用于调节火焰监测器的系统、方法和设备与流程

本发明的实施例总体涉及用于监测化石燃料点火的燃烧室中所产生的火焰的火焰监测器(flamescanner)，并且更具体地，涉及用于调节火焰监测器的视场的系统、方法和设备。

背景技术：

火焰监测器监测化石燃料点火的燃烧室中的燃烧过程，以提供指示存在或缺少稳定火焰的信号。当存在稳定火焰时，化石燃料持续被供给到蒸汽发生器的燃烧室中。当火焰变得不稳定、或者完全失去火焰(被称为熄火状况)时，火焰监测器提供火焰信号的丢失。基于火焰信号的丢失，能够在产生不期望的不稳定操作状况或熄火状况之前终止向燃烧室输送化石燃料。在一些系统中，人工操作员基于火焰信号的丢失中断燃料供给；在其它系统中，燃烧器管理系统(bms)基于火焰信号的丢失中断燃料供给。

传统的火焰监测器基于所监测到的火焰产生电信号。该所获得的模拟电信号被传输到处理电子设备，所述处理电子设备通常相对于火焰监测器被单独容纳于邻近控制室定位的设备架中。所产生的信号的强度通常与所监测到的火焰的强度成比例。如果信号强度降至较低的设定点以下，或者上升至较高的设定点以上，中断向燃烧室中输送主燃料。设定点有时被称为跳变点。

一种类型的火焰监测器是紫外管火焰监测器，紫外管火焰监测器产生脉冲电输出，该脉冲电输出的脉率与火焰所发出的紫外光的强度(处于大约250至400纳米的范围内)成比例。这些监测器特别适于监测气体火焰，原因在于气体火焰的发射首先可能处于紫外波段，仅具有最少的可见光发射。基于geiger-müller管的紫外火焰监测器需要大量维护并且具有相对有限的操作寿命以及不稳定的故障模式。

另一种类型的火焰监测器是光电二极管火焰监测器。光电二极管火焰监测器是当今工业应用中使用的最常见的火焰监测器类型。在这些火焰监测器中，从燃烧室内侧收集处于大约400至700纳米的范围内的可见光、通过纤维光缆传输可见光、并且将其引导至单个光电二极管上以产生单独的处理电子设备所利用的电信号。光电二极管火焰监测器非常适于监测燃油和煤火焰，原因在于来自该等火焰的发射可见并且接近红外波段。

光电二极管火焰监测器安装于器械或工业锅炉上并且包括两个基本部件。一个部件是可移除的火焰监测器组件，即，透镜组件、火焰传感器和在透镜组件与火焰传感器之间延伸的纤维光缆。火焰传感器通过纤维光缆经由来自锅炉火焰的光传输来感测来自锅炉的能量。火焰监测器的另一个部件包括监测器导向管(scannerguidepipe)，该监测器导向管是锅炉的固定结构部件并且布置于锅炉的燃烧室内。火焰监测器组件配合到导向管中。通常，现有的火焰监测器使用若干不同的透镜镜筒组件中的一个，该透镜镜筒组件均具有固定的视角。然而，通常，无法在安装火焰监测器之前确定用于给定应用的最佳视角。有时，在给定项目的初始设计阶段期间作出了不正确或非最佳的透镜选择，并且直到启动都未被发现，从而可能造成返工和延期。

鉴于以上，需要一种可调节火焰监测器以及允许快速并且容易地调节火焰监测器的透镜组件的视角的相关方法。

技术实现要素：

在实施例中，本发明提供一种火焰监测器。该火焰监测器包括：透镜镜筒组件(lensbarrelassembly)，该透镜镜筒组件限定了大体中空主体，该大体中空主体具有第一端和第二端、和形成于第一端中的开口；透镜，该透镜定位成邻近第二端；和纤维光缆，该纤维光缆能够通过第一端中的开口接收，该纤维光缆具有远端。能够通过改变纤维光缆的远端相对于透镜的位置来选择性地调节火焰监测器的视场(fieldofview)。

