(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータを覆うケーシングに固定設置され、前記ロータの回転軸回りに回転する動翼とのクリアランスに応じた静電容量を検出可能なセンサが、前記ロータの回転軸方向の異なる位置に複数配されてなるセンサ部と、
複数の前記センサに検出された複数の静電容量に基づいて特定される特定値と、当該センサに検出された静電容量と、に基づいて、前記ケーシングと前記動翼とのクリアランスを特定するクリアランス特定部と、
複数の前記センサに検出された複数の静電容量に基づいて、前記動翼の前記回転軸方向のずれ幅を前記特定値として特定するずれ幅特定部と、
を備え、
前記クリアランス特定部は、
前記ずれ幅特定部が特定したずれ幅と、前記センサに検出された静電容量と、に基づいて、前記ケーシングと前記動翼とのクリアランスを特定し、
前記ずれ幅特定部は、
少なくとも２つの前記静電容量の比又は差に基づいて前記ずれ幅を特定する
クリアランス計測装置。
【請求項２】
前記クリアランス特定部は、
前記動翼と前記センサとの前記回転軸方向の相対的位置と、前記動翼と前記センサとのクリアランスに応じた静電容量と、の対応関係が記録された対応テーブルを有する
ことを特徴とする請求項１に記載のクリアランス計測装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２の何れか一項に記載のクリアランス計測装置と、
前記ロータ及び前記ケーシングと、
を備える回転機械。
【請求項４】
ロータを覆うケーシングに固定設置され、前記ロータの回転軸回りに回転する動翼とのクリアランスに応じた静電容量を検出可能なセンサが、前記ロータの回転軸方向の異なる位置に複数配されてなるセンサ部を用いたクリアランス計測方法であって、
複数の前記センサに検出された複数の静電容量に基づいて特定される特定値と、当該センサに検出された静電容量と、に基づいて、前記ケーシングと前記動翼とのクリアランスを特定するクリアランス特定ステップと、
複数の前記センサに検出された複数の静電容量に基づいて、前記動翼の前記回転軸方向のずれ幅を前記特定値として特定するずれ幅特定ステップと、
を有し、
前記クリアランス特定ステップにおいて、
前記ずれ幅特定部が特定したずれ幅と、前記センサに検出された静電容量と、に基づいて、前記ケーシングと前記動翼とのクリアランスを特定し、
前記ずれ幅特定ステップにおいて、
少なくとも２つの前記静電容量の比又は差に基づいて前記ずれ幅を特定する
ことを特徴とするクリアランス計測方法。
【請求項５】
ロータを覆うケーシングに固定設置され、前記ロータの回転軸回りに回転する動翼とのクリアランスに応じた静電容量を検出可能なセンサが、前記ロータの回転軸方向の異なる位置に複数配されてなるセンサ部を備えるクリアランス計測装置のコンピュータを、
複数の前記センサに検出された複数の静電容量に基づいて特定される特定値と、当該センサに検出された静電容量と、に基づいて、前記ケーシングと前記動翼とのクリアランスを特定するクリアランス特定手段、
複数の前記センサに検出された複数の静電容量に基づいて、前記動翼の前記回転軸方向のずれ幅を前記特定値として特定するずれ幅特定手段、
として機能させ、
前記クリアランス特定手段は、
前記ずれ幅特定部が特定したずれ幅と、前記センサに検出された静電容量と、に基づいて、前記ケーシングと前記動翼とのクリアランスを特定し、
前記ずれ幅特定手段は、
少なくとも２つの前記静電容量の比又は差に基づいて前記ずれ幅を特定する
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリアランス計測装置、回転機械、クリアランス計測方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンロータの動翼とタービンケーシングとのクリアランスを、静電容量式のセンサを用いて計測するクリアランス計測方法及びこれを用いたガスタービンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０８２７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガスタービンの動翼は、回転の遠心方向の変化に加え、スラスト力、ロータ熱伸び等によって、回転軸方向にもその位置を変化させる場合がある。一方、動翼は、例えば、その延伸方向の中央付近から両端にかけて翼厚が薄くなるように形成される。したがって、センサの設置位置に対して回転軸方向に動翼の先端面の相対的位置が変化する場合、その翼厚の変化によって対向面積も変化する場合がある。すなわち、遠心方向のクリアランスの変化による静電容量の変化分に、対向面積が変化することによる静電容量の変化分が加算されることになり、クリアランスの測定精度が低下することになる。
【０００５】
