KR101999432B1 - 터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템 및 방법 - Google Patents

터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터빈 블레이드의 상태를 감지한 신호를 자기장을 이용하여 통신하고, 자기장 신호를 전원으로 변환하여 터빈 블레이드의 상태를 분석하는 터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템은, 터빈 블레이드 외면에 배치되어 터빈 블레이드의 플러터에 관한 신호를 감지하는 센서 모듈과, 상기 센서 모듈이 감지한 상기 플러터에 관한 신호를 자기장 신호로 변환하여 상기 터빈 블레이드를 둘러싼 케이싱의 외부로 송신하는 인터페이스와, 상기 자기장 신호를 수신하여 시스템의 전원을 생성하고, 상기 자기장 신호를 분석하여 터빈 블레이드의 플러터를 정도를 판단하는 어댑터를 포함한다.

Description

터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템 및 방법 {System and Method for Magnetic Field to Flutter Measurement of A Turbine Blade}
본 발명은 터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터빈 블레이드의 상태를 감지한 신호를 자기장을 이용하여 통신하고, 자기장 신호를 전원으로 변환하여 터빈 블레이드의 상태를 분석하는 터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템 및 방법에 관한 것이다.
터빈이 동작할 때 터빈의 회전 속도가 높아지는 경우, 공기의 압력에 의해 터빈 블레이드가 휘어지거나 뒤틀리는 현상이 나타난다. 이러한 현상은 플러터라고 정의된다. 플러터는 엔진의 출력을 저하시키는 요인이 된다. 따라서, 이러한 플러터를 감지하여 터빈의 손상을 감소시킬 수 있는 시스템 및 방법이 요구된다.
현재, 터빈 블레이드의 플러터를 측정하기 위해 터빈 블레이드의 진동을 감지하여 터빈 블레이드의 상태를 추정하는 방법이 있는데, 이러한 방법은 진동을 감지하는 터빈 블레이드의 위치에 따라 오차가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 터빈 블레이드의 상태를 지속적으로 센싱하기 위해서 센서 모듈의 배터리를 주기적으로 교환해주어야 하는 불편이 있다.
공개특허공보 특10-2015-0060937 (터빈 블레이드의 손상 인식을 위한 측정 방법 및 터빈, 공개일: 2014년 05월 08일)
본 발명은 앞에서 설명한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 터빈의 케이싱 내부에 배치되는 터빈 블레이드의 플러터를 측정할 수 있는 자기장 통신 시스템 및 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 자기장을 이용하여 자체적으로 전원을 생성함으로써, 센서 모듈의 배터리의 교체 없이 터빈 블레이드의 플러터를 측정할 수 있는 터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템 및 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
앞에서 설명한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템은, 터빈 블레이드 외면에 배치되어 터빈 블레이드의 플러터에 관한 신호를 감지하는 센서 모듈과, 상기 센서 모듈이 감지한 상기 플러터에 관한 신호를 자기장 신호로 변환하여 상기 터빈 블레이드를 둘러싼 케이싱의 외부로 송신하는 인터페이스와, 상기 자기장 신호를 수신하여 시스템의 전원을 생성하고, 상기 자기장 신호를 분석하여 터빈 블레이드의 플러터의 정도를 판단하는 어댑터를 포함한다.
또한, 상기 센서 모듈은, 상기 터빈 블레이드의 외면 상에 배치되는 광섬유; 및 적어도 한 개의 센서를 포함한다.
또한, 상기 광섬유는 상기 터빈 블레이드의 날 방향을 따라 접촉하고, 상기 센서는 상기 광섬유의 일단과 타단이 만나는 지점에 제공되고, 상기 센서는 상기 광섬유의 일방향으로 신호를 전송하고 전송된 상기 신호를 전송받음으로써 상기 신호의 파장 변화 및 상기 센서로부터 전송된 신호가 상기 광섬유에 의해 다시 상기 센서에 도달하는 시간을 감지한다.
또한, 상기 센서는 상기 터빈 블레이드의 상기 날 방향을 따라 복수 개로 제공되고, 상기 센서들은 상기 터빈 블레이드의 외면의 구간별 플러터를 측정한다.
또한, 상기 광섬유는 상기 터빈 블레이드가 터빈 로터에서 연장되는 방향인 길이 방향을 따라 제공되고, 상기 센서는 상기 광섬유의 일단 및 타단에 각각 복수개로 제공된다.
또한, 상기 센서들은 상기 광섬유의 일단에 제공되는 제1 센서 및 상기 광섬유의 타단에 제공되는 제2 센서를 포함하고, 상기 제1 센서가 송신한 신호를 상기 제2 센서가 수신하여 상기 신호의 파장 변화 및 상기 신호의 도달 시간을 측정한다.