其中，所述透镜镜筒组件包括多个定位止动件，每一个定位止动件与不同位置相对应，以设定所述纤维光缆的远端相对于所述透镜的位置。

其中，所述纤维光缆的远端被接收在联接部分内；其中所述联接部分能够接收在所述透镜镜筒组件的开口中。

其中，所述联接部分包括第一配合部分，所述第一配合部分由所述透镜镜筒组件的相应的第二配合部分接收。

其中，所述定位止动件均包括可调节紧固件；所述紧固件均能够在第一位置和第二位置之间调节，在所述第一位置中，所述紧固件限制所述纤维光缆的远端在所述透镜镜筒组件中朝向所述透镜前进；在所述第二位置中，所述紧固件不限制所述纤维光缆的远端在所述透镜镜筒组件内前进；其中，所述定位止动件是三个定位止动件。

其中，所述透镜能够从所述透镜镜筒组件移除。所述透镜镜筒组件能够选择性地安装于导向管内，所述导向管延伸到燃烧室中。

在另一个实施例中，本发明提供一种用于改变火焰监测器的视场的方法。该方法包括以下步骤：将纤维光缆的远端(distalend)插入到透镜镜筒组件的端部中的开口中，该透镜镜筒组件具有透镜，该透镜与开口相对地定位成邻近透镜镜筒组件的远端；和使纤维光缆朝向透镜前进到透镜镜筒组件中，直到纤维光缆的远端相对于与火焰监测器的期望视场相对应的透镜以期望距离定位。

其中，所述方法还包括以下步骤：使第一定位止动件延伸到所述透镜镜筒组件的内部腔中；其中使所述纤维光缆朝向所述透镜前进到所述透镜镜筒组件中包括使所述纤维光缆前进到所述透镜镜筒组件中直到所述联接部分接触所述定位止动件。

其中，所述方法还包括以下步骤：通过从所述内部腔缩回所述第一定位止动件来增大所述火焰监测器的视场、使第二定位止动件延伸到所述内部腔中、和使所述纤维光缆朝向所述透镜前进到所述透镜镜筒组件中直到所述联接部分接触所述第二定位止动件；其中所述第二定位止动件定位成相比所述第一定位止动件更靠近所述透镜。

其中，所述第一定位止动件和所述第二定位止动件是被接收在所述透镜镜筒组件的主体中的第一开孔和第二开孔中的第一螺钉和第二螺钉。

所述方法还包括以下步骤：将所述透镜镜筒组件插入到导向管中，所述导向管延伸到燃烧室中；和将所述火焰监测器固定至所述燃烧室的壁。其中，所述联接部分包括第一配合部分；并且所述透镜镜筒组件包括第二配合部分，所述第二配合部分接收所述联接部分的第一配合部分。

在又一个实施例中，本发明提供一种用于监测燃烧室中的火焰的火焰监测器。该火焰监测器包括：透镜镜筒组件，该透镜镜筒组件限定了大体中空主体，该大体中空主体具有第一端和第二端、和形成于第一端中的开口；和定位成邻近第二端的透镜；以及纤维光缆，该纤维光缆能够通过第一端中的开口接收，该纤维光缆具有远端。能够通过改变纤维光缆的远端相对于透镜的位置来选择性地调节火焰监测器的视场。

其中，所述透镜镜筒组件包括多个定位止动件，以用于限制所述纤维光缆的插入深度；其中所述定位止动件中的每一个对应于不同的视场。

其中，所述火焰监测器还包括：联接部分，所述联接部分连接至所述纤维光缆并且将所述纤维光缆的远端接收在其中；其中所述联接部分能够接收在所述透镜镜筒组件的开口中。其中，所述联接部分包括第一配合部分，所述第一配合部分由所述透镜镜筒组件的相应的第二配合部分接收。

