JP6849402B2 - コンポーネントの歪みをモニタするためのシステム - Google Patents
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Description
本開示は、全般的に、コンポーネントの歪みをモニタするためのシステムおよび方法に関し、さらに詳しくは、コンポーネントの上に配置された歪みセンサの電界測定および走査を提供するシステムおよび方法に関する。
様々な産業的な応用を通じ、装置のコンポーネントは、多くの極端な条件（たとえば、高温、高圧、大きな応力負荷など）にさらされる。時間経過に伴って、装置の個々のコンポーネントは、そのコンポーネントの使用可能な寿命を短縮し得るクリープおよび／または変形を受けることがあり得る。そのような関心が、たとえば、いくつかのターボマシンに当てはまることがあり得る。
ターボマシンは、発電および航空機エンジンなどの分野で広く用いられている。たとえば、従来型のガスタービンシステムは、コンプレッサセクションと、コンバスタセクションと、少なくとも１つのタービンセクションとを含む。コンプレッサセクションは、空気を、その空気がこのコンプレッサセクションを通過して流れる際に、圧縮するように構成されている。次に、空気は、コンプレッサセクションからコンバスタセクションに流れ、そこで、燃料と混合され燃焼されて、高温のガスフローを生成する。高温のガスフローは、タービンセクションに提供され、タービンセクションは、高温のガスフローを、それからエネルギを抽出することによって利用し、コンプレッサ、発電機およびそれ以外の様々な負荷に動力を与える。
ターボマシンの動作の間には、ターボマシンの内部、特に、ターボマシンのタービンセクション内部にある、タービンブレードなどの様々なコンポーネントが、高温および応力に起因するクリープを受け得る。タービンブレードに関しては、クリープは、ブレードの一部またはその全体を引き延ばすことがあり、それにより、ブレードの先端部がタービンケーシングなどの静止構造に接触して、動作中に、潜在的に、望まない振動を生じさせたり、および／または、性能を低下させたりする。
したがって、クリープに関してコンポーネントをモニタすることが望ましい。クリープに関してコンポーネントをモニタするための１つのアプローチとしては、コンポーネントの上に歪みセンサを設定し、様々な間隔でその歪みセンサを解析することにより、クリープ歪みと関連する変形についてモニタすることがある。しかし、そのような変形は、多くの場合に、元の寸法の０．０１％のオーダーであり得るので、歪みのモニタリングのための特殊な機器が必要とされる。
たとえば、特殊な機器が、関連するコンポーネントに関して、歪みセンサの視覚的イメージを取得し、様々な時刻に撮影されたイメージにおける歪みセンサの寸法を比較するために、用いられ得る。典型的には、そのようなイメージにおける２つの軸に沿った寸法を直接的に測定することが可能であり、他方で、第３の軸に沿った寸法を推論することができる。しかし、そのようなアプローチでは、一般的に、センサおよびコンポーネントへの直接的な視線が必要となる。コンポーネントを測定するためには、非常に大きな空間と大掛かりな分解とが必要になり得る。結果的に、ほとんどの既存のシステムでは、たとえ不可能ではないにしても、現場での測定は、困難であり得る。
したがって、この技術分野では、コンポーネントの歪みをモニタするための別のシステムおよび方法が望まれている。特に、組み立てられている装置に関して、より小さな空間だけしか必要とせず、現場での測定を可能にするシステムおよび方法が、望まれる。
本発明の態様および利点は、一部が以下の説明において与えられるか、もしくは、その説明から明らかであり得るが、または、本発明を実践することを通じて知られ得る。
本開示のある実施形態によると、コンポーネントをモニタするためのシステムが提供される。このシステムは、コンポーネントの上に構成された歪みセンサと、歪みセンサを解析するための電界スキャナと、電界スキャナと通信動作可能なプロセッサとを含み得る。プロセッサは、データポイントセットを得るために、相互に直交するＸ軸およびＹ軸に沿って歪みセンサ両端の電界値を測定するように、動作可能であり得る。さらに、プロセッサは、データポイントセットに基づいて、歪みセンサの電界プロファイルを構築するように、動作可能であり得る。
