マルチセンサ間隙プローブ
【課題】ブレード先端間隙を測定する方法及び能動間隙制御の方法を提供する。
【解決手段】縦方向及び横方向に配置した第１及び第２のセンサ２、３を備えたマルチセンサ間隙プローブ１は、センサと縦方向に配置した回転ロータ３０との間の第１及び第２の距離Ｄ１、Ｄ２を測定するように作動する。センサは、半径方向外側タービンブレード先端８２とブレード先端を囲む環状ステータシュラウド７２との間のブレード先端間隙を測定するように作動する。ブレード先端は、スキーラ先端とすることができ、センサは、センサとスキーラ先端壁１２９の頂部１３７及びスキーラ先端の空洞内の外向きに向いた壁１３１との間の距離を測定するように作動可能である。プローブは、制御装置に作動可能に接続して第１及び第２の距離を示す信号を送信して、能動間隙制御に使用する空気弁を制御する。プローブの２つ又はそれ以上を使用して、ロータ中心線オフセットを判定する。
【解決手段】縦方向及び横方向に配置した第１及び第２のセンサ２、３を備えたマルチセンサ間隙プローブ１は、センサと縦方向に配置した回転ロータ３０との間の第１及び第２の距離Ｄ１、Ｄ２を測定するように作動する。センサは、半径方向外側タービンブレード先端８２とブレード先端を囲む環状ステータシュラウド７２との間のブレード先端間隙を測定するように作動する。ブレード先端は、スキーラ先端とすることができ、センサは、センサとスキーラ先端壁１２９の頂部１３７及びスキーラ先端の空洞内の外向きに向いた壁１３１との間の距離を測定するように作動可能である。プローブは、制御装置に作動可能に接続して第１及び第２の距離を示す信号を送信して、能動間隙制御に使用する空気弁を制御する。プローブの２つ又はそれ以上を使用して、ロータ中心線オフセットを判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータとステータとの間の先端間隙を測定するために使用する間隙プローブに関し、より具体的には、そのようなプローブと、そのようなプローブを使用してガスタービンエンジン内でブレード先端間隙を測定する方法及び能動間隙制御システムで使用する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
推力、燃料消費率（ＳＦＣ）及び排気ガス温度（ＥＧＴ）マージンのようなエンジン性能パラメータは、タービンブレード先端と該ブレード先端を囲む固定シール又はシュラウドとの間の間隙に大きく左右される。タービンブレード先端と固定シール又はシュラウドとの間の間隙は、該タービンブレード先端と固定シール又はシュラウドとの間の摩擦を回避しながら最小にすべきである。これらの間隙は、ロータ及びステータ構成要素の熱的成長（熱膨張）及び機械的成長（機械的伸び）の異なる量及び率によって影響を受ける。機械的伸びは、速度及び圧力が変化した時に発生する遠心力によるものである。ブレード及びロータの伸びは一般的に、ステータの伸びよりも遙かに大きい。ステータの熱膨張は一般に、ロータの熱膨張よりも大きく、また遥かに急速に起こる。ブレードの熱膨張は、三者の中で最も急速である。エンジンの過渡及び定常状態運転の全体にわたって、間隙をできるだけ緊密に維持しながら、これらの異なる成長を調和させることが大いに望ましい。
【０００３】
これらの異なる成長を調和させる１つの方法である能動間隙制御は、よく知られた方法であり、エンジンファン及び／又は圧縮機からの低温又は比較的高温の空気の流れを調整しかつそれを高圧及び低圧タービンケーシング上に吹き付けて、定常状態高高度巡航条件下において高圧及び低圧タービンブレードに対してそれらケーシングを収縮させる方法である。空気は、ブレード先端の周りにシュラウド又はシールを支持するために使用したフランジ又は擬似フランジのようなその他の固定構造体に向けて流すか又はそれら構造体上に吹き付けることができる。
【０００４】
回転ブレード先端とそれらを囲むシュラウドとの間の間隙を厳密かつ正確に測定しかつモニタすることができることが大いに望ましい。使用する熱制御空気量を最少にしかつブレード先端及びシュラウド間の摩擦を防止してエンジンの磨耗及びブレード寿命を改善するために、ブレード先端間隙を測定するプローブ及びそれらプローブを使用する方法が開発されてきた。プローブを使用してブレード先端間隙を判定することは公知であり、またそれらプローブは、より正確であることが望ましい。
【特許文献１】米国特許第４，０６３，１６７号公報
【特許文献２】米国特許第４，３２６，８０４号公報
【特許文献３】米国特許第４，３５７，１０４号公報
【特許文献４】米国特許第４，６３２，６３５号公報
【特許文献５】米国特許第４，９９９，９９１号公報
【特許文献６】米国特許第５，０８１，８３０号公報
【特許文献７】米国特許第５，１０１，１６５号公報
【特許文献８】米国特許第５，１４０，４９４号公
【特許文献９】米国特許第５，７３９，５２４号公報
【特許文献１０】米国特許第６，７１７，４１８号公報
【特許文献１１】米国特許第６，９４９，９２２号公報
【特許文献１２】米国特許第７，０７９，９５７号公報
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００５／０２８６９９５号公報
【特許文献１４】欧州特許出願公開第１６７６９７８ Ａ２号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
縦方向及び横方向に間隔を置いて配置された第１及び第２のセンサを有し、該センサと該センサから縦方向に間隔を置いて配置された回転ロータとの間のそれぞれ第１及び第２の距離を測定するように作動可能である少なくとも１つのマルチセンサ間隙プローブを提供する。本プローブは、センサとロータの周辺部に取付けられたタービンブレードの半径方向外側ブレード先端との間のそれぞれ第１及び第２の距離を測定して、ブレード先端と該ブレード先端を囲む環状ステータシュラウドとの間の間隙を判定するように使用することができる。
【０００６】
ブレード先端は、半径方向外向きに向いた壁から半径方向外向きにかつ該半径方向外向きに向いた壁の周りで円周方向に延びてその中にスキーラ先端空洞を形成したスキーラ先端壁を有するスキーラ先端とすることができる。第１及び第２のセンサは、該センサとブレード先端のスキーラ先端壁の頂部との間のそれぞれ