本発明の目的は、上記課題に鑑みてなされたものであって、クリアランスの測定精度を向上できるクリアランス計測装置、回転機械、クリアランス計測方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、ロータを覆うケーシングに固定設置され、前記ロータの回転軸回りに回転する動翼とのクリアランスに応じた静電容量を検出可能なセンサが、前記ロータの回転軸方向の異なる位置に複数配されてなるセンサ部と、複数の前記センサに検出された複数の静電容量に基づいて特定される特定値と、当該センサに検出された静電容量と、に基づいて、前記ケーシングと前記動翼とのクリアランスを特定するクリアランス特定部と、複数の前記センサに検出された複数の静電容量に基づいて、前記動翼の前記回転軸方向のずれ幅を前記特定値として特定するずれ幅特定部と、を備え、前記クリアランス特定部は、前記ずれ幅特定部が特定したずれ幅と、前記センサに検出された静電容量と、に基づいて、前記ケーシングと前記動翼とのクリアランスを特定し、前記ずれ幅特定部は、少なくとも２つの前記静電容量の比又は差に基づいて前記ずれ幅を特定するクリアランス計測装置である。
【０００９】
また、本発明の一態様は、上述のクリアランス計測装置において、前記クリアランス特定部が、前記動翼と前記センサとの前記回転軸方向の相対的位置と、前記動翼と前記センサとのクリアランスに応じた静電容量と、の対応関係が記録された対応テーブルを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の一態様は、上述のクリアランス計測装置と、前記ロータ及び前記ケーシングと、を備える回転機械である。
【００１１】
また、本発明の一態様は、ロータを覆うケーシングに固定設置され、前記ロータの回転軸回りに回転する動翼とのクリアランスに応じた静電容量を検出可能なセンサが、前記ロータの回転軸方向の異なる位置に複数配されてなるセンサ部を用いたクリアランス計測方法であって、複数の前記センサに検出された複数の静電容量に基づいて特定される特定値と、当該センサに検出された静電容量と、に基づいて、前記ケーシングと前記動翼とのクリアランスを特定するクリアランス特定ステップと、複数の前記センサに検出された複数の静電容量に基づいて、前記動翼の前記回転軸方向のずれ幅を前記特定値として特定するずれ幅特定ステップと、を有し、前記クリアランス特定ステップにおいて、前記ずれ幅特定部が特定したずれ幅と、前記センサに検出された静電容量と、に基づいて、前記ケーシングと前記動翼とのクリアランスを特定し、前記ずれ幅特定ステップにおいて、少なくとも２つの前記静電容量の比又は差に基づいて前記ずれ幅を特定することを特徴とするクリアランス計測方法である。
【００１２】
また、本発明の一態様は、ロータを覆うケーシングに固定設置され、前記ロータの回転軸回りに回転する動翼とのクリアランスに応じた静電容量を検出可能なセンサが、前記ロータの回転軸方向の異なる位置に複数配されてなるセンサ部を備えるクリアランス計測装置のコンピュータを、複数の前記センサに検出された複数の静電容量に基づいて特定される特定値と、当該センサに検出された静電容量と、に基づいて、前記ケーシングと前記動翼とのクリアランスを特定するクリアランス特定手段、複数の前記センサに検出された複数の静電容量に基づいて、前記動翼の前記回転軸方向のずれ幅を前記特定値として特定するずれ幅特定手段、として機能させ、前記クリアランス特定手段は、前記ずれ幅特定部が特定したずれ幅と、前記センサに検出された静電容量と、に基づいて、前記ケーシングと前記動翼とのクリアランスを特定し、前記ずれ幅特定手段は、少なくとも２つの前記静電容量の比又は差に基づいて前記ずれ幅を特定するプログラムである。
【発明の効果】
【００１３】
上述のクリアランス計測装置、回転機械、クリアランス計測方法及びプログラムによれば、クリアランスの測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係るガスタービンの概要を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係るガスタービンの構造の一部を詳細に示す図である。
【図３】第１の実施形態に係るセンサ部の構造を説明する図である。
【図４】第１の実施形態に係るクリアランス計測装置の機能構成を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係るセンサ部の特性を説明する第１の図である。
【図６】第１の実施形態に係るセンサ部の特性を説明する第２の図である。
【図７】第１の実施形態に係る動翼の回転軸方向のずれ幅を説明する図である。
【図８】第１の実施形態に係るＣＰＵの処理手順を示すフローチャート図である。
【図９】第１の実施形態に係るずれ幅特定部の機能を説明する図である。
