(57)【要約】【課題】タービンバケット、ターボ機械、及びバケットの変形を識別するための方法を提供する。【解決手段】本開示の実施形態は、タービンバケット（１２４）、ターボ機械、及びバケットの変形を識別するための関連する方法を提供する。本開示の実施形態によるタービンバケット（１２４）は、ターボ機械（１００）のロータ軸線に対して基部（１６０）から半径方向に延在する翼形部（１７０）と、翼形部の半径方向外側端部に近接して翼形部（１７０）に連結された磁性材料とを含む。バケットの変形を識別するために、磁気センサ（２０４）は、磁性材料の磁場強度を測定することができ、磁気センサ（２０４）と通信するコンピューティングデバイス（２０６）は、磁性材料（２００）の磁場強度に基づいてタービンバケットタービンバケット（１２４）を変形している又は変形していないと識別することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械（１００）のロータ軸線に対して基部（１６０）から半径方向に延在する翼形部（１７０）と、
翼形部の半径方向外側端部に近接して翼形部（１７０）に連結された磁性材料（２００）と
を備えるタービンバケット（１２４）。
【請求項２】
磁性材料（２００）が、真空ろう付け及び溶接の１つによって翼形部（１７０）に接合された磁性ろう付け合金を含む、請求項１に記載のタービンバケット（１２４）。
【請求項３】
翼形部（１７０）が、その中に凹部（２０２）を含み、磁性材料（２００）が、凹部（２０２）内に収容される、請求項１に記載のタービンバケット（１２４）。
【請求項４】
磁性材料（２００）の表面が、翼形部（１７０）の外側表面と実質的に平坦である、請求項３に記載のタービンバケット（１２４）。
【請求項５】
磁性材料（２００）の磁場強度を測定する磁気センサ（２０４）と、
磁気センサ（２０４）と通信し、磁性材料（２００）の磁場強度に基づいてタービンバケット（１２４）を変形している又は変形していないと識別するコンピューティングデバイス（２０６）と
をさらに備える、請求項１に記載のタービンバケット（１２４）。
【請求項６】
コンピューティングデバイス（２０６）が、磁性材料（２００）の磁場強度に基づいてタービンバケット（１２４）の長さを算出するようにさらに構成されている、請求項５に記載のタービンバケット（１２４）。
【請求項７】
翼形部（１７０）から半径方向に遠位のシュラウド（１８０）をさらに備え、磁気センサ（２０４）が、シュラウド（１８０）に連結される、請求項５に記載のタービンバケット（１２４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械におけるバケットの変形の識別に関する。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、一般に、ターボ機械に関し、より具体的には、バケットの変形を識別するために使用することができるタービンバケット及びターボ機械に関する。本開示の実施形態はまた、ターボ機械におけるバケットの変形を識別するための方法を含む。
【０００３】
タービンシステムのようなターボ機械は、例えば、電動発電機用の動力を発生させることができる。高温ガス又は蒸気のような作動流体は、タービンシステムのロータに機械的に連結されたタービンブレード（一般に、当該技術分野において「バケット」として知られている）のセットにわたって流れることができる。ブレードに作用する作動流体の力は、これらのブレード（及びロータの連結体）を回転させる。ロータ本体は、電動発電機のような発電電動機械の駆動シャフトに連結することができる。タービンロータの回転が開始することで、電動発電機の駆動シャフトも回転し、電流及び特定の電力出力を発生させることができる。
【０００４】
バケットは、その寿命期間及びターボ機械システムの動作において、機械的応力を受け得る。いくつかの場合において、応力は、タービンバケットその他の部品の形状を経時的に変化させる可能性がある。一例において、「クリープ」として知られている現象は、経時的に特定の方向に材料応力を受ける場合の部品の漸次的な伸長変形を意味し得る。タービンバケットは、特定の動作状況及び／又は動作時間にある場合にクリープ及び／又は他のタイプの変形を受ける可能性がある。クリープのような変形を識別するための従来の方法は、タービンバケットをターボ機械の構造から除去して診断テストを実行することを含み得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第２０１４／０２２７５５０号
【発明の概要】
【０００６】
