(57)【要約】【課題】ロータに対するガスタービンケーシングの偏心を測定するためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】ガスタービンのケーシングおよびロータの偏心を決定するためのシステムおよび方法は、既知の円周方向位置でケーシングに結合された複数の静止距離検出器と、静止距離検出器によって規定された軸方向平面でまたはその近傍でロータまたはブレードに結合された回転距離検出器とを含む。静止距離検出器は、無線信号を互いに送信し、各対の静止距離検出器の間の第１の一連の距離測定値を決定する。回転距離検出器は、ロータがスピンすると、無線信号を静止距離検出器の各々に送信し、第２の一連の距離測定値を生成する。測定値は、無線ローカルエリアネットワークを介して、距離測定値を偏心プロットに処理するリモートコンピューティングデバイスに送信される。任意選択の基地局を使用して、無線ネットワークを生成してもよい。【選択図】図２２
2019168446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン（１０）のロータ（３０）に対するケーシング（１４）の偏心を決定するためのシステム（１０００）であって、前記システム（１０００）は、
第１の軸方向平面に沿った既知の円周方向位置で前記ケーシング（１４）に設置された一組の静止距離検出器（１２０）であって、前記一組の静止距離検出器（１２０）は、第１の距離検出器（１２０Ａ）と、第２の距離検出器（１２０Ｂ）と、第３の距離検出器（１２０Ｃ）とを備え、
前記第１の距離検出器（１２０Ａ）は、第１のハウジング（１２２）と、前記第１のハウジング（１２２）内に収容された第１のマイクロコントローラ（１２８、２２８）と、前記第１のハウジング（１２２）に結合された第１のアンテナ（１３０）と、前記第１のアンテナ（１３０）の遠位端部に結合された第１の無線ネットワークトランシーバ（１２６、１３６、２２６）とを備え、
前記第２の距離検出器（１２０Ｂ）は、第２のハウジング（１２２）と、前記第２のハウジング（１２２）内に配置された第２のマイクロコントローラ（１２８、２２８）と、前記第２のハウジング（１２２）に結合された第２のアンテナ（１３０）と、前記第２のアンテナ（１３０）の遠位端部に結合された第２の無線ネットワークトランシーバ（１２６、１３６、２２６）とを備え、
前記第３の距離検出器（１２０Ｃ）は、第３のハウジング（１２２）と、前記第３のハウジング（１２２）内に配置された第３のマイクロコントローラ（１２８、２２８）と、前記第３のハウジング（１２２）に結合された第３のアンテナ（１３０）と、前記第３のアンテナ（１３０）の遠位端部に結合された第３の無線ネットワークトランシーバ（１２６、１３６、２２６）とを備える、一組の静止距離検出器（１２０）と、
前記第１の軸方向平面でまたはその近傍で前記ガスタービン（１０）の回転構成要素に固着される回転距離検出器（２００）であって、前記回転構成要素は、前記ロータ（３０）、圧縮機ブレード（１６）、およびタービンブレード（１６）のうちの１つであり、前記回転距離検出器（２００）は、第４のハウジング（２０２）と、前記第４のハウジング（２０２）内に配置された第４のマイクロコントローラ（１２８、２２８）と、前記第４のマイクロコントローラ（１２８、２２８）に結合された第４の無線ネットワークトランシーバ（１２６、１３６、２２６）とを備え、
前記第１の距離検出器（１２０Ａ）は、第１の無線信号（１７０）を前記第２の距離検出器（１２０Ｂ）に送信し、前記第２の距離検出器（１２０Ｂ）から第２の無線信号（１７２）を受信して前記第１の距離検出器（１２０Ａ）と前記第２の距離検出器（１２０Ｂ）との間の第１の距離を測定し、
前記第１の距離検出器（１２０Ａ）は、第３の無線信号（１７０）を前記第３の距離検出器（１２０Ｃ）に送信し、前記第３の距離検出器（１２０Ｃ）から第４の無線信号（１７２）を受信して前記第１の距離検出器（１２０Ａ）と前記第３の距離検出器（１２０Ｃ）との間の第２の距離を測定し、
前記圧縮機ロータ（３０）がスピンすると、前記回転距離検出器（２００）は、一連の第５の無線信号（１７０）を前記第１の距離検出器（１２０Ａ）、前記第２の距離検出器（１２０Ｂ）、および前記第３の距離検出器（１２０Ｃ）に送信し、それによって前記第４の距離検出器と前記第１の距離検出器（１２０Ａ）、前記第２の距離検出器（１２０Ｂ）、および前記第３の距離検出器（１２０Ｃ）の各々との間のそれぞれの第３の距離を示す一連の経路長さを規定し、
前記第１の距離検出器（１２０Ａ）および前記回転距離検出器（２００）の１つまたは複数は、無線ローカルエリアネットワーク（４７５）を介して前記第１の距離、前記第２の距離、および前記それぞれの第３の距離の測定値を送信する、回転距離検出器（２００）と、
前記第１の距離、前記第２の距離、および前記それぞれの第３の距離の測定値を前記第１の軸方向平面の前記ロータ（３０）に対する前記ケーシング（１４）の偏心プロット（７００、８００）に処理するためのリモートコンピューティングデバイス（５００）と
を備える、システム（１０００）。
【請求項２】
前記ケーシング（１４）が、複数のケーシング貫通部（１０２、１０４、１０６、１０８、１１０）を規定し、前記第１の距離検出器（１２０Ａ）、前記第２の距離検出器（１２０Ｂ）、および前記第３の距離検出器（１２０Ｃ）の前記それぞれのアンテナ（１３０）の各々が、前記複数のケーシング貫通部（１０２、１０４、１０６、１０８、１１０）のそれぞれを通して配置され、前記第１のハウジング（１２２）、前記第２のハウジング（１２２）、および前記第３のハウジング（１２２）の各々が、前記ケーシング（１４）の半径方向外側に配置される、請求項１に記載のシステム（１０００）。
【請求項３】
前記第２の距離検出器（１２０Ｂ）が、第６の無線信号（１７０）を前記第３の距離検出器（１２０Ｃ）に送信し、前記第３の距離検出器（１２０Ｃ）から第７の無線信号（１７２）を受信して前記第２の距離検出器（１２０Ｂ）と前記第３の距離検出器（１２０Ｃ）との間の第４の距離を測定する、請求項１に記載のシステム（１０００）。
【請求項４】
前記一組の静止距離検出器（１２０）が、第５のハウジング（１２２）と、前記第１のハウジング（１２２）内に配置された第５のマイクロコントローラ（１２８、２２８）と、前記第５のハウジング（１２２）に結合された第５のアンテナ（１３０）と、前記第５のアンテナ（１３０）の遠位端部に結合された第５の無線ネットワークトランシーバ（１２６、１３６、２２６）とを備える第４の距離検出器（１２０Ｄ）を備え、前記第１の距離検出器（１２０Ａ）が、第８の無線信号（１７０）を前記第４の距離検出器（１２０Ｄ）に送信し、前記第４の距離検出器（１２０Ｄ）から第９の無線信号（１７２）を受信して前記第１の距離検出器（１２０Ａ）と前記第４の距離検出器（１２０Ｄ）との間の第５の距離を測定する、請求項３に記載のシステム（１０００）。
【請求項５】
前記ケーシング（１４）が、前記第１の軸方向平面に沿って円形断面を有し、前記第１の距離検出器（１２０Ａ）、前記第２の距離検出器（１２０Ｂ）、前記第３の距離検出器（１２０Ｃ）、および前記第４の距離検出器（１２０Ｄ）が、前記円形断面の各象限がそれぞれの距離検出器（１２０）を有するように、前記圧縮機ケーシング（１４）を中心に円周方向に間隔を置いて配置される、請求項４に記載のシステム（１０００）。
【請求項６】
前記第１の距離検出器（１２０Ａ）、前記第２の距離検出器（１２０Ｂ）、前記第３の距離検出器（１２０Ｃ）、および前記第４の距離検出器（１２０Ｄ）が、等間隔で円周方向に間隔を置いて配置される、請求項５に記載のシステム（１０００）。
【請求項７】
前記第１の距離検出器（１２０Ａ）、前記第２の距離検出器（１２０Ｂ）、前記第３の距離検出器（１２０Ｃ）、および前記第４の距離検出器（１２０Ｄ）の各々が、前記ハウジング（１２２）内の前記マイクロコントローラ（１２８、２２８）に結合された追加の無線ネットワークトランシーバ（１２６、１３６、２２６）を備える、請求項４に記載のシステム（１０００）。
【請求項８】
前記回転距離検出器（２００）が、前記ハウジング（２０２）内に配置されたバッテリ（２４６）と、前記マイクロコントローラ（１２８、２２８）に結合された電源スイッチ（２４４）とをさらに備える、請求項１に記載のシステム（１０００）。
【請求項９】
前記回転距離検出器（２００）の前記第４のハウジング（２０２）が、固着された複数の磁石（２６０）を有する表面（２０６）を備え、前記複数の磁石（２６０）を有する前記表面（２０６）が、前記回転構成要素の表面と接触して配置される、請求項１に記載のシステム（１０００）。
【請求項１０】
