(57)【要約】  ガスタービン（１００）のために使用されるシーリング遠隔測定アセンブリ（２０）が提供される。シーリング遠隔測定アセンブリ（２０）は、シーリングカバー（２２）と、少なくとも１つの電源装置（２４）とを有し、シーリングカバー（２２）は、タービンディスク（１４３）をカバーするために使用され、シーリングカバー（２２）は、キャビティ形成部分（２２２）と、カバー（２２３）とを有しており、少なくとも１つの取付けキャビティ（２２２ａ）がキャビティ形成部分（２２２）内に設けられており、カバー（２２３）は、キャビティ形成部分（２２２）をカバーしかつキャビティ形成部分（２２２）に固定されている。電源装置（２４）は、取付けキャビティ（２２２ａ）に配置されている。ガスタービン（１００）、シーリングカバー（２２）およびシーリング遠隔測定アセンブリ（２０）の製造方法がさらに提供される。ガスタービン（１００）、シーリングカバー（２２）、シーリング遠隔測定アセンブリ（２０）および製造方法は、ガスタービン（１００）の作動性能を高め、製造コストを削減し、ガスタービン（１００）の内部作動環境を監視することができる。
2019500542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン（１００）のために使用されるシーリング遠隔測定アセンブリ（２０）であって、前記ガスタービン（１００）は、少なくとも１つのタービンディスク（１４３）を有しており、当該シーリング遠隔測定アセンブリ（２０）は、
前記タービンディスク（１４３）をカバーするために使用されるシーリングカバー（２２）であって、
キャビティ形成部分（２２２）内に少なくとも１つの取付けキャビティ（２２２ａ）が設けられている、キャビティ形成部分（２２２）と、
前記キャビティ形成部分（２２２）をカバーしかつ該キャビティ形成部分（２２２）に固定されている、カバー（２２３）と、
を有するシーリングカバー（２２）と、
前記取付けキャビティ（２２２ａ）内に構成された、少なくとも１つの電源装置（２４）と、
を備える、シーリング遠隔測定アセンブリ（２０）。
【請求項２】
前記カバー（２２３）には複数のワイヤ挿入孔（２２３ｃ）が設けられており、前記カバー（２２３）が前記キャビティ形成部分（２２２）をカバーしているとき、前記ワイヤ挿入孔（２２３ｃ）は、対応する前記取付けキャビティ（２２２ａ）と連通する、請求項１記載のシーリング遠隔測定アセンブリ（２０）。
【請求項３】
当該シーリング遠隔測定アセンブリ（２０）は、前記取付けキャビティ（２２２ａ）内に構成された少なくとも１つのセンサ（２３）をさらに有し、前記電源装置（２４）は、前記センサ（２３）に電気的に接続されている、請求項１記載のシーリング遠隔測定アセンブリ（２０）。
【請求項４】
前記電源装置（２４）は、熱電発電機である、請求項１記載のシーリング遠隔測定アセンブリ（２０）。
【請求項５】
前記シーリング遠隔測定アセンブリは、少なくとも１つのスペーサ（２５）をさらに有し、該スペーサ（２５）は、前記カバー（２２３）と前記センサ（２３）との間に配置されているかまたは前記カバー（２２３）と前記電源装置（２４）との間に配置されている、請求項３記載のシーリング遠隔測定アセンブリ（２０）。
【請求項６】
前記シーリング遠隔測定アセンブリ（２０）は、少なくとも１つの無線送信機をさらに有し、該無線送信機は、前記電源装置（２４）および前記センサ（２３）に電気的に接続されており、前記取付けキャビティ（２２２ａ）内にまたは前記シーリングカバー（２２）の外側に構成されている、請求項３記載のシーリング遠隔測定アセンブリ（２０）。
【請求項７】
ガスタービン（１００）のために使用されるシーリングカバー（２２）であって、前記ガスタービン（１００）は、少なくとも１つのタービンディスク（１４３）を有しており、当該シーリングカバー（２２）は、前記タービンディスク（１４３）をカバーするために使用されており、
キャビティ形成部分（２２２）内に少なくとも１つの取付けキャビティ（２２２ａ）が設けられている、キャビティ形成部分（２２２）と、
前記キャビティ形成部分（２２２）をカバーしかつ該キャビティ形成部分（２２２）に固定可能である、カバー（２２３）と、
を備える、シーリングカバー（２２）。
【請求項８】
前記カバー（２２３）には複数のワイヤ挿入孔（２２３ｃ）が設けられており、前記カバー（２２３）が前記キャビティ形成部分（２２２）をカバーしているとき、前記ワイヤ挿入孔（２２３ｃ）は、対応する前記取付けキャビティ（２２２ａ）と連通する、請求項７記載のシーリングカバー（２２）。
【請求項９】
シーリング遠隔測定アセンブリの製造方法であって、
３Ｄプリンティング技術を使用することによってキャビティ形成部分（２２２）およびカバー（２２３）を加工するステップであって、少なくとも１つの取付けキャビティ（２２２ａ）が前記キャビティ形成部分（２２２）内に形成される、ステップと、
前記取付けキャビティ（２２２ａ）内に少なくとも１つの電源装置（２４）を構成するステップと、
