(57)【要約】【課題】タービンエンジン用のクリープ寿命管理システム及びその作動方法を提供する。【解決手段】第１の構成要素（１２２／１２４）に結合されたセンサ装置（２０２／３５０／３６０）が、一意の識別子を有して構成される。クリープ寿命管理システムはまた、第２の構成要素（１０５／１０９／１１０／６７０／６７４）に結合されたリーダユニット（２１２）を含む。リーダユニットは、センサ装置に問い合わせリクエスト信号（２１８／４１８／５１８）を送信し、センサ装置から送信された測定応答信号（２２０／４２４０／５２０）を受信するよう構成される。クリープ寿命管理システムは更に、センサ装置から送信された測定応答信号の関数として第１の構成要素についてのリアルタイムクリーププロファイル（８０２）を決定するようプログラムされた少なくとも１つのプロセッサ（２１６）を含む。【選択図】      図１
2014051971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クリープ寿命管理システム（２００／４００／５００）であって、
第１の構成要素（１２２／１２４）に結合され、一意の識別子を有して構成された少なくとも１つのセンサ装置（２０２／３５０／３６０）と、
第２の構成要素（１０５／１０９／１１０／６７０／６７４）に結合され、前記少なくとも１つのセンサ装置に問い合わせリクエスト信号（２１８／４１８／５１８）を送信し、前記少なくとも１つのセンサ装置から送信された測定応答信号（２２０／４２４０／５２０）を受信するよう構成された少なくとも１つのリーダユニット（２１２）と、
前記少なくとも１つのセンサ装置から送信された前記測定応答信号の関数として前記第１の構成要素についてのリアルタイムクリーププロファイル（８０２）を決定するようプログラムされた少なくとも１つのプロセッサ（２１６）と、
を備える、クリープ寿命管理システム（２００／４００／５００）。
【請求項２】
前記リアルタイムクリーププロファイル（８０２）を決定するようプログラムされた少なくとも１つのプロセッサ（２１６）が、前記第１の構成要素（１２２／１２４）についての履歴温度プロファイル（９１０）、履歴歪みプロファイル（８１０）、及び／又は履歴クリーププロファイル（８１０）の少なくとも１つを決定するようにプログラムされている、請求項１に記載のクリープ寿命管理システム（２００／４００／５００）。
【請求項３】
前記少なくとも１つのプロセッサ（２１６）が更に、前記第１の構成要素（１２２／１２４）についての測定したリアルタイム歪み値（８０２）が、所定値に接近したとき、前記所定値に到達したとき、及び前記所定値を超過したときにオペレータに警告するようにプログラムされている、請求項１に記載のクリープ寿命管理システム（２００／４００／５００）。
【請求項４】
リアルタイムクリーププロファイル（８０２）を決定するようプログラムされた前記少なくとも１つのプロセッサ（２１６）が、前記少なくとも１つのセンサ装置（２０２／３５０／３６０）から送信された測定応答信号（２２０／４２４０／５２０）の関数として前記第１の構成要素（１２２／１２４）のリアルタイム残存耐用年数（ＲＵＬ）推定を決定するようプログラムされている、請求項１に記載のクリープ寿命管理システム（２００／４００／５００）。
【請求項５】
前記少なくとも１つのプロセッサ（２１６）が更に、複数の第１の構成要素（１２２／１２４）について前記ＲＵＬ推定を決定するようプログラムされ、前記少なくとも１つのプロセッサ（２１６）が更に、
前記複数の第１の構成要素のうちの各第１の構成要素について、前記複数の第１の構成要素の保守作業の優先順位を少なくとも部分的に表すよう、各ＲＵＬ推定間を比較すること、
前記複数の第１の構成要素のうちの各第１の構成要素についての各ＲＵＬ推定と少なくとも１つの所定のＲＵＬパラメータとの間を比較すること、
のうちの少なくとも１つを決定するようプログラムされている、請求項４に記載のクリープ寿命管理システム（２００／４００／５００）。
【請求項６】
前記少なくとも１つのリーダユニット（２１２）に結合された第１の複数のアンテナ（４０４）と、
第２の複数のアンテナ（２１０）を含む複数のセンサ装置（２０２／３５０／３６０）と、
のうちの少なくとも１つを更に備え、前記第１の複数のアンテナ及び前記第２の複数のアンテナの各々が、
前記第１の複数のアンテナの各々間の距離（Ｄ）が、
１波長の少なくとも１／４、
前記第１の複数のアンテナの少なくとも１つ及び前記第２の複数のアンテナの少なくとも１つによって定められる無線チャンネルと関連付けられる少なくとも空間コヒーレンス距離（Ｄ）、
のうちの少なくとも一方であり、
前記第２の複数のアンテナの各々間の距離（Ｄ）が、
１波長の少なくとも１／４、
前記第１の複数のアンテナの少なくとも１つ及び前記第２の複数のアンテナの少なくとも１つによって定められる無線チャンネルと関連付けられる少なくとも空間コヒーレンス距離（Ｄ）、
のうちの少なくとも一方であるように位置付けられる、請求項１に記載のクリープ寿命管理システム（２００／４００／５００）。
【請求項７】
前記少なくとも１つのセンサ装置（２０２／３５０／３６０）及び少なくとも１つのリーダユニット（２１２）が、無線通信で結合されており、前記少なくとも１つのセンサ装置が、歪み測定センサ（３５０）及び温度測定センサ（３６０）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のクリープ寿命管理システム（２００／４００／５００）。
【請求項８】
タービンエンジン（１００）であって、
少なくとも１つの回転可能構成要素（１１２／１１４／１１５／１２２／１２４／６７２／６７６）と、
少なくとも１つの固定構成要素（１０５／１０９／１１０／６７０／６７４）と、
クリープ寿命管理システム（２００／４００／５００）と、
を備え、前記クリープ寿命管理システムが、
前記少なくとも１つの回転可能構成要素（１２２／１２４）に結合され、一意の識別子を有して構成された少なくとも１つのセンサ装置（２０２／３５０／３６０）と、
前記少なくとも１つの固定構成要素に結合され、前記少なくとも１つのセンサ装置に問い合わせリクエスト信号（２１８／４１８／５１８）を送信し、前記少なくとも１つのセンサ装置から送信された測定応答信号（２２０／４２４０／５２０）を受信するよう構成された少なくとも１つのリーダユニット（２１２）と、
前記少なくとも１つのセンサ装置から送信された前記測定応答信号の関数として前記少なくとも１つの固定構成要素のリアルタイムクリーププロファイル（８０２）を決定するようプログラムされた少なくとも１つのプロセッサ（２１６）と、
を含む、タービンエンジン（１００）。
【請求項９】
前記少なくとも１つのセンサ装置（２０２／３５０／３６０）が、複数のセンサ装置を含み、該センサ装置の各々がセンサアンテナ（２１０）を有し、
前記少なくとも１つのリーダユニット（２１２）が、複数のリーダアンテナ（４０４）を含み、該リーダアンテナの各々が、一対多の関係及び一対一の関係の一方で前記複数のセンサアンテナと通信可能に結合されている、請求項８に記載のタービンエンジン（１００）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの（２０２／３５０／３６０）が、複数のセンサ装置を含み、該センサ装置の各々がセンサアンテナ（２１０）を有し、
