KR20240071912A - 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템은, 터빈 블레이드 검사시 측정영역 구분을 위한 명도차를 발생시키기 위해 조명을 조사하는 조명 조사장치; 블레이드 표면을 광학적으로 촬영한 이미지를 생성하는 광학 이미지 취득 장치; 및 상기 광학 이미지 취득장치가 촬영한 이미지를 분석하여 블레이드의 침식량을 산출하는 이미지 분석 및 침식량 산출장치를 포함하되,
상기 조명 조사 장치 및 상기 광학 이미지 취득 장치는 대상 블레이드를 가운데에 두고 서로 마주보며 고정되어 있으며, 터빈의 원주 방향으로 상대적으로 이동하면서 상기 대상 블레이드를 촬영하며, 상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치는, 블레이드 내부에 위치한 복수 개의 측정위치에서 침식량을 누적하는 방식으로 침식량을 산출할 수 있다.
상기 조명 조사 장치 및 상기 광학 이미지 취득 장치는 대상 블레이드를 가운데에 두고 서로 마주보며 고정되어 있으며, 터빈의 원주 방향으로 상대적으로 이동하면서 상기 대상 블레이드를 촬영하며, 상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치는, 블레이드 내부에 위치한 복수 개의 측정위치에서 침식량을 누적하는 방식으로 침식량을 산출할 수 있다.
Description
본 발명은 광학 이미지 분석을 통한 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템에 관한 것으로, 특히, 증기터빈 블레이드 표면 침식량 측정 기록에 기반하여 대상 발전소가 운영될 운전시나리오를 수립하고 그에 따른 증기터빈 블레이드의 침식량을 예측하는데 이용될 수 있는 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템에 관한 것이다.
터빈은 발전소에서 운영되는 다양한 기기 중 열에너지를 회전에너지로 변환하여 전력생산에 있어 중추역할을 하는 핵심기기이다. 발전소의 타입 및 공정조건에 따라 500℃에서 높게는 1500℃에 해당하는 증기 또는 연소가스를 접하며, 모델에 따라 1800RPM에서 3600RPM에 이르는 고속회전을 하는 터빈은 용량에 따라 복수개의 단(Stage)로 구성되어 있다. 특히, 발전소의 운전조건에 따라 첫 번째 단의 경우 외부 유입물과의 고속충돌로 침식이 발생한다.
터빈의 침식현상은 앞서 언급한 바와 같이 터빈의 작동유체인 증기 또는 연소가스가 발전소 운전조건에 따라 터빈 블레이드와 충돌할 때 그 현상이 가속화된다. 즉, 블레이드의 침식현상은 터빈의 형상, 재질과 더불어 발전소의 운전조건과 매우 밀접한 관련성이 있다. 특히, 기력발전소에서 운영되는 터빈의 마지막 단은 유입된 증기가 응축되어 상대적으로 질량이 큰 물방울로 상변이가 발생한 후 해당 습분이 블레이드와 고속충돌하여 발생하는 습분침식이 발생한다.
도 1은 습분침식에 의한 터빈 블레이드의 손상사례를 예시한 사진들이다.
터빈의 침식에 대응하기 위한 종래의 기술방법은 크게 블레이드 모재의 코팅적용 방식(출원번호 제10-2020-7015133호), 블레이드 외면부에 내마모성 소재를 추가 부착하는 보호재 적용방식(출원번호 제10-2015-7006689호), 그리고 발생되는 침식량을 예측하는 방식(JP1991-170043A) 등이 주를 이루어 왔다. 코팅제 적용방식의 경우, 코팅에 의한 효과를 유지하기 위해서는 주기적인 코팅효과의 유효성을 점검하고 재코팅 시공이 필요하다.
