(57)【要約】【課題】個別のマーキングを介したターボ機械ブレードの予知および診断のためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】システムおよび方法は、ブレード監視システムを含む。ブレード監視システムは、プロセッサを含む。プロセッサは、ターボ機械のブレードを観察するように構成されたセンサからセンサ信号を受信するように構成される。プロセッサはまた、ターボ機械のブレードに配置されたマーキングに基づいて測定値を導出し、マーキングは、個別の特徴を含み、かつターボ機械のオペレータに測定値を表示するように構成される。【選択図】図１
2019215002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械のブレード監視システム（８４）であって、
前記ターボ機械のブレード（２８）を観察するように構成されたセンサ（９０）からセンサ信号を受信し、
前記ターボ機械の前記ブレード（２８）に配置されたマーキング（１６０、１６７、１７０）に基づいて測定値を導出し、前記マーキング（１６０、１６７、１７０）は、個別の特徴を含み、かつ
前記ターボ機械のオペレータに前記測定値を表示する
ように構成されたプロセッサ（８８）
を備える、システム（８４）。
【請求項２】
前記個別の特徴が、ノッチ（１６４）を含む、請求項１に記載のシステム（８４）。
【請求項３】
前記ノッチ（１６４）が、前記マーキング（１６０、１６７、１７０）を２つのセクション（１６２、１６６、１６８）に分割し、前記２つのセクション（１６２、１６６、１６８）の各々が、前記ノッチ（１６４）と比較したときにより高い光反射率を有する、請求項２に記載のシステム（８４）。
【請求項４】
前記２つのセクション（１６２、１６６、１６８）が、塗装されたセクション、コーティングされたセクション、研磨されたセクションまたはそれらの組合せを含む、請求項３に記載のシステム（８４）。
【請求項５】
前記マーキング（１６０、１６７、１７０）が、第２の個別の特徴を含む、請求項２に記載のシステム（８４）。
【請求項６】
前記プロセッサ（８８）が、
前記ターボ機械の第２のブレード（２８）を観察するように構成された前記センサ（９０）から第２のセンサ信号を受信し、
前記ターボ機械の前記第２のブレード（２８）に配置された第２のマーキング（１６０、１６７、１７０）に基づいて第２の測定値を導出し、第２のマーキング（１６０、１６７、１７０）が、第２の個別の特徴を含み、かつ
前記ターボ機械の前記オペレータに前記第２の測定値を表示するように構成され、前記第２の個別の特徴が、前記マーキング（１６０、１６７、１７０）の前記個別の特徴と比較したときに前記第２のマーキング（１６０、１６７、１７０）の異なる場所に配置される、請求項１に記載のシステム（８４）。
【請求項７】
前記異なる場所が、前記ブレード（２８）と比較したときに前記第２のブレード（２８）の異なる長手方向の場所を含む、請求項６に記載のシステム（８４）。
【請求項８】
前記測定値が、前記ターボ機械の段（１００）において他のブレード（２８）から前記ブレード（２８）を識別する固有の識別測定値を含む、請求項１に記載のシステム（８４）。
【請求項９】
前記測定値が、光ビーム（１１０）の場所、ブレードフラッタ測定値、前記ブレード（２８）と前記センサ測定値との間の位置（１２６、１２８、１３０）のシフト、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載のシステム（８４）。
【請求項１０】
前記ターボ機械が、ガスタービンを備え、前記ブレード（２８）が、前記ガスタービンの段（１００）に配置される、請求項１に記載のシステム（８４）。
【請求項１１】
ターボ機械システム（１０）であって、
前記ターボ機械システム（１０）の動作中に回転するように構成されたブレード（２８）と、
前記ターボ機械の前記ブレード（２８）を観察するように構成されたセンサ（９０）と、
ブレード監視システム（８４）であって、
前記ターボ機械システムの前記ブレード（２８）を観察するように構成された前記センサ（９０）からセンサ信号を受信し、
前記ターボ機械システムの前記ブレード（２８）に配置されたマーキング（１６０、１６７、１７０）に基づいて測定値を導出し、前記マーキング（１６０、１６７、１７０）は、個別の特徴を含み、かつ
前記ターボ機械システム（１０）のオペレータに前記測定値を表示する
ように構成されたプロセッサ（８８）
を備えるブレード監視システム（８４）と
を備える、システム（１０）。
【請求項１２】
前記個別の特徴が、ノッチ（１６４）を含む、請求項１１に記載のシステム（１０）。
【請求項１３】
前記ノッチ（１６４）が、前記マーキング（１６０、１６７、１７０）を２つのセクション（１６２、１６６、１６８）に分割し、前記２つのセクション（１６２、１６６、１６８）の各々が、前記ノッチ（１６４）と比較したときにより高い光反射率を有する、請求項１２に記載のシステム（１０）。
【請求項１４】
