JP2017115863A - ガスタービンエンジン内のプローブの位置を標定するためのシステムおよび方法 - Google Patents

ガスタービンエンジン内のプローブの位置を標定するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ガスタービンエンジン内のプローブの位置を標定するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】複数の位置送信機を位置決めするステップと、プローブをエンジンのアクセスポートを通して挿入するステップとを含む。プローブは、プローブ先端と、位置送信機から送信された位置関連信号を受信する位置信号受信機とを含む。本方法は、位置関連信号に基づいて、エンジン内のプローブ先端の現在位置を決定するステップと、エンジンの3次元モデル内のプローブ先端の仮想位置を同定するステップとを含むことができる。【選択図】図7

Description

本主題は一般に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジン内のプローブの位置を標定するためのシステムおよび方法に関する。
ガスタービンエンジンは典型的には、直列流れ関係で、高圧圧縮機、燃焼器、および高圧タービンを有するターボ機械のコアを含む。コアは、主ガス流を発生するために、知られている方法で動作可能である。高圧圧縮機は静止ベーンの環状列(「列」)を含み、静止ベーンは、エンジンに入った空気を下流の圧縮機の回転ブレード内に向ける。圧縮機ベーンの一列と圧縮機ブレードの一列とは合わさって圧縮機の「段」を構成する。同様に、高圧タービンは静止ノズルベーンの環状列を含み、静止ノズルベーンは、燃焼器を出たガスを下流のタービンの回転ブレード内に向ける。ノズルベーンの一列とタービンブレードの一列は合わさってタービンの「段」を構成する。典型的には、圧縮機およびタービンはともに複数の連続する段を含む。
エンジンのコアの部品(例えば、圧縮機ブレードおよびタービンブレード)を定期的に検査することができるように、エンジンケーシングおよび/またはフレームには通常、ボアスコープポートが設けられている。このようなポートによって、光学ボアスコープ器具をコアエンジン内に挿入することができ、エンジン構成部品の分解を必要とせずにエンジンの視覚的な検査を実行することができる。しかしながら、一旦、器具がボアスコープポート内に挿入されてしまうと、通常、エンジン内での器具の実際の位置に関して、検査員は最小限の情報しか得られず、それによって、測定に誤りが生じたり、視覚的な検査を実行する効率が下がったりする。
したがって、このようなプローブをエンジン内に挿入したときに、ガスタービンエンジンに対するプローブの位置を標定するためのシステムおよび方法は、当該技術では歓迎されるであろう。
米国特許出願公開第2015/0172567号公報
本発明の態様および利点は、以下の説明で部分的に記載され、またはその説明から明らかにすることができ、または本発明の実践を通じて学ぶことができる。
一態様では、本主題は、ガスタービンエンジン内のプローブの位置を標定するための方法を対象とする。本方法は一般に、複数の位置送信機をガスタービンエンジンに対して位置決めするステップを含むことができる。ここで、各位置送信機の位置はガスタービンエンジンに対して既知である。本方法はまた、プローブをガスタービンエンジンのアクセスポートを通して挿入するステップを含むことができる。ここで、プローブは、プローブ先端と、位置送信機から送信された位置関連信号を受信するように構成された位置信号受信機とを含む。加えて、本方法は、プローブに通信可能に接続されたコンピューティング装置で位置関連信号を受信するステップと、コンピューティング装置によって、位置関連信号および位置送信機の既知の位置に基づいて、ガスタービンエンジン内のプローブ先端の現在位置を決定するステップと、コンピューティング装置で、ガスタービンエンジン内のプローブ先端の現在位置に相当する、ガスタービンエンジンの3次元モデル内のプローブ先端の仮想位置を同定するステップとを含むことができる。さらに、本方法は、コンピューティング装置によって、ガスタービンエンジンの3次元モデルを表示するステップを含むことができる。ここで、プローブ先端の仮想位置は、3次元モデル内で視覚的な標識として表示される。
別の態様では、本主題は、ガスタービンエンジン内のプローブの位置を標定するためのシステムを対象とする。本システムは一般に、複数の位置送信機を含むことができる。ここで、各位置送信機は、ガスタービンエンジンに対して既知の位置に位置決めされる。本システムはまた、ガスタービンエンジンのアクセスポートを通して挿入されるように構成されたプローブを含むことができる。プローブは、プローブ先端と、位置送信機から送信された位置関連信号を受信するように構成された位置信号受信機とを含むことができる。加えて、本システムは、プローブに通信可能に結合されたコンピューティング装置を含むことができる。コンピューティング装置は、位置信号受信機によって受信された位置関連信号、および複数の位置送信機の既知の位置に基づいて、ガスタービンエンジン内のプローブ先端の現在位置を決定するように構成することができる。さらに、コンピューティング装置は、ガスタービンエンジン内のプローブ先端の現在位置に相当する、ガスタービンエンジンの3次元モデル内のプローブ先端の仮想位置を同定し、かつ、ガスタービンエンジンの3次元モデルを表示し、プローブ先端の仮想位置が、3次元モデル内で視覚的な標識として表示されるように構成することができる。
本発明のこれらのおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照すればよりよく理解できるであろう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、その一部を構成するものであり、本記述と併せて本発明の実施形態を例示して本発明の原理を説明する働きをしている。
当業者を対象として、最良の態様を含む本発明の完全かつ有効な開示を、添付の図を参照して本明細書に記載する。
本主題の態様による、航空機内で利用することができるガスタービンエンジンの一実施形態の断面図である。 図1に示したガスタービンエンジン内での使用に適したタービンの一実施形態の部分断面図であり、特に、タービンの内部にアクセスするためにエンジンに画定されたアクセスポートを示した図である。 図1に示したガスタービンエンジン内での使用に適した圧縮機の一実施形態の部分断面図であり、特に、圧縮機の内部にアクセスするためにエンジンに画定されたアクセスポートを示した図である。 ガスタービンエンジンを視覚的に検査するために、本主題の態様に従って使用することができる光学プローブの一実施形態の簡易図である。 本主題の態様による、ガスタービンエンジン内のプローブの位置を標定するためのシステムの一実施形態の簡略図である。 本主題の態様による、開示されたシステムのユーザに提示することができるユーザインターフェースの簡易図であり、特に、エンジン内のプローブの実世界での現在位置に相当する、ガスタービンエンジンの3次元モデル内のプローブの仮想位置を表現するために使用される視覚的な標識を示した図である。 本主題の態様による、ガスタービンエンジン内のプローブの位置を標定するための方法の一実施形態の流れ図である。
