(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボ機械の回転計装器からのデータを固定データ収集システムに伝送する。【解決手段】システムは、ターボ機械内の対応する回転構成要素に結合され、温度を示す離散的アナログ信号を各々が生成する複数の熱センサを含む。複数の送信器組立体は、ターボ機械のロータシャフト２２の端部３６に結合される。複数の送信器組立体は、第１の送信器組立体及び第２の送信器組立体を含む。第１の送信器組立体は、複数の熱センサから離散的アナログ信号を受け取り、複数の離散的アナログ信号を多重化して単一増幅器及びアナログ−デジタルコンバータに送り、これから単一のデジタルデータストリームを生成するよう構成されている。本システムはまた、複数の導電性リングを有するスリップリング組立体１０８を含み、導電性リングのうちの少なくとも１つが、第１の送信器組立体とデータ収集システム１１０との間にデジタル信号経路を定める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械（１０）の回転構成要素からのセンサデータを送信するためのシステム（１００）であって、
前記ターボ機械（１０）内の対応する回転構成要素に各々結合され、該対応する回転構成要素の温度を示す離散的アナログ信号を各々が生成する複数の熱センサ（１１８）と、
キャリアシャフト（１０６）内で環状に配列され且つ前記ターボ機械（１０）のロータシャフト（２２）の端部に結合され、前記複数の熱センサ（１１８）から離散的アナログ信号を受け取るように構成された第１の送信器組立体（１５０）と第２の送信器組立体（１５２）とを含む複数の送信器組立体（１０４）と、
を備え、前記第１の送信器組立体（１５０）が、前記複数の離散的アナログ信号を多重化して単一増幅器及びアナログ−デジタルコンバータに送り、これから単一のデジタルデータストリーム（１５６）を生成し、
前記システム（１００）が更に、
前記第１の送信器組立体（１５０）及びデータ収集システム（１１０）に電気的に結合され、複数の導電性リング（１４２）を有するスリップリング組立体（１０８）を備え、
前記導電性リング（１４２）の少なくとも１つが前記第１の送信器組立体（１５０）と前記データ収集システム（１１０）との間にデジタル信号経路を定める、システム（１００）。
【請求項２】
前記複数の熱センサ（１１８）が、熱電対及び抵抗温度検出器のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の送信器組立体（１５０）が、前記スリップリング組立体（１０８）の少なくとも１つの導電性リングを介して前記第１の送信器組立体（１５０）に提供される調整されていない電圧を調節するよう構成されている、請求項１〜２の何れかに記載のシステム。
【請求項４】
前記データ収集システム（１１０）が、前記第１の送信器組立体（１５０）からの単一のデジタルデータストリームに関連するタイムスタンプを生成するよう構成されている、請求項１〜３の何れかに記載のシステム。
【請求項５】
前記データ収集システム（１１０）が、前記第１の送信器組立体（１５０）からの単一のデジタルデータストリームを前記各熱センサ（１１８）からの離散的アナログ信号の元の値に相当する個々のチャンネルに復号するよう構成されている、請求項１〜４の何れかに記載のシステム。
【請求項６】
前記ターボ機械（１０）内の対応する回転構成要素に各々結合され、該対応する回転構成要素の機械的歪みを示す離散的アナログ信号を各々が生成する複数の歪みセンサ（１１４）を更に備え、
前記第２の送信器組立体（１５２）が、前記歪みセンサ（１１４）から離散的アナログ信号を受け取り、複数の前記離散的アナログ信号を多重化して単一増幅器及びアナログ−デジタルコンバータに送り、これから単一のデジタルデータストリーム（１６６）を生成するよう構成されており、
前記導電性リングの少なくとも１つが、前記第２の送信器組立体（１５２）と前記データ収集システム（１１０）との間にデジタル信号経路を定める、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数の歪みセンサ（１１４）が、歪みゲージ、圧力ゲージ及び加速度計のうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜６の何れかに記載のシステム。
【請求項８】
前記第２の送信器組立体（１５２）が、前記スリップリング組立体（１０８）の少なくとも１つの導電性リング（１４２）を介して前記第２の送信器組立体（１５２）に提供される調整されていない電圧を調節するよう構成されている、請求項１〜７の何れかに記載のシステム。
【請求項９】
前記データ収集システム（１１０）が、前記第２の送信器組立体（１５２）からの単一のデジタルデータストリーム（１６６）に関連するタイムスタンプを生成するよう構成されている、請求項１〜８の何れかに記載のシステム。
【請求項１０】
前記データ収集システム（１１０）が、前記第２の送信器組立体（１５２）からの単一のデジタルデータストリーム（１６６）を前記各歪みセンサ（１１４）からの離散的アナログ信号の元の値に相当する個々のチャンネルに復号するよう構成されている、請求項１〜９の何れかに記載のシステム。
【請求項１１】