前記２つのセクション（１６２、１６６、１６８）が、塗装されたセクション、コーティングされたセクション、研磨されたセクションまたはそれらの組合せを含む、請求項１３に記載のシステム（１０）。
【請求項１５】
前記プロセッサ（８８）が、
前記ターボ機械の第２のブレード（２８）を観察するように構成された前記センサ（９０）から第２のセンサ信号を受信し、
前記ターボ機械の前記第２のブレード（２８）に配置された第２のマーキング（１６０、１６７、１７０）に基づいて第２の測定値を導出し、第２のマーキング（１６０、１６７、１７０）が、第２の個別の特徴を含み、かつ
前記ターボ機械の前記オペレータに前記第２の測定値を表示するように構成され、前記第２の個別の特徴が、前記マーキング（１６０、１６７、１７０）の前記個別の特徴と比較したときに前記第２のマーキング（１６０、１６７、１７０）の異なる場所に配置され、前記異なる場所が、前記ブレード（２８）と比較したときに前記第２のブレード（２８）の異なる長手方向の場所を含む、請求項１１に記載のシステム（１０）。
【請求項１６】
プロセッサ（８８）を介して、ターボ機械のブレード（２８）を観察するように構成されたセンサ（９０）からのセンサ信号を受信すること（４０２）と、
前記プロセッサ（８８）を介して、前記ターボ機械の前記ブレード（２８）に配置されたマーキング（１６０、１６７、１７０）に基づいて測定値を導出すること（４０４、４０６）であって、前記マーキング（１６０、１６７、１７０）は、個別の特徴を含むこと（４０４、４０６）と、
前記ターボ機械のオペレータに前記測定値を表示すること（４０８）と
を含む、方法（４００）。
【請求項１７】
前記個別の特徴が、ノッチ（１６４）を含む、請求項１６に記載の方法（４００）。
【請求項１８】
前記ノッチ（１６４）が、前記マーキング（１６０、１６７、１７０）を２つのセクション（１６２、１６６、１６８）に分割し、前記２つのセクション（１６２、１６６、１６８）の各々が、前記ノッチ（１６４）と比較したときにより高い光反射率を有する、請求項１７に記載の方法（４００）。
【請求項１９】
前記２つのセクション（１６２、１６６、１６８）が、塗装されたセクション、コーティングされたセクション、研磨されたセクションまたはそれらの組合せを含む、請求項１８に記載の方法（４００）。
【請求項２０】
前記ターボ機械の第２のブレード（２８）を観察するように構成された前記センサ（９０）から第２のセンサ信号を受信すること（４０２）と、
前記ターボ機械の前記第２のブレード（２８）に配置された第２のマーキング（１６０、１６７、１７０）に基づいて第２の測定値を導出すること（４０４、４０６）であって、第２のマーキング（１６０、１６７、１７０）が、第２の個別の特徴を含むこと（４０４、４０６）と、
前記ターボ機械の前記オペレータに前記第２の測定値を表示すること（４０８）であって、前記第２の個別の特徴が、前記マーキング（１６０、１６７、１７０）の前記個別の特徴と比較したときに前記第２のマーキング（１６０、１６７、１７０）の異なる場所に配置され、前記異なる場所が、前記ブレード（２８）と比較したときに前記第２のブレード（２８）の異なる長手方向の場所を含むこと（４０８）と
を含む、請求項１６に記載の方法（４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、ターボ機械に関し、より具体的には、個別のマーキングを介したターボ機械ブレードの予知および診断のためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンシステムなどの特定のターボ機械は、一般に、圧縮機と、燃焼器と、タービンとを含む。圧縮機は、空気取入口からの空気を圧縮し、続いて圧縮空気を燃焼器に導く。燃焼器内では、圧縮機から受け取った圧縮空気は燃料と混合され、燃焼ガスを生成するために燃焼される。燃焼ガスは、タービンに導かれる。タービンでは、燃焼ガスがタービンのタービンブレードを横切って通過し、それによってタービンブレード、およびタービンブレードが取り付けられているシャフトを駆動して回転させる。シャフトの回転は、シャフトに結合されている発電機などの負荷をさらに駆動することができる。タービンへの流体の流れおよび圧力は、タービンブレードに依存し得る。しかしながら、ガスタービンシステムの構成要素は、使用中に消耗する可能性がある。ガスタービンシステムの構成要素のブレードに関する予知および診断情報を提供することは、有益であろう。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の範囲に相応する特定の実施形態を、以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載される開示の範囲を限定しようとするものではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示について考えられる形態の概要を提供しようとするものにすぎない。実際、本開示は、以下に記載する実施形態に類似してもよく、あるいは異なってもよい様々な形態を含むことができる。
