KR20120031939A

KR20120031939A - 가스 터빈 내의 부식 피팅을 검출하기 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20120031939A
Application number: KR1020117028985A
Authority: KR
Inventors: 귀우세페 파비오 세스치니; 페데리코 이오첼리
Original assignee: 누보 피그노네 에스피에이
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2012-04-04
Also published as: JP2012529024A; RU2563606C2; WO2010139795A1; JP5830014B2; CA2762476A1; US20100308818A1; CN102460142A; CN102460142B; CA2762476C; KR101704838B1; US8378676B2; RU2011147750A; EP2438433A1; EP2438433B1

Abstract

가스 터빈 시스템의 하나 이상의 블레이드 내의 부식을 검출하기 위한 방법 및 장치는 가스 터빈 블레이드의 필릿 섹션의 표면 기하학적 형상과 합치하는 형상을 갖는 검출 헤드를 포함하고, 이에 의해 검출 헤드는 부식 피팅을 검출하기 위해 필릿 섹션의 축방향 길이를 따라 이동하도록 작동가능하다. 검출 헤드 내에 위치된 적어도 하나의 코일 장치는 검출 헤드와 접촉하는 필릿의 영역 내에 제 1 자기장을 유도한다. 수신기 장치는 제 1 자기장에 노출된 필릿의 영역으로부터 수신된 제 2 자기장에 대응하는 신호를 검출하도록 구성되며, 여기서 제 2 자기장은 제 1 자기장에 의해 필릿의 영역에서 유도된 전류에 의해 발생된다. 이어서 신호 처리 장치가 검출 신호의 대응 진폭과 영역 내의 부식 피팅의 존재를 상호 관련시키기 위해 검출 신호를 처리하여, 부식 피팅의 존재가 가스 터빈 시스템의 어떠한 케이싱 분해도 없이 결정되게 한다.

Description

가스 터빈 내의 부식 피팅을 검출하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING CORROSION PITTING IN GAS TURBINES}

본 발명은 일반적으로 가스 터빈 시스템 내의 부식의 검출에 관한 것으로, 더 구체적으로는 가스 터빈 압축기 블레이드 내의 부식 피팅(corrosion pitting)의 현장 검출을 제공하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

CO₂ 배출이 적은 연료로서, 천연 가스는 세계적으로 크게 확장되고 있다. 가스전(gas field)과 소비자 시장 사이의 거리 및 지형이 파이프라인 수송을 허용하지 않는 경우, 가스는 액화에 의해 그것의 자유 체적의, 예를 들어 1/600까지 축소될 수 있다. 액화 천연 가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 플랜트는 정제된 천연 가스를 극저온 열교환기 내에서 액화시켜, 정제된 액체 천연 가스가 LNG 플랜트와 소비자 영역 사이의 수송을 위해 설계된 유조선에 선적되기 전에 탱크 내에 저장될 수 있게 한다. 소비자 영역에서, LNG 제품은 LNG 인수 기지(receiving terminal) 내에 하적되고, 파이프라인 압력까지 펌핑되며, 구매자의 천연 가스 파이프라인 그리드(pipeline gird) 내로 공급하기 위해 재-가스화된다.

이러한 증가된 요구에 응답하여, LNG 플랜트의 크기는 따라서 지난 수십 년에 걸쳐 상당히 커졌다. 이것은 다음에는 LNG 생산 비용을 낮추는 것에 기여를 했지만, 동시에 LNG 시장의 경쟁을 증가시켰다. 예를 들어, 1980년대에, 연간 스팀(steam)당 2백만 내지 3백만 톤을 생산하는 것이 관례였다. 현재의 장치는 연간 4백만 내지 5백만 톤을 생산하며, 토목 회사는 이제는(즉, 2009년) 연간 대략 7백만 내지 8백만 톤 정도의 장치 능력을 갖는 플랜트를 계획하고 있다.

LNG 플랜트에서, 천연 가스의 액화를 책임지고 있는 극저온 열교환기에 이용되는 냉동용 압축기를 구동하기 위해, 예를 들어 가스 터빈을 사용하는 것이 관례이다. 따라서, 생산량은 신뢰할 수 있는 플랜트 가동, 특히 가스 터빈 신뢰성과 밀접하게 관련될 수 있다. 가스 터빈 시스템의 신뢰할 수 있는 가동은 무수히 많은 상이한 고장 원인에 의해 방해받을 수 있다. 다음의 단락에 기술된 바와 같이, 하나의 그러한 원인은 가스 터빈의 터보 압축기의 입구 안내 베인(Inlet Guide Vane, IGV) 및 로터 블레이드 상의 부식의 악영향이다.

LNG 플랜트는 전형적으로 염화물 및 황화물과 같은 부식 요소가 대기에 많은 연안 해양 환경에 위치된다. 염화물은 바다에 근접함의 결과로서 유래하는 반면, 황화물은 LNG 플랜트의 가스 화염에 의해 발생된다. 가스 터빈의 공기 여과 시스템은 정확한 설계와 정비 둘 모두를 필요로 하는데, 그 이유는 특히 공기 여과 시스템이 가스 터빈 시스템의 연소 섹션 내로 유입되는 공기를 정화시킴으로써 전체 플랜트의 성공적인 가동 및 신뢰성에 대한 열쇠를 제공하기 때문이다. 신뢰할 수 있고 효과적인 공기 여과를 유지하려고 하는 시도에도 불구하고, 가스 터빈의 축방향 압축기 블레이드(예를 들어, IGV 및 R1 로터 블레이드)와 같은 가스 터빈 시스템의 다양한 스테이지 내의 염화물 및 황화물과 같은 부식 요소의 존재는 피할 수 없다. 이들 요소(즉, 염화물 및 황화물)는 예를 들어 부식 피팅을 야기함으로써 가스 터빈의 IGV 및 제 1 스테이지(R1) 로터 블레이드의 구성 재료를 부식시킬 수 있으며, 이는 검출되지 않는 경우 궁극적으로 블레이드 내에서의 균열의 개시 및 전파로 이어진다. 그러한 균열의 결과는 가스 터빈의 IGV 및 R1 로터 블레이드 중 하나 이상의 파손이며, 따라서 궁극적인 가스 터빈 기능 정지를 야기한다.

이들 기능 정지는 극심하게 손실이 크다. 보통, LNG 플랜트의 생산 기계/설비와 관련된 잉여성(redundancy)이 없다. 소정의 가스 터빈 트레인(train) 내에서, 하나의 가스 터빈의 기능 정지는 전체 트레인 기능 정지 또는 적어도 LNG 생산 속도의 막대한 감소를 야기할 수 있다. 결과로서, LNG 선적이 또한 연기되어, 구체적인 플랜트 크기 및 생산 계획에 따라 하루당 2 내지 7백만 달러의 범위로 추정될 수 있는 추가 비용 및/또는 이익 손실을 발생시킬 수 있다. 이러한 이유로 인해, 시스템을 다시 가동 상태로 복귀시키기 위해 7 내지 10일 기간의 기능 정지가 예상되기 때문에, 부식 피팅에 의해 발생되는 것과 같은 모든 파국적인 고장은 회피되어야 한다.

따라서, 검출되지 않은 고장 상태의 결과로서의 가스 터빈 기능 정지 상황을 피하기 위해, 가스 터빈 시스템(예를 들어, 케이싱)을 분해할 필요 없이 LNG 가스 터빈 시스템 내에 현장 부식 검출을 제공하는 것이 유익할 것이다.

본 발명의 다양한 실시예는 터빈 블레이드 내의 부식 피팅을 검출하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 가스 터빈 시스템의 하나 이상의 블레이드 내의 부식을 검출하기 위한 부식 검출 장치(예를 들어, EC 프로브 장치)는 가스 터빈 블레이드의 필릿 섹션(filet section)의 표면 기하학적 형상과 합치하는 형상을 갖는 검출 헤드를 포함하며, 이에 의해 검출 헤드는 부식 피팅을 검출하기 위해 필릿 섹션의 축방향 길이를 따라 이동하도록 작동가능하다. 검출 헤드 내에 위치된 적어도 하나의 코일 장치는 검출 헤드와 접촉하는 필릿의 영역 내에 제 1 자기장을 유도한다. 수신기 장치는 제 1 자기장에 노출된 필릿의 영역으로부터 수신된 제 2 자기장에 대응하는 신호를 검출하도록 구성되며, 여기서 제 2 자기장은 제 1 자기장에 의해 필릿의 영역에서 유도된 전류에 의해 발생된다. 이어서 신호 처리 장치는 검출 신호의 대응 진폭과 영역 내의 부식 피팅의 존재를 상호 관련시키기 위해 검출 신호를 처리하여, 부식 피팅의 존재가 가스 터빈 시스템의 어떠한 케이싱 분해도 없이 결정되게 한다.

