用于检测风扇壳中的水的系统及方法
阅读说明：本技术 用于检测风扇壳中的水的系统及方法 (System and method for detecting water in fan case ) 是由 V.V.纳拉德加 C.J.盖格 B.P.布莱 于 2020-01-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于检测风扇壳中的水的系统及方法,具体而言一种配置为检测风扇壳中的水的检测系统包括加热器、监视摄像头和计算装置。加热器配置为向风扇壳施加热。风扇壳内的任何水都响应所施加的热而产生局部瞬态热梯度。监视摄像头位于风扇壳附近,并配置为获取加热的风扇壳的多个图像。计算装置配置为：从监视摄像头接收多个图像,并且分析多个图像以检测风扇壳中的水。(A detection system configured to detect water in a fan case includes a heater, a surveillance camera, and a computing device. The heater is configured to apply heat to the fan housing. Any water within the fan case generates local transient thermal gradients in response to the applied heat. A monitoring camera is positioned proximate the fan case and is configured to acquire a plurality of images of the heated fan case. The computing device is configured to: a plurality of images is received from the surveillance camera and analyzed to detect water in the fan case.)
技术领域
本公开的领域总体上涉及检测系统，并且更特别地涉及用于检测飞行器发动机上的风扇壳中的水的系统和方法。
背景技术
至少一些飞行器发动机包括配置成将空气引导到发动机中的风扇壳。风扇壳通常由铝合金构成并且通常包括多个衬套。确切地说，风扇壳可包括位于与多个风扇叶片相邻的至少一个声学衬套以及位于该风扇叶片的尖端与风扇壳的内表面之间的耐磨衬套结构。在飞行器发动机的操作期间，水可能渗入耐磨衬套和/或声学衬套与风扇壳之间。水可能包含腐蚀物质如盐，并且腐蚀物质可能对风扇壳造成腐蚀损坏。风扇壳通常是大型结构，并且检查风扇壳的腐蚀通常包括从发动机上拆下风扇壳并手动检查风扇壳的腐蚀。从发动机上拆下风扇壳以检查腐蚀是费力的，增加了发动机的停机时间，并增加了操作发动机的成本。
发明内容
一方面，提供了一种检测系统，该检测系统配置为检测风扇壳中的水。该检测系统包括加热器、监视摄像头和计算装置。加热器配置为向风扇壳施加热。风扇壳内的任何水都响应所施加的热而产生局部瞬态热梯度。监视摄像头位于风扇壳附近，并配置为获取加热的风扇壳的多个图像。计算装置配置为：从监视摄像头接收多个图像，并且分析多个图像以检测风扇壳中的水。
另一方面，提供了一种检测系统，其配置为检测燃气涡轮发动机的风扇壳中的水。燃气涡轮发动机包括多个风扇叶片，并且风扇壳外接多个风扇叶片。该检测系统包括加热器、监视摄像头系统和计算装置。加热器配置为向风扇壳施加热。风扇壳内的任何水都响应所施加的热而产生局部瞬态热梯度。监视摄像头系统附接到多个风扇叶片中的一个风扇叶片，并且配置为获取加热的风扇壳的多个图像。计算装置配置为：从监视摄像头接收多个图像，并且分析多个图像以检测风扇壳中的水。
还另一方面，提供了一种检测风扇壳中的水的方法。该方法包括用加热器加热风扇壳的至少一个表面。风扇壳内的任何水都响应所施加的热而产生局部瞬态热梯度。该方法还包括使用监视摄像头获取至少一个表面的多个图像。该方法还包括使用计算装置来分析至少一个表面的多个图像，以检测风扇壳中的水。
技术方案1. 一种配置为检测风扇壳中的水的检测系统，所述检测系统包括：
配置为向所述风扇壳施加热的加热器，其中所述风扇壳内的任何水响应于所述施加的热而产生局部瞬态热梯度；
监视摄像头，其定位在所述风扇壳附近，并配置成获取所述加热的风扇壳的多个图像；以及
计算装置，其配置为：
从所述监视摄像头接收所述多个图像；以及
分析所述多个图像以检测所述风扇壳中的水。
技术方案2. 根据任意前述技术方案所述的检测系统，其特征在于，所述监视摄像头包括红外摄像头。
技术方案3. 根据任意前述技术方案所述的检测系统，其特征在于，所述加热器包括加热灯。
技术方案4. 根据任意前述技术方案所述的检测系统，其特征在于，所述加热灯配置为加热所述风扇壳的内径向表面。
技术方案5. 根据任意前述技术方案所述的检测系统，其特征在于，所述加热器包括加热毯。
技术方案6. 根据任意前述技术方案所述的检测系统，其特征在于，所述加热毯构造成加热所述风扇壳的外径向表面。
技术方案7. 根据任意前述技术方案所述的检测系统，其特征在于，所述加热毯施加到所述风扇壳的所述外径向表面。
技术方案8. 根据任意前述技术方案所述的检测系统，其特征在于，所述监视摄像头定位成获取所述风扇壳的内径向表面的多个图像。
技术方案9. 一种检测系统，其配置为检测燃气涡轮发动机的风扇壳中的水，所述燃气涡轮发动机包括多个风扇叶片和外接所述多个风扇叶片的风扇壳，所述检测系统包括：
配置为向所述风扇壳施加热的加热器，其中所述风扇壳内的任何水响应于所述施加的热而产生局部瞬态热梯度；
监视摄像头系统附接到所述多个风扇叶片中的风扇叶片，并且配置为获取所述加热的风扇壳的多个图像；以及
计算装置，其配置为：
从所述监视摄像头接收所述多个图像；以及