그러나, 형상이 복잡하고 발전소 당 수량이 200세트 이상인 저압터빈 블레이드의 특성 고려 시 적용성이 용이치 않은 한계가 있다. 또한, 블레이드 외면에 내마모성 보호재 적용방식의 경우, 이종용접부 발생에 따른 틈부식의 가속화 등으로 인해 용접 보호재의 이탈 및 이에 따른 근접 블레이드와 다이어프램의 2차 손상을 야기시킬 수 있다.
블레이드 침식량 예측방법의 경우, 블레이드 표면의 거칠기 등 블레이드에서 취득할 수 있는 물리적 측정량과 침식량간의 상관관계 데이터베이스를 활용하는 방식이 대부분이었다. 그러나 이는 현재 터빈의 침식량을 재추정하고 감시하는 방식으로 향후 운전 시 진행 예상되는 블레이드 침식량 예측이 불가능하다.
터빈 블레이드에서 발생하는 침식량을 측정하기 위한 기존의 기술에는 블레이드 선단부의 굴곡도 변화량과 표면거치길 측정값이 침식량과 갖는 상관관계를 바탕으로 추정하는 방식과 블레이드 표면에 레이져를 조사한 후 반사된 값을 좌표형태로 분석하여 침식량을 산출하는 방식 등이 있다. 그러나, 상기의 상관관계를 바탕으로 측정하는 경우 대상 블레이드의 재질이 상이하거나 운전조건이 다른 터빈을 대상으로는 적용이 곤란한 문제점이 있으며, 레이져를 조사하여 측정하는 방식의 경우 측정하고자 하는 위치별로 복수개의 레이져 송수신부가 필요하거나, 단일 레이져를 활용할 경우 다회에 걸쳐 작업을 해야하는 한계가 존재한다.
특히, 일선 현장에서는 앞서 기술한 방법론들의 적용 한계로 인해 버니어캘리퍼스 등의 일반적인 측정공구를 활용하여 작업자가 수동으로 침식량을 측정하고 있는 실정이다. 이러한 수동 측정방법의 경우 그림1에서 보는 바와 같이 침식에 의한 블레이드 손상의 형태가 뾰족한 스파이크의 양상을 띄고 있기에 작업자의 측정위치 및 자세등에 따라 매우 큰 오차가 발생할 수 있는 여지가 있으며 이러한 문제는 측정의 반복성 및 재현성의 문제로 나타날 수 있다.
또한, 최근들어 태양광발전, 풍력발전 등과 같이 전원공급의 변동성이 큰 신재생발전원이 전력계통에 병입되는 사례가 늘고 있다. 또한, 향후에는 전체 전원공급원 중 신재생발전원의 점유율이 더욱 가속화될 전망이다. 이에 따라 출력부하의 큰 변동없이 100%의 정격출력 상태로 지속 운전되던 기저부하 대용량 발전소의 운전패턴이 주말기동정지(Weekly Stop and Start) 및 부분부하 운전 등의 형태로 급격히 변화하고 있다.
이러한 발전설비의 운영환경 변화는 결국 터빈 블레이드의 침식 측면에서는 가혹 운전조건으로 변화되고 있으며 이는 곧 터빈 내부 작동유체에 포함된 습분의 증가 및 그에 따른 습분침식의 심화를 야기할 수 있다.
이에 재생에너지원에 의한 발전량이 급증하는 근래의 전력계통 현황과 주문제작 방식으로 생산되고 주문 후 최종 현장도착까지 수개월에서 수년까지 소요되는 블레이드의 제작 특성 고려시 터빈 블레이드 침식량의 정밀한 측정을 통해 발전소 핵심설비인 터빈의 운영 신뢰성을 확보하는 것이 시급히 요망되고 있다.
