(57)【要約】      （修正有）【課題】回転するブレード先端部と筐体の間の半径方向クリアランスの正確な測定が可能なシステムおよび方法を提供する。【解決手段】センサは、複数の既知軸方向位置、ブレードの厚さおよびブレード先端部と筐体の間の機械的に測定された半径方向クリアランスについて回転するブレードに較正が可能である。後の作動で、ブレード通過信号の幅および回転するブレードの速度を測って回転可能なブレードの厚さを測定することが可能であり、回転可能なブレードの厚さは、センサに対する回転するブレードの軸方向位置と関連付けることが可能である。測定された軸方向位置は、それから、回転するブレードと筐体の間の正確な半径方向クリアランスを測定するため、格納されたセンサ較正データと比較される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能なブレードに対して複数の位置でセンサを位置決めるステップと、
前記複数の位置のそれぞれにおいて、前記センサから前記回転可能なブレードの特性を表すブレード通過信号を生成するステップと、
前記複数の位置のそれぞれにおいて前記ブレード通過信号の特性を前記回転可能なブレードの前記特性と関連付けるステップと、
関連付けられた前記特性をメモリ内にセンサ較正データとして格納するステップと、を有する、
センサを較正する方法。
【請求項２】
前記回転可能なブレードの前記特性が、前記センサに対する前記回転可能なブレードの軸方向位置、複数の前記回転可能なブレードの厚さ、および前記センサと前記回転可能なブレードの間の半径方向クリアランスのうち少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ブレード通過信号の前記特性が、パルス高およびパルス幅のうち少なくとも１つである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の位置での前記センサの前記位置決めのステップが、前記回転可能なブレードに対する複数の軸方向位置での前記センサの位置決めを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の位置での前記センサの前記位置決めのステップが、前記センサから複数の半径方向距離における前記センサの位置決めを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の位置での前記センサの前記位置決めのステップが、前記センサと前記回転可能なブレードの間の半径方向クリアランスの測定を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の位置での前記センサの前記位置決めのステップが、前記センサと前記回転可能なブレードの間の軸方向オフセットの測定を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記センサの前記位置決めのステップが、距離δで互いからずらされた第１および第２のセンサの位置決めを含み、前記複数のセンサのそれぞれは複数の回転するブレードの特性を表す前記ブレード通過信号を生成し、前記複数の位置のそれぞれにおいて前記ブレード通過信号の前記特性を前記回転可能なブレードの特性と関連付けるステップが、
前記第１のセンサからの前記ブレード通過信号、前記第２のセンサからの前記ブレード通過信号、および距離δの関連付け、および、関連付けられたデータのメモリ内への格納を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記センサの前記位置決めのステップが、前記センサ、前記回転可能なブレード、およびそこの間に形成されるガス間隙が、平行板キャパシタを形成するような前記センサの位置決めを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記センサが、容量センサ、渦電流センサ、レーザセンサおよびレーダセンサからなるリストから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記センサの前記位置決めのステップがタービン筐体内の前記センサの位置決めを含み、かつ前記回転可能なブレードが複数の回転可能タービンブレードを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
筐体と関連したセンサを使用して、複数の回転するブレードを表すブレード通過信号を生成するステップと、
前記ブレード通過信号のパルス幅を測定するステップと、
ブレード速度を測定するステップと、
測定された前記ブレード通過信号の前記パルス幅および測定された前記ブレード速度を用いて、前記複数の回転するブレードの厚さを測定するステップと、
格納された較正データおよび測定された前記ブレード通過信号のパルス高とともに前記ブレードの厚さを用いて、前記複数の回転するブレードと前記筐体の間のクリアランスを得るステップと、を含む、
センサと複数の回転するブレードの間の半径方向クリアランスを監視する方法。
【請求項１３】
