(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械の可変ジオメトリ装置（１）の要素の位置決めを制御する機器にして、コンピュータ（２）と、該コンピュータ（２）によって駆動される前記可変ジオメトリ装置を作動させるアクチュエータ（５）と運動系（７）とを備え、前記アクチュエータ（５）が伸びを測定するためのセンサ（８）が設置された可動アセンブリ（６）を備え、前記運動系（７）がその一端が前記可動アセンブリ（６）の連結点（１２）に接続され、他端が前記可変ジオメトリ装置（１）の要素の取付点（１３）に接続され、該取付点（１３）が前記アクチュエータ（５）の作用を受けて当接部（１１）によって制限されるストロークに沿って移動し、前記運動系（７）が前記取付点（１３）が前記当接部（１１）にあるときに前記アクチュエータ（５）の作用を受けて弾性変形可能であるような制御機器であって、前記コンピュータ（２）によって前記可動アセンブリ（６）に提供される伸び設定値が、前記取付点（１３）が前記当接部（１１）に当接したときの前記可動アセンブリ（６）の伸び値を基準とすることによって規定されることを特徴とする、前記機器。
【請求項２】
前記コンピュータ（２）が、前記アクチュエータ（５）に、前記取付点（１３）の当接配置に対応する位置を越えた前記可動アセンブリ（６）の移動の少なくとも１つの設定値を送信することによって、前記取付点（１３）の前記当接部（１１）との接点に対応する該可動アセンブリ（６）の伸び値を検出する、請求項１に記載の機器。
【請求項３】
前記アクチュエータ（５）によって伝えられる力を測定する手段をさらに備え、前記コンピュータが、前記取付点（１３）の当接配置に対応する位置を越えた前記可動アセンブリ（６）から送信された設定値に応答して、前記可動アセンブリ（６）の移動時の該可動アセンブリ（６）の伸びと前記アクチュエータ（５）によって伝えられる力とによって生成されるトルク経時的変化を収集するように適合される、請求項２に記載の機器。
【請求項４】
前記コンピュータが、経時的に前記アクチュエータ（５）によって伝えられる力の変化をもたらす曲線上の変曲点を検出するように適合される、請求項３に記載の機器。
【請求項５】
前記コンピュータが、前記運動系（７）の位置決めを制御する制御ロジックにおいて、前記アクチュエータ（５）によって伝えられる力に対応して前記取付点（１３）の前記当接部（１１）とのの接点に対応する前記可動アセンブリ（６）の伸びを前記変曲点にリセットするように適合される、請求項４に記載の機器。
【請求項６】
運動系（７）を使用して、アクチュエータ（５）の可動アセンブリ（６）に伸びが加えられることで、ターボ機械の可変ジオメトリ装置（１）の要素の位置決めを制御する方法であって、前記アクチュエータ（５）が前記伸びを測定するためのセンサ（８）と該アクチュエータ（５）によって伝えられる力を測定するための手段とが設置され、前記運動系がその一端が前記可動アセンブリ（６）の連結点（１２）に接続され、他端が前記可変ジオメトリ装置（１）の要素の取付点（１３）に接続され、該取付点（１３）が前記アクチュエータ（５）の作用を受けて当接部（１１）によって制限されるストロークに沿って移動し、前記運動系（７）は前記取付点（１３）が該当接部（１１）にあるときに前記アクチュエータ（５）の作用を受けて弾性変形可能であり、
ａ）前記アクチュエータ（５）に、前記取付点（１３）の当接配置に対応する位置を越えた前記可動アセンブリ（６）の移動の設定値を送信するステップと、
ｂ）前記可動アセンブリの移動時に、前記可動アセンブリ（６）の伸びと前記アクチュエータ（５）によって伝えられる力とによって生成される少なくとも１つのトルクの値を測定するステップと、
ｃ）前記アクチュエータ（５）によって伝えられる力の測定値および少なくとも１つの測定トルクに基づいて、前記取付点（１３）の前記当接部（１１）との接点に対応する前記可動アセンブリ（６）の伸びの値を計算するステップと、
