JP5766622B2 - コーティング層監視システム - Google Patents
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さらに、コーティング層に損傷がない時は、各コーティング層を透過した励起光によって励起されることにより、複数のコーティング層では、第二の波長が相異なる蛍光がそれぞれ発生する。そして、これら蛍光は、各コーティング層を透過することにより、受光部によってそれぞれ検出される。これにより、ユーザは、コーティング層に損傷がないことを確認することができる。
一方、複数のコーティング層の一部に損傷が生じた時は、損傷が生じていないコーティング層が励起光によってそれぞれ励起されることにより、特有の第二の波長を有する蛍光がそれぞれ発生する。また、全てのコーティング層に損傷が生じた時は、蛍光は全く発生しない。これにより、ユーザは、蛍光が発生しているか否か、発生している場合にはその波長の種類を確認することにより、コーティング層が損傷しているか否か、損傷している時にはその程度を確認することができる。
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第一参考例に係るコーティング層監視システムの構成について説明する。図1は、第一参考例に係るコーティング層監視システム10を備えたガスタービン1を示す全体構成図である。尚、本参考例では、本発明に係る被測定物として、ガスタービン1のタービン動翼を例に説明する。
図3は、タービン動翼43の表面付近を示す概略断面図である。タービン動翼43の表面を被覆して形成された遮熱コーティング層11は、流路を流れる高温の作動流体から母材を保護する役割を果たすものである。この遮熱コーティング層11は、タービン動翼43の表面を被覆して形成されるアンダーコート部111と、アンダーコート部111の表面を被覆して形成されるトップコート部112と、トップコート部112の表面を被覆して形成される蛍光発生部113とを有している。尚、本発明においてアンダーコート部111及びトップコート部112は必須の構成ではなく、タービン動翼43の表面を被覆して蛍光発生部113を形成してもよい。
光源12は、タービン動翼43に向けて光を照射する役割を果たすものである。この光源12は、図に詳細は示さないがタービンケーシング41の内周面に設置され、図2に示すように、タービン動翼43に対して第一の波長の励起光R1を常時照射またはタービン動翼43の動きに合わせて点滅している。尚、第一の波長の大きさは、蛍光発生部113に含有される希土類の種類に応じて、より詳細には希土類が吸収する励起光の波長に応じて、適宜変更が可能である。尚、光源12を設置する位置は、タービンケーシング41の内周面に限定されず、ロータ5から離間した任意の位置とすることができる。
分光計13は、蛍光発生部113で発生した蛍光を検知する役割を果たすものである。この分光計13は、図に詳細は示さないがタービンケーシング41の内周面において、ロータ5の回転方向で光源12より前方側の位置に設けられている。そして、この分光計13は、蛍光を検知すると、前記A/D変換器14に対してアナログ信号である検知信号を出力するようになっている。尚、分光計13を設置する位置は、タービンケーシング41の内周面に限定されず、光源12より前方側の任意の位置とすることができる。
A/D変換器14は、分光計13から入力される検知信号であるアナログ信号をデジタル信号へと変換し、モニタ等に表示する役割を果たすものである。ユーザは、このA/D変換器14の表示を見ることにより、蛍光発生部113における蛍光の発生の有無を確認することができる。
次に、本発明の第一参考例に係るコーティング層監視システム10の作用効果について説明する。まず、図4は、蛍光発生部113に励起光を照射してからの経過時間と、発生する蛍光の強度との関係を示すグラフである。時刻t0において、図2に示す光源12からタービン動翼43に向かって第一の波長の励起光R1が照射される。そうすると、図3に示す蛍光発生部113に含有される希土類が励起されることにより、蛍光発生部113から第二の波長の蛍光K2が発生する。そして、この第二の波長の蛍光K2は、時刻t0から時間Tだけ経過後の時刻t1に、その強度が最高値となる。
次に、本発明の第一実施形態に係るコーティング層監視システムの構成について説明する。図9は、第一実施形態に係るコーティング層監視システム20を示す模式図である。
尚、コーティング層監視システム20以外の構成は、図1に示す第一参考例と同じであるため、同じ符号を用いて説明を省略する。
図10は、タービン動翼43の表面付近を示す概略断面図である。前記遮熱コーティング層21は、タービン動翼43の表面を被覆して形成されるアンダーコート部24と、このアンダーコート部24の表面を被覆して形成される蛍光発生部25とを備えている。このうち、アンダーコート部24は、第一参考例のアンダーコート部111と同じ構成であるため、その説明を省略する。一方、蛍光発生部25は、最下層である第一蛍光発生部251と、中間層である第二蛍光発生部252と、最上層である第三蛍光発生部253とを有している。尚、アンダーコート部24と第一蛍光発生部251との間に、第一参考例と同様にトップコート部112を形成してもよい。また、本実施形態では蛍光発生部25を三層の積層構造としているが、その層数は任意に変更が可能である。
