回転部品の動作を監視する際に使用するためのシステムおよび方法
【課題】ロータアセンブリの動作を監視する際に使用するためのシステムを提供する。
【解決手段】ロックワイヤタブ２２０の表面２４２、２５２間の距離を測定するように構成された少なくとも第１の隙間センサ２４０、２５０を含む複数の隙間センサと、複数の隙間センサに接続された監視ユニットとを含み、監視ユニットは、複数の隙間センサ２４０、２５０からの測定値を受信し、受信された測定値に基づいてロータアセンブリに亀裂が存在するかどうかを判定するように構成されている。
【解決手段】ロックワイヤタブ２２０の表面２４２、２５２間の距離を測定するように構成された少なくとも第１の隙間センサ２４０、２５０を含む複数の隙間センサと、複数の隙間センサに接続された監視ユニットとを含み、監視ユニットは、複数の隙間センサ２４０、２５０からの測定値を受信し、受信された測定値に基づいてロータアセンブリに亀裂が存在するかどうかを判定するように構成されている。
【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、一般に、監視システムに関し、より具体的には、ロータアセンブリの動作を監視する際に使用するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンなどの知られている機械は、ロータアセンブリを含む。ロータアセンブリは、動作中に振動または他の挙動を示すことがある。センサは、そのような挙動を監視して１つまたは複数の部品の動作状態を判定するために使用可能である。例えば、センサは、モータ駆動軸において誘導された振動の量、モータ駆動軸の回転位置もしくは変位、および／または機械もしくはモータの他の動作特性を測定することができる。しばしば、センサは、複数のモニタおよび少なくとも１つのプロセッサを含む監視システムに接続される。監視システムは、センサから検知された測定値を表す信号を受信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００８９１６６号明細書
【発明の概要】
【０００４】
少なくともいくつかの知られている監視システムは、振動センサを使用して、監視されている部品における亀裂の存在を判定する。しかし、振動センサは、亀裂の存在を検出することしかできない場合や、亀裂の位置を正確に示すことができない場合があるので、少なくともいくつかの知られている監視システムは、亀裂の位置を正確に判定することができない。さらに、少なくともいくつかの知られている監視システムは、亀裂の位置を判定しようとして隙間センサを使用するが、センサの温度制限および監視されている機械の中の空間制限のために、そのような監視システムのうちの少なくともいくつかは、ガスタービンエンジンにおける動作中（すなわち、オンライン）のロータアセンブリを監視することができない。
【０００５】
一態様では、ロータアセンブリの動作を監視する際に使用するためのシステムが提供される。このシステムは、ロックワイヤタブの表面との間の距離を測定するように構成された少なくとも第１の隙間センサを含む複数の隙間センサと、複数の隙間センサに接続された監視ユニットとを含み、監視ユニットは、複数の隙間センサから測定値を受信し、受信された測定値に基づいてロータアセンブリに亀裂が存在するかどうかを判定するように構成されている。
【０００６】
他の態様では、ロータアセンブリの動作を監視する際に使用するための監視ユニットが提供される。この監視ユニットは、ロックワイヤタブの表面との間の距離を測定するように構成された少なくとも第１のセンサを含む複数の隙間センサから受信された測定値を記憶するように構成されたメモリデバイスと、メモリデバイスに接続され、記憶されている測定値に基づいてロータアセンブリに亀裂が存在するかどうかを判定するように構成された処理デバイスとを含む。
【０００７】
さらに他の態様では、ロータアセンブリの動作を監視するための方法が提供される。本方法は、少なくとも１つの隙間センサから、少なくとも１つの隙間センサとロータアセンブリの部品との間の距離を示す測定値を取得するステップであって、少なくとも１つの隙間センサは、ロックワイヤタブの表面との間の距離を測定するように構成された第１のセンサを含む、ステップと、取得された測定値を監視ユニットに送信するステップと、監視ユニットを使用して、受信された測定値に基づいてロータアセンブリに亀裂が存在するかどうかを判定するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的タービンエンジンの概略横断面図である。
【図２】図１に示されているタービンエンジンと共に使用され得る例示的ロータアセンブリの概略横断面図である。
【図３】図２に示されているロータアセンブリの一部分の拡大図である。
【図４】図２に示されているロータアセンブリと共に使用され得る例示的監視ユニットのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書に記載のシステムおよび方法は、ガスタービンのロータアセンブリにおける亀裂を正確に識別することを可能にする。複数の隙間センサが、ロータアセンブリの部品までの距離を周期的に測定する。より具体的には、少なくとも１つのセンサが、ロックワイヤタブの表面との間の距離を測定する。複数の隙間センサによって測定された測定値は、測定値を使用して亀裂が存在するかどうかを判定する監視ユニットに送信される。監視ユニットはまた、少なくとも２つの隙間センサからの測定値を比較して、部品上の亀裂の位置を判定することができる。
【００１０】
本明細書に記載の方法およびシステムの技術的効果は、（ａ）少なくとも１つの隙間センサから、少なくとも１つのセンサとロータアセンブリの部品との間の距離を示す測定値を取得することであって、少なくとも１つの隙間センサは、ロックワイヤタブの表面との間の距離を測定するように構成された第１のセンサを含む、こと、（ｂ）取得された測定値を監視ユニットに送信すること、および（ｃ）受信された測定値に基づいてロータアセンブリに亀裂が存在するかどうかを判定することのうちの少なくとも１つを含む。
【００１１】
図１は例示的タービンエンジン１００の概略横断面図である。より具体的には、例示的実施形態では、タービンエンジン１００はガスタービンエンジンである。例示的実施形態は、ガスタービンエンジンを対象とするが、本発明は、いかなる１つの特定のエンジンにも限定されず、本発明は、他のタービンエンジンおよび／またはロータアセンブリ以外の回転構造体と一緒に使用されてよいことを当業者は理解するであろう。
【００１２】
例示的実施形態では、タービンエンジン１００は、取入れ部１１２、取入れ部１１２の下流にあるコンプレッサ部１１４、コンプレッサ部１１４の下流にある燃焼器部１１６、燃焼器部１１６の下流にあるタービン部１１８、および排気部１２０を含む。例示的実施形態では、タービン部１１８は、ロータ軸１２２によってコンプレッサ部１１４に接続される。代替として、タービンエンジン１００は、タービン部１１８をコンプレッサ部１１４に接続するロータ軸１２２を含まない。例示的実施形態では、燃焼器部１１６は、複数の燃焼器１２４を含む。燃焼器部１１６は、各燃焼器１２４がコンプレッサ部１１４と流れ連通するようにコンプレッサ部１１４に接続される。燃料噴射アセンブリ１２６は、各燃焼器１２４の中で接続される。タービン部１１８は、コンプレッサ部１１４に、ならびに発電機および／または機械駆動アプリケーションなどのしかしそれらに限定されない負荷１２８に、接続される。例示的実施形態では、各コンプレッサ部１１４およびタービン部１１８は、ロータアセンブリ１３２を形成するためにロータ軸１２２に接続された少なくとも１つのロータディスクアセンブリ１３０を含む。
【００１３】
図２は、タービンエンジン１００（図１に示されている）と共に使用され得るロータアセンブリ１３２の概略横断面図である。図３は、（図２に示されている）エリア３に沿ったロータアセンブリ１３２の一部分の拡大図である。例示的実施形態では、ロータアセンブリ１３２は、ロータアセンブリ１３２を通って軸方向に延在する長手方向軸２０４に外接するロータホイール２０２を含む。
【００１４】
