KR100516588B1 - 연소 터빈의 베인 또는 블레이드를 위한 고온점 검출 시스템 - Google Patents

연소 터빈의 베인 또는 블레이드를 위한 고온점 검출 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터빈 베인 또는 블레이드와 같은 터빈 구성요소가 베인 또는 블레이드의 표면 전체를 따라 있는 임의의 지점에서 융점 온도와 같은 임계 온도를 초과한 여부를 판단할 수 있는 검출 시스템에 관한 것이다. 이러한 시스템은, 압축기, 연소기 그리고 터빈부를 가지고 있는 종래의 연소 터빈에 채용될 수 있다. 시스템에는 베인 또는 블레이드의 내면 전체를 따라 배치되어 있는 화학물질 코팅과 그리고 베인 또는 블레이드의 내부를 통하여 냉매를 순환시키는 폐루프 냉각 시스템을 포함하고 있다. 베인 또는 블레이드의 온도가 임계 온도를 초과하면, 화학물질 코팅은 베인 또는 블레이드로부터 냉매 내로 이탈된다. 냉매는 폐루프 냉각 시스템을 통하여 유동하는 동안 검출기를 통과하기 때문에, 냉매 내의 화학물질 코팅의 존재는 시스템에 의해 감지된다. 화학물질이 검출되면, 이것은 베인 또는 블레이드가 임계 온도를 초과한 것을 나타내고 있는 것이다.

Description

연소 터빈의 베인 또는 블레이드를 위한 고온점 검출 시스템{HOT SPOT DETECTION SYSTEM FOR VANES OR BLADES OF A COMBUSTION TURBINE}
본 발명은 연소 터빈의 고정 베인 또는 회전 블레이드 상에서 고온 영역 또는 "고온점(hot spot)"을 검출하기 위한 시스템에 관한 것이다.
미국 정부는 본 발명에 대해 미국 에너지국에 의해 인정된 계약서 No. DE-FC21-95MC32267의 조항에 의해 제공되는 바에 따라 요금 지급 라이선스와 제한된 조건하에서 특허권자로 하여금 합리적인 조건하에 다른 사람들에게 라이선스를 내주도록 요구할 수 있는 권리를 가지고 있다.
당해 분야의 종사자가 쉽게 인정할 바와 같이, 터빈은 통상적으로 로터, 로터에 부착된 회전 블레이드, 터빈의 외부 실린더에 부착된 고정 베인, 고온 유체를 흡입하기 위한 유입구 및 유체를 배출하기 위한 유출구를 가지고 있다. 통상적으로 스팀 또는 가스인 고온 유체는 흡입부 내로 유동하여, 회전 블레이드 및 고정 베인의 외부를 거쳐서 유출구를 통하여 유동한다. 유체가 터빈을 통하여 유동하면서, 회전 블레이드를 구동한다. 회전 블레이드가 로터에 연결되어 있기 때문에, 블레이드가 회전하면서 로터도 또한 회전한다.
터빈의 효율을 증가시키기 위해서, 이들은 현재 매우 높은 온도에서 작동하도록 설계되어 있어서, 열적 손상을 방지하도록 터빈의 베인 및 블레이드가 냉각되어야 한다. 잠재적으로, "고온점"(높은 온도가 집중된 영역)은 베인 또는 블레이드의 외부 위로 고온 유체가 유동하면서 이들의 일부분 상에서 발생할 수 있다. 현재의 "폐루프" 냉각 시스템에서 블레이드 또는 베인은 냉매를 이들 내부로 보냄으로써 냉각된다. 추가적으로, 베인 및 블레이드는 이러한 고온과 관련된 열로부터 이들의 외부에 도포된 얇은 열적 배리어 코팅(TBC)에 의해 보호된다. 이러한 얇은 열적 배리어 코팅은 고온 가스로부터 베인 또는 블레이드로의 열전달을 감소시키거나 최소화시키기 위한 단열층을 제공한다. 이것은 고온점이 생성되는 것을 방지한다. 고온점이 생성되면, TBC는 베인 또는 블레이드로부터 이탈되어서 베인 또는 블레이드는 고온 가스에 노출될 것이다. 고온 가스에의 노출은 베인 또는 블레이드로 하여금 높은 온도에 도달하게 하고 열적 손상을 입을 수 있게 한다.
