氣渦輪發(fā)動機10外部的控制器102提供。因此，圖像接收裝置114被定向控制，以使得燃氣渦輪發(fā)動機10內(nèi)部的所選一個或多個部件可在燃氣渦輪發(fā)動機10的外部查看。光學顯像系統(tǒng)100的多個部分冷卻，包括但不限于通過使得冷卻介質(zhì)沿光學觀察管118的長度的絕大部分流動，尤其是圍繞圖像接收裝置114流動來進行冷卻。

如圖2中所示，外殼106通過沿縱向軸112連接到推動機構104而間接安裝到徑向壁110。也就是說，推動機構104在渦輪發(fā)動機的外部113直接安裝到徑向壁110，并且外殼106通過可沿縱向軸112橫穿123和偏轉(zhuǎn)125的軸，從小孔111連接到推動機構。外殼106可通過任何已知的安裝方法安裝到徑向壁110，并且可包括直接安裝到徑向壁110以及間接安裝，其中外殼106連接到安裝到徑向壁110的額外部件。外殼106可由適用于保護殼裝相機108遭受與燃氣渦輪發(fā)動機關聯(lián)的高溫高壓損壞的任何材料制成，包括但不限于不銹鋼、鋁、鈦等。

相機108包含在外殼106內(nèi)，其響應于設置在圖像接收裝置114的視場128內(nèi)的渦輪發(fā)動機的一個或多個部件的成像數(shù)據(jù)。相機108配置成感測渦輪發(fā)動機的腔或內(nèi)部115的表面溫度。相機108可以是用于記錄與表面溫度關聯(lián)的圖像數(shù)據(jù)的任何裝置，包括但不限于，紅外線相機、可見光相機、高溫計、多譜段相機、超光譜相機、電荷耦合裝置、有效像素傳感器、補充金屬-氧化物-半導體(cmos)傳感器等。

光學觀察管118配置成通過設置在燃氣渦輪發(fā)動機的內(nèi)部115的遠端以及設置內(nèi)部渦輪部件的外部113的近端與內(nèi)部115進行光通信。光學觀察管118的多個部分可位于一個或多個導管116、130內(nèi)。光學觀察管118，還可稱為管道鏡，從外殼106沿垂直于徑向壁110的縱向軸112向渦輪發(fā)動機的內(nèi)部115延伸。光學觀察管118提供了從位于光學觀察管118的端部的圖像接收裝置114到外殼106內(nèi)的相機108的光通信的導管。光學觀察管118可包括用于傳輸光學數(shù)據(jù)的任何部件，包括但不限于，自由空間、一個或多個透鏡、纖維光纜以及它們的組合。

位于光學觀察管118的遠端的圖像接收裝置114可重定向入射的光學數(shù)據(jù)，以沿縱向軸112傳遞。如圖2中所示，圖像接收裝置沿垂直于縱向軸的軸126傳遞視場128中的圖像，以使得相機108能夠查看大體垂直于縱向軸112的圖像。圖像接收裝置114可配置成沿縱向軸112將來自任何適當?shù)囊晥?28的圖像以及透射軸傳遞到相機108。圖像接收裝置114可包括用于重定向光學圖像的任何已知的光學元件，包括但不限于，鏡子、光纖、透鏡以及它們的組合。

一個或多個導管116、130與光學觀察管118同心，可保護并且?guī)椭倏v光學觀察管118。移動導管116可橫穿并且沿縱向軸112隨相機外殼106一起旋轉(zhuǎn)。固定或靜止的導管130可固定到渦輪發(fā)動機壁，其中該壁可以是渦輪發(fā)動機內(nèi)的任何內(nèi)部結構，包括但不限于，構成渦輪機的輪葉的徑向壁。

當光學觀察管118或管道鏡被操縱到所需位置和偏轉(zhuǎn)角時，探針光學器件使得相機108能夠顯像護罩120的表面。有利地，相機108附接到橫穿和偏轉(zhuǎn)推動機構104并且連接到光學觀察管118，該光學觀察管使得能夠在燃氣渦輪發(fā)動機正在工作的同時對護罩120進行顯像。光學觀察孔與導管116、130一起可包括配備光學元件的多個管和導管以及用于冷卻和清洗的通道，如下文詳述。

使用光學技術測量燃氣渦輪發(fā)動機內(nèi)的熱氣通道部件的表面溫度需要對諸如透鏡等光學部件進行原位清潔，該等部件將由于暴露于燃氣渦輪環(huán)境中的熱氣中而被弄臟。因此，需要通過清潔空氣或氣體，對光學觀察管218的可能包括透鏡、鏡子或其組合的遠端部分進行清洗。此外，在一些情況下，透鏡均涂覆有抗反射(ar)涂層，并且ar涂層可具有結構或操作溫度限制，該等結構或操作溫度限制可小于燃氣渦輪發(fā)動機內(nèi)的熱氣通道環(huán)境的溫度。因此，可冷卻透鏡，以避免損傷ar涂層。一個或多個入口噴嘴236可將清潔空氣或氣體噴射到光學觀察管217中。

