專利名稱：用于實時監(jiān)控機器中的部分之間的間隙的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中公開的本主題涉及監(jiān)控，并且具體地涉及監(jiān)控渦輪中的旋轉(zhuǎn)部件和固定部件之間的距離或軸向間隙。
背景技術(shù)：
渦輪用于發(fā)電或驅(qū)動壓縮器和其它旋轉(zhuǎn)裝備。渦輪是昂貴的并且需要能夠利用且可靠地用于連續(xù)運行。這種渦輪典型地包括在外殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包括具有基部和葉片(blade)的動葉(bucket)。在殼體中的噴嘴散布在葉片之間并且為熱蒸氣(蒸汽或氣體)提供到葉片的導引。蒸氣使葉片旋轉(zhuǎn)，并且因此使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。一些渦輪包括一個或多個動葉級。動葉級通過扣環(huán)型安全鎖線(snap-ring type lockwire)定位并且軸向維持。這些安全鎖線典型地通過樁接在渦輪葉輪燕尾鉤中的定位銷保持在合適的徑向位置。定位銷的不合適的樁接或安全鎖線的折斷可導致對渦輪的損害，并且因此導致被迫停機。例如，動葉或動葉的部分可開始運動，因為它不再受到軸向約束，從而導致對下游部件的損害。最可靠的動葉檢查方法使用通過殼體進入渦輪的管道鏡(borescope)。然而，這種檢查要求渦輪停止使用。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，公開用于實時監(jiān)控機器的旋轉(zhuǎn)部分與固定部分之間的間隙的監(jiān)控系統(tǒng)。這方面的監(jiān)控系統(tǒng)包括用于形成間隙的參考圖像和間隙的一個或多個后續(xù)圖像的成像裝置，成像裝置包括布置在機器內(nèi)的部分和在機器外的部分。這方面的系統(tǒng)還包括聯(lián)接到成像裝置的圖像處理器，圖像處理器構(gòu)造成通過對比參考圖像和一個或多個后續(xù)圖像監(jiān)控間隙是否增大或減小。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開監(jiān)控機器的旋轉(zhuǎn)部分與固定部分之間的間隙的方法。這方面的方法包括在機器運行的同時在圖像處理器處接收間隙的圖像；對比該圖像和參考圖像；并且如果圖像不同于參考圖像，則產(chǎn)生警報。這些和其它的優(yōu)點和特征將從結(jié)合附圖的以下描述中更加顯而易見。


視為本發(fā)明的本主題，在說明書的總結(jié)處的權(quán)利要求中具體地指出并且清楚地主張。本發(fā)明的前述和其它特征和優(yōu)點從以下結(jié)合附圖的詳細描述中顯而易見，其中圖1為根據(jù)一實施例的監(jiān)控系統(tǒng)的框圖；圖2為在示范運行環(huán)境中的根據(jù)一實施例的監(jiān)控系統(tǒng)的框圖；圖3為圖2的示范運行環(huán)境的不同的視圖；圖4為示出根據(jù)一實施例的方法的流程圖。該詳細描述通過參考附圖的舉例的方式解釋了本發(fā)明的實施例，連同優(yōu)點和特征。部件列表100監(jiān)控系統(tǒng)102成像裝置104記錄裝置106傳送介質(zhì)108照明系統(tǒng)110圖像處理器200運行環(huán)境201夕卜殼202保護蓋204支架206葉片207空置區(qū)域208噴嘴302檢查孑L (access hole)304動葉基部305軸向間隙306下部308轉(zhuǎn)子軸402方框404方框406方框408方框410方框412方框414方框
具體實施例方式圖1示出根據(jù)一實施例的監(jiān)控系統(tǒng)100的實例。在一實施例中監(jiān)控系統(tǒng)100用于針對軸向運動監(jiān)控渦輪動葉。該實施例的監(jiān)控系統(tǒng)100包括成像裝置102。該成像裝置102包括圖像記錄裝置 104和圖像傳送介質(zhì)106。如圖1所示，圖像記錄裝置104是照相機但不受限于此。在一實施例中，圖像傳送介質(zhì)106是內(nèi)視鏡(endoscope)或其它適當?shù)墓饫w成像系統(tǒng)。圖像傳送介質(zhì)106從通過照相機104難以接近的位置傳輸圖像到照相機104。例如，圖像傳送介質(zhì) 106從運行的渦輪內(nèi)部傳輸圖像到照相機104。成像裝置102可選地包括照明系統(tǒng)108。照明系統(tǒng)108為圖像傳送介質(zhì)106的末端提供照明以照明關(guān)心的區(qū)域。