(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス・タービン等の翼型のようなシステム構成要素の変形又は離脱の機敏で正確な識別を可能にする装置及び方法を提供する。【解決手段】損傷検出装置は、構成要素１１０の表面で第一の配向に配列されて、第一の組の信号を発生するように構成されている第一のセンサ１２０のグリッド１２５を含んでいる。この装置はまた、第一のセンサのグリッドとは独立の第二のセンサ１３０のグリッド１３５であって、構成要素の表面に設けられた絶縁層の上で第二の配向に配列されて、第二の組の信号を発生するように構成されており、第二の配向は第一の配向と重なっている、第二のセンサのグリッドを含んでいる。プロセッサ１４０が、第一の組の信号又は第二の組の信号の少なくとも一つの信号の変化に基づいて損傷を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムの構成要素の損傷を検出する装置であって、
前記構成要素の表面で第一の配向に配列されて、作動すると第一の組の信号を発生するように構成されている第一のセンサのグリッドと、
該第一のセンサのグリッドとは独立の第二のセンサのグリッドであって、前記構成要素の前記表面に設けられた絶縁層の上で第二の配向に配列されて、作動すると第二の組の信号を発生するように構成されており、前記第二の配向は前記第一の配向と重なっている、第二のセンサのグリッドと、
前記第一の組の信号又は前記第二の組の信号の少なくとも一つの信号の変化に基づいて前記損傷を検出するように構成されているプロセッサと
を備えた装置。
【請求項２】
前記第一の配向は前記第二の配向に垂直である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第一のセンサのグリッドは第一の通電線のグリッドであり、前記第二のセンサのグリッドは第二の通電線のグリッドである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
少なくとも一つの信号の前記変化は、期待される電流値から過電流への変化である、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記プロセッサは、前記過電流に基づいて前記構成要素の変形であるものとして前記損傷を検出する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記第一の通電線のグリッド又は前記第二の通電線のグリッドの何れの１又は複数の通電線が前記変化及び前記過電流を呈しているかに基づいて前記変形の形状及び位置を推定する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
少なくとも一つの信号の前記変化は、期待される電流値から無電流への変化である、請求項３に記載の装置。
【請求項８】
前記プロセッサは、前記変化に基づいて前記システムからの前記構成要素の離脱であるものとして前記損傷を検出する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記プロセッサは、前記第一の通電線のグリッド又は前記第二の通電線のグリッドの何れの１又は複数の通電線が前記変化を呈しているかに基づいて前記離脱の範囲及び位置を推定する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
システムの構成要素の損傷を検出する方法であって、
作動すると第一の組の信号を発生するように構成されている第一のセンサのグリッドを前記構成要素の表面で第一の配向に配設するステップと、
前記第一のセンサのグリッドとは独立の第二のセンサのグリッドを前記構成要素の前記表面に設けられた絶縁層の上で第二の配向に配設するステップであって、前記第二の配向は前記第一の配向と重なっており、前記第二のセンサのグリッドは作動すると第二の組の信号を発生するように構成されている、配設するステップと、
前記第一の組の信号又は前記第二の組の信号の少なくとも一つの信号の変化に基づいて前記損傷を検出するように前記第一の組の信号及び前記第二の組の信号を処理するステップと
を備えた方法。
【請求項１１】
