KR20100083096A

KR20100083096A - 터빈 블레이드의 특성화 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20100083096A
Application number: KR1020097025028A
Authority: KR
Inventors: 니콜라 미타리톤나; 스테파노 치오콜리니
Original assignee: 누보 피그노네 에스피에이
Priority date: 2007-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2010-07-21
Also published as: KR101454456B1; PL2165167T3; WO2009034476A2; EP2165167A2; WO2009034476A3; CA2686702A1; CA2686702C; US20100116044A1; CN101849169B; CN101849169A; ES2566528T3; EP2165167B1; HK1142672A1; US8353204B2

Abstract

본 발명의 방법들과 시스템들은 터빈 블레이드를 특성화하기 위하여 제공되는 것으로, 한 스테이지의 하나 이상의 블레이들 또는 스테이지들의 동적 운동을, 고유 주파수, 정규화 응답 강도, 및/도는 스테이지 모드 형상 또는 결절 형태와 관련하여 특성화하는 것을 포함한다. 이와 같은 방법들과 시스템들은 블레이드를 갖춘 디스크들의 유체(예, 오일)에 의한 여자와, 그 유체 여자의 정량화 모델을 포함한다. 추가적으로 혹은 선택적으로, 이와 같은 방법들과 시스템들은 유체 여자를 겪는 블레이드를 갖춘 디스크로부터 얻은 스트레인 신호들에 대한 위상 분석에 기초하여서 블레이드를 갖춘 디스크(예, 터빈 스테이지)의 모드 형상 또는 결정 형태를 분석하는 것을 제공하고, 여기서 모드 형상 또는 결정 형태는 디스크 또는 측판을 통하여 결합된 블레이드들의 모드에 대응한다.

터빈, 블레이드, 진동, 모델링, 정량화, 분석, 모드 형상

Description

터빈 블레이드의 특성화 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR TURBINE BLADE CHARACTERIZATION}

본 발명은 2007년 4월 40일 출원된 미국 가출원 제60/914,998호의 우선권을 주장하는 것으로서, 그 전체의 내용을, 각 PCT 체약국 및 지역의 목적에 부합되게, 본 명세서에 참고로 포함시키는데, 상기 PCT 체약국 및 지역에서는 위와 같이 명세서에 내용을 참고로 포함시키는 것을 허용하기도 하고 아니면 허용하지 않기도 할 것이다.

본 발명은 터보기계에 관한 것으로, 더 상세하게는 유체(예, 오일) 여자(fluid excitation)에 의한 휠박스(wheel-box) 시험 및 상기 유체 여자의 모델링에 기초한 블레이드 응답을 특성화하고 비교하는 것과, 하나 이상의 터빈 스테이지의 동적 운동을 특성화하는 것과, 고유 주파수, 정상화 응답 강도, 및 스테이지의 모드 형상(modal shape)[결절 형태(nodal configuration)라고도 함]과 관련하여 스테이지의 특성화를 마련하는 것에 관한 것이다.

일반적으로, 터빈 블레이드를 특성화하는 데에는 표준형 휠박스 시험이 사용될 수 있지만, 이와 같은 공지의 시험은 터빈 블레이드 설계에 있어서의 요망 및 요구를 부분적으로만 해소시킨다. 일례로, 상기 시험의 출력은 시스템의 고유 주파 수를 측정하는 데 있어서만 제공되는데, 휠/블레이드의 모드 형상 및 강제 여자에 관한 정보가 부족하다. 결국, 표준형 휠박스 시험은 출력-출력 분석(예, 품질 인자의 결정)만을 가능하게 한다.

또한, 위와 같은 표준형 휠박스 시험에서, 여자는 통상적으로 가스 분무에 의해 재현되므로, 너무 낮은 절대 압력에서는 수행될 수 없다. 더욱이, 가스 분무에 의해 생성된 여자력은 진공 펌프 유량 용량에 의해 제한된다. 이와 같은 제한은 높은 분무 유량을 사용할 수 없게 하고, 결국은 블레이드에 대한 충격력을 높게 할 수 없다.

이상의 점들에 따르면, 현재의 발명자들은 가스 분무 여자(이 여자의 모델링은 아주 어렵다)를 모델링 또는 특성화(정량화)하는 어떠한 작업에 대해서도 인지하지 못하면서 복잡한 특성화를 제공하고 있다. 가스 분무 여자를 모델링 또는 특성화(예, 정량화) 하는 데 있어서의 어려움은 표준형 휠박스 시험에도 제한을 가하고 있는데, 예를 들면 이와 같은 무능은 하나 이상의 특정 모드를 (일례로, 고객이 요구하는 대로) 여자시키기 위한 여자 설계 및/또는 최적화를 방해한다.

휠박스 시험 중에 얻은 시험 데이터 신호의 후처리를 수행하고 모드 형상의 특성을 제공함에 있어 소프트웨어(예, LMS, B&K, AGILIS 등)를 활용할 수 있는데, 이와 같은 후처리 소프트웨어는 모드 형상을 특성화하는 특정된 방법론을 대표하는 것으로서 여러 가지 한계점들을 갖는다. 일례로, 위와 같은 후처리 소프트웨어는 여자 분석을 통한 루프의 종료를 가능케 하지 못한다.

달리 말하자면, 회전 블레이드의 측정, 분석 및/또는 특성화를 위한 기술 (예, 터빈 블레이드의 동적 특성화)은 일반적으로는 출력-출력 방식 기술로 제한되는데, 예를 들면 여자 모델링이나 입력-출력 방법론을 사용할 수 없다.

본 발명의 여러 가지 실시예는 유체 여자의 유체 여자 및 유체 여자의 정량화 모델링에 기초하여 터보기계를 시험, 특성화 및/또는 분석하는 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 여러 가지 실시예들은, 추가로 혹은 선택적으로, 유체 여자를 겪는 블레이드형 디스크로부터 얻은 스트레인 신호들에 대한 상 분석에 기초하여 블레이드형 디스크(예, 터빈 스테이지)의 모드 형상 또는 결절 형태, 즉 디스크 또는 측판을 통하여 결합된 블레이드들의 여러 모드에 대응하는 모드 형상 또는 결절 형태를 시험, 특성화 및/또는 분석하는 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명의 일부 실시예에 따르면, 터빈 블레이드의 특성화를 위해 제공하는 방법은, 회전자에 적어도 하나의 터빈 블레이드를 제공하고; 회전자를 회전시키고, 그에 의해 적어도 터빈 블레이드를 회전시키고; 상기 적어도 하나의 터빈 블레이드가 회전하는 중에 터빈 블레이드에 액체를 충돌시키고; 상기 액체 충돌에 의해 상기 적어도 하나의 터빈 블레이드에 충돌한 여자력의 정량화 모델을 제공하는 것을 포함한다. 상기 액체는 오일일 수 있고, 무화 비말(atomized spray)의 형태로 충돌될 수 있다. 상기 적어도 하나의 터빈 블레이드에 대한 액체의 충돌은, 상기 액체에 의해서 상기 적어도 하나의 터빈 블레이드에 충돌하는 여자력의 정량화 모델에 따라서 제어될 수 있다. 터빈 블레이드에 직접적으로나 혹은 간접적으로 결합된 센서들로부터 받은 신호들은 상기 정량화 모델에 따라서 처리될 수 있다. 이와 같은 처리에는 상기 적어도 하나의 터빈 블레이드들 다수의 것들 중에서 모드 형상(modal shape)/결절 형태(nodal configuration)를 결정하기 위하여 센서들로부터 나온 위상 정보를 분석하는 것을 포함한다.

본 발명의 일부 실시예에 따르면, 적어도 하나의 터빈 블레이드를 특성화하기 위하여 제공하는 방법은, 액체에 의해 상기 적어도 하나의 터빈 블레이드에 부여된 여자력을 모델링하고, 상기 적어도 하나의 터빈 블레이드 상으로의 액체 충돌을 상기 모델링된 여자력 모델에 따라서 제어하는 것을 포함한다. 상기 여자력 모델은 여자력을 시간의 함수로서 제공하고, 그리고/또는 여자력 주파수 성분들(excitation force frequency components) 또는 조화 성분(harmonic content)을 제공한다.

본 발명의 일부 실시예에 따르면, 적어도 하나의 터빈 블레이드를 특성화하기 위하여 제공하는 방법은, 액체에 의해 기계적으로 여자된 터빈 블레이드들에 직접 혹은 간접적으로 결합된 센서들로부터 받은 신호들을 처리하고, 상기 처리는 상기 액체에 의해서 상기 적어도 하나의 터빈 블레이드에 부여된 여자력의 정량화 모델에 따라서 수행된다. 상기 처리는 다수의 터빈 블레이드들 중에서 모드 형상(modal shape)/결절 형태(nodal configuration)를 결정하는 것을 포함할 수도 있다. 여자력 모델은 여자력을 시간의 함수로서 제공하고, 그리고/또는 여자력 주파수 성분들(excitation force frequency components) 또는 조화 성분(harmonic content)을 제공한다.

본 발명의 일부 실시예에 따르면, 적어도 하나의 터빈 블레이드를 특성화하기 위하여 제공하는 방법은, 다수의 터빈 블레이드들 중에서 모드 형상(modal shape)/결절 형태(nodal configuration)를 결정하기 위하여 터빈 블레이드들에 직접 혹은 간접적으로 결합된 센서들로부터 받은 위상 신호들을 처리하는 것을 포함한다. 상기 센서들로부터 받은 위상 신호들은 액체에 의해 기계적으로 여자된 터빈 블레이드에 상응하는 것들일 수 있다.

