(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多段ロータ組立体（１８）及び該ロータ組立体内に形成された少なくとも１つの空洞（１００）を含むガスタービンエンジン（１０）のための温度センサアセンブリ（１１０）であって、
前記ガスタービンエンジンを貫いて半径方向内方に延びる支持装置（１２０）と、該支持装置の管を通して挿入され、前記タービンロータ組立体の空洞内の温度を検知するように構成にされた温度センサ（１２１）と、
を含み、
前記支持装置（１２０）は、複数の管を含み、
前記支持装置の管（１２０）の各々は、本体（１２６）と第１端（１２２）と第２端（１２４）とを含み、
前記管の第２端の直径は前記本体（１２６）に沿って一定であり、該管（１２０）内に収納されて前記温度センサの直径は一定であり、
前記管の第１端（１２２）は外開きに広がっている
ことを特徴とする温度センサアセンブリ（１１０）。
【請求項２】
前記支持装置の管（１２０）の各々は、穴が開けられていることを特徴とする、請求項１に記載の温度センサアセンブリ（１１０）。
【請求項３】
前記支持装置（１２０）は、前記温度センサ（１２１）を前記タービンロータ組立体の空洞（１００）に案内するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の温度センサアセンブリ（１１０）。
【請求項４】
前記支持装置（１２０）は、前記タービンロータ組立体の空洞（１００）に対して前記温度センサ（１２１）を位置決めするように構成されたストッパを含むことを特徴とする、請求項１に記載の温度センサアセンブリ（１１０）。
【請求項５】
その中に形成された少なくとも１つの空洞（１００）を含む多段ロータ組立体（１８）と、前記ロータ組立体の空洞内の温度を検知するように構成された温度センサアセンブリ（１１０）と、を含むガスタービンエンジン（１０）であって、
前記温度センサアセンブリは、
前記ガスタービンエンジンを貫いて半径方向内方に延びる支持装置（１２０）と、該支持装置の管を通して挿入された温度センサ（１２１）と、
を含み、
前記支持装置（１２０）は、複数の管を含み、
前記支持装置の管（１２０）の各々は、本体（１２６）と第１端（１２２）と第２端（１２４）とを含み、
前記管の第２端の直径は前記本体（１２６）に沿って一定であり、該管（１２０）内に収納されて前記温度センサの直径は一定であり、
前記管の第１端（１２２）は外開きに広がっている
ことを特徴とするガスタービンエンジン（１０）。
【請求項６】
前記温度センサアセンブリの支持装置の管（１２０）の各々は、穴が開けられていることを特徴とする、請求項５に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項７】
隣り合う前記温度センサアセンブリの支持装置の管（１２０）は、ほぼ同心に位置合わせされていることを特徴とする、請求項５に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項８】
前記温度センサアセンブリの支持装置（１２０）は、前記センサ（１２１）を前記ロータ組立体の空洞（１００）に案内するように構成されていることを特徴とする、請求項５に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項９】
前記温度センサアセンブリの支持装置の管（１２０）の各々は、前記ロータ組立体の空洞（１００）に対して前記センサ（１２１）を位置決めするように構成されたストッパ（１６０）を含むことを特徴とする、請求項５に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記ロータ組立体（１８）は、４つの空洞（１０２、１０４、１０６、１０８）を含み、前記温度センサアセンブリ（１１０）は、各々の前記ロータ組立体の空洞内の温度を検知するように構成されていることを特徴とする、請求項５に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１１】
ロータ組立体（１８）と該ロータ組立体の内部に形成された少なくとも１つの空洞（１００）と前記空洞内の温度を検知するように構成された温度センサアセンブリ（１１０）とを含むガスタービンエンジン（１０）を運転する方法であって、