前記キャビティ形成部分（２２２）をカバーするかまたは前記キャビティ形成部分（２２２）に前記カバー（２２３）を固定する、ステップと、
を含む、シーリング遠隔測定アセンブリの製造方法。
【請求項１０】
前記製造方法は、前記キャビティ形成部分（２２２）および前記カバー（２２３）の長さ方向に沿って前記キャビティ形成部分（２２２）および前記カバー（２２３）を成形するステップをさらに含む、請求項９記載のシーリング遠隔測定アセンブリの製造方法。
【請求項１１】
前記製造方法は、前記キャビティ形成部分（２２２）および前記カバー（２２３）において熱処理を行うステップを含む、請求項９または１０記載のシーリング遠隔測定アセンブリの製造方法。
【請求項１２】
前記製造方法は、前記カバー（２２３）がプリンティングされるとき、該カバー（２２３）に複数のワイヤ挿入孔（２２３ｃ）を形成するステップをさらに含み、前記カバー（２２３）が前記キャビティ形成部分（２２２）をカバーしているとき、前記ワイヤ挿入孔（２２３ｃ）は、対応する前記キャビティ形成部分（２２２）と連通する、請求項９記載のシーリング遠隔測定アセンブリの製造方法。
【請求項１３】
前記製造方法は、前記取付けキャビティ（２２２ａ）内に少なくとも１つのセンサ（２３）を構成するステップをさらに含み、前記電源装置（２４）は、前記センサ（２３）に電気的に接続され、電力を前記センサ（２３）に供給するために使用される、請求項９記載のシーリング遠隔測定アセンブリの製造方法。
【請求項１４】
前記キャビティ形成部分（２２２）および前記カバー（２２３）を成形するために使用される粉末材料は、ニッケル−クロム−鉄合金である、請求項９記載のシーリング遠隔測定アセンブリの製造方法。
【請求項１５】
請求項１から６までのいずれか１項記載のシーリング遠隔測定アセンブリ（２０）を有する、ガスタービン（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン技術の分野に関し、特に、ガスタービンのために使用されるシーリングカバー、シーリング遠隔測定アセンブリおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、作動媒体として連続的に流れる空気を使用しかつ熱エネルギを機械仕事に変換する回転パワー機械である。ガスタービンは、一般に、圧縮機、燃焼器およびタービンという３つの主要な構成部分を有する。作動時、圧縮機は、外部雰囲気環境から空気を吸い込み、軸流圧縮機を使用することによって空気を圧縮して空気の圧力を上昇させ、同時に、空気の温度も対応して上昇する。圧縮された空気は燃焼器内へ加圧され、空気と、噴射された燃料との混合物が燃焼し、高温および高圧のガスを発生する。次いで、高温および高圧のガスがタービンに進入し、次いで、膨張によって仕事を行い、タービンを押し付け、圧縮機と、外部から負荷されるロータとを駆動して一緒に高速で回転させ、この結果、気体または流体燃料の機械的エネルギが部分的に機械仕事に変換され、電気仕事が出力される。
【０００３】
タービンの信頼性を高めるために、タービン構成部分（特に、高温の構成部分）の作動状態および変形状態を検出および監視する必要がある。したがって、温度センサおよび圧力センサが幾つかの重要な構成部分（タービンのタービンブレードおよび固定ブレードなど）に取り付けられている。センサによって検出されたデータは処理され、この結果、タービンの作動性能および構成部分の寿命を評価することができ、これは、対応する改良手段を採用する助けとなる。
【０００４】
既存のガスタービンによれば、データ伝送およびセンサへの電力供給を行うために、タービンディスクにはケーブルが通過するための貫通孔が設けられている。しかしながら、無傷のタービンディスクと比較して、貫通孔が設けられたタービンディスクの可使時間は１／１０よりも短くなることがある。したがって、貫通孔が設けられたタービンディスクは、最終的な顧客へ配達される前に交換されなければならない。すなわち、貫通孔が設けられたタービンディスクは、プロトタイプ試験の間のみ使用することができ、依然として、タービンの実際の運転の間、ガスタービンの作動状態をリアルタイムで監視することができない。加えて、貫通孔が設けられたタービンディスクは製造コストが高い。
【０００５】
中国特許公告第１０２１２４８２２号明細書には、高温環境のために使用される無線遠隔測定装置が開示されている。無線遠隔測定装置は、ガスタービンの高温環境下で作動してもよく、検出信号を無線方式で伝送してもよく、このため、タービンディスク上の貫通孔の穿孔を省略することができ、ガスタービンの高温の構成部分はリアルタイムで監視されてもよい。しかしながら、無線遠隔測定装置へのセンサの取付けは、この特許では言及されていない。
【０００６】
