JP6812225B2 - タービンブレードを検査するためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本出願は、タービンロータブレードの検査を行なうためのシステム及び方法に関する。より詳細には、限定的ではなく、本出願は、タービンロータブレード表面上の任意の凹凸、欠陥又は他のタイプの不具合に関してタービンロータブレード表面を検査するための技術に関する。

燃焼タービンエンジン又はガスタービンエンジン（「ガスタービン」）が圧縮機、燃焼器及びタービンを含むことが理解される。圧縮機セクション及びタービンセクションは、一般に、段を成して軸方向に積み重ねられるブレードの列を含む。各段は、周方向に離間された固定されるステータブレードの列と、中心タービン軸の周りで回転するロータブレードの列とを含む。動作時、一般に、圧縮機ロータブレードは、中心軸周りで回転して、ステータブレードと協働して作用し、空気の流れを圧縮する。その後、所定量の燃料を燃焼させるために所定量の圧縮空気が燃焼器内で使用される。結果として生じる燃焼からの高温膨張ガス、すなわち、作動流体の流れは、エンジンのタービンセクションを通過して膨張される。タービンを通過する作動流体の流れは、ロータブレードを回転するように仕向ける。ロータブレードは、ロータブレードの回転がシャフトを回転させるように中心シャフトに接続される。シャフトは、圧縮機内のロータブレードに更に接続してもよい。したがって、燃料中に含まれるエネルギーが回転シャフトの機械的なエネルギーへと変換されてもよく、この機械的なエネルギーは、例えば、燃焼のために必要とされる圧縮空気の供給がもたらされるように圧縮機のロータブレードを回転させるため及び電力を発生させるべく発電機のコイルを回転させるために使用してもよい。

ガスタービン産業では、必要な出力要件を費用効率が高い態様で満たすために先進技術が必要とされる。ガスタービンの動作中、圧縮機及びタービンの両方のブレードは、長期間にわたって熱に晒されることによるクリープ、疲労による亀裂及び応力、並びに、ガスタービンを通じて流れる空気中に存在する塵埃及び他の材料の異物によるブレード表面における切り傷を含めて、様々な根源からの損傷に晒される。そのような損傷事変は、ブレードの表面に変形をもたらし、それに伴って、全体の効率を低下させるとともに、タービンシステムが所望の出力で動作するために必要な燃料消費量を増大させる。

ブレード表面損傷の問題を扱うために、タービンエンジンは、時折、ブレードが適切に機能しているようにするべく、動作から除去されて、分解され、検査される。この検査の主な構成要素は、一般に、変形、断裂、裂け目、穴、亀裂及び任意の他の欠陥を含む損傷の兆候を探す各ブレードの表面の視覚的なインベントリを含む。この検査は、各ブレードの各々の表面ごとに手作業で行なわれ、そのため、ブレードをメンテナンスするプロセスにおいて多量の誤り及びばらつきをもたらす。また、検査プロセスが意味のある結果をもたらすようにするには、時間及び労働資源の両方において莫大な投資が必要である。全体的に、骨の折れる従来の検査プロセスは、そのような検査中の誤りの可能性と相まって、より頻繁で更に長いエンジン休止時間と、故障事象のリスクの増大とに全体として寄与する。理解されるように、これらの問題は、ガスタービンの動作及びメンテナンスに対して大きなコストを付加する。ガスタービンブレードに関連する検査プロセスの態様を改善するシステム及び方法が市場において求められる。

米国特許第６９１２４４６号明細書

したがって、本出願は、ロータブレードの表面を表面特徴に関して検査するためのシステムについて記載する。システムは、可動アームと可動アームに装着されるスキャナとを有するアセンブリを含んでもよい。検査のためにアセンブリの近傍にロータブレードの列が位置決めしてもよい。ロータブレードの列は、中心軸周りで周方向に離間される複数のロータブレードを含んでもよい。ロータブレードの列及びアセンブリは、ロータブレードの列をアセンブリに対して割り出すために他方に対して移動してもよい。

また、本出願は、ロータディスクに装着されるロータブレードの表面を検査するための方法について更に記載する。方法は、可動アームに装着されるスキャナを含むアセンブリをロータブレードの近傍に望ましくは位置決めし、ロータブレードをアセンブリに対して割り出すためにロータディスクを回転させ、可動アームを介してスキャナを割り出し位置と走査位置との間で制御可能に移動させ、スキャナが割り出し位置にあるときにロータブレードの表面を走査することを含んでもよい。

本出願のこれらの及び他の特徴は、図面及び添付の特許請求の範囲と併せて解釈されるときに好ましい実施形態の以下の詳細な説明を検討して明らかになる。

この発明のこれら及び他の特徴は、添付図面と併せて解釈される本発明の典型的な実施形態の以下の更に詳細な説明の注意深い研究によって更に完全に理解されて認識される。

本出願の実施形態にしたがって検査し得るブレードを有する典型的なガスタービンの概略図である。 図１のガスタービンの圧縮機セクションの断面図である。 図１のガスタービンのタービンセクションの断面図である。 本発明の実施形態にしたがう検査のために適用できる典型的なタービンブレードの側面図である。 本発明の典型的な実施形態にしたがってガスタービンのブレードを検査するためのシステムの概略図である。 本発明の別の実施形態にしたがってガスタービンのブレードを検査するためのシステムの概略図である。 本発明の別の実施形態にしたがってガスタービンのブレードを検査するためのシステムの概略図である。 本発明の一実施形態にしたがってガスタービンのブレードを検査するための典型的な方法を示す図である。

