(57)【要約】  オンライン光学検査およびモニタリングシステムは、燃焼器ハウジング内の既存のマンウェイサービスアクセスの外側に取り付けられる。光学窓を有する交換マンウェイカバーは、燃焼器ハウジングに取り付けられる。カメラ視野（ＦＯＶ）がマンウェイカバー光学窓を通り配向されるように、１または複数の光学カメラが配向される。カメラＦＯＶは、自動移動制御システムなどの制御により燃焼部内の複数の位置に動かされ、画像が撮像される。多数の画像は、結合されて、燃焼部内の移行部全体の画像を含むことができる複合画像を形成する。可視画像および／または赤外線（ＩＲ）熱画像を取得することができる。熱画像情報は、構成要素の温度と関連付けられる。画像情報は、画像化された構成要素の振動特性を決定するために用いられる。
2015528558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
産業用ガスタービン燃焼部のオンライン光学運転モニタリングのための方法であって、
光学窓を有するマンウェイカバーを燃焼部サービスマンウェイに連結するステップと、
ＦＯＶが前記燃焼部内の関心のある領域の画像を取得することができるように、マンウェイの外側に配置された光学カメラの視野（ＦＯＶ）を前記光学窓を通って配向するステップと、
前記カメラＦＯＶを前記燃焼部内の複数の位置に動かし、かつ各位置におけるそれぞれの画像を取得するステップと、
前記それぞれの取得画像を複合画像に結合するステップと、
を備える、方法。
【請求項２】
複合画像を形成するために、前記カメラＦＯＶを燃焼部移行部の長さに沿って、その入口および出口の間で動かすステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
取得画像赤外線強度と温度を相関させることによって、赤外線カメラＦＯＶ内の関心のある領域の温度を遠隔モニタリングするステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記相関ステップは、取得されたＦＯＶ画像強度と黒体強度の較正データを比較するステップ、および前記較正データを前記ＦＯＶ内の前記関心のある領域に関連する独立して得られる温度情報で微調整するステップによって行われる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記較正ステップは、前記燃焼部内の熱電対または既知の放射物体から温度情報を得るステップによって行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
可視光スペクトルカメラＦＯＶ内の関心のある領域の可視画像を遠隔モニタリングするステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記関心のある領域の相対運動をモニタリングし、かつ運動を振動周波数と相関させることによって、前記可視光スペクトルカメラＦＯＶ内の関心のある領域を遠隔振動モニタリングするステップをさらに備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
共有される共通の光学経路ビームスプリッターに連結された赤外線カメラおよび可視光スペクトルカメラで前記ＦＯＶを同時モニタリングするステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ＦＯＶを配向するステップが前記光学カメラに連結された自動移動制御システムによって行われ、該自動移動制御システムは、前記カメラを自動的に配置し、かつ前記燃焼部内の選択された経路に沿って画像を取得する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記自動移動制御システムによって、燃焼部移行部の長さに沿ってその入口および出口の間に前記カメラＦＯＶを自動的に位置決めするステップと、複合画像を形成するために画像を取得するステップとを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記マンウェイの外側の容器内の前記カメラおよび関連するモニタリングシステム構成要素を隔離することによってこれらを冷却するステップと、前記容器内の冷却流体を循環するステップとを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
産業用ガスタービン燃焼部のためのオンライン光学運転モニタリングシステムであって、
燃焼部サービスマンウェイに連結するよう構成された、光学窓を有するマンウェイカバーと、
前記光学窓を通り向けられる視野（ＦＯＶ）を有するマンウェイの外側に配置された光学カメラであって、それにより前記ＦＯＶが前記燃焼部内の関心のある領域の画像を取得することができる、光学カメラと、
前記カメラＦＯＶを前記燃焼部内の複数の位置に動かすための、前記カメラに連結された移動制御駆動システムと、
前記移動制御駆動システムによって前記カメラを配置させ、かつ各位置においてそれぞれの画像を取得するための、前記移動制御システムおよび前記カメラに連結された制御システムと、
前記それぞれの取得画像を複合画像に結合するための画像処理システムと、
を備える、システム。
【請求項１３】
ＦＯＶ画像強度を取得することが可能な赤外線カメラと、取得画像強度と温度を相関させることが可能な前記画像処理システムを備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記画像処理システムが取得ＦＯＶ画像強度を黒体強度放射／温度較正値と比較し、かつ前記較正を前記カメラＦＯＶ内の熱電対または既知の放射物体から得られる温度情報で調整することによって、前記相関が行われる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
