專利名稱：一種液冷式燃燒攝像機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及觀察工業(yè)燃燒過程的攝像機(jī)裝置，具體地，但非限制性的，涉及一種液冷式燃燒攝像機(jī)。
背景技術(shù)：
燃燒攝像機(jī)設(shè)計(jì)用來觀察工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒過程。已知的設(shè)計(jì)方案利用空氣來冷卻組件使用的攝像機(jī)，這種攝像機(jī)一般是電荷耦合器件(“CCD”)攝像機(jī)。由于將空氣作為冷卻劑產(chǎn)生的有關(guān)限制，這些組件都比較大。然而，這些組件還是不能被充分冷卻，這常常導(dǎo)致電荷耦合器件攝像機(jī)因?qū)崃康拿舾卸l(fā)生故障?？諝饫鋮s介質(zhì)所要求的較大尺寸使得燃燒室中觀察燃燒過程的孔口的直徑必須近乎2.0英寸(大約5厘米)。然而，該尺寸的孔口一般大于工業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)所能接受的尺寸。
而且，已知的燃燒攝像機(jī)組件一般安裝在燃?xì)鉁u輪機(jī)的外面，因此攝像機(jī)只有一小部分，比如透鏡組，延伸到高溫和高壓的渦輪機(jī)環(huán)境中?，F(xiàn)在很多工業(yè)氣渦輪機(jī)都要求將燃燒攝像機(jī)整個(gè)安裝在氣渦輪機(jī)內(nèi)，這會使CCD攝像機(jī)大大過熱而產(chǎn)生故障。已知的燃燒攝像機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)一般是采用帶螺紋的機(jī)械緊固件和墊圈來裝配和密封石英窗蓋，石英窗蓋是透明層，通過石英窗蓋可以用CCD攝像機(jī)觀察燃燒過程。然而，這種構(gòu)造方式具有兩個(gè)不希望的結(jié)果(1)攝像機(jī)殼體直徑較大，和(2)由于高溫環(huán)境中的老化需要經(jīng)常維修墊圈。
已知的燃燒攝像機(jī)還包括裝置，對可觀察鍋爐的燃燒過程的攝像機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)得到。這些改進(jìn)的裝置也是空氣冷卻的，因而尺寸比較大。另一種流行的設(shè)計(jì)方案包括使透鏡與攝像機(jī)分離。這種攝像機(jī)裝置的透鏡通常包括“透鏡組”，用來將燃燒過程的圖像投射回鍋爐外面的CCD攝像機(jī)。這種設(shè)置使得只有透鏡組布置在渦輪機(jī)的惡劣的溫度和壓力條件下。這種設(shè)計(jì)方案的缺點(diǎn)包括光衰減和像畸變。光衰減妨礙了對燃燒過程中的低光特征的觀察，比如點(diǎn)火過程的火花。像畸變導(dǎo)致圖像有些模糊，妨礙了對燃燒過程細(xì)節(jié)的觀察。
許多新的工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)要求燃燒攝像機(jī)裝置設(shè)計(jì)成能滿足以下標(biāo)準(zhǔn)(1)可以整個(gè)安裝在350磅/平方英寸、825華氏度(24.6公斤/平方厘米、440攝氏度)的環(huán)境下，而且能夠觀察3000華氏度(1650攝氏度)的燃燒過程；(2)這樣的冷卻方式使得冷卻介質(zhì)不會排放到燃燒室，否則會影響燃燒過程而不能代表實(shí)際過程；(3)可通過直徑為1.0英寸(大約2.5厘米)的孔口觀察燃燒過程；(4)限制光衰減量使得CCD攝像機(jī)能夠觀察燃燒點(diǎn)火過程中火花塞的工作情況；(5)具有較小的總體尺寸以滿足工業(yè)渦輪機(jī)和燃燒試驗(yàn)臺的空間的限制；和(6)由于受到位置限制難以接近渦輪機(jī)或試驗(yàn)臺，要求不進(jìn)行維修能夠工作較長時(shí)間。因此，需要有一種能夠滿足這些要求的燃燒攝像機(jī)裝置，并對上面所介紹的已知設(shè)計(jì)方案所存在的一些問題進(jìn)行了改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明介紹了一種液冷式攝像機(jī)裝置，包括觀察工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒過程的攝像機(jī)，這種裝置還包括三管同心組件以及布置在三管同心組件第一端的窗蓋。攝像機(jī)可以靠近窗蓋的后面布置，且三管同心組件可以在管子之間形成通道，用于將冷卻劑流從入口引導(dǎo)到攝像機(jī)以及從攝像機(jī)引導(dǎo)到出口。冷卻劑可以是水。
