KR20180011011A - 증발 멤브레인을 사용하는 냉각 구멍의 적외선 비파괴 검사 - Google Patents

증발 멤브레인을 사용하는 냉각 구멍의 적외선 비파괴 검사 Download PDF

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데에파 스리니바산
조엘 존 보스코
데바브라타 무코파드히아이
폴 스티븐 디마시오
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제네럴 일렉트릭 컴퍼니
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Abstract

배출 작동 유체(12)의 직접 증발 냉각을 위한 증발 멤브레인(14)을 사용하는, 적어도 하나의 냉각 구멍(4)을 갖는 부품(2)을 위한 열검사 시스템(10) 및 방법이 개시된다. 작동 유체(12)는 부품(2)의 적어도 하나의 내부 통로(6)에 공급되며, 상기 내부 통로는 작동 유체(12)를 내부 통로(6)로부터 냉각 구멍(4)과, 이 부품(2)과 직접 기밀 접촉하도록 배치된 습윤성 증말 멤브레인(14)을 순차적으로 통과하게 배출하도록 구성된다. 증발 멤브레인(14)을 통과한 후의 배출 작동 유체(12)에 대한 복수 개의 온도값을 결정하기 위해, 이미저(imager)(16)가 배출 작동 유체(12)의 과도적인 증발 반응에 대응하는 시계열 이미지를 포착한다. 프로세서 회로(20)가 배출 작동 유체(12)의 과도적인 증발 반응을 검사하도록 구성된다.

Description

증발 멤브레인을 사용하는 냉각 구멍의 적외선 비파괴 검사{INFRARED NON-DESTRUCTIVE EVALUATION OF COOLING HOLES USING EVAPORATIVE MEMBRANE}
본 개시는 일반적으로 열검사 시스템 및 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 작동 유체의 직접 증발 냉각을 위한 증발 멤브레인을 사용하는, 피냉각 부품의 비파괴 열 검사 및 평가에 관한 것이다.
터빈 에어포일, 노즐, 안내 베인, 슈라우드와 같은 고온 가스 경로 부품과, 연소 라이너 및 천이 부재와 같은 연소 부품, 관련 부품 및 로터 및 디스크를 포함하는 회전 부품은 그 극고온 작동 온도를 견디기 위해, 필름 냉각과 같은 고급 냉각 기술뿐만 아니라 열차단 코팅(Thermal Barrier Coating; TBC)과 같은 고급 코팅을 채용한다. 필름 냉각형 부품은 전형적으로 소형 핀 게이지의 사용을 수반하는 핀 점검용 용접 와이어를 사용하여 그리고 수류 또는 가시광 - 구성요소를 통해 물을 흐르게 하거나 빛을 비추는 과정과, 오퍼레이터가 물이 흐르고 있는지 또는 각각의 냉각 구멍으로부터 광을 볼 수 있는지를 시각적으로 확인하는 과정을 수반함 - 에 의해 수동 검사된다. 이러한 수동 방법은 정성적이고, 오퍼레이터의 해석과 중도에 차단되거나 각진 구멍의 검출의 불확실성을 겪는다.
적외선(IR) 검사 기술은 필름 냉각형 부품을 정량적이고 객관적으로 검사하는 가능성을 갖는다. 그러나, IR 검사 시스템과 현재 기류 체크 시스템은 통상적으로 상충하는 요건을 가지며, 이에 의해 상당한 비용의 개별 시스템의 사용이 필수적이다. 더욱이, 기존의 IR 검사 시스템은 통상 비피복 부분의 검사로 제한되며, 통상 측정된 작동 유체 흐름 온도차가 신뢰성 있는 검출 및 검사에 불충분하기 때문에 충분한 IR 이미지 해상도를 제공하지 못한다.
본 개시의 양태 및 장점이 아래의 설명에서 부분적으로 기술될 수도 있고, 아래의 설명으로부터 명백해질 수도 있으며, 본 개시의 실시를 통해 습득될 수도 있다.