本発明の態様及び利点は、以下の説明に記載され、或いは、説明から明らかな場合があり、或いは、発明の実施によって学習してもよい。ここで、本発明の実施形態について詳しく言及し、前記実施形態の１つ以上の例が添付図面に示される。詳細な説明は、図面中の特徴を参照するために数字表示を使用する。図面中及び説明中の同様の或いは類似の表示は、本発明の実施形態の同様の或いは類似の部分を参照するために使用される場合がある。言うまでもなく、各々の例は、発明の説明として与えられており、発明の限定として与えられていない。実際に、当業者に明らかなように、本発明の範囲又は思想から逸脱することなく、本発明において修正及び変形を成すことができる。例えば、１つの実施形態の一部として例示され或いは説明される特徴が更なる他の実施形態をもたらすように他の実施形態で使用してもよい。したがって、本発明がそのような修正及び変形を添付の特許請求項及びそれらの等価物の範囲内に入るように網羅することが意図される。本明細書中で言及される範囲及び限界は、別段に述べられなければ、その限界自体を含めて、定められる限界内に位置付けられる全ての部分範囲を含むことが理解されるべきである。加えて、本発明並びにその構成要素サブシステム及び一部を説明するために特定の用語が選択されている。可能な範囲内で、これらの用語は、技術分野に共通の専門用語に基づいて選択されている。更に、そのような用語がしばしば異なる解釈を受けることが理解され得る。例えば、本明細書中で単一の構成要素として言及されるものは、他の場所では、複数の構成要素から成るものとして参照されてもよく、或いは、本明細書中で複数の構成要素を含むものとして言及されるものは、他の場所では、単一の構成要素であるとして言及し得る。本発明の範囲を理解する際には、使用される特定の専門用語に注意を払うだけでなく、用語が幾つかの図に関連する態様、並びに、勿論、添付の特許請求の範囲における専門用語の正にその使用を含めて、添付の明細書本文及び文脈、並びに、参照されて説明されている構成要素の構造、形態、機能及び／又は使用にも注意を払うべきである。更に、以下の例は特定のタイプのガスタービン又はタービンエンジンに関連して与えられるが、関連する技術分野における当業者によって理解されるように、本発明の技術が他のタイプのタービンエンジンに適用できてもよい。

ガスタービン動作の性質を考えると、エンジン及び／又はエンジンに含まれる幾つかのサブシステム又は構成要素を説明するためにこの出願の全体にわたって幾つかの記述的用語が使用されてもよく、また、これらの用語をこの節の冒頭で定義することが有益であると分かる場合がある。したがって、別段に述べられなければ、これらの用語及びそれらの定義は以下の通りである。用語「前方」及び「後」又は「後方」とは、更なる特異性を伴うことなく、ガスタービンの方向性に対する方向のことである。すなわち、「前方」とは、エンジンの前方又は圧縮機端のことであり、また、「後方」とは、エンジンの後方又はタービン端のことである。これらの用語の各々がエンジン内での動き又は相対位置を示すために使用してもよいことが理解される。用語「下流」及び「上流」は、導管を通じて移動する流れの一般的な方向に対する特定の導管内の位置を示すために使用される（これらの用語は、当業者の誰であってもはっきりと分かるはずである通常の動作中の予期される流れに対する方向を参照することが理解される）。用語「下流」とは、流体が特定の導管を通じて流れている方向のことであり、一方、「上流」とは、その反対の方向のことである。したがって、例えば、圧縮機を通じて移動する空気として始まってその後に燃焼器内及びそれを越えて燃焼ガスになる、ガスタービンを通じた作動流体の主要な流れは、圧縮機の上流側又は前端の方の上流位置で始まって、タービンの下流側又は後端の方の下流側位置で終わると見なし得る。

また、用語「ロータブレード」は、更なる特異性を伴うことなく、圧縮機ロータブレード及びタービンロータブレードの両方を含む圧縮機又はタービンのいずれかの回転ブレードへの言及である。用語「ステータブレード」は、更なる特異性を伴うことなく、圧縮機ステータブレード及びタービンステータブレードの両方を含む圧縮機又はタービンのいずれかの固定ブレードへの言及である。用語「ブレード」は、いずれかのタイプのブレードに言及するために本明細書中で使用される。したがって、更なる特異性を伴うことなく、用語「ブレード」は、圧縮機ロータブレード、圧縮機ステータブレード、タービンロータブレード及びタービンステータブレードを含む全てのタイプのタービンエンジンブレードを包含する。更に、記述的な或いは独立的な用語「ブレード表面」は、任意のタイプのタービンブレード又は圧縮機ブレードを参照する場合があり、また、負圧側面、正圧側面、ブレード先端、ブレードシュラウド、プラットフォーム、根元部及びシャンク部を含めて、ブレードの任意の又は全ての部分を含む場合がある。

