用于對(duì)離線工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)和其它發(fā)電機(jī)械設(shè)備進(jìn)行直觀檢查的柔性聯(lián)接攝像頭系統(tǒng)及方法
【專利說明】用于對(duì)離線工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)和其它發(fā)電機(jī)械設(shè)備進(jìn)行直觀檢 查的柔性聯(lián)接攝像頭系統(tǒng)及方法
[0001] 對(duì)未決專利申請(qǐng)的引用
[0002] 本專利申請(qǐng)要求于同一日期提交的標(biāo)題為"SystemAndMethodForVisual InspectionAnd3DWhiteLightScanningOfOff-lineIndustrialGasTurbinesAnd OtherPowerGenerationMachinery(用于對(duì)離線工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)和其它發(fā)電機(jī)械設(shè)備進(jìn)行 直觀檢查和三維白光掃描的系統(tǒng)與方法）"的未決美國(guó)專利申請(qǐng)13/972, 000 (西門子案號(hào) 2013P09381US(Siemensl85))的權(quán)益，而該專利申請(qǐng)又要求于2012年8月23日提交的標(biāo)題 為"VisionScope3DScannerTipforVisualInspectionandMeasurement(用于直觀 檢查和測(cè)量的視場(chǎng)范圍三維掃描頭）"的未決美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/692, 409的權(quán)益。所有 上述未決專利申請(qǐng)通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及用于對(duì)發(fā)電機(jī)械設(shè)備（包括但不局限于工業(yè)燃?xì)夂驼羝啓C(jī)以及發(fā) 電機(jī)）進(jìn)行無損內(nèi)部檢查的光學(xué)攝像頭系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及能夠透過發(fā)動(dòng)機(jī)的 任何部分（包括壓縮機(jī)段、燃燒室噴嘴、以及過渡和渦輪段）的燃?xì)廨啓C(jī)檢查口、出口或入 口定位攝像頭視野（F0V)并捕獲發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可視圖像的可見光或紅外光學(xué)攝像 頭檢查系統(tǒng)。攝像頭和其視野由柔性纜索載體平移至渦輪機(jī)或其它發(fā)電機(jī)械設(shè)備內(nèi)的待研 究區(qū)域，該柔性纜索載體在結(jié)構(gòu)上局限于相對(duì)于由構(gòu)成纜索載體的樞轉(zhuǎn)結(jié)合的鄰接鏈節(jié)限 定的中心線做雙向平面彎曲運(yùn)動(dòng)。
【背景技術(shù)】
[0004] 發(fā)電機(jī)械設(shè)備（例如工業(yè)蒸汽或燃?xì)廨啓C(jī)）常常按預(yù)定的檢修期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，在到 檢修期時(shí)，需要使渦輪機(jī)進(jìn)入離線狀態(tài)，并停機(jī)。例如，燃?xì)廨啓C(jī)常常要連續(xù)工作約4000小 時(shí)進(jìn)行發(fā)電，然后使其進(jìn)入離線狀態(tài)，以進(jìn)行例行維護(hù)和檢查，并對(duì)在檢查過程中查出的任 何部件進(jìn)行修理。使燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)入離線狀態(tài)并最終完全關(guān)機(jī)以進(jìn)行預(yù)定維護(hù)是一項(xiàng)需要數(shù) 天的工作。一些渦輪機(jī)部件（例如渦輪轉(zhuǎn)子段）在超過1000°C(1832°F)的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)。 在完全停機(jī)前，需要經(jīng)過48-72小時(shí)的冷卻時(shí)間使渦輪機(jī)達(dá)到環(huán)境溫度，以降低部件翹曲 或其它變形的可能性。在停機(jī)階段中，渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以"盤車模式"從大約3600RPM的運(yùn)轉(zhuǎn) 速度緩降至大約120RPM或更低的速度，在此過程中，轉(zhuǎn)子由輔助驅(qū)動(dòng)電機(jī)外部驅(qū)動(dòng)，以降 低轉(zhuǎn)子翹曲的可能性。其它渦輪機(jī)部件（例如渦輪機(jī)殼體）也緩慢降低至環(huán)境溫度。
