(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械のロータとステータとの間の間隙を計測及び調整するための方法であって、
前記間隙（Ｒ）が、少なくとも１つのセンサ（２２）によって計測された現在の間隙（Ｒ）のうち一の間隙の少なくとも１つの間隙寸法に従って調整され、
前記ロータが、前記ターボ機械（１０，３０）を動作させることなく、定格回転速度より低い回転速度で動作している間に、計測が実施される前記方法において、
前記少なくとも１つのセンサ（２２）が、前記ターボ機械（１０，３０）の動作中において前記少なくとも１つのセンサ（２２）の領域で発生する動作温度に対する耐熱性を有しておらず、前記計測が完了した後に、前記ターボ機械が、前記少なくとも１つのセンサ（２２）が前記ターボ機械内に配置されている状態で動作されることを特徴とする方法。
【請求項２】
タービン（３０）及び／又は圧縮機（１０）において、少なくとも１つのラジアル方向間隙（Ｒ）の前記間隙寸法を計測するために利用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ターボ機械（１０，３０）を動作させる前に、及び／又は、点検後に前記ターボ機械（１０，３０）を初始動させる前に、実施されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記ロータの回転速度が、前記間隙寸法を計測する際に、毎分１２０回転より低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記ターボ機械が、貫流可能な軸流式ターボ機械として構成されており、前記ロータと前記ステータとの間の前記間隙が、ロータブレード（１２）と流路壁（１６）との間に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫流可能な軸流式ターボ機械のロータブレードのブレード翼先端部と流路壁との間のラジアル方向間隙を調整するための方法であって、少なくとも１つのセンサによって計測された現在のラジアル方向間隙のうち一のラジアル方向間隙の寸法に従って、ラジアル方向間隙を調整する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような方法は、例えば特許文献１に開示されている。このために、ガスタービンの動作中に通過するロータブレードそれぞれについてのブレード翼先端部からの距離を検知可能な、容量型センサが、流路の境界を形成するタービンのハウジング内に配置されている。過剰に大きいラジアル方向間隙が検出された場合には、液圧アクチュエータによって、錘状のハウジングが、当該ラジアル方向間隙を低減するためにアキシアル方向に移動される。しかしながら、ハウジングの周上に設けられたセンサそれぞれが一の計測点のみで検出可能であるので、少なくとも４つのセンサが段毎に必要となる点において不利である。また、４つのセンサを利用したとしても、周上における間隙の分布に関する予測が粗くなるにすぎない。従って、計測点同士のラジアル方向間隙は補完されるか、又は見積もられるにすぎない。このような解決手段のさらなる欠点は、センサを確実に固定することに起因して、構造が比較的複雑且つ高価になることである。このことは、ガスタービンの動作中にラジアル方向間隙が検出されること、及び、センサがガスタービンの運転中に発生する温度に対して永続的に耐性を有しているようにセンサを冷却する必要があることに起因する。
【０００３】
また、ターボ機械の動作中ではなく、ターボ機械の運転前後に、このような計測を実施することは、特許文献２及び特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４８０４９０５号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第０８０６６８０号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第２４６０２４８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、対向配置されているロータブレードのブレード翼先端部と流路壁との間に形成されたラジアル方向間隙を比較的小さくすることによってターボ機械の効率を改善するように、極めて小さな手段を具備したハウジングの全周に亘ってラジアル方向間隙を計測可能な方法を提供することである。本発明のさらなる目的は、ターボ機械の有用性を高めるように、ターボ機械の組立又は点検中にラジアル方向間隙を調整するための、効率的で時間を節約する方法を提供することである。
【０００６】