일 태양에 따르면, 적어도 하나의 코일 장치는, 검출 헤드 내에 위치되고 검출 헤드와 접촉하는 필릿의 영역 내에 제 1 자기장을 각각 유도하도록 작동가능한 복수의 코일 장치를 포함하며, 이에 의해 검출 신호는 제 2 자기장에 대응하는 복수의 신호를 포함한다. 신호 처리 장치는 검출 신호의 대응 진폭과 영역 내의 부식 피팅의 존재를 상호 관련시키기 위해 복수의 검출 신호를 처리하도록 작동가능하고, 여기서 처리된 복수의 검출 신호의 각각은 복수의 코일 장치의 각각의 하나와 관련된 신호 채널에 대응하며, 이에 의해 부식 피팅의 멀티-채널(multi-channel) 검출을 제공한다.

다른 태양에 따르면, 적어도 하나의 코일 장치는 (a) 제 1 자기장을 발생시키도록 작동가능한 제 1 코일; 및 (b) 제 2 자기장을 수신하도록 작동가능한 적어도 하나의 다른 코일을 포함하는 각각 별개의 코일을 포함한다.

일 태양에 따르면, 수신기 장치는 (a) 제 2 자기장으로부터의 제 1 및 제 2 수신 신호를 각각 발생시키도록 작동가능한 제 1 및 제 2 코일 장치; (b) 제 1 및 제 2 코일 장치에 각각 결합되고, 제 1 및 제 2 수신 신호를 각각 필터링하도록 작동가능한 제 1 및 제 2 대역-통과 필터 장치; 및 (c) 제 1 및 제 2 대역-통과 필터 장치에 결합되고, 필터링된 제 1 수신 신호 및 필터링된 제 2 수신 신호를 차동 증폭하여 검출 신호를 발생시키도록 작동가능한 차동 증폭기 장치를 포함할 수 있다.

다른 태양에 따르면, 검출 헤드는 필릿의 곡률 반경에 대응하는 반경을 포함하는 실질적으로 원통형인 형상, 또는 필릿에 대응하는 곡률 반경보다 작은 반경을 포함하는 실질적으로 원통형인 형상을 포함할 수 있다.

다른 태양에 따르면, 검출 장치는 검출 헤드에 결합되는 핸들 섹션을 더 포함하며, 핸들 섹션은 가요성 부분을 포함하고, 가요성 부분은 R1 로터 블레이드의 전방에 위치된 복수의 입구 안내 베인 사이에서 가요성 부분 및 검출 헤드를 조작하는 것에 기초하여, 복수의 제 1 스테이지 R1 로터 블레이드 중 하나의 필릿 섹션과 검출 헤드 사이의 접촉을 가능하게 함으로써 검출 헤드를 측정 위치로 이동시키도록 작동가능하다.

다른 태양에 따르면, 검출 장치는 핸들 섹션에 결합되는 비디오 카메라를 더 포함하며, 비디오 카메라는 검출 헤드에 근접하게 위치되고 조작자가 검출 헤드를 측정 위치로 이동시키는 것을 돕도록 작동가능하다.

다른 태양에 따르면, 검출 장치는 적어도 하나의 코일 장치에 인가되는 구동 신호를 발생시키도록 작동가능한 구동기 장치를 더 포함하며, 이에 의해 구동기 장치는 지정된 역치를 초과하는 검출 신호와 관련된 신호-대-노이즈 비(signal-to-noise ratio)를 생성하기 위해 구동 신호의 적어도 하나의 특성(예를 들어, 진폭, 주파수 등)을 조작한다.

다른 태양에 다르면, 신호 처리 장치는 디지털 신호 처리(digital signal processing, DSP) 장치를 포함하며, 디지털 신호 처리 장치는 (a) 검출 신호 진폭을 디지털화하도록 작동가능한 아날로그-디지털 변환기; (b) 검출 신호에 대응하는 진폭을 다른 저장된 검출 신호 진폭과 함께, 검출 신호에 대응하는 진폭 및 검출된 부식 피트에 대응하는 다른 저장된 검출 신호 진폭에 기초하여 저장하도록 작동가능한 제 1 저장 영역; (c) 가스 터빈 블레이드의 샘플 필릿 표면 상에 생성된 복수의 사전-발생된 부식 피팅 영역과 관련된 기준 데이터를 저장하도록 작동가능한 제 2 저장 영역; 및 (d) 필릿 섹션 내의 부식 피팅의 존재를 결정하기 위해 검출 신호에 대응하는 진폭과 저장된 기준 데이터를 비교하도록 작동가능한 프로세서 섹션을 포함한다.

다른 태양에 따르면, 제 1 저장 영역은 필릿 섹션 내의 부식 피팅의 결정들 사이의 시간 간격을 계산하기 위해 검출 신호에 대응하는 진폭과 다른 저장된 검출 신호 진폭 둘 모두에 부가되는 타임-스탬프(time-stamp) 정보를 포함한다. 제 1 저장 영역은 또한 저장된 검출 신호 진폭 및 다른 저장된 검출 신호 진폭에 부가되는 구동 신호 정보를 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 가스 터빈 시스템의 하나 이상의 블레이드 내의 부식을 검출하기 위한 프로브 장치는 (a) 가스 터빈 블레이드의 필릿 섹션의 표면 기하학적 형상과 합치하는 형상을 갖고, 부식 피팅을 검출하기 위해 필릿 섹션을 따라 이동하도록 작동가능한 검출 헤드; (b) 검출 헤드 내에 위치되고, 검출 헤드와 접촉하는 필릿의 영역 내에 제 1 자기장을 유도하도록 작동가능한 적어도 하나의 변환기 장치; (c) 제 1 자기장에 노출된 필릿의 영역으로부터 수신된 제 2 자기장에 대응하는 신호를 검출하도록 작동가능한 수신기 장치로서, 제 2 자기장은 제 1 자기장에 의해 필릿의 영역에서 유도된 전류에 의해 발생되는, 상기 수신기 장치; 및 (d) 검출 신호의 대응 진폭과 영역 내의 부식 피팅의 존재를 상호 관련시키기 위해 검출 신호를 처리하도록 작동가능한 신호 처리 장치를 포함하고, 이에 의해 부식 피팅의 존재는 가스 터빈 시스템의 어떠한 케이싱 분해도 없이 결정된다.

또 다른 실시예에 따르면, 가스 터빈 시스템의 하나 이상의 블레이드 내의 부식을 검출하기 위한 프로브 장치는 (a) 가스 터빈 블레이드의 필릿 섹션의 표면 기하학적 형상과 합치하는 형상을 갖고, 부식 피팅을 검출하기 위해 필릿 섹션을 따라 이동하도록 작동가능한 검출 헤드; (b) 검출 헤드 내에 위치되고, 검출 헤드와 접촉하는 필릿의 영역 내에 제 1 자기장을 유도하도록 작동가능하며, 제 1 자기장에 노출된 필릿의 영역으로부터 수신된 제 2 자기장에 대응하는 신호를 검출하는 트랜스시버(transceiver) 장치로서, 제 2 자기장은 제 1 자기장에 의해 필릿의 영역에서 유도된 전류에 의해 발생되는, 상기 트랜스시버 장치; 및 (c) 검출 신호의 대응 진폭과 영역 내의 부식 피팅의 존재를 상호 관련시키기 위해 검출 신호를 처리하도록 작동가능한 신호 처리 장치를 포함하고, 이에 의해 부식 피팅의 존재는 가스 터빈 시스템의 어떠한 케이싱 분해도 없이 결정된다.

일 태양에 따르면, 트랜스시버 장치는 (a) 제 1 자기장을 발생시키도록 작동가능한 송신기; 및 (b) 제 2 자기장을 수신하고 검출 신호 진폭을 발생시키도록 작동가능한 수신기를 포함할 수 있다. 송신기는 제 1 코일 장치, 및 제 1 코일 장치에 전기 구동 신호를 인가하도록 작동가능한 코일 구동기를 포함할 수 있다. 수신기는 제 2 코일 장치; 제 3 코일 장치; 및 제 2 및 제 3 코일 장치에 결합되고, 제 2 및 제 3 코일 장치로부터 수신된 제 2 및 제 3 신호를 각각 차동 증폭하도록 작동가능한 차동 증폭기를 포함할 수 있으며, 이에 의해 차동 증폭기는 검출 신호를 발생시킨다.