在某些實(shí)施例中，窗蓋的寬度可以不超過1英寸(2.54厘米)。在其它一些實(shí)施例中，窗蓋可以是圓柱形的，其直徑可以不超過1英寸(2.54厘米)。窗蓋可以是釬焊石英件。這種液冷式燃燒攝像機(jī)還可以包括液體循環(huán)機(jī)構(gòu)，用于將冷卻液流輸送至入口以及從出口排出冷卻液流。
在某些實(shí)施例中，這種液冷式燃燒攝像機(jī)還可以包括連接到三管同心組件第二端的殼體。殼體可以包括連接到供應(yīng)軟管的入口，以及連接排放軟管的出口。殼體還可以包括若干個(gè)殼體通道，用于將水流從入口引導(dǎo)到三管同心組件及從三管同心組件引導(dǎo)到出口。
在其它一些實(shí)施例中，三管同心組件可以包括內(nèi)攝像管、中間攝像管和外攝像管。內(nèi)攝像管可以布置在中間攝像管內(nèi)形成第一冷卻劑通道，中間攝像管可以布置在外攝像管內(nèi)形成第二冷卻劑通道。第一殼體通道可以將冷卻劑流從入口引導(dǎo)到第一冷卻劑通道，第二殼體通道可以將冷卻劑流從第二冷卻劑通道引導(dǎo)到出口。
通過閱讀下面結(jié)合附圖對優(yōu)選實(shí)施例所作的詳細(xì)說明以及所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它的特征變得更加清楚。


圖1是顯示本發(fā)明的液冷式燃燒攝像機(jī)的實(shí)施例的分解圖；圖2是圖1的液冷式燃燒攝像機(jī)的平面圖；圖3是圖1的液冷式燃燒攝像機(jī)的側(cè)向剖視圖；圖4是示出通過圖1的液冷式燃燒攝像機(jī)的液體冷卻劑的側(cè)向剖視圖；圖5是閉環(huán)冷卻系統(tǒng)的實(shí)例的示意圖，其可用于圖1的液冷式燃燒攝像機(jī)。
部件清單100 液冷式燃燒攝像機(jī)102 窗蓋103 攝像機(jī)104 窗蓋支座106 外攝像管
108 中間攝像管110 內(nèi)攝像管112 攝像機(jī)裝配法蘭114 管子壓合接頭116 中心孔118 孔120 螺栓122 上殼體124 入口126 出口128 入口接頭130 出口接頭132 出口通道134 O型圈136 O型圈138 攝像機(jī)支座139 螺絲140 攝像機(jī)電纜141 螺栓法蘭142 螺栓144 上攝像機(jī)法蘭146 O型圈148 密封螺栓150 孔152 孔202 入口內(nèi)部通道204 連接通道502 水泵504 熱交換器具體實(shí)施方式
現(xiàn)在參考附圖，其中相同的標(biāo)號代表相同的部件，圖1示出了所介紹的液冷式燃燒攝像機(jī)裝置100的實(shí)施例。液冷式燃燒攝像機(jī)100可以包括有窗蓋102。窗蓋102可以用本技術(shù)領(lǐng)域中已知的釬焊石英材料如GE-214制成。窗蓋102是透明壓力界面，供攝像機(jī)103觀察燃燒過程。其它已知的材料也可用于窗蓋102，只要能夠提供必要的物理性能，可在燃燒環(huán)境下工作，同時(shí)還允許攝像機(jī)103通過這種透明窗孔觀察燃燒過程。
窗蓋102的直徑可以大致為一英寸(大約2.54厘米)或更小。窗蓋102的厚度可以在1/8至1/4英寸(大約3.18至6.35厘米)之間。窗蓋102可以固定在窗蓋支座104液冷式燃燒攝像機(jī)裝置100可以具有三管同心結(jié)構(gòu)，可以包括外攝像管106、中間攝像管108和內(nèi)攝像管110。這種三管同心結(jié)構(gòu)可以用不銹鋼、鉻鎳鐵合金或本技術(shù)領(lǐng)域中已知的其它類似材料制成。這些管子的尺寸使得內(nèi)攝像管110能夠裝配在中間攝像管108中，而中間攝像管108能夠裝配在外攝像管106中。而且，當(dāng)組裝起來時(shí)，三管同心結(jié)構(gòu)的尺寸應(yīng)允許內(nèi)攝像管110外半徑與中間攝像管108內(nèi)半徑之間，以及中間攝像管108外半徑與外攝像管106內(nèi)半徑之間留有空隙?？障缎纬稍试S流體經(jīng)過的通道。
窗蓋支座可以通過焊接或本技術(shù)領(lǐng)域中已知的其它方法固定到外攝像管106的一端以形成整體部件。外攝像管106的另一端可以通過管子壓合接頭114連接并密封到攝像機(jī)裝配法蘭112上。攝像機(jī)裝配法蘭112可以包括能夠?qū)⒐茏訅汉辖宇^114裝配其中的中心孔116。如下面參考圖2和3的更詳細(xì)介紹，攝像機(jī)裝配法蘭112還可以包括以某種特殊方式引導(dǎo)液體流過的內(nèi)部通道。攝像機(jī)裝配法蘭112還可以包括若干個(gè)孔118，能夠用螺栓120通過孔將液冷式燃燒攝像機(jī)100裝配到要求的位置。攝像機(jī)裝配法蘭112可以用不銹鋼、鉻鎳鐵合金或本技術(shù)領(lǐng)域中已知的其它類似材料制成。