前記少なくとも１つのリーダユニット（２１２）が、１つのリーダアンテナ（４０４）を含み、前記リーダアンテナが、一対多の関係で前記センサアンテナの各々と通信可能に結合されている、請求項８に記載のタービンエンジン（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で記載される実施形態は、全体的に、システム及び機器の状態監視に関し、より詳細には、ターボ機械の状態監視で使用する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一部の公知のターボ機械、すなわち、ガスタービンエンジンは、複数の回転可能な圧縮機ブレードを介して空気を加圧して、燃焼器内で燃料−空気混合気を点火して燃焼ガスを生成し、これら燃焼ガスは、高温のガス経路を介して回転可能なタービンバケットを通って送られる。また、少なくとも一部の他の公知のターボ機械、すなわち、蒸気タービンエンジンは、蒸気経路を介して回転可能なバケットを通って蒸気を送る。このような公知のターボ機械は、燃焼ガスストリームの熱エネルギーを機械エネルギーに変換し、該機械エネルギーを用いて、タービンシャフトを回転させる。ターボ機械からの出力は、機械、例えば、発電機、圧縮機、又はポンプを作動させるのに用いることができる。
【０００３】
多くの公知の圧縮機ブレード及びタービンバケットは、同様のユニットの間で一貫した材料特性を有してこのようなブレード及びバケットの生産を可能にするプロセスによって製造される。しかしながら、ブレード及びバケットの材料特性における僅かな材料変動が存在する場合があり、これを検出することは困難である。これらのブレード及びバケットが稼働されると、このような僅かな差違により、ブレード及びバケットの残存耐用年数（ＲＵＬ）の変動が生じ始める。
【０００４】
ブレード及びバケットのようなターボ機械構成要素に対する少なくとも一部の公知の保守補修プロセスは、標準化された作業範囲によって機器を処理するために機器の同様の全ての部品に適用される標準化された検査及び補修方法を利用している。このような標準の作業範囲は、ターボ機械の分解、広範囲に及ぶ検査、及び改善補修手順を含むことができ、これらは、各構成要素の実際の状態とは関係なく各構成要素に適用される。例えば、構成要素の寿命を予測するよう構成された構成要素モデルが交換スケジュールを決定することができ、これらの値は、交換をスケジュール設定するのに使用される。その結果、僅かな欠陥を有する構成要素又は欠陥が全くない構成要素は、不必要な交換を含めて、顕著な欠陥を有する構成要素と同様の資産費用で処理される場合がある。この資産費用は、財政的観点から最善ではないとみなされる。
【０００５】
また、ターボ機械構成要素における少なくとも一部の公知の保守補修プロセスは、標準非破壊調査（ＮＤＥ）及びその後のデータ分析を含む検査結果に不確定要素を含む場合がある。例えば、多くの公知のＮＤＥプロセス／分析は、亀裂成長速度を含む、クリープ及びクリープ疲労の関数としての亀裂成長データの十分な相関関係を提供するものではない。加えて、特定の構成要素に対する亀裂成長速度を特徴付ける機構があったとしてもごく僅かでしかない。従って、進行性のクリープを受けている構成要素のＲＵＬを決定することは困難である。クリープは、構成要素の寸法の測定及び経時的な寸法変化の追跡によって推定される。記録管理の実施は標準化されておらず、一般的には、構成要素の元の寸法及びその後の測定に関する不確定性に起因して、クリープを正確に判定することは困難である。
【０００６】
更に、タービン及び圧縮機を作動させる少なくとも一部の公知の測定システムは、圧縮機ブレード及びタービンバケットに結合された計測装置を含む。これらのシステムは通常、ブレード及びバケットから外部のデータ記憶装置及び分析ユニットに測定データを伝送するために、多数の配線、該配線を収容するためのバケット及びブレードに対する修正、並びに監視する構成要素の回転作動に起因して必要となる複雑なスリップリング構成を必要とする。従って、このようなシステムは建設コスト及び保守コストが増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，８１０，３８５号明細書
【発明の概要】
【０００８】
１つの態様において、クリープ寿命管理システムが提供される。クリープ寿命管理システムは、第１の構成要素に結合された少なくとも１つのセンサ装置を含む。少なくとも１つのセンサ装置が、一意の識別子を有して構成される。クリープ寿命管理システムはまた、第２の構成要素に結合された少なくとも１つのリーダユニットを含む。少なくとも１つのリーダユニットは、少なくとも１つのセンサ装置に問い合わせリクエスト信号を送信し、少なくとも１つのセンサ装置から送信された測定応答信号を受信するよう構成される。クリープ寿命管理システムは更に、少なくとも１つのセンサ装置から送信された測定応答信号の関数として第１の構成要素についてのリアルタイムクリーププロファイルを決定するようプログラムされた少なくとも１つのプロセッサを含む。
【０００９】
別の態様において、タービンエンジンを作動させる方法が提供される。タービンエンジンは、少なくとも１つの回転可能構成要素、少なくとも１つの固定構成要素、及びクリープ寿命管理システムを含み、該クリープ寿命管理システムが、少なくとも１つの回転可能構成要素に結合された第１の部分と、少なくとも１つの固定構成要素に結合された第２の部分とを含む。本方法は、少なくとも１つの固定構成要素に対して少なくとも１つの回転可能構成要素を回転させ、第２の部分によって第１の部分を問い合わせる段階を含む。本方法はまた、第２の部分により問い合わせに応答して第１の部分から応答信号を送信する段階を含み、該応答信号は、少なくとも１つの回転可能構成要素の測定値を表している。本方法は更に、第２の部分にて応答信号を受け取り、応答信号に少なくとも部分的に基づいた少なくとも１つの回転構成要素についての一意のクリーププロファイルを決定する段階を含む。
【００１０】
別の態様において、タービンエンジンが提供される。タービンエンジンは、少なくとも１つの回転可能構成要素及び少なくとも１つの固定構成要素を含む。タービンエンジンはまた、クリープ寿命管理システムを含み、該クリープ寿命管理システムは、少なくとも１つの回転可能構成要素に結合された少なくとも１つのセンサ装置を有する。少なくとも１つのセンサ装置は、一意の識別子を有して構成される。クリープ寿命管理システムはまた、少なくとも１つの回転可能構成要素に結合された少なくとも１つのリーダユニットを含む。少なくとも１つのリーダユニットは、少なくとも１つのセンサ装置に問い合わせリクエスト信号を送信し、少なくとも１つのセンサ装置から送信された測定応答信号を受信するよう構成される。クリープ寿命管理システムは更に、少なくとも１つのセンサ装置から送信された測定応答信号の関数として少なくとも１つの固定構成要素のリアルタイムクリーププロファイルを決定するようプログラムされた少なくとも１つのプロセッサを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】例示的なガスタービンエンジンの概略図。
【図２】図１に示すガスタービンエンジンと共に用いることができる例示的なクリープ寿命管理システムの概略図。
【図３】図１に示すガスタービンエンジンと共に用いることができる例示的なタービンバケットの概略図。
【図４】図１に示すガスタービンエンジンと共に用いることができる代替の例示的なクリープ寿命管理システムの概略図。
【図５】図１に示すガスタービンエンジンと共に用いることができる別の代替の例示的なクリープ寿命管理システムの概略図。
【図６】図１に示すガスタービンエンジン内での図２、４、及び５に示すクリープ寿命管理システムの一部の例示的な位置決めの概略図。
【図７】モニタと、図２、４、及び５に示すクリープ寿命管理システムによって生成される例示的な画面表示とを示す概略図。
【図８】モニタと、図２、４、及び５に示すクリープ寿命管理システムによって生成される別の例示的な画面表示とを示す概略図。