前記第一のセンサのグリッドの１若しくは複数又は前記第二のセンサのグリッドの１若しくは複数を流れる電流の流れを初期化するステップをさらに含んでおり、前記第一のセンサのグリッドは第一の通電線のグリッドであり、前記第二のセンサのグリッドは第二の通電線のグリッドである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記処理するステップは、少なくとも一つの信号の前記変化を期待される電流値から過電流への変化として検出することを含んでいる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記処理するステップは、前記過電流に基づいて前記構成要素の変形であるものとして前記損傷を検出することを含んでいる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記処理するステップは、前記第一の通電線のグリッド又は前記第二の通電線のグリッドの何れの１又は複数の通電線が前記変化及び前記過電流を呈しているかに基づいて前記変形の形状及び位置を推定することを含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記処理するステップは、少なくとも一つの信号の前記変化を期待される電流値から無電流への変化として検出することを含んでいる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記処理するステップは、前記変化に基づいて前記システムからの前記構成要素の離脱であるものとして前記損傷を検出することを含んでいる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記処理するステップは、前記第一の通電線のグリッド又は前記第二の通電線のグリッドの何れの１又は複数の通電線が前記変化を呈しているかに基づいて前記離脱の範囲及び位置を推定することを含んでいる、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本書に開示される主題は、構成要素の特性決定に関し、さらに具体的には、損傷検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
システムの構成要素の変形又は離脱を検出する能力は、システムの他の部分に対する副次的な損傷を軽減することができる。例えばガス・タービンでは、例えば翼型として成形されている静翼を用いて空気流の圧力及び速度を制御する。翼（ブレード）の１又は複数が表面の変形を起こしたり静翼の残りの組からの離脱を起こしたりすると、この翼に対する損傷の副次的な影響はガス・タービンの性能及び信頼性の低下となる。
【発明の概要】
【０００３】
従来のシステムでは、上の例での静翼のような構成要素に対するあらゆる損傷は、ガス・タービンの例では振動特徴又は温度の変化のような下流での影響に基づいて検出されていた。しかしながら、変形又は離脱を下流での影響に基づいて検出するときには、全体的なシステムは既に悪影響を蒙っている。さらに、あらゆる変形が即刻の補正対策を必要とする訳ではない場合もある。例えば、変形の位置に基づいて、要求される修理は差し迫ってはいるが即刻でなくてもよく、修理を行なうためのシステム運転停止の遅延を許容し得る場合がある。このように、翼型のようなシステム構成要素の変形又は離脱の機敏で正確な識別が求められている。
【０００４】
一観点によれば、システムの構成要素の損傷を検出する損傷検出装置が、構成要素の表面で第一の配向に配列されて、第一の組の信号を発生するように構成されている第一のセンサのグリッドと、第一のセンサのグリッドとは独立の第二のセンサのグリッドであって、構成要素の表面で第二の配向に配列されて、第二の組の信号を発生するように構成されており、第二の配向は第一の配向と重なっている、第二のセンサのグリッドと、第一の組の信号又は第二の組の信号の少なくとも一つの信号の変化に基づいて損傷を検出するように構成されているプロセッサとを含んでいる。
【０００５】
もう一つの観点によれば、システムの構成要素の損傷を検出する方法が、第一の組の信号を発生するように構成されている第一のセンサのグリッドを構成要素の表面で第一の配向に配設するステップと、第一のセンサのグリッドとは独立の第二のセンサのグリッドを構成要素の表面で第二の配向に配設するステップであって、第二の配向は第一の配向と重なっており、第二のセンサのグリッドは第二の組の信号を発生するように構成されている、配設するステップと、第一の組の信号又は第二の組の信号の少なくとも一つの信号の変化に基づいて損傷を検出するように第一の組の信号及び第二の組の信号を処理するステップとを含んでいる。
【０００６】
これらの利点及び特徴、並びに他の利点及び特徴は、以下の記載を図面と共に参照することによりさらに明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明と看做される主題は、明細書の終結部の特許請求の範囲において具体的に指摘され明確に請求されている。以上に述べた本発明の特徴及び利点、並びに他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明を添付図面と共に参照することにより明らかとなる。
【図１】一実施形態による損傷検出システムを一体化した翼型の遠近前面図である。