또한, 본 발명의 여러 가지 실시예들은, 적어도 하나의 모드 형상(modal shape)/결절 형태(nodal configuration)와 관련된 감쇠 계수(damping factor)를 마련하기 위하여, 모드 형상(modal shape)/결절 형태(nodal configuration) 분석에 의해 결정된 터빈 블레이드의 응답을 여자의 정량화와 관련시키는 것을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 여러 가지 실시예들은, 적어도 하나의 컴퓨터 독출 가능 매체, 및/또는 적어도 상기 컴퓨터 독출 가능 매체를 구비하는 시스템을 포함할 수 있고, 여기서 상기 적어도 하나의 컴퓨터 독출 가능 매체는, 적어도 하나의 컴퓨터에 의해 실행될 때에 상기한 방법들 및/또는 청구범위에 기재 및/또는 청구된 방법들 중 하나 이상의 방법에서 작동되는 프로그램을 저장한다.

당해 기술 분야의 숙련자들(이하, 당업자)에게 자명한 바와 같이, 이상에서의 간단한 설명과 이하에서 설명하는 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이고 설명하는 것일 뿐이지 본 발명에 의해 얻을 수 있는 여러 이점들을 구속하거나 제한하려는 것이 아니다. 또한, 알 수 있는 것은, 이상에 설명한 본 발명의 요약 설명은 본 발명의 일부 실시예들의 대표적인 것이지 본 발명의 범위에 속하는 보호받고자 하는 주제 및 실시예들 모두를 대표하는 것도 총괄하는 것도 아니다. 따라서, 본 명세서에서 참조되면서 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명에 대한 상세한 설명과 함께 본 발명의 실시예를 예시하는 것이고 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 하는 것이다.

도면 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호가 동일 또는 유사한 부재를 나타내고 있는 첨부된 도면과 관련하여 이하에서 설명하는 설명에 비추어서 본 발명을 파악하게 되면, 본 발명의 여러 실시예들의 실시 형태들, 특징들, 그리고 이점들을 구조 및 작동의 관점에서 이해할 수 있을 것이며 더욱 명백히 파악할 수 있을 것이다.

도 1은 휠 박스 시험 중에 액체(예, 오일)를 가지고 하나 이상의 블레이드형 휠을 여자시키는, 본 발명의 일부 실시예에 따른 예시적인 시험 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2A 내지 도 2C는 분무의 액적들이 회전하는 휠의 블레이드에 충돌함으로써 전달되는 힘을 얻기 위한 본 발명의 일부 실시예에 따른 예시적인 모델을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일부 실시예에 따른 블레이드의 평면적 전개를 각기 다른 시간 값에서 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명에 일부 실시예에 따른, 여자력 모델링에 의거한 충격의 예시적인 히스토그램을 도시하는 것이다.

도 5A 내지 도 5Cc는 본 발명의 일부 실시예에 따른 것으로, 도 4에 도시된 충격의 히스토그램에 의해 나타낸 예시적인 경우에 있어서의 {r, δ, z} 기준계(reference system)에서의 힘을 나타내는 것이다.

도 6은 본 발명의 일부 실시예에 따른 것으로, 도 5A 내지 도 5Cc의 예시적인 경우에서와 동일한 조건 하에서, 동일한 반경 방향 우치에서 원주 둘레에 균일하게 분포된 동일한 크기의 네 개의 노즐에 의해서, 360°회전한 하나의 블레이드에 전달된 접선 방향 힘을 나타낸 것이다.

도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따른 것으로, 도 6의 힘 분해를 각기 다른 XRev에서의 푸리에 성분으로 나타낸 것이다.

도 8은 본 발명의 일부 실시예에 따른 것으로서, 도 6 및 도 7의 예시적인 모델에서의 예시적인 조건에 대응하는, 회전 속도의 함수로서의 4XRev 힘 성분을 나타낸 것이다.

도 9는 본 발명의 일부 실시예에 따른 것으로, 음조 분석(tonal analysis)을 수행하기 위한 예시적인 단계들을 도시하는 흐름도이다.

도 10은 본 발명의 일부 실시예에 따라 수행된 실험적 시험에 있어서의 L0 블레이드(최종 단계) 캠프벨 다이어그램이다.

도 11A 및 도 11B는 본 발명의 일부 실시예에 따라 수행된 실험적 시험에 있어서의 5개의 각기 다른 교차부(crossing)에서의 6개의 각기 다른 블레이드에 대한 측정된 응답 및 정규화 측정 응답을 보이는 것이다.

도 12A 내지 도 12F는 본 발명의 일부 실시예에 따라 수행된 실험적 시험에 있어서 6개의 블레이드에 대한 응답의 크기를 마이크로스트레인(microstrain) 대 rpm 그래프로 도시한 것이다.

도 12G 내지 도 12L은 본 발명의 일부 실시예에 따라 수행된 실험적 시험에 있어서, 도 12A 내지 도 12F의 크기 데이터에 대응하는 것으로서, 6개의 블레이드에 대한 위상 데이터를 각도 대 rpm 그래프로 도시한 것이다.

도 13은 본 발명의 일부 실시예에 따라 수행된 실험적 시험에 있어서 여섯 번째 순서의 엔진을 따라서 도 12A 내지 도 12L의 데이터가 추출된 캠프벨 다이어그램이다.

도 14는 본 발명의 일부 실시예에 따라 수행된 실험적 시험에 있어서, 12G 내지 도 12L의 데이터에 대응하는 것으로서, 이론적 블레이드 위상 및 측정된 블레이드 위상에 대응하는 변위의 극좌표도이다.

도 15는 본 발명의 일부 실시예에 따라 수행된 실험적 시험에 있어서 제1 모드의 4XRev 교차부에 대응하는 변위의 극좌표도이다.

도 16A 내지 도 16L은 본 발명의 일부 실시예에 따라 수행된 실험적 시험에 있어서 5XRev 교차부에 대한 6개의 블레이드에 있어서의 위상 데이터(각도 대 rpm)에 대응하는 크기 데이터(마이크로스트레인 대 rpm)를 나타낸 것이다.

도 17A 내지 도 17C는 본 발명의 일부 실시예에 따라 수행된 실험적 시험에 있어서, 5XRev 교차부의 측정 데이터에 대한 3개의 피크치 각각에 대응하는 블레이드 변위를 5ND 구성을 위한 이론적 변위를 따라서 나타낸 극좌표도이다.

이하에서 계속되는 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 여러 실 시예들은 실험적 시험과 관련이 있으며, 편의를 위해 3개의 기본 영역, 즉 시험 장치 영역과, 여자 분석/모델링 영역과, 후처리(예, 위상/음조 분석) 영역의 3개의 기본 영역으로 구분될 수 있는 실시 태양 및 실시예들을 포함한다. 알게 되는 바와 같이, 본 발명에서 포괄하는 보호받고자 하는 사항은 이러한 기본 영역들 각각과 관련된 실시예들과, 이들 기본 영역들 중 둘 이상의 조합과 관련된 실시예들을 포함하지만, 그에 제한되지는 않는다. 더 구체적으로는, 당해 기술 분야의 숙련자들이라면 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 여러 실시예에 따른 방법들과 시스템들은, 그 시스템(예, 시험되는 터빈 블레이드)의 기계적 응답을 한정하고 특성화하기 위하여 상기 3개의 영역 모두의 실시예들 및/또는 실시 태양들을 통합시킨 것을 포함한다.

또한, 당해 기술 분야의 숙련자들이 본 발명의 개시 내용에 비추어 보면 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 방법들과 시스템들은 회전하는 버켓/블레이드에서의 진동 특성 변수들(각 모드 형상(modal shape)에 관련된 고유 주파수, 감쇠 계수 등)의 실험적 측정을 제공한다. 본 발명의 실시예에 다른 방법들과 시스템들은 스테이지를 고유 주파수, 정규화 응답 강도, 스테이지 모드 형상(결절 형태)의 항목으로 특성화할 수 있게 한다. 또한, 본 발명의 개시 내용에 비추어 보면 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 여러 실시예에 따른 시험들은 설계 개발 단계 중 비교적 앞선 단계에서 수행될 수 있는데, 그 이유는 전체의 흐름 경로 하드웨어가 필요하지 않기 때문이다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예에 따른 것으로, 휠 박스 시험 중에 하나 이상 의 블레이드를 갖는 휠(압축기/터빈 블레이드 휠)을 액체로 여자시키는 예시적인 시험 장치를 개략적으로 도시하고 있다, 더 구체적으로는, 도시된 실시예는 3개의 블레이드를 갖는 휠(102a, 102b, 102c)(예, 공통 측판에 기계적으로 결합된 다수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈 스테이지들)이 구동 드라이브(112)에 의해 구동되는 회전자 축(122)에 장착되어 있는 챔버(100)를 포함한다. 챔버(100)는 컴퓨터에 통신 가능하게 연결된 진공 펌프(100)에 의해서 소정의 압력까지 진공된다. 일례로, 시험은, 챔버/벙커(100) 내의 압력이 아주 낮은 절대 압력(예, 10mbar 수준)에서 진공 펌프(100)를 제어하여서 측정된 신호 대 잡음비를 증가시킴으로써 수행될 수 있다.

하나 이상의 블레이드를 갖는 휠(102a, 102b, 102c) 각각은 그 위에 장착된 하나 이상의 게이지들(게이지(120)로 개략적으로 도시됨)을 포함한다. 스트레인 게이지 신호들은 통신 인터페이스(104)에 통신 가능하게 결합되고(간략하게 하기 위해 그 링크는 도시하지 않음), 상기 통신 인터페이스는 축(122)의 단부를 향해 장착되어서 컴퓨터(106)에 통신 가능하게 결합된다. 통신 가능한 연결들이 선으로 도시되지만, 이와 같은 선은 통신 링크를 개략적으로 도시하는 것으로서, 통신 링크는 전도성 연결(예, 케이블, 버스 등) 및/또는 무선 연결(예, 텔레메트리(telemetry))에 의해 구현될 수 있으며, 그 구현되는 방식 및 기능적 요건에 따라서 단방향 또는 양방향 신호 통신을 제공할 수 있다.