또한, 상기 인터페이스는 상기 터빈 블레이드의 상기 외면에 배치된다.
또한, 상기 어댑터는, 상기 자기장 신호를 수신하는 자기장 수신부와, 상기 자기장 신호를 분석하여 상기 터빈 블레이드의 플러터를 측정하는 제어부와, 상기 자기장 신호를 이용하여 전원을 생성하고, 상기 전원을 저장하는 전원부를 포함한다.
또한, 상기 전원부가 충전되지 않은 경우, 상기 제어부는 상기 자기장 신호를 상기 전원부로 공급하여 전원을 생성하는데 사용한다.
또한, 상기 전원부에 충전된 전원의 용량이 제1 용량 이상이면, 상기 제어부는 상기 자기장 신호를 상기 터빈 블레이드의 플러터를 측정하는데 사용하고, 상기 제1 용량은 상기 전원부의 충전이 완료된 용량이다.
또한, 상기 전원부의 충전이 완료된 이후에 상기 전원부에 저장된 전원의 용량이 제2 용량 이하로 감소하는 경우, 상기 제어부는 수신하는 상기 자기장 신호를 상기 전원부를 충전하는데 사용한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 자기장 신호를 분석하여 상기 센서 모듈이 측정한 상기 플러터에 관한 신호의 파장을 분석하여 기 저장된 파장과 비교한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 플러터에 관한 신호의 파장과 상기 기 저장된 파장을 비교한 결과, 오차 범위 이내인 경우에 터빈 블레이드의 플러터를 정상 범위로 판단하고, 상기 플러터에 관한 신호의 파장 및 상기 기 저장된 파장을 비교한 결과, 오차 범위를 초과한 경우에 터빈 블레이드의 플러터를 비정상 범위로 판단한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 자기장 신호를 분석하여 상기 센서 모듈이 측정한 상기 플러터에 관한 신호의 송수신 시간을 분석하여 기 저장된 송수신 시간과 비교한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 플러터에 관한 신호의 송수신 시간 및 상기 기 저장된 송수신 시간을 비교한 결과, 오차 범위 이내인 경우에 터빈 블레이드의 플러터 범위를 정상 범위로 판단하고, 상기 플러터에 관한 신호의 송수신 시간 및 상기 기 저장된 송수신 시간을 비교한 결과, 오차 범위를 초과한 경우에 터빈 블레이드의 플러터 범위를 비정상 범위로 판단한다.
또한, 센서 모듈이 터빈 블레이드 외면에 배치되어 터빈 블레이드의 플러터에 관한 신호의 파장 및 송수신 시간을 감지하는 단계와, 상기 감지된 파장 및 상기 감지된 송수신된 시간을 자기장 신호로 변환하여 상기 터빈 블레이드를 둘러싼 케이싱의 외부로 송신하는 단계 및 상기 자기장 신호는 어댑터에 의해 수신되어 시스템의 전원을 생성하고, 상기 자기장 신호를 분석하여 터빈 블레이드의 플러터를 판단하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 센서 모듈은, 상기 터빈 블레이드의 외면 상에 배치되는 광섬유 및 적어도 한 개의 센서를 포함하고, 상기 어댑터는, 상기 자기장 신호를 수신하는 자기장 수신부와, 상기 자기장 신호를 분석하여 상기 터빈 블레이드의 플러터를 측정하는 제어부와, 상기 자기장 신호를 이용하여 전원을 생성하고, 상기 전원을 저장하는 전원부를 포함한다.
또한, 상기 터빈 블레이드의 플러터를 판단하는 단계는, 상기 전원부가 상기 자기장 신호를 이용하여 전원을 생성하는 단계 및 상기 전원부가 제1 용량 이상으로 충전되면, 상기 제어부는 수신되는 상기 자기장 신호를 분석하여 상기 터빈 블레이드의 플러터를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 제1 용량은 상기 전원부의 충전이 완료된 용량이다.
또한, 상기 터빈 블레이드의 플러터를 판단하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 전원부에 충전되는 전원의 용량이 제1 용량 이상이 될 때까지 수신하는 상기 자기장 신호를 전원을 생성하기 위해서 사용한다.
또한, 상기 터빈 블레이드의 플러터를 판단하는 단계에서, 상기 제1 용량 이상이었던 상기 전원부에 저장된 전원의 용량이 제2 용량 이하로 감소하면, 상기 제어부는 상기 전원부의 전원의 용량이 다시 상기 제1 용량 이상이 되도록 상기 자기장 신호를 상기 전원부에 공급하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템은, 터빈의 케이싱 내부에 배치되는 터빈 블레이드의 플러터를 측정하여 터빈의 손상을 감소시킬 수 있다. 또한, 자기장을 송수신하여 자체적으로 전원을 생성함으로써, 센서 모듈의 배터리 교체 없이 터빈 블레이드의 플러터를 측정할 수 있고, 별도의 배터리가 필요하지 않으므로 통신 시스템의 구성을 간소화 할 수 있다.