本開示の第１の態様は、ターボ機械のロータ軸線に対して基部から半径方向に延在する翼形部と、翼形部の半径方向外側端部に近接して翼形部に連結された磁性材料とを含むタービンバケットを提供する。
【０００７】
本開示の第２の態様は、ロータに連結されたロータホイールと、ロータホイールに機械的に連結された基部、ターボ機械のロータ軸線に対して基部から半径方向に延在する翼形部、翼形部に連結されたバケット先端、及びバケット先端に連結された磁性材料を含むタービンバケットと、タービンバケットのバケット先端から半径方向に遠位の固定部品と、固定部品に連結され、磁性材料の磁場強度を測定する磁気センサとを含むターボ機械を提供する。
【０００８】
本発明の第３の態様は、ターボ機械におけるバケットの変形を識別するための方法を提供する。本開示による方法は、タービンバケット内に配置された磁性材料の磁場強度を測定することと、磁場強度と基準磁場強度との間の差を算出することと、算出された差に基づいてタービンバケットを変形している又は変形していないと識別することとを含むことができる。
【０００９】
開示されるシステムのこれら及び他の特徴は、様々な実施形態を示す添付図面と併せて、システムの様々な態様の以下の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の実施形態によるターボ機械の概略図である。
【図２】本開示の実施形態によるターボ機械の断面図である。
【図３】本開示の実施形態によるタービンバケットの部分斜視図である。
【図４】本開示の実施形態による磁性材料の磁場強度対変位のプロットを示す図である。
【図５】本開示の実施形態による磁気センサに動作可能に接続されたコンピューティングデバイスの環境を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面は、必ずしも縮尺通りではないことに留意されたい。図面は、本開示の一般的な態様だけを示すためのものであり、したがって、本開示の範囲を限定するものと考えるべきでない。図面の中で、図面間の同じ符号は同じ要素を示す。
【００１２】
以下の記載において、その一部を形成する添付図面が参照されるが、これは本教示を実施することができる特定の例示的な実施形態の例証として示されるものである。これらの実施形態は、当業者が本教示を実施することができるように十分に詳しく記載され、本教示の範囲から逸脱することなく他の実施形態が使用されてもよいこと、及び変更が行われてもよいことは理解されるはずである。したがって、以下の記載は単なる例証である。
【００１３】
「内側」、「外側」、「真下」、「下」、「下部」、「上」、「上部」、「入口」、「出口」などのような空間的相対用語は、本明細書では、図面に示すように、別の要素又は特徴に対する１つの要素又は特徴の関係を説明するのに説明を容易にするために使用することができる。空間的相対用語は、図面に示した配向に加えて、使用中又は運転中の装置の異なる配向を含むことを意図し得る。例えば、図面において装置を反転させると、他の要素又は特徴の「下」又は「直下」として説明された要素は、他の要素又は特徴の「上」に配向される。したがって、例示的な用語「下」は、上及び下の両方の配向を含むことができる。装置は、他の配向（９０度回転その他の配向）にすることもでき、本明細書で使用される空間的相対記述語は、これに従って解釈される。
【００１４】
上に示したように、本開示は、ターボ機械におけるバケットの変形を識別するための構造及び方法を提供する。図１は、共有の圧縮機／タービンシャフト１０６を介してタービンセクション１０４に動作可能に連結された圧縮機セクション１０２を含むターボ機械１００を示している。圧縮機セクション１０２はまた、燃焼器アセンブリ１０８を介してタービンセクション１０４に流体接続される。燃焼器アセンブリ１０８は、１つ以上の燃焼器１１０を含む。燃焼器１１０は、これに限定されないが、環状配列で配置されることを含む広範囲の構成でターボ機械１００に取り付けることができる。圧縮機セクション１０２は、複数の圧縮機ロータホイール１１２を含む。ロータホイール１１２は、各々が付随する翼形部部分１１８を有する、複数の第１段圧縮機ロータブレード１１６を有する第１段圧縮機ロータホイール１１４を含む。同様に、タービンセクション１０４は、例えば第１段タービンロータブレードとして設けられた複数のタービンバケット１２４を有する第１段タービンホイール１２２を含む複数のタービンロータホイール１２０を含む。本明細書の他の箇所で説明されるタービンセクション１０４内の静止ブレードは、タービンセクション１０４を介してタービンセクション１０４のタービンバケット１２４にガスを導くことができる。本開示の実施形態はタービンセクション１０４内に配置されるものとして説明され得るが、種々の実施形態が必要に応じて、例えば圧縮機セクション１０２を含むターボ機械１００の他の部品又は領域に配置することができることを理解されたい。さらに、本開示の実施形態は、例えば蒸気タービン、水力タービン、航空機エンジン、独立した圧縮機などの他の機械の形態における使用に適合させることができる。