前記リモートコンピューティングデバイス（５００）と無線通信するリモートビューイングデバイス（５６０）をさらに備え、前記リモートビューイングデバイス（５６０）が、前記偏心プロット（７００、８００）を受信および表示するためのアプリがロードされるタブレットコンピュータを備える、請求項１に記載のシステム（１０００）。
【請求項１１】
前記無線ローカルエリアネットワーク（４７５）が、無線トランシーバ（１２６、１３６、２２６）を備える携帯用基地局（４００）によって生成され、前記携帯用基地局（４００）が、前記ケーシング（１４）に近接して位置する、請求項１に記載のシステム（１０００）。
【請求項１２】
前記携帯用基地局（４００）に結合された少なくとも１つの外部アンテナ（４５０）をさらに備え、前記少なくとも１つの外部アンテナ（４５０）が、前記ケーシング（１４）にまたはその内部に設置される、請求項１１に記載のシステム（１０００）。
【請求項１３】
ガスタービン（１０）のロータ（３０）に対するケーシング（１４）の偏心を決定するための方法（６００）であって、
（ａ）第１の軸方向平面に沿った既知の円周方向位置に、第１の距離検出器（１２０Ａ）と、第２の距離検出器（１２０Ｂ）と、第３の距離検出器（１２０Ｃ）とを備える一組の静止距離検出器（１２０）を前記ケーシング（１４）に設置すること（６２２）であって、前記第１の距離検出器（１２０Ａ）、前記第２の距離検出器（１２０Ｂ）、および前記第３の距離検出器（１２０Ｃ）の各々は、ハウジング（１２２）と、前記ハウジング（１２２）内に配置されたマイクロコントローラ（１２８、２２８）と、前記ハウジング（１２２）に結合されたアンテナ（１３０）と、前記アンテナ（１３０）の遠位端部に結合された無線ネットワークトランシーバ（１２６、１３６、２２６）とを備えることと、
（ｂ）前記第１の軸平面にまたはその近傍に、回転距離検出器（２００）を回転構成要素に設置すること（６２４）であって、前記回転距離検出器（２００）は、ハウジング（２０２）と、前記ハウジング（２０２）内に配置されたマイクロコントローラ（１２８、２２８）と、無線ネットワークトランシーバ（１２６、１３６、２２６）とを備え、前記回転構成要素は、圧縮機ブレード（１６）、タービンブレード（１６）、および前記ロータ（３０）のうちの１つを備えることと、
（ｃ）前記第１の距離検出器（１２０Ａ）、前記第２の距離検出器（１２０Ｂ）、および前記第３の距離検出器（１２０Ｃ）の間で、無線ローカルエリアネットワーク（４７５）を介して無線信号（１７０、１７２）を送信および受信することによってそれぞれの対の前記第１の距離検出器（１２０Ａ）、前記第２の距離検出器（１２０Ｂ）、および前記第３の距離検出器（１２０Ｃ）の間のそれぞれの距離の第１の一連の測定値を取得すること（６３０）と、
（ｄ）前記ロータ（３０）が低速でスピンすると、前記第１の距離検出器（１２０Ａ）、前記第２の距離検出器（１２０Ｂ）、前記第３の距離検出器（１２０Ｃ）、および前記回転距離検出器（２００）の間で、前記無線ローカルエリアネットワーク（４７５）を介して無線信号（１７０、１７２）を送信および受信することによって前記回転距離検出器（２００）と前記第１の距離検出器（１２０Ａ）、前記第２の距離検出器（１２０Ｂ）、および前記第３の距離検出器（１２０Ｃ）の各々との間のそれぞれの距離の第２の一連の測定値を取得すること（６５０）と、
（ｅ）前記第１の一連の測定値および前記第２の一連の測定値をリモートコンピューティングデバイス（５００）に送信すること（６６０）であって、前記リモートコンピューティングデバイス（５００）は、計算を実行し、前記第１の軸方向段の偏心プロット（７００、８００）を生成することと、
（ｆ）前記第１の軸方向段の前記偏心プロット（７００、８００）をレビューのためにリモートビューイングデバイス（５６０）に送達し（６７０）、前記偏心が所定の仕様内にあるかどうかを決定すること（６８０）と
を含む、方法（６００）。
【請求項１４】
前記第１の軸方向段の前記偏心が前記所定の仕様外である場合、前記ロータ（３０）の前記位置を調整すること（６９０）をさらに含む、請求項１３に記載の方法（６００）。
【請求項１５】
前記ロータ（３０）の前記位置を調整した後に少なくともステップ（ｄ）、（ｅ）、および（ｆ）を繰り返すことをさらに含む、請求項１４に記載の方法（６００）。
【請求項１６】
前記第１の軸方向平面から遠位の第２の軸方向平面でステップ（ａ）〜（ｆ）を繰り返すことをさらに含む、請求項１３に記載の方法（６００）。
【請求項１７】
前記第１の軸方向段の前記偏心と前記第２の軸方向段の前記偏心の両方が前記所定の仕様外である場合、前記ロータ（３０）の前記位置を調整すること（６９０）をさらに含む、請求項１６に記載の方法（６００）。
【請求項１８】
前記第１の軸方向平面が、前記ガスタービン（１０）の圧縮機（１２）に配置され、前記第２の軸方向平面が、前記ガスタービン（１０）のタービン（２８）に配置される、請求項１６に記載の方法（６００）。
【請求項１９】
前記第１の軸方向平面および前記第２の軸方向平面が、前記ガスタービン（１０）の圧縮機（１２）に配置される、請求項１６に記載の方法（６００）。
【請求項２０】
前記第１の軸方向平面および前記第２の軸方向平面が、前記ガスタービン（１０）のタービン（２８）に配置される、請求項１６に記載の方法（６００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、ガスタービンケーシングまたはシェルを有するガスタービンに関し、より具体的には、ロータに対するガスタービンケーシングの偏心を測定するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンシステムなどのいくつかの従来のターボ機械は、電力を生成するために利用される。一般に、ガスタービンシステムは、圧縮機と、１つまたは複数の燃焼器と、タービンとを含む。空気は、その入口を介して圧縮機内に引き込まれることができ、そこで空気は、多段の回転ブレードおよび静止ノズルを通過することによって圧縮される。圧縮空気は、１つまたは複数の燃焼器に導かれ、そこで燃料が導入され、そして燃料／空気混合物が点火されて燃焼され、燃焼生成物を形成する。燃焼生成物は、タービンの動作流体として機能する。
【０００３】
次いで、動作流体は、各組の回転ブレードおよび各対応する組の静止ノズルがタービン段を規定するように、複数の回転ブレードと回転ブレードの間に配置された複数の静止ノズルとの間に規定される流体流路を通って流れる。発電に使用されるタービンの中には、３段を有するものもあれば、４段を有するものもある。複数の回転ブレードがガスタービンシステムのロータを回転させると、ロータに結合された発電機は、ロータの回転から電力を生成することができる。タービンブレードの回転はまた、ロータに結合される圧縮機ブレードの回転を引き起こす。
【０００４】
ガスタービンロータのガスタービンケーシングに対する適切な位置合わせを確実にすることにより、ガスタービンが最も効率的に動作することを可能にし、圧縮機ブレード先端が圧縮機ケーシングに擦り付けられる可能性、またはタービンブレードがタービンシェルに擦り付けられる可能性を低減し、ガスタービンを通る不均一な空気流から生じ得る不均一な部分摩耗の可能性を低減する。位置合わせプロセスは、ガスタービンの初期構築中または設置中に実行され、ガスタービンケーシングおよび／またはロータが移動している運転停止中にも実行することができる。ガスタービンのオペレータが、回転圧縮機またはタービンブレードとガスタービンケーシングのそれぞれの部分との間の位置ずれおよび／または望ましくないクリアランスを修正することができることにより、動作効率が確保され、発電出力が維持される。
【０００５】
１つまたは複数の軸方向に間隔を置いて配置された段でロータに対するガスタービンケーシングの偏心を迅速かつ正確に測定するためのシステムが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第９５８７５１１  Ｂ２号明細書
【発明の概要】
【０００７】
簡単に言えば、本開示は、ガスタービンのケーシングおよびロータの偏心を決定するためのシステムおよび方法に関する。システムは、既知の円周方向位置でケーシングに結合された複数の静止距離検出器と、静止距離検出器によって規定された軸方向平面でロータまたはブレードに結合された回転距離検出器とを含む。静止距離検出器は、無線信号を互いに送信し、各対の静止距離検出器の間の第１の一連の距離測定値を決定する。回転距離検出器は、ロータがスピンすると、無線信号を静止距離検出器の各々に送信し、第２の一連の距離測定値を生成する。測定値は、無線ローカルエリアネットワークを介して、距離測定値を偏心プロットに処理するリモートコンピューティングデバイスに送信される。任意選択の基地局を使用して、無線ネットワークを生成してもよい。
【０００８】