次に、1つまたは複数の例が図面に示されている本発明の実施形態を詳細に参照する。それぞれの例は本発明を説明するために提示されており、本発明を限定するためではない。実際、本発明の範囲または趣旨から逸脱せずに、本発明において様々な修正および変形を行うことができることは、当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部分として図示または記述された特徴を、またさらなる実施形態を得るために別の実施形態とともに使用することができる。したがって、本発明は、このような修正および変更を、添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内にあるものとして包含することを意図する。
全体として、本主題は、ガスタービンエンジン内のプローブの位置を標定するためのシステムおよび方法を対象とする。具体的には、いくつかの実施形態では、ガスタービンエンジンを視覚的に検査するために使用される光学プローブは、エンジンに対して(例えば、エンジンのアクセスポート内に)取り付けられた複数の位置送信機からの位置関連信号を受信するように構成された適切な受信機を装備することができる。次いで、プローブの受信機によって受信された位置関連信号は、コンピューティング装置に送信することができる。コンピューティング装置は、位置関連信号および送信機の既知の位置に基づいてプローブの位置を計算するために三辺測量技法または三角測量技法を使用するなどして、ガスタービンエンジン内の光学プローブの現在位置を決定するように構成される。加えて、コンピューティング装置は、光学プローブの決定された実世界での位置を、ガスタービンエンジンの3次元モデル内の仮想位置と関係づけるように構成することができる。次いで、3次元モデル内に(例えば、印または他の視覚的な標識として)光学プローブの現在位置を表示した状態で、システムのユーザにモデルを提示することができ、それによって、ユーザは、エンジンの視覚的な検査を実行する際に、プローブをガスタービンエンジン内でより正確に位置決めすることができる。加えて、エンジン内の光学プローブの位置を決定することによって、コンピューティング装置はまた、プローブ先端に隣接して位置する内部構成部品を同定するように構成することができる。次いで、隣接した内部構成部品の名称および/または参照番号を、光学プローブの現在位置とともにシステムのユーザに提示することができる。
ガスタービンエンジン内の光学プローブの位置を決定することに関して本主題を本明細書で全体的に説明するが、開示するシステムおよび方法は一般に、ガスタービンエンジン内に挿入された任意のプローブの位置を決定するために使用することができることを認識すべきである。例えば、本システムおよび方法は、アクセスポートの1つを通してガスタービンエンジン内に挿入された補修プローブの位置を決定するために使用して、エンジン内で所与の補修処置を施すことができる。
開示するシステムおよび方法は一般に、エンジンのそのときの組立状態(例えば、完全に組み立てられている、または部分的に組み立てられている状態)に関わらず、航空機用タービンエンジンおよび陸上用タービンエンジンを含む任意の適切なタイプのガスタービンエンジン内に挿入されたプローブの位置を標定するために使用することができることもまた認識すべきである。さらに、航空機エンジンに関しては、本主題は翼に搭載時、または非搭載時に使用することができることを認識すべきである。
次に、図面を参照すると、図1は、本主題の態様による、航空機内で利用することができるガスタービンエンジン10の一実施形態の断面図であり、参考のため、エンジン10は、これを通って延在する長手方向または軸方向の中心線軸12を有して示されている。一般に、エンジン10はコアガスタービンエンジン(全体を参照符号14で示す)、およびその上流に位置決めされたファンセクション16を含むことができる。コアエンジン14は一般に、環状の入口20を画定する実質的に管状の外側ケーシング18を含むことができる。これに加えて、外側ケーシング18はさらに、コアエンジン14に入る空気の圧力を第1の圧力レベルに上げるためのブースタ圧縮機22を収め、かつ支持することができる。次いで、高圧多段軸流圧縮機24は、ブースタ圧縮機22からの加圧空気を受け入れ、このような空気の圧力をさらに上げることができる。次いで、高圧圧縮機24を出た加圧空気は燃焼器26に流れることができ、その中で燃料が加圧空気の流れの中に噴射され、その結果生じた混合気が燃焼器26内で燃焼される。高エネルギーの燃焼生成物は、エンジン10の高温ガス通路に沿って燃焼器26から第1の(高圧)タービン28に導かれて、第1の(高圧)駆動シャフト30を介して高圧圧縮機24を駆動し、次いで、第2の(低圧)タービン32に導かれて、第1の駆動シャフト30と一般に同軸である第2の(低圧)駆動シャフト34を介してブースタ圧縮機22およびファンセクション16を駆動する。燃焼生成物は、タービン28および32のそれぞれを駆動した後、コアエンジン14から排気ノズル36を通って排出されて、ジェット推進力を与えることができる。
加えて、図1に示すように、エンジン10のファンセクション16は一般に、環状のファンケーシング40によって取り囲まれるように構成された回転可能な軸流ファンロータ組立体38を含むことができる。ファンケーシング40は、実質的に半径方向に延在して周方向に間隔を置いて配置された複数の出口案内翼42によって、コアエンジン14に対して支持されるように構成することができることを当業者であれば認識すべきである。このようにして、ファンケーシング40は、ファンロータ組立体38およびそれに対応するファンロータブレード44を収めることができる。さらに、ファンケーシング40の下流セクション46は、追加のジェット推進力を与える二次またはバイパス空気流導管48を画定するように、コアエンジン14の外側部分を覆って延在することができる。
いくつかの実施形態では、第2の(低圧)駆動シャフト34は、ファンロータ組立体38に直接結合されて直接駆動構成とすることができることを認識すべきである。これに代えて、第2の駆動シャフト34は、減速装置37(例えば、減速歯車または歯車箱)を介してファンロータ組立体38に結合されて間接駆動または歯車駆動構成とすることができる。このような減速装置もまた、望むように、または必要に応じて、エンジン10内の任意の他の適切なシャフトおよび/またはスプールの間に設けることができる。