【００１５】
図２を参照すると、本開示の実施形態によるターボ機械１００（図１）のタービンセクション１０４内のタービンバケット１２４の部分断面図が示されている。タービンバケット１２４は、流線Ｆで示される方向にほぼ沿って流れることができる高温燃焼ガス、水蒸気などの作動流体を収容するための流路１４０内に配置することができる。流路１４０内の作動流体は、当該技術分野でノズルとしても知られている静止ブレード１５０の位置や形状によって導かれてタービンバケット１２４に到達することができる。タービンセクション１０４は、タービンホイール１２２のロータ軸線Ｚ（例えば、シャフト１０６（図１）と同軸）に沿って延在するものとして示されており、そこから外側に半径方向軸線Ｒが延在する。ガスタービンの場合、タービンバケット１２４を有する流路１４０は、作動流体として燃焼ガスを送るように適合された高温ガス経路（ＨＧＰ）とすることができ、それによりタービンバケット１２４、静止ブレード１５０、及び本明細書で説明される他の部品が、例えば約１０００度（℃）を超える温度に耐えるように適合された材料を含むようになっている。タービンバケット１２４は、それらの構造及び位置を基準にして画定されたサブ部品のグループを含むことができる。基部１６０は、例えばダブテール突出部及び／又はスロットを有するタービンホイール１２２に直接取り付けることにより、機械的接続をシャフト１０６にもたらすことができる。したがって、各タービンバケット１２４の基部１６０は、動作中にタービンバケット１２４をシャフト１０６（例えば、タービンホイール１２２を介して）に接合することができる。タービンバケット１２４は、複数回使用された後に１つ以上のタイプの変形、例えば機械的クリープによる膨張変形を受ける可能性がある。タービン部１０４では、タービンバケット１２４は、例えば実質的に変形軸線Ｒの方向に膨張する可能性がある。しかし、その変形軸線Ｒは、他の実装形態では異なる配向及び／又は方向を有する可能性があることを理解されたい。例えば、タービンバケット１２４は、追加的又は代替的にシャフト１０６に対する回転及び／又は周方向に変形する可能性がある。
【００１６】
タービンバケット１２４の翼形部１７０は、基部１６０から外側に延在することができ、半径方向軸線Ｒに沿って実質的に配向することができる（すなわち、半径方向軸線Ｒに平行な方向に、又は半径方向軸線Ｒのおよそ１０度内で延在する）。翼形部１７０の半径方向外側端部は、例えば流路１４０の作動流体をタービンバケット１２４にさらに導くための表面形状を含むバケット先端１７２を含むことができる。バケット先端１７２は、タービンバケット１２４の回転経路を画定するためのシュラウド１８０に半径方向に近接することができる。流路１４０の一部は、タービンバケット１２４とシュラウド１８０との間に半径方向に配置することができる。１つの静止ブレード１５０が図２の断面図に示されているが、複数のタービンバケット１２４及び静止ブレード１５０が、タービンホイール１２２から半径方向に延在することができ、例えばページの平面内及び／又は平面外に横方向に延在することを理解されたい。タービンバケット１２４の長さは、例えば線「Ｌ」で示される基部１６０の半径方向内側端部とバケット先端１７２の半径方向外側端部との間の径方向の距離として画定することができる。しかし、タービンバケット１２４の長さは、代替的に画定することができることを理解されたい。
【００１７】
