(57)【要約】  取付けシステムを有するフレームと、フレームと連結されたアームと、アームと連結された測定センサとを備えた、ガスタービンエンジンのブレード先端間隙を測定するための装置。フレームは裏当て部および延出部を有することができ、アームが延出部と連結されることができる。装置は、取付機構が複数のクランプを有することができる。クランプは、協働して装置を定位置に係止するカムおよびねじを有することができる。ねじはブッシングと連結され、ブッシングは当該ブッシングを拡張可能な複数の長孔を有することができる。【選択図】図３
2011508880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンのブレード先端間隙を測定するための装置であって、
取付けシステムを有するフレームと、
前記フレームと連結されたアームと、
前記アームと連結された測定センサと
を備えた装置。
【請求項２】
前記フレームが裏当て部および延出部を有し、前記アームが前記延出部と連結された、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記取付機構が複数のクランプを有する、請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
前記クランプが、協働して前記装置を定位置に係止するカムおよびねじを有する、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記ねじがブッシングと連結され、前記ブッシングが、前記ブッシングを拡張可能な複数の長孔を有する、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記アームが前記フレームに着脱可能に取り付けられる、請求項１乃至５のいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記アームが球状突起を備える、請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記アームが球状突起を備える、請求項１乃至５のいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
前記アームが複数のセンサを備える、請求項１乃至８のいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
前記取付けシステムが複数の支柱を備える、請求項１乃至９のいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
ファンケースアセンブリと、ロータと、前記ロータと連結された複数のブレードとを有し、前記ファンケースアセンブリは内面を有し、前記ブレードは先端を有する、ガスタービンエンジンのブレード先端間隙を測定するための装置であって、
前記フレームを前記ファンケースアセンブリに取り付けるための取付けシステムを有するフレームと、
前記フレームと連結されたアームと、
前記アームと連結された非接触測定センサと、
前記先端と前記内面との間に配置された間隙とを備え、
前記センサが前記間隙を測定するよう構成される装置。
【請求項１２】
前記フレームが裏当て部および延出部を有し、前記アームが前記延出部と連結された、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記取付機構が複数のクランプを有する、請求項１１又は１２記載の装置。
【請求項１４】
前記クランプが、協働して前記装置を定位置に係止するカムおよびねじを有する、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記ねじがブッシングと連結され、前記ブッシングが、前記ブッシングを拡張可能な複数の長孔を有する、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記アームが前記フレームに着脱可能に取り付けられる、請求項１１乃至１５のいずれか１項記載の装置。
【請求項１７】
前記アームが球状突起を備える、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記アームが球状突起を備える、請求項１１乃至１５のいずれか１項記載の装置。
【請求項１９】
前記アームが複数のセンサを備える、請求項１１乃至１８のいずれか１項記載の装置。
【請求項２０】