附图说明

通过参照附图阅读下文对非限制性实施例的描述，本发明将得到更好的理解，在附图中：

图1是根据本发明实施例的火焰监测器的简化示意图。

图2是图1的火焰监测器的透镜镜筒组件的俯视平面图。

图3是沿图2的线a-a截取的透镜镜筒组件的横截面图。

图4是简化示意图，其示出了纤维光缆的定位对透镜镜筒组件的透镜的视角的影响。

具体实施方式

下文将详细参照本发明的示例性实施例，该示例性实施例的例子示于附图中。在可能的情况下，贯穿附图使用的相同的附图标记表示相同或相似的部件。尽管本发明的实施例适于结合用于监测化石燃料点火的燃烧室中的燃烧过程以提供指示存在或缺失稳定火焰的信号的火焰监测器一起使用，但是更普遍地，本发明的实施例也可以结合用于多种监测应用的火焰监测器和感测装置一起使用。具体而言，本说明书中所公开的火焰监测器的大体构型可以等同地应用于期望提供视场调节的任何光纤或者其它视频或图像监测装置。在实施例中，火焰监测器可以用于切向点火(tangentialfired，t式点火)或者壁点火(wall-fired)锅炉中的任一个中，也可以与煤、燃油、燃气、和/或其它的燃料点火的燃烧器中的任何一个或所有燃烧器一起使用。

当在本说明书中使用时，术语“基本”、“大体”、和“大约”表示相对于适于实现部件或组件的功能目标的理想期望条件而言属于可合理实现的制造和组装公差内的情况。当在本说明书中使用时，“操作性联接”指的是可为直接或间接的连接。该连接不一定是机械附接。当在本说明书中使用时，“机械联接”指的是能够支承用于在部件之间传递转矩所需的力的任何联接方法。

本发明的实施例涉及用于调节火焰监测器的系统和方法，并且更具体地，涉及用于调节火焰监测器的透镜的视角(viewingangle)的系统和方法。参照图1，火焰监测器10包括：透镜镜筒组件12，该透镜镜筒组件12具有定位于其远端处的透镜14；和纤维光缆16，该纤维光缆16由透镜镜筒组件12接收。如图中所示，纤维光缆16从透镜镜筒组件12延伸至探测头组件20。在实施例中，火焰监测器10可以包括透镜镜筒组件12和探测头组件20之间的芯轴(spool)组件22，该芯轴组件22允许选择性地调节火焰监测器的长度。

如图1中所示，导向管组件100将火焰监测器10固定至燃烧室104的壁102。导向管组件100包括：导向管106，该导向管106延伸到燃烧室104中；和歧管联接件(manifoldcoupling)108，该歧管联接件108布置于燃烧室104的外侧、并且附接到壁102。探测头组件20和芯轴组件22安装于壁102的外侧，而火焰监测器10的透镜镜筒组件12在燃烧室104内定位于导向管106内侧。纤维光缆16在导向管106内延伸，并且歧管联接件108通过壁102将芯轴组件22和探测头组件20连接到透镜镜筒组件12。在实施例中，经受高热的透镜镜筒组件12和纤维光缆16的所有金属部件都由304型不锈钢构成。

进一步参照图1，在实施例中，透镜镜筒组件12的透镜14是可替换石英透镜。纤维光缆16从透镜镜筒组件12延伸穿过将透镜镜筒组件12连接至芯轴组件22和探测头组件20的保护性套筒24。保护性套筒24由适于保护纤维光缆16不受燃烧室104内的环境条件影响的材料制成。例如，在实施例中，保护性套筒24可以由钢柔性软管26和连接到柔性软管26的钢管28制成。在其它实施例中，保护性套筒24可以由能够保护纤维光缆16不受燃烧室104内的环境条件影响的其它材料制成。众所周知，纤维光缆16被配置成将石英透镜14收集到的光传输到位于探测头组件20内侧的分光器(splitter)30。可以根据需要采用石英或者其它的缆线。

分光器30将收集到的光引导至多个光电二极管32a-32n中的每一个上。每一个光电二极管32a-32n将光能转化成电信号。在实施例中，每一个电信号随后都被发送至机载数字信号处理器(onboarddigitalsignalprocessor)34，但是可以在不偏离本发明的更广泛方面的前提下利用单独和远程的处理电子设备。在任何情况下，火焰监测器10都可以输出指示燃烧室104中的火焰状况的信号。

进一步参照图1，歧管联接件108从外部源接收空气，并且歧管联接件108内的内部通道将空气引导至布置于安装轴38内的开孔36，该安装轴38附接到套筒24的端部。该空气通过开孔36并且通过套筒24到达透镜镜筒组件12，以冷却纤维光缆16、并且为透镜14清理碎屑。来自歧管联接件108的空气还可以通过导向管106和纤维光缆之间以用于冷却和清洁目的。