分析所述多个图像以检测所述风扇壳中的水。
技术方案10. 根据任意前述技术方案所述的检测系统，其特征在于，所述监视摄像头系统包括第一监视摄像头和第二监视摄像头，其中所述第一监视摄像头附接到所述多个风扇叶片中的风扇叶片的第一侧，并且其中所述第二监视摄像头附接到所述多个风扇叶片中的风扇叶片的第二侧。
技术方案11. 根据任意前述技术方案所述的检测系统，其特征在于，所述第一监视摄像头配置为对所述多个风扇叶片前方的风扇壳的部分进行成像，并且其中所述第二监视摄像头配置为对所述多个风扇叶片后方的风扇壳的部分进行成像。
技术方案12. 根据任意前述技术方案所述的检测系统，其特征在于，所述监视摄像头系统还包括第一缓冲垫和第二缓冲垫，其中所述第一缓冲垫位于所述第一监视摄像头和所述风扇叶片之间，并且其中所述第二缓冲垫位于所述第二监视摄像头和所述风扇叶片之间。
技术方案13. 根据任意前述技术方案所述的检测系统，其特征在于，所述监视摄像头系统包括将所述监视摄像头系统附接到所述风扇叶片的多个带。
技术方案14. 根据任意前述技术方案所述的检测系统，其特征在于，所述监视摄像头系统配置为通过使所述风扇叶片旋转而获取所述风扇壳的多个图像。
技术方案15. 根据任意前述技术方案所述的检测系统，其特征在于，所述监视摄像头系统配置为通过使所述风扇叶片旋转而获取所述风扇壳的内径向表面的多个图像。
技术方案16. 根据任意前述技术方案所述的检测系统，其特征在于，所述监视摄像头系统包括至少一个红外摄像头。
技术方案17. 一种检测风扇壳中的水的方法，所述方法包括：
用加热器加热所述风扇壳的至少一个表面，其中所述风扇壳内的任何水响应于所述施加的热而产生局部瞬态热梯度；
使用监视摄像头获取所述至少一个表面的多个图像；以及
使用计算装置分析所述至少一个表面的多个图像以检测所述风扇壳中的水。
技术方案18. 根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，分析所述多个图像包括识别所述多个图像的至少一个中的亮区域和暗区域的至少一个。
技术方案19. 根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，分析所述多个图像包括识别所述多个图像的至少一个中的至少一个相关区域。
技术方案20. 根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于所述多个图像来确定所述风扇壳内的水量。
附图说明
在参照附图阅读以下详细描述时，本公开的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，附图中相似的标号表示附图各处相似的部分，在附图中：
图1是示例性的飞行器发动机的示意图，该飞行器发动机具有风扇壳和处于第一检测配置的检测系统；
图2是图1中所示的示例性飞行器发动机的示意图，该飞行器发动机具有风扇壳和处于第二检测配置的检测系统；
图3是与图1中所示的示例性飞行器发动机一起使用的示例性风扇壳的示意图，该飞行器发动机具有风扇壳和处于第三检测配置的检测系统；
图4是与图1中所示的示例性飞行器发动机一起使用的示例性风扇壳的示意图，该飞行器发动机具有风扇壳和处于第四检测配置的检测系统；
图5是安装在示例性风扇叶片上以与图1中所示的示例性飞行器发动机一起使用的示例性监视摄像头系统的透视图；
图6是由检测系统获取的图1中所示的飞行器发动机的示例性风扇壳的表面的热图像；以及
图7是在图1中所示的风扇壳中检测水的方法的流程图。
除非另外指出，否则本文提供的附图意在示出本公开内容的实施例的特征。这些特征认作是可适用于各种各样的系统，包括本公开内容的一个或多个实施例。因此，附图不意在包括对于本文公开的实施例的实施所需的由本领域的普通技术人员已知的所有常规特征。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求书中，将参考一定数目的用语，它们应当限定为具有以下意义。
单数形式"一个"、"一种"和"该"包括复数对象，除非上下文清楚地另外指出。
"可选"或"可选地"意思是随后描述的事件或情形可发生或可不发生，且描述包括事件发生的情况，以及其不发生的情况。
如本文在说明书和权利要求书各处使用的近似语言可用于修饰可允许在不导致其涉及的基本功能的变化的情况下改变的任何数量表达。因此，由一个或多个用语如"约"、"大概"和"大致"修饰的值不限于指定的准确值。在至少一些情况中，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度。这里和说明书和权利要求书各处，范围限制可组合和/或互换，此范围被识别且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。
如本文使用的，用语"处理器"和"计算机"和相关用语(例如，"处理装置"和"计算装置")不限于本领域中称为计算机的仅那些集成电路，而是广泛地表示微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路，以及其它可编程电路，且这些用语在本文中可互换使用。在本文所述的实施例中，存储器可包括但不限于计算机可读介质如随机存取存储器(RAM)，以及计算机可读非易失性介质，如，闪速存储器。作为备选，软盘、光盘(只读存储器(CD-ROM))、磁光盘(MOD)和/或数字多功能盘(DVD)也可使用。另外，在本文所述的实施例中，附加的输入通道可为但不限于与操作者界面相关联的计算机外围设备，如鼠标和键盘。备选地，例如可包括但不限于扫描仪的其它计算机外围设备也可使用。此外，在示例性实施例中，附加输出通道可包括但不限于操作者界面监视器。