ターボ機械（１０）の回転構成要素からのセンサデータを送信するための方法（２００）であって、
送信器組立体（１０４）において前記ターボ機械（１０）の回転構成要素に結合された複数の熱センサ（１１８）から複数の離散的アナログ信号（１２０）を受け取るステップと、
前記複数の離散的アナログ信号を多重化して単一増幅器及び前記送信器組立体（１０４）のアナログ−デジタルコンバータに送り、単一のデジタルデータストリーム（１５６）を生成するステップと、
前記単一のデジタルデータストリームをスリップリング組立体（１０８）の少なくとも１つの導電性リング（１４２）を介してデータ収集システム（１１０）に送信するステップと、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記単一のデジタルデータストリーム（１５６）が、１０Ｍビット／秒よりも小さいデータ転送速度で送信される、請求項１１に記載の方法（２００）。
【請求項１３】
前記データ収集システム（１１０）を介して前記単一のデジタルデータストリーム（１５６）を前記複数の熱センサ（１１８）からの前記離散的アナログ信号（１２０）の元の値に相当する個々のチャンネルに復号するステップを更に含む、請求項１１〜１２の何れかに記載の方法（２００）。
【請求項１４】
前記熱センサ（１１８）からの前記離散的アナログ信号（１２０）を０〜２．３ボルトのデジタル値に変換するステップを更に含む、請求項１１〜１３の何れかに記載の方法（２００）。
【請求項１５】
低速システムクロック信号（１６２）を前記スリップリング組立体（１０８）の少なくとも１つの導電性リング（１４２）を介して前記送信器組立体（１０４）に送信し、前記送信器組立体（１０４）を介して前記低速クロック信号を特定の高速クロック値に変換して、アナログ−デジタル変換及びデジタル同期のために前記高速クロック値を用いるステップを更に含む、請求項１１〜１４の何れかに記載の方法（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、ターボ機械の回転構成要素からのセンサデータを固定データ収集装置に送信するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力タービン、ガスタービン、蒸気タービン、ポンプ、ファン、発電機、モータ、及び他の形態の商用設備などのターボ機械は、多くの場合、シャフト、ブレード、及び他の回転構成要素を含む。回転構成要素の動作の制御、監視及び／又は増強の目的で、これらの構成要素の様々な特性を測定するために回転構成要素に１又はそれ以上のセンサを設置することは、当該技術分野で公知である。例えば、回転構成要素の温度、速度、応力、歪み、振動、及び／又は他の特性を測定するセンサにより、異常の早期検出、補修又は保守スケジュールの調整、及び／又は動作の増強のための他の措置を可能にすることができる。
【０００３】
当該技術分野では、回転構成要素からのアナログセンサデータを更なる分析のため固定構成要素に送信する様々なスリップリング及び遠隔測定システムが存在する。従来、センサからのアナログ信号は、スリップリング組立体の回転中央ボア又はシャフト部分に沿って同心状に位置付けられた個別のスリップ又は導電性リングに配線を介して送られる。次いで、固定コンタクトアーム又はブラシは、回転コンタクト又はスリップリングからコントローラ、データプロセッサ又は同様のものに信号を送るための信号経路を提供する。しかしながら、各導電性リングを通じて伝送できるアナログデータ容量は、各回転構成要素に存在することができるセンサの数に比べて比較的制限されている。
【０００４】
他方、遠隔測定システムは、センサデータを圧縮データストリームにパッケージ化する電気回路を回転構成要素上に含むことができる。次いで、回転構成要素上の送信器は、回転構成要素からの圧縮データストリームを近傍の固定ループアンテナに送信することができる。このようにして、遠隔測定システムにおける各送信器は、スリップリングを通じて送信できる容量よりも大きな容量のセンサデータを送信することができる。遠隔測定システムは一般に、従来のスリップリングシステムに比べて大きなデータ伝送能力を提供するが、コスト及び／又は回転構成要素に本質的に存在する振動又は信号干渉を生じる可能性がある電磁干渉などの影響のような限界がある。
【０００５】
結果として、ガスタービンなどのターボ機械の回転計装器からのデータを固定データ収集システムに伝送するためのシステム及び方法における継続的な改善が有用となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２０１１６７２３号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において記載され、又は本説明から明らかになることができ、或いは、本発明を実施することによって理解することができる。
【０００８】