より具体的には、ガスタービンのロータに対するケーシングの偏心を決定するためのシステムは、第１の軸方向平面に沿った既知の円周方向位置でケーシングに設置された一組の静止距離検出器を含み、一組の静止距離検出器は、第１の距離検出器と、第２の距離検出器と、第３の距離検出器と、回転距離検出器と、リモートコンピューティングデバイスとを備える。第１の距離検出器は、第１のハウジングと、第１のハウジング内に収容された第１のマイクロコントローラと、第１のハウジングに結合された第１のアンテナと、第１のアンテナの遠位端部に結合された第１の無線ネットワークトランシーバとを含む。第２の距離検出器は、第２のハウジングと、第２のハウジング内に配置された第２のマイクロコントローラと、第２のハウジングに結合された第２のアンテナと、第２のアンテナの遠位端部に結合された第２の無線ネットワークトランシーバとを含む。第３の距離検出器は、第３のハウジングと、第３のハウジング内に配置された第３のマイクロコントローラと、第３のハウジングに結合された第３のアンテナと、第３のアンテナの遠位端部に結合された第３の無線ネットワークトランシーバとを含む。第１の軸方向平面でまたはその近傍でガスタービンの回転構成要素に固着される回転距離検出器は、第４のハウジングと、第４のハウジング内に配置された第４のマイクロコントローラと、第４のマイクロコントローラに結合された第４の無線ネットワークトランシーバとを含む。回転構成要素は、ロータ、圧縮機ブレード、およびタービンブレードのうちの１つである。第１の距離検出器は、第１の無線信号を第２の距離検出器に送信し、第２の距離検出器から第２の無線信号を受信して第１の距離検出器と第２の距離検出器との間の第１の距離を測定する。第１の距離検出器は、第３の無線信号を第３の距離検出器に送信し、第３の距離検出器から第４の無線信号を受信して第１の距離検出器と第３の距離検出器との間の第２の距離を測定する。圧縮機ロータがスピンすると、回転距離検出器は、一連の第５の無線信号を第１の距離検出器、第２の距離検出器、および第３の距離検出器に送信し、それによって第４の距離検出器と第１の距離検出器、第２の距離検出器、および第３の距離検出器の各々との間のそれぞれの第３の距離を示す一連の経路長さを規定する。第１の距離検出器および回転距離検出器の１つまたは複数は、第１の距離、第２の距離、およびそれぞれの第３の距離の測定値を送信する。リモートコンピューティングデバイスは、第１の距離、第２の距離、およびそれぞれの第３の距離の測定値を第１の軸方向平面のロータに対するケーシングの偏心プロットに処理する。
【０００９】
ガスタービンの圧縮機ロータに対する圧縮機ケーシングの偏心を決定するための方法もまた、本明細書で提供される。方法は、（ａ）第１の軸方向平面に沿った既知の円周方向位置に、第１の距離検出器と、第２の距離検出器と、第３の距離検出器とを備える一組の静止距離検出器をケーシングに設置するステップであって、第１の距離検出器、第２の距離検出器、および第３の距離検出器の各々は、ハウジングと、ハウジング内に配置されたマイクロコントローラと、ハウジングに結合されたアンテナと、アンテナの遠位端部に結合された無線ネットワークトランシーバとを備えるステップと、（ｂ）第１の軸平面にまたはその近傍に、回転距離検出器を回転構成要素に設置するステップであって、回転距離検出器は、ハウジングと、ハウジング内に配置されたマイクロコントローラと、無線ネットワークトランシーバとを備え、回転構成要素は、圧縮機ブレードおよび圧縮機ロータのうちの１つを備えるステップと、（ｃ）第１の距離検出器、第２の距離検出器、および第３の距離検出器の間で、無線ローカルエリアネットワークを介して無線信号を送信および受信することによってそれぞれの対の第１の距離検出器、第２の距離検出器、および第３の距離検出器の間のそれぞれの距離の第１の一連の測定値を取得するステップと、（ｄ）圧縮機ロータが低速でスピンすると、第１の距離検出器、第２の距離検出器、および第３の距離検出器の間で、無線ローカルエリアネットワークを介して無線信号を送信および受信することによって回転距離検出器と第１の距離検出器、第２の距離検出器、および第３の距離検出器の各々との間のそれぞれの距離の第２の一連の測定値を取得するステップと、（ｅ）第１の一連の測定値および第２の一連の測定値をリモートコンピューティングデバイスに送信するステップであって、リモートコンピューティングデバイスは、計算を実行し、第１の軸方向段の偏心プロットを生成するステップと、（ｆ）第１の軸方向段の偏心プロットをレビューのためにリモートビューイングデバイスに送達し、偏心が所定の仕様内にあるかどうかを決定するステップとを含む。
【００１０】
本明細書は、当業者を対象として、本システムおよび方法の完全かつ可能な開示を、それを使用する最良の形態を含んで記載する。本明細書は、添付の図を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本偏心測定システムを用いることができるガスタービンシステムの概略図である。
【図２】異なる圧縮機段のケーシング貫通部を示す、図１のガスタービンシステムの圧縮機の概略図である。
【図３】本開示の偏心測定システムの一部として使用することができる、静止距離検出器の側面断面図である。
【図４】図３の静止距離検出器の側面斜視図である。
【図５】図３の静止距離検出器の俯瞰平面図である。
【図６】図３の静止距離検出器の底面図である。
【図７】図１の圧縮機またはタービンのいずれかのケーシングの周りに設置された、一組の静止距離検出器の概略図である。
【図８】本偏心測定システムと共に使用することができる基地局の俯瞰斜視図である。
【図９】図８の基地局と共に使用するための一対のアンテナの斜視図である。
【図１０】本偏心測定システムの静止距離検出器とリモートコンピューティングデバイスとの間の無線通信の概略図である。
【図１１】ケーシングに設置された（図３におけるような）２つの静止距離検出器の各々と複数の他の静止距離検出器との間の無線通信の概略図である。
【図１２】本偏心測定システムの（図３におけるような）それぞれの対の静止距離検出器の間の無線通信の概略図である。
【図１３】本偏心測定システムの一部として図１のガスタービンの回転構成要素に装着することができる、回転距離検出器の分解俯瞰図である。
【図１４】図１３の回転距離検出器の底面図である。
【図１５】図１３の回転距離検出器の側面図である。
【図１６】図１３の回転距離検出器が取り付けられている例示的なブレードの斜視図である。
【図１７】図１６の回転ブレードに装着された回転距離検出器を示す、（図３の）静止距離検出器のうちの１つと（図１３の）回転距離検出器との間の無線通信の概略図である。
【図１８】（図３の）別の静止距離検出器と（図１３の）回転距離検出器との間の無線通信の概略図である。
【図１９】図１７および図１８に示すような、静止距離検出器と回転距離検出器との間の無線通信から導出された点のプロットの概略図である。
【図２０】本偏心測定システムを使用してガスタービンケーシングとロータとの位置合わせを確実にするプロセスを概説するフローチャートである。
【図２１】本偏心システムを使用して行われた測定値の例示的なプロット図である。
【図２２】図３の静止距離検出器（３つのユニット）と、図１３の回転距離検出器（１つのユニット）と、任意選択で、図８の基地局と、図９の少なくとも１つのアンテナとを含む本開示の偏心測定システムの構成要素を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
現在の偏心測定システムを明確に説明するために、本開示の範囲内の関連する機械構成要素を参照し説明するために特定の専門用語を使用する。可能な限り、一般的な業界専門用語が、用語の一般的な意味と一致する方法で使用されて用いられる。別途記載のない限り、このような専門用語は、本出願の文脈および添付の特許請求の範囲と一致する広義の解釈を与えられるべきである。当業者であれば、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なるまたは重複する用語を使用して参照されることがあることを理解するであろう。単一の部品であるとして本明細書に記載され得るものは、複数の構成要素からなるものとして別の文脈を含み、かつ別の文脈で参照されてもよい。あるいは、複数の構成要素を含むものとして本明細書に記載され得るものは、単一の部品として他の場所で参照されてもよい。
【００１３】