第１及び第２の距離を測定するようにさらに作動可能である。第１及び第２のセンサはさらに、該センサと半径方向外向きに向いた壁との間のそれぞれ第１及び第２の距離を測定するように作動可能とすることができる。
【０００７】
ブレード先端とステータシュラウドとの間の間隙を調整するために使用する熱制御空気を制御する空気弁は、制御装置に作動可能に接続されて、制御装置は、空気弁を調整しかつ開閉する。第１及び第２のセンサは、信号処理装置を介して制御装置に作動可能に接続され、信号処理装置は、第１の距離を示す信号を制御装置に送信して該制御装置が空気弁を調整しかつ開閉するのを助けるようする。信号処理装置は、第２の距離を示す信号を使用して、制御装置に送信される第１の距離の第１のセンサ測定値を較正する。
【０００８】
少なくとも第１及び第２の角度的に間隔を置いて配置されたマルチセンサ間隙プローブは、該間隙プローブの各々内に少なくとも第１及び第２のセンサを含む。第１及び第２のセンサは、縦方向及び横方向に間隔を置いて配置され、かつ該センサと該センサから縦方向に間隔を置いて配置された回転ロータとの間のそれぞれ第１及び第２の距離を測定するように作動可能である。ロータの周辺部に取付けられたタービンブレードは、半径方向外側ブレード先端を有し、また環状ステータシュラウドは、ブレード先端を囲む。第１及び第２のセンサは、該センサと半径方向外側ブレード先端との間の第１及び第２の距離を測定するように作動可能である。
【０００９】
方法は、回転ロータと該ロータを囲むステータシュラウドと間の間隙を、少なくとも縦方向及び横方向に間隔を置いて配置された第１及び第２のセンサを有する少なくとも１つのマルチセンサ間隙プローブを使用して該第１及び第２のセンサと回転ロータとの間のそれぞれ少なくとも第１及び第２の距離を測定することによって判定するステップを含む。本方法は、センサとロータの周辺部に取付けられたタービンブレードの半径方向外側ブレード先端との間の第１及び第２の距離を測定するステップと、第１及び第２の距離に少なくとも部分的に基づいてブレード先端の高さにおける変化を判定するステップとを含むことができる。摩擦は、ブレード先端の高さにおける変化から判定することができる。
【００１０】
本方法の別の実施形態は、第１及び第２の距離に少なくとも部分的に基づいて熱制御空気を調整するステップと、熱制御空気を能動間隙制御システム内において使用してタービンブレードのブレード先端と該ブレード先端を囲む環状ステータシュラウドとの間のタービンブレード先端間隙を制御するようにするステップとを含む。調整するステップは、さらに所望のブレード先端間隙に基づくものとすることができ、かつさらに第１及び第２の距離に少なくとも部分的に基づいて測定先端間隙を所望のブレード先端間隙と比較するステップ含むことができる。
調整するステップはまた、さらに計算瞬時ブレード先端間隙と、測定先端間隙及び／又は計算瞬時ブレード先端間隙を所望のブレード先端間隙と比較するステップとに基づくものとすることができる。
【００１１】
計算瞬時ブレード先端間隙は、第１のエンジン運転パラメータの組に基づくものとすることができ、また所望のブレード先端間隙は、第２のエンジン運転パラメータの組に基づくものとすることができる。第１のエンジン運転パラメータの組は、ロータ及びステータ時定数、測定コアロータ速度、空気流量、温度及び圧力、スロットル動作後経過時間、並びに高度を含む第１の群から選択することができる。第２のエンジン運転パラメータの組は、測定コアロータ速度、周囲条件の全大気温度、並びに高度を含む第２の群から選択することができる。
【００１２】
本方法のさらに別の実施形態は、第１及び第２の距離に基づいてロータ中心線オフセットを判定する。
【００１３】
ブレード先端は、半径方向外向きに向いた壁から半径方向外向きにかつ該半径方向外向きに向いた壁の周りで円周方向に延びてその中にスキーラ先端空洞を形成したスキーラ先端壁を有するスキーラ先端とすることができ、測定するステップは、センサとスキーラ先端壁の頂部との間の第１及び第２の距離を測定するステップを含む。第１及び第２の距離はまた、センサと半径方向外向きに向いた壁との間で測定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の上記の態様及びその他の特徴は、添付図面に関して行う以下の記述において説明する。
【００１５】
図１に断面で概略的に示すのは、能動間隙制御システム１２を含む航空機用ガスタービンエンジン１０の例示的な実施形態である。エンジン１０は、下流方向直列流れ関係で、ファン１４を含むファンセクション１３と、ブースタ又は低圧圧縮機（ＬＰＣ）１６と、高圧圧縮機（ＨＰＣ）１８と、燃焼セクション２０と、高圧タービン（ＨＰＴ）２２と、低圧タービン（ＬＰＴ）２４とを有する。エンジン軸線８の周りに配置された高圧シャフト２６は、ＨＰＴ２２をＨＰＣ１８に対して駆動連結し、また低圧シャフト２８は、ＬＰＴ２４をＬＰＣ１６及びファン１４に対して駆動連結する。ＨＰＴ２２は、ＨＰＴロータ３０を含み、ＨＰＴロータ３０は、該ロータ３０の周辺部に取付けられたタービンブレード３４を有する。ブレード３４は、翼形部３７を含み、翼形部３７は、ブレードプラットフォーム３９からブレード３４及び該翼形部３７の半径方向外側ブレード先端８２まで半径方向外向きに延びる。
【００１６】
加圧ファン空気供給源３２が、軸方向空気供給管４２を通してタービンブレード先端間隙制御装置４０に供給される熱制御空気３６の供給源として使用される。空気供給管４２内に配置された空気弁４４は、それを通って流れる熱制御空気量を制御する。熱制御空気３６は、本明細書に示す能動間隙制御システム１２の例示的な実施形態における冷却空気である。この冷却空気は、ブースタ又は低圧圧縮機（ＬＰＣ）１６を囲むファンバイパスダクト１５から軸方向空気供給管４２を通してタービンブレード先端間隙制御装置４０の分配マニフォルド５０に制御可能に流される。空気弁４４と図２に示すタービンブレード先端間隙ＣＬを制御するために衝突させる熱制御空気３６の量とは、制御装置４８によって制御される。制御装置４８は、しばしば完全自動デジタル電子制御装置（ＦＡＤＥＣ）と呼ばれるデジタル電子エンジン制御システムであり、前方及び後方熱制御リング８４、８６上に衝突させる熱制御空気３６の量及び温度を所望に応じて制御し、従ってタービンブレード先端間隙ＣＬを制御する。