本発明の１つの実施形態は、ターボ機械の回転構成要素からのセンサデータを送信するためのシステムである。本システムは、複数の熱センサを含む。各熱センサは、ターボ機械内で対応する回転構成要素に結合される。各熱センサは、対応する回転構成要素の温度を示す離散的アナログ信号を生成する。本システムは、キャリアシャフト内に環状に配列され且つターボ機械のロータシャフトの端部に結合された複数の送信器組立体を含む。複数の送信器組立体は、第１の送信器組立体及び第２の送信器組立体を含む。第１の送信器組立体は、複数の熱センサから離散的アナログ信号を受け取り、複数の離散的アナログ信号を多重化して単一増幅器及びアナログ−デジタルコンバータに送り、ここから単一のデジタルデータストリームを生成するよう構成されている。本システムは更に、第１の送信器組立体及びデータ収集システムに電気的に結合されたスリップリング組立体を含む。スリップリング組立体は、第１の送信器組立体とデータ収集システムとの間にデジタル信号経路を定める少なくとも１つの導電性リングを含む。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、ターボ機械の回転構成要素からのセンサデータを送信する方法である。本方法は、送信器組立体において、ターボ機械の回転構成要素に各々が結合された複数の熱センサから複数の離散的アナログ信号を受け取るステップを含む。本方法はまた、複数の離散的アナログ信号を多重化して単一増幅器及び送信器組立体のアナログ−デジタルコンバータに送り、ここから単一のデジタルデータストリームを生成するステップを含む。本方法は更に、単一のデジタルデータストリームをスリップリング組立体の少なくとも１つの導電性リングを介してデータ収集システムに送信するステップを含む。
【００１０】
本発明はまた、ターボ機械の回転構成要素からのセンサデータを送信する方法を含む。本方法は、送信器組立体において、ターボ機械の回転構成要素に各々が結合された複数の歪みセンサから複数の離散的アナログ信号を受け取るステップを含む。本方法は更に、複数の離散的アナログ信号を多重化して単一増幅器及び送信器組立体のアナログ−デジタルコンバータに送り、ここから単一のデジタルデータストリームを生成するステップを含む。本方法はまた、単一のデジタルデータストリームをスリップリング組立体の少なくとも１つの導電性リングを介してデータ収集システムに送信するステップを含む。
【００１１】
当業者であれば、本明細書を精査するとこのような実施形態の特徴及び態様、並びにその他がより理解されるであろう。
【００１２】
添付図の参照を含む本明細書の残りの部分において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の種々の実施形態を組み込むことができる例示的なガスタービンのターボ機械の簡易側断面図。
【図２】本発明の種々の実施形態による、ターボ機械の回転構成要素からのセンサデータを送信するためのシステムの側断面図。
【図３】本発明の１又はそれ以上の実施形態による、例示的な送信器組立体の分解図。
【図４】本発明の１つの実施形態による、明確にするためにキャリアシャフトから取り外され共通中心線の周りに環状に配列された複数の送信器組立体の前面図。
【図５】本発明の１つの実施形態に組み込むことができる例示的なスリップリング組立体の部分切り欠き側面図。
【図６】本発明の種々の実施形態による、作動時のキャリアシャフト、第１の送信器組立体及び第２の送信器組立体を含むシステムの一部の側断面図。
【図７】本発明の１つの実施形態による、ターボ機械の回転構成要素からのセンサデータを送信するための例示的な方法のブロック図。
【図８】本発明の１つの実施形態による、ターボ機械の回転構成要素からのセンサデータを送信する例示的な方法のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。
【００１５】
詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似の要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似の記号表示を使用している。本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。
【００１６】
用語「上流」及び「下流」は、流体通路における流体流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体がそこから流れる方向を指し、「下流」は流体がそこに向けて流れ込む方向を指す。用語「半径方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対方向を指し、用語「軸方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行な及び／又は同軸に整列された相対方向を指す。
【００１７】
本発明の例示的な実施形態は、例示の目的でガスタービンターボ機械に関して全体的に説明しているが、本発明の実施形態はあらゆるターボ機械にも適用できることは、当業者には容易に理解されるであろう。本発明は、様々な動作状態及び／又はハードウェア状態を監視するための回転計装器を含む、蒸気タービン、風力タービン又は同様のものに適用することができ、本明細書は、請求項に別途記載のない限り、ガスタービンターボ機械に限定されるものではない。
【００１８】