이 밖에도, 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 인터페이스의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a은 본 발명의 실시 예에 따른 터빈 블레이드에 센서를 배치하여 터빈 블레이드의 플러터를 측정하는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3b은 본 발명의 실시 예에 따른 터빈 블레이드에 센서를 배치하여 터빈 블레이드의 플러터를 측정하는 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 3c은 본 발명의 실시 예에 따른 터빈 블레이드에 센서를 배치하여 터빈 블레이드의 플러터를 측정하는 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자기장 통신을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템의 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 터빈 블레이드의 플러터 측정 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시 예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 인터페이스의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템은 센서 유닛(200) 및 어댑터(100)를 포함한다.
센서 유닛(200)은 센서 모듈(210) 및 인터페이스(220)를 포함한다. 센서 모듈(210)은 터빈 블레이드의 외면에 배치되고, 터빈 블레이드의 외면 상에 배치되는 광섬유 및 적어도 한 개 이상의 센서를 포함할 수 있다. 센서 모듈(210)에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
인터페이스(220)는 터빈 블레이드의 외면에 배치되고, 센서 모듈(210)이 감지한 터빈 블레이드의 플러터에 관한 신호의 파장 및 신호의 송수신 시간을 수신한다. 인터페이스(220)는 수신한 터빈 블레이드의 플러터에 관한 신호의 파장 및 터빈 블레이드의 플러터에 관한 신호의 송수신 시간을 포함하는 정보를 터빈 블레이드를 둘러싼 케이싱의 외부로 송신할 수 있다. 일 예로, 인터페이스(220)는 센서 모듈(210)과 별도의 구성으로 터빈의 블레이드의 외면에 배치될 수 있다. 다른 예로, 상기 인터페이스(220)는 센서 모듈(210)의 일 구성일 수 있다.
인터페이스(220)는 신호 변환부(222) 및 통신부(224)를 포함한다. 통신부(224)는 터빈 블레이드(300)의 플러터에 관한 신호의 파장 및 터빈 블레이드의 플러터에 관한 신호의 송수신 시간을 포함하는 정보를 센서 모듈(210)로부터 전송받을 수 있다. 신호 변환부(222)는 통신부(224)가 수신한 신호를 자기장 신호로 변환한다. 또한, 통신부(224)는 변환한 자기장 신호를 터빈 블레이드를 둘러싼 케이싱 외부로 송신할 수 있다.
어댑터(100)는 자기장 신호를 수신하여 시스템 전원을 생성하고, 상기 자기장 신호를 분석하여 터빈 블레이드의 플러터에 관한 신호의 파장 및 터빈 블레이드의 플러터에 관한 신호의 송수신 시간을 분석하여 터빈 블레이드의 플러터 발생 정도를 판단할 수 있다.
어댑터(100)는 안테나(110), 자기장 수신부(120), 전원부(130), 자기장 송신부(140) 및 제어부(150)를 포함한다.
안테나(110)는 인터페이스(220)에서 송신한 자기장 신호를 수신하여, 자기장 수신부(120)로 전달한다. 여기서, 인터페이스(220)와 어댑터(100)간의 자기장 통신에 있어서, 인터페이스(220)와 어댑터(100)가 동일한 공진 주파수를 갖도록 설정하여 최대 전력이 전송되도록 할 수 있다. 또한, 인터페이스(220)와 어댑터(100)의 거리 및 위치가 특정 거리 또는 특정 위치에 배치되도록 설정하여 최대 전력이 전송되도록 할 수 있다.
자기장 수신부(120)는 인터페이스(220)에서 송신한 자기장 신호를 안테나(110)를 통해 수신하고, 수신한 자기장 신호를 제어부(150)에 제공한다.
전원부(130)는 제어부(150)에서 공급하는 자기장 신호를 이용하여 전원을 생성하고, 생성된 전원을 저장한다. 구체적으로, 전원부(130)는 자기장이 인가되는 경우 전류를 생성할 수 있는 코일 및 생성된 전류를 저장할 수 있는 커패시터(capacitor)를 포함할 수 있다. 전원부(130)는 자기장 신호의 수신에 있어서, 자기장에 의해 발생하는 전자기 유도 현상에 의해 생성되는 전류를 커패시터에 저장한다. 여기서, 커패시터는 전류가 더 이상 공급되지 않으면 커패시터의 저장된 전류를 전원으로 사용할 수 있다. 따라서, 전원부(130)는 제어부(150)에서 자기장 신호가 공급되면, 자기장 신호에 의해 생성된 전류를 커패시터에 저장하고, 제어부(150)에서 자기장 신호가 공급되지 않아 커패시터에 전류가 더 이상 공급되지 않으면, 전원부(150)는 커패시터에 저장된 전류를 전원으로 사용할 수 있다.