可視画像を取得するための可視光スペクトルカメラを備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
遠隔振動モニタリングシステムを備え、前記画像処理システムが前記関心のある領域の相対運動をモニタリングし、かつ運動を振動周波数と相関させる、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
共有の共通光学経路ビームスプリッターに連結された赤外線カメラおよび可視光スペクトルカメラを備え、両方のカメラは、同じ共有のＦＯＶを有する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
カメラは、前記制御システムに連結されたそれぞれの遠隔焦点調節システムを有する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記移動制御駆動システムがカメラＦＯＶ並進移動軸、ロール動作軸およびピッチ動作軸を備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記制御システムは、前記移動制御システムによって、選択された経路に沿って前記カメラＦＯＶを自動的に位置決めし、かつ複合画像を形成するために画像を取得する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２１】
前記制御システムは、前記自動移動制御システムによって、燃焼部移行部の長さに沿ってその入口および出口の間に前記カメラＦＯＶを自動的に位置決めし、かつ複合画像を形成するために画像を取得する、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記カメラおよび移動制御システムを囲む、前記マンウェイの外側の冷却容器と、前記容器内の冷却流体を循環するために前記容器に連結された冷却システムとをさらに備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２３】
産業用ガスタービン燃焼部のためのオンライン光学運転モニタリングシステムであって、
燃焼部サービスマンウェイに連結するよう構成された、光学窓を有するマンウェイカバーと、
共有の共通光学経路ビームスプリッターに連結された対の赤外線カメラおよび可視光スペクトルカメラであって、両方のカメラは、同じ共有の視野（ＦＯＶ）を有し、前記共有のＦＯＶが前記光学窓を通り向けられる状態で、前記カメラはマンウェイの外側に配置され、それにより前記ＦＯＶは、前記燃焼部内の関心のある領域の画像を取得することができる、対の赤外線カメラおよび可視光スペクトルカメラと、
各カメラに連結されたそれぞれの遠隔焦点調節システムと、
並進移動軸、ロール動作軸、およびピッチ動作軸に沿って前記カメラＦＯＶを前記燃焼部内の複数の位置に動かすために、前記カメラおよびビームスプリッターに連結された移動制御駆動システムと、
前記移動制御駆動システムに選択された経路沿って前記ＦＯＶを位置決めさせ、かつ各位置においてそれぞれの画像を取得させるために、前記移動制御システム、前記それぞれの遠隔焦点調節システム、および前記それぞれのカメラに連結された制御システムと、
前記それぞれの取得画像を複合画像に結合するための画像処理システムであって、前記複合画像は、前記赤外線カメラによって取得された画像強度情報から得られた温度情報と、前記可視光スペクトルカメラによって取得された動作情報から得られた振動周波数情報とを含むことができる、画像処理システムと、
前記カメラおよび移動制御システムを囲む、前記マンウェイの外側の冷却容器と、前記容器内の冷却流体を循環するための前記容器に連結された冷却システムと、
を備える、オンライン光学運転モニタリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、参照により本明細書に組み込まれる「On-Line Monitoring Of The Cold Side Of Gas Turbine Transitions」と題する2012年8月23日出願の同時係属中米国特許仮出願第61/692,416号の利益を主張する。
【０００２】
本願は、「System For Remote Vibration Detection On Combustor Basket And Transition In Gas Turbines」と題する2012年8月22日出願の共同所有の同時係属中米国特許出願第13/591,635号全体を参照により本明細書に組み込んでいる
【０００３】
技術分野
【０００４】
本発明は、ガスタービン燃焼器部分内のオンライン光学モニタリングに関し、より具体的には光学窓を有するマンウェイカバーのマンウェイ燃焼器サービス点検アクセスの外側に１または複数の光学カメラを据付ける光学システムおよび検査方法に関する。外部カメラ視野は、光学窓を通り配向され、かつ移行部などの燃焼器部分の内部部品の画像を取り込む。画像情報は、燃焼器部分内の１または複数の観察可能な構造の状態、振動および／または温度分布の検査、モニタリング、および／またはマッピングに使用される。
【背景技術】
【０００５】
ガスタービン燃焼器部分内の、特に移行部構成要素の定常状態および一時的な温度および／または振動特性のモニタリングは、タービン設計、妥当性確認および運転のために望ましいツールである。これらの構成要素は、燃焼ガスダイナミクスによって引き起こされる温度および振動の一時的な励起の影響を受けやすい。効率および排出基準が与えられた場合、効率を維持し、排出基準を満たし、かつおよび不所望の燃焼ダイナミクス特性による振動性および／または熱的損傷を回避するために、ガスタービンの運転は、設計および運転手法のバランスをとることが必要である。したがってガスタービンエンジン設計および次の現場での運転中に、一時的な状態または定常状態であろうと、移行部などの燃焼器部品を損傷し得る燃焼熱および振動特性の一方、または両方をモニタリングすることが有益である。