本開示の別の実施形態によると、コンポーネントをモニタするための方法が提供される。この方法は、第１のデータポイントセットを得るために、相互に直交するＸ軸およびＹ軸に沿って、コンポーネントの上に構成された歪みセンサ両端の電界値を測定するステップを含み得る。この方法は、さらに、第１のデータポイントセットに基づいて、歪みセンサの第１の電界プロファイルを構築するステップを含み得る。
本発明の以上のおよびその他の特徴、態様および利点は、以下の説明と添付の特許請求の範囲とを参照することで、よりよく理解されるであろう。添付の図面は、本明細書に組み入れられ、その一部を構成するのであるが、本発明の実施形態を図解しており、説明と共に、本発明の諸原理を説明するように機能する。
その最良の様態を含んでおり当業者に向けられた本発明に関する完全で実施を可能にする開示が、本明細書において与えられるが、本明細書は、次の添付の図面を参照する。
以下では、本発明の実施形態を詳細に参照するが、実施形態の１つまたは複数の例は、図面に図解されている。各例は、本発明の限定ではなく、本発明の例示によって提供されている。実際に、本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく本発明において様々な修正および改変がなされ得る、ということが当業者には明らかであろう。たとえば、ある実施形態の一部として図解されているまたは説明されている特徴が、別の実施形態と共に用いられて、さらに別の実施形態を生じる、ということがあり得る。よって、本発明が、添付の特許請求の範囲とその均等物との射程内にあるとして、そのような修正および改変に及ぶことが、意図されている。
ここで図１および図２を参照すると、コンポーネント１０が図解されており、コンポーネントの外部表面１１の一部の上に、歪みセンサ４０が設けられている。示されているように、フィールドスキャナ６０が、歪みセンサ４０および／または外部表面１１の上に設置され得る。コンポーネント１０（そして、より詳しくは、コンポーネント１０全体の基板１１）は、たとえば、高温の応用例（たとえば、ニッケルまたはコバルトベースのスーパアロイ）で用いられるコンポーネントなど、様々な異なる応用例で用いられる様々なタイプのコンポーネントで構成され得る。いくつかの実施形態においては、コンポーネント１０は、燃焼コンポーネントや高温ガス経路コンポーネントなど、産業用ガスタービンまたはスチームタービンコンポーネントで構成され得る。いくつかの実施形態では、コンポーネント１０は、タービンブレード、コンプレッサブレード、ベーン、ノズル、シュラウド、ロータ、トランジションピースまたはケーシングで構成され得る。他の実施形態では、コンポーネント１０は、ガスタービン、スチームタービンまたは同様のもののための任意の他のコンポーネントなど、タービンの任意の他のコンポーネントで構成され得る。いくつかの実施形態では、コンポーネントは、非タービンコンポーネントで構成されることもあり得るのであって、非タービンコンポーネントとは、これらに限られることはないが、自動車関連（たとえば、自動車、トラックなど）コンポーネント、航空宇宙関連（たとえば、航空機、ヘリコプタ、スペースシャトル、アルミニウム部品など）コンポーネント、機関車もしくはレール関連（たとえば、列車、鉄道線路など）コンポーネント、構造、インフラストラクチャもしくは土木関連（たとえば、橋、建物、建築機器など）コンポーネント、および／または発電所もしくは化学処理関連（たとえば、高温の応用例で用いられるパイプ）コンポーネントが含まれる。
本開示による歪みセンサ４０は、任意の適切な技術を用いて、コンポーネント１０の上に構成され得るのであるが、この任意の適切な技術には、積層技術、適切な付加製造技術、または、先に形成された歪みセンサ４０を、接着、溶接、ろう接などの適切な実装装置または技術を用いて実装することが含まれる。いくつかの実施形態においては、歪みセンサ４０は、コンポーネント１０の物質とは導電性が実質的に異なるように構成された検出物質を含む。たとえば、例示的な実施形態では、コンポーネント１０は、第１の導電率を有する物質から形成され、他方で、歪みセンサ４０は、第１の導電率とは異なる第２の導電率を有する検出物質で構成される。別の実施形態では、第２の導電率が、第１の導電率よりも大きい。一定の実施形態では、歪みセンサ４０の検出物質は、導電率が比較的高い物質を含む。特に、歪みセンサ４０は、プラチナ、銅、アルミニウム、金、またはそれ以外の高導電率金属を含み得る。オプションである実施形態では、歪みセンサ４０の検出物質が、導電率が比較的低い物質を含む。たとえば、歪みセンサ４０の検出物質は、タングステン、または、導電率の低い金属もしくはセラミックを含み得る。