芯轴组件22具有布置于其中的室，以用于接收一个或多个线圈或者其它过量的纤维光缆16。安装轴38被可滑动地接收于芯轴组件22的一端内，并且可以被轴向地推入芯轴组件22中、或从该芯轴组件22被轴向地拉出，由此调节火焰监测器10的长度，如美国专利no.7,646,005中更全面地讨论的那样，该专利通过引用的方式结合到本说明书中。当火焰监测器10被缩短时，芯轴组件22接收过量的纤维光缆16，并且芯轴组件22中过量的纤维光缆16提供足够的缆线16以用于延长火焰监测器10。一旦实现期望的长度，安装轴38可以相对于芯轴组件22被锁定就位，以固定火焰监测器10的长度。火焰监测器10的长度中的该“伸缩(telescopic)”调节允许火焰监测器长度由于宽松制造公差或记录不清(poordocumentation)而有变化，同时仍然实现现场中的正确配合。在实施例中，可以从火焰监测器10省去芯轴组件22。

现在参照图2和图3，更清楚地示出了火焰监测器10的透镜镜筒组件12的放大视图。如图中所示，透镜镜筒组件12成大体中空圆柱形主体，该大体中空圆柱形主体的一端处具有开口，并且其相对的远端处布置有透镜14。纤维光缆16被封装于保护性套筒24中，该保护性套筒24可以包括柔性软管26和第一配合部分(例如，外部具有螺纹的联接部分40)。如图3中最佳示出的，联接部分40被相应的第二配合部分(例如，透镜镜筒组件12的内部具有螺纹的部分)接收。

如图2和图3中进一步示出的，透镜镜筒组件12包括沿主体在多个纵向位置处形成于圆柱形主体中的多个螺纹开孔42、44、46。开孔42、44、46中的每一个分别将相应的定位螺钉或紧固件48、50、52接收于其中。在实施例中，具有三个开孔以及相应的螺钉，但是可以在不偏离本发明的更广泛的方面的前提下采用多于或少于三个的开孔和螺钉。开孔42、44、46以及螺钉48、50、52限定了多个定位止动件，以用于在纤维光缆16的远端54和透镜14之间设定距离d，如下文更详细地讨论的那样。

在实施例中，可以通过相对于保护性套筒24旋转透镜镜筒组件12来选择性地调节纤维光缆16的远端54相对于透镜14的距离d。具体而言，沿一个方向旋转使缆线16的远端54相对于透镜14前进，而沿相反方向旋转使缆线16的远端54相对于透镜缩回。如将易于领会的那样，通过移动纤维光缆16的远端54使其更靠近透镜14，可以增大视场。相反地，通过移动缆线16的远端54使其离开透镜，可以减小视场。

特别参照图3，在操作中，技术人员或使用者可以首先确定缆线16的远端54相对于透镜14的期望位置，以便提供预期的最佳视角。例如，如果最初确定缆线16的远端54应当定位于透镜14的远侧，那么使用者可以调节定位螺钉52使得其突出到透镜镜筒组件12的内部腔中。使用者随后可以通过相对于透镜镜筒组件12和保护性套筒24中的一个旋转另一个来使缆线16前进到透镜镜筒组件14中，直到联接部分40的端部接触定位螺钉52，由此设定缆线16的远端54的位置。在该位置处，定位螺钉52防止缆线16前进更靠近透镜14。

然而，如果随后意识到最初确定的最佳视角/缆线位置不正确或者非最佳，可以通过改变缆线16相对于透镜14的位置(即，缆线16在透镜镜筒组件12内的插入深度)来容易地调节视角。例如，如果已确定必须增大视角，则可以缩回定位螺钉52，使得其不阻止缆线16在透镜镜筒组件12内前进。随后可以调节定位螺钉48、50中的一个(与期望的缆线位置相对应)，使得其突出到组件12的内部腔中。缆线16随后可以在透镜镜筒组件12内前进，直到套筒24的联接部分40接触与期望的缆线位置相对应的定位螺钉48或50，以便增大视角。缆线位置相对于透镜14的该伸缩调节允许快速并且容易地调节视角。

