KR101590775B1 - 엔진 및 그 구성 요소의 잔여 유효 수명을 예측하는 방법 - Google Patents

엔진 및 그 구성 요소의 잔여 유효 수명을 예측하는 방법 Download PDF

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Abstract

구성 요소의 작동 상태를 나타내는 전자 데이터 신호를 생성하는 센서(50)를 구비하도록 제조된 구성 요소(18, 19, 22, 23)를 갖는 엔진(10)의 잔여 유효 수명을 예측하기 위한 방법은 하나 이상의 구성 요소와, 엔진(10) 및 구성 요소의 작동 수명을 제한하는 각 구성 요소를 위한 하나 이상의 고장 모드를 확인하는 단계(52)를 포함한다. 이 방법은 확인된 고장 모드와 연계된 구성 요소의 현재 작동 상태에 대한 데이터를 취득(62) 및 저장하는 단계와, 그 후, 구성 요소의 현재 작동 상태에 관한 데이터, 고장 모드와 연계된 작동 상태의 이력 데이터에 관한 데이터 및 예측 고장 모드 레이트에 기초하여 구성 요소의 잔여 유효 수명을 결정하는 단계(68)를 포함한다.

Description

엔진 및 그 구성 요소의 잔여 유효 수명을 예측하는 방법 {METHOD FOR PREDICTING A REMAINING USEFUL LIFE OF AN ENGINE AND COMPONENTS THEREOF}
본 발명은 일반적으로 작동 환경을 감시하는 것에 관한 것이며, 특히, 가스터빈 엔진 같은 작동 환경 내의 개별 구성 요소의 상태에 관한 데이터를 전송할 수 있는 구성 요소에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 터빈 엔진 같은 복합 엔진 시스템 및 그 구성 요소의 잔여 유효 수명을 예측하기 위해 사용되는 상태 기반 정비 시스템 및 방법에 관한 것이다.
가스 연소 터빈은 발전소의 전기 발전기의 구동이나 선박 또는 항공기의 추진 같은 다양한 용례를 위해 사용된다. 현대 가스 터빈 엔진의 발화 온도는 더 높은 효율의 엔진에 대한 수요에 응답하여 지속적으로 증가하고 있다. 가스 터빈 엔진 내에 존재하는 부식성 고온 환경을 견디도록 초합금 재료가 개발되어 왔다. 그러나, 초합금 재료라 하더라도 어떤 형태의 냉각 및/또는 단열 없이는 현 세대의 가스 터빈 엔진의 고온 연소 가스에 대한 장기 노출을 견딜 수는 없다.
가스 터빈 엔진의 다양한 고온 가스 경로 구성 요소를 보호하기 위해 열 배리어 코팅이 널리 사용된다. 이러한 코팅의 신뢰성은 기계의 전체 신뢰성에 중요하다. 이러한 코팅의 설계 한계는 주로 실험 데이터에 의해 결정된다. 그러나, 코팅 한계에 대한 더 양호한 이해를 위해 실제 가스 터빈 환경의 응력 및 온도에 노출될 때의 열 배리어 코팅 거동의 확인이 필수적이다. 이러한 실제 생활의 작동 환경 데이터는 특히 터빈의 회전 블레이드 같은 엔진의 작동 중에 이동하게 되는 구성 요소에 대하여서는 획득하기가 매우 곤란하다.
전력 발전용 가스 터빈이나 상업적 및 군사적 용도를 위한 항공기 엔진 같은 현대의 터빈 엔진의 극단적 정교화에도 불구하고, 설계자 및 운영자는 작동 동안의 터빈 엔진 구성 요소의 내부 상태에 관해서는 매우 적은 정보를 갖고 있다. 이는 가혹한 작동 상태 때문에, 중요한 엔진 구성 요소에 대한 신뢰성있는 정보를 수집하기 위해 통상적 센서를 사용할 수 없기 때문이다.
다수의 현용의 터빈은 배기 가스 경로 온도 측정, 불꽃 검출 및 기본적 터빈 작동 상태 같은 한정된 기능이 가능한 센서를 구비하고 있다. 이 정보에 기초하여, 유틸리티 회사 같은 터빈 운영자는 유사한 엔진의 이전 이력에 기초하여 정비가 계획되는 패시브 모드로 엔진을 작동시킨다. 개별 구성 요소의 잔여 유효 수명 또는 이미 사용된 수명에 대한 사전 지식 없이 엔진 재건 및 주기적 정비가 수행된다. 특정 구성 요소 정보의 결여는 조기 고장 검출을 매우 어렵게 하고, 종종 갑작스러운 부품 고장에 기인한 극단적 엔진 고장을 초래할 수 있다. 이는 비효율적 활용, 불필요한 가동 중단 및 작동 비용의 방대한 증가를 초래한다.
현재, 가스 터빈 산업의 접근법은 가스 경로 온도의 측정에 의존하는 것이며, 가스 경로 온도는 엔진 종류에 관한 경험 및 이력에 기초하여 특정 구성 요소 문제와 다시 연계된다. 이 접근법은 매우 주관적이고 엔진에서 이미 심각한 상황만을 결정할 수 있게 한다. 이는 구성 요소 열화나 고장에 기인한 엔진 손상을 초래하고 이를 유발하는 사건의 진행에 대한 고찰이나 임박한 손상에 대한 지표를 제공하지는 않는다.
증기 터빈 내의 블레이드나 베인 같은 구성 요소의 제조는 통상적으로 블레이드 에어포일로 이어지는 배선 리드를 평형 휠 상에 배치하는 단계를 포함한다. 배선 리드들은 통상적으로 에폭시에 의해 함께 보유된다. 이들 배선은 구성 요소 내부로부터 터빈 케이싱으로 경로 형성된다. 구성 요소의 압력 경계는 열전쌍 같은 센서를 도입하도록 천공될 수 있으며, 열전쌍을 적소에 보유하기 위해 다시 땜납(braze)이 채워지게 된다. 각 열전쌍 센서는 구성 요소의 외부로 인출되는 배선 리드를 가지며, 이 배선 리드는 다시 진단 유닛에 연결된다. 이 방식으로 복수의 터빈 구성 요소를 제조하는 것은 단지 온도의 단일 작동 상태를 감시하기 위해 방대한 배선망을 초래하게 된다. 이 기술을 사용하여 구성 요소를 제조하는 것은 많은 비용이 들고, 이는 단일 터빈 내부에 많은 수의 구성 요소를 제조하는 것에 대한 장벽이다. 또한, 배선 리드 및 데이터 전달은 열악한 경우가 많으며, 이는 고비용의 수리 및 결함있는 데이터 분석을 초래할 수 있다.