中国特許出願公開第１０１９５３１７１号明細書および中国特許出願公開第１０２７９２７１１号明細書では、誘導発電装置が開示されている。誘導発電装置は、センサに電気エネルギを供給することができ、誘導コイルと、ナノ結晶化された強磁性コアとを有する。所望の磁気の前提において、ナノ結晶化された強磁性コア温度は、通常、２００℃未満の温度において作動し、それよりも高いと磁化は著しく劣化する。したがって、この誘導発電装置は、通常、高温環境においてガスタービン内で作動することはできない。誘導発電装置の取付けの結果、タービンディスクの設計の比較的大きな変更が生じる。加えて、誘導コイルおよび磁気コアは、比較的大きな遠心力を生じる。
【０００７】
別の既存のガスタービンにおいて、図１を参照すると、ガスタービンは電源装置を有しており、電源装置１０２は、タービンブレード１０３または固定ブレード（図示せず）に取り付けられている。高温の隔離のために、タービンブレード１０３および固定ブレードにはサーマルバリアコーティング（ＴＢＣ）が被覆されている。しかしながら、サーマルバリアコーティングは、タービンブレードまたは固定ブレードの重要な保護コーティングであり、サーマルバリアコーティングへの電源装置の取付けは、サーマルバリアコーティングを損傷し、早期故障を生じることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この図式において、本発明の課題は、ガスタービンの作動性能を高め、製造コストを削減し、ガスタービンの内部作動環境をリアルタイムで監視することができる、ガスタービン、シーリングカバー、シーリング遠隔測定アセンブリおよびその製造方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ガスタービンのために使用されるシーリング遠隔測定アセンブリを提供する。ガスタービンは、少なくとも１つのタービンディスクを有し、シーリング遠隔測定アセンブリは、シーリングカバーと、少なくとも１つの電源装置とを有し、シーリングカバーは、タービンディスクをカバーするために使用され、シーリングカバーは、キャビティ形成部分と、カバーとを有し、少なくとも１つの取付けキャビティがキャビティ形成部分内に設けられており、カバーは、キャビティ形成部分をカバーしかつキャビティ形成部分に固定されている。電源装置は、取付けキャビティ内に構成されている。
【００１０】
シーリング遠隔測定アセンブリの１つの典型的な実施の形態では、カバーには複数のワイヤ挿入孔が設けられており、カバーが、キャビティ形成部分をカバーしているとき、ワイヤ挿入孔は、対応する取付けキャビティと連通している。
【００１１】
シーリング遠隔測定アセンブリの１つの典型的な実施の形態では、シーリング遠隔測定アセンブリは、さらに、取付けキャビティ内に構成された少なくとも１つのセンサを有し、電源装置はセンサに電気的に接続されている。
【００１２】
シーリング遠隔測定アセンブリの１つの典型的な実施の形態では、電源装置は、熱電発電機である。
【００１３】
シーリング遠隔測定アセンブリの１つの典型的な実施の形態では、シーリング遠隔測定アセンブリは、さらに、少なくとも１つのスペーサを有しており、スペーサは、カバーとセンサとの間に配置されているまたはカバーと電源装置との間に配置されている。
【００１４】
シーリング遠隔測定アセンブリの１つの典型的な実施の形態では、シーリング遠隔測定アセンブリは、さらに、少なくとも１つの無線送信機を有しており、無線送信機は、電源装置およびセンサに電気的に接続されており、取付けキャビティ内にまたはシーリングカバーの外側に構成されている。
【００１５】
本発明は、さらに、ガスタービンのために使用されるシーリングカバーを提供する。ガスタービンは、少なくとも１つのタービンディスクを有しており、シーリングカバーは、タービンディスクをカバーするために使用される。シーリングカバーは、キャビティ形成部分と、カバーとを有しており、少なくとも１つの取付けキャビティは、キャビティ形成部分内に設けられており、カバーは、キャビティ形成部分をカバーしかつキャビティ形成部分に固定されていてもよい。
【００１６】
シーリングカバーの１つの典型的な実施の形態では、カバーには複数のワイヤ挿入孔が設けられており、カバーが、キャビティ形成部分をカバーしているとき、ワイヤ挿入孔は、対応する取付けキャビティと連通している。
【００１７】
本発明は、さらに、シーリング遠隔測定アセンブリの製造方法を提供する。この製造方法は、以下のステップ、すなわち、
３Ｄプリンティング（付加製造）技術を使用することによってキャビティ形成部分およびカバーを加工するステップであって、少なくとも１つの取付けキャビティがキャビティ形成部分内に形成されるステップと、
取付けキャビティ内に少なくとも１つの電源装置を構成するステップと、
キャビティ形成部分をカバーするまたはキャビティ形成部分にカバーを固定するステップと、を含む。
【００１８】
シーリング遠隔測定アセンブリの製造方法の１つの典型的な実施の形態では、製造方法は、さらに、キャビティ形成部分およびカバーの長さ方向に沿ってキャビティ形成部分およびカバーを成形するステップを含む。