【０００４】
第１の実施形態では、ブレード監視システムが提供される。ブレード監視システムは、プロセッサを含む。プロセッサは、ターボ機械のブレードを観察するように構成されたセンサからセンサ信号を受信するように構成される。プロセッサはまた、ターボ機械のブレードに配置されたマーキングに基づいて測定値を導出し、マーキングは、個別の特徴を含み、かつターボ機械のオペレータに測定値を表示するように構成される。
【０００５】
第２の実施形態では、ターボ機械システムが提供される。ターボ機械システムは、ターボ機械システムの動作中に回転するように構成されたブレードと、ターボ機械のブレードを観察するように構成されたセンサとを含む。ターボ機械システムはまた、ブレード監視システムを含む。ブレード監視システムは、プロセッサを含む。プロセッサは、ターボ機械のブレードを観察するように構成されたセンサからセンサ信号を受信するように構成される。プロセッサはまた、ターボ機械のブレードに配置されたマーキングに基づいて測定値を導出し、マーキングは、個別の特徴を含み、かつターボ機械のオペレータに測定値を表示するように構成される。
【０００６】
第３の実施形態では、方法が提供される。方法は、プロセッサを介して、ターボ機械のブレードを観察するように構成されたセンサからのセンサ信号を受信することを含む。方法はまた、プロセッサを介して、ターボ機械のブレードに配置されたマーキングに基づいて測定値を導出することであって、マーキングは、個別の特徴を含むことと、ターボ機械のオペレータに測定値を表示することとを含む。
【０００７】
本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ブレードを備えたガスタービンと、ブレードを監視するためのブレード監視システムとを有するガスタービンシステムの一実施形態の概略図である。
【図２】複数のブレードを有する、図１のガスタービンの段の一実施形態の正面図である。
【図３】図２の段を収容する静止ケーシングに配置された単一のブレード観察センサの一実施形態の詳細正面図である。
【図４】ブレードの感知点のシフトを示す、図３のセンサの一実施形態の詳細正面図である。
【図５】ブレードの感知点のシフトを示す、図１のガスタービンシステムのブレードの一実施形態の図である。
【図６】特定のブレード性質および／または状態を決定するのに適した個別の特徴を有する様々なマーキングを有するブレードの一実施形態の詳細正面図である。
【図７】Ｘ軸に時間を、Ｙ軸に図３のセンサを介して受信した戻り光の強度を有するグラフの一実施形態を示す図である。
【図８】Ｘ軸にブレード番号を、Ｙ軸にブレードノッチの場所を有するグラフの一実施形態を示す図である。
【図９】図６のブレードマーキングを介して特定の情報を導出するのに適したプロセスの一実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の１つまたは複数の具体的な実施形態が、以下で説明される。これらの実施形態に関する簡潔な説明を提供するために、実際の実施態様に関するすべての特徴について本明細書に説明するわけではない。エンジニアリングまたは設計プロジェクトなどの実際の実施の開発においては、開発者らの特定の目的を達成するために、例えばシステム関連および事業関連の制約条件への対応など実施に特有の決定を数多くしなければならないし、また、これらの制約条件は実施ごとに異なる可能性があることを理解されたい。さらに、このような開発作業は複雑で時間がかかるかもしれないが、にもかかわらず、この開示の利益を得る当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることを理解されたい。
【００１０】
本開示の様々な実施形態の要素を導入する場合、冠詞「１つの（ａ、ａｎ）」、「この（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、その要素が１つまたは複数存在することを意味することを意図する。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的なものであって、列挙された要素以外の付加的な要素があり得ることを意味するものである。
【００１１】
本明細書に記載の技術は、ブレード部分（例えば、縁部）に配置され得るマーキングを介して、ガスタービンエンジンのブレードなどのターボ機械の個々のブレードを「符号化」または他の方法でマーキングする技術を提供する。マーキングは、マーカがどのブレードに配置されるか（例えば、ブレード１、ブレード２など）を符号化することができる光学マーカ、磁気マーカなどを含むことができ、ならびに速度、フラッタ状態、亀裂などのようなブレード性質を決定するのに有用な他の情報を提供するのに適した特定の形状を含むことができる。一実施形態では、ブレードタイミングのための光学技術は、回転ブレードのアレイが静止光ビームを通過するときに断続的な反射光（例えば、ブレード先端またはブレード縁部から反射される）の強度を測定する。時間領域信号を分析して、回転ブレードが、例えば、ブレードを支持するロータの速度信号に対して「早い」、「オンタイム」、または「遅い」に到達したかどうかを決定することができる。反射光の強度を向上させるために、塗装、コーティング、表面仕上げ、および／または他の処理を使用することができる。「塗装」という用語は、実際の塗装、コーティング、表面仕上げ、またはそれらの組合せを広く表すために本出願の残りの部分で使用されている。同様に、「塗装する」および／または「塗装される」という用語は、塗装、コーティング、表面仕上げ、またはそれらの組合せを広く表すために使用される。