エンジン10の作動中、空気流(矢印50で示す)は、はじめにファンケーシング40に付随する入口52を通ってエンジン10に入ることができることを認識すべきである。次いで、空気流50は、ファンブレード44を通過してから、導管48を通って移動する第1の圧縮空気流(矢印54で示す)とブースタ圧縮機22に入る第2の圧縮空気流(矢印56で示す)とに分かれる。次いで、第2の圧縮空気流56の圧力は上昇させられて、高圧圧縮機24に(矢印58で示すように)入る。燃焼器26内で燃料と混合されて燃焼した後、燃焼生成物60は燃焼器26を出て第1のタービン28を通って流れる。その後、燃焼生成物60は第2のタービン32を通って流れ、エンジン10に推進力を与えるように排気ノズル36を出る。
ガスタービンエンジン10はまた、コアエンジン14の内部にアクセスできるようにするために、そのケーシングおよび/またはフレームを貫通して画定された複数のアクセスポートを含むことができる。例えば、図1に示すように、エンジン10は、圧縮機22、24の一方または両方の内部にアクセスできるようにするために、および/またはタービン28、32の一方または両方の内部にアクセスできるようにするために、外側ケーシング18を貫通して画定された複数のアクセスポート62(そのうちの6か所のみ示されている)を含むことができる。いくつかの実施形態では、アクセスポート62はコアエンジン14に沿って軸方向に間隔を置いて配置することができる。例えば、少なくとも1つのアクセスポート62が各圧縮機段、および/または各タービン段に位置するように、アクセスポート62を各圧縮機22、24および/または各タービン28、32に沿って軸方向に間隔を置いて配置して、このような段に位置する内部構成部品にアクセスできるようになる。加えて、アクセスポート62はまた、コアエンジン14の周りを周方向に間隔を置いて配置することができる。例えば、複数のアクセスポート62は、各圧縮機段および/またはタービン段の周りを周方向に間隔を置いて配置することができる。
圧縮機22、24の一方または両方の内部にアクセスすること、および/またはタービン28、32の一方または両方の内部にアクセスすることに関してアクセスポート62を本明細書で全体的に説明しているが、ガスタービンエンジン10は、燃焼器26および/またはエンジン10の任意の他の適切な構成部品内にアクセスすることができるアクセスポート62を含むことによってなど、エンジン10の任意の適切な内部位置にアクセスすることできるアクセスポート62を含むことができることを認識すべきである。
次に、図2を参照すると、図1を参照して上記で説明された第1の(または、高圧)タービン28の部分断面図が本主題の実施形態に従って示されている。図示のように、第1のタービン28は、第1段のタービンノズル66、およびノズル66の直ぐ下流に位置する回転タービンブレード68(そのうちの1つが示されている)の環状列を含むことができる。ノズ66ルは一般に、半径方向に延在して環状に離間した複数のノズルベーン70(そのうちの1つが示されている)を含む環状の流路によって画定することができる。いくつかの円弧状の外側バンド72と円弧状の内側バンド74との間にベーン70を支持することができる。加えて、周方向に間隔を置いて配置されたタービンブレード68は一般に、エンジン10の中心線軸12(図1)の周りを回転するロータディスク(図示せず)から半径方向外向きに延在するように構成することができる。さらに、タービンシュラウド76は、エンジン10の高温ガス通路に沿ってタービン28を通って流れる燃焼生成物60のための外側の半径方向流路の境界を画定するように、タービンブレード68の半径方向外側先端に直ぐ隣接して位置決めすることができる。
上に示したように、タービン28は一般に任意の数のタービン段を含むことができ、各段はノズルベーンおよびそれに続くタービンブレード68の環状列を含む。例えば、図2に示すように、タービン28の第2段のノズルベーン78の環状列は、タービン28の第1段のタービンブレード68の直ぐ下流に位置することができる。
さらに、図2に示すように、各アクセスポート62が、異なる軸方向位置でタービン28の内部にアクセスできるように構成された状態で、複数のアクセスポート62は、タービンケーシングおよび/またはフレームを貫通して画定することができる。具体的には、上に示したように、いくつかの実施形態では、各アクセスポート62を整列させるなどしてタービン28の異なる段の内部にアクセスすることができるように、アクセスポート62を軸方向に間隔を置いて配置することができる。例えば、図2に示すように、第1のアクセスポート62Aを、タービン28の第1段にアクセスできるようにタービンケーシング/フレームを貫通して画定することができ、一方、第2のアクセスポート62Bを、タービン28の第2段にアクセスできるようにタービンケーシング/フレームを貫通して画定することができる。
同様のアクセスポート62はまた、タービン28の任意の他の段および/または第2(すなわち低圧)タービン32の任意のタービン段に設けることができることを認識すべきである。図2に示す軸方向に間隔を置いて配置されたアクセスポート62に加え、アクセスポート62はまた、周方向に間隔を置いた異なる位置に設けることができることもまた認識すべきである。例えば、一実施形態では、タービン段の周りの複数の周方向位置でタービン28の内部にアクセスできるように、周方向に間隔を置いて配置された複数のアクセスポートを各タービン段のタービンケーシング/フレームを貫通して画定することができる。
次に、図3を参照すると、図1を参照して上記で説明された高圧圧縮機24の部分断面図が、本主題の実施形態に従って示されている。図示のように、圧縮機24は複数の圧縮機段を含むことができ、各段は、固定圧縮機ベーン80(そのうちの1つだけを各段に対して示す)の環状列、および回転可能圧縮機ブレード82(そのうちの1つだけを各段に対して示す)の環状列の両方を含んでいる。圧縮機ベーン80の各列は一般に、その直ぐ下流の圧縮機ブレード82の列に圧縮機24を通って流れる空気を向けるように構成されている。
さらに、各アクセスポート62が、異なる軸方向位置で圧縮機24の内部にアクセスできるように構成された状態で、圧縮機ケーシングおよび/またはフレームを貫通して画定された複数のアクセスポート62を圧縮機24は含むことができる。具体的には、いくつかの実施形態では、各アクセスポート62を整列させるなどして圧縮機24の異なる段の内部にアクセスすることができるように、アクセスポート62を軸方向に間隔を置いて配置することができる。例えば、図3に示すように、圧縮機24の4つの連続する段のそれぞれにアクセスすることができる第1、第2、第3、および第4のアクセスポート62a、62b、62c、62dが示されている。
