(57)【要約】【課題】ターボ機械の構成部品の少なくとも１つの物理的特性を監視するように構成された検出システムを提供する。【解決手段】いくつかの実施形態において、検出システムは、ターボ機械の構成部品に添えられるように構成され、前記ターボ機械の動作中に前記ターボ機械の構成部品の少なくとも１つの物理的特性に関する情報を検知する少なくとも１つのセンサと、前記少なくとも１つのセンサと通信可能に接続された信号変換器と、前記ターボ機械の不動の構成部品に添えられるように構成され、前記信号変換器に接続されたＲＦアンテナを介して前記少なくとも１つの信号変換器と通信するように構成された少なくとも１つのＲＦ通信装置とを備える。【選択図】図１
2015214971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械の構成部品（２０）に添えられるように構成され、前記ターボ機械の動作中に前記ターボ機械の構成部品（２０）の少なくとも１つの物理的特性に関する情報を検知する少なくとも１つのセンサ（３０）と、
前記少なくとも１つのセンサ（３０）と通信可能に接続された信号変換器（２５）と、
前記ターボ機械の不動の構成部品に添えられるように構成され、前記信号変換器（２５）に接続されたＲＦアンテナ（４０）を介して前記少なくとも１つの信号変換器（２５）と通信するように構成された少なくとも１つのＲＦ通信装置（６０）と
を備える検出システム（１０）。
【請求項２】
前記信号変換器（２５）は、表面弾性波センサ（ＳＡＷ）、非線形集中共振器（ＮＬＲ）、又はＲＦ共振構造体のうちの１つである請求項１に記載の検出システム（１０）。
【請求項３】
前記ＲＦ通信装置（６０）から前記ターボ機械の構成部品（２０）の前記少なくとも１つの物理的特性に関する情報を受信するように構成されたコンピュータ装置（７０）
を更に備える請求項１に記載の検出システム（１０）。
【請求項４】
前記コンピュータ装置（７０）は、前記少なくとも１つのセンサ（３０）及び前記少なくとも１つのセンサ（３０）の前記ターボ機械に対する位置を特定するように構成されている請求項３に記載の検出システム（１０）。
【請求項５】
前記少なくとも１つのＲＦ通信装置（６０）は、トランシーバ又は受信機の一方を含む請求項１に記載の検出システム（１０）。
【請求項６】
前記少なくとも１つのセンサ（３０）は、歪みセンサ、温度センサ、圧力センサ、振動測定センサ、表面異常センサ、又はクラック検出センサ（３００、３１０）のうちの１つを含む請求項１に記載の検出システム（１０）。
【請求項７】
前記信号変換器（２５）は、前記ターボ機械の構成部品（２０）のブレード先端シュラウド（２７）に位置する請求項５に記載の検出システム（１０）。
【請求項８】
前記信号変換器（２５）からの近距離無線ＲＦ信号を送信及び受信するための前記ターボ機械のケーシング（５５）の開口を横切る送受信アンテナ（８０）
を更に備える請求項１に記載の検出システム（１０）。
【請求項９】
前記ターボ機械の構成部品（２０）のシャンク（１２３）を通って導かれ、前記少なくとも１つのセンサ（３０）を前記信号変換器（２５）に接続する通信路（３２）
を更に備え、
前記信号変換器（２５）は、前記ターボ機械の構成部品（２０）の前記シャンク（１２３）に位置する請求項８に記載の検出システム（１０）。
【請求項１０】
ターボ機械の構成部品（２０）であって、
構成部品本体と、
前記構成部品本体に接続された検出システム（１０）と
を備えており、
前記検出システム（１０）は、
当該ターボ機械の構成部品（２０）に添えられるように構成され、前記ターボ機械の動作中に当該ターボ機械の構成部品（２０）の少なくとも１つの物理的特性に関する情報を検知する少なくとも１つのセンサ（３０）と、
前記少なくとも１つのセンサ（３０）と通信可能に接続された信号変換器（２５）と、
前記ターボ機械の不動の構成部品に添えられるように構成され、前記信号変換器（２５）に接続されたＲＦアンテナ（４０）を介して前記少なくとも１つの信号変換器（２５）と通信するように構成された少なくとも１つのＲＦ通信装置（６０）と
を備えるターボ機械の構成部品（２０）。
【請求項１１】
当該構成部品（２０）は、ターボ機械のバケット（２０）、ターボ機械のノズル（７７）、ターボ機械のブレード、又はターボ機械のベーンのうちの１つを含む請求項１０に記載のターボ機械の構成部品（２０）。