【００１７】
軸方向空気供給管４２への空気供給口１９は、ファン１４の下流のファンバイパスダクト１５内に配置された出口案内ベーン１７の下流に設置される。分配マニフォルド５０は、高圧タービン２２の一部分を取り巻く。マニフォルド５０は、複数のヘッダ組立体５７の複数のプレナム５６に冷却空気を分配する環状供給管５４を含み、冷却空気は、ヘッダ組立体５７から図２及び図３に示すようにエンジン軸線８の周りを囲む複数の環状スプレー管６０に分配される。以下においてＡＣＣ流れモデル９２と呼ぶアルゴリズム又は数学的計算能動間隙制御流れモデルが、タービンブレード先端間隙ＣＬを制御するために使用され、また制御装置４８内に格納されかつ該制御装置４８内で実行される。
【００１８】
ＡＣＣ流れモデル９２は、エンジン運転パラメータ及びエンジンの様々な部品の物理特性に基づいている。制御装置４８は、計算ＡＣＣ流れモデル９２に基づいて弁位置信号を空気弁４４に送信して、熱制御空気３６の総量を制御する。空気弁４４は、弁位置信号に従って漸増的に開放される。ＡＣＣ流れモデル９２は、計算ブレード先端損耗量ＤＴ（図４に示す）に少なくとも部分的に基づくものとすることができる。半径方向ブレード先端間隙ＣＬは、エンジンの使用時間及びサイクル量が増大するにつれて増加したブレード先端損耗量ＤＴを含む。
【００１９】
本明細書に示した例示的な実施形態では、ＡＣＣ流れモデル９２は、ブレード先端損耗量ＤＴを考慮に入れた付加的損耗項と共に測定リアルタイム又は瞬時ブレード先端間隙ＣＬを含む。このブレード先端間隙は、本明細書では測定間隙と呼ぶことにする。ブレード先端損耗量ＤＴを判定するための間隙モデルプログラムＣＬＭは、ＦＡＤＥＣ内でＡＣＣ流れモデル９２の一部として実行される。間隙モデルプログラムＣＬＭは、エンジンが始動した後にＦＡＤＥＣ内のバックグラウンド内において実行される。
【００２０】
間隙モデルプログラムＣＬＭはまた、エンジンの様々な部品の物理特性を含む第１のエンジン運転パラメータの組に基づいて合成リアルタイム又は瞬時ブレード先端間隙を判定するために使用される。第１のエンジン運転パラメータの組には一般的に、それに限定されないが、ロータ及びステータ時定数、測定コアロータ速度（Ｎ２）、空気流量、温度及び圧力、スロットル動作後経過時間、並びに高度が含まれる。この間隙は、本明細書では合成又は計算間隙と呼ぶことにする。本明細書では要求間隙と呼ぶ所望の先端間隙の計画値は、エンジンの様々な部品の物理特性を含む第２のエンジン運転パラメータの組に基づいて、間隙モデルプログラムＣＬＭによって計算又は判定される。第２のエンジン運転パラメータの組及び／又は物理特性には一般的に、それに限定されないが、測定コアロータ速度（Ｎ２）、周囲条件の全大気温度（ＴＡＴ）、並びに高度が含まれる。この間隙は、本明細書では要求間隙と呼ぶことにする。
【００２１】
一般的に過去においては、瞬時ブレード先端間隙は、現在の間隙として使用されかつ常に要求間隙と比較され、また空気弁４４は、これら２つの間隙が本質的に一致するまで反復プロセスで調整された。本明細書に開示した能動間隙制御システム１２を作動させる方法は、測定間隙を使用し、本明細書に示したより具体的な方法では、本方法は、計算間隙及び要求間隙と共に測定間隙を使用する。
【００２２】
図２に示すのは、前方及び後方ケースフック６８、７０によってＨＰＴ２２の半径方向外側ケーシング６６に取付けられた第１のタービンステータ組立体６４である。第１のステータ組立体６４は、シュラウドセグメント７７を有する環状セグメント化ステータシュラウド７２を含み、シュラウドセグメント７７は、前方及び後方シュラウドフック７４、７６によって第１のタービンステータ組立体６４の環状セグメント化シュラウド支持体８０に取付けられる。シュラウド７２は、ロータ３０のタービンブレード３４のブレード先端８２を囲み、ブレード先端８２の周りで流れが漏出するのを減少させる助けをする。能動間隙制御システム１２は、特にエンジン１０の巡航運転時に、ブレード先端８２とシュラウド７２との間の半径方向ブレード先端間隙ＣＬを最小にするために使用される。能動間隙制御はまた、熱制御空気、一般的には冷却空気をステータシュラウドを支持する外側又は内側タービンケーシングに吹き付けるか又は衝突させることによって行うことができる。能動間隙制御システム１２は、ブレード先端８２とシュラウド７２との間の半径方向ブレード先端間隙ＣＬを測定する複数つまりマルチセンサ間隙プローブ１を組み込んでいる。本明細書に示したプローブ１は、容量プローブである。
【００２３】
図３及び図４に示すのは、スキーラ先端の形態になったブレード先端８２であり、スキーラ先端は、半径方向外向きに向いた壁１３１から半径方向外向きにかつ該半径方向外向きに向いた壁１３１の周りで円周方向に延びてその中にスキーラ先端空洞１３３を形成したスキーラ先端壁１２９を有する。スキーラ先端壁１２９は、正圧及び負圧側壁セクション１１６、１１８を含み、ロータ３０の回転方向をＤＲＯＴで示している。冷却孔５９は、ブレード先端８２を冷却するために使用される。
【００２４】
図４に断面で概略的に示すのは、ハウジング４内に取付けられた第１及び第２のセンサ２、３を有するマルチセンサ間隙プローブ１の例示的な実施形態である。プローブ１は、ロータ構成要素が回転している状態でのそれぞれ第１及び第２のセンサ２、３とロータ構成要素（この図ではタービンブレード３４のブレード先端８２として図示している）上の位置との間の第１及び第２の半径方向つまり縦方向距離Ｄ１、Ｄ２を測定するように設計される。プローブ１は、本明細書では２つのセンサ有するものとして示しているので、二重センサ間隙プローブ１と呼ぶことができる。
【００２５】