【０００６】
特に、燃焼器において局所圧力および温度状態が与えられた場合、器具を用いた燃焼器移行部のオンラインの振動および熱モニタリングは、困難である。既知の燃焼特性モニタリング計装は、温度および／または燃焼特性に伴う温度変化に関連する燃焼器内に配向される単一の熱電対または熱電対配列を含む。しかし、熱電対の配列が個別の位置における局部的な温度情報を提供するのみであるとしても、熱電対がない燃焼器の他の位置における温度状態を決定することを必ずしも推定することはできない。燃焼器部分に組み込まれたオンラインモニタリング器具は、燃焼器部分の外側の周囲条件よりも大きな温度および圧力環境にさらされる。組み込まれた器具は、熱い加圧燃焼ガスからの損傷の影響を受けやすく、潜在的なサービス信頼性、および寿命を低減する。故障した組み込まれた器具は、これらの除去または交換を容易にするためにエンジンを停止−つまりサービス障害−する必要がある。
【０００７】
他の既知ガスタービン燃焼器部分温度および振動モニタリング計装は、モニタリングされる場所の局所的な特性決定する。しかし、熱電対配列を用いるため、個別の位置において得られた局部的な情報は、他の燃焼器位置における類似した情報の決定を必ずしも推定することはできない。例示的な既知の局部的な温度および振動モニタリング計装センサは、組み込まれた圧力変換器(例えば圧電変換器)、組み込まれ、かつ外側に取り付けられた加速度計、および炎の輝度を燃焼熱音響振動特性に関連付ける光学システムを含む。前に引用した「System For Remote Vibration Detection On Combustor Basket And Transition In Gas Turbines」と題する、2012年8月22日出願の共同所有の継続中米国特許出願第13/591,635号は、燃焼器部分の内面で光子を反射し、かつ反射を内部の振動特性に関連付ける外側に取り付けられたフォトニック送信機および受信機に対するものである。外側に取り付けられた送信機および受信機は、検査ポート等に取り付けられた光学窓を通じて光子を通過させる。後方散乱、回折、または位相ドップラー原理を利用する他のレーザー光学センサが燃焼器内の冷却水噴射内容および液滴分布をモニタリングするために提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、例えば燃焼器移行部の長さに沿った燃焼器部分内の１または複数の可視画像、振動および／または温度分布の検査、モニタリングおよび／またはマッピングが可能なオンラインのガスタービン燃焼器部分の光学画像モニタリングシステムが求められている。
【０００９】
さらに、ハウジング構造を変更することなくガスタービン燃焼器の外側に取り付けられるオンラインガスタービン燃焼器部分の光学画像モニタリングシステムが求められている。
【００１０】
さらに、単一の視点から燃焼器部分のほとんどの長さに沿って画像情報をスキャンし、かつ集めるオンラインガスタービン燃焼器部分の光学画像モニタリングシステムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、燃焼器移行部などの燃焼器部分の長さに沿った１または複数の可視画像、振動および／または温度分布の検査、モニタリング、および／またはマッピングが可能なオンラインガスタービン燃焼器部分の光学画像モニタリングシステムを作成することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、ハウジング構造を変更することなくガスタービン燃焼器の外側に取り付けられるオンラインガスタービン燃焼器部分の光学画像モニタリングシステムを作成することである。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、単一の視点から燃焼器部分のほとんどの長さに沿って画像情報をスキャンし、かつ集めるオンラインガスタービン燃焼器部分の光学画像モニタリングシステムを作成することである。
【００１４】
これらの、および他の目的は、本発明による、燃焼器ハウジング内の既存のマンウェイサービスアクセスの外側に取り付けられたオンライン運転ガスタービン燃焼部の光学検査およびモニタリングシステムによって達成される。光学窓を有する交換マンウェイカバーは、燃焼器ハウジングに取り付けられる。カメラ視野（ＦＯＶ）がマンウェイカバー光学窓を通り配向されるように、１または複数の光学カメラが配向される。カメラＦＯＶは、自動移動制御システムなどの制御により燃焼部内の複数の位置に動かされ、画像が撮像される。多数の画像は、結合されて、燃焼部内の移行部全体の画像を含むことができる複合画像を形成する。可視画像および／または赤外線（ＩＲ）熱画像を取得することができる。熱画像情報は、既知の放射率塗装または他の視野（ＦＯＶ）熱電対などの測定器具を用いたカメラの較正から得られる実際の温度情報と相関させることができる。移行部などの構成要素の複合熱画像は、重複する視野によって共に画像をつなぎ合わせて作ることができる。画像化された構成要素の振動特性、酸化の存在を決定し、視野内の構成要素の視覚検査を行うために、可視画像情報を利用することができる。
【００１５】