ｄ）上述の計算値を基準とすることによって、使用時に前記可動アセンブリ（６）に加えられる伸びを規定するステップとを含む、前記方法。
【請求項７】
ステップｂ）が、前記取付点（１３）の当接配置に対応する位置を越えた前記可動アセンブリ（６）からの送信設定値に従って、前記可動アセンブリ（６）の移動時の該可動アセンブリ（６）の伸びと前記アクチュエータ（５）によって伝えられる力とによって生成されるトルクの経時的変化を収集するステップを含み、ステップｃ）が、経時的に前記アクチュエータ（５）によって伝えられる力の変化をもたらす曲線上の変曲点を検出するステップを含む、請求項６に記載の制御方法。
【請求項８】
請求項１から請求項５の一項に記載の機器によって位置決めが制御される可変ジオメトリ装置（１）の要素が取り付けられたターボ機械。
【請求項９】
請求項６または請求項７の一項に記載の方法を実装するコンピューティングモジュールが搭載されたターボ機械のコンピュータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、可変ジオメトリ装置の要素およびその位置決めの制御の分野に関し、特に、ターボ機械に取り付けられる可変ジオメトリ装置の要素の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械の装置の複数の要素は、例えば、高圧圧縮機の空気流の方向にほぼ配向される可変設定ステータブレードであろうと、必要に応じて圧縮機のサージマージンを増加するように開閉される排気弁であろうと、圧縮機または可変ピッチプロペラの可動ブレードであろうと、回転または並進運動可能になるように取り付けられる。
【０００３】
可変ジオメトリ装置のこれらの要素は、本出願人による欧州特許第１７２４４７２号明細書で示されるように、ジャッキまたは任意の他のアクチュエータによって作動される運動系によって動作され、これらの要素の位置は、ジャッキのストロークと当該装置の要素の所望の位置との関係を確立する法則によって規定される。また、欧州特許第１９８８２５８号明細書に記載されているように、可変ジオメトリ装置の要素の位置を制御する機器が知られており、装置の要素の位置はストローク終端のセンサによって検出される。
【０００４】
位置は、所望の位置でなされる閉ループ制御によって駆動されることが非常に多い。ジャッキのロッドの位置は、ジャッキのロッドの運動に追随してその運動を運動系の位置を制御する機器に伝達する、ＬＶＤＴ（線形可変変位変換器）式のセンサによって明らかになる。これらのセンサは、通常、絶対位置決めタイプのセンサである、つまり、センサは、ジャッキ本体または装置の要素自体に関連付けられる固定基準に対するジャッキのロッドの位置を示す。
【０００５】
この閉ループ制御がなされるのは、通常、ジャッキのロッドの位置であって、当該装置の要素の位置ではない。例えば、機械の寿命の間の摩耗によって隙間が生じた場合、または破損などの大きな損傷がジャッキの下流側に位置する運動系に生じた場合には、ジャッキのストロークは完全に制御されるが、そのストロークは装置要素の不正確な位置に相当する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許第１７２４４７２号明細書
【特許文献２】欧州特許第１９８８２５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一例として、摩耗は、可変設定ステータブレード（または可変ステータ翼−ＶＳＶ）の保持ブッシュで頻繁に見られ、その結果、その位置決めの際にかなりの隙間が生じ、装置要素の制御が不正確になる。
【０００８】
現行のシステムの位置決めが不正確であるために、ターボ機械の設計者は可変ジオメトリ装置の要素を制御する法則の寸法決めの際にマージンを設けることになる。具体的には、設計者は、実位置と制御システムがとるのが望ましい位置との間で装置要素の寿命の間に生じる可能性のある差を考慮しなければならない。圧縮機装置の要素の特殊な例では、将来の摩耗と、そのために生じるブレードの設定時の不正確さに関連する許容偏差とを考慮に入れるために、使用時にサージ現象から保護されなければならず、対応マージンにより最適でない圧縮機が調整され、動作点があるべきところよりサージラインからさらに遠くに選択される。