前記格納された較正データが、前記センサに対する前記複数の回転するブレードの複数の軸方向位置において、前記センサと前記複数の回転するブレードの間の前記半径方向クリアランスを表すデータを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記センサ、回転可能なブレード、およびそこの間に形成されるガス間隙が、平行板キャパシタを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記センサが、容量センサ、渦電流センサ、レーザセンサおよびレーダセンサからなるリストから選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記センサがタービン筐体内に位置決められ、かつ前記複数の回転するブレードが複数の回転するタービンブレードを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
筐体に関連した第１および第２のセンサを使用して、複数の回転するブレードを表す第１および第２のブレード通過信号出力を生成するステップと、
前記第１および第２のブレード通過信号出力を格納された較正データと比較して、前記格納された較正データは、それぞれの前記センサに対する前記複数の回転するブレードの既知の軸方向位置を、前記筐体と前記複数の回転するブレードの間の既知のクリアランスと関連付ける複数の較正曲線を有し、近接した前記較正曲線の間の差は前記第１および第２のセンサの間の既知の距離（デルタ）に等しいステップと、
前記第１および第２のブレード通過信号出力、前記格納された較正データおよび前記既知のデルタを用いて、前記複数の回転するブレードと前記筐体の間の、前記第１および第２のセンサのそれぞれに同一の共通のクリアランスを測定するステップと、を有する、
センサと複数の回転するブレードの間の半径方向クリアランスを監視する方法。
【請求項１８】
前記第１および第２のセンサ、回転可能なブレード、およびそこの間に形成されるそれぞれのガス間隙が、平行板キャパシタを有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１および第２のセンサが、容量センサ、渦電流センサ、レーザセンサおよびレーダセンサからなるリストから選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１および第２のセンサがタービン筐体内に位置決められ、かつ前記複数の回転するブレードが複数の回転するタービンブレードを有する、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年５月２０日出願の係属中の米国仮特許出願番号第６１／４８８，３４６号の非仮出願であり、仮出願の全体を参照により本明細書に組み込んだものとする。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、一般的に、タービンブレード先端部クリアランスセンサの分野に関し、とりわけ、クリアランス測定を行うときの回転するタービンブレードの軸方向移動を補正するシステムおよび方法に関する。
【０００３】
さまざまなターボ機械の性能は、回転するタービンブレードの先端部とタービン筐体の間の半径方向クリアランスに強く依存する。このブレード先端部と筐体の間の半径方向クリアランスまたは間隙を最小化すると、システムの効率が最大化する。テストまたは作動中、しかし、この半径方向クリアランスは、他の因子の中で、タービンブレードの長さがわずかに変化する結果に両方ともなりうるブレード回転の速度および／または温度の変化により変動する可能性がある。例えば、高ブレード回転速度は、遠心力によりブレードの膨張／延長を引き起こす可能性があり、一方、高温はブレードおよび筐体の熱膨張を引き起こし２つの間の間隙に影響する可能性がある。また、タービンシャフトの軸方向位置は、順番にタービンブレードの軸方向位置のシフトを起こすさまざまな因子により変化する可能性がある。ブレードの軸方向位置も、運用面およびの環境面の状況の変更に対応するため、意図的に調整するかもしれない。よって、半径方向クリアランスが所望より大きい場合の効率のロスを防ぐため、また筐体およびブレードを損傷するブレードと筐体の間のありうる接触を避けるため、テストまたは作動中、ブレード先端部と筐体の間の半径方向クリアランスを監視するようシステムがしばしば採用される。いくつかのエンジンで、この情報をそれから入力として使用し、動作中のエンジンの半径方向クリアランスを動的に変更することができる。
【０００４】
筐体内に取り付けられたセンサは、タービンブレード先端部と筐体の間の半径方向クリアランスの測定に使用可能である。なお、ブレードと筐体の間の実際のクリアランスの正確な測定は、困難な課題のままである。通常はそのようなセンサは、回転するブレード先端部のアレイの小さな区分を「調査」し、センサは何個のブレード先端部をセンサが「見る。」かによってクリアランス中の変化を読む。変動する厚さの輪郭を有するタービンブレードに関して、しかし、センサ出力は、筐体とブレードの間のクリアランスだけでなくセンサが検出するブレードの特定の面積によっても影響される。よって、センサに示されるブレードの面積はセンサに対する軸方向位置の変化につれて変化するので、現在のセンサの配置は、タービンブレードがセンサに対して軸方向にシフトした場合、正確なクリアランス指標を提供していないかもしれない。
【０００５】
以前のアプローチがさまざまな技術およびセンサ技術を用いて筐体から回転するブレードの半径方向クリアランスの正確な測定を求めた一方で、筐体に対する回転するブレードの軸方向移動の補正は、以前直接対処されていなかった。ほとんどの場合、想定される軸方向移動の範囲にわたってブレードの厚さが「一定」に近い領域にセンサを位置付けることで、問題は「避けられる」。
【０００６】