적어도 하나의 다른 실시예에 따르면, 가스 터빈 시스템의 하나 이상의 블레이드 내의 부식을 검출하는 방법이 제공된다. 방법은 필릿 섹션의 표면 기하학적 형상에 맞추어 검출을 행함으로써 가스 터빈 블레이드의 필릿 섹션의 축방향 길이를 따라 부식 피팅을 검출하는 단계, 및 부식의 검출 동안에 필릿의 영역 내에 제 1 자기장을 유도하는 단계를 포함한다. 유도된 제 1 자기장에 노출된 필릿의 영역으로부터 수신된 제 2 자기장에 대응하는 신호가 검출되고, 여기서 제 2 자기장은 유도된 제 1 자기장에 의해 필릿의 영역에서 유도된 전류에 의해 발생된다. 이어서 검출 신호는 검출 신호의 대응 진폭과 영역 내의 부식 피팅의 존재를 상호 관련시킴으로써 처리된다. 따라서 부식 피팅의 존재는 가스 터빈 시스템의 어떠한 케이싱 분해도 없이 결정된다.

적어도 일 태양에 따르면, 검출을 표면 기하학적 형상에 합치시키는 단계는, 필릿 섹션과 관련된 곡률 반경과 실질적으로 동일하거나 작은 반경을 포함하는 원통형 형상을 갖는 프로브 헤드를 사용하는 것을 포함한다.

적어도 하나의 다른 실시예에 따르면, 부식 피팅 검출 유닛은 복수의 프로브 장치를 포함하며, 여기서 각각의 프로브 장치는 (a) 가스 터빈 블레이드의 필릿 섹션의 표면 기하학적 형상과 합치하는 형상을 갖고, 부식 피팅을 검출하기 위해 필릿 섹션의 축방향 길이를 따라 이동하도록 작동가능한 검출 헤드; (b) 검출 헤드 내에 위치되고, 검출 헤드와 접촉하는 필릿의 영역 내에 제 1 자기장을 유도하도록 작동가능한 적어도 하나의 코일 장치; (c) 제 1 자기장에 노출된 필릿의 영역으로부터 수신된 제 2 자기장에 대응하는 신호를 검출하도록 작동가능한 수신기 장치로서, 제 2 자기장은 제 1 자기장에 의해 필릿의 영역에서 유도된 전류에 의해 발생되는, 상기 수신기 장치; 및 (d) 검출 신호의 대응 진폭과 영역 내의 부식 피팅의 존재를 상호 관련시키기 위해 검출 신호를 처리하도록 작동가능한 신호 처리 장치를 포함하고, 여기서 부식 피팅의 존재는 가스 터빈 시스템의 어떠한 케이싱 분해도 없이 결정되며, 이에 의해 복수의 프로브 장치의 각각의 신호 처리 장치에 의해 처리된 검출 신호의 결과가 대응 채널 상에 출력된다.

상기의 개요 및 하기의 상세한 설명은 예시적이고 본 발명을 설명하는 것이며, 본 발명의 제한이거나 본 발명에 의해 달성될 수 있는 이점의 한정인 것으로 의도되지 않음이 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 상기의 요약은 본 발명의 일부 실시예를 나타내는 것이며, 본 발명의 범위 내에 있는 모든 주제 및 실시예를 나타내거나 포함하는 것이 아님은 물론이다. 따라서, 본 명세서에서 참고되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면이 본 발명의 실시예를 예시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.

첨부 도면과 함께 기술된 하기의 설명에 비추어 본 발명이 고려될 때 구성과 작동 둘 모두에 대해서 본 발명의 실시예의 태양, 특징 및 이점이 이해될 것이고 더 용이하게 명백해질 것이며, 여러 도면의 전체에 걸쳐 유사한 도면 부호는 동일하거나 유사한 부분을 지시한다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 맴돌이 전류(Eddy Current, EC) 프로브 장치의 블록도,
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 검사 하에 있는 표면에 대한 EC 프로브 헤드의 위치를 나타내는 도면,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 검사 하에 있는 가스 터빈 시스템 로터 블레이드에 대한 EC 프로브 장치의 기계적 구성 및 상대적인 위치설정을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 EC 프로브 장치와 협력하여 사용되는 이미징 장치는 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저장된 기준 데이터의 발생에 사용되는 캘리브레이션 블록(calibration block)(402)의 사진 이미지를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 EC 프로브 장치의 작동 흐름도를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 EC 프로브 장치에 의해 수행되는 신호 처리의 작동 흐름도를 나타내는 도면,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 EC 프로브 장치의 작동 파라미터를 결정하는 것과 관련된 실험적 성능 데이터를 나타내는 도면,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 멀티-채널 EC 프로브 장치를 포함하는 유닛의 예를 나타내는 도면.

하기는 가스 터빈 로터 블레이드에서 발견되는 부식 특성(예를 들어, 부식 피팅)의 검출 및 분석을 위해 맴돌이 전류(Eddy Current, EC)를 사용하는 본 발명의 다양한 실시예 및 태양을 기술한다. 따라서, 가스 터빈 로터 블레이드의 제 1 스테이지 내의 부식 피팅을 검출하기 위한 신규한 EC 검출 프로브 및 적용 방법이 제공된다. 가스 터빈 로터 블레이드의 제 1 스테이지(즉, R1 로터 블레이드)는 전형적으로 부식 피팅에 더 약하다. 또한, 프로브 장치를 사용하여, 제 1 스테이지 로터 블레이드(즉, R1)는 가스 터빈의 흡기 플리넘 내의 개구를 통해 사용자에 의해 직접 접근가능하다.

부식으로 발생된 피트(pit)("부식 피트")는 실질적으로 원형일 수 있거나 원형이 아닐 수 있으며, 일반적으로 재료의 표면 내에 만입부(indentation)를 포함한다. 이들 만입부는, 매우 작지만(즉, 전형적으로 깊이 및 직경이 1밀리미터 미만임), 균열과 같은 더 심각한 결함으로 이어진다. 가스 터빈의 로터 블레이드의 제 1 스테이지(즉, R1)의 경우, 부식 피팅의 검출은 후속하는 균열의 개시 및 전파를 피하고, 이에 의해 그러한 균열의 생성은 가스 터빈의 작동 동안에 로터 블레이드 파손으로 이어지고 따라서 파국적인 고장으로 이어질 수 있다. 균열은 EC 검출 기구를 사용하여 신호 상(phase) 변화를 통해 검출하는 종래의 검출에 그것을 적합하게 만드는 뚜렷한 불연속성을 제공하지만, 부식 피트는 그러한 뚜렷한 불연속성을 나타내지 않는다. 따라서, 본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면, 부식 피트의 존재로부터 유래하는 신호 진폭 변화의 검출을 위해 고감도 수신기 디자인이 이용될 수 있다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 EC 프로브 장치(100)를 개략적으로 도시하고 있다. 장치(100)는 1차 코일 드라이버(102), 코일 시스템(104), 대역 통과(band-pass, BP) 필터(106a 및 106b), 차동 증폭기(108), 아날로그-디지털(analog-to-digital, A/D) 변환기(110), 신호 처리 장치(112), 기준 데이터 저장 매체(114), 데이터 기록 저장 매체(116), 및 검출 표시기(118)(예를 들어, 시각적 디스플레이, 오디오 부저)를 포함한다. EC 프로브 장치(100)의 작동이 도 5 및 도 6에 도시된 흐름도와 관련하여 추가로 설명된다.

1차 코일 구동기(102)는 검사 하에 있는 재료(즉, 가스 터빈 R1 로터 블레이드의 필릿(filet) 부분)의 표면(120) 내에 맴돌이 전류를 유도하기 위해 코일 시스템(104)에 교번하는 구동 신호(예를 들어, 정현파 신호, 펄스 신호, 램프 신호(ramped signal) 등)를 제공하는 전기 신호 공급원을 포함한다. 코일 시스템(104)은 확대 저면도(122)에 도시된 바와 같이 3개의 코일 장치를 포함할 수 있다. 도면부호 122에 도시된 바와 같이, 코일(C1)은 표면(120) 내에 유도되는 1차 자기장(B1)을 발생시키도록 작동가능한 1차 코일 장치이며, 이것은 표면(120) 내에 맴돌이 전류를 생성한다. 코일 장치(C2, C3)는 발생된 1차 자기장(B1)과 표면(120)으로부터의 발생된 맴돌이 전류 자기장(B2) 사이의 상호작용으로 이루어지는 순(net) 자기장을 수신하기 위해 사용되는 측정 코일이다. 전술한 바와 같이, 부식 피트의 존재로부터 유래하는 신호 진폭 변화의 검출을 위해 고감도 수신기 디자인이 이용될 수 있다. 하나의 그러한 디자인 고려가 측정 코일(즉, C2, C3)에 적용된다. 이들 코일은 부식 피팅에 의해 야기되는 만입부의 기하학적 형상에 필적하는 기하학적 형상(예를 들어, 직경)을 갖는 코일 직경을 나타내야 한다. 예를 들어, 0.25㎜, 0.50㎜ 및 0.75㎜의 직경과 0.25㎜, 0.50㎜ 및 0.75㎜의 깊이를 각각 갖는 부식 피트를 검출하기 위해 1.6㎜의 코일 직경이 사용될 수 있다.