【００１９】
シーリング遠隔測定アセンブリの製造方法の１つの典型的な実施の形態では、製造方法は、さらに、キャビティ形成部分およびカバーにおいて熱処理を行うステップを含む。
【００２０】
シーリング遠隔測定アセンブリの製造方法の１つの典型的な実施の形態では、製造方法は、さらに、カバーがプリンティングされるとき、カバーに複数のワイヤ挿入孔を形成するステップを含み、カバーがキャビティ形成部分をカバーするとき、ワイヤ挿入孔は、対応するキャビティ形成部分と連通する。
【００２１】
シーリング遠隔測定アセンブリの製造方法の１つの典型的な実施の形態では、製造方法は、さらに、取付けキャビティ内に少なくとも１つのセンサを構成するステップを含み、電源装置がセンサに電気的に接続され、電力をセンサに供給するために使用される。
【００２２】
シーリング遠隔測定アセンブリの製造方法の１つの典型的な実施の形態では、キャビティ形成部分およびカバーを成形するために使用される粉末材料は、ニッケル−クロム−鉄合金である。
【００２３】
本発明は、さらに、上述のいずれかのシーリング遠隔測定アセンブリを有するガスタービンを提供する。
【００２４】
本発明のガスタービン、シーリングカバー、シーリング遠隔測定アセンブリおよびその製造方法において、シーリングカバーは、キャビティ形成部分およびカバーを有し、複数の取付けキャビティがキャビティ形成部分内に設けられており、ガスタービンの内部環境をリアルタイムで監視することができるセンサが、取付けキャビティ内に収容されてもよいことが、上記の解決策から分かるであろう。加えて、本発明において、電源装置はシーリングカバーに組み込まれており、これは、従来技術における、電源装置をサーマルバリアコーティングに取り付けるためにサーマルバリアコーティングが損傷されることを回避するのみならず、誘導発電装置によって生じる、遠心力および磁気コア高温磁化問題をも回避することもでき、この結果、ガスタービンの安全性および信頼性を高めることができる。加えて、センサは検出信号を無線方式で送信し、したがって、ワイヤが通過するための貫通孔をタービンディスクに設ける必要がなく、これは、製造コストを削減することがある。
【００２５】
本発明のその他の特性、特徴、利点および利益は、添付の図面の以下の詳細な説明を参照することでより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来技術におけるガスタービンのタービンの概略的な部分三次元図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態によるガスタービンの概略断面図である。
【図３】図２に示したガスタービンのタービンの概略部分図である。
【図４】図３に示したタービンの、１つの方向に沿った、シーリングカバーの概略断面図である。
【図５】図４に示したシーリングカバーの、線Ｖ−Ｖに沿った概略断面図である。
【図６】図４に示したシーリングカバーの、線ＶＩ−ＶＩに沿った概略断面図である。
【図７】図３に示したタービンのシーリングカバーの、別の方向に沿った概略断面図である。
【図８】図４に示したシーリングカバーを製造するために使用される加工機器の概略図である。
【図９】図４に示したシーリング遠隔測定アセンブリの製造手順の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本開示の目的、技術的解決策および利点をより明らかにするために、以下、本発明を実施の形態に関してさらに詳細に説明する。
【００２８】
図２は、本発明の１つの実施の形態によるガスタービンの概略断面図である。図２を参照すると、この実施の形態におけるガスタービン１００は、圧縮機１２と、燃焼器１３と、タービン１４とを有しており、圧縮機１２と、燃焼器１３と、タービン１４とは、連続的に配置され連通している。さらにロータ１５がガスタービン１００内に設けられており、ロータ１５は、圧縮機１２の内部およびタービン１４の内部を通過している。タービン１４は、ケーシング１４２と、ケーシング１４２内に配置された少なくとも１つのタービンディスク１４３と、複数のタービンブレード１４４と、複数の固定ブレード１４５とを有する。タービンディスク１４３は、ロータ１５に環状に配置されている。図２において、４つのタービンディスク１４３が設けられているが、本発明はそれに限定されない。タービンディスクの数は、実際の状況に応じて設定されてよい。タービンブレード１４４は、タービンディスク１４３に取り付けられており、環状に配置されている。固定ブレード１４５はケーシング１４２の内側に組み込まれており、固定ブレード１４５と、タービンブレード１４４とは、交互に配置されている。
【００２９】