배출 작동 유체의 직접 증발 냉각을 위한 증발 멤브레인을 사용하는, 적어도 하나의 냉각 구멍을 갖는 부품의 열검사를 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 작동 유체는 부품의 적어도 하나의 내부 통로에 공급되며, 상기 내부 통로는 작동 유체를 냉각 구멍과, 이 부품과 직접 기밀 접촉하도록 배치된 습윤성 증발 멤브레인을 순차적으로 통과하도록 내부 통로로부터 배출하도록 구성된다. 증발 멤브레인을 통과한 후의 배출 작동 유체에 대한 복수 개의 온도값을 결정하기 위해, 이미저(imager)가 배출 작동 유체의 과도적인 증발 반응에 대응하는 시계열 이미지를 포착한다. 프로세서 회로가 배출된 작동 유체의 과도적인 증발 반응을 검사하도록 구성된다.
본 개시의 이들 및 다른 피쳐(feature), 양태 및 장점은 아래의 설명 및 첨부된 청구범위를 참고로 하여 더 잘 이해될 것이다. 본 명세서에 포함되어 그 일부를 이루는 첨부 도면은 본 개시의 실시예를 예시하고, 설명과 함께 본 개시의 원리를 설명하는 기능을 한다.
당업자에게 지시되는 최선의 모드를 포함하는 완전하고 가능한 개시가 본 명세서에 기재되어 있으며, 첨부도면을 참조한다.
도 1은 열검사 시스템 실시예의 개략도.
도 2는 단일 노즐이 증발 멤브레인으로 둘러싸인 가스 터빈 노즐 부품의 검사 시스템의 다이어그램.
도 3은 다양한 상업적 증발 멤브레인 두께에 있어서의 포화 효율(효율성) 대 공기 속도의 플롯.
본 명세서 및 도면에서 반복되는 도면부호의 사용은 본 개시의 동일하거나 유사한 특징 또는 요소를 나타내기 위한 것이다.
이제, 본 개시의 실시예 - 이 실시예의 하나 이상의 예가 도면에 도시되어 있음 - 를 상세히 참고하겠다. 각각의 예는 본 개시를 제한하는 것이 아니라 본 개시를 설명하기 위해 제공된다. 사실상, 본 개시의 범위 또는 사상으로부터 벗어나는 일 없이 본 개시에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 점이 당업자에게 명백할 것이다. 예컨대, 일실시예의 부분으로서 예시되거나 설명되는 피쳐는 다른 실시예와 함께 사용되어 또 다른 실시예를 구성할 수 있다. 이에 따라, 본 개시는, 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에 속하는 한 그러한 수정 및 변형을 포함한다.
여기에서는 산업용, 해양, 또는 육상 기반 가스 터빈을 도시하고 설명하지만, 여기에서 설명하고 도시한 본 개시는 청구범위에 달리 특정되지 않는 한, 육상 기반 및/또는 산업용 및/또는 해양 가스 터빈으로 제한되지 않는다. 예컨대, 여기에서 설명하는 개시는, 제한하는 것은 아니지만 항공 전용 터빈이나 해양 가스 터빈뿐만 아니라 항공 엔진 터빈을 포함하는 임의의 타입의 터빈에서 사용될 수 있다.
직접 증발 냉각(Direct Evaporative Cooling; DEC)의 근간을 이루는 원리는 현열이 잠열로 변환된다는 것이다. 불포화 작동 유체는, 작동 유체가 멤브레인 유체의 증발을 위한 습윤 증발 멤브레인을 통해 이동하도록 강제하는 것으로 인한 열 및 질량 전달 증가에 의해 냉각된다. 작동 유체의 일부 현열은 멤브레인 유체로 전달되고, 멤브레인 유체의 일부를 증발시키는 것에 의해 잠열이 된다. 잠열은 멤브레인 유체 증기를 따라서 공기 내로 확산된다. DEC에서, 작동 유체와 멤브레인 유체 사이에서 전달되는 열과 질량은 작동 유체의 건구 온도(Dry Bulb Temperature; DBT)를 감소시키고, 작동 유체의 습도를 증가시켜, 이상 상태에서 엔탈피를 일정하게 유지한다(단열 냉각). 도달 가능한 최소 DBT는 유입 작동 유체의 습구 온도(Wet Bulb Temperature; WBT)이다. 이 시스템의 효율성(ε) - 종종 포화 효율이라고도 함 - 은 DBT의 실제 감소분과, 냉각 효율이 100 %이고, 유출 작동 유체가 포화되는 경우에 DBT가 가질 수 있는 최대 이론적 감소분 사이의 비로서 규정된다.