在一實施例中，照明系統(tǒng)108包括一個或多個光纜用于傳送光到關(guān)心的區(qū)域。在一實施例中，照相機104具有1微秒或更少的積分時間。這種積分時間允許監(jiān)控系統(tǒng)用于諸如渦輪的環(huán)境中，在渦輪的環(huán)境中，元件以非常高的速度運動。例如，渦輪可以以3000到3600rpm的速度旋轉(zhuǎn)。監(jiān)控系統(tǒng)100還包括圖像處理器110。在一實施例中，圖像處理器110是計算裝置。圖像處理器Iio從照相機104處接收圖像。在一實施例中，圖像處理器110對比當前圖像和參考圖像，以確定關(guān)心的區(qū)域中的條件是否已經(jīng)改變。圖像處理器110可采用各種圖像處理和對比技術(shù)。例如，圖像處理器110可使用像素對比技術(shù)或利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模式識別以對比當前圖像和參考圖像。如上文所述，在渦輪運行的同時監(jiān)控渦輪的動葉或其它元件的狀態(tài)可能是有益的。因此，在一實施例中，監(jiān)控系統(tǒng)100在渦輪運行的同時用于渦輪。在這種實施例中，圖像傳送介質(zhì)106和照明系統(tǒng)108在渦輪內(nèi)布置，并且在渦輪運轉(zhuǎn)的同時傳送介質(zhì)106從渦輪內(nèi)部傳輸圖像到照相機104。在這種實施例中，圖像傳送介質(zhì)106和照明系統(tǒng)108可適當?shù)貙徇M行防護。圖2示出用于圖1所示的監(jiān)控系統(tǒng)100的運行環(huán)境200。運行環(huán)境200大體示出為渦輪的部分。渦輪包括外殼201。外殼201典型地包括在其中提供的管道鏡檢查孔。這種管道鏡檢查孔用于在渦輪脫機時檢查渦輪。根據(jù)一實施例，監(jiān)控系統(tǒng)100的部分通過這些管道鏡檢查孔中的一個在外殼201內(nèi)布置。如圖1所示，該實施例的監(jiān)控系統(tǒng)100包括成像裝置102、照相機104、傳送介質(zhì) 106、照明系統(tǒng)108和圖像處理器110。在一實施例中傳送介質(zhì)106和照明系統(tǒng)108的至少一部分聯(lián)接到成像裝置102。在所示實施例中，部分的傳送介質(zhì)106和照明系統(tǒng)108布置在外殼201內(nèi)。在一實施例中，保護蓋202保護布置在外殼201內(nèi)的傳送介質(zhì)106和照明系統(tǒng)108的部分。在一實施例中，保護蓋202是透明的并且由能夠經(jīng)受渦輪內(nèi)的熱的材料形成。支架204或其它維持裝置將保護蓋202和因而布置在外殼201內(nèi)的傳送介質(zhì)106和照明系統(tǒng)108的部分保持為相對于外殼201處于固定關(guān)系。因為外殼201典型地不運動，故保護蓋202與外殼 201之間的固定關(guān)系確保傳送介質(zhì)106的(和因而照相機104的)視野保持不變或幾乎不變。在所示實施例中，視野位于渦輪的葉片206與噴嘴208之間。具體地，視野被導引到葉片206與噴嘴208之間的空置區(qū)域207。在一實施例中，葉片206是第一級葉片并且噴嘴208是第二級噴嘴。當然，葉片206和噴嘴208可位于渦輪的任何級。在運行中，照相機104用于監(jiān)控在空置區(qū)域207中的視野?？罩脜^(qū)域207還可稱為軸向間隙。照明系統(tǒng)108提供照明到空置區(qū)域207并且傳送介質(zhì)106將圖像帶回照相機 104。在一實施例中，傳送介質(zhì)106通過支架204安裝成垂直于渦輪的旋轉(zhuǎn)軸線，以捕捉葉片206與噴嘴208之間的軸向間隙的圖像作為輸入。在一實施例中，空置區(qū)域207位于較高溫度的位置。因而，照相機104位于外面， 傳送介質(zhì)106從高溫位置傳送圖像到照相機104，照相機104位于殼體201外較冷的位置。在運行中，空置區(qū)域207(例如，葉片206與噴嘴208之間的軸向間隙)的圖像被拍攝并且形成參考圖像。當然，圖像處理技術(shù)可應(yīng)用到該圖像。例如，可利用用于移除背景信息或噪聲并且使圖像準備用于進一步的處理的已知圖像處理技術(shù)。此外，圖像可需要通過增加銳度、移除模糊部等增強。