본 발명은 발전소 터빈의 운영 신뢰성을 확보하도록 터빈 블레이드 침식량을 정밀하고 신속하게 측정할 수 있는 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템은, 터빈 블레이드 검사시 측정영역 구분을 위한 명도차를 발생시키기 위해 조명을 조사하는 조명 조사장치; 블레이드 표면을 광학적으로 촬영한 이미지를 생성하는 광학 이미지 취득 장치; 및 상기 광학 이미지 취득장치가 촬영한 이미지를 분석하여 블레이드의 침식량을 산출하는 이미지 분석 및 침식량 산출장치를 포함하되,
상기 조명 조사 장치 및 상기 광학 이미지 취득 장치는 대상 블레이드를 가운데에 두고 서로 마주보며 고정되어 있으며, 터빈의 원주 방향으로 상대적으로 이동하면서 상기 대상 블레이드를 촬영하며, 상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치는, 블레이드 내부에 위치한 복수 개의 측정위치에서 침식량을 누적하는 방식으로 침식량을 산출할 수 있다.
여기서, 상기 조명 조사 장치와 상기 광학 이미지 취득 장치 사이로 블레이드를 위치시킨 상태로 터빈을 회전시키기 위한 터빈 회전 수단을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 조명 조사장치는, 측정 지점 주변의 조도를 고려하여 측정대상에 조사하는 조명의 조도 및 온도를 가변적으로 조사할 수 있다.
여기서, 상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치는, 상기 조명이 블레이드에 가려지는지 여부에 따른 명도차로 측정영역과 비측정영역을 구분하고 측정영역에서 침식량을 분석할 수 있다.
여기서, 상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치는, 취득된 이미지에서 측정대상 영역과 비측정대상 영역을 각각의 명도차를 이용하여 구분하되, 구분의 기준을 100에서 255 사이로 가변적으로 설정할 수 있다.
여기서, 상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치는, 명도에 의한 구분 기준에 의거 측정대상 영역과 비측정대상 영역을 구분하여 측정 대상 블레이드 최외각 끝선(Edge Line)의 연속적인 위치정보를 분석할 수 있다.
여기서, 상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치는, 블레이드의 길이 방향을 따라 측정하고자 하는 위치에 복수개의 위치에 블레이드 길이 방향에 수직인 가상의 수직선을 이미지에 포함시키고, 해당 수직선이 상기 블레이드 최외각 끝선과 만나는 2개의 교점 간 거리로 위치별 블레이드 폭을 측정할 수 있다.
여기서, 상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치는, 블레이드의 길이 방향을 따라 등간격으로 측정한 각각의 블레이드 폭 정보를 적분하여 블레이드의 면적기준 침식량을 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템은, 터빈 블레이드 검사를 위해 단일 블레이드 영역의 경계를 파악하는 블레이드 경계 식별 장치; 블레이드 표면을 광학적으로 촬영한 이미지를 생성하는 광학 이미지 취득 장치; 상기 광학 이미지 취득장치가 촬영한 이미지를 분석하여 블레이드의 침식량을 산출하는 이미지 분석 및 침식량 산출장치를 포함하되,
상기 블레이드 경계 식별 장치 및 상기 광학 이미지 취득 장치는 대상 블레이드를 가운데에 두고 서로 마주보며 고정되어 있으며, 터빈의 원주 방향으로 상대적으로 이동하면서 상기 대상 블레이드를 촬영하며, 상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치는, 블레이드 내부에 위치한 복수 개의 측정위치에서 침식량을 누적하는 방식으로 침식량을 산출할 수 있다.
여기서, 상기 블레이드 경계 식별 장치는, 터빈 블레이드에 조명을 조사하는 조명 조사장치; 및 상기 조명이 블레이드 표면에서 반사되는 광의 세기를 인식하는 광 센서를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 블레이드 경계 식별 장치와 상기 광학 이미지 취득 장치 사이로 블레이드를 위치시킨 상태로 터빈을 회전시키기 위한 터빈 회전 수단을 더 포함할 수 있다.
상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템을 실시하면, 발전소 터빈 블레이드 침식량을 정밀하고 신속하게 측정하여, 발전소 터빈의 운영 신뢰성을 확보할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 습분침식에 의한 터빈 블레이드의 손상사례를 예시한 사진들.