측정 코일 장치(C2, C3)는 각각 BP 필터(106a, 106b)의 입력부에 각각 결합된다. BP 필터(106a, 106b)는 그 중에서도 특히, 예를 들어 장치가 핸드-헬드형(hand-held) 장치로서 이용될 때 측정 영역에 대한 EC 프로브 장치(100)를 물리적으로 조작하는 결과로서 발생할 수 있는 고주파 노이즈 및 저주파 신호 변화와 같은 원하지 않는 아티팩트(artifact), 신호를 감소시키거나 제거하는 역할을 한다. 추가로, BP 필터(106a, 106b)는 또한 코일 장치(C2, C3)에 의해 각각 수신된 신호의 신호-대-노이즈(signal-to-noise, S/N) 비를 향상시킨다. 도면부호 122에 도시된 코일(C1, C2, C3)의 구성은 가능한 코일 배열의 많은 상이한 종류들 중 하나의 일 예이다. 예를 들어, 다른 구성은 (중심에 위치된) 구동 코일(C1)의 양 측면에 측정 코일(C2, C3)을 위치시키는 것을 포함할 수 있다. 다른 예에 따르면, 코일(C1)과 같은 단일 코일이 1차 자기장(B1)을 발생시키고 또한 1차 자기장(B1)에 의해 유도된 맴돌이 전류의 결과로서 발생되는 순 자기장(B2)을 수신하기 위해 이용될 수 있다.

BP 필터(106a, 106b)로부터의 출력부는 차동 증폭기(108)의 차동 입력부에 결합된다. 표면(120) 상에 결함이 존재하지 않을 때, 차동 증폭기(108)의 차동 입력부에서 BP 필터(106a, 106b)로부터 수신된 필터링된 입력은 실질적으로 동일하다. 따라서, 차동 증폭기(108)는 0에 가까운 낮은 신호 진폭의 출력 전압을 발생시킨다. 대안적으로, 표면(120) 상에 결함이 존재하는 경우, 차동 증폭기(108)의 차동 입력부에서 BP 필터(106a, 106b)로부터 수신된 필터링된 입력은 동일하지 않다. 따라서, 차동 증폭기(108)는 증가된 출력 전압을 발생시킨다. 측정 코일들 중 하나(즉, C2 또는 C3)가 (부식으로 인해) 피팅된 영역 위를 지나갈 때, 이 코일(예를 들어, C2)의 무효분(reactive component)이 다른 코일(예를 들어, C3)에 비해 변화한다. 이것은 이번에는 차동 증폭기(108)에 인가되는 신호 전류의 미분 변화(differential change)를 야기하고, 따라서 출력 전압의 증가를 야기한다.

발생된 출력 신호의 진폭은 피트의 기하학적 형상(예를 들어, 0.3 x 0.45밀리미터), 피트에 의해 야기된 맴돌이 전류에 의해 유도된 자기장의 변화에 대한 측정 코일의 감도, 및 코일 구동기(102)와 관련된 전기 구동 파라미터(예를 들어, 1차 코일을 구동시키는 신호의 파형, 진폭 및 주파수)의 최적화와 같은, 그러나 이로 제한되지 않는 몇몇 요인에 좌우될 수 있다. 발생된 출력 신호는 신호 처리 장치(112)에서 처리되기 전에 A/D 변환기(110)에 의해 아날로그 형식으로부터 디지털 형식으로 변환될 수 있다. 대안적으로, 아날로그 대 디지털 변환은 A/D 변환기(110)와 같은 별개의 장치를 필요로 함이 없이 신호 처리 장치(112) 내에서 수행될 수 있다.

신호 처리 장치(112)는 차동 증폭기(108)로부터 출력된 디지털화된 진폭 신호에 대한 다양한 처리를 제공한다. 예를 들어, 신호 처리 장치(112)는 검출된 진폭이 부식 피트의 검출에 의해 야기된 진폭 신호를 구성하는지를 결정하기 위해 역치 검출(threshold detection)을 수행할 수 있다. 신호 처리 장치(112)는 또한 수신된 진폭 신호와 기준 데이터 저장 매체(114) 내에 입력된 기존의 기준 데이터(예를 들어, 디지털화된 다양한 진폭 값)를 상호 관련시키기 위해 기준 데이터 저장 매체(114)로부터의 기준 데이터에 액세스한다. 기준 데이터 저장 매체(114) 내에서 발견된 각각의 기준 데이터 엔트리는 선택적으로 구체적인 기하학적 형상 및/또는 치수를 갖는 부식 피트와 관련된 정보를 제공할 수 있다. 대안적으로, 액세스된 기준 데이터는 기하학적 형상 및/또는 치수 정보를 제공하는 일 없이 수신된 진폭 신호(즉, 디지털화됨)와 기준 데이터 저장 매체(114) 내에 입력된 다양한 진폭 값(즉, 디지털화됨) 사이의 진폭 상관의 정도에 기초하여 부식 피트의 존재 또는 부재를 확인할 수 있다. 부식 피트의 검출을 추가로 돕기 위해 디지털 필터링 및 균등화(equalization)와 같은 다른 디지털 신호 처리(digital signal processing, DSP)가 또한 수신된 진폭 신호에 대해 수행될 수 있다.

검출 표시기(118)는 일단 부식 피트가 검출되었음이 결정되면 프로브 장치(100)의 사용자에게 경고한다. 검출 표시기(118)는 발광 소자(예를 들어, LED)와 같은 시각적 표시기 및/또는 부저와 같은 오디오 표시기를 포함할 수 있다.

신호 기록 저장 매체(116)는 각각의 검출된 부식 피트와 관련된 데이터 정보를 저장한다. 일단 신호 처리 장치(112)가 부식 피트의 검출을 확인하면, 그것은 신호 기록 저장 매체(116) 내에 타임-스탬프(time-stamp) 정보와 함께 검출된 진폭 값을 저장한다. 타임-스탬프는 각각의 검출된 부식 피트와 관련된 날짜(예를 들어, 연/월/일) 및 시간(예를 들어, 24시간제) 정보를 포함할 수 있으며, 이는 다른 용도들 중에서도 가스 터빈 로터 블레이드 내의 부식 피팅을 검출하는 여러 일들 사이의 상이한 시간 간격들을 계산하기 위한 수단을 제공할 수 있다. 신호 기록 저장 매체(116)는 또한 검출된 진폭 값의 각각에 대응하는 구동 신호 정보 및 타임-스탬프 정보를 저장할 수 있다. 저장된 구동 신호 정보는 부식 피트의 검출에 기초하여 1차 코일(C1)에 인가되는 신호의 진폭 특성, 형상 및 주파수를 포함할 수 있다.

도 1a는 별개의 기준 데이터 저장 매체(114)와 신호 기록 저장 매체(116)를 도시하고 있지만, 양 저장 매체(즉, 114 및 116)는 신호 처리 장치(112) 내에 통합될 수 있다.

도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 검사 하에 있는 표면(120)에 대한 EC 프로브 검출 헤드(126)의 위치를 도시한다. 도시된 바와 같이, 1차 코일 장치(C1)는 측정 코일(C2, C3)(도 1b에 도시되지 않음)과 함께 프로브 검출 헤드(126) 내에 위치된다. 작동시, 프로브 검출 헤드(126)는 검사 하에 있는 표면(120)(예를 들어, R1 로터 블레이드)에 접촉식으로 적용된다. 코일(C1)과 표면(120) 사이의 거리는 리프트-오프(lift-off)로 불리며, 이것은 코일들의 상호 인덕턴스에 영향을 미친다. 도 1b에 도시된 예에서, 리프트-오프는 0.2 내지 0.4밀리미터(㎜)의 범위 내일 수 있다. 코일 단부(128)와 표면(120) 사이의 거리는 약 0.2㎜일 수 있다. 또한, 프로브 검출 헤드(126)의 외측 표면(130)은 약 0.2㎜(예를 들어, PTFE 접착 테이프의 0.2㎜)의 두께를 갖는 추가의 보호층(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 검사 하에 있는 가스 터빈 시스템 로터 블레이드에 대한 EC 프로브 장치(202)의 기계적 구성 및 상대 위치설정을 도시하고 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, EC 프로브 장치(202)는 프로브 검출 헤드(204), 프로브 스템(probe stem)(206), 프로브 가이드(probe guide)(208) 또는 연장된 핸들을 포함한다. 도 2a에서, 로터 블레이드(210a, 210b, 210c)에 비해 프로브 장치(202)의 크기는 예시적인 공정을 돕기 위해 과장되어 있다. 예를 들어, 로터 블레이드의 각각의 필릿 섹션(214)의 길이에 대한 프로브 헤드(204)의 길이는 대략 1/6이다. 프로브 가이드(208)의 길이는 약 30센티미터(cm)일 수 있는 한편, 프로브 스템은 약 5cm의 길이를 가질 수 있다.