【請求項１２】
前記ＲＦ通信装置（６０）から前記ターボ機械のバケット（２０）の前記少なくとも１つの物理的特性に関する情報を受信するように構成されたコンピュータ装置（７０）
を更に備える請求項１０に記載のターボ機械の構成部品（２０）。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのＲＦ通信装置（６０）は、トランシーバ又は受信機の一方を含む請求項１０に記載のターボ機械の構成部品（２０）。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのセンサ（３０）は、歪みセンサ、温度センサ、圧力センサ、振動測定センサ、又はクラック検出センサ（３００、３１０）のうちの１つを含む請求項１０に記載のターボ機械のロータ（１１０）部分。
【請求項１５】
前記信号変換器（２５）は、表面弾性波センサ（ＳＡＷ）、非線形集中共振器（ＮＬＲ）、又はＲＦ共振構造体のうちの１つを含む請求項１０に記載のターボ機械のロータ（１１０）部分。
【請求項１６】
前記ターボ機械の構成部品（２０）は、ターボ機械のバケット（２０）を含み、前記信号変換器（２５）は、前記ターボ機械のバケット（２０）のブレード先端又はシュラウドの一方に位置する請求項１０に記載のターボ機械のロータ（１１０）部分。
【請求項１７】
前記ターボ機械のバケット（２０）のシャンク（１２３）を通って導かれ、前記少なくとも１つのセンサ（３０）を前記信号変換器（２５）に接続する通信路（３２）
を更に備え、
前記信号変換器（２５）は、前記ターボ機械のバケット（２０）の前記シャンク（１２３）に位置する請求項１６に記載のターボ機械の構成部品（２０）。
【請求項１８】
ターボ機械の回転する構成部品（２０）に添えられるように構成され、前記ターボ機械の動作中に前記ターボ機械の構成部品（２０）の少なくとも１つの物理的特性に関する情報を検知する少なくとも１つのセンサ（３０）と、
前記少なくとも１つのセンサ（３０）に通信可能に接続され、前記ターボ機械の回転する構成部品のプラットフォーム（２３）に配置された信号変換器（２５）と、
前記信号変換器（２５）からの信号を電磁共鳴を介して送信又は受信するために前記ターボ機械のケーシング（５５）の開口を横切る送受信アンテナ（８０）と
を備える検出システム（１０）。
【請求項１９】
前記信号変換器（２５）は、表面弾性波センサ（ＳＡＷ）、非線形集中共振器（ＮＬＲ）、又はＲＦ共振構造体のうちの１つである請求項１８に記載の検出システム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、概して、ターボ機械に関する。より具体的には、本明細書に提示される開示は、ターボ機械の構成部品の材料欠陥の検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン（ＧＴ）の構成部品を含むターボ機械の構成部品は、使用時に過酷な環境に直面する。そのような環境が、検出が困難であることが多いターボ機械の構成部品（例えば、バケット、ノズル、ベーン、又はブレード）の材料特性の変化を引き起こす可能性がある。ひとたびそのような構成部品の使用が開始されると、材料特性の変化によって引き起こされる構成部品そのもののわずかな違いによって、構成部品の寿命に大きなばらつきが生じ始める可能性がある。一般に、残存寿命（ＲＵＬ）予測モデルが、ターボ機械の構成部品の定期交換を実行するために使用される。結果として、多くのターボ機械の構成部品は、それらの実際の寿命の終わりよりもはるかに早く交換される。事前の保守計画に基づく構成部品の交換は高価につくが、不必要であるかもしれない定期的な交換を、ターボ機械の壊滅的な故障の可能性よりも優先させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８，４４４，３７７号明細書
【発明の概要】
【０００４】
種々の実施形態は、ターボ機械の構成部品の少なくとも１つの物理的特性を監視するように構成された検出システムを含む。いくつかの実施形態において、検出システムは、ターボ機械の構成部品に添えられるように構成され、前記ターボ機械の動作中に前記ターボ機械の構成部品の少なくとも１つの物理的特性に関する情報を検知する少なくとも１つのセンサと、前記少なくとも１つのセンサと通信可能に接続された信号変換器と、前記ターボ機械の不動の構成部品に添えられるように構成され、前記信号変換器に接続されたＲＦアンテナを介して前記少なくとも１つの信号変換器と通信するように構成された少なくとも１つのＲＦ通信装置とを備える。