제어부(150)는 자기장 수신부(120)에서 수신한 자기장 신호를 전원부(130)에 공급 및 수신한 자기장 신호를 분석한다. 구체적으로, 제어부(150)는 전원부(130)에 저장된 전원의 용량에 기초하여 자기장 신호를 공급한다. 여기서, 제어부(150)는 전원부(130)를 모니터링하여 전원부(130)에 저장된 전원의 용량을 판단할 수 있다.
일 예로, 제어부(150)는 전원부(130)가 충전되지 않은 경우에 전원부(130)의 용량이 제1 용량 이상이 될 때까지 자기장 신호를 전원부(130)에 공급한다. 제어부(150)는 전원부(130)의 용량이 제1 용량 이상이 되기 전까지는 자기장 신호의 분석을 하지 않을 수 있다. 이때, 전원부(130)는 제어부(150)에서 공급받은 자기장 신호를 이용하여 전원을 생성하고, 생성된 전원을 저장한다. 예를 들어, 제1 용량은 전원부(130)의 충전이 완료된 용량일 수 있고, 전원부(130)의 충전이 완료되지 않더라도 자기장 신호를 분석할 수 있는 정도의 용량일 수 있다.
일 예로, 제어부(150)는 전원부(130)에 충전된 전원의 용량이 제1 용량 이상이 되면, 전원부(130)에 자기장 신호를 더 이상 공급하지 않고, 자기장 신호를 분석하여 터빈 블레이드의 플러터의 정도를 판단하는데 사용한다. 이 때, 제어부(150)는 전원부(130)로부터 전원을 공급받아 터빈 블레이드의 플러터의 정도를 분석할 수 있다.
일 예로, 제어부(150)는 전원부(130)의 충전이 완료된 이후에 전원부에 저장된 전원이 제2 용량 이하로 감소하는 경우에 자기장 신호를 전원부(130)로 다시 공급한다. 이 때, 제어부(150)는 자기장 신호를 터빈 블레이드의 플러터의 정도를 분석하기 위해 사용하지 않고, 자기장 신호를 모두 전원부(130)로 공급하여 전원을 생성하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제2 용량은 전원부(130)에 저장된 전원이 모두 방전된 용량일 수 있고, 전원부(130)에 저장된 전원이 모두 방전되지 않더라도 자기장 신호를 분석할 수 없는 정도의 용량일 수 있다.
여기서, 제어부(150)는 전원부(130)에 저장된 전원의 용량이 제1 용량 이상이 되도록 자기장 신호를 공급할 수 있고, 전원부(130)에 저장된 전원의 용량이 제1 용량 이상이 되면, 저장된 전원을 사용하여 자기장 수신부(120)에서 수신한 자기장 신호를 분석할 수 있다. 또한, 전원부(130)에 저장된 전원의 용량이 제2 용량 이하로 감소하면, 제어부(150)는 자기장 수신부(120)에서 수신한 자기장 신호를 전원부(130)에 다시 공급할 수 있다. 즉, 제어부(150)는 별도의 전원 장치 없이 터빈 블레이드의 플러터를 측정할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 자기장 신호를 분석하여 터빈 블레이드의 플러터의 정도를 판단할 수 있다.
제어부(150)는 자기장 신호를 분석하여 터빈 블레이드의 플러터에 관한 신호의 파장을 감지하고, 기 저장된 파장과 비교할 수 있다.
제어부(150)는 터빈 블레이드의 플러터에 관한 신호의 파장 및 기 저장된 파장을 비교한 결과, 오차 범위 이내인 경우에 터빈 블레이드의 플러터를 정상 범위로 측정할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 터빈 블레이드의 플러터에 관한 신호의 파장 및 기 저장된 파장을 비교한 결과, 오차 범위를 초과한 경우에 터빈 블레이드의 플러터를 비정상 범위로 측정할 수 있다.
또한 제어부(150)는 자기장 신호를 분석하여 센서 모듈(210)이 감지한 송수신 시간 및 기 저장된 송수신 시간을 비교할 수 있다.
제어부(150)는 센서 모듈(210)이 감지한 송수신 시간 및 기 저장된 송수신 시간을 비교한 결과, 오차 범위 이내인 경우에 터빈 블레이드의 플러터를 정상 범위로 측정할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 센서 모듈(210)이 감지한 송수신 시간 및 기 저장된 송수신 시간을 비교한 결과, 오차 범위를 초과한 경우에 터빈 블레이드의 플러터를 비정상 범위로 측정할 수 있다.