Figure pat00001
여기에서, DBT1 = 진입 작동 유체의 건구 온도,
DBT2 = 유출 작동 유체의 건구 온도,
WBT1 = 진입 작동 유체의 습구 온도이다.
효율성 또는 포화 효율에 영향을 주는 인자는 멤브레인 타입, 멤브레인 깊이(패드 깊이) 및 면속(face velocity)을 포함한다. 면속은 냉각 구멍을 통과하는 작동 유체 기류 비율에 직접 관련된다. 이에 따라, 증발 매체에 진입하는 작동 유체의 DBT 및 WBT와 증발 매체를 빠져나가는 작동 유체의 DBT를 측정함으로써, 작동 유체 속도를 정량하는 증발 멤브레인의 효율성을 초래하고, 냉각 구멍(들)의 자유 면적과 곱할 때에 기류 비율이 결정된다.
적어도 하나의 냉각 구멍(4)을 갖는 부품(2)의 DBT2를 결정하는 열검사 시스템이 도 1을 참고하여 설명된다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 열검사 시스템(10)은 작동 유체 흐름을 부품(2)의 적어도 하나의 내부 통로(6)에 공급하도록 구성된 작동 유체 소스(12)를 포함한다. 여기에서 사용되는 바와 같은 “작동 유체”라는 용어는 액체 및 가스를 포함하는 것으로 이해되어야만 한다. 예시적인 유체는 압축 공기와 같은 압축 가스를 포함한다. 유체의 다른 비제한적인 예로는 질소, 증기, 이산화탄소 및 임의의 뉴턴 유체가 있다. ‘부품’의 예로는 제한하는 것은 아니지만 터빈 엔진과 같은 엔진 시스템에서 사용되는 장비가 있다. 부품의 비제한적인 예로는, 터빈 내의 고온 가스 경로 부품과 같은 필름 냉각형 부품, 예컨대 고정 베인(노즐), 터빈 블레이드(로터), 연소 라이너, 다른 연소 시스템, 천이 부재 및 슈라우드가 있다. 도 1에 도시한 예시적인 구성에 있어서, 유체 소스는 작동 유체(12) 소스(예컨대, 공기 압축기) 및 증발 유체(28)(예컨대, 탈염수)를 포함한다. 특정 실시예에서, 작동 유체 유량은 가용 데이터 기간 동안에 실질적으로 일정하게 유지되며, 이에 의해 이 기간 동안에 “정상 흐름 증발 과도(steay-flow evaporative transient)”를 제공한다.
시스템(10)은, 작동 유체(12)가 냉각 구멍(4)을 덮고 있는 습윤 증발 멤브레인(14)을 통과한 후, 대기로 배출될 때에 부품(2)의 과도적 증발 반응에 대응하는 시계열 이미지를 포착하도록 구성된 이미저(16)를 더 포함한다. 증발 유체(28)는 시험 및 검사 중에 증발 멤브레인(16)을 습윤 상태로 유지하기 위한 수단을 제공하는 분사 헤드(29) 및 분사 노즐(27)로 공급된다. 시험 실행의 예는, 시간에 따른 부품(2) 상의 다수의 냉각 구멍(4)의 증발 프로파일을 얻기 위해 소정 기간에 걸쳐 연속적으로 포착되는 일련의 이미지를 포함할 수 있다. 열증발 반응은 부품(2)을 덮고 있는 증발 멤브레인(14)을 빠져나가는 작동 유체에 대한 다수의 강도 또는 온도값(DBT2)에 대응한다. 열반응은 통상적으로 이미지에 대한 강도값 세트로서 획득된다는 점에 주목해야만 한다. 강도값은 DBT2를 결정하는 온도값과 상관 관계가 있을 수 있다. 여기에서 설명하는 공정은 온도값에 대해서 수행되는 것으로 설명되지만, 당업자라면 공정은 강도값에 대해서 실행될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 제한하는 것은 아니지만, 적외선 카메라, 활성화 고온계 및 단일 포인트 고온계와 같은 적외선 검출 시스템을 포함하는 다수의 이미저(16)가 채용될 수 있다. 특정 실시예에 따르면, 이미저는 적외선 카메라를 포함한다. 적외선 카메라의 한가지 비제한적인 예는 휴대 전화 등에 부착하기에 적합한 SEEK IR 또는 FLIR IR 카메라이다. 그러나, 본 발명은 임의의 특정 브랜드의 IR 카메라에 제한되지 않는다. 휴대용 또는 고정식 IR 카메라가 이미징을 위해 채용될 수 있다.