中間攝像管108可以通過焊接或其它方法連接到上殼體122以形成整體部件。上殼體可以用不銹鋼、鉻鎳鐵合金或本技術(shù)領(lǐng)域中已知的其它類似材料制成。上殼體122可以包括入口124和出口126。入口124連接在入口接頭128，從而使入口124與輸送軟管(未示出)相連?？梢杂帽?未示出)使加壓液體通過輸送軟管流通到入口124。這種泵可以是本技術(shù)領(lǐng)域中已知的任何一種泵如離心泵、往復(fù)泵或其它類似的泵和流體輸送裝置。出口126可以連接在出口接頭130，從而使出口126與排出軟管(未示出)相連。如下面參考圖2和3的更詳細(xì)介紹，上殼體122還可以包括以某種特殊方式引導(dǎo)水流從流過的內(nèi)部通道。
上殼體122的入口內(nèi)部通道202可以將水流從入口124引導(dǎo)到內(nèi)攝像管110外半徑與中間攝像管108內(nèi)半徑之間的空隙中。上殼體122的出口通道132可以將冷卻液流從設(shè)置在攝像機(jī)裝配法蘭112的連接通道204引導(dǎo)到出口126。連接通道204可以將冷卻液流從中間攝像管108外半徑與外攝像管106內(nèi)半徑之間的空隙引導(dǎo)到出口通道132。上殼體122可以通過O型圈134密封到攝像機(jī)裝配法蘭112。攝像機(jī)裝配法蘭112的連接通道204可以通過O型圈136密封到上殼體122的出口通道132。通過在可統(tǒng)稱為裝置殼體的攝像機(jī)裝配法蘭112和上殼體122加工出這些冷卻通道，可以減小設(shè)備的總體尺寸，由于工業(yè)燃燒設(shè)備的觀測和試驗(yàn)設(shè)備具有安裝空間限制，這是十分重要的。
在使用時(shí)，攝像機(jī)支座138可以支承和對準(zhǔn)攝像機(jī)103于窗蓋102附近，其中所述攝像機(jī)可以是電荷耦合器件攝像機(jī)。電荷耦合器件攝像機(jī)103可以從本技術(shù)領(lǐng)域已知類型的攝像機(jī)中選擇。若干個(gè)螺絲139可以將電荷耦合器件攝像機(jī)103牢固地固定在攝像機(jī)支座138的適當(dāng)位置。攝像機(jī)支座138可以焊接或通過本技術(shù)領(lǐng)域中已知的其它方法連接到內(nèi)攝像管110的一端。接著CCD攝像機(jī)的攝像機(jī)電纜140可以向上穿過內(nèi)攝像管110并引導(dǎo)到供水軟管，在那里離開燃?xì)廨啓C(jī)與本技術(shù)領(lǐng)域中已知的攝像成像器材(未示出)相連，于是可以檢查和記錄CCD攝像機(jī)103所觀察到的圖像。這種方法可以使電荷耦合器件攝像機(jī)103非常接近于燃燒火焰，幾乎沒有光衰減，這樣能夠產(chǎn)生明亮、干凈和清晰的燃燒過程圖像，同時(shí)還能夠防止低溫電荷耦合器件攝像機(jī)103和攝像機(jī)電纜140受到高溫渦輪機(jī)環(huán)境的影響。
內(nèi)攝像管110的另一端可以固定到四螺栓法蘭141。四螺栓法蘭141可以與上殼體122頂面的孔對齊然后用螺栓142安裝，這樣裝配起來后，就可以利用機(jī)械方法使內(nèi)攝像管110對準(zhǔn)并固定在上殼體122和中間攝像管108內(nèi)。
上攝像機(jī)法蘭144和O型圈146可以布置在四螺栓法蘭141上面，并與若干個(gè)密封螺栓148，共同將裝置密封和拉緊。密封螺栓148可以穿過上攝像機(jī)法蘭144中的孔150和上殼體122中的孔152，插入攝像機(jī)裝配法蘭112頂面的螺紋孔(未示出)內(nèi)。通過將裝置拉緊，密封螺栓148還可以利用機(jī)械方法使中間攝像管108對準(zhǔn)并固定在外攝像管106中。所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到可以用其它已知的方法將裝置密封和拉緊。
這種液冷式燃燒攝像機(jī)100的設(shè)計(jì)方案能夠高效地組裝和維修設(shè)備。舉例來說，如果窗蓋102損壞，通過將外攝像管106從管子壓合接頭114拆下，然后換上新的窗蓋102/窗蓋支座104/外攝像管106組件，能夠高效地進(jìn)行更換。