제어부(150)는 터빈 블레이드의 플러터를 비정상 범위로 측정하는 경우, 자기장 신호의 분석 결과를 자기장 송신부(140)에 제공한다.
자기장 송신부(140)는 자기장 신호의 별도의 통신 장비에 제공할 수 있다. 이때, 자기장 송신부(140)는 자기장을 이용하여 별도의 통신 장비로 송신하고, 별도의 통신 장비는 센서 유닛(200)일 수 있고, 센서 유닛(200) 이외의 다른 장비일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템은 자기장을 이용하여 통신 방식을 채택하고 있고, 이에 따라 통신이 힘든 터빈 블레이드의 케이싱 내부와 그 외부 간의 통신을 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템은 별도의 전원 장치를 요구하지 않으므로, 구성이 간소화된 통신 시스템을 구현할 수 있다. 구성이 간소화됨에 따라, 어댑터(100)는 공간이 협소한 지역에 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템은 풍력 터빈, 스팀 터빈, 가스 터빈 및 증기 터빈 등 모든 터빈에 적용될 수 있다.
도 3a은 본 발명의 실시 예에 따른 터빈 블레이드에 센서를 배치하여 터빈 블레이드의 플러터를 측정하는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 1, 도 2 및 도 3a를 참조하면, 터빈 블레이드(300)에 배치된 센서 모듈(210)의 제1 센서(210a)는 광섬유(210d)의 일단과 타단이 만나는 지점에 제공되고, 제1 센서(210a)는 광섬유(210d)의 일 방향으로 신호를 송신할 수 있다. 광섬유(210d)는 터빈 블레이드(300)의 날 방향을 따라 접촉할 수 있고, 날 방향은 터빈 블레이드(300)의 외면을 따라 한 바퀴를 회전한 방향을 의미한다.
센서 모듈(210)은 제1 센서(210a)가 송신한 신호를 제1 센서(210a)가 수신하여 터빈 블레이드(300)의 플러터에 관한 신호의 파장을 감지할 수 있다. 또한, 센서 모듈(210)은 제1 센서(210a)가 송신한 신호를 제1 센서(210a)가 수신할 때까지의 시간을 감지할 수 있다.
도 3b은 본 발명의 실시 예에 따른 터빈 블레이드에 센서를 배치하여 터빈 블레이드의 플러터를 측정하는 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 3b에서는 도 3a의 제어부의 제어 방법과 동일한 내용은 설명을 간략을 위해 생략한다.
도 3b를 참조하면, 터빈 블레이드(300)에 배치된 센서 모듈(210)의 센서들은 광섬유(210d)의 일단 및 타단에 각각 제공되고, 광섬유(210d)는 길이 방향을 따라 제공될 수 있다. 길이 방향은 날 방향이 아닌 터빈 블레이드(300)가 터빈 로터에서 방사 방향(radial direction)으로 연장되는 방향을 의미한다.
터빈 블레이드(300)에 배치된 센서 모듈(210)의 센서들은 광섬유(210d)의 일단에 제공되는 제1 센서(210a) 및 광섬유(210d)의 타단에 제공되는 제2 센서(210b)를 포함할 수 있다.
제1 센서(210a)가 송신한 신호는 광섬유(210d)를 통해 제2 센서(210b)로 전달되며, 제2 센서(210b)는 터빈 블레이드의 플러터(300)에 관한 신호의 파장을 감지할 수 있다. 또한, 센서 모듈(210)은 제1 센서(210a)가 송신한 신호를 제2 센서(210b)가 수신할 때까지의 시간을 감지할 수 있다.
도 3c는 본 발명의 실시 예에 따른 터빈 블레이드에 센서를 배치하여 터빈 블레이드의 플러터를 측정하는 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 3c를 참조하면, 터빈 블레이드(300)에 배치된 센서 모듈(210)의 센서는 터빈 블레이드(300)의 날 방향을 따라 복수 개로 제공될 수 있고, 광섬유는 상기 터빈 블레이드(300)의 날 방향을 따라 복수 개로 제공될 수 있다.
일 예로서, 센서와 광섬유는 각각 3개가 제공될 수 있다. 제1 센서(210a)가 제2 센서(210b)에 신호를 송신할 수 있고, 제2 센서(210b)가 제3 센서(210c)에 신호를 송신할 수 있고, 제3 센서(210c)가 제1 센서(210a)에 신호를 송신할 수 있다.
제1 광섬유(210d)는 제1 센서(210a)와 제2 센서(210b)를 연결할 수 있고, 제2 광섬유(210e)는 제2 센서(210b)와 제3 센서(210c)를 연결할 수 있고, 제3 광섬유(210f)는 제3 센서(210c)와 제1 센서(210a)를 연결할 수 있다.
