(57)【要約】【課題】先端シュラウド付きタービンブレード（６０）を提供する。【解決手段】本先端シュラウド付きタービンブレード（６０）は、先端シュラウド（６４）の半径方向外面上に配置されたターゲットパッド（５０）を含み、ターゲットパッド（５０）は、先端シュラウド（６４）の外面から半径方向外向きに突き出た隆起面を含むことができる。ターゲットパッド（５０）は、該ターゲットパッド（５０）の半径方向外面の形状がほぼ円形となるようにその形状をほぼ円筒形とすることができる。ターゲットパッド（５０）の半径方向外面の表面積の寸法は、従来型の近接センサ（２２）における測定面積とほぼ同一の寸法になるように構成することができる。【選択図】      図８
2009133315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端シュラウド（６４）の半径方向外面上に配置されたターゲットパッド（５０）を含み、
前記ターゲットパッド（５０）が、前記先端シュラウド（６４）の外面から半径方向外向きに突き出た隆起面を含む、
先端シュラウド付きタービンブレード（６０）。
【請求項２】
前記ターゲットパッド（５０）が、該ターゲットパッド（５０）の半径方向外面の形状がほぼ円形となるようにその形状がほぼ円筒形である、請求項１記載の先端シュラウド付きタービンブレード（６０）。
【請求項３】
前記ターゲットパッド（５０）の半径方向外面の表面積の寸法が、従来型の近接センサ（２２）における測定面積とほぼ同一の寸法になるように構成される、請求項２記載の先端シュラウド付きタービンブレード（６０）。
【請求項４】
シールレール（６６）をさらに含み、
前記シールレール（６６）が、前記先端シュラウド（６４）の外面から半径方向外向きに突出したフィンを含む、
請求項１記載の先端シュラウド付きタービンブレード（６０）。
【請求項５】
前記ターゲットパッド（５０）の半径方向高さが、前記シールレール（６６）の半径方向高さよりも小さい、請求項４記載の先端シュラウド付きタービンブレード（６０）。
【請求項６】
前記ターゲットパッド（５０）が、前記シールレール（６６）から分離している、請求項４記載の先端シュラウド付きタービンブレード（６６）。
【請求項７】
前記ターゲッドパッド（５０）が、前記シールレール（６６）の一部である、請求項４記載の先端シュラウド付きタービンブレード（６０）。
【請求項８】
先端シュラウド付きタービンブレード（６０）の組であって、
各先端シュラウド付きタービンブレード（６０）が、該先端シュラウド（６４）の半径方向外面上に配置されかつ該先端シュラウド（６４）の外面から半径方向外向きに突き出た隆起面を有するターゲッドパッド（５０）を含み、
前記先端シュラウド付きタービンブレード（６０）の各々における前記ターゲッドパッド（５０）の表面プロフィールが、該組内の他の先端シュラウド付きタービンブレード（６０）における該ターゲットパッド（５０）の表面プロフィールと識別可能であるように構成される、
先端シュラウド付きタービンブレード（６０）の組。
【請求項９】
タービン（８）で使用するためのブレード（６０）であって、
該ブレード（６０）の半径方向外面上に配置されたターゲットパッド（５０）を含み、
前記ターゲットパッド（５０）が、該ブレード（６０）の半径方向外面から半径方向外向きに突き出た隆起面を含む、
ブレード（６０）。
【請求項１０】
前記ターゲットパッド（５０）が、該ターゲットパッド（５０）の半径方向外面の形状がほぼ円形となるようにその形状がほぼ円筒形である、請求項９記載のブレード（６０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、総括的にはタービンブレード変形量を測定するための方法及びシステムに関する。より具体的には、それに限定されないが、本出願は、タービンが作動している間にタービンブレード変形量を測定するための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用ガスタービン及び航空機エンジンのタービンブレードは、通常はその温度が６００°Ｃ〜１５００°Ｃに達する高温度環境内で作動する。さらに、一般的な傾向では、タービン作動温度を上昇させて出力及びエンジン効率を向上させるようにしている。このような状況に関連してタービンブレードに作用する熱応力は、厳しいものとなる。