베인 또는 블레이드가 높은 온도에 도달한 여부를 판단하기 위해서, 각각의 베인 및 블레이드의 온도가 모니터 된다. 베인 및 블레이드의 온도를 모니터하기 위한 하나의 방법은 삽입식 모니터링을 포함하고 있다. 예를 들어, 열전대 또는 저항식 온도검출기(RTDS)와 같은 온도검출기가 터빈 내에 위치되어서 다양한 위치에서 베인 및 블레이드의 온도를 모니터할 수 있다. 하지만, 삽입식 모니터링은 두드러진 결점을 가지고 있다; 이것은 베인 또는 블레이드의 표면 전체를 따라서 온도를 모니터하지 않는다. 이것은 단지 불연속적인 위치에서만 온도를 모니터한다.
베인 또는 블레이드와 같은 터빈의 구성요소의 표면 전체에 걸쳐 온도를 모니터하는 것은, 이러한 구성요소가 비교적 동등한 온도 분포를 갖도록 설계되어 있기 때문에 매우 중요하다. 당해 종사자가 인정할 바와 같이, 터빈의 구성요소는 질소산화물(NOX)의 배출량을 감소시키기 위하여 동등한 온도 분포를 갖도록 설계되어 있다. 따라서, 어느 특정한 위치가 고온점에 도달할 가능성은 다른 위치가 비교적 고온이 될 가능성과 두드러지게 다르지 않다. 결과적으로, 삽입식 온도 모니터링 시스템에서는 온도검출기에 의해 직접 모니터되고 있지 않은 영역에서 구성요소가 위험한 온도에 도달할 수 있다. 이러한 상태가 발생하면, TBC가 파손되어서 베인 또는 블레이드가 손상될 수 있다. 블레이드 및 베인의 비교적 대형이고 복잡한 성질, 이들의 지지 구조 및 터빈의 기타 양태 때문에, 삽입식 모니터링 기술로 전체적인 온도 검출 시스템(구성요소들의 표면 전체에 걸쳐 온도를 모니터하는 시스템)을 제공하는 것은 비현실적이다. 따라서, 베인 또는 블레이드의 표면 전체에 걸쳐 온도를 모니터하는 향상된 온도 검출 시스템의 필요성이 존재한다.
도 1은 종래 기술에 따르는 연소 터빈에 대한 도식적인 도면;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 터빈 베인의 도면;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 온도 검출 시스템의 개략도;
도 4는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르는 온도 검출 시스템의 개략도; 그리고
도 5는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르는 온도 검출 시스템의 개략도이다.
본 발명은, 압축기, 연소기 그리고 터빈부를 가진 연소 터빈에 배치되어 있는 터빈 베인 또는 블레이드가 베인 또는 블레이드의 표면을 따라 임의의 지점에서 임계 온도에 도달한 여부를 검출하는 검출 시스템을 포함하고 있다. 본 발명은 고정 터빈 베인과 관련하여 하기 설명되어 있지만, 회전 블레이드도 시스템에 채용될 수 있다. 본 검출 시스템에 채용된 것은 베인의 내면에 배치되어 있는 화학물질 코팅이다. 이러한 화학물질 코팅은 아다만틸 이미드(adamantyl imide), n-도데실 이미드(n-dodecyl imide), 시클로 도데실 이미드(cyclo dodecyl imide), 시클로-오세일 이미드(cyclo-oceyl imide) 또는 에텍실 아미산(ethexyl amid acid)일 수 있다. 베인이 임계 온도에 도달하면, 이러한 코팅은 미립자의 형태로 베인으로부터 이탈된다. 검출기는 이러한 시스템에 채용되어서 미립자가 이탈된 여부를 판단할 수 있다. 미립자가 검출되면, 이것은 베인이 임계 온도에 도달된 것을 나타낸다. 대조적으로, 베인이 임계 온도에 도달하지 않았다면, 화학 물질은 베인에서 이탈되지 않을 것이다.