【０００５】
第１の態様は、ターボ機械の構成部品に添えられるように構成され、前記ターボ機械の動作中に前記ターボ機械の構成部品の少なくとも１つの物理的特性に関する情報を検知する少なくとも１つのセンサと、前記少なくとも１つのセンサと通信可能に接続された信号変換器と、前記ターボ機械の不動の構成部品に添えられるように構成され、前記信号変換器に接続されたＲＦアンテナを介して前記少なくとも１つの信号変換器と通信するように構成された少なくとも１つのＲＦ通信装置とを備える検出システムを提供する。
【０００６】
第２の態様は、ターボ機械の構成部品であって、構成部品本体と、前記構成部品本体に接続された検出システムとを備えており、前記検出システムは、当該ターボ機械の構成部品に添えられるように構成され、前記ターボ機械の動作中に当該ターボ機械の構成部品の少なくとも１つの物理的特性に関する情報を検知する少なくとも１つのセンサと、前記少なくとも１つのセンサと通信可能に接続された信号変換器と、前記ターボ機械の不動の構成部品に添えられるように構成され、前記信号変換器に接続されたＲＦアンテナを介して前記少なくとも１つの信号変換器と通信するように構成された少なくとも１つのＲＦ通信装置とを備えるターボ機械の構成部品を提供する。
【０００７】
第３の態様は、ターボ機械の回転する構成部品に添えられるように構成され、前記ターボ機械の動作中に前記ターボ機械の構成部品の少なくとも１つの物理的特性に関する情報を検知する少なくとも１つのセンサと、前記少なくとも１つのセンサに通信可能に接続され、前記ターボ機械の回転する構成部品のプラットフォームに配置された信号変換器と、前記信号変換器からの信号を電磁共鳴を介して送信又は受信するために前記ターボ機械のケーシングの開口を横切る送受信アンテナとを備える検出システムを提供する。
【０００８】
本発明のこれらの特徴及び他の特徴が、本発明の種々の態様の以下の詳細な説明を、本発明の種々の実施形態を示している添付の図面と併せて検討することによって、更に容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態によるシステムの３次元の斜視図を示している。
【図２】本発明の実施形態によるターボ機械の構成部品の３次元の斜視図を示している。
【図３】本発明の実施形態によるターボ機械の構成部品の３次元の斜視図を示している。
【図４】本発明の実施形態によるシステムの３次元の斜視図を示している。
【図５】本発明の実施形態によるシステムの３次元の斜視図を示している。
【図６】本発明の実施形態によるターボ機械の構成部品の３次元の斜視図を示している。
【図７】本発明の実施形態によるターボ機械の構成部品の３次元の斜視図を示している。
【図８】本発明の実施形態によるターボ機械の３次元の斜視図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の図面が、必ずしも比例尺ではないことに注意すべきである。図面は、本発明の典型的な態様のみを示すように意図されており、したがって本発明の技術的範囲を限定するものとして解釈されてはならない。図面の間で類似の番号が付されている構成要素が、互いに関して説明されるように実質的に同様であってよいことを、理解すべきである。更に、図１〜図８に関して図示及び説明される実施形態において、類似の番号は、類似の構成要素を表すことができる。これらの構成要素の重複する説明は、わかりやすくするために省略されている。最後に、図１〜図７の構成部品及びそれらに関する説明を、本明細書に記載のあらゆる実施形態に適用できることを、理解すべきである。
【００１１】
本明細書に開示される主題は、概して、ターボ機械に関する。より具体的には、本明細書に提示される開示は、ターボ機械の構成部品の材料欠陥の検出に関する。
【００１２】