実施形態は、産業用ガスタービン燃焼部のオンライン光学運転モニタリングのための方法を特徴とする。方法は、光学窓を有するカスタムマンウェイカバーを燃焼部サービスマンウェイに連結するステップを備える。マンウェイの外側に配置される光学カメラは、光学窓を通って観察するように配向され、それにより、燃焼部内の関心のある領域の画像を取得することが可能となる。カメラＦＯＶは、燃焼部内の複数の位置に動かされ、それぞれの位置の位置において画像が撮像される。取得画像は、複合画像に結合される。カメラＦＯＶは、燃焼部移行部の長さに沿ってその入口および出口の間で動かされて、その複合画像を形成する。関心のある領域の遠隔温度モニタリングが較正済み赤外線カメラによって行われる。また関心のある領域の相対運動をモニタリングし、動きを変位に相関させることにより、空間的に較正された可視カメラによって関心のある領域の遠隔振動モニタリングを行うことができる。振動周波数を決定するために、高速フーリエ変換または離散フーリエ変換を既知のフレームレートで使用することができる。赤外線および可視カメラの両方を同時に利用することができる。カメラは、ビームスプリッターによって提供された共有の共通光学経路を利用することができ、両方のカメラからの画像を重ねることができる。自動移動およびカメラ制御システムの制御によって画像を得ることができる。光学モニタリングシステムは、冷却システム容器内に望ましく保持される。
【００１６】
他の実施形態は、産業用ガスタービン燃焼部のオンライン光学運転モニタリングシステムに対するものであり、該システムは、燃焼部サービスマンウェイに連結するよう構成された、光学窓を有するマンウェイカバーと、マンウェイの外側に配置された光学窓を通り配向される視野（ＦＯＶ）を有する光学カメラとを備え、それにより、ＦＯＶは、燃焼部内の関心のある領域の画像を取得することが可能となる。システムはまた、燃焼部内の複数位置にカメラＦＯＶを移動させるための、カメラに連結された移動制御駆動システムと、移動制御システムおよびカメラに連結された制御システムを備えて、移動制御駆動システムによってカメラを位置決めさせ、各位置におけるそれぞれの画像を取得させる。画像処理システムは、それぞれの取得画像を複合画像に結合する。
【００１７】
さらに他の実施形態は、産業用ガスタービン燃焼部のためのオンライン光学運転モニタリングシステムに対するものであり、燃焼部サービスマンウェイに連結するよう構成された、光学窓を有するマンウェイカバーを備える。対の赤外線カメラおよび可視光スペクトルカメラは、両方カメラが同じ共有視野（ＦＯＶ）を有する状態で共有の共通光学経路ビームスプリッターに連結される両方のカメラは、共有のＦＯＶが光学窓を通り配向される状態でマンウェイの外側に配置され、両方のカメラは、燃焼部内の関心のある同じ領域の画像を取得することが可能となる。それぞれの遠隔焦点調節システムが各カメラに連結される。共有のカメラＦＯＶを並進移動軸、ロール動作軸およびピッチ動作軸に沿って燃焼部内の複数の位置に動くかすために、移動制御駆動システムがカメラおよびビームスプリッターに連結される。制御システムは、移動制御システム、それぞれの遠隔焦点調節システムおよびそれぞれのカメラに連結され、移動制御駆動システムは、選択された経路に沿ってＦＯＶを位置決めし、かつ各位置におけるそれぞれの画像が取得される。画像処理システムは、それぞれの取得画像を複合画像に結合し、該複合画像は、赤外線カメラによって取得された画像強度情報に由来する温度情報および可視光スペクトルカメラによって取得された動作情報に由来する振動周波数情報を含むことができる。マンウェイの外側の冷却容器は、カメラおよび移動制御システムを囲む。空気調和装置などの冷却システムが容器内の冷却流体を循環させるために容器に連結される。
【００１８】
本発明の目的および特徴は、当業者によって、共同でまたはいくつかの組み合わせ、または部分的な組み合わせで適用され得る。
【００１９】
本発明の教示は、添付図面と関連する以下の詳細な説明を考慮することにより容易に理解できるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の例示的なオンライン光学運転モニタリングシステムの概略斜視図を示す。
【図２】燃焼タービン移行部の検査を行う図１の例示的なオンライン光学運転モニタリングシステムの概略軸方向正面図を示す。
【図３】燃焼タービン移行部の検査を行う図２の例示的なオンライン光学運転モニタリングシステムの３−３に沿った概略半径方向断面図を示す。
【図４】本発明のオンライン光学運転モニタリングシステムで使用する光学窓および照明ポートを有するマンウェイカバーの平面図である。
【図５】５−５に沿った図４のマンウェイカバーの立面断面図である。
【図６】鎖線で示されるカメラシステムおよびそのカバーと共に本発明のオンライン光学運転モニタリングシステムにおいて使用される例示的な運動制御システムの概略斜視図である。
【図７】本発明のオンライン光学運転モニタリングシステムと共に使用される例示的なカメラシステムの正面図である。
【図８】本発明のオンライン光学運転モニタリングシステムと共に使用される例示的な制御システムの概略ブロック図である。
【００２１】
理解を促進するために、可能な場所では、図に共通の同一の部材を示すために同一の 参照符号が使用される。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下の説明を考慮した後では、オンライン運転ガスタービン燃焼部の光学検査および好都合に既存の燃焼器ハウジングを改良することなく燃焼器ハウジング内の既存のマンウェイ（man way）サービスアクセスの外側に取り付けられたモニタリングシステムにおいて本発明の教示が容易に利用可能であることを当業者は明確に理解するだろう。光学窓を有する交換マンウェイカバーは、燃焼器ハウジングに取り付けられる。カメラ視野（ＦＯＶ）がマンウェイカバー光学窓を通って燃焼部内部を観察するように向けられるように、１または複数の光学カメラは、燃焼器ハウジングの外部で配向される。カメラＦＯＶは、自動移動制御システムの制御などにより、燃焼部内の複数の位置に動かされ、画像が撮像される。多数の画像は、画像処理システムにおいて結合され、一例として燃焼部内の移行部全体の画像を含むことができる複合画像を形成する。可視画像および／または赤外線（ＩＲ）熱画像を撮像することができる。熱画像情報は、熱電対などの他の測定器具から得られる実際の温度情報に関連付けることができ、移行部などの構成要素の複合熱画像を作ることができる。画像化された構成要素の振動特性を決定するために画像情報を利用することができる。