同様のアクセスポート62はまた、圧縮機24の他の段のいずれか、および/または低圧圧縮機22の段のいずれかに設けることができることを認識すべきである。図3に示す軸方向に間隔を置いて配置されたアクセスポート62に加え、アクセスポート62はまた、周方向に間隔を置いた異なる位置に設けることができることもまた認識すべきである。例えば、一実施形態では、圧縮機段の周りの複数の周方向位置で圧縮機24の内部にアクセスできるように、周方向に間隔を置いて配置された複数のアクセスポートを各圧縮機段の圧縮機ケーシング/フレームを貫通して画定することができる。
次に、図4を参照すると、ガスタービンエンジン10の視覚的な検査を実行するために利用することができるプローブ100の一実施形態の簡易図が本主題の態様に従って示されている。図示のように、プローブ100は、図1〜3を参照して上記で説明したアクセスポート62のいずれかなど、エンジン10のアクセスポート62を通して挿入されている。
一般に、プローブ100は、アクセスポート62を通してガスタービンエンジン10内に挿入されるように構成された任意の適切なプローブに該当する場合がある。具体的には、図示の実施形態に示すように、プローブ100は光学プローブ100に該当する。このような実施形態では、光学プローブ100は、ガスタービンエンジン10のアクセスポート62を通して挿入されて、エンジン10の内部の画像を取り込む、またはそうでなければ取得することができる任意の適切な光学装置に該当する場合がある。例えば、いくつかの実施携帯では、光学プローブ100は、アクセスポート62を通してガスタービンエンジン10の内部を見ることができる、当該技術で知られているボアコープ、ビデオスコープ、ファイバスコープ、または任意の他の同様な光学装置に該当する場合がある。このような実施形態では、光学プローブ100は、1つまたは複数の光学レンズ、光ファイバ、画像取込装置(例えば、ビデオカメラ、静止画カメラ、CCD装置、CMOS装置)、ケーブル、および/またはその他などの1つまたは複数の光学要素(破線の四角102で概略的に示す)を含んで、プローブ100の先端104で、エンジン10の内部の眺めまたは画像を取得し、プローブ先端104からのこのような画像をプローブ100の長さに沿ってエンジン10の外部に送信または中継することができる。例えば、図4に示すように、プローブ100によって取得された内部の眺めまたは画像は、プローブ先端104から、プローブ100に接続するなどして結合されたコンピューティング装置202に送信することができる。加えて、図4に示すように、一実施形態では、LEDなどの光源(破線の四角106で示す)は、プローブ先端104において、またはそれに隣接して設けられて、エンジン10の内部を照らすことができる。
光学プローブ100はまた、ガスタービンエンジン10の内部でプローブ先端104の配向を調節することができる関節組立体108を含むことができる。例えば、関節組立体108は、プローブ先端104を単一の軸または複数の軸周りに回転または旋回させて、プローブ100の他の部分に対して先端104の配向を調節することができる。関節組立体108は一般に、プローブ100の残りの部分に対してプローブ先端104の配向を調節することができる任意の適切な構成を有することができる、かつ/または任意の適切な構成部品を含むことができることを認識すべきである。例えば、一実施形態では、プローブ先端104と1つまたは複数の関節モータ112との間に複数の関節ケーブル110を結合することができる。このような実施形態では、モータ112によってケーブル110の伸長を調節することによって、ガスタービンエンジン10内でプローブ先端104を再配向することができる。
いくつかの実施形態では、関節組立体108は、電子制御されるように構成することができることもまた認識すべきである。具体的には、図4に示すように、コンピューティング装置202を関節組立体108に通信可能に結合して、コンピューティング装置202が関節組立体108を制御することによってプローブ先端104の配向を調節することができる。例えば、図示の実施形態では、コンピューティング装置202は、関係するケーブル110内の伸長を調節するために、適切な制御信号を関節モータ112に送信するように構成することができ、それによってコンピューティング装置202は、ガスタービンエンジン10内でプローブ先端104の配向を自動的に調節することができる。
加えて、図4に示すように、光学プローブ100はまた、プローブ先端104に、またはそれに隣接して位置決めされた位置信号受信機(破線の四角120で概略的に示す)を含むことができる。下記でより詳細に説明するように、位置信号受信機120は、送信機204の位置に対する位置信号受信機120(したがって、プローブ先端104)の位置の指標を与える複数の位置送信機204(図5)から位置関連信号を受信するように構成することができる。例えば、位置信号受信機120は、受信機120と各送信機204との間で画定された距離の指標(例えば、信号の強度、信号の伝送時間、および/または信号の到達時間に基づく)を与える、かつ/または受信機120と各送信機204との間で画定された角度の指標(例えば、信号の入射角または到来角に基づく)を与える位置送信機204からの信号を受信するように構成することができる。次いで、位置信号受信機120によって受信された信号は、コンピューティング装置202に送信されて、コンピューティング装置202が、三辺測量技法または三角測量技法などの任意の適切な信号に基づく位置決め技法を用いて、ガスタービンエンジン10内のプローブ先端104の現在位置を決定することができる。
他の実施形態では、プローブ100は、アクセスポート62の1つを通してガスタービンエンジン10内に挿入されるように構成された任意の他の適切なプローブに該当する場合があることを認識すべきである。例えば、代替の実施形態では、プローブ100は、ガスタービンエンジン10内に挿入されて、エンジンの1つまたは複数の内部構成部品に補修処置を施すことができるように構成された補修プローブ、例えば、エンジン内の亀裂および/または他の損傷を補修するために使用されるプローブに該当する場合がある。