시스템은, 하나 이상의 블레이드를 갖는 휠(102a, 102b, 102c)의 블레이드들에 유체를 보내기 위하여 하나 이상의 블레이드를 갖는 휠(102a, 102b, 102c)(예, 터빈 스테이지들) 주변에 배치된 다수의 제어 가능 노즐(103)을 포함한다. 이해를 쉽게 하기 위해, 단지 2개의 노즐(103)만이 각 스테이지/디스크에 향하게 해서 개략적으로 도시되었다. 본 발명의 여러 실시예에 따르면, 이하에서 제시하는 여자 모델에 비추어 볼 때에 더욱 더 이해할 수 있는 바와 같이, 노즐(103)은 무화 방식 노즐로서 구현된다. 노즐(103) 각각은, 블레이드들과 블레이드를 갖는 휠들에 대한 방향 및/또는 위치가 조정가능 하도록 구성 또는 장착되고, 그에 따라 노즐은, 블레이드 디스크에 대한 여러 원주 방향 및/또는 반경 방향 위치에서부터, 블레이드 표면에 대한 여러 각도에서, 블레이드 상으로 유체를 보낼 수 있다. 노즐(103) 각각은 유체 공급원(도시되지 않음)에 결합되고, 유체 방출 변수(예, 분무 질량 유동, 압력, 열 등)가 제어될 수 있도록 컴퓨터(106)에 의해(예, 유체 유동을 교축(throttle)하고 개폐(gate)하기 위한 제어 가능 밸브, 노즐 구경(aperture)/환(annulus)을 조정하기 위한 조정 핀 등) 개별적으로 제어 가능하다. 설명을 간결하게 하기 위해, 컴퓨터(106)에 의한 위치/방향 제어 및 유체 방출 변수 제어는, 노즐(103)에 결합된 매니폴드/피드스로우(manifold/feedthrough)(105)에 통신 가능하게 결합된 컴퓨터(106)에 의한 것으로 개략적으로 도시하였다.

앞에서 지적한 바와 같이, 컴퓨터(106)는 인터페이스(104)를 거쳐서 진공 펌프(110), 모터 드라이브(112), 노즐(103), 그리고 게이지(120)로부터 신호(스트레인 센서(102), 다른 변수들/조건들을 모니터링하고 그리고/또는 피드백 제어하기 위한 여러 센서로부터 나오는 신호)를 받고/제어하기 위하여 통신 가능하게 결합된다. 컴퓨터(107)는 저장 매체(107)에 얻어진 시험 데이터 세트를 저장한다. 컴퓨 터(106)는 또한 여러 시험 조작들, 즉 본 발명의 일부 실시예에 따르면 유체 여자의 모델에 따라서 결정된 바와 같은 소망하는 강제 여자를 제공하기 위하여 노즐(103)을 제어하는 것을 포함하는 여러 시험 조작들의 프로그램 제어를 제공하기 위한 소프트웨어를 실행하도록 조작 가능하다. 컴퓨터(106)는 또한 얻어진 시험 데이터의 분석 또는 다른 사후 획득 처리(post-acquisition processing)를 수행하는 것, 일례로 본 발명의 일부 실시예에 따라 음조 분석을 수행하는 것을 위해 조작 가능할 수도 있다. 그러나 상기와 같은 사후 처리와, 또 다른 모델링(예, 여자 모델링) 또는 사전 시험 분석 또는 데이터 생성(예, 소망하는 여자 신호의 생성)은 시험에서는 사용할 수 없는 하나 이상의 다른 컴퓨터에 의해서 오프라인으로 실행될 수 있다는 점을 알 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에 따르면, 휠은 특정 개수(예, 하나 이상)의 오일 분무 제트(예, 도 1의 시험 장치에서 노즐(103))의 충돌에 의해 여자된다. 회전 속도로 회전하는 블레이드가 오일과 접촉하게 되면, 블레이드는 분무의 각 오일 액적들을 그 회전 방향을 따라서 가속시킨다. 이와 같은 방식으로, 오일 액적에 가해진 운동량 변화는 특정의 운동량을 블레이드로 전달하고 그렇게 해서 블레이드를 여자시키는 효과를 갖는다. 앞에서 지적한 바와 같이, 오일 분무(예, 노즐을 통해 방출된 오일 분무)는 하나 이상의 각기 다른 원주 방향 위치(조정 가능할 수 있음)에 위치될 수 있고, 블레이드의 임의의 반경 방향 부분에 운동량을 전달하도록 위치될 수 있다.

이해하게 되는 바와 같이, 도 1에 도시된 바와 같은 시험 장치는 아주 높은 신호 대 잡음비를 가질 수 있게 한 것이다. 일례로, 이해하게 되는 바와 같이, 높은 신호 대 잡음비는 가스에 비해서 더 큰 힘을 제공하는 액체(예, 오일)를(예, 액체는 가스에 비해서 (일례로, 동일한 체적 유량에서) 더 큰 질량과 밀도와 관련되고, 또한 액체는 노즐로부터의 확산이 가스에 비해서 더욱 낮음) 사용함으로써 제공된다.

본 발명의 여러 실시예들은 액체(예, 오일)를 분무하는 경우에서의 여자를 특성화하는 것을 제공한다. 이해하고 있는 바와 같이, 본 발명의 여러 실시예들은, 여자를 시간의 함수로서의 힘에 관하여 그리고/또는 주파수 성분들(예, 여자의 조화 성분)에 관하여 나타내는 바와 같이, 액체(예, 오일) 여자 등을 특성화하는 방법을 포함한다. 이어지는 설명에서는 본 발명의 일부 실시예에 따른 여자력을 특성화하는 예시적인 모델에 대해 설명하게 되는데, 당해 기술 분야의 숙련자들이라면 이해할 수 있는 바와 같이, 여자 분석/여자 자체의 모델링과 관련한 실시예들과 여자력 특성화(시간 종속성 및/또는 주파수 성분들에 대한 특성화)를 구현하는 실시예들을 포함하는 본 발명의 여러 실시 태양 및 실시예들은 특정의 예시적인 모델로 국한되지 않는다.

도 2A 내지 도 2C는, 노즐(203)에 의해 방출된 분무(209)의 액적들이 분당 N 회전수(rpm)로 회전하는 휠(201)의 블레이드에 충돌함으로써 전달되는 힘을 얼기 위한, 본 발명의 일부 실시예에 따른 예시적인 모델을 개략적으로 도시하는 것이다.

이 모델에서, 블레이드(예, 블레이드(205))가 다음과 같은 법선 평면

식으로 모델링된다.

도 2A는 노즐(203)이 위치된 반경과 동일한 일정한 반경 r_n에서의 블레이드(예, 블레이드(205, 207), 도면에서 블레이드 1 및 블레이드 2로 각각 지칭되기도 함) 열(row)의 부분의 평면 전개로서 무엇을 참조하는지를 도시하는 것이다. 여기서 평면

는 블레이드를 묘사하는 선과 축방향(

)에서 블레이드의 가장자리에 대해 접하는 평면을 묘사하는 선이 교차하는 점이다. 블레이드는 회전하므로, 상기 점

는 접선 방향(

)에서 속도

로 다음 식과 같이 이동한다.

당업자들이 여러 가지 많은 실행예로서 적절하다고 이해하고 있는 단순화된 모델은 노즐로부터 분사된 액적들 모두를 분무로 생각하는 것이다. 액적들 각각은 다음과 같은 식으로 나타내지는 축방향 속도

로 노즐을 빠져나간다.

액적이 블레이드 가장자리의 평면에 도달했을 때, 그 속도는 다음 식과 같다.

이 지점에서부터 액적은 블레이드와 충돌이 가능한 영역으로 들어간다. 분무 충돌 모델에 대한 여기에 나타낸 예시적인 실시예에서는, H형(중공 원추) 노즐의 경우를 나타내고 있다. 분무 패턴의 평면 π_B와의 교차를 sez. AA 투시에서 도 2A에 개략적으로 도시하였고, π_B 평면에서의 것 (폭 s, 평균 반경 R_ext를 가지며 반경 R_ext까지의 연장된 환형 형상을 갖는 분무 패턴 교차를 나타내는 것)을 도 2C에 도시하였다. 충돌 분석은 액적이 이 평면에서부터 충돌 가능한 영역으로 이동하는 것을 고려한다. 하나의 액적이 평면 π_B로부터 주어진 축방향 거리

에 있는 경우, 그 평면에는 다음과 같이 표현되는 시간 내에 도달한다.

액적의 위치 D는 평면 π_B로부터의 그의 축방향 거리

과 함께 평면 π_B상의 반경 방향 및 곡선형 좌표(R 및

)와 동일할 수 있다. 각 액적은 블레이드 시스템에서 다음 식으로 확인할 수 있다.

아니면, 선택적으로는, 상기 식(5)이 주어진 상태에서, 다음과 같은 식으로 확인할 수 있다.

액적과 블레이드 간에 충돌이 발생하였을 때를 고려하면, 가능한 충돌이 발생할 수 있는 총 시간 T를 고려한다. 이러한 총 시간 T는 간단히 표현하자면, 블레이드가, 블레이드 피치와 평면 π_B상에서의 총 분무 흔적 크기의 합과 동일한 거리에 이르는데 필요한 시간으로서, 다음 식과 같다.

각 액적이 평면 π_B에 이르는데 필요한 시간 t'는 간격 [0, T]에서 무작위로 선택된다. 액적이 그의 초기 위치에서 평면 π_B까지 이동하는 동안, 블레이드를 나타내는 평면의 기준점

도 다음 식으로 나타내어지는 바와 같이 접선 방향으로 이동한다.

여기서

는

의 초기 위치로서, 다음 식과 같다.