第１及び第２のセンサ２、３は、縦方向オフセットＹだけ縦方向に間隔を置いて配置され、また横方向オフセットＸだけ横方向に間隔を置いて配置される。従って、それぞれ第１及び第２のセンサ２、３とロータ３０上の点Ｐとの間の第１及び第２の距離Ｄ１、Ｄ２は、常に異なっており、また縦方向オフセットＹだけ異なっているべきである。本明細書では、プローブ１は、ブレード先端８２とステータシュラウドとの７２間、より具体的には、スキーラ先端壁１２９の正圧及び負圧側壁セクション１１６、１１８間の間隙を測定するのに使用するものとして示している。プローブは、ブレード先端８２の半径方向外向きに向いた壁１３１のようなロータの比較的損耗していない部分の第1及び第2の距離Ｄ１、Ｄ２を測定することによって、常にリアルタイムに較正することができる。本明細書に示した第2のセンサ３は、容量センサである。
【００２６】
間隙を測定するための２つ又はそれ以上の縦方向に間隔を置いて配置されたつまりオフセットされたセンサを備えた間隙プローブ１は、各ブレード先端８２がプローブの側を通過する時に能動間隙制御システム１２のリアルタイム較正を可能にすると共に、電子機器に対する温度の影響及び取付け変動に対する補正を可能にする。間隙プローブ１を使用した間隙の直接測定は、ブレード先端喪失ＤＴ（摩擦、酸化又は侵食による）の検出を可能にする。タービン効率の低下をもたらすこのブレード先端喪失ＤＴは、能動間隙制御システムにより制御される衝突冷却流をさらに調整することによって、タービン効率低下の影響を効果的に回復させることによって、またエンジンの効率及び機体搭載寿命を増大させることによって相殺又は適応することができる。
【００２７】
ロータ及び／又はステータ構成要素の軸対称成長差によって或いはロータに対するケーシングの非軸対称歪み又は変形によってケーシングが変化する可能性があり、間隙は、そのようなケーシングの周りで変動することになる。後者の場合には、間隙はセンサ位置において増大しているが、実際には間隙が局所的に減少するおそれがある。このことは、ブレード先端が異なるクロック位置において摩擦した時に、間隙制御システムが、センサ読取り値に基づいて間隙を閉鎖させるように駆動することによって、不安定な摩擦を生じさせることになる危険性を引き起こす。ブレード先端における間隙の測定値及びケースからさらに遠いブレード上の別の半径方向位置における間隙の測定値は、図４に示すようなブレード先端の高さＨ及びさらにブレード先端喪失量ＤＴを測定するために使用することができる。高さＨは、スキーラ先端空洞１３３の半径方向外向きに向いた壁１３１から測定される。この測定値高さにおける変化は、摩擦が発生している時を示すことになり、不安定なブレード摩擦を回避するために使用することができる。プローブによって測定されたブレード先端間隙ＣＬによって示されたこれらのブレード先端間隙データを軸受近接プローブデータと共に使用することにより、ロータ軌道運動又は振動による間隙閉鎖を評価しかつ間隙閉鎖によって生じる摩擦を最少にすることができる。ＦＡＤＥＣ内のプログラムは、エンジン内の他の場所にある振動プローブによって検出された振動振幅を既に調べており、そのデータを使用してエンジン運転に関連した問題（例えば、軸受劣化、ブレード異物損傷、等々）の発生可能性を検出する。
【００２８】
図５に示すのは、プローブ１の第１及び第２のセンサ２、３によって測定された例示的な第１及び第２の容量波形信号Ｓ１、Ｓ２である。第１及び第２の容量波形信号Ｓ１、Ｓ２は、第１及び第２の波形Ｗ１、Ｗ２を特徴とする。第１の波形Ｗ１は、第１の負圧側及び正圧側ピークＰ１Ｓ、Ｐ１Ｐを有し、これら両ピーク間に第１の谷底Ｂ１を有する第１の谷を備えている。第２の波形Ｗ２は、第２の負圧側及び正圧側ピークＰ２Ｓ、Ｐ２Ｐを有し、これら両ピーク間に第２の谷底Ｂ２を有する第２の谷を備えている。
【００２９】
第１及び第２の最大信号読取り値Ｃ１ＭＡＸ、Ｃ２ＭＡＸは、スキーラ先端壁１２９の負圧側壁セクション１１８が回転してプローブ１の第１及び第２のセンサ２、３を通過した時の該負圧側壁セクション１１８の読取り値である。第１及び第２の容量波形信号Ｓ１、Ｓ２はさらに、それぞれ第１の最大信号読取り値Ｃ１ＭＡＸがその後に続く第１の最小信号読取り値Ｃ１ＭＩＮを有する第１の波形及び第２の最大信号読取り値Ｃ２ＭＡＸがその後に続く第２の最小信号読取り値Ｃ２ＭＩＮを有する第２の波形を特徴とする。シュラウド又はプローブ１とロータ上のいずれかの特徴形状部との間の、下記等式の距離Ｄ（図４には第１及び第２の距離Ｄ１、Ｄ２として示している）は、下記のものと同じ等式を使用して計算することができる。
【００３０】
Ｄ＝Ｋｘｆ（（Ｃ１（特徴形状部）−Ｃ１ＭＩＮ）／（Ｃ２（特徴形状部）−Ｃ２ＭＩＮ））
Ｃ１（特徴形状部）は、ロータ上の特徴形状部に関連した信号読取り値である。さらに図４を参照すると、本明細書に示したロータ特徴形状部には、スキーラ先端壁１２９の負圧側壁セクション１１８が含まれる。Ｃ１ＭＡＸ、Ｃ２ＭＡＸは、負圧側壁セクション１１８が回転してプローブ１の第１及び第２のセンサ２、３を通過した時の該負圧側壁セクション１１８に関連している。Ｃ１ＭＩＮ、Ｃ２ＭＩＮは、ブレードプラットフォーム３９に関連している。
【００３１】
その他の関連する読取り値は、第１及び第２の谷底Ｂ１、Ｂ２に対するものである。従って、距離Ｄを求めるために等式を用いて、ブレード先端８２とシュラウド７２との間の半径方向ブレード先端間隙ＣＬの距離及びブレード先端高さＨは、各ブレードについて計算することができ、従ってロータの各回転毎にブレード先端喪失ＤＴを計算することができる。ブレード先端高さＨは、半径方向外向きに向いた壁１３１からスキーラ先端壁１２９の頂部１３７までの半径方向距離である。ブレード先端高さＨは、ブレード先端喪失ＤＴに等しい量だけ元の高さを減少させる損耗を受ける。
【００３２】
プローブ内での複数センサ（本明細書では２つのセンサを示している）の使用は、各ブレード先端がプローブの側を通過する時にシステムのリアルタイム較正を可能にし、またさらに電子機器に対する温度の影響及び取付け変動に対する補正を可能にする。間隙の直接測定は、ブレード先端喪失（摩擦、酸化又は侵食による）の検出を可能にする。タービン効率の低下をもたらすこのブレード先端喪失は、本明細書では熱制御空気３６の量によって表される衝突又は冷却流をさらに調整することによって、喪失を効果的に相殺することによって、また効率及び機体搭載寿命を増大させることによって適応することができる。