터빈 베인 냉각 시스템은 베인의 내부와 유체 연통상태인 열교환기 및 펌프를 가지고 있을 수 있다. 베인 냉각 시스템은 베인의 내부를 통하여 냉매를 연속적으로 순환시키는 기능을 하여서, 이에 따라 베인을 냉각한다. 상기된 검출기는 전리 챔버(ionizing chamber)일 수 있다. 베인이 이의 내부의 임의의 지점에서 임계 온도에 도달하면, 미립자 형태의 화학 코팅이 베인으로부터 냉매내로 이탈되어서 검출기에 의해 검출될 것이다.
본 발명의 특징을 나타내는 신규성의 상기된 장점 및 다른 다양한 장점과 특징은 첨부되어 명세서 일부분을 형성하는 청구의 범위에 특별히 강조되고 있다. 하지만, 본 발명, 본 발명의 장점 및 본 발명의 사용에 의해 얻어지는 목적에 대한 더 나은 이해를 위해서는 명세서의 또 다른 부분을 형성하는 도면과, 그리고 본 발명의 바람직한 실시예가 예시되고 기술되는, 첨부된 상세한 설명에 대한 참조가 이루어져야 한다.
도면을 참조하면, 도면에 걸친 참조번호는 상응하는 구조물을 나타내고 있으며, 도 1을 참조하면, 가스 터빈(8)은 통상적으로 압축기(16), 터빈부(14), 연소기 챔버(18) 그리고 연소기(12)를 포함하고 있다. 압축기(16)에서 압축된 공기는 연소기 챔버(18) 내로 배출된다. 공기는 챔버(18)로부터 천연 가스와 같은 연료가 연소되는 연소기(12) 내로 유입된다. 고온 가스는 연소기(12)에서 배출되어 터빈부(14)를 통하여 유동한다. 터빈부(14)에서 가스는 팽창하여서, 고온 가스의 에너지는 로터 축(20)을 구동하도록 일(work)로 변환된다. 보다 상세하게, 로터 축(20)이 회전됨에 따라, 이것은 압축기(16) 및 또 다른 부하장치(도시되지 않음)를 구동할 수 있다. 이러한 부하장치는 통상적으로 발전기이다. 이러한 터빈(8)은 종래의 기술이며 아래 설명된 본 발명의 온도 검출 시스템(22) 및 터빈 베인(24) 또는 블레이드(23)를 채용할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 회전 터빈 블레이드(23)는 터빈부(14) 내에 배치되어 있다. 이러한 블레이드(23)는 종래의 방식으로 로터(20)에 고정되어 있다. 터빈은 또한 로터(20)의 둘레부에 배치된 복수의 고정 베인(24)을 갖추고 있다. 통상적으로, 이러한 블레이드(23) 및 베인은 니켈 합금으로부터 제조되어 있다. 베인 및 블레이드의 부하 상태, 형상 또는 기타 매개변수들에 따라서 베인 또는 블레이드가 파손 온도에 도달하면, 이는 파손될 수 있다. 더 상세하게는, 재료의 특성, 예를 들어, 항복 강도 등이 온도와 역으로 변하기 때문에, 온도가 베인 또는 블레이드의 재료의 강도 등과 관련된 특성을 두드러지게 감소시키는 정도로 증가하면, 베인 또는 블레이드는 파손될 수 있다. 미국 펜실베니아주 피츠버그의 WESTINGHOUSE ELECTRIC CORPORATION에 의해 제조된 모델 번호 501G의 터빈과 같은 바람직한 실시예에서는, 베인 및 블레이드의 파손 온도가 1800℉ 내지 2000℉(980℃ 내지 1090℃)이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 터빈 베인(24) 또는 블레이드(23)는 내부(36) 및 외부(38)를 가지고 있다. 도 2에는 하나의 베인(24)만이 도시되어 있지만, 터빈(8)은 복수의 유사한 베인(24) 또는 블레이드(23)를 가지고 있는 것이 이해될 것이다. 터빈(8)의 작동시 연소기(12)로부터의 고온가스는 베인(24)의 외부(38)를 거쳐 유동한다. 유동 가스는 비교적 고온이기 때문에, 베인(24)에 열적 손상을 입힐 수 있다. 