【００１２】
通過するブレードによって光（例えば、レーザ光）が遮断され反射される場所は、例えば熱的変化のために経時的に変化し、潜在的に測定値の誤差をもたらす可能性がある。通過するブレードのどこでレーザ光が遮断され反射されるかを決定するために、ターボ機械のブレードの定義されたサブセットは、反射光をすべての他のブレードとは異なるように応答させる固有のパターンを含む縞で塗装され得る。固有のパターンは、ブレード表面に塗装されているエリアの一部（例えば、ノッチ）をマスキングすることによって作り出すことができる。第１のブレードの塗装パターンにおける固有の特徴は、第１のブレードの表面の正確な既知の場所に配置される。第２のブレードでは、固有の塗装パターンは、ブレード表面の異なる場所に識別用の特徴（例えば、ノッチ）を有することができる。固有にマーキングされたブレードの数および／またはブレードごとに使用されるマーキングの数は、所望の解像度の関数、例えば、分析するデータ量の関数であり得る。
【００１３】
オペレータおよび／または自動化システムが、例えば、リアルタイムで反射光信号の強さを監視しているとき、オペレータおよび／または自動化システムは、そのブレードの反射光強度をアレイの他のブレードとは著しく異なって区別可能に観察することができる。どのブレードが他のブレードと異なって読み取っているかを知ることによって、オペレータおよび／または自動化システムは次に、ブレードのどこにレーザ光が配置されているかを決定することができる。したがって、個々のブレード表面の固有の塗装パターンが回転ブレードを「コード化」して、オペレータおよび／または自動化システムがブレード表面のどこでレーザ光が遮断され反射されているかを決定することができるようにする。パターンはまた、以下でさらに説明されるように、ブレード速度、ブレードフラッタなどのような特定のブレード性質を導出するのに役立ち得る。
【００１４】
ここで図を参照すると、図１は、炭素質燃料を燃焼させて回転動力を発生するのに適したタービン１２を有するガスタービンシステム１０の一実施形態のブロック図を示す。ベーン１６を備えた圧縮機１４、および制御システム１８も示されている。説明を通して、一組の軸を参照する。これらの軸は、円筒座標系に基づいており、軸方向２０、半径方向２２、および円周方向２４を向いている。例えば、軸方向２０は、ガスタービンシステム１０の長手方向軸２６に沿って延び、半径方向２２は、長手方向軸２６と直交しかつ長手方向軸２６から離れる方向に延び、円周方向２４は、長手方向軸２６の周りに延びる。さらに、本説明は、タービンブレード２８に焦点を当てるが、圧縮機１４、ポンプ、および／またはなどのような様々な回転装置が本明細書に記載の技術から利益を得ることができることに留意されたい。
【００１５】
酸化剤６４が取入口６６から圧縮機１４に流れ、そこで圧縮機ブレード１６の回転が酸化剤６４を圧縮して加圧する。酸化剤６４は、周囲空気、純酸素、酸素富化空気、酸素還元空気、酸素−窒素混合物、または燃料の燃焼を促進する任意の適切な酸化剤を含み得る。以下の説明では、酸化剤の一例として空気６４を参照するが、非限定的な例としてのみ意図されている。空気６４は、燃料ノズル６８に流入する。燃料ノズル６８内では、燃料７０は、燃焼、排出、燃料消費量、動力出力などに適した比率で空気６４と混合する。その後、燃料７０と空気６４との混合物が燃焼器７４内で高温の燃焼生成物７２に燃焼される。高温の燃焼生成物７２は、タービン１２に入り、ロータブレード２８を回転させ、それによってシャフト３８を駆動して回転させる。回転シャフト３８は、空気６４を圧縮するために圧縮機１４にエネルギーを提供する。より具体的には、回転シャフト３８は、圧縮機１４内でシャフト３８に取り付けられた圧縮機ブレード３６を回転させ、それによって燃焼器７４に供給される空気６４を加圧する。さらに、回転シャフト３８は、発電機またはシャフト３８の機械的エネルギーを利用することが可能な任意の他のデバイスなどの負荷７８を駆動することができる。タービン１２が燃焼生成物７２から有用な仕事を抽出した後、燃焼生成物７２は、排気口８０に排出される。
【００１６】