図３は、図２に示したガスタービンのタービンの概略部分図である。図４は、図３に示したタービンの、１つの方向に沿った、シーリングカバーの概略断面図である。図４と一緒に図３を参照すると、ガスタービン１００の温度および圧力などの内部作動環境の監視のために、シーリング遠隔測定アセンブリ２０がガスタービン１００内にさらに設けられている。シーリング遠隔測定アセンブリ２０は、シーリングカバー２２と、センサ２３とを有する。シーリングカバー２２は、タービンディスク１４３をカバーしており、ロータ１５とタービンブレード１４４との間に配置されている。シーリングカバー２２は、タービンディスク１４３が高温空気によって損傷されることを防止することができ、タービンディスク１４３を有効に保護することができる。シーリングカバー２２とタービンディスク１４３との間に所定の間隙も設けられており、タービンディスク１４３をさらに冷却するために冷却空気が間隙を通過してもよい。
【００３０】
シーリングカバー２２は、キャビティ形成部分２２２およびカバー２２３を有している。カバー２２３は、キャビティ形成部分２２２をカバーしており、キャビティ形成部分２２２に固定されている。シーリングカバー２２の形状および輪郭は、実際の要求に応じて自由に設計されてよく、例えば、シーリングカバー２２には、タービンディスク１４３に固定されるための固定構造がさらに設けられていてもよい。シーリングカバー２２は、ガスタービン１００内の全てのシーリングカバーのために使用されてもよいし、ガスタービン１００内の幾つかのシーリングカバーのために使用されてもよい。すなわち、シーリングカバー２２および従来技術におけるシーリングカバーが共同で使用される。
【００３１】
図５は、図４に示したシーリングカバーの、線Ｖ−Ｖに沿った概略断面図である。説明を容易にするために、センサ２３および電源装置２４は図５に示されていないことに留意すべきである。図５を参照すると、少なくとも１つの取付けキャビティ２２２ａがシーリングカバー２２のキャビティ形成部分２２２内に設けられており、取付けキャビティ２２２ａは、センサ２３または電源装置を収容するために使用される。取付けキャビティ２２２ａは、第１の側壁２２２ｂと、第１の側壁２２２ｂとは反対側の第２の側壁２２２ｃとを有している。第１の側壁２２２ｂおよび第２の側壁２２２ｃはシーリングカバー２２の幅方向に沿って延びており、すなわち、図５に示したＸ軸方向に沿って延びている。第１の側壁２２２ｂはタービンディスク１４３に面しており、第２の側壁２２２ｃはタービンディスク１４３とは反対側に面している。
【００３２】
図６は、図４に示したシーリングカバーの、線ＶＩ−ＶＩに沿った概略断面図である。図７は、図３に示したタービンのシーリングカバーの、別の方向に沿った概略断面図である。図６、図７および図４を参照すると、シーリングカバー２２のカバー２２３は、複数の突出部２２３ａと、複数の平坦なプレート部２２３ｂとを有しており、突出部２２３ａは平坦なプレート部２２３ｂの底部に設けられており、１つの突出部２２３ａは１つの取付けキャビティ２２２ａに対応し、隣接する突出部２２３ａの間には特定の距離が設けられている。カバー２２３がキャビティ形成部分２２２をカバーすると、突出部２２３ａは、対応する取付けキャビティ２２２ａ内に収容され、平坦なプレート部２２３ｂはキャビティ形成部分２２２の上部と接触する。複数のワイヤ挿入孔２２３ｃがさらにカバー２２３に設けられている。各ワイヤ挿入孔２２３ｃは、突出部２２３ａおよび平坦なプレート部２２３ｂを貫通しており、１つのワイヤ挿入孔２２３ｃは１つの取付けキャビティ２２２ａに対応している。すなわち、カバー２２３がキャビティ形成部分２２２をカバーすると、ワイヤ挿入孔２２３ｃは、対応する取付けキャビティ２２２ａと連通する。
【００３３】
図５および図７を参照すると、センサ２３は、圧力センサまたは温度センサであってもよいが、本発明はそれに限定されない。センサ２３のタイプは、実際の要求に応じて自由に設計されてもよい。センサ２３は、取り付けられると、取付けキャビティ２２２ａ内に構成される。センサ２３は、第１の側壁２２２ｂまたは第２の側壁２２２ｃに取り付けられてもよく、いずれの側壁に取り付けられるかは、実際の要求に応じて決定される。例えば、タービンディスク１４３の近くの位置温度を検出する必要があるときは、センサ２３は第１の側壁２２２ｂに取り付けられ、タービンディスク１４３から離れた位置の温度を検出する必要があるときは、センサ２３は第２の側壁２２２ｃに取り付けられる。
【００３４】
図３、図４および図７を参照すると、シーリング遠隔測定アセンブリ２０は、さらに、少なくとも１つの電源装置２４および少なくとも１つのスペーサ２５を有しており、電源装置２４は、センサ２３および無線送信機へ電気エネルギを供給するために、センサ２３に電気的に接続される。電源装置２４は、シーリングカバー２２の取付けキャビティ２２２ａ内に構成されてもよいし、またはシーリングカバー２２の外側に構成される。
【００３５】