複数のバケット２０６は、ロータホイール２０２に接続され、それぞれ、長手方向軸２０４に対して直角を成す半径方向にロータホイール２０２からアウターケーシング２０８に向かって外側へ放射状に延在する。さらに、各バケット２０６は、基底２１０から先端２１２まで放射状に延在し、前縁２１４から後縁２１６まで軸方向に延在する。基底２１０におけるロックワイヤタブ２２０は、ロータホイール２０２に対してバケット２０６の軸位置を固定する。図２にはバケット２０６は１つしか例示されていないが、ロータアセンブリ１３２は、ロータホイール２０２に接続され、ロータホイール２０２から外側へ半径方向に延在する複数のバケット２０６を含む。したがって、動作中に、ロータホイール２０２およびバケット２０６は、長手方向軸２０４を中心にして同時に回転する。
【００１５】
ロータアセンブリ１３２はまた、以下でさらに詳細に説明されるように、ロックワイヤタブ２２０および／またはバケット２０６のいずれかが何らかの亀裂を発生させたかどうかを判定することを可能にするために、それぞれがロックワイヤタブ２２０および／またはバケット２０６の相対位置を監視する１つまたは複数の隙間センサ２３０を含む。
【００１６】
例示的実施形態では、隙間センサ２３０は、比較的高い温度許容度を有する容量プローブである。したがって、隙間センサ２３０はそれぞれ、検出された容量に基づいて部品の表面までの距離を測定する。代替として、隙間センサ２３０は、ロータアセンブリ１３２が本明細書で説明されているように機能することができるようにする任意の他のタイプのセンサでもよい。例示的実施形態では、隙間センサ２３０は、ロックワイヤタブ２２０および／またはバケット２０６の位置および変位を測定するが、隙間センサ２３０は、ロータアセンブリ１３２が本明細書で説明されているように機能することができるようにするロータアセンブリ１３２における任意の部品の任意の表面および／または特徴の位置および変位を測定することができる。例えば、隙間センサ２３０は、ロックワイヤタブ２２０以外の基底２１０に近接した特徴の位置および変位を測定することができる。
【００１７】
隙間センサ２３０の第１のセンサ２４０は、ロックワイヤタブ２２０の半径方向の位置および変位を測定するように配置される。具体的には、第１のセンサ２４０は、第１のセンサ２４０とロックワイヤタブ２２０の第１の表面２４２との間の半径方向の距離Ｄ1を測定する。第１の表面２４２は、長手方向軸２０４に実質的に平行であり、第１のセンサ２４０は、第１のケーブル２４６によって監視ユニット２４４に接続される。監視ユニット２４４は、以下でさらに詳細に説明されるように、隙間センサ２３０から受信されたデータを処理する。第１のセンサ２４０からの測定値は、第１のケーブル２４６を介して監視ユニット２４４に送信される。第１のケーブル２４６はまた、第１のセンサ２４０に電力を提供することができる。例示的実施形態では、第１のセンサ２４０は、ダイヤフラムシール２４８に接続され、第１のケーブル２４６は、ダイヤフラムシール２４８、静翼、およびアウターケーシング２０８を通過して、監視ユニット２４４に達する。代替として、第１のセンサ２４０および第１のケーブル２４６は、ロータアセンブリ１３２が本明細書で説明されているように機能することができるようにする任意の相対位置および／または配向を有する。
【００１８】
隙間センサ２３０の第２のセンサ２５０は、ロックワイヤタブ２２０の軸方向の位置および変位を測定する。具体的には、第２のセンサ２５０は、第２のセンサ２５０とロックワイヤタブ２２０の第２の表面２５２との間の軸方向の距離Ｄ2を測定する。第２のセンサ２５０は、第２のケーブル２５６によって監視ユニット２４４に接続される。第２のセンサ２５０からの測定値は、第２のケーブル２５６を介して監視ユニット２４４に送信される。第２のケーブル２５６はまた、第２のセンサ２５０に電力を提供することができる。例示的実施形態では、第２のセンサ２５０は、ダイヤフラムシール２４８に接続され、第２のケーブル２５６は、ダイヤフラムシール２４８、静翼、およびアウターケーシング２０８を通過して監視ユニット２４４に達する。代替として、第２のセンサ２５０および第２のケーブル２５６は、ロータアセンブリ１３２が本明細書で説明されているように機能することができるようにする任意の相対位置および／または配向を有する。
【００１９】
第３のセンサ２６０は、前縁２１４に隣接する先端２１２の半径方向の位置および変位を測定する。具体的には、第３のセンサ２６０は、第３のセンサ２６０と先端２１２との間に画定された半径方向の距離Ｄ3を測定する。第３のセンサ２６０は、第３のケーブル２６６によって監視ユニット２４４に接続される。第３のセンサ２６０からの測定値は、第３のケーブル２６６を介して監視ユニット２４４に送信される。第３のケーブル２６６はまた、第３のセンサ２６０に電力を提供することができる。例示的実施形態では、第３のセンサ２６０は、アウターケーシング２０８に接続され、第３のケーブル２６６は、アウターケーシング２０８を通過する。代替として、第３のセンサ２６０および第３のケーブル２６６は、ロータアセンブリ１３２が本明細書で説明されているように機能することができるようにする任意の相対位置および／または配向を有する。
【００２０】
第４のセンサ２７０は、後縁２１６に隣接する先端２１２の半径方向の位置および変位を測定する。具体的には、第４のセンサ２７０は、第４のセンサ２７０と先端２１２との間の半径方向の距離Ｄ4を測定する。第４のセンサ２７０は、第４のケーブル２７６によって監視ユニット２４４に接続される。第４のセンサ２７０からの測定値は、第４のケーブル２７６を介して監視ユニット２４４に送信される。第４のケーブルはまた、第４のセンサ２７０に電力を提供することができる。例示的実施形態では、第４のセンサ２７０は、アウターケーシング２０８に接続され、第４のケーブル２７６は、アウターケーシング２０８を通過する。代替として、第４のセンサ２７０および第４のケーブル２７６は、ロータアセンブリ１３２が本明細書で説明されているように機能することができるようにする任意の相対位置および／または配向を有する。
【００２１】
例示的実施形態では、第１の表面２４２および第２の表面２５２は、ロータアセンブリ１３２が回転するときに実質的に連続しているので、第１のセンサ２４０および第２のセンサ２５０は、振幅変調容量プローブである。振幅変調容量プローブでは、容量プローブの出力電圧は隙間が増大するにつれて増大する。一方、隣接するバケット２０６間の空間のために、先端２１２の表面は、ロータアセンブリ１３２が回転している間、第３のセンサ２６０および第４のセンサ２７０によって測定されるときに連続していない。したがって、例示的実施形態では、第３のセンサ２６０および第４のセンサ２７０は、周波数変調容量プローブである。周波数変調容量プローブでは、容量プローブの出力電圧は隙間が増大するにつれて減少する。振幅変調容量プローブおよび周波数変調容量プローブは、隙間センサ２３０が本明細書で説明されているように機能することができるようにする任意の方法を使用して較正されてよい。
【００２２】
例示的実施形態は４つの隙間センサ２３０を含むが、ロータアセンブリ１３２は、ロータアセンブリ１３２が本明細書で説明されているように機能することができるようにする任意の数の隙間センサ２３０を含んでよい。例示的実施形態では、隙間センサ２３０は、バケット２０６の位置および変位を周期的に測定する。代替として、隙間センサ２３０は、バケット２０６の位置および変位を連続して測定してもよい。さらに、例示的実施形態では、隙間センサ２３０は、ケーブル２４６、２５６、２６６、および２７６を介して測定値を監視ユニット２４４に中継するが、代替として、隙間センサ２３０は、測定値を監視ユニットに無線で送信することができる。
【００２３】
図４は、亀裂がないかロータアセンブリ１３２（図２に示されている）を監視するために使用され得る監視ユニット２４４（図２に示されている）などの例示的監視ユニット４００のブロック図である。監視ユニット４００は、少なくとも１つのメモリデバイス４１０、および命令を実行するためにメモリデバイス４１０に接続されたプロセッサ４１５を含む。いくつかの実施形態では、実行可能な命令は、メモリデバイス４１０に記憶されている。監視ユニット４００は、プログラミングプロセッサ４１５によって本明細書に記載の１つまたは複数の動作を実行する。例えば、プロセッサ４１５は、動作をメモリデバイス４１０内の１つまたは複数の実行可能な命令としてエンコードすることによって、およびこの実行可能な命令を実行することによって、プログラムされてよい。プロセッサ４１５は、１つまたは複数の処理ユニットを（例えば、マルチコア構成で）含んでよい。