次に、図5を参照すると、ガスタービンエンジン内のプローブの位置を標定するためのシステム200の一実施形態の簡略図が本主題の態様に従って示されている。図示のように、システム200は一般に、コンピューティング装置202、ガスタービンエンジン10のアクセスポート62内に取り付けられたプローブ100、およびガスタービンエンジン10に対して位置決めされた複数の位置送信機204を含むことができる。上記で示したように、プローブ100は、いくつかの実施形態では、ガスタービンエンジン10の内部の眺めまたは画像を提供するように構成することができ、次いでこれらの眺めまたは画像は、コンピューティング装置202に画像データとして送信され、続いて、その中に保存され、かつ/またはコンピューティング装置202に関連した表示装置206を介してシステム200のユーザに提示することができる。加えて、プローブ100がガスタービンエンジン10の内部の画像を取得するために使用されているとき、プローブ100はまた、位置送信機204から送信され、プローブ100に対する各送信機204の位置の指標を与える位置関連信号を(例えば、位置信号受信機120を介して)受信するように構成することができる。次いで、上記のように、このような信号はコンピューティング装置202に送信されて、コンピューティング装置202は、ガスタービンエンジン10内のプローブ先端104の現在の3次元位置を決定することができる。次いで、プローブ先端104の決定された実世界での位置は、システム200のユーザに、(例えば、表示装置206を介して)、それに相当する、ガスタービンエンジン10の3次元のコンピュータベースモデル内の仮想位置に表示されて、ユーザにエンジン10内のプローブ100の現在位置を視覚的に示すことができる。
一般に、コンピューティング装置202は、任意の適切なプロセッサベースの装置および/またはプロセッサベースの装置を任意に適切に組み合せたものに該当する場合がある。したがって、いくつかの実施形態では、コンピューティング装置202は、コンピュータで実装する様々な機能(例えば、本明細書で開示する方法、ステップ、計算などを実行する機能)を実行するように構成された1つまたは複数のプロセッサ208および関連するメモリ装置210を含むことができる。本明細書で使用するとき、用語「プロセッサ」は、コンピュータに含まれるものとして当該技術分野で言及される集積回路を指すだけでなく、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ(PLC:programmable logic controller)、特定用途向け集積回路、および他のプログラム可能な回路も指す。加えて、メモリ装置210は一般に、限定するものではないが、コンピュータ読取可能な媒体(例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM:random access memory))、コンピュータ読取可能な非揮発性媒体(例えば、フラッシュメモリ)、フロッピーディスク、コンパクトディスク読出専用メモリ(CD−ROM:compact disc−read only memory)、光磁気ディスク(MOD:magneto−optical disk)、デジタル多用途ディスク(DVD:digital versatile disc)、および/または他の適切なメモリ要素を含むメモリ要素を含むことができる。このようなメモリ装置210は一般に、プロセッサ208によって実行する際に、様々な機能を実行するようにコンピューティング装置202を構成する、適切なコンピュータ読取可能な命令を記憶するように構成することができる。これらに機能には、限定するものではないが、送信機204から受信した信号に少なくとも部分的に基づいてガスタービンエンジン10内のプローブ先端104の現在位置を決定するステップ、およびエンジン10の3次元モデル内にプローブ先端104の位置の視覚的な指標を表示するステップが含まれる、
図5に示すように、コンピューティング装置202は、プローブ100に通信可能に(例えば、通信リンクまたはケーブル212を介して)結合することができる。したがって、プローブ100によって取得された内部の眺めまたは画像に関係する画像データは、コンピューティング装置202に送信することができる。次いで、このような画像データを使用して、プローブ100が挿入されたアクセスポート62の位置において、またはそれに隣接して、ガスタービンエンジン10の内部を視覚的に検査することができる。例えば、一実施形態では、画像データを装置のメモリ210内に保存して、後の日時に、画像を分析してエンジン10内の欠陥および/または損傷を確認することができる。これに加えて(または、これに代えて)、画像データをコンピューティング装置202から関連する表示装置206に送信して、システム200のユーザが、プローブ100によって提供された様々な内部画像を見ることができる。
加えて、プローブ100とコンピューティング装置202との間が接続していることはまた、位置信号受信機120によって受信された送信機204からの位置関連信号をコンピューティング装置202に送信して、続いて処理および/または分析することを可能にする。例えば、プローブ100がガスタービンエンジン10の内部を視覚的に検査するために使用されているとき、送信機204は、位置関連信号を受信機120に連続的に送信するように構成することができる。次いで、このような位置関連信号はコンピューティング装置202に送信されて、エンジン10内のプローブ100の現在位置をリアルタイムに決定することができる。
いくつかの実施形態では、位置送信機204は、ガスタービンエンジン10の別々のアクセスポート62内に取り付けられる、かつ/またはそれらを通して挿入されるように構成することができる。例えば、図5に示すように、位置送信機204は、プローブ100が取り付けられたアクセスポート62とは異なるアクセスポート62内に位置決めされる。したがって、ガスタービンエンジン10に対する各位置送信機204の位置は、各送信機204が取り付けられた特定のアクセスポート62を同定することによって決定することができる、または知ることができる。次いで、このようにして知った位置送信機204の位置は、コンピューティング装置202のメモリ210内に入力、および/または記憶されて、続いて、ガスタービンエンジン10内のプローブ先端104の現在位置を決定するために使用することができる。これに代えて、各送信機204が発生する位置関連信号をプローブ100の位置信号受信機120が受信できる、ガスタービンエンジン10に対して任意の他の適切な位置(例えば、エンジン10上、エンジン10内、および/またはエンジン10の外側の任意の適切な位置)に位置送信機204を位置決めするように構成することができる。このような実施形態では、送信機204の取付け位置に基づいて、ガスタービンエンジン10に対する各位置送信機204の位置が決定され、それに続いて、コンピューティング装置202のメモリ210内に入力および/または記憶することができる。
図5に示すように、システム200は、プローブ100の位置信号受信機120に位置関連信号を送信するために、ガスタービンエンジン10に対して位置決めされた3つの位置送信機204を含む。しかしながら、他の実施形態では、送信機204によって送信された位置関連信号およびこのような送信機204の既知の位置に基づいて、プローブ先端104の現在位置を決定することができるのに十分な量の送信機204が設けられていると思われる場合には、任意の他の適切な数の位置送信機204をシステム200内で利用することができる。