터빈의 가스 경로 내에 온도 측정을 위한 열전쌍을 사용하는 것은 바람직하지 못할 수 있는데, 그 이유는 가스 경로 내에서 온도 변화가 발생하였다는 피드백만을 운영자에게 제공하기 때문이다. 이는 온도 변화가 왜 발생하였는지에 대한 어떠한 지표도 제공하지 않는다. 측정된 온도 변화에 기초하여 블레이드나 베인의 문제를 진단하기 위해서는, 측정된 온도 편차와 베인 내의 구멍 같은 특정 문제 사이의 이력적 상관성이 있어야만 한다. 이 상관성은 적절한 신뢰도로 유도하기가 어렵고 시간 소모적이며, 터빈 작동 상태를 고려하여 엔진마다(engine-by-engine basis) 이루어져야 할 필요가 있다. 온도 편차가 측정될 때, 문제점이 무엇인지 또는 문제점이 어디에 있는지를 예측하는 것은 불가능하지는 않다 하더라도 어렵다. 결과적으로, 통상적으로 터빈이 가동 중단되고, 수행될 수리, 교체 또는 다른 정비의 범주를 결정하기 위해 검사되어야만 한다.
임의의 용례에서, 연소 터빈은 그 정상 작동의 일부로서 다양한 정비 절차를 주기적으로 받게 된다. 가스 터빈을 위한 진단 감시 시스템은 일반적으로 진단 경향화에 사용되는, 관련 경향 및 결함 데이터를 수집하는 성능 감시 장비를 포함한다. 진단 경향 분석시, 전체 가스 터빈 성능 및/또는 상태를 나타내는 특정 처리 데이터(배기 가스 온도, 연료 유동, 로터 속도 등 같은)가 가스 터빈을 위한 파라미터 기준값에 비교된다. 파라미터 기준값으로부터 처리되지 않은 경향 데이터의 어떠한 일탈은 정비를 요구하는 현재 또는 미래 상태의 지표일 수 있다. 이러한 진단 감시 시스템은 특정 구성 요소 상태를 예측 또는 추정할 수 있을 뿐, 특정 구성 요소 자체로부터 데이터를 수집하거나 그의 실제 상태에 관한 어떠한 분석도 제공하지 않는다.
이에 관하여, 가스 터빈을 위한 구성 요소 고장을 예측하고, 정비를 계획하는 종래의 방법은 완전히 정확하거나 최적화되지 않았다. 예측 정비를 위해 사용되는 전통적 "듀티 사이클"은 실제 작동 상태, 특히, 설계상태를 벗어난 작동을 반영하지 않는다. 가스 터빈의 특정 구성 요소의 실제 수명은 터빈 내의 특정 구성 요소와 가스 터빈의 실제 사용에 크게 의존한다.
예로서, 터빈 내의 상승된 온도 및 응력과, 침해적 환경 조건은 표준 설계 듀티 사이클에 의해 예측되는 바를 초과하여 터빈 내의 구성 요소의 과도한 마모를 유발할 수 있다. 산업적 가스 터빈에서 종종 겪는 설계상태를 벗어난 작동 상태는 표준 듀티 사이클에 의해 반영되지 않는다. 가스 터빈의 구성 요소의 실제 수명은 설계 듀티 사이클에 의해 예측되는 것보다 현저히 짧을 수 있다. 대안적으로, 실제 가스 터빈이 설계 듀티 사이클에서 반영되는 것보다 더욱 양호한 상태를 겪는 경우, 실제 구성 요소 수명은 설계 듀티 사이클에 기초한 정비 스케쥴에 의해 예측되는 것보다 현저히 길게 지속될 수 있다. 어느 경우든, 예방 정비를 예측하기 위한 표준 설계 듀티 사이클 모델은 가스 터빈 구성 요소가 겪는 실제 마모 및 파열(tear)을 신뢰성있게 나타내지 못한다.
정비 및 구성 요소 교체를 예측하기 위한 공지된 기술은 숙련된 기술자에 의존하여 연소 터빈의 작동에 관한 데이터를 취득 또는 해석한다. 이러한 기술은 기술자마다 그 데이터에 대한 해석이 변하게 된다. 기술자는 가스 터빈으로부터 수집된 작동 로그 및/또는 데이터를 수동 평가할 수 있다. 예로서, 기술자는 가스 터빈에 의해 얼마나 많은 듀티 사이클, 그 빈도수, 주기 및 다른 인자들이 경험하는지를 결정하기 위해 시동 및 정지 횟수 및 파워 설정을 평가할 수 있다. 추가로, 가스 터빈의 데이터 로그가 과도한 온도나 응력 같은 비정상적 상태가 존재하였다는 것을 나타내는 경우, 기술자는 이들 설계상태를 벗어난 작동 상태의 심각성을 정량화하기 위해 "정비 인자"를 적용할 수 있다.
이들 기술 중 어떠한 것도 특정 구성 요소나 구성 요소 코팅의 실제 상태에 관한 정확한 정보를 제공하지 않으며, 이는 불필요한 수리, 교체 또는 정비가 수행되어 작동 비용의 상당한 증가를 초래할 수 있다. 이제, 구성 요소의 마모, 구성 요소 코팅을 가로지른 열 플럭스, 코팅의 파쇄(spallation), 구성 요소의 영역에 걸친 변형 또는 구성 요소 기재나 코팅 내의 균열 형성 같은 구성 요소 작동 상태를 검출하기 위해, 열 배리어 코팅 같은 구성 요소 코팅 내에 센서를 매설함으로써 구성 요소 상에 직접적으로 장착된 센서를 통합한 감시 시스템 및 방법이 존재한다. 이러한 시스템은 구성 요소 작동 상태에 대한 데이터의 무선 전달을 위한 성능을 가질 수 있고, 이러한 작동 상태에 대한 더욱 정확한 실시간 데이터를 제공할 수 있다. 그러나, 이러한 상태 기반 감시/정비 시스템은 구성 요소 또는 엔진 수명 예측 시스템이나 방법에 통합된 바 없다.