本発明の実施形態は、例えばターボ機械のバケット、ノズル、ブレード、又はベーンなどのターボ機械の構成部品の物理的特性の監視、検出、及び測定を提供する。監視を、受動的なワイヤレスの温度センサ及び／又は歪みセンサを用いて達成することができる。使用することができる他のセンサとして、これらに限られるわけではないが、歪みセンサ、圧力センサ、振動測定センサ、表面異常センサ、などが挙げられる。いくつかの態様は、表面弾性波（ＳＡＷ）の受動的変調又は他の非線形共振（ＮＬＲ）装置を含むことができる。そのような装置において使用される遠隔測定法は、ターボ機械の囲まれた区画又は部分的に囲まれた区画内の無線周波数（ＲＦ）伝送の問題を軽減するために、近距離無線読み出し又は共振空洞変調を使用することができる。リアルタイムの監視は、構成部品ごとの温度及び歪の履歴の蓄積及び分析を可能にでき、したがって残り寿命（ＲＵＬ）の判断或いは寿命管理及び／又はクリープ管理を可能にし、即ちオンラインでの状態に基づく監視（ＯＣＢＭ）を可能にすることができる。クリープは、従来、熱及び機械的な応力の影響下で恒久的な変形を生じる固体材料の傾向として定義され、したがって本明細書にて言及されるクリープ管理は、ターボ機械の構成部品の材料のクリープの検出及び／又は監視を意味すると理解される。従来の監視及び定期的な保守と異なり、本明細書において説明される実施形態は、構成部品をフリート（ｆｌｅｅｔ）統計及び履歴寿命予測モデルを使用して算出される必要以上に短い寿命を超えて使用することを可能にすることにより、ターボ機械の構成部品の寿命の延長に役立つ。更に、本発明の実施形態は、ＲＵＬ予測モデルによって決定されるとおり、定期的な保守よりも前に生じうる早期の壊滅的な故障につながりかねない状態の検出を可能にする。
【００１３】
使用されるＳＡＷ／ＮＬＲは、センサそのものとして機能することができる。ＳＡＷ／ＮＬＲがセンサとして機能する実施形態によれば、例えばＳＡＷ／ＮＬＲなどの変換器がセンサとしても機能でき、アンテナをターボ機械の回転する構成部品の先端又はシャンクのいずれかに配置することができる。そのようなアンテナを、バケット又はノズル或いはブレード若しくはステータベーンのどこかに配置することができるＳＡＷ／ＮＬＲセンサに電気的に接続することができる。ＳＡＷ／ＮＬＲを、温度、歪み、及び／又は圧力などの物理特性を検知するために使用することができる。ＳＡＷ及びＮＬＲの両方において、これらのパラメータは、共振器の共振周波数及びＱ値の変化として現れる。更に、いくつかの態様による装置を、ただ１つの物理的特性だけを検知し、他のすべてには影響されないように設計することができる。ＳＡＷを用いる態様によれば、検知は、種々の反射器からのエコーの到達時間の変化に基づくことができ、そのような変化は、検知対象の特性に関係していてよい。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態による検出システム１０を示している。検出システムは、ターボ機械の構成部品２０に取り付けられるように構成された少なくとも１つのセンサ３０を備えており、この少なくとも１つのセンサ３０を、ターボ機械の運転中に、ターボ機械のバケットの少なくとも１つの物理的特性に関する情報を検知するために使用することができる。構成部品２０が、ターボ機械のバケットとして示されているが、本発明の実施形態が、別の回転するターボ機械の構成部品（これに限られるわけではないが、ブレードなど）又は不動の構成部品（これらに限られるわけではないが、ノズル又はベーンなど）に取り付けられるセンサを使用できることに、注意すべきである。少なくとも１つのセンサ３０は、歪み測定センサ、熱電対、アンテナ（例えば、後述されるようなクラック検出用アンテナ）、などであってよい。検知される物理的特性として、これらに限られるわけではないが、検知対象の構成部品の材料におけるクリープ、振動、温度、歪み、又はクラックを挙げることができる。センサ３０を、信号変換器２５に通信可能に接続することができる。そのような通信可能な接続は、配線によることができ、若しくは配線材料を噴き付け、或いは付着させることによる「直接描画」法によることができる。通信路３２が、図１において、センサ３０と信号変換器２５との間の通信接続の例として示されている。更に、そのような接続を、通信路が適切な位置においてバケット２０に溶接されたワイヤである物理的な接続によって達成することができる。信号変換器２５は、表面弾性波（ＳＡＷ）センサ、非線形集中共振器（ＮＬＲ）、又はＲＦ共振構造体のうちの少なくとも１つを含むことができる。