도 2a는 본 발명의 사상에 따른 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템의 일 실시예에 따른 기능 구성을 도시한 개념도.
도 2b는 블레이드의 측정영역을 구별하고 블레이드 폭을 측정하는 원리를 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 사상을 적용한 침식량 산출결과를 나타낸 화면.
도 4는 상기 둘째 어려움을 극복하기 위한 다른 실시예에 따른 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템을 도시한 개념도.
도 2a는 본 발명의 사상에 따른 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템의 일 실시예에 따른 기능 구성을 도시한 개념도.
도 2b는 블레이드의 측정영역을 구별하고 블레이드 폭을 측정하는 원리를 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 사상을 적용한 침식량 산출결과를 나타낸 화면.
도 4는 상기 둘째 어려움을 극복하기 위한 다른 실시예에 따른 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템을 도시한 개념도.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명에서는 터빈 블레이드 표면(1)의 침식량 측정을 위해 기존 표면 조도계 또는 레이져를 활용하던 방식에서 블레이드 표면의 침식량을 일괄적으로 측정할 수 있도록 비젼 카메라와 같은 광학 이미지 취득장치를 적용하고자 한다.
그러면, 이를 통해 해당 광학 이미지 취득장치의 측정가능 픽셀을 조정하여 측정침식량 분해능을 수십에서 수백 마이크로미터 수준까지 다양하게 조정할 수 있다. 해당 방식을 적용할 경우 정확한 측정과 더불어 해당 침식량이 측정된 위치정보를 일괄 기록관리 할 수 있도록 체계 변경이 가능할 것이다.
그런데, 비교적 복잡한 형태를 가지고 있는 터빈 블레이드들은 광학 이미지 취득 분석 방법을 적용하려는 경우, 다음과 같은 어려움이 발생한다.
첫째로, 발전기 1기에 구비되는 터빈은 다수 개가 될 수 있으며, 각 터빈에는 수십 ~ 수백개의 블레이드들이 존재하는 바, 일반적인 촬영 분석 방법으로는, 이미지 처리의 복잡도를 증대시키며, 충분한 작업 속도를 확보할 수 없다.
둘째로, 각 터빈에 형성된 각 블레이드는 이웃한 블레이드와 겹쳐져서 배치되는 경우가 대부분인데, 이 경우 촬영된 이미지에서 하나의 블레이드의 일부가 다른 블레이드에 가려지게 되어, 대상 블레이드의 정확한 영역(넓이나 폭)을 파악하기 곤란하다.
도 2a는 본 발명의 사상에 따른 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템의 일 실시예에 따른 기능 구성을 도시한 개념도이며, 도 2b는 블레이드의 측정영역을 구별하고 블레이드 폭을 측정하는 원리를 도시한 개념도이다.
도시한 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템은, 터빈 블레이드(10) 검사시 측정영역 구분을 위한 명도차를 발생시키기 위해 조명을 조사하는 조명 조사장치(30); 블레이드 표면을 광학적으로 촬영한 이미지를 생성하는 광학 이미지 취득 장치(20); 상기 광학 이미지 취득장치(20)가 촬영한 이미지를 분석하여 블레이드의 침식량을 산출하는 이미지 분석 및 침식량 산출장치(40)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 조명 조사 장치(30) 및 상기 광학 이미지 취득 장치(20)는 대상 블레이드를 가운데에 두고 서로 마주보며 고정되어 있으며, 터빈(10)의 원주 방향으로 상대적으로 이동하면서 상기 대상 블레이드를 촬영하며, 상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치(40)는, 블레이드 내부에 위치한 복수 개의 측정위치에서 침식량을 누적하는 방식으로 침식량을 산출한다.