【図９】モニタと、図２、４、及び５に示すクリープ寿命管理システムによって生成される更に別の例示的な画面表示とを示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、回転機械１００、すなわちターボ機械、及びより具体的にはタービンエンジンの概略図である。例示的な実施形態において、タービンエンジン１００は、ガスタービンエンジンである。或いは、タービンエンジン１００は、限定ではないが、蒸気タービンエンジンを含む、他の何れかのタービンエンジン及び／又は回転機械である。例示的な実施形態において、ガスタービンエンジン１００は、吸気セクション１０２と、該吸気セクション１０２から下流側で且つ流れ連通して結合された圧縮機セクション１０４とを含む。圧縮機セクション１０４は、圧縮機ケーシング１０５内に密閉される。燃焼器セクション１０６は、圧縮機セクション１０４から下流側で且つ流れ連通して結合され、タービンセクション１０８は、燃焼器セクション１０６から下流側で且つ流れ連通して結合される。タービンエンジン１００は、タービンケーシング１０９内に密閉され、タービンセクション１０８から下流側にある排気セクション１１０を含む。その上、例示的な実施形態において、タービンセクション１０８は、ロータ組立体１１２を介して圧縮機セクション１０４に結合され、該ロータ組立体１１２は、限定ではないが、圧縮機ロータ、又は駆動シャフト１１４とタービンロータ、又は駆動シャフト１１５を含む。
【００１３】
例示的な実施形態において、燃焼器セクション１０６は、複数の燃焼器組立体、すなわち、圧縮機セクション１０４と流れ連通して各々結合された燃焼器１１６を含む。燃焼器セクション１０６はまた、少なくとも１つの燃料ノズル組立体１１８を含む。各燃焼器１１６は、少なくとも１つの燃料ノズル組立体１１８と流れ連通している。その上、例示的な実施形態において、タービンセクション１０８及び圧縮機セクション１０４は、駆動シャフト１１４を介して負荷１２０に回転可能に結合される。例えば、負荷１２０は、限定ではないが、発電機及び／又は機械的駆動用途装置（例えば、ポンプ）を含むことができる。或いは、ガスタービンエンジン１００は、航空機エンジンであってもよい。例示的な実施形態において、圧縮機セクション１０４は、少なくとも１つの圧縮機ブレード１２２（すなわち、ブレード１２２）と、少なくとも１つの隣接する固定ベーン組立体１２３とを含む。
【００１４】
また、例示的な実施形態において、タービンセクション１０８は、少なくとも１つのタービンブレード組立体（すなわち、バケット１２４）と、少なくとも１つの隣接する固定ノズル組立体１２５とを含む。各圧縮機ブレード組立体１２２及び各タービンバケット１２４は、ロータ組立体１１２、又はより具体的には、圧縮機駆動シャフト１１４及びタービン駆動シャフト１１５に結合される。
【００１５】
作動中、吸気セクション１０２は、空気１５０を圧縮機セクション１０４に向けて送る。圧縮機セクション１０４は、入口空気１５０を高圧高温に加圧した後、加圧空気１５２を燃焼器セクション１０６に向けて吐出する。加圧空気１５２は、燃料ノズル組立体１１８に送られ、燃料（図示せず）と混合され、各燃焼器１１６内で燃焼されて燃焼ガス１５４を発生し、該燃焼ガスは、タービンセクション１０８に向かって下流側に送られる。燃焼器１１６内で発生した燃焼ガス１５４は、タービンセクション１０８に向かって下流側に送られる。タービンバケット１２４に衝突した後、熱エネルギーが機械回転エネルギーに変換され、該機械回転エネルギーを用いて、ロータ組立体１１２を駆動する。タービンセクション１０８は、駆動シャフト１１４、１１５を介して圧縮機セクション１０４及び／又は負荷１２０を駆動し、排気ガス１５６が排気セクション１１０を通って周囲雰囲気に吐出される。
【００１６】
図２は、ガスタービンエンジン１００（図１に示す）と共に用いることができる例示的なクリープ寿命管理システム２００の概略図である。クリープ寿命管理システム２００は、圧縮機ブレード１２２及びタービンバケット１２４の一方に結合された少なくとも１つのセンサ装置２０２を含む。例示的な実施形態において、センサ装置２０２は、表面音響波センサ装置である。或いは、センサ装置２０２は、実質的に絶えず過酷な環境に暴露されるのに耐えるよう構成された何れかの検知デバイスであり、このような過酷な環境は、限定ではないが、１００摂氏温度（℃）（２１２華氏温度（°Ｆ））を超える高温加圧空気、２６０℃（５００°Ｆ）を超える高温燃焼ガス、及び約３０００毎分回転数（ｒｐｍ）〜約３６００ｒｐｍの回転速度によって誘起される大きな回転方向の力を含むことができる。このような代替の検知デバイスは、限定ではないが、直接堆積（ＤＤ）ＲＦセンサ装置を含むことができる。
【００１７】
また、例示的な実施形態において、各センサ装置２０２は、圧電結晶基板２０４を含む。センサ装置２０２はまた、圧電基板２０４に結合された複数のリフレクタ２０６を含む。リフレクタ２０６は、各圧縮機ブレード１２２及び各タービンバケット１２４の一意の識別情報がこれらに結合された関連のセンサ装置２０２によって可能となるように一意の識別子を各センサ装置２０２に提供するのを可能にする。或いは、センサ装置２０２は、限定ではないが、小売用ＲＦ識別（ＲＦＩＤ）デバイスと同様のデバイスを含む一意の識別情報機構を含み、このようなＲＦＩＤデバイスは、一意に構成されたＲＦトランスデューサを含む。センサ装置２０２はまた、圧電基板２０４に結合された少なくとも１つの櫛形トランスデューサ２０８を含む。センサ装置２０２は更に、櫛形トランスデューサ２０８に結合された少なくとも１つのアンテナ２１０を含む。その上、センサ装置２０２は受動型であり、すなわち、内蔵電力供給装置を含まず、以下で説明するように問い合わせが行われるまで休止状態にある。
【００１８】
更に、例示的な実施形態において、クリープ寿命管理システム２００は、リーダユニット２１２を含む。リーダユニット２１２は、ガスタービンエンジン１００の固定部分に結合される。リーダユニット２１２は、少なくとも１つのアンテナ２１４、少なくとも１つの無線周波（ＲＦ）送信デバイス、及びアンテナ２１４に結合された少なくとも１つのＲＦ受信デバイスを含む。例示的な実施形態において、ＲＦ送信及び受信デバイスは、送受信デバイス２１５に統合される。
【００１９】
その上、例示的な実施形態において、リーダユニット２１２は、送受信デバイス２１５に結合されたコントローラ２１６を含む。或いは、コントローラ２１６は、リーダユニット２１２の外部にあってもよい。コントローラ２１６は、少なくとも１つのプロセッサ（図示せず）を含み、及び／又は少なくとも１つのプロセッサによって実施される。本明細書で使用される場合、プロセッサは、限定ではないが、１つ又はそれ以上のシステム及びマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、汎用中央処理ユニット（ＣＰＵ）、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理回路（ＰＬＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、及び／又は本明細書で記載される機能を実行可能な他の何れかの回路のような、あらゆる好適なプログラマブル回路を含む。上述の実施例は例示に過ぎず、従って、用語「プロセッサ」の定義及び／又は意味をどのようにも限定するものではない。
【００２０】
加えて、コントローラ２１６は、プロセッサに結合された少なくとも１つのメモリデバイス（図示せず）を含み、該メモリデバイスは、作動データ、パラメータ、設定点、閾値、及び／又はクリープ寿命管理システム２００が本明細書で記載されるように機能させることができる他の何れかのデータなどのコンピュータ実行可能命令及びデータを記憶する。メモリデバイスは、限定ではないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、半導体ディスク、ハードディスク、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、及び／又は不揮発性ＲＡＭ（ＮＲＡＭ）メモリなど、１つ又はそれ以上の有形の非一時的なコンピュータ可読媒体を含むことができる。
【００２１】