【００２４】
メモリデバイス４１０は、実行可能な命令および／または他のデータなどの情報を記憶し取り出すことができるようにする１つまたは複数のデバイスである。メモリデバイス４１０は、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）、ソリッドステートディスク、および／またはハードディスクなどのしかしそれらに限定されない１つまたは複数のコンピュータ可読媒体を含んでよい。メモリデバイス４１０は、限定なしに、アプリケーションソースコード、アプリケーションオブジェクトコード、対象のソースコード部分、対象のオブジェクトコード部分、構成データ、実行イベントおよび／または任意の他のタイプのデータを記憶するように構成されていてもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態では、監視ユニット４００は、プロセッサ４１５に接続された提示インターフェース４２０を含む。提示インターフェース４２０は、ユーザ４２５にアプリケーションソースコードおよび／または実行イベントなどの情報を提示する。例えば、提示インターフェース４２０は、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、および／または「電子インク」ディスプレイなどのディスプレイデバイスに接続可能なディスプレイアダプタ（図示せず）を含んでよい。いくつかの実施形態では、提示インターフェース４２０は、１つまたは複数のディスプレイデバイスを含む。
【００２６】
いくつかの実施形態では、監視ユニット４００は、ユーザ入力インターフェース４３５などの入力インターフェース４３０を含む。例示的実施形態では、ユーザ入力インターフェース４３５は、プロセッサ４１５に接続され、ユーザ４２５からの入力を受信する。ユーザ入力インターフェース４３５は、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、マウス、スタイラス、タッチセンシティブパネル（例えば、タッチパッドまたはタッチスクリーン）、ジャイロスコープ、加速度計、位置検出器、および／またはオーディオユーザ入力インターフェースを含んでよい。タッチスクリーンなどの単一の部品は、提示インターフェース４２０のディスプレイデバイスとしてもユーザ入力インターフェース４３５としても機能することができる。
【００２７】
例示的実施形態では、監視ユニット４００は、プロセッサ４１５に接続された通信インターフェース４４０を含む。通信インターフェース４４０は、１つまたは複数のリモートデバイスと通信する。例示的実施形態では、通信インターフェース４４０は、隙間センサ２３０と通信する。リモートデバイスと通信するために、通信インターフェース４４０は、例えば、有線ネットワークアダプタ、無線ネットワークアダプタ、および／または移動通信アダプタを含んでよい。
【００２８】
隙間センサ２３０からの測定値は、監視ユニット２４４によって受信され、メモリデバイス４１０に記憶される。バケット２０６に亀裂が存在するかどうかを判定するために、プロセッサ４１５は、メモリデバイス４１０に記憶されている測定値を分析し処理する。例示的実施形態では、プロセッサ４１５は、時間の経過につれて隙間センサ２３０ごとの測定値を分析する。代替として、プロセッサ４１５は、バケット２０６における亀裂を検出するのを容易にする任意のやり方で測定値を分析する。
【００２９】
例示的実施形態では、プロセッサ４１５は、隙間センサ２３０ごとの測定値を個別に監視する。例えば、プロセッサ４１５は、第１のセンサ２４０によって測定されたとき、時間の経過に伴う距離Ｄ1を監視することができる。プロセッサ４１５が、距離Ｄ1が時間の経過につれて増大していると判定した場合は、そのような傾向は、ロックワイヤタブの第１の表面２４２が第１のセンサ２４０から離れていっており、したがって、ロックワイヤタブ２２０において亀裂が発生しつつあるおよび／または発生した可能性があることを示す可能性がある。同様に、プロセッサ４１５が、距離Ｄ1が時間の経過につれて減少しつつあると判定した場合は、ロックワイヤタブ２２０において亀裂が発生しつつあるおよび／または発生した可能性がある。したがって、単一の隙間センサ２３０からの測定値が、亀裂の存在および／または位置を判定するために使用され得る。
【００３０】
例示的実施形態では、プロセッサ４１５はまた、複数のセンサ２３０から受信された測定値を比較して、潜在的な亀裂を判定する。具体的には、受信された測定値に基づいて、プロセッサ４１５は、亀裂の軸方向の位置（すなわち、亀裂が前縁２１４の近くにあるか、または後縁２１６の近くにあるか）、ならびに亀裂の半径方向の位置（すなわち、亀裂がロックワイヤタブ２２０にあるか、またはバケット２０６にあるか）を判定することができる。例えば、プロセッサは、第３のセンサ２６０によって測定されたデータを第４のセンサ２７０によって測定されたデータと比較することができる。例えば、距離Ｄ3が時間の経過につれて増大し、一方、距離Ｄ4が時間の経過につれて減少した場合は、そのようなデータは、バケット２０６が前縁２１４の方へ移動または傾斜しつつあることを示す可能性があり、亀裂がバケット後縁２１６に沿って発生した可能性があり得る。同様に、距離Ｄ3が時間の経過につれて減少し、一方、距離Ｄ4が時間の経過につれて増大した場合は、亀裂がバケット前縁２１４に沿って発生した可能性があり得る。さらに他の例では、距離Ｄ3およびＤ4が時間の経過につれて変わったが、距離Ｄ1およびＤ2は不変のままである場合は、バケット２０６に亀裂が発生したが、ロックワイヤタブ２２０には発生していない可能性があり得る。
【００３１】
したがって、隙間センサ２３０からの測定値を分析することによって、プロセッサ４１５は、バケット２０６および／またはロックワイヤタブ２２０における亀裂の存在、ならびに亀裂のおよその位置を判定することができる。すなわち、プロセッサ４１５は、任意の数の隙間センサ２３０の測定値を監視および／または比較して、亀裂の存在および／または位置を判定することができる。例えば、プロセッサ４１５は、第１のセンサ２４０の測定値と第２のセンサ２５０の測定値を比較して、ロックワイヤタブ２２０の中の亀裂の位置を判定することができる。さらに、さらなる分析のために、圧力、温度、および／または振動データなどのロータアセンブリ１３２に関する他のデータを隙間センサ２３０からの測定値と組み合わせることができる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、隙間センサ２３０ごとの基準隙間がメモリデバイス４１０に記憶されている。さらに、各隙間センサ２３０は、複数の動作状況のそれぞれごとに別個の基準隙間を有してよい。動作状況は、例えば、生成された動力、燃料ストローク比率、タービン速度、吸入ガイド静翼角、および推定点火温度などの動作パラメータによって特徴付けられてよい。そのような動作パラメータは、適用可能な動作状況を判定するために監視および記憶されてよい。所与の隙間センサ２３０からの測定値が関連する基準測定値から逸脱した場合は、プロセッサ４１５は、対応する脅威レベルを設定することができる。例えば、一実施形態では、プロセッサ４１５は、測定値が３つ以上の標準偏差だけ基準から逸脱した場合は、小さい「注視」脅威レベルを、測定値が４つ半以上の標準偏差だけ逸脱した場合は、中くらいの「警告」脅威レベルを、および測定値が６つ以上の標準偏差だけ逸脱した場合は、大きな「アラート」脅威レベルを生成することができる。脅威レベルの閾値はまた、ロータアセンブリ１３２の有限要素モデリングおよび／または観察によって決められてよい。適切なアラートは、脅威レベルに基づいてプロセッサ４１５によって生成されることが可能である。さらに、複数のセンサ２３０からのアラートを組み合わせて、ロータアセンブリ１３２のための複合アラートを生成することが可能である。
【００３３】
例示的実施形態では、プロセッサ４１５が本明細書に記載の方法の１つまたは複数を使用して隙間センサ２３０からの測定値を分析することによってバケット２０６における亀裂を検出した場合は、プロセッサ４１５は、オペレータに亀裂の可能性を通知するためにアラートを生成する。アラートは、ユーザ４２５に亀裂の存在および／または位置を通知する任意のオーディオおよび／またはビジュアル指示を含んでよい。例えば、アラートは、提示インターフェース４２０によって生成された音、ならびに／または提示インターフェース４２０上に表示されたアイコン、記号、および／もしくはメッセージのうちの少なくとも１つを含んでよい。アラートはまた、モバイルデバイスに送信される電子アラート（例えば、テキストメッセージ）でもよい。