본 발명은 도면을 고려하여 이하의 상세한 설명에서 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시예가 함께 사용될 수 있는 예시적 연소 터빈과, 연소로부터 구성 요소 데이터를 수집하고 분석하기 위한 예시적 감시 및 제어 시스템의 단면도이며,
도 2는 복합 엔진 시스템 및 그 구성 요소의 잔여 유효 수명의 수명 예측 시스템 또는 방법에 포함되는 단계를 예시하는 흐름도이며,
도 3a는 가장 고장나기 쉬운 터빈 엔진의 구성 요소를 확인하는 막대그래프이며,
도 3b는 도 3a에서 확인된 구성 요소의 고장 모드를 확인하는 막대그래프이며,
도 4는 시간, 온도, 엔진 작동 사이클 수 및 사이클 레이트의 함수로서 코팅 파쇄 수명의 예측된 경향을 예시하는 예측 곡선이며,
도 5a는 시간 및 온도의 함수로서 산화물 성장 두께의 경향을 예시하는 예측 곡선이며,
도 5b는 산화물 두께 또는 산화물 성장 레이트의 함수로서 코팅 소진 수명의 경향을 예시하는 예측 곡선이며,
도 6은 엔진 온도의 함수로서 센서 출력을 그린 센서 캘리브레이션 곡선이며,
도 7a는 그 구성 요소를 위한 파쇄 고장 모드에 기인한 구성 요소를 위한 추정 잔여 수명을 제공하는 구성 요소 수명 곡선이며,
도 7b는 그 구성 요소를 위한 코팅 소진(산화물 성장) 고장 모드에 기인한 구성 요소를 위한 추정 잔여 수명을 제공하는 구성 요소 수명 곡선이며,
도 8은 일 구성 요소의 상이한 추정 고장 모드들을 서로에 대하여 도시하는 엔진 구성 요소 수명 차트이며,
도 9는 나열된 구성 요소를 위한 결정된 잔여 유효 수명을 도시하는 디스플레이이다.
도 1은 본 기술 분야의 당업자가 인지하고 있는 바와 같이 전기를 생성하기 위해 사용되는 가스 터빈 같은 예시적 연소 터빈(10)을 예시한다. 본 발명의 실시예는 본 기술 분야의 당업자가 인지할 수 있는 바와 같이 다양한 목적을 위해 연소 터빈(10)과 함께 또는 다수의 다른 작동 환경에서 사용될 수 있다. 예로서, 이하에 설명된 센서 및 원격측정 장치의 실시예는 보일러, 열 교환기 및 배기 스택의 온도 및 열 플럭스를 감시하고, 단열 성능 및 열화를 결정하고, 배관 오염을 결정하고, 진동 구성 요소 건전성을 평가하기 위해 항공기 엔진에 사용될 수 있다. 실시예는 연소 챔버 상태, 크랭크 샤프트, 캠, 변속기 및 차동 장치 같은 회전 구성 요소를 감시하고, 중차량(heavy duty vehicle)을 위한 현가 장치 및 프레임 완전성을 결정하기 위해 자동차 산업에서 사용될 수 있다. 또한, 실시예는 사막, 다습 및/또는 고온 구성에서 작동하는 탱크, 휴대용 및 기타 장비의 변형 및 열 플럭스를 측정하는 데 사용될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 연소 터빈(10)은 압축기(12), 하나 이상의 연소기(14)(파단 상태) 및 터빈(16)을 포함한다. 압축기(12), 연소기(14) 및 터빈(16)은 때때로 가스 터빈 엔진이라 총칭된다. 터빈(16)은 회전 가능한 중앙 샤프트(20)에 고정된 복수의 회전 블레이드(18)를 포함한다. 복수의 고정 베인(22)이 블레이드(18) 사이에 위치되고, 베인(22)은 블레이드(18)로 공기를 안내하도록 치수설정 및 구성된다. 블레이드(18) 및 베인(22)은 통상적으로 니켈-코발트로부터 제조되며, 이트리아-안정화 지르코니아 같은 열 배리어 코팅(26)으로 코팅될 수 있다. 유사하게, 압축기(12)는 각각의 베인(23) 사이에 배치된 복수의 회전 블레이드(19)를 포함한다.
사용시, 공기는 압축기(12)를 통해 흡인되고, 여기서, 공기가 압축되고 연소기(14)를 향해 구동된다. 연소기(14)는 공기를 연료와 혼합하고, 이를 점화하여 작동 가스를 형성한다. 이 작동 가스는 통상적으로 1300℃를 초과한다. 이 가스는 터빈(16)을 통해 팽창하고, 베인(22)에 의해 블레이드(18)를 가로질러 안내된다. 가스가 터빈(16)을 통과할 때, 이는 블레이드(18)와 샤프트(20)를 회전시킴으로써 샤프트(20)를 통해 유용한 기계적 일을 전달한다. 연소 터빈(10)은 또한 블레이드(18) 및 베인(22)에 냉각제, 예로서, 스팀 또는 압축 공기를 공급하도록 치수설정 및 구성된 냉각 시스템(미도시)을 포함할 수 있다.
블레이드(18)와 베인(22)이 작동하는 환경은 높은 작동 온도에 노출되고, 특히, 유해하며, 이는 블레이드(18)와 베인(22)의 심각한 열화를 초래할 수 있다. 이는 특히 열 배리어 코팅(26)이 파쇄되거나 다른 방식으로 열화된 경우에 그렇다. 본 발명의 실시예는 이들이 연소 터빈(10)의 작동 동안 구성 요소의 상태를 나타내는 데이터를 전송하도록 구성 요소가 구성될 수 있게 하기 때문에 유리하다. 예로서, 블레이드(18, 19), 베인(22, 23) 및 코팅(26)은 구성 요소 특정 데이터를 전송하도록 구성될 수 있으며, 이 데이터는 작동 동안 각 구성 요소의 각각의 상태를 결정하고 예측 정비 스케쥴을 개발하도록 직접적으로 감시될 수 있다.
또한, 도 1은 본 발명의 다양한 양태에 따라 사용될 수 있는 예시적 감시 및 제어 시스템(30)의 개략도를 예시한다. 시스템(30)은 안테나(32), 수신기(33), 프로세서 또는 CPU(34), 데이터베이스(36) 및 디스플레이(38)를 포함할 수 있다. 프로세서(34), 데이터베이스(36) 및 디스플레이(38)는 종래의 구성 요소일 수 있으며, 안테나(32) 및 수신기(33)는 본 발명의 다양한 실시예에 따르는 성능 제원을 가질 수 있다. 예로서, 안테나(32) 및 수신기(33)는 이하에서 더 상세히 설명될 바와 같이 연소 터빈(10) 전반에 걸친 다양한 위치에 증착되는 복수의 송신기로부터 전송되는 무선 원격측정 데이터를 수신하도록 선택될 수 있다.
본 발명의 실시예는 연소 터빈(10) 내의 복수의 구성 요소의 각각의 코팅 내에 복수의 센서가 매설될 수 있게 한다. 대안 실시예는 구성 요소, 특히, 압축기 같이 구성 요소가 배리어 코팅을 필요로 하지 않는 영역에 수용된 구성 요소 상에 센서가 표면 장착 또는 증착될 수 있게 한다. 센서의 예시적 실시예는 구성 요소의 물리적 특성 및/또는 구성 요소의 코팅의 물성과 다른 구성 요소나 코팅 특정 정보에 관한 데이터를 시스템(30)에 제공하기 위해 사용될 수 있다.