프로브 가이드(208)의 축선은 프로브 스템(206)의 축선에 실질적으로 수직일 수 있으며, 이에 의해 프로브 가이드(208)는 프로브 헤드(204)와 로터 블레이드(201a)의 필릿 섹션(214) 사이에 물리적인 접촉이 이루어지도록 프로브 장치(202)를 측정 위치로 조작하는 것을 용이하게 한다. 이것은 또한 도 2b에 도시된 영역(205)의 확대도의 도움으로 도시되어 있다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 로터 블레이드(210a)의 필릿 영역(214)은 플랫폼(224)과 에어포일(226) 사이에 위치된 영역이다. 로터 블레이드의 필릿 영역은 본 발명의 설명된 실시예에 따라 부식 피팅을 검출할 때 특히 관심이 있는 곳이다. 부식 피팅 검출 동안에, 프로브 헤드(204)는 필릿 에지(218a, 218b) 사이의 필릿(214)의 길이를 따라 Z 방향으로 접촉식으로 활주하도록 조작된다. 이러한 활주 운동 동안에, 프로브 스템(206)의 축선과 수평 평면 사이의 각도는 비교적 일정하게 유지된다. 프로브 헤드(204)는 필릿(214)의 길이를 따라 다수회 접촉식으로 활주하도록 조작된다. 각각의 회에, 프로브 스템(206)은 프로브 스템(206)의 축선과 수평 평면 사이에 새로운 각도를 형성하도록 XY 평면 내에서 회전된다. 각도를 변화시킴으로써, 1차 코일 장치(C1)는 필릿(214)의 상이한 영역 내에 1차 자기장(B1)을 유도한다. 상이한 각도로 필릿(214)의 길이를 따라 프로브 헤드(204)를 접촉식으로 활주시킴으로써, 전체 필릿 영역을 포괄하는 부식 검출 측정이 용이해진다.

프로브 스템(206)의 이러한 각도 변화가 도 2c에 도시된 로터 블레이드(210a)의 단면도에 도시되어 있다. 도 2c에 도시된 예에 따르면, 부식 검출 측정 동안에, 프로브 스템은 프로브 스템(206)의 축선과 수평 평면(230) 사이에 3개의 각도를 형성하도록 XY 평면 내에서 회전된다. 더 구체적으로, 첫 번째로, 프로브 헤드(204)는 도면부호 232에 의해 규정된 바와 같이 15도의 각도로 필릿(214)의 길이를 따라 접촉식으로 활주하도록 조작된다. 두 번째로, 프로브 헤드(204)는 도면부호 234에 의해 규정된 바와 같이 45도의 각도로 제 2 회 동안에 필릿(214)의 길이를 따라 접촉식으로 활주하도록 조작된다. 마지막으로, 프로브 헤드(204)는 도면부호 236에 의해 규정된 바와 같이 제 3 회의 마지막 회 동안에 75도의 각도로 필릿(214)의 길이를 따라 접촉식으로 활주하도록 조작된다.

검출 측정 동안에 사용된 활주 및 각도의 수는 변화될 수 있다. 그러나, 일단 부식 피트가 검출되면, 프로브 헤드(204)는 그 특정의 부식 영향 영역과 접촉하도록 조작된다. 일단 부식 영향 영역 내에 있으면, 필릿(214)의 그 특정의 섹션 내에 다른 부식 피트가 또한 존재하는지를 결정하기 위해 프로브 스템(206)의 축선과 수평 평면(230) 사이의 각도가 변화될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 EC 프로브 장치(304)와 협력하여 사용되는 이미징 장치(302)를 도시하고 있다. 이미징 장치(302)(예를 들어, 비디오 카메라)는 검사 하에 있는 로터 블레이드(312)의 필릿 부분(310)의 향상된 시각적 관찰을 장치(304)의 사용자에게 제공하는 목적을 위해 프로브 장치(304)의 프로브 검출 헤드(306)에 근접하게 위치될 수 있다. 캡처된(captured) 이미지는 핸드헬드형 또는 휴대용 비디오 모니터(314) 상에서 사용자에게 디스플레이될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기준 데이터 저장 매체(114)(도 1) 내에 저장된 기준 데이터의 발생에 사용되는 캘리브레이션 블록(calibration block)(402)의 사진 이미지를 도시하고 있다. 캘리브레이션 블록은 방전 가공기(electrical discharge machining, EDM)를 사용하여 샘플 필릿 표면(310) 상에 생성된 복수의 사전-발생된 부식 피팅 영역(404, 406, 408)을 포함한다. 도시된 예는 EDM을 사용하여 샘플 필릿 표면(310) 상에 정확히 형성된, 상이한 직경 및 깊이를 각각 갖는 몇 개의 사전-발생된 부식 피팅 영역(404, 406, 408)을 보여준다. 사전-발생된 부식 피트 영역(404)은 0.25㎜의 직경 및 0.25㎜의 깊이를 포함한다. 사전-발생된 부식 피트 영역(406)은 0.50㎜의 직경 및 0.50㎜의 깊이를 포함한다. 또한, 사전-발생된 부식 피트 영역(408)은 0.75㎜의 직경 및 0.75㎜의 깊이를 포함한다. 도면부호 414에 규정된 바와 같이, 사전-발생된 부식 피트(406)의 확대도가 제공된다.

장치(100)(도 1)와 같은 EC 프로브 장치가 사전-발생된 부식 피팅 영역(404, 406, 408) 상에서 부식 피트 측정을 수행할 때, 각각의 측정은 사전-발생된 부식 피트 영역(404, 406, 408)의 각각에 대응하는 특정의 신호 진폭을 발생시킬 것이다. 따라서, 각각의 진폭은 알려진 기하학적 형상을 갖는 특정의 부식 피트와 상호 관련이 있다. 이들 신호 진폭 및 그들의 대응하는 기하학적 형상은 저장된 기준 데이터 중 적어도 일부를 형성할 수 있다. 이러한 방식으로, 현장 시험 동안에 발생된 신호 진폭들은 부식 피팅의 존재를 결정하기 위해 기준 데이터와 상호 관련지어질 수 있다. 선택적으로, 임의의 검출된 부식 피트의 대략적인 기하학적 형상이 또한 제공될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 EC 프로브 장치(100)(도 1)와 관련된 작동 흐름도(500)를 도시하고 있다. 흐름도(500)는 도 1 및 도 2의 도움으로 설명된다. 단계 502에서, 사용자는 가스 터빈의 압축기 입구(즉, 벨 마우스(bell mouth))의 전방에 있는 흡기 플리넘 내의 개구를 이용해 입구 안내 베인(IGV) 및 IGV 바로 뒤에 위치된 R1 로터 블레이드에 접근한다.

단계 504에서, 검사 하에 있는 R1 로터 블레이드의 필릿 섹션보다 작거나 실질적으로 동일한 곡률 반경을 갖는 프로브 검출 헤드가 선택된다. 예를 들어, 프로브 검출 헤드(204)(도 2b)의 반경(R)(도 2b)은 필릿 섹션(214)(도 2b)의 곡률 반경보다 약간 작도록 설계된다.

단계 506에서, 프로브 헤드(204)는 필릿(214)의 제 1 에지(218a)(도 2b)에 적용된다. 단계 508에서, 프로브 스템(206)(도 2b)과 수평 평면(230)(도 2c) 사이의 각도가 그 다음에, 예를 들어 도면부호 232(도 2c)에 규정된 바와 같이 대략 15도의 비교적 일정한 값으로 설정된다.

단계 510에서, 프로브 헤드(204) 내의 구동 코일(C1)(도 1a)이 필릿(214)의 제 1 에지(218a)(도 2b)에 대응하는 영역에 1차 자기장을 인가한다. 프로브 헤드(204) 내의 측정 코일(C2, C3)(도 1a)을 사용하여, 필릿(214)의 제 1 에지(218a)(도 2b) 영역의 전도성 표면 내에 유도된 전류에 기초해 제 2 자기장이 검출된다(단계 512). 코일(C2, C3)에 의해 수신된 제 2 자기장에 기초하여, 진폭 신호가 발생되고 검출된 부식 피트에 근거해 차동 증폭기(108)(도 1a) 및 신호 처리 장치(112)(도 1a)에 의해 처리될 수 있다(단계 514).