方法に関連する目的は、ターボ機械の運転中にセンサの近傍で発生する運転温度に対する耐熱性を有していない少なくとも１つのセンサであって、ターボ機械の計測が完了した後にターボ機械内のセンサと共に動作される少なくとも1つのセンサによって達成される。この場合における当該方法は、ターボ機械を組み立てる際に必要な間隙を計測及び調整するのに極めて優位である。ターボ機械の組み立てにおいて、完全に組み立てられた状態における間隙の計測が必要とされる。連続的なラジアル方向間隙を調整するために、外側からアクセスすることも装置を利用することもできないからである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の特別な利点は、利用するセンサは、通常の周囲温度においてのみ動作すれば良いので、単純且つ安価に構成されていることである。従って、最大許容動作温度は、ターボ機械が配置されている位置においてターボ機械動作中に発生する温度を大きく下回っている。間隙の寸法を計測し、所望の間隙の寸法を設定した後であっても、当面、センサはターボ機械内に配置された状態を維持している。その後に、ターボ機械は、温度耐性を有していないセンサを据え付けたにも関わらず、通常の方法で動作される。センサは、そのプロセス中に破壊されるので、非従来の方法でターボ機械から取り除かれる。センサの取り外しに時間を要しないので、利用可能性が著しく高められる。
【０００８】
当該方法によって、ターボ機械は、ラジアル方向間隙が可能な限り正確な、さもなければ製造誤差を考慮して実際に一層大きな状態で組立可能とされる。好ましくは、当該方法は、タービン、ガスタービン、又は圧縮機として構成されているターボ機械内においてラジアル方向間隙を計測するために利用される。
【０００９】
この場合には、ターボ機械の動作によって、このことがその間にも通常の方法で利用されることが理解される。ガスタービンすなわちターボ機械が動作することなく、ラジアル方向間隙が計測された場合には、このことは、詳しくは、例えばターボ機械がタービン又はガスタービンとして構成されている場合に高温の動作媒体がその流路を通じて流れないことを意味する。圧縮機に関して、このことは、動作中に発生する温度が所定の基準値に到達しないことを意味する。概して、利用されるセンサが特に温度（最大８０℃の温度）に関する耐性を有している必要がないように、必要なラジアル間隙の計測が室温で実施される。
【００１０】
発電のためのガスタービンの公称回転速度は、例えば（５０Ｈｚの周波数で）毎分３０００回転又は（６０Ｈｚの周波数で）毎分３６００回転である。本発明における方法では、ロータの回転速度（ロータの回転速度）は、ターボ機械の公称回転速度より著しく低い。回転速度は、好ましくは、いわゆるブレードのラットリング速度を上回るように選択されるので、この場合には、ブレードは、計測中にその動作速度に到達する。この結果として、間隙が計測された場合における機能障害（例えばかなり緩く着座されたロータブレードの低回転速度におけるラットリング）が防止されるので、これにより実際の機能的な間隙が決定される。回転速度は毎分１２０回転以下である。しかしながら、毎分１２０回転より高い回転速度が除外される訳ではない。
【００１１】
これにより、時間解像度が比較的低い、特に安価なセンサを利用することができる。
【００１２】
本発明は、運転中に、すなわちターボ機械の動作中にターボ機械のラジアル方向間隙が連続的に計測も調整もされず、ターボ機械の組立中の、例えば再組立の際や検査後の一度きりの計測及び調整に基づくにすぎないので、センサの温度耐性が必要とされないという知見に基づいている。組立中におけるラジアル方向間隙の一度きりの調整のために、ターボ機械の流路の流路壁又はハウジングとロータブレードのブレード翼の先端が、互いに異なる位置に配置されている場合がある。位置決めは、例えば異なる厚さのシムや対応して調整可能なガイドシステムを利用することによって実施される。ターボ機械のラジアル方向間隙は、最初の組立の際にのみ、又はターボ機械のメンテナンスそれぞれの後に再調整される必要があるので、この目的を達成するために利用されるセンサは、室温に対する耐性のみを有していれば十分であり、ターボ機械の動作中において計測点において発生する温度に対する耐性を有している必要がない。
【００１３】
本発明の利点は、このようなセンサが、限界温度を超えた場合に、特に塵粒子の大きさの粒子に分裂する材料から成る製造物形態で利用可能とされることである。従って、ラジアル方向間隙を計測した後に、利用されるセンサは、ターボ機械内部に残存しており、整備工によって取り外す必要はない。このことは、組立コストを節約し、ターボ機械の製造時間又は休止時間を低減することができる。その後に、例えばターボ機械の動作中に塵粒子の大きさの粒子への分裂が発生する。この場合には、力が発生した後に、温度が動作条件及びセンサの温度を大きく超えて、ターボ機械はバラバラに破壊される。その後に、粒子は、媒体と共にターボ機械から流出する。