制御システム１８は、コントローラ８２と、ブレード監視システム８４とを含む。いくつかの実施形態では、ブレード監視システム８４をコントローラ８２に含めることができ、他の実施形態では、ブレード監視システム８４をコントローラ８２に通信可能に結合することができる。コントローラ８２は、メモリ８６と、１つまたは複数のプロセッサ８８とを含むことができる。プロセッサ（単数または複数）８８は、現時点において開示されている技術を実施するための命令を実行するためにメモリ８６に動作可能に結合され得る。これらの命令は、メモリ８６および／または他の記憶装置などの有形の非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されるプログラムまたはコードに符号化することができる。プロセッサ（単数または複数）８８は、汎用プロセッサ、システムオンチップ（ＳｏＣ）デバイス、または特定用途向け集積回路、または何らかの他のプロセッサ構成とすることができる。
【００１７】
メモリ８６は、限定はしないが、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ、ディスケット、フラッシュドライブ、コンパクトディスク、デジタルビデオディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ならびに／またはプロセッサ（単数または複数）８８による命令および／もしくはデータの記憶、取り出し、および／もしくは実行を可能にする任意の適切な記憶デバイスなどのコンピュータ可読媒体を含んでもよい。メモリ８６は、１つまたは複数のローカルおよび／またはリモートの記憶デバイスをさらに含むことができる。さらに、コントローラ８２は、オペレータが測定値を読み取り、分析を実行し、および／またはガスタービンシステム１０の動作を調整することを可能にするように、ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）、ディスプレイなどに動作可能に接続され得る。
【００１８】
使用中、ブレード監視システム８４は、例えば、センサ９０からのデータを使用することによってタービン１２のブレード２８の現在の性質または状態を検出することができる。例えば、センサ９０は、以下でさらに説明されるように、ブレード２８に配置された特定のマーキングを感知する光学センサシステムおよび／または磁気センサシステムを含み得る。センサ９０からの更新は、リアルタイムで、例えば、１〜４，０００マイクロ秒、１〜１００ミリ秒の速度で受信することができる。ブレード監視システム８４によって導出されたブレード２８の性質または状態は、オペレータに表示されてもよく、および／またはコントローラ８２に提供されてもよい。コントローラ８２は、例えば、動作中に燃料流７０、空気流６４、排気口８０の温度の測定、負荷７８の性質（例えば、生成電力）の測定などを制御することによってガスタービンシステム１０の動作を制御することができる。
【００１９】
図２は、複数のブレード２８を示すタービン１２の段１００の一実施形態の正面図を示す。タービン１２は、１つまたは複数の段１００を含むことができ、各段１００は、燃焼の流体生成物によって駆動されるのに適したブレード２８を有する。また、段１００を囲む静止ケーシング１０２、および図示されていない他の段も示されている。使用中、ブレード２８は、円周方向２４に半径方向に回転することができ、したがって回転運動を発生し、これは発電機などの負荷７８を介して動力に変換することができる。段１００およびブレード２８の様々な性質および特性を感知することは、有益であり得る。例えば、各ブレード２８の速度、ブレード２８の何らかの変形（例えば、熱変形）、ブレード２８のフラッタなどである。したがって、本明細書に記載の技術は、センサ９０を静止ケーシング１０２の１つまたは複数の場所に配置することを提供する。センサ９０は、特定のマーキングを感知することができる光学センサ（例えば、レーザベースのセンサ）、磁気センサなどを含むことができる。
【００２０】
図３は、静止ケーシング１０２に配置され、ブレード２８の１つまたは複数を感知するように配置された単一のセンサ９０の一実施形態の詳細正面図である。より具体的には、図は、ブレード２８が円周方向２４に回転するときにブレード２８の後縁を観察するように配置されたセンサ９０を示す。図示の実施形態では、センサ９０は、ブレード２８をレーザ光ビーム１１０で照明する光学センサとすることができる。レーザ光ビーム１１０は、ブレード２８の縁部に衝突し、次いでブレード２８で反射するように示されている。次いで、光の反射がセンサ９０によって捕捉され、ブレード２８の様々な性質および状態を導出するために使用され得る。しかしながら、動作中、例えば熱的変化のために、センサ９０とブレード２８との間の位置合わせがシフトする可能性がある。したがって、図４に示すように、レーザ光ビーム１１０の衝撃または衝突点がシフトすることがある。
【００２１】