【図１０】第１の実施形態に係るクリアランス特定部の機能を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態に係るガスタービンについて説明する。
【００１６】
［ガスタービンの全体構成］
図１は、第１の実施形態に係るガスタービンの概要を示す図である。
図１に示すように、回転機械の一例であるガスタービン１は、外気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機２と、燃料ガスに圧縮空気を混合して燃焼させ高温の燃焼ガスを生成する燃焼器３と、燃焼ガスにより駆動するタービン４と、を備えている。
【００１７】
空気圧縮機２は、圧縮機ロータ５と、これを回転可能に覆う圧縮機ケーシング６とを有している。
燃焼器３は、燃料ガス及び空気圧縮機２からの圧縮空気を受け入れてこれらを噴出する燃料供給器７と、燃料供給器７から燃料ガス及び圧縮空気が内部に噴射されて、燃料ガスの燃焼領域を形成する燃焼筒８とを有している。
タービン４は、燃焼ガスにより回転するロータ９（タービンロータ）と、このロータ９を回転可能に覆うケーシング１０（タービンケーシング）とを有している。ロータ９の側面には、複数の動翼Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・が取り付けられている。各動翼Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・は、ロータ９とともにその回転軸回りに回転する。
一方、ケーシング１０の内面には、複数の動翼Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・と交互に設けられる、複数の静翼１１が取り付けられている。空気圧縮機２の圧縮機ロータ５は、回転軸９ａを介してロータ９と接続され、このロータ９と一体となって回転する。
また、ケーシング１０には、ケーシング１０の内面と、ロータ９に取り付けられた動翼Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・とのクリアランス（図２に示すクリアランスｄ）を計測するためのセンサ部２０が取り付けられている。このセンサ部２０は、ロータ９の動翼と対向する位置に設置されており、ケーシング１０の内面に露出するように埋設されている。センサ部２０は、後述するように、センサ面Ｓｃ（図２）動翼の先端面Ｓｗ（図２）間に生じる静電容量を検出可能としている。また、センサ部２０は、後述するクリアランス計測装置３０（図１には図示せず）と電気的に接続されており、上記静電容量の検出信号（出力電圧）を、当該クリアランス計測装置３０に出力する。
【００１８】
図２は、第１の実施形態に係るガスタービンの構造の一部を詳細に示す図である。
図２は、ガスタービン１の断面Ｚ−Ｚ’（図１）の構造を模式的に表している。
図２に示すように、ロータ９は、当該ロータ９の回転方向に沿って複数の動翼Ｙ１が短冊形状に設けられている。これら動翼Ｙ１の基端は、全てロータ９の側面に固定されている。これにより、動翼Ｙ１の遠心方向先端の面（先端面Ｓｗ）は、ロータ９の回転により、センサ部２０のセンサ面Ｓｃと対向する位置を通過する。
【００１９】
図２に示すように、センサ部２０は、ロータ９を覆うケーシング１０に固定設置されるとともに、ケーシング１０の内面において、そのセンサ面Ｓｃが露出して、ロータ９の回転に応じて通過する動翼Ｙ１の先端面Ｓｗと対向する。また、センサ部２０は、動翼Ｙ１の先端面Ｓｗと対向する際に生じる静電容量Ｃを検出する。ここで、センサ部２０が検出する静電容量Ｃは、式（１）のように表される。
【００２０】
【数１】
0005908011.tif 000002
【００２１】
なお、式（１）において、“εｒ”はケーシング１０の室内の空気の比誘電率、“ε０”は、真空の誘電率である。また、“Ａ”は、センサ面Ｓｃに対する先端面Ｓｗの投影面積（対向面積）である。したがって、投影面積Ａを一定と仮定した場合、センサ部２０により検出された静電容量Ｃに基づいて、クリアランスｄを特定することができる。
なお、センサ部２０は、検出した静電容量Ｃを、これに比例する出力電圧Ｖとして出力する。後述するように、クリアランス計測装置３０は、センサ部２０から出力電圧Ｖの入力を受け付けて、ケーシング１０と動翼Ｙ１のクリアランスｄ（図２）を算出する。
【００２２】
なお、図２は、動翼Ｙ１を含む断面Ｚ−Ｚ’（図１）のみについて説明したが、他の動翼Ｙ２、Ｙ３、・・・を含む断面についても同様の構造をなしている。
【００２３】
図３は、第１の実施形態に係るセンサ部の構造を説明する図である。
図３に示すように、センサ部２０は、第１センサ２００と、第２センサ２０１と、を備えている。第１センサ２００及び第２センサ２０１は、いわゆる静電容量方式のセンサである。第１センサ２００及び第２センサ２０１は、各々が、ロータ９の回転軸回りに回転する動翼Ｙ１、Ｙ２、・・・の先端面Ｓｗ（図２）に対向するセンサ面Ｓｃを有するとともに、当該動翼Ｙ１、Ｙ２、・・・の先端面Ｓｗとの間隔に応じた静電容量Ｃ（図２）を個別に検出可能とする。