열적 손상을 방지하기 위하여, 베인(24)의 외부(38)에는 얇은 배리어 코팅(TBC)으로 코팅 처리되어 있다. 얇은 배리어 코팅은, 베인(24)이 높은 온도에 도달하는 것을 방지하도록 단열층을 제공한다. 당해 분야에 공지된 바와 같이, 이러한 코팅은, 듀얼(Duhl) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,209,348호에 개시된 바와 같은 세라믹 재료와 금속 재료의 합성 재료일 수 있고, 또는 율리온(Ulion) 외에게 허여된 미국 특허 제 5,262,245호에 개시된 초합금 기재, 이 기재의 표면 상에 있는 얇은 고착성 산화물 스케일, 그리고 스케일의 표면 상에 있는 세라믹 코팅일 수 있으며, 이들 양자는 여기에서 참조 문헌으로서 첨부되었다. TBC를 형성하기 위하여 다른 공지된 재료들이 사용될 수 있다. TBC의 융점은 채용된 재료의 종류에 의존한다. 예를 들어, 듀얼이 설명하고 있는 TBC는 약 2300℉(1260℃)의 융점을 가지고 있다. 베인(24)의 외부(38)를 따라 임의의 개소에 TBC의 융점 온도가 도달되면, TBC는 용해되며 베인(24)은 이러한 "고온점"에서 단열되지 않을 것이다. 이러한 상황이 발생하면, 고온 가스와의 접촉으로 인하여 베인(24)의 온도가 상승하여서 베인(24)에 대한 열적 손상이 발생될 수 있다. 본 발명은 터빈 베인(24)을 참조하여 설명되고 있지만, 본 발명에는 터빈 블레이드가 채용될 수도 있다. 이러한 실시예에 있어서, 블레이드는 상기 및 하기된 본 발명의 설명에서 베인 대신 교체된 것에 불과하다.
베인(24)의 내부면 상에 배치된 것은 검출용 물질이다. 바람직하게, 이러한 검출용 물질은 베인(24)의 내부면 전체를 따라 있는 얇은 코팅으로서 도포된다. 검출용 물질은 n-도데실 이미드, 시클로 도데실 이미드, 시클로-오세일 이미드 또는 에텍실 아미산 또는 아다만틸 이미드일 수 있다. 더욱 상세하게, 이러한 물질은 미국 뉴욕주 스케넥태이디의 ENVIRONMENT ONE CORPORATION에 의해 제조되며, 각각의 부품 번호 A-1012A-273, A 1012A-274, A1012A-275, A1012A-276 그리고 A-1012A-277로 식별되는 물질일 수 있다. 다른 제조업체에서 제조되는 유사한 물질도 채용될 수 있다. 약 1700℉ 내지 1800℉(925℃ 내지 980℃)로 가열되면, 이러한 물질은 미립자를 생성한다. 이러한 각각의 물질이 미립자를 생성하는 온도는 베인의 융점 또는 파손점의 온도보다 낮다. 결과적으로, 베인(24)의 온도가 상승되면, 베인(24)에 대한 열적 손상이 발생하기 전에 검출용 물질은 미립자를 생성할 것이다. 베인에 검출용 물질을 도포하기 전에, 물질은 고온용 페인트 또는 접착용 매체와 혼합된다. 이러한 고온용 페인트는 터빈에서 통상적으로 사용된다. 바람직하게, 검출용 물질은 페인트 내에 고농축 상태로 된다. 페인트와 검출용 물질의 이러한 혼합물을 형성한 다음, 이것은 베인(24)의 내부면에 도포된다. 바람직한 실시예에 있어서, 이러한 혼합물은 얇은 코팅으로서 도포되고 종래의 방식으로 베인 상으로 분사된다. 페인트와 검출용 물질의 얇은 코팅은 0.001 inch(0.0254 mm)의 두께를 가질 수 있다. 또 하나의 바람직한 실시예에 있어서, 이러한 혼합물은 작은 드롭 또는 스페클(speckles)로 도포될 수 있으며, 각각의 스페클의 직경은 0.5 mm이며 서로로부터 1 cm 이격되어 있을 수 있다. 페인트와 검출용 물질의 혼합물은 약 1700℉ 내지 1800℉(925℃ 내지 980℃)에서 분해되어 상기된 미립자를 생성한다.