순간 t'에서, 액적은 평면 π_B에 있고, 그 좌표는 다음과 같다.

이 지점에서, 액적이 평면 π_B를 떠난 순간으로부터 시간 t'를 재면, 액적의 위치는 다음과 같이 주어진다.

이 때 기준점

는 다음과 같다.

충돌 조건은

일 때 식(1)에 의해 최종적으로 다음과 같이 나타내진다.

식(14)에 식(12) 및 식(13)을 대입하면, 충돌 시간 t'에 대한 식은 다음과 같아진다.

식(15)을 역산하면, 액적이 가능한 충돌 영역 및 충돌 영역으로 들어간 순간 으로부터 소요된 시간을 다음과 같이 알아낼 수 있다.

각 액적이 블레이드에 충돌한 것으로 생각되는 총 시간은 다음과 같다.

충돌한 액적의 위치

은 식(16)을 식(12)에 대입함으로써 얻어진다.

명백한 바와 같이, 여기에서의 예시적인 모델에 있어서는, 충돌 전부가 가능 한 것이 아니며 관심도 그 충돌 전부에 있는 것이 아니다. 더 구체적으로는, 여기에서의 예시적인 실시예에 있어서, 관심을 두고 있는 충돌은 도 3, 즉 시간 0, t', t'+t"에서 블레이드(205)와 블레이드(207)의 평면 전개를 개략적으로 나타내고 있는 도 3에 나타낸 바와 같이, 시간 t'에서 제1 블레이드와 제2 블레이드 사이의 블레이드 채널에서 발생하는 것이다.

다른 채널에서의 상황은 동일하다. 이 조건은 다음 식이 참일 때에 진실임이 증명된다.

또한, 충돌 지점의 반경 방향 및 축방향 좌표는 충돌이 블레이드 상에서 물리적으로 발생하도록 다음과 같아야 한다.

여기서

는 블레이드의 축방향 길이이고, r _tip 은 팁 반경이다.

본 발명의 일부 실시예에 따른 여기에 나타낸 예시적인 모델에 따르면, 액적들은 모두가 동일한 직경을 갖는 것으로 가정한다. 그 직경은 사우턴 평균(Soutern-mean) 직경 d ₃₂ 와 동일하게 취해진다. 당업자들에게 알려져 있는 바와 같이, 강학상 각기 다른 상관 관계들을 활용할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 따른 여기서 제시하는 예시적인 모델의 목적에 부합되도록, 히로야스(Hiroyasu) 및 카도타(Kadota)에 의한 다음과 같은 상관 관계를 이용한다(참조: 일례로, 에이치. 히로야스(H. Hiroyasu) 및 티. 카도타(T. Kadota)의 "디젤 연소실 내의 연료 액적 크기 분포"라는 제하의 논문, SAE 논문 740715(1974)).

여기서, d ₃₂ 는 ㎛이고, A는 노즐에 따라 달라지는 기하학적 상수(모델링 결과를 예시를 위해 일례로서 나타낸 28 갤(Gal) 노즐에 있어서 18,82와 같음)이고,

는 노즐을 가로지르는 평균 유효 압력차(MPa)이고,

는 대기 중의 공기 밀도(Kg/㎥)이고, Q(㎣/s)는 체적 유량이다. 당업자들이 이해할 수 있는 바와 같이, 제안된 상관 관계는 디젤 분사기용으로 개발되었지만, 본 발명의 여러 실시예에 따른 여러 가지 많은 모델링 수행을 위해서는 더욱 더 충분하다.

각 액적의 질량은 다음과 같다.

질량 유량

(노즐의 특성화로부터 잘 알려져 있음)은 시간 T 및 그 시간에서 분출된 액적의 총 수 M과 관련되어서 다음과 같은 관계식으로 나타내진다.

위 식으로부터 다음 식이 계산된다.

액적은, 추가하여 설명되는 바와 같이 원주 방향 및 축 방향에서의 고유 분 포와 반경 방향에서의 주어진 분포를 갖는 것으로 가정되었다. m _R 이 반경 방향에서의 입자의 수이고,

가 원주 방향에서의 입자의 수이고,

가 축 방향에서의 입자의 수라 할 때, 다음과 같다.

여기서,

과 s는 각각 평면 π_B 상의 분무 패턴의 평균 반경과 폭이다. 결국, 고려되는 액적의 총 수는 다음과 같다.

상기 식(26)을 역산하면, 일단 m _R 이 알려지면(가장 근접한 정수에 명확하게 상당하는 값),

및

는 식(24) 및 식(25)에 의해서도 알 수 있다.

요약하면, 액적들은 노즐에서 확산되는 속도

로 이동한다. 한편, 블레이드는

로 접선 방향으로 이동한다. 따라서, 충돌 시의 블레이드와 액적 간의 상대 속도는 다음과 같다.

데스자딘(DesJardin) 등은 에너지 보존 법칙에 기초하여서 표면에 충돌하는 액적의 충돌 모델을 공식화했다(참조: 예, "엔진 나셀에서의 동인 전달을 위한 액 적 충돌 모델(A Droplet Impact Model for Agent Transport in Engine Nacelles)", 제12차 하론 옵션즈 기술 연구 회의(HOTWC: Halon Options Technical Working Conference), NIST SP 984, 페이지 1~12 (2002)). 그들의 연구 결과 중 하나는 충돌 후의 액적의 거동을 분석하는 데 있어서의 기준이다. 액적은 충돌 이후에는 표면에서 반동하거나 표면에 고착된다. 특히, 데스자딘 등의 논문의 추가적인 세부 내용을 참조하면, 기본적으로 설명하고 있는 기준으로는, 충돌 상태에서의 표면 에너지(액적이 대략 팬케이크 형태로 표면에서 확산된 것을 가정한 경우)가 충돌 중에 소산되는 에너지 보다 작은 경우, 액적이 표면에 고착된다고 하는 것이다.

앞에서 제시한 모델에서 예견된 액적 특성과, 통상의 휠 박스 시험에서 통상적으로 직면하는 블레이드 속도와 관련한 데스자딘의 분석을 고려할 때, 일반적으로 반동은 발생하지 않는다. 따라서, 이러한 조건 하에서는 충돌은 완전 비탄성 충돌과 동일하게 해석될 수 있기 때문에 충돌 시에 발달하는 힘을 계산하는 것은 (일례로, 불완전 비탄성 충돌을 포함하는 조건 하에서 보다) 더 용이해진다.

충돌을 고려한 M 개의 액적들 각각은 정해진 시간(식 (17)) 후에 블레이드에 충돌한다. 이 시간들은 특정 시간 간격 [t, t+dt]에서 발생하는 충돌의 수 N을 갖도록 히스토그램에 수집된다. 예시를 위해서, 일례로, 8000 RPM으로 회전하는 L0 스테이지 상에 r _n = 878.5 [mm] 및 d = 10 [mm]에 장착된 압력 수두가 10bar인 28 갤(Gal) 노즐을 상정했을 때의 충돌 히스토그램을 도 4에 나타내었다.

운동량 보존 법칙에 의하면, 블레이드에 전달되는 힘은 다음과 같이 단순화 시킬 수 있다.

여기서, 지수

는 시간 간격 [t, t+dt]에서 충돌하는 단일 입자를 개별화한 것이다. 도 5A 내지 도 5C는 도 4에 도시된 충돌 히스토그램에 의해 나타내어진 예시적인 경우에 있어서의 {r, δ, z} 기준계의 힘 성분들을 나타내고 있다.

하나의 노즐에 의해서 블레이드로 분출된 액적들의 충돌에 의해 전달된 힘이 시간의 함수로서 알려지게 되면, 휠 주변의 노즐 분포를 위한 힘 다이어그램을 연구할 수 있다. 일례로, 도 6은 도 5A 내지 도 5C의 예시적인 경우와 동일한 조건 하에서 동일한 반경 방향 위치에서 원주 둘레에 균일하게 분포된 동일한 크기의 4개의 노즐에 의해서, 360° 회전한 하나의 블레이드에 전달된 접선력을 나타내고 있고, 도 7은 도 6의 힘 분해를 각기 다른 XRev에서의 푸리에 성분의 항목으로 나타내고 있다. 이러한 예시적인 경우에서, 도 8은 힘의 4XRev 성분을 회전 속도의 함수로서 나타내는 것으로서, 명백히 보여주고 있는 바와 같이, 상기 4XRev 성분은 회전 속도에 따라 선형적으로 증가하고, 그 관계는 힘의 다른 XRev에 의해서도 보여지고 있다(도시되지 않음).