【００３３】
図６に示すように、エンジンは、エンジン軸線８の周りで円周方向にを中心合わせされており、エンジン軸線８はまた、シュラウド７２のシュラウド円周Ｃ７２で表したステータ又はシュラウド７２の設計中心線であり、かつブレード先端円周Ｃ８２で表したロータの設計中心線でもある。ブレード先端円周Ｃ８２は、タービンブレード３４のブレード先端８２のうちの１つの回転によって描かれている。ロータは、オフセットした状態になってロータ中心線オフセット１２０を生じる可能性がある。ロータ中心線オフセット１２０について、ブレード先端オフセット円周ＣＯ８２を図示している。本明細書では、ロータ中心線オフセット１２０は、設計中心線又はエンジン軸線８から測定した極座標として定義しており、このロータ中心線オフセット１２０は、シュラウド円周Ｃ７２で表したステータ又はシュラウド７２の頂部における、ケーシングの０°からの度数又はラジアンで表したクロック位置Ａによって測定した角度オフセット角Ａ３位置での半径ＤＲにおける変化として定められる。
【００３４】
ロータがオフセットした時、ケースの周りでの特定のクロック位置におけるブレード先端間隙ＣＬは、ロータ又はステータ構成要素の軸対称成長差によって或いはロータに対するケースの非軸対称歪み又は変形によって、変化する可能性がある。この後者の場合には、間隙は間隙プローブ位置において増大を示しているが、実際には間隙が局所的に減少しているおそれがある。このことは、ブレード先端が異なるクロック位置において摩擦した時に、間隙制御システムが、単一の位置に置かれた単一のプローブに基づいて間隙を閉鎖させるように駆動することによって、不安定な摩擦を生じさせることになる危険性を引き起こす。
【００３５】
半径ＤＲ及び角度オフセット角Ａ３における変化は、上記の間隙プローブの２つ又はそれ以上を使用することによって計算することができる。本明細書に示した方法は、図６に示すようなそれぞれ角度的に間隔を置いて配置された第１及び第２のマルチセンサ間隙プローブＰ１、Ｐ２を使用する。これらのプローブは、９０°又はそれ以上間隔を置いて配置することができるが、それらが互いに対向することになるので１８０°間隔を置いて配置することはできない。本明細書に示したプローブは、１３５°間隔を置いて配置されている。Ａ＝１８０°に対応するエンジン又はシュラウドの底部Ｂに１つのプローブを配置した場合には、シュラウド又はステータの底部に溜まる水により、プローブが損傷するおそれがある。
【００３６】
上記の方法を使用して、ケーシングの周りのそれぞれ第１及び第２のクロック位置Ａ１、Ａ２において、それぞれ第１及び第２の間隙プローブＰ１、Ｐ２により、単一のブレードについて第１及び第２のブレード先端間隙Ｃ１、Ｃ２を測定することができる。公称間隙ＣＮＯＭは、第１及び第２のブレード先端間隙Ｃ１、Ｃ２の平均に設定される。下記の２つの等式を使用して、半径ＤＲ及び角度オフセット角Ａ３における変化を計算することができる。
【００３７】
Ｃ１＝ＣＮＯＭ−（ＤＲ*ｃｏｓ（Ａ３−Ａ１））
Ｃ２＝ＣＮＯＭ−（ＤＲ*ｃｏｓ（Ａ３−Ａ２））
２つの等式と２つの未知数ＤＲ、Ａ３があるので、半径ＤＲ及び角度オフセット角Ａ3における変化を求めることができる。
【００３８】
ブレード先端における間隙の測定値及びケースからさらに遠いブレード上の別の位置における間隙の測定値は、上に説明したように、ブレード先端の高さを測定するために使用することができる。この測定値高さにおける変化は、摩擦が発生している時を示し、不安定なブレード摩擦を回避するために使用することができる。これらのブレード先端間隙データを軸受近接プローブデータと共に使用することにより、ロータ軌道運動又は振動による間隙閉鎖もまた評価しかつ間隙閉鎖によって生じる摩擦を最少にすることができる。
【００３９】
エンジン運転時に、以下においてＡＣＣ流れモデル９２と呼ぶアルゴリズム又は数学的計算能動間隙制御流れモデルが、タービンブレード先端間隙ＣＬを制御するために使用される。ＡＣＣ流れモデル９２は、制御装置４８内に格納され、かつ制御装置４８内で実行される。ＡＣＣ流れモデル９２は、エンジン運転パラメータ及びエンジンの様々な部品の物理特性に基づくものである。制御装置４８は、計算形ＡＣＣ流れモデル９２に基づいて弁位置信号を空気弁４４に送信して、熱制御空気３６の総量を制御する。空気弁４４は、弁位置信号に従って漸増的に開放される。ＡＣＣ流れモデル９２は、計算ブレード先端損耗ＤＴの量に少なくとも部分的に基づくものである。半径方向ブレード先端間隙ＣＬは、エンジンの使用時間及びサイクル量が増大するにつれて増加したブレード先端損耗量ＤＴを含む。本明細書に示した例示的な実施形態では、ＡＣＣ流れモデル９２は、ブレード先端損耗量ＤＴを考慮に入れた付加的損耗項を含む。ブレード先端損耗量ＤＴを判定するための間隙モデルプログラムＣＬＭは、ＦＡＤＥＣ内でＡＣＣ流れモデル９２の一部として実行される。間隙モデルプログラムＣＬＭは、エンジンが始動した後にＦＡＤＥＣ内のバックグラウンド内において実行される。
【００４０】
図７Ａ〜図７Ｃに示したフロー図は、能動間隙制御のために空気弁４４を制御する弁位置信号を計算しかつ送信するための例示的な論理を概説している。第１及び第２の間隙プローブＰ１、Ｐ２の各々の第１及び第２のセンサ２、３からの信号（２つよりも多いプローブが使用されている場合には、より多くの）が、プローブから信号処理装置５２（図１に示すような）として働くインタフェースボックスに送信され、この信号処理装置５２において、信号はデジタル化され、またプローブは、図７Ａのブロック３００で示すように上記の方式で較正される。シュラウド又はプローブ１と各ブレードのブレード先端との間の距離Ｄは、エンジンの各回転毎に各ブレードについて間隙ＣＬ及びブレード高さＨを得るために、次のものと同じ等式を使用して計算される。
【００４１】
Ｄ＝Ｋｘｆ（（Ｃ１（ブレード先端又は壁１３１）−Ｃ１ＭＩＮ）／（Ｃ２（ブレード先端又は壁１３１）−Ｃ２ＭＩＮ））
高さＨは、スキーラ先端空洞１３３の半径方向外向きに向いた壁１３１から測定される。間隙の１０００回転移動平均が、ブロック３１０において１つのブレードについて計算されかつボックスＡに送られる。
【００４２】