【０００９】
また、設置時に、操作者は、動作時の位置決めの際の不正確さがさらに増すことのないように、装置要素の正確な位置決めを確実に行わなければならない。このような動作は、多大な時間を必要とし、誤操作を引き起こす可能性がある。
【００１０】
本発明の目的は、可変ジオメトリ装置の要素および関連する制御システムを位置決めする機器で、既存の機器の欠陥のいくつかを同じようにもたらすことなく、特に、これらの装置要素の不正確な位置決めに影響を受けない位置決め機器を提案することで、上述の欠点を克服することである。さらに、本発明は、関連機器の位置決めをする方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の対象は、ターボ機械の可変ジオメトリ装置の要素の位置決めを制御する機器にして、コンピュータとコンピュータによって駆動される前記可変ジオメトリ装置を作動させるアクチュエータと運動系とを備え、前記アクチュエータは伸びを測定するためのセンサが設置された可動アセンブリを備え、前記運動系はその一端が前記可動アセンブリの連結点に接続され、他端が装置要素の取付点に接続され、取付点はアクチュエータの作用を受けて当接部によって制限されるストロークに沿って移動し、運動系は取付点が当接部にある時にアクチュエータの作用を受けて弾性変形可能であるような制御機器であって、コンピュータによって前記可動アセンブリに提供される伸び設定値は、取付点の当接部との接点に対応する可動アセンブリの伸び値に対する差として規定されることを特徴とする機器である。
【００１２】
当接部に対応する伸び値を基準として使用することで、運動系内に存在しうる隙間をなくして、運動系内で起こり得る破損を検出することができる。したがって、ターボ機械の正確な動作を確保することができるマージンを低減することができる。
【００１３】
好ましくは、コンピュータは、アクチュエータに、取付点の当接配置に対応する位置を越えた可動アセンブリの移動の少なくとも１つの設定値を送信することによって、取付点の当接部との接点に対応する可動アセンブリの伸び値を検出する。
【００１４】
アクチュエータを当接部を越えたところに送信することで、この当接部を通過する際のジャッキの動作特性の少なくとも１つが変化し、そのことで、可変ジオメトリ装置の取付点の当接部に実際に達したことを検出することができる。当接部の接点に対応する伸びの実値を知ることで、また制御ロジックに見られる知識に基づいて、制御ロジックをリセットすることができ、ひいては、この制御ロジックの設計時のマージンを低減することができる。
【００１５】
有利には、機器はさらに、アクチュエータによって伝えられる力を測定する手段を備え、前記コンピュータは、取付点の当接配置に対応する位置を越えた前記可動アセンブリから送信された設定値に応答して、可動アセンブリの移動時のトルク（可動アセンブリの伸び−アクチュエータによって伝えられる力）の経時的変化を収集するように適合される。
【００１６】
特定の実施形態では、前記コンピュータは、経時的にアクチュエータによって伝えられる力の変化をもたらす曲線上の変曲点を検出するように適合される。
【００１７】
さらに好ましくは、前記コンピュータは、運動系の位置決めを制御する制御ロジックにおいて、アクチュエータによって伝えられる力に対応して当接部との取付点の接点に対応する可動アセンブリの伸びを前記変曲点にリセットするように適合される。
【００１８】
したがって、定期的に、例えば、使用の都度、装置要素の制御ロジックをリセットすることができ、運動系の摩耗または劣化による許容偏差があればすぐに反応することができる。
【００１９】