본 발명의 일부 실시예에 따르면, 위와 같은 여자 모델링은, 일례로 소정의 여자를 발생시키기 위해 노즐 변수들을 제어하는 것과 같은, 여러 가지 방법으로 사용될 수 있다. 여자를 설계하는 것과 관련한 예시적인 자유도는, 다음의 것들, 즉 소정의 스테이지에 향한 오일 분무 노즐의 수와, 오일 분무 노즐의 공칭 크기 및 분무 형태와, 노즐에 작용하는 압력 강하와, 노즐의 원주 방향 위치와, 각 노즐의 축방향 거리와, 각 노즐의 반경 방향 위치를 포함한다(그러나 이들에 국한되는 것은 아님). 결과적인 여자를 정량화하기 위해서 전용 코드가 상기 변수들을 다룰 수 있다. 여자를 설계상의 요구 조건들(예, 주문자의 요구 요건들)의 함수로서 설계하는 데 있어 최적화 루틴을 사용할 수 있다. 일례로, 설계상의 요구 조건들, 여망 사항들, 또는 요청 사항들(일례로, 주문자의 요구에 의거한 것들)은, 실제 작동 조건들을 일관되게 모의 실험하기 위하여 공지의 여자를 가지고 특정 블레이드/휠 모드 형상을 여자시킬 수도 있는 가능성을 포함한다. 그와 같은 요구 조건들, 요망 사항들, 또는 요청 사항들은 본 발명의 여러 실시예에 따른 여자 모델링에 근거하여 제공될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에 따르면, 노즐들에 의하여 분출된 유체에 의해 부여된 여자력은 여자 강도가 소망하는 회전 속도의 함수가 되도록 위와 같은 여자 모델링에 기초하여서 제어될 수 있다. 일례로, 특정 시험에서 여자력을 제어하되, 여자력이 각기 다른 회전 속도에서, 일례로 각기 다른 모드가 여자되는 회전 속도에서 거의 동일하도록(예, 회전 주파수의 함수로서의 일정한 여자력), 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 이하에서 더 깊이 논의하는 바와 같이, 상기 여자 모델링은 시스템을 더 정확하고 그리고/또는 더 완전하게 특성화하기 위하여 시스템의 동적 운동의 입-출력 분석을 (일례로, 시스템의 감쇠 계수 및/또는 다른 기계적 물성들을 결정하기 위해) 제공한다. 일례로, 위와 같은 여자 모델링에 의하면, 각기 다르게 측정된 시스템 응답들(예, 각기 다른 주파수들)이 그들 각각의 여자력에 대해서 분석할 수 있게(일례로, 그들 각각의 여자에 대한 응답의 정규화할 수 있게) 된다.

본 발명의 여러 실시예에 따른 방법 및 시스템은 또한 시험 중에 스트레인 게이지로부터 얻은 신호에 대한 소위 음조 분석(tonal analysis)을 실행할 수도 있게 한다. 더 구체적으로 설명하면, 본 발명의 일부 실시예에서는, 시험 중의 블레이드/휠의 각기 다른 모드 형상의 반향(resounding)을 연구하기 위한 음조 분석을 수행하기 위해 스트레인 게이지 신호를 분석하도록 하는 후처리 코드도 조작가능하다. 즉, 음조 분석은 블레이드들 간의 모드 형상/결절 형태를 결정하기 위하여 제공되고, 본 발명의 여러 실시예에 따르면 결합된 모드를 확인하기 위하여 스트레인 게이지 응답의 위상 정보를 이용하는 것을 포함할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 음조 분석을 수행하는 예시적인 단계를 나타내는 흐름도이다. 여러 RPM의 범위에 걸쳐서 2개 이상의 블레이드(바람직하기로는, 관심을 두는 모드의 직경들을 확인하기 위하여 충분한 데이터를 제공할 수 있도록 하기 위해서는 다수의 블레이드가 바람직함)에 대한 스트레인 게이지 측정치들을 얻기 위하여 하나 이상의 터빈 블레이드 스테이지들을 시험한 후에(단계 902), 그에 대응하는 데이터 세트를 각 엔진 순서(즉, XRev)에 대해서 응답(예, FFT 계산에 기초함)의 진폭(크기) 및 위상 항목을 저장할 수 있다.

단계 904에서는, 주어진 엔진 순서에 있어서 데이터가 얻어진 한 세트의 블레이드들(일례로, 2개 이상의 블레이드, 바람직하기로는 관심을 둔 결절의 직경을 평가함에 있어서 충분한 수의 블레이드) 각각에 대해서, 가능한 공진 영역에 대응 하는 여러 RPM의 협대역에 걸친 스트레인 게이지 응답(예, FFT 크기)을 분석하여서 블레이드들이 결합된 공진 모드에 있는지 여부를 확인한다. 일례로, 이러한 분석은, (i) 예를 들어 각 블레이드의 진폭 신호가 특성 공진 피크를 갖는지 여부에 근거하여서 기초하여서(예, 피크의 반치 전폭(full-width at half maximum)에 대한 비와 같은, 진폭 문턱치 및/또는 진폭 신호 형상에 기초하여) 결정할 수 있는 바와 같이, 관심을 둔 RPM 범위에서의 주어진 XRev에 있어서 블레이드 각각이 공진하는지를 확인하는 것과, (ii) 공진들이 (예, 피크 진폭들의 각 주파수들이 동일한 주파수에 있거나 혹은 그 근처에 있다는 것에 기초하여서) 결합된 것으로 간주하는 것을 포함한다. 블레이드들이 결합된 공진 상태에 있지 않은 것으로 결정되면(단계 906), 추가 데이터를 (일례로, 사용자의 입력에 기초하여서 그리고/또는 가능한 분석을 위한 추가 데이터를 얻을 수 있는지 여부에 기초하여서) 분석한다(단계 912).

선택적으로, 단계 906에서는, 블레이드들이 결합된 공진 상태에 있을 것 같다고 결정되면, 블레이드들 각각에 대한 대응하는 위상 데이터를 분석하여(단계 908), 블레이들 각각에 대한 위상 값들을 확인하거나 아니면 추출한다. 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 이와 같은 분석은 공진 영역에서 위상 데이터들 간의 간섭성(coherency)이 있는지 여부를 결정하는 것을 포함한다. 이와 같은 간섭성 평가는, 예를 들면, 블레이드들 중 한 블레이드의 위상 데이터를 기준 위상 데이터로 선정하고, 그 기준 위상 데이터를, 공진의 공진 신호에 이웃하는(예, FFT 진폭 공진의 폭에 의해 정해질 수 있는 것과 같은 윈도우의 범위 내에서 혹은 그 윈도우가 없이) 여러 RPM의 값들의 범위에 걸쳐서 다른 블레이드들 각각에 대한 위상 데이터 로부터 감함으로써, 수행될 수 있다. 위상들 간의 간섭성은, 일례로, 공진 윈도우 내의 (일례로, 공진 윈도우 밖에서 나타날 수 있는 소음, 신속한 변화, 또는 무작위 위상 변화에 대하여) 잘 한정된 위상 신호를 설명해주는 위상차 신호들 각각에 의해서 추론될 수 있다. 블레이드들 각각에 대해서, 공진을 위한 위상 값은, 공진 주파수(예, 피크 진폭에 따라 결정될 수 있음)에서의 대응하는 FFT 위상 값으로서(또는 기준 블레이드 위상이 0인 경우, 차분 신호로부터 나온 위상 값으로서) 결정될 수 있다.

이어서 블레이드들로부터 추출된 위상 값들을 분석하여 공진과 결부된 결절의 직경을 확인한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 결합된 결절에 있어서의 결절 직경은 주어진 결절 직경을 위한 이론적 위상 분포를 갖는 위상 데이터의 상관 관계에 따라서 결정될 수 있는데, 상기 이론적 위상 분포는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

여기서,

는 이론적 위상이고, ND는 결절 직경 수이고, N_b는 블레이드의 총 수이고, n은 n번째 블레이드를 나타내는 1에서 N_b까지의 정수이다. 이해할 수 있는 바와 같이, 제1 블레이드(즉, n=1)는 위상이 0인 것으로 상정되며, 다른 블레이드들에 대한 상대 위상 및 상대 블레이드 수의 기준이 되는 기준 블레이드에 상응하는 것이다. 이와 같은 분석은 다양한 방식으로 수행될 수 있는데, 예를 들면, 다수 의 결절 직경들 각각에 대한 이론적 위상을 계산하기 위하여 측정된 위상들을 비교하는 것에 의한 방식, ND를 추출하기 위하여 가장 잘 맞는 계산법(예, 최소 자승법)을 수행하는 것에 의한 방식 등으로 수행될 수 있다. 당업자들이라면 이해할 수 있는 바와 같이, 그리고 위에서 지적한 바와 같이, 주어진 결절 직경 수를 확인하는 데에는 최소로 충분한 수의 블레이드들에 대응하는 데이터가 필요하다. 그렇지 않으면, "단지 필요한" 조건만을 확인할 수 있을 뿐이다.

주어진 데이터 세트에 대한 결절 직경 분석을 수행한 후에, 시험 중에 여자된 추가 모드 형태들을 확인하기 위하여 상술한 바와 같은 음조 분석에 따라서 추가 데이터(예, 다른 XRev들에 대응하는 것)를 분석할 수 있다(단계 912).

이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 선택적인 실시예에 따르면, 위상 데이터를 분석하기에 앞서 블레이드들 각각의 진폭 신호들을 분석(예, 단계 904에 따라 분석)함으로써, 블레이드들 각각이 공진을 나타내는지를 확인할 필요가 없어진다. 일례로, 하나 이상의 블레이드에 대한 진폭 신호에 대한 기준이 있거나 없어도, 각기 다른 블레이드들에 대한 대응하는 XRev들의 위상 데이터를 분석하여서 간섭성 영역을 확인할 수 있는데, 상기 간섭성 영역으로부터는 각각의 위상 값들은 추출할 수 있으며 결절 직경 정합을 산출할 수 있다. 더욱이, 일부 실시예에서는, 블레이드 위상들의 결절 직경과의 상관 관계를 확인하기 위해 사용될 수 있는 위상 값들을 추출하기 위하여 위상 데이터를 처리하기 전에 위상 데이터 자체의 간섭성을 평가하는 것이 선택적으로나 추가적으로 필요치 않게 되는데, 그 이유는 각기 다른 블레이드들의 추출된 위상 값들이 결절 직경과의 의미 있거나 혹은 유의적인 상관 관계를 발생시키는지 여부 자체는 블레이드들이 결합 모드에 대응하는지 여부를 나타나기 때문이다. 또한, 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 공진을 위한 진폭 신호들 각각을 평가하는 것(예, 단계 904) 및/또는 상기 진폭 신호들로부터 위상 값을 추출하기 전에 공진 윈도우 내에서 위상 테이터의 간섭성을 평가하는 것은, 결합 모드의 존재를 추가로 확인할 수 있게 한다.