この実施の形態では、電源装置２４は、取付けキャビティ２２２ａ内に構成されており、熱電発電機である。ガスタービン１００の作動プロセスの間、シーリングカバー２２内の温度差は比較的大きい。ガスタービン１００内の高温空気の作用により、タービンブレード１４４の近くの位置の温度は、ロータ１５の近くの位置の温度よりも高い。これは、図４に示したようにＺ方向に沿ったシーリングカバー２２の半径方向温度差を生じる。すなわち、シーリングカバー２２の、タービンブレード１４４に近い位置の温度は高く、一般に４００℃よりも高いかまたは５００℃〜６００℃にさえ近い。比較として、ロータ１５の近くのシーリングカバー２２の位置の温度は、３００℃に近いだけである。加えて、冷却空気もシーリングカバー２２とタービンディスク１４３との間の間隙内へ導かれるので、タービンディスク１４３に面したシーリングカバー２２の側は比較的低い温度を有し、これは、図４に示したようにＹ方向に沿っても温度差を生じる。ゼーベック効果によれば、２つの異なる電気導体または半導体の温度差が、電圧差熱電気を生じさせ、熱電発電機は、シーリングカバー２２内に比較的大きな温度差が存在するという特徴を利用することによって電気エネルギを発生する。熱電発電機は、熱電材料のCoSb3シリーズから形成されてもよく、このタイプの材料の最善の作動温度は３００℃〜６００℃であるが、熱電発電機の材料は、本発明において限定されない。
【００３６】
１つのセンサ２３および４つの電源装置２４が図７に示されているが、本発明はそれに限定されないことに留意すべきである。実際の適用において、センサ２３および電源装置２４の数は、実際の要求に応じて決定される。センサ２３または電源装置２４が取付けキャビティ２２２ａ内で移動することを防止するために、スペーサ２５が、カバー２２３とセンサ２３との間またはカバー２２３と電源装置２４との間に配置されている。
【００３７】
シーリング遠隔測定アセンブリ２０は、さらに、センサ２３および電源装置２４に電気的に接続される少なくとも１つの無線送信機（図示せず）を有していてもよい。センサ２３によって検出される温度または圧力データは、無線送信機を使用することによって制御処理ユニットへ送信されてもよく、制御処理ユニットは、検出されたデータに従ってタービン１４の構成部分の作動性能および寿命を評価してもよい。無線送信機は、取付けキャビティ２２２ａ内にまたはシーリングカバー２２の外側に構成されていてもよい。無線送信機が取付けキャビティ２２２ａ内に構成されているとき、無線送信機とセンサ２３との間の接続ラインおよび無線送信機と電源装置２４との間の接続ラインが両方とも取付けキャビティ２２２ａに配置され、カバー２２３におけるワイヤ挿入孔２２３ｃは省略されてもよい。または、無線送信機が取付けキャビティ２２２ａの外側に構成されているとき、無線送信機とセンサ２３との間の接続ラインおよび無線送信機と電源装置２４との間の接続ラインは両方ともカバー２２３におけるワイヤ挿入孔２２３ｃを通過する必要がある。
【００３８】
本発明において設計されたシーリングカバーが比較的複雑な構造を有しかつサイズ精度に対する高い要求を有することを考えると、シーリングカバーが慣用的な加工技術を使用することによって製造された場合、加工コストが高くなるのみならず、シーリングカバーの機械的性能および疲労性能が、多数の関連する機械加工および溶接プロセスによって低下する。この考慮に基づき、本発明では、モデルに従って複雑な構造で構成部分を迅速かつ正確に製造および設計することができる、コンピュータによって制御される付加製造技術が使用される。
【００３９】
図８は、図４に示したシーリングカバーを製造するために使用される加工装置の概略図である。図８を参照すると、加工装置３００は、材料供給ユニット３２と、成形ユニット３３と、レーザ焼結ユニット３４とを有しており、材料供給ユニット３２は、成形ユニット３３に粉末材料を提供し、レーザ焼結ユニット３４は、粉末材料を焼結するために使用され、それにより粉末材料が成形ユニット３３において異形材を形成する。
【００４０】
特に、材料供給ユニット３２は、供給ピストン３２２と、第１のシリンダボディ３２３と、ローラ３２４とを有しており、供給ピストン３２２は第１のシリンダボディ３２３内に構成されており、第１のシリンダボディ３２３に沿って鉛直方向に移動可能である。粉末材料は、供給ピストン３２２内に積層されている。ローラ３２４は、粉末材料上を転がることができ、これにより、粉末材料を成形ユニット３３上に広げる。粉末材料は、例えば、Inconel 718合金であってもよい。Inconel 718合金は、ニオビウムおよびモリブデンを含む析出硬化するニッケル−クロム−鉄合金であり、高い強度、所望の靱性および高温性能を有する。さらに、粉末材料は、高い強度および高温性能を有する別の材料であってもよい。
【００４１】
成形ユニット３３は、成形供給ピストン３３２と、第２のシリンダボディ３３３と、成形部分３３４とを有しており、成形供給ピストン３３２は第２のシリンダボディ３３３内に構成されており、第２のシリンダボディ３３３に沿って鉛直方向に移動することができる。また、成形部分３３４は、成形供給ピストン３３２に固定されており、成形供給ピストン３３２ａと一緒に鉛直方向へ移動することができる。成形部分３３４は、加工されるべき構成部分３０１を支持するために使用される。