現(xiàn)在參見圖3a，其中示出了從燃氣渦輪發(fā)動機的外殼中的開口插入的設備300的截面圖。設備300包括光學觀察管302，該光學觀察管302的遠端303設置在內(nèi)部渦輪部件的內(nèi)部，而近端305設置在內(nèi)部渦輪部件的外部。光學觀察管302由縱向壁318限定，該縱向壁沿光學觀察管302的長度延伸。縱向壁318可以用于形成光學觀察管的任何幾何形狀成形，包括但不限于細長圓柱形。設備300包括位于光學觀察管302的遠端303的至少一個透鏡310，但是其他透鏡308可以以間隔排列的方式定位于光學觀察管302的范圍上。

縱向壁318中的至少一個縱向冷卻槽316使得冷卻介質(zhì)304從渦輪外部的位置流動，以冷卻光學觀察管302中與光學觀察管302的遠端303相鄰的位置。也就是說，一個或多個入口噴嘴306將諸如空氣等冷卻介質(zhì)304供應到光學觀察管302。如圖3a、b和c中所示，透鏡308、310不完全與縱向壁318接觸，因此透鏡308、310包括與光學觀察管302的縱向壁318中的縱向冷卻槽316對應的槽。冷卻介質(zhì)304沿縱向壁318中的一個或多個縱向冷卻槽316，沿光學觀察管302的范圍流動，并且通過光學觀察管302的一個端部部件312與遠端透鏡310之間的一個或多個開口來清洗光學觀察管302的遠端303。

一個或多個導管314a、b和c可與光學觀察管302的多個部分同心布置。外部導管314a終止于未達光學觀察管302的遠端303處。因此，對于熱氣通道中存在小徑鉆孔的應用，設備300使得光學顯像系統(tǒng)能夠在較高溫度下檢查內(nèi)部渦輪部件。

圖4a是截面圖，其示出了根據(jù)本說明書中所述的多個方面的一種配備光學觀察管402的光學顯像系統(tǒng)的設備400。設備400與圖3a中所示的設備類似，因此，類似的零件將以類似的數(shù)字加上100的方式表示；應了解，除非另作說明，否則第一設備的類似零件的說明也適用于第二設備。

光學觀察管402包括兩個同心縱向壁；相對于彼此隔開的內(nèi)部縱向壁418a和外部縱向壁418b。內(nèi)部縱向壁418a與外部縱向壁418b之間的腔限定了縱向冷卻槽416?？v向冷卻槽416將冷卻介質(zhì)404從與外部來源相連的內(nèi)部噴嘴406導向到與縱向壁418a中與遠端透鏡410相鄰的多個孔420。冷卻介質(zhì)404從多個孔流向遠端透鏡410。

圖5a是截面圖，其示出了根據(jù)本說明書中所述的多個方面的一種配備光學觀察管502的光學顯像系統(tǒng)的設備500。設備500與圖4a中所示的設備類似，因此，類似的零件將以類似的數(shù)字加上100的方式表示；應了解，除非另作說明，否則第一設備的類似零件的說明也適用于第二設備。

冷卻介質(zhì)504進入最靠近光學觀察管502的遠端503的導管514。冷卻介質(zhì)504流過導管514內(nèi)的一個或多個冷卻槽522。光學觀察管502包括多個縱向冷卻槽516a和b，其設置在導管514內(nèi)的一部分冷卻槽522上。冷卻介質(zhì)504從冷卻槽522流過縱向冷卻槽516a和b。冷卻介質(zhì)504通過位于縱向壁518a的端部部件512處的多個孔520進行清洗。與光學觀察管502的遠端503相鄰的多個孔520引導冷卻介質(zhì)504從縱向槽516a和b流向位于光學觀察管502的遠端503處的透鏡510，以清洗透鏡510。

可以采用任何數(shù)量的孔520和縱向槽516來清洗與光學觀察管502的遠端503相鄰的空氣，包括但不限于，多個孔520與多個縱向槽516之間存在一對一關系，或者多個孔520與多個縱向槽516之間存在多對一關系的配置。

此外，縱向壁418、518中與位于光學觀察管402、502的遠端403、503處的透鏡410、510相鄰的多個孔420、520可包括用于引導空氣以清洗和冷卻透鏡410、510的任何配置，包括但不限于，引導冷卻介質(zhì)504沿大體垂直于位于光學觀察管504的遠端503處的透鏡510的方向流動，引導冷卻介質(zhì)流過光學觀察管504的遠端503處的透鏡510，以及它們的組合。

上述實施例的優(yōu)勢包括，光學顯像系統(tǒng)不包括將導管定位在光學系統(tǒng)的前端附近。與較大直徑的導管相反，所得的光學顯像系統(tǒng)僅受限于光學觀察管的直徑。因此，對于熱氣通道中存在小徑鉆孔的情況，可使用實施上述設備的光學顯像系統(tǒng)，以插入燃氣渦輪發(fā)動機的外殼中的開口中。

本說明書使用各個實例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，同時也讓所屬領域的任何技術人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造并使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實施所涵蓋的任何方法。本發(fā)明的可專利范圍由權利要求書限定，并且可包括所屬領域中的普通技術人員得出的其他實例。如果任何其他實例的結構要素與權利要求書的字面意義無差別，或如果此類實例包括的等效結構要素與權利要求書的字面意義無實質(zhì)差別，則此類實例也在權利要求書的范圍內(nèi)。