前記取付けシステムが複数の支柱を備える、請求項１１乃至１９のいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本例示的実施形態は、一般にガスタービンエンジンに関し、詳細にはブレード先端間隙を測定するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンエンジン、蒸気タービン、航空エンジン、ジェットエンジン、およびその他の軸流ターボ機械は、ブレード先端とブレードハウジングまたはケースとの間の半径方向間隙を最小にするよう設計される。ブレード先端とケースとの間に間隙があると、ガスまたは空気がエンジン動作の下流の段に漏出するため、効率が低下する。ブレード先端とケースとの間の間隙はエンジン速度および温度に依存し、エンジン動作中に間隙が変化する。運転回転速度が高速であれば、回転金物品（すなわちブレード）が半径方向に弾性的に伸張することにより、ブレード先端が半径方向に伸張する。さらに、高温によってケース内および回転金物品内に熱膨張が生じる。現在、運転速度でのブレード先端とファンケースとの間の間隙を求めるためのいくつかの検査方法が使用されている。
【０００３】
ブレード先端とケースとの間の間隙を求めるための１つの方法は、軸方向穿孔ボルトに挿入して固定した細い金属棒を使用し、得られたアセンブリを、ファンケースに取り付けられた取付板に挿入する。棒の端部は、ブレード先端があるはずのところに位置する。この方法では、エンジンを特定の時間動作させた後に、棒の磨耗量を測定してブレード先端とケースとの間の間隙の変化を求める必要がある。細い金属棒は曲がったり折れたりすることが多く、測定が不確かなものになるため、この方法は不十分である。また、細い金属棒から剥がれた破片状または粉状の金属は、エンジンに損傷を与えるおそれがある。さらに、このような細い金属棒は、ファンケースからブレード先端までの距離を測定して個別に作らなければならないため、手間と時間がかかる。さらに、このような方法は、測定、データ記録、加工等の誤差が生じる。作られた細い金属棒が短すぎたり長すぎたりすることが多い。棒が短いとブレード先端に触れず、棒が長いと曲がったり折れたりしてしまう。さらに、このアセンブリは、ファンケースに孔を追加する必要があるため、ケースが弱くなり、長期間使用すると構造的な損傷が生じるおそれがある。
【０００４】
他の方法では、テーパゲージとゲージブロックとを使用して、個々のブレードの先端間隙を求めている。ゲージブロックがファンケース内部に配置され、テーパゲージがブロック上部に配置される。テーパゲージは、ブレードに接触するまでゲージブロックに沿って摺動する。その後、技術者がテーパゲージを読んでブレードとケースとの間の間隙を求めることができる。このプロセスをブレードごとに繰り返して行う。これは非常に時間がかかり、製造とオーバーホールにかかる時間が長くなる。また、この技術は誤差が生じやすい。この誤差には、ゲージブロックによるファンケースのブリッジングや、テーパゲージを読む際の測定値の読み間違いや視差による誤差が含まれる。さらに、ブレード先端にすくい角をつけることがあるため、接触点でゲージを読むことができないおそれがある。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許６９２７５６７号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一例示的実施形態では、ガスタービンエンジンのブレード先端間隙を測定するための装置が、取付けシステムを有するフレームと、フレームと連結されたアームと、アームと連結された測定センサとを備える。
【０００７】
別の例示的実施形態では、ガスタービンエンジンのブレード先端間隙を測定するための装置であって、ガスタービンエンジンが、ファンケースアセンブリと、ロータと、ロータと連結された複数のブレードとを有する。ファンケースアセンブリは内面を有し、ブレードは先端を有する。装置は、フレームをファンケースアセンブリに取り付けるための取付けシステムを有するフレームを備えることができる。アームはフレームと連結され、非接触測定センサはアームと連結され、先端と内面との間に間隙が配置され、センサが間隙を測定するよう構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的ガスタービンエンジンの概略横断面図である。
【図２】例示的ファンアセンブリの横断面図である。
【図３】測定具の例示的実施形態の斜視図である。
【図４】測定具が設置された例示的実施形態を示す、例示的ファンアセンブリの横断面図である。
【図５】図４の丸で囲んだ部分５の拡大横断面図である。