예로서, 예시적 센서는 두 구성 요소 사이의 마모를 검출하거나, 구성 요소 코팅에 걸친 열 플럭스를 측정하거나, 코팅의 파쇄를 검출하거나, 구성 요소의 영역에 걸친 변형을 측정하거나, 구성 요소나 코팅 내의 균열 형성을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 본 기술의 당업자는 본 발명의 양태에 따라 측정 및/또는 검출될 수 있는 구성 요소 또는 구성 요소 코팅의 다른 물성 및/또는 특성을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 양태는 터빈(16)의 블레이드(18) 또는 베인(22)의 배리어 코팅(26) 같은 배리어 코팅 내에 다양한 센서 구성이 매설될 수 있게 한다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 명세서에 인용에 의해 명확하게 포함되는 미국 특허 제 6,838,157호, 제 7,270,890호, 제 7,368,827호 및 제 7,618,712호는 본 발명의 양태에 따라 센서를 증착하기 위해 사용될 수 있는 블레이드(18, 19) 및 베인(22, 23) 같은 가스 터빈 구성 요소를 제조하는 방법의 다양한 실시예를 개시한다. 이들 특허는 배리어 코팅에 트렌치를 형성하고, 코팅 내에 센서를 형성하고, 코팅 위의 트렌치 내에 메움(backfill) 재료를 증착하는 다양한 방법을 개시한다. 이들 방법 및 구성 요소의 실시예는 본 명세서에 개시된 바와 같은 스마트 구성 요소를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
본 명세서에 인용에 의해 구체적으로 포함되는 미국 특허 제 6,576,861호는 본 발명의 양태에 따른 송신기를 센서 및 센서 커넥터의 실시예에 증착하기 위해 사용될 수 있는 방법 및 장치를 개시한다. 이에 관하여, 본 명세서에 개시된 방법 및 장치는 마스크를 사용할 필요 없이 약 100 미크론과 500 미크론 사이의 미세 센서 및/또는 커넥터 피쳐들의 패터닝을 위해 사용될 수 있다. 다층 전기 회로 및 센서는 전도성 재료, 저항 재료, 유전 재료, 절연 재료 및 다른 용례 특정 재료를 사용하여 피쳐들을 증착함으로써 형성될 수 있다. 본 발명의 양태에 따라 다층 전기 회로 및 센서를 증착하기 위해 다른 방법이 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예로서, 열 분사, 기상 증착, 레이저 소결 및 저온에서 분사된 재료의 증착물의 경화뿐만 아니라, 본 기술 분야의 당업자가 인지하고 있는 다른 적절한 기술이 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예는 구성 요소 특정 또는 코팅 특정 상태를 감시하고 연소 터빈(10)의 작동 또는 성능에 관한 다른 데이터를 수집하기 위해 연소 터빈(10) 내의 다수의 장소에 복수의 센서(50)가 전개될 수 있게 한다. 예로서, 도 1은 하나 이상의 센서(50)가 터빈(16)의 하나 이상의 블레이드(18)의 각각의 배리어 코팅(26) 내에 매설될 수 있다는 것을 예시한다. 센서(50)는 그를 위해 구성 요소 특정 및/또는 코팅 특정 데이터를 취득하기 위해서 터빈(16)의 다른 구성 요소의 배리어 코팅 내에 매설될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
센서(50)는 본 명세서에 참조로 통합되어 있는 미국 공보 제 2009/0121896호 및 미국 출원 제 13/015,765호에 개시된 것 같은 무선 원격측정 시스템에 통합될 수 있다. 이러한 원격측정 시스템은 공진 에너지 전달 시스템 또는 유도 코일 시스템 같은 전력 유도 시스템을 사용하고, 무선 전송 전자 데이터를 위한 송수신기를 포함한다. 구성 요소의 작동 상태를 나타낼 수 있는 전자 데이터 신호의 전송을 위해 센서(50)와 전기 통신하는 송수신기가 제공된다.
본 발명의 실시예에 관하여, 상술한 센서 및 무선 원격측정 시스템은 제어 시스템(30)과 통신하도록 제공되고, 이는 블레이드(18, 19)와 베인(22, 23) 같은 구성 요소 및/또는 터빈 엔진(10)의 이러한 구성 요소 상의 코팅과 연계된 하나 이상의 작동 상태를 나타내는 전자 데이터 신호를 수신하기 위해 안테나(32) 및 수신기(33)를 포함한다. 데이터베이스(36)는 엔진의 구성 요소 및 엔진(10)의 과거 작동 상태에 대한 이력 데이터를 포함할 수 있다. 예로서, 이러한 이력 데이터는 터빈 엔진(10)이 작동한 다양한 부하 및 터빈 엔진(10)이 각각의 이러한 부하 하에서 작동한 시간의 양, 시간에 걸친 입구 및 배기 터빈 온도와 압력, 엔진이 작동한 사이클의 수 및 각각의 이러한 사이클의 레이트를 포함할 수 있다. 또한, 엔진(10) 및 그 구성 요소에 대한 이러한 이력 데이터는 엔진(10)의 상태, 구성 요소 및 고장 모드의 발생에 영향을 줄 수 있는 특정 주변 파라미터에 대한 데이터를 포함할 수도 있다. 예로서, 전력 발전소에 사용되는 터빈 엔진은 다양한 지리적 위치에 위치된다. 따라서, 주변 온도, 습도 및 공기 압력에 대한 데이터가 제공될 수 있다. 더 상세히 설명될 바와 같이, 엔진 및 구성 요소의 작동 상태에 대한 이 이력 데이터는 더 효율적이고 정확하게 엔진(10)을 위한 정비 스케쥴을 결정하기 위해 엔진의 다수의 구성 요소의 잔여 유효 수명을 결정하기 위해 알고리즘 내에 입력된다.
또한, 데이터베이스(36)는 터빈 엔진(10)의 작동 주기 또는 주기들의 기간에 걸쳐 구성 요소의 작동 상태에 대한 이력 데이터를 포함할 수 있다. 이러한 상태는 구성 요소에 걸친 유체(공기, 배기, 증기 등) 압력 및 구성 요소의 온도 같은 열 배리어 코팅과 연계된 상태들에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 다른 상태는 진동 정보(진동 이동을 위한 주파수 및 진폭 데이터), 기재의 왜곡(굴곡/비틀림) 같이 구성 요소 기재에 관련할 수 있다. 더 상세히 후술된 바와 같이, 이들 작동 상태는 경시적으로 지속적으로 감시되며, 엔진(10)과 특정 구성 요소의 잔여 유효 수명을 추정하기 위해 확인된 고장 모드와 연계된다.