次に図１から図３を参照すると、歪みセンサ４０の例示的な実施形態は、コンポーネント１０の外側表面１１の一部の上に構成されている。図１に示されている例示的なコンポーネント１０の実施形態は、タービンブレードを含むタービンコンポーネントで構成されている。しかし、コンポーネント１０は、上で述べたように、様々な追加的または代替的なコンポーネントを含み得る。図解されているように、電界スキャナ６０は、歪みセンサ４０を解析するために、歪みセンサ４０の上方におよび／または歪みセンサ４０と接触するように、選択的に配置され得る。プロセッサ１００は、後述されるように、歪みセンサ４０両端の電界値を測定するために、電界スキャナ６０との通信動作が可能な関係にあり得る。
歪みセンサ４０は、少なくとも２つの基準点４１および４２を備えているのが一般的であり、これらの少なくとも２つの基準点４１および４２は、複数の時間間隔で、これら少なくとも２つの基準点４１および４２の間の距離Ｄを測定するのに用いられ得る。当業者にとっては理解されるはずであるように、これらの測定は、コンポーネント１０のその領域における歪み量、歪み率、クリープ、疲労、応力などを決定するのに役立ち得る。これらの少なくとも２つの基準点４１および４２は、それらの間の距離Ｄが測定可能である限り、特定のコンポーネント１０に応じて、様々な距離で、様々な位置に、配置され得る。さらに、これらの少なくとも２つの基準点４１および４２は、それらが一貫して識別可能であり、間の距離Ｄを測定するのに用いられ得る限り、ドット、直線、円、箱形または任意の他の幾何学的もしくは非幾何学的形状を備えていてかまわない。
歪みセンサ４０は、様々な異なる形状であり、サイズを有し、配置された基準点４１および４２を組み入れるなどによって、様々な異なる構成および断面を備え得る。たとえば、図３に図解されているように、歪みセンサ４０は、様々な形状およびサイズを備えた様々な異なる基準点を備え得る。このような実施形態は、最も外側の基準点の間（図解されている場合）、２つの内部もしくは外部基準点の間、またはそれらの間のいずれかの組合せなど、より大きな多様性を有する距離測定Ｄを提供し得る。より大きな多様性のため、より多様な位置にわたる歪み測定を提供することによって、コンポーネント１０の特定の部分に関するより確実な歪み解析が提供され得る。
さらに、歪みセンサ４０の寸法は、たとえば、コンポーネント１０、歪みセンサ４０の位置、測定の目標精度、適用技術、および電界測定技術に依存し得る。たとえば、いくつかの実施形態では、歪みセンサ４０は、１ミリメートル未満から３００ミリメートルを超える範囲までの長さＬおよび幅Ｗを有し得る。オプションとして、長さＬは、５〜２５ミリメートルであり得るし、他方で、幅Ｗは５〜２５ミリメートルであり得る。さらに、歪みセンサ４０は、下にあるコンポーネント１０の性能に著しく影響することのない適用とそれに続く識別とに適した、任意の厚さＴを有し得る。たとえば、いくつかの実施形態では、歪みセンサ４０は、約０．０１ミリメートルから約１ミリメートルまでの範囲の厚さＴを有し得る。いくつかの実施形態では、歪みセンサ４０は、実質的に一様の厚さを有し得る。そのような実施形態は、第１の基準点４１と第２の基準点４２との間での以後の歪み計算のための、より正確な測定を容易にする助けになり得る。
オプションである実施形態では、歪みセンサ４０は、確実に適用された正方形または矩形で構成され得るが、そこで、第１および第２の基準点４１および４２は、その正方形または矩形の２つの対向する側を構成する。いくつかの実施形態では、歪みセンサ４０は、負の空間（すなわち、歪みセンサ物質が適用されていない領域）４５によって分離されている少なくとも２つの適用された基準点４１および４２を備え得る。負の空間４５は、たとえば、コンポーネント１０の外側表面１１の露出された部分で、構成され得る。その代わりに、または、追加的に、負の空間４５は、少なくとも２つの基準点４１および４２の物質とは異なる導電性を有する後から適用された物質で構成され得る（または、逆の場合もあり得る）。