より具体的には、図４は、ガスタービンシステム１０の動作中にシフトする可能性がある３つの衝突点１２０、１２２、１２４を示すブレード２８の一実施形態を示す。例えば、始動動作前など、ガスタービンシステム１０が「低温」状態にあるとき、点１２０は、位置１２６においてセンサ９０から入ってくる光を反射することができる。ガスタービンシステム１０がベースロード動作に入ると、熱的変化、振動などにより、ブレード２８および／またはセンサ９０が互いに対して位置をシフトすることがある。例えば、センサ９０は、位置１２８にシフトすることがあり、次に点１２２において光ビーム１１０の衝突を引き起こすことがある。同様に、センサ９０は、位置１３０にシフトすることがあり、点１２４において光ビーム１１０の衝突を引き起こす。
【００２２】
衝突点（例えば、点１２０、１２２、１２４）のシフトは、測定値における不正確さを招き得る。例えば、図５は、光ビーム１１０の衝突点１４０、１４２、１４４をシフトさせることを示すブレード２８の一実施形態を示す。図示の実施形態では、ブレード２８は、ブレードフラッタと呼ばれる状態を経験している可能性がある。ブレードフラッタの間、ブレードの自励振動は、典型的には、構造−動的および／または空気力学的力の相互作用によって引き起こされることがある。例えば、ブレードエリアまたは部分１４６、１４８、１５０は、互いに対して異なる応力を受ける可能性があり、これはブレード２８の特定のエリアまたは部分を振動させる可能性がある。
【００２３】
図示の実施形態では、センサ９０を使用して、ブレード２８の変位を測定することができる。しかしながら、ここでは光ビーム１１０は異なる場所に衝突する可能性があるので、例えば、方向２４に沿って半径方向にリアルタイムで光ビーム１１０が衝突している場所を導出することが有益であろう。本明細書に記載の技術は、以下でさらに説明されるように、光ビーム１１０が現在衝突している可能性がある場所を決定し、ブレード２８の性質および状態を導出するために使用することができる特定のマーキングの使用を含む。
【００２４】
ここで図６を参照すると、図は、ブレード２８の縁部に配置された様々なマーキング１６０および１７０を有するブレード２８（「バケット」とも呼ばれる）の一実施形態の詳細正面図である。マーキング１６０、１７０がブレードの後縁に配置されるように示されているが、マーキング１６０、１７０は、ブレードの頂部、例えば、静止ケーシング１０２に最も近いブレード部分、またはブレード２８の他のエリア（例えば、前縁）に配置することができることを理解されたい。図示の実施形態では、マーキング１６０は、第１のセクション１６２と、「個別の」セクションまたはノッチ１６４と、第２のセクション１６６とを含む。個別のセクション１６４は、塗装されていないか、またはマーキングされていなくてもよく、したがって、セクション１６２、１６６（またはセクション１６２、１６６の先頭部分）を互いに区別する。
【００２５】
セクション１６２および１６６は、ブレード２８に沿って長手方向に測定したときに異なる長さを有するものとして示されている。例えば、バケット１および２では、セクション１６２はセクション１６６よりも短いが、バケット３および４では、セクション１６２はセクション１６６よりも長い。バケット１〜４に示すマーキング１６０は、個々のバケットを識別するために使用され得る。例えば、セクション１６４はセクション１６２、１６６とは異なるように光を反射するので、マーキング１６０を担持する各ブレードは、固有にマーキングされてもよい。さらに衝突点がシフトするにつれて、シフトは、シフトがマーキングされたセクション（例えば、セクション１６２、１６６）から個別のまたはノッチ付きセクション１６４に、またはその逆に１つのブレード２８から別のブレード２８に、またはマーキングされた部分から同じブレード２８のノッチ付きセクション１６４に交差し得るときに検出されてもよい。例えば、衝突点をバケット１のノッチ１６４に位置させ、次いでバケット２のノッチ１６４にシフトさせることができる。したがって、衝突点の場所を確認することができ、ブレードフラッタ、熱的変化、亀裂（例えば、表面亀裂）などのような状態のより正確な測定値をもたらすことができる。
【００２６】
図はまた、セクション１６２、１６６、１６８を分割する複数の個別のセクション１６４を有するマーキング１６７を示す。実際、特定の実施形態では、マーキングは、例えば、特定のブレード２８をさらに識別するのに有用であり、かつ衝突点がシフトしやすいセクションを位置決めし識別することなどに有用な複数のノッチを含むことができる。例えば、衝突点が同じマーキング１６７の第１のノッチ１６４から第２のノッチ１６４に移動するときにシフトが検出されてもよい。マーキング１７０も示されており、これは個別のセクションまたはノッチを有していない。言い換えれば、マーキング１７０は、図示されている長方形のセクションのように、ただ１つの塗装されたセクションを有する。特定の実施形態では、段１００は、１つまたは複数のマーキング１６０のみを使用してもよい。他の実施形態では、１つまたは複数のマーキング１６０は、１つまたは複数のマーキング１６７、１７０と組み合わせることができる。同様に、特定の実施形態では、１つまたは複数のマーキング１６７のみを使用することができ、他の実施形態では、１つまたは複数のマーキング１６７を１つまたは複数のマーキング１６０、１７０と組み合わせることができる。