【００２４】
第１センサ２００及び第２センサ２０１は、回転軸方向（±Ｘ方向）の異なる位置に複数配されている。具体的には、図３に示すように、第１センサ２００及び第２センサ２０１は、それぞれ、回転軸方向（±Ｘ方向）の所定の位置Ｘａ、Ｘｂに、所定幅ｈだけ離れて配されている。
なお、図３に示すように、センサ部２０は、回転方向の複数箇所、例えば、４か所に設置されてもよい。
【００２５】
［クリアランス計測装置の構成］
図４は、第１の実施形態に係るクリアランス計測装置の機能構成を示す図である。
図４に示すように、第１の実施形態に係るクリアランス計測装置３０は、計測装置本体部３０ａにセンサ部２０（第１センサ２００、第２センサ２０１）が電気的に接続されてなる。
【００２６】
計測装置本体部３０ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３００と、ＲＡＭ（Random Access Memory）３１０と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）３１１と、操作入力部３１２と、画像表示部３１３と、外部接続インターフェイス３１４と、を備えている。
【００２７】
ＣＰＵ３００は、クリアランス計測装置３０全体の制御を司る。ＣＰＵ３００は、所定の記憶領域（ＲＡＭ３１０等）に読み込まれた測定用プログラムに基づいて動作することで、ずれ幅特定部３０１、クリアランス特定部３０２としての機能を発揮する。
ＲＡＭ３１０は、測定用プログラムに基づいて動作するＣＰＵ３００のワークエリアとなる記憶領域である。
ＨＤＤ３１１は、各種プログラムまたはクリアランス特定部３０２が取得したクリアランス計測結果等を記憶する記憶手段である。
操作入力部３１２は、例えばマウス、キーボード、タッチパネル等から構成され、オペレータによる各種操作の入力を受け付ける。
画像表示部３１３は、液晶ディスプレイ等であって、オペレータの操作において必要な情報や、クリアランスの計測結果等を表示する。
外部接続インターフェイス３１４は、外部装置との通信を行うための通信インターフェイスであり、特に本実施形態においては、専用の通信ケーブルを介して複数のセンサ部２０に接続される。
図４に示すように、ＣＰＵ３００、ＲＡＭ３１０、ＨＤＤ３１１、操作入力部３１２、画像表示部３１３、外部接続インターフェイス３１４は、システムバス３１５を介して相互に電気的に接続されている。
【００２８】
次に、測定用プログラムに基づくＣＰＵ３００の動作によって実現されるずれ幅特定部３０１、クリアランス特定部３０２について簡単に説明する。
ずれ幅特定部３０１は、複数のセンサ（第１センサ２００、第２センサ２０１）が検出する複数の静電容量Ｃに基づいて、動翼Ｙ１、Ｙ２、・・・の回転軸方向（±Ｘ方向）のずれ幅（ずれ幅ｒ（図７、図８参照））を特定する。
また、クリアランス特定部３０２は、ずれ幅特定部３０１が特定したずれ幅ｒと、第１センサ２００（または、第２センサ２０１）に検出された静電容量Ｃと、に基づいて、ケーシング１０と動翼Ｙ１、Ｙ２、・・・とのクリアランスｄを特定する。
ずれ幅特定部３０１、クリアランス特定部３０２の各機能の詳細については後述する。
【００２９】
［動作説明］
図５は、第１の実施形態に係るセンサ部の特性を説明する第１の図である。
第１センサ２００及び第２センサ２０１は、それぞれのセンサ面Ｓｃが動翼Ｙ１の先端面Ｓｗと対向する面積（式（１）の投影面積Ａ）に比例する静電容量Ｃを検出する。
【００３０】
回転軸方向（±Ｘ方向）の位置Ｘａに取り付けられた第１センサ２００のセンサ面Ｓｃは、動翼Ｙ１の先端面Ｓｗのうち位置Ｘａに対応する部分に対向する。この場合において、第１センサ２００のセンサ面Ｓｃに対する先端面Ｓｗの投影面積Ａが最大となるのは、動翼Ｙ１の回転位置が位置Ｐａとなったときである（図５参照）。このときの投影面積Ａを最大投影面積Ａｍａｘ＿ａと記載する。
一方、回転軸方向（±Ｘ方向）の位置Ｘｂに取り付けられた第２センサ２０１のセンサ面Ｓｃは、動翼Ｙ１の先端面Ｓｗのうち位置Ｘｂに対応する部分に対向する。この場合において、第２センサ２０１のセンサ面Ｓｃに対する先端面Ｓｗの投影面積Ａが最大となるのは、動翼Ｙ１の回転位置が位置Ｐｂとなったときである（図５参照）。このときの投影面積Ａを最大投影面積Ａｍａｘ＿ｂと記載する。
【００３１】
ここで、本実施形態においては、動翼Ｙ１の先端面Ｓｗの形状は、図５に示すように、回転軸方向における中央付近から両端にかけて翼厚が徐々に薄くなる形状を成している。また、第１センサ２００は、動翼Ｙ１が回転して図５に示す方向に移動することによって、動翼Ｙ１の翼厚が比較的厚く形成された箇所と対向する位置（位置Ｘａ）に配されている。一方、第２センサ２０１は、動翼Ｙ１が回転して移動することによって、動翼Ｙ１の翼厚が比較的薄く形成された箇所と対向する位置（位置Ｘｂ）に配されている。したがって、第２センサ２０１に対向する先端面Ｓｗの最大投影面積Ａｍａｘ＿ｂに比べて、第１センサ２００に対向する先端面Ｓｗの最大投影面積Ａｍａｘ＿ａの方が大きくなる。