【００２３】
図１〜図３は、マンウェイ２２サービスアクセスポートを含む例示的な燃焼部ケーシングまたはハウジング２０ａを示す。交換マンウェイカバー２４は、留め具（図示せず）によってマンウェイアクセスポート２２に連結され、かつ光学窓２６を含む。マンウェイカバー２４は、燃焼部を周囲環境から隔離する。オンライン光学モニタリングシステム３０は、システムをガスタービン燃焼部ハウジング２０を囲む比較的熱い周囲環境から隔離するために外部冷却容器３２および容器内に冷却流体を供給する冷却システム３４を好ましく含み。適切な冷却システムは、可搬式空気調和システムである。１または複数のカメラを含む光学カメラシステム４０は、マンウェイカバー２４に対して配向されるため、カメラ視野（ＦＯＶ）は、マンウェイカバー光学窓２６を通り配向される。カメラシステムＦＯＶは、燃焼部内の複数の位置に動かされ、好ましくは自動移動制御システム５０の制御によって各所望の位置において画像が撮像される。例示的な移動制御システム５０は、並進移動軸ＸおよびＹ、ロール枢動軸Ｒおよびピッチ枢動軸Ｐの４軸に沿って動くことが可能である。他の移動軸を追加、または描かれる例示的な軸と置換することができる。
【００２４】
例示的な燃焼器移行部２８が図２および図３に示される。撮像された画像は、画像処理システムにおいて処理され、画像処理システムは、移行部２８の複合画像を含む１または複数の複合画像を形成するためにそれぞれの撮像された画像を結合することができる。図３に示すように、自動移動制御システム５０によってカメラシステム４０を選択的に並進および枢動させることによって、２つの移行部２８を光学窓２６を通じてスキャンし、同時に画像化することができる。ガスタービンが運転している場合、移行部２８は、燃焼ガスによって加熱され、かつ周波数ｆで振動する。熱電対Ｔまたは複数の熱電対配列が燃焼器バスケットまたは移行部２８内に（図示されるように）取り付けられ、ケーブル７８を介してシステム制御ステーション７０に局部的な温度情報をそれぞれ提供する。
【００２５】
図４および図５は、マンウェイ２２外部フランジに連結された、光学窓２６を有する例示的なマンウェイカバー２４を示す。マンウェイカバー２４はまた、可視カメラ検査と関連して使用される照明ランプ４９を受け入れるための１または複数のポート２８を有する。今度は取付板３６がマンウェイカバー２４、または光学窓２６を通過する光学検査システム３０視野の配向を容易にする任意の他の代替外部取付構造に連結される。
【００２６】
例示的な光学検査システム３０の移動制御システム５０が図６の斜視図に示される。モニタリングシステムカバー３２および空気調和冷却システム３４が鎖線で示される。移動制御システムの並進移動テーブル５１が取付板３６に連結される。Ｘ軸移動キャリッジ５２は、Ｘ軸に沿った動きを容易にする。同様にＹ軸移動キャリッジ５３は、Ｙ軸に沿った動きを容易にする。カメラシステムフレーム５４は、ローラー上の弓状のトラック５６に摺動可能に係合して、ロール軸Ｒに沿ったカメラシステムＦＯＶの枢動位置決めを容易にする。ピッチ弓状トラック５８が、カメラシステムフレーム５４に連結される。同様にカメラシステムは、ローラー上のピッチ弓状トラック５８に摺動可能に係合するカメラ取付基部４１（図７も参照）を有し、ピッチ軸Ｐに沿ったカメラシステムＦＯＶの枢動位置決めを容易にする。他の既知の移動制御部品および代替の移動軸を例示的な移動制御システム５０と置換することができる。それぞれの移動制御位置決め駆動部６０，６２，６４および６６は、それぞれのロール（Ｒ）動作軸、ＸおよびＹ並進移動軸、およびピッチ（Ｐ）動作軸に沿ったカメラシステム４０およびその視野の選択的な位置決めを容易にする。
【００２７】
例示的なカメラシステム４０が図７に示される。光学経路ＯＰに沿ったカメラＦＯＶの向きを選択するために、カメラ取付基部４１が移動制御システム５０に連結される。１または複数の光学カメラがカメラ取付基部４１に連結され、それぞれ個別の光学経路および視野を分離することができる。この例示的なカメラシステム４０において、一対の可視光スペクトルカメラ４２および赤外線ＩＲスペクトルカメラ４４は、「コールドミラー」などの光ビームスプリッター４６を通る共通の光学経路ＯＰおよびＦＯＶを共有し、ビームスプリッターは、可視スペクトルを反射し、かつ赤外線スペクトルを伝播する。それぞれのカメラ４２，４４は、図式的に示されるそれぞれの遠隔焦点調節システム４３，４５を有する。電気機械システムまたは画像処理システムを有するソフトウェアによって遠隔の焦点調節を行うことができる。赤外線カメラは、カメラによって受信された赤外線強度を調整するために遠隔作動フィルタホイールを備える減光フィルタ４８を有する。
【００２８】