而且，使用釬焊石英窗蓋102可以省去帶螺紋的機(jī)械連接件，從而使攝像機(jī)殼體的直徑減小到1英寸(大約2.54厘米)以下，攝像機(jī)殼體通常包括窗蓋102、窗蓋支座104或類似部件。將石英釬焊到金屬支座可以使石英與金屬熔合在一起，從而形成氣密密封。因此，可以不需要將石英約束/固定到金屬上的機(jī)械緊固件，這樣可以減小裝置的尺寸。這種釬焊石英方法還可以省去在高溫和高壓環(huán)境下通常需要經(jīng)常進(jìn)行維修的高溫墊圈或密封圈。也就是說，通過釬焊石英方法形成的密封可省去對墊圈或其它密封圈的需求。
還有，攝像機(jī)支座138/內(nèi)攝像管110/四螺栓法蘭141組件能夠高效地安裝和更換電荷耦合器件攝像機(jī)103。在從上殼體122中取出內(nèi)攝像管110的情況下，通過將內(nèi)攝像管110向下插入攝像機(jī)支座138然后擰緊三個(gè)螺絲139可以安裝電荷耦合器件攝像機(jī)103。然后可以將內(nèi)攝像管110插入上殼體122并用密封螺栓148固定就位。使用時(shí)，液冷式燃燒攝像機(jī)裝置100可以通過冷卻液的內(nèi)部流動來保護(hù)和冷卻處于工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)高壓和高溫環(huán)境中的電荷耦合器件攝像機(jī)103。水比空氣更強(qiáng)的冷卻能力使得攝像機(jī)殼體的尺寸能夠減小。雖然在此實(shí)例中所介紹的冷卻液是水，但是也可以使用其它液體。
如圖3所示，通過連接到入口接頭128的金屬軟管(未示出)，冷卻水可以從渦輪機(jī)的外面經(jīng)由入口124進(jìn)入上殼體122。水泵(未示出)可以通過金屬軟管輸送加壓水流。輸送的水壓力在10至80磅/平方英寸之間，而流量大約為5到30加侖/秒(近似0.32到1.89升/秒)。冷卻水接著可以通過入口內(nèi)部通道202流至由內(nèi)攝像管110外半徑和中間攝像管108內(nèi)半徑確定的空隙。然后水可以在此空隙中向下流到窗蓋102。當(dāng)冷卻水到達(dá)窗蓋102時(shí)，窗蓋102可以使水流方向改變180度，因此冷卻水被引導(dǎo)到由中間攝像管108外半徑和外攝像管106內(nèi)半徑確定的空隙中。冷卻水接著可以在此空隙中流回?cái)z像機(jī)裝配法蘭112。在攝像機(jī)裝配法蘭112，冷卻水可以引導(dǎo)到攝像機(jī)裝配法蘭112中通過機(jī)械加工形成的連接通道204內(nèi)。
冷卻水可以從連接通道204引導(dǎo)到上殼體122中的出口通道132。冷卻水接著可以經(jīng)出口通道132流至出口126和出口接頭130，通過連接到出口接頭130的金屬軟管(未示出)被排出。通過這種方式，不用將任何冷卻劑排放到燃燒室中就可以冷卻攝像機(jī)103，將冷卻劑排放到燃燒室中會影響燃燒過程。冷卻劑在進(jìn)入裝置時(shí)大約為80華氏度(近似26.7攝氏度)，而在離開時(shí)大約為92華氏度(近似33.3攝氏度)。通過這種方式進(jìn)行冷卻，液冷式燃燒攝像機(jī)100可以工作在壓力通常超過350磅/平方英寸而溫度超過900華氏度(近似482.2攝氏度)的工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)中。
如圖5所示，離開裝置的冷卻水接著可以利用水泵502、熱交換器504以及本技術(shù)領(lǐng)域中已知的其它裝置和閥門(未示出)進(jìn)行再循環(huán)，從而形成閉環(huán)冷卻系統(tǒng)。在熱交換器504，冷卻水可以將流經(jīng)燃燒攝像機(jī)裝置100所吸收的能量可以發(fā)散，然后通過水泵502使冷卻水在燃燒攝像機(jī)裝置100中再循環(huán)。所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道其它也可以滿足熱傳遞的方法。