加えて、以下に記載されるように、いくつかの記述的用語が本明細書で規則的に使用され得る。本明細書で使用する場合、「下流」および「上流」は、タービンエンジンを通る作動流体などの流体の流れに対する方向を示す用語である。「下流」という用語は、流体の流れの方向に対応し、「上流」という用語は、流れとは反対の方向（すなわち、流体が流れてくる方向）を指す。「前方」および「後方」という用語は、別途指定のない限り、相対的な位置を指し、「前方」は、エンジンの前方（または圧縮機）端部に向かって位置した構成要素または表面を表すために使用され、「後方」は、エンジンの後方（またはタービン）端部に向かって位置した構成要素を表すために使用される。さらに、「先導する」および「後続する」という用語は、それぞれ、「前方」および「後方」という用語と同様の記述で使用され、および／または理解することができる。「先導する」は、例えば、流体が最初に流れるタービンブレードの表面を表すために使用され得、「後続する」は、流体が最終的に流れるタービンブレードの表面を表すために使用され得る。
【００１４】
多くの場合、異なる半径方向、軸方向および／または円周方向の位置にある部品を説明することが要求される。図１に示すように、「Ａ」軸は、軸方向を表す。本明細書で使用する場合、「軸方向の」および／または「軸方向に」という用語は、タービンシステム（特に、ロータセクション）の回転軸と実質的に平行な軸Ａに沿った物体の相対的な位置／方向を指す。さらに本明細書で使用する場合、「半径方向の」および／または「半径方向に」という用語は、軸Ａと実質的に垂直であり、ただ１つの場所において軸Ａと交差する軸（Ｒ）に沿った物体の相対的な位置または方向を指す。最後に、「円周方向の」という用語は、軸Ａ（例えば、軸「Ｃ」）周りの移動または位置を指す。「円周方向の」という用語は、任意の適切な形状（例えば、多角形）の中心の周りに延びる寸法を指すことがあり、円形形状の中心の周りに延びる寸法に限定されない。
【００１５】
本開示は、一般に、圧縮機ケーシングおよびタービンシェルを有するガスタービンに関し、より具体的には、ガスタービンロータに対する圧縮機ケーシングおよびタービンシェルの一方または両方の偏心を測定するためのシステムおよび方法に関する。そのような測定は、製造中、およびガスタービンが停止している運転停止中（例えば、検査または保守期間中）に必要となる可能性がある。本明細書における「ケーシング」（「ａ  ｃａｓｉｎｇ」または「ｔｈｅ  ｃａｓｉｎｇ」）へのあらゆる言及は、特に明記しない限り、圧縮機ケーシングまたはタービンシェルのいずれかを包含するように読まれるべきである。ケーシングは、単壁ケーシングまたは二重壁ケーシングであってもよく、圧縮機ケーシングとタービンシェルの両方が同じ数の壁を含むことは必要ではない。本明細書における「回転ブレード」への言及は、特に明記しない限り、圧縮機ブレードまたはタービンブレードのいずれかを指すものとして理解されるべきである。
【００１６】
システムおよび方法の様々な実施形態は、図１〜図２２を参照して以下に説明される。しかし、当業者であれば、これらの図に関して本明細書に与えられた詳細な説明は例示のためのものであり、限定するものとして解釈すべきではないことを容易に理解するであろう。
【００１７】
図１は、例示的なガスタービンシステム１０の概略図を示す。ガスタービンシステム１０は、圧縮機ケーシング１４内に段階的に配置された、複数の回転ブレード１６（図１６に示す）と、静止ベーンとを含む圧縮機１２を含むことができる。空気１８は、圧縮機入口１３に入り、多段のブレードおよびベーンを通って流れ、圧縮空気流２０を発生する。圧縮機１２は、圧縮空気２０の流れを燃焼器２２に送達する。燃焼器２２内では、圧縮空気２０の流れが燃料２４の流れと混合され、得られた混合物が燃焼されて燃焼ガス２６の流れを生成する。単一の燃焼器２２のみが示されているが、ガスタービンシステム１０は、任意の数の燃焼器２２を含むことができる。
【００１８】
燃焼ガス２６の流れは次に、同様に段階的に配置された、典型的には複数の回転ブレードおよび静止ベーンを含むタービン２８に送達される。燃焼ガス２６の流れは、タービン２８を駆動して機械的仕事を発生する。タービン２８で発生された機械的仕事は、タービン２８を通って延びるロータ３０を介して圧縮機１２を駆動し、発電機などの外部負荷４０を駆動するために使用することができる。ロータ３０は、中実ロータまたは（例えば、図１７に示すように）中空コアを有する積層ロータであり得る。
【００１９】
ガスタービンシステム１０はまた、排気フレーム３４を含むことができる。図１に示すように、排気フレーム３４は、ガスタービンシステム１０のタービン２８に隣接して配置することができる。より具体的には、排気フレーム３４は、タービン２８に隣接して、かつその実質的に下流に配置することができる。本明細書で説明するように、排気フレーム３４の一部（例えば、外側ケーシング）は、タービン２８のエンクロージャまたはシェル３６に直接結合することができる。
【００２０】
燃焼ガス２６がタービン２８を通って流れてタービン２８を駆動した後、燃焼ガス２６は、排気フレーム３４を通って流れ方向（Ｄ）に排気、流入、および／または排出され得る。図１に示す非限定的な例では、燃焼ガス２６は、流れ方向（Ｄ）に排気フレーム３４を通って流れることができ、ガスタービンシステム１０から（例えば、大気に）排出され得る。ガスタービンシステム１０が複合サイクル発電プラント（例えば、ガスタービンシステムおよび蒸気タービンシステムを含む）の一部である別の非限定的な例では、燃焼ガス２６は、排気フレーム３４から排出され、流れ方向（Ｄ）で複合サイクル発電プラントの排熱回収ボイラに流入してもよい。
【００２１】
図２、および引き続き図１を参照すると、ガスタービンシステム１０の一部が示されている。具体的には、図２は、圧縮機セクション１２およびそのケーシング１４を概略的に示す。上述のように、空気１８は、圧縮機１２の上流端部で入口１３を通って入り、圧縮機ケーシング１４の内部に結合された第１段の回転圧縮機ブレードおよび第１段の静止ベーンに遭遇する。本明細書でさらに説明するように、ロータ３０は、ロータ３０に結合されかつロータ３０の周りに円周方向に配置された複数のブレード１６（そのうちの１つが図１７に示される）を含むことができ、ロータ３０の回転は、タービンセクション２８の回転ブレードによって駆動することができる。圧縮機セクション１２の各ブレード１６は、ロータ３０から半径方向に延び、圧縮機セクション１２を通って流れる空気１８の流路内に配置された翼形部を含むことができる。
【００２２】
圧縮機ケーシング１４は、ボアスコープなどの検査ツールの進入を容易にするためにケーシング貫通部１０２、１０４、１０６（すなわち、ケーシング１４を通る孔）を含む。図示の例示的な配置では、ケーシング貫通部１０２は、圧縮機１２の入口１３にまたはその近傍に配置され、ケーシング貫通部１０４は、圧縮機１２の中間段の近傍に配置され、ケーシング貫通部１０６は、圧縮機１２の後方（または出口）端部にまたはその近傍に配置される。
【００２３】
（図１に示すような）同様のケーシング貫通部１０８、１１０は、それぞれタービン２８の入口でまたはその近傍で、かつタービン２８の後方（または出口）端部でまたはその近傍でタービン２８を囲むタービンシェル３６を通して規定することができる。二組のケーシング貫通部のみが記載されているが、タービン２８の各段がそれ自体の組のケーシング貫通部を有することができることが理解されるべきである。
【００２４】
各段において、圧縮機ケーシング１４内でもタービンシェル３６内でも、ケーシング貫通部は、共通の軸方向平面に沿って配置される。場合によっては、単一の段のケーシング貫通部（例えば、ケーシング貫通部１０２）は、隣接するケーシング貫通部１０２の間に等距離の円周方向間隔で配置されてもよい。場合によっては、単一の段のケーシング貫通部は、円周方向間隔が（９０度間隔で）等距離であるか不均一であるかにかかわらず、３６０度ケーシング１４の象限毎に少なくとも１つのケーシング貫通部と配置される。他の例では、単一の段の対の隣接するケーシング貫通部は、ケーシング１４の外側の他のハードウェアを収容するように円周方向に不均一に間隔を置いて配置されてもよい。本偏心測定システム１０００は、本明細書に記載の測定値を収集するために、所与の軸方向平面内（例えば、ケーシング貫通部１０２、１０４、１０６、１０８、または１１０のいずれか）のケーシング貫通部の間に均一または等距離の円周方向間隔を必要としない。
【００２５】
図３、図４、図５、および図６は、本偏心測定システムの一部である、静止距離検出器１２０の様々な図を示す。静止距離検出器１２０は、圧縮機ケーシング１４のそれぞれのケーシング貫通部１０２、１０４、もしくは１０６またはタービンシェル３６のケーシング貫通部１０８もしくは１１０を通して設置するように構成される。図３に示すように、ケーシング１４または３６の半径方向外側表面１１２には、距離検出器１２０（または他の機器）を設置するための滑らかな表面を提供するために皿穴または凹状領域１１４を設けることができる。ケーシング貫通部（例えば、１０２）は、ケーシング１４または３６を通って皿穴領域１１４からケーシング１４または３６の半径方向内側表面１１３へと半径方向内側に延びる。