よって、センサ較正データを用いて回転するタービンブレードの軸方向移動を補正し、ブレード先端部と筐体の間の半径方向クリアランスの正確な測定を提供するシステムおよび方法のニーズが存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様では、センサおよびセンサ較正データを使用して、筐体に対する変動する厚さの回転するブレードの軸方向シフトを補正する方法が開示される。この方法はブレード通過信号の生成を有してもよく、ここではブレード通過信号の高さが回転するブレードとセンサの間のクリアランスと相関性があり、センサは筐体内または近接して位置決められる。ブレード通過信号の幅は、センサに対して回転するブレードの厚さと相関性がある。回転するブレードとセンサの間の実際のクリアランスは、機械的に測定され、ブレードの所定の軸方向位置の機械的測定値と合わせてブレード通過信号を較正することが可能である。これは、較正リグとブレード配列の正確な表示で実行可能である。これらの測定および較正は、さまざまなクリアランスおよび軸方向位置に関して繰り返してもよく、メモリに格納してもよい。その後の作動および／またはテスト中、回転するブレードの速度およびブレード通過信号の幅をセンサを用いて測り、回転するブレードの厚さおよび軸方向位置を測定することが可能である。これらの値を格納された較正と比較し、センサと回転するブレードの間の実際のクリアランスを測定することができる。
【０００８】
別の態様では、既知の距離をあけた複数のセンサならびにセンサ較正データを使用して、筐体に対する変動する厚さの回転するブレードの軸方向シフトを補正する方法が開示される。この方法は、複数のセンサの出力を、センサに対するブレードの所定の軸方向位置について回転するブレードとセンサの間の機械的に測定されたクリアランスと関連付ける、一連のセンサ較正曲線の生成を有してもよい。較正曲線は、格納してもよい。それぞれのセンサからの出力とともにセンサの間の既知の距離を用いて、一連の曲線の中の特定の格納された較正曲線を選択して、センサに対する回転ブレードの実際の半径方向クリアランスおよび軸方向位置を提供してもよい。これは、順番に、ブレード先端部と筐体の間のクリアランスおよび軸方向位置を示すのに使用できる。
【０００９】
センサを較正する方法が開示される。この方法は、回転可能なブレードに対して複数の位置でセンサを位置決めるステップと、複数の位置のそれぞれにおいてセンサから回転可能なブレードの特性を表すブレード通過信号を生成するステップと、複数の位置のそれぞれにおいてブレード通過信号の特性を回転可能なブレードの特性と関連付けるステップと、関連付けられた特性をメモリ内にセンサ較正データとして格納するステップを含んでもよい。
【００１０】
筐体と関連したセンサを使用して、複数の回転するブレードを表すブレード通過信号を生成するステップと、ブレード通過信号のパルス幅を測定するステップと、ブレード速度を測定するステップと、測定されたブレード通過信号のパルス幅および測定されたブレード速度を用いて、複数の回転するブレードの厚さを測定するステップと、格納された較正データおよび測定されたブレード通過信号のパルス高とともにブレードの厚さを用いて、複数の回転するブレードと筐体の間のクリアランスを得るステップとを含むセンサと複数の回転するブレードの間の半径方向クリアランスを監視する方法。
【００１１】
センサと複数の回転するブレードの間の半径方向クリアランスを監視する方法が公開される。この方法は、筐体に関連した第１および第２のセンサを使用して、複数の回転するブレードを表す第１および第２のブレード通過信号出力を生成するステップと、第１および第２のブレード通過信号出力を格納された較正データと比較して、格納された較正データは、それぞれのセンサに対する複数の回転するブレードの既知の軸方向位置を筐体と複数の回転するブレードの間の既知のクリアランスと関連付ける複数の較正曲線を有し、近接した較正曲線の間の差は第１および第２のセンサの間の既知の距離（デルタ）に等しいステップと、第１および第２のブレード通過信号出力、格納された較正データおよび既知のデルタを用いて、複数の回転するブレードと筐体の間の、第１および第２のセンサのそれぞれに同一の共通のクリアランスを測定するステップを有してもよい。
【００１２】
添付の図は、本出願の原理の実際的適用のため、今まで考案され開示されたシステムおよび方法の例示的な実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】例示的なガスタービンの断面図である。
【図２】例示的なブレード、シャフト、筐体およびセンサの相対的な位置を示す、タービンの内部部分の側面図である。
【図３】センサに示されるようなブレードの変動する厚さの輪郭を示す、図２の線３−３に沿った図２のブレード先端部の端面図である。
【図４】センサに対するブレードの軸方向位置の関数として、図２のブレードの厚さを示すグラフである。
【図５】例示的な回転するブレードを検出するセンサの生出力を示す例示的なブレード通過信号（ＢＰＳ）である。
【図６】例示的なブレード、タービンシャフト、筐体、および一対のセンサの相対的な位置を示す、タービンの内部部分の側面図である。
【図７】センサとブレード先端部の間で機械的に測定された半径方向クリアランス（ミリメートル）と、センサからの出力（ボルト）の間の相関を示す、図２のブレードの所定の軸方向位置に関する例示的な較正曲線である。
【図８】センサに対する図２のブレードの異なる軸方向位置に関する例示的な一連の較正曲線である。
【図９Ａ】図２のブレードとセンサの間のさまざまな軸方向オフセットの、センサ出力と半径方向クリアランスの間の相関を示す他の例示的な一連の較正曲線である。