【００４２】
レーザ焼結ユニット３４は、レーザ３４２と、スキャニングミラー３４３とを有しており、レーザ３４２はスキャニングミラー３４３へ接続され、レーザビームを形成することができる。また、スキャニングミラー３４３は、予め設定された異形材を得るために、レーザ３４２によって提供されたレーザビームを使用することによって粉末材料を焼結させるために使用される。
【００４３】
図９は、図４に示したシーリング遠隔測定アセンブリの製造手順の概略図である。図９、図８および図４を参照すると、シーリング遠隔測定アセンブリ２０の製造方法は、以下のステップを含む。
ステップＳ４１：３Ｄプリンティング技術を使用することによってキャビティ形成部分２２２およびカバーを加工し、その際、複数の取付けキャビティがキャビティ形成部分２２２内に形成される。
ステップＳ４２：少なくとも１つのセンサ２３を取付けキャビティ２２２ａ内に構成する。
ステップＳ４３：キャビティ形成部分２２２をカバーするまたはキャビティ形成部分２２２にカバー２２３を固定する。
【００４４】
特に、ステップＳ４１において、３Ｄプリンティング技術は、例えば、選択的レーザ溶融（選択的レーザ溶融、ＳＬＭ）である。選択的レーザ溶融は、金属粉末のラピッドプロトタイピング技術であり、付加製造（付加製造）技術の１つである。実際の作動中、ローラ３２４は、まず、成形ユニット３３の成形部分３３４上に粉末材料の層を広げる。レーザ焼結ユニット３４は、成形されるべき異形材に応じて粉末層をスキャンするようにレーザビームを制御し、この結果、粉末の温度が融点まで上昇し、粉末を焼結させて、加工されるべき構成部分３０１を形成する。
【００４５】
横断面が焼結されると、成形供給ピストン３３２は下降し、この場合、ローラ３２４は、再び、加工されるべき構成部分３０１上に粉末材料の層を均一に広げ、別の横断面の焼結が開始する。キャビティ形成部分２２２ａおよびカバー２２３が完全に形成されるまで、操作が繰り返される。
【００４６】
選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）のみならず、熱溶解積層法（熱溶解積層法、ＦＤＭ）などの別の３Ｄプリンティング技術も、シーリング遠隔測定アセンブリ２０のために使用されてもよいが、ＳＬＭは、好ましい解決策として使用される。なぜならば、ＳＬＭは、より高い機械的強度、寸法精度および加工物表面品質を提供することがあるからである。
【００４７】
キャビティ形成部分２２２がカバー２２３から分離されたまま維持される限り、キャビティ形成部分２２２およびカバー２２３は、同時に成形ユニット３３の成形部分３３４上に加工されてもよい。キャビティ形成部分２２２およびカバー２２３を成形するために使用される粉末材料は、ニッケル−クロム−鉄合金である。シーリングカバー２０の加工プロセスでは、シーリングカバー２０は、長期間にわたって高温下で作動し、長さ方向（すなわち、図４に示したＺ軸方向であり、シーリングカバー２２がタービンディスク１４３をカバーしているときには、長さ方向はタービンディスク１４３の半径方向に沿って延びている）に沿って比較的大きな遠心力の作用を受け、シーリングカバー２２は、したがって、クリープ変形を容易に生じる。３Ｄプリンティングの間、キャビティ形成部分２２２およびカバー２２３は積層によって形成されるので、層間構造を排除し、機械的性能、特に、材料の高温クリープ抵抗性能を高めるために、適切な熱処理技術が必要とされる。特定の熱処理技術は、選択されたプリンティング材料に応じて、直交実験によって決定される必要がある。
【００４８】
本発明において使用される熱処理技術は、例えば、１０５０℃〜１０８０℃の温度での０．５時間〜２時間の均質化処理、７３０℃〜７９０℃の温度への空気冷却、５時間〜２０時間の熱保存、６３０℃〜６８０℃の温度への炉冷却および５時間〜１０時間の熱保存である。熱処理後の材料が、Ｚ軸方向で最善の高温クリープ抵抗性能を有することを考慮して、シーリングカバー２２は、図４に示したＺ軸方向、すなわち、シーリングカバー２２ａの長さ方向に沿ってプリンティングされてもよいが、本発明はそれに限定されない。別の実施の形態では、シーリングカバー２２は、図４に示したＸ軸方向またはＹ軸方向に沿って成形されてもよい。
【００４９】
ステップＳ４１は、さらに、カバー２２３がプリンティングされるとき、カバー２２３に複数のワイヤ挿入孔２２３ｃを形成することを含み、カバー２２３がキャビティ形成部分２２２をカバーするとき、ワイヤ挿入孔２２３ｃは、対応するキャビティ形成部分２２２と連通する。無線送信器が取付けキャビティ２２２ａ内に構成されているとき、複数のワイヤ挿入孔２２３ｃの形成は省略されてもよいことに留意すべきである。
【００５０】