如本文使用的，用语"非暂时性计算机可读介质"旨在表示用于短期和长期信息储存的任何方法或技术中实施的任何有形的基于计算机的装置，如，计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块，或任何装置中的其它数据。因此，本文所述的方法可编码为体现在有形的非暂时性计算机可读介质中的可执行指令，包括而不限于储存装置和/或存储器装置。在由处理器执行时，此指令引起处理器执行本文所述的方法的至少一部分。此外，如本文使用的，用语"非暂时性计算机可读介质"包括所有有形的计算机可读介质，包括而不限于非暂时性计算机储存装置，包括而不限于易失性和非易失性介质，以及可移动和不可移动的介质，如，固件、物理和虚拟储存、CD-ROM、DVD和任何其它数字源，如，网络或因特网，以及还将开发的数字器件，其中唯一例外是暂时性传播信号。
此外，如本文使用的，用语"实时"是指相关联的事件的发生时间、预定数据的测量和收集时间、处理数据的时间，以及对事件和环境的系统响应的时间中的至少一者。在本文所述的实施例中，那些活动和事件大致立即发生。
本文所述的检测系统的实施例检测夹带(entrain)在燃气涡轮发动机的风扇壳内的水。风扇壳包括在风扇壳的内表面上的多个衬套。在操作期间，来自周围空气的水可能渗入衬套和风扇壳之间，并在衬套后面夹带水。水可能包含腐蚀物质如盐，并且最终可能导致风扇壳内的腐蚀。该检测系统配置为在不拆下衬套的情况下检测夹带的水。该检测系统包括加热器、监视摄像头和计算装置。加热器配置为加热风扇壳，使得产生局部瞬态热梯度。确切地说，由于水以与风扇壳不同的速率吸收热，因此会产生局部瞬态热梯度，其中水夹带在衬套后面。即，风扇壳的带水的区域的加热速率与风扇壳的不带水的区域的加热速率不同，并且检测系统配置为检测风扇壳的加热速率相对于时间的梯度。确切地说，监视摄像头是配置为对衬套和/或风扇壳成像的红外摄像头。监视摄像头获取风扇壳的内径向表面的多个图像，并且局部温度梯度在图像上显示为亮点或暗点。图像发送到计算装置，在此图像处理软件分析图像以确定水是否夹带在衬套后面。然后，该计算装置警告操作者夹带的水的潜在存在。该检测系统通过检测夹带的水而无需从风扇壳上拆下衬套和/或从发动机上拆下风扇壳来降低检查成本。因此，通过使用检测系统检测水而不是从风扇壳中拆下衬套，减少了检查风扇壳的人工成本。另外，该检测系统还通过减少停机时间而减少了燃气涡轮发动机的操作成本，因为风扇壳和衬套并未从发动机上拆下。
图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机110的示意性横截面视图，其具有处于第一检测配置的检测系统200和风扇壳150。图2是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机110的示意性横截面视图，其具有处于第二检测配置的检测系统200和风扇壳150。在示例性实施例中，燃气涡轮发动机110为本文称为"涡扇发动机110"的高旁通涡扇喷气发动机110。如图1中所示，涡扇发动机110限定轴向方向A(平行于为了参照提供的纵向中心线112延伸)和径向方向R。大体上，涡扇发动机110包括风扇区段114和设置在风扇区段114下游的核心涡轮发动机116。
然而，应当认识到，图1中所示的示例性涡扇发动机110仅通过举例的方式，且在其它示例性实施例中，涡扇发动机110可具有任何其它适合的构造。还应当认识到，在还有其它示例性实施例中，本公开内容的方面可结合到任何其它适合的燃气涡轮发动机中。例如，在其它示例性实施例中，本公开内容的方面例如可结合到涡轮螺旋桨发动机中。
所示的示例性核心涡轮发动机116大体上包括大致管状的外壳118，其限定环形入口120。外壳118包括外径向表面119。外壳118包围成串流关系的包括增压器或低压(LP)压缩机122和高压(HP)压缩机124的压缩机区段；燃烧区段126；包括高压(HP)涡轮128和低压(LP)涡轮130的涡轮区段；以及喷气排气喷嘴区段132。转轴或高压(HP)轴134将HP涡轮128与HP压缩机124传动地连接。转轴或低压(LP)轴136将LP涡轮130与LP压缩机122传动地连接。压缩机区段、燃烧区段126、涡轮区段和喷嘴区段132一起限定核心空气流动通路137。
对于所示实施例，风扇区段114包括可变桨距风扇138，其具有以间隔开的方式联接到盘142上的多个风扇叶片140。如图所示，风扇叶片140大体上沿径向方向R从盘142向外延伸，并且包括尖端141。每个风扇叶片140通过风扇叶片140相对于盘142围绕桨距轴线P可旋转，风扇叶片140可操作地联接到适合的变桨机构144，变桨机构144配置成一致地共同改变风扇叶片40的桨距。在所示的实施例中，风扇叶片140、盘142和变桨机构144可通过LP轴136穿过动力变速箱146一起绕纵向中心线112旋转。动力变速箱146包括多个齿轮，以用于将风扇138关于LP轴136的转速调整至更有效的风扇转速。在备选实施例中，涡扇发动机110不包括动力变速箱146。相反，风扇叶片140、盘142和变桨机构144直接联接至LP轴136，并且可通过LP轴136一起绕纵向中心线112旋转。
仍参看图1的示例性实施例，盘142由可旋转的前毂148覆盖，其为空气动力轮廓，以促进空气流穿过多个风扇叶片140。另外，示例性风扇区段114包括风扇壳150，风扇壳150周向围绕风扇138和/或核心涡轮发动机116的至少一部分。应当认识到，风扇壳150可构造成由多个周向间隔开的出口导叶152相对于核心涡轮发动机116支承。此外，风扇壳150的下游区段154可在核心涡轮发动机116的外部上方延伸，以便在其间限定旁通气流通路156。
风扇壳150通常由金属，确切地说铝合金构成。风扇壳150包括内径向表面151、附接到内径向表面151的多个衬套153,155和157，以及与内径向表面151相对的外径向表面159。确切地说，风扇壳包括多个前声学衬套153、多个后声学衬套155以及多个耐磨衬套157。前声学衬套153在轴向方向A上位于风扇区段114的上游，且后声学衬套155在轴向方向A上位于风扇区段114的下游。耐磨衬套157位于前声学衬套153和后声学衬套155之间，以及风扇叶片140的尖端141和风扇壳150之间。声学衬套153和155构造为抑制或减少由涡扇发动机110，确切地说风扇区段114产生的噪声。风扇叶片140构造成切入(cut into)耐磨衬套157以控制风扇叶片140周围的公差。