센서 모듈(210)은 센서(210a, 210b 및 210c)들이 송수신한 신호를 이용하여 터빈 블레이드(300)의 플러터에 관한 신호의 파장을 감지할 수 있고, 센서 모듈(210)은 센서(210a, 210b 및 210c)들 사이의 송수신 시간을 감지하여 터빈 블레이드(300)의 외면의 구간별 플러터를 측정할 수 있다.
센서 모듈(210)은 감지된 터빈 블레이드(300)의 플러터에 관한 신호의 파장 및 감지된 송수신 시간을 인터페이스(220)에 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자기장 통신을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 센서 모듈(210)은 터빈 블레이드(300)의 플러터에 관한 신호의 파장 및 센서(210a)로부터 송수신된 시간을 감지할 수 있다.
인터페이스(220)는 센서(210a)에서 감지한 터빈 블레이드(300)의 플러터에 관한 신호의 파장 및 센서(210)로부터 송수신된 시간을 자기장 신호로 변환한다. 또한, 인터페이스(220)는 변환한 자기장 신호를 자기장을 통해 자기장 수신부(120)로 송신한다. 이 때, 인터페이스(220)는 어댑터(100)와의 임피던스 매칭을 위해 별도의 수동 소자를 포함할 수 있다. 여기서, 안테나(110)는 인터페이스(220)에서 송신하는 자기장 신호를 수신하여 자기장 수신부(120)로 전달할 수 있다.
인터페이스(220)와 자기장 수신부(120)간의 자기장 통신에 있어서, 인터페이스(220)와 자기장 수신부(120)가 동일한 공진 주파수를 갖도록 설정하고, 인터페이스(220)와 자기장 수신부(120)의 거리 및 위치가 특정 거리 또는 특정 위치에 배치되도록 설정하여 최대 전력이 전송되도록 할 수 있다. 즉, 어댑터(100)와 센서 유닛(300) 간의 임피던스 매칭을 통해 자기장 통신의 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
도 5은 본 발명의 실시 예에 따른 터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템의 방법을 도시한 순서도이다.
도 1 내지 도 3c 및 도 5를 참조하면, 센서 모듈(210)은 터빈 블레이드(300)의 외면에 배치되어 터빈 블레이드(300)의 플러터에 관한 신호의 파장 및 센서로부터 송수신된 시간을 감지한다(S610).
이어서, 인터페이스(220)는 센서 모듈(210)에서 감지한 파장 및 센서 모듈(210)의 센서(210a)로부터 송수신된 시간을 자기장 신호로 변환하고, 변환된 자기장 신호를 송신한다(S620). 구체적으로, 신호 변환부(222)는 센서 모듈(210)에서 감지한 감지 신호를 자기장 신호로 변환하고, 통신부(224)는 변환된 자기장 신호를 터빈 블레이드(300)의 외부로 송신한다.
이어서, 자기장 수신부(120)는 인터페이스(220)에서 송신되는 자기장 신호를 수신한다(S630). 자기장 수신부(120)는 수신한 자기장 신호를 제어부(150)에 제공한다.
이어서, 전원부(130)는 제어부(150)에서 자기장 신호를 공급받아 전원을 생성한다(S640). 전원부(130)가 충전되지 않은 경우에 제어부(150)는 전원부(130)에 자기장 신호를 공급한다. 그리고, 전원부(130)는 공급받은 자기장 신호를 이용하여 전원을 생성하고, 생성된 전원을 저장한다. 여기서, 전원부(130)는 자기장에 의해 발생되는 전자기 유도 현상에 의해서 생성되는 전류를 저장하고, 생성된 전류는 커패시터에 저장될 수 있다.
이어서, 제어부(150)는 전원부(130)에 저장된 전기 신호를 전원으로 이용하여 자기장 신호를 분석한다(S650).
제어부(150)는 전원부(130)에 저장된 전원의 용량이 제1 용량 이상이면, 전원부(130)에 자기장 신호를 더 이상 공급하지 않고, 자기장 신호를 분석한다.
제어부(150)는 제1 용량 이상이었던 전원부(130)에 저장된 전원의 용량이 제2 용량 이하로 감소하면, 전원부(130)에 저장된 전원의 용량이 제1 용량 이상이 되도록 자기장 신호를 공급한다.
이어서, 제어부(150)는 자기장 신호를 분석하여 터빈 블레이드(300)의 플러터의 정도를 판단한다(S660).
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드의 플러터 측정 방법을 도시한 순서도이다. 도 6을 참조하여 S660에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3c 및 도 6을 참조하면, 터빈 블레이드(300)의 플러터를 측정하는 방법은, 터빈 블레이드(300)의 플러터에 관한 신호의 파장 및 센서 모듈(210)의 센서(210a)로부터 송수신된 시간을 저장한다(S661). 이어서, 인터페이스(220)로부터 제공받은 자기장 신호를 분석하여 터빈 블레이드(300)의 플러터에 관한 신호의 파장 및 센서 모듈(210)의 센서(210a)로부터 송수신된 시간을 감지한다(S662).