ＳＡＷ又はＮＬＲは、表面弾性波の変調を検出して物理現象を検知する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）を含むことができる。検出された現象におけるそのような相違が、応力、歪み、材料欠陥、又は他の現象を知らせることができる。ＳＡＷ又はＮＬＲデバイスは、センサ３０からの入力電気信号について、ＲＦ通信装置６０に接続されたトランシーバ又はトランスポンダアンテナ装置８０に通信できる電気信号への変換を可能にすることができる。ＲＦ通信装置６０を、コンピュータ装置７０など、記憶及び／又は分析のためのコンピュータ装置に接続することができる。入力及び出力電気信号の振幅、位相、周波数、又は時間遅延の変化を、例えば欠陥、応力、歪み、又はクリープなどの所望の現象の存在を測定するために使用することができる。図１は、ターボ機械のバケット２０のブレード先端シュラウド２７に配置されたＳＡＷ／ＮＬＲを含むことができる信号変換器２５を示している。後述されるように、ＳＡＷ／ＮＬＲ、即ち信号変換器２５について、他の位置も可能である。更に、信号変換器２５は、ＳＡＷトランスポンダ反射器に組み合わせられてよく、そのような変換器によって反射された信号を変換することができる。
【００１５】
図１は、信号変換器２５に接続された１つの無線周波数（ＲＦ）アンテナ４０を更に示している。ＲＦアンテナ４０を、センサ３０によって検知された情報の送信及び／又はセンサ３０への情報／インストラクションの送信に使用することができる。インストラクションの例として、適切な場合に、検知を開始させるインストラクション、検知を停止させるインストラクション、又は検知対象の情報の種類を変更するためのインストラクションを挙げることができる。図１は、構成部品２０に添えられた３つのセンサ３０を示しているが、任意の数のセンサ３０を、本発明の実施形態に従って使用することができることに、注意すべきである。また、ただ１つのバケットが図示されているが、ターボ機械は、センサが添えられた複数の構成部品（バケットなど）を有してもよい。
【００１６】
図１は、無線周波数（ＲＦ）通信装置６０を示している。ＲＦ通信装置６０を、例えばタービンケーシング又はステータなどのターボ機械の不動の構成部品に添えられるように構成することができる（図４に示される取り付け例）。ＲＦ通信装置６０を、アンテナ８０によってアンテナ４０を介して信号変換器２５と通信するように構成することができる。ＲＦ通信装置６０は、アンテナ４０を介して信号変換器２５から情報を受信するための受信機であってよく、或いはＲＦ通信装置６０は、アンテナ４０を介して信号変換器２５との間で情報を送信及び受信するための送受信機であってよい。本発明の実施形態を、キーフェーザ（ｋｅｙ  ｐｈａｓｏｒ）出力システムと併せて使用することができる。そのようなシステムは、バケットなどの複数の回転するターボ機械の構成部品のうちのいずれが所与の時点においてターボ機械の内部の既知の位置を通過しているのかをキーフェーザ出力システムによって追跡できるよう、回転するターボ機械の構成部品の位置を追い続ける。そのような追跡は、機械の動作中に、リアルタイムで構成部品の健全性を判断するために有用となりうる。ＲＦ通信装置６０が信号変換器２５からの信号を受信するときに、キーフェーザ出力システムは、その特定の信号変換器２５がどの構成部品（例えば、バケット）に取り付けられているのかを判断可能にでき、したがって現時点においてシステムがどのセンサ３０から読み出しを得ているのかを判断可能にすることができる。次に、その特定のバケットにおけるセンサ３０の正確な位置を知るために、例えば時間及び／又は周波数復調などの変換器２５からの特徴を使用することができる。更に、変換器２５のセンサ読み出しの特徴（一例として、ＳＡＷ又はＮＬＲ信号の時間及び／又は周波数復調）は、送信された信号を発生させたセンサ３０の構成部品上の位置の割り出しを可能にする。したがって、本発明の実施形態によるシステムは、構成部品における材料の欠陥の位置の割り出しを可能にすることができる。キーフェーザシステムの使用は、すべてのセンサが自身の識別信号を材料の欠陥関連の情報と一緒に送信しなければならないシステムと比べて、データ伝送の負荷を軽減し、はるかに多数のセンサ３０の読み出しを可能にすることができる。
【００１７】