在涡扇发动机110的操作期间，一定量的空气158通过风扇壳150和/或风扇区段114的相关联的入口160进入涡扇发动机110。当一定量空气158穿过风扇叶片140时，如箭头162所示的一定量空气158的第一部分引导或传送到旁通气流通路156中，并且如箭头164所示的一定量空气158的第二部分引导或传送到核心空气流径137，或更确切地说，进入LP压缩机122。空气162的第一部分与空气164的第二部分之间的比率通常称为涵道比(bypassratio)。然后，空气的第二部分164的压力在其通过HP压缩机124传送并进入燃烧区段126时增加，在此其与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体166。
燃烧气体166传送穿过HP涡轮128，在该处，来自燃烧气体166的热能和/或动能的一部分经由HP涡轮定子导叶168和HP涡轮转子叶片170的连续级提取。HP涡轮定子导叶168联接到外壳118。HP涡轮转子叶片170联接到HP轴或转轴134。HP涡轮转子叶片170的旋转引起HP轴或转轴134旋转，从而支持HP压缩机124的操作。燃烧气体166然后传送穿过LP涡轮130，在该处，热能和动能的第二部分从燃烧气体166经由LP涡轮定子导叶172和LP涡轮转子叶片174的连续级提取。LP涡轮定子导叶172联接到外壳118。LP涡轮转子叶片174联接到LP轴或转轴136。LP涡轮转子叶片174的旋转引起LP轴或转轴136旋转，从而支持LP压缩机122的操作和/或风扇138的旋转。
燃烧气体166随后传送穿过核心涡轮发动机116的喷气排气喷嘴区段132，以提供推进力。同时，空气162的第一部分的压力在空气162的第一部分在其从涡扇发动机110的风扇喷嘴排气区段176排出之前传送穿过旁通空气流通路156时大致增大，也提供了推进力。HP涡轮128、LP涡轮130和喷气排气喷嘴区段132至少部分地限定用于经由核心涡轮发动机116传送燃烧气体166的热气体路径178。
在操作期间，一定量的空气158可包括水，水又可包括腐蚀物质，例如但不限于盐。一定量的空气158内的水和盐可能渗入衬套153,155和157与风扇壳150之间，并可腐蚀或以其它方式损坏风扇壳150的铝合金。如果风扇壳150由于一定量空气158中的水和盐而损坏，则可能需要修复和/或更换风扇壳150。在涡扇发动机110关闭后，检测系统200定位在衬套153,155和157附近，以检测夹带在衬套153,155和157与风扇壳150之间的水。
检测系统200配置成在夹带的水引起腐蚀之前检测衬套153,155和157与风扇壳150之间的水。一旦检测系统200检测到夹带的水，检测系统200就提醒操作者采取适当的纠正行动。因此，检测系统200通过避免和/或减少昂贵的维修来降低涡扇发动机110的操作成本。另外，检测系统200配置为便携式的，使得检测系统200可容易地部署以检测衬套153,155和157与风扇壳150之间的水。在某些情况下，单人操作者可使用检测系统200检查整个风扇壳150。虽然夹带水的检测并不一定表明已经发生了对风扇壳150的腐蚀和/或其它损坏，但是夹带水的检测确实表明了发生腐蚀和/或其它损坏的可能性增加的地方。因此，因为夹带水通常是腐蚀和/或其它损坏的先兆，所以检测系统200通过在腐蚀和/或其它损坏发生之前检测夹带的水来降低腐蚀的可能性。另外，如下所述，检测系统200配置为在不拆下衬套153,155和157的情况下检测夹带的水。因此，检测系统200通过在不拆下衬套153,155和157的情况下检测水来减少检查人工成本和涡扇发动机110的停机时间。因此，检测系统200提供了一种用于检测夹带水的便携式的、成本有效的方法，其在腐蚀和/或其它损坏发生之前检测水。
检测系统200包括加热器202、监视摄像头204和计算装置206。在该示例性实施例中，加热器202配置为在风扇壳150内产生热转变，使得衬套153,155和157与风扇壳150之间夹带的水以与风扇壳150和/或衬套153,155和157不同的速率改变温度。确切地说，水和铝合金以不同的速率吸收和释放热。当用加热器202加热风扇壳150和/或衬套153,155和157时，风扇壳150和/或衬套153,155和157将以不同的热速率吸收热，使得风扇壳150和/或衬套153,155和157的温度增加到第一瞬态温度。相比之下，夹带在风扇壳150与衬套153,155和157之间的水以不同的热速率吸收热，使得水的温度升高至不同于第一瞬态温度的第二瞬态温度。第一瞬态温度和第二瞬态温度之间的温度差引起风扇壳150和/或衬套153,155和157覆盖夹带水的一部分具有不同于第一瞬态温度和第二瞬态温度的第三瞬态温度。确切地说，与没有夹带水的风扇壳150和/或衬套153,155和157的部分相比，风扇壳150和/或衬套153,155和157覆盖夹带水的部分的加热速率和/或冷却速率具有不同的加热或冷却速率。因此，加热器202配置为加热风扇壳150和/或衬套153,155和157，使得夹带的水在可由监视摄像头204检测的风扇壳150和/或衬套153,155和157上产生局部瞬态热梯度或加热速率相对于时间的梯度。局部热梯度是瞬变的，因为如下所讨论的，加热器202仅在短时间段内加热风扇壳150和/或衬套153,155和157。随着局部热梯度内的热与周围环境平衡，局部热梯度迅速消散。因此，由加热器202产生的局部热梯度是瞬变的，因为其如此快地消散。由加热器202产生的局部热梯度是瞬变的并且提供所夹带的水的改善的可检测性。监视摄像头204然后对风扇壳150和/或衬套153,155和157成像，并将所获取的图像发送到计算装置206以进行分析。确切地说，监视摄像头204对风扇壳150和/或衬套153,155和157成像，使得所获取的图像示出由加热器202产生的局部瞬态热梯度。计算装置206配置为分析图像并且基于所获取的图像内的局部瞬态热梯度来检测夹带的水。计算装置206还配置为向操作者警告风扇壳150与衬套153,155和157之间夹带的水。
