(57)【要約】【課題】開示するのは、タービンブレード（１０）の変形を測定する方法（１００）である。【解決手段】本方法（１００）は、タービンブレード（１０）上に配置された１以上の測定点（３６）を特定するステップと、１以上の測定点（３６）の第１の位置（３８）に関する情報を保持するステップと、タービンブレード（１０）を所定期間作動させるステップと、そのタービンブレード（１０）を所定期間作動した後に１以上の測定点（３６）が移動した空間距離（４０）を該１以上の測定点（３６）の第１の位置（３８）に対して測定するステップと、空間距離（４０）の測定に基づいてブレード（１０）における変形（４２）の量を決定するステップとを含む。【選択図】      図７
2009092063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンブレード（１０）の変形（４２）を測定する方法（１００）であって、
タービンブレード（１０）上に配置された１以上の測定点（３６）を特定するステップと、
上記１以上の測定点（３６）の第１の位置（３８）に関する情報を保持するステップと、
タービンブレード（１０）を所定期間作動させるステップと、
タービンブレード（１０）を所定期間作動した後に１以上の測定点（３６）が移動した空間距離（４０）を上記１以上の測定点（３６）の第１の位置（３８）に対して測定するステップと、
上記空間距離（４０）の測定に基づいてブレードにおける変形（４２）の量を決定するステップと
を含んでなる方法（１００）。
【請求項２】
前記移動した空間距離（４０）が、タービンブレード（１０）が取付けられたタービンに対する半径方向（４４）、軸方向（４６）及び接線方向（４８）の１以上で測定され、前記決定するステップが、半径方向（４４）に移動した空間距離（４０）に基づいて半径方向変形（４２）を決定するステップと、軸方向（４６）に移動した空間距離（４０）に基づいて軸方向変形（４２）を決定するステップと、また接線方向（４８）に移動した空間距離（４０）に基づいて接線方向変形（４２）を決定するステップとを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記移動した空間距離（４０）が、タービン内におけるタービンブレード（１０）の配置に対する半径方向（４４）、軸方向（４６）及び接線方向（４８）で測定され、前記変形（４２）が、以下の等式で決定される、請求項１記載の方法（１００）。
【数１】
2009092063.tif 000004
式中、ｚは半径方向（４４）に移動した空間距離（４０）を表し、ｘは軸方向（４６）に移動した空間距離（４０）を表し、ｙは接線方向（４８）に移動した空間距離（４０）を表し、上記等式が変形（４２）を計算する。
【請求項４】
前記特定するステップ及び測定するステップの少なくともいずれかが、接触測定装置（３４）、非接触測定装置、座標測定機及び光学測定装置の１以上によって達成される、請求項１記載の方法（１００）。
【請求項５】
前記決定するステップに基づいてタービンブレード（１０）の残存寿命を予測するステップをさらに含む、請求項１記載の方法（１００）。
【請求項６】
座標系（４９）の１以上のゼロ位置（５０）を特定するステップをさらに含み、１以上の測定点（３６）が移動した空間距離（４０）が、座標系（４９）のゼロ位置（５０）に対して測定される、請求項１記載の方法（１００）。
【請求項７】
座標系（４９）のゼロ位置（５０）が、タービンブレード（１０）の周りの空間（５２）内の位置に配置され、該位置が、タービンブレード（１０）の変形（４２）を測定するために使用する座標測定機又は光学測定装置内に配置される、請求項６記載の方法（１００）。
【請求項８】
座標系（４９）のゼロ位置（５０）が、タービンブレード（１０）の周りの空間（５２）内にあり、ゼロ点（５０）が、タービンブレード（１０）のダブテールセクション上に配置される、請求項６記載の方法（１００）。
【請求項９】
座標系（４９）のゼロ位置（５０）が、タービンブレード（１０）の周りの空間（５２）内にあり、ゼロ点（５０）が、タービンブレード（１０）が組合されたタービンのタービン部分上に配置される、請求項６記載の方法（１００）。
【請求項１０】
タービンブレード（１０）の変形を測定するためのシステム（２０）であって、
タービンブレード上に配置された１以上の測定点（３６）の第１の位置（３８）に関する位置情報を保持するように構成されたコンピューティング資源（３２）と、
コンピューティング資源（３２）と組合された測定装置（３４）と