【００３４】
プロセッサ４１５はまた、隙間センサ２３０からの測定値を分析することによってロータアセンブリ１３２における亀裂以外の異常を検出するために使用可能である。例えば、第１のセンサ２４０および／または第２のセンサ２５０からの測定値を分析することによって、プロセッサ４１５は、ロックワイヤタブ２２０が故障していること、および／またはロックワイヤタブ２２０のロックワイヤがスリップしたことを判定することができる。上記と同様に、プロセッサ４１５がロックワイヤタブ２２０の１つまたは複数の部品の故障を検出した場合は、プロセッサ４１５は対応するアラートを生成することができる。アラートを受信したオペレータは、ロータアセンブリ１３２に対する損傷を防止するために適切なアクションを取ることができる。
【００３５】
本明細書に記載の諸実施形態は、ガスタービンのロータアセンブリにおける亀裂を正確に識別することができるようにする。複数の隙間センサは、ロータアセンブリの部品までの距離を周期的に測定する。より具体的には、少なくとも１つのセンサが、センサとロックワイヤタブの表面との間の距離を測定する。複数の隙間センサによって測定された測定値は、その測定値を使用して、何らかの亀裂が存在するかどうかを判定する監視ユニットに送信される。監視ユニットはまた、少なくとも２つの隙間センサからの測定値を比較して、部品における亀裂の位置を判定することができる。
【００３６】
少なくともいくつかの知られている監視システムと比較すると、本明細書に記載の監視システムは、ロータアセンブリが動作中に（すなわち、オンライン中に）ロータアセンブリにおける亀裂を識別することができるようにする。さらに、少なくともいくつかの知られている監視システムは、亀裂の存在を判定することはできるが、亀裂の位置を判定することはできない。それとは対照的に、本明細書に記載の諸実施形態は、亀裂の存在および位置の判定を可能にする。さらに、ブレード隙間のみを測定する少なくともいくつかの知られている監視システムとは異なり、本明細書に記載の監視システムはまた、ロックワイヤタブの隙間を正確に測定する。
【００３７】
本明細書に記載の方法およびシステムは、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されない。例えば、各システムの部品および／または各方法のステップは、本明細書に記載の他の部品および／またはステップから独立しておよび別々に使用および／または実行されてよい。さらに、各部品および／またはステップはまた、他のシステム、装置、および方法を用いて使用および／または実行されてよい。
【００３８】
本明細書は、ベストモードを含めて、本発明を開示するために、さらに、当業者なら誰でも任意のデバイスまたはシステムを作成し使用すること、および任意の組み込まれた方法を実施することを含めて本発明を実施することができるようにするために、例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって定義され、当業者に思いつかれる他の例を含んでよい。そのような他の例は、請求項の文字言語と異ならない構造要素を有する場合、または請求項の文字言語と実質的に異ならない同等の構造要素を含む場合は、請求項の範囲内にあるものとする。
【００３９】
本発明は様々な特定の実施形態の点から説明されてきたが、本発明は、請求項の趣旨および範囲内の変更形態を用いて実施されてよいことを当業者は理解するであろう。
【符号の説明】
【００４０】
１００ タービンエンジン
１１２ 取入れ部
１１４ コンプレッサ部
１１６ 燃焼器部
１１８ タービン部
１２０ 排気部
１２２ ロータ軸
１２４ 燃焼器
１２６ 燃料噴射アセンブリ
１２８ 負荷
１３０ ロータディスクアセンブリ
１３２ ロータアセンブリ
２０２ ロータホイール
２０４ 長手方向軸
２０６ バケット
２０８ アウターケーシング
２１０ 基底
２１２ 先端
２１４ 前縁
２１６ 後縁
２２０ ロックワイヤタブ
２３０ 隙間センサ
２４０ 第１のセンサ
２４２ 第１の表面
２４４ 監視ユニット
２４６ 第１のケーブル
２４８ ダイヤフラムシール
２５０ 第２のセンサ
２５２ 第２の表面
２５６ 第２のケーブル
２６０ 第３のセンサ
２６６ 第３のケーブル
２７０ 第４のセンサ
２７６ 第４のケーブル
４００ 監視ユニット
４１０ メモリデバイス
４１５ プロセッサ
４２０ 提示インターフェース
４２５ ユーザ
４３０ 入力インターフェース
４３５ ユーザ入力インターフェース
４４０ 通信インターフェース
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、一般に、監視システムに関し、より具体的には、ロータアセンブリの動作を監視する際に使用するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンなどの知られている機械は、ロータアセンブリを含む。ロータアセンブリは、動作中に振動または他の挙動を示すことがある。センサは、そのような挙動を監視して１つまたは複数の部品の動作状態を判定するために使用可能である。例えば、センサは、モータ駆動軸において誘導された振動の量、モータ駆動軸の回転位置もしくは変位、および／または機械もしくはモータの他の動作特性を測定することができる。しばしば、センサは、複数のモニタおよび少なくとも１つのプロセッサを含む監視システムに接続される。監視システムは、センサから検知された測定値を表す信号を受信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００８９１６６号明細書
【発明の概要】
【０００４】
少なくともいくつかの知られている監視システムは、振動センサを使用して、監視されている部品における亀裂の存在を判定する。しかし、振動センサは、亀裂の存在を検出することしかできない場合や、亀裂の位置を正確に示すことができない場合があるので、少なくともいくつかの知られている監視システムは、亀裂の位置を正確に判定することができない。さらに、少なくともいくつかの知られている監視システムは、亀裂の位置を判定しようとして隙間センサを使用するが、センサの温度制限および監視されている機械の中の空間制限のために、そのような監視システムのうちの少なくともいくつかは、ガスタービンエンジンにおける動作中（すなわち、オンライン）のロータアセンブリを監視することができない。
【０００５】
一態様では、ロータアセンブリの動作を監視する際に使用するためのシステムが提供される。このシステムは、ロックワイヤタブの表面との間の距離を測定するように構成された少なくとも第１の隙間センサを含む複数の隙間センサと、複数の隙間センサに接続された監視ユニットとを含み、監視ユニットは、複数の隙間センサから測定値を受信し、受信された測定値に基づいてロータアセンブリに亀裂が存在するかどうかを判定するように構成されている。
【０００６】
他の態様では、ロータアセンブリの動作を監視する際に使用するための監視ユニットが提供される。この監視ユニットは、ロックワイヤタブの表面との間の距離を測定するように構成された少なくとも第１のセンサを含む複数の隙間センサから受信された測定値を記憶するように構成されたメモリデバイスと、メモリデバイスに接続され、記憶されている測定値に基づいてロータアセンブリに亀裂が存在するかどうかを判定するように構成された処理デバイスとを含む。
【０００７】
さらに他の態様では、ロータアセンブリの動作を監視するための方法が提供される。本方法は、少なくとも１つの隙間センサから、少なくとも１つの隙間センサとロータアセンブリの部品との間の距離を示す測定値を取得するステップであって、少なくとも１つの隙間センサは、ロックワイヤタブの表面との間の距離を測定するように構成された第１のセンサを含む、ステップと、取得された測定値を監視ユニットに送信するステップと、監視ユニットを使用して、受信された測定値に基づいてロータアセンブリに亀裂が存在するかどうかを判定するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的タービンエンジンの概略横断面図である。
【図２】図１に示されているタービンエンジンと共に使用され得る例示的ロータアセンブリの概略横断面図である。