この論理はさらに、ブロック３２０において、各ブレードについて間隙を測定するステップと、次にブロック３３０において、各ブレードについて１００回転移動平均を計算するステップと、ブロック３４０において、ｎ＝１同期振動推定のためにロータの周りでの測定間隙の１００回転移動平均のフーリエ解析を行うステップとを含む。同期振動は、ロータ速度に等しい周波数を有する振動であり、例えば６，０００ｒｐｍにおいて、同期振動は、（６，０００ｒｅｖ／ｍｉｎ）／６０ｓｅｃ／ｍｉｎ）＝１００ｃｙｃｌｅｓ／ｓｅｃ＝１００Ｈｚの周波数を有することになる。プローブとブレードとの間の測定間隙は、全てのブレードについて本質的に一定であるべきである。全てのブレードについての測定間隙の分布に実施したフーリエ解析は、同期振動振幅の推定値である１／ｒｅｖ成分について調べられる。
【００４３】
ブロック３５０において、測定間隙から、ブレードのうちの１つの測定間隙のフーリエ解析が行われる。ブロック３６０において、ロータの周りでのｎ＝１間隙変化が各プローブにおいて確認され、プローブの各々におけるＮＳＶ（非同期振動）振幅の表示としての働きをする。ブロック３４０及び３６０で得られた結果は、ボックスＢに送られる。ＮＳＶ振幅は、プローブにおける振幅のベクトル和である。ＮＳＶは、非同期振動（つまり、ロータ速度に直接関係する可能性がない振動）である。
【００４４】
ブロック３００からのデータを使用して、ブロック３７０において、ブレード先端高さＨが、プローブからの測定データに基づいて各ブレードについて計算される。各ブレードについての初期ベース又は初期平均ブレード先端高さＨが、本明細書では０．０５０インチ又は５０ミルとして示したベース間隙よりも小さい先端間隙を有するエンジンの最初の連続１０００回転の平均値を使用して、計算される。ブロック３８０において、ブレード先端高さＨの１０００回転移動平均値が、各ブレードについて計算され、ブロック３７０におけるベース値又は初期平均計算値と比較される。本明細書では５つ又はそれ以上のブレードとして示した摩擦表示閾値数のブレードについての初期平均値よりも小さいブレード先端高さＨの移動平均値は、摩擦条件を定めかつ示す。
【００４５】
ブロック３９０において摩擦が検出された場合には、プログラムはボックスＤに進み、またブロック３９０において摩擦が検出されない場合には、プログラムはブロック４００に進む。ブロック４００は、１００００回転の運動期間にわたって摩擦が検出されたかどうかを判定し、摩擦が検出されなかった場合には、プログラムはボックスＣに進む。ブロック４００が１００００回転の運動期間にわたって摩擦が検出されたと判定した場合には、ＦＡＤＥＣ内の能動間隙制御に何らの変更も指示しないない、ブロック４１０に示した結論を出す。このことは、制御装置４８が、熱制御空気３６の総量を増大させるか又は減少させるかのいずれかにする変更弁位置信号を空気弁４４に送信する必要がないことを意味している。
【００４６】
図７Ｂは、本明細書に示したような制御装置４８又はＦＡＤＥＣ内で実行される論理の一部分を示している。インタフェースボックスからのデータは、ＣＡＮバス（制御装置エリアネットワークバス）によってＦＡＤＥＣに送られる。ボックスＡから進んで、ブロック５００において、２つの２センサプローブからの測定間隙は、その類似性について互いに比較される。測定間隙が同じであると判定した場合には、プログラムはブロック５６０に進み、ブロック５６０において、静止ｎ＝１及びｎ＝０間隙が計算される。ｎ＝１及びｎ＝０間隙は、それぞれロータの中心線及びステータの中心線が一致していると仮定して、またロータの中心線がステータの中心線からオフセットしていると仮定して計算される。上記のように、下記の２つの等式を使用して、２つのプローブについて２つの未知数ＤＲ及びＡ３並びに半径ＤＲ及び角度オフセット角Ａ３における変化を求めることができる。
【００４７】
ＣＮＯＭ−Ｃ１＝（ＤＲ*ｃｏｓ（Ａ３−Ａ１））
ＣＮＯＭ−Ｃ２＝（ＤＲ*ｃｏｓ（Ａ３−Ａ２））
より多くのプローブを使用する場合には、その他の統計方法（つまり、最小二乗適合）を使用することができる。
【００４８】
これらの間隙及びオフセットを使用して、ブロック５６０において、静止ｎ＝１及びｎ＝０間隙が計算される。ｎ＝０間隙Ｃ（ｎ＝０）は、ロータの中心線及びステータの中心線が一致している（従って、間隙が円周の周りで一定である）場合に測定されることになる間隙である。ｎ＝１間隙Ｃ（ｎ＝１）は、ロータの中心線がステータの中心線から上記のＤＲ及びＡ３だけオフセットしていると仮定した場合の円周の周りの間隙変化である。最小間隙は、該最小間隙Ｍｉｎ Ｃｌｒ＝Ｃ（ｎ＝０）−Ｃ（ｎ＝１）であることを示しているブロック５８０において計算される。
【００４９】
ブロック５００において、測定間隙が同じでないと判定した場合には、プログラムはブロック５１０に進み、ブロック５１０において２センサプローブの各々からの平均測定間隙が、ＦＡＤＥＣ内で実行しているＡＣＣ分析流れモデル９２からの計算間隙と比較される。ブロック５２０は、ＡＣＣ流れモデル９２からの計算間隙がブロック５１０におけるプローブのうちの１つからの測定間隙の平均値と一致するかど否かを照会し、一致しない場合には、プログラムのこのブランチは、ボックスＥに進み、また一致する場合には、プログラムはブロック５４０に進む。ブロック５２０における照会により、ＡＣＣ流れモデル９２がブロック５１０からの測定間隙の平均値と一致すると判定された場合には、プログラムは、プローブによって測定された確認ブレード先端間隙を最小値として使用し続け、かつこの確認測定ブレード先端間隙をブロック５９０及び５５０に送る。
【００５０】
ブロック５４０又は５６０からのデータは、ブロック５５０において、飛行又はサイクル毎に測定間隙から平均巡航間隙を計算しかつ記録するために使用される。ブロック５７０において、平均巡航間隙は、分析損耗モデルを調整するために使用され、この分析損耗モデルは、現在の間隙計算値を求めるために使用されるＡＣＣ流れモデル９２内で使用されるブレード先端損耗量ＤＴを計算するために使用される。ブロック５９０は、ブロック５８０において計算した最小間隙を使用して又はブロック５４０からの確認ブレード先端間隙を最小値として使用して現在の間隙を設定し、次にそれをボックスＦに送る。現在の間隙は、空気弁４４の調整値を求めるのに使用される間隙である。