を含んでおり、上記測定装置（３４）が、１以上の測定点（３６）が移動した距離を第１の位置（３８）に対して測定するように構成される、システム（２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、総括的にはタービンブレードの変形を測定するための方法及びシステムに関し、より具体的には、経時的なタービンブレードの変形を測定するための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
使用時に、タービンブレードは、大きな加速度を受ける。これら加速度は、タービンブレードの領域内に大きな応力を誘発する可能性があり、これにより、タービンをしばらくの間にわたって運転した後にタービンブレードの幾何学的特徴形状部内に、物理的永久変形が生じるおそれがある。そのような状態が衰えずに続いた場合には、タービンブレード内における変形の蓄積により、それに限定されないが、割れの成長及び破裂によるブレード全体の損傷、或いは隣接するブレード振動抑制特徴形状部の遊離のような体系構成の不具合を含むブレード故障が生じるおそれがある。
【特許文献１】米国特許第５０４７９６６号明細書
【特許文献２】米国特許第５２３８３６６号明細書
【特許文献３】米国特許第６９８３６６９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、タービンブレードにおける変形を定量化するためのシステム及び／又は方法が、望ましいと言える。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
タービンブレードの変形を測定する方法を開示しており、本方法は、タービンブレード上に配置された１以上の測定点を特定するステップと、１以上の測定点の第１の位置に関する情報を保持するステップと、タービンブレードを所定期間作動させるステップと、そのあるタービンブレードを所定期間作動した後に１以上の測定点が移動した空間距離を該１以上の測定点の第１の位置に対して測定するステップと、空間距離の測定に基づいてブレードにおける変形の量を決定するステップとを含む。
【０００５】
タービンブレードの変形を測定するためのシステムもまた開示しており、本システムは、タービンブレード上に配置された１以上の測定点の第１の位置に関する位置情報を保持するように構成されたコンピューティング資源と、コンピューティング資源と組合された測定装置とを含み、測定装置は、１以上の測定点が移動した距離を第１の位置に対して測定するように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下の説明は、決して限定として考えるべきではない。同様の要素に同じ符号を付した添付の図面を参照する。
【０００７】
図１〜図３を参照すると、タービンブレード１０を示している。図１に最もよく示すように、タービンブレード１０は、先端シュラウド１２、翼形部１４、シャンク１６及びダブテール１８を含む。このタービンブレード１０の変形を測定するためのシステム２０について、以下に説明する。システム２０の例示的な実施形態では、タービンブレード１０の変形は、具体的にはタービンブレード１０の先端シュラウド１２で測定される。変形が測定される具体的な部分には、それに限定されないが、先端シュラウド１２のカッタ歯２２、レール２４、端縁部２６、ｚノッチ２８及び翼形部接合領域（フィレット）３０が含まれる。先端シュラウド１２のカッタ歯２２、レール２４、端縁部２６、ｚノッチ２８及び翼形部接合領域３０は、図２〜図４に最もよく示している。
【０００８】
次に図４〜図８を参照すると、システム２０を示している。図４に最もよく示すように、システムは、測定装置３４又は該測定装置３４の一部と組合された状態になったコンピューティング資源３２を含む。コンピューティング資源３２は、タービン１０の先端シュラウド１２上に前もって特定した１以上の測定点３６の第１の位置３８（図６〜図７参照）に関する位置情報を保持するように構成される。この図４の例示的な実施形態では、ブレード１０は、測定用の測定装置３４内に配置された状態で示している。しかしながら、図４ではブレード１０はタービンとの組合せから外した状態で測定されるように示しているが、ブレードはタービンと組合せたままで測定を行うことができることを理解されたい。
【０００９】