이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 제시되는 여자 모델에 따르면, 이 여자 모델은 각기 다른 공진 주파수에서 측정된 여러 응답에 대응하는 성분들의 관점에서 인가된 여자를 분해하거나 아니면 그를 나타내기 위하여 제공되기 때문에, 측정된 시스템의 동적 운동은 측정된 데이터에 적용된 입력-출력 기술에 따라서 특성화될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 표준 출력-출력 변수들이 아닌 변수들을 시험 데이터로부터 추출할 수 있다. 일례로, 블레이드 진동의 수준과 힘을 가하는 기능 간의 상관 관계를 결정할 수 있다. 즉, 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 시스템의 응답(예, 진폭에 있어서뿐만 아니라, 위상에 있어서도)을 여자, 감쇠 계수, 힘-응답 상관 관계 등의 정량화와 연관시킴으로써, 각 모드 형태와 관련된 것들을 결정할 수 있다. 일례로, 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 여기에서 설명한 바와 같은 모델에 따라서 계산된 여자력을 입력으로서 사용하며 또한 휠 박스 시험 중에 측정된(예, 가장 잘 맞게 산정) 출력 특성을 제공하기 위하여 조정된(예, 최적화된) 파라미터로서 감쇠 계수를 결정하는, 모델을 수행하는 데 있어서, 시중에서 입수 가능한 모델링 프로그램(예, ANSYS)을 사용할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 입력-출력 분석에 의해 제공된 위와 같은 정보(예, 감 쇠 계수, 힘-응답 상관 관계 등)는 공기역학적 힘이 모의 실험된 휠 박스 응답을 스케일링함으로써 실제 조작 시의 응답을 예측할 수 있게 된다.

또한, 대부분의 출력-출력 알고리즘은 모델 변수들을 추출하기 위한 특정된 일련의 가설 또는 가정을 만든다. 여러 가지 것들 중에서 중요한 가설/가정은 시스템의 선형성이다. 더 상세하게는, 이들 방법들은 통상적으로는 시스템 특성 변수들이 여자의 수준과 무관하다고 가정한다. 그러나 실제 기계에서 보면, 비선형성 근원들이 무수히 많고, 그래서 이러한 출력-출력 기술을 적용하기 위해서는 이와 같은 선형성 가설의 신뢰성이 적어도 입증되어야 하고 그리고/또는 비선형성의 정도가 평가되어야 한다. 이러한 것들은, 당업자들이 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예에 따르면 평가될 수 있게 된다.

이하에서 설명하는 예는 본 발명의 일부 실시예들과 그의 특징들 및 이점들을 예시하기 위하여 제공되는 것으로서, 본 발명을 그에 국한시키려는 것은 아니다.

이하에서 설명하는 결과로부터 이해할 수 있게 되는 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 터빈 스테이지를 모드 분석, 고유주파수, 휠 모드 형태(직경 방향의 결절 형태), 그리고 블레이드 모드 형태(굽힘, 축방향, 비틀림)의 항목에서 깊이 특성화하기 위해 제공되며, 또한 각기 다른 형상과 관련된 감쇠 계수를 측정하기 위해서도 제공된다.

더 구체적으로 설명하면, 이하에서는 휠 박스 시험으로부터 얻어진 결과들의 일부를 예시적으로 제시하는데, 여기서 실험 장치는 도1 에 개략적으로 도시된 것 과 유사한 시험 장치의 진공 과속 벙커(vacuum over-speed bunker)에 설치된 HS8 저압 스테이지용의 실물 크기 휠을 포함한다. 이 실험 장치는 N 개의 오일 공급 노즐을 구비한 블레이드들을 여자시키기 위해서(f 여자 = N x Rev 및 그 배수), 입구 압력과 노즐 직경을 조정함으로써 노즐 분무들 각각의 질량 유동을 조절하기 위해서, 그리고 작동 범위에서 모든 모드들을 캡쳐할 수 있도록 0 내지 125%의 범위에서 변화하는 링 속도를 가변시키기 위해서 제공되었다. 또한, 여자력은 이상에서 설명한 바와 같은 모델링에 따라서 분석적으로 모델링된다.

분석에 놓이는 4개의 저압 스테이지들에는 50개의 고 대역폭 스트레인 게이지들이 설치되었다. 관심을 둔 모든 모드들을 적절한 감도로 검출하기 위하여 유한 요소(FE) 모델을 사용하여 스트레인 게이지의 위치를 선택하였고, 모든 센서들은 궁극적으로는 축 단부에 배치된 텔레메트리 전달 박스(telemetry transmission box)를 따르도록 하였는데, 상기 텔레메트리 전달 박스는 스트레인 게이지 신호들은 데이터 획득 시스템으로 보내는 것이다. 이 시험에 사용된 상기 텔레메트리 시스템은 데이터텔(Datatel)에서 제공하는 주파수 변조 방식의 것인데, 이에 의하면 전체 주파수 범위에 걸쳐서 0.2 μ스트레인 이하 수준의 소음을 유지하면서 전체 측정 계통(measurement chain)을 수행할 수 있게 된다. 이에 의하면, 모든 진동 모드를 이해할 수 있게 하는 고품질 측정이 공진으로부터도 달성할 수 있게 된다.

데이터 획득 시스템은 느린 가변 (정적) 변수들(예, 제트 시스템 오일 압력, 온도 등)과 동적 변수들(스트레인 게이지 신호) 모두를 수집한다. 정적 시스템은 주로, GPIB를 거쳐서 PB에 연결된 데이터로거 아질렌드 34970(Datalogger Agilent 34970)이고, 획득된 데이터는 통상의 소프트웨어 루틴에 의해서 동적 시스템과 공유한다. 시스템은 20Khz의 밴드폭을 갖는 AIT 테이프에 데이터를 백업시킬 수 있으며, 상기 주파수 범위에서 각 채널에 대해서 매 200ms 마다 신속한 푸리에 변환(FFT)을 실시간으로 얻을 수 있다. FFT에 있어서는 다음과 같은 설정, 즉 데이터 블록 크기=2048pt, 샘플링 레이트=12.8Ksa/s가 사용되는데, 이는 6Hz의 해상도의 5KHz 밴드폭을 의미하는 것이다. 더 높은 해상도가 필요한 경우, AIT 테이프로부터 설정을 각기 달리하여서 데이터를 다시 샘플링하는 것은 언제든지 가능하다. 모든 채널들이 실시간과 재생시의 두 경우 모두에서 동기화되었는데, 채널들 간의 위상 지연은 1도 미만이었다. 이어서 FFT 데이터는 캠프벨 다이어그램에 소프트웨어를 거쳐서 저장되고 처리되었다.

휠 박스 시험의 주 출력은 블레이드 열의 캠브벨 다이어그램이다. 도 10은 L0 블레이드(마지막 스테이지) 캠프벨을 도시하고 있다. 블레이드 모드 주파수들은 공진 피크가 발생할 때에 검출된다. 엔진 순서("XRev")와 교차하는 곳에서, 즉 오일 제트 통과 주파수로 인한 여자( 및 조화)가 블레이드 결합 모드 주파수와 정합하는 곳에서, 공진이 발생한다. 이러한 수준의 분석은 일반적으로는 블레이드의 캠프벨을 결정할 수 있게 하지만, 블레이드 열의 감쇠를 평가하기 위해서는 데이터의 추가로 정교하게 하는 작업이 필요하다.

휠 박스 시험에서 여자(오일 분무)의 강도는 회전 속도(주어진 오일 질량 유동)의 함수로서 증가하므로, 더 높은 속도에서의 공진 응답은 더 큰 값을 나타낼 것으로 예상된다. 그러나 속도의 증가는 또한 커버들 간의(그리고 도브테일 부분에 서의) 접촉력의 증가를 야기하고, 그에 따라 응답 증가의 추가 유발을 나타내는 마찰 감쇠의 감소가 야기된다. 따라서, 어느 부분에서 증가된 응답이 여자의 단순 증가가 아니라 실제로는 낮은 감쇠에 기인한 것인지 여부를 정확하게 평가하기 위해서, 또한 각기 다른 속도와 조건들에서의 블레이드의 응답을 비교하기 위해서는, 여자력 및 그의 주파수 성분에 대한 통찰력을 다소나마 얻는 것이 중요하다.

과거에는, 오일 제트는 "자승 충격량(square impulse)" 함수로서 단순히 모델링되었다. 그러나 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 이와 같은 실험 중에 더 많은 물리적 근거에 기초하여 여자의 형상을 기술하려는 시도가 2개의 모델, 즉 하나는 오일러 접근법(Eulerian approach)에 기초한 모델이고 다른 하나는 라그랑제 접근법(Lagrangian approach)에 기초한 모델인 2개의 모델(예, 앞에서 설명한 바 있는 것)을 실행함으로써 행해졌다. 이들 모델들은 주어진 시험 조건(예, 질량 유동, 회전 속도, 노즐 형태, 스테이지 기하 형상)에서 여자의 주파수 성분을 결정하는데 사용되었다.

도 11A에 보고된 다이어그램은 5개의 각기 다른 교차부(예, 각기 다른 속도)에서의 6개의 각기 다른 블레이드들의 측정된 응답을 나타내고 있다. 여러 효과들이 잘못 튜닝됨으로 인해, 특정의 블레이드-블레이드 응답 가변성이 존재하기는 하지만, 응답 진폭의 증가가 아주 현저하며, 5XRev에서의 평균 응답과 9XRev에서의 평균 응답 간의 비는 대략 4이다. 이와 같은 나타내지는 실험 데이터를 사용해서는, 어느 부분의 응답 증가가 여자 진동에 기인한 것인지를 판별할 수 없고, 어느 부분이 고속에서 예상되는 감쇠의 감소에 기인한 것인지를 판별할 수 없다. 동일한 세트의 데이터가 여자 모델링에 따라 결정된 여자 조화 성분을 통해 정규화되면, 감쇠 감소의 효과는 분리된다. 도 11B에 도시된 정규화 데이터는 더 매끄러운 경향을 보이고 있는데, 이 경우에서 보면, 5XRev에서의 정규화 평균 응답과 9XRev에서의 정규화 평균 응답 간의 비는 비정규화 데이터(즉, 도 11A에 도시된 것)에 있어서 4.0인 것이 비해 대략 1.8을 나타내고 있다. 이와 같은 방법론은 또한 정규화 여자 하에서의 각기 다른 블레이드의 응답들을 비교하는 데에도 적용되었다. 특히, 새로운 스팀 터빈의 마지막 스테이지 블레이드의 응답을 기존의 검증된 것의 응답과도 비교가 된다.