상기된 바와 같이, 온도가 특정한 점에 도달하면, 열적 배리어 코팅은 베인(24)으로부터 이탈된다. 이러한 상황이 발생하면, 베인의 온도가 증가하여서 검출용 물질이 미립자를 생성하는 온도에 도달할 것이다. 이러한 상황이 발생하면, 검출용 물질은 베인(24)의 내부(36)로부터 이탈될 것이다.
도 3에 개략적으로 도시된 것은 본 발명에 따라 터빈 베인(24)이 임계 온도에 도달한 여부를 검출하기 위한 전체적인 검출 시스템(25)이다. 임계 온도는 베인(24)의 파손 온도일 수 있으며, 바람직한 실시예에서 상기된 바와 같이, 그 온도는 약 1800℉ 내지 2000℉(980℃ 내지 1090℃)이다. 하지만, 안전성을 위한 간격을 두기 위하여 이러한 온도보다 낮게 선택될 수도 있다. 예를 들어, 상기된 실시예에 있어서, 임계 온도는 약 1700℉ 내지 1800℉(925℃ 내지 980℃)일 수 있다.
본 바람직한 실시예에 있어서, 전체적인 검출 시스템은 폐루프 베인 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 이러한 시스템 내에 포함되어 있는 것은 터빈 베인(24), 열교환기(26), 펌프(28), 인젝션 포인트(30) 그리고 검출기(32)이다. 도 2에는 하나의 베인(24)만이 도시되어 있지만, 시스템은 터빈(8)의 베인(24) 모두를 냉각할 수 있다는 것이 인정될 것이다. 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 이러한 구성요소는 도관(42)에 의해서 서로에 연결되어 있다. 도관(42)은 파이프, 튜브 또는 유사한 연결 구조일 수 있다. 이러한 구성요소들은 더불어 "폐루프" 냉각 시스템을 형성한다. 시스템(25)은, 냉매가 구성요소들을 통하여 반복적인 방식으로 유동하기 때문에 폐루프라 명명된다. 대조적으로, 개루프 시스템에서는, 냉매가 베인의 내부를 통하여 한 번 통과한 후, 베인에 있는 구멍(도시되지 않음)으로부터 배기 가스로 배출된다. 이러한 시스템에서는 냉매가 반복적인 경로를 통과하지 않는다.
펌프(28)는 공지된 타입이고 냉매에 압력을 가하기 위하여 사용되며 이에 따라 냉매를 위하여 베인 냉각 시스템(25)을 통하여 유동할 수 있는 구동력을 제공한다. 열교환기(26)도 역시 종래의 타입이고 냉매로부터 다른 매체로 열을 전달하기 위한 기능을 한다. 작동시 냉매는 베인 냉각 시스템을 통하여 유동하여서 열이 베인(24)으로부터 냉매로 전달된다. 베인(24)을 통하여 유동한 후, 냉매는 열교환기(26)를 통하여 유동하여서 열은 냉매로부터 다른 매체로 전달된다. 냉각된 후, 냉매는 베인(24)으로부터 다시 열을 흡수할 준비가 되어 있다.
본 발명의 가장 바람직한 실시예에서는 샘플 포인트(44)가 열교환기와 펌프 사이에 배치되어 있지만, 샘플 포인트는 검출 시스템(22) 내의 다양한 위치에서 배치될 수 있다. 하지만, 바람직하게, 샘플 포인트(44)는 열교환기(26)의 하류에 있어서 냉매는 샘플링시 비교적 낮은 온도를 가지고 있다. 샘플 포인트(44)에서는, 냉매가 샘플링되어 베인(24)의 온도가 임계 온도에 도달한 여부를 판단하기 위하여 검사될 수 있다. 이러한 검사 작업은 냉매를 여과하여서 질량 분광계를 사용하여 미립자를 식별해내는 단계를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 검출 시스템(22)은 인젝션 포인트(30)를 포함하고 있다. 인젝션 포인트는 다양한 위치에 배치될 수 있지만, 가장 바람직한 실시예에서 인젝션 포인트는 펌프(28)와 베인(24) 사이에 배치되어 있다. 인젝션 포인트에서는 화학물질 또는 다른 물질들이 검출 시스템(25) 내로 주입될 수 있다. 예를 들어, 화학물질은 베인(24)이 임계 온도에 노출된 여부를 판단하기 위하여 시스템 내로 주입될 수 있다.