図１は、タービンケーシング５５のハニカムシールを示している。いくつかの実施形態によれば、変換器又はセンサアンテナ４０を、ターボ機械のケーシング５５のハニカムシール５０を貫いて配置される送受信アンテナ８０との情報の送信又は受信に使用することができる。例えば、アンテナ４０が回転する構成部品２０に取り付けられている場合、この情報の転送は、アンテナ４０が回転中にアンテナ８０の近傍を通過するたびに発生する。
【００１８】
図１は、ＲＦ通信装置６０に接続されたコンピュータ装置７０を示しており、破線が、両者の間の種々の通信の態様の可能性を示している。例えば、有線又は無線、或いは光学式が考えられる。いくつかの実施形態によれば、コンピュータ装置７０を、少なくとも１つのセンサ３０からターボ機械バケット２０の少なくとも１つの物理的特性に関する情報を受信するように構成することができる。更に、コンピュータ装置７０を、そのような情報を記憶及び／又は分析するように構成することができる。記憶された情報を、履歴分析並びに情報の検知対象の材料の将来の性能の予測のために使用することができる。更に、コンピュータ装置７０を、少なくとも１つのセンサ及びターボ機械１００に対する少なくとも１つのセンサ３０の位置を特定し、更には／或いは履歴データの分析に基づいて警報を発するように構成することができる。警報を、ターボ機械のコントローラ及び現場の監視システムに通信でき、或いはユーザに向けることができる。警報は、例えば差し迫ったクラックの発生、実際のクラック、過温度状態、クリープ、など、監視対象の任意の情報に関係することができる。警報は、音声アラーム、可視光、又は任意の他の適切な信号であってよい。警報は、保守が必要である旨又は間もなく必要になる旨を知らせることができ、したがっていくつかの実施形態は、材料の状態の検出が所望される状態監視システムに使用することが可能である。警報を、ＯＳＭ又はＭａｒｋ  Ｘコントローラなどのターボ機械のコントローラ、或いは他の公知又は今後に開発されるコントローラに伝達することができる。
【００１９】
図２は、センサ３０がターボ機械のバケット２０に配置され、信号変換器２５及びアンテナ４０がバケット２０のプラットフォーム２３に配置されている実施形態を示している。プラットフォーム２３が、バケット２０のシャンク１２３の径方向外側の表面であることを、理解すべきである。ターボ機械の運転中、プラットフォーム２３の領域は、バケット２０のいくつかの他の領域よりも低い温度を維持する。プラットフォーム２３への信号変換器２５及び／又はアンテナ４０の配置を、この低い温度を利用するために行うことができる。
【００２０】
図３は、少なくとも１つのセンサ３０を少なくとも１つの信号変換器２５に接続するターボ機械のバケット２０のシャンク１２３を通って導かれた通信路３２を含んでいる実施形態によるシステムの３次元の図を示す斜視図を示している。このような実施形態において、信号変換器２５を、シャンク１２３上に配置することができ、センサアンテナ４０も、シャンク１２３上に配置することができる。ターボ機械の運転中、シャンクの領域は、バケット２０のいくつかの他の領域よりも低い温度を維持する。
【００２１】
図４は、ＲＦ通信装置６０のためのＲＦ通信アンテナ８０がターボ機械のノズル７７の外面に取り付けられている本発明の態様による実施形態を示している。実施形態により、アンテナ８０を、ノズル７７の内部を通ってＲＦ通信装置６０に接続することができる。この実施形態は、シャンクに取り付けられたアンテナ（図３に示されるとおりの４０）とのアンテナ８０の近距離無線通信（ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を示している。この実施形態は、図３にセンサ及び変換器の観点から示されている。
【００２２】
図５は、図１を更に参照しつつ、近距離無線の観点における一実施形態を示している。ＲＦ通信装置６０は、データを受信するための受信機或いはデータを送信及び受信するためのトランシーバであってよい。ＲＦ通信装置のアンテナ８０を、ＲＦリンクを介したアンテナ４０との通信のために、ターボ機械１００の開口１７５内に取り付けることができ、或いはターボ機械１００の開口１７５と同一面になるように取り付けることができる。開口７５は、例えばボロスコープ（ｂｏｒｏｓｃｏｐｅ）孔、クリアランスプローブ（ｃｌｅａｒａｎｃｅ  ｐｒｏｂｅ）孔、又はアンテナがターボ機械のケーシングを通って構成部品２０の先端からＲＦ信号にアクセスできる任意の他の開口を含むことができる。図１及び図４に示されるように、送受信アンテナ８０は、信号変換器２５からの近距離無線ＲＦ信号を送信及び受信するために、ターボ機械１００のケーシング５５の開口１７５を横切ることができる。