【００５１】
ブロック４００において１００００回転の運動期間にわたって全く摩擦が検出されず、プログラムがボックスＣに進んだ場合には、ブロック６００は、現在の要求間隙が、ＦＡＤＥＣ内で実行するＡＣＣ流れモデル９２内で計算された計算要求間隙の所定のパーセンテージ（５％として示している）の範囲内であるかどうかを判定する。現在の要求間隙が所定のパーセンテージの範囲内である場合には、現在の要求間隙は、ブロック６１０に示すように、ＡＣＣ流れモデル９２内で計算された計算要求間隙に設定される。現在の要求間隙が所定のパーセンテージの範囲内でない場合には、現在の要求間隙は、ブロック６２０に示すように、所定の要求減少パーセンテージ（本明細書では１％として示している）だけ減少される。
【００５２】
ブロック３９０において摩擦が検出されず、またプログラムがボックスＤに進んだ場合には、要求間隙は、ブロック６３０に示すように、現在の要求間隙の所定の要求増加パーセンテージ（本明細書では１１０％として示している）に設定される。ブロック５９０からの現在の間隙と共にブロック６１０、６２０又は６３０からの要求間隙は、ボックスＦに送られる。ブロック６３０において、要求間隙が現在の要求間隙の１１０％に設定された後に、ブロック６４０において、プログラムは、高圧ロータ速度（Ｎ２）、周囲条件の全大気温度（ＴＡＴ）、高度（Ａｌｔ）、及びＦＡＤＥＣ内で実行しているＡＣＣ流れモデル９２からのＡＣＣモデル要求間隙の現在値を評価し、次にボックスＧに進む。ボックスＢから進むと、ブロック６５０に示すように、ＮＳＶ振幅（プローブにおける振幅のベクトル和）が両方のプローブについて計算される。次にＮＳＶ及び同期振動振幅は、ブロック６６０に示すように、振動を評価するために使用される。
【００５３】
図７Ｃは、本明細書に示した制御装置４８又はＦＡＤＥＣ内で実行される論理の残りの部分を示している。ボックスＥから進むと、ブロック５２０において、ＡＣＣ流れモデルがブロック５１０における２センサプローブのうちのいずれかからの測定間隙の平均値と一致しない場合には、ブロック７００において、プログラムは、ブレード先端損耗ＤＴを有する分析ＡＣＣ流れモデル９２からの計算間隙に現在の間隙を設定する。ボックスＦ及びブロック７００から進むと、ブロック７１０において、論理は、要求間隙が現在の間隙と等しいかどうかを判定する。ブロック７１０において、要求間隙が現在の間隙と等しい場合には、論理は、ブロック７３０に進み、空気弁４４の設定を変更しない。ブロック７１０において、要求間隙が現在の間隙と等しくない場合には、論理は、ブロック７２０に進み、基本プログラム論理に従って空気弁４４の設定を調整する。論理プログラムは、摩擦があると判定した場合には、ボックスＧからブロック７４０に進み、ブロック７４０において、ＡＣＣ流れモデル要求間隙は、それらの現在の状態を増大されて将来の摩擦を防止するようにする。上記の論理プロセスは、エンジンが作動している間にＦＡＤＥＣ内で絶えず実行されている。
【００５４】
本明細書では、本発明の好ましくかつ例示的な実施形態であると考えられるものについて説明してきたが、本発明のその他の変更も本明細書の教示から当業者には明らかになる筈であり、従って、全てのそのような変更形態は、提出した特許請求の範囲において本発明の技術思想及び技術的範囲の範囲内に属するものとして保護されることが望まれる。従って、本特許によって保護されることを望むものは、提出した特許請求の範囲に記載しかつ特定した発明である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】マルチセンサブレード先端間隙プローブを使用した能動間隙制御システムを備えた航空機用ガスタービンエンジンの断面図。
【図２】図１に示す高圧タービン組立体内でタービンロータブレード先端間隙を測定するように置かれたプローブの拡大断面図。
【図３】図２に示すタービンブレードのスキーラ型タービンブレード先端の斜視図。
【図４】図２に示すプローブ及び図３に示すスキーラ先端の概略断面図。
【図５】図４に示すブレード先端がセンサの側を通過する時の２つのセンサの容量波形のグラフ図。
【図６】プローブの２つを使用してロータ中心線オフセットを判定する方法の概略図。
【図７Ａ】能動間隙制御のためにプローブを使用してブレード先端間隙を判定するための例示的な論理を示したフロー図。
【図７Ｂ】能動間隙制御のためにプローブを使用してブレード先端間隙を判定するための例示的な論理を示したフロー図。
【図７Ｃ】能動間隙制御のためにプローブを使用してブレード先端間隙を判定するための例示的な論理を示したフロー図。
【符号の説明】
【００５６】
１ マルチセンサ間隙プローブ
２ 第１のセンサ
３ 第２のセンサ
４ ハウジング
８ エンジン軸線
１０ 航空機用ガスタービンエンジン
１２ 能動間隙制御システム
１３ ファンセクション
１４ ファン
１５ ファンバイパスダクト
１６ ブースタ又は低圧圧縮機（ＬＰＣ）
１７ 出口案内ベーン
１８ 高圧圧縮機（ＨＰＣ）
１９ 空気供給口
２０ 燃焼セクション
２２ 高圧タービン（ＨＰＴ）
２４ 低圧タービン（ＬＰＴ）
２６ 高圧シャフト
２８ 低圧シャフト
３０ ロータ
３２ ファン空気供給源
３４ タービンブレード
３６ 熱制御空気
３７ 翼形部
３９ ブレードプラットフォーム
４０ タービンブレード先端間隙制御装置
４２ 空気供給管
４４ 空気弁
４８ 制御装置
５０ 分配マニフォルド
５４ 供給管
５６ プレナム
５７ ヘッダ組立体
６０ スプレー管
６４ ステータ組立体
６６ 外側ケーシング
６８ 前方ケースフック
７０ 後方ケースフック
７２ シュラウド
７４ 前方シュラウドフック
７６ 後方シュラウドフック
７７ シュラウドセグメント
８０ シュラウド支持体
８２ ブレード先端
８４ 前方熱制御リング
８６ 後方熱制御リング
９２ ＡＣＣ流れモデル
９４ 間隙損耗補正モデル
１１６ 正圧側壁セクション
１１８ 負圧側壁セクション
１２０ ロータ中心線オフセット量
１２９ スキーラ先端壁
１３１ 半径方向外向きに向いた壁
１３３ スキーラ先端空洞