【図９Ｂ】センサに対する図２のブレードの所定の軸方向位置のさらなる例示的な一連の較正である。
【図１０】センサ出力、回転するブレード先端部からセンサへ機械的に測定された半径方向クリアランス、およびセンサに対する回転するブレードの軸方向位置の間の相関を示す、３次元の例示的な一連の較正曲線を表すグラフである。
【図１１Ａ】開示された方法の実施形態による、例示的な論理フローを示すフローチャートである。
【図１１Ｂ】開示された方法の実施形態による、他の例示的な論理フローを示すフローチャートである。
【図１１Ｃ】開示された方法の実施形態による、さらなる例示的な論理フローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、タービン１の例示的な部分の断面図を示す。そのようなタービンは、通常は、筐体１６、複数の回転可能なブレード１８および複数のブレードが取り付けられたロータ１９を有する。動作時には、ブレード１８を通過するガスが、ブレードに長手方向の軸Ａ−Ａの周りでロータ１９を回旋させる。見ることができるように、間隙２０は、ブレード１８の先端部と筐体１６の内側表面２１の間に存在する。また見ることができるように、筐体１６の内側表面２１が長手方向の軸Ａ−Ａに対して傾斜するよう、筐体１６はタービンステージ内で円錐の形状を持つ。図示しないが、コンプレッサステージも円錐の形状を持ってもよい。ブレード１８の先端部は、筐体とブレードの先端部を横切るブレードの間に実質的に均一の間隙２０を設けるよう、傾斜していてもよい。そのようなタービンの効率的作動は、ブレードの周りのガスの迂回を最小化するように、ブレード１８と筐体１６の内側表面２１の間の間隙２０を最小化することにかかっていることが理解されるだろう。この間隙を最小化するこのニーズは、もちろん、ブレードと筐体の間の接触を防ぐニーズとバランスを取らなければならない。筐体、ブレードおよびロータの複合体の幾何学構造、およびタービンが通常は高温で作動する事実を検討することにより、個々のタービン構成要素の別々の膨張が間隙に影響を及ぼすことがありえ、タービン性能に影響を及ぼしうる。よって、広範囲のタービン作動の間、間隙を正確に監視可能にするため、システムおよび方法が開示される。システムは、実質的にあらゆるブレードシステムで使用が可能で、広範囲のガスおよび蒸気タービンを含み、さらにコンプレッサおよびタービンステージを含む全てのブレード配列のステージにおいて使用可能であり、さらにインペラ、ターボチャージャ、ファンなどを有する。
【００１５】
１つの実施形態では、タービン１は発電所の適用に使用されるタイプのものである。理解されるように、ブレードと筐体の間のクリアランスの正確な監視の提供は、最初の性能テストならびに通常作動の間の利点となりうる。例えば、タービン製造者によるタービンの最初の性能テストの間、この開示されたシステムおよび方法を採用して、テスト要員がブレードが筐体に影響しようとしている指標が出るときにテストの中止を可能にしてもよい。
【００１６】
通常作動中、システムおよび方法を、温間再始動を容易にするために使用してもよい。理解されるように、発電所で使用されるタービンは、ユーザのエネルギー需要によりしばしばシャットダウンおよび始動される。タービンがシャットダウンされるとき、（例えばエネルギー需要が減少した場合）筐体はブレードより速い速度でクールダウンするかもしれない。この異なる収縮は、筐体とブレードの間の間隙２０を所望の値未満に縮小させる状態を引き起こす可能性がある。よって、シャットダウンの後、タービンが特定の時間内に再始動されない場合、ほぼ完全に冷却されるまで再始動が不可能である。この実行は、筐体またはブレードの故障を起こしうるとても小さな筐体／ブレード間隙でタービンが再始動されないことを確実にする。この待機時間は実質的に時間遅延を示す可能性があり、遅延時間中ユーザエネルギー需要が増加する場合は（すなわちタービンを作動中にすることが望ましいであろう場合は）問題となりうる。筐体とブレードの間の間隙２０の明確な測定値を提供することにより、所望の筐体／ブレード間隙が再始動前に存在することを操作者に確信させることで、この開示されたシステムおよび方法を使用でき、より速いタービン再始動を容易にする。このようにして、再始動遅延は最小化されうる。
【００１７】
このシステムおよび方法は、筐体とブレードの間の所望の間隙２０を保持するため、作動中タービン１の部分を操作するのにも使用が可能である。例えば、筐体は、加熱または冷却して所望の間隙を保持することが可能である。代わりに、ブレードの軸方向位置を調整して所望の間隙を保持することが可能である。
【００１８】
図２は、センサ１２、筐体１６、ブレード１８およびロータ１９を備える例示的なブレードクリアランス監視システム１０を示す。例示的なタービンについて記載を進めるが、それは開示されたシステムおよび方法の単に例示的な実施であり、他の適用が想定されることが理解されるだろう。よって、システムは広範囲のガスおよび蒸気タービンで、およびコンプレッサおよびタービンステージを含む全てのブレード配列のステージにおいて、およびインペラターボチャージャ、ファンなどを含んで使用が可能である。センサ１２は、それに関連する不揮発性メモリ１４を有するプロセッサ１３に接続してもよい。図示しないが、さまざまな信号処理構成要素を、センサ１２により生成された信号の処理のため、プロセッサ１３に関連付けてもよい。
【００１９】