【００２６】
ケーシング装着型または静止距離検出器とも呼ばれる距離検出器１２０は、上部（半径方向外側）表面１２１および底部（半径方向内側）表面１２５を有する円筒形本体１２３を有するハウジング１２２と、本体１２３の底部表面１２５から半径方向外側に延びるアンテナ１３０とを含む。本体１２３は、回路基板アセンブリ１２４を収容し、回路基板アセンブリ１２４は、プラットフォーム１２７に装着されて本体１２３内に回路基板アセンブリ１２４の位置を維持することができる。一次無線トランシーバ１２６およびマイクロコントローラ１２８が、一対の電気コネクタ（別々に示されていない）と共に、回路基板アセンブリ１２４に設置される。
【００２７】
ハウジング１２２の本体１２３は、電源コード１４０が供給される開口部１４１を含む。ケーシング装着型距離検出器１２０が静止しているので、電源１５０は、（図７に示すように）距離検出器１２０から離れていてもよい。あるいは、ケーシング装着型距離検出器１２０には、回路基板アセンブリ１２４に接続するバッテリなどの、ハウジング１２２の本体１２３の内部にある電源を設けることができる。そのような場合（別々には示されていない）、電源と通信するスイッチは、距離検出器をオン／オフするために使用される。必要に応じて、回路基板アセンブリ１２４は、静止距離検出器１２０がオンになっていることを示す、またはバッテリ式検出器の場合、バッテリのバッテリレベルを示す１つまたは複数のＬＥＤライト（図示せず）に接続されてもよい。
【００２８】
アンテナ１３０は、圧縮機ケーシング１４のケーシング貫通部１０２、１０４、もしくは１０６、またはタービンシェル３６のケーシング貫通部１０８もしくは１１０内に嵌合するように構成された円筒形状を有する。アンテナ１３０は、ハウジング１２２の本体１２３から遠位の端部に二次無線トランシーバ１３６を含む。アンテナ１３０は、トランシーバ１３６がケーシング１４または３６の半径方向内側表面１１３と面一になることを可能にする長さを有し、その結果、アンテナ１３０は、偏心測定プロセスの後半で起こるような、圧縮機ブレード１６またはタービンブレードそれぞれの回転によって妨害されない。
【００２９】
二次無線トランシーバ１３６によって受信されたデータは、回路基板アセンブリ１２４のマイクロコントローラ１２８に送信され、一次無線トランシーバ１２６にデータを分析のためにリモートコンピューティングデバイス５００に送信させる（図１０に示す）。マイクロコントローラ１２８は、メモリ（別々に示されていない）を含む。マイクロコントローラ１２８のメモリは、規定された測定期間にわたるデータ測定値を記憶する。測定期間の終わりに、無線トランシーバ１２６は、（以下に説明する図１０に示すように）サーバまたはコンピュータなどのリモートコンピューティングデバイス５００に送達される単一のメッセージで距離検出器１２０からの（データ）信号の無線送信を可能にする。送信は、限定はしないが、８０２．１１ｂ、８０２．１１ｇ、および８０２．１１ｎを含む、任意の適切なＷｉ−Ｆｉネットワークプロトコルを介して行われ得る。別々に示されているが、無線トランシーバ１２６は、いくつかの実施形態ではマイクロコントローラ１２８と統合されてもよい。
【００３０】
図５は、上部表面１２１から見た静止距離検出器１２０を示す。ハウジング１２２の上部表面１２１は、その内部にアクセスするためにハウジング１２２から取り外し可能であり得る。図５に示すように、ねじ１４２または他の取り付け手段を使用して、上部表面１２１をハウジング１２２に接続することができる。図６は、底部から見た静止距離検出器１２０を示し、アンテナ１３０の底部表面１２５および無線トランシーバ１３６を示す。
【００３１】
ハウジング１２２およびアンテナ１３０は、三次元印刷などの付加製造技術を使用して、一体化された（単一の）構成要素として、または後で共に結合される２つの別々の構成要素としてプラスチックから製造することができる。あるいは、ハウジング１２２および／またはアンテナ１３０は、成形、鋳造、または他の適切な技術によって製造することができる。
【００３２】
図７は、圧縮機ケーシング１４またはタービンシェル３６の静止距離検出器１２０の例示的な配置を示す。説明を容易にするために、静止距離検出器１２０には、「１２０Ａ」、「１２０Ｂ」、および「１２０Ｃ」のような追加のアルファベット記号が与えられる。ケーシング１４（またはシェル３６）は、地理的中心１５を有し、これはプラス記号で示されている。
【００３３】
静止距離検出器１２０は、圧縮機ケーシング１４のそれぞれのケーシング貫通部１０２（または１０４もしくは１０６）またはタービンシェル３６のケーシング貫通部１０８もしくは１１０を通って共通の軸方向平面に配置され、互いから等距離に間隔を置いて配置することができるが、そのような同等の間隔は必須ではない。ロータ３０に対するガスタービンケーシングの偏心を決定するための読み取りを行う技術者は、各静止距離検出器１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃの相対的な円周方向位置をリモートコンピューティングデバイス５００（コンピュータまたはサーバなど）でホストされるコンピュータプログラム（図示せず）に、またはリモートビューイングデバイス５６０（例えば、タブレットコンピュータ）でホストされるスマートデバイスアプリケーションに入力する。
【００３４】
各静止距離検出器１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃには、距離検出器１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを電源１５０に接続するそれぞれの電源コード１４０を設けることができる。あるいは、各距離検出器１２０Ａ、１２０Ｂ、および１２０Ｃ（など）には、電力をマイクロコントローラ１２８および他の構成要素に供給するそれ自体のバッテリを設けることができる。
【００３５】
静止距離検出器１２０がデータをサーバ５００などのリモートコンピューティングデバイスに、そして最終的にはリモートビューイングデバイス５６０（タブレットコンピュータなど）に無線で送信するためには、図１０に示すように、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）４７５を用いることが有利である。図８および図９は、距離検出器１２０からの無線送信を増強するための基地局４００および一対のアンテナ４５０を含み、一方が利用不可能である場合に無線ネットワークを形成するように使用され得る構成要素を示す。無線ルータとして機能する基地局４００は、携帯用収納ボックス４０２に収容される。保護シールド４０４は、Ｗｉ−Ｆｉチップ（無線トランシーバ）と、マイクロコントローラとを含む回路基板（図示せず）への損傷を防止する。保護シールド４０４は、電気コンセント４０６と、スイッチ４０８とを含む。ファン４１０を使用して、回路基板を冷却することができる。一対のアンテナポート４１２もまた、設けられる。
【００３６】
図９は、アンテナ４５０を示し、各アンテナ４５０は、円形基部４５２と、延長シャフト４５４とを有する。基部４５２は、ガスタービンシステム１０への装着を容易にする磁石を含むことができる。アンテナ４５０は、ケーブル４５６を介して、基地局４００のアンテナポート４１２に接続される。アンテナ４５０は、距離測定値が取得される軸方向段に応じて、例えば、圧縮機１２またはタービン２８の半径方向外側のタービンスタンドに配置することができる。あるいは、または加えて、１つまたは複数のアンテナを、静止距離検出器１２０および回転距離検出器２００が設置される軸方向平面の場所に応じて、ケーシング１４もしくは３６内または排気フレーム３４内に配置することができる。
【００３７】
図１０は、静止距離検出器１２０Ａと静止距離検出器１２０Ｂおよび１２０Ｃとの間の無線信号送信を示す。電源が投入されると、距離検出器１２０Ａは、（無線トランシーバ１３６によって生成された）無線信号１７０を距離検出器１２０Ｂの無線トランシーバ１３６に送信する。送信された無線信号１７０を受信すると、距離検出器１２０Ｂの無線トランシーバ１３６は、無線応答信号１７２を距離検出器１２０Ａに送信する。無線信号１７０の送信と無線応答信号１７２の受信との間の「飛行時間」は、距離検出器１２０Ａのマイクロコントローラ１２８のメモリに記録され、距離検出器１２０Ａと距離検出器１２０Ｂとの間の距離を計算するためにリモートコンピューティングデバイス５００によって使用される。プロセスは、距離検出器１２０Ａと距離検出器１２０Ｃとの間で繰り返される。任意選択で、プロセスは、距離検出器１２０Ｂと距離検出器１２０Ｃとの間で繰り返される。