最後に、中心共通軸周りの圧縮機及びタービンの形態及び多くの燃焼器タイプに共通の円筒形態を考えると、１つの軸に対する位置を表わす用語が本明細書中で使用してもよい。これに関し、用語「径方向」が１つの軸に対して垂直な移動又は位置のことであると理解される。これに関連して、中心軸からの相対距離を表わすことが必要とされる場合がある。この場合、例えば、第１の構成要素が第２の構成要素よりも中心軸に近い方に存在すれば、第１の構成要素が第２の構成要素の「径方向内側」又は「内側」にあると見なされる。一方、第１の構成要素が第２の構成要素よりも中心軸から遠い方に存在すれば、本明細書中では、第１の構成要素が第２の構成要素の「径方向外側」又は「外側」にあると見なされる。加えて、理解されるように、用語「軸方向」とは、１つの軸に対して平行な移動又は位置のことである。最後に、用語「周方向」とは、１つの軸周りの移動又は位置のことである。前述したように、これらの用語は、エンジンの圧縮機セクション及びタービンセクションを貫いて延びる共通中心軸に関して適用されてよいが、これらの用語は、エンジンの他の構成要素又はサブシステムに関して使用してもよい。

背景として、ここで、図を参照すると、図１〜図３は、本出願の実施形態を使用し得る典型的なガスタービンを示す。当業者により理解されるように、本発明はこのタイプの使用に限定されない。前述したように、本発明は、発電及び航空機で使用されるエンジン、蒸気タービンエンジン及び他のタイプのロータリーエンジンなど、ガスタービンで使用してもよい。与えられる例は、タービンエンジンのタイプに限定されるように意図されていない。図１はガスタービン１０の概略図である。一般に、ガスタービンは、圧縮空気流中の燃料の燃焼によって生み出される高温ガスの加圧流からエネルギーを引き出すことによって動作する。図１に示されるように、ガスタービン１０は、共通シャフト又はロータによって下流側タービンセクション又はタービン１２に機械的に結合される軸流式圧縮機１１及び圧縮機１１とタービン１２との間に位置される燃焼器１３を伴って構成してもよい。図１に示されるように、ガスタービンが共通中心軸１９の周りに形成してもよい。

図２は、図１のガスタービンで使用し得る典型的な多段軸流式圧縮機１１の図を示す。図示のように、圧縮機１１は複数の段を有してもよく、段の各々は、圧縮機ロータブレード１４の列と、圧縮機ステータブレード１５の列とを含む。したがって、第１の段は、中心シャフトの周りで回転する圧縮機ロータブレード１４の列と、その後に続く圧縮機ステータブレード１５の列とを含んでもよく、圧縮機ステータブレード１５は動作中に静止したままである。図３は、図１のガスタービンで使用し得る典型的なタービンセクション又はタービン１２の部分図を示す。タービン１２は複数の段を含んでもよい。３つの典型的な段が示されるが、それよりも多い又は少ない段が存在してもよい。各段は、動作中に静止したままである複数のタービンノズル又はステータブレード１７と、その後に続く複数のタービンバケット又はロータブレード１６とを含んでもよく、タービンバケット又はロータブレード１６は動作中にシャフトの周りで回転する。タービンステータブレード１７は、一般に、互いに周方向に離間されるとともに、回転軸の周りで外側ケーシングに固定される。タービンロータブレード１６は、シャフト（図示せず）の周りで回転できるようにタービンホイール又はロータディスク（図示せず）に装着してもよい。タービンステータブレード１７及びタービンロータブレード１６がタービン１２を貫く高温ガス経路中又は作動流体流路中に位置することが理解される。作動流体流路中の燃焼ガス又は作動流体の流れ方向が矢印によって示される。

動作の１つの例では、軸流式圧縮機１１内の圧縮機ロータブレード１４の回転が空気流を圧縮してもよい。燃焼器１３では、圧縮空気が燃料と混合されて点火されるときにエネルギーが解放されてもよい。結果として生じる燃焼器１３からの高温ガス又は作動流体の流れは、その後、タービンロータブレード１６上にわたって方向付けられ、これがシャフト周りのタービンロータブレード１６の回転をもたらす。このようにして、作動流体の流れのエネルギーは、回転するブレードの機械的なエネルギー及びロータブレードとシャフトとの間の接続を考えると、回転するシャフトの機械的なエネルギーへと変換される。機械的なエネルギーは、その後、圧縮機ロータブレード１４の回転をもたらすべく使用されてもよく、それにより、圧縮空気の必要な供給が生み出され、また、例えば、電気を生成するべく発電機を駆動させるために使用してもよい。