光学モニタリングシステム３０のための例示的な制御システムが図８に示されている。制御システム７０は、カメラシステム４０および移動制御システム５０と通信する産業用のプラグラム可能なロジックコントローラまたはパーソナルコンピュータなどの既知のコントローラ７１を利用する。より具体的には、コントローラ７１は、画像キャプチャおよび焦点コマンドをそれぞれの可視およびＩＲカメラ／焦点調節システム４２／４３および４４／４５に出し、およびそれらから撮像された画像を受信する。コントローラ７１は、ＩＲカメラが受ける赤外線強度を調整するためにＩＲカメラフィルタホイールを選択的に作動させる。また可視カメラを使用する場合照明ランプ４９を選択的に作動させ、かつＩＲカメラを使用する場合、ランプを停止する。コントローラ７１はまた、移動制御システム位置決め駆動部６０−６６に移動コマンドを出す。そのうえ、コントローラ７１は、１または複数の熱電対Ｔから直接または間接的に運転温度情報を受信する。任意に、空気調和冷却システム３４を制御するためにコントローラ７１を利用することができる。コントローラ７１コマンドおよび制御機能は、１または複数の既知のフィードバックループを利用することができる。コントローラ７１は、制御されたデバイス４２，４３，４４，４５，４８，６０−６６、任意に冷却システム３４または熱電対Ｔとケーブル７８を通じて通信するが、無線または光ファイバー通信を含む既知の通信経路の他のタイプを設置することができる。
【００２９】
コントローラ７１は、内蔵メモリまたは遠隔でアクセス可能なメモリ７４に記憶された非一時的な指示のソフトウェア指示セットにアクセスし、かつ実行するプロセッサ７２およびオペレーティングシステムを利用する。例示的な記憶された指示セットは、１または複数のカメラ画像取得および制御４０（例えば画像キャプチャ、カメラ焦点、ＩＲフィルタ調整および／またはランプ照明）、移動制御１５０、画像処理１６０、振動モニタリング１６５、温度モニタリング１７０および空気調和制御１３４機能を選択的に組み込む。制御システム７０は、通信装置７６を介して、１または複数のヒューマン−マシンインターフェース８０または遠隔装置８２（他のデータ処理システム、タービン運転制御システム、遠隔サービスモニタリングシステム、データ記憶装置等）と外部／遠隔通信が可能である。ハードワイヤード単一または双方向通信、データバス、インターネット、イントラネット、ＬＡＮおよび無線通信（例えばＷＬＡＮまたはＷＷＡＮ）を含む外部および遠隔の通信経路を利用することができる。
【００３０】
また本発明の制御システム７０は、様々な形のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、特別な目的のプロセッサ、またはそれらの組み合わせで実現できることを理解すべきである。上述のように、好ましくは本発明は、プログラム記憶装置に実体的に組み込まれた１または複数のプログラム指示セットとしてのソフトウェアで実現される。プログラムは、任意の適切な構造を備える機械にアップロードされ、実行されることができる。好ましくは、機械は、１または複数の中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、および入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェースなどのハードウェアを有するコンピュータプラットフォームで実現される。コンピュータプラットフォームはまた、オペレーティングシステムおよびマイクロ命令コードを含む。本明細書に記載される様々なプロセスおよび機能は、オペレーティングシステムを介して実行されるマイクロ命令コードの一部、またはプログラムの一部（またはその組み合わせ）のいずれかとすることができる。さらに、様々な他の周辺装置を追加的なデータ記憶装置、他の遠隔情報処理システムおよびヒューマン−マシンインターフェースなどのコンピュータプラットフォームに接続することができる。
【００３１】
また、添付図に描かれるいくつかの構成システム構成要素および方法ステップがソフトウェアにおいて好ましく実現されるため、本発明がプログラムされる方法に応じてシステム構成要素（またはプロセスステップ）間の実際の接続は、異なる場合があることが理解されるべきである。特に、任意のコンピュータまたは装置は、既存のまたは後に発見されるネットワーキング技術を用いて相互接続されることができ、かつまた全ては、社内ネットワーク、メトロポリタンネットワーク、またはインターネットなどのグローバルネットワークなどのより大きなネットワークシステムを介して接続されることができる。
【００３２】
画像処理を直接制御システム７０内で、または制御システムに連結された個別の画像処理システムで行うことができる。図２〜図３に示すような１または複数の燃焼部移行部２８の例示的な画像スキャンにおいて、制御システム７０は、移動制御システムが１または２つの隣接移行部の長さに沿ってカメラシステム４０ＦＯＶを配置するようにする。スキャン中、制御システム７０は、カメラシステム４０に画像品質の必要性に応じて焦点を変化させ、かつ移行部２８の長さに沿った画像スナップショットを取得させ、画像は後の分析のために記憶される。隣接する画像は、既知の画像処理ソフトウェアを用いて複合画像に結合される。熱ＩＲ複合画像は、ＩＲ強度における相対的な変化に基づいて移行部の長さに沿った温度変化をマッピングする。強度変化は、制御システム７０または個別の画像処理システムに記憶された黒体強度／温度データとＩＲ強度を比較することにより実際の温度と相関させる。黒体データ由来の温度は、スキャンＦＯＶ内、またはその近くで熱電対Ｔによって測定された実際の温度によって較正されるか、または表示ペイントまたは視野内に配置された既知の放射率を有する他の物体による放射率較正によって較正され、その後他に由来する温度を調整する。可視画像により、作業者は構造の欠陥のための移行部の検査を行うことができる。移行部振動周波数ｆは、異なる画像サンプル回数で得られる移行部外面上の参照マーカーの位置の変化を相関させることによって決定することができる。サンプルスキャンにおける位置変化は、移行部振動の動きによって生じるカメラおよび外面の間の向きの変化に起因する。振動の変化を移行部２８の長さに沿ってマッピングすることができる。
【００３３】