センサ１２は、１つの物理的パラメータ内で変化する対象を測定するのに適切なさまざまなセンサタイプのいずれであってもよいが、他においても少し変化があってもよい。適切なセンサタイプの非限定のリストは、容量センサ、渦電流センサ、レーダセンサ、レーザセンサなどを含む。１つの例示的な実施形態では、容量検出配列が使用され、そこでは、センサ１２、ブレード１８およびブレードと筐体１６の間の間隙２０が平行板キャパシタを形成する。よって、センサ１２は第１の電極を備え、ブレード１８は第２の電極を備え、間隙２０は誘電体としてはたらく。このように配置され、センサ１２は静電容量を検出し、これはセンサ１２とブレード１８の間の間隙２０のサイズによって決まる。静電容量の測定により、センサ１２とブレード１８の間の距離（間隙２０）が得られる。センサ１２が筐体１６の中または上に据え付けられているので、ブレード１８とセンサ１２の間の距離の測定が、ブレード１８と筐体１６の間の距離の測定を容易にしうる。
【００２０】
示されたケースでは、以下の静電容量方程式により静電容量の測定が可能である。
Ｃ＝ΕｒΕ０Ａ／ｄ      （１）
ここで、
Ｃ＝静電容量
Εｒ＝電極間の誘電体（すなわち空気）の比誘電率
Ε０＝自由空間の誘電率
Ａ＝電極が重なる面積
ｄ＝電極間隔
Εｒ、Ε０およびＡはＡは一定と仮定すると、Ｃはｄと逆比例の関係である。
【００２１】
図２を参照すると、間隙２０は静電容量方程式（１）の電極間隔”ｄ”と相関性がある。
【００２２】
図３は、センサ１２から「見られる」ような、例示的なブレード１８の端面図である。見ることができるように、ブレード１８は変動する厚さ”Ｔ”と、湾曲した、または「涙形の」、相対的に厚い中央区画１８ａ、および一対の相対的に薄い端部区画１８ｂを持つ断面を有する。前に述べたように、個々のブレード１８はシャフト１９に接合される。前に述べたように、作動中シャフトは長手方向の軸Ａ−Ａに沿って軸方向に移動してもよい。ブレード１８がシャフトに据え付けられているので、ここの移動は個々のブレード１８を同様に長手方向の軸Ａ−Ａに沿って軸方向に移動させる。センサ１２が筐体１６の中または上に据え付けられているので、この軸方向移動はブレード１８をセンサ１２に対し軸方向にシフトする。ブレード１８は非統一の厚さがあり、よって軸のシフトはセンサ１２にセンサに対するブレードの軸方向位置に応じて決まる異なるブレードの厚さを「見」させることになる。この厚さの変動は重なり合う面積”Ａ”の変化を引き起こし、よってセンサ１２により測定された静電容量の変化を引き起こし、よって間隙２０の大きさの測定において所望される正確性を提供するためには、そこを把握しなければならない。
【００２３】
図３は、センサ１２に対してブレード１８の種々の軸方向位置においてセンサ１２に検出されるであろうような、ブレード１８の厚さ”Ｔ”を示す電極が重なる面積２４を示す。この電極が重なる面積２４は、静電容量方程式（１）の同一名の変数”Ａ”に対応する。電極が重なる面積２４がセンサ１２に示されるブレード１８の厚さ“Ｔ”に対応するので、ブレード１８の厚さ“Ｔ”はセンサ１２に対してブレード１８の唯一の軸方向位置と相関性を有しうる。静電容量方程式（１）の“Ａ”の値も、従ってブレード１８の唯一の軸方向位置と相関性を有しうる。
【００２４】
図４は、センサ１２に対するブレード１８の軸方向位置の関数としてのブレード１８の厚さ“Ｔ”のプロットである。見ることができるように、ブレード１８の個々の厚さ“Ｔ”の値は、センサ１２に対するブレード１８の唯一の軸方向位置と相関性がある。よって、ブレード１８の厚さ“Ｔ”が既知であれば、それからブレード１８の軸方向位置は容易に測定される。
【００２５】
図５は、回転するブレード１８を検出するときのセンサ１２からの未処理の出力の例を示す。信号は、まとめて「ブレード通過信号」（ＢＰＳ）としても呼ばれる一連のパルス１００として表れる。示された実施形態で、それぞれのパルス１００は、ブレード１８がセンサ１２のそばを通るときの静電容量の変化を示す。センサ１２を較正するため、パルス１００の振幅１０２が測定され、センサ１２に対するブレード１８のさまざまな異なる軸方向位置および厚さに対し実際の半径方向の間隙２０の機械的測定値に関連付けられる。この機械的測定は、ブレード１８とセンサ１２の間の半径方向間隙２０の非常に精密および正確な値を得て特定のパルス振幅に関連付けることができるよう、テストベッドで実行することができる。較正プロセスは、ブレード１８の所望の数の異なる軸方向位置および厚さに実行でき、結果として生じる較正データは不揮発性メモリ１４（図２）内に格納が可能である。
【００２６】
ＢＰＳパルス１００の幅１０４は、センサ１２のサイズ、ブレード１８の厚さ、およびブレード１８がセンサ１２を通過する速度の関数である。センサ１２のサイズは既知であり、ブレード１８の通過速度は、回転信号につき１回の計算またはパルス計数により測定が可能であるので、ブレード１８の厚さは、図５に見られるように、パルス幅１０４に関連しうる。ブレード通過信号のパルス１００の幅１０４の測定により、センサ１２に示されたブレード１８の厚さを測定することが可能である。これは、順番に、図４に示されたデータを用いてブレード１８の実際の軸方向位置を測定するのに使用が可能である。ブレード１８の実際の軸方向位置を予め収集された較正データと比較することにより、ブレード１８と筐体１６の間の実際の半径方向クリアランス２０の測定が可能である。
【００２７】
図６は、第１および第２のセンサ１２０、１４０、筐体１６０、ブレード１８０およびロータ１９０を備える、ブレード先端部クリアランス測定機器１１０のさらなる実施形態を示す。この実施形態では、第１のセンサ１２０は第２のセンサ１４０から筐体１６０内を既知の距離“δ”の分、軸方向にずらされる。第１のセンサ１２０は第２のセンサ１４０から筐体１６０内を既知のデルタδの分、半径方向にずらしてもよい（図示せず）ことが理解されるだろう。