이어서, 기 저장된 터빈 블레이드(300)의 플러터에 관한 신호의 파장 및 센서 모듈(210)의 센서(210a)로부터 송수신된 시간과 감지한 터빈 블레이드(300)의 플러터에 관한 신호의 파장 및 센서 모듈(210)의 센서(210a)로부터 송수신된 시간을 비교하여 오차를 측정한다(S663).
이어서, S663을 비교한 결과, 기 저장된 터빈 블레이드(300)의 플러터에 관한 신호의 파장 및 센서 모듈(210)의 센서(210a)로부터 송수신된 시간과 감지한 터빈 블레이드(300)의 플러터에 관한 신호의 파장 및 센서 모듈(210)의 센서(210a)로부터 송수신된 시간을 비교한 결과, 오차 범위 이내인 경우에 터빈 블레이드(300)의 플러터를 정상 범위로 측정하고, S660의 절차를 수행한다.
한편, 기 저장된 터빈 블레이드(300)의 플러터에 관한 신호의 파장 및 센서 모듈(210)의 센서(210a)로부터 송수신된 시간과 감지한 터빈 블레이드(300)의 플러터에 관한 신호의 파장 및 센서 모듈(210)의 센서(210a)로부터 송수신된 시간을 비교한 결과, 오차 범위를 초과한 경우에 터빈 블레이드(300)의 플러터를 비정상 범위로 측정하고, 별도의 통신 장비로 자기장 신호를 송신한다(S670). 별도의 통신 장비는 센서 유닛(200)일 수 있고, 센서 유닛(200) 이외의 다른 장비일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 센싱이 어려운 터빈 블레이드의 플러터를 측정하여 터빈의 손상을 감소시킬 수 있다. 또한, 자기장을 송수신하여 자체적으로 전원을 생성함으로써, 센서 모듈의 배터리 교체 없이 터빈 블레이드의 플러터를 측정할 수 있고, 별도의 배터리가 필요하지 않으므로 통신 시스템의 구성을 간소화 할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 어댑터
110 : 안테나
120 : 자기장 수신부
130 : 전원부
140 : 자기장 송신부
150 : 제어부
200 : 센서 유닛
210 : 센서 모듈
210a : 제1 센서
210b : 제2 센서
210c : 제3 센서
210d : 제1 광섬유
210e : 제2 광섬유
210f : 제3 광섬유
220 : 인터페이스
300 : 터빈 블레이드

Claims (20)

  1. 터빈 블레이드 외면에 배치되어 터빈 블레이드의 플러터에 관한 신호를 감지하는 센서 모듈;
    상기 센서 모듈이 감지한 상기 플러터에 관한 신호를 자기장 신호로 변환하여 상기 터빈 블레이드를 둘러싼 케이싱의 외부로 송신하는 인터페이스;
    상기 자기장 신호를 수신하여 시스템의 전원을 생성하고, 상기 자기장 신호를 분석하여 터빈 블레이드의 플러터의 정도를 판단하는 어댑터;
    를 포함하고,
    상기 어댑터는,
    상기 자기장 신호를 수신하는 자기장 수신부;
    상기 자기장 신호를 분석하여 상기 터빈 블레이드의 플러터를 측정하는 제어부;
    상기 자기장 신호를 이용하여 전원을 생성하고, 상기 전원을 저장하는 전원부;
    를 포함하고,
    상기 전원부가 충전되지 않은 경우, 상기 제어부는 상기 자기장 신호를 상기 전원부로 공급하여 전원을 생성하는데 사용하고,
    상기 전원부에 충전된 전원의 용량이 제1 용량 이상이면, 상기 제어부는 상기 자기장 신호를 상기 터빈 블레이드의 플러터를 측정하는데 사용하고, 상기 제1 용량은 상기 전원부의 충전이 완료된 용량인,
    터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은,
    상기 터빈 블레이드의 외면 상에 배치되는 광섬유; 및
    적어도 한 개의 센서를 포함하는,
    터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 광섬유는 상기 터빈 블레이드의 날 방향을 따라 접촉하고,
    상기 센서는 상기 광섬유의 일단과 타단이 만나는 지점에 제공되고,
    상기 센서는 상기 광섬유의 일방향으로 신호를 전송하고 전송된 상기 신호를 전송받음으로써 상기 신호의 파장 변화 및 상기 센서로부터 전송된 신호가 상기 광섬유에 의해 다시 상기 센서에 도달하는 시간을 감지하는,
    터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 터빈 블레이드의 상기 날 방향을 따라 복수 개로 제공되고, 상기 센서들은 상기 터빈 블레이드의 외면의 구간별 플러터를 측정하는,
    터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 광섬유는 상기 터빈 블레이드가 터빈 로터에서 연장되는 방향인 길이 방향을 따라 제공되고,
    상기 센서는 상기 광섬유의 일단 및 타단에 각각 복수개로 제공되는,
    터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 센서들은 상기 광섬유의 일단에 제공되는 제1 센서 및 상기 광섬유의 타단에 제공되는 제2 센서를 포함하고,
    상기 제1 센서가 송신한 신호를 상기 제2 센서가 수신하여 상기 신호의 파장 변화 및 상기 신호의 도달 시간을 측정하는,
    터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 인터페이스는 상기 터빈 블레이드의 상기 외면에 배치되는,
    터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 전원부의 충전이 완료된 이후에 상기 전원부에 저장된 전원의 용량이 제2 용량 이하로 감소하는 경우, 상기 제어부는 수신하는 상기 자기장 신호를 상기 전원부를 충전하는데 사용하는,
    터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템.