本発明の実施形態は、ターボ機械の回転構成要素からのセンサデータを送信するためのシステム及び方法を提供する。本システム及び方法は、回転キャリアシャフト内で管状に配列された１又はそれ以上の送信器組立体を利用して、スリップリング組立体の導電性リングを通じて複数の回転センサから受け取った複数のデータ信号をデジタル化、多重化、及び／又はストリーミングしてデータ収集システムに提供する。各送信器組立体は、センサタイプ及び／又はセンサデータのサンプリングレートによって構成することができる。各送信器組立体は、センサタイプ及び／又はセンサデータのサンプリングレートによりグループ化することができる複数のセンサに電気的に結合される。送信器組立体は、補修及び／又は交換のためキャリアシャフトから取り外すことができる。加えて、送信器組立体は、センサに電力を供給するための好都合な信頼性のある方法を提供する。
【００１９】
ここで同じ符号が同じ要素を示す図面を参照すると、図１は、本発明の種々の実施形態を組み込むことができるガスタービン１０のターボ機械の１つの実施例を示す。図示のように、ガスタービン１０は、圧縮機１２と、圧縮機１２から下流側に配置される１又はそれ以上の燃焼器１６を有する燃焼セクション１４と、燃焼セクション１４から下流側に配置されるタービン１８とを含む。圧縮機１２は、一般に、ロータシャフト２２に相互接続又は結合される圧縮機ロータブレード２０の複数の列又は段を含む。圧縮機１２内で圧縮機ロータブレード２０の連続する列の間に固定ベーン２４の連続する列が配置される。タービン１８は一般に、ロータシャフト２２に相互接続又は結合されたタービンロータブレード２６の複数の列又は段を含む。タービン１８内でタービンロータブレード２６の連続する列の間に固定ベーン２８の連続する列が配置される。
【００２０】
作動時には、空気などの作動流体３０が圧縮機１２に流入する。作動流体３０は、圧縮機１２を通って燃焼セクション１４の１又は複数の燃焼器１６に向かって送られるときに漸次的に圧縮されて、１又は複数の燃焼器１６に圧縮作動流体３２を提供する。各燃焼器１６内で燃料が圧縮作動流体３２と混合されて、混合気が燃焼して高温高速の燃焼ガス３４が生成される。燃焼ガス３４は、１又は複数の燃焼器１６から固定ベーン２８の第１の列を越えてタービン１８に送られる。タービンロータブレード２６を介して燃焼ガス３４から熱及び／又は運動エネルギーが取り出され、これによりロータシャフト２２の回転を引き起こす。
【００２１】
ガスタービン１０の作動中、圧縮機ロータブレード２０、タービンロータブレード２６、ロータシャフト２２、及び他の種々の回転構成要素が、製品寿命を制限する可能性がある熱及び／又は機械的応力に晒される。結果として、一般的には、回転構成要素の温度、速度、応力、歪み、振動、及び／又は他の特性などの様々な動作パラメータを監視して、これによりガスタービン１０などのターボ機械の異常の検出、補修又は保守スケジュールの調整、及び／又は動作及び／又は効率の増強のための他の措置を可能にすることが望ましい。
【００２２】
種々の回転構成要素の動作パラメータ及び／又は状態を監視するために、温度、速度、応力、歪み及び／又は振動などの種々の動作パラメータ及び／又は状態に関連するデータを収集することが必要である。このデータは、回転センサ又は回転構成要素に結合された他の電気的計装器により生成されて、データ収集システムにより収集される。データは、ロータシャフト２２からスリップリング組立体を介してデータ収集システムに送信される。本発明の種々の実施形態において、センサ信号又はデータをデータ収集システムに送信するシステムが提供される。
【００２３】
図２は、本発明の種々の実施形態による、センサ信号又はデータをデータ収集システムに送信するためのシステム１００の側断面図を示す。１つの実施形態において、図２に示すように、システム１００は、ロータシャフト２２の端部３６に結合される。図１に示すように、システム１００は、一般に、現地ではないが、ガスタービン１０の圧縮機ロータブレード２０、ロータシャフト２２、及びタービンロータブレード２６など、様々な回転構成要素（図１）に接続される複数のセンサ１０２を含む。図２に示すように、本システム１００は更に、ロータシャフト２２の端部３６に結合されたキャリアシャフト１０６内に環状に配列される複数の送信器組立体１０４と、複数の送信器組立体１０４に電気的に結合されるスリップリング組立体１０８と、該スリップリング組立体１０８に電気的に結合されるデータ収集システム１１０とを含む。特定の実施形態は更に、キャリアシャフト１０６をロータシャフト２２に結合するワイヤバレル１１２を含むことができる。図２に示すように、送信器組立体１０４は、一般に、キャリアシャフト１０６内でセンサ１０２とスリップリング組立体１０８との間に位置付けられる。
【００２４】
センサ１０２は、圧縮機ロータブレード２０、ロータシャフト２２、タービンロータブレード２６、又はロータシャフト２２に結合された他の回転構成要素の１又はそれ以上の特性又は動作状態を監視するよう構成される。センサ１０２は、圧縮機ロータブレード２０、タービンロータブレード２６、及び／又は圧縮機ロータブレード２０及びタービンロータブレード２６をロータシャフト２２に結合する圧縮機又はタービンロータディスクなどのロータシャフト２２又はその一部に結合される他の回転構成要素による振動又は運動を反映する１又はそれ以上の信号を発生する圧力検出器、歪みゲージ又は加速度計を備えることができる。加えて又は代替として、センサ１０２は、様々な回転構成要素の温度及び／又はこれらの回転構成要素の周囲の動作環境を反映する１又はそれ以上の信号を発生する熱電対又は抵抗温度検出器を備えることができる。請求項に別途規定のない限り、本発明の実施形態は、何らかの特定のセンサに限定されないことは、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【００２５】