【００１４】
さらなる本質的な利点は、センサを構成部品に、例えばロータブレードに埋設する必要がないことである。むしろ、センサは、その大きさとは無関係に、ロータブレードの表面に取付及び固定されている。ターボ機械は、その据付中に通常状態で動作しないからである。
【００１５】
提案する方法及び提案する装置は、整備工のためのアクセス可能性が考慮されていないブレードリング、又は軸流式ターボ機械の構成を考慮すればアクセス困難なブレードリングにとって特に有用である。
【００１６】
結論として、ターボ機械のブレードリングそれぞれの少なくとも１つのブレードにセンサが装着されている場合があり、その結果として、全周（３６０°）のラジアル方向間隙の間隙寸法が、ブレードリングそれぞれについて決定可能とされる。計測点を数カ所に低減することができる。
【００１７】
本発明のさらなる利点は、センサが耐摩耗性を有している必要がないことである。特に、このことは、センサが低回転数における間隙寸法を決定することができる場合や結果として所望の間隙の設定を信頼性を持って調整することができる場合には十分である。
【００１８】
全般的に、センサは、ターボ機械の動作前に一度きりの要求に従って利用される使い捨てセンサとして仮想的に機能し、その後に熱破壊によってターボ機械から取り除かれる。センサの取り外しを省略することによって、ターボ機械の有用性を高めることができる。さらに、正確に設定された寸法は、ターボ機械の動作中における流動損失を制限することができる。
【００１９】
好ましくは、センサはロータブレードに配置されている。この結果として、当該ラジアル方向間隙が、全回転中に亘って検出可能となり、これにより一層正確にハウジングないにおけるロータの位置を示すことができる。言い換えれば、センサのいずれの角位置についても（全周に亘って）、ラジアル方向間隙の間隙寸法が検出可能とされる。
【００２０】
好ましくは、センサがＲＦＩＤセンサとして構成されており、この結果として、ガスタービンの検出されたラジアル方向間隙を、又はラジアル方向間隙を表わす計測値を、固定された評価ユニットに無線通信することができる。
【００２１】
当然ながら、本発明に係る技術的思想は、ステータとロータとの間におけるラジアル方向間隙は必要に応じて小さくすべきである、例えば発電機のようなターボ機械以外の技術分野においても利用可能である。これとは無関係に、アキシアル方向の間隙を決定するための方法又は装置を利用することも想到される。
【００２２】
全般的に、本明細書は、ターボ機械を組み立てる際にロータブレードのブレード翼の先端と流路壁との間に存在するターボ機械のラジアル方向間隙を調整するための方法とを開示する。ターボ機械では、ラジアル方向間隙が、ターボ機械を動作させる前に検出され、ラジアル方向間隙を形成する構成部品が、所定の許容可能なラジアル方向間隙が組立中に設定されるように、互いに対して固定された状態で配置されている。ターボ機械の動作中に連続的に調整するという意味において、動作中のラジアル方向間隙を最小化することは予定されていない。
【００２３】
添付図面を参照しつつ、本発明について以下に詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】圧縮機の流路の長手方向断面図である。
【図２】圧縮機の流路の横断面図である。
【図３】タービンの流路の長手方向断面図である。
【図４】タービンの流路の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、圧縮機１０の長手方向断面の詳細図である。圧縮機１０は、貫流可能な軸流式ターボ機械に分類されるが、ラジアル方向に延在するようにロータに配置されているロータブレード１２を有しており、ロータは、図示しないが、リングを形成している。ロータブレード１２は、露出されており、ラジアル方向間隙を形成するように、流路壁１６に対向して配置されているブレード翼先端部１４を具備して構成されている。流路壁１６は、ターボ機械軸線１８に対して同心に形成されており、ラジアル方向外側において圧縮機１０の流路２０の境界を形成している。圧縮機１０によって、圧縮されるべき媒体が流路２０内に送り込まれる。この場合には、流路壁１６は略テーパ状に形成されている。センサ２２が、ロータブレード１２のブレード翼の先端部側に設けられている。
【００２６】