在一實施例中，第二圖像在隨后的時間形成。對比第二圖像和參考圖像。包括但不受限于像素對比技術(shù)、利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模式識別或通過度量嵌入(metric embedding)的圖像對比的圖像對比技術(shù)可用于對比圖像并且記錄兩者之間的任何改變。圖3示出本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)100的具體實現(xiàn)。在該圖中，包住部分的傳送介質(zhì)106 和照明系統(tǒng)108的保護蓋202通過管道鏡檢查孔302布置在渦輪的外殼201中。外殼201 聯(lián)接到噴嘴208。在一實施例中，噴嘴208包括是隔膜的下部306。下部306圍繞轉(zhuǎn)子軸 308。轉(zhuǎn)子軸308聯(lián)接到一個或多個動葉基部304。動葉基部304各支撐葉片206。動葉基部304(動葉)通過軸向間隙305與下部306分離。轉(zhuǎn)子軸308以高速率旋轉(zhuǎn)。在一些情形下，它可以以大約3000-3600rpm的速度旋轉(zhuǎn)。因此，在一實施例中，照相機104(圖1)具有帶有1微秒或更少的積分時間的幀頻。這允許圖像在各動葉304旋轉(zhuǎn)經(jīng)過軸向間隙305時拍攝。圖4是根據(jù)一實施例的方法的框圖。在方框402處，參考圖像由機器的內(nèi)部形成。 在一實施例中，機器為渦輪。雖然在一實施例中機器的部分為渦輪級之間的軸向間隙，但該部分不受限于此，并且可包括機器的任何內(nèi)部。參考圖像由在一實施例中與上文所述的成像系統(tǒng)一樣實現(xiàn)的成像系統(tǒng)形成。當然，可使用其它成像系統(tǒng)。在方框404處，后續(xù)圖像從機器中的相同位置處形成。在一實施例中，圖像在每次動葉經(jīng)過機器內(nèi)的特定位置時拍攝。當然，后續(xù)圖像可在任何時間形成，只要該時間在參考圖像形成以后。在方框406處，對比后續(xù)圖像和參考圖像。包括但不受限于像素對比技術(shù)、利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模式識別或通過度量嵌入的圖像對比的圖像對比技術(shù)可用于對比圖像并且記錄二者之間的任何改變。在方框408處，確定是否存在參考圖像與后續(xù)圖像之間的任何差異。在一實施例中，差異可在于渦輪的兩部分之間的軸向間隙的尺寸。如果不存在差異，過程返回方框404。 如果存在差異，則過程可直接轉(zhuǎn)到方框410，在方框410處生成警報。然而，在一實施例中， 方法還包括可選方框412和方框414。如果存在后續(xù)圖像與參考圖像之間的差異，則進入方框412并且計數(shù)器增大。在可選方框414處，確定計數(shù)器是否已經(jīng)超過閾值。如果計數(shù)器已經(jīng)超過閾值，則在方框410處生成警報。否則，過程返回方框404。簡而言之，可選方框 412和方框414提供與參考圖像有差異的圖像的擴充樣本(extended sample)，以減少導致假警報的可能的單一圖像畸變(aberration)。應(yīng)當理解，新的參考圖像可在任何時間形成。 因而，在一些情形下，在方框408或方框414之后，過程可返回方框402而不是方框404，如圖4所示。應(yīng)當理解，雖然在本文中，詞語“第一”、“第二”等已用于清楚地標識某些物件，但在所附權(quán)利要求中，某些裝置的次序和命名可取決于上下文而變化。為支持本文中的示教，可利用各種分析構(gòu)件，包括數(shù)字和/或模擬系統(tǒng)。系統(tǒng)可具有構(gòu)件，諸如處理器、存儲介質(zhì)、存儲器、輸入器、輸出器、通信鏈路(有線的、無線的、泥漿脈沖(pulsed mud)、光學的或其它)、用戶界面、軟件程序、信號處理器(數(shù)字的或模擬的) 和其它這種構(gòu)件(諸如電阻器、電容器、電感器和其它)，以提供用于以在本領(lǐng)域中充分理解的若干方式中的任一種對本文中公開的器械和方法的運行和分析。應(yīng)當認為這些示教可以但不必需結(jié)合一組計算機可執(zhí)行指令實現(xiàn)，計算機可執(zhí)行指令存儲在計算機可讀介質(zhì)上，計算機可讀介質(zhì)包括存儲器(R0M、RAM)、光學的(CD-ROM)或磁性的(磁盤、硬盤驅(qū)動)、 固態(tài)驅(qū)動(SSD)或當執(zhí)行時導致計算機實現(xiàn)本發(fā)明的方法的任何其它類型。這些指令可提供用于裝備操作、控制、數(shù)據(jù)收集和分析，和除本公開中描述的功能外，被系統(tǒng)設(shè)計者、所有者、使用者或其他這類人員視為相關(guān)的其它功能。因此，本發(fā)明的實施例可包括在計算裝置中實現(xiàn)的監(jiān)控系統(tǒng)，其基于與參考圖像的對比確定渦輪中的軸向間隙是否在尺寸方面發(fā)生變化。 