상기 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템은, 상술한 첫번째 어려움을 극복하기 위한 것으로서, 서로 위치가 고정된 상기 조명 조사 장치(30) 및 상기 광학 이미지 취득 장치(20) 사이에 대상 블레이드를 위치시키고, 위치된 블레이드의 터빈(10)을 회전시키거나 서로 위치가 고정된 상기 조명 조사 장치(30) 및 상기 광학 이미지 취득 장치(20)를 이동시켜 가면서, 상기 대상 블레이드를 촬영하여, 터빈(10)의 원주 방향으로 배치된 블레이드들을 순차적으로 촬영/진단/측정할 수 있다. 이러한 방식으로 수 많은 블레이드들을 한꺼번에 진단할 수 있다.
진단/측정의 정확도를 높이기 위해서, 하나의 블레이드에 대한 촬영을 반복하는 경우도, 터빈(10)이 1회전될 때 촬영 위치로 복귀된 대상 블레이드를 촬영하는 방식으로 적용될 수 있다.
상술한 상기 조명 조사 장치(30) 및 상기 광학 이미지 취득 장치(20)와 대상 블레이드의 터빈(10)의 원주 방향으로 상대적 이동(즉, 회전)을 위해, 상기 조명 조사 장치(30) 및 상기 광학 이미지 취득 장치(20)는 소정의 틀(예 : 양단에 조명 조사 장치와 광학 이미지 취득 장치가 각각 설치되는 U자형 지지 프레임)로 고정시키고, 상기 조명 조사 장치(30)와 상기 광학 이미지 취득 장치(20) 사이로 블레이드를 위치시킨 상태로 터빈(10)을 회전시키기 위한 터빈 회전 수단(미도시)을 더 포함할 수 있다.
개선된 구현에 따른, 상기 조명 조사장치(30)는, 측정 지점 주변의 조도를 고려하여 측정대상에 조사하는 조명의 조도 및 온도를 가변적으로 조사할 수 있다.
상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치(40)는, 상기 광학 이미지 취득 장치(20)에서 촬영된 이미지에서 상기 조명이 블레이드에 가려지는지 여부에 따른 명도차로 측정영역과 비측정영역을 구분하고 측정영역에서 침식량을 분석할 수 있다.
이를 위한 과정들을 상세히 기술하면, 측정 대상 블레이드를 향해 조명조사 장치(30)로부터 고조도의 조명을 조사하고, 조명장치의 반대편에 광학 이미지 취득장치(20)를 위치시켜 이미지를 취득할 경우, 조명에 의한 그림자로 인해 측정 대상 블레이드는 검은색에 가까운 저명도로, 블레이드가 존재하지 않는 영역은 조명에 의해 흰색에 가까운 저명도로 구분되는 이미지가 취득된다. 이렇게 나타나는 측정대상 영역과 비측정대상 영역의 명도차는 취득된 이미지로부터 측정대상인 블레이드의 모든 영역 형상을 매우 정밀하게 구분할 수 있는 구분자 역할을 하게 된다. 해당 구분자를 통해 블레이드의 최외각 끝선(도 2b의 (5))의 정보를 취득할 수 있다.
또한, 블레이드의 길이 방향(반지름 방향)으로 다수의 측정하고자 하는 위치를 사용자가 설정하고, 각 위치에서 반지름 벡터에 수직인 임의의 가상 수직 벡터선(도 2b의 (6))을 측정이미지에 삽입하면 해당 가상 수직 벡터선이 블레이드의 상단 최외각 끝선 및 하단 최외각 끝선과 만나는 각각의 상단 최외각 교점(도 2b의 (7))과 하단 최외각 교점(도 2b의 (8))의 위치정보를 산출할 수 있으며, 상단 교점과 하단 교점의 거리를 산출함으로써 침식량 측정해당 측정 위치에서의 블레이드 폭(도 2b의 (9))을 알 수 있다.
이렇게 측정된 각 측정위치별 블레이드의 폭은 현재 블레이드의 상태를 나타내는 값이며, 해당 값을 초도 블레이드(침식이 발생하지 않은 블레이드)의 위치별 폭과 비교할 경우 위치별 블레이드 침식량을 알 수 있다.