냉매 내로 주입되는 이러한 화학물질은 검출용 물질을 참조하여 상기된 바와 같이, n-도데실 이미드, 시클로 오세일 이미드, 시클로 도데실 이미드, 에텍실 아미산 또는 아다만틸 이미드와 같은 검출용 물질과 접착용 물질의 혼합물일 수 있다. 하지만, 다른 유사한 물질들이 사용될 수도 있다. 베인(24)이 임계 온도에 도달하게 되면, 화학물질이 미립자를 형성할 것이기 때문에, 이러한 화학물질은, 베인(24)이 임계 온도에 도달한 여부를 판단하는데 사용될 수 있다.
바람직하게, 검출 시스템은 도 2에 개략적으로 도시된 검출기(32)를 또한 채용할 수 있다. 가장 바람직한 실시예에 있어서, 검출기(32)는 전리 챔버이다. 전리 챔버는 당해 분야에 잘 공지되어 있기 때문에, 본 발명에 채용될 수 있는 하나의 타입의 전리 챔버가 간략히 설명될 것이지만 이 챔버가 유일한 것은 아니다. 바람직한 실시예에 있어서, 전리 챔버는 검출기를 통하여 이동하는 냉매의 스트림 내로 연속적으로 전자를 방사하는 약한 방사능 소스를 포함하고 있을 수 있다. 전위의 작은 차이 때문에, 전자는 냉매를 통하여 흐른다. 이것이 발생하면서, 전류가 생성되어서 이는 전류계에서 측정된다. 냉매에 미립자가 존재하면, 전자는 미립자에 붙을 것이다. 이렇게 되면, 냉매를 통하여 흐르는 전자의 수는 줄어들 것이며 측정되는 전류도 감소할 것이다. 따라서, 전류에 있어서의 이러한 감소는 냉매에 미립자의 존재를 나타내는 것이며 고온점의 존재를 나타내는 것이다. 따라서, 미립자의 형태로 된 검출용 물질이 베인(24)으로부터 냉각 시스템(25) 내로 방출되거나 인젝션 물질이 시스템(25) 내로 삽입되어서 미립자를 형성하게 되면, 검출기(32)는 고온점을 나타내고 있는 미립자의 존재를 기록할 것이다.
작동에 있어서, 검출 시스템은 다음과 같이 작동한다. 냉매는 펌프에 의해 베인(24)을 통하여 추진된다. 베인(24)에서 가열된 후, 냉매는 검출기(32) 및 열교환기(26)를 통하여 유동한다. 열교환기(26)에서, 냉매는 그 열을 다른 매체로 전달한다. 베인의 외부를 따라 있는 임의의 지점이 임계 온도에 도달하면, TBC는 그 지점으로부터 이탈될 것이다. TBC에 의해 제공되는 단열 효과가 없으면, 이 위치에서의 온도는 증가할 것이며, 검출용 물질은 미립자의 형태로 베인의 내부로부터 냉매 내로 방출될 것이다. 미립자는 시스템을 통하여 검출기(32)로 유동한다. 검출기(32)에서, 미립자의 존재가 관찰될 것이다. 대안적으로, 이의 존재는 냉매를 샘플링하면서 기록될 것이다.
미립자가 검출되면, 인젝션 물질이 인젝션 포인트(30)에서 냉매 내로 주입될 수 있다. 인젝션 물질을 포함하고 있는 냉매는 베인(24)으로 유동한다. 냉매의 온도가 충분히 높다면 인젝션 물질은 화학 반응을 일으켜서 미립자를 형성할 것이다. 샘플 포인트에서는, 주입된 화학 물질이 임계 온도에 노출된 것을 나타내는 변질을 겪은 여부를 검출하기 위하여 냉매는 샘플링된다.