本明細書で記載される方法は、限定ではないが、ストレージデバイス及び／又はメモリデバイスを含む、有形の非一時的コンピュータ可読媒体において具現化される実行可能命令及びアルゴリズムとして符号化することができる。このような命令及びアルゴリズムにより、プロセッサによって実行されたときに、該プロセッサが本明細書で記載される方法の少なくとも一部を実施するようになる。その上、本明細書で使用される用語「非一時的なコンピュータ可読媒体」は、一時的な伝搬信号だけを例外として、ファームウェア、物理的及び仮想的ストレージ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、及びネットワーク又はインターネットなどの別のデジタルソース、並びに未だ開発されていないデジタル手段など、全て有形のコンピュータ可読媒体を含む。
【００２２】
作動時には、ガスタービンエンジン１００が稼働中であり、タービンセクション１０８がロータ組立体１１２を介して圧縮機セクション１０４を駆動して、その結果、圧縮機ブレード１２２及びタービンバケット１２４が回転中となる。リーダユニット２１２は、アンテナ２１４を介して少なくとも１つのＲＦリクエスト信号２１８を送信し、すなわち、コントローラ２１６は、送受信デバイス２１５にコマンドを送り、各センサ装置２０２が回転しているときにアンテナ２１４を介して各センサ装置２０２に問い合わせを行う。リクエスト信号２１８は、アンテナ２１０によって受信され、信号２１８のエネルギーが櫛形トランスデューサ２０８に伝達される。櫛形トランスデューサ２０８は、圧電基板２０４内に表面音響波を誘起する。表面音響波の共振周波数は、リフレクタ２０６、及び関連の圧縮機ブレード１２２又はタービンバケット１２４のリアルタイム特性（例えば、温度及び歪み）に影響される。櫛形トランスデューサ２０８は、共振周波数を持つエネルギーをＲＦ共振信号２２０に変換し、これがアンテナ２１０、２１４及び送受信デバイス２１５を介してリーダユニット２１２に送信される。応答信号２２０内のデータは、コントローラ２１６によって評価される。
【００２３】
本明細書で使用される用語「リアルタイム」とは、関連事象の発生時刻、所定データの測定及び収集時刻、データの処理時刻、及び事象及び環境に応答したシステムの時刻のうちの１つを指す。本明細書で記載される実施形態において、これらの活動及び事象は、実質的に同時に発生する。
【００２４】
図３は、センサ装置２０２が結合され、ガスタービンエンジン１００（図１）と共に用いることができる例示的なタービンバケット１２４の概略図である。タービンバケット１２４は、根元部分３３０と、該根元部分３３０に結合された翼形部分３４０とを含む。翼形部分３４０は、翼形部先端部分３４２、前縁３４４、後縁３４６、及び根元部分３３０と翼形部先端部分３４２との間の長さＬを定める。例示的な実施形態において、センサ装置２０２は、前縁３４４、すなわち、高温燃焼ガス１５４（図１に示す）を最初に受けるバケット１２４の部分に近接して位置付けられる複数の温度センサ３５０を含む。また、温度センサ３５０は、長さＬの所定の百分率範囲内、例えば、およそ１０％〜２０％、４５％〜５５％、及び８５％〜９５％の間に位置付けられる。或いは、温度センサ３５０は、本明細書で記載されるクリープ寿命管理システム２００の作動を可能にするような何らかの空間を有してバケット１２４上の何れかの場所に位置付けられる。温度センサ３５０は、限定ではないが、翼形部３４０の基板及び／又はコーティング（何れも図示せず）内に温度センサ３５０を埋め込むこと、及び翼形部３４０の基板及び／又はコーティングの表面への機械的結合を含む、本明細書で記載されるクリープ寿命管理システム２００の作動を可能にする何れかの方法によってバケット１２４に結合される。
【００２５】
また、例示的な実施形態において、センサ装置２０２は、歪みセンサ３６０を含む。歪みセンサ３６０は、長さＬの約３０％〜４０％の百分率範囲に位置付けられる。或いは、本明細書で記載されるクリープ寿命管理システム２００の作動を可能にするような何らかの空間を有してあらゆる数の歪みセンサ３６０をバケット１２４上の何れかの場所に位置付けられる。温度センサ３５０は、限定ではないが、温度センサ３５０について記載したもとを含む、本明細書で記載されるクリープ寿命管理システム２００の作動を可能にする何れかの方法によってバケット１２４に結合される。
【００２６】
温度センサ３５０及び歪みセンサ３６０は、センサ装置２０２（図２に示す）と同様であり、少なくとも１つのアンテナ２１０（図２に示す）を含む。
【００２７】
図４は、ガスタービンエンジン１００（図１に示す）と共に用いることができる代替の例示的なクリープ寿命管理システム４００の概略図である。システム４００は、送受信デバイス２１５に結合されたアンテナ延長部４０２を含むことを除いて、システム２００（図２に示す）と同様である。また、アンテナ延長部４０２は、圧縮機ケーシング１０５及びタービンケーシング１０９の何れかを貫通して延びる。更に、４つのアンテナ４０４がアンテナ延長部４０２に固定結合され、固定ベーン組立体１２３及び固定ノズル組立体１２５の何れかに固定結合される。その上、システム４００は、上述のもの（図３に示す）と同様の構成でブレード１２２及びバケット１２４の一方に結合された複数の温度センサ３５０及び歪みセンサ３６０を含む。一部の実施形態において、各アンテナ４０４は、一対一の関係で温度センサ３５０及び歪みセンサ３６０の一方と関連付けられるアンテナ２１０の専用となり、該アンテナ２１０と通信可能に結合される。アンテナ延長部４０２は、複数の問い合わせチャンネル（図示せず）、すなわち、１つのセンサ３５０／３６０当たりに１つのチャンネルで構成される。或いは、アンテナ延長部４０２は、各々が一意の符号化された識別子及び／又は周波数を有した複数の信号を送信するよう構成された単一のチャンネルで構成される。また、或いは、本明細書で記載されるクリープ寿命管理システム４００の作動を可能にするアンテナ４０４、アンテナ延長部４０２内の通信チャンネル、及びセンサ３５０、３６０のあらゆる組み合わせ及びあらゆる数が使用される。
【００２８】
作動時には、ガスタービンエンジン１００（図１に示す）が稼働中であり、タービンセクション１０８は、ロータ組立体１１２を介して圧縮機セクション１０４を駆動して、その結果、圧縮機ブレード１２２及びタービンバケット１２４が回転中となる。リーダユニット２１２は、少なくとも１つのアンテナ４０４を介して少なくとも１つのＲＦリクエスト信号２１８を送信し、すなわち、コントローラ２１６は、送受信デバイス２１５にコマンドを送り、各センサ装置３５０／３６０が回転しているときに関連する固定アンテナ４０４を介して各装置３５０／３６０に問い合わせを行う。各リクエスト信号４１８は、関連するセンサ装置３５０／３６０によって受信され、関連の圧縮機ブレード１２２又はタービンバケット１２４のリアルタイム特性（例えば、温度及び歪み）が測定される。ＲＦ応答信号４２０は、アンテナ４０４及び送受信デバイス２１５を介してリーダユニット２１２に送信される。応答信号４２０内のデータは、コントローラ２１６によって評価される。
【００２９】
例示的な実施形態において、アンテナ２１０は、距離Ｄで互いに離間している。距離Ｄは、ＲＦ応答信号４２０の関連する動作波長の少なくとも１／４に実質的に相当する。或いは、距離Ｄは、センサアンテナ２１０とリーダアンテナ４０４との間の無線チャンネルの空間コヒーレンス距離と等しいか、又はそれよりも大きい。同様に、例示的な実施形態において、アンテナ４０４は、距離Ｄ、すなわち、ＲＦ応答信号４２０の関連する動作波長の少なくとも１／４であるか、又はセンサアンテナ２１０とリーダアンテナ４０４との間の無線チャンネルの関連する空間コヒーレンス距離よりも大きい距離で互いに離隔されている。アンテナ２１０とアンテナ４０４との間の距離Ｄのこのような空間的離隔は、ＲＦマルチパス干渉及び独立した受信機側のノイズ源の影響が有意に低減され、ＲＦ応答信号４２０の全体の信号レベルが上昇して、これによりシステム４００の感度及び読み取り値の堅牢性が向上するように、リーダユニット２１２によるＲＦ応答信号４２０の受信及び処理を可能にする。
【００３０】