加热器202可包括加热灯208(图1中所示)，加热毯210(图2中所示)和/或使检测系统200能够如本文所述地操作的任何其它加热装置。在示例性实施例中，加热灯208是电气装置，通常包括构造成发射红外辐射的加热灯泡。在示例性实施例中，加热毯210是包括柔性材料或毯和至少一个加热元件的电气装置，该加热元件附接到或布置在柔性材料内并配置成发射红外辐射。在示例性实施例中，加热灯208配置为加热内径向表面151，并且加热毯210配置为加热外径向表面159。确切地说，如图1中所示，加热灯208定位为朝着内径向表面151发射红外辐射，并且加热毯210定位或包裹在外径向表面159周围，使得它朝着外径向表面159发射红外辐射，如图2中所示。
加热器202是加热灯208还是加热毯210取决于风扇壳150的定向和检查点的位置。确切地说，可由检测系统200以安装定向或未安装定向检查风扇壳150。如图1和图2中所示，当风扇壳150处于安装定向时，风扇壳150外接涡扇发动机110。如图3和图4中所示，当风扇壳150处于未安装定向时，风扇壳150不外接涡扇发动机110。
另外，风扇壳150包括上部161和下部163。相对于安装定向上的重力方向，上部161是风扇壳150的上半部，且下部163是风扇壳150的下半部。如果水在上部161中夹带在风扇壳150与衬套153,155和157之间，则重力大体引起水积聚在衬套153,155和157上而不是风扇壳150上。相反，如果水在下部163中夹带在风扇壳150与衬套153,155和157之间，则重力大体引起水积聚在风扇壳150上而不是衬套153,155和157上。在检查上部161时，夹带的水可能会接触衬套153,155和157，而不是风扇壳150。因此，夹带的水将吸收更多的热，并且将通过加热内径向表面151而更易于检测。如图1中所示，加热灯208用于加热内径向表面151。在检查下部163时，夹带的水可能会接触风扇壳150，而不是衬套153,155和157。因此，夹带的水将吸收更多的热，并且将更容易通过加热外径向表面159来检测。如图2中所示，加热毯210用于加热外径向表面159。
因此，风扇壳150和检测系统200可配置为处于四个检测配置。在图1中所示的第一检测配置中，风扇壳150处于安装定向，并且加热灯208定位成加热内径向表面151。在图2中所示的第二检测配置中，风扇壳150处于安装定向，并且加热毯210定位为加热外径向表面159。在图3中所示的第三检测配置中，风扇壳150处于未安装定向，并且加热灯208定位为加热内径向表面151。在图4中所示的第四检测配置中，风扇壳150处于未安装定向，并且加热毯210定位为加热外径向表面159。
在示例性实施例中，监视摄像头204是配置为检测由加热器202引起的局部瞬态热梯度的红外摄像头。监视摄像头204定位成靠近风扇壳150和衬套153,155和157，并且配置为记录风扇壳150和衬套153,155和157的图像和/或视频。监视摄像头204配置为将记录的图像和/或视频发送到计算装置206以进行分析。监视摄像头204可为使检测系统200能够如本文所述进行操作的任何类型的检测装置。在示例性实施例中，因为局部瞬态热梯度迅速消散并且是小的热梯度，所以监视摄像头204配置为检测开尔文标度上小于百分之一度的温度差。因此，加热器202仅必须在风扇壳150与衬套153,155和157以及夹带的水之间产生小的局部瞬态热梯度，以用于监视摄像头204检测局部瞬态热梯度。此外，大的热梯度可能会损坏风扇壳150和/或衬套153,155和157。确切地说，大的温度梯度可能导致对衬套153,155和157的损坏，衬套153,155和157的脱粘，对风扇壳150的损坏以及对风扇壳150的应力。因此，由于监视摄像头204可检测到小的局部瞬态热梯度，并且大的热梯度可能导致对风扇壳150和/或衬套153,155和157的损坏，因此加热器202仅需在风扇壳150和衬套153,155和157之间产生小的局部瞬态热梯度。在示例性实施例中，风扇壳150与衬套153,155和157的加热部分与风扇壳150与衬套153,155和157的非加热部分之间的温度差小于约20℃。此外，如果夹带水的温度达到或超过水的沸点100℃，则沸腾夹带水可能导致对风扇壳150和/或衬套153,155和157的损坏。因此，加热器202配置为升高热风扇壳150以及衬套153,155和157，使得夹带的水的温度不达到或超过100℃。确切地说，在示例性实施例中，加热灯208可定位成距内径向表面151约一英尺远约三到五秒钟，以便产生可检测的局部瞬态热梯度。然而，加热灯208可被定位成与内径向表面151相距任何距离持续任何时间量，以使得检测系统200能够如本文所述地操作。由于风扇壳150传导热，并且风扇壳150的厚度延迟来自加热毯210的热能被夹带的水吸收，因此加热毯210可将热施加到外径向表面159约三到五分钟，以便产生可检测的局部瞬态热梯度。然而，加热毯210可将热施加到外径向表面159持续任何时间量，其使检测系统200能够如本文所述地操作。监视摄像头204被定位成在所有四个检测配置中对内径向表面151成像。