  12. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 자기장 신호를 분석하여 상기 센서 모듈이 측정한 상기 플러터에 관한 신호의 파장을 분석하여 기 저장된 파장과 비교하는,
    터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 플러터에 관한 신호의 파장과 상기 기 저장된 파장을 비교한 결과, 오차 범위 이내인 경우에 터빈 블레이드의 플러터를 정상 범위로 판단하고,
    상기 플러터에 관한 신호의 파장 및 상기 기 저장된 파장을 비교한 결과, 오차 범위를 초과한 경우에 터빈 블레이드의 플러터를 비정상 범위로 판단하는,
    터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템.
  14. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 자기장 신호를 분석하여 상기 센서 모듈이 측정한 상기 플러터에 관한 신호의 송수신 시간을 분석하여 기 저장된 송수신 시간과 비교하는,
    터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 플러터에 관한 신호의 송수신 시간 및 상기 기 저장된 송수신 시간을 비교한 결과, 오차 범위 이내인 경우에 터빈 블레이드의 플러터 범위를 정상 범위로 판단하고,
    상기 플러터에 관한 신호의 송수신 시간 및 상기 기 저장된 송수신 시간을 비교한 결과, 오차 범위를 초과한 경우에 터빈 블레이드의 플러터 범위를 비정상 범위로 판단하는,
    터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 시스템.
  16. 센서 모듈이 터빈 블레이드 외면에 배치되어 터빈 블레이드의 플러터에 관한신호의 파장 및 송수신 시간을 감지하는 단계;
    상기 감지된 파장 및 상기 감지된 송수신된 시간을 자기장 신호로 변환하여 상기 터빈 블레이드를 둘러싼 케이싱의 외부로 송신하는 단계; 및
    상기 자기장 신호는 어댑터에 의해 수신되어 시스템의 전원을 생성하고, 상기 자기장 신호를 분석하여 터빈 블레이드의 플러터를 판단하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 센서 모듈은,
    상기 터빈 블레이드의 외면 상에 배치되는 광섬유; 및
    적어도 한 개의 센서를 포함하고,
    상기 어댑터는,
    상기 자기장 신호를 수신하는 자기장 수신부;
    상기 자기장 신호를 분석하여 상기 터빈 블레이드의 플러터를 측정하는 제어부;
    상기 자기장 신호를 이용하여 전원을 생성하고, 상기 전원을 저장하는 전원부를 포함하고,
    상기 터빈 블레이드의 플러터를 판단하는 단계는:
    상기 전원부가 상기 자기장 신호를 이용하여 전원을 생성하는 단계; 및
    상기 전원부가 제1 용량 이상으로 충전되면, 상기 제어부는 수신되는 상기 자기장 신호를 분석하여 상기 터빈 블레이드의 플러터를 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 용량은 상기 전원부의 충전이 완료된 용량인 터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 터빈 블레이드의 플러터를 판단하는 단계에서,
    상기 제어부는 상기 전원부에 충전되는 전원의 용량이 제1 용량 이상이 될 때까지 수신하는 상기 자기장 신호를 전원을 생성하기 위해서 사용하는,
    터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 터빈 블레이드의 플러터를 판단하는 단계에서,
    상기 제1 용량 이상이었던 상기 전원부에 저장된 전원의 용량이 제2 용량 이하로 감소하면, 상기 제어부는 상기 전원부의 전원의 용량이 다시 상기 제1 용량 이상이 되도록 상기 자기장 신호를 상기 전원부에 공급하는 단계를 더 포함하는,
    터빈 블레이드의 플러터 측정을 위한 자기장 통신 방법.
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