図５は、ガスタービンエンジン１００（図１に示す）と共に用いることができる別の代替の例示的なクリープ寿命管理システム５００の概略図である。システム５００は、送受信デバイス２１５に結合され、更にブレード１２２及びバケット１２４（システム４００と同様の）の一方に対し複数の温度センサ３５０及び歪みセンサ３６０と連通して結合された１つのアンテナ２１４（システム２００と同様）を含む点でシステム２００、４００（図２及び４にそれぞれ示す）と同様である。システム５００は、アンテナ２１４、送受信デバイス２１５、及びコントローラ２１６を含む、リーダユニット２１２に関してシステム２００、４００とは異なる。リーダユニット２１２は、吸気セクション１０２及び排気セクション１１０の一方に位置付けられ、圧縮機ケーシング１０５及びタービンケーシング１０９の何れにも貫通しないように固定構造（図５には図示せず）に結合される。また、リーダアンテナ２１４は、一対多の関係で複数のセンサ装置アンテナ２１０に通信可能に結合される。或いは、単一のリーダアンテナ２１４ではなく、リーダユニット２１２は、ＲＦマルチパス干渉及び独立した受信機側のノイズ源の影響が有意に低減される（上述のように）ように距離Ｄだけ離隔された複数のリーダアンテナ２１４を含むことができる。
【００３１】
作動時には、ガスタービンエンジン１００（図１に示す）が稼働中であり、タービンセクション１０８は、ロータ組立体１１２を介して圧縮機セクション１０４を駆動して、その結果、圧縮機ブレード１２２及びタービンバケット１２４が回転中となる。リーダユニット２１２は、アンテナ２１４を介して少なくとも１つのＲＦリクエスト信号５１８を送信し、すなわち、コントローラ２１６は、送受信デバイス２１５にコマンドを送り、各センサ装置３５０／３６０が回転しているときに関連する固定アンテナ２１４を介して各センサ装置３５０／３６０に問い合わせを行う。各リクエスト信号５１８は、関連するセンサ装置３５０／３６０によって受信され、関連の圧縮機ブレード１２２又はタービンバケット１２４のリアルタイム特性（例えば、温度及び歪み）が測定される。ＲＦ応答信号５２０は、アンテナ２１４及び送受信デバイス２１５を介してリーダユニット２１２に送信される。応答信号５２０内のデータは、コントローラ２１６によって評価される。
【００３２】
図６は、ガスタービンエンジン１００内のクリープ寿命管理システム５００の一部の例示的な位置付けの概略図である。例示的な実施形態において、リーダユニット２１２は、圧縮機セクション１０４の固定部分上に位置付けられ、すなわち、少なくとも１つのリーダユニット２１２は、圧縮機吸気壁６７０に結合される。或いは、リーダユニット２１２は、本明細書で記載されるようにクリープ寿命管理システム５００の作動を可能にするあらゆる場所に位置付けられる。例えば、限定ではないが、リーダユニット２１２は、関連するセンサ装置２０２の無線ＲＦ通信レンジ内の何れかの場所に位置付けることができる。
【００３３】
また、例示的な実施形態において、複数のセンサ装置２０２（図２及び３に示す）は、圧縮機セクション１０４の最終段６７２におけるあらゆる圧縮機ブレード１２２に結合される。圧縮機セクション１０４の最終段６７２は通常、燃焼器セクション１０６に送られる前に、最も高い圧力及び温度の加圧空気１５２（図１に示す）に曝される。温度センサ３５０及び歪みセンサ３６０の各々の少なくとも１つは、各ブレード１２２に結合され、各ブレード１２２上のセンサ３５０、３６０の各々は、一意の英数字識別コードを含む。或いは、センサ装置２０２のあらゆる構成は、本明細書で記載されるクリープ寿命管理システム５００の作動を可能にする圧縮機セクション１０４のあらゆる段で使用される。
【００３４】
更に、例示的な実施形態において、リーダユニット２１２は、排気セクション１１０の固定部分上に位置付けられ、すなわち、少なくとも１つのリーダユニット２１２は、タービン排気壁６７４に結合される。或いは、リーダユニット２１２は、本明細書で記載されるようにクリープ寿命管理システム５００の作動を可能にするあらゆる場所に位置付けられる。例えば、限定ではないが、リーダユニット２１２は、関連するセンサ装置２０２の無線ＲＦ通信レンジ内の何れかの場所に位置付けることができる。
【００３５】
また、例示的な実施形態において、複数のセンサ装置２０２は、タービンセクション１０８の最終段６７６におけるあらゆるタービンバケット１２４に結合される。タービンセクション１０８の第３の又は最終段６７６は通常、排気セクション１１０に送られる前に、最も低い圧力及び温度の燃焼ガス１５４（図１に示す）に曝される。温度センサ３５０及び歪みセンサ３６０の各々の少なくとも１つは、各バケット１２４に結合され、各バケット１２４上のセンサ３５０、３６０の各々は、一意の英数字識別コードを含む。或いは、センサ装置２０２のあらゆる構成は、本明細書で記載されるクリープ寿命管理システム２００の作動を可能にするタービンセクション１０８のあらゆる段で使用される。
【００３６】
作動時には、各リーダユニット２１２は、所定の間隔で各関連するセンサ装置２０２に問い合わせを行う。例えば、限定ではないが、少なくとも１つのセンサ装置２０２が結合された各個々のバケット１２４には、作動中に一時間毎に関連のリーダユニット２１２が問い合わせを行ない、各センサ装置２０２は、１秒間隔に問い合わせが行われる。従って、センサ装置２０２を備えた９１個のバケット１２４を有するこれらのタービンセクション１０８では、バケット１２４からのデータ収集の１サイクルは、約９１秒の長さである。センサ装置２０２に問い合わせを行い、該センサ装置２０２は、ガスタービンエンジン１００の動作回転速度に関係なく応答を送信することができる。その上、オペレータは、一意の識別子を使用することにより、センサ装置２０２を用いてあらゆるブレード１２２及びバケット１２４に対するデータ収集事象を手動で引き起こすことができる。更に、データ収集は、実質的に連続的とすることができる。
【００３７】
代替の実施形態において、システム４００（図４に示す）又はシステム５００は、システム２００（図２に示す）と置き換えることができる。また、代替の実施形態において、システム２００、４００、５００は、ガスタービンエンジン１００の特定の構成と一致するこのようなシステム２００、４００、５００の作動を可能にするあらゆる構成システムを含むことができる。
【００３８】
図７は、モニタ７００と、クリープ寿命管理システム２００、４００、５００によって生成される例示的な画面表示７０２の概略図、すなわち、リアルタイム歪みプロファイル７０２の画面ビューである。プロファイル７０２は、単位のない０．０００５の増分量における歪みを表したｙ軸７０４と、タービンセクション１０８の第３又は最終段６７６における９１個のバケット１２４の各々を表すｘ軸７０６とを含む。プロファイル７０２はまた、複数の、すなわち９１個のバケットのリアルタイム歪み測定値７０８を含む。測定値７０８は、バケット歪みが高い測定値の２つのグループを含む。プロファイル７０２は更に、０．００３の値を有する歪みパラメータ７１２を含む。代替として、本明細書で記載されるシステム２００、４００、５００の作動を可能にする、ｙ軸７０４及び歪みパラメータ７１２のあらゆる値の何らかの増分サイズが使用される。また、代替として、本明細書で記載されるシステム２００、４００、５００の作動を可能にする、タービンセクション１０８の何れかの段におけるバケット１２４の何れかの数、並びに圧縮機セクション１０４の何れかの段におけるブレード１２２の何れかの数を監視することができる（全て図１に示される）。
【００３９】
図６及び７を参照すると、作動時には、クリーププロファイルを形成するために収集されるデータは、問い合わせされた各ブレード１２２及びバケット１２４に関する温度及び歪みのリアルタイム測定値を含む。データは、リアルタイム分析及び将来の分析のために収集され記憶される。例えば、限定ではないが、リアルタイム歪みプロファイル７０２の画面ビューがオペレータ（図示せず）に対してモニタ７００上に表示され、これにより構成要素の歪みのリアルタイム監視が容易になる。