【０００３】
一般的に、タービンブレードは、タービンの回転速度により加わる外力に起因して高レベルの機械的応力を受ける。これらの応力は、作動時により高い出力トルクを生じるより大きな環状空間面積を備えたタービンブレード設計に適合させようとして、より一層高いレベルになってきている。さらに、より大きな表面積を有するタービンブレード先端シュラウドを設計する要望は、タービンブレードの端部に付加重量を加えることとなり、このことは、作動時にブレードに加わる機械的応力をさらに増大させている。これらの機械的応力が厳しい熱応力と組合さった場合、タービンブレードは、材料の設計限界値で又はその設計限界値の近くで作動する結果になる。そのような条件下では、タービンブレードは一般的に、「金属クリープ」と呼ばれることが多い緩やかな変形を生じる。金属クリープというのは、金属部分が応力及び高温度に長時間曝されることによりその形状が緩やかに変化する状態を意味する。タービンブレードは、半径方向及び軸方向に変形する可能性がある。
【０００４】
同様に、圧縮機ブレードは、圧縮機の回転速度によって加わる外力に起因して高レベルの機械的応力を受ける。その結果、圧縮機ブレードもまた、金属クリープに関連した緩やかな変形を生じる可能性がある。
【０００５】
その結果、タービンにおける主要関心事であるタービンブレード及び圧縮機ブレードの損傷モードは、金属クリープ、特に半径方向金属クリープ（すなわち、タービン及び圧縮機ブレードの伸び）である。無関心の状態のまま放置されると、金属クリープは最終的には、タービン又は圧縮機ブレードを破壊させる可能性があり、このことは、タービン装置に極めて大きな損傷を引き起こしかつ長期間にわたる補修停止時間を招く可能性がある。一般的に、金属クリープをモニタする従来型の方法には、（１）等温クリープテストバーに対して実験室内で行ったクリープ歪み試験に基づいたアルゴリズムによりクリープ歪みを算出する有限要素解析プログラムのような解析ツールを使用して時間の関数としてブレードの累積クリープ伸びを予測しようとするもの、或いは（２）装置の停止時間中に行う目視検査及び／又は人手による測定のいずれかが含まれる。しかしながら、予測解析ツールは、不正確な場合が多い。また、目視検査及び／又は人手による測定は、労働集約的であり、費用がかかり、また不正確な結果をもたらす場合が多い。
【０００６】
いずれにしても、解析ツールを使用することにより、目視検査により、或いは人手による測定により行うにせよ、タービン又は圧縮機ブレードの健全性についての不正確な予測は、費用がかかるものとなる可能性がある。一方、不正確な予測は、ブレードがその有効作動寿命を超えて作動するのを許しかつブレード損傷を招く可能性があり、それにより、タービン装置に対する重大な損傷を発生させかつ補修停止時間を生じさせるおそれがある。他方、不正確な予測は、タービン又は圧縮機ブレードを早期に（すなわち、その有効作動寿命が終了する前に）その役目を解くことになり、そのことは、非効率なものとなる可能性がある。従って、タービン及び／又は圧縮機ブレードの金属クリープ変形を正確にモニタすることができることにより、タービンエンジン装置の全体効率を高めることができる。そのようなモニタにより、ブレード損傷の危険性を回避しながら、ブレードの有効寿命を最大にすることができる。さらに、時間がかかりかつ労働集約的な目視検査又は人手による測定の代償なしでそのようなモニタを行うことができる場合には、さらに高い効率が実現されることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、タービン及び圧縮機ブレードの金属クリープ変形をモニタ又は測定するための改良型のシステムに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、本出願は、先端シュラウド付きタービンブレードについて記述しており、本先端シュラウド付きタービンブレードは、先端シュラウドの半径方向外面上に配置されたターゲットパッドを含み、ターゲットパッドは、先端シュラウドの外面から半径方向外向きに突き出た隆起面を含むことができる。ターゲットパッドは、該ターゲットパッドの半径方向外面の形状がほぼ円形となるようにその形状をほぼ円筒形とすることができる。ターゲットパッドの半径方向外面の表面積の寸法は、従来型の近接センサにおける測定面積とほぼ同一の寸法になるように構成することができる。