【図２】図１の実施形態による損傷検出システムを一体化した翼型の遠近側面図である。
【図３】一実施形態による構成要素の損傷検出に関わる工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の詳細な説明は、本発明の実施形態を図面に関して例として利点及び特徴と共に説明する。
【０００９】
図１及び図２は、一実施形態による損傷検出システム１００を一体化した構成要素１１０の遠近前面図及び遠近側面図をそれぞれ示す。図１及び図２に示す例示的な構成要素１１０は翼型１１５である。しかしながら、損傷検出システム１００は、任意のシステムの任意の構成要素１１０に対する損傷を検出するのに用いられ得る。構成要素１１０が回転構成要素であるときには、損傷検出システム１００はスリップ・リングを含む。損傷検出システム１００は、構成要素１１０の表面で一つの方向（図１では水平に示す）に配列された一組のセンサ１２０と、もう一つの方向（図１では鉛直に示す）に配列された一組のセンサ１３０と、プロセッサ１４０とを含んでいる。センサ１２０及び１３０は図１では垂直であるように示されているが、これら二組のセンサ１２０及び１３０は重なった配向を有していさえすればよく、必ずしも垂直配向でなくてもよい。これら二組のセンサ１２０及び１３０は、例えば通電線（current-carrying wires）１２５及び１３５のグリッドであってよい。通電線１２５及び１３５のグリッドの各々は独立である。すなわち、絶縁層１２７がこれら二組のセンサ１２０、１３０を離隔している。このように、通電線１２５及び１３５のグリッドの配向は重なっているが、通電線１２５のグリッドは当初は、通電線１３５のグリッドと交差したり接触したりしないように配設されている。
【００１０】
プロセッサ１４０は、各々のセンサ１２０及び１３０における信号を感知して、信号の少なくとも一つの変化に基づいて構成要素１１０に対する損傷を検出する。代替的な実施形態では、信号は両センサ１２０、１３０に不断に存在していなくてもよい。この場合には、これら二組のセンサ１２０、１３０の間の干渉に基づいて状態の変化を示す信号の変化が用いられる。
【００１１】
構成要素１１０が翼型１１５であり、センサ１２０及び１３０が通電線１２５及び１３５のグリッドである実施形態の例に関して、プロセッサ１４０の作用範囲について詳細に述べる。翼型１１５の一部が変形すると、変形域において一つの方向（図１では水平）に配向した通電線１２５が、やはり変形域にある他の方向（図１では鉛直）に配向した通電線１３５に接触して、変形域において短絡を生ずる。この短絡は、絶縁層１２７が変形のため破壊されたことに起因して生ずる。代替的な実施形態に関して上で述べたように、短絡を生じさせるためには通電線１２５、１３５の組の一組のみが駆動されて（電流を流して作動して）いればよい。プロセッサ１４０は当初は、一方の組又は両方の組の作動している通電線１２５及び１３５を流れる期待される電流の流れを検出しており、このプロセッサ１４０が１又は複数の組の通電線１２５及び１３５において過電流を検出する。従って、短絡を引き起こした変形を、何れの組（１又は複数）の通電線１２５及び１３５が過電流状態を呈しているかに基づいて位置決定することができる。様々な実施形態において、プロセッサ１４０は２以上のプロセッサ１４０の網であってよく、１又は複数のメモリ装置と共に動作し得る。プロセッサ１４０は、電流検出器及び様々な制御作用を含んでいてよく、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、又は他のプログラム可能な計算装置を備えたコンピュータとして実装され得る。
【００１２】
また翼型１１５の一部が離脱する（壊れて外れる）と、翼型１１５の該当域に関連する通電線１２５及び１３５も破断される。これにより、破断箇所に開回路が生じて、電流の流れの損失が生ずる。プロセッサ１４０は当初は、一方の組又は両方の組の作動している通電線１２５及び１３５を流れる期待される電流の流れを検出しており、このプロセッサ１４０が通電線１２５及び１３５の１又は複数における信号損失又は電流の流れの欠如を検出する。従って、開回路を生じた離脱は、何れの通電線１２５及び１３５が信号損失を呈しているかに基づいて位置決定され得る。上での作動している通電線１２５及び１３５に対する参照は、全ての通電線１２５及び１３５が全ての時刻において電流を流して作動していなくてもよいことを示すものとする。すなわち、所与の動作条件に基づいて、構成要素１１０（例えば、翼型１１５）の幾つかの部分のみが不断に応力下にあり又は着目され得る。代替的には、最後の検査以来変形又は離脱が起こっていないことを保証する表面全体の定期的な検査のみが必要とされ得る。構成要素１１０の表面全体の不断の監視が必要とされないときには、着目領域における通電線１２５及び１３５、又は着目期間における全ての通電線１２５及び１３５が電流によって駆動されればよい。