구성 요소에 대한 상술한 이력 데이터에 추가로, 미래의 계획된 작동 파라미터 또는 엔진의 상태에 대한 데이터가 제공될 수 있으며, 이는 데이터베이스(36) 또는 프로세서(34)가 접근할 수 있는 임의의 다른 가용 메모리 내에 저장될 수 있다. 이력 엔진 데이터에 대해 상술한 바와 같이, 엔진의 미래의 계획된 작동은 엔진(10)의 다양한 부하, 배기 온도 및 압력, 및 이러한 상태에서의 작동 시간을 지칭할 수 있다. 프로세서 또는 CPU(34)는 상술한 센서 및 원격측정 시스템에 의해 제공되는 바와 같은 1) 엔진의 작동 상태에 대한 이력 데이터, 2) 터빈 엔진의 미래의 계획된 작동 상태, 그리고, 3) 구성 요소의 현재 작동 상태를 액세스하도록 프로그램 또는 구성되어 엔진의 잔여 유효 수명과 엔진(10)의 하나 이상의 구성 요소의 잔여 유효 수명을 결정할 수 있다. 이 결정에 기초하여, 프로세서(34)는 정비 및/또는 수리를 위해 엔진을 가동 중단할 시기에 대한 결정을 수행할 수 있다. 또한, 후술된 예측 수명 곡선은 엔진(10)과 구성 요소의 잔여 유효 수명을 결정하기 위해 하나 이상의 수명 예측 알고리즘에 통합될 수 있다.
도 2에 관하여, 흐름도는 상술한 센서(50) 및 무선 원격측정 시스템이 터빈 엔진(10)의 블레이드(18, 19) 및 베인(22, 23) 같은 구성 요소의 작동 상태에 대한 현재 데이터를 취득하기 위해 사용되는 상태 기반 감시/정비 시스템과 잔여 유효 수명을 예측하는 방법을 위한 단계들을 요약한다. 제 1 단계(52)에서, 엔진(10)의 상태를 감시하기 위한 목적으로 이러한 구성 요소의 고장 모드와 "수명-제한" 구성 요소가 확인된다. 이러한 구성 요소 및 고장 모드는 엔진(10) 및 그 구성 요소의 수리 경향을 분석함으로써 확인될 수 있다. 이는 고장 모드 영향 분석을 수행함으로써 또는 터빈 엔진의 고장 기록을 분석함으로써 수행될 수 있다.
도 3a를 참조하면, 엔진 고장을 유발하는 것으로 판명된 터빈 엔진의 특정 구성 요소가 확인된다. 도시된 바와 같이, 베인 및 블레이드는 예로서, 연소기, 디스크 및 베어링에 비해 가장 많은 횟수의 고장의 원인으로 확인된다. 특히, 본 예에서, 블레이드가 가장 많은 횟수의 고장 원인이 되는 것으로 판명되었다. 또한, 도 3b에서, 블레이드(또는 기재) 왜곡, 구성 요소 기재의 용융, 구성 요소의 균열, 열 배리어 코팅(TBC)의 파쇄 및 코팅 내의 산화물 성장에 의한 TBC의 소진을 포함하는 블레이드의 다양한 고장 모드가 확인되었다.
본 발명의 일 실시예에서, 블레이드(18, 19) 및 베인(22, 23)의 기재에 적용된, 결합 코트를 포함하거나 그렇지 않을 수 있는 열 배리어 코팅 같은 코팅이 구성 요소의 잔여 유효 수명을 결정하는 목적으로 감시된다. 이러한 코팅은 코팅 내의 산화 성장의 결과일 수 있는 코팅 소진 및 파쇄 같은 다양한 고장 모드를 가질 수 있다. 따라서, 구성 요소와 연계하여 배치된 상술한 센서(50)는 구성 요소 및 코팅과 연계된 작동 상태를 감시하기 위해 코팅 내에 또는 코팅 상에 매설된다. 더 구체적으로, 코팅 소진 및 파쇄와 연계되고 감시되는 구성 요소 작동 상태는 TBC 온도이다. 따라서, 열전쌍을 포함하는 열 플럭스 센서가 구성 요소의 온도를 감시하기 위해 TBC 내에 매설될 수 있다. 또한, 변형 게이지가 기재에 고착되어 파쇄, 균열 또는 왜곡 고장 모드와 연계될 수 있는 정적 및 동적 진동 모드 같은 상태를 감시할 수 있다.
제 2 단계(54)에서, 예측된 "고장 모드 레이트"가 제 1 단계(52)에서 확인된 연계된 고장 모드와 각 구성 요소를 위해 생성된다. 고장 모드 레이트 및 예측된 고장 모드 레이트는 구성 요소의 하나 이상의 작동 상태의 함수로서 구성 요소의 고장 모드의 추정된 또는 예측된 발생으로서 정의될 수 있다. 예측된 고장 모드 레이트의 예는 도 4, 도 5a 및 도 5b에 도시된 곡선에 나타나있다. 도 4를 참조하면, 파쇄에 기인한 구성 요소의 고장의 발생은 곡선 상의 지점 A에 나타나 있으며, 이는 파쇄에 기인하여 극단적 고장이 발생하기 이전에 정비가 이루어져야만 하는 구성 요소의 임계 잔여 수명을 나타낼 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 코팅 소진에 기인한 구성 요소의 고장 모드 레이트가 두 개의 곡선으로 그려져 있다. 일반적으로, 열 배리어의 코팅 소진은 주로, 극단적 작동 온도에서 경시적으로 TBC 내에서 성장하는 산화물 층의 두께의 함수이다. 따라서, 도 5a에 관하여, 산화물 성장 레이트는 시간과 온도의 함수로서 증가하는 산화물 두께의 포물선 곡선으로서 표현된다. 이 산화물 두께는 확인된 고장 모드인 TBC의 코팅 소진으로 해석된다. 코팅 소진에 기인한 구성 요소의 고장의 발생은 곡선 상의 지점 B에서 나타나며, 이는 코팅 소진에 기인하여 극단적 고장이 발생하기 이전에 정비가 이루어져야하는 구성 요소의 임계 잔여 수명을 나타낸다.