【００２７】
セクション１６４と比較したときに反射性がより高いセクション、例えば、セクション１６２、１６６、１６８、および／または１７０のすべては、様々なコーティング（例えば、光反射コーティング、磁気コーティング、および／または熱コーティング）で塗装および／またはコーティングされてもよく、または他の方法でマーキングされてもよい（例えば、研磨される、「粗い」ままなど）。特定の実施形態では、セクション１６４は、マーキングされていない、例えば、塗装されていなくてもコーティングされていないままでもよい。他の実施形態では、セクション１６４は、セクション１６２、１６６、１６８、および／または１７０のすべてと比較したとき、より少ない光を反射するように塗装、コーティング、または他の方法でマーキングされてもよい。さらに、特定の実施形態では、セクション１６４は、セクション１６２、１６６を互いに完全には区別しないが、後縁部分などの塗装、コーティング、または他のマーキング接続セクション１６２、１６６（または１６８）の一部を互いに接続したままにする部分的なノッチであり得る。これらの実施形態では、マーキングは、後方に向けられた正方形の文字「Ｃ」のように見えてもよい。センサ９０が磁気センサを含み得る実施形態では、セクション１６２、１６６は、磁気粒子を含むコーティングなど、コーティングされていないブレード２８の残りの部分と比較したときに異なる磁場性質（例えば、強さ）を有し得るコーティングでコーティングされてもよい。
【００２８】
図７は、Ｙ軸１８４におけるビーム１１０からの戻り光の強度に対するＸ軸１８２における時間を示すグラフ１８０の一実施形態を示す。より具体的には、グラフ１８０は、ノッチ付きマーキング、例えば、マーキング１６０、１６７を有し得るブレードに対して、ノッチ無しマーキング、例えば、マーキング１７０を有し得るブレードから感知することができる曲線１８６を示す。図示のように、センサ９０は、ノッチ付きのマーキングされたブレードと比較して、例えば、ノッチ無しマークの反射率が増加したために、ノッチ付きのマーキングされたブレードについてより早くかつより長い時間、反射（または磁気）表面を示す光を受信することができる。したがって、他のブレード２８と比較した場合、単一のノッチ付きのマーキングされたブレードは、１つまたは複数のセンサ９０を通して回転するので容易に識別可能であり得る。
【００２９】
さらに、ブレード２８の長手方向の場所などの複数の場所を感知するように複数のセンサ９０を各々配置することができる。したがって、複数のノッチ付きマーキング（例えば、マーキング１６０、１６７）はまた、例えば、個々のセンサ９０に指示してマーキングされたブレード２８の各々の固有の場所１６４を観察することによって識別することができる。このようにして、マーキング１６０、１６７を有する１つまたは複数のブレード２８は、固有に識別することができる。他のブレード２８からブレード２８を固有に識別することに加えて、セクションまたはノッチ１６４の使用はまた、回転速度、衝突点のシフト、熱的変化によるブレード材料の変化などのような他のブレード性質および特性を提供し得る。
【００３０】
図８は、Ｙ軸２０４におけるノッチ１６４の場所に対する軸２０２におけるブレードまたはバケット番号を示すグラフ２００の一実施形態を示す。例えば、点２１４は、点２１６によって示すことができるブレードまたはバケット４より低い場所にノッチ１６４を有するブレードまたはバケット１を指すことができる。図示の実施形態では、バケットｎ＋１は、ノッチレスマーキング１７０を有する。ブレード２８が１つまたは複数のセンサ９０を通って回転すると、１つまたは複数のセンサ９０からの光ビーム１１０が段１００の回転中に異なる時間に反射して戻るので、１つまたは複数のセンサ９０は、各ブレード２８の存在を導出することができる。前述のように、特定の実施形態では、バケット１、２、３、…ｎ、ｎ＋１などの各ブレード２８は、固有に識別され得る。したがって、ブレード２８および／または任意のブレード２８の回転速度（例えば、毎分回転数）を計算することができる。いくつかの実施形態では、場所は、マーキング１７０でマーキングされたベースラインバケットを使用して計算することができる。同様に、位置シフトが生じると、位置シフトはノッチ１６４を介して検出され、ブレードフラッタ測定中などに誤差を最小化または排除することができる。
【００３１】
図９は、例えば、マーキング１６０、１６７、１７０を介して特定の情報を導出し、その導出した情報を表示および／または制御に適用するのに適したプロセス４００の一実施形態を示すフローチャートである。プロセス４００は、プロセッサ８８によって実行可能であり、メモリ８６に記憶されたコンピュータコードまたは命令として実施されてもよい。図示の実施形態では、プロセス４００は、最初に、例えばリアルタイムで、マーキングされたブレード２８がセンサ９０の感知領域を通過するときの信号を検出することができる（ブロック４０２）。いくつかの実施形態では、次いでプロセス４００は、ブレード番号または他の固有の識別情報を導出し得る（ブロック４０４）。上述のように、固有のブレードは、ブレード２８の１つまたは複数の固有の場所に配置された、個別の特徴、例えば、ノッチ１６４を使用することによって識別することができる。