【００２８】
図２の実施形態のように、第１および第２のセンサ１２０、１４０は、１つの物理的パラメータで主として変化するが他でもわずかに変化する可能性がある対象を測定するのに使用されるさまざまなセンサタイプのいずれであってもよい。適切なセンサタイプの非限定のリストは、容量センサ、渦電流センサ、レーダセンサ、などを含む。また、示される実施形態は２つのセンサを使用するが、３つ以上のセンサの使用が可能であることも理解されるだろう。また、異なるタイプのセンサを共に使用してもよい（例えば容量センサと渦電流センサ）。
【００２９】
センサ１２０、１４０は、筐体１６０の内側表面２１０と同一面内に据え付けてもよい。代わりに、センサを内側表面２１０から離して筐体１６０内に置いてもよい。１つの非限定の例示的な実施形態では、センサは筐体内に約１．２５ｍｍ奥まった位置にある。別の実施形態では、第１および第２のセンサは、筐体内に別の距離分奥まった位置にある。例えば、第１のセンサ１２０は筐体内に約０．５ｍｍ奥まった位置にあってもよく、一方、第２のセンサ１４０は筐体内に約１．２５ｍｍ奥まった位置にあってもよい。
【００３０】
１つの例示的な実施形態の単一センサの実施形態のように、第１および第２のセンサ１２０、１４０は、回転ブレード１８０と関連するガス間隙２００、２２０を組み合わせて、平行板キャパシタをそれぞれ形成することが可能である。この実施形態では、第１のセンサ１２０は、第１のセンサ１２０とブレード１８０の間の間隙２００によって決まる静電容量を測定し、一方、第２のセンサ１４０は、第２のセンサ１４０とブレード１８０の間の間隙２２０によって決まる静電容量を測定する。再度、前述した静電容量式（１）により静電容量を測定してもよい。よって、第１のセンサ１２０に対し、静電容量方程式（１）で間隙２００は電極間隔“ｄ”と相関性がある。同様に、第２のセンサ１４０に対し、静電容量方程式（１）で間隙２２０は電極間隔“ｄ”と相関性がある。
【００３１】
再び図３を参照すると、第１のセンサ１２０または第２のセンサ１４０のどちらかに示されるようなブレード１８０の輪郭が示されている。電極が重なる面積２４０は、第１のセンサ１２０または第２のセンサ１４０により検出されるブレード１８０の部分を示し、静電容量方程式（１）の同一名の変数Ａに対応する。電極が重なる面積２４０は第１のセンサ１２０または第２のセンサ１４０のどちらかに示されるブレード１８０の輪郭に対応するので、静電容量方程式（１）のＡの値もブレード１８０の異なる軸方向位置に対して変化する。
【００３２】
第１のセンサ１２０および第２のセンサ１４０は、単一のセンサ実施形態について記載したのと同様の方法で、ブレード１８０の複数の既知の軸方向位置および複数の既知の半径方向位置に対してそれぞれ較正することが可能である。図７は、第１のセンサ１２０または第２のセンサ１４０のどちらかと、第１のセンサ１２０または第２のセンサ１４０のどちらかの出力に関連して機械的に測定されたブレード１８０の半径方向クリアランスの間の相関を示す、ブレード１８０の特定の軸方向位置に対する較正曲線を示す。示された実施形態で、センサ出力は電圧で表わされる。これは重要ではなく、他の適切な電気特性も使用しうることが理解される。
【００３３】
図８は、それぞれがブレード１８０と第１または第２のセンサ１２０、１４０のどちらかの間の特定の軸方向オフセットと関連した、一連の較正曲線を示す。図示では、軸方向オフセットは−６ミリメートル（ｍｍ）から＋６ｍｍの範囲であり、それぞれの曲線は２ｍｍの増分の特定の軸方向オフセットを表し、０ｍｍのオフセットがセンサ１２０、１４０が「調査する」だろうと予測されるブレード１８０の任意のポイントである。図は、そのセンサ１２０、１４０に関連してブレード１８０の機械的に測定された半径方向クリアランスとセンサ１２０、１４０の出力の間の相関が、センサ１２０、１４０に対するブレード１８０の軸方向位置によってどのように決まるかを示す。較正曲線は、−６ｍｍから６ｍｍまでの範囲で、２ｍｍの増分で、第１または第２のセンサ１２０、１４０のどちらかに関連したブレード１８０のずれを示し、ここで、０ポイントは第１のセンサ１２０または第２のセンサ１４０が調査するであろうと予測されるブレード１８０の任意のポイントである。見られるように、実施形態では、センサ１２０またはセンサ１４０のどちらかの出力は、電圧またはブレード１８０の物理状態に相関性があるかもしれないいずれの他の適切な電気特性で出されてもよい。そのような較正曲線は、第１のセンサ１２０および第２のセンサ１４０に対するブレード１８０の所定の軸方向位置について生成および格納される。タービンのテストまたは作動中、第１または第２のセンサ１２０、１４０からの出力および第１または第２のセンサ１２０、１４０に対するブレードの既知の軸方向位置に基き、較正曲線を筐体１６０とブレード１８の間の間隙２００を測定するために使用してもよい。
【００３４】