단계 516에서, 프로브 헤드(204)가 필릿(214)의 제 2 에지(218b)(도 2b) 영역에 도달했는지가 결정된다. (예) 프로브 헤드(204)가 제 2 에지(218b)(도 2b) 영역에 도달한 경우(단계 516), 프로브 스템(206)(도 2b) 축선과 수평 평면(230)(도 2c) 사이의 프로브 각도의 재위치 설정이 완료되었는지가 결정된다(단계 520). 예를 들어, 프로브 헤드(204)가 15도, 45도 및 75도의 3개의 각도를 사용해 작동되는 경우, 15도, 45도 및 75도의 3개의 각도 전부에 대해 측정이 수행되면 재위치 설정이 완료된다. (예) 재위치 설정이 완료된 경우(단계 520), 작동 흐름도(500)의 공정은 다른 R1 로터 블레이드에 대해 반복된다(단계 524).

(아니오) 재위치 설정이 완료되지 않은 경우(단계 520), 프로브 스템(206)(도 2b) 축선과 수평 평면(230)(도 2c) 사이의 프로브 각도가 다음의 원하는 각도로 변화된다(단계 522). 예를 들어, 프로브 헤드(204)가 15도, 45도 및 75도의 3개의 각도를 사용해 작동되고, 현재의 각도가 15도인 경우, 프로브는 이어서 45도의 각도를 형성하도록 다음의 각도 설정으로 조작된다. 단계 522에 이어서, 공정 단계(506, 508, 510, 512, 514, 516)가 그 다음에 반복된다.

단계 516에서 (아니오), 즉 프로브 헤드(204)가 제 2 에지(218b)(도 2b) 영역에 도달하지 않은 경우, 프로브 헤드(204)는 필릿(214)의 Z 축(도 2b) 방향을 따라 활주함으로써 필릿(214)의 다른 섹션에 적용된다(단계 518). 단계 518에 이어서, 공정 단계(510, 512, 514, 516)가 반복된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 부식 피트를 검출할 때에 EC 프로브 장치(100)(도 1a)에 의해 수행되는 신호 처리를 위한 작동 흐름도(600)를 도시한다. 단계 602에서, 측정 코일(C2)(도 1a)에 의해 순 자기장이 검출된다. 유사하게, 단계 604에서, 측정 코일(C3)(도 1a)에 의해 순 자기장이 또한 검출된다. 순 자기장은 코일(C1)(도 1a)에 의해 발생된 1차 자기장과 필릿(214)의 전도성 표면(도 1b) 내에 유도된 맴돌이 전류에 의해 발생된 자기장 사이의 상호작용의 함수이다.

단계 606에서, 차동 증폭기(108)(도 1a)는 측정 코일(C2, C3) 사이에서 상이한 순 자기장이 경험될 때 신호 진폭을 발생시킨다. 예를 들어, 측정 코일(C2, C3)이 부식 피트를 갖지 않는 필릿(214)의 표면으로부터 순 자기장을 수신하는 중인 경우, 양 측정 코일에 유도된 전류 크기는 실질적으로 동일할 것이다. 따라서, 차동 증폭기(108)는 진폭의 증가를 나타내는 신호를 발생시키지 않을 것이다. 그러나, 측정 코일(C2)이 부식 피트가 있는 필릿(214)의 영역으로부터 순 자기장을 수신하는 경우, 부식 피트는 그 영역 내의 맴돌이 전류의 흐름을 교란시켜, 코일(C2)에 의해 검출되는 순 자기장이 코일(C3)에 의해 검출되는 순 자기장에 비해 변화하게 할 것이다. 이들 상황 하에서, 차동 증폭기(108)는 진폭의 증가를 나타내는 신호를 발생시킬 것이다.

단계 608에서, 차동 증폭기(108)에 의해 발생된 신호가 사전결정된 역치값을 초과하는지 결정된다. 이러한 역치 검출은 신호 처리 장치(112) 내에서 수행된다. (아니오) 차동 증폭기(108)에 의해 발생된 신호가 사전결정된 역치값을 초과하는 데 실패한 경우, 공정 단계(602, 604, 606)가 반복된다. (예) 차동 증폭기(108)에 의해 발생된 신호가 사전결정된 역치값을 초과하는 경우(단계 608), 추가의 신호 처리(예를 들어, 디지털 필터링, 균등화 등)가 신호 처리 장치(112) 내에서 수행될 수 있다(단계 610).

단계 612에서, 신호 처리 장치(112)는 저장된 기준 데이터를 이용하기 위해 기준 데이터 저장 매체(114)에 액세스한다. 전술한 바와 같이, 저장된 기준 데이터는 다양한 사전-발생된 부식 피트에 대응하는 사전측정된 진폭 값들을 포함할 수 있다. 액세스된 기준 데이터를 사용하여, 신호 처리 장치(112)는 차동 증폭기(108)에 의해 발생된 검출된 진폭 신호와 액세스된 기준 데이터의 사전측정된 진폭 값들 중 하나를 상호 관련시킨다(단계 614).

상호 관련지어진 사전측정된 진폭 값에 기초하여, 검출된 부식 피트와 관련된 데이터 정보(예를 들어, 부식 피트 기하학적 형상)가 또한 신호 처리 장치(112)를 사용하여 기준 데이터 저장 매체(114)로부터 액세스될 수 있다(단계 616). 검출된 부식 피트와 관련된 데이터 정보(예를 들어, 타임-스탬프 데이터, 피트 기하학적 형상 데이터 등)가 그 다음에 신호 처리 장치(112)에 의해 데이터 기록 저장 매체(116) 내에 기록될 수 있다(단계 618).

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 EC 프로브 장치(100)(도 1a)와 같은 EC 프로브 장치의 작동 파라미터를 결정하는 것과 관련된 실험적 성능 데이터를 도시하고 있다. 그래프(702)는 100 내지 600KHz의 주파수 범위에 걸쳐 작동되는 EC 프로브에 의해 수행된 측정의 재현성을 도시한다. 주파수 범위는 평가 하에 있는 EC 프로브의 1차 코일을 구동시키기 위해 사용되는 주파수에 적용된다. 도시된 바와 같이, 300 내지 400KHz의 범위 내의 주파수가 바람직하게 비교적 동일한 측정 재현성(예를 들어, 검출된 진폭 값)을 제공한다.

그래프(704)는 100 내지 600KHz의 주파수 범위에 걸쳐 검출 신호 진폭과 관련된 표준 편차의 측정값을 도시한다. 도시된 바와 같이, 300 내지 400KHz의 범위 내의 주파수가 또한 EC 프로브에 의해 검출된 진폭 값에 대해 비교적 일정한 표준 편차를 제공한다.

그래프(706)는 100 내지 600KHz의 주파수 범위에 걸쳐 검출 신호 진폭과 관련된 신호-대-노이즈(signal-to-noise, S/N) 비의 측정값을 도시한다. 도시된 바와 같이, EC 프로브에 의해 검출된 진폭 값과 관련하여, 300 내지 400KHz의 범위 내의 주파수가 또한 가장 높은 S/N 비를 나타낸다. 따라서, 그러한 실험적 평가를 이용하여, 특정의 EC 프로브 장치에 대해 적합한 범위의 작동 주파수(예를 들어, 300 내지 400KHz)가 결정될 수 있다.

필릿 섹션의 증가된 표면적에 걸친 측정을 수행하기 위해 몇 개의 EC 프로브 장치를 단일 유닛으로 통합하는 것이 가능할 수 있다. 그러한 구성에서, 멀티-채널 EC 프로브 장치가 제공될 수 있으며, 여기서 각각의 채널은 측정 데이터에 액세스한다. 예를 들어, 3채널 장치가 사용될 수 있다. 그러한 예가 도 8에 도시되어 있다. 일 실시예에 따르면, 멀티-채널 프로브 장치(800)는 3개의 별개의 프로브 장치(802)를 포함할 수 있는데, 3개의 별개의 프로브 장치(802)는 그들의 각각의 프로브 검출 헤드가 서로 결합되어 종방향으로 확대된 프로브 헤드(804)를 형성하도록 구성된다. 각각의 별개의 프로브 장치(802)는 단일 채널을 구성하며, 예를 들어 EC 프로브 장치(100)(도 1a)와 동일한 디자인을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 멀티-채널 EC 프로브(810)는 다수의 코일 시스템(814a 내지 814n)을 포함하는 단일 프로브 헤드(812)를 포함할 수 있으며, 이에 의해 각각의 코일 시스템은 예를 들어 코일 시스템(104)(도 1a)과 동일한 구성을 포함할 수 있다. 멀티-채널 EC 프로브(810)의 스템(820)은 각각의 코일 시스템(814a 내지 814n)으로부터 수신된 신호들을 순차적으로 판독하는 단일의 멀티플렉서(multiplexer)(도시되지 않음)를 수용할 수 있다. 수신된 신호의 처리는 개별 처리 장치(예를 들어, 장치(112), 도 1a) 또는 다수의 처리 장치(예를 들어, 다수의 장치(112), 도 1a)를 포함하는 병렬 처리 액세스법을 이용하여 수행될 수 있다. 무수히 많은 상이한 처리 구조(processing architecture)가 다수의 채널의 액세스 및 처리에 채용될 수 있음이 이해될 것이다.