【０００９】
先端シュラウド付きタービンブレードはさらに、シールレールを含むことができる。シールレールは、先端シュラウドの外面から半径方向外向きに突出したフィンを含むことができる。ターゲットパッドの半径方向高さは、シールレールの半径方向高さよりも小さくすることができる。幾つかの実施形態では、ターゲットパッドは、シールレールから分離している。その他の実施形態では、ターゲッドパッドは、シールレールの一部である。
【００１０】
本出願はさらに、先端シュラウド付きタービンブレードの組について記述しており、本先端シュラウド付きタービンブレードの組において、１）各先端シュラウド付きタービンブレードは、先端シュラウドの半径方向外面上に配置されたターゲットパッドを含むことができ、２）ターゲットパッドは、先端シュラウドの外面から半径方向外向きに突き出た隆起面を含むことができ、また３）先端シュラウド付きタービンブレードの各々におけるターゲッドパッドの表面プロフィールは、該組内の他の先端シュラウド付きタービンブレードにおけるターゲットパッドの表面プロフィールと識別可能であるように構成することができる。
【００１１】
本出願はさらに、タービンで使用するためのブレードについて記述しており、本ブレードは、該ブレードの半径方向外面上に配置されたターゲットパッドを含み、ターゲットパッドは、ブレードの半径方向外面から半径方向外向きに突き出た隆起面を含むことができる。ターゲットパッドは、該ターゲットパッドの半径方向外面の形状がほぼ円形となるようにその形状をほぼ円筒形とすることができる。
【００１２】
本出願はさらに、先端シュラウド付きタービンブレードの半径方向変形量を測定するためのシステムについて記述しており、本システムは、１）ブレードの段の円周部の周りに配置されかつ該ブレードの少なくとも初期測定値及び第２の測定値を取得する１つ又はそれ以上の近接センサと、２）近接センサからの測定値データを受信する制御システムと、３）先端シュラウドの半径方向外面上に配置されたターゲットパッドとを含むことができる。制御システムは、初期測定値を第２の測定値と比較することによってブレードの半径方向変形量を決定するように構成することができる。初期測定値及び第２の測定値は各々、ブレードの先端から１つ又はそれ以上の近接センサまでの距離を表わすことができる。初期測定値及び第２の測定値は、タービンが作動している間に取得することができる。
【００１３】
幾つかの実施形態では、近接センサの数は、２つ又はそれ以上の近接センサを含むことができる。そのような実施形態では、制御システムは、２つ又はそれ以上の近接センサによって取得した測定値からロータ変位量を決定することができ、また制御システムは、ブレードの半径方向変形量を決定する時にロータ変位量を考慮することができる。
【００１４】
他の実施形態では、近接センサの数は、１つの近接センサを含み、１）制御システムは、１つ又はそれ以上のロータプローブを用いてロータ変位量を測定することができ、また２）制御システムは、ブレードの半径方向変形量を決定する時にロータ変位量を考慮することができる。
【００１５】
ターゲットパッドは、先端シュラウドの外面から半径方向外向きに突き出た隆起面を含むことができる。ターゲットパッドは、該ターゲットパッドの半径方向外面の形状がほぼ円形となるようにその形状をほぼ円筒形とすることができる。ターゲットパッドの半径方向外面の表面積の寸法は、従来型の近接センサにおける測定面積とほぼ同一の寸法になるように構成することができる。
【００１６】
本システムはさらに、先端シュラウドの外面から半径方向外向きに突出したフィンを備えたシールレールを含むことができる。ターゲットパッドの半径方向高さは、シールレールの半径方向高さよりも小さくすることができる。幾つかの実施形態では、ターゲットパッドは、シールレールから分離させることができる。その他の実施形態では、ターゲッドパッドは、シールレールの一部とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