【００４０】
更に、リアルタイム歪みについての所定設定点、例えば、限定ではないが、０．００３の歪みパラメータ７１２の値は、コントローラ２１６にプログラムされて、監視される構成要素に関する何らかの歪み測定値７１８（図７に示す）がこのような値に接近、到達、又は超過したときにオペレータに警告するためアラーム及び／又はワーニングが報知され、これによりクリープ寿命管理システム２００、４００、５００の「早期ワーニング」機能を可能にするようにする。特定の歪み値、例えば、限定ではない、歪みパラメータ７１２については、このような測定値は、限定ではないが、エンジン１００の近い将来又は即時の稼働からの解除を含む、コントローラ２１６（図２に示す）のプログラミング内の決定アルゴリズム及び命令に入力することができる。
【００４１】
図８は、モニタ８００と、クリープ寿命管理システム２００、４００、５００によって生成される別の例示的な画面表示８０２の概略図、すなわち、リアルタイム歪み履歴プロファイル画面８０２のビューである。プロファイル画面８０２は、クリープ歪みの典型的な値を表すｙ軸８０４を含む。また、プロファイル画面８０２は、時間を表すｘ軸８０６を含む。更に、プロファイル画面８０２は、複数のブレード１２２又はバケット１２４（全て図６に示される）の各々を表すｚ軸８０８を含む。プロファイル画面８０２はまた、ガスタービンエンジン１００（図６に示す）における複数のブレード１２２及び／又はバケット１２４の各々についての複数の個々のクリープ歪み履歴プロファイル８１０を含む。例示的な実施形態において、ブレード１２２又はバケット１２４の何れかの単一の段が図示されている。或いは、何れかのブレード１２２及び何れかのバケット１２４についての個々のプロファイル８１０のあらゆる組み合わせをプロファイル画面８０２に示すことができる。
【００４２】
このようなリアルタイムクリープ決定は、コントローラ２１６によって実行されて、クリープ速度、温度、及び歪み間の既知の関係を用いて構成要素のリアルタイムで個別の各クリープ歪みプロファイルを生成し、これにより決定された全体の構成要素クリープに統合される構成要素クリープ速度のリアルタイム監視を可能にする。
【００４３】
プロファイル画面８０２は、３つのフェーズのクリープ履歴に分割され、ガスタービンエンジン１００のオペレータに図示の各ブレード１２２及び／又はバケット１２４によって現在示されているクリープのフェーズの表示を提供できるようにする。フェーズＩは、通常は、実質的に最小値に達するまで時間の経過と共に減少する初期の大きなクリープ速度によって定義される１次クリープフェーズを表す。フェーズＩＩは、通常は、フェーズＩの最後の最小値で実質的に一定となるクリープ速度によって定義される２次クリープフェーズを表す。フェーズＩＩＩは、通常は、時間の経過と共に加速しているクリープ速度によって定義される３次クリープフェーズを表す。加速しているクリープ速度は、監視されている構成要素の変形に少なくとも部分的に起因している。このような変形は通常、近い将来の永久的損傷及び構成要素故障の指標である。
【００４４】
プロファイル画面８０２は、個々のクリープ歪み履歴プロファイル８１０のフェーズＩＩＩに関連する視覚的報知特徴要素を含む。例えば、限定ではないが、視覚及び／又は音響アラームレベル１は、フェーズＩＩＩ変形の早期段階を示し、システム２００、４００、５００を通じた関連構成要素の監視を強化するようオペレータに指示する。また、限定ではないが、画面８０２は、監視される構成要素の変形速度が加速していることを示す視覚及び／又は音響アラームレベル２を含み、システム２００、４００、５００を通じた強化監視、並びに、次の運転停止期間の間で実施可能な検査、補修、及び／又は交換に関する決定を行うようオペレータに指示する。また、アラームレベル１及びアラームレベル２は、ガスタービンエンジン１００に対する運転調整を行い、各監視され一意に識別可能なブレード１２２及びバケット１２４についての残存耐用年数（ＲＵＬ）（以下で更に説明する）を延長できるように運転を強化／最適化するようオペレータに指示することができる。
【００４５】
更に、限定ではないが、画面８０２は、監視される構成要素の可能性のある近い将来の故障を示す視覚及び／又は音響アラームレベル３を含み、次の運転停止期間及びエンジン１００の近い将来の稼働からの解除の間の実施可能な検査、補修、及び／又は交換に関する決定を行うようオペレータに指示する。また、アラームレベル３は、少なくともエンジン１００が稼働から解除することができるまでの短期間においてガスタービンエンジン１００に対する運転調整を行い、各監視され一意に識別可能なブレード１２２及びバケット１２４についての残存耐用年数（ＲＵＬ）（以下で更に説明する）を延長できるように運転を強化／最適化するようオペレータに指示することができる。
【００４６】
アラームレベル３はまた、限定ではないが、エンジン１００の近い将来の又は即時の稼働からの解除を含む、決定アルゴリズムに対する入力、及びコントローラ２１６（図２に示す）のプログラミング内の命令とすることができる。代替として、画面８０２は、本明細書で記載されるシステム２００、４００、５００の作動を可能にする何らかの重大度の順位に従ったあらゆる数のアラームレベルを含む。
【００４７】
監視される構成要素が関連するパラメータに接近、到達、又は超過したときのこのようなアラームレベル、視覚的報知機能、及び音響的報知機能は、クリープ寿命管理システム２００、４００、５００の「早期ワーニング」機能の作動を可能にする。例えば、限定ではないが、個々のクリープ歪み履歴プロファイル８１０などの測定機能の特定の値において、このような測定値は、限定ではないが、エンジン１００の近い将来の又は即時の稼働からの解除を含む、決定アルゴリズムに対する入力、及びコントローラ２１６（図２に示す）のプログラミング内の命令とすることができる。
【００４８】
図９は、モニタ９００と、クリープ寿命管理システム２００、４００、５００によって生成される更に別の画面表示９０２の概略図、すなわち、リアルタイムの構成要素温度プロファイル画面９０２のビューである。プロファイル画面９０２は、クリープ歪みの典型的な値を表すｙ軸９０４を含む。また、プロファイル画面９０２は、時間を表すｘ軸９０６を含む。更に、プロファイル画面９０２は、複数のブレード１２２及びバケット１２４（全て図６に示す）の各々を表すｚ軸９０８を含む。プロファイル画面９０２はまた、ガスタービンエンジン１００（図６に示す）における複数のブレード１２２及び／又はバケット１２４の各々についての複数の個々の構成要素温度プロファイル９１０を含む。例示的な実施形態において、ブレード１２２又はバケット１２４の何れかの単一の段が図示されている。或いは、何れかのブレード１２２及び何れかのバケット１２４についての個々のプロファイル９１０のあらゆる組み合わせをプロファイル画面９０２に示すことができる。
【００４９】
例示的な実施形態において、リアルタイムの構成要素温度プロファイル画面９０２は、各問い合わせされるブレード１２２及びバケット１２４について表示される。リアルタイムの構成要素温度決定は、コントローラ２１６によって実行され、構成要素のリアルタイムの温度プロファイルを生成する。
【００５０】
プロファイル画面９０２は、リアルタイム構成要素温度プロファイル９１０と関連付けられる視覚的報知機能を含む。例えば、限定ではないが、視覚及び／又は音響アラームレベル１は、構成要素の温度が、所定の時間期間における第１の所定設定点に関連する所定値に接近している、又は到達した、或いは超過したことを示す。第１の所定温度設定点は、エンジン１００（図６に示す）における短期温度偏位を示すことができ、システム２００、４００、５００全体にわたる関連構成要素の監視の強化をオペレータに指示する。また、限定ではないが、画面９０２は、構成要素の温度が、第２の所定設定点に関連する所定値に接近している、又は到達した、或いは超過したことを示す視覚及び／又は音響アラームレベル２を含む。第２の所定温度設定点は、所定の時間期間におけるエンジン１００内の拡大した温度偏位を示すことができ、システム２００、４００、５００全体にわたる監視の強化、並びに次の運転停止期間中の実施可能な検査、補修、及び／又は交換に関する決定を行うようオペレータに指示する。また、アラームレベル１及びアラームレベル２は、ガスタービンエンジン１００に対する運転調整を行い、各監視され一意に識別可能なブレード１２２及びバケット１２４についての残存耐用年数（ＲＵＬ）（以下で更に説明する）を延長できるように運転を強化／最適化するようオペレータに指示することができる。