【００３８】
静止距離検出器１２０Ａ、１２０Ｂ、および／または１２０Ｃからのデータは、基地局４００によって生成された無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）４７５を使用して、アンテナ４５０を介して無線で送信される。データ測定値は、以下に説明するように、データプロットを生成するために測定値に計算を実行するリモートコンピューティングデバイス５００によって受信される。リモートコンピューティングデバイス５００（すなわち、コンピュータまたはサーバ）は、ＭＱテレメトリトランスポート（ＭＱＴＴ）メッセージングプロトコル、または別の適切なメッセージングプロトコルを使用してリモートビューイングデバイス５６０にロードされたアプリケーションと通信し、偏心測定プロセスが完了したときに結果が技術者によってレビューされ得る。
【００３９】
図１１は、圧縮機ケーシング１４またはタービンシェル３６の周りの４つ以上の静止距離検出器１２０の使用を示す。この例示的な配置では、静止距離検出器１２０Ａ、１２０Ｃ、１２０Ｄ、および１２０Ｆは、互いに対して等距離の円周方向間隔で配置されるが、そのような均一な間隔は必須ではない。距離検出器１２０Ｂおよび１２０Ｅは、それぞれの対の距離検出器１２０の間の中間位置（すなわち、距離検出器１２０Ｂは１２０Ａと１２０Ｃとの間、距離検出器１２０Ｅは１２０Ｄと１２０Ｆとの間）に配置される。図１１において、静止距離検出器１２０Ａは、他の静止距離検出器１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ、１２０Ｅ、および１２０Ｆの各々に無線信号を送信し、そこから無線応答信号を受信する。同様に、図示のように、静止距離検出器１２０Ｆは、他の静止距離検出器１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ、および１２０Ｅの各々に無線信号を送信し、そこから無線応答信号を受信する。
【００４０】
圧縮機ケーシング１４またはタービンシェル３６の中心１５をより正確に決定するために、各距離検出器１２０Ａ〜１２０Ｆは、図１２に示すように、一連のそれぞれの対で無線信号を送信および受信する。静止距離検出器１２０の数が増加するにつれて、以下に示す式Ｆ１に従って、対応する距離測定値の数も増加し、式中、ｎ＝距離検出器の数であり、Ｍ＝測定値の数である：
【００４１】
【数１】
2019168446.tif 000003
実用上、ｎは、３以上でなければならない。したがって、６つの静止距離検出器１２０を有する図１２に示す配置の場合、それぞれの対の静止距離検出器の間の結果として生じる通信は、１５個の距離測定値をもたらす。リモートコンピューティングデバイス５００（例えば、サーバまたはコンピュータ）は、距離測定値を使用して圧縮機ケーシング１４またはタービンシェル３６の内部表面を表す円を生成し、この円から、ケーシング１４またはシェル３６の中心１５を決定する。
【００４２】
図１３、図１４、および図１５は、圧縮機１２の回転構成要素（例えば、圧縮機ロータ３０または圧縮機ブレード１６）に装着される第２のタイプの距離検出器２００の様々な図を示す。
【００４３】
回転距離検出器２００は、隣接する圧縮機ブレード１６またはタービンブレードの間に嵌合するように概して長方形の形状および薄型のハウジング２０２を含む。ハウジング２０２は、上部表面２０４と、上部表面の反対側の底部表面２０６（図１４参照）と、上部表面２０４と底部表面２０６の長辺を接続する一対の対向して配置された側壁２０３、２０５と、上部表面２０４と底部表面２０６の短辺を接続する一対の対向して配置された端部壁２０７、２０９とを含む。回転距離検出器２００がブレード１６またはロータ３０に設置される場合、上部表面２０４は、ブレード１６またはロータ３０の半径方向外側に配置される表面であり、底部表面２０６は、ブレード１６またはロータ３０と接触するかまたはそれに近接する表面である。ハウジング２０２の上部表面２０４は、図１３に示すように、その内部にアクセスするためにハウジング２０２から取り外し可能であり得る。ねじ２４２、または他の取り付け手段を使用して、上部表面２０４をハウジング２０２に接続することができる。
【００４４】
ハウジング２０２は、回路基板アセンブリ２２４と、１つまたは複数のワイヤ２４１を介して回路基板アセンブリ２２４に接続されたバッテリ２４６とを収容する。回路基板アセンブリ２２４は、第１の（ケーシング装着型）距離検出器（単数または複数）１２０と通信するように構成されたマイクロコントローラ２２８および無線トランシーバ２２６を含む。回路基板アセンブリ２２４はまた、重力に対する距離検出器２００の角度位置を連続的に決定する加速度計などの傾斜センサ２５０を含むことができる。加速度計２５０は、本システム１０００が広範囲のロータ速度にわたって動作することを可能にする、求心加速度などの非重力効果を除去するための埋め込みアルゴリズムを収容することができる。
【００４５】
側壁２０３に配置されて示されている電源ボタンまたはスイッチ２４４は、回路基板アセンブリ２２４に配線される。電源ボタン２４４の位置は、設計上の好みに従って変えることができ、側壁２０３の図示の位置は、単なる例示である。電源ボタンまたはスイッチ２４４が起動されると、マイクロコントローラ２２８は、バッテリ２４６から電力を引き出す。
【００４６】
バッテリ２４６は、充電式バッテリとすることができ、側壁２０３、２０５または端部壁２０７、２０９に配置されたＵＳＢポート（図示せず）を介して充電することができる。必要に応じて、回路基板２２４は、回転距離検出器２００がオンになっていることを示す、またはバッテリ２４６のバッテリレベルを示す、基板に接続される１つまたは複数のＬＥＤライト（図示せず）を含んでもよい。
【００４７】
図１６は、ブレード１６のうちの１つに回転距離検出器２００を設置する例を示す。回転距離検出器２００は、ハウジング２０２の底部表面２０６に配置された複数の磁石２６０によってブレード１６（またはロータ３０、図示せず）に固定することができ、底部表面２０６は、図１４に最も明確に示されている。距離検出器２００を固定する他の手段が代わりに使用されてもよいことが理解されるべきである。そのような手段は、ラッチ／スロットまたは摺動要素／トラックを含む距離検出器２００を保持するためのブラケットを形成すること、ストラップを供給することができるスロットをハウジングに設けること、およびジップタイまたはゴムバンドなどの使い捨て手段を使用することを含むことができる。
【００４８】
図１７は、回転（ブレード装着型）距離検出器２００と第１の静止（ケーシング装着型）距離検出器１２０Ａとの間の無線通信を示す。回転距離検出器２００は、静止距離検出器１２０によって規定されたのと同じ軸方向平面でまたはほぼ同じ軸方向平面で、圧縮機１２またはタービン２８のいずれかにおいて、ロータ３０（この例では、中空コアロータ）に取り付けられたブレード１６のうちの１つに装着される。ロータ３０が低速でスピンすると（例えば、ターニングギアを使用して）、回転距離検出器２００は、無線信号を連続的に送信し、その瞬間の位置と圧縮機ケーシング１４またはタービンシェル３６に設置された様々な静止距離検出器１２０との間で一連の測定を行う。
【００４９】
静止距離検出器１２０Ａは、無線信号を受信し、飛行時間および／または信号強度を記録する。回転距離検出器２００を担持するブレード１６が静止距離検出器１２０Ａに近づくにつれて、飛行時間は最短となり、信号強度は最大となる。回転距離検出器２００を担持するブレード１６が静止距離検出器１２０Ａから離れた位置に移動するにつれて、飛行時間は増加し、信号強度は減少する。
【００５０】
図１８は、回転（ブレード装着型）距離検出器２００と第２の静止（ケーシング装着型）距離検出器１２０Ｂとの間の無線通信を示す。静止距離検出器１２０Ｂは、回転距離検出器２００から送信された無線信号を受信し、飛行時間および／または信号強度を記録する。回転距離検出器２００を担持するブレード１６が静止距離検出器１２０Ｂに近づくにつれて、飛行時間は最短となり、信号強度は最大となる。回転距離検出器２００を担持するブレード１６が静止距離検出器１２０Ｂから離れた位置に移動するにつれて、飛行時間は増加し、信号強度は減少する。
【００５１】
測定値は、図１０に示すように、基地局４００によって生成された無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）４７５を使用して、アンテナ４５０を介して無線で送信される。測定値は、図１９および図２１に示すように、かつ以下に説明するように、データプロット８００を生成するために測定値に計算を実行するリモートコンピューティングデバイス５００によって受信される。リモートコンピューティングデバイス５００は、ＭＱテレメトリトランスポート（ＭＱＴＴ）メッセージングプロトコル、または別の適切なメッセージングプロトコルを使用してリモートビューイングデバイス５６０にロードされたアプリケーションと通信し、結果が技術者によってレビューされ得る。