図３を参照すると、タービンバケット１２４の翼形部１７０の拡大された先端の部分斜視図が示されている。翼形部１７０の半径方向外側領域は、例えば別個の表面形状及び／又は構造的特徴を有するバケット先端１７２の形態で設けることができる。タービンバケット１２４は、例えばバケット先端１７２で翼形部１７０に連結され、したがってタービンバケット１２４の半径方向外側端部に近接して配置される磁性材料２００を含むことができる。磁性材料２００はバケット先端１７２内に配置されるものとして図３に示されているが、磁性材料２００は追加的又は代替的に翼形部１７０の他の領域に配置することができることを理解されたい。磁性材料２００は、一般に、磁場を発生させる任意の現在公知の又は今後開発される物質で構成することができる。具体的な例として、磁性材料２００は、１つ以上の常磁性及び／又は強磁性合金、例えばニッケル基及び／又はコバルト基合金を含むことができる。磁性材料２００は、ろう付け（例えば、真空ろう付け、ろう付け溶接、トーチろう付けなどを含む）、溶接（例えば、ガスタングステンアーク溶接及び／又は、不活性ガスを使用する他の溶接工程を含む）、及び／又は他の技術などで、別の構造に金属材料を形成するために適用される１つ以上の方法によって形成することができる。例示的な実施形態では、磁性材料２００は、化学式Ｎｉ19Ｃｏ19Ｆｅ3Ｂを有し、質量組成比率が例えば約１９％のコバルト（Ｃｏ）、約１９％の鉄（Ｆｅ）、約０．０５％のアルミニウム（Ａｌ）、約０．０５％のチタン（Ｔｉ）、約２．７５％から約３．７５％のホウ素（Ｂ）、約６％から１３％のクロム（Ｃｒ）、及び残基が例えば窒素（Ｎ）から構成されている合金を含むことができる。磁性材料２００を形成することができる、又は磁性材料２００と共に含まれ得る例示的な材料は、概して米国特許出願第２０１４／０２２７５５０号に説明されている。
【００１８】
いくつかの実施形態では、タービンバケット１２４は、例えば、翼形部１７０の外側表面に配置された凹部２０２を形成するために機械加工することができる。凹部２０２は、その中に対応する量の磁性材料２００を収容する大きさにすることができる。例えば、凹部２０２は、翼形部１７０の表面領域を選択的に除去して特定の体積を画定することによって形成することができる。磁性材料２００は、例えば磁性材料又は他の金属を形成するろう付けその他のプロセス、例えば堆積によって凹部２０２に形成することができる。磁性材料２００及び／又はタービンバケット１２４の外側表面との間の形状の不一致から生じるような空気力学的損失を減少させるために、磁性材料及びタービンバケット１２４の外側表面を平坦化して、磁性材料２００をタービンバケット１２４の外側表面形状と実質的に平坦とすることができる。磁性材料２００をタービンバケット１２４の表面に対して平坦とすることは、タービンバケット１２４の元の表面形状を実質的に保持することができる。延出により、流路１４０内の磁性材料２００及びタービンバケット１２４の空気力学的特性は、その中に磁性材料２００がないタービンバケット１２４の空気力学的特性と実質的に同一とすることができる。
【００１９】
図２及び４を参照すると、磁性材料２００の磁場強度（例えば、ガウス（Ｇ）で測定）は、磁性材料２００と磁気センサ２０４との間の離隔距離（例えば、ミリメートル（ｍｍ）で測定された「距離」）に比例して減衰し得る。タービンバケット１２４の長さが変形するにつれて、磁気センサ２０４に対するその中の磁性材料２００の位置が変化する。結果的に、タービンバケット１２４の変形は、固定位置で磁気センサ２０４で測定された磁場強度に影響し得る。磁気センサ２０４の例示的な実施形態は、本明細書の他の箇所で詳細に説明する。図４の例では、磁場強度は、例えば磁性材料２００と磁気センサ２０４との間に約１２ｍｍの離隔距離で約６７ガウスすることができるが、約７５ｍｍの離隔距離で約０に指数関数的に減衰し得る。距離に対する磁場強度の感度は、磁性材料２００及び／又は磁気センサ２０４の種類の材料組成、体積などに基づいて変化し得る。本明細書で説明される構造の動作及び／又はバケットの変形を識別するための方法の実装の間、固定基準位置で測定された磁性材料２００の磁場強度は、タービンバケット１２４の形状の変化を示すことができる。形状におけるこれらの変化は、ターボ機械１００（図１）の動作中の、例えばタービンバケット１２４への熱伝達及び／又はタービンバケット１２４が受ける応力、歪み、クリープなどのような機械的摩耗から生じ得る。
【００２０】
さらに、部品にはタービンバケット１２４が設けられ、ターボ機械１００（図１）の動作期間にわたってその変形を識別することができる。具体的には、磁気センサ２０４は、その固定位置、例えばシュラウド１８０の半径方向内側表面でターボ機械１００の部品に、及び／又はタービンバケット１２４から半径方向に遠位の他の部品に固定又は連結することができる。磁気センサ２０４は、特定の場所で磁場強度を測定するための１つ以上の機器、例えばＤＣガウスメータ、磁力計、ＡＣ／ＤＣ検出器、極性判別器、プローブ、ホール効果センサ、ビューワーゲル又はファイリングビューワーのような磁場視認機器などとして具現化することができる。コンピューティングデバイス２０６は、例えば信号を送信できる任意の現在公知の又は今後開発される有線又は無線接続で磁気センサ２０４と通信することができる。