分光計23は、図9に示すように、ロータ5の回転方向に沿って最も後方側すなわち光源22の側に位置する第一分光計231と、その前方側に位置する第二分光計232と、更にその前方側に位置する第三分光計233とを備えている。このうち、第一分光計231は、第一蛍光発生部251で発生する蛍光K(K4)を検知するものである。また、第二分光計232は、第二蛍光発生部252で発生する蛍光K(K6)を検知するものである。また、第三分光計233は、第三蛍光発生部253で発生する蛍光K(K8)を検知するものである。そして、これら第一分光計231、第二分光計232、及び第三分光計233は、A/D変換器14に対してそれぞれ電気的に接続され、蛍光Kを検知すると、A/D変換器14に対してそれぞれ検知信号を出力する。
光源22は、第一参考例の光源12と比較すると、波長の異なる複数の励起光Rをタービン動翼43に照射する点で異なっている。具体的には、光源22は、図に詳細は示さないが、第一蛍光発生部251を励起するための第三の波長の励起光R3、第二蛍光発生部252を励起するための第五の波長の励起光R5、及び第三蛍光発生部253を励起するための第七の波長の励起光R7を常時照射している。尚、それ以外の構成については第一参考例の光源12と同じであるため、ここでは説明を省略する。また、光源22が照射する励起光Rの数は三種類に限られず、励起すべき蛍光発生部25の数に応じて任意に変更が可能である。
次に、本発明の第一実施形態に係るコーティング層監視システム20の作用効果について説明する。まず、図9に示すように、光源22がタービン動翼43に向かって励起光Rを照射する。ここで、この励起光Rには、前述のように第三の波長の励起光R3、第五の波長の励起光R5、及び第七の波長の励起光R7が含まれている。従って、図10に示すように、第七の波長の励起光R7が第三蛍光発生部253を励起することにより、第八の波長の蛍光K8が発生する。
次に、本発明の第二実施形態に係るコーティング層監視システムの構成について説明する。図16は、第二実施形態に係るコーティング層監視システム30を示す模式図である。尚、コーティング層監視システム30以外の構成は、図1に示す第一参考例と同じであるため、同じ符号を用いて説明を省略する。
分光計33は、図10に示す第一蛍光発生部251で発生する第四の波長の蛍光K4、第二蛍光発生部252で発生する第六の波長の蛍光K6、及び第三蛍光発生部253で発生する第八の波長の蛍光K8の全てを検知するものである。この分光計33は、A/D変換器14に対してそれぞれ電気的に接続されている。そして、第四の波長の蛍光K4、第六の波長の蛍光K6、及び第八の波長の蛍光K8のいずれかを検知すると、分光計33はそれに応じた検知信号をA/D変換器14に対して出力する。
次に、本発明の第二実施形態に係るコーティング層監視システム30の作用効果について説明する。まず、図16に示すように、光源22がタービン動翼43に向かって励起光Rを照射する。ここで、この励起光Rには、第一実施形態と同様に、第三の波長の励起光R3、第五の波長の励起光R5、及び第七の波長の励起光R7が含まれている。従って、図10に示すように、第七の波長の励起光R7が第三蛍光発生部253を励起することにより、第八の波長の蛍光K8が発生する。また、第五の波長の励起光R5が第二蛍光発生部252を励起することにより、第六の波長の蛍光K6が発生する。更に、第三の波長の励起光R3が第一蛍光発生部251を励起することにより、第四の波長の蛍光K4が発生する。
次に、本発明の第二参考例に係るコーティング層監視システムの構成について説明する。本参考例のコーティング層監視システムは、第一実施形態のコーティング層監視システム20と比較すると、タービン動翼43を被覆して形成される遮熱コーティング層の構成だけが異なっている。それ以外の構成は、第一実施形態のコーティング層監視システム20と同じであるため、同じ符号を用い、ここでは説明を省略する。
図18は、コーティング正常時におけるタービン動翼43の表面付近を示す概略断面図である。遮熱コーティング層44は、タービン動翼43の表面を被覆して形成されるアンダーコート部45と、このアンダーコート部45の表面を被覆して形成される蛍光発生部46とを備えている。このうち、アンダーコート部45は、第一参考例のアンダーコート部111と同じ構成であるため、その説明を省略する。一方、蛍光発生部46は、第一実施形態と同様に、最下層である第一蛍光発生部461と、中間層である第二蛍光発生部462と、最上層である第三蛍光発生部463とを有している。尚、本参考例では蛍光発生部46を三層構造としているが、その層数は任意に変更が可能である。