监视摄像头204在有和没有夹带水的情况下检测来自风扇壳150和/或衬套153,155和157的IR辐射的发射差异。例如，包含夹带水的风扇壳150的区域将以与不包含夹带水的风扇壳150的区域不同的速率吸收来自加热器202的热。风扇壳150和/或衬套153,155和157被加热器202直接加热，并且夹带的水也被加热器202加热。另外，热的夹带的水还加热风扇壳150和/或衬套153,155和157。因此，夹带的水改善从加热器202到风扇壳150和/或衬套153,155和157的热传递。加热的风扇壳150和/或衬套153,155和157发出红外辐射。因为夹带的水改善对来自加热器202的热的吸收，所以与不包含夹带水的风扇壳150的区域相比，包含夹带水的风扇壳150的区域将以更快的速率吸收和释放热，从而产生局部瞬态热梯度，或加热速率相对于时间的梯度。因此，随着该区域由夹带的水加热，包含夹带水的风扇壳150的区域将以高速率发射红外辐射。此外，夹带的水也可能发射红外辐射。不包含夹带水的风扇壳150的区域将不像包含夹带水的风扇壳150的区域那样有效地从加热器202吸收热，并因此，更少的红外辐射将从不包含夹带水的风扇壳150的区域发出。
检测系统200配置为根据位置来测量在加热和/或冷却期间风扇壳150和/或衬套153,155和157的温度差异。确切地说，监视摄像头204配置为在有和没有夹带水的情况下检测风扇壳150和/或衬套153,155和157的区域的加热和/或冷却速率的差异。更确切地说，监视摄像头204配置为根据位置检测加热和/或冷却速率相对于时间的梯度。例如，带有夹带水的风扇壳150和/或衬套153,155和157的区域的加热速率比没有夹带水的风扇壳150和/或衬套153,155和157的区域的加热速率更快。如上所讨论的，监视摄像头204对温度的小的暂时变化非常敏感。因此，夹带水对加热和/或冷却速率的影响可用于检测夹带水的存在以及夹带水在风扇壳150和/或衬套153,155和157中的位置。
监视摄像头204检测到的局部瞬态热梯度取决于加热器202的位置。例如，当加热灯208正在加热内径向表面151时，夹带的水将比风扇壳150和/或衬套153,155和157的周围部分吸收更多的热。因此，风扇壳150和/或衬套153,155和157接触夹带水的第一区域将具有第一瞬态温度，且风扇壳150和/或衬套153,155和157不接触夹带水的第二区域将具有高于第一瞬态温度的第二瞬态温度。因此，当加热器202加热内径向表面151时，监视摄像头204配置为检测较低温度或冷点的区域。相反，当加热毯210正在加热外径向表面159时，与风扇壳150和/或衬套153,155和157的周围部分相比，夹带的水将从外径向表面159吸收更多热并将更多热传导至内径向表面151。因此，风扇壳150和/或衬套153,155和157接触夹带水的第一区域将具有第一瞬态温度，且风扇壳150和/或衬套153,155和157不接触夹带水的第二区域将具有低于第一瞬态温度的第二瞬态温度。因此，当加热器202加热外径向表面159时，监视摄像头204配置为检测较高温度或热点的区域。
计算装置206包括一种计算机系统，该计算机系统包括至少一个处理装置(图1中未示出)和至少一个存储装置(图1中未示出)，该存储装置执行可执行指令以分析来自监视摄像头204的图像。计算装置206包括例如图像处理软件或其它分析软件，其配置为分析来自监视摄像头204的图像和/或视频。在该示例性实施例中，计算装置206还配置为至少部分地作为数据获取装置操作并且监测和/或分析风扇壳150的状况。在一个实施例中，例如，计算装置206从监视摄像头204接收并处理图像。计算装置206存储并分析图像，这些图像用于便于维护和修理风扇壳150。下面详细描述图1-4中所示的不同检测配置。
在检测期间，涡扇发动机110停用(即，关闭)。在图1中，检测系统200和风扇壳150配置为处于第一检测配置。确切地说，监视摄像头204位于风扇壳150的上部161上的内径向表面151附近，并且通过线缆212通信地联接至计算装置206。备选地，监视摄像头204可通过使检测系统200能够如本文所述进行操作的任何通信方法来通信地联接到计算装置206，包括但不限于无线通信。加热灯208位于风扇壳150的上部161上的内径向表面151附近，并且启用，使得加热灯208将红外辐射引向风扇壳150的上部161上的内径向表面151。确切地说，加热灯208加热风扇壳150的上部161上的内径向表面151，使得在存在夹带水的地方产生局部温度梯度。监视摄像头204获取风扇壳150的上部161上的内径向表面151的多个图像和/或视频，并将图像和/或视频发送给计算装置206。计算装置206分析图像和/或视频以确定并检测在风扇壳150与衬套153,155和157之间夹带的水的存在。如果合适，则计算装置206然后向操作者发送可能存在夹带水的通知。
在图2中，检测系统200和风扇壳150配置为处于第二检测配置。确切地说，监视摄像头204位于风扇壳150的下部163上的内径向表面151附近，并且通过线缆212通信地联接至计算装置206。加热毯210位于风扇壳150的下部163上的外径向表面159上并启用，使得加热毯210将红外辐射引向风扇壳150的下部163上的外径向表面159。确切地说，加热毯210加热风扇壳150的下部163上的外径向表面159，使得在存在夹带水的内径向表面151上产生局部温度梯度。监视摄像头204获取风扇壳150的下部163上的内径向表面151的多个图像和/或视频，并将图像和/或视频发送给计算装置206。计算装置206分析图像和/或视频，以检测风扇壳150与衬套153,155和157之间夹带水的存在。如果合适，则计算装置206然后向操作者发送可能存在夹带水的通知。
图3是处于第三检测配置的检测系统200和风扇壳150的示意性横截面视图。图4是处于第四检测配置的检测系统200和风扇壳150的示意性横截面视图。在图3和4中以未安装定向示出了风扇壳150。确切地说，风扇壳150不外接涡扇发动机110，并且定向成使得风扇壳150的入口160面向下(相对于重力方向)。重力引起夹带的水物理地接触风扇壳150和衬套153,155和157两者。因此，检测系统200可使用加热灯208和加热毯210两者来检测夹带的水。