測定点３６として特定したタービン１０上の点は、それ自体はブレード１０の製造前又は後のいつでも特定することができ、その場合に、測定点３６の位置は、ブレード１０の有効寿命の間にいつでも変更することができる。測定点３６の第１の位置３８に関するこの位置情報は、ユーザによって収集しかつコンピューティング資源３２内にプログラムし、及び／又は測定装置３４によって収集しかつコンピューティング資源３２に送信することができる。
【００１０】
測定点３６の第１の位置３８に関する位置情報を収集することができると共に、測定装置３４はまた、測定点３６が移動した空間距離４０を測定点３６の第１の位置３８に対して測定するように構成される。空間距離４０にわたる測定点３６の移動は、ある期間にわたるブレード作動の間にタービンブレード１０に作用する法線応力に対応して発生する。この移動により、測定点３６の第２の位置４１が生じ、この第２の位置４１は、ある期間にわたるタービンの運転後に特定される（第１の位置は、その期間にわたるタービンの運転前に特定される）。図６〜図７に最もよく示すように、空間距離４０は、ある期間（すなわち、タービンンの有効寿命の間におけるあらゆる所望の期間）にわたるタービンの運転に続いて測定を行うものとして、測定点３６の第１の位置３８と測定点３６のこれら第２の位置４１（変形ブレードイメージ４３上に示すような）との間で測定される。測定点３６は、ブレード１０の作動中ずっとタービンブレード１０上で固定されたままであるので、第１の位置３８と第２の位置４１との間の距離４０は、位置変化測定点３６の領域内でのブレード１０の変形を効果的に表す。従って、距離４０は、ブレード１０の変形４２を表す。
【００１１】
図８を参照すると、ゼロ位置５０を含む測定座標系４９を示す。この測定座標系４９を用いると、ブレード１０の変形４２は、タービンブレード１０が取付けられたタービン（図示せず）に対する半径方向４４、軸方向４６及び接線方向４８の１以上でゼロ位置５０に対して測定することができる。図７に示すように、半径方向、軸方向及び接線方向の変形は、各方向４４〜４８において測定点３６が移動した距離４０に基づいて測定することができる。加えて、ブレード１０の変形４２の総量は、半径方向４４に移動した距離４０をｚの値に、軸方向４６に移動した距離４０をｘの値に、及び接線方向４８に移動した距離４０をｙの値に割り当てることによって、またこれら値ｘ、ｙ及びｚを、総変形が
【００１２】
【数１】
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に等しい方程式に当てはめることによって測定することができる。
【００１３】
次に図９を参照すると、システム２０のコンピューティング資源３２及び測定装置３４（図４の例示的な実施形態に示すような）は、タービンブレード１０の周りの空間５２（測定装置３４内の空間のような）内の固定位置５１を用いてタービン１０の変形４２を測定するように構成することができる。これらの位置５１は、タービンブレード１０のダブテール１８（図１参照）（ダブテール５３は、ブレード使用後に皆無又は非常に僅かな変形を示す）のようなブレード１０の周りの空間内の、測定装置３４（図４参照）内の、或いはタービンブレード１０が取付けられたタービンの他の構成要素におけるあらゆる場所に配置することができる。加えて、測定座標系４９のゼロ位置５０は、これらの位置５１に配置して、測定点３６が移動した空間距離４０を固定配置５１に配置された座標系４９のゼロ位置５０に対して測定することができる。固定配置５１のゼロ位置５０を用いて変形４２を測定するために、コンピューティング資源３２は、測定点３６とゼロ位置５０との間の初期距離５６に関する情報を保持している。測定点３６とゼロ位置５０との間の初期距離５６に関するこの情報は、ユーザによって収集しかつコンピューティング資源３２内にプログラムするか、又は測定装置３４によって収集しかつコンピューティング資源３２に送信することができる。
【００１４】
初期距離５６に関する情報を収集することができると共に、測定装置３４はまた、測定点３６とゼロ位置５０との間の第２の距離５８を測定するように構成される。これらの第２の距離５８は、ある期間にわたってタービンブレード１０を正常作動させた後に測定点３６とゼロ位置５０との間で測定される（変形ブレードイメージ４３を参照）。コンピューティング資源３２は次に、初期距離５６（ある期間にわたる作動の前に測定した）と第２の距離５８（ある期間にわたる作動の後に測定した）との間の長さにおける差異６０を計算して、測定点３６が移動した距離４０をゼロ位置５０に対して決定するようにすることができる。距離４０は、差異６０に等しい。ゼロ位置５０／固定位置５１は、測定点３６及びタービン１０の移動に対して一定状態のままであるので、距離４０は、位置変化測定点３６の領域内でのブレード１０の変形４２を効果的に表す。勿論、変形４２は、図８に示す座標系４９の半径方向４４、軸方向４６及び接線方向４８（ブレード１０が組合されたタービンに対する）の１以上で測定することができる。