【００３２】
図６は、第１の実施形態に係るセンサ部の特性を説明する第２の図である。
図５を用いて説明したように、動翼Ｙ１は、回転軸方向（±Ｘ方向）に、その翼厚が変化するように形成されている。したがって、動翼Ｙ１に対する第１センサ２００（第２センサ２０１）の回転軸方向の位置に応じて、当該第１センサ２００と対向する最大投影面積Ａｍａｘが変化する。第１センサ２００回転軸方向の位置と、最大投影面積Ａｍａｘと、の関係を図６に示す。
なお、図６に示すグラフの縦軸は、第１センサ２００（第２センサ２０１）から出力される最大出力電圧Ｖａ（Ｖｂ）［Ｖ］を表している。ここで、第１センサ２００（第２センサ２０１）から出力される最大出力電圧Ｖａ（Ｖｂ）［Ｖ］は、最大静電容量Ｃｍａｘ［Ｃ］に比例、すなわち、最大投影面積Ａｍａｘ［ｍｍ２］に比例する。
【００３３】
動翼Ｙ１は、回転軸方向中央付近から両端にかけて翼厚が徐々に薄くなる形状のため、図６に示すグラフの通り、第１センサ２００（第２センサ２０１）の回転軸方向の位置Ｘに対する最大出力電圧Ｖａ（Ｖｂ）（すなわち最大投影面積Ａｍａｘ）の特性は、山なりの特性曲線Ｑ１、Ｑ２を描く。
なお、図６において、特性曲線Ｑ１は、クリアランスｄが“ｄ１”であったときの最大出力電圧Ｖａ、Ｖｂの特性であり、特性曲線Ｑ２は、クリアランスｄが“ｄ２”（ｄ１＜ｄ２）であったときの最大出力電圧Ｖａ、Ｖｂの特性である。クリアランスｄが“ｄ１”の場合、第１センサ２００、第２センサ２０１それぞれの最大出力電圧Ｖａ、Ｖｂは、Ｖａ＝Ｖａ１、Ｖｂ＝Ｖｂ１となる。同様に、クリアランスｄが“ｄ２”の場合、第１センサ２００、第２センサ２０１それぞれの最大出力電圧Ｖａ、Ｖｂは、Ｖａ＝Ｖａ２（Ｖａ１＞Ｖａ２）、Ｖｂ＝Ｖｂ２（Ｖｂ１＞Ｖｂ２）となる。このように、第１センサ２００、第２センサ２０１それぞれの最大出力電圧Ｖａ、Ｖｂは、クリアランスｄの変化に対して同比率で変化する。
【００３４】
［動翼の回転軸方向のずれについて］
図７は、第１の実施形態に係る動翼の回転軸方向のずれ幅を説明する図である。
一般に、ガスタービン１の運転開始後や運転終了後等においては、ロータ９とケーシング１０との熱容量の差異等に起因して、センサ部２０と動翼Ｙ１との回転軸方向の相対的な位置関係が変化する。具体的に説明すると、例えば、ガスタービン１の運転終了直後では、体積が大きく熱容量が大きいロータ９よりも、壁厚が薄く熱容量が小さいケーシング１０の方が早く冷却される。そうすると、ロータ９よりもケーシング１０の方が、熱収縮が早く進行することにより、相対的に、ロータ９は、ケーシング１０に対して回転軸方向（±Ｘ方向）に伸びた状態となる（ロータロングの状態）。また、ガスタービン１の運転開始直後においては、ロータ９よりもケーシング１０の方が早く熱せられて熱膨張するため、相対的に、ロータ９がケーシング１０に対して回転軸方向（±Ｘ方向）に縮んだ状態となる（ロータショートの状態）。さらに、ロータ９の回転に応じたスラスト力が動翼Ｙ１に加わることによっても、センサ部２０に対する動翼Ｙ１の回転軸方向の相対的な位置関係が変化する。
【００３５】
図７は、センサ部２０に対する動翼Ｙ１の回転軸方向の位置が、ずれ幅ｒだけ＋Ｘ方向に変化した様子を示している。ここで、運転開始前の冷却状態における動翼Ｙ１の回転軸方向の位置Ｐａを基準（ずれ幅ｒ＝０）とすると、ガスタービン１の運転時においては、動翼Ｙ１は、例えば、回転軸方向（＋Ｘ方向）にずれ幅ｒだけ移動した位置Ｐａ’に配される。これにより、動翼Ｙ１の先端面Ｓｗのうち、第１センサ２００及び第２センサ２０１のセンサ面Ｓｃと対向する位置もずれ幅ｒだけずれるため、当該センサ面Ｓｃに対向する最大投影面積Ａｍａｘ＿ａ、Ａｍａｘ＿ｂの値も変化する。そうすると、式（１）において、投影面積Ａが不変であることを前提としてクリアランスｄを求めようとした場合、動翼Ｙ１の回転軸方向のずれに応じた投影面積Ａの変化により、算出されたクリアランスｄに誤差を生じさせてしまう。したがって、本実施形態に係るクリアランス計測装置３０は、以下に説明するように、ずれ幅ｒに応じて生じ得る誤差を補正しながらクリアランスｄを算出する処理を行う。
【００３６】
［ＣＰＵの処理手順］
図８は、第１の実施形態に係るＣＰＵの処理手順を示すフローチャート図である。
次に、クリアランスｄの計測時におけるＣＰＵ３００の処理手順を、図８を参照しながら順を追って説明する。
まず、ずれ幅特定部３０１は、第１センサ２００、第２センサ２０１が出力する出力電圧の入力を受け付けて、各々についての最大出力電圧Ｖａ、Ｖｂを取得する（ステップＳ０１）。最大出力電圧Ｖａ、Ｖｂは、上述したように、位置Ｘａ、Ｘｂにおける先端面Ｓｗの最大投影面積Ａｍａｘ＿ａ、Ａｍａｘ＿ｂに対応している。