前記温度センサアセンブリは、前記ガスタービンエンジンを貫いて半径方向内方に延びる支持装置（１２０）と、該支持装置の管を通して挿入された温度センサ（１２１）と、を含み、前記支持装置（１２０）は、複数の管を含み、前記支持装置の管（１２０）の各々は、本体（１２６）と第１端（１２２）と第２端（１２４）とを含み、  前記管の第２端の直径は前記本体（１２６）に沿って一定であり、該管（１２０）内に収納されて前記温度センサの直径は一定であり、前記管の第１端（１２２）は外開きに広がっており、前記方法は、
前記ガスタービンエンジンの運転中に前記支持装置と該支持装置内に収容された前記温度センサを用いて前記ロータ組立体の空洞内の温度をモニターする段階と、
該空洞内の温度に従って該エンジンの運転出力レベルを調整する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
温度をモニターする前記段階は、前記エンジン（１０）に取り外し可能に結合された温度センサ（１２１）を用いて、前記ロータ組立体の空洞（１００）内の温度を検知する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
運転出力レベルを調整する前記段階は、前記ロータ組立体の空洞（１００）内の温度の急上昇が検知されたとき、前記エンジン（１０）の運転出力レベルを低下させる段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
運転出力レベルを調整する前記段階は、前記ロータ組立体の空洞（１００）内の正圧マージンを維持するのを可能にするために、前記エンジン（１０）の運転出力レベルを調整する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本出願は、一般的にガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジンを運転する方法及び装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
ガスタービンエンジンは、一般的に少なくとも２つのロータ段を備える高圧ロータ組立体を含む。各ロータ段は、ロータ組立体を通って延びる燃焼ガス流路と流体連通する複数の円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレードを含む。ロータ段内に形成された複数の空洞は、ロータブレード及び燃焼ガス流路から半径方向内方に位置する。より具体的には、これらの空洞は、各ロータ段の前方および後方に位置する。
【０００３】
ガスタービンエンジンの出力は、タービンエンジンの修正速度により制限される。より具体的には、タービンエンジン修正速度の制限は、ロータ組立体の空洞全体にわたる、時としてパージマージンとして知られている、正圧マージンを維持する必要性に基づいている。パージマージンが空洞全体にわたって維持されない場合、ロータ組立体内に吸込みが起こり、空洞内の運転温度を上昇させることになる。時の経過とともに、高い空洞温度で運転することは、ターボ機械のハードウェアの早期損傷を引き起こす可能性がある。
【０００４】
吸込みに関連して発生する可能性のある損傷を最小限にするために、エンジンパージマージンが、一般的に過去の傾向に基づいた経験法により事前設定される。事前設定されたパージマージンの結果として、ガスタービンエンジンの最大運転レベルが制限される。さらに、ガスタービンエンジンの運転性能も制限される。
【０００５】
【発明の概要】
例示的な実施形態において、ガスタービンエンジンは、タービンエンジンの多段ロータ組立体内に形成された空洞内の運転温度を連続的にモニターする温度センサアセンブリを含む。温度センサアセンブリは、各ロータ組立体の空洞内の温度をモニターする複数の温度センサアセンブリを含む。各温度センサアセンブリは、エンジンに装着されて、エンジンの外側ケーシングから各空洞まで延びる複数の支持案内管を含む。温度センサは、支持案内管を通して挿入され、各空洞内に位置決めされる。
【０００６】
エンジン運転中には、各ロータ組立体の空洞は、エンジンから冷却抽気を受ける。温度センサ装置は、空洞内の運転温度を連続的にモニターする。エンジンの最大出力設定は、空洞全体にわたるパージマージンに基づいて決定される。より具体的には、最大出力設定は、空洞内の運転温度を連続的にモニターし、空洞内の温度に対応してエンジンの運転レベルを吸込みが生じる直前のレベルまで高めることにより決定される。その結果、ガスタービンエンジンは、過去のデータを用いて事前に設定されるのではなく、エンジンの運転特性に基づいて決定される最大出力レベルで運転されることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４、及び燃焼器１６を含むガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０はまた、高圧タービン１８及び低圧タービン２０を含む。圧縮機１２とタービン２０は、第1のシャフト２１により結合され、また圧縮機１４とタービン１８は第２のシャフト２２により結合される。