タービンブレードの変形量を正確に、高い信頼性でかつ比較的低価格でリアルタイムにすなわちガスタービンが作動している間に測定する方法を開発した。次に、図１を参照すると、本発明の例示的な実施形態を使用することができる典型的なガスタービン２を示している。図１は、ガスタービンを示しているが、本発明はまた、蒸気タービンでも使用することができることを理解されたい。図示するように、ガスタービン２は、圧縮機４を含むことができ、圧縮機４は、作動流体すなわち空気を加圧する幾つかの圧縮機ブレード５の段を含むことができる。ガスタービン２は、加圧空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器６を含むことができる。ガスタービン２はさらに、幾つかの翼形部又はタービンバケット或いはタービンブレード９の段を備えたタービン８を含み、翼形部又はタービンバケット或いはタービンブレード９の段は、膨脹する高温ガスのエネルギーを回転機械エネルギーに変換することができる。本明細書で使用する場合に、「ブレード」という用語は、圧縮機ブレード又はタービンブレードのいずれかを意味するために使用することになる。タービン８はまた、図２に示すように、ダイアフラム１０を含み、ダイアフラム１０は、高温ガスの流れをタービンブレード９上に導く固定構成部品とすることができる。ガスタービン２は、その上に圧縮機ブレード５及びタービンブレード９が取付けられたロータ１１を含むことができる。タービンケーシング１２は、ガスタービン２を囲むことができる。
【００１８】
図２に示すように、本発明によるブレード半径方向変形モニタシステム２０は、単一の圧縮機ブレード５又はタービンブレード９の段の円周部の周りに間隔を置いて配置された１つ又はそれ以上の近接センサ２２を含むことができる。具体的には、近接センサ２２は、該近接センサ２２が半径方向外側位置から圧縮機ブレード５の段又は図示するようにタービンブレード９の段に対面するようにタービンケーシング１０内に取付けることができる。このように、近接センサ２２は、いずれにしても該近接センサ２２から圧縮機ブレード５又はタービンブレード９の先端までの距離を測定することができる。幾つかの実施形態では、近接センサ２２は、渦電流センサ、容量センサ、マイクロ波センサ、レーザセンサ、又は別の同様のタイプの装置とすることができる。
【００１９】
従来通りの手段によって、センサは、制御システム（図示せず）に接続することができ、制御システムは、近接センサ２２によって取得した近接データを受信しかつ記憶しまた該近接データに基づいて計算することができる。制御システムは、あらゆる適切な高出力半導体スイッチング装置を含むことができる。制御システムは、コンピュータとすることができるが、コンピュータは、本出願の技術的範囲内にある適切な高出力制御システムの単なる例示的なものに過ぎない。例えば、それに限定されないが、制御システムは、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）、サイリスタ、ＭＯＳ制御サイリスタ（ＭＣＴ）及び絶縁ゲートバイポーラトランジスタの少なくとも１つを含むことができる。制御システムはまた、全体システムレベル制御のための主又は中央プロセッサセクションと、中央プロセッサセクションの制御下で様々な異なる特定の組合せ、機能及びその他の処理を行う個別専用セクションとを有するＡＳＩＣのような単一の専用集積回路として実施することができる。制御システムはまた、離散素子回路或いはＰＬＤ、ＰＡＬ、ＰＬＡなどのようなプログラム可能ロジック装置を含む配線電子又はロジック回路のような様々な個別専用の又はプログラム可能な集積回路或いはその他の電子回路又は装置を使用して実施することができることは当業者には分かるであろう。制御システムはまた、マイクロプロセッサ又はマイクロコントロールのような好適にプログラミングした汎用コンピュータ或いはＣＰＵ又はＭＰＵのようなその他のプロセッサ装置を単独で或いは１つ又はそれ以上の周辺データ及び信号処理装置と組合せてのいずれかで使用して実施することができる。