【００３７】
次に、ずれ幅特定部３０１は、ずれ幅算出テーブル（後述）を参照して、ステップＳ０１で取得した最大出力電圧Ｖａ、Ｖｂに基づいて、現時点におけるずれ幅ｒを特定する（ステップＳ０２）。ここで、ずれ幅特定部３０１が、最大出力電圧Ｖａ、Ｖｂに基づいてずれ幅ｒを特定する具体的な処理について、図９を参照しながら説明する。
【００３８】
［ずれ幅特定部の機能］
図９は、第１の実施形態に係るずれ幅特定部の機能を説明する図である。
図９（ａ）には、回転軸方向のずれ幅ｒが生じた場合においてセンサ部２０が出力する最大出力電圧Ｖａ（Ｖｂ）の変化を説明するグラフ図を示している。また、図９（ｂ）には、ずれ幅対応テーブルの例を示している。
【００３９】
回転軸方向の位置Ｘと最大出力電圧Ｖａ（Ｖｂ）との関係を示す特性曲線Ｑ１は、動翼Ｙ１の回転軸方向のずれ幅ｒに応じて、当該ずれ幅ｒだけ±Ｘ方向に平行移動する。例えば、図９（ａ）に示すように、ガスタービン１がロータロングの状態となって、動翼Ｙ１が基準位置Ｐａからずれ幅ｒ＝ｒ１だけ＋Ｘ方向側にずれた位置Ｐａ’に移動したとき、特性曲線Ｑ１も、当該ずれ幅ｒ＝ｒ１だけ＋Ｘ方向側に平行移動する（特性曲線Ｑ１’）。
【００４０】
ここで、ずれ幅ｒ＝ｒ１が未知であったとして、ずれ幅特定部３０１が第１センサ２００及び第２センサ２０１の各々から出力される最大出力電圧Ｖａ、Ｖｂからずれ幅ｒ＝ｒ１を特定する処理について説明する。
【００４１】
ずれ幅ｒ＝０の状態において第１センサ２００及び第２センサ２０１の各々から出力される最大出力電圧Ｖａ、Ｖｂは、曲線Ｑ１に基づいてＶａ＝Ｖａ１、Ｖｂ＝Ｖｂ１となる。一方、ずれ幅ｒ＝ｒ１の状態において第１センサ２００及び第２センサ２０１の各々から出力される最大出力電圧Ｖａ、Ｖｂは、Ｖａ＝Ｖａ１’、Ｖｂ＝Ｖｂ１’となる（図９（ａ））。
【００４２】
ずれ幅特定部３０１は、第１センサ２００及び第２センサ２０１の最大出力電圧Ｖａ、Ｖｂの比である最大出力電圧比Ｖｂ／Ｖａを算出する。例えば、ずれ幅ｒ＝０のとき、ずれ幅特定部３０１が算出する最大出力電圧比Ｖｂ／Ｖａは、Ｖｂ１／Ｖａ１となる。一方、ずれ幅ｒ＝ｒ１のとき、第１センサ２００が出力する最大出力電圧Ｖａは、Ｖａ１’（Ｖａ１’＜Ｖａ１）となるのに対し、第２センサ２０１が出力する最大出力電圧Ｖｂは、Ｖｂ１’（Ｖｂ１’＞Ｖｂ１）となる。したがって、ずれ幅特定部３０１がずれ幅ｒ＝ｒ１のときに取得する最大出力電圧比Ｖｂ１’／Ｖａ１’は、ずれ幅ｒ＝０のときに取得する最大出力電圧比Ｖｂ１／Ｖａ１に比べて大きい値となる。
【００４３】
このように、動翼Ｙ１の回転軸方向の位置Ｘと最大出力電圧Ｖａ（Ｖｂ）との関係が曲線（特性曲線Ｑ１）を描くため、第１センサ２００及び第２センサ２０１の最大出力電圧比Ｖｂ／Ｖａは、回転軸方向のずれ幅ｒに応じて変化する。なお、最大出力電圧Ｖａ、Ｖｂは、クリアランスｄの変化に対して同比率で変化する（図６参照）ため、最大出力電圧比Ｖｂ／Ｖａは、クリアランスｄとの相関性を有さない。したがって、最大出力電圧比Ｖｂ／Ｖａとずれ幅ｒとは、クリアランスｄによらず、一対一に対応付けることができる。
本実施形態に係るＨＤＤ３１１は、最大出力電圧比Ｖｂ／Ｖａとずれ幅ｒとの対応関係が記録された「ずれ幅対応テーブル」（図９（ｂ））を予め記憶している。そして、ずれ幅特定部３０１は、ずれ幅対応テーブルを参照して、算出した最大出力電圧比Ｖｂ／Ｖａに対応するずれ幅ｒを特定する。
【００４４】
次に、図８に示す処理手順において、クリアランス特定部３０２は、クリアランス対応テーブル（後述）を参照して、ステップＳ０２で特定されたずれ幅ｒに基づくクリアランスｄを特定する（ステップＳ０３）。ここで、クリアランス特定部３０２が、ずれ幅ｒ、及び、センサ部２０（第１センサ２００）から取得する最大出力電圧Ｖａに基づいてクリアランスｄを特定する具体的な処理について、図１０を参照しながら説明する。
【００４５】
［クリアランス特定部の機能］
図１０は、第１の実施形態に係るクリアランス特定部の機能を説明する図である。
本実施形態に係るＨＤＤ３１１には、さらに、第１センサ２００の最大出力電圧Ｖａとクリアランスｄとの対応関係が記録された「クリアランス対応テーブル」（図１０）が記憶されている。なお、図１０は、最大出力電圧Ｖａとクリアランスｄとの対応関係をグラフで示しているが、実際には、ＨＤＤ３１１には、図１０に示すグラフと同等の対応関係が記述されたデータテーブルが記憶されている。
【００４６】
図１０に示すように、クリアランス対応テーブルには、動翼Ｙ１、Ｙ２、・・・と第１センサ２００との回転軸方向の相対的位置、すなわち、ずれ幅ｒ（ｒ＝ｒ１、ｒ２、・・・）の各々に紐付けられた複数の特性曲線Ｄ１、Ｄ２、・・・が記録されている。各特性曲線Ｄ１、Ｄ２、・・・は、式（１）においてそれぞれ異なる投影面積Ａが代入された場合における、静電容量Ｃとクリアランスｄとの相関性を表している。ここで、オペレータは、ずれ幅ｒをｒ１、ｒ２、・・・と振りながら、第１センサ２００の最大出力電圧Ｖａとクリアランスｄとの対応関係を計測することで、事前にクリアランス対応テーブルを作成しておく。