本発明はさらに、運動系を使用して、アクチュエータの可動アセンブリに伸びが加えられることで、ターボ機械の可変ジオメトリ装置の要素の位置決めを制御する方法であって、前記アクチュエータは前記伸びを測定するためのセンサとアクチュエータによって伝えられる力を測定するための手段とが設置され、前記運動系はその一端が前記可動アセンブリの連結点に接続され、他端が装置要素の取付点に接続され、取付点はアクチュエータの作用を受けて当接部によって制限されるストロークに沿って移動し、運動系は取付点が当接部にある時にアクチュエータの作用を受けて弾性変形可能であり、
ａ）アクチュエータに、取付点の当接配置に対応する位置を越えた可動アセンブリの移動の設定値を送信するステップと、
ｂ）前記可動アセンブリの移動時に、少なくとも１つのトルク（可動アセンブリの伸び−アクチュエータによって伝えられる力）の値を測定するステップと、
ｃ）アクチュエータによって伝えられる力の測定値および少なくとも１つの測定トルクに基づいて、取付点の当接部との接点に対応する可動アセンブリの伸びの値を計算するステップと、
ｄ）上述の計算値に対する差によって、使用時に可動アセンブリに加えられる伸びを規定するステップとを含む方法に関する。
【００２０】
好ましくは、ステップｂ）は、取付点の当接配置に対応する位置を越えた可動アセンブリからの送信設定値に従って、前記可動アセンブリの移動時のトルク（可動アセンブリの伸び−アクチュエータによって伝えられる力）の経時的変化を収集するステップを含み、ステップｃ）は、経時的にアクチュエータによって伝えられる力の変化をもたらす曲線上の変曲点を検出するステップを含む。
【００２１】
最後に、本発明は、上述の機器によって位置決めが制御される可変ジオメトリ装置の要素が取り付けられたターボ機械および上述した方法の１つを実装するコンピューティングモジュールが搭載されたターボ機械のコンピュータに関する。
【００２２】
単なる一例の非限定的な例として、添付の概略図を参照して考察された本発明の一実施形態の以下の詳細な説明の中で、本発明はより良く理解され、本発明の他の目的、詳細、特徴、利点がより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態の可変ジオメトリ装置の要素の制御システムの概略図である。
【図２】可変ジオメトリ装置の要素のストロークとそれを作動させるジャッキの可動アセンブリのストロークとの比較概略図である。
【図３】一方は、可変ジオメトリ装置の要素に向けられる本発明の移動コマンド、他方はこのコマンドに応答して装置要素によって実際に行われる移動を示す図である。
【図４】図３のコマンドによる移動時に、本発明の可変ジオメトリ装置の要素を制御するためにジャッキによって加えられる力の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１を参照すると、図１は、可変ジオメトリ装置１の要素を制御するシステムを示し、システムは、設定値通信線３経由で装置１の要素の所望の位置の設定値を受信し、ジャッキタイプのアクチュエータ５に電力線４によって供給される電力に作用するコンピュータ２を備える。コンピュータ２の出力時に、電力線４は、ジャッキ５およびそのジャッキロッドタイプの可動アセンブリ６を作動させて、運動系７を使用して可変ジオメトリ装置１の要素の位置を変更する。ジャッキロッド６は、連結点１２で運動系に接続され、運動系が取付点１３を介して装置１の要素を移動させる。センサ８は、ジャッキロッド６の位置を常に測定して、それをループバック線９を使用してコンピュータ２に送信する。コンピュータは絶えず、センサ８によって明らかになった位置と、運動系７の公称動作に対して所望の位置に対応する位置との差を計算し、その結果、電力線４に作用してこの差を低減し、その差を徐々に０にする。
【００２５】
制御システムは、この場合、ジャッキロッドの位置の閉ループ制御に関して記載されているが、本発明は閉ループ応答を含まない直接システムで完全に製造されてもよいことに留意されたい。
【００２６】