次に、本発明の第二参考例に係るコーティング層監視システム40の作用効果について説明する。まず、図9に示すように、光源22がタービン動翼43に向かって励起光Rを照射する。ここで、この励起光Rには、第一実施形態で説明したように、第三の波長の励起光R3、第五の波長の励起光R5、及び第七の波長の励起光R7が含まれている。従って、図18に示すように、第七の波長の励起光R7が第三蛍光発生部463を励起することにより、第八の波長の蛍光K8が発生する。尚、前述のように第三蛍光発生部463は光を透過不能であるため、励起光Rは第二蛍光発生部462及び第一蛍光発生部461には到達しない。
次に、本発明の第三実施形態に係るコーティング層監視システムの構成について説明する。本実施形態のコーティング層監視システムは、エンジン等を構成するピストンロッド(被測定物)の表面に形成されたコーティング層に損傷が生じたことを検知するものである。
コーティング層53は、摩擦や熱等からピストンロッド52を保護する役割を果たすものである。このコーティング層53は、ピストンロッド52の表面を被覆して形成されるアンダーコート部531と、アンダーコート部531の表面を被覆して形成される蛍光発生部532とを有している。尚、アンダーコート部531及び蛍光発生部532が果たす役割やその材料は、第一参考例と同じであるため、ここでは説明を省略する。また、本発明においてアンダーコート部531は必須の構成ではなく、ピストンロッド52の表面を被覆して蛍光発生部532を形成してもよい。
次に、本発明の第三実施形態に係るコーティング層監視システム50の作用効果について説明する。まず、図21に示す光源12からピストンロッド52に向かって第一の波長の励起光R1が照射される。そうすると、コーティング正常時には、蛍光発生部532に含有される希土類が励起されることにより、蛍光発生部532で第二の波長の蛍光K2が発生する。そして、この蛍光Kは、図4に示す時刻t0から時間Tだけ経過後の時刻t1に、その強度が最高値となる。
2 圧縮機
3 燃焼器
4 タービン
41 タービンケーシング
42 タービン静翼
43 タービン動翼
5 ロータ
10 コーティング層監視システム
11 遮熱コーティング層
111 アンダーコート部
112 トップコート部
113 蛍光発生部
12 光源
13 分光計
14 A/D変換器
20 コーティング層監視システム
21 遮熱コーティング層
22 光源
23 分光計
231 第一分光計
232 第二分光計
233 第三分光計
24 アンダーコート部
25 蛍光発生部
251 第一蛍光発生部
252 第二蛍光発生部
253 第三蛍光発生部
30 コーティング層監視システム
33 分光計
40 コーティング層監視システム
44 遮熱コーティング層
45 アンダーコート部
46 蛍光発生部
461 第一蛍光発生部
462 第二蛍光発生部
463 第三蛍光発生部
50 コーティング層監視システム
51 シリンダー
52 ピストンロッド
53 コーティング層
531 アンダーコート部
532 蛍光発生部
70 母材
71 コーティング層
711 セラミックス層
712 ボンドコート層
F 流通方向
K 蛍光
K2 第二の波長の蛍光
K4 第四の波長の蛍光
K6 第六の波長の蛍光
K8 第八の波長の蛍光
P1 第一突出部
P2 第二突出部
P3 第三突出部
P4 第四突出部
P5 第五突出部
P6 第六突出部
R 励起光
R1 第一の波長の励起光
R3 第三の波長の励起光
R5 第五の波長の励起光
R7 第七の波長の励起光
S 作動流体
t0 時刻
t1 時刻
t2 時刻
t3 時刻
t4 時刻
t5 時刻
t6 時刻
t7 時刻
T 時間
Claims (4)
- 所定速度で移動する被測定物の表面を被覆して形成され、第一の波長の励起光を与えた時に、第二の波長の蛍光を発するコーティング層と、
前記コーティング層に、前記第一の波長の励起光を照射する光源と、
前記光源よりも前記被測定物の移動方向前方側に設けられ、前記第二の波長の蛍光を検出する受光部と、
を備え、
前記コーティング層は、多孔質部材からなり、前記被測定物の表面に複数積層され、
これら複数のコーティング層は、それぞれ前記第二の波長が相異なり、且つ、前記励起光、および、前記蛍光を前記多孔質部材の複数の孔部を通して透過可能とされ、
前記光源は、波長の異なる複数の励起光を照射するコーティング層監視システム。 - 前記コーティング層が、希土類を含有することを特徴とする請求項1に記載のコーティング層監視システム。
- 複数の前記コーティング層に対応して、複数の前記受光部が、前記被測定物の移動方向に沿って相異なる位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載のコーティング層監視システム。
- 前記被測定物がタービン動翼であって、前記コーティング層が遮熱性を有する材料から形成されることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のコーティング層監視システム。
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