고장 모드의 발생은 고장 모드가 코팅에서 발생하든 기재에서 발생하든 통상적으로 시간과 온도의 함수이다. 즉, 터빈 엔진에서와 같이 엔진이 극단적 온도에서 경시적으로 작동할 때 구성 요소 기재 또는 코팅은 하나 이상의 고장 모드에 접근한다. 몇몇 터빈 엔진은 "기저부하(baseload)" 엔진으로서 작동되며, 여기서, 엔진(10)은 정비를 위해 가동 중단되기 이전에 긴 시간 기간 동안 작동된다. 예로서, 몇몇 이러한 엔진은 엔진이 정비 또는 서비스를 위해 가동 중단되기 이전에 3년만큼 긴 시간 동안 작동될 수 있다. 이러한 엔진 및 구성 요소에 대하여, 고장 모드를 예측하는 것은 주로 시간 및 온도에 의존한다. 그러나, 시간 및 온도 이외의 다른 엔진 작동 조건이 고장 모드에 영향을 줄 수 있다. 더 구체적으로, "피크(peak)" 엔진이라 지칭되는 다른 엔진은 역시 사이클이라 지칭되는 예로서 1 또는 2일의 매우 더 짧은 기간 동안 작동된다. 따라서, 사전 결정된 시간에 걸쳐, 터빈 엔진(10)은 설정된 수의 사이클로 작동될 수 있다. 또한, 사이클의 레이트도 고려될 수 있는 작동 상태이다.
사이클의 레이트는 사전 결정된 출력으로 엔진을 작동시키기 위해 필요한 시간의 양 또는 엔진을 가동 중단하고 이를 상온으로 냉각시키기 위한 시간의 양이다. 사이클의 수 및 사이클 레이트는 TBC와 결합 코트 및/또는 기재 사이의 계면에 응력을 부여하며, 이 응력은 계면에 균열을 생성할 수 있다. 이 균열은 그 후 파쇄를 초래한다. 따라서, 파쇄에 기인한 구성 요소의 예측된 잔여 유효 수명은 시간, 온도, 사이클의 수 및 사이클 레이트의 함수로서 예시된다.
일 실시예에서, 상술한 고장 모드에 가장 영향을 주는 엔진 및 구성 요소의 작동상태를 고려하는 실험실 테스트 및/또는 수학적 모델링이 수행된다. 또한, 터빈 엔진 및 그 구성 요소의 작동 상태에 대한 이력 데이터가 이들 예측된 고장 모드를 개발하기 위해 사용될 수 있다. 이는 유사한 디자인 및 성능의 터빈을 위한 터빈 플리트(fleet) 정보에 대한 데이터를 발굴함으로서 얻어질 수 있다. 상술한 바와 같이, 이들 고장 모드 레이트는 터빈 엔진 구성 요소의 코팅 열화 또는 구성 요소의 기재의 왜곡이나 균열 같은 다른 고장 모드의 경향을 나타내기 위해 사용될 수 있다. 또한, 이 곡선들은 구성 요소가 고장 모드에 접근하는 추정 레이트에 대한 데이터 또는 고장 모드가 발생하는 것으로 예측되는 시기에 대한 데이터를 제공한다.
상술한 고장 모드 레이트가 예측 곡선의 형태로 표현되지만, 예측된 고장 모드 레이트에 관련된 데이터는 다른 형태 또는 포맷으로 표현될 수 있다. 예로서, 고장 모드 레이트 데이터는 고장 모드(파쇄)가 발생하는 추정된 시간(8,000 시간) 및 구성 요소(제 1 열 블레이드)를 확인하는 하나 이상의 테이블을 제공하는 형태로 간단히 표현될 수 있다.
단계 56에 제공된 바와 같이, 도 3a 및 도 3b에 관한 상술한 고장 모드 데이터 또는 도 4, 도 5a 및 도 5b에 관한 고장 모드 레이트 데이터를 사용하면, 이때 구성 요소의 작동 상태를 감시하기 위해 구성 요소와 연계하여 사용될 수 있는 적절한 센서(50) 및 센서(50)가 배치되는 구성 요소 상의 위치를 확인할 수 있다. 예로서, 파쇄 및 산화 성장 레이트(코팅 소진)가 감시되는 고장 모드로서 선택되는 경우, 구성 요소 또는 코팅의 온도가 감시되고, 그래서, 열전쌍은 배리어 코팅을 가로지른 열 플럭스를 검출하기 위한 적절한 센서로서 선택된다. 다른 예에서, 균열이 관심의 고장 모드라면, 변형 게이지가 선택되고, 기재 또는 배리어 코팅 내의 균열의 존재, 깊이 및 배향을 검출하기 위해 구성 요소 또는 코팅 상에 배열될 수 있다. 또한, 유사한 구성 요소의 수리 데이터에 기초하여, 구성 요소 상에 센서(50)를 배치하기 위해, 고장 모드에 가장 취약할 수 있는 구성 요소 상의 위치를 확인할 수 있다.
적절한 센서(50) 및 구성 요소 상의 센서(50)의 위치가 선택되고 나면, 센서(50)는 단계 58에서 제공되는 바와 같이 캘리브레이팅된다. 일 실시예에서, 도 6에 도시된 곡선에 표현된 바와 같은 센서 캘리브레이션 데이터는 시뮬레이션된 터빈 작동 상태에 노출될 때의 센서 출력을 예시한다. 더 구체적으로, 도 5는 다양한 온도에 노출될 때 열전쌍의 출력 전압을 도시한다. 이 유형의 데이터는 다양한 판매자로부터 입수된 동일 유형의 센서에 대해 플롯팅될 수 있다. 따라서, 제조된 구성 요소의 센서(50)는 유사한 센서에 의해 캘리브레이팅된다. 이 방식으로, 고장 모드와 연계된 작동 상태에 관한 데이터는 이에 따라 수명 예측 기능을 위한 더욱 정확한 데이터를 제공하도록 조절될 수 있다.
센서 제조 및 무선 원격측정 시스템(데이터 취득 시스템)이 그 후 단계 60에서 수행된다. 상술한 바와 같이, 센서(50) 및 무선 원격측정 구성 요소는 미국 특허 제 6,838,157호, 제 7,270,890호, 제 7,368,827호 및 제 7,618,712호와, 미국 공보 제 2009/012189호에 개시된 방법 및 재료에 따라 제조되며, 이들 모두는 본 명세서에 인용에 의해 명확하게 포함되어 있다.