図９Ａは一連の較正曲線の例を示し、ここでは、それぞれの曲線が、ブレード１８０と第１または第２のセンサ１２０、１４０のどちらかの間の特定の軸方向オフセットと関連している。図示では、軸方向オフセットは−６ｍｍから＋６ｍｍの範囲である。この場合もやはり、０ｍｍのオフセットがセンサ１２０、１４０が「調査する」であろうと予測されるブレード１８０の任意のポイントである。１つの例では、タービンのテストまたは作動中、第１のセンサ１２０は４．０Ｖの出力信号を発してもよく、これは図９Ａに示されるように０．７ｍｍ（＋６ｍｍの軸方向位置に関連）から０．８５５ｍｍ（−６ｍｍの軸方向位置に関連）の間のあらゆる半径方向クリアランス値を有する間隙２００に対応する。このプロットから明確に分かるように、同一のセンサ出力値であっても、第１または第２のセンサ１２０、１４０に対するブレード１８０の実際の軸方向位置によって、間隙２００は実質的に異なる可能性がある。
【００３５】
第１および第２のセンサ１２０、１４０の両方からの測定値を得てこれらの測定値を図９Ｂの較正曲線と比較することにより、ブレード１８０の実際の軸方向位置および第１および第２のセンサ１２０、１４０の両方に対する半径方向クリアランスが測定可能である。図９Ｂは、第１および第２のセンサ１２０、１４０に対するブレード１８０の一連の軸方向較正曲線を、第１および第２のセンサ１２０、１４０に対するブレード１８０の実際の軸方向および半径方向位置を正確に測定するのにどのように使用できるかを示す。
【００３６】
タービン作動またはテスト中、第１および第２のセンサ１２０、１４０は個別の測定値を出す。例えば、第１のセンサは４．０Ｖの測定値を出してもよく、これは前述したように、図９Ａに見られるように第１のセンサ１２０に対するブレード１８０の軸方向位置による０．７ｍｍから０．８５５ｍｍまでの範囲の間隙２００に対応する。第２のセンサ１４０は４．２Ｖの測定値を出してもよい。第１および第２のセンサの間の軸方向の間隔（デルタδ）は既知である（設置の間測定可能である）ので、それで図９Ｂの一連の較正曲線のうちただ一対の較正曲線が、これらのセンサ出力値が既知であるとき、同一の「クリアランス」値に対応する。
【００３７】
図９Ｂに関して例が示されている。図９Ｂの近接した曲線の差は、既知デルタ（δ）（すなわち２ｍｍ）に等しい。この例で、第１のセンサ１２０は４．０Ｖの測定値を提供し、第２のセンサ１４０は４．２Ｖの測定値を提供する。適切なブレード「クリアランス」（図９Ｂの水平軸）を測定するため、第１の曲線の第１のセンサ１２０の出力が、直近の曲線の第２のセンサ１４０の出力に対応するクリアランスと同一のクリアランスの結果となる、一対の近接した曲線を識別しなければならない。すなわち、第１の曲線の４．０Ｖの測定値に関連するクリアランスは、直近の曲線の４．２Ｖの測定値に関連するクリアランスと同一でなければならない。図９Ｂの実施形態で、曲線“（Ｉ）”および“（ＩＩ）”がこの基準を満たし、よって適切な曲線として選択される。見ることができるように、関連した曲線のこれらの出力値のそれぞれにより範囲が定まったクリアランスは、約０．７５ｍｍである。すなわち、曲線“Ｉ”の４．２Ｖの地点から引かれた垂直線（点線“（ａ）”）は、直近の曲線“ＩＩ”の４．０Ｖの地点を通り、また水平（すなわちクリアランス）軸の（およそ）０．７５ｍｍの地点を通る。（点線“（ｂ），”“（ｃ）”および“（ｄ）”で識別される）他の可能な組み合わせは前述の基準を満たさず、よって開示された方法による正しい曲線の対の結果にはならない。
【００３８】
数学的に、適切な対の直近の曲線の連立解法は、以下の論理によりすすめることができる。
【００３９】
軸方向位置の既知のデルタ（δ）を前提とする場合
（１）  Ｖ１２０＝Ｆ１２０（クリアランス１２０，軸方向位置１２０）
（２）  Ｖ１４０＝Ｆ１４０（クリアランス１４０，軸方向位置１４０）
（ここで、Ｆ１２０およびＦ１４０は関数（すなわち較正曲線で表わされる関数）である）
（３ａ）  仮定：クリアランス１２０＝クリアランス１４０＝クリアランス
（４ａ）  事実：軸方向位置１２０＝軸方向位置１４０−（δ）
従って、
（５ａ）  Ｖ１２０＝Ｆ１２０（クリアランス，軸方向位置１４０−（δ））
（６ａ）  Ｖ１４０＝Ｆ１４０（クリアランス，軸方向位置１４０）
また、
Ｖ１２０、Ｖ１４０、Ｆ１２０、Ｆ１４０およびδが与えられると、ステップ（５ａ）および（６ａ）を、クリアランスおよび軸方向位置１４０について解くことができる。
【００４０】
半径方向クリアランスの既知のデルタ（δ）を前提とする場合
（３ｂ）  仮定：クリアランス１２０＝クリアランス１４０−（δ）
（４ｂ）  事実：軸方向位置１２０＝軸方向位置１４０＝軸方向位置
（５ｂ）  Ｖ１２０＝Ｆ１２０（クリアランス１４０−（δ），軸方向位置）
（６ｂ）  Ｖ１４０＝Ｆ１４０（クリアランス１４０，軸方向位置）
Ｖ１２０、Ｖ１４０、Ｆ１２０、Ｆ１４０および（δ）が与えられると、ステップ（５ｂ）および（６ｂ）を、クリアランス１４０および軸方向位置について解くことができる。
【００４１】
図１０は、３次元の一連の較正曲線の例を示し、ブレード１８０と第１または第２のセンサ１２０、１４０の間の機械的に測定された間隙２００（「クリアランス」）と、センサに対するブレード１８０の所定の軸方向位置のセンサからの出力の間の相関を示す。示されるグラフは−６ｍｍから＋６ｍｍの範囲の軸方向オフセットに及び、ここで０ｍｍのポイントは第１のセンサ１２０または第２のセンサ１４０が「調査する」だろうと予測されるブレード１８０の任意の位置である。
【００４２】