在检测期间，如图3中所示，风扇壳150从涡扇发动机110上拆下并以未安装定向放置。此外，监视摄像头204位于风扇壳150的内径向表面151附近，并且通过线缆212通信地联接到计算装置206。加热灯208位于风扇壳150的内径向表面151附近并启用，使得加热灯208将红外辐射引向风扇壳150的内径向表面151。加热灯208加热风扇壳150的内径向表面151，使得在存在夹带水的地方产生局部温度梯度。监视摄像头204获取风扇壳150的内径向表面151的多个图像和/或视频，并将图像和/或视频发送到计算装置206。计算装置206分析图像和/或视频以确定并检测在风扇壳150与衬套153,155和157之间夹带的水的存在。如果合适，则计算装置206然后向操作者发送可能存在夹带水的通知。
在图4中，风扇壳150也从涡扇发动机110上拆下，并以未安装定向放置。因此，在第四检测配置中，监视摄像头204位于风扇壳150的内径向表面151上，并且通过线缆212通信地联接至计算装置206。加热毯210位于风扇壳150的外径向表面159附近并启用，使得加热毯210将红外辐射引向风扇壳150的外径向表面159。确切地说，加热毯210加热风扇壳150的外径向表面159，使得在存在夹带水的内径向表面151上产生局部温度梯度。监视摄像头204获取风扇壳150的内径向表面151的多个图像和/或视频，并将图像和/或视频发送到计算装置206。计算装置206分析图像和/或视频以确定并检测在风扇壳150与衬套153,155和157之间夹带的水的存在。如果合适，则计算装置206然后向操作者发送可能存在夹带水的通知。
图5是安装在风扇叶片140上的监视摄像头系统500的透视图，该监视摄像头系统500可与上述检测配置一起使用。在该示例性实施例中，在停用涡扇发动机100之后安装监视摄像头系统500，并且该监视摄像头系统500包括第一监视摄像头502、第二监视摄像头504、第一缓冲垫506、第二缓冲垫508和多个带510。第一监视摄像头502和第一缓冲垫506位于风扇叶片140的第一侧512上，且第二监视摄像头504和第二缓冲垫508位于风扇叶片140的第二侧514上。带510构造为将第一监视摄像头502、第二监视摄像头504、第一缓冲垫506和第二缓冲垫508固定至风扇叶片140。第一缓冲垫506和第二缓冲垫508构造为保护风扇叶片140免受第一监视摄像头502和第二监视摄像头504的影响。第一监视摄像头502配置为对风扇叶片140前方的衬套153和157成像，并且第二监视摄像头504配置为对风扇叶片140后方的衬套155和157成像。风扇叶片140可旋转以使监视摄像头系统500能够对内径向表面151的整个内周成像。因为监视摄像头系统500安装在风扇叶片140上，所以监视摄像头系统500仅在风扇壳150处于安装定向时才能使用。
在一些实施例中，检测系统200可不包括加热器202。相反，在涡扇发动机110停用之后，监视摄像头204和/或监视摄像头系统500用于对风扇壳150成像预定时间量。涡扇发动机110在操作期间产生热，并且夹带的水可吸收红外辐射，从而在不需要加热器202的情况下在存在夹带水的内径向表面151上产生局部温度梯度。然而，一旦由风扇壳150吸收的热消散，内径向表面151上的局部温度梯度将消失。因此，预定时间量应足够短，以使得监视摄像头204和/或监视摄像头系统500仍然可检测到局部温度梯度。
图6是由风扇壳150和/或衬套153,155和157的监视摄像头204和/或监视摄像头系统500获取的示例性图像600。在示例性实施例中，图像600是风扇壳150和/或衬套153,155和157的灰度图像。图像600中的较暗区域指示具有较低温度或冷点的区域，且图像600中的较亮区域指示具有较高温度或热点的区域。因此，监视摄像头204和/或监视摄像头系统500通过在图像600上示出暗区域和亮区域，来便于将较高温度的区域与较低温度的区域区分开。然后，计算装置206可检测暗区域和/或亮区域，并将检测到的区域分割成相关区域(ROI)602。在示例性实施例中，ROI 602是图像600内的划定暗区域和/或亮区域的矩形区域。
尽管将ROI 602示出为图像600中的矩形区域，但是ROI 602可备选地具有使检测系统200能够如本文所述进行操作的任何形状。确切地说，ROI 602的形状可为允许检测系统200在衬套153,155和157下检测内径向表面151上的局部温度梯度的任何形状。例如，ROI602可为圆形，而不是矩形。
监视摄像头204和/或监视摄像头系统500将图像600发送到要分析的计算装置206。计算装置206包括图像处理软件，该图像处理软件配置为分析来自监视摄像头204和/或监视摄像头系统500的图像和/或视频。确切地说，图像处理软件分析图像600以检测亮区域和暗区域。然后，图像处理软件通过使用ROI 602划定亮和/或暗区域，所述亮和/或暗区域可指示夹带水的存在。然后，计算装置206将具有ROI 602的图像600发送给操作者以进行进一步分析，以确定水是否实际上夹带入该区域内。在示例性实施例中，图像处理软件包括图像处理工具，如分割、自动阈值化、局部阈值化和直方图均衡化，以使夹带水的区域可视化；以及信号处理工具，以用于提取关于风扇壳150和/或衬套153,155和157中存在的夹带水量的定量信息。另外，在相同的实施例中，计算装置206和/或监视摄像头204可包括位置跟踪装置(未示出)，该位置跟踪装置配置为跟踪在风扇壳150的内径向表面151上获取每个图像600的位置。
计算装置206还可使用分析软件来开发模型，该模型基于检测到的局部瞬态热梯度来预测夹带水的概率。确切地说，计算装置206可配置为基于风扇壳150的内径向表面151的多个图像和/或视频来确定风扇壳150内的水量。例如，第一区域604和第二区域606之间较高的对比度可指示更大夹带水的量。另外，监视摄像头204可发送ROI 602的视频而不是单个图像。视频可显示第一区域604和第二区域606之间的局部温度梯度如何随时间变化，并且计算装置206可使用分析软件来开发模型，该模型基于温度梯度随时间的变化来预测夹带水的量。