냉매가 베인(24)의 내부면(36) 전체 내에서 접촉 상태에 있기 때문에, 냉매에 대하여, 베인(24)으로부터 또는 검출기 내로 주입된 화학 물질로부터 미립자가 방출된 여부를 검사하는 것은 전체적인 검출 기법을 제공하고 있다. 상기된 바와 같이, 종래에는 삽입식 온도 모니터링 기술이 활용되어 왔다. 삽입식 기술은 불연속적인 위치에서의 온도 지시를 제공하며 블레이드의 다른 영역의 정확한 온도 지시를 제공하지 못한다. 따라서, 본 발명은 베인의 표면을 따라 임의의 지점에서 임계 온도에 도달한 여부를 검출할 수 있는 현저한 장점을 가지고 있다.
바람직하게, 본 폐루프 시스템(25)에 있는 냉매는 공기이다. 하지만, 이것은 물 또는 스팀과 같은 다른 냉각 매체일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변경 실시예는 냉매로서 스팀을 채용하고 있다. 본 실시예에 있어서, 냉각 시스템은 스팀 발생기(48) 그리고 검출기(32)를 포함하고 있다. 연소 터빈부(14)의 고온의 배출 가스로부터 열이 전달되면서 스팀 발생기에서는 스팀이 발생된다. 그 후, 스팀은 도관(42)을 통하여 베인(24) 그리고 검출기(32)로 유동한다. 예시된 바와 같이, 시스템은 또한 샘플 포인트(44) 및 인젝션 포인트(30)를 채용할 수 있다. 본 시스템은 상기된 시스템과 유사하게 작동한다.
하나의 변경 실시예에 있어서, 베인 냉각 시스템은 냉매로서 공기를 사용한다. 이러한 공기는 압축기(16)에 의해 공급된다. 베인(24)을 통하여 이동하기 전, 공기는 열교환기(26)에 의해 냉각된다. 냉각된 후, 공기는 베인(24)을 통하여 유동하고 연소 챔버(18)로 보내진다. 본 실시예에 있어서, 검출기(32)는 베인과 연소 챔버(18) 사이에 배치된다. 시스템(25) 내에 또한 포함된 것은 샘플 포인트(44)와 인젝션 포인트(30)이다. 이러한 시스템은 상기된 실시예들과 유사하게 작동한다.
본 발명은, 베인으로부터 코팅이 이탈된 여부 그리고 주입된 화학 물질이 화학 반응을 일으킨 여부를 검출하는 2개의 검출 수단을 포함하고 있지만, 이들은 개별적으로 또는 함께 채용될 수 있다. 예를 들어, 베인 검출 시스템은 1개의 검출 수단을 채용할 수 있다. 대안적으로, 바람직한 실시예에서와 같이, 베인 검출 시스템은 2 가지 검출 수단 양자를 활용할 수 있다. 두 번째 수단의 경우, 화학물질 인젝션 수단은 확인 수단으로 사용될 수 있다. 더하여, 상기된 바와 같이, 대부분의 설명은 고정 터빈 베인(24)을 채용하는 시스템을 참조하였지만, 회전 터빈 블레이드(23)가 될 수도 있다. 이러한 시스템을 구성하기 위하여, 상기된 시스템에서 단지 베인(24)을 블레이드(23)로 대체하면 되는 것이다.