상술한 과정들을 정리하면, 상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치는, 명도에 의한 구분 기준에 의거 측정대상 영역과 비측정대상 영역을 구분하여 측정 대상 블레이드 최외각 끝선(Edge Line)의 연속적인 위치정보를 분석할 수 있다.
이를 바탕으로 상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치(40)는, 블레이드의 길이 방향을 따라 측정하고자 하는 위치에 복수개의 위치에 블레이드 길이 방향에 수직인 가상의 수직선을 이미지에 포함시키고, 해당 수직선이 상기 블레이드 최외각 끝선과 만나는 2개의 교점 간 거리로 위치별 블레이드 폭을 측정할 수 있다.
최종적으로 상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치(40)는, 블레이드의 길이 방향을 따라 등간격으로 측정한 각각의 블레이드 폭 정보를 적분하여 블레이드의 면적기준 침식량을 산출할 수 있다.
또한, 상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치(40)는, 취득된 이미지에서 측정대상 영역과 비측정대상 영역을 각각의 명도차를 이용하여 구분하되, 구분의 기준을 100에서 255 사이로 가변적으로 설정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 사상을 적용한 침식량 산출결과를 나타낸 화면이다.
앞서 기술한 바를 근간으로 광학적 이미지 분석을 통한 터빈 블레이드 침식량 측정시스템을 구성한 예시는 도 3과 같다. 측정 대상 블레이드의 외각에서 주변의 조명 환경을 고려하여 조명 조사장치의 조도 및 온도를 설정하고 광학적 이미지 취득장치는 대상 블레이드와 함께 조명 조사장치의 광원 부분을 포함하여 이미지를 취득한다.
취득된 이미지는 조명에 의한 그림자 생성으로 인해 측정영역과 비측정영역의 명암차가 존재하며, 이미지 후처리를 통해 해당 명암차를 더욱 명확히 조절함으로써 도 3에서 보는 바와 같이 측정대상 블레이드의 최외각 끝선을 명확히 특정할 수 있다.
도시한 침식량 산출 사례에서는 시각적 이해를 돕기위해 블레이드의 길이 방향으로 10개의 침식량 측정위치를 지정하고 각 위치에서 가상 수직벡터를 이미지에 추가한 후 최외각 끝선과의 교점 정보로부터 각 위치에서의 블레이드 폭 정보를 산출하였다. 또한, 각 위치에서는 폭 정보는 신품의 폭 정보와 비교를 통해 현재의 블레이드의 침식량을 확인할 수 있으며, 해당 정보를 사용자가 사전에 설정한 기준치와 비교하여 블레이드 현상태의 사용 가부를 판단할 수 있다. 더불어 사용자의 필요에 측정위치는 손쉽게 복수개의 증가각 용이하며, 측정위치를 충분히 증가시켜 길이 형태의 침식량 정보 뿐 아니라 각 길이정보의 적분을 통해 면적 형태의 침식량 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
다음, 앞서 기술한 둘째 어려움, 즉, 각 터빈에 형성된 각 블레이드는 이웃한 블레이드와 겹쳐짐에 기인하는 블레이드 인식의 어려움을 극복하기 위한 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템에 대하여 설명하겠다.
도 4는 상기 둘째 어려움을 극복하기 위한 다른 실시예에 따른 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템을 도시한 개념도이다.
도 4에 도시한 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템은, 터빈 블레이드(10) 검사를 위해 단일 블레이드 영역의 경계를 파악하는 블레이드 경계 식별 장치(133, 135); 블레이드 표면을 광학적으로 촬영한 이미지를 생성하는 광학 이미지 취득 장치(120); 및 상기 광학 이미지 취득장치(120)가 촬영한 이미지를 분석하여 블레이드의 침식량을 산출하는 이미지 분석 및 침식량 산출장치(140)를 포함하되,
상기 블레이드 경계 식별 장치(133, 135) 및 상기 광학 이미지 취득 장치(120)는 대상 블레이드를 가운데에 두고 서로 마주보며 고정되어 있으며, 터빈의 원주 방향으로 상대적으로 이동하면서 상기 대상 블레이드를 촬영하며, 상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치(140)는, 블레이드 내부에 위치한 복수 개의 측정위치에서 침식량을 누적하는 방식으로 침식량을 산출한다.