背景の目的のため、図４は、本発明の態様が実施し得る典型的な圧縮機ロータブレード１４の図を与える。タービン内及び圧縮機内の両方において本発明が他のタイプのブレードで使用されてもよく、また、図４の典型的なブレードが主に基本的なブレード構造及び関連する部分構成要素を例示して説明するために与えられることが理解される。図示のように、ロータブレード１４が根元部２１を含んでもよく、この根元部２１によってロータブレードがロータディスクに取り付けられる。例えば、根元部２１は、ロータディスクの外周の対応するダブテールスロット内に装着するように構成されるダブテール２２を含んでもよい。根元部２１は、ダブテール２２とプラットフォーム２４との間で延びるシャンク部２３を更に含んでもよい。プラットフォーム２４は、図示のように、根元部２１と根元部から延びる翼形部２５との接合部に配置される。翼形部２５は、圧縮機１１を貫く流路の内側境界の部分を画定するように構成してもよい。翼形部２５が圧縮機１１を貫く作動流体の流れと相互作用するロータブレード１４の能動的構成要素であることが理解される。前述したように、この例のブレードは圧縮機ロータブレード１４であるが、別段に述べられなければ、本発明がタービンロータブレード１６を含むガスタービン１０内の他のタイプのブレードに適用してもよいことが分かる。ロータブレード１４の翼形部２５が、前縁及び後縁２８、２９間で各々軸方向に延びる、凹状の正圧側面２６と周方向又は横方向で反対側にある凸状の負圧側面２７とを含んでもよいことが理解される。また、側面２６、２７は、プラットフォーム２４から翼形部２５の外側先端３１へ向けて径方向に延びる。

本発明の態様によれば、図５は、ガスタービンエンジンで使用されるブレードの表面を検査するための典型的な検査システム３９の例示を示す。システム３９はロータブレードの列４５を含んでもよく、ロータブレードのうちの３つだけが例示に含まれる。例示的な目的のため、列４５が圧縮機ロータブレード１４の列であるとして論じられるが、タービンロータブレード１６が同じ態様で位置されて操作してもよい。ロータブレード１４の列４５は、全体としてタービンエンジンに対して取り外された状態であってもよいが、列４５内のロータブレード１４がロータディスク４０に対して組み付けられた状態のままであってもよい。すなわち、列４５を形成するロータブレード１４は、ロータディスク４０に取り付けられたままであってもよい。概略的に示されるように、好ましい実施形態に係るロータディスク４０は、歯車機構４７によって噛み合っている。歯車機構４７は、与えられた矢印のように、中心軸の周りで列４５を制御可能に回転させてもよい。このようにすると分かるように、ロータディスク４０は、それに装着されるロータブレード１４を、望ましくは検査システム３９を通り過ぎて割り出すべく所定の態様で回転してもよい。特定の実施形態によれば、回転されるべきロータディスク４０は、ガスタービンエンジンのシャフトから取り外され或いは離脱されて、歯車機構４７に装着される。他の実施形態によれば、ロータディスク４０は、エンジンのシャフトに装着されたままであり、シャフト上にある状態で回転される。そのような場合には、シャフトが歯車機構４７の一部と見なし得る。理解されるように、歯車機構４７は、ロータディスク４０が装着されるシャフトを回転させてロータディスク４０を回転させることによって動作してもよい。

理解されるように、列４５は、隣り合うロータブレード１４の各々の対間に形成される隙間４６を含む。これらの隙間４６の各々は、隣り合うロータブレード１４のうちの一方の正圧側面２６と他方の負圧側面２７との間で周方向に画定してもよい。径方向において、隙間４６は、隣り合うロータブレード１４の当接するプラットフォーム２４と、隣り合うブレードの外側先端３１間に形成される基準面との間で画定してもよい。理解されるように、この基準面は、隙間４６の外側口部４８に定められてもよい。最後に、軸方向寸法に関して、隙間４６は、隣り合うロータブレード１４の前縁２８を接続する基準面と、隣り合うロータブレード１４の後縁を接続する反対側の基準面との間に画定されていると見なし得る。

システム３９は、可動アーム４２に取り付けられるスキャナ４１を含んでもよい。スキャナ４１は、図示のように、可動アーム又はアーム４２の端部に接続してもよい。アーム４２の反対側の端部は、固定ベース又は可動ベース５５に接続してもよい。特定の実施形態によれば、可動アーム４２は引き込みアームとして構成される。システムは、スキャナ４１と電子的に通信してアーム４２の動きを制御するコンピュータ５０を更に含んでもよい。可動アーム４２は、スキャナ４１を割り出し位置と走査位置との間で制御可能に移動させるように構成してもよい。理解されるように、割り出し位置は、ロータブレード１４の隣り合う対のうちの１つの間に形成される隙間４６の外側にある位置であり、一方、走査位置は、ロータブレード１４の隣り合う対間に形成される隙間４６のうちの１つの内側にある位置である。理解されるように、走査位置は走査を行なうために意図され、一方、割り出し位置は、スキャナ４１を損傷させることなくスキャナ４１及びアーム４２のアセンブリを隙間４６から除去してアセンブリとロータブレード１４の列との間の相対的な動きを可能にするためのものである。

この形態において、スキャナ４１は、隙間４６内のブレード表面上へ光４３を投影してもよく、また、隙間４６内のブレード表面上の光４３の投影を検出してもよい。スキャナ４１は、表面断裂、裂け目、穴、亀裂、窪み、クリープ及び変形などの表面欠陥及び他の特徴に関してブレード表面を走査するように構成してもよい。好ましくは、図示のように、スキャナ４１は、２つの異なるブレード表面を同時に操作するように構成される反対側に或いは異なって向けられるスキャナを含んでもよい。すなわち、スキャナ４１は、それが隣り合うブレード１４の一方の正圧側面２６と隙間４６を形成する隣り合うブレード１４の他方の負圧側面とを同時に走査するように構成してもよい。或いは、スキャナ４１が可動アーム４２に回転可能に装着してもよい。