무선 원격측정 시스템 및 제어 시스템(30)과 연결된 센서(50)를 포함하는 작동 준비된 엔진(10)에서, 엔진의 계획된 작동이 제어 시스템(30)에 입력된다. 이 계획된 작동은 터빈 엔진(10)을 위한 원하는 파워 출력(즉, 부하) 및 터빈 엔진(10)이 이 부하에서 작동하는 시간의 양에 대한 데이터를 포함한다. 또한, 이 데이터는 터빈 엔진(10)의 다양한 스테이지를 위한 하나 이상의 추정된 작동 온도를 포함하는 엔진의 추정된 작동 온도를 포함한다. 또한, 엔진(10)의 지리적 위치에 따라 변할 수 있는 주변 온도 및 공기 압력 같은 주변 상태가 계획된 작동을 개발하는 데 고려될 수 있다. 예로서, 긴 시간 기간에 걸쳐 발전소 환경에서 작동하는 상술한 "기저부하" 엔진 같은 엔진의 원하는 파워 출력은 1년에 걸쳐 변할 수 있다. 일년 중 특정 시간 동안, 전력 출력 수요는 일년 중 다른 시간보다 더 클 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 본 발명의 일 실시예는 엔진(10)의 작동 수명을 잠재적으로 제한하는 것으로서 확인된 구성 요소의 하나 이상의 작동 상태에 대한 데이터를 취득하는 단계 62를 포함한다. 센서(50) 및 상술한 무선 원격측정 시스템을 사용하여, 상태 기반 감시 시스템은 수명 제한 구성 요소의 작동 상태에 대한 실시간 데이터를 생성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 이러한 구성 요소 작동 상태는 온도, 압력, 진동 모드 데이터, 작동 시간, 사이클 수 또는 사이클 레이트나 확인된 고장 모드의 발생에 영향을 주는 임의의 다른 작동 상태일 수 있다. 이 현재 작동 상태 데이터는 현재 시간 간격에서의 수명 제한 구성 요소 중 하나 이상의 잔여 유효 수명을 결정하도록 동일한 현재 작동 상태에 대한 이력 데이터와 연계하여 사용될 수 있다. 이력 데이터는 엔진(10)의 작동 수명에 걸쳐 취득되고 데이터베이스(36)에 저장된 구성 요소의 현재 작동 상태를 나타내는 데이터를 포함한다.
따라서, 단계 64에서, 과거 엔진 작동 상태에 관한 정보(이력 데이터)가 확인된 고장 모드와 연계한 현재 작동 상태(단계 62에서 취득됨)에 대한 데이터와 함께 수명 예측 알고리즘 및 상술한 수명 예측 모델(도 4, 도 5a 및 도 5b)에 입력되고, 프로세서(34)는 현재의 시간 간격에서 잔여 유효 수명을 결정하도록 구성된다. 이 잔여 유효 수명 값은 도 7a 및 도 7b에 예시된 곡선에 나타나있다. 도 7a 및 도 7b에 관하여, 파쇄(도 7a) 및 코팅 소진(도 7b)에 기인한 구성 요소의 잔여 수명(ai)은 일반적으로 현재 작동 상태가 취득되는 시간인 현재 시간 간격(ti)으로 도시되어 있다. 잔여 유효 수명은 수명 제한 구성 요소 각각을 위해, 그리고, 각 구성 요소를 위해 결정될 수 있으며, 잔여 유효 수명은 각 확인된 고장 모드에 대하여 결정될 수 있다. 실제로, 디스플레이(38)는 주어진 구성 요소 및 대응 고장 모드에 기인한 잔여 유효 수명을 나타내는 연계된 시간 수를 위한 모든 확인된 고장 모드를 표시할 수 있다. 대안적으로, 디스플레이(38)는 단지 각 구성 요소를 위한 고장 모드와 연계된 가장 짧은 잔여 수명 값을 나타낼 수 있다.
또한, 데이터베이스(36)는 각 확인된 수명 제한 구성 요소를 위한 각 고장 모드와 연계된 잔여 유효 수명의 임계 값에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 프로세서(34)는 결정된 또는 계산된 잔여 유효 수명이 이 임계 값 미만이거나 임계값을 초과하는 사전 결정된 범위 이내에 있을 때 구성 요소 및 엔진을 위한 정비 또는 서비스의 가청적 및/또는 시각적 통지를 전달하도록 구성될 수 있다. 잔여 유효 수명의 이 임계 값은 도 4, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같은 고장 모드의 예측된 경향으로부터 취해질 수 있다.
그러나, 이 임계 값이 이 임계 값은 터빈 엔진 플리트 데이터 같은 데이터를 사용하여 개발된 모델에 기초하기 때문에 엔진의 실제 작동 상태에 기초하지 않고 고유하게 예측될 수 있기 때문에, 더욱 정확한 잔여 유효 수명을 제공하기 위해 다른 단계가 취해질 수 있다. 따라서, 단계 66에서 현재 계획된, 그리고, 미래의 계획된 작동 상태에 대한 데이터가 입력 또는 제공된다. 즉, 엔진의 작동 동안의 임의의 시기에 엔진(10)을 위해 개발된 상술한 계획된 작동은 파워 출력 및 온도를 포함하는 엔진의 현재 작동 상태와, 미래를 위해 프로그램된 엔진의 작동 상태를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 프로세서(34)는 단계 66 및 68에 기재된 바와 같이, 현재 및 미래의 계획된 엔진 작동 상태에 관한 데이터를 수명 예측 알고리즘에 입력하여 잔여 유효 수명을 계산하도록 프로그램된다.
도 7a 및 도 7b에 관하여, 구성 요소의 잔여 유효 수명은 현재 및 미래의 엔진 작동 상태를 고려한 파쇄(도 7a) 및 코팅 소진(도 7b) 인자화에 기인한 곡선의 형태로 표시되어 있다. 상술한 바와 같이, ai는 특정 시간 간격에서 특정 고장 모드(파쇄 및 코팅 소진)에 연계한 구성 요소의 계산된 잔여 수명을 나타낸다. 또한, a0는 터빈 엔진의 시동 시간에 대한 수명 제한 시간(t0)에 도달되는 특정 고장 모드(산화물 성장에 기인한 코팅 소진의 양 또는 파쇄 정도)를 나타낸다. 따라서, 특정 고장 모드(a0)에서의 잔여 유효 수명은 다음과 같이 추정될 수 있다.
Figure 112013111129306-pct00001
여기서, v는 임계적 작동 상태가 파쇄 및 코팅 소진 같은 특정 고장 모드의 원인이 되는 속도이다.
본 발명의 일 실시예에서, 프로세서(34)는 각 확인된 수명 제한 구성 요소를 위한 각 확인된 고장 모드에 대한 잔여 유효 수명을 결정하도록 구성된다. 이 정보는 임의의 가용한 포맷으로 표시될 수 있다. 예로서, 디스플레이(38)는 각 고장 모드와 연계된 잔여 유효 수명 및 모든 사용 제한 구성 요소를 나열할 수 있다. 대안적으로, 디스플레이(38)는 단일 구성 요소의 잔여 유효 수명을 나타내는 단일 수치(시간)만을 보여줄 수 있다. 이 수치는 고장 모드를 위해 계산된 가장 짧은 잔여 유효 수명을 나타낸다.