【図３】図２に示されているロータアセンブリの一部分の拡大図である。
【図４】図２に示されているロータアセンブリと共に使用され得る例示的監視ユニットのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書に記載のシステムおよび方法は、ガスタービンのロータアセンブリにおける亀裂を正確に識別することを可能にする。複数の隙間センサが、ロータアセンブリの部品までの距離を周期的に測定する。より具体的には、少なくとも１つのセンサが、ロックワイヤタブの表面との間の距離を測定する。複数の隙間センサによって測定された測定値は、測定値を使用して亀裂が存在するかどうかを判定する監視ユニットに送信される。監視ユニットはまた、少なくとも２つの隙間センサからの測定値を比較して、部品上の亀裂の位置を判定することができる。
【００１０】
本明細書に記載の方法およびシステムの技術的効果は、（ａ）少なくとも１つの隙間センサから、少なくとも１つのセンサとロータアセンブリの部品との間の距離を示す測定値を取得することであって、少なくとも１つの隙間センサは、ロックワイヤタブの表面との間の距離を測定するように構成された第１のセンサを含む、こと、（ｂ）取得された測定値を監視ユニットに送信すること、および（ｃ）受信された測定値に基づいてロータアセンブリに亀裂が存在するかどうかを判定することのうちの少なくとも１つを含む。
【００１１】
図１は例示的タービンエンジン１００の概略横断面図である。より具体的には、例示的実施形態では、タービンエンジン１００はガスタービンエンジンである。例示的実施形態は、ガスタービンエンジンを対象とするが、本発明は、いかなる１つの特定のエンジンにも限定されず、本発明は、他のタービンエンジンおよび／またはロータアセンブリ以外の回転構造体と一緒に使用されてよいことを当業者は理解するであろう。
【００１２】
例示的実施形態では、タービンエンジン１００は、取入れ部１１２、取入れ部１１２の下流にあるコンプレッサ部１１４、コンプレッサ部１１４の下流にある燃焼器部１１６、燃焼器部１１６の下流にあるタービン部１１８、および排気部１２０を含む。例示的実施形態では、タービン部１１８は、ロータ軸１２２によってコンプレッサ部１１４に接続される。代替として、タービンエンジン１００は、タービン部１１８をコンプレッサ部１１４に接続するロータ軸１２２を含まない。例示的実施形態では、燃焼器部１１６は、複数の燃焼器１２４を含む。燃焼器部１１６は、各燃焼器１２４がコンプレッサ部１１４と流れ連通するようにコンプレッサ部１１４に接続される。燃料噴射アセンブリ１２６は、各燃焼器１２４の中で接続される。タービン部１１８は、コンプレッサ部１１４に、ならびに発電機および／または機械駆動アプリケーションなどのしかしそれらに限定されない負荷１２８に、接続される。例示的実施形態では、各コンプレッサ部１１４およびタービン部１１８は、ロータアセンブリ１３２を形成するためにロータ軸１２２に接続された少なくとも１つのロータディスクアセンブリ１３０を含む。
【００１３】
図２は、タービンエンジン１００（図１に示されている）と共に使用され得るロータアセンブリ１３２の概略横断面図である。図３は、（図２に示されている）エリア３に沿ったロータアセンブリ１３２の一部分の拡大図である。例示的実施形態では、ロータアセンブリ１３２は、ロータアセンブリ１３２を通って軸方向に延在する長手方向軸２０４に外接するロータホイール２０２を含む。
【００１４】
複数のバケット２０６は、ロータホイール２０２に接続され、それぞれ、長手方向軸２０４に対して直角を成す半径方向にロータホイール２０２からアウターケーシング２０８に向かって外側へ放射状に延在する。さらに、各バケット２０６は、基底２１０から先端２１２まで放射状に延在し、前縁２１４から後縁２１６まで軸方向に延在する。基底２１０におけるロックワイヤタブ２２０は、ロータホイール２０２に対してバケット２０６の軸位置を固定する。図２にはバケット２０６は１つしか例示されていないが、ロータアセンブリ１３２は、ロータホイール２０２に接続され、ロータホイール２０２から外側へ半径方向に延在する複数のバケット２０６を含む。したがって、動作中に、ロータホイール２０２およびバケット２０６は、長手方向軸２０４を中心にして同時に回転する。
【００１５】
ロータアセンブリ１３２はまた、以下でさらに詳細に説明されるように、ロックワイヤタブ２２０および／またはバケット２０６のいずれかが何らかの亀裂を発生させたかどうかを判定することを可能にするために、それぞれがロックワイヤタブ２２０および／またはバケット２０６の相対位置を監視する１つまたは複数の隙間センサ２３０を含む。
【００１６】
例示的実施形態では、隙間センサ２３０は、比較的高い温度許容度を有する容量プローブである。したがって、隙間センサ２３０はそれぞれ、検出された容量に基づいて部品の表面までの距離を測定する。代替として、隙間センサ２３０は、ロータアセンブリ１３２が本明細書で説明されているように機能することができるようにする任意の他のタイプのセンサでもよい。例示的実施形態では、隙間センサ２３０は、ロックワイヤタブ２２０および／またはバケット２０６の位置および変位を測定するが、隙間センサ２３０は、ロータアセンブリ１３２が本明細書で説明されているように機能することができるようにするロータアセンブリ１３２における任意の部品の任意の表面および／または特徴の位置および変位を測定することができる。例えば、隙間センサ２３０は、ロックワイヤタブ２２０以外の基底２１０に近接した特徴の位置および変位を測定することができる。
【００１７】
隙間センサ２３０の第１のセンサ２４０は、ロックワイヤタブ２２０の半径方向の位置および変位を測定するように配置される。具体的には、第１のセンサ２４０は、第１のセンサ２４０とロックワイヤタブ２２０の第１の表面２４２との間の半径方向の距離Ｄ1を測定する。第１の表面２４２は、長手方向軸２０４に実質的に平行であり、第１のセンサ２４０は、第１のケーブル２４６によって監視ユニット２４４に接続される。監視ユニット２４４は、以下でさらに詳細に説明されるように、隙間センサ２３０から受信されたデータを処理する。第１のセンサ２４０からの測定値は、第１のケーブル２４６を介して監視ユニット２４４に送信される。第１のケーブル２４６はまた、第１のセンサ２４０に電力を提供することができる。例示的実施形態では、第１のセンサ２４０は、ダイヤフラムシール２４８に接続され、第１のケーブル２４６は、ダイヤフラムシール２４８、静翼、およびアウターケーシング２０８を通過して、監視ユニット２４４に達する。代替として、第１のセンサ２４０および第１のケーブル２４６は、ロータアセンブリ１３２が本明細書で説明されているように機能することができるようにする任意の相対位置および／または配向を有する。
【００１８】
隙間センサ２３０の第２のセンサ２５０は、ロックワイヤタブ２２０の軸方向の位置および変位を測定する。具体的には、第２のセンサ２５０は、第２のセンサ２５０とロックワイヤタブ２２０の第２の表面２５２との間の軸方向の距離Ｄ2を測定する。第２のセンサ２５０は、第２のケーブル２５６によって監視ユニット２４４に接続される。第２のセンサ２５０からの測定値は、第２のケーブル２５６を介して監視ユニット２４４に送信される。第２のケーブル２５６はまた、第２のセンサ２５０に電力を提供することができる。例示的実施形態では、第２のセンサ２５０は、ダイヤフラムシール２４８に接続され、第２のケーブル２５６は、ダイヤフラムシール２４８、静翼、およびアウターケーシング２０８を通過して監視ユニット２４４に達する。代替として、第２のセンサ２５０および第２のケーブル２５６は、ロータアセンブリ１３２が本明細書で説明されているように機能することができるようにする任意の相対位置および／または配向を有する。
【００１９】
第３のセンサ２６０は、前縁２１４に隣接する先端２１２の半径方向の位置および変位を測定する。具体的には、第３のセンサ２６０は、第３のセンサ２６０と先端２１２との間に画定された半径方向の距離Ｄ3を測定する。第３のセンサ２６０は、第３のケーブル２６６によって監視ユニット２４４に接続される。第３のセンサ２６０からの測定値は、第３のケーブル２６６を介して監視ユニット２４４に送信される。第３のケーブル２６６はまた、第３のセンサ２６０に電力を提供することができる。例示的実施形態では、第３のセンサ２６０は、アウターケーシング２０８に接続され、第３のケーブル２６６は、アウターケーシング２０８を通過する。代替として、第３のセンサ２６０および第３のケーブル２６６は、ロータアセンブリ１３２が本明細書で説明されているように機能することができるようにする任意の相対位置および／または配向を有する。