【００２３】
図５は、共振周波数増幅方法と共に使用することができる別の実施形態も示している。この実施形態は、センサ及び変換器の観点から図２に示されており、回転する構成部品２０（例えば、バケット）とステータ構成部品７７（例えば、ノズル）との間の空間２７における電磁共鳴の原理に基づいて機能する。ＲＦ通信装置のアンテナ８０を、ＲＦリンクを介したアンテナ４０との通信のために、ターボ機械の開口７５内に取り付けることができ、或いはターボ機械の開口７５と同一面になるように取り付けることができる。開口７５は、例えばボロスコープ孔、又はアンテナがターボ機械のケーシングを通ってターボ機械の内部の空間２７からのＲＦ信号にアクセスできる任意の他の開口であってよい。ＲＦリンクが、ノズル／バケット間空間に位置している。実施形態によれば、すべてのモード又はＲＦ送信は、ファラデーケージ（Ｆａｒａｄａｙ  ｃａｇｅ）と同様に機能するターボ機械の金属によって減衰させられ、或いは吸収されうるが、共振周波数は増幅される。温度、応力、クラック、及び／又は歪みの変化などの構成部品の物理的変化は、（１つ以上の）共振周波数信号の強度を変調させるはずであり、そのような変化を、本発明の実施形態によるシステムによって検出することができる。共振周波数においては、アンテナ４０及び８０の間に強い通信が確立され、センサ３０の任意の変化を、共振周波数信号の復調によって測定することができる。
【００２４】
図６及び図７は、センサとしてクラック検出アンテナ３００、３１０を有している実施形態を示している。クラック検出アンテナ３００、３１０を、バケット２０などのターボ機械の構成要素上のクラック３２０の発生の可能性が高い１つ以上の位置に配置することができる。そのような位置は、高応力の位置であってよい。クラックを被る位置に配置されたとき、クラック検出アンテナ３００、３１０は、機能長の変化に起因するインピーダンスの変化を被る可能性がある。このインピーダンスの変化を検出し、センサが取り付けられたターボ機械のバケット２０の物理的特性の変化として解釈することができ、或いはより具体的には、インピーダンスの変化を、ターボ機械のバケット２０におけるクラックと解釈することができる。クラック検出センサ３００、３１０を、温度及び／又は歪みの検出にも使用することができ、そのようなクラック検出センサ３００、３１０は、１つ以上のアンテナを含むことができる。実施形態によれば、クラック検出センサ３００、３１０は、ＲＦ通信アンテナ８０（図４に示されている）と通信するように構成されたＲＦアンテナであってよい。また、いくつかの実施形態によれば、クラック検出センサ３００、３１０は、図１、図２、及び図３に示されるとおりの信号変換器２５に接続されたフィードセンサであってよい。
【００２５】
図１〜図７を引き続き参照しつつ、図８が、ターボ機械１００が内側にシャフト１２０を有するロータ１１０とロータ１１０に接続された複数のバケット２０とを備えている実施形態を示している。検出システムが、バケット２０のうちの少なくとも１つに接続されて示されており、検出システムは、（１つ以上の）センサ３０と、ＲＦアンテナ４０及びＲＦ通信アンテナ８０と、信号変換器２５（図１に示した信号変換器２５）とを含んでいる。検出システムの構成部品の説明は、図１に関して上述されており、簡潔にするために繰り返しは省略する。
【００２６】
図８は、ステータ内に少なくとも部分的に位置するノズル７７及びロータ１１０を更に示している。ロータ１１０は、複数のバケット２０を備えて示されている。図８には示されていないが、ターボ機械１００を、本明細書に記載の検出システムの構成のうちのいずれかを備えるように構成することができる。
【００２７】