【００２０】
使用中に、ブレード半径方向変形モニタシステム２０は、以下の通りに動作することができる。この動作の実施例は、タービンブレード９の変形を測定することに関するものにするが、圧縮機ブレード５に対しても同じ一般的動作方法を適用することができることは当業者には分かるであろう。近接センサ２２は、ガスタービン２の始動時にタービンブレード９の各々の初期測定値を取得することができる。当業者には分かるように、ブレードの各々の表面差異は、近接センサ２２で測定したプロフィールによって制御システムに対して各個々のブレードを特定することができる。具体的には、ブレードの各々の微細な表面差異は、制御システムが個々のブレードを特定し、従って各個々のブレードの変形を追跡するのを可能にすることができる。初期測定値は、タービンブレード９の各々の初期長さを表わすことができる。この初期長さは、ロータ１１の既知の寸法及び位置並びに近接センサ２２からタービンブレード９の各々の先端まで測定した距離によって決定することができる。つまり、この２つの数値から、タービンブレード９の長さを算出することができる。初期測定値データは、制御システムに記憶させることができる。
【００２１】
ガスタービン２が作動すると、その後の又は第２の測定値を取得することができる。これらの測定値は、定期的に取得することができ、例えばこれらの測定値は、毎秒又は毎分又は毎時或いは幾分より長い時間毎に取得することができる。第２の測定値は、測定の時点におけるタービンブレード９の各々の長さを表わすことができる。ここでもまた、この長さは、ロータの既知の寸法及び位置並びに近接センサ２２からタービンブレード９の先端まで測定した距離によって決定することができる。この２つの数値から、タービンブレード９の長さを算出することができる。第２の測定値データは、制御システムに記憶させることができる。
【００２２】
制御システムは、測定値データを処理して、タービンブレード９が半径方向に変形したかどうか、すなわちタービンブレード９が使用中に「伸びた」か否かを決定することができる。具体的には、制御システムは、第２の測定値を初期測定値と比較して、発生した変形量又はクリープ量を確定することができる。制御システムは、変形量が一定のレベルに達すると、タービンオペレータに警報を与えるようにプログラミングすることができる。例えば、制御システムは、特定のコンピュータ端子に点滅警報を発信し、タービンオペレータに対して電子メール又はページを送信し、或いはタービンオペレータに警報を与える幾つかのその他の方法を使用することができる。この警報は、タービンブレード９がその有効寿命の終わりに近づいているか又はその終わりにあることを変形量のレベルが表わした時に送信することができる。この時点で、タービンブレード９は、ガスタービン２から抜取り、補修又は交換することができる。
【００２３】
上述のように、ブレード半径方向変形モニタシステム２０は、１つ又はそれ以上の近接センサ２２を含むことができる。図３に示すように、ブレード半径方向変形モニタシステム２０は、ブレードの円周部の周りに均等に間隔を置いて配置された３つの近接センサ２２を含むことができるが、それよりも多くの又は少ない近接センサ２０を使用することができることは当業者には分かるであろう。複数のセンサを有する利点は、ブレードの実際の変形又はクリープを算出する際に、ケーシング１２内におけるロータ１１の相対位置を決定しかつ考慮することができることである。タービンケーシング１２に対するロータの相対位置における変化は、ロータ弛み、軸受移動、タービンケーシング非円形及びその他の問題点に起因して生じることは、当業者には分かるであろう。この変位は、幾つかの近接センサ２２によって明らかにならない場合には、ブレードの変形として誤認される可能性がある。従って、ロータの移動に原因がある可能性があるブレードの変位は、実際のブレード変形を決定するように考慮することができる。例えば、図３に示すような３つのセンサの場合には、測定値データは、近接センサ２２の１つにおいてブレードの１つが伸びまた他の２つの近接センサ２２においてブレードが収縮したことを表わすことができる。これらの結果は、伸びを示す近接センサ２２に向かってロータがケーシングの内部で変位したことを表わしている。従来通りの方法により、制御システムは、アルゴリズムを使用して３つの測定値を示したロータ変位量を決定することができる。次に、制御システムは、ロータ変位量を排除して、ブレードの各々の実際の半径方向変形量を決定することができる。