ここで図１１Ａを参照して、開示されたシステムを用いた例示的な方法を詳述する。ステップ１０００で、センサが複数の回転するブレードに対して第１の位置に位置決められる。ステップ１１００で、ブレード通過信号がセンサにより生成される。ブレード通過信号は、回転するブレードの特性を表すパルス高およびパルス幅をそれぞれ持つ複数のパルスを有する。ステップ１２００で、パルス高およびパルス幅が、複数の回転するブレードの軸方向位置、複数の回転するブレードのそれぞれの厚さ、およびセンサと複数の回転するブレードの間のクリアランスのうち少なくとも１つに関連付けられる。ステップ１３００で、関連付けられたパルス高およびパルス幅データが、軸方向位置、厚さおよびクリアランスに関連してセンサ較正データとしてメモリに格納される。ステップ１４００で、センサ較正が完了しているかどうか判断がなされる。答えがイエスであれば、それからプロセスはステップ１５００で終了する。しかし、答えがノーであれば、それからステップ１６００でセンサが複数の回転するブレードに対して第２の位置に位置決められる。方法はそれからステップ１１００に戻り、そこから進む。
【００４３】
図１１Ｂを参照して、開示されたシステムを用いた第２の例示的な方法を詳述する。ステップ２０００で、筐体に関連したセンサが複数の回転するブレードを表すブレード通過信号を生成し、ブレード通過信号は複数のパルスを有し、それぞれのパルスはパルス高およびパルス幅を有する。ステップ２１００で、ブレード通過信号のパルス幅およびブレード速度（ブレード間距離のブレード測定または「１回転毎に１回」信号の使用のどちらかによる）が測定される。ステップ２２００で、測定されたブレード通過信号のパルス幅およびブレード速度から、ブレードの厚さが測定される。ステップ２３００で、格納された較正データおよび測定されたパルス高とともにブレードの厚さが使用され、複数の回転するブレードと筐体の間のクリアランスが測定される。プロセスはそれからステップ２０００に戻り、繰り返す。
【００４４】
図１１Ｃを参照して、開示されたシステムを用いた第３の例示的な方法を詳述する。ステップ３０００で、筐体に関連した第１および第２のセンサが第１および第２のブレード通過信号出力を生成し、第１および第２の出力は複数の回転するブレードを表す。ステップ３１００で、第１および第２のブレード通過信号出力は格納された較正データと比較され、格納された較正データは、（それぞれのセンサに対する）複数の回転するブレードの既知の軸方向位置を、筐体と複数の回転するブレードの間の既知のクリアランスと関連付ける複数の較正曲線を有する。１つの実施形態では、近接した較正曲線間の差は、第１および第２のセンサの間の既知の距離（すなわち既知の（デルタδ））に等しい。ステップ３２００で、第１および第２の出力および既知のデルタは、複数の回転するブレードと筐体の間の共通のクリアランスを解くため使用される。プロセスは、それからステップ３０００に戻る。
【００４５】
開示されたシステムのいくつかの実施形態は、例えば、機械により実行する場合は機械に本開示の実施形態による方法および／または動作を実行させてもよい指示または指示のセットを格納してもよい記憶媒体、コンピュータ可読な媒体または製造の物品を用いて実施してもよい。そのような機械は、例えば、任意の適切な処理プラットフォーム、計算プラットフォーム、計算装置、処理装置、計算システム、処理システム、コンピュータ、プロセッサ、などを有してもよく、任意の適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアの組み合わせを用いて実行してもよい。コンピュータ可読な媒体または物品は、例えば、任意の適切なタイプのメモリユニット、メモリ装置、メモリ物品、メモリ媒体、記憶装置、記憶物品、例えば、メモリ（非一過性メモリを含む）、着脱可能または着脱不可媒体、消去可能または消去不可媒体、書き込み可能または再書き込み可能媒体、デジタルまたはアナログ媒体、ハードディスク、フロッピーディスク、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、記録可能コンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ）、再書込み可能コンパクトディスク（ＣＤ−ＲＷ）、光ディスク、磁気媒体、光磁気媒体、着脱可能メモリカードまたはディスク、種々のタイプのデジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）、テープ、カセット、などの記憶媒体および／または記憶ユニットを含んでもよい。指示は、ソースコード、コンパイルされたコード、解釈実行コード、実行可能コード、静的コード、動的コード、暗号化コードなどのような、任意の適切な高レベル、低レベル、オブジェクト指向、ビジュアル、翻訳されたおよび／または解釈実行プログラミング言語を用いて実行される、任意の適切なタイプのコードを有してもよい。
【００４６】
本開示のある実施形態を記載したが、本開示がこれらに限定されることを意図するものではない。むしろ、本開示は当業界が許容するような広い範囲であり、本明細書も同様に読まれることを意図する。そのようなものとして、前述の記載は限定するものではなく、単に特定の実施形態の例として解釈されるべきである。当業者は、本明細書に添付の請求項の範囲および趣旨内の他の改良を想定するであろう。記載された実施形態へのそのような修正および変更は、添付の請求項に定義されるような本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく可能である。従って、本発明は記載された実施形態に限定されず、後述の請求項の文言、およびその等価物により定義される十分な範囲を有することを意図する。
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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