スキャナ４１により投影される光４３は、ロータブレード１４の走査面を詳しくプロファイルするために使用されてもよく、走査面上に形成された任意の不具合又は欠陥を検出するために使用してもよい。特定の実施形態によれば、スキャナ４１の光４３は、ブレード表面上へ投影されるときにピクセルの当初の配列からピクセルの歪まされた配列へとその形状を変える構造化された光の形態であってもよい。他の実施形態では、スキャナ４１により投影される光４３がレーザ光であってもよい。更なる他の実施形態では、スキャナ４１により投影される光４３が可視光であってもよい。

特定の好ましい実施形態によれば、スキャナ４１は、隙間４６内のブレード表面のうちの１つに対するスキャナ４１の位置を認識するために近接センサを更に含んでもよい。理解されるように、近接センサは、隙間内での正確な表面走査のためにスキャナ４１を隙間４６内に位置決めするのに役立ってもよい。近接センサは、例えば、電磁場を放射して、電磁場の内側の周辺物体に起因する磁場変化を検出する任意の従来の近接センサを備えてもよい。近接センサは、放射電磁場内のこれらの変化を検出してそれらの変化をシステム３９の他の部分へ伝えるために検出回路を使用してもよい。限定しない一例として、近接センサは、赤外線近接センサ、渦電流近接センサ、容量性近接センサ、光電近接センサ又は誘導近接センサを含む１つ又は複数の近接センサを備えてもよい。

アーム４２は、スキャナ４１の位置の変更を容易にするための機構を備えるとともに、スキャナ４１とベース５５との間の接続構造として存在するように構成してもよい。スキャナ４１は、その任意の位置でアーム４２に取り付いてもよい。特定の好ましい実施形態によれば、アーム４２は、伸縮自在に或いはさもなければセンサ４１を隙間４６内及び隙間外に交互に配置する所定の長さまで伸縮してもよい。アーム４２は、走査プロセス中に走査し得る多くのタイプのブレード表面の適切な取得を可能にするために所望のピッチ又は角度を含んでもよい。特定の好ましい実施形態によれば、アーム４２は、位置決めにおける機動性及び柔軟性の向上のためにその長さに沿って１つ又は複数の結合部を含んでもよい。

好ましい実施形態によれば、歯車機構４７によるロータブレード１４の列の割り出しは、回転期間が静止期間と交互に起こる間欠的な回転を含んでもよい。そのような場合には、理解されるように、可動アーム４２は、スキャナ４１が回転期間中に割り出し位置を維持するとともに静止期間中に走査位置を維持するように間欠回転のタイミングに関連して動作するべく構成してもよい。

ベース５５は、スキャナ４１を含むアーム４２に取り付けられてもよく、また、ケーブルを介して又は無線接続を可能にするなどの他の手段を介してコンピュータ５０に接続してもよい。ベース５５は、アーム４２がスキャナ４１をブレード表面に沿って適切に位置決めできるようにするためにその位置又は高さを調整してもよい。特定の好ましい実施形態によれば、ベース５５は、異なる軸に沿って望み通りに回転できてもよい。

コンピュータ５０は、ケーブルを介して又は無線接続を可能にするなどの他の手段を介してベース５５に接続されてもよく、また、コンピュータ５０は、ブレード表面から受けられたスキャナ４１からの入力の解析を行なってもよい。コンピュータ５０は、その後、スキャナ４１からの入力と所定の理想的なブレード表面との間の差を計算してもよい。コンピュータ５０は、その後、差に関する所定の閾値を使用して、スキャナ４１からの入力と所定のブレード表面プロファイルとの間の差を比較してもよい。

幾つかの実施形態において、コンピュータ５０は、最終的に、ブレード表面が修理を必要とするかどうかに関して決定を行なってもよく、また、いずれの修理が必要とされ得るのかを推奨してもよい。特定の好ましい実施形態によれば、コンピュータ５０は、ケーブルを介してモニタ５２に接続してもよく、また、走査されたブレード表面の三次元画像等の画像５３を表示してもよい。コンピュータ５０は、修理を必要としている領域を各画像５３上にマーキングしてもよく、また、例えばこれに限定されないが、ブレード表面のための推奨される修理手法をたどった後に起こり得る効率、性能又は他の選択される評価指標の予測される変化を表わしてもよい所定のパラメータに基づいてレポートを作成してもよい。特定の好ましい実施形態によれば、コンピュータ５０は、修理を必要としているブレード表面の検査画像を含んでもよい出力ファイルをもたらしてもよい。このプロセスは、修理を必要としている全ての表面を１つのマスター出力ファイルで又は任意の数の出力ファイルで取得するべくタービンにおけるブレード表面ごとに繰り返してもよい。

別の実施形態では、図６に示されるように、ロータブレードの列４５が静止したままであり、一方、装置が可動ベース５５を備え、この可動ベース５５には１つ又は複数のアーム４２が取り付けられる。この場合、ベース５５は、それ自体がタービンの周りで回転するとともに、アーム４２とスキャナ４１とのアセンブリを用いて各ブレードの表面を走査する。他の別の実施形態では、図７に示されるように、ベース５５が複数のアーム４２を有してもよく、各々のアームは、ロータブレード１４の列４５に沿う複数の位置で又は複数の隙間４６内で複数のブレード表面を読み取るために同じ機能を果たすスキャナ４１を含む。