図３に図解されているように、いくつかの実施形態では、歪みセンサ４０は、一意的な識別子（以後、「ＵＩＤ」と称する）４７を含み得る。ＵＩＤ４７は、その特定の歪みセンサ４０の識別を容易にする任意のタイプのバーコード、ラベル、タグ、シリアル番号、パターンまたはそれ以外の識別システムで構成され得る。いくつかの実施形態では、ＵＩＤ４７は、追加的に、または、その代わりに、コンポーネント１０に関する、または、歪みセンサ４０がその上に配置されている装置全体に関する情報を、含み得る。ＵＩＤ４７は、それにより、過去、現在および将来の動作に関するトラッキングに対する測定を相関させるために、特定の歪みセンサ４０、コンポーネント１０、または、さらに装置全体（たとえば、タービン）の識別とトラッキングとの助けになり得る。
歪みセンサ４０は、よって、様々なコンポーネント１０の多様な位置のうちの１つまたは複数に構成され得る。たとえば、上で論じられたように、歪みセンサ４０は、タービンブレード、ベーン、ノズル、シュラウド、ロータ、トランジションピース、またはケーシングの上に構成され得る。そのような実施形態では、歪みセンサ４０は、エーロフォイル、プラットフォーム、チップもしくは任意の他の適切な位置の上にまたはそれに近接してなど、ユニットの動作の間に様々な力を経験するために知られている１つまたは複数の位置に、構成され得る。さらに、歪みセンサ４０は、上昇した温度を経験するために知られている１つまたは複数の位置に配置され得る。たとえば、歪みセンサ４０は、高温ガス経路または燃焼コンポーネント１０の上に構成され得る。
いくつかの実施形態では、複数の歪みセンサ４０が、１つのコンポーネント１０の上に、または、複数のコンポーネント１０の上に、構成され得る。たとえば、複数の歪みセンサ４０を、個々のコンポーネント１０に関して多数の位置で歪みを判断できるように、１つのコンポーネント１０（たとえば、タービンブレード）の上の様々な位置において構成することがあり得る。その代わりに、または、追加的に、複数の類似のコンポーネント１０（たとえば、複数のタービンブレード）のそれぞれが、それぞれの特定のコンポーネント１０によって経験される歪みの量を他の類似のコンポーネント１０と比較することができるように、標準的な位置に構成された歪みセンサ４０を１つ有する、ということがあり得る。さらにいくつかの実施形態では、同じユニットの複数の異なるコンポーネント１０（たとえば、同じタービンのための複数のブレードおよびベーン）のそれぞれが、その装置ユニット全体の異なる複数の位置で経験される歪みの量を判断できるように、その上に構成された歪みセンサ４０を有することがあり得る。
図４に示されているように、コンポーネント１０は、熱バリアコーティング６２を含むことがあり得る。そのような実施形態では、熱バリアコーティング６２は、歪みセンサ４０の上にまたは下に配置され得る。いくつかの実施形態では、歪みセンサ４０は、熱バリアコーティング６２の下に、すなわち、コンポーネント１０のベース６４と熱バリアコーティング６２との間に、配置され得る。オプションであるが、ベース６４は、１つまたは複数のニッケルまたはコバルトベースのスーパアロイから形成された、スーパアロイベースであり得る。さらなる実施形態では、熱バリアコーティング６２が、歪みセンサ４０の上側表面を完全に被覆し、歪みセンサ４０をベース６４と熱バリアコーティング６２との間に包囲することがあり得る。さらに別の実施形態では、歪みセンサ４０が、熱バリアコーティング６２に埋め込まれていることがあり得る。歪みセンサ４０のそのような実施形態は、熱バリアコーティング６２によって、上側表面と下側表面との両方が完全に被覆されることになる。電界スキャナ６０は、熱バリアコーティング６２を通過して歪みセンサ４０を解析するように構成され得る。そのような実施形態の動作の間、熱バリアコーティング６２は、歪みセンサ４０と電界スキャナ６０との間で歪みセンサ４０の上に配置され得る。
図５を参照すると、電界スキャナ６０が、歪みセンサ４０を解析するように構成されている。図解されているように、電界スキャナ６０は、１つまたは複数の電気プローブ６６を含み得る。複数のプローブ６６は、可撓的マトリックスアレイ６８として、相互に結合されることがあり得る。可撓的マトリックスアレイ６８によって、電界スキャナ６０が、コンポーネント１０と外側表面１１との形状と実質的に一致することが可能になり得る。可撓的マトリックスアレイ６８は、（たとえば、タービンなどの）装置またはコンポーネント１０を分解することなく、元の位置にあるセンサ４０を覆う位置に、加工することができる。電気プローブ６６の例示的な実施形態は、渦電流コイル７０、ホール効果プローブ、導電性プローブ、および／またはキャパシタンスプローブを含む。