측판식 터빈 블레이드와 유사하게, 결합형 순환식 대칭 시스템(coupled cyclic symmetry system)은 단일 진동 구조체와 같은 거동을 보이는 경향이 있고, 그에 따라 "결합 모드(coupled mode)"로 알고 있을 수 있는 순환식 대칭 모드 해결책을 보이는데, 이에 대해서는, 예를 들면 싱(Singh)의 "SAFE 다이어그램", 기술 보고서 ST 16, 드레서-란드 컴파니(Dresser-Rand Company)(1984); 그리고 싱(Singh) 등이 저술한 "SAFE 다이어그램-터빈 블레이드 제작을 위한 설계 신뢰성 도구(SAFE Diagram-A Design Reliability Tool for Turbine Blading)", 제17차 터보기계 심포지움 회보, 텍사스 에이앤드엠 유니버시티(Texas A&M University)(1988), 페이지 93 ~ 101(또한, 싱(Singh) 등의 드레서-란드 기술 논문집 TP024, TP025도 참조 가능)에 잘 설명되어 있다.

이와 같은 순환식 대칭 모드 해결책은 일반적으로 결절 직경 해결책이라고 칭해지고 있는데, 그 이유는 모드 변위가 대략 0인 위치에 대칭되게 위치된 N 개의 직경(ND)의 존재에 의해 특성화되기 때문이다.

실험적 시험(휠 박스, 또는 시험 차량과 같은 시험)에 있어서, ND 해결책의 확인은 적어도 다음과 같은 이융[서는 더 복잡한 일이다. 첫째, 터빈 블레이드 시험 중에 검사된 전통적인 출력은 진폭과 주파수와 관련한 스트레인 게이지 신호의 스텍트럼이다. 따라서, 측정된 응답 피크들이 단일 블레이드에 관련이 있는지 아니면 결합된 모드 형상에 관련이 있는지 여부를 바로 평가하지 못한다. 둘째, 여자의 공간적 형상은 ND 해결책의 모드 형상과 일치하여야만 에너지를 상기 모드 형상으로 전달할 수 있으며 검출 가능한 응답을 형성할 수 있다. 따라서 단지 일부 ND 모드들만이 시험 중에 관찰될 것으로 예상된다. 셋째, 블레이드 및 축 시스템은 제조 공정에 의해 발생한 작은 기하 형상의 차이로 인해 잘못 조정된 거동을 갖는다. 이와 같은 잘못 조정된 거동은 일반적으로는 이중 피크가 존재하게 하며, 이로 인해 데이터 분석이 더욱 복잡해진다.

검사를 수행함에 있어서, 스트레인 게이지 응답의 위상은 검출된 진동 진폭 피크가 결합 모두와 관련될 수 있는지 여부를 검증하는 데 사용되었고, 긍정적인 답이 있는 경우에 그 위상은 검출된 모드의 결절 직경들의 수를 결정하는 데 사용되었다. 이 방법론의 배경에 있는 기본적인 가정은, 결합 모드에서 모든 블레이드들이 동일 위상에서 진동을 한다는 것이다. L0 열(마지막 스테이지)에 대한 시험에 있어서, 총 40개의 블레이드들 중에서 단지 6개의 블레이드(즉, 순서대로, 블레이드 1, 블레이드 7, 블레이드 14, 블레이드 21, 블레이드 28, 그리고 블레이드 35)만이 장치되었고, 그에 따라 이 방법론은 6개까지의 결절 직경에 대한 해결책에 있 어서만큼은 ND의 수에 대해 충분한 검증을 제공할 것으로 예상된다.

시험 중에 사용된 획득 시스템은 매 엔진 순서마다("XRev")의 응답의 진폭과 위상을 추적할 수 있다. 이 경우, 스트레인 게이지들 중 한 스트레인 게이지를 기준으로 설정함으로써, 전체 rpm 범위에 걸쳐서 다른 것들에 대한 상대 위상의 전개(evolution)를 읽어 들일 수 있다.

도 12A 내지 도 12F는 공진의 크기(즉, FFT의 형태)를 나타내고 있고(마이크로스트레인 대 rpm의 그래프로 나타냄), 도 12G 내지 도 12L은 블레이드의 순서에 따라 6개의 스트레인 게이지에 대한 응답들에 각각 대응하는(즉, 블레이드 1을 기준으로 삼아서, 여러 FFT로부터 대응하는) 위상을 나타내고 있다(각도 대 rpm의 그래프로 나타냄)(예, 도 1A 및 도 12G는 블레이드 1의 스트레인 게이지의 크기와 위상 각각을 나타내고, 도 12B 및 도 12H는 블레이드 7의 스트레인 게이지의 크기 및 위상을 나타냄). 도시된 그래프는 도 13에 도시된 캠프벨의 6번째 순서의 엔진을 따라 추출된 것이다. 지적한 바와 같이, 그래프로 도시된 위상들은 제1 블레이드를 기준으로 하여 계산된 것이고(예, 다수의 블레이드들 각각에 대해서, 묘사된 위상 데이터는 해당 블레이드에 대한 FFT 계산 위상과 제1 블레이드에 대한 FFT 계산 위상 간의 차를 나타냄), 그 그래프는 RPM의 협대역에 초점이 맞추어졌고, 캠브벨 다이어그램의 특정 "XReV"(이 경우에서는 6번째 것)을 위해 추출된 것이다.

도 12A 내지 도 12G를 참조하면, 진폭의 피크가 모든 크기 그래프(공진)에서 분명히 나타나는 경우, 우측의 위상 그래프에서 간섭성 위상 거동을 알아챌 수 있고, 반면에 피크로부터 떨어진 곳에서의 위상 거동은 비간섭성 혹은 무작위성을 갖 는다. 즉, 위상들은 공진 조건에 대응하는 간섭성 윈도우에서 판독되거나 아니면 결정될 수 있는데(예, 위상들이 공진 피크에서 결정될 수 있음), 그 이유는 진폭 피크로부터 떨어진 곳이나 그에 인접한 곳의 외측에서는 위상 정보가 기본적으로는 무작위로 나타나기 때문이다. 간섭성 위상의 존재는 관찰된 공진이 결합 모드에 관련된 것이라는 증거이다. 그 결합 모드는 6 XRev 여자를 가로지르므로, ND 해결책에 응답하는 대부분은 6ND일 것으로 예상된다.

이와 같은 가설을 지지하기 위해, 기록된 위상 각도를 극좌표도에 그려서 다음과 같은 절차에 따라서 6 ND 모드 해결책의 이론적 위상과 비교한다. 상기 절차는, (1) 주어진 ND 값(예, 본 실시예에서 ND=6)에 대해서 상기 식(29)을 이용하여서 각 블레이드의 이론적 위상,

을 계산하고; (2) 이론적 위상 값들 각각을 계산해서 각 블레이드의 이론적 블레이드 변위를 극좌표도 상에 도시하고(예, 이론적 블레이드 변위 값들을 지나는 곡선을 표시하고),여기서 n번째 블레이드의 변위 d(n)은 이론적 위상 값의 코사인으로 표시됨(즉, d(n)=

); (3) 동일한 극좌표도 상에, 측정된 위상에 따라 측정된 블레이드의 변위를 도시하는 것(즉, 각각의 측정된 블레이드에 대해서 d(n)을 측정된 위상의 코사인으로서 계산함)으로 구성된다. 따라서, 극좌표도는 이론적 ND 변위를, 측정된 위상에 대응하는 변위들에 대한 기준으로서 나타내 보일 수 있다.

도 14는 도 12A 내지 도 12L에서 나타낸 실험적 시험으로부터 나온 값들(6번째 XRev를 따르는 공진에 대응함)을 가지고 행한 상기 절차의 결과를 나타내는 것 으로, ND=6과의 정합이 아주 양호하다는 것을 보여주고 있다(블레이드 1, 7, 14, 21, 28 및 35에 대해 측정된 위상의 각도 값들은 각각 0, 49.96491, -15.3813, -8.71609, -6.6103, -15.0029이라는 점을 확인할 수 있다). 주목되는 점은, 이와 같은 방식으로 계산된 이론적 변위들은 임의의 특정 진동 모드 형상(축 방향, 접선 방향 또는 비틀림 형상)에 특별히 관련되지 않고, 다만 결절 형태에만 관련된다는 것이다. 이론적 위상에 따라서(상술한 바와 같이) 계산된 이론적 변위 d(n)는 블레이드들이 식(29)으로 특정된 ND에 따라서 +1/-1 범위에서 어떻게 배치되고 있는지를 간단히 보여준다. 이와 동일한 분석은 제1 모드와 교차하는 4XRev에서도 성공적으로 반복 실현되고, 도 15에 도시된 극좌표도는 예상한 바와 같이 4ND 해결책을 찾아내었음을 확인해주고 있다.