【００４７】
本実施形態に係るクリアランス特定部３０２は、まず、ステップＳ０２でずれ幅特定部３０１が特定したずれ幅ｒ＝ｒ１を取得して、当該ずれ幅ｒ＝ｒ１に対応づけられた一つの特性曲線Ｄ１を決定する。そして、クリアランス特定部３０２は、クリアランス対応テーブルのうち決定された特性曲線Ｄ１を参照して、第１センサ２００の最大出力電圧Ｖａ（Ｖａ＝Ｖａ１）に対応するクリアランスｄ（ｄ＝ｄ１）を特定する（図１０参照）。
【００４８】
以上の処理をまとめると、本実施形態に係るクリアランス計測装置３０は、まず、２つのセンサ（第１センサ２００、第２センサ２０１）を介して２つの最大出力電圧を取得する（ステップＳ０１）。そして、クリアランス計測装置３０は、最大出力電圧比Ｖｂ／Ｖａを算出するとともにずれ幅対応テーブル（図９（ｂ））を参照して、当該最大出力電圧比Ｖｂ／Ｖａに対応するずれ幅ｒを特定する（ステップＳ０２）。さらに、クリアランス計測装置３０は、最大出力電圧Ｖａとクリアランスｄとの相関性（特性曲線Ｄ１、Ｄ２、・・・（図１０））のうち特定したずれ幅ｒに対応するものを参照して、センサが出力する最大出力電圧Ｖａ（最大静電容量Ｃｍａｘ）に応じたクリアランスｄを特定する（ステップＳ０３）。
【００４９】
［作用効果］
上述の処理により、クリアランス計測装置３０は、回転軸方向のずれ幅ｒ（すなわち最大投影面積Ａｍａｘ）に応じた特性曲線Ｄ１、Ｄ２、・・・を選択し、当該選択された特性曲線Ｄ１、Ｄ２、・・・に基づいてクリアランスｄを特定する。すなわち、センサが検出する最大静電容量Ｃｍａｘは、動翼Ｙ１、Ｙ２、・・・の遠心方向の位置の変化及び回転軸方向の位置の変化の両方に起因して変化し得るところ、クリアランス計測装置３０は、まず、２つのセンサの出力電圧を用いてずれ幅ｒを特定した上で、動翼Ｙ１、Ｙ２、・・・の遠心方向の位置の変化（クリアランスｄ）を特定する。このようにすることで、回転軸方向のずれ幅ｒに起因するクリアランスｄの計測誤差要因が除去され、精度の高いクリアランス計測を行うことができる。
【００５０】
なお、動翼の遠心方向の変化（すなわちクリアランスｄ）を計測するセンサとは別に、動翼の回転軸方向の変化を計測する専用のセンサを設けて、これら２つの異なるセンサの検出結果を用いてクリアランスを算出する手法も考えられる。しかし、この場合、異なる２つのセンサのうちの一つをケーシング内面とは異なる位置に設置する必要があるため、ガスタービン１への設置の際に生じる負担が大きい。一方、本実施形態に係るクリアランス計測装置３０は、同種の静電容量式センサを用いて、各々を同等の位置（ケーシング１０の内面）に設置するため、センサの設置の際に生じる負担を軽減することができる。
【００５１】
また、動翼の遠心方向の変化を計測するセンサと、回転軸方向の変化を計測するセンサの２つの検出結果を用いてクリアランスを計測する手法では、少なくとも動翼の遠心方向の変化を計測するセンサが故障した場合、クリアランス計測の実施が不可能となる。一方、本実施形態に係るクリアランス計測装置３０は、２つのセンサ（第１センサ２００、第２センサ２０１）がともにクリアランスｄを計測可能であるため、何れか一方が故障したとしても、クリアランス計測を継続することができる。したがって、クリアランス計測装置の信頼性を高めることができる。
【００５２】
以上、第１の実施形態に係るクリアランス計測装置によれば、動翼とケーシングとのクリアランスの計測精度を向上させることができる。
【００５３】
＜第１の実施形態の変形例＞
なお、第１の実施形態に係るクリアランス計測装置３０は、以下のように変形可能である。
例えば、上述したクリアランス特定部３０２は、予めＨＤＤ３１１に記憶されたクリアランス対応テーブルのうちずれ幅ｒに対応する特性曲線Ｄ１、Ｄ２、・・・を選択してクリアランスｄを特定するものとして説明したが、他の実施形態においてはこの態様に限定されない。
例えば、他の実施形態に係るクリアランス特定部３０２は、ずれ幅ｒの関数である所定の補正関数ｈ（ｒ）を用いて、クリアランスｄを算出して特定してもよい。具体的には、クリアランス特定部３０２は、第１センサ２００の最大出力電圧Ｖａ（最大静電容量Ｃｍａｘ）に基づいて、式（１）より、仮クリアランスｄ’を算出する。そして、クリアランス特定部３０２は、当該算出された仮クリアランスｄ’に、ずれ幅ｒに応じた補正係数ｈ（ｒ）を乗算して、真のクリアランスｄを特定する処理を行う。なお、この場合、オペレータは、ずれ幅ｒを、ｒ＝ｒ１、ｒ２、・・・と振りながら、ずれ幅ｒごとの最大出力電圧Ｖａ（最大静電容量Ｃｍａｘ）を計測することで、当該ずれ幅ｒの関数である補正係数ｈ（ｒ）を事前に規定しておく。