コンピューティングデバイス２０６は、磁気センサ２０４で検出された磁性材料２００の磁場強度を受信し、かつ／又は導出し、及び／又は磁気センサ２０４から受信した磁場強度の値に基づいてタービンバケット１２４を変形している又は変形していないと識別するためのハードウェア及び／又はソフトウェアを含むことができる。追加的又は代替的にコンピューティングデバイス２０６は、タービンバケット１２４の長さ寸法（例えば、長さ「Ｌ」）を算出することができる。明細書の他の箇所でより詳細に説明するように、コンピューティングデバイス２０６は、タービンバケット１２４の最初の又は変形していない長さを基準にして、例えばルックアップテーブル、アルゴリズムなどを使用して磁気センサ２０４で測定された磁場強度に基づいてタービンバケット１２４の長さを間接的に算出することができる。
【００２１】
図５は、コンピューティングデバイス２０６が実施形態による１つ以上の磁気センサ２０４と通信するように配置された例示的な環境３００を示している。この点で、環境３００は、タービンバケット１２４（図１〜３）の変形を識別及び／又は変形の度合い（例えば、長さの差）を決定するためのコンピューティングデバイス２０６を含む。１つの磁気センサ２０４が図５に示されているが、コンピューティングデバイス２０６を有する環境３００は、複数の磁気センサ２０４と共に使用することができ、それらの各々が１つのタービンバケット１２４及び／又はそれぞれのタービンバケット１２４の磁性材料２００（図２，３）に対する磁場強度を測定するように構成することができることを理解されたい。
【００２２】
コンピューティングデバイス２０６は、処理コンポーネント３０４（例えば、１つ以上のプロセッサ）、メモリ３０６（例えば、ストレージ階層）、入力／出力（Ｉ／Ｏ）コンポーネント３０８、Ｉ／Ｏデバイス３０９（例えば、１つ以上のＩ／Ｏインターフェース及び／又はデバイス）、及び通信経路３１０を含むものとして示されている。一般に、処理コンポーネント３０４は、メモリ３０６に少なくとも部分的に固定された変形分析システム３１２のようなプログラムコードを実行する。プログラムコードを実行する一方で、処理コンポーネント３０４はデータを処理することができ、これによりさらなる処理のためにメモリ３０６及び／又はＩ／Ｏデバイス３０９への／からの変換データの読み込み及び／又は書き込みを行うことができる。経路３１０は、コンピューティングデバイス２０６内の各コンポーネント間に通信リンクを提供する。Ｉ／Ｏコンポーネント３０８は、１つ以上のヒューマンＩ／Ｏデバイスを備えることができ、これによりヒューマン又はシステムユーザ３１６が、コンピューティングデバイス２０６及び／又は１つ以上の通信デバイスと相互通信することを可能にし、ユーザ３１６が、任意のタイプの通信リンクを使用してコンピューティングデバイス２０６と通信することを可能にする。この点で、変形分析システム３１２は、ユーザ３１６が変形分析システム３１２と相互通信することを可能にするインターフェース（例えば、グラフィカルユーザインターフェース、アプリケーションプログラムインターフェースなど）のセットを管理することができる。さらに、変形分析システム３１２は、任意のソリューションを使用してシステムデータ３１８などのデータ（測定された磁場強度、算出されたバケット長さなどを含む）を管理（例えば、記憶、検索、作成、操作、編成、表示など）することができる。
【００２３】
コンピューティングデバイス２０６は、インストールされた変形分析システム３１２などのプログラムコードを実行することが可能な１つ以上の汎用又は特定用途コンピューティング製品（例えば、コンピューティングデバイス）を備えることができる。本明細書で用いられるように、「プログラムコード」は、任意の言語、符号、又は表記で、情報処理能力を有するコンピューティングデバイスに特定の機能を、直接、又は（ａ）別の言語、符号、又は表記への変換、（ｂ）異なる物質形態での再現、及び／又は（ｃ）展開、の任意の組み合わせの後で行わせる命令の任意の集合を意味することが理解される。この点で、変形分析システム３１２は、システムソフトウェア及び／又はアプリケーションソフトウェアの任意の組み合わせとして具現化することができる。
【００２４】