【００１３】
図３は、一実施形態による構成要素１１０の損傷検出に関わる工程３００を示す。工程３００は、ブロック３１０において、第一のセンサ１２０のグリッドを第一の配向に配設するステップを含んでいる。ブロック３２０では、第二のセンサ１３０のグリッドを第二の配向に配設するステップが、第一の配向に重なる第二の配向を含んでいるが、第二の配向は必ずしも第一の配向に垂直でなくてよい。ブロック３２０において第二のセンサ１３０のグリッドを配設するステップはまた、第一のセンサ１２０のグリッドと第二のセンサ１３０のグリッドとが接触したり交差したりしないことを保証するように、第二のセンサ１３０のグリッドを第一のセンサ１２０のグリッドから離隔して保持することを含んでいる。工程３００は、ブロック３３０において第一のセンサ１２０のグリッド及び第二のセンサ１３０のグリッドの幾つか又は全てを駆動するステップを含んでいる。ブロック３３０はまた、センサ１２０及び１３０の幾つか又は全てを不断にではなく周期的に駆動することを含んでいる。前述のように、翼型１１５の一定区域の通電線１２５及び１３５のみが、例えば所与の状況において翼型１１５が蒙る応力に基づいて駆動されればよい。ブロック３４０では、第一のセンサ１２５のグリッド及び第二のセンサ１３０のグリッドから受け取った信号を処理することにより、プロセッサ１４０が構成要素１１０に対する損傷の形式及び範囲を決定することを可能にする。例えば、第一のセンサ１２０のグリッドからの１本の通電線１２５及び第二のセンサ１３０のグリッドからの１本の通電線１３５のみが短絡による過電流を呈していたら、プロセッサは翼型１１０の１ヶ所に位置決定された変形を識別する。一方、プロセッサ１４０が第一のセンサ１２０のグリッドからの数本の通電線１２５及び第二のセンサ１３０のグリッドからの数本の通電線１３５からの信号を受け取るのを停止したら、プロセッサは、翼型１１５の大きい部分がタービン・システムから離脱したものと識別する。
【００１４】
構成要素１１０に対する損傷の位置及び範囲を指示することにより、プロセッサ１４０は、全体的なシステムに対する損傷の影響の重大性の解析を容易にする。次いで、この解析を用いて、修理又は交換が必要か否か、また何時必要かを決定することができる。変形の全体的な位置に関する情報がなければ、例えばシステム作用範囲に対する損傷の重大性の解析を行なうことができず、全体的なシステム（例えばガス・タービン）において影響が現われるまで全ての検出された変形を無視すべきか、又は全ての変形を修理すべきかの選択を下さなければならない。第一のアプローチは、損傷検出システム１００が存在しない場合の損傷解析の現状と等価である。一方、変形が検出される度に修理を行なうのは、不必要である可能性があるのにシステムが運転停止されるので低効率のアプローチであると言える。損傷検出システム１００を用いてプロセッサ１４０によって与えられる情報によって、さらに効率のよい損傷の対処が可能である。例えば、初期に検出される変形は修理を必要としないと決定されることができ、この変形の拡大は修理が差し迫っていることを示し得る。
【００１５】
発明を限られた数の実施形態にのみ関連して詳細に記載したが、本発明はかかる開示された実施形態に限定されないことが容易に理解されよう。寧ろ、本発明は、本書には記載されていないが発明の要旨及び範囲に沿った任意の数の変形、変更、置換又は均等構成を組み入れるように改変され得る。加えて、発明の様々な実施形態について記載したが、発明の各観点は所載の実施形態の幾つかのみを含み得ることを理解されたい。従って、本発明は、以上の記載によって制限されると看做されるのではなく、特許請求の範囲によってのみ制限される。
【符号の説明】
【００１６】
１００  損傷検出システム
１１０  構成要素
１１５  翼型
１２０、１３０  センサ
１２５、１３５  通電線
１２０、１２５  翼幅位置検出
１３０、１３５  翼弦位置検出
１２７  絶縁層
１４０  プロセッサ
３００  構成要素１１０の損傷検出に関わる工程
３１０  第一のセンサのグリッドを第一の配向に配設する
３２０  第二のセンサのグリッドを第二の配向に配設する
３３０  第一のセンサのグリッド及び第二のセンサのグリッドの幾つか又は全てを駆動する
３４０  損傷を決定するように、第一のセンサのグリッド及び第二のセンサのグリッドから受け取った信号を処理する
【図１】
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【図２】
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【図３】
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