상기 블레이드 경계 식별 장치는, 레이져 조사 및 수신 장치 등 블레이드들이 겹쳐지는 영역을 식별할 수 있는 다양한 장치로 구현될 수 있다.
그 중에서, 상기 블레이드 경계 식별 장치(133, 135)를, 터빈 블레이드에 조명을 조사하는 조명 조사장치(133); 및 상기 조명이 블레이드 표면에서 반사되는 광의 세기를 인식하는 광 센서(135)로 구현하는 경우, 도 2의 실시예와 같이 명도차에 의해 측정대상 영역과 비측정대상 영역을 명확하고 신속하게 구별하는 이점과, 상기 둘째 어려움을 극복하는 이점을 동시에 달성할 수 있어 바람직하다.
이 경우, 상기 광 센서(135)의 광 검출값이 급격히 변동되는 부분을 단일 블레이드 영역의 경계로 인식할 수 있다.
도 2b에서 위에 위치한 에지는 침식이 일어나는 부분이며, 아래에 위치한 에지는 상대적으로 침식이 거의 발생하지 않는 부분이다. 터빈의 일면만을 촬영하는 경우, 조밀한 블레이드들 간의 상호간 가려짐으로 인하여, '위에 위치한 에지'와 '아래에 위치한 에지'를 모두 촬영할 수 없고, 하나만을 선택적으로 촬영하여야 하는데, 당연히 상기 광학 이미지 취득 장치(120)는 침식이 일어나는 '위에 위치한 에지'를 촬영하도록 배치된다.
이에 따라, 도 2b에서 1094, 1101, 1106, 1112, ..., 1146 점들 및 이 점들을 연결한 라인은 상기 광학 이미지 취득 장치(120)에서 촬영된 영상에서는 근방 블레이드에 의해 가려져서 구별되지 않지만, 상기 광학 이미지 취득 장치의 반대편에 배치된 블레이드 경계 식별 장치(133, 135)가 상기 점들을 연결한 라인을 식별하며, 상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치(140)는, 상기 경계 식별 장치(133, 135)가 식별한 라인들에 속하는 점들을 블레이드 폭에 대한 시작점으로 규정하여 분석을 수행할 수 있다.
도시한 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템은, 상기 블레이드 경계 식별 장치(133, 135) 및 상기 광학 이미지 취득 장치(120)의 상호 위치를 고정시키기 위해 양단에 블레이드 경계 식별 장치(133, 135)와 광학 이미지 취득 장치(120)가 각각 설치되는 U자형 지지 프레임(170); 및 상기 블레이드 경계 식별 장치(133, 135)와 상기 광학 이미지 취득 장치(120) 사이로 블레이드를 위치시킨 상태로 터빈을 회전시키기 위한 터빈 회전 수단(180)을 포함한다.
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.