上述したように、状態監視又は健全性監視システムは、少なくとも１つのコンピュータ装置７０を含むことができる。コンピュータ装置７０は、本発明の種々の実施形態に従って本明細書に記載の１つ以上の機能を実行するためのプログラムコードを含むことができる。そのような機能の例として、これらに限られるわけではないが、バケット２０などのターボ機械の構成部品の少なくとも１つの物理的性質に関する情報の受信、そのような情報の保存及び分析、材料の将来の性能の予測、などが挙げられる。ＯＣＢＭシステムを、１つ以上の汎用のコンピュータ、１つ以上の特定用途のコンピュータ、又はそのようなコンピュータ装置の任意の組み合わせによって実現できることを、理解すべきである。本発明の実施形態による状態監視又は健全性監視システムは、ターボ機械の構成部品の少なくとも１つの物理的特性を監視するために、センサ３０と通信することができ、これらのシステムを例えば有線及び／又は無線によってセンサ３０及び／又は本明細書に記載の他の構成部品と接続する多数の方法が存在することを、理解すべきである。少なくとも１つのコンピュータ装置７０は、プロセッサ、メモリ、入力／出力、などを、物理的にターボ機械の内部に収容し、或いはターボ機械の外部に収容し、若しくは１つ以上の位置に収容して備えることができる。
【００２８】
いずれの場合にも、例えば状態及び／又は健全性監視システムを含む本発明の種々の実施形態の技術的効果は、ターボ機械の構成部品の少なくとも１つの物理的特性を監視することである。
【００２９】
本明細書において使用される用語は、あくまでも特定の実施形態を説明する目的のためのものにすぎず、本発明を限定しようとするものではない。本明細書において使用される時、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈からそのようでないことが明らかでない限り、複数形も含むように意図されている。更に、用語「を備える」及び／又は「を含む」が、本明細書において使用される時に、そこで述べられている特徴、完全体、工程、動作、構成要素、及び／又はコンポーネントの存在を指定しているが、１つ以上の他の特徴、完全体、工程、動作、構成要素、コンポーネント、及び／又はこれらのグループの存在又は追加を排除するものではないことを、理解すべきである。
【００３０】
本明細書においては、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆる装置又はシステムの製作及び使用並びにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明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。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者であれば想到できる他の実施例も含むことができる。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有しており、或いは特許請求の範囲の文言から実質的には相違しない同等の構造要素を含むならば、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３１】
１０  検出システム
２０  構成部品、バケット
２３  プラットフォーム
２５  信号変換器、変換器
２７  ブレード先端シュラウド、空間
３０  少なくとも１つのセンサ
３２  通信路
４０  無線周波数アンテナ、ＲＦアンテナ、センサアンテナ、アンテナ
５０  タービンケーシング内のハニカムシール
５５  ケーシング
６０  ＲＦ通信装置
６５  ＲＦアンテナ
７０  コンピュータ装置
７５  ボロスコープ孔
７７  ノズル、ステータ構成部品
８０  トランスポンダアンテナ装置、送受信アンテナ、ＲＦ通信アンテナ
９０  通信
１００  ターボ機械
１１０  ロータ
１２０  スピンドル、シャフト
１２３  シャンク
１７５  開口
２００  ターボ機械
２１０  ステータ
２３０  シャンク
２４０  アンテナ
２５０  通信路
３００  第１のクラック検出アンテナ、クラック検出センサ
３１０  第２のクラック検出アンテナ、クラック検出センサ
３２０  クラック
【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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【外国語明細書】
2015214971000001.pdf