现在参照图4，以简化示意形式说明了纤维光缆位置对视角的影响。如图中所示，将缆线16的远端54定位成远离透镜14产生较小的视角α(并且因此较小的视场)，而将缆线16的远端54定位成更靠近透镜产生较大的视角β(并且因此较大的视场)。同样地，相比缆线16的远端54与由螺钉52所限定的定位止动件相对应的情况，将纤维光缆16的远端54移动至与由螺钉48或50限定的定位止动件相对应产生增大的视角(和视场)。

尽管上文所述的实施例利用纤维光缆和透镜镜筒组件之间的螺纹连接、和螺纹定位止动件，但是也能够在不偏离本发明的更广泛方面的前提下利用用于相对于透镜可滑动或伸缩地调节缆线的远端的位置的其它机构。例如，联接部分40和透镜镜筒组件12可以包括球形锁销机构或弹簧偏置销，并且开孔机构有利于相对于透镜14选择性地调节和定位纤维光缆16的远端54。

因此，本发明的火焰监测器10允许快速并且容易地现场调节火焰监测器的视角，从而允许火焰监测器10在安装和测试期间基本“协调”。具体而言，火焰监测器10的伸缩调节机构允许技术人员调节火焰监测器的视场，以适应启动期间遇到的意料之外的现场状况、并且/或者优化火焰监测器以使其性能最佳。因此，本发明不再需要在项目的提议或设计阶段期间从均具有固定视角的多个透镜中选择一个，并且如果选择了非最佳透镜也不必重置部件。由于火焰监测器10在设计上相对简单，其可以在不显著增加材料或项目成本的情况下采用。此外，本发明可以不再需要制造多个不同的具有不同固定视角的火焰监测器，由此降低了总体制造和仓储成本。

在一个实施例中，本发明提供一种火焰监测器。该火焰监测器包括：透镜镜筒组件，该透镜镜筒组件限定了大体中空主体，该大体中空主体具有第一端和第二端、和形成于第一端中的开口；透镜，该透镜定位成邻近第二端；以及纤维光缆，该纤维光缆能够通过第一端中的开口接收，该纤维光缆具有远端。能够相对于透镜来调节纤维光缆的远端的位置，以便选择性地调节火焰监测器的视场。在实施例中，透镜镜筒组件包括多个定位止动件，每一个定位止动件都与不同位置相对应，以设定纤维光缆的远端相对于透镜的位置。在实施例中，火焰监测器还包括联接部分，该联接部分连接到纤维光缆并且将纤维光缆的远端接收在其中。联接部分能够接收在透镜镜筒组件的开口中。在实施例中，联接部分包括第一配合部分，该第一配合部分由透镜镜筒组件的相应的第二配合部分接收。在实施例中，定位止动件均包括可调节紧固件。在实施例中，紧固件均能够在第一位置和第二位置之间调节，在第一位置中，紧固件突出到透镜镜筒组件的中空主体中并且接触联接部分以限制纤维光缆的远端在透镜镜筒组件中朝向透镜纵向前进；在第二位置中，紧固件不突出到中空主体中使得联接部分和纤维光缆的远端能够在透镜镜筒组件中朝向透镜纵向前进。在实施例中，定位止动件是三个定位止动件。在实施例中，透镜能够从透镜镜筒组件移除。在实施例中，透镜镜筒组件能够选择性地安装于延伸到燃烧室中的导向管内。