10 : 터빈 블레이드
20, 120 : 광학 이미지 취득 장치
30, 133 : 조명 조사장치
40, 140 : 이미지 분석 및 침식량 산출장치
135 : 광 센서
170 : U자형 지지 프레임
180 : 터빈 회전 수단
20, 120 : 광학 이미지 취득 장치
30, 133 : 조명 조사장치
40, 140 : 이미지 분석 및 침식량 산출장치
135 : 광 센서
170 : U자형 지지 프레임
180 : 터빈 회전 수단
Claims (11)
- 터빈 블레이드 검사시 측정영역 구분을 위한 명도차를 발생시키기 위해 조명을 조사하는 조명 조사장치;
블레이드 표면을 광학적으로 촬영한 이미지를 생성하는 광학 이미지 취득 장치;
상기 광학 이미지 취득장치가 촬영한 이미지를 분석하여 블레이드의 침식량을 산출하는 이미지 분석 및 침식량 산출장치
를 포함하되,
상기 조명 조사 장치 및 상기 광학 이미지 취득 장치는 대상 블레이드를 가운데에 두고 서로 마주보며 고정되어 있으며, 터빈의 원주 방향으로 상대적으로 이동하면서 상기 대상 블레이드를 촬영하며,
상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치는, 블레이드 내부에 위치한 복수 개의 측정위치에서 침식량을 누적하는 방식으로 침식량을 산출하는 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 조명 조사 장치와 상기 광학 이미지 취득 장치 사이로 블레이드를 위치시킨 상태로 터빈을 회전시키기 위한 터빈 회전 수단
을 더 포함하는 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 조명 조사장치는,
측정 지점 주변의 조도를 고려하여 측정대상에 조사하는 조명의 조도 및 온도를 가변적으로 조사하는 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치는,
상기 조명이 블레이드에 가려지는지 여부에 따른 명도차로 측정영역과 비측정영역을 구분하고 측정영역에서 침식량을 분석하는 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템.
- 제4항에 있어서,
상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치는,
취득된 이미지에서 측정대상 영역과 비측정대상 영역을 각각의 명도차를 이용하여 구분하되, 구분의 기준을 100에서 255 사이로 가변적으로 설정할 수 있는 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템.
- 제4항에 있어서,
상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치는,
명도에 의한 구분 기준에 의거 측정대상 영역과 비측정대상 영역을 구분하여 측정 대상 블레이드 최외각 끝선(Edge Line)의 연속적인 위치정보를 분석하는 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치는,
블레이드의 길이 방향을 따라 측정하고자 하는 위치에 복수개의 위치에 블레이드 길이 방향에 수직인 가상의 수직선을 이미지에 포함시키고, 해당 수직선이 상기 블레이드 최외각 끝선과 만나는 2개의 교점 간 거리로 위치별 블레이드 폭을 측정하는 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치는,
블레이드의 길이 방향을 따라 등간격으로 측정한 각각의 블레이드 폭 정보를 적분하여 블레이드의 면적기준 침식량을 산출하는 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템.
- 터빈 블레이드 검사를 위해 단일 블레이드 영역의 경계를 파악하는 블레이드 경계 식별 장치;
블레이드 표면을 광학적으로 촬영한 이미지를 생성하는 광학 이미지 취득 장치;
상기 광학 이미지 취득장치가 촬영한 이미지를 분석하여 블레이드의 침식량을 산출하는 이미지 분석 및 침식량 산출장치
를 포함하되,
상기 블레이드 경계 식별 장치 및 상기 광학 이미지 취득 장치는 대상 블레이드를 가운데에 두고 서로 마주보며 고정되어 있으며, 터빈의 원주 방향으로 상대적으로 이동하면서 상기 대상 블레이드를 촬영하며,
상기 이미지 분석 및 침식량 산출장치는, 블레이드 내부에 위치한 복수 개의 측정위치에서 침식량을 누적하는 방식으로 침식량을 산출하는 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템.
- 제9항에 있어서,
상기 블레이드 경계 식별 장치는,
터빈 블레이드에 조명을 조사하는 조명 조사장치; 및
상기 조명이 블레이드 표면에서 반사되는 광의 세기를 인식하는 광 센서
를 포함하는 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템.
- 제9항에 있어서,
상기 블레이드 경계 식별 장치와 상기 광학 이미지 취득 장치 사이로 블레이드를 위치시킨 상태로 터빈을 회전시키기 위한 터빈 회전 수단
을 더 포함하는 터빈 블레이드 침식량 측정 시스템.
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