さらに、変形分析システム３１２は、モジュールのセット、例えば算出部３２０、比較部３２２、及び判定部３２４を使用して実装することができる。この場合、各モジュールは、コンピューティングデバイス２０６に変形分析システム３１２によって使用されるタスクのセットを実行させることができ、変形分析システム３１２の他の部分から別々に構築及び／又は実装することができる。メモリ３０６の１つ以上のモジュールは、モニタなどの表示コンポーネントに特定のユーザインターフェースを表示（例えば、グラフィック、テキスト、音声、及び／又はそれらの組み合わせを介して）することができる。処理コンポーネント３０４を含むコンピューティングデバイス２０６のメモリ３０６に固定されると、各モジュールは、機能性を実装するコンポーネントの大部分のモジュールとなり得る。いずれにしても、２つ以上のコンポーネント、モジュール及び／又はシステムは、そのそれぞれのハードウェア及び／又はソフトウェアの一部／すべてを共有できることを理解されたい。さらに、本明細書で説明される機能性の一部は実装されないことがあり、また追加の機能性が、コンピューティングデバイス２０６の一部として含まれてもよいことを理解されたい。
【００２５】
コンピューティングデバイス２０６が複数のコンピューティングデバイスを備える場合、各コンピューティングデバイスは、変形分析システム３１２の一部（例えば、１つ以上のモジュール）だけをコンピューティングデバイス上に有してよい。しかし、コンピューティングデバイス２０６及び変形分析システム３１２は、本明細書に記載の工程を行うことができる様々な可能な等価のコンピュータシステムを表すものにすぎないことを理解されたい。この点で、他の実施形態では、コンピューティングデバイス２０６及び変形分析システム３１２によって提供される機能性は、プログラムコードを備えた又は備えない汎用及び／又は特定用途ハードウェアの任意の組み合わせを含む１つ以上のコンピューティングデバイスによって少なくとも部分的に実装することができる。各実施形態では、ハードウェア及びプログラムコードは、含まれるならば、それぞれ標準のエンジニアリング及びプログラミング技法を使用して作成することができる。
【００２６】
いずれにしても、コンピューティングデバイス２０６が複数のコンピューティングデバイスを含む場合、コンピューティングデバイスは、任意のタイプの通信リンクを介して通信することができる。さらに、本明細書に記載の工程を行う間、コンピューティングデバイス２０６は、任意のタイプの通信リンクを使用して１つ以上の他のコンピュータシステムと通信することができる。いずれの場合も、通信リンクは、様々なタイプの有線及び／又は無線リンクの任意の組み合わせを備えてもよいし、１つ以上のタイプのネットワークの任意の組み合わせを備えてもよいし、かつ／又は、様々なタイプの伝送技術及びプロトコルの任意の組み合わせを使用してもよい。
【００２７】
図２及び５を併せて参照すると、本開示の実施形態は、ターボ機械におけるバケットの変形を識別するための方法を提供することができる。本開示による方法は、例えば本明細書に記載の様々な構造及び部品を介して実施することができる。具体的には、本開示による方法は、分解及び／又は再構成されたターボ機械１００、タービンセクション１０４、及び／又はタービンバケット１２４の部品を含まないインサイチュプロセスとして実施することができる。本明細書で説明される部品の１つ以上は、ターボ機械１００の動作中に定位置にとどまることができることを理解されたい。結果として、本明細書に記載の様々なステップの１つ以上が実装されることで、タービンバケット１２４、磁性材料２００、磁気センサ２０４などは、ターボ機械１００内の定位置にとどまることができる。
【００２８】
本開示による方法は、例えば磁気センサ２０４を使用して、タービンバケット１２４内に配置された磁性材料２００の磁場強度を測定することを含むことができる。磁性材料２００の磁場強度は、固定の基準位置で測定することができとなり、同じ方法及び／又は異なる較正工程の一部として較正することができる。例えば、本開示による方法は、例えばタービンセクション１０４内の位置を較正することを含むことができ、ここで、磁気センサ２０４は、磁性材料２００の磁場強度が０であることを示す。較正された位置は、特にタービンバケット１２４の材料変形の軸線上に又は軸線に近接して（例えば、半径方向軸線Ｒと実質的に平行に）位置することができ、磁気センサ２０４がタービンバケット１２４の長さの変化に反応するように所定の距離（例えば、１００ｍｍ）だけタービンバケット１２４の半径方向外側端部から離隔することができる。追加的又は代替的に、磁気センサ２０４の一部は、地磁場計と共に用いて０ガウスの基準値を提供し、周囲磁場を相殺することにより磁気センサ２０４の較正を援助するように構成された「０ガウス室」を含むことができる。いくつかの例では、較正工程は、検査したタービンバケット１２４の再設置の前にタービンホイール１２２で、大きな変形のない基準タービンバケット１２４を使用して実行することができる。