図１に示すように、センサ１０２は、圧縮機ロータブレード２０、タービンロータブレード２６、及びロータシャフト２２のうちの何れか１つに、又は各々に、もしくはこれらの何れかの組み合わせ上に配置され、或いは、圧縮機ロータブレード２０及びタービンロータブレード２６をロータシャフト２２に結合する圧縮機又はタービンロータディスクなどのロータシャフト２２に接続又は内部に配置される何れかの回転構成要素上に配置することができる。各センサ１０２は、配線を介して対応する送信器組立体１０４に電気的に結合することができる。配線は、複数の共通配線束に束ねることができ、該配線束は、ロータシャフト２２の内側通路４２を通ってロータシャフト２２の端部３６から外に延びる。
【００２６】
１つの実施形態において、センサ１０２は、圧縮機ロータブレード２０、タービンロータブレード２６、及び／又は圧縮機ロータブレード２０及びタービンロータブレード２６をロータシャフト２２に結合する圧縮機又はタービンロータディスクなどのロータシャフト２２に接続又はその内部に配置される他の回転構成要素の振動又は運動を反映する１又はそれ以上の離散的アナログ信号１１６を発生するよう構成された歪み又はＳＧセンサ１１４を備える。他の実施形態において、センサ１０２は、様々な回転構成要素の温度を反映する離散的アナログ信号１２０を発生する熱電対又は抵抗温度検出器などの熱又はＴＣセンサ１１８を含むことができる。請求項に別途規定のない限り、本発明の実施形態は、何らかの特定のセンサに限定されないことは、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【００２７】
図３は、本発明の１又はそれ以上の実施形態による、例示的な送信器組立体１０４の分解図を示す。１つの実施形態において、図３に示すように、送信器組立体１０４は一般に、ドータボード１２２、ハウジング１２４、複数の送信器回路基板１２６、及びハウジングリッド１２８を含む。別の実施形態において、各送信器組立体１０４は、種々の送信器回路基板１２６を仕切るパーティションプレート１３０及び／又はリッド１２８に送信器回路基板１２６を固定するためのシム１３２を含むことができる。
【００２８】
１つの実施形態において、送信器組立体１０４のうちの少なくとも１つの送信器組立体の複数の送信器回路基板１２６は、複数の熱又はＴＣ送信器回路基板１３４と、複数の歪み又はＳＧ送信器回路基板１３６とを含むことができる。特定の実施形態において、送信器組立体１０４のうちの１つの送信器組立体の複数の送信器回路基板１２６は、全て歪み（ＳＧ）送信器回路基板１３６を含むことができる。特定の実施形態において、送信器組立体１０４のうちの１つの送信器組立体の複数の送信器回路基板１２６は、全て熱（ＴＣ）送信器回路基板１３４を含むことができる。
【００２９】
図４は、本発明の１つの実施形態による、明確にするためにキャリアシャフト１０６から取り外され共通中心線の周りに環状に配列された複数の送信器組立体１０４の前面図を示す。図４に示すように、送信器組立体１０４は、１つおきの送信器組立体１０４が複数の熱（ＴＣ）送信器回路基板１３４及び複数の歪み（ＳＧ）送信器回路基板１３６を有し、残りの送信器組立体が全て歪み（ＳＧ）送信器回路基板１３６を含むように配列することができる。他の実施形態では、全ての送信器組立体１０４は、全て送信器回路基板１３６を含むことができる。
【００３０】
本明細書で記載されるように、送信器組立体１０４は、所望の機能性を提供するようにあらゆる好適な方式で適合されたハードワイヤードロジック、プロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ又は他の組み込み電気回路を含むことができる。例えば、１つ又はそれ以上のプロセッサは、制御ソフトウェアを通じてユーザにより送信された命令に応答することにより、記載の機能を提供するように適合させることができる。しかしながら、本明細書で検討される送信器組立体１０４は、何らかの特定のハードウェア又はソフトウェアアーキテクチャに限定されるものではなく、使用されるセンサ１０２の各タイプに対して異なる送信器組立体１０４を用いることができる。例えば、追加の詳細な説明を必要することなく当業者には理解されるように、本明細書で記載され開示された一部のシステム及び方法はまた、限定ではないが、特定用途向け回路を含むハードワイヤードロジック又は他の電気回路により実施することができる。勿論、コンピュータ実行のソフトウェア及びハードワイヤードロジック又は他の電気回路の様々な組み合わせもまた好適とすることができる。
【００３１】
図５は、本発明の１つの実施形態に組み込むことができる例示的なスリップリング組立体１０８の部分切り欠き側面図を示す。図２に示すように、スリップリング組立体１０８は、一般に、ステータ又は固定部分１４０により円周方向に囲まれる回転中央シャフト１３８を含む。中央シャフト１３８は、一方の端部にてキャリアシャフト１０６に結合される。特定の実施形態において、中央シャフト１３８は、キャリアシャフト１０６と同心状に整列される。中央シャフト１３８は、ガスタービン１０の作動中にキャリアシャフト１０６及びロータシャフト２２と共に回転する。