【００２０】
第４のセンサ２７０は、後縁２１６に隣接する先端２１２の半径方向の位置および変位を測定する。具体的には、第４のセンサ２７０は、第４のセンサ２７０と先端２１２との間の半径方向の距離Ｄ4を測定する。第４のセンサ２７０は、第４のケーブル２７６によって監視ユニット２４４に接続される。第４のセンサ２７０からの測定値は、第４のケーブル２７６を介して監視ユニット２４４に送信される。第４のケーブルはまた、第４のセンサ２７０に電力を提供することができる。例示的実施形態では、第４のセンサ２７０は、アウターケーシング２０８に接続され、第４のケーブル２７６は、アウターケーシング２０８を通過する。代替として、第４のセンサ２７０および第４のケーブル２７６は、ロータアセンブリ１３２が本明細書で説明されているように機能することができるようにする任意の相対位置および／または配向を有する。
【００２１】
例示的実施形態では、第１の表面２４２および第２の表面２５２は、ロータアセンブリ１３２が回転するときに実質的に連続しているので、第１のセンサ２４０および第２のセンサ２５０は、振幅変調容量プローブである。振幅変調容量プローブでは、容量プローブの出力電圧は隙間が増大するにつれて増大する。一方、隣接するバケット２０６間の空間のために、先端２１２の表面は、ロータアセンブリ１３２が回転している間、第３のセンサ２６０および第４のセンサ２７０によって測定されるときに連続していない。したがって、例示的実施形態では、第３のセンサ２６０および第４のセンサ２７０は、周波数変調容量プローブである。周波数変調容量プローブでは、容量プローブの出力電圧は隙間が増大するにつれて減少する。振幅変調容量プローブおよび周波数変調容量プローブは、隙間センサ２３０が本明細書で説明されているように機能することができるようにする任意の方法を使用して較正されてよい。
【００２２】
例示的実施形態は４つの隙間センサ２３０を含むが、ロータアセンブリ１３２は、ロータアセンブリ１３２が本明細書で説明されているように機能することができるようにする任意の数の隙間センサ２３０を含んでよい。例示的実施形態では、隙間センサ２３０は、バケット２０６の位置および変位を周期的に測定する。代替として、隙間センサ２３０は、バケット２０６の位置および変位を連続して測定してもよい。さらに、例示的実施形態では、隙間センサ２３０は、ケーブル２４６、２５６、２６６、および２７６を介して測定値を監視ユニット２４４に中継するが、代替として、隙間センサ２３０は、測定値を監視ユニットに無線で送信することができる。
【００２３】
図４は、亀裂がないかロータアセンブリ１３２（図２に示されている）を監視するために使用され得る監視ユニット２４４（図２に示されている）などの例示的監視ユニット４００のブロック図である。監視ユニット４００は、少なくとも１つのメモリデバイス４１０、および命令を実行するためにメモリデバイス４１０に接続されたプロセッサ４１５を含む。いくつかの実施形態では、実行可能な命令は、メモリデバイス４１０に記憶されている。監視ユニット４００は、プログラミングプロセッサ４１５によって本明細書に記載の１つまたは複数の動作を実行する。例えば、プロセッサ４１５は、動作をメモリデバイス４１０内の１つまたは複数の実行可能な命令としてエンコードすることによって、およびこの実行可能な命令を実行することによって、プログラムされてよい。プロセッサ４１５は、１つまたは複数の処理ユニットを（例えば、マルチコア構成で）含んでよい。
【００２４】
メモリデバイス４１０は、実行可能な命令および／または他のデータなどの情報を記憶し取り出すことができるようにする１つまたは複数のデバイスである。メモリデバイス４１０は、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）、ソリッドステートディスク、および／またはハードディスクなどのしかしそれらに限定されない１つまたは複数のコンピュータ可読媒体を含んでよい。メモリデバイス４１０は、限定なしに、アプリケーションソースコード、アプリケーションオブジェクトコード、対象のソースコード部分、対象のオブジェクトコード部分、構成データ、実行イベントおよび／または任意の他のタイプのデータを記憶するように構成されていてもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態では、監視ユニット４００は、プロセッサ４１５に接続された提示インターフェース４２０を含む。提示インターフェース４２０は、ユーザ４２５にアプリケーションソースコードおよび／または実行イベントなどの情報を提示する。例えば、提示インターフェース４２０は、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、および／または「電子インク」ディスプレイなどのディスプレイデバイスに接続可能なディスプレイアダプタ（図示せず）を含んでよい。いくつかの実施形態では、提示インターフェース４２０は、１つまたは複数のディスプレイデバイスを含む。
【００２６】
いくつかの実施形態では、監視ユニット４００は、ユーザ入力インターフェース４３５などの入力インターフェース４３０を含む。例示的実施形態では、ユーザ入力インターフェース４３５は、プロセッサ４１５に接続され、ユーザ４２５からの入力を受信する。ユーザ入力インターフェース４３５は、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、マウス、スタイラス、タッチセンシティブパネル（例えば、タッチパッドまたはタッチスクリーン）、ジャイロスコープ、加速度計、位置検出器、および／またはオーディオユーザ入力インターフェースを含んでよい。タッチスクリーンなどの単一の部品は、提示インターフェース４２０のディスプレイデバイスとしてもユーザ入力インターフェース４３５としても機能することができる。
【００２７】
例示的実施形態では、監視ユニット４００は、プロセッサ４１５に接続された通信インターフェース４４０を含む。通信インターフェース４４０は、１つまたは複数のリモートデバイスと通信する。例示的実施形態では、通信インターフェース４４０は、隙間センサ２３０と通信する。リモートデバイスと通信するために、通信インターフェース４４０は、例えば、有線ネットワークアダプタ、無線ネットワークアダプタ、および／または移動通信アダプタを含んでよい。
【００２８】
隙間センサ２３０からの測定値は、監視ユニット２４４によって受信され、メモリデバイス４１０に記憶される。バケット２０６に亀裂が存在するかどうかを判定するために、プロセッサ４１５は、メモリデバイス４１０に記憶されている測定値を分析し処理する。例示的実施形態では、プロセッサ４１５は、時間の経過につれて隙間センサ２３０ごとの測定値を分析する。代替として、プロセッサ４１５は、バケット２０６における亀裂を検出するのを容易にする任意のやり方で測定値を分析する。
【００２９】
例示的実施形態では、プロセッサ４１５は、隙間センサ２３０ごとの測定値を個別に監視する。例えば、プロセッサ４１５は、第１のセンサ２４０によって測定されたとき、時間の経過に伴う距離Ｄ1を監視することができる。プロセッサ４１５が、距離Ｄ1が時間の経過につれて増大していると判定した場合は、そのような傾向は、ロックワイヤタブの第１の表面２４２が第１のセンサ２４０から離れていっており、したがって、ロックワイヤタブ２２０において亀裂が発生しつつあるおよび／または発生した可能性があることを示す可能性がある。同様に、プロセッサ４１５が、距離Ｄ1が時間の経過につれて減少しつつあると判定した場合は、ロックワイヤタブ２２０において亀裂が発生しつつあるおよび／または発生した可能性がある。したがって、単一の隙間センサ２３０からの測定値が、亀裂の存在および／または位置を判定するために使用され得る。
【００３０】