電源装置２４は、シーリングカバー２２に配置されていてもよいし、または取付けキャビティ２２２ａ内に収容されていてもよい。ステップＳ４２は、さらに、取付けキャビティ２２２ａにおいて少なくとも１つの電源装置２４を構成することを含み、電源装置２４は、センサ２３に電気的に接続され、センサ２３に電力を供給するために使用される。
【００５１】
無線送信機がシーリングカバー２２に配置されている場合、ステップＳ４２は、さらに、取付けキャビティ２２２ａ内に構成された無線送信機を構成するステップを含む。無線送信機がシーリングカバー２２の外側に配置されている場合、ステップＳ４２において、センサ２３に接続されたワイヤと、電源装置２４とは、ワイヤ挿入孔２２３ｃを通過した後、無線送信機に接続される。
【００５２】
ステップＳ４３において、カバー２２３は、レーザ溶接によってキャビティ形成部分２２２に固定されてもよいが、本発明において、カバー２２３をキャビティ形成部分２２２に固定する方法は限定されない。
【００５３】
本発明のガスタービン、シーリングカバー、シーリング遠隔測定アセンブリおよび製造方法は、以下の利点を有する。
【００５４】
１．本発明のガスタービン、シーリングカバー、シーリング遠隔測定アセンブリおよびその製造方法において、シーリングカバーは、キャビティ形成部分およびカバーを有しており、取付けキャビティがキャビティ形成部分内に設けられており、ガスタービンの内部環境をリアルタイムで監視することができるセンサが、取付けキャビティ内に収容されてもよい。加えて、本発明において、電源装置はシーリングカバーに組み込まれており、これは、従来技術における、電源装置をサーマルバリアコーティングに取り付けるためにサーマルバリアコーティングが損傷することを回避するのみならず、誘導発電装置によって生じる、遠心力および磁気コア高温磁化問題をも回避することができる。この結果、ガスタービンの安全性および信頼性を高めることができる。加えて、センサは検出信号を無線方式で送信し、したがって、ワイヤが通過するための貫通孔をタービンディスクに設ける必要がなく、製造コストを削減することができる。
【００５５】
２．本発明のガスタービン、シーリングカバー、シーリング遠隔測定アセンブリおよびその製造方法の１つの実施の形態では、電源装置は熱電発電機であり、熱電発電機は、シーリングカバーに比較的大きな温度差が存在するという特徴を利用することによって電気エネルギを発生し、外部電力が接続される必要はなく、これは、ガスタービンのコストを削減するのみならず、取付けを容易にすることができる。
【００５６】
３．本発明のガスタービン、シーリングカバー、シーリング遠隔測定アセンブリおよびその製造方法の１つの実施の形態では、少なくとも１つの無線送信機が、シーリングカバーの取付けキャビティ内にまたはシーリングカバーの外側に構成されていてもよく、これは、便利かつ柔軟な応用を有する。
【００５７】
４．本発明のガスタービン、シーリングカバー、シーリング遠隔測定アセンブリおよびその製造方法の１つの実施の形態では、シーリングカバーのカバーは、キャビティ形成部分と一体化されているのではなく、キャビティ形成部分に固定されており、これは、メンテナンスの簡便性を高めることができる。例えば、キャビティ形成部分内の電源装置またはセンサが故障したとき、キャビティ形成部分からカバーを取り外すことができ、電源装置またはセンサが修理された後、次いでキャビティ形成部分にカバーを固定することができる。
【００５８】
５．本発明のガスタービン、シーリングカバー、シーリング遠隔測定アセンブリおよびその製造方法の１つの実施の形態では、シーリング遠隔測定アセンブリは、３Ｄプリンティング技術を利用することによって加工される。シーリングカバーが製造されるとき、キャビティ形成部分およびカバーは、シーリングカバーの長さ方向に沿って成形され、次いで、熱処理が行われ、この結果、シーリングカバーは、より良い機械的性能を有し、また、シーリングカバーは、遠心力の作用による変形が有効に防止されることがある。
【００５９】
６．本発明のガスタービン、シーリングカバー、シーリング遠隔測定アセンブリおよびその製造方法の１つの実施の形態では、シーリングカバーは、３Ｄプリンティング技術を利用することによって加工され、この結果、シーリングカバーがより良い強度を有することができるのみならず、シーリングカバーの厚さを予め設定された範囲内に制御することができ、より薄いシーリングカバーが得られる。
【００６０】
上記の説明は、単に本発明の例示的な実施の形態であり、本発明を限定する意図はない。本発明の思想および原理から逸脱せずになされるあらゆる変更、均等置換または改良が本発明の保護範囲内にあるべきである。
【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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【国際調査報告】
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