도 2는 단일 노즐이 증발 멤브레인(14)으로 둘러싸인 가스 터빈 노즐 부품을 사용하는 검사 시스템(10)의 실시예의 다이어그램이다. SEEK IR 이미저(16)는 노즐 부품(20)의 후미 에지 상의 냉각 구멍(4)을 촬상하도록 위치 설정된다. 작동 유체(12)는 배출 냉각 공기 진입 포트에서 노즐 부품(2)에 진입하고, 증발 멤브레인이 기밀식으로 덮고 있는 냉각 구멍(4)을 통해 빠져나가기 전에, 노즐의 후미 에지 상의 냉각 구멍(4)으로 분포하기 위한 노즐 내부 냉각 통로를 통과한다. IR 이미저(16)는 그 후에 증발 멤브레인(14)을 빠져나가는 작동 유체의 구멍 고유의 DBT2를 측정하는 일련의 이미지를 포착한다. 이러한 DBT2 측정치는, 냉각 구멍(4)이 폐색되었는지 여부와 얼마나 많은 냉각 구멍(4)이 폐색되었는지를 결정하기 위해 흐름 및 온도 상세를 충족하는 노즐에 대한 베이스 데이터와 비교된다.
증발 멤브레인(14)은 냉각 구멍(4)이 나타나는 부품(2)의 부분 둘레에 둘러싸인다. 멤브레인(14)은 부품(2) 표면에 분리 가능하게 그리고 직접 기밀 접촉식으로 배치되는 다공성 재료이다. 멤브레인(14)은 냉각 구멍(4)을 빠져나가는 작동 유체의 직접 증발 냉각을 위한 증발 매체로서 기능할 수 있는 임의의 다공성 재료일 수 있다. 예시적인 증발 멤브레인(14)은 티슈지, 모슬린 직물 및 Galcier-cor, CELdek 및 ASPEN 패드와 같은 상용 강성 셀룰로오스 증발 매체를 포함한다. 멤브레인(14)은 부품(2)에 기밀식으로 부착되어 작동 유체가 멤브레인(14)을 통해 흐르는 일 없이 멤브레인(14)을 지나가는 작동 유체의 임의의 누설을 방지한다. 멤브레인(14)은 적어도 하나의 냉각 구멍(4)에 걸쳐 연장되도록 구성되고, 기본적으로 냉각 구멍(4)을 통과하는 배출 작동 유체 흐름 방향에 수직하게 위치 설정된다. 증발 멤브레인(14)은 임의의 증발 유체(28)로 ‘습윤화’될 수 있다. 여기에서 사용되는 “증발 유체”라는 용어는 작동 유체로 용이하게 방출되는 능력을 나타내고 작동 유체의 증기압을 변경하는 액체를 망라하는 것으로 이해해야만 한다. 예시적인 증발 유체는 물, 탈염수, 에테르, 알코올, 아세톤 및 일반적인 용매를 포함한다.
추가로, 도 1에서 볼 수 있는 열검사 시스템(10)은 이미저(16) 및/또는 부품(2)의 서로에 대한 이동을 제어 및 자동화하도록 구성된 조정기(18)를 더 포함할 수 있다. 조정기(18)는 로봇 아암 또는 자동화 수단을 포함할 수 있다. 열검사 시스템(10)은 열검사 결과를 표시하기 위해 프로세서(22)에 커플링되는 표시 모니터(20)를 더 포함할 수 있다. 열검사 시스템(10)은 부품(2)에 공급되는 작동 유체 유량을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 유량계(24)와, 부품(2)에 진입하는 작동 유체의 DBT1 및 WBT1를 측정하는 적어도 하나의 온도 센서(26)를 더 포함할 수 있다. 특정 구현예에 따라, 작동 유체는 부품(2)에 진입하기 전에 히터(30)에 의해 예열될 수 있다.