在另一个实施例中，本发明提供一种用于改变火焰监测器的视场的方法。该方法包括以下步骤：将纤维光缆的远端插入到透镜镜筒组件的端部中的开口中，该透镜镜筒组件具有透镜，透镜与开口相对地定位成邻近透镜镜筒组件的远端；和使纤维光缆朝向透镜前进到透镜镜筒组件中，直到纤维光缆的远端相对于与火焰监测器的期望视场相对应的透镜以期望距离定位。在实施例中，使纤维光缆朝向透镜前进的步骤包括使联接部分和透镜镜筒组件中的一个相对于联接部分和透镜镜筒组件中的另一个旋转，其中联接部分连接到并且容纳纤维光缆。在实施例中，该方法还包括使第一定位止动件延伸到透镜镜筒组件的内部腔中的步骤。使纤维光缆朝向透镜前进到透镜镜筒组件中包括使纤维光缆前进到透镜镜筒组件中直到联接部分接触定位止动件。在实施例中，该方法还包括以下步骤：通过从内部腔缩回第一定位止动件来增大火焰监测器的视场、使第二定位止动件延伸到内部腔中、和使纤维光缆朝向透镜前进到透镜镜筒组件中直到联接部分接触第二定位止动件。在该实施例中，第二定位止动件定位成相比第一定位止动件更靠近透镜。在实施例中，第一定位止动件和第二定位止动件是被接收在透镜镜筒组件的主体中的第一开孔和第二开孔中的第一螺钉和第二螺钉。在实施例中，该方法还包括以下步骤：将透镜镜筒组件插入到导向管中，该导向管延伸到燃烧室中；和将火焰监测器固定至燃烧室的壁。在实施例中，联接部分包括第一配合部分，并且透镜镜筒组件包括第二配合部分，该第二配合部分接收联接部分的第一配合部分。

在又一个实施例中，本发明提供一种用于监测燃烧室中的火焰的火焰监测器。该火焰监测器包括：透镜镜筒组件，该透镜镜筒组件限定了大体中空主体，该大体中空主体具有第一端和第二端、形成于第一端中的开口；和定位成邻近第二端的透镜；以及纤维光缆，该纤维光缆能够通过第一端中的开口接收，该纤维光缆具有远端。能够通过改变纤维光缆的远端相对于透镜的位置来选择性地调节火焰监测器的视场。在实施例中，透镜镜筒组件包括多个定位止动件，该定位止动件限制纤维光缆的插入深度，其中定位止动件中的每一个都对应于不同的视场。在实施例中，火焰监测器包括联接部分，该联接部分连接至纤维光缆并且将纤维光缆的远端接收在其中，其中联接部分能够螺纹地接收在透镜镜筒组件的开口中。在实施例中，联接部分包括第一配合部分，该第一配合部分由透镜镜筒组件的相应的第二配合部分接收。

应当理解，以上描述旨在说明，而非构成限制。例如，上述实施例(以及/或者其方面)可以彼此组合使用。此外，可以进行多次改型以使特定的情况或材料适于本发明的教导内容而不偏离本发明的范围。尽管本说明书中所描述的材料的尺寸和类型旨在限定本发明的参数，但是它们并不构成限制而是作为示例性实施例。当阅览以上描述时，多种其它的实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，应当参照所附权利要求书以及该等权利要求书的等同形式的完整范围来确定本发明的范围。在所附权利要求书中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“其中”的常见英文等同形式。此外，在以下权利要求书中，诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上部”、“下部”、“底部”、“顶部”等之类的术语仅用作标识，并且不旨在对其目的语产生编号或位置要求。此外，所附权利要求书的限制并不按照手段加功能格式书写并且不旨在基于美国专利法§122第6款进行理解，除非该等权利要求限制明确使用了“用于……的手段”短语以及对进一步结构的功能无效的陈述。

本说明书使用例子对本发明的若干实施例进行了公开(包括最佳模式)，并且还使本领域普通技术人员能够实施本发明的实施例(包括制造和使用任何装置或系统并且执行所包含的任何方法)。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域普通技术人员想到的其它的例子。如果该等其它的例子具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元件，或者如果该等其它的例子包括与权利要求书的字面语言没有实质区别的等同结构元件，则期望该等其它的例子落入权利要求书的范围内。

当在本说明书中使用时，除非清楚描述这种排除，否则以单数列举并且以词语“一个”修饰的元件或步骤应当被理解为不排除所述元件或步骤的复数形式。此外，参照本发明的“一个实施例”不旨在被理解为排除存在同样结合了所列举的特征的其它实施例。此外，除非有相反清楚描述，“包含”、“包括”或“具有”有特定特性的元件或多个元件的实施例可以包括不具有该特性的其它的该等元件。

由于可以在不偏离本说明书中所涉及的本发明的精神和范围的前提下对上述系统、方法和设备进行某些改变，因此期望上文描述或附图中所示的所有的主题都将被理解为仅仅是对本说明书中的发明性理念进行说明的例子并且不应当解释成对本发明构成限制。