図４および図５に図解されているように、アレイ６８は、相互に直交するＸ軸およびＹ軸に沿って、センサ４０とコンポーネント１０の上に配置され得る。アレイ６８は、さらに、ＸおよびＹ軸と直交するＺ軸において歪みセンサ４０と平行に、配置され得る。用いられる間、電界スキャナ６０は、歪みセンサ４０との間で、電気信号を送受信し得る。センサ４０から受信される電気信号は、次に、含まれているプロセッサ１００によって測定され得る。追加的なまたは代わりの実施形態では、電界スキャナ６０は、歪みセンサ４０両端の導電率（たとえば、導電性の変動）を測定するように構成され得る。
一般的に、本明細書で用いられている「プロセッサ」という用語は、コンピュータに含まれているものとして当該技術で称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）、特定用途向け集積回路、およびそれ以外のプログラマブルな回路を指す。プロセッサ１００は、また、電界スキャナ６０など、プロセッサ１００が通信関係にある様々な他のコンポーネントとの間で、入力を受信し制御信号を送信するための様々な入力／出力チャネルを含み得る。プロセッサ１００は、さらに、電界スキャナ６０からの入力とデータとを記憶し解析するための、そして、本明細書に記載されている方法のステップを全体として実行するための、適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアを含み得る。
一般に、プロセッサ１００は、相互に直交するＸ軸とＹ軸とに沿って、歪みセンサ４０を測定するように動作可能である。プロセッサ１００は、データポイントセットを取得するために、Ｘ軸とＹ軸とに沿って、信号からの電界値を測定し得る。いくつかの実施形態では、データポイントセットは、Ｘ軸のデータポイントセットとＹ軸のデータポイントセットとの一方または両方を含み得る。Ｘ軸のデータポイントセットは、複数のＸ軸データポイントを含み得る。Ｙ軸のデータポイントセットは、複数のＹ軸のデータポイントを含み得る。いくつかの実施形態では、プロセッサ１００は、さらに、Ｚ軸における１つまたは複数のＺ軸データポイントを計算するように動作可能である。オプションとして、複数のＺ軸データポイントが、Ｚ軸データポイントセットの一部として集められることがあり得る。Ｘ軸データポイント、Ｙ軸データポイント、およびＺ軸データポイントは、歪みセンサ４０の直接的な測定と関係する寸法データポイントである。たとえば、データポイントは、コンポーネント１０の外側表面１１などの基準表面に対するまたは相互に対する１つもしくは複数の軸における表面の位置を示し得る。
プロセッサ１００は、また、データセットに基づいて、１つまたは複数の電界プロファイルを構築するように動作可能であり得る。いくつかの実施形態では、プロセッサ１００は、さらに、データポイントセットと１つまたは複数のＺ軸データポイントとに基づいて歪みセンサ４０の１つまたは複数の３次元プロファイルを組み立てるように動作可能である。オプションであるが、３次元プロファイルは、Ｘ軸データポイントセットと、Ｙ軸データポイントセットと、Ｚ軸データポイントセットとに基づき得る。電界プロファイルは、関連するコンポーネント１０のために、装置（たとえば、ターボマシンなど）における使用または他の動作的な使用の前に、そして、そのような使用のある期間の後またはそのような使用の様々な期間の後で、異なる時刻において測定および構築され得る。次に、プロファイルの寸法上の差が、測定され、たとえば以後の歪み計算において用いられ得る。
依然として図５を参照して、例示的な電界スキャナ６０の実施形態が説明される。示されているように、例示的なスキャナ６０は、所定の形状を有しており複数の電界プローブ６６で構成されたマトリックスアレイ６８を含む。マトリックスアレイ６８として、電界スキャナ６０は、その全体としての長さＬおよび幅Ｗに対して、Ｘ軸およびＹ軸を画定し得る。そのような実施形態において、Ｚ軸は、アレイ６８から外向きに、そして、アレイがその上に配置されているセンサ４０および／またはコンポーネント１０に向かって、伸びている。
プローブ６６は、それぞれが、層間接続７６によって電気的に結合された駆動コイル巻線７２とセンスコイル巻線７４とを有する渦電流コイル７０を含み得る。一定の実施形態では、駆動コイル巻線７２とセンスコイル巻線７４とは、同じコイル巻線構造によって実現され得る。一般的に、駆動コイル巻線７２は、センサ４０に向かって一次電磁界を送信するように、構成されている。センスコイル巻線７４は、対向する二次電磁界を受信するように、構成されている。