【００２４】
上述のように、幾つかの実施形態では、１つのみの近接センサ２２を使用することができる。そのようなシステムでは、Ｂｅｎｔｌｙプローブのような従来型のロータプローブを使用してロータ位置を決定する利点を得ることができる。ロータプローブは、ロータ上のあらゆる箇所に配置することができ、かつロータの実際の半径方向位置をリアルタイムに測定することができる。上述のように、作動時にロータが半径方向に変位する可能性があることは当業者には分かるであろう。この変位は、実際のロータ位置を考慮しない場合にはブレードの変形と見なされることになる。それに対して、実際のロータ変位量をロータプローブによって算出する場合には、制御システムは、ブレードの実際の変形量を算出することができる。
【００２５】
幾つかの実施形態では、近接センサ２２は、該近接センサ２２が軸方向変形を測定するように設置することができる。図４に示すように、それは、近接センサ２２がブレードの軸方向位置の上流又は前方の位置から或いはブレードの軸方向位置の下流又は後方の位置から観察している（すなわち、近接センサは、段を見降ろすのではなく、傾斜位置から見る）ような所定の位置に該近接センサ２２を配置することによって達成することができる。従って、ブレード軸方向変形モニタシステム３０は、段の円周部の周りの１つ又はそれ以上の位置において上流近接センサ３２、下流近接センサ３４又はその両方を含むことができる。上流近接センサ３２は、タービンケーシング１２内の一定の上流位置からブレードの側面までの距離を測定することができる。同様に、下流近接センサ３４は、タービンケーシング１２内の一定の下流位置からブレードの側面までの距離を測定することができる。従って、ブレードの上流又は下流方向におけるあらゆる軸方向変形量は、上流近接センサ３２、下流近接センサ３４、又はその両方によって取得された一連の測定値を考察することによって決定することができる。
【００２６】
ブレード半径方向変形モニタシステム２０と同様に、段の円周部の周りに間隔を置いて配置された複数の近接センサ２２を有することは、ブレード軸方向変形モニタシステム３０に利点をもたらすことができる。複数のセンサを有する利点は、ブレードの実軸方向クリープを測定する際にロータの相対位置を決定しかつ考慮することができることである。
【００２７】
図５に示すように、幾つかの実施形態では、ブレード半径方向変形モニタシステム２０及び／又はブレード軸方向変形モニタシステム３０は、ブレードの各々の半径方向温度プロフィールをもたらす従来型の赤外線パイロメータ４０で性能強化することができる。このような実施形態で使用する赤外線パイロメータは、あらゆる従来型の赤外線パイロメータ又は同様の装置とすることができる。使用中に、赤外線パイロメータ４０は、作動時におけるブレードの各々の半径方向温度プロフィールを測定することができる。制御システムは、近接センサ２２によって測定する半径方向クリープ及び／又は上流近接センサ３２によって測定する軸方向クリープ並びにブレードの各々における半径方向温度プロフィールを追跡することができる。半径方向温度プロフィールは、作動時にブレードのいずれかが「ホットスポット」（すなわち、高温度の領域）を生じたかどうかを制御システムが判定することを可能にすることになる。この情報により、制御システムは、高温度の領域がより速い速度で変形又はクリープを生じるので、測定した軸方向又は半径方向クリープのいずれかのより大きな割合が、ホットスポットと一致したブレードの領域に原因がある可能性があるかどうかを判定することができる。当業者には分かるように、クリープがブレード全体を通して一様であるか又は集中的であるかどうかは、部品の予測寿命に影響を与える。従って、測定したホットスポットにより、ブレードがおそらく集中クリープ又は変形を生じたらしいと判定した場合には、部品の予測寿命は短縮されることになる。他方、如何なるホットスポットも存在しないことにより、ブレードがおそらく一様なクリープを生じたらしいと判定した場合には、部品の予測寿命は短縮されることにはならない。このようにして、集中クリープによる損傷を回避することができる。