コンピューティング装置202は一般に、当該技術で知られている、信号に基づいた任意の適切な位置決め技法を利用して、プローブ先端104の現在位置を決定するように構成することができることを認識すべきである。例えば、一実施形態では、コンピューティング装置202は、三辺測量技法を使用してプローブ先端104の現在位置を決定するように構成することができる。このような実施形態では、コンピューティング装置202は、各位置送信機204とプローブ先端104との間で画定された距離を、位置信号受信機120で受信された位置関連信号に基づいて決定するように構成することができる。例えば、各位置送信機204とプローブ先端104との間の距離は、受信機120で受信された各送信機204からの位置関連信号の信号強度に基づいて(例えば、受信信号強度インジケータ(RSSI:received signal strength indicator)を使用して)決定することができる。これに代えて、受信された各送信機204からの位置関連信号の伝送時間または到達時間に基づいて、その距離を決定することができる。プローブ先端104と各位置送信機204との間で画定された距離に基づいて、コンピューティング装置202は、送信機204に対するプローブ先端104の3次元位置を決定するように構成することができる。その後、ガスタービンエンジン10に対する送信機204の既知の位置に基づいて、コンピューティング装置202は、エンジン10内のプローブ先端104の現在の3次元位置を(例えば、ガスタービンエンジン10の既知の寸法に基づいて)計算することができる。
別の実施形態では、コンピューティング装置202は、三角測量技法を利用してプローブ先端104の現在位置を決定するように構成することができる。このような実施形態では、コンピューティング装置202は、各位置送信機204とプローブ先端104との間で画定された相対角度を、位置信号受信機120で受信された位置関連信号に基づいて決定するように構成することができる。例えば、受信機120は、受信された各送信機204からの位置関連信号の入射角または到来角を検出することを受信機120に可能にさせるデュアルアンテナアレイを含むことができる。プローブ先端104と各位置送信機204との間で画定された相対角度に基づいて、コンピューティング装置202は、送信機204に対するプローブ先端104の3次元位置を決定するように構成することができる。その後、ガスタービンエンジン10に対する送信機204の既知の位置に基づいて、コンピューティング装置202は、エンジン10内のプローブ先端104の現在の3次元位置を(例えば、ガスタービンエンジン10の既知の寸法に基づいて)計算することができる。
加えて、上に示したように、コンピューティング装置202はまた、エンジン10内のプローブ先端104の現在位置を仮想表示するガスタービンエンジン10の3次元モデルを(例えば、表示装置206を介して)表示するように構成することができる。例えば、コンピューティング装置202のメモリ210内にコンピュータ支援設計(CAD:computer−aided design)モデルまたは他の適切なコンピュータベースの3次元モデルを記憶することができる。このような実施形態では、コンピューティング装置202は、3次元モデルにアクセスして、ガスタービンエンジン10内のプローブ先端104の決定された実世界での位置をコンピュータベースモデルと比較して、モデル内のプローブ先端104の相当する仮想位置を同定するように構成することができる。次いで、3次元モデルは、プローブ先端104の仮想位置をモデル内に印または他の視覚的な標識(例えば、点、星印、「X」、または任意の他の適切な識別マーク)として表示して、システム200のユーザに提示することができる。
例えば、図6は、システム200のユーザに提示することができるユーザインターフェース230の簡易図を示している。図示のように、ガスタービン10の3次元モデル(図6に円柱232として概略的に示されている)は、表示装置206上に提示することができる。加えて、エンジン10内のプローブ先端104の現在位置を表す視覚的な標識234は、3次元モデル232内に表示することができる。したがって、3次元モデル232を操作することによって(例えば、モデル232を拡大縮小することによって、モデル232を回転させることによって、モデル化されたエンジンの構成部品のうちの1つまたは複数を透明にすることによって、かつ/またはその他によって)、システム200のユーザは、エンジン10の1つまたは複数の圧縮機ブレード82またはタービンブレード68などのエンジン10の1つまたは複数の内部構成部品に対するプローブ先端104の正確な位置を見ることができる。次いで、ユーザは、モデル232内に表示された仮想位置に基づいて、エンジン10内のプローブ先端104の実世界での位置を、必要に応じて、または望むように操作して、エンジン10の内部構成部品に対してプローブ先端104を正確に位置決めすることができる。
3次元モデル内に表示されたプローブ先端104の仮想位置は、プローブ先端104の実世界での位置がガスタービンエンジン10内で調節されると、続けて更新することができることを認識すべきである。例えば、ユーザがエンジン10内のプローブ先端104の実際の位置を操作すると、コンピューティング装置202はプローブ先端104に対する更新された位置を決定することができる。次いで、3次元モデル内の仮想位置は、プローブ先端104の更新された位置に基づいて調節することができ、それによって、ユーザにプローブ先端104の現在位置のリアルタイムの仮想表示を提供することができる。
プローブ先端104の仮想位置に加えて、コンピューティング装置202はまた、プローブ先端104に隣接して配置されたエンジンの内部構成部品に関する名称、部品名、および/または他の識別情報を表示するように構成することができることもまた認識すべきである。例えば、図6に示すように、隣接したエンジン構成部品236に関連した識別情報は、表示装置206を介してシステム200のユーザに提示されるユーザインターフェース内に表示することができる。
加えて、コンピューティング装置202および表示装置206は、システム200内の別々の構成部品として示されているが、このような構成部品は、プローブ100に一体化する、またはそうでなければプローブ100の一部を形成することができることを認識すべきである。例えば、一実施形態では、コンピューティング装置202および関連する表示器206は、一体化した組立体としてプローブ100に組み入れることができる。