図８は、本発明に係るブレード表面検査のための方法の典型的な実施形態にしたがったフロー図である。図８における方法は、単なる一例として特定の順序で与えられ、したがって、本発明から逸脱することなく、方法の様々な部分の順序を置き換え、省き、及び／又は繰り返すことができる。

最初のステップ２００では、検査されるべきロータブレード１４の列４５が、ブレード１４を中心軸周りに所定の速度で回転させるように構成される歯車機構４７により噛み合わせてもよい。好ましい実施形態によれば、ロータブレード１４を保持するロータディスク４０は、歯車機構４７に噛み合わされて、所定の時限増分で制御可能に回転してもよい。ステップ２０５では、既に論じられた概念及び構成要素のいずれかにしたがって、装置又は検査システム３９のアセンブリがロータブレード１４の列４５の付近に望ましくは位置決めしてもよい。既に説明したように、検査システム３９は、ベース５５と、ベース５５から延びるアーム４２及びスキャナ４１のアセンブリとを含んでもよい。更に、スキャナ４１は、前述したようにロータブレード１４の隣り合う対間に形成される隙間４６のうちの１つの外側口部４８の外側の位置である割り出し位置に位置決めしてもよい。

ステップ２１０において、アーム４２は、隣り合うロータブレード１４間に形成される隙間４６の内側にスキャナ４１が存在する位置である走査位置へとスキャナ４１を引き伸ばすために使用してもよい。理解されるように、スキャナ４１は、割り出し位置から走査位置へ移動する際、前述したように隣り合うロータブレード１４の翼形部２５の外側先端３１を接続する基準面として形成される隙間４６の外側口部４８を通り抜けて移動してもよい。ステップ２１５では、動作の間（割り出し位置から走査位置へ移動する間）又は静止した時点（走査位置に達するとき）のいずれかにおいて、スキャナ４１は、隣り合うロータブレード１４上の１つ以上のブレード表面を表面特徴に関して走査してもよい。別の実施形態によれば、スキャナ４１は、他のブレード表面を走査するために第３の位置へ移動してもよい。走査が完了した時点で、ステップ２２０において、スキャナ４１は、割り出し位置へ引き込まれ或いは戻してもよい。その後、ステップ２２５では、完了時にスキャナ４１がロータブレード１４間に形成される隙間４６のうちの異なる１つに対する割り出し位置に存在するようにロータブレード１４の列４５が回転され或いは割り出してもよい。別の実施形態によれば、理解されるように、方法は、複数のアーム４２及びスキャナ４１を有する検査システム３９、並びに、ロータブレード１４の列４５が静止したままであり且つ検査システムがロータブレード１４の列４５の周りで回転する形態を受け入れるように構成される。

ステップ２３０において、コンピュータ５０は、スキャナ４１から受けられる入力を解析してもよい。コンピュータ５０は、例えば、スキャナからの入力、すなわち、走査結果と、所定の理想的なブレード表面との間の差を計算してもよい。コンピュータ５０は、スキャナからの入力と所定の理想的なブレード表面との間の差を所定の閾値と比較してもよい。ステップ２３５において、コンピュータ５０は、ブレード表面の三次元画像５３を構成してコンピュータ５０に作用可能に接続されるモニタ５２上に出力してもよい。ステップ２４０において、コンピュータは、修理を必要とすることが決定されたブレード表面の領域を示してもよい。ステップ２４５において、コンピュータ５０は、その後、例えばブレード表面の推奨される修理をたどった後に起こり得る効率、性能又は他の評価指標の予測される変化を表わしてもよい所定のパラメータに基づいてレポートを作成してもよい。最後に、ステップ２５０において、コンピュータ５０は、従来の手段にしたがってオペレータへレポートを出力してもよい。

当業者であれば分かるように、幾つかの典型的な実施形態に関連して前述した多くの様々な特徴及び形態は、本発明の他の想定し得る実施形態を形成するために更に選択的に適用してもよい。簡単にするため、また、当業者の能力を考慮に入れて、それぞれの想定し得る繰り返しが詳しく論じられないが、以下の幾つかの特許請求項により包含される全ての組み合わせ及び想定し得る実施形態は、本出願の一部となるように意図される。加えて、本発明の幾つかの典型的な実施形態の前述の説明から、当業者は、改良、変更及び修正を認識する。当業者のうちでのそのような改良、変更及び修正も添付の特許請求の範囲によって網羅されるように意図される。更に、以上が本出願の記載された実施形態にのみ関連し、また、以下の特許請求項及びその等価物により規定される出願の思想及び範囲から逸脱することなく多くの変更及び修正が本明細書中においてなされてもよいことが明らかなはずである。

１０ ガスタービン
１１ 軸流式圧縮機
１２ タービン
１３ 燃焼器
１９ 中心軸
１４ 圧縮機ロータブレード
１５ 圧縮機ステータブレード
１６ タービンロータブレード
１７ タービンステータブレード
２１ 根元部
２２ ダブテール
２３ シャンク部
２４ プラットフォーム
２５ 翼形部
２６ 正圧側面
２７ 負圧側面
２８ 前縁
２９ 後縁
３１ 外側先端
３９ 検査システム
４０ ロータディスク
４１ スキャナ
４２ 可動アーム
４３ 光
４５ （ロータブレードの）列
４６ 隙間
４７ 歯車機構
４８ 外側口部
５０ コンピュータ
５２ モニタ
５３ 画像
５５ ベース