経時的に生じる摩耗のために、または起こり得る破損のために、運動系７に隙間１０が生じ、その隙間が一方向または他方向に、装置１の要素の実位置とジャッキロッド６によって要求される位置との差を生みだす。
【００２７】
図１はさらに、可変ジオメトリ装置１の要素のストローク終端位置の１つに対応する当接部１１を示す。このタイプの当接部は、例えば、ＶＳＶ運動系リングの高圧ハウジング上の当接部、圧縮機の排気弁ゲートの中間ハウジング上の当接部、またはエアフォイルまたはプロペラのピッチの最大当接部および最小当接部としてもよい。装置の要素の取付点のストローク上に少なくとも１つの当接部があることが、本発明の実施形態の不可欠な要素である。
【００２８】
図２は、装置の要素を当接部の一方の位置から他方の当接部の位置まで移動させるために、装置１の要素の作動時に、運動系７上のジャッキロッド６の連結点１２の移動と、装置１の要素上の運動系の取付点１３の実移動とを比較して示している。ジャッキロッド６はストロークＺＶ上を移動するが、取付点１３は最初は移動せず、このストロークＪ分は隙間１０の補償分に相当する。運動系の隙間１０が補償されると、装置要素は有効ストロークＺＧＶ、すなわち、１つの当接部から他方の当接部までのストロークを動く。図２は、有効ストロークより長い、すなわち、運動系の公称条件において当接部間の装置１の要素の移動ＺＧに相当するストロークより長いジャッキのストロークＺＶを示す。ジャッキロッド６に必要なストロークはストローク終端の当接部の側の有効ストロークより長いので、ジャッキ５は運動系７のストロークの終わりで止まるが、運動系７は当接部１１があるためにそれ以上進まず、その後、ジャッキ５がこの運動系を機械的に変形させる。そうすることで、ジャッキの連結点１２は、運動系７を形成する部品の弾性に相当する長さＤだけ進み続ける。
【００２９】
図３および図４を参照すると、これらの図は、装置１の要素を所与の始動位置から装置要素がジャッキ５によって押圧される第１のストローク終端当接部１１Ａまで移動させるコマンドの間のジャッキロッド６の連結点１２の移動Ｌ（図３）とジャッキ５によって生じる力Ｆ（図４）とを示し、この第１の移動の後に、この第１の当接部Ａから第２の当接部Ｂまでの第２の移動が続き、この時点でジャッキ５は前の方向とは逆の方向に動作する。
【００３０】
図３は、２つの曲線を示し、１つ（破線）はコンピュータ２によって求められる位置を示し、他方（実線）はジャッキの連結点１２が上述のように移動する時の実位置を示す。最初は、コマンドは０であり、すなわち、ジャッキの動作は必要とされないので、ジャッキは取付点１３を前の位置の状態を保つ。設定値通信線３経由でコンピュータによって受信された装置１の要素の位置変更の要求後、コンピュータは、ジャッキ５に対して、ｔＡの時点で、取付点１３を第１の当接部Ａまで移動して、所与の時間ｔＢ‐ｔＡの間その位置にとどまる命令を送信する。時間ｔＢの後、コンピュータ２は、取付点１３を第１の当接部Ａから第２の当接部Ｂまで移動させる命令を送信する。
【００３１】
ｔＡの時点で、連結点１２は、ジャッキ５のジャッキロッド６の移動速度に一致する速度で最初の位置から当接部１１に向かって移動する。取付点１３は、可能性のある隙間１０が吸収されると、同じだけ移動する。取付点１３が第１の当接部Ａに達すると、ジャッキ５は時間ｔＢまでそのストロークを継続し、運動系７が弾性により変形するために、ジャッキロッドの連結点１２は距離ＤＡにわたって進み続ける。
【００３２】
ｔＢの時点で、ジャッキ５での圧力は反対向きになり、取付点１３は今度は第２の当接部Ｂにくるように命令される。取付点１３は最初はまだ当接部Ａと接触しているので、ロッドの連結点１２は、運動系７の弾性の結果生じる後退距離ＤＡを解消することで、この当接部における支持応力を緩和する位置まで戻る。ジャッキのロッド６は、後退を続けると同時に、最初に運動系のこの方向に存在する可能性のある隙間Ｊを補償し、次に、取付点１３を第２の当接部Ｂの方向に移動させる。上述したように、取付点１３が第２の当接部Ｂに達すると、ジャッキ５のロッド６は、運動系７の弾性により距離ＤＢにわたってそのストロークを継続する。