例示的実施形態では、プロセッサ４１５はまた、複数のセンサ２３０から受信された測定値を比較して、潜在的な亀裂を判定する。具体的には、受信された測定値に基づいて、プロセッサ４１５は、亀裂の軸方向の位置（すなわち、亀裂が前縁２１４の近くにあるか、または後縁２１６の近くにあるか）、ならびに亀裂の半径方向の位置（すなわち、亀裂がロックワイヤタブ２２０にあるか、またはバケット２０６にあるか）を判定することができる。例えば、プロセッサは、第３のセンサ２６０によって測定されたデータを第４のセンサ２７０によって測定されたデータと比較することができる。例えば、距離Ｄ3が時間の経過につれて増大し、一方、距離Ｄ4が時間の経過につれて減少した場合は、そのようなデータは、バケット２０６が前縁２１４の方へ移動または傾斜しつつあることを示す可能性があり、亀裂がバケット後縁２１６に沿って発生した可能性があり得る。同様に、距離Ｄ3が時間の経過につれて減少し、一方、距離Ｄ4が時間の経過につれて増大した場合は、亀裂がバケット前縁２１４に沿って発生した可能性があり得る。さらに他の例では、距離Ｄ3およびＤ4が時間の経過につれて変わったが、距離Ｄ1およびＤ2は不変のままである場合は、バケット２０６に亀裂が発生したが、ロックワイヤタブ２２０には発生していない可能性があり得る。
【００３１】
したがって、隙間センサ２３０からの測定値を分析することによって、プロセッサ４１５は、バケット２０６および／またはロックワイヤタブ２２０における亀裂の存在、ならびに亀裂のおよその位置を判定することができる。すなわち、プロセッサ４１５は、任意の数の隙間センサ２３０の測定値を監視および／または比較して、亀裂の存在および／または位置を判定することができる。例えば、プロセッサ４１５は、第１のセンサ２４０の測定値と第２のセンサ２５０の測定値を比較して、ロックワイヤタブ２２０の中の亀裂の位置を判定することができる。さらに、さらなる分析のために、圧力、温度、および／または振動データなどのロータアセンブリ１３２に関する他のデータを隙間センサ２３０からの測定値と組み合わせることができる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、隙間センサ２３０ごとの基準隙間がメモリデバイス４１０に記憶されている。さらに、各隙間センサ２３０は、複数の動作状況のそれぞれごとに別個の基準隙間を有してよい。動作状況は、例えば、生成された動力、燃料ストローク比率、タービン速度、吸入ガイド静翼角、および推定点火温度などの動作パラメータによって特徴付けられてよい。そのような動作パラメータは、適用可能な動作状況を判定するために監視および記憶されてよい。所与の隙間センサ２３０からの測定値が関連する基準測定値から逸脱した場合は、プロセッサ４１５は、対応する脅威レベルを設定することができる。例えば、一実施形態では、プロセッサ４１５は、測定値が３つ以上の標準偏差だけ基準から逸脱した場合は、小さい「注視」脅威レベルを、測定値が４つ半以上の標準偏差だけ逸脱した場合は、中くらいの「警告」脅威レベルを、および測定値が６つ以上の標準偏差だけ逸脱した場合は、大きな「アラート」脅威レベルを生成することができる。脅威レベルの閾値はまた、ロータアセンブリ１３２の有限要素モデリングおよび／または観察によって決められてよい。適切なアラートは、脅威レベルに基づいてプロセッサ４１５によって生成されることが可能である。さらに、複数のセンサ２３０からのアラートを組み合わせて、ロータアセンブリ１３２のための複合アラートを生成することが可能である。
【００３３】
例示的実施形態では、プロセッサ４１５が本明細書に記載の方法の１つまたは複数を使用して隙間センサ２３０からの測定値を分析することによってバケット２０６における亀裂を検出した場合は、プロセッサ４１５は、オペレータに亀裂の可能性を通知するためにアラートを生成する。アラートは、ユーザ４２５に亀裂の存在および／または位置を通知する任意のオーディオおよび／またはビジュアル指示を含んでよい。例えば、アラートは、提示インターフェース４２０によって生成された音、ならびに／または提示インターフェース４２０上に表示されたアイコン、記号、および／もしくはメッセージのうちの少なくとも１つを含んでよい。アラートはまた、モバイルデバイスに送信される電子アラート（例えば、テキストメッセージ）でもよい。
【００３４】
プロセッサ４１５はまた、隙間センサ２３０からの測定値を分析することによってロータアセンブリ１３２における亀裂以外の異常を検出するために使用可能である。例えば、第１のセンサ２４０および／または第２のセンサ２５０からの測定値を分析することによって、プロセッサ４１５は、ロックワイヤタブ２２０が故障していること、および／またはロックワイヤタブ２２０のロックワイヤがスリップしたことを判定することができる。上記と同様に、プロセッサ４１５がロックワイヤタブ２２０の１つまたは複数の部品の故障を検出した場合は、プロセッサ４１５は対応するアラートを生成することができる。アラートを受信したオペレータは、ロータアセンブリ１３２に対する損傷を防止するために適切なアクションを取ることができる。
【００３５】
本明細書に記載の諸実施形態は、ガスタービンのロータアセンブリにおける亀裂を正確に識別することができるようにする。複数の隙間センサは、ロータアセンブリの部品までの距離を周期的に測定する。より具体的には、少なくとも１つのセンサが、センサとロックワイヤタブの表面との間の距離を測定する。複数の隙間センサによって測定された測定値は、その測定値を使用して、何らかの亀裂が存在するかどうかを判定する監視ユニットに送信される。監視ユニットはまた、少なくとも２つの隙間センサからの測定値を比較して、部品における亀裂の位置を判定することができる。
【００３６】
少なくともいくつかの知られている監視システムと比較すると、本明細書に記載の監視システムは、ロータアセンブリが動作中に（すなわち、オンライン中に）ロータアセンブリにおける亀裂を識別することができるようにする。さらに、少なくともいくつかの知られている監視システムは、亀裂の存在を判定することはできるが、亀裂の位置を判定することはできない。それとは対照的に、本明細書に記載の諸実施形態は、亀裂の存在および位置の判定を可能にする。さらに、ブレード隙間のみを測定する少なくともいくつかの知られている監視システムとは異なり、本明細書に記載の監視システムはまた、ロックワイヤタブの隙間を正確に測定する。
【００３７】
本明細書に記載の方法およびシステムは、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されない。例えば、各システムの部品および／または各方法のステップは、本明細書に記載の他の部品および／またはステップから独立しておよび別々に使用および／または実行されてよい。さらに、各部品および／またはステップはまた、他のシステム、装置、および方法を用いて使用および／または実行されてよい。
【００３８】
本明細書は、ベストモードを含めて、本発明を開示するために、さらに、当業者なら誰でも任意のデバイスまたはシステムを作成し使用すること、および任意の組み込まれた方法を実施することを含めて本発明を実施することができるようにするために、例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって定義され、当業者に思いつかれる他の例を含んでよい。そのような他の例は、請求項の文字言語と異ならない構造要素を有する場合、または請求項の文字言語と実質的に異ならない同等の構造要素を含む場合は、請求項の範囲内にあるものとする。
【００３９】
本発明は様々な特定の実施形態の点から説明されてきたが、本発明は、請求項の趣旨および範囲内の変更形態を用いて実施されてよいことを当業者は理解するであろう。
【符号の説明】
【００４０】
１００ タービンエンジン
１１２ 取入れ部
１１４ コンプレッサ部
１１６ 燃焼器部
１１８ タービン部
１２０ 排気部
１２２ ロータ軸
１２４ 燃焼器
１２６ 燃料噴射アセンブリ
１２８ 負荷
１３０ ロータディスクアセンブリ
１３２ ロータアセンブリ
２０２ ロータホイール
２０４ 長手方向軸
２０６ バケット
２０８ アウターケーシング
２１０ 基底
２１２ 先端
２１４ 前縁
２１６ 後縁
２２０ ロックワイヤタブ
２３０ 隙間センサ
２４０ 第１のセンサ
２４２ 第１の表面
２４４ 監視ユニット
２４６ 第１のケーブル
２４８ ダイヤフラムシール
２５０ 第２のセンサ
２５２ 第２の表面
２５６ 第２のケーブル
２６０ 第３のセンサ
２６６ 第３のケーブル
２７０ 第４のセンサ
２７６ 第４のケーブル
４００ 監視ユニット
４１０ メモリデバイス
４１５ プロセッサ
４２０ 提示インターフェース
４２５ ユーザ
４３０ 入力インターフェース