【００３２】
複数の導電性リング１４２は、中央シャフト１３８と同心状に整列され、中央シャフト１３８に沿って軸方向に離間して配置される。導電性リング１４２の少なくとも一部は、センサ１０２，１１４，１１８からの信号をスリップリング組立体１０８を通じてデータ収集システム１１０に伝送するのに使用される。導電性リング１４２の少なくとも一部は、電力又は他の情報／データを送信器組立体１０４の１又はそれ以上に伝送するのに用いることができる。各導電性リング１４２は、電気絶縁材料１４４により隣接する導電性リング１４２から軸方向に分離することができる。スリップリング組立体１０８は更に、ステータ部分１４０に固定接続された複数のブラシ又は接触部材１４６を含むことができる。各接触部材１４６は、対応する導電性リング１４２と整列され、対応する導電性リング１４２と摺動可能に係合するよう構成され、従って、送信器組立体１０４のうちの１又はそれ以上とデータ収集システム１１０との間に信号又は電流経路を定める。種々の実施形態において、接触部材１４６は、収集システム１１０及び／又は電源又は他の電子機器に電気的に結合される。
【００３３】
図６は、本発明の種々の実施形態による、複数の送信器組立体１０４の第１の送信器組立体１５０及び第２の送信器組立体１５２を含むシステム１００の一部の側断面図である。１つの実施形態において、第１の送信器組立体１５０は、熱センサ１１８からの離散的アナログ信号１２０を送信及び／又は処理するよう構成される。第２の送信器組立体１５２は、歪みセンサ１１４からの離散的アナログ信号１１６を送信及び／又は処理するよう構成される。
【００３４】
第１及び第２の送信器組立体１５０，１５２の何れか又は両方は、熱又は歪みセンサ１１８，１１４から離散的アナログ信号１２０，１１６を受け取り、スリップリング組立体１０８の対応する導電性リング又はリング１４２（図５）にわたる伝送のため離散的アナログ信号１２０，１１６を処理又はフォーマットするよう構成することができる。例えば、第１及び第２の送信器組立体１５０，１５２の何れか又は両方は、熱及び歪みセンサ１１８，１１４から離散的アナログ信号１２０，１１６を受け取り、この離散的アナログ信号１２０，１１６をデジタル信号、二値信号、又はベースシステムフォーマット信号に変換することができる。
【００３５】
第１及び／又は第２の送信器組立体）１５０，１５２は更に、複数のデジタル信号を単一のデジタルデータストリームに多重化することができる。例えば、第１及び／又は第２の送信器組立体１５０，１５２は、熱センサ１１８からの離散的アナログ信号１２０を０〜２．３ボルトのデジタル値に変換し、歪みセンサ１１４からの離散的アナログ信号１１６を２．６〜５ボルトのデジタル値に変換することができる。次いで、第１及び／又は第２の送信器組立体１５０，１５２は、熱及び歪みセンサ１１８，１１４からの複数のデジタル信号を対応する導電性リング１４２を通じて伝送するため交互データフォーマットの単一ストリームに多重化することができる。このようにして、単一の導電性リング１４２を通じて送信される単一のデータストリームは、ガスタービン１０内の様々な箇所に位置付けられた熱センサ１１８及び／又は複数の歪みセンサ１１４からの情報を含むことができる。
【００３６】
第１及び／又は第２の送信器組立体１５０，１５２は更に、熱センサ１１８及び歪みセンサ１１４の各々又は何れかのサンプリングレートを決定するようプログラムすることができる。例えば、温度は、一般に、圧力又は振動に比べて比較的緩慢に変化する特性である。その結果、第１及び／又は第２の送信器組立体１５０，１５２は、歪みセンサ１１４からの離散的アナログ信号１１６のサンプリングレートよりも遙かに低い頻度で熱センサ１１８からの離散的アナログ信号１２０をサンプリングするようプログラムすることができる。加えて、回転構成要素の特定の領域でのセンサ１０２，１１４＆１１８は、異なるサンプリングレートを必要とする場合がある。例えば、より短い圧縮機又はタービンブレードは、より長い圧縮機又はタービンブレードよりも実質的に高い周波数で振動する。従って、第１及び／又は第２の送信器組立体１５０，１５２は、より短い圧縮機又はタービンブレードに取り付けられた歪みセンサ１１４からの圧力を示す離散的アナログ信号１１６をより長い圧縮機又はタービンブレードに取り付けられたものよりも多くの頻度でサンプリングするようプログラムすることができる。
【００３７】
本発明の１つの実施形態において、図６に示すように、熱センサ１１８からの離散的アナログ信号１２０は、第１の送信器組立体１５０の複数ピンコネクタのような入力１５４にて受け取られる。離散的アナログ信号１２０は、多重化され（順次切り替えられ）、単一増幅器及び第１の送信器組立体１５０のアナログ−デジタルコンバータに送られる。単一のデジタルデータストリーム１５６は、スリップリング組立体１０８の導電性リング１４２を介してスリップリング組立体１０８（図５）のステータ部分１４０の対応するブラシ又は導電性リング１４２（図５）に「送信」される。単一のデジタルデータストリーム１５６は、１０Ｍビット／秒よりも小さいデータ転送速度で送信することができる。データ収集システム１１０の受信器１５８は、単一のデジタルデータストリーム１５６を受け取り、この単一のデジタルデータストリーム１５６をアナログ熱データ信号１２０の元の値に対応する個々のチャンネル１６０に分割又は復号する。