この場合には、センサ２２は、例えばフィルム２６上に配置されている送受信ユニット２４を備えている。さらに、ストリップ状の導電体２８がフィルム２６上に取り付けられており、送受信ユニット２４に電気的に接続されている。この場合には、センサ２２は、ロータブレード１２のブレード翼先端部１４を越えて突出しており、運転中において流路壁１６に当接している。図２の断面図に表わすように、センサ２２は、特にセンサ２２のストリップ状の導電体２８は接線方向に屈曲されており、ストリップ状の導電体２８の屈曲はブレード翼先端部１４と流路壁１６との間の距離に依存している。導電体２８の電気特性は、導電体２８の湾曲の程度に依存して変化する。この電気特性が、又はこの電気特性に依存する値が送受信ユニット２４によって検出される。従って、電気特性の値は、ラジアル方向間隙Ｒについての寸法として利用される。従って、センサ２２によって検出された導電体２８の湾曲が電気的な値に変換され、センサ２２が、送受信ユニット２４を利用することによって、当該電気的な値を静止状態で配置された評価及び受信をするユニット（図示しない）に送信する。この場合には、センサ２２は、例えばＲＦＩＤセンサのような送受信ユニット２４を介して給電される。このようにして検出されたラジアル方向間隙の寸法を利用することによって、ロータブレード１２のブレード翼先端部１４に対する流路壁の相対的な位置が、所望のラジアル方向間隙が全周（３６０°）に亘って形成されるように、上述のシム又は調整システムを介して調整可能とされる。ラジアル方向間隙を計測し、ラジアル方向間隙を所望の間隙寸法に調整完了した後に、圧縮機１０は、センサ２２が圧縮機１０内に配置された状態で動作される。この際に、センサの領域において、センサ２２の最大許容動作温度を遥かに超えた動作温度が発生する。センサ２２は耐熱性を有していないので、センサ２２は破壊される。センサ２２は小さい断片に分裂するので、センサ２２は、整備員がセンサ２２の除去に関して作業時間を費やす必要なく、安全且つ容易にターボ機械から除去可能とされる。
【００２７】
図３及び図４は、本発明の代替的な実施例を表わす。図３は、タービン３０として構成されているターボ機械の長手方向断面図である。図４は、タービン３０の対応する断面図である。この場合には、圧縮機１０及びタービン３０の互いに対応する構成部品には、同一の参照符号が付されている。図３及び図４に表わす第２の実施例におけるセンサ２２は、図１及び図２に表わす第１の実施例に対応しており、プラスチック製フィルム上に蒸着されたストリップ状の導電体２８を有している。しかしながら、第２の実施例では、プラスチック製フィルムは、ループ３８として形成されており、ループ３８上に蒸着されたストリップ状の導電体２８の電気抵抗は、圧縮／変形に従って変化する。従って、電気抵抗の変化は、互いに対向配置されているブレード翼先端部１４と流路壁１６との間のラジアル方向間隙Ｒについての変化の程度を表わす。センサ２２によって検出されたラジアル方向間隙Ｒの寸法が、すなわちラジアル方向間隙Ｒを示す電圧の値が、センサ２２に一体化されたアンテナ２４を介して、受信、評価、及び表示をするための静置された外部装置（図示しない）に向かって発信される。
【００２８】
この場合には、センサ２２は、内蔵式小型バッテリを介して、又はセンサ２２自体の変形によって給電される。また、当該実施例では、ＲＦＩＤ技術として知られている電気エネルギの供給手段を利用することができる。
【００２９】
センサ２２のアンテナ２４は、アンテナ２４による直接的な送信を最良に且つ確実に実施するために、ロータブレード１２の負圧側又は正圧側に固着されている。
【００３０】
上述の２つの実施例では、測定結果を連続的に検出及び送信することができる。すなわち、上述の２つの実施例では、ラジアル方向間隙Ｒの間隙寸法を示す物理的な値を評価及び表示をするための外部装置に送信することができる。結論として、ターボ機械１０，３０の組立又は最終検査の際に、すなわち、低温状態や作用する遠心力が非常に小さい場合であっても、本発明におけるセンサ２２によって、ロータブレード１２のブレード翼先端部１４と流路の外壁１６との間におけるラジアル方向間隙Ｒの間隙寸法を検出することができる。ターボ機械１０，３０は、ラジアル方向間隙を連続的に調整するための装置を有していないので、利用されるセンサ２２は、当該センサがターボ機械１０，３０の動作中に取り付けられている対応する位置で発生する温度に対する、耐熱性を有している必要がない。
【符号の説明】
【００３１】
１０  圧縮機
１２  ロータブレード
１４  ブレード翼先端部
１６  流路壁
１８  ターボ機械軸線
２０  流路
２２  センサ
２４  送受信ユニット（アンテナ）
２６  フィルム
２８  ストリップ状の導電体
Ｒ  ラジアル方向間隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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