【００５１】
更に、限定ではないが、画面９０２は、構成要素の温度が所定の時間期間における第３の所定設定点に関連する所定値に接近している、又は到達した、或いは超過したことを示す視覚及び／又は音響アラームレベル３を含む。第３の所定設定点は、監視される構成要素の近い将来の起こり得る故障を示し、次の運転停止期間中及びエンジン１００の近い将来の稼働からの解除の間の実施可能な検査、補修、及び／又は交換に関する決定を行うようオペレータに指示する。また、アラームレベル３は、少なくともエンジン１００が稼働から解除することができるまでの短期間においてガスタービンエンジン１００に対する運転調整を行い、各監視され一意に識別可能なブレード１２２及びバケット１２４についての残存耐用年数（ＲＵＬ）（以下で更に説明する）を延長できるように運転を強化／最適化するようオペレータに指示することができる。
【００５２】
アラームレベル３はまた、限定ではないが、エンジン１００の近い将来の又は即時の稼働からの解除を含む、決定アルゴリズムに対する入力、及びコントローラ２１６（図２に示す）のプログラミング内の命令とすることができる。代替として、画面９０２は、本明細書で記載されるシステム２００、４００、５００の作動を可能にする何らかの重大度の順位に従ったあらゆる数のアラームレベルを含む。
【００５３】
監視される構成要素が関連するパラメータに接近、到達、又は超過したときのこのようなアラームレベル、視覚的報知機能、及び音響的報知機能は、クリープ寿命管理システム２００、４００、５００の「早期ワーニング」機能の作動を可能にする。例えば、限定ではないが、リアルタイム構成要素温度プロファイル９１０などの測定機能の特定の値において、このような測定値は、限定ではないが、エンジン１００の近い将来の又は即時の稼働からの解除を含む、決定アルゴリズムに対する入力、及びコントローラ２１６（図２に示す）のプログラミング内の命令とすることができる。
【００５４】
リアルタイムのクリープ、クリープ速度、温度及び歪みの測定及び決定に加えて、クリープ寿命管理システム２００、４００、５００はまた、監視される各個々のブレード１２２及びバケット１２４についての履歴及び動向機能を含む。例えば、限定ではないが、コントローラ２１６は、監視される各個々のブレード１２２及びバケット１２４についての履歴温度プロファイル、及び履歴クリーププロファイルを決定し表示するようプログラムされている。
【００５５】
図６、７、８、及び９を参照すると、例えば、限定ではないが、監視される各ブレード１２２及びバケット１２４について、ブレード１２２及びバケット１２４の設置及び／又はシステム２００の試運転の時点から、最後のデータ収集時点までの歪み、温度、及びクリープの履歴が決定される。また、例えば、限定ではないが、監視される各ブレード１２２及びバケット１２４について、ブレード１２２及びバケット１２４の設置及び／又はシステム２００の試運転の時点から、最後のデータ収集時点までのリアルタイム残存耐用年数（ＲＵＬ）推定が決定される。より高いクリープ又は温度レベルは、タービンエンジン１００がより高温で稼働しており、早期の修正措置を取ることができるように、異常に関して他のタービンパラメータをチェックする必要性の兆候があることを示している。
【００５６】
その上、クリープ寿命管理システム２００、４００、５００は更に、監視される各構成要素についての各ＲＵＬ推定との間での比較を求めるようにプログラムされており、この比較は、監視される構成要素についての保守作業の優先順位を少なくとも部分的に表している。また、監視される各構成要素についての各ＲＵＬ推定と、少なくとも１つの所定ＲＵＬパラメータとの間の比較を求め、耐用年数の終わりに近づいている構成要素に対して検査、補修、及び／又は交換の「フラグを立てる」ことができるようになる。その上、クリープ寿命管理システム２００、４００、５００は更に、監視される複数の構成要素の相対的な動作履歴をオペレータに表示し、これにより構成要素の耐用年数の延長を可能にする動作条件を識別できるようにプログラムされている。
【００５７】
更に、作動時には、構成要素の温度及び歪みデータは、このような構成要素のデータを、限定ではないが、燃焼ガス温度を含む他の作動データで補正できるようにタイムスタンプが付けられる。従って、例えば限定ではないが、同様の構成要素と比べて高温のガス温度などの様々な作動条件に曝されるこのようなブレード１２２及び／又はバケット１２４については、構成要素に対してより頻繁な監視のフラグを立てることができる。このようなフラグが立てられた構成要素は、同様の構成要素とは異なる歪みワーニング／アラーム設定点を有するように選択することができる。また、例えば限定ではないが、冷却機能を持たないバケット１２４のように、他の構成要素よりもよりリスクに曝される可能性がある特定の構成要素には、より頻繁に問い合わせを行うことができる。その上、ブレード１２２及び／又はバケット１２４の各々についてのリアルタイムの温度及び歪みデータは、同様の作動履歴を有する同様の作動条件において同様の構成要素よりもより迅速に又はより緩慢に「経年変化」している構成要素の識別を可能にし、このような構成要素にはより頻繁に問い合わせを行うことができる。
【００５８】
また、加速したクリープ判定を示すような、及び／又は所定の歪みパラメータに近づいているようなブレード１２２及び／又はバケット１２４については、計画的保守運転停止期間中に早期の交換をスケジューリングすることができる。更に、監視頻度を増大させるよう決定されたブレード１２２及び／又はバケット１２４については、計画的保守運転停止期間中にこのような構成要素に対して特定の検査作業をスケジューリングすることができる。従って、作動時には、各個々のブレード１２２及び／又はバケット１２４に対する特定の歪み及び／又はクリープ判定によって、不必要な保守検査及び交換が低減され、これによりガスタービンエンジン１００の運転及び保守コストを低減することができる。
【００５９】
その上、クリープ寿命管理システム２００、４００、５００によって収集及び決定されたデータを用いて、ブレード１２２及び／又はバケット１２４を含む、ガスタービンエンジン１００の物理ベースモデルの向上及び／又は較正をすることができる。物理ベースモデルは、限定ではないが、構成要素材料、構成要素のサイズ及び配向、並びにガスタービンの運転履歴データなど、設計、構造、及び運転情報の詳細事項を含む。このような情報及びデータは、有限要素モデル（ＦＥＭ）において具体化され、限定ではないが、構成要素ＲＵＬを推定するのに使用される構成要素応力及び温度を計算する。本明細書で記載されるこれらの値の直接測定を用いると、収集したリアルタイムデータを用いてＦＥＭモデルを増強及び較正することができる。次いで、これらの増強及び較正したモデルは、フリート全体に適用され、ＲＵＬ推定及びこのようなＲＵＬ推定の精度向上の増強方法を更に強化することができる。
【００６０】