本発明の教示を組み込んだ様々な実施形態が示され、本明細書で詳細に説明されたが、当業者はなおもこれらの教示を組み込んだ多くの他の変更された実施形態を容易に考案するだろう。本発明は、その適用において、明細書に説明された、または図面に示された例示的な詳細な実施形態の構造および構成要素の配置に限定されない。本発明は、他の実施形態が可能であり、また様々な方法で実施または実行可能である。また、本明細書に使用される表現および専門用語は、説明を目的としており、限定を意図するものではないことを理解すべきである。本明細書における「含む(including)」、「備える(comprising)」または「有する(having)」およびその変化形の使用は、以下に列挙される項目およびその等価物並びに追加の項目を包含することを意味する。特定または限定されない限り、「取り付けられた(mounted)」「接続された(connected)」「支持された(supported)」および「連結された(coupled)」という語句およびその変化形は、広い意味で使用され、直接および間接的な取り付け、接続、支持、および連結を包含する。さらに、「接続された(connected)」および「連結された(coupled)」は、物理的または機械的な接続または連結に限定されない。
【符号の説明】
【００３４】
２０  ハウジング
２４  マンウェイカバー
２６  光学窓
２８  移行部
３０  光学モニタリングシステム
３４  冷却システム
３６  取付板
４０  カメラシステム
４２  可視光スペクトルカメラ
４３，４５  遠隔焦点調節システム
４４  赤外線ＩＲスペクトルカメラ
４６  光ビームスプリッター
４８  減光フィルタ
４９  照明ランプ
５０  移動制御システム
５１  並進移動テーブル
５２  Ｘ軸移動キャリッジ
５３  Ｙ軸移動キャリッジ
６０−６６  移動制御システム位置決め駆動部
７０  制御システム
【図１】
2015528558.tif 000003
【図２】
2015528558.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015528558.tif 000006
【図５】
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【図６】
2015528558.tif 000008
【図７】
2015528558.tif 000009
【図８】
2015528558.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成27年5月22日(2015.5.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
産業用ガスタービン燃焼部のオンライン光学運転モニタリングのための方法であって、
光学窓を有するマンウェイカバーを燃焼部サービスマンウェイに連結するステップと、
ＦＯＶが前記燃焼部内の関心のある領域の画像を取得することができるように、マンウェイの外側に配置された光学カメラの視野（ＦＯＶ）を前記光学窓を通って配向するステップと、
前記カメラＦＯＶを前記燃焼部内の複数の位置に動かし、かつ各位置におけるそれぞれの画像を取得するステップと、
前記それぞれの取得画像を複合画像に結合するステップと、
を備える、方法。
【請求項２】
複合画像を形成するために、前記カメラＦＯＶを燃焼部移行部の長さに沿って、その入口および出口の間で動かすステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
取得画像赤外線強度と温度を相関させるステップによって、赤外線カメラＦＯＶ内の関心のある領域の温度を遠隔モニタリングするステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記相関させるステップは、取得されたＦＯＶ画像強度と黒体強度の較正データを比較するステップ、および前記較正データを前記ＦＯＶ内の前記関心のある領域に関連する独立して得られる温度情報で微調整するステップによって行われる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記微調整するステップは、前記燃焼部内の熱電対または既知の放射物体から温度情報を得るステップによって行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
可視光スペクトルカメラＦＯＶ内の関心のある領域の可視画像を遠隔モニタリングするステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記関心のある領域の相対運動をモニタリングし、かつ運動を振動周波数と相関させることによって、前記可視光スペクトルカメラＦＯＶ内の関心のある領域を遠隔振動モニタリングするステップをさらに備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
共有される共通の光学経路ビームスプリッターに連結された赤外線カメラおよび可視光スペクトルカメラで前記ＦＯＶを同時モニタリングするステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ＦＯＶを配向するステップが前記光学カメラに連結された自動移動制御システムによって行われ、該自動移動制御システムは、前記カメラを自動的に配置し、かつ前記燃焼部内の選択された経路に沿って画像を取得する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記自動移動制御システムによって、燃焼部移行部の長さに沿ってその入口および出口の間に前記カメラＦＯＶを自動的に位置決めするステップと、複合画像を形成するために画像を取得するステップとを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記マンウェイの外側の容器内の前記カメラおよび関連するモニタリングシステム構成要素を隔離することによってこれらを冷却するステップと、前記容器内の冷却流体を循環するステップとを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