[0005] 在渦輪機(jī)經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)72小時(shí)左右的時(shí)間冷卻至環(huán)境溫度時(shí)，就可以使用光學(xué)攝像 頭檢查系統(tǒng)對(duì)靜止渦輪機(jī)的內(nèi)部部件進(jìn)行檢查了。已知的光學(xué)攝像頭檢查系統(tǒng)采用插入到 渦輪機(jī)周圍的檢查口中的剛性或柔性光學(xué)內(nèi)窺儀。需要手動(dòng)定位內(nèi)窺儀，使其視野圍繞渦 輪機(jī)內(nèi)的待研究區(qū)域，例如一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)葉或輪葉、燃燒室火焰筒等。光耦合至內(nèi)窺儀的攝 像頭捕獲視野內(nèi)的被研究對(duì)象的圖像，以便由檢查人員遠(yuǎn)程顯像和存檔（如果需要）。
[0006] 若需要某個(gè)渦輪機(jī)檢查口內(nèi)的不同待研究區(qū)域的一系列不同圖像，則檢查人員必 須手工地重新定位攝像頭檢查系統(tǒng)的內(nèi)窺儀，以完成所需的內(nèi)部待研究區(qū)域和視野的相對(duì) 對(duì)位。相對(duì)對(duì)位可通過物理地移動(dòng)內(nèi)窺儀以使其觀察口處于靜止的待研究區(qū)域附近來完 成。例如，內(nèi)窺儀和靜止的渦輪機(jī)部件的這種相對(duì)移動(dòng)可如下實(shí)現(xiàn)：以不同的朝向把內(nèi)窺儀 插入到靜止的燃燒室中，或者使內(nèi)窺儀徑向進(jìn)出壓縮機(jī)或渦輪段內(nèi)的導(dǎo)葉和葉柵之間的空 間。對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)輪葉的檢查，還可通過使內(nèi)窺儀的觀察口保持靜止位置并順次地把葉柵輪葉 轉(zhuǎn)入攝像頭的靜止視野來完成相對(duì)對(duì)位。
[0007] 在壓縮機(jī)或渦輪段內(nèi)進(jìn)行非旋轉(zhuǎn)靜止導(dǎo)葉檢查需要物理地把檢查儀器的攝像頭 系統(tǒng)視野移動(dòng)至各個(gè)導(dǎo)葉處。固定導(dǎo)葉周圍通道的狹窄空間常常使傳統(tǒng)的檢查儀系統(tǒng)難以 通過。為了完成導(dǎo)葉的檢查，需要拆下支撐結(jié)構(gòu)（例如導(dǎo)葉罩），以便在導(dǎo)葉列的有限空間 范圍內(nèi)為檢查儀部件提供足夠的可見外露區(qū)域和/或通道。
[0008] 因此，為了進(jìn)行全面的渦輪機(jī)檢查，需要在攝像頭檢查系統(tǒng)的觀察口和其它內(nèi)部 檢查進(jìn)入點(diǎn)之間進(jìn)行多次的手動(dòng)相對(duì)重新定位過程，以便對(duì)渦輪機(jī)內(nèi)的所有待研究區(qū)域進(jìn) 行全面的直觀檢查。由于燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)的部件之間的操控路徑很復(fù)雜，并且常常是迂回曲折 的，因此檢查儀器的定位是一個(gè)難題。檢查儀的攝像頭輸送系統(tǒng)必須足夠柔軟，以穿過促狹 的通道，但是又不能太柔軟或軟弱，以防止被卡在通道內(nèi)。
[0009] 業(yè)界需要一種能夠縮短對(duì)發(fā)電機(jī)械設(shè)備（包括但不局限于工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪 機(jī)和壓縮機(jī)段內(nèi)的固定導(dǎo)葉列）進(jìn)行無損內(nèi)部檢查所需的總時(shí)間的光學(xué)攝像頭檢查系統(tǒng) 和方法。優(yōu)選在進(jìn)行這種更快速的內(nèi)部檢查時(shí)為了獲得待研究區(qū)域的檢查通路而進(jìn)行的機(jī) 械設(shè)備拆卸盡可能少（優(yōu)選不拆卸），從而在維護(hù)周期內(nèi)能夠更迅速地把檢查完的發(fā)電設(shè) 備恢復(fù)在線狀態(tài)，以繼續(xù)發(fā)電。