【００１５】
変形４２を測定するのに使用するものとしてのシステム２０は、座標測定機のような接触測定装置、又は光学測定装置のような非接触測定装置である測定装置３４を含むことができることを理解されたい。タービンブレード１０の残存有効寿命は、タービンブレード１０で測定した変形４２の量に基づいて予測することができることもまた理解されたい。次に、ブレード１０の残存有効寿命に基づいて、ブレード交換方策を作成しかつ実施することができる。
【００１６】
図１０を参照すると、タービンブレード１０の変形を測定する例示的な方法１００を示している。本方法１００は、操作ブロック１０２に示すように、タービンブレード１０上に配置された１以上の測定点３６を特定するステップと、１以上の測定点３６の第１の位置３８に関する情報を保持するステップとを含む。本方法１００はまた、操作ブロック１０４に示すように、ある期間にわたってタービンブレード１０を作動させるステップと、その期間にわたるタービンブレード１０の作動後に１以上の測定点３６が移動した空間距離４０を該測定点３６の第１の位置３８に対して測定するステップとを含む。本方法１００はさらに、操作ブロック１０６に示すように、空間距離４０の測定に基づいてブレード１０における変形の量を決定するステップを含む。
【００１７】
例示的な実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱せずに本発明の要素に対して様々な変更を行うことができまた本発明の要素を均等物で置き換えることができることを当業者は理解すべきであることに留意されたい。加えて、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、特定の状況又は実体を本発明の教示に適合させるように、多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、提出した特許請求の範囲の技術的範囲内に属する全ての実施形態を含むことになることが重要である。さらに、特に記述しない限り、第１の、第２のなどの用語のあらゆる使用は、いかなる序列又は重要度も示すものではなく、むしろ第１の、第２のなどの用語は、１つの要素を別の要素と区別するために使用していることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術によるタービンブレードの側面図。
【図２】従来技術によるタービンブレードの上面図。
【図３】従来技術によるタービンブレードの斜視図。
【図４】タービンブレードの変形を測定するためのシステムの概略図。
【図５】図４のシステムに使用する測定点を含むタービンブレードの一部分の部分概略図。
【図６】変形ブレードの部分イメージを含む、図５のタービンブレードの一部分の概略図。
【図７】タービンブレードの一部分及び図６の変形ブレードの部分イメージの拡大概略図。
【図８】移動方向を含む、図５のタービンブレードの一部分の概略図。
【図９】変形ブレードの部分イメージを含むタービンブレードの部分概略図である。
【図１０】タービンブレードの変形を測定する方法の実施形態を示すブロック図。
【符号の説明】
【００１９】
１０  タービンブレード
１２  先端シュラウド
１４  翼形部
１６  シャンク
１８  ダブテール
２０  変形を測定するためのシステム
２２  カッタ歯
２４  レール
２６  端縁部
２８  ｚノッチ
３０  翼形部接合領域（フィレット）
３２  コンピューティング資源
３４  測定装置
３６  測定点
３８  第１の位置
４０  空間距離
４１  第２の位置
４２  変形
４３  変形ブレードイメージ
４４  半径方向
４６  軸方向
４８  接線方向
４９  測定座標系
５０  ゼロ位置
５１  位置
５２  空間
５３  ダブテール
５６  初期距離
５８  第２の距離
６０  差異
１００  方法
１０２  操作ブロック
１０４  操作ブロック
１０６  操作ブロック
【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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【図１０】
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