상기 설명에서 본 발명에 대하여 구조와 기능의 상세화와 더불어 다수의 특징과 장점이 설명되었지만, 이러한 개시가 단지 예시적인 것이며, 첨부된 청구의 범위가 표현된 용어의 포괄적인 의미에 의해 명시되는 최대의 범위로 본 발명의 원리 내에서 특히 형상, 크기, 부품의 배열의 사항들에 있어서, 상세하게 변경 사항들이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 터빈의 구성요소(23,24)의 내부(36)의 임의의 지점에서 구성요소(23,24)가 임계 온도에 도달했는지 여부를 검출하는 검출 시스템(22)에 있어서,
    구성요소(23,24)의 내부(36) 상에 배치되어 있으며 구성요소(23,24)가 임계 온도와 거의 동일한 온도에 도달하면 미립자의 형태로 구성요소(23,24)로부터 이탈되기에 적합하게 된 화학물질 코팅; 및
    구성요소(23,24)의 내부(36)와 유체 연통상태에 있고, 화학물질 코팅이 미립자의 형태로 구성요소(23,24)로부터 이탈되었는지 여부를 검출하는 미립자 검출기(32);를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 검출 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 구성요소(23,24)의 내부(36)와 유체 연통상태인 펌프(28) 및 열교환기(26)를 포함하고 있는 구성요소 냉각 시스템(25)을 더 포함하고 있으며, 그리고 구성요소(23,24)가 임계 온도와 거의 동일한 온도에 도달하면, 코팅이 냉각 시스템(25) 내로 이탈되기에 적합하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 검출 시스템.
  3. 터빈의 구성요소(23,24)의 내부(36)의 임의의 지점에서 구성요소(23,24)가 임계 온도에 도달했는지 여부를 검출하는 검출 시스템(22)에 있어서,
    구성요소(23,24)의 내부(36) 상에 배치된 화학물질 코팅; 그리고
    구성요소(23,24)의 내부와 유체 연통상태인 펌프(28) 및 열교환기(26)를 포함하고 있는 구성요소 냉각 시스템(25);을 포함하고 있으며, 그리고 구성요소(23,24)가 임계 온도와 거의 동일한 온도에 도달하면, 화학물질 코팅이 미립자의 형태로 냉각 시스템(25) 내로 이탈되기에 적합하게 되어 있고,
    상기 구성요소 냉각 시스템(25)은 구성요소(23,24)의 내부(36)와 유체 연통상태에 있고, 화학물질 코팅이 미립자의 형태로 구성요소(23,24)로부터 이탈되었는지 여부를 검출하는 미립자 검출기(32)를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 검출 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 임계 온도가 구성요소(23,24)의 융점의 온도보다 낮은 것을 특징으로 하는 검출 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 구성요소 냉각 시스템(25)은 구성요소(23,24)의 내부(36)와 유체 연통상태로, 구성요소(23,24)로부터 미립자가 이탈되었는지 여부를 검출하는 전리 챔버(32)를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 검출 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 화학물질 코팅은 아다만틸 이미드를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 검출 시스템.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 화학물질은 n-도데실 이미드를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 검출 시스템.
  8. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 구성요소(23,24)가 임계 온도와 거의 동일한 온도에 도달하면 미립자를 형성하게 되는 인젝션 화학물질이 냉각 시스템(25) 내로 주입될 수 있도록 하는 인젝션 포트(30)와 그리고 인젝션 화학물질이 미립자를 형성했는지 여부를 판단하기 위하여 냉각 시스템(25)을 샘플링할 수 있도록 하는 샘플 포인트(44)를 냉각 시스템(25)이 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 검출 시스템.
  9. 구성요소(23,24)의 내부(36)를 냉매에 노출시킴으로써 구성요소(23,24)를 냉각시키는 단계를 포함하고 있으면서 터빈의 구성요소(23,24) 내부(36)의 임의의 지점에서 구성요소(23,24)가 임계 온도에 도달한 여부를 검출하는 방법에 있어서,
    임계 온도 주위에서 형성되는 미립자 형태의 화학물질이 냉매에 존재하고 있는지 여부를 판단하는 검출기(32)를 통하여 냉매를 통과시키는 단계;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 화학물질은 구성요소(23,24)의 내부면(36)을 따라 도포된 화학물질 코팅을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 냉매를 통과시키는 단계 이전에 화학물질을 냉매 내로 주입하는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 화학물질은 아다만틸 이미드를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 냉매가 구성요소(23,24)를 통하여 유동한 후 열교환기(26)에서 냉매를 냉각시키는 단계와 펌프(28)로 냉매에 압력을 가하는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
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