使用中は、交流が、渦電流コイル７０に流れる。それにより、一次電磁界が、駆動コイル巻線７２において誘導される。その一次電磁界への反応として、反射された電磁界が、センスコイル巻線７４に向けて、そして、センスコイル巻線７４に、送信される。駆動コイル巻線７２によって送信された後で、一次電磁界は、センサ４０においても受信され得る。センサ４０では、一次電磁界は、センサ４０を流れる渦電流を誘導する。この渦電流が、次に、アレイ６８における反射された電磁界を変化させる渦電界を生成し得る。渦電界と反射された電磁界との両者が、センスコイル巻線７４によって検出される二次電磁界の少なくとも一部を形成し得る。いったん受信されると、二次電磁界は、Ｘ軸およびＹ軸に沿った、知られている点で、コントローラ１００によって測定され得る。それらの点は、アレイ６８に沿った個々のプローブ６６の位置に対応し得る。オプションである実施形態では、変動と全体としての二次電磁界強度とが、アレイ６８からのセンサの距離を示すＺ軸データポイントを計算するのに用いられ得る。既に述べられたように、データポイントは、それぞれのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のデータポイントセットとして集約され得る。
例示的な実施形態では渦電流電界を解析するための渦電流コイル７０が説明されているが、他の適切な構成および方法も用いられ得る。たとえば、測定された電界が、ホール効果プローブによって解析されるホール磁界を含むこともあり得る。その代わりに、測定された電界が、キャパシタンスプローブによって解析されるキャパシタンスの変動を含むこともあり得る。さらなる実施形態では、測定された電界が、１つまたは複数の導電性プローブによって解析される導電性変動を含むこともあり得る。
やはり言及されたように、歪みセンサ４０に対して１つまたは複数のＸ軸データポイントおよび／またはＹ軸データポイントが得られた後で、歪みセンサ４０の電界プロファイルが、データポイントセットに基づいて、プロセッサ１００などによって、構築されることがあり得る。たとえば、プロセッサ１００は、データポイントを集め、関係するＸおよびＹ軸に沿ったすべてのデータポイントのプロットを出力し得る。オプションである実施形態は、さらに、計算されたＺ軸データポイントおよび／またはデータポイントセットを含むことにより、関係するＸ、Ｙおよび／またはＺ軸に沿ったすべてのデータポイントの出力プロットを可能にすることがあり得る。
さらに、プロセッサ１００などによって、複数の電界プロファイルが比較されることがあり得る。たとえば、複数のプロファイルの間で歪みセンサ４０の様々な特徴のＸ軸、Ｙ軸および（オプションである実施形態における）Ｚ軸に沿った位置の差が、以後の歪み計算において用いられるために観察され測定されることがあり得る。さらに、そのような歪み計算が実行されることもあり得る。
例示的な実施形態では、別のプロファイルと比較される歪みセンサ４０の各プロファイルは、コンポーネント１０について異なる時刻において取得されたＸ軸データポイントおよび／またはＹ軸データポイントに基づく。たとえば、第１の電界プロファイルは、第１の時刻において取得された１つまたは複数のデータポイントセットに基づき、第２の電界プロファイルは、第２の時刻において取得された１つまたは複数のデータポイントセットに基づく、ということがあり得る。第１の時刻は、装置における使用よりも前に生じることがあり得るし、または、数回のそのような使用の後で生じることもあり得る。第２の時刻は、装置における使用よりも前に生じることがあり得るし、装置における使用の後で生じることがあり得るし、または、第１の時刻が生じた後で生じることもあり得る。たとえば、新たに製造されたコンポーネント１０に対して、第１の時刻はゼロであり、第２の時刻はコンポーネント１０を特定の期間運用した後で生じる、ということがあり得る。これらの様々な時刻において、歪みセンサ４０を測定することによって、コンポーネント１０を運用させて用いたことによる変形その他と結果的に生じる歪みとが、計算され得る。