【０００８】
運転中、空気は低圧圧縮機１２を通って流れ、加圧された空気が低圧圧縮機１２から高圧圧縮機１４に供給される。高度に加圧された空気は、燃焼器１６に送られる。燃焼器１６からの空気流（図１には示さず）は、タービン１８及び２０を駆動して、ノズル２４を通してガスタービンエンジン１０から流出する。
【０００９】
図２は、ガスタービンエンジン１０に用いられる温度センサ装置４０の概略側面図である。図３は、領域３（図２に示す）に沿った温度センサアセンブリ４０の拡大図である。高圧タービン１８は、カップリング４４で互いに結合され、ガスタービンエンジン１０の中心軸線４６と同心に配置された複数のロータ４２を含む。ロータ４２は、中心軸線４６に沿って高圧タービン１８の入口側４８から高圧タービン１８の排出側５０まで軸方向に延びる。
【００１０】
各ロータ４２は、１つ又はそれ以上のブレード付きディスク５４により構成され、各ブレード付きディスク５４は、ガスタービンエンジンの中心軸線４６から半径方向外方に延びる複数のブレード５６を含む。各ブリスク５４はまた、半径方向外側のリム５８、半径方向内側のハブ６０、及びその間に延びる一体形のウェブ６４を含む。ブレード付きディスク５４の各列は、時としてロータ段と呼ばれる。この例示的な実施形態においては、高圧タービン１８は、１つより多いブレード付きディスク５４の列を含み、多段ロータと呼ばれる。具体的には、タービン１８は、第1のロータ６６及び第２のロータ６８を含む。タービン１８はまた、ロータブレード５６の各対をなす隣り合うロータ段の間に、円周方向に間隔を置いて配置されたステータベーン７０の列を含む。ステータベーン７０は環状の外側ケーシング７２から延びる。
【００１１】
各ブレード５６は、それぞれのリム５８に一体に結合される。若しくは、各ロータブレード５６は、各対応するリム５８内の相補形のスロット（図示せず）中に取り付けられるブレードダブテール（図示せず）を用いてリム５８に取り外し可能に結合されることができる。ブレード５６は、ロータ組立体１８の周りの円周上で延びており、空気のような原動力となる流体すなわち作動流体がタービン１８を通って流れるとき、流体からエネルギーを取り出す。ブレード５６が回転すると、遠心荷重が発生するが、この荷重は各ブレード５６の下のリム５８の部分で担持される。さらに、ロータリム５８の外側表面８０は、ロータ組立体１８の燃焼ガス流路の半径方向内側表面を構成する。各ウェブ６４は、ロータ半径方向外側のリム５８とロータ半径方向内側のハブ６０の各々の間を延びている。
【００１２】
シール組立体９０が、各ディスク５４に取り付けられる。より具体的には、各組立体９０は、ロータ６６及び６８の各々に結合され、ロータ６６と６８の間に延びるブリッジ部９２を含む。シール組立体９０は、複数の空洞１００がロータ組立体１８内に形成され、かつそれら空洞がシール組立体９０から半径方向外方に位置するように、対応するリム５８の半径方向内方に間隔を置いて配置される。空洞１００は、時としてホイールスペース空洞と呼ばれる。
【００１３】
空洞１００は、ロータブレード５６から半径方向内方に位置する。第１のロータ前方空洞１０２は、第１のロータ６６の上流側に形成され、第１のロータ後方空洞１０４は第１のロータ６６の下流側に形成され、第２のロータ前方空洞１０６は第２のロータ６８の上流側に形成され、また第２のロータ後方空洞１０８は第２のロータ６８の下流側に形成される。第２のロータ前方空洞１０６は、第１のロータ後方空洞１０４と第２のロータ６８の間に位置する。
【００１４】
各空洞１０２、１０４、１０６、及び１０８は、エンジン運転中に抽気を受けるために、エンジン抽気装置（図示せず）と流体連通されている。空洞１０２、１０４、１０６、及び１０８の各々はまた、温度センサ装置４０と流体連通している。
【００１５】