産業用ガスタービン燃焼部のためのオンライン光学運転モニタリングシステムであって、
燃焼部サービスマンウェイに連結するよう構成された、光学窓を有するマンウェイカバーと、
前記光学窓を通り向けられる視野（ＦＯＶ）を有するマンウェイの外側に配置された光学カメラであって、それにより前記ＦＯＶが前記燃焼部内の関心のある領域の画像を取得することができる、光学カメラと、
前記カメラＦＯＶを前記燃焼部内の複数の位置に動かすための、前記カメラに連結された移動制御駆動システムと、
前記移動制御駆動システムによって前記カメラを配置させ、かつ各位置においてそれぞれの画像を取得するための、前記移動制御駆動システムおよび前記カメラに連結された制御システムと、
前記それぞれの取得画像を複合画像に結合するための画像処理システムと、
を備える、システム。
【請求項１３】
ＦＯＶ画像強度を取得することが可能な赤外線カメラと、取得画像強度と温度を相関させることが可能な前記画像処理システムを備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記画像処理システムが取得ＦＯＶ画像強度を黒体強度放射／温度較正値と比較し、かつ前記較正値を前記カメラＦＯＶ内の熱電対または既知の放射物体から得られる温度情報で調整することによって、前記相関が行われる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
可視画像を取得するための可視光スペクトルカメラを備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
遠隔振動モニタリングシステムを備え、前記画像処理システムが前記関心のある領域の相対運動をモニタリングし、かつ運動を振動周波数と相関させる、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
共有の共通光学経路ビームスプリッターに連結された赤外線カメラおよび可視光スペクトルカメラを備え、両方のカメラは、同じ共有のＦＯＶを有する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
カメラは、前記制御システムに連結されたそれぞれの遠隔焦点調節システムを有する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記移動制御駆動システムがカメラＦＯＶ並進移動軸、ロール動作軸およびピッチ動作軸を備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記制御システムは、前記移動制御駆動システムによって、選択された経路に沿って前記カメラＦＯＶを自動的に位置決めし、かつ複合画像を形成するために画像を取得する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２１】
前記制御システムは、前記移動制御駆動システムによって、燃焼部移行部の長さに沿ってその入口および出口の間に前記カメラＦＯＶを自動的に位置決めし、かつ複合画像を形成するために画像を取得する、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記カメラおよび移動制御駆動システムを囲む、前記マンウェイの外側の冷却容器と、前記容器内の冷却流体を循環するために前記容器に連結された冷却システムとをさらに備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２３】
産業用ガスタービン燃焼部のためのオンライン光学運転モニタリングシステムであって、
燃焼部サービスマンウェイに連結するよう構成された、光学窓を有するマンウェイカバーと、
共有の共通光学経路ビームスプリッターに連結された対の赤外線カメラおよび可視光スペクトルカメラであって、両方のカメラは、同じ共有の視野（ＦＯＶ）を有し、前記共有のＦＯＶが前記光学窓を通り向けられる状態で、前記カメラはマンウェイの外側に配置され、それにより前記ＦＯＶは、前記燃焼部内の関心のある領域の画像を取得することができる、対の赤外線カメラおよび可視光スペクトルカメラと、
各カメラに連結されたそれぞれの遠隔焦点調節システムと、
並進移動軸、ロール動作軸、およびピッチ動作軸に沿って前記カメラＦＯＶを前記燃焼部内の複数の位置に動かすために、前記カメラおよびビームスプリッターに連結された移動制御駆動システムと、
前記移動制御駆動システムに選択された経路沿って前記ＦＯＶを位置決めさせ、かつ各位置においてそれぞれの画像を取得させるために、前記移動制御駆動システム、前記それぞれの遠隔焦点調節システム、および前記それぞれのカメラに連結された制御システムと、
前記それぞれの取得画像を複合画像に結合するための画像処理システムであって、前記複合画像は、前記赤外線カメラによって取得された画像強度情報から得られた温度情報と、前記可視光スペクトルカメラによって取得された動作情報から得られた振動周波数情報とを含むことができる、画像処理システムと、
前記カメラおよび移動制御駆動システムを囲む、前記マンウェイの外側の冷却容器と、前記容器内の冷却流体を循環するための前記容器に連結された冷却システムと、
を備える、オンライン光学運転モニタリングシステム。
【国際調査報告】
2015528558.tif 000011
2015528558.tif 000012
2015528558.tif 000013