公知のクリープ寿命管理システムとは対照的に、本明細書で記載されるクリープ寿命管理システムは、タービンエンジン構成要素に関連するクリープ及びクリープ疲労データの収集及び決定を改善することができる。具体的には、公知のクリープ寿命管理システムとは対照的に、本明細書で記載されるクリープ寿命管理システムは、問い合わせ信号をリーダユニットから一意の識別子を有するセンサ装置に無線送信し、関連する構成要素についての測定データを無線受信することを含む。本明細書で記載される無線センサ装置は、例えば、圧縮機ブレード及びタービンバケットのような、構成要素に組み込まれ及び／又は結合されており、そうでなければ、例えば、高速度で回転し及び／又は過酷な環境内に位置付けられるこのような構成要素を監視することは困難である。従って、温度及び歪みデータを含むリアルタイム作動データは、ある場所で収集されて、リーダユニット及びこれに結合されたストレージデバイスにおいて安全及び長期保存にとってより好適な別の場所に格納することができる。本明細書で記載される無線センサ装置は受動的であり、センサ装置を駆動するのに使用されるエネルギーは、リーダユニットからの問い合わせ信号と共に伝達され、従って、センサ装置には内蔵電力供給装置を必要としない。また、本明細書で記載される各無線センサ装置は、各センサに対し一意の識別子を用いて個別に問い合わせすることができ、このような一意の識別子はまた、結合されるブレード又はバケットと関連付けられている。
【００６１】
本明細書で記載されるクリープ寿命管理システムは、構成要素の寿命にわたる構成要素の稼働期間に対する動作条件の影響を決定することができる。また、本明細書で記載されるクリープ寿命管理システムは、構成要素の残存稼働期間を良好に決定でき、従って、条件ベースの保守システムを向上させることができる。更に、本明細書で記載されるクリープ寿命管理システムは、検査及び／又は交換を起動するための歪み及び／又は温度閾値を設定するのに用いることができる所定パラメータを含むことができる。その上、本明細書で記載されるクリープ寿命管理システムは、長い稼働期間を示すこれらの構成要素の検査及び交換周期を延長することができる。従って、使い易く、直ぐに利用可能な診断システムによって不必要な保守運転停止が回避され、運転及び保守管理者にとって累積的コスト節減を可能にすることができる。また、加速クリープのパターン及び／又は傾向が決定された場合、追加の調査を開始して、根本原因を決定することができる。従って、保守運転停止は、何らかの永久的損傷の前に根本原因を是正するよう計画され、運転及び保守管理者にとって累積的コスト節減を更に可能にすることができる。
【００６２】
本明細書で記載される方法、システム、及び装置の例示的な技術的効果は、
（ａ）過酷な環境にある構成要素に結合されたセンサ装置に無線で問い合わせを行こと、
（ｂ）リアルタイム測定データをデータリポジトリに無線送信すること、
（ｃ）過酷な環境にある構成要素のリアルタイムクリープ分析を実施すること、
（ｄ）収集した測定データを一意識別可能構成要素に相関付けること、
（ｅ）構成要素のクリーププロファイル及び推定残存稼働期間を決定すること、
（ｆ）構成要素の測定したリアルタイム歪み値が所定値に接近したとき、所定値に到達したとき、及び所定値を超過したときにオペレータに警告すること、
（ｇ）一意識別可能構成要素の監視を強化するようオペレータに指示すること、
（ｈ）一意識別可能構成要素のＲＵＬを延長できるように運転を強化／最適化するようオペレータに指示すること、
（ｉ）一意識別可能構成要素の検査をスケジューリングするようオペレータに指示すること、
（ｊ）各一意識別可能構成要素の各推定残存稼働期間を互いに比較して、これにより一意識別可能構成要素の保守作業の優先順位を決定すること、
（ｋ）各一意識別可能構成要素の各推定残存稼働期間を所定稼働期間パラメータと比較して、これにより一意識別可能構成要素の保守作業の優先順位を決定すること、
（ｌ）一意識別可能構成要素の相対的動作履歴を生成し、これにより一意識別可能構成要素の耐用年数の延長を可能にする動作条件の識別を可能にすること、
（ｍ）収集したデータを用いてタービンエンジン及び関連構成要素の物理ベースモデルの向上及び／又は較正し、ＲＵＬの推定及びこのようなＲＵＬ推定の精度向上の方法を更に強化すること、
のうちの少なくとも１つを含む。
【００６３】
本明細書で記載される方法及びシステムは、本明細書で記載される特定の実施形態に限定されない。例えば、各システムの構成要素及び／又は各方法のステップは、本明細書で記載される他の構成要素及び／又はステップとは独立して別個に使用及び／又は実施することができる。加えて、各構成要素及び／又はステップはまた、他の組立体及び方法と共に使用及び／又は実施することができる。
【００６４】
一部の実施形態は、１つ又はそれ以上の電子又はコンピュータデバイスの使用を伴う。このようなデバイスは通常、汎用中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セット・コンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理回路（ＰＬＣ）、及び／又は本明細書で記載される機能を実行可能な他の何れかの回路又はプロセッサのような、プロセッサ又はコントローラを含む。本明細書で記載される方法は、限定ではないが、ストレージデバイス及び／又はメモリデバイスを含む、コンピュータ可読媒体において具現化される実行可能命令として符号化することができる。このような命令により、プロセッサによって実行されたときに、該プロセッサが本明細書で記載される方法の少なくとも一部を実施するようになる。上記の実施例は、例証に過ぎず、従って、用語「プロセッサ」の定義及び／又は意味をどのようにも限定するものではない。
【００６５】
種々の特定の実施形態について本発明を説明してきたが、請求項の技術的思想及び範囲内にある修正により本発明を実施することができる点は、当業者であれば理解されるであろう。
【符号の説明】
【００６６】
１００  ガスタービンエンジン（ターボ機械）
１０２  吸気セクション
１０４  圧縮機セクション
１０５  圧縮機ケーシング
１０６  燃焼器セクション
１０８  タービンセクション
１０９  タービンケーシング
１１０  排気セクション
１１２  ロータ組立体
１１４  圧縮機（ロータ）駆動シャフト
１１５  タービン（ロータ）駆動シャフト
１１６  燃焼器
１１８  燃料ノズル組立体
１２０  負荷
１２２  圧縮機  ブレード組立体
１２３  ベーン組立体
１２４  タービンバケット組立体
１２５  ノズル組立体
１５０  吸入空気
１５２  加圧空気
１５４  燃焼ガス
１５６  排気ガス
２００  クリープ寿命管理システム
２０２  ＲＦセンサ装置
２０４  圧電結晶基板
２０６  リフレクタ
２０８  櫛形トランスデューサ
２１０  アンテナ
２１２  リーダユニット
２１４  アンテナ
２１５  送受信装置
２１６  コントローラ
２１８  リクエスト（問い合わせ）信号
２２０  応答信号
３３０  根元部分
３４０  翼形部部分
３４２  先端部分
３４４  前縁
３４６  後縁
Ｌ  翼形部長さ
３５０  温度センサ
３６０  歪みセンサ
４００  クリープ寿命管理システム
４０２  アンテナ延長部
４０４  アンテナ
４１８  リクエスト（問い合わせ）信号
４２０  応答信号
Ｄ  距離
５００  クリープ寿命管理システム
５１８  リクエスト（問い合わせ）信号
５２０  応答信号
６７０  圧縮機吸気壁
６７２  圧縮機の最終段
６７４  タービン排気壁
６７６  タービンの最終段
７００  モニタ
７０２  リアルタイム歪みプロファイルの画面ビュー
７０４  Ｙ軸
７０６  Ｘ軸
７０８  バケットリアルタイム歪み測定値
７１０  バケット歪みが高い測定値
７１２  バケット歪みパラメータ
８００  モニタ
８０２  リアルタイムクリープ歪み履歴プロファイル画面
８０４  Ｙ軸
８０６  Ｘ軸
８０８  Ｚ軸
８１０  個々のクリープ歪み履歴プロファイル
９００  モニタ
９０２  リアルタイム構成要素温度プロファイル画面
９０４  Ｙ軸
９０６  Ｘ軸
９０８  Ｚ軸
９１０  個々の構成要素温度プロファイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
2014051971000001.pdf