본 발명이 그것의 구체적인 실시예에 대해서 도시 및 설명되었으며, 이 실시예는 단지 본 발명의 원리의 예시일 뿐이고 배타적이거나 달리 제한적인 실시예인 것으로 의도되지 않는다. 따라서, 본 발명의 예시적인 실시예뿐만 아니라 그것의 다양한 예시적인 변형 및 특징의 상기 설명은 많은 상세 사항을 제공하지만, 이들 가능한 상세 내용은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 해석되어서는 안되며, 본 발명은 이러한 범위로부터 벗어나는 일 없이 그리고 본 발명의 부수적인 이점을 감소시키는 일 없이 많은 변형, 응용, 변화, 생략, 부가 및 동등한 구현예가 가능함이 당업자에 의해 용이하게 이해될 것이다. 예를 들어, 공정 자체에 필요하거나 고유한 경우를 제외하고, 본 개시 내용에 설명된 방법 또는 공정의 단계 또는 국면들에 대한 특정 순서가 암시되지 않는다. 많은 경우에, 공정 단계들의 순서는 변화될 수 있으며, 설명된 방법의 목적, 효과 또는 취지를 변화시키는 일 없이 다양한 예시적인 단계들이 조합, 변경 또는 생략될 수 있다. 용어 및 표현은 설명의 용어로서 사용되었으며 제한의 용어로서 사용되지 않았음에 또한 유의한다. 도시 및 설명된 특징들 또는 그것의 일부의 임의의 동등물을 배제하기 위해 그러한 용어 또는 표현을 사용할 의도는 없다. 부가적으로, 본 발명은 본 명세서에 설명되거나 달리 본 개시 내용에 비추어 이해되는 이점들 중 하나 이상을 반드시 제공하는 일 없이 실시될 수 있고/있거나 그것의 일부 실시예에서 실현될 수 있다. 따라서, 본 발명은 개시된 실시예로 제한되지 않으며, 이하의 특허청구범위에 따라 한정되어야 하는 것으로 의도된다.