次に、図7を参照すると、ガスタービンエンジン内のプローブの位置を標定するための方法300の一実施形態の流れ図が本主題の態様に従って示されている。全体として、本明細書では、方法300は、図1〜6を参照して上記で説明したガスタービンエンジン10およびシステム200を参照して論じる。しかしながら、開示する方法300は一般に、任意の他の適切なエンジン構成を有するガスタービンエンジン、および/または任意の他の適切なシステム構成を有するシステムで実行することができることを当業者は認識すべきである。加えて、図7では、ステップは例示および説明のために特定の順序で実行するように示しているが、本明細書で論じる方法はいかなる特定の順序または配置にも限定されない。本明細書で提供された開示を使用すると、本明細書で開示される方法の様々なステップを、本開示の範囲から逸脱することなしに様々な方法で省略、再編成、組合せ、および/または適合することができることを当業者は認識するであろう。
図7に示すように、(302)において、方法300は、複数の位置送信機をガスタービンに対して位置決めするステップを含むことができる。例えば、上に示したように、各位置送信機204は、一実施形態では、エンジン10のアクセスポート62内に取り付ける、または位置決めすることができる。これに代えて、位置送信機204は、エンジン10に対して、送信機204が本明細書で説明したように機能することができる任意の他の適切な位置に位置決めすることができる。
加えて、(304)において、方法300は、エンジンのアクセスポートを通してプローブを挿入するステップを含むことができる。例えば、上に示したように、プローブ100は、エンジン10のアクセスポート62のうちの1つを通して挿入することができて、エンジン10の内部を視覚的に検査するために内部の眺めまたは画像を取得することができる。加えて、一旦、エンジン10の内部に挿入されると、プローブ100は、様々な位置送信機204によって送信された位置関連信号を(例えば、プローブの位置信号受信機120によって)受信するように構成することができる。次いで、位置関連信号は、(306)において、プローブに結合されたコンピューティング装置に送信され、受信される。例えば、上に示したように、プローブ100は、コンピューティング装置202に通信可能に結合されて、プローブ100によって取得された内部画像、およびプローブ100によって受信された位置関連信号の両方をコンピューティング装置202に送信することができる。
さらに、(308)において、方法300は、位置関連信号および位置送信機の既知の位置に基づいて、エンジン内のプローブ先端の現在位置を決定するステップを含むことができる。例えば、一実施形態では、コンピューティング装置202は、位置関連信号を利用して、プローブ先端104と各位置送信機204との間で画定された距離を計算するように構成することができる。次いで、この計算された距離を位置送信機204の既知の位置とともに使用して、三辺測量技法を実行し、エンジン10内のプローブ先端104の現在位置を決定することができる。他の実施形態では、コンピューティング装置202は、位置関連信号を利用して、プローブ先端104と各位置送信機204との間で画定された角度を計算するように構成することができる。次いで、この計算された角度を位置送信機204の既知の位置とともに使用して、三角測量技法を実行し、エンジン10内のプローブ先端104の現在位置を決定することができる。
さらに図7を参照すると、(310)において、方法300は、エンジン内のプローブ先端の現在位置に相当する、エンジンの3次元モデル内のプローブ先端の仮想位置を同定するステップを含むことができる。例えば、上に示したように、コンピューティング装置202は、エンジン10内のプローブ先端104の実世界での位置を、それに相当するエンジン10のモデル内の仮想位置と関係づけるように構成することができる。その後、(312)において、コンピューティング装置202は、モデル内に視覚的な標識として表示または表現されるプローブ先端104の仮想位置を3次元モデルに表示するように構成することができる。例えば、上に示したように、コンピューティング装置202は、システム200のユーザに提示するために、関連する表示装置206にモデルを送信するように構成することができる。
本明細書では、最良の態様を含む例を用いて本発明を開示し、また、任意の装置またはシステムの作製および使用、ならびに任意の組み入れられた方法の実施を含め、当業者が本発明を実践できるように本発明を開示している。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違ない構成要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図されている。
10 タービンエンジン
12 中心線軸
14 コアエンジン
16 ファンセクション
18 外側ケーシング
20 環状の入口
22 ブースタ圧縮機
24 軸流圧縮機
26 燃焼器
28 第1の高圧タービン
30 第1の高圧駆動シャフト
32 第2の低圧タービン
34 第2の低圧駆動シャフト
36 排気ノズル
37 減速装置
38 ファンロータ組立体
40 環状のファンケーシング
42 案内翼
44 ファンロータブレード
46 下流セクション
48 空気流導管
50 空気流
52 入口
54 第1の圧縮空気流
56 第2の圧縮空気流
58 圧縮空気流
60 燃焼生成物
62 アクセスポート
62A 第1のアクセスポート
62B 第2のアクセスポート
62C 第3のアクセスポート
62D 第4のアクセスポート
66 第1段タービンノズル
68 回転タービンブレード
70 ノズルベーン
72 外側バンド
74 内側バンド
76 タービンシュラウド
78 ノズルベーン
80 固定圧縮機ベーン
82 回転可能圧縮機ブレード
100 光学プローブ
102 光学要素
104 プローブ先端
106 光源
108 組立体
110 ケーブル
112 モータ
120 位置信号受信機
200 システム
202 コンピューティング装置
204 位置送信機
206 表示装置
208 プロセッサ
210 メモリ装置
212 通信リンクまたはケーブル
230 ユーザインターフェース
234 視覚的な標識
232 3次元モデル
236 隣接したエンジン構成部品
300 方法

Claims (15)

  1. ガスタービンエンジン(10)内のプローブ(100)の位置を標定するための方法(300)であって、
    複数の位置送信機(204)を前記ガスタービンエンジン(10)に対して位置決めするステップであって、各位置送信機(204)の位置が前記ガスタービンエンジン(10)に対して既知である、ステップと、
    プローブ(100)を前記ガスタービンエンジン(10)のアクセスポート(62)を通して挿入するステップであって、前記プローブが、プローブ先端(104)および位置信号受信機(120)を含み、前記位置信号受信機(120)が、前記複数の位置送信機(204)から送信された位置関連信号を受信するように構成された、ステップと、