温度センサ装置４０は、複数のほぼ同じ温度センサアセンブリ１１０を含む。各温度センサアセンブリ１１０は、タービン外側ケーシング７２から半径方向内方にそれぞれの空洞１０２、１０４、１０６、及び１０８まで延びる。具体的には、第１のロータ前方温度センサアセンブリ１１２は空洞１０２中に延び、第１のロータ後方温度センサアセンブリ１１４は空洞１０４中に延び、第２のロータ前方温度センサアセンブリ１１６は空洞１０６中に延び、また第２のロータ後方温度センサアセンブリ１１８は空洞１０８中に延びる。
【００１６】
各温度センサアセンブリ１１０は、複数の支持案内管１２０及び温度センサ１２１を含む。１つの実施形態において、温度センサ１２１は、熱電対である。支持案内管１２０は、中空であり、この例示的な実施形態においては、ほぼ円形の断面輪郭を有する。別の実施形態においては、支持案内管１２０は、非円形の断面輪郭を有する。さらに別の実施形態においては、支持案内管１２０は穴が開けられている。
【００１７】
各支持案内管１２０は、第１端１２２、第２端１２４、及びその間に延びる本体１２６を含む。各支持案内管の第1端１２２は、各支持案内管の第1端１２２の直径（図示せず）が支持案内管の第２端１２４の直径（図示せず）より大きくなるように、外開きに広がっている。支持案内管の第２端の直径は、支持案内管の本体１２６に沿ってほぼ一定である。エンジン１０内に取り付けられるとき、各支持案内管の第１端１２２が、各支持案内管の第２端１２４より半径方向外方に位置するようにする。
【００１８】
各温度センサアセンブリ１１０は、少なくとも２つの支持案内管１２０を含む。具体的には、各アセンブリ１１０は、少なくとも半径方向外側の案内管１４０と半径方向内側の案内管１４２を含む。第１のロータ前方温度センサアセンブリ１１２は、管１４０と１４２の間に配置された追加の案内管１４４を含む。
【００１９】
各半径方向外側の案内管１４０は、各支持案内管の第１端１２２が外側ケーシング７２のそれぞれの開口１４８に距離１４６を置いて同心に位置合わせされるように、ロータ組立体１８内に固定される。各支持案内管の本体１２６は、中空のステータベーン７０を通してエンジン中心軸線４６に向かって半径方向内方に延びる。より具体的には、支持案内管の本体１２６は、エルボ１５０から半径方向内方のエンジン中心軸線４６に対して各支持案内管１２０をほぼ垂直に位置決めするためのエルボ１５０を含む。
【００２０】
各半径方向内側の案内管１４２及び任意の追加の案内管１４４は、各管１４２及び１４４が各それぞれの半径方向外側の案内管１４０に対してほぼ同心に位置合わせされるように、エンジン１０に取り付けられる。より具体的には、各管１４２及び１４４は、各管１４２及び１４４の第１端１２２が半径方向外側に取り付けられた支持案内管１２０の対応する第２端１２４から距離１５１のところに位置決めされ、隣接する支持案内管１２０との間に隙間１５２を生じるように、エンジン１０に取り付けられる。
【００２１】
各半径方向内側の案内管１４２の１部分１５４が、エンジン中心軸線４６にほぼ平行になるように、半径方向内側の案内管の本体１２６は湾曲している。各半径方向内側の案内管１４２は、各半径方向内側の案内管の第２端１２４を対応する空洞１００内に位置させている。ストッパ１６０が、各空洞１００内の各半径方向内側の案内管の第２端１２４に隣接して配置される。
【００２２】
温度センサ１２１は、支持案内管１２０内に収納されて、支持案内管１２０を通して延び、それぞれの空洞１００に対して位置合わせされた状態でストッパ１６０により位置決めされる。各温度センサアセンブリ１１０は、取付金具付きナット組立体１７０でエンジン外側ケーシング７２に取り外し可能に結合される。従って、エンジン１０を分解することなくエンジン１０の外部から、温度センサ１２１を温度センサアセンブリ１１０から取り外すことができる。
【００２３】
エンジン１０の組立中、温度センサ装置４０は、ロータ組立体１８内に固定される。より具体的には、温度センサアセンブリの支持案内管１２０が、上述のように、エンジン１０に固定され、エンジン外側ケーシング７２から半径方向内方に空洞１００まで延びる。温度センサ１２１が、外側ケーシング開口１４８を通して挿入されて、外側ケーシング７２から距離１４６だけ延びて半径方向外側の案内管１４０中に入る。半径方向外側の案内管の第1端１２２は、外開きに広がっているので、温度センサ１２１は、半径方向外側の案内管１４０内に捕捉されて、次の案内管１２０に向かって導かれる。
【００２４】
温度センサ１２１が半径方向外側の案内管１４０を通して挿入されると、センサ１２１は隙間１５２を通り抜けて延ばされ、隣接する案内管１２０の外開きに広がった第１端１２２により捕捉される。図３に示す例示的な実施形態では、温度センサ１２１は、半径方向外側の案内管１４０を通してまた隙間１５２を通り抜けて挿入された後に、半径方向内側の案内管１４２に入る。