【００５４】
また、クリアランス特定部３０２は、ずれ幅特定部３０１が特定したずれ幅ｒに基づいて、第１センサ２００（または、第２センサ２０１）における先端面Ｓｗの最大投影面積Ａｍａｘを特定してもよい。この場合、ＨＤＤ３１１には、ずれ幅ｒと最大投影面積Ａｍａｘとの対応関係が規定された投影面積対応テーブルが予め記憶されているものとする。また、クリアランス特定部３０２は、ずれ幅ｒに対応する最大投影面積Ａｍａｘと、第１センサ２００の最大出力電圧Ｖａに応じた最大静電容量Ｃｍａｘと、をそれぞれ式（１）に代入してクリアランスｄを算出するものとする。
【００５５】
また、上述したクリアランス特定部３０２は、２つのセンサのうち、第１センサ２００の最大出力電圧Ｖａに基づいてクリアランスｄを特定するものとして説明しているが、これに限定されず、第２センサ２０１の最大出力電圧Ｖｂに基づいてクリアランスｄを特定してもよい。この場合、クリアランス対応テーブルには、第２センサ２０１の最大出力電圧Ｖｂとクリアランスｄとの対応関係が記録されているものとする。
さらに、他の実施形態においては、センサ部２０は、各々が回転軸方向の異なる位置に配された３つ以上のセンサを備えていてもよい。これにより、各センサから出力される最大出力電圧の数が増すため、ずれ幅ｒを複数通りの最大出力電圧比（図９（ｂ））で特定することができ、結果として、クリアランスｄの計測精度を一層向上させることができる。
【００５６】
また、上述したずれ幅特定部３０１は、最大出力電圧比Ｖｂ／Ｖａを算出してずれ幅ｒを特定するものとして説明したが、他の実施形態においてはこの態様に限定されない。
例えば、他の実施形態に係るずれ幅特定部３０１は、第１センサ２００及び第２センサ２０１の最大出力電圧Ｖａ、Ｖｂの差ΔＶ（ΔＶ＝Ｖａ−Ｖｂ）に基づいて、ずれ幅ｒを特定してもよい。この場合、ＨＤＤ３１１には、差ΔＶとずれ幅ｒとの対応関係を規定したずれ幅対応テーブルが予め記憶されているものとする。
このように、回転軸方向の位置Ｘと最大出力電圧Ｖａ、Ｖｂとの相関性を示す特性曲線Ｑ１（図６、図９）に基づいて、ずれ幅ｒと最大出力電圧Ｖａ、Ｖｂとの対応関係を一意に特定できる手法であれば、如何なる手法を用いてもよい。
【００５７】
さらに、上述の各実施形態に係るクリアランス計測装置３０は、ずれ幅特定部３０１がずれ幅を特定する処理を行い、クリアランス特定部３０２が、当該特定されたずれ幅に基づいてクリアランスを特定する態様としている。しかし、他の実施形態に係るクリアランス計測装置３０は、ずれ幅特定部３０１がずれ幅ｒを特定するのではなく、クリアランス特定部３０２が、複数のセンサに検出された複数の静電容量に基づいて特定される特定値と、当該センサに検出された静電容量と、に基づいて、クリアランスｄを特定する態様としてもよい。
例えば、クリアランス特定部３０２は、上記特定値として、第１センサ２００及び第２センサ２０１の２つの静電容量に基づいて特定される最大出力電圧比Ｖｂ／Ｖａまたはその差ΔＶを用いる。この場合、クリアランス対応テーブルには、上記特定値の各々に対応する、第１センサ２００（または第２センサ２０１）の最大出力電圧Ｖａ（Ｖｂ）とクリアランスｄとの対応関係が記録されているものとする。
【００５８】
また、上述の各実施形態におけるＣＰＵ３００の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより工程を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００５９】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【００６０】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００６１】
１  ガスタービン
２  空気圧縮機
３  燃焼器
４  タービン
５  圧縮機ロータ
６  圧縮機ケーシング
７  燃料供給器
８  燃焼筒
９  ロータ（タービンロータ）
１０  ケーシング（タービンケーシング）
１１  静翼
２０  センサ部
２００、２０１  センサ
３０  クリアランス計測装置
３０ａ  計測装置本体部
３００  ＣＰＵ
３０１  ずれ幅特定部
３０２  クリアランス特定部
３１０  ＲＡＭ
３１１  ＨＤＤ
３１２  操作入力部
３１３  画像表示部
３１４  外部接続インターフェイス
３１５  システムバス
【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】
0005908011.tif 000009
【図８】
0005908011.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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