Claims (14)

1. ロータブレード（１４、１６）の表面を表面特徴に関して検査するためのシステムであって、当該システムが、
   可動アーム（４２）と該可動アーム（４２）に装着されるスキャナ（４１）とを備えるアセンブリ、及び
   検査のために前記アセンブリの近傍に望ましくは位置決めされるロータブレード（１４、１６）の列であって、中心軸（１９）周りで周方向に離間した少なくとも複数のロータブレード（１４、１６）を含む、ロータブレード（１４、１６）の列
   を備えており、ロータブレード（１４、１６）の列を前記アセンブリに対して割り出すためにロータブレード（１４、１６）の列と前記アセンブリのうちの少なくとも一方が他方に対して移動され、
   当該システムが、
   ロータブレード（１４、１６）の列のロータブレード（１４、１６）が装着される外周を有するロータディスク（４０）を更に備えており、
   ロータブレード（１４、１６）の各々が、凹状の正圧側面（２６）と横方向に反対側にある凸状の負圧側面（２７）との間に画定される翼形部（２５）を含み、正圧側面（２６）及び負圧側面（２７）が、前縁（２８）と後縁（２９）との間で軸方向に延びるとともに、外側先端（３１）とロータブレード（１４、１６）をロータディスク（４０）に装着するように構成される根元部（２１）のプラットフォーム（２４）との間で径方向に延び、
   検査のための表面が、翼形部（２５）の正圧側面（２６）、翼形部（２５）の負圧側面（２７）、翼形部（２５）の外側先端（３１）及びプラットフォーム（２４）のうちの少なくとも１つを含み、
   ロータブレード（１４、１６）の列が、ロータブレード（１４、１６）の複数の隣り合う対を含み、
   ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対の各々の翼形部（２５）間に隙間（４６）が形成され、該隙間（４６）が、
   周方向に、ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対の正圧側面（２６）と負圧側面（２７）との間に画定され、かつ
   径方向に、ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対のプラットフォーム（２４）とロータブレード（１４、１６）の隣り合う対の外側先端（３１）を接続する基準面との間に画定され、かつ
   軸方向に、ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対の前縁（２８）を接続する基準面とロータブレード（１４、１６）の隣り合う対の後縁（２９）を接続する基準面との間に画定され、
   可動アーム（４２）が、スキャナ（４１）を割り出し位置と走査位置との間で制御可能に移動させるように構成され、
   割り出し位置が、ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対間に形成される隙間（４６）のうちのいずれかの外側の位置を含み、
   走査位置が、ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対間に形成される隙間（４６）のうちの１つの内側の位置を含む、システム。
2. 前記中心軸の周りでロータブレード（１４、１６）の列を回転させるためにロータディスク（４０）に接続される歯車機構（４７）を更に備え、
   前記アセンブリが、可動アーム（４２）が取り付けられる固定ベース（５５）を備え、前記アセンブリに対するロータブレード（１４、１６）の列の割り出しが、歯車機構（４７）を介してロータディスク（４０）を回転させることを含む、請求項１に記載のシステム。
3. ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対の各々の翼形部（２５）の外側先端（３１）が、隙間（４６）の外側口部（４８）を画定し、
   割り出し位置と走査位置との間でスキャナ（４１）を移動させる際に、可動アーム（４２）が、隙間（４６）の外側口部（４８）にスキャナ（４１）を通過させ、
   歯車機構（４７）が、ロータディスク（４０）が装着されるシャフトを備え、該シャフトが、動作中にロータディスク（４０）が装着されるガスタービンエンジン（１０）の中心シャフトを備える、請求項２に記載のシステム。
4. 前記表面特徴が、断裂、裂け目、穴、亀裂、窪み、クリープ伸長及び変形のうちの少なくとも１つを含み、
   可動アーム（４２）が伸縮自在のアーム（４２）であり、
   歯車機構（４７）が、ロータディスク（４０）が装着されるシャフトを備え、該シャフトが、動作中にロータディスク（４０）が装着されるガスタービンエンジン（１０）の中心シャフトとしての別個のシャフトを備える、請求項２に記載のシステム。
5. スキャナ（４１）が光源を備え、光源が、構造化された光源、レーザ光源及び可視光源のうちの少なくとも１つを備える、請求項２に記載のシステム。
6. スキャナ（４１）が、赤外線近接センサ、渦電流近接センサ、容量性近接センサ、光電近接センサ及び誘導近接センサのうちの少なくとも１つを含む近接センサを更に備え、
   近接センサが、スキャナ（４１）を割り出し位置と走査位置との間で移動する際に位置決めするのに役立つように構成される、請求項５に記載のシステム。
7. 歯車機構（４７）によるロータブレード（１４、１６）の列の割り出しが、回転期間が静止期間と交互に起こる間欠的な回転を備え、
   可動アーム（４２）が、スキャナ（４１）が回転期間中に割り出し位置に位置決めされるとともに静止期間中に走査位置に位置決めされるように間欠回転に関連して動作するべく構成される、請求項５に記載のシステム。
8. スキャナ（４１）が可動アーム（４２）に回転可能に装着され、
   スキャナ（４１）が、走査位置に達すると、スキャナ（４１）が走査位置にある間にロータブレード（１４、１６）の表面のうちの複数の表面が走査されるようにスキャナ（４１）の照準を調整するべく少なくとも１回回転するように構成され、