【００３２】
次いで、プロセス４００は、感知された１つまたは複数のブレード２８に関する特定の性質および／または特性を導出することができる（ブロック４０６）。例えば、ＲＰＭでのブレード速度を導出すことができるとともに、光ビーム１１０に対する衝突点の実際の場所を決定することができる。次いで、例えば、ブレードフラッタ測定をより正確に行い、ブレード２８の材料および／または静止ケーシング１０２の膨張／収縮を決定することができる。次いで、プロセス４００は、ブロック４０６で導出された性質および／または特性を含む、マーキング１６０、１６７、および／または１７０に関連する情報を表示することができる（ブロック４０８）。例えば、各ブレード番号についてのブレード速度が表示されてもよく、ブレードフラッタ測定値が表示されてもよく、新しい衝突点の場所を含む衝突点のシフトなどが表示されてもよい。
【００３３】
次いで、プロセス４００は、ブロック４０６で導出された性質および／または特性に基づいて燃料流、空気流、入口ガイドベーン角度などを調整するなどの特定の制御行動を発行することができる（ブロック４１０）。導出（例えば、ブロック４０６の導出）は、より正確な尺度、燃料調整、空気流調整、入口ガイドベーン調整などによるブレード２８の速度の調整をもたらすことができるので、ガスタービンエンジン１２および発電システム１０の制御を改善することができる。マーキング１６０、１６７、および／または１７０を付けることによって、本明細書に記載の技術は、光学および／または磁気センサを含み得るセンサ９０を介してブレード測定値を改善することができる。本技術は、ガスタービンブレードを考慮して説明されているが、圧縮機、風力タービン、水力タービン、エキスパンダなどの他のブレード付きタービン機械を本明細書に記載の技術と共に使用することができることも理解されたい。
【００３４】
技術的効果には、１つまたは複数のノッチなどの個別の特徴を有するブレードマーキングが含まれる。ノッチは、ブレードを固有に識別するために使用されてもよい。ノッチは、追加的にまたは代替的に、例えば熱的変化による、ブレードとセンサシフトとの間の位置として、ビーム衝突、磁気ピックアップ、またはそれらの組合せに関する改善された場所情報を導出するために使用され得る。個別にマーキングされたブレードを介して導出された情報は、より正確なブレードフラッタ測定値、ブレード動的変化、個々のブレード速度などの測定値における精度を向上させるために使用されてもよい。
【００３５】
本明細書は、本技術を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆるデバイスまたはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本技術の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの実施例を使用している。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ガスタービンシステム、発電システム
１２  ガスタービンエンジン、タービン
１４  圧縮機
１６  ベーン、圧縮機ブレード
１８  制御システム
２０  軸方向
２２  半径方向
２４  円周方向
２６  長手方向軸
２８  タービンブレード、ロータブレード
３６  圧縮機ブレード
３８  回転シャフト
６４  酸化剤、空気、空気流
６６  取入口
６８  燃料ノズル
７０  燃料、燃料流
７２  高温の燃焼生成物
７４  燃焼器
７８  負荷
８０  排気口
８２  コントローラ
８４  ブレード監視システム
８６  メモリ
８８  プロセッサ
９０  センサ
１００  段
１０２  静止ケーシング
１１０  レーザ光ビーム
１２０  衝突点
１２２  衝突点
１２４  衝突点
１２６  位置
１２８  位置
１３０  位置
１４０  衝突点
１４２  衝突点
１４４  衝突点
１４６  ブレードエリア／部分
１４８  ブレードエリア／部分
１５０  ブレードエリア／部分
１６０  マーキング
１６２  第１のセクション
１６４  第１のノッチ、第２のノッチ、個別のセクションまたはノッチ、固有の場所
１６６  第２のセクション
１６７  マーキング
１６８  セクション
１７０  ノッチレスマーキング
１８０  グラフ
１８２  Ｘ軸
１８４  Ｙ軸
１８６  曲線
２００  グラフ
２０２  軸
２０４  Ｙ軸
２１４  点
２１６  点
４００  プロセス
４０２  ブロック
４０４  ブロック
４０６  ブロック
４０８  ブロック
４１０  ブロック
【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】
2019215002000001.pdf