在备选实施例中，计算装置206不自动将ROI 602放置在亮和/或暗区域周围。相反，操作者检查每个图像或视频，并手动指示亮和/或暗区域是否在ROI 602中。
图7是检测风扇壳中的水的方法700的流程图。方法700包括用加热器加热702风扇壳的至少一个表面。方法700还包括使用监视摄像头来获取704至少一个表面的多个图像。方法700还包括使用计算装置来分析706至少一个表面的多个图像以检测风扇壳中的水。
在使用检测系统200检测风扇壳150中的水的方法的第一实例中，风扇壳150和检测系统200以第二检测配置布置，其中风扇壳150处于安装定向并且加热毯210定位成加热外径向表面159。监视摄像头系统500定位成获取衬套153,155和157以及风扇壳150的图像。确切地说，如图5中所示，监视摄像头系统500定位成在风扇壳150内旋转。加热毯210将风扇壳150加热2分钟，并使风扇壳150的温度升高到高于环境温度10摄氏度(℃)，并从而增加了从风扇壳150的红外发射。如图6中所示，监视摄像头系统500在风扇壳150内旋转并获取风扇壳150和/或衬套153,155和157的图像600。计算装置206使用分析软件并基于如上所述在图像600内检测到的局部瞬态热梯度来预测夹带水的概率。
在使用检测系统200检测风扇壳150中的水的方法的第二实例中，风扇壳150和检测系统200以第一检测配置布置，其中风扇壳150处于安装定向，且加热器202定位成在风扇壳150的内径向表面151上加热衬套153,155和157以及风扇壳150。确切地说，首先，加热器202加热衬套153,155和157以及风扇壳150的一部分。加热器202将风扇壳150加热约5至10秒，并使风扇壳150的温度升高到高于环境温度10℃，并从而增加了从风扇壳150的红外发射。然后，监视摄像头系统500定位成获取衬套153,155和157以及风扇壳150的加热部分的图像。确切地说，如图5中所示定位监视摄像头系统500以使其在风扇壳150内旋转，并且监视摄像头系统500旋转以获取衬套153,155和157以及风扇壳150的加热部分的图像。如图6中所示，监视摄像头系统500获取风扇壳150和/或衬套153,155和157的图像600。计算装置206使用分析软件并基于如上所述在图像600内检测到的局部瞬态热梯度来预测夹带水的概率。
本文所述的检测系统的实施例检测夹带在燃气涡轮发动机的风扇壳内的水。风扇壳包括在风扇壳的内表面上的多个衬套。在操作期间，来自周围空气的水可能渗入衬套和风扇壳之间，并在衬套后面夹带水。水可能包含腐蚀物质如盐，并且最终可能导致风扇壳内的腐蚀。该检测系统配置为在不需要拆下衬套的情况下检测夹带的水。该检测系统包括加热器、监视摄像头和计算装置。加热器配置为加热风扇壳，使得产生局部温度梯度。确切地说，由于水以与不同于风扇壳的速率吸收热，因此在水夹带在衬套后面的地方形成局部温度梯度。监视摄像头是配置为对衬套和/或风扇壳成像的红外摄像头。监视摄像头获取风扇壳的内径向表面的多个图像，并且局部温度梯度在图像上显示为亮点或暗点。图像发送到计算装置，在此图像处理软件分析图像以确定水是否夹带在衬套后面。然后，计算装置警告操作者夹带水的潜在存在。该检测系统通过检测夹带的水而无需从风扇壳拆下衬套和/或从发动机上拆下风扇壳来降低检查成本。因此，通过使用检测系统检测水而不是从风扇壳中拆下衬套，减少了检查风扇壳的人工成本。另外，该检测系统还通过减少停机时间而减少了燃气涡轮发动机的操作成本，因为风扇壳和衬套并未从发动机上拆下。
本文所述的方法和系统的示例性技术效果包括：(a)对风扇壳进行成像；(b)分析风扇壳的图像，以检测风扇壳上的局部瞬态热梯度；以及(c)基于检测到的局部瞬态热梯度，向操作者警告风扇壳内潜在夹带的水。
一些实施例涉及使用一个或多个电子或计算装置。此装置通常包括处理器、处理装置或控制器，如，通用中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微控制器、简化指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理(DSP)装置，和/或能够执行本文所述的功能的任何其它电路或处理装置。本文所述的方法可编码为体现在计算机可读介质中的可执行指令，包括但不限于储存装置和/或存储器装置。在由处理装置执行时，此指令引起处理装置执行本文所述的方法的至少一部分。以上实例仅为示例性的，且因此不旨在以任何方式限制用语处理器和处理装置的定义和/或意义。
上面详细描述了具有监视摄像头的检测系统的示例性实施例。设备、系统和方法不限于本文描述的特定实施例，而是相反，方法的操作和系统的构件可与本文描述的其它操作或构件独立地并且分开地利用。例如，本文描述的系统、方法和设备可具有其它工业或消费者应用，并且不限于与本文描述的检测系统一起实践。相反，可结合其它工业来实现和利用一个或多个实施例。
尽管本公开的各种实施例的特定特征可在一些图中示出且在其它图中未示出，但这仅是为了方便。根据本公开的原理，可与任何其它图的任何特征组合来参照和/或要求附图的任何特征。
本书面描述使用了实例来公开实施例，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实践实施例，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本公开的可专利范围由权利要求书限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求书的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它实例在权利要求书的范围内。