タービンバケット１２４の設置及び／又は交換は、別個のメンテナンス工程の一部として実行することができ、かつ／又は試験、メンテナンス、検査などの間に実行される追加のステップとすることができる。他の実施形態では、磁気センサ２０４は、初期状態でタービンバケット１２４を使用して製造時に較正することができる。実装される較正技術に関係なく、コンピューティングデバイス２０６及び／又はユーザ３１６は、磁気センサ２０４が配置かつ／又は較正される位置で「基準磁場強度」を画定することができる。基準磁場強度は、例えばメモリ３０６にシステムデータ３１８として記憶することができる。基準磁場強度は、タービンバケット１２４から磁性材料２００の初期磁場強度、及び／又は大きな変形のないタービンバケット１２４の磁性材料２００の磁場強度を示すことができる。
【００２９】
タービンバケット１２４の変形の有無を識別するために、変形分析システム３１２の算出部３２０は、磁気センサ２０４で測定した磁場強度と基準磁場強度との間の差を算出することができる。その後、比較部３２２は、算出した差とタービンバケット１２４の変形を示すしきい値差を比較することができる。例示的な実施形態では、しきい値差は、少なくとも約５０Ｇの磁場強度の変化となり得る。あるいは、しきい値差は、異なる量の磁場の増加及び／又は減少、例えば５Ｇ、５００Ｇ、５テスラ（Ｔ）、５０Ｔなどになり得る。しきい値差を超えていない場合、変形分析システム３１２の判定部３２４は、タービンバケット１２４を変形していないと識別することができる。しきい値差を超えている場合、変形分析システム３１２の判定部３２４は、タービンバケット１２４が変形していると識別することができる。タービンバケット１２４を変形している又は変形していないと識別するために適用される基準（例えば、磁場強度のしきい値差）は、外部の検査要件、誤差などと同一であってもよいし、異なってもよいことを理解されたい。このように、「変形している」と識別されたタービンバケット１２４は、口語的な意味で又はタービンバケット１２４の異なる変形基準の下で「変形している」とみなさなくてもよい。
【００３０】
本開示の方法は、必要に応じて、算出した磁場強度及び／又は基準磁場強度に対する磁場強度の差に基づいてタービンバケット１２４の長さを決定することもできる。例えば、システムデータ３１８は、磁場強度間の測定した又は予測した関係及び図４に示されるような磁気センサ２０４とタービンバケット１２４との間の離隔距離を含むことができる。この場合、算出部３２０は、例えば直接計算、ルックアップテーブル、導出用のアルゴリズム、及び／又はそれらの組み合わせにより推論的及び／又は統計的分析によって、タービンバケット１２４の長さを算出することができる。例示的な実施形態では、５０Ｇの磁場強度は、約２０ｍｍの離隔距離の変化に相関し得る。本実施例では、算出部３２０は、タービンバケット１２４の元の又は基準長さに２０ｍｍを追加してタービンバケット１２４の長さを得ることができる。
【００３１】
本開示による方法はまた、ターボ機械１００を変更して本明細書に記載の１つ以上の部品を提供及び／又は他の方法ステップを実装する工程を含むことができる。例えば、タービンバケット１２４は、タービンバケット１２４を磁気センサ２０４で測定して分析する前に変更することができる。したがって、本開示による方法は、例えばそのバケット先端１７２でタービンバケット１２４の翼形部１７０内に凹部２０２を形成することを含むことができる。次いで、凹部２０２には、例えばその中に１つ以上の磁性金属、合金などを形成するように適合されたろう付け工程によって磁性材料２００を充填することができる。タービンバケット１２４の元の空気力学的特性を実質的に維持するために、磁性材料２００及び／又はタービンバケット１２４の外側表面は、機械加工（例えば研磨、切断、バニシ仕上げなど）されて実質的に互いに平坦となり、したがって面粗さが低減した平滑化された表面形状を得ることができる。
【００３２】
本発明の態様は、さらに種々の代替的な実施形態を提供することを理解されたい。例えば、本開示の実施形態は、コンピューティングデバイス２０６の手動使用（例えば、技術者による操作）及び／又はこれに動作可能に接続された１つ以上のコンピュータシステムの介在による自動化使用を含み、例えば本明細書で説明される種々の効果の１つ以上を提供することができる。したがって、コンピューティングデバイス２０６は、限定はしないが検査、メンテナンス、修理、交換、試験などを含む一般的な操作以外の他の設定で技術的目的を果たすことができる。