雖然本發(fā)明已結(jié)合僅有限數(shù)目的實施例詳細描述，但是應(yīng)當容易理解本發(fā)明不受限于這種公開的實施例。相反，本發(fā)明可修改以結(jié)合上文沒有描述的，但與本發(fā)明的精神和范圍相符的任何數(shù)目的變型、變更、替代或等同。此外，雖然已描述了本發(fā)明的各種實施例， 但應(yīng)當理解本發(fā)明的方面可僅包括所述實施例中的一些。因此，本發(fā)明不被視為受到上文描述的限制，但僅受到所附權(quán)利要求的范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于實時監(jiān)控機器的旋轉(zhuǎn)部分與固定部分之間的間隙的監(jiān)控系統(tǒng)(100)，所述監(jiān)控系統(tǒng)(100)包括用于形成所述間隙的參考圖像和所述間隙的一個或多個后續(xù)圖像的成像裝置(102)， 所述成像裝置包括布置在所述機器內(nèi)的部分和在所述機器外的部分；和聯(lián)接到所述成像裝置(102)的圖像處理器(110)，其構(gòu)造成通過對比所述參考圖像和所述一個或多個后續(xù)圖像來監(jiān)控所述間隙是否增大或減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)控系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述機器為渦輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的監(jiān)控系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述內(nèi)部位置是在動葉(304) 與噴嘴(208)之間的軸向間隙(305)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)控系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述動葉(304)是第一級動葉并且所述噴嘴(208)是第二級噴嘴。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)控系統(tǒng)(100)，其特征在于，布置在所述機器內(nèi)的部分由一個或多個內(nèi)視鏡形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，布置在所述機器內(nèi)的部分由光纜形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)控系統(tǒng)(100)，其特征在于，在所述機器外的部分為照相機 (104)。
8.一種實時監(jiān)控機器的旋轉(zhuǎn)部分與固定部分之間的間隙的方法，所述方法包括 在所述機器運行的同時，在圖像處理器(110)處接收所述間隙的圖像；對比所述圖像和參考圖像；并且如果所述圖像不同于所述參考圖像，則產(chǎn)生警報。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述間隙是渦輪中動葉(304)與噴嘴 (208)之間的軸向間隙(305)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述圖像從成像裝置(10 處接收，所述成像裝置(10 包括布置在所述機器內(nèi)的部分和在所述機器外的部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于實時監(jiān)控機器中的部分之間的間隙的系統(tǒng)和方法。一種用于實時監(jiān)控機器的旋轉(zhuǎn)部分與固定部分之間的間隙的監(jiān)控系統(tǒng)(100)。所述監(jiān)控系統(tǒng)包括用于形成間隙的參考圖像和間隙的一個或多個后續(xù)圖像的成像裝置(102)，該成像裝置包括布置在機器內(nèi)的部分和在機器外的部分。該系統(tǒng)還包括聯(lián)接到成像裝置的圖像處理器(110)，其構(gòu)造成通過對比參考圖像和一個或多個后續(xù)圖像監(jiān)控間隙是否增大或減小。
文檔編號H04N7/18GK102457717SQ20111034481
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者J·V·保羅夫斯基, K·帕利卡拉戈帕蘭, N·V·尼爾馬蘭 申請人:通用電氣公司