효과를 잘못 조정한 고전적 예는 5XReV 교차에서 관찰되는데, 이와 관련하여, 6개의 측정된 블레이드들 각각에 대한 그 순서대로(즉, 블레이드 1, 7, 14, 21, 28, 35) 대응한, 크기 데이터(마이크로스트레인 대 rpm)는 도 16A 내지 도 16F에 도시되고, 그에 상응하는 위상 데이터(각도 대 rpm)는 도 16G 내지 도 16L에 도시되었다. 진폭 그래프에서 보면, 일부 블레이드(블레이드 7, 14, 35)들이 다수의 피크들을 어떻게 보이고 있는지 알 수 있다. 상기한 것과 동일한 분석을 수행하게 되면, 간섭성 5ND 형태가 대략 8980 rpm에서 발생함을 보여주는데, 이는 도 17A의 극좌표도에 나타내었다. 9010 및 9055 rpm 각각에서의 피크치는 이론적 5ND와의 완전한 정합을 보여주지 못하는데, 사실, 상기 두 경우에 있어서, 블레이드 7과 블레이드 35는 대략 90°로 위상이 어긋나 있다. 추가 피크가 존재한다는 것은, 커버 접촉부에서의 제조 가변성의 효과로 인해 일부 블레이드에서는 억제되며 다른 블레이드에서는 나타날 수 있는, 단일 블레이드 모드로서 해석할 수 있다. 그러나 9080 및 9115 rpm을 통과하면서 스테이지는, 도 17B 및 도 17C에 나타낸 극좌표도에서 알 수 있는 바와 같이, 이론적 6ND 형태와 7ND 형태 각각과 접합되는 간섭성 응답을 다시 내보인다.

정리하면, 시험 결과들은 수치 모의 실험(예, ANSYS를 사용한 모의 실험)과 아주 양호한 정합성을 보였고, 입력-출력 분석을 가능케 하며, 또한 상응하여서 경계 조건을 변경시킴으로써 모델 상에서 반복 재현 가능하게 사용할 수 있는 상세 정보를 갖게 해주는 가능성을 제공한다. 또한, 실험 분석(캠프벨 다이어그램, 워터폴 다이어그램)의 표준 출력과 함께라면, 위상 분석에 의한 기술은 또한 휠 및 블레이드의 모드 형상에 대한 정확한 정보를 갖게 해준다. 사용된 스트레인 게이지의 총 수에 따라 본 발명 기술은 모드 형상을 독특하게(필요 충분 조건을) 확인시켜줄 수 있다. 다른 경우에서 보면, 본 발명의 기술은 충분한 부분에 대해서 제공하기 위한 수치 모의 실험과 함께 사용될 수 있는 필요 정보를 제공한다.

본 발명은 특정 실시예와 관련하여 예시되고 설명되었는데, 그 실시예들은 본 발명의 원리를 단지 예시하기 위한 것이지 오로지 그에 한정하거나 본 발명을 그 실시예에만 국한시키려는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 예시적인 실시예들, 그에 대한 여러 가지 예시적인 변형 실시예, 그리고 그의 특징들에 대한 이상에서의 설명은 여러 가지로 많은 특정성을 제공하고 있지만, 세부 묘사를 가능케 하는 이들 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 당업자들에 게 명백한 바와 같이, 본 발명에서 수반되는 이점들을 감소시키지 않으면서 그리고 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 본 발명에 대해 여러 가지 많은 수정, 개작, 변경, 삭제, 추가를 할 수 있으며 균등 실시를 할 수 있다. 일례로, 공정 자체에 고유하게 존재하거나 필요한 범위를 제외하고는, 도면을 포함한 본 명세서에 개시한 방법들 또는 공정들의 단계들 또는 스테이지들에 대한 특정 순서를 부여하지 않는다. 많은 경우에 있어서, 공정 단계들의 순서는 변경될 수 있으며, 여러 가지의 예시적인 단계들은 여기에 기술된 방법들의 목적, 효과 또는 취지를 변경시키지 않으면서 결합되거나, 바뀌거나, 생략될 수 있다. 또한 주목해야 할 점은, 사용된 용어와 표현들은 설명의 관점에서 사용된 것이지 제한의 관점에서 사용된 것이 아니라는 점이다. 용어나 표현을 사용함에 있어서는 여기서 설명되고 도시된 특징들의 임의의 균등물이나 그의 일부를 배제할 의도는 전혀 없다. 또한, 본 발명은, 본 명세서에 설명되고, 개시된 내용에 비추어 이해할 수 있으며, 그리고/또는 일부 실시예에서 실현될 수 있는, 하나 이상의 이점들을 필연적으로 제공하지 않으면서라도 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명은 청구범위에 따라서 한정되어야 하는 개시된 실시예들에 대해서만 제한된다.

Claims

터빈 블레이드의 특성화를 제공하는 방법에 있어서,

하나의 회전자에 대해 적어도 하나의 터빈 블레이드를 제공하는 단계와,

상기 적어도 하나의 터빈 블레이드가 회전하도록 회전자를 회전시키는 단계와,

상기 적어도 하나의 터빈 블레이드가 회전하는 중에 터빈 블레이드에 액체를 충돌시키는 단계와,

상기 액체의 충돌에 의해 상기 적어도 하나의 터빈 블레이드에 부여된 여자력의 정량화 모델을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드의 특성화를 제공하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 액체는 오일일 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드의 특성화를 제공하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 액체는 적어도 하나의 노즐을 거쳐서 상기 적어도 하나의 터빈 블레이드에 충돌하는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드의 특성화를 제공하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 적어도 하나의 터빈 블레이드로의 액체 충돌은 상기 액체에 의해 상기 적어도 하나의 터빈 블레이드에 부여된 여자력의 상기 정량화 모델에 따라서 제어되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드의 특성화를 제공하는 방법.
제1항 또는 제4항에 있어서,

상기 터빈 블레이드에 직접적으로 또는 간접적으로 결합된 여러 센서들로부터 받은 신호를 처리하는 단계도 추가로 포함하고, 상기 신호 처리는 상기 정량화 모델에 따라서 수행되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드의 특성화를 제공하는 방법.
제5항에 있어서,

상기 신호 처리는, 상기 적어도 하나의 터빈 블레이드들 다수 중에서 모드 형상/결절 형태를 결정하기 위하여 상기 센서들로부터 나온 위상 정보를 분석하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드의 특성화를 제공하는 방법.
제6항에 있어서,

상기 센서들은 상기 터빈 블레이드들에 기계적으로 결합된 다수의 스트레인 게이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드의 특성화를 제공하는 방법.
적어도 하나의 터빈 블레이드의 특성화를 제공하는 방법에 있어서,

상기 적어도 하나의 터빈 블레이드에 액체에 의해 부여된 여자력을 모델링하는 단계와,

상기에서 얻어진 여자력 모델에 따라서 상기 적어도 하나의 터빈 블레이드 상으로의 액체 충돌을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 터빈 블레이드의 특성화를 제공하는 방법.
제8항에 있어서,

상기 액체는 오일인 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 터빈 블레이드의 특성화를 제공하는 방법.
제1항 또는 제8항에 있어서,

상기 여자력 모델은 여자력을 시간의 함수로서 제공하고, 그리고/또는 여자력 주파수 성분 또는 조화 성분을 제공하는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 터빈 블레이드의 특성화를 제공하는 방법.
제8항에 있어서,

상기 적어도 하나의 터빈 블레이드들 다수 중에서 모드 형상/결절 형태를 결정하기 위하여 상기 터빈 블레이드에 직접적으로 또는 간접적으로 결합된 센서들로부터 받은 신호를 처리하는 것을 포함함을 특징으로 하는, 적어도 하나의 터빈 블 레이드의 특성화를 제공하는 방법.
적어도 하나의 터빈 블레이드의 특성화를 제공하는 방법에 있어서,

액체에 의해 기계적으로 여자되는 터빈 블레이드들에 직접적으로 또는 간접적으로 결합된 여러 센서들로부터 받은 신호를 처리하는 단계를 포함하고,

상기 신호 처리는 상기 액체에 의해서 상기 적어도 하나의 터빈 블레이드에 부여된 여자력의 정량화 모델에 따라서 수행되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 터빈 블레이드의 특성화를 제공하는 방법.
제12항에 있어서,

상기 신호 처리는 상기 다수의 터빈 블레이드들 중에서 모드 형상/결절 형태를 결정하는 것을 포함함을 특징으로 하는, 적어도 하나의 터빈 블레이드의 특성화를 제공하는 방법.
제12항에 있어서,

상기 여자력 모델은 여자력을 시간의 함수로서 제공하고, 그리고/또는 여자력 주파수 성분 또는 조화 성분을 제공하는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 터빈 블레이드의 특성화를 제공하는 방법.
터빈 블레이드를 특성화하는 방법에 있어서,

다수의 터빈 블레이드들 중에서 모드 형상/결절 형태를 결정하기 위하여, 터빈 블레이드들에 직접적으로 또는 간접적으로 결합된 여러 센서들로부터 받은 위상 신호들을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드를 특성화하는 방법.
제15항에 있어서,

상기 받은 위상 신호들은 액체에 의해 기계적으로 여자된 터빈 블레이드들에 대응하는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드를 특성화하는 방법.
제15항, 제13항, 제5항, 제8항, 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 모드 형상/결절 형태와 관련된 감쇠 계수를 제공하기 위하여, 상기 모드 형상/결절 형태 분석에 의해 결정된 터빈 블레이드들의 응답을 여자 정량화와 관련시키는 것을 추가로 포함함을 특징으로 하는 터빈 블레이드를 특성화하는 방법.
제8항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하는 적어도 하나의 컴퓨터가 실행될 때에 그 컴퓨터에서 작동되는 프로그램을 저장하는 적어도 하나의 컴퓨터 독출 가능 매체를 포함하는 시스템.
제8항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하는 적어도 하나의 컴 퓨터가 실행될 때에 그 컴퓨터에서 작동되는 프로그램을 저장하는 적어도 하나의 컴퓨터 독출 가능 매체.