열검사 시스템(10)은 이미저(16)에 작동 가능하게 연결되고 시험 기간 동안에 부품(2)의 과도적 증발 반응을 결정하도록 구성된 프로세서(22)를 더 포함하며, 이때 부품(2)에 공급되는 작동 유체 흐름은 냉각 구멍(4)과 증발 멤브레인(14)을 통해 부품을 빠져나가, 부품(2)을 빠져나갈 때 작동 유체의 DBT를 낮춘다. 냉각 구멍(4)이 부분적으로 또는 완전히 폐색되면, 냉각 구멍(4)을 통해 빠져나가는 임의의 작동 유체 흐름이 동일한 양으로 증발 냉각되지 않을 것이고, 이에 따라 비폐색 냉각 구멍(4)을 빠져나가는 작동 유체보다 따뜻하기 때문에, 열 이미저(16)에서 더 높은 DBT2를 나타낼 것이다. 온도 센서(26)에 의해 측정된 DBT1 및 WBT1와, 열 이미저(16), 공기 속도 및 각각의 냉각 구멍(4)을 통과하는 작동 유체 유량을 사용하여 측정된 DBT2는 증발을 위해 사용되는 특정 증발 멤브레인에 대한 효율성(포화 효율) 곡선을 사용하여 산출될 수 있다. 이것은 모든 냉각 구멍(4)이 개방된 부품(2)에 대한 기준값과 비교될 수 있다.
기준값의 비제한적인 예로는 하나 이상의 로컬값, 로컬값 그룹의 중간값 및 로컬값 그룹의 표준편차가 있다. 더욱이, “기준값”은, 예컨대 소망하는 상세를 충족하는 샘플(또는 “공칭”) 부분을 사용하여 추출될 수 있다. 예컨대, 기준값은 적절한 크기의 비폐색 냉각 통로를 가진 것으로 알려진 샘플 부품의 기준 과도적 증발 반응을 측정하는 것에 의해 결정될 수 있다. ‘소망하는 상세를 충족한다’라는 구문의 비제한적인 예로는 부품의 외면에 형성되어 외부로부터의 구멍의 부분적인 또는 전체적인 폐색을 초래할 수 있는 침적물로 인한 부분적인 또는 전체적인 폐색을 피하는 것; 정확한 필름 구멍 사이즈를 갖는 것; 주조 공정에서 남은 슬래그와 같은 통로와 세정 공정으로부터의 파편의 부적절한 형성을 피하는 것; 및 내부 통로(6)의 부분적인 또는 전체적인 폐색을 초래하는 부적절한 치수를 피하는 것이 있다.
프로세서(22)는 또한 카메라 컨트롤러(도시하지 않음)에 커플링될 수 있고, 표시 모니터(20) 상에 얻은 결과를 출력할 수 있다. 프로세서는 이미저로부터 통상적으로 적절한 주파수의 이미지 프레임 비율, 예컨대 초당 10 프레임을 상회하고, 전형적으로 초당 15 프레임을 상회하는 이미지 프레임 비율을 포착하는 것이 가능하다. 부품(2)의 온도-시간 이력은 이미저(16)와 프로세서(22)의 사용에 의해 용이하게 측정된다. 부품(2) 외면 상의 각각의 위치의 온도-시간 이력은 분석을 위해 프로세서(22)에 기록될 수 있다. 작동 유체 출구 온도 분포의 상세 측정은 이미저(16)의 해상도, 즉 이미저(16)에서의 픽셀 어레이의 밀도에 좌우된다.
본 개시는 본 발명의 프로세싱 업무를 수행하기 위한 임의의 특정 프로세서에 제한되지 않는다. 여기에서 사용되는 “프로세서”라는 용어는 본 발명의 과제를 수행하는 데 필요한 산출 또는 계산을 실행할 수 있는 모든 기계를 지칭한다. “프로세서”라는 용어는 구조화된 입력을 받아들이고, 규정된 규칙에 따라 입력을 처리하여 출력을 생성할 수 있는 모든 기계를 의미한다. 여기에서 사용되는 “...하도록 구성된”이라는 구문은 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 프로세서가 본 발명의 과제를 수행하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어의 조합을 갖추고 있음을 의미한다는 점도 또한 유념해야만 한다.