４３５ ユーザ入力インターフェース
４４０ 通信インターフェース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータアセンブリ（１３２）の動作を監視する際に使用するためのシステムであって、
ロックワイヤタブ（２２０）の表面（２４２、２５２）との間の距離を測定するように構成された少なくとも第１の隙間センサ（２４０、２５０）を備えた複数の隙間センサ（２３０）と、
前記複数の隙間センサに接続された監視ユニット（２４４）と
を備え、前記監視ユニットは、
前記複数の隙間センサから測定値を受信し、
前記受信された測定値に基づいて前記ロータアセンブリに亀裂が存在するかどうかを判定するように構成されている、
システム。
【請求項２】
前記第１のセンサ（２４０）は、前記第１のセンサと前記ロータアセンブリ（１３２）の長手方向軸（２０４）に実質的に平行な前記ロックワイヤタブ（２２０）の表面（２４２）との間の距離を測定するように配置されたセンサを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記第１のセンサ（２５０）は、前記センサと前記ロータアセンブリの長手方向軸（２０４）に対して実質的に直角を成す前記ロックワイヤタブ（２２０）の表面（２５２）との間の距離を測定するように配置されたセンサを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記複数の隙間センサ（２３０）は、前記ロータアセンブリ（１３２）に接続されたバケット（２０６）の表面（２１２）との間の距離を測定するように配置された少なくとも第２のセンサ（２６０、２７０）をさらに備える、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記第２のセンサ（２６０）は、前記第２のセンサと前記バケット（２０６）の前縁（２１４）に隣接する前記バケット（２０６）の先端（２１２）との間の距離を測定するように配置されたセンサを備える、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記第２のセンサ（２７０）は、前記第２のセンサと前記バケット（２０６）の後縁（２１６）に隣接する前記バケット（２０６）の先端（２１２）との間の距離を測定するように配置されたセンサを備える、請求項４記載のシステム。
【請求項７】
前記監視ユニット（２４４）は、前記複数の隙間センサ（２３０）のうちの少なくとも２つからの測定値を比較して、前記ロータアセンブリ（１３２）における亀裂の位置を判定するようにさらに構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記監視ユニット（２４４）は、亀裂が検出されるとアラートを生成するように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
ロータアセンブリ（１３２）の動作を監視する際に使用するための監視ユニット（４００）であって、
ロックワイヤタブ（２２０）の表面（２４２、２５２）との間の距離を測定するように構成された少なくとも第１のセンサ（２４０、２５０）を含む複数の隙間センサ（２３０）から受信された測定値を記憶するように構成されたメモリデバイス（４１０）と、
前記メモリデバイスに接続され、前記記憶されている測定値に基づいて前記ロータアセンブリに亀裂が存在するかどうかを判定するように構成された処理デバイス（４１５）と
を備える監視ユニット（４００）。
【請求項１０】
前記メモリデバイス（４１０）は、第１のセンサ（２４０）と、前記ロータアセンブリ（１３２）の長手方向軸（２０４）に実質的に平行である前記ロックワイヤタブ（２２０）の表面（２４２）との間の距離を測定するように配置された前記第１のセンサからの測定値を記憶するように構成されている、請求項９記載の監視ユニット（４００）。
【請求項１】
ロータアセンブリ（１３２）の動作を監視する際に使用するためのシステムであって、
ロックワイヤタブ（２２０）の表面（２４２、２５２）との間の距離を測定するように構成された少なくとも第１の隙間センサ（２４０、２５０）を備えた複数の隙間センサ（２３０）と、
前記複数の隙間センサに接続された監視ユニット（２４４）と
を備え、前記監視ユニットは、
前記複数の隙間センサから測定値を受信し、
前記受信された測定値に基づいて前記ロータアセンブリに亀裂が存在するかどうかを判定するように構成されている、
システム。
【請求項２】
前記第１のセンサ（２４０）は、前記第１のセンサと前記ロータアセンブリ（１３２）の長手方向軸（２０４）に実質的に平行な前記ロックワイヤタブ（２２０）の表面（２４２）との間の距離を測定するように配置されたセンサを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記第１のセンサ（２５０）は、前記センサと前記ロータアセンブリの長手方向軸（２０４）に対して実質的に直角を成す前記ロックワイヤタブ（２２０）の表面（２５２）との間の距離を測定するように配置されたセンサを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記複数の隙間センサ（２３０）は、前記ロータアセンブリ（１３２）に接続されたバケット（２０６）の表面（２１２）との間の距離を測定するように配置された少なくとも第２のセンサ（２６０、２７０）をさらに備える、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記第２のセンサ（２６０）は、前記第２のセンサと前記バケット（２０６）の前縁（２１４）に隣接する前記バケット（２０６）の先端（２１２）との間の距離を測定するように配置されたセンサを備える、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記第２のセンサ（２７０）は、前記第２のセンサと前記バケット（２０６）の後縁（２１６）に隣接する前記バケット（２０６）の先端（２１２）との間の距離を測定するように配置されたセンサを備える、請求項４記載のシステム。
【請求項７】
前記監視ユニット（２４４）は、前記複数の隙間センサ（２３０）のうちの少なくとも２つからの測定値を比較して、前記ロータアセンブリ（１３２）における亀裂の位置を判定するようにさらに構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記監視ユニット（２４４）は、亀裂が検出されるとアラートを生成するように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
ロータアセンブリ（１３２）の動作を監視する際に使用するための監視ユニット（４００）であって、
ロックワイヤタブ（２２０）の表面（２４２、２５２）との間の距離を測定するように構成された少なくとも第１のセンサ（２４０、２５０）を含む複数の隙間センサ（２３０）から受信された測定値を記憶するように構成されたメモリデバイス（４１０）と、
前記メモリデバイスに接続され、前記記憶されている測定値に基づいて前記ロータアセンブリに亀裂が存在するかどうかを判定するように構成された処理デバイス（４１５）と
を備える監視ユニット（４００）。
【請求項１０】
前記メモリデバイス（４１０）は、第１のセンサ（２４０）と、前記ロータアセンブリ（１３２）の長手方向軸（２０４）に実質的に平行である前記ロックワイヤタブ（２２０）の表面（２４２）との間の距離を測定するように配置された前記第１のセンサからの測定値を記憶するように構成されている、請求項９記載の監視ユニット（４００）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−９６９８９（Ｐ２０１３−９６９８９Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２３４２４８（Ｐ２０１２−２３４２４８）
【出願日】平成２４年１０月２４日（２０１２．１０．２４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月２４日（２０１２．１０．２４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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