[0010] 業(yè)界還需要一種能夠在單個(gè)設(shè)備的檢查周期內(nèi)一致并可重復(fù)地在發(fā)電機(jī)械設(shè)備 (包括但不局限于蒸汽或燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)）內(nèi)定位檢查儀器的光學(xué)攝像頭檢查系統(tǒng)和方 法，其能夠最大限度地降低設(shè)備內(nèi)部部件損壞的危險(xiǎn)，并且與已知的手動(dòng)檢查儀器和方法 相比能夠獲得很高的圖像質(zhì)量并縮短檢查周期時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 因此，本發(fā)明之主要目的是產(chǎn)生一種用于捕獲發(fā)電機(jī)械設(shè)備（包括但不局限于蒸 汽或燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)）內(nèi)的待研究區(qū)域的圖像的光學(xué)攝像頭檢查系統(tǒng)和方法，其能夠有 選擇性地插入機(jī)械設(shè)備的入口點(diǎn)，并通過內(nèi)部通道輸送，同時(shí)最大限度地減少機(jī)械設(shè)備的 拆卸（優(yōu)選不拆卸），以獲得待研究區(qū)域的檢查通路。在這種檢查系統(tǒng)和方法中，在維護(hù)期 的檢查過程中，能夠把被檢查的發(fā)電設(shè)備更迅速地恢復(fù)在線狀態(tài)，以便繼續(xù)發(fā)電，而無需花 費(fèi)時(shí)間和力氣去拆除和重新組裝機(jī)械設(shè)備。
[0012] 本發(fā)明之其它目的是產(chǎn)生一種能夠在單個(gè)設(shè)備的檢查周期內(nèi)一致并可重復(fù)地捕 獲發(fā)電機(jī)械設(shè)備內(nèi)的待研究區(qū)域的圖像的光學(xué)攝像頭檢查系統(tǒng)和方法，其能夠最大限度地 降低設(shè)備內(nèi)部部件損壞的危險(xiǎn)，并且與已知的手動(dòng)檢查儀器和方法相比能夠獲得很高的圖 像質(zhì)量并縮短檢查周期時(shí)間。
[0013] 這些目的和其它目的是通過本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的光學(xué)攝像頭檢查系 統(tǒng)和方法利用纜索載體通過發(fā)電機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部通道插入、輸送和定位容納有檢查攝像頭 的檢查攝像頭架，同時(shí)能最大限度地減少機(jī)械設(shè)備的拆卸（常常不需要拆卸），以獲得待研 究區(qū)域的檢查通路。纜索載體具有多個(gè)鏈節(jié)，這些鏈節(jié)把彎曲運(yùn)動(dòng)限制為相對(duì)于每個(gè)鏈節(jié) 的相應(yīng)中心線的雙向樞轉(zhuǎn)平面運(yùn)動(dòng)。其它實(shí)施例包括結(jié)合在纜索載體遠(yuǎn)端和攝像頭架之間 的連接器模塊。該連接器模塊具有結(jié)合至攝像頭架的樞軸，該樞軸用于使攝像頭架在攝像 頭架的運(yùn)動(dòng)路徑范圍內(nèi)擺動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)路徑范圍與纜索載體彎曲運(yùn)動(dòng)平面相交。在其它實(shí)施 例中，攝像頭架擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合至攝像頭架，用于在攝像頭架的運(yùn)動(dòng)路徑范圍內(nèi)有選擇 性地定位攝像頭架。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有相對(duì)的第一和第二偏置元件，它們分別在相對(duì)于連接器 模塊樞軸的相對(duì)偏置位置橫向結(jié)合到攝像頭架上。在操作驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，偏置第一偏置元件 會(huì)使攝像頭架沿第一方向擺動(dòng)，偏置第二偏置元件會(huì)使攝像頭架沿第二方向擺動(dòng)。采用這 種檢查系統(tǒng)和方法，在維護(hù)期的檢查過程中，能夠把被檢查的發(fā)電設(shè)備更迅速地恢復(fù)在線 狀態(tài)，以便繼續(xù)發(fā)電，而無需像已知的檢查系統(tǒng)所需的那樣花費(fèi)時(shí)間和力氣去拆除和重新 組裝機(jī)械設(shè)備。本發(fā)明的實(shí)施例的攝像頭檢查系統(tǒng)和方法特別適合于對(duì)工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的壓 縮機(jī)和渦輪段內(nèi)的固定導(dǎo)葉列進(jìn)行檢查，以及對(duì)發(fā)電機(jī)械設(shè)備