【００２８】
幾つかの実施形態では、図８及び図９に関して図示しかつ下記に説明するように、圧縮機ブレード５又はタービンブレード９の先端（すなわち、半径方向最外側表面）にターゲットパッド５０を連結して、近接センサ２２によって取得されるクリープ測定値の精度を高めることができる。（ここから以下に、ターゲットパッド５０を備えたこの例示的な実施形態をタービンブレード９に関連させて説明することにする。ターゲットパッド５０は圧縮機ブレード５にも使用することができることは、当業者には分かるであろう。）上述したように、半径方向クリープは、タービンブレード９の半径方向外側位置から先端までの距離を測定することによって決定することができる。近接センサ自体２２とタービンブレード９の先端と間の該近接センサ２２によって測定した距離は、タービンブレード９が半径方向に変形するにつれて、すなわちタービンブレード９がその長さに沿って伸びるにつれて短縮することになる。
【００２９】
図６及び図７は、従来型の先端シュラウド付きタービンバケット又はタービンブレード６０を示している。タービンブレード６０は、翼形部６２を含む。翼形部６２は、燃焼ガスの流れを遮りかつ風車ベーンとして作用して燃焼ガスのエネルギーを接線方向運動に変換する能動構成部品である。この接線方向運動は次に、それに対してタービンブレード６０が取付けられたロータを回転させる。先端シュラウド６４は、翼形部６２の頂部に配置することができる。先端シュラウド６４は本来、その中心部において翼形部６２によって支持された平坦プレートである。先端シュラウド６４の頂部に沿って配置した状態で、シールレール６６を設けることができる。本来、シールレール６６は、先端シュラウド６４と周囲構成部品の内面との間の隙間を通る流路ガスの通過を防止する。シールレール６６は、先端シュラウド６４の最外側表面から半径方向外向きに突出したリッジ又はフィンである。シールレール６６は、タービンロータの回転方向内におけるシュラウドの両端部間で円周方向に延びて、流路ガスが翼形部６２を迂回するのを防止するシールを形成する。一般的に、シールレール６６は、回転先端シュラウドに対向する固定シュラウド内に形成した溝内に半径方向に延び、従ってシールを改善する。
【００３０】
当業者には分かるように、従来型の近接センサは、短い動作距離を有する。従って、上述したように、先端シュラウド付きタービンブレードと関連させて使用した時に、近接センサ２２は一般的に、該近接センサ２２がそれ自体と既に述べたように先端シュラウド６４から半径方向外向きに延びるシールレール６６との間の距離を測定するように狙いを定めなければならない。言い換えれば、タービンケーシング１２又は固定シュラウド（ここに近接センサを取付けることができる）と先端シュラウド６４の外面との間の距離は、従来型の近接センサが正確な測定値を取得するには余りに大きすぎ、従って近接センサがシールレール６６に狙いを定めることを必要とすることになる。
【００３１】
当業者には分かるように、近接センサは、それ自体と近隣対象物の表面上の区域すなわち近隣対象物上の単一部位でない区域との間の距離を測定する。この区域は「測定面積」と呼ぶことができ、一般的に事実上円形である。円形測定面積の幅は一般的に、シールレール６６の幅よりも広い。従って、この方法で取得した測定値は、シールレール６６までの距離の測定値と同時に周囲区域の測定値を含む。このような状況により、読取り値の精度及び品質が低下する。この種の不十分な読取り値は、タービンブレードの各々間で正確に識別するのを困難にするか又は不可能にする可能性がある。当然のことながら、この結果は、既に説明した理由により望ましいものである、段における個々のタービンブレードの各々におけるクリープを追跡することを不可能にするおそれがある。
【００３２】