특정 실시예에 따르면, 프로세서(22)는 시험 기간 부근의 시간에 대한 강도 또는 온도값을 조사함으로써 과도 증발 반응을 결정하도록 구성된다. 대안으로서, 프레임 개수는 시간을 거슬러 프레임 비율과 상관 관계가 있을 수 있다. 프로세서(22)는 강도 또는 온도를 각각의 기준값(들) 또는 각각의 허용 가능한 값의 범위와 비교하는 것에 의해 비교를 실시하여, 부품이 소망하는 상세를 충족하는지 여부를 결정하도록 구성된다. 유익하게는, 정규화가 유입 공기 온도(DBT1)에서의 임의의 일간 변화와 변하는 초기 부품 온도의 영향을 제거한다. 본 실시예에 있어서, 프로세서(22)는 또한 시간에 대해 강도 또는 온도값을 계산하기 위해 정규화 데이터를 사용하도록 구성된다.
프로세서(22)는 또한 이미지에 있는 픽셀의 상대 강도에 기초하여 부품(2)의 외면 상의 냉각 구멍(4)의 각각의 위치를 식별하도록 구성될 수 있다. 냉각 구멍(4)의 비제한적인 예로는 필름 냉각 구멍이 있다. 본 실시예에 있어서, 선택된 픽셀의 서브세트가 냉각 구멍(4) 위치에 대응한다. 특정 실시예에 따르면, 프로세서(22)는 또한 소망하는 상세를 충족하지 않는 임의의 냉각 구멍(4)의 위치를 식별하도록 구성된다. 예컨대, 프로세서(22)는 폐색된 구멍의 열 및 구멍 개수를 오퍼레이터가 디스플레이(20)에서 보도록 출력할 수 있다. 대안으로서, 프로세서(22)는 바코드 라벨러(도시하지 않음)에 폐색된 구멍의 위치를 식별하는 바코드를 프린트하도록 명령할 수 있으며, 이에 따라 라벨(도시하지 않음)이 부품(2)에 고착될 수 있다. 바코드 라벨은 그 후에 스캐닝될 수 있고, 내부에 엔코딩된 정보가 부품(2)을 수리하거나 재가공하는 데 사용될 수 있다.
유익하게는, 열검사 시스템(10)은 완전 자동화될 수 있고, 따라서 향상된 정확도로 현재 검사 시스템보다 빠를 수 있다. 추가로, 열검사 시스템(10)은 조작자가 다른 업무를 수행하는 것을 가능하게 하며, 이에 의해 제조 수율을 증가시키는 한편, 모든 검사 부품 기록을 선택적으로 생성할 수 있다. 재가공을 필요로 하는 것으로 식별된 구멍은, 오퍼레이터가 기계에 어느 구멍이 재가공되어야만 하는지 말할 필요 없이 네트워크 통신을 통해 적절한 기계로 자동 송출될 수 있기 때문에, 오퍼레이터 시간이 상당히 절감된다.
추가로, 열검사 시스템(10)은 기류 디자인 상세에 관한 가스 터빈 부품 검사와 개방 구멍 검사에 대한 잠재 비용과 생산력 절감을 제공한다. 절감은 장비 지출과 노동비의 감소에서 실현될 수 있다. 적외선(IR) 비파괴 검사(NDE)는 번거로운 수동 핀 점검 및 시각적 수류 또는 조명 검사를 제거한다. 오퍼레이터가 하나의 부품을 검사하는 데는 5 내지 10분이 소요된다. IR NDE 자동화의 경우, 상기 시간은 다른 생산 영역으로 재할당될 수 있다. 열검사 시스템(10)의 다른 이점은, IR NDE 방법이 구멍 개방도에 대한 정량적인 측정을 제공하는 반면, 핀 점검과 수류 공정은 정성적이고 오퍼레이터의 재량에 달려 있다. 추가로, IR NDE 판독치는 전자적으로 저장될 수 있는 반면, 핀 점검과 수류 또는 조명은 통상적으로 검사와 제조 품질을 모니터링하는 데이터베이스를 형성하는 데 사용되지 않는다. 추가로, 이 방법은 부분 폐색된 구멍을 검출할 수 있으며, 이것은 핀 점검이나 수류 방법을 통해서는 불가능하다.