第２の電界プロフィルの追加的なまたは代替的な実施形態は、第１の電界プロファイルと実質的に類似した、または、第１の電界プロファイルとは異なる方法によって、取得され得る。第２の電界プロファイルのいくつかの例示的な実施形態は、１つまたは複数のモデルデータポイントセットを含む。たとえば、いくつかの実施形態の第２のプロファイルは、歪みセンサ４０のモデル的なもしくは理想的な形状および／もしくは位置に基づくＸ軸データポイントもしくはＹ軸データポイントのうちの１つまたは複数を含む。第２の電界プロファイルは、歪みセンサ４０の意図された形状、および／または、コンポーネント１０との関係で歪みセンサ４０が配置されるべき位置、を示し得る。いくつかの実施形態では、１つの第２の電界プロファイルが、複数の離散的なコンポーネント１０（すなわち、複数個の同じタイプのコンポーネント）に対して、用いられることがあり得る。
言及されたように、そして、ここでは図６を参照すると、本開示は、追加的に、コンポーネント１０の変形をモニタするための方法２００に向けられている。例示的な実施形態におけるそのような方法２００は、既に論じられたように、プロセッサ１００によって実行され得る。方法２００は、たとえば、第１のデータポイントセットを取得するために、相互に直交するＸ軸およびＹ軸に沿って歪みセンサ４０両端の電界値を測定するステップ２１０を含み得る。図６の例示的な実施形態では、第１のデータポイントセットは、第１のＸ軸データポイントセットと第１のＹ軸データポイントセットとを含む。測定するステップ２１０は、渦電流コイル７０において渦電流電界を測定すること、ホール効果プローブにおいてホール電磁界を測定すること、キャパシタンスプローブにおいてキャパシタンスの変動を測定すること、または、導電性プローブにおいてセンサ４０の導電性を測定することを含み得る。既に説明されたように、渦電流電界を測定することは、追加的に、渦電流コイル７０を流れる電流を変化させ、二次電磁界を検出することを含み得る。
方法２００は、さらに、たとえば第１のＸ軸データポイントセットと第１のＹ軸データポイントセットとである第１のデータポイントセットに基づいて、歪みセンサ４０の第１の電界プロファイルを構築するステップ２２０を含む。オプションとして、ステップ２２０は、Ｘ軸およびＹ軸に直交するＺ軸における第１のＺ軸データポイントセットを計算することを含み得るが、この計算は、第１のＸ軸データポイントセットと第１のＹ軸データポイントセットとに基づく。そのような実施形態では、ステップ２３０が、第１のＹ軸データポイントセットと第１のＹ軸データポイントセットと第１のＺ軸データポイントセットとに基づいて、歪みセンサ４０の第１の３次元プロファイルを構築することを含み得る。
ステップ２１０は、第１の時刻において生じ得るのであって、電界プロファイルは、既に論じられたように、第１の時刻におけるＸ軸データポイントセットもしくはＹ軸データポイントセットのうちの１つまたは複数に基づくことがあり得る。したがって、方法の実施形態２００は、さらに、既に論じられたように、たとえば第２のＸ軸データポイントセットと第２のＹ軸データポイントセットとである第２のデータポイントセットを取得するために、第２の時刻においてＸ軸およびＹ軸に沿って歪みセンサ４０を測定するステップ２３０をたとえば含むことがあり得る。第２の時刻は、第１の時刻と異なり得るが、いくつかの例示的な実施形態では、第１の時刻よりも後であり得る。さらに、方法２００は、たとえば、既に論じられたように、第２の時刻におけるＸ軸データポイントもしくはＹ軸データポイントのうちの１つまたは複数に基づいて、歪みセンサ４０の第２の電界プロファイルを構築するステップ２４０を含み得る。さらにまた、方法２００は、たとえば、既に論じられたように、第１の電界プロファイルと第２の電界プロファイルとを比較するステップ２５０を含み得る。
ここに書かれた説明では、ベストモードを含めて本発明を開示するため、そしてまた、任意のデバイスまたはシステムを作成して用い任意の組み込まれた方法を実行することを含めて当業者が本発明を実現させることを可能にするために、例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者が想到する他の例を含み得る。それらの他の例は、特許請求の範囲の文字通りの記載と異ならない構造上の要素を含む場合であっても、または、特許請求の範囲の文字通りの記載と非実質的な差を有する均等な構造上の要素を含む場合であっても、特許請求の範囲の射程に含まれることが意図されている。
１０ コンポーネント
１１ 外側表面
４０ 歪みセンサ
４１ 基準点
４２ 基準点
４５ 負の空間
４７ 一意的な識別子