도 8에 도시된 그래프는 그 내부에서는 고장 모드가 발생하는 영역을 표시하기 위해 엔진(10)의 작동 시간의 임의의 지점에서 사용될 수 있는 엔진 구성 요소 수명 차트를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 버블(A, B, C, D 및 E) 각각은 시간, 온도, 사이클 수 및 사이클 레이트 같은 작동 상태의 함수로서 고장 모드의 예상 발생 영역을 나타낸다. 이 그래프는 예로서, 작동 온도 또는 파워 출력을 조절함으로써 또는 사이클의 수를 조절함으로써 미래의 계획된 작동을 변화시켜 변경될 수 있다. 이러한 방식으로, 구성요소의 잔여 유효 수명이 필요시 증가될 수 있다.
대안적 디스플레이가 도 9에 도시되어 있으며, 이는 다양한 수명 제한 구성 요소를 확인하고, 입력 메커니즘(72, 74, 76)을 제공한다. 도시된 바와 같이, 각 구성 요소에 대하여, 시간 단위 잔여 유효 수명이 표시되고, 고장 모드와 연계된 가장 짧은 잔여 유효 수명을 나타낸다. 입력 메커니즘(72, 74, 76)은 사용자가 미래의 계획된 작동의 작동 상태를 조절할 수 있게 하고, 프로세서(34)는 각 구성 요소를 위한 각 고장 모드와 각 구성 요소를 위한 계산된 잔여 유효 수명을 조절하도록 구성된다. 이는 엔진(10) 및 구성 요소의 수명을 연장하기 위해 이루어질 수 있다. 각 실시예에서, 도 2의 단계 70에 제공된 바와 같이, 과거 구성 요소 작동 상태, 현재 작동 상태 및 미래의 계획된 작동에 기초하여 계산된 잔여 유효 수명이 주어지면 더욱 많은 정보에 기초하여 소정의 정비를 위해 엔진(10)을 가동 중단할 시기를 결정할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 본 명세서에 도시 및 설명하였지만, 이러한 실시예는 단지 예로서 주어진 것임이 명백하다. 본 명세서의 발명으로부터 벗어나지 않고 다수의 변형, 변경 및 치환이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 개념 및 범주에 의해서만 제한되는 것을 의도한다.

Claims (12)

  1. 상태 기반 감시 시스템(conditioned base monitoring system)(30)에 사용하기 위해 구성 요소의 작동 상태를 나타내는 전자 데이터 신호를 생성하는 하나 또는 그 초과의 센서(50)가 구성 요소 상에 장착된 상태로 제조된 구성 요소(18, 19, 22, 23)를 갖는 엔진(10)의 잔여 유효 수명을 예측하는 방법으로서,
    하나 또는 그 초과의 구성 요소; 및 구성 요소와 엔진의 작동 수명을 제한하는 각 구성 요소를 위한 하나 이상의 고장 모드(failure mode);를 확인하는 단계(52)와,
    구성 요소의 하나 또는 그 초과의 작동 상태에 대한, 각각의 구성 요소를 위한 예측된 고장 모드 레이트(predicted failure mode rate)를 생성하는 단계(54) - 예측된 고장 모드 레이트는 구성 요소의 하나 또는 그 초과의 작동 상태의 함수로서 구성 요소의 고장 모드의 예측된 발생을 포함함 - 와,
    구성 요소의 고장 모드 및 예측된 고장 모드 레이트와 연계된 구성 요소의 현재 작동 상태를 검출하는, 구성 요소의 기재(substrate)에 고착된 센서를 하나 또는 그 초과의 구성 요소에 제공하는 단계(60)와,
    엔진 작동 동안, 고장 모드와 연계된 구성 요소의 현재 작동 상태에 대한 데이터를 센서를 통해 취득하는 단계(62) 및 저장하는 단계와,
    구성 요소의 고장 모드와 연계된 구성 요소의 현재 작동 상태에 대한 이력 데이터를 제공하는 단계(64)와, 그리고
    구성 요소의 현재 작동 상태에 대한 데이터, 예측된 고장 모드 레이트 및 고장 모드와 연계된 작동 상태의 이력 데이터에 대한 데이터에 기초하여 구성 요소의 잔여 유효 수명을 결정하는 단계(68)를 포함하며,
    상기 방법은 미래의 계획된 엔진의 작동 상태에 대한 데이터를 제공하는 단계(66)를 더 포함하고, 상기 미래의 계획된 엔진의 작동 상태는 엔진의 목표 파워 출력 및 상기 엔진이 상기 목표 파워 출력으로 작동할 시간의 양을 포함하며,
    상기 결정하는 단계(68)는 상기 미래의 계획된 엔진의 작동 상태에 대한 데이터에 기초하여 구성 요소의 잔여 유효 수명을 결정하는 단계를 또한 포함하는,
    방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은, 구성 요소(18, 19, 22, 23)의 결정된 잔여 유효 수명에 기초하여 상기 미래의 계획된 엔진(10)의 작동 상태를 변경하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 하나 또는 그 초과의 센서(50)와 전기적으로 통신하는 무선 원격측정 장치(wireless telemetry device)를 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 무선 원격측정 장치는 상기 하나 또는 그 초과의 센서에 의해 생성되는 작동 상태를 나타내는 전자 데이터 신호를 전송하는,
    방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서(50)를 제공하는 단계(60)는 수명을 제한하는 하나 또는 그 초과의 구성 요소(18, 19, 22, 23)의 기재 상에 형성된 보호 코팅 상에 또는 그 내부에 상기 센서를 배치하는 단계를 포함하고, 상기 센서는 코팅의 기능 상태를 검출하는,
    방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    하나 또는 그 초과의 고장 모드 레이트를 생성하는 상기 단계(54)는 하나 또는 그 초과의 온도에서의 작동 시간의 함수로서 고장 모드 레이트를 생성하는 단계를 포함하는,
    방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은, 고장 모드와 연계된 작동 상태를 검출하는 센서(50)를 위한 센서 캘리브레이션 데이터(sensor calibration data)를 생성하는 단계(58)와, 상기 센서의 출력을 캘리브레이팅하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진(10)은 압축기 섹션(12)과 터빈 섹션(16)을 포함하는 터빈 엔진이고, 상기 구성 요소는 상기 터빈 엔진의 종축을 중심으로 회전하도록 장착된 블레이드(18)인,
    방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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