【００３８】
同時に、データ収集システム１１０は、低速システムクロック信号１６２をスリップリング組立体１０８の１又はそれ以上の導電性リング１４２を介して第１の送信器組立体１５０に送信することができる。第１の送信器組立体１５０は、低速システムクロック信号１６２をアナログ−デジタル変換及びデジタル同期に使用される特定の高速クロック値に変換する。第１の送信器組立体１５０の電圧レギュレータ（図示せず）を用いて、第１の送信器組立体１５０の全ての構成要素及び／又はシステム１００のオンシャフト構成要素が適正な電圧範囲内で作動するようにデータ収集システム１１０からの調整されていない電圧を調節することができる。１つの実施形態において、データ収集システム１１０は、単一のデジタルデータストリーム１５６にタイムスタンプを作成し、Ｍｏｄｂｕｓプロトコルを介して単一のデジタルデータストリーム１５６を送信するよう構成されている。特定の実施形態において、第１の送信器組立体１５０はまた、該第１の送信器組立体１５０の設定、センサタグ、冷接点相関データ、その他をスリップリング組立体１０８を介してデータ収集システム１１０に送信することができる。
【００３９】
加えて、作動時には、第２の送信器組立体１５２は、該第２の送信器組立体１５２に連結された各個別の歪みセンサ１１４に関連する個々のチャンネルに個々の平衡定電流源を提供するよう構成することができる。歪みセンサ１１４からの離散的アナログ信号１１６は、第２の送信器組立体１５２の複数ピンコネクタのような入力１６４にて受け取られる。歪みセンサ１１４からの結果として得られる離散的アナログ信号１１６は、多重化され（順次切り替えられ）、単一増幅器及び第２の送信器組立体１５２のアナログ−デジタルコンバータに送られる。これにより、単一のデジタルデータストリーム１６６は、スリップリング組立体１０８の導電性リング１４２を介してスリップリング組立体１０８（図５）のステータ部分１４０の対応するブラシ又は導電性リング１４２（図５）に「送信」されることになる。単一のデジタルデータストリーム１６６は、１０Ｍビット／秒のデータ転送速度で送信することができる。
【００４０】
データ収集システム１１０の受信器１５８は、単一のデジタルデータストリーム１６６を受け取り、この単一のデジタルデータストリーム１６６を歪みセンサ１１４の離散的アナログ信号１１６の元の値に相当する個々のチャンネル１６８に分割又は復号する。同時に、受信器１５８は、低速システムクロック信号１７０をスリップリング組立体１０８の導電性リング１４２を介してＳＧ第２の送信器組立体１５２に送信する。第２の送信器組立体１５２は、低速システムクロック信号１７０をアナログ−デジタル変換及びデジタル同期に使用される特定の高速クロック値に変換する。
【００４１】
第２の送信器組立体１５２の電圧レギュレータ（図示せず）は、第２の送信器組立体１５２の全ての構成要素が適正な電圧範囲内で作動するように受信器１５８からの調整されていない電圧を調節する。受信器１５８はまた、単一のデジタルデータストリーム１６６にタイムスタンプを作成し、高速シリアルバスを介して単一のデジタルデータストリーム１６６を送信することができる。単一のデジタルデータストリーム１６６に加えて、受信器１５８はまた、第２の送信器組立体１５２の設定、センサタグ、基板温度データ、その他を受け取ることができる。特定の構成において、歪みセンサ１１４からの離散的アナログ信号１１６の少なくとも一部は、デジタル信号に変換されることなくスリップリング１０８を介してデータ収集システム１１０に送信することができる。本発明の種々の実施形態において、第１及び第２の送信器組立体１５０，１５２の両方は、上記及び図２〜図６において説明され例示されたように同時に作動する。
【００４２】
図３〜図６に関して説明され例示されたシステム１００は、図１に示されるガスタービン１０などのターボ機械の回転構成要素からデータを送信する方法を提供することができる。図７は、ターボ機械の回転構成要素からセンサデータを送信するための例示的な方法２００のブロック図を示す。
【００４３】
図７の２０２において示されるように、方法２００は一般に、送信器組立体において複数の熱センサ１１８から複数の離散的アナログ信号１２０を受け取るステップを含む。２０４において、方法２００は、複数の離散的アナログ信号１２０を多重化して単一増幅器及び送信器組立体１５０のアナログ−デジタルコンバータに送り、単一のデジタルデータストリーム１５６を生成するステップを含む。２０６において、方法２００は、単一のデジタルデータストリーム１５６をスリップリング組立体１０８の少なくとも１つの導電性リング１４２を介してデータ収集システム１１０の受信器１５８に送信するステップを含む。特定の実施形態において、単一のデジタルデータストリーム１５６は、１０Ｍビット／秒よりも小さいデータ転送速度で送信することができる。２０８において、方法２００は、受信器１５８及び／又はデータ収集システム１１０を介して単一のデジタルデータストリーム１５６をアナログ熱データ信号１２０の元の値に相当する個々のチャンネル１６０に復号するステップを含む。