도 3은 통상의 상업적 증발 멤브레인 두께에 있어서의 포화 효율(효율성) 대 공기 속도의 플롯이다. 이들 플롯은 대부분의 상업적 증발 매체 및 멤브레인에 대해 이용 가능하다. 데이터는 각각의 냉각 구멍을 통과하는 작동 유체의 체적 유량을 산출하는 데 사용되어, 임의의 냉각 구멍(4)이 완전히 또는 부분적으로 폐색되었는지의 여부를 결정한다. 예컨대, 도 1에 도시한 온도 센서(26)를 사용하여, DBT1(진입하는 작동 유체의 건구 온도)은 25 ℃로서 측정되고, WBT1(진입하는 작동 유체의 습구 온도)는 10 ℃로 측정된다. 부품(2)을 덮는 증발 멤브레인(14) 두께는 0.1542 m이고, 도 3의 가장 아래 곡선 상에 나타낸 바와 같이 수행한다. 증발 멤브레인(14)은 전체 시험 기간 동안 증발 유체(28)로 습윤화된 상태로 유지된다. 냉각 구멍(4)을 빠져나가는 작동 유체(12)는 IR 카메라(16)에 의해 촬상되기 전에 증발 멤브레인(14)에 의해 증발식으로 냉각된다. IR 카메라 데이터를 사용하여, DBT2(유출 작동 유체의 건구 온도)는 냉각 구멍(4) 중 하나를 빠져나간 후에 14 ℃로 증발식으로 냉각되도록 결정된다. 이 데이터를 사용하여, 11/15 = 73%의 포화 효율(효율성)이 방정식
Figure pat00002
을 이용하여 산출된다. 도 3으로부터, 0.1542 m 두께의 멤브레인에 대한 구멍을 통과하는 공기의 속도는 73 %의 효율로 x 축에서 2.5 m/s로 판독된다. 원형 냉각 구멍(4) 직경은 1.588 mm로 알려져 있고, 이에 따라 냉각 구멍(4)의 자유 단면적은 [π(1.588)2/4] = 1.98 mm2 또는 1.98 x 10-6 m2]로 정의된다. 2.5 m/sec의 공기 속도를 1.98 x 10-6 m2의 냉각 구멍(4)의 자유 단면적과 곱하면, 5.01 x 10-6 m3/s의 체적 작동 유체 유량이 된다. 이러한 체적 유량은 기지의 기준값과 비교되고, “비폐색” 냉각 구멍(4)에 대한 “상세”를 충족하거나, “이러한 상세 내에” 있으며, 이에 따라 검사를 통과한다. 체적 유량이 약 4.0 x 10-6 m3/sec의 문턱값 미만으로 떨어지면, 구멍은 상세를 충족하지 못하고, “부분적으로 폐색” 냉각 구멍(4)으로 간주된다. 체적 유량이 측정되지 않으면, 냉각 구멍(4)은 “완전히 폐색”된 것으로 간주된다. 상세는, 작동 유체 유량이 완전 폐색, 부분 폐색 및 개방으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 조건 내에 속하는지 여부를 결정하기 위해 냉각 구멍(4) 상태 범위를 갖는다. 부분 및 완전 폐색된 냉각 구멍(4)은 부품을 수리를 위해 다시 송출하기 전에 식별되고 검사 결과가 표시된다. 수리 후, 전체 부품에 대한 작동 유체 체적 유량이 상세를 충족할 때까지 부품이 시험되고 검사된다.
이 서술된 설명은 최상의 모드를 포함하여 본 발명을 개시하고, 또한 임의의 디바이스 또는 시스템을 제작 및 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위한 예를 이용한다. 본 개시의 특허 가능한 범위는 청구항에 의해 규정되며, 당업자에게 떠오르는 다른 예를 포함할 수 있다. 그러한 다른 예는, 사실상 청구범위와 다르지 않은 구조 요소를 갖거나, 사실상 청구범위와 대단치 않은 차이를 지닌 등가의 구조 요소를 포함하는 경우 청구범위의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다.