【００３３】
同時に、図４に示されるように、ジャッキによって加えられる力は、ｔＡの時点から、最初は比較的弱く、運動系７の移動および可変ジオメトリ装置１の要素の移動に必要な値に等しい力を維持しながら変化する。取付点１３が第１の当接部Ａに達すると、コンピュータ２によって送信される設定値は、当接部を越えた位置に達するようにジャッキの動作を継続する設定値である。その後、ジャッキによって加えられる力は、当接部によって加えられる反力を受けて急上昇する。したがって、図４の曲線は、ｔＡの時点の顕著な変曲点を示している。
【００３４】
時間ｔＢから、ジャッキによって加えられる力は急激に低下し、その後、第２の当接部Ｂに向かって反対方向に加えられる。
【００３５】
ターボ機械の可変ジオメトリ装置の要素の制御機器の摩耗およびそのために生じる測定値の許容偏差の問題に対処し、さらに装置のこれらの要素を制御するシステムの起こり得る破損を検出することができる機器および方法について説明する。
【００３６】
通常、先行技術では、センサ８は、固定基準からジャッキロッド６の伸びを評価する絶対測定センサであることに留意されたい。この基準は、例えば、ジャッキ本体とすることができ、この場合、伸びの測定値は前記本体から突出するロッドの長さに関連する。一方、本発明では、ジャッキロッドの使用時の伸びの測定は、事前にはわからないが装置１の要素が当接配置される時に規定される位置に対して行われる。
【００３７】
まず、本発明は、１つ好ましくは２つの機械的当接部を可変ジオメトリ装置のできるだけ近くに配置して、使用時に習慣的にまたはモータの寿命にわたって定期的に、装置１の要素をこれらの当接部のうちの１つに向けることでジャッキロッド６の位置を進ませ、リセットすることを提案する。
【００３８】
本発明の方法は、可変ジオメトリ装置１の要素の取付点１３が当接する当接部１１の位置に対応するジャッキロッド６の伸びを決定して、この値をコンピュータ２によってジャッキ５に求められる伸びの基準として、そこからこの基準値に対する差によってジャッキロッド６の位置設定値を規定するステップを含む。
【００３９】
この基準値が決定されると、ジャッキロッド６がとる位置は運動系に存在する隙間とは無関係になる。このことで、装置１の要素の位置は完全に制御される。したがって、先行技術の場合のように摩耗を補償するマージンを利用する必要がなくなる。また、この場合、装置１の要素が当接部に達せず、ジャッキロッドに装置１の要素が当接部１１にある位置に対応する伸びがないので、駆動システムに破損が生じた否かを検出することができる。
【００４０】
ジャッキロッド６の位置が装置１の要素が当接部１１に接触する位置に確実に対応するように、操作者は、設定値通信線３を使用して、選択された当接部１１を越えた意図的な位置にある位置Ｌ１に配置するための設定値を送信する。
【００４１】
コンピュータ２は、ジャッキの移動の間、ジャッキ５が電力線４に送る値に基づいてジャッキ５によって伝えられる力Ｆ１と、センサ８によるジャッキロッド６の位置Ｌ１との両方を認識する。そうすることで、図４に見られる曲線を再現することができる。
【００４２】
この曲線を分析することで、装置１の要素が当接部１１上にあるジャッキの伸びＬＡに対応する変曲点ＦＡを決定することができる。ジャッキロッドの次の位置決めの基準とされるのがこの値である。
【００４３】
このことで、運動系７に生じる摩耗に対処し、運動系の起こり得る破損を検出することができる機器および方法が得られる。
【００４４】
本発明は、特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明の範囲内にあれば記載されている技術的に等価な全ての手段およびそれらの組み合わせを含むことは明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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