６０ 電界スキャナ
６２ 熱バリアコーティング
６４ （タービンコンポーネントの）ベース
６６ 電気プローブ
６８ 可撓的マトリックスアレイ
７０ 渦電流コイル
７２ 駆動コイル巻線
７４ センスコイル巻線
７６ 層間接続
１００ プロセッサ
２００ 方法
２１０ 方法のステップ
２２０ 方法のステップ
２３０ 方法のステップ
２４０ 方法のステップ
２５０ 方法のステップ
Ｄ 距離
Ｌ （センサの）長さ
Ｗ （センサの）幅
Ｔ （センサの）厚さ
１１ 外側表面
４０ 歪みセンサ
４１ 基準点
４２ 基準点
４５ 負の空間
４７ 一意的な識別子
６０ 電界スキャナ
６２ 熱バリアコーティング
６４ （タービンコンポーネントの）ベース
６６ 電気プローブ
６８ 可撓的マトリックスアレイ
７０ 渦電流コイル
７２ 駆動コイル巻線
７４ センスコイル巻線
７６ 層間接続
１００ プロセッサ
２００ 方法
２１０ 方法のステップ
２２０ 方法のステップ
２３０ 方法のステップ
２４０ 方法のステップ
２５０ 方法のステップ
Ｄ 距離
Ｌ （センサの）長さ
Ｗ （センサの）幅
Ｔ （センサの）厚さ
Claims (8)
- タービンコンポーネント（１０）をモニタするためのシステムであって、当該システムが、
前記タービンコンポーネント（１０）の上に構成された歪みセンサ（４０）と、
前記歪みセンサ（４０）を解析するための電界スキャナ（６０）であって、前記歪みセンサ（４０）の解析のために前記歪みセンサ（４０）の上に選択的に配置し得る電界スキャナ（６０）と、
前記電界スキャナ（６０）と通信動作可能なプロセッサ（１００）であって、
データポイントセットを得るために、相互に直交するＸ軸とＹ軸とに沿って前記歪みセンサ（４０）両端の電界値を測定し、
前記データポイントセットに基づき、前記歪みセンサ（４０）の電界プロファイルを構築するように動作可能なプロセッサ（１００）と
を備えており、前記電界スキャナ（６０）が、渦電流コイル（７０）、ホール効果プローブ、導電性プローブ又はキャパシタンスプローブから選択される１又は複数の電気プローブを含む、システム。 - 前記電界スキャナ（６０）が、可撓性マトリックスアレイ（６８）として相互に結合された複数の電気プローブ（６６）を含む、請求項１に記載のシステム。
- 前記プロセッサ（１００）が、さらに、前記Ｘ軸及びＹ軸と直交するＺ軸における１以上のＺ軸データポイントを計算して、前記データポイントセットと前記１以上のＺ軸データポイントとに基づいて前記歪みセンサの３次元プロファイルを構築するように動作可能である、請求項１に記載のシステム。
- 前記タービンコンポーネント（１０）が第１の導電率を有する物質から形成されており、前記歪みセンサ（４０）が前記第１の導電率とは異なる第２の導電率を有する検出物質を含む、請求項１に記載のシステム。
- 前記検出物質の第２の導電率が前記タービンコンポーネント（１０）の第１の導電率よりも大きい、請求項４に記載のシステム。
- 前記タービンコンポーネント（１０）がベース（６４）と熱バリアコーティング（６２）とを有するタービンタービンコンポーネントを含み、前記歪みセンサ（４０）が前記ベース（６４）と前記熱バリアコーティング（６２）との間に配置されている、請求項１に記載のシステム。
- 前記プロセッサ（１０）が、さらに、複数の電界プロファイルを比較するように動作可能である、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のシステム。
- 前記電界スキャナ（６０）が渦電流コイル（７０）を含んでおり、前記プロセッサ（１００）が、さらに、前記渦電流コイル（７０）を流れる電流を交番させることにより、一次電磁界を誘導させ、前記歪みセンサ（４０）において生成される渦電流電界を含む二次電磁界を検出するように動作可能である、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のシステム。
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|---|---|---|---|
| JP2016221096A Active JP6849402B2 (ja) | 2015-11-23 | 2016-11-14 | コンポーネントの歪みをモニタするためのシステム |
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