   スキャナ（４１）が走査位置にある間に走査される表面のうちの複数の表面が、ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対のうちの１つの第１のロータブレード（１４、１６）の正圧側面（２６）と、ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対のうちの１つの第２のロータブレード（１４、１６）の負圧側面（２７）とを含む、請求項７に記載のシステム。
9. スキャナ（４１）が、スキャナ（４１）が走査位置にある間に隙間（４６）のうちの１つを用いてロータブレード（１４、１６）の複数の表面を同時に走査するために複数の方向に向けられる複数のスキャナを備え、
   スキャナ（４１）が走査位置にある間に同時に走査される表面のうちの複数の表面が、ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対のうちの１つの第１のロータブレード（１４、１６）の正圧側面（２６）と、ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対のうちの１つの第２のロータブレード（１４、１６）の負圧側面（２７）とを含む、請求項７に記載のシステム。
10. 前記アセンブリに対して作用可能に接続されるコンピュータ（５０）を更に備え、コンピュータが、
    スキャナ（４１）により走査される表面の表面特徴に関して入力を解析し、
    スキャナ（４１）からの入力と基準ブレード表面との間の差を計算し、
    スキャナ（４１）からの入力と基準ブレード表面との間の差を所定の閾値と比較する、
    ように構成される、請求項７に記載のシステム。
11. ロータディスク（４０）に装着されるロータブレード（１４、１６）の表面を表面特徴に関して検査する方法であって、当該方法が、
    可動アーム（４２）に装着されるスキャナ（４１）を含むアセンブリをロータブレード（１４、１６）の近傍に望ましくは位置決めするステップと、
    ロータブレード（１４、１６）を前記アセンブリに対して割り出すためにロータディスク（４０）を回転させるステップと、
    可動アーム（４２）を介してスキャナ（４１）を割り出し位置と走査位置との間で制御可能に移動させるステップであって、割り出し位置が、ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対間に形成される隙間（４６）の外側の位置を含み、走査位置が、ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対間に形成される隙間（４６）の内側の位置を含む、ステップと、
    スキャナ（４１）が割り出し位置を維持するときにロータブレード（１４、１６）の表面を走査するステップと
    を含んでおり、ロータブレード（１４、１６）の各々が、凹状の正圧側面（２６）と横方向に反対側にある凸状の負圧側面（２７）との間に画定される翼形部（２５）を含み、正圧側面（２６）及び負圧側面（２７）が、前縁（２８）と後縁（２９）との間で軸方向に延びるとともに、外側先端（３１）とロータブレード（１４、１６）をロータディスク（４０）に装着するように構成される根元部（２１）のプラットフォーム（２４）との間で径方向に延び、
    検査のための表面が、翼形部（２５）の正圧側面（２６）、翼形部（２５）の負圧側面（２７）、翼形部（２５）の外側先端（３１）及びプラットフォーム（２４）のうちの少なくとも１つを含む、方法。
12. ロータブレード（１４、１６）の表面を走査するステップが、スキャナ（４１）が走査位置にある間に隙間（４６）のうちの１つを用いてロータブレード（１４、１６）の複数の表面を同時に走査することを含み、
    スキャナ（４１）が走査位置にある間に同時に走査される表面のうちの複数の表面が、ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対のうちの１つの第１のロータブレード（１４、１６）の正圧側面（２６）と、ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対のうちの１つの第２のロータブレード（１４、１６）の負圧側面（２７）とを含む、請求項１１に記載の方法。
13. ロータブレード（１４、１６）がロータブレード（１４、１６）の複数の隣り合う対を含み、
    ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対の各々の翼形部（２５）間に隙間（４６）が形成され、隙間（４６）が、
    周方向に、ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対の正圧側面（２６）と負圧側面（２７）との間に画定され、
    径方向に、ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対のプラットフォーム（２４）とロータブレード（１４、１６）の隣り合う対の外側先端（３１）を接続する基準面との間に画定され、
    軸方向に、ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対の前縁（２８）を接続する基準面とロータブレード（１４、１６）の隣り合う対の後縁（２９）を接続する基準面との間に画定され、
    可動アーム（４２）が、スキャナ（４１）を割り出し位置と走査位置との間で制御可能に移動させる際、ロータブレード（１４、１６）の隣り合う対の外側先端（３１）を接続する基準面にスキャナ（４１）を通す、請求項１１又は請求項１２に記載の方法。
14. スキャナ（４１）が構造化された光源を更に備え、
    ロータディスク（４０）を回転させるステップが、回転期間が静止期間と交互に起こる間欠的な回転を含み、
    可動アーム（４２）を介してスキャナ（４１）を割り出し位置と走査位置との間で制御可能に移動させるステップが、スキャナ（４１）が回転期間中に割り出し位置となるとともに静止期間中に走査位置となるように間欠回転にしたがって移動のタイミングを図ることを含む、請求項１３に記載の方法。