    前記プローブ(100)に通信可能に結合されたコンピューティング装置(202)で前記位置関連信号を受信するステップと、
    前記コンピューティング装置(202)によって、前記位置関連信号および前記複数の位置送信機(204)の前記既知の位置に基づいて、前記ガスタービンエンジン(10)内の前記プローブ先端(104)の現在位置を決定するステップと、
    前記コンピューティング装置(202)で、前記ガスタービンエンジン(10)内の前記プローブ先端(104)の前記現在位置に相当する、前記ガスタービンエンジン(10)の3次元モデル(232)内の前記プローブ先端(104)の仮想位置(234)を同定するステップと、
    前記コンピューティング装置(202)によって、前記ガスタービンエンジン(10)の前記3次元モデル(232)を表示するステップであって、前記プローブ先端(104)の前記仮想位置(234)が、前記3次元モデル(232)内で視覚的な標識として表示される、ステップと
    を含む方法(300)。
  2. 複数の位置送信機(204)を前記ガスタービンエンジン(10)に対して位置決めするステップが、少なくとも3つの位置送信機(204)を前記ガスタービンエンジン(10)に対して位置決めするステップを含む、請求項1記載の方法(300)。
  3. 複数の位置送信機(204)を前記ガスタービンエンジン(10)に対して位置決めするステップが、前記複数の位置送信機(204)を前記ガスタービンエンジン(10)の複数のアクセスポート(62)内に位置決めするステップを含み、前記複数のアクセスポート(62)が、前記プローブ(100)が挿入されている前記アクセスポート(62)とは異なる、請求項1記載の方法(300)。
  4. 前記ガスタービンエンジン(10)内の前記プローブ先端(104)の前記現在位置を決定するステップが、前記プローブ先端(104)と各位置送信機(204)との間で画定された距離を前記位置関連信号に基づいて決定するステップを含む、請求項1記載の方法(300)。
  5. 前記ガスタービンエンジン(10)内の前記プローブ先端(104)の前記現在位置を決定するステップがさらに、前記プローブ先端(104)と前記複数の位置送信機(204)との間で画定された前記距離、および前記複数の位置送信機(204)の前記既知の位置に基づいた三辺測量技法を使用して前記ガスタービン(10)内の前記プローブ先端(104)の前記現在位置を決定するステップを含む、請求項4記載の方法(300)。
  6. 前記ガスタービンエンジン(10)内の前記プローブ先端(104)の前記現在位置を決定するステップが、前記位置関連信号に基づいて、前記プローブ先端(104)と各位置送信機(204)との間で画定された角度を決定するステップを含む、請求項1記載の方法(300)。
  7. 前記ガスタービンエンジン(10)内の前記プローブ先端(104)の前記現在位置を決定するステップがさらに、前記プローブ先端(104)と前記複数の位置送信機(204)との間で画定された角度、および前記複数の位置送信機(204)の前記既知の位置に基づいた三角測量技法を使用して前記ガスタービン(10)内の前記プローブ先端(104)の前記現在位置を決定するステップを含む、請求項6記載の方法(300)。
  8. 前記プローブ(100)を前記ガスタービンエンジン(10)内で動かすステップ、および前記コンピューティング装置(202)によって、前記ガスタービンエンジン(10)内の前記プローブ先端(104)の更新された位置を決定するステップをさらに含む、請求項1記載の方法(300)。
  9. 前記コンピューティング装置(202)によって、前記ガスタービンエンジン(10)の前記3次元モデル(232)内の前記視覚的な標識の位置を、前記プローブ先端(104)の前記更新された位置に基づいて調節するステップをさらに含む、請求項8記載の方法(300)。
  10. ガスタービンエンジン(10)内のプローブ(100)の位置を標定するためのシステム(200)であって、
    複数の位置送信機(204)であって、各位置送信機(204)が前記ガスタービンエンジン(10)に対して既知の位置に位置決めされた、複数の位置送信機(204)と、
    前記ガスタービンエンジン(10)のアクセスポート(62)を通して挿入されるように構成され、プローブ先端(104)および位置信号受信機(120)を含むプローブ(100)であって、前記位置信号受信機(120)が、前記複数の位置送信機(204)から送信された位置関連信号を受信するように構成された、プローブ(100)と、
    前記プローブ(100)に通信可能に結合されたコンピューティング装置(202)であって、
    前記位置信号受信機(120)によって受信された前記位置関連信号、および前記複数の位置送信機(204)の前記既知の位置に基づいて、前記ガスタービンエンジン(10)内の前記プローブ先端(104)の現在位置を決定し、
    前記ガスタービンエンジン(10)内の前記プローブ先端(104)の前記現在位置に相当する、前記ガスタービンエンジン(10)の3次元モデル(232)内の前記プローブ先端(104)の仮想位置(234)を同定し、かつ
    前記ガスタービンエンジン(10)の前記3次元モデル(232)を表示し、前記プローブ先端(104)の前記仮想位置(234)が、前記3次元モデル(232)内で視覚的な標識として表示される
    ように構成されたコンピューティング装置(202)と
    を備えるシステム(200)。
  11. 前記複数の位置送信機(204)が、前記ガスタービンエンジン(10)に対して位置決めされた少なくとも3つの位置送信機(204)を含む、請求項10記載のシステム(200)。
  12. 前記複数の位置送信機(204)が、前記ガスタービンエンジン(10)の複数のアクセスポート(62)内に位置決めされ、前記複数のアクセスポート(62)が、前記プローブ(100)が挿入された前記アクセスポート(62)とは異なる、請求項10記載のシステム(200)。
  13. 前記コンピューティング装置(202)がさらに、前記ガスタービンエンジン(10)内で前記プローブ(100)が動かされると、前記ガスタービンエンジン(10)内の前記プローブ先端(104)の更新された位置を決定するように構成された、請求項10記載のシステム(200)。
  14. 前記コンピューティング装置(202)が、前記プローブ先端(104)の前記更新された位置に基づいて、前記3次元モデル(232)内の前記視覚的な標識の位置を調節するように構成された、請求項13記載のシステム(200)。
  15. 前記プローブ(100)がボアスコープ、ビデオスコープ、またはファイバスコープのうちの1つ該当する、請求項10記載のシステム(200)。
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