【図６】測定具が設置された例示的実施形態を示す、図４の６−６線に沿った例示的ファンアセンブリの上面図である。
【図７】測定具が設置された例示的実施形態を示す、例示的ファンアセンブリの底面図である。
【図８】設置状態のブッシングを示す例示的実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、例示的ガスタービンエンジン１００の概略横断面図である。ガスタービンエンジン１００は、ファンアセンブリ１０２、低圧コンプレッサ１０４、高圧コンプレッサ１０６、燃焼器１０８、高圧タービン１１０、および低圧タービン１１２を備える。ファンアセンブリ１０２および低圧コンプレッサ１０４は、シャフト１１４を介して低圧タービン１１２に結合される。高圧コンプレッサ１０６は、シャフト１１６を介して高圧タービン１１０に結合される。動作時には、空気がファンアセンブリ１０２、低圧コンプレッサ１０４および高圧コンプレッサ１０６を通って流れる。高圧縮空気が燃焼器１０８に送られ、ここで燃料と混合されて点火され、燃焼ガスを発生する。燃焼ガスは燃焼器１０８から運ばれてタービン１１０、１１２を駆動する。タービン１１２は、シャフト１１４を介してファンアセンブリ１０２および低圧コンプレッサ１０４を駆動する。タービン１１０は、シャフト１１６を介して高圧コンプレッサ１０６を駆動する。
【００１０】
図２は、例示的ファンアセンブリ１０２の横断面図である。図２はファンアセンブリの底部を示す。先端間隙は、一般にファンケースの底部中心で測定される。ファンケース周囲のどの位置で測定を行ってもよく、例示的実施形態を底部のみに限定すべきではないことに注目されたい。ファンアセンブリ１０２はロータ１１８を備え、このロータ１１８は複数のファンブレード１２０を受けることができる。あるいは、ロータ１１８は、ロータ１１８と一体の複数のエーロフォイルがロータ１１８から外側に延びるブリスクとすることができる。ファンブレード１２０は、プラットホーム１２２から先端１２４まで半径方向に延びる。ファンケースアセンブリ１２６は、先端１２と半径方向で境界を接する。ファンケースアセンブリ１２６は、ファンケース１２８およびファンシュラウド１３０を備えることができる。ファンシュラウド１３０は半径方向内面１３２を有する。ブレード先端１２４とファンシュラウド１３０の内面１３２とが、間隙１３４を画定する。
【００１１】
図３〜７は、間隙１３４の高さ、すなわちブレード先端１２４とファンシュラウド１３０の内面１３２との間の距離を、ブレード先端１２４の軸方向長さに沿った種々の点で測定するための測定具１３６の例示的実施形態を示す。測定具１３６は、フレーム１３８を有する。フレーム１３８は、裏当て部１４０および延出部１４２を備えることができる。測定具１３６をファンケースアセンブリ１２６に固定して取り付けることができれば、どのような構成のフレーム１３８を使用してもよいことに注目されたい。裏当て部１４０は取付けシステム１４４を備えることがきる。測定具１３６をファンケースアセンブリ１２６に固定して取り付けることができれば、公知のどのような取付けシステムを使用してもよい。一例示的実施形態では、取付けシステムが複数のクランプ１４６を備えることができる。クランプ１４６は、限定されないが、カムクランプ、オーバセンタクランプ、バイスクランプ、またはその他の同様のクランプ等の、公知のどのようなクランプ機構であってもよい。クランプ１４６は、レバー１４８およびカム１５０を備え、これらはねじ１５２およびブッシング１５４と協働して、測定具１３６をファンケースアセンブリ１２６に固定して取り付けることができる。クランプ１４６は、係止位置と解除位置とを有する。解除位置は図３に示される。係止位置は図４に示され、これについては詳細に後述する。クランプ１４６は、ねじ１５２、ブッシング１５４および支柱１５６がファンケースアセンブリ１２６の既存の孔に入るように、離間して設けられる。これにより、ファンケースアセンブリ１２６を改造することなく測定を行うことができる。 
【００１２】