【００２５】
次いで、温度センサ１２１は、案内管のストッパ１６０に接触するまで挿入される。ストッパ１６０は、温度センサ１２１が第２のロータ前方空洞１０６に対して位置合わせされた状態で位置決めされるのを保証する。センサ１２１がストッパ１６０に当接した後、センサ１２１は取付金具付きナット組立体１７０でエンジン１０に固定される。
【００２６】
時の経過と共に、温度センサ１２１を取り替える必要があれば、取付金具付きナット組立体１７０を弛めて、温度センサ１２１はエンジン１０から取り外される。その後、新しい温度センサ１２１を、上述のように挿入することが可能である。案内管１２０は、温度センサ１２１がロータ組立体１８を通してそれぞれの空洞１００まで適切に導かれることを保証する。
【００２７】
エンジン運転中に、空洞１００は、抽気装置から冷却抽気を受ける。抽気装置は、抽気を供給して、空洞１００からのパージマージンとして知られる正圧マージンを維持する。案内管１２０は、比較的小さい断面輪郭を有しているので、空洞１００に供給される冷却空気が閉塞されるのを減らすことができる。１つの実施形態においては、案内管１２０には穴が開けられており、冷却空気が閉塞されるのをさらに減らすことができる。
【００２８】
エンジン１０が運転されると、温度センサ装置４０を用いて、空洞１００内の温度をモニターする。より具体的には、温度センサ１２１は、空洞１００内の温度を連続的に検知して、その温度をエンジン１０の外部にあるモニターソース（図示せず）に伝送する。
【００２９】
エンジン１０に対する最大出力設定は、空洞１００全体にわたるパージマージンに基づいて決定される。より具体的には、エンジン最大出力設定は、空洞１００内で連続的に温度をモニターした結果として、エンジン１０が、吸込み、すなわちゼロパーセント・パージマージンを生じる直前の最大出力設定で運転されるように決定される。エンジン１０は、吸込みが空洞１００内で検知されるまで運転速度を増大する。スパイクとして知られている、空洞１００内の温度の急上昇は、吸込みを示すものであって、エンジン１０の出力設定はそれに応じて低下させられる。
【００３０】
さらに、案内管の第１端１２２は外開きに広がっているので、エンジンの運転中に、案内管１２０は、機械的運動または熱膨張により温度センサ１２１に生じる可能性がある応力を減少させることができる。加えて、案内管の第１端１２２は、隣り合う案内管１２０間の位置ずれにより隙間１５２を横切って温度センサ１２１に生じる応力を減少させることができる。
【００３１】
ガスタービンエンジンのための上述の温度センサ装置は、対費用効果が良くかつ信頼性がある。温度センサ装置は、ロータ組立体を貫いて半径方向内方に各エンジンホイールスペース空洞まで延びる複数の温度センサアセンブリを含む。より具体的には、各温度センサアセンブリは、各ホイールスペース空洞内に適切に位置合わせされた状態で温度センサを位置決めする複数の支持案内管を含むので、各空洞の温度が連続的にモニターされる。その結果、エンジンに対する最大出力設定が、空洞内の温度に対応して決定され調整される。
【００３２】
本発明を、様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、当業者には、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変形形態で実施され得ることが明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】  図１に示すガスタービンエンジンに用いられる温度センサ装置の概略側面図。
【図３】  領域２に沿った、図２に示す温度センサアセンブリの１部の拡大図。
【符号の説明】
１０  ガスタービンエンジン
１８  ロータ組立体
４０  温度センサアセンブリ
４２  ロータ
５４  ブリスク
５６  ブレード
６６  第１ロータ
６８  第２ロータ
７０  ステータベーン
７２  外側ケーシング
９０  シール組立体
１００、１０２、１０４、１０６、１０８  ロータ組立体の空洞
１１０  温度センサアセンブリ
１２０  支持案内管
１２１  温度センサ
１４０  半径方向外側の案内管
１４２  半径方向内側の案内管
【図１】
0004215993.tif 000002
【図２】
0004215993.tif 000003
【図３】
0004215993.tif 000004