【００５２】
複数の回転距離検出器２００を使用して、必要に応じて、追加の距離測定値を得ることができることに留意されたい。さらに、複数の検出器の場合、検出器２００をそれぞれのブレード１６に配置する必要はない。例えば、１つの回転検出器２００をブレード１６に装着することができ、別の回転検出器２００をロータ３０の軸方向に近い場所に装着することができる。加えて、回転検出器２００がそれぞれのブレード１６に装着される場合、検出器２００をブレード１６の同じ場所に配置する必要はない。本システム１０００の機能は、回転検出器（単数または複数）２００が静止検出器１２０とほぼ同じ軸方向平面にある限り、回転検出器（単数または複数）２００の場所に影響されない。
【００５３】
図１９は、図１７および図１８に関して説明したように、静止距離検出器１２０と回転距離検出器２００との間の無線通信から導出された点のプロットの概略図である。円８００を点のプロットに最もよく適合させることによって、リモートコンピューティングデバイス５００（例えば、コンピュータまたはサーバ）は、ロータ中心８１５を計算することができる。ロータ中心８１５が計算されると、ロータ中心８１５をケーシング中心１５と比較して、ロータ３０に対するケーシング１４またはタービンシェル３６の偏心が所定の仕様内にあるかどうかを決定することができる。
【００５４】
図２０は、本偏心測定システム１０００を使用してケーシング１４とロータ３０との適切な位置合わせを確実にするプロセス６００を概説するフローチャートである。ステップ６１０において、距離検出器１２０、２００と、任意選択で、基地局４００とを収容するシステム１０００は、距離検出器１２０、２００および基地局４００が適切な作動順序にあることを確実にするために開梱されてベンチテストされる。
【００５５】
ステップ６２０において、システムは、セットアップされて使用の準備がされる。具体的には、ステップ６２２において、一組の（少なくとも３つの）静止距離検出器１２０は、単一の軸方向平面でケーシング貫通部１０２（または１０４または１０６または１０８または１１０）を通して設置される。ロータ３０に対するケーシング１４の偏心を決定するための読み取りを行う技術者は、各距離検出器１２０Ａ、１２０Ｂ、および１２０Ｃの相対的な円周方向位置をリモートコンピューティングデバイス５００でホストされるコンピュータプログラム（図示せず）に、またはリモートビューイングデバイス５６０（例えば、タブレットコンピュータ）でホストされるスマートデバイスアプリケーションに入力する。
【００５６】
ステップ６２４において、回転距離検出器２００は、静止している第１の距離検出器１２０Ａとほぼ同じ軸方向平面で回転構成要素（例えば、圧縮機１２またはタービン２８のロータ３０またはブレード１６）に装着される。
【００５７】
任意選択のステップ６２６において、既存の無線ネットワークが利用不可能であるかまたは強度が不十分である場合、基地局４００は、ガスタービン１０の近傍にセットアップされ、アンテナ（単数または複数）４８０は、ガスタービン１０に近接した適切な場所に装着され、基地局４００のアンテナポート４１２に接続される。ステップ６２２、ステップ６２４、および任意選択のステップ６２６は、任意の順序で行われ得る。
【００５８】
ステップ６３０において、一連の測定値がそれぞれの対の静止距離検出器１２０の間で取得され、その結果、ケーシング１４または３６の中心１５を計算することができる（ステップ６６０）。上述のように、測定値の数は、互いに距離を置いて信号を送信する静止距離検出器１２０の数と共に増加する。
【００５９】
ステップ６４０において、タービン軸受用のリフト油を収容する潤滑システムが起動され、ロータ３０は、低速（例えば、５ｒｐｍ）で回転される。これは、ターニングギアを使用することによって達成することができる。
【００６０】
ステップ６５０において、ロータ３０がスピンすると、回転構成要素に装着された回転距離検出器２００がロータ３０の周りの経路で搬送され、移動中、その瞬間の位置とケーシング１４または３６に設置された静止距離検出器１２０の少なくとも２つとの間の距離の一連の測定を行う。
【００６１】
ステップ６６０において、測定データは、基地局４００によって生成され得た無線ネットワーク４７５を介して、距離検出器１２０および／または２００から無線で送信される。データは、無線ネットワーク４７５を介してリモートコンピューティングデバイス５００に送信され、リモートコンピューティングデバイス５００がデータのプロットを生成し、計算を実行して（図２１に示すように）データに最も適合する円を生成する。
【００６２】
ステップ６７０において、結果として得られたデータの編集は、タブレットコンピュータなどのリモートビューイングデバイス５６０にプッシュされ、そこでデータは、該目的のために設計されかつ該デバイス５６０にロードされたアプリの技術者によってレビューされる。
【００６３】
ステップ６８０において、技術者は、測定データが、ロータ３０に対するケーシング１４または３６の偏心が所定の仕様内にあることを示すかどうかを決定する。ケーシング１４または３６とロータ３０との偏心が仕様の範囲内である場合、検査は完了し、システム１０００は取り外される（ステップ６９５）。
【００６４】
しかし、ケーシング１４または３６とロータ３０との偏心が仕様の範囲内にない場合、ロータ３０の位置が調整され（ステップ６９０）、ステップ６３０またはステップ６４０のいずれかで始まる次の走査が実行される。調整および走査プロセスは、偏心が仕様の範囲内になるまで繰り返されてもよい。
【００６５】
ステップ６２０〜６９５のプロセスを第２の軸方向段で繰り返し、第１の軸方向段と第２の軸方向段との間のロータ３０の傾斜を決定することができる。
【００６６】
図２１は、距離検出器１２０、２００からリモートコンピューティングデバイス５００（図１０に示すサーバなど）に搬送されるデータ７００、８００それぞれの例示的なパイロットプロット表示を示し、リモートコンピューティングデバイス５００がデータに計算を実行し、結果をリモートビューイングデバイス５６０にインストールされたアプリに送信する。静止距離検出器１２０から収集されたデータ７００の例示的なプロット表示は、ケーシング１４または３６の内部表面１１３およびその中心１５（大きい「＋」記号によって表される）を表し、一方、回転距離検出器２００から収集されたデータ８００の例示的なプロット表示は、距離検出器２００がロータ３０の中心を回転したときの距離検出器２００の経路を表す。円をデータ点８００に最もよく適合させることによって、ロータ中心８１５（小さい「＋」記号によって表される）をリモートコンピューティングデバイス５００によって計算することができる。
【００６７】
リモートコンピューティングデバイス５００は、直交距離回帰の最小値を見つけるための任意の反復最適化の方法を使用して、円７００、８００をデータセットに適合させる。例示的な実施では、いかなる導関数の計算またはいかなる行列の解も必要としないため、Ｎｅｄｌｅｒ−Ｍｅａｄ（Ｓｉｍｐｌｅｘ）最適化が使用される。
【００６８】
ケーシング中心１５とロータ中心８１５との間の距離は、ＸおよびＹ軸に沿ってインチ（または他の単位）で報告されてもよい。アプリは、偏心が仕様の範囲内であるかどうかを技術者が決定するのに役立つように、「Ｘ」と「Ｙ」のオフセットを表示することができる。特定のガスタービンについての所定の仕様は、アプリに予めロードされていてもよく、その結果、アプリは、偏心が仕様の範囲外であるときにアラート通知を伝達する。あるいは、技術者に所定の仕様を提供してもよく、偏心が仕様の範囲内であるかどうかを手動で評価してもよい。
【００６９】
多くの状況において、特定の段（例えば、後段）におけるケーシング１４または３６の目標中心は、ロータ中心８１５と一致しない。むしろ、（ガスタービン１０が加熱されるにつれて）ガスタービンシステム１０の動作中に起こると予想され得るような、ロータ３０の位置およびケーシング１４または３６の幾何学的形状の変化に対応するために規定量のオフセットが用いられる。本システムは、技術者がケーシング１４または３６の実際の中心１５を決定することを可能にし、ロータ３０の計算中心８１５をケーシング１４の中心１５からオフセットされ得る所定の目標中心（図示せず）に調整する方向を提供する。
【００７０】