図８は、シールレール６６及びターゲットパッド５０を備えた先端シュラウド６４の斜視図である。図示するように、ターゲットパッドは、先端シュラウド６４の外面から半径方向外向きに突き出た隆起面とすることができる。幾つかの実施形態では、ターゲットパッドは、その形状を円筒形にして、作動時に近接センサ２２に対して円形外面を見せるようにすることができる。ターゲットパッド５０の半径方向高さは、シールレール６６の半径方向高さよりも小さくして、ターゲットパッド５０がタービンブレード段を円周方向に境界付ける固定シュラウド又はタービンケーシングに対して摩擦しないようにすることができる。
【００３３】
幾つかの実施形態では、ターゲットパッド５０の外面の面積は、その大きさを近接センサ２２における測定面積と同じにすることができる。従って、正しく位置合わせした場合には、近接センサ２２における測定面積は、ターゲットパッド５０が該近接センサ２２のそばを通過する時に、該ターゲットパッド５０の外面によってほぼ「満たされた状態」となり、それにより、高品質の読取り値を取得することを可能にすることができる。そのような読取り値は、近接センサが段における異なるタービンブレードを一層容易に識別するのを可能にすることになり、従ってタービンブレードの各々におけるクリープを長時間にわたって追跡するのを可能にすることができる。幾つかの実施形態では、各ターゲットパッド５０は、近接センサ２２によって読取られた時に識別可能な高さプロフィールを有するように構成することができる。このようにして、タービンブレードの各々は、そのターゲットパッド５０が近接センサ２２のそばを通過した時に容易かつ正確に特定可能とすることができる。図９は、ターゲットパッド５０がシールレール６６の一部として製作された別の例示的な実施形態を示している。
【００３４】
本発明の好ましい実施形態の上記の説明から、当業者には、改良、変更及び修正が想起されるであろう。当技術分野の範囲内でのそのような改良、変更及び修正は、提出した特許請求の範囲によって保護することを意図している。さらに、以上の説明は、本出願の記載した実施形態のみに関するものであること、また本明細書において特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本出願の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく数多くの変更及び修正を加えることができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】その中で本発明の実施形態を使用することができる例示的なタービンを示すガスタービンの破断斜視図。
【図２】本発明の例示的な実施形態を示す、図１のガスタービンの断面図。
【図３】本発明の例示的な実施形態による近接センサの円周方向配置を示す、図１のガスタービンの断面図。
【図４】本発明の例示的な実施形態を示す、図１のガスタービンの断面図。
【図５】本発明の例示的な実施形態を示す、図１のガスタービンの断面図。
【図６】従来型の先端シュラウド付きタービンブレードの側面図。
【図７】図６の先端シュラウド付きタービンブレードの上面図。
【図８】本出願の例示的な実施形態による、シールレール及びターゲットパッドを備えた先端シュラウドの斜視図。
【図９】本出願の別の例示的な実施形態よる、シールレール及びターゲットパッドを備えた先端シュラウドの斜視図。
【符号の説明】
【００３６】
２  ガスタービン
４  圧縮機
５  圧縮機ブレード
６  燃焼器
８  タービン
９  タービンブレード
１０  ダイアフラム
１１  ロータ
１２  タービンケーシング
２０  ブレード半径方向変形モニタシステム
２２  近接センサ
３０  ブレード軸方向変形モニタシステム
３２  上流近接センサ
３４  下流近接センサ
４０  赤外線パイロメータ
５０  ターゲットパッド
６０  タービンブレード
６２  翼形部
６４  先端シュラウド
６６  シールレール
【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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【図９】
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