【００３３】
変形分析システム３１２は、少なくとも１つのコンピュータ可読媒体に固定されたコンピュータプログラムの形態で提供することができ、実行されると、コンピューティングデバイス２０６にタービンバケット１２４の変形の識別及び／又は測定を可能にさせる。この点で、コンピュータ可読媒体は、本明細書に記載の一部又はすべての工程及び／又は実施形態を実装するプログラムコードを含む。用語「コンピュータ可読媒体」は、現在公知の又は今後開発される有形媒体の表現の任意のタイプを１つ以上含み、そこからプログラムコードのコピーがコンピューティングデバイスによって認識、再生又は通信することができることを理解されたい。例えば、コンピュータ可読媒体は、１つ以上の可搬型記憶製品と、コンピューティングデバイスの１つ以上のメモリ／記憶コンポーネントと、紙と、などを含むことができる。
【００３４】
本開示の実施形態は、いくつかの技術的及び商業的利点を提供することができ、その一部は本明細書に例として説明されている。例えば、本開示の実施形態は、その耐用年数の間にターボ機械の部品の材料変形を測定して識別するためのタービンバケット、試験装置、及び／又はキットを提供することができる。さらに、本開示の実施形態は、新たに製造されるターボ機械に含むことができ、かつ／又は既存のターボ機械に追加することができ、発電装置のより大きな発電システム又はネットワークの一部として動作中に定位置にとどまることができる。本開示の実施形態はまた、タービンセクション及び／又はターボ機械の部分的又は完全な分解なく部品を繰り返して監視するためのインサイチュ方法を提供することができる。
【００３５】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本開示を限定するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「この（ｔｈｅ）」は、特に明示しない限り、複数形も含むことが意図される。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／又は「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は部品が存在することを明示するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、部品、及び／又はそれらの組が存在すること又は追加することを除外しないことがさらに理解されよう。
【００３６】
本明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイス又はシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその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の差がない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文言との実質的な差がない均等な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。
【符号の説明】
【００３７】
１００  ターボ機械
１０２  圧縮機セクション
１０４  タービンセクション
１０６  シャフト
１０８  燃焼器アセンブリ
１１０  燃焼器
１１２  ロータホイール
１１４  第１段圧縮機ロータホイール
１１６  第１段圧縮機ロータブレード
１１８  翼形部部分
１２０  タービンロータホイール
１２２  タービンホイール
１２４  タービンバケット
１４０  流路
１５０  静止ブレード
１６０  基部
１７０  翼形部
１７２  バケット先端
１８０  シュラウド
２００  磁性材料
２０２  凹部
２０４  磁気センサ
２０６  コンピューティングデバイス
３００  環境
３０４  処理コンポーネント
３０６  メモリ
３０８  入力／出力（Ｉ／Ｏ）コンポーネント
３０９  Ｉ／Ｏデバイス
３１０  経路
３１２  変形分析システム
３１６  ユーザ
３１８  システムデータ
３２０  算出部
３２２  比較部
３２４  判定部
【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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【外国語明細書】
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