さらに、前方の圧縮機段におけるロータ３０の計算中心８１５と後段におけるロータ３０の計算中心８１５を比較することにより、技術者は、ロータ３０が圧縮機１２を通って延びるときにロータ３０が傾斜しているかどうか（上向きか下向きか）を決定することが可能になる。必要ならば、（存在する場合）所望の偏心および傾斜度を達成するために、圧縮機ロータ３０を支持する軸受に調整を行うことができる。
【００７１】
同様に、前方のタービン段におけるロータ３０の計算中心８１５と後方のタービン段におけるロータ３０の計算中心８１５を比較することにより、技術者は、ロータ３０がタービン２８を通って延びるときにロータ３０が傾斜しているかどうか（上向きか下向きか）を決定することが可能になる。必要ならば、（存在する場合）所望の偏心および傾斜度を達成するために、ロータ３０、またはタービンシェル３６を支持する軸受に調整を行うことができる。
【００７２】
利用可能な距離検出器１２０、２００の数に応じて、圧縮機１２および／またはタービン２８の前段、中段、および後段の測定値を同時にまたは順次に取得することができることを理解されたい。あるいは、場合によっては、ロータ３０に対するケーシング１４の偏心の測定は、単一の段（例えば、前段）でのみ行われてもよい。
【００７３】
図２２は、本偏心測定システム１０００を示す。システム１０００は、圧縮機１２および／またはタービン２８の１つまたは複数の段のロータ３０に対するケーシング１４または３６の偏心を測定するために集合的に使用される、少なくとも３つの静止（ケーシング装着型）距離検出器１２０および少なくとも１つの回転距離検出器２００（ロータまたはブレードに装着される）を含む。複数の段で（例えば、圧縮機１２の前段および後段で、タービン２８の前段および後段で、または圧縮機１２の前段およびタービン２８の後段で）測定を行うことによって、測定されたスパンにわたるロータ３０の傾斜を決定することができる。距離検出器１２０、２００は、無線ローカルエリアネットワーク４７５を介して互いに無線で通信する。無線ネットワークがガスタービン１０の近傍で利用不可能である、または強度が不十分である場合、基地局４００および１つまたは複数のアンテナ４５０を使用して、信号を送信するための無線ローカルエリアネットワークを生成することができる。
【００７４】
本システム１０００は、無線（ラジオ周波数）信号を生成する距離検出器１２０、２００を使用する。他のタイプの検出器を、代わりに使用してもよいと考えられる。他のシステムの例は、必ずしもこれらに限定されないが、音響位置決めシステム（例えば、長、短、または超短周波数の音波を伴う超音波、ソナー、ドップラー、およびベースラインシステムを使用する）、構造化光システム（例えば、３Ｄ空間マッピング技術において使用され得るような、白色光または青色光を使用する）、他のタイプの電磁エネルギー（例えば、飛行時間、位相シフト、位相干渉、信号強度減衰、広帯域遅延ロックループ、およびレーダ測定などの測定技術で使用することができる電波、円柱状の光／レーザ波、および赤外線波）、および全地球測位システム（ＧＰＳ）を含む。
【００７５】
他のタイプの波放射を使用する上記システムの多くでは、特定の（例えば、２つの）ケーシング装着型距離検出器を、放射を送信および受信するように構成し、残りの距離検出器には放出されたエネルギーを発信側検出器に戻す反射面を設けることができるようにすることが可能である。例えば、信号の飛行時間は、エネルギーが発信側検出器から受信側検出器に移動し、受信側検出器で反射され、そして発信側検出器に戻るまでに要する時間として計算される。同様に、回転構成要素に装着された距離検出器には、エネルギー送信をケーシング装着型検出器に戻す反射面を設けることができる。
【００７６】
本明細書で使用される専門用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「この（ｔｈｅ）」は、特に明示しない限り、複数形も含むことが意図される。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用する場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを明示するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの組が存在することまたは追加することを除外しないことがさらに理解されよう。「任意選択の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「任意選択で（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、続いて記載されたステップまたは事象が生じてもよいし、また生じなくてもよいことを意味し、かつ、その説明が、ステップまたは事象が起こる場合と、それが起こらない場合と、を含むことを意味する。
【００７７】
本開示の記述は、例示および説明の目的で提示されたもので、網羅的であることも、または本開示を開示した形態に限定することも意図されていない。多くの変更および変形は、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく、当業者には明らかであろう。本偏心測定システムおよび方法の原理ならびに実際の応用を最もよく説明し、想定される特定の使用に適するように様々な変更を伴う様々な実施形態の本開示を他の当業者が理解することができるようにするために、実施形態を選択し説明した。
【符号の説明】
【００７８】
１０  ガスタービンシステム、ガスタービン
１２  圧縮機、圧縮機セクション
１３  圧縮機入口
１４  圧縮機ケーシング
１５  地理的中心
１６  圧縮機ブレード、回転ブレード
１８  空気
２０  圧縮空気、圧縮空気流
２２  燃焼器
２４  燃料
２６  燃焼ガス
２８  タービンセクション、タービン
３０  圧縮機ロータ
３４  排気フレーム
３６  タービンシェル
４０  外部負荷
１０２  ケーシング貫通部
１０４  ケーシング貫通部
１０６  ケーシング貫通部
１０８  ケーシング貫通部
１１０  ケーシング貫通部
１１２  半径方向外側表面
１１３  半径方向内側表面、内部表面
１１４  皿穴領域、凹状領域
１２０  静止距離検出器
１２０Ａ  第１の静止距離検出器
１２０Ｂ  第２の静止距離検出器
１２０Ｃ  静止距離検出器
１２０Ｄ  静止距離検出器
１２０Ｅ  静止距離検出器
１２０Ｆ  静止距離検出器
１２１  上部表面
１２２  ハウジング
１２３  円筒形本体
１２４  回路基板アセンブリ
１２５  底部表面
１２６  一次無線トランシーバ
１２７  プラットフォーム
１２８  マイクロコントローラ
１３０  アンテナ
１３６  二次無線トランシーバ
１４０  電源コード
１４１  開口部
１４２  ねじ
１５０  電源
１７０  無線信号
１７２  無線応答信号
２００  回転距離検出器
２０２  ハウジング
２０３  側壁
２０４  上部表面
２０５  側壁
２０６  底部表面
２０７  端部壁
２０９  端部壁
２２４  回路基板アセンブリ、回路基板
２２６  無線トランシーバ
２２８  マイクロコントローラ
２４１  ワイヤ
２４２  ねじ
２４４  電源ボタン、スイッチ
２４６  バッテリ
２５０  加速度計、傾斜センサ
２６０  磁石
４００  基地局
４０２  携帯用収納ボックス
４０４  保護シールド
４０６  電気コンセント
４０８  スイッチ
４１０  ファン
４１２  アンテナポート
４５０  アンテナ
４５２  円形基部
４５４  延長シャフト
４５６  ケーブル
４７５  無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）
５００  リモートコンピューティングデバイス、サーバ
５６０  リモートビューイングデバイス
６００  プロセス
７００  データ、円
８００  データ、データ点、データプロット、円
８１５  ロータ中心、計算中心
１０００  偏心測定システム
Ａ  軸
Ｃ  軸
Ｄ  流れ方向
Ｒ  軸
Ｘ  軸
Ｙ  軸
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2019168446.tif 000018
【図１６】
2019168446.tif 000019
【図１７】
2019168446.tif 000020
【図１８】
2019168446.tif 000021
【図１９】
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【図２０】
2019168446.tif 000023
【図２１】
2019168446.tif 000024
【図２２】
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【外国語明細書】
2019168446000001.pdf