【００４４】
１つの実施形態において、方法２００は更に、熱センサ１１８からの離散的アナログ信号１２０を０〜２．３ボルトのデジタル値に変換するステップを含むことができる。１つの実施形態において、方法２００は、熱センサ１１８のサンプリングレートを決定するステップを含むことができる。方法２００はまた、低速システムクロック信号１６２をスリップリング組立体１０８の１又はそれ以上の導電性リング１４２を介して第１の送信器組立体１５０に送信し、第１の送信器組立体１５０を介して低速システムクロック信号１６２を特定の高速クロック値に変換して、アナログ−デジタル変換及び／又はデジタル同期のため高速クロック値を用いるステップを含むことができる。特定の実施形態において、方法２００は、データ収集システム１１０を介して調整されていない電圧を第１の送信器組立体に提供し、第１の送信器組立体において調整されていない電圧を調節するステップを含む。１つの実施形態において、方法２００は更に、単一のデジタルデータストリーム１５６をサンプリングするステップを含む。１つの実施形態において、方法２００は更に、Ｍｏｄｂｕｓプロトコルを介して単一のデジタルデータストリーム１５６を送信するステップを含む。特定の実施形態において、送信器組立体１５０の設定、センサタグ、冷接点相関データ、その他はまた、スリップリング組立体１０８を介してデータ収集システム１１０に送信することができる。
【００４５】
図８は、ターボ機械の回転構成要素からのセンサデータを送信するための例示的な方法３００のブロック図を示す。図８の３０２に示されるように、方法３００は、一般に、送信器組立体１５２において複数の歪みセンサ１１４から複数の離散的アナログ信号１１６を受け取るステップを含む。３０４において、方法３００は、第２の送信器組立体１５２に連結された各個別の歪みセンサ１１４に関連する第２の送信器組立体１５２の個々のチャンネルに個々の平衡定電流源を提供するステップを含む。３０６において、方法３００は、歪みセンサ１１４からの離散的アナログ信号１１６を多重化して単一増幅器及び第２の送信器組立体１５２のアナログ−デジタルコンバータに送るステップを含む。これにより単一のデジタルデータストリーム１６６が得られる。３０８において、方法３００は、スリップリング組立体１０８の少なくとも１つの導電性リング１４２を介して単一のデジタルデータストリーム１６６をデータ収集システム１１０の受信器１５８に送信するステップを含む。１つの実施形態において、単一のデジタルデータストリーム１６６は、１０Ｍビット／秒のデータ転送速度で送信することができる。３１０において、方法３００は、単一のデジタルデータストリーム１６６を個々のチャンネル１６８に復号するステップを含み、この個々のチャンネル１６８は、歪みセンサ１１４からの離散的アナログ信号１１６の元の値に相当する。
【００４６】
別の実施形態において、方法３００は、受信器１５８を介して低速システムクロック信号１７０をスリップリング組立体１０８の導電性リング１４２を通じて送信器組立体１５２に送信するステップと、第２の送信器組立体１５２を介して低速クロック信号１７０をアナログ−デジタル変換及び／又はデジタル同期のために使用される特定の高速クロック値に変換するステップとを含む。
【００４７】
特定の実施形態において、方法３００は、第２の送信器組立体１５２の全ての構成要素が適正な電圧範囲内で作動するように第２の送信器組立体１５２の電圧レギュレータ（図示せず）を介して受信器１５８から第２の送信器組立体１５２に流れる調整されていない電圧を調節するステップを含む。特定の実施形態において、方法３００は、単一のデジタルデータストリーム１６６にタイムスタンプを作成するステップを含むことができる。特定の実施形態において、方法３００は、高速シリアルバスを介して単一のデジタルデータストリーム１６６を送信するステップを含むことができる。種々の実施形態において、方法３００は、第２の送信器組立体１５２の設定、センサタグ、基板温度データ、その他のうちの少なくとも１つを受信器１５８において受け取るステップを含むことができる。特定の構成において、方法３００は、歪みセンサ１１４からの１又はそれ以上の離散的アナログ信号１１６をデジタル信号に変換されることなく導電性リング１４２を介してデータ収集システム１１０に送信するステップを含むことができる。
【００４８】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４９】
１０  ターボ機械
２２  ロータシャフト
１００  システム
１１８  熱センサ
１０４  送信器組立体
１０６  キャリアシャフト
１０８  スリップリング組立体
１１０  データ収集システム
１４２  導電性リング
１５０  第１の送信器組立体
１５２  第２の送信器組立体
１５６  単一のデジタルデータストリーム
【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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【外国語明細書】
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