アーム１５８をフレーム１３８に取り付けることができる。一例示的実施形態では、アーム１５８が、ねじ１６０またはその他の取付機構により延出部１４２に取り付けられる。別の例示的実施形態では、アーム１５８が、アーム１５８を偏倚させてファンケース１２８に接触させるヒンジおよびばね機構を使用して取り付けられる。公知のどのような取付機構を使用してもよい。アーム１５８は、一端で取り付けることができ、他端は自由とすることができる。自由端はセンサ１６２を備えることができる。センサ１６２は、２点間の距離を測定可能な公知のどのようなセンサであってもよい。一例示的実施形態では、センサ１６２が、限定されないが、容量位置センサまたは光学センサ等の非接触変位センサである。センサ１６２はリード１６４を備え、このリード１６４は、センサ１６２から経路１６６を通って、測定具１３６から離れて配置された電子部品に至る。図５に示すように、アーム１５８は、面１３２に接触してセンサ１６２を安定させる突起１６８を有する。一例示的実施形態では、この突起１６８は球状である。使用するアーム１５８の数、および各アーム１５８で使用するセンサ１６２の数はいくつであってもよい。測定具１３６をファンケースアセンブリ１２６に取り付ける際に、センサまたはセンサ１６２が、限定されないが、ブレード中心１７０、前縁１７２、および／または後縁１７４等の適切な測定位置に配置されれば、アーム１５８はどのような長さまたは幅であってもよい。アーム１５８は、例えば、測定中にブレード１２０がアーム１５８に接触して折れた場合に、あるいは別のアームに変更することにより様々な位置で測定するために、容易に取り外して交換できるように取り付けられる。
【００１３】
測定具１３６は、ファンケースの前方フランジ１７６を介してファンケースアセンブリ１２６上に設置される。前方フランジ１７６は、ねじ１５２、ブッシング１５４および支柱１５６を受けるための複数の孔１７８を有する。その後、レバー１４８が係止位置に作動される。図８に示すように、ねじ１５２を前方フランジ側に引いて、ブッシング１５４を長孔１８０に沿って拡張することができる。ブッシング１５４は、前方フランジ１７６に軸方向の力を加え、測定具１３６を前方フランジ１７６に対して引いて、測定具１３６と前方フランジ１７６との間の間隙がほぼなくなるようにする。測定具１３６の位置および構成は、センサ１６２を、測定するブレード１２０の領域と位置合わせするように、あらかじめ決められる。測定具１３６が定位置に係止されると、ファンブレード１２０が回転したときセンサ１６２は測定を開始することができる。センサ１６２は、各ファンブレード１２０のデータを１回転で得ることができる。しかし、２回転以上でデータを得るようにしてもよいことを理解されたい。比較的短い時間で、測定具１３６を取り付けて測定することができ、かつ正確な測定を確実に行うことができる。さらに、測定具は、組立て用に設けられた孔を使用するため、孔を追加したりファンケースアセンブリの構造を変えたりする必要がない。このため、製造サイクルが短くなり、正確で確実な先端間隙測定を行うことができる。
【００１４】
上記説明は、当業者が例示的実施形態を製造して使用できるよう、最良の形態を含む例示的実施形態を開示している。特許可能な範囲は特許請求の範囲によって定義されるものであり、当業者が想定する他の例を含むことができる。このような他の例は、構造的要素が特許請求の範囲の記載と異なっていない場合、あるいは特許請求の範囲の記載との間に実体的な違いのない、均等な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００１５】
１００  ガスタービンエンジン
１０２  ファンアセンブリ
１０４  低圧コンプレッサ
１０６  高圧コンプレッサ
１０８  燃焼器
１１０  高圧タービン
１１２  低圧タービン
１１４  シャフト
１１６  シャフト
１１８  ロータ
１２０  ファンブレード
１２２  プラットホーム
１２４  先端
１２６  ファンケースアセンブリ
１２８  ファンケース
１３０  ファンシュラウド
１３２  内面
１３４  間隙
１３６  測定具
１３８  フレーム
１４０  裏当て部
１４２  延出部
１４４  取付けシステム
１４６  クランプ
１４８  レバー
１５０  カム
１５２  ねじ
１５４  ブッシング
１５６  支柱
１５８  アーム
１６０  ねじ
１６２  センサ
１６４  リード
１６６  経路
１６８  突起
１７０  ブレード中心
１７２  前縁
１７４  後縁
１７６  前方フランジ
【図１】
2011508880.tif 000003
【図２】
2011508880.tif 000004
【図３】
2011508880.tif 000005
【図４】
2011508880.tif 000006
【図５】
2011508880.tif 000007
【図６】
2011508880.tif 000008
【図７】
2011508880.tif 000009
【図８】
2011508880.tif 000010
【国際調査報告】
2011508880.tif 000011
2011508880.tif 000012