顯然上述說明只是涉及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，因此在不脫離由所附權(quán)利要求及其等效形式限定的本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以作出很多修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種液冷式攝像機(jī)裝置(100)，包括用于觀察工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒過程的攝像機(jī)(103)，其包括三管同心組件(106、108、110)；和布置在所述三管同心組件(106、108、110)第一端的窗蓋(102)；其中，所述攝像機(jī)(103)靠近所述窗蓋(102)的后面布置，且所述三管同心組件(106、108、110)在所述管子之間形成通道，用于將冷卻劑流從入口(124)引導(dǎo)到所述攝像機(jī)(103)以及從所述攝像機(jī)(103)引導(dǎo)到出口(126)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液冷式燃燒攝像機(jī)(100)，其特征在于，所述冷卻劑是水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液冷式燃燒攝像機(jī)(100)，其特征在于，所述窗蓋(102)的寬度不超過1英寸(2.54厘米)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液冷式燃燒攝像機(jī)(100)，其特征在于，所述窗蓋(102)是圓柱形的，其直徑不超過1英寸(2.54厘米)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液冷式燃燒攝像機(jī)(100)，其特征在于，所述窗蓋(102)包括釬焊石英。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液冷式燃燒攝像機(jī)(100)，其特征在于，還包括液體循環(huán)機(jī)構(gòu)(502)，用于將冷卻液流輸送至所述入口(124)以及從所述出口(126)排出冷卻液流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液冷式燃燒攝像機(jī)(100)，其特征在于，還包括連接到三管同心組件(106、108、110)第二端的殼體(112、122)；其中，所述殼體(112、122)包括連接到供應(yīng)軟管的入口(124)以及連接到排放軟管的出口(126)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的液冷式燃燒攝像機(jī)(100)，其特征在于，所述殼體(112、122)包括若干個(gè)殼體通道，用于將所述水流從所述入口(124)引導(dǎo)到所述三管同心組件(106、108、110)以及從所述三管同心組件(106、108、110)引導(dǎo)到出口(126)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液冷式燃燒攝像機(jī)(100)，其特征在于，所述三管同心組件(106、108、110)包括內(nèi)攝像管(110)、中間攝像管(108)和外攝像管(106)；且其中，所述內(nèi)攝像管(110)布置在所述中間攝像管(108)內(nèi)形成第一冷卻劑通道，所述中間攝像管(108)布置在所述外攝像管(106)內(nèi)形成第二冷卻劑通道。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的液冷式燃燒攝像機(jī)(100)，其特征在于，第一殼體通道(202)將所述冷卻劑流從所述入口(124)引導(dǎo)到所述第一冷卻劑通道，第二殼體通道(132)將所述冷卻劑流從所述第二冷卻劑通道引導(dǎo)到所述出口(126)。
全文摘要
一種液冷式攝像機(jī)裝置(100)，包括用于觀察工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒過程的攝像機(jī)(103)，所述裝置還包括三管同心組件(106、108、110)以及布置在三管同心組件第一端的窗蓋(102)。攝像機(jī)(103)可以靠近窗蓋(102)的后面布置。三管同心組件(106、108、110)能夠在管子之間形成通道，用于將冷卻劑流從入口(124)引導(dǎo)到攝像機(jī)(103)以及從攝像機(jī)(103)引導(dǎo)到出口(126)。所述冷卻劑可以是水。所述窗蓋(102)可以是圓柱形的，其直徑可以不超過1英寸(2.54厘米)。窗蓋(102)可以是釬焊石英件。
文檔編號H05K7/20GK1945124SQ20061013959
公開日2007年4月11日 申請日期2006年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月20日
發(fā)明者D·L·威廉遜 申請人:通用電氣公司