Claims

가스 터빈 시스템의 하나 이상의 블레이드 내의 부식을 검출하기 위한 프로브 장치에 있어서,
(a) 가스 터빈 블레이드의 필릿 섹션(filet section)의 표면 기하학적 형상과 합치하는 형상을 갖고, 부식 피팅(corrosion pitting)을 검출하기 위해 상기 필릿 섹션의 축방향 길이를 따라 이동하도록 작동가능한 검출 헤드;
(b) 상기 검출 헤드 내에 위치되고, 상기 검출 헤드와 접촉하는 상기 필릿의 영역 내에 제 1 자기장을 유도하도록 작동가능한 적어도 하나의 코일 장치;
(c) 상기 제 1 자기장에 노출된 상기 필릿의 영역으로부터 수신된 제 2 자기장에 대응하는 신호를 검출하도록 작동가능한 수신기 장치로서, 상기 제 2 자기장은 상기 제 1 자기장에 의해 상기 필릿의 영역에서 유도된 전류에 의해 발생되는, 상기 수신기 장치; 및
(d) 상기 검출 신호의 대응 진폭과 상기 필릿의 영역 내의 부식 피팅의 존재를 상호 관련시키기 위해 상기 검출 신호를 처리하도록 작동가능한 신호 처리 장치를 포함하며,
상기 부식 피팅의 존재는 상기 가스 터빈 시스템의 어떠한 케이싱 분해도 없이 결정되는
프로브 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 수신기 장치는,
(a) 상기 제 2 자기장으로부터의 제 1 및 제 2 수신 신호를 각각 발생시키도록 작동가능한 제 1 및 제 2 코일 장치;
(b) 상기 제 1 및 제 2 코일 장치에 각각 결합되고, 상기 제 1 및 제 2 수신 신호를 각각 필터링하도록 작동가능한 제 1 및 제 2 대역-통과 필터 장치; 및
(c) 상기 제 1 및 상기 제 2 대역-통과 필터 장치에 결합되고, 상기 필터링된 제 1 수신 신호 및 상기 필터링된 제 2 수신 신호를 차동 증폭하여 상기 검출 신호를 발생시키도록 작동가능한 차동 증폭기 장치를 포함하는
프로브 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 검출 헤드는 상기 필릿의 곡률 반경에 대응하는 반경을 포함하는 실질적으로 원통형인 형상을 포함하는
프로브 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출 헤드는 상기 필릿에 대응하는 곡률 반경보다 작거나 실질적으로 동일한 반경을 포함하는 실질적으로 원통형인 형상을 포함하는
프로브 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 터빈 블레이드는 복수의 입구 안내 베인 뒤에 위치된 복수의 제 1 스테이지 R1 회전 블레이드 중 하나를 포함하는
프로브 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 검출 헤드에 결합되는 핸들 섹션을 더 포함하며, 상기 핸들 섹션은 가요성 부분을 포함하고, 상기 가요성 부분은 상기 복수의 입구 안내 베인 사이에서 상기 가요성 부분 및 상기 검출 헤드를 조작하는 것에 기초하여, 상기 복수의 제 1 스테이지 R1 회전 블레이드 중 하나의 상기 필릿 섹션과 상기 검출 헤드 사이의 접촉을 가능하게 함으로써 상기 검출 헤드를 측정 위치로 이동시키도록 작동가능한
프로브 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 핸들 섹션에 결합되는 비디오 카메라를 더 포함하며, 상기 비디오 카메라는 상기 검출 헤드에 근접하게 위치되고 조작자가 상기 검출 헤드를 상기 측정 위치로 이동시키는 것을 돕도록 작동가능한
프로브 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유도된 전류는 맴돌이 전류(Eddy Current)를 포함하는
프로브 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 코일 장치에 인가되는 구동 신호를 발생시키도록 작동가능한 구동기 장치를 더 포함하며, 상기 구동기 장치는 지정된 역치를 초과하는 상기 검출 신호와 관련된 신호-대-노이즈 비(signal-to-noise ratio)를 생성하기 위해 상기 구동 신호의 적어도 하나의 특성을 조작하는
프로브 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 특성은 구동 신호 진폭을 포함하는
프로브 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 특성은 구동 신호 주파수를 포함하는
프로브 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 특성은 구동 신호 진폭과 구동 신호 주파수의 조합을 포함하는
프로브 장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신호 처리 장치는 디지털 신호 처리(digital signal processing; DSP) 장치를 포함하며,
상기 디지털 신호 처리 장치는,
(a) 상기 검출 신호 진폭을 디지털화하도록 작동가능한 아날로그-디지털 변환기;
(b) 상기 검출 신호에 대응하는 진폭 및 검출된 부식 피트에 대응하는 다른 저장된 검출 신호 진폭에 기초하여, 상기 검출 신호에 대응하는 진폭을 상기 다른 저장된 검출 신호 진폭과 함께 저장하도록 작동가능한 제 1 저장 영역;
(c) 가스 터빈 블레이드의 샘플 필릿 표면 상에 생성된 복수의 사전-발생된 부식 피팅 영역과 관련된 기준 데이터를 저장하도록 작동가능한 제 2 저장 영역; 및
(d) 상기 필릿 섹션 내의 상기 부식 피팅의 존재를 결정하기 위해 상기 검출 신호에 대응하는 진폭과 상기 저장된 기준 데이터를 비교하도록 작동가능한 프로세서 섹션을 포함하는
프로브 장치.
제 13 항에 있어서,
제 1 저장 영역은 상기 필릿 섹션 내의 상기 부식 피팅의 결정 사이의 시간 간격을 계산하기 위해 검출 신호에 대응하는 상기 진폭과 상기 다른 저장된 검출 신호 진폭 모두에 부가되는 타임-스탬프(time-stamp) 정보를 포함하는
프로브 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제 1 저장 영역은 상기 필릿 섹션 내의 상기 부식 피팅의 결정을 평가하기 위해 상기 저장된 검출 신호 진폭 및 상기 다른 저장된 검출 신호 진폭에 부가되는 구동 신호 정보를 포함하는
프로브 장치.
가스 터빈 시스템의 하나 이상의 블레이드 내의 부식을 검출하기 위한 프로브 장치에 있어서,
(a) 가스 터빈 블레이드의 필릿 섹션의 표면 기하학적 형상과 합치하는 형상을 갖고, 부식 피팅을 검출하기 위해 상기 필릿 섹션을 따라 이동하도록 작동가능한 검출 헤드;
(b) 상기 검출 헤드 내에 위치되고, 상기 검출 헤드와 접촉하는 상기 필릿의 영역 내에 제 1 자기장을 유도하도록 작동가능한 적어도 하나의 변환기 장치;
(c) 상기 제 1 자기장에 노출된 상기 필릿의 영역으로부터 수신된 제 2 자기장에 대응하는 신호를 검출하도록 작동가능한 수신기 장치로서, 상기 제 2 자기장은 상기 제 1 자기장에 의해 상기 필릿의 영역에서 유도된 전류에 의해 발생되는, 상기 수신기 장치; 및
(d) 상기 검출 신호의 대응 진폭과 상기 필릿의 영역 내의 부식 피팅의 존재를 상호 관련시키기 위해 상기 검출 신호를 처리하도록 작동가능한 신호 처리 장치를 포함하며,
상기 부식 피팅의 존재는 상기 가스 터빈 시스템의 어떠한 케이싱 분해도 없이 결정되는
프로브 장치.
가스 터빈 시스템의 하나 이상의 블레이드 내의 부식을 검출하기 위한 프로브 장치에 있어서,
(a) 가스 터빈 블레이드의 필릿 섹션의 표면 기하학적 형상과 합치하는 형상을 갖고, 부식 피팅을 검출하기 위해 상기 필릿 섹션을 따라 이동하도록 작동가능한 검출 헤드;
(b) 상기 검출 헤드 내에 위치되고, 상기 검출 헤드와 접촉하는 상기 필릿의 영역 내에 제 1 자기장을 유도하도록 작동가능하며, 상기 제 1 자기장에 노출된 상기 필릿의 영역으로부터 수신된 제 2 자기장에 대응하는 신호를 검출하는 트랜스시버(transceiver) 장치로서, 상기 제 2 자기장은 상기 제 1 자기장에 의해 상기 필릿의 영역에서 유도된 전류에 의해 발생되는, 상기 트랜스시버 장치; 및
(c) 상기 검출 신호의 대응 진폭과 상기 필릿의 영역 내의 부식 피팅의 존재를 상호 관련시키기 위해 상기 검출 신호를 처리하도록 작동가능한 신호 처리 장치를 포함하며,
상기 부식 피팅의 존재는 상기 가스 터빈 시스템의 어떠한 케이싱 분해도 없이 결정되는
프로브 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 트랜스시버 장치는,
(a) 상기 제 1 자기장을 발생시키도록 작동가능한 송신기; 및
(b) 상기 제 2 자기장을 수신하여 상기 검출 신호 진폭을 발생시키도록 작동가능한 수신기를 포함하는
프로브 장치.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
상기 송신기는,
(a) 제 1 코일 장치; 및
(b) 상기 제 1 코일 장치에 전기 구동 신호를 인가하도록 작동가능한 코일 구동기를 포함하는
프로브 장치.
제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수신기는,
(a) 제 2 코일 장치;
(b) 제 3 코일 장치; 및
(c) 상기 제 2 및 제 3 코일 장치에 결합되고, 상기 제 2 및 제 3 코일 장치로부터 각각 수신된 제 2 및 제 3 신호를 차동 증폭하도록 작동가능하며, 상기 검출 신호를 발생시키는 차동 증폭기를 포함하는
프로브 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 제 2 및 제 3 코일 각각은,
(a) 약 1.6밀리미터 내지 2.0밀리미터의 코일 직경;
(b) 원통형 코일 지지체;
(c) 약 50KHz 내지 900KHz의 코일 주파수 범위; 및
(d) 약 5/1의 코일 신호 대 노이즈 비를 포함하는
프로브 장치.
가스 터빈 시스템의 하나 이상의 블레이드 내의 부식을 검출하는 방법에 있어서,
(a) 가스 터빈 블레이드의 필릿 섹션의 표면 기하학적 형상에 맞추어 검출을 행함으로써 상기 필릿 섹션의 축방향 길이를 따라 부식 피팅을 검출하는 단계;
(b) 상기 부식의 검출 동안에 상기 필릿의 영역 내에 제 1 자기장을 유도하는 단계;
(c) 상기 유도된 제 1 자기장에 노출된 상기 필릿의 영역으로부터 수신된 제 2 자기장에 대응하는 신호를 검출하는 단계로서, 상기 제 2 자기장은 상기 유도된 제 1 자기장에 의해 상기 필릿의 영역에서 유도된 전류에 의해 발생되는, 상기 신호 검출 단계; 및
(d) 상기 검출 신호의 대응 진폭과 상기 필릿의 영역 내의 부식 피팅의 존재를 상호 관련시킴으로써 검출 신호를 처리하는 단계를 포함하며,
상기 부식 피팅의 존재는 상기 가스 터빈 시스템의 어떠한 케이싱 분해도 없이 결정되는
부식 검출 방법.
제 22 항에 있어서,
(e) 상기 부식 피팅의 검출을 용이하게 하기 위해 이미징 장치를 사용하여 상기 가스 터빈 블레이드를 이미지화하는 단계; 및
(f) 상기 이미지화된 가스 터빈 블레이드를 사용자에게 디스플레이하는 단계를 더 포함하는
부식 검출 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 표면 기하학적 형상에 맞추어 검출을 행하는 단계는, 상기 필릿 섹션과 관련된 곡률 반경과 실질적으로 동일하거나 또는 그보다 작은 반경을 포함하는 원통형 형상을 갖는 프로브 헤드를 사용하는 단계를 포함하는
부식 검출 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 코일 장치는, 상기 검출 헤드 내에 위치되고 상기 검출 헤드와 접촉하는 상기 필릿의 영역 내에 상기 제 1 자기장을 각각 유도하도록 작동가능한 복수의 코일 장치를 포함하며,
상기 검출 신호는 상기 제 2 자기장에 대응하는 복수의 신호를 포함하고,
상기 신호 처리 장치는 상기 검출 신호의 대응 진폭과 상기 필릿의 영역 내의 부식 피팅의 존재를 상호 관련시키기 위해 상기 복수의 검출 신호를 처리하도록 작동가능하고;
상기 처리된 복수의 검출 신호 각각은 상기 복수의 코일 장치의 각각의 하나와 관련된 신호 채널에 대응함으로써, 부식 피팅의 멀티-채널(multi-channel) 검출을 제공하는
프로브 장치.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 코일 장치는 별개의 코일을 포함하며,
상기 별개의 코일은,
(a) 상기 제 1 자기장을 발생시키도록 작동가능한 제 1 코일; 및
(b) 상기 제 2 자기장을 수신하도록 작동가능한 적어도 하나의 다른 코일을 포함하는
프로브 장치.
복수의 프로브 장치를 포함하는 부식 피팅 검출 유닛에 있어서,
각각의 프로브 장치는,
(a) 가스 터빈 블레이드의 필릿 섹션의 표면 기하학적 형상과 합치하는 형상을 갖고, 부식 피팅을 검출하기 위해 상기 필릿 섹션의 축방향 길이를 따라 이동하도록 작동가능한 검출 헤드;
(b) 상기 검출 헤드 내에 위치되고, 상기 검출 헤드와 접촉하는 상기 필릿의 영역 내에 제 1 자기장을 유도하도록 작동가능한 적어도 하나의 코일 장치;
(c) 상기 제 1 자기장에 노출된 상기 필릿의 영역으로부터 수신된 제 2 자기장에 대응하는 신호를 검출하도록 작동가능한 수신기 장치로서, 상기 제 2 자기장은 상기 제 1 자기장에 의해 상기 필릿의 영역에서 유도된 전류에 의해 발생되는, 상기 수신기 장치; 및
(d) 상기 검출 신호의 대응 진폭과 상기 필릿의 영역 내의 부식 피팅의 존재를 상호 관련시키기 위해 상기 검출 신호를 처리하도록 작동가능한 신호 처리 장치를 포함하며,
상기 부식 피팅의 존재는 상기 가스 터빈 시스템의 어떠한 케이싱 분해도 없이 결정되며,
상기 복수의 프로브 장치의 각각의 신호 처리 장치에 의해 처리된 상기 검출 신호의 결과가 대응 채널 상에 출력되는
부식 피팅 검출 유닛.