2 : 부품
4 : 냉각 구멍
6 : 내부 통로
10 : 열검사 시스템
12 : 작동 유체
14 : 증발 멤브레인
16 : 이미저
18 : 조정기
20 : 표시 모니터
22 : 프로세서
24 : 유량계
26 : 온도 센서
27 : 분사 노즐
28 : 증발 유체
29 : 분사 헤더
30 : 히터

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 냉각 구멍(4)을 갖는 부품(2)을 위한 열검사 시스템(10)으로서,
    부품(2)의 적어도 하나의 내부 통로(6) - 내부 통로(6)로부터 작동 유체(12)를 배출하도록 구성된 복수 개의 냉각 구멍(4)을 더 포함함 - 에 작동 유체(12)를 공급하도록 구성된 작동 유체(12) 소스;
    증발 유체(28)를 포함하고, 부품(2)과 직접 접촉하도록 분리 가능하게 배치되며, 배출 작동 유체(12)의 흐름 방향에 기본적으로 수직하게 위치 설정되면서 적어도 하나의 냉각 구멍(4)에 걸쳐 연장되도록 구성되는 증발 멤브레인(14);
    배출 작동 유체(12)의 과도적 증발 반응 - 증발 멤브레인(14) 통과 후에 배출 작동 유체(12)에 대한 복수 개의 온도값에 대응함 - 에 대응하는 시계열 이미지를 포착하도록 구성되는 이미저(imager)(16); 및
    배출 작동 유체(12)의 과도적 증발 반응을 결정하도록 구성된 회로를 포함하고, 이미저(16)에 작동 가능하게 접속되는 프로세서(22)
    를 포함하고, 배출 작동 유체(12) 흐름은 증발식으로 냉각되고, 이때 냉각 구멍(4)은 냉각 구멍(4)을 통과하는 충분한 배출 작동 유체(12) 흐름이 소망하는 상세를 충족하도록 하는 것인 열검사 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 작동 유체(12)는 압축 공기, 질소, 증기, 이산화탄소 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 유체인 것인 열검사 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 증발 멤브레인(14)은 티슈지, 모슬린 직물 및 강성 셀룰로오스 증발 매체 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 멤브레인인 것인 열검사 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 증발 유체(28)는 물, 에테르, 알코올, 아세톤, 일반 용제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 유체인 것인 열검사 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 각각의 이미지는 복수 개의 픽셀에 대응하고, 프로세서는 또한 이미지에 있는 픽셀의 상대 강도에 기초하여 부품(2)의 외면 상의 하나 이상의 냉각 구멍(4)의 각각의 위치를 식별하도록 구성되는 것인 열검사 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 프로세서(22)는 또한 각각의 냉각 구멍(4)이 적어도 부분적으로 폐색되었는지를 결정하기 위해, 배출 작동 유체(12) 온도를 결정하여 하나 이상의 기준값과 비교하도록 구성되는 것인 열검사 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 이미저(16)는 적외선 카메라를 포함하는 것인 열검사 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 이미저(16)와 부품(2)의 상대 위치와 상대 배향 중 적어도 하나를 조정하기 위해 적어도 하나의 조정기(18)를 더 포함하는 열검사 시스템.
  9. 부품(2)의 냉각 구멍(4)을 통과하는 작동 유체(12)의 유량을 결정하는 유량 결정 방법으로서,
    부품(2)에 있는 각각의 냉각 구멍(4)의 자유 면적과 위치를 결정하는 결정 단계;
    모든 냉각 구멍(4)이 기밀식으로 덮이도록 증발 멤브레인(14)을 부품(2)의 외면에 부착하는 부착 단계;
    증발 멤브레인(14)을 증발 유체(28)로 연속적으로 습윤화하는 습윤화 단계;
    작동 유체(12)를 부품(2)의 내부 통로(6)에 공급하는 공급 단계;
    작동 유체(12)를 내부 통로(6)로부터 냉각 구멍(4)과 증발 멤브레인(14)을 순차적으로 통과하도록 배출하는 배출 단계;
    증발 멤브레인(14) 효율성을 이용하여 각각의 냉각 구멍(4)을 통한 작동 유체(12)의 유량을 계산하는 계산 단계; 및
    작동 유체(12)의 유량이 소망하는 상세 내에 속하는지를 결정하는 결정 단계
    를 포함하는 유량 결정 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 계산 단계는 내부 통로(6)에 진입하는 작동 유체(12)의 건구 온도와 습구 온도를 측정하는 추가의 단계를 포함하는 것인 유량 결정 방법.
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