１３７ 頂部
Ｃ７２ シュラウド円周
Ｃ８２ ブレード先端円周
ＣＯ８２ ブレード先端オフセット円周
ＣＬ ブレード先端間隙
ＤＴ ブレード先端間隙損耗
Ｂ 底部
Ｄ 距離
Ｈ 高さ
Ｐ 点
Ｙ 縦方向オフセット
Ｘ 横方向オフセット
Ａ クロック位置
Ａ１ 第１のクロック位置
Ａ２ 第２のクロック位置
Ａ３ 角度オフセット角
Ｂ１ 第１の谷底
Ｂ２ 第２の谷底
Ｃ１ 第１のブレード先端間隙
Ｃ２ 第２のブレード先端間隙
Ｄ１ 第１の距離
Ｄ２ 第２の距離
Ｐ１ 第１の間隙プローブ／第１のマルチセンサ間隙プローブ
Ｐ２ 第２の間隙プローブ／第２のマルチセンサ間隙プローブ
Ｓ１ 第１の容量波形信号
Ｓ２ 第２の容量波形信号
Ｗ１ 第１の波形
Ｗ２ 第２の波形
Ｐ１Ｓ 第１の負圧側ピーク
Ｐ２Ｓ 第２の負圧側ピーク
Ｐ１Ｐ 第１の正圧側ピーク
Ｐ２Ｐ 第２の正圧側ピーク
ＣＬＭ 間隙モデルプログラム
ＤＲ 半径
ＤＴ ブレード先端喪失／ブレード先端損耗
Ｎ２ 測定コアロータ速度
ＴＡＴ 周囲条件の温度
ＣＮＯＭ 公称間隙
ＤＲＯＴ 回転方向
Ｃ１ＭＡＸ 第１の最大信号読取り値
Ｃ２ＭＡＸ 第２の最大信号読取り値
Ｃ１ＭＩＮ 第１の最小信号読取り値
Ｃ２ＭＩＮ 第２の最小信号読取り値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータとステータとの間の先端間隙を測定するために使用する間隙プローブに関し、より具体的には、そのようなプローブと、そのようなプローブを使用してガスタービンエンジン内でブレード先端間隙を測定する方法及び能動間隙制御システムで使用する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
推力、燃料消費率（ＳＦＣ）及び排気ガス温度（ＥＧＴ）マージンのようなエンジン性能パラメータは、タービンブレード先端と該ブレード先端を囲む固定シール又はシュラウドとの間の間隙に大きく左右される。タービンブレード先端と固定シール又はシュラウドとの間の間隙は、該タービンブレード先端と固定シール又はシュラウドとの間の摩擦を回避しながら最小にすべきである。これらの間隙は、ロータ及びステータ構成要素の熱的成長（熱膨張）及び機械的成長（機械的伸び）の異なる量及び率によって影響を受ける。機械的伸びは、速度及び圧力が変化した時に発生する遠心力によるものである。ブレード及びロータの伸びは一般的に、ステータの伸びよりも遙かに大きい。ステータの熱膨張は一般に、ロータの熱膨張よりも大きく、また遥かに急速に起こる。ブレードの熱膨張は、三者の中で最も急速である。エンジンの過渡及び定常状態運転の全体にわたって、間隙をできるだけ緊密に維持しながら、これらの異なる成長を調和させることが大いに望ましい。
【０００３】
これらの異なる成長を調和させる１つの方法である能動間隙制御は、よく知られた方法であり、エンジンファン及び／又は圧縮機からの低温又は比較的高温の空気の流れを調整しかつそれを高圧及び低圧タービンケーシング上に吹き付けて、定常状態高高度巡航条件下において高圧及び低圧タービンブレードに対してそれらケーシングを収縮させる方法である。空気は、ブレード先端の周りにシュラウド又はシールを支持するために使用したフランジ又は擬似フランジのようなその他の固定構造体に向けて流すか又はそれら構造体上に吹き付けることができる。
【０００４】
回転ブレード先端とそれらを囲むシュラウドとの間の間隙を厳密かつ正確に測定しかつモニタすることができることが大いに望ましい。使用する熱制御空気量を最少にしかつブレード先端及びシュラウド間の摩擦を防止してエンジンの磨耗及びブレード寿命を改善するために、ブレード先端間隙を測定するプローブ及びそれらプローブを使用する方法が開発されてきた。プローブを使用してブレード先端間隙を判定することは公知であり、またそれらプローブは、より正確であることが望ましい。
【特許文献１】米国特許第４，０６３，１６７号公報
【特許文献２】米国特許第４，３２６，８０４号公報
【特許文献３】米国特許第４，３５７，１０４号公報
【特許文献４】米国特許第４，６３２，６３５号公報
【特許文献５】米国特許第４，９９９，９９１号公報
【特許文献６】米国特許第５，０８１，８３０号公報
【特許文献７】米国特許第５，１０１，１６５号公報
【特許文献８】米国特許第５，１４０，４９４号公
【特許文献９】米国特許第５，７３９，５２４号公報
【特許文献１０】米国特許第６，７１７，４１８号公報
【特許文献１１】米国特許第６，９４９，９２２号公報
【特許文献１２】米国特許第７，０７９，９５７号公報
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００５／０２８６９９５号公報
【特許文献１４】欧州特許出願公開第１６７６９７８ Ａ２号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
縦方向及び横方向に間隔を置いて配置された第１及び第２のセンサを有し、該センサと該センサから縦方向に間隔を置いて配置された回転ロータとの間のそれぞれ第１及び第２の距離を測定するように作動可能である少なくとも１つのマルチセンサ間隙プローブを提供する。本プローブは、センサとロータの周辺部に取付けられたタービンブレードの半径方向外側ブレード先端との間のそれぞれ第１及び第２の距離を測定して、ブレード先端と該ブレード先端を囲む環状ステータシュラウドとの間の間隙を判定するように使用することができる。
【０００６】
ブレード先端は、半径方向外向きに向いた壁から半径方向外向きにかつ該半径方向外向きに向いた壁の周りで円周方向に延びてその中にスキーラ先端空洞を形成したスキーラ先端壁を有するスキーラ先端とすることができる。第１及び第２のセンサは、該センサとブレード先端のスキーラ先端壁の頂部との間のそれぞれ
第１及び第２の距離を測定するようにさらに作動可能である。第１及び第２のセンサはさらに、該センサと半径方向外向きに向いた壁との間のそれぞれ第１及び第２の距離を測定するように作動可能とすることができる。
【０００７】
ブレード先端とステータシュラウドとの間の間隙を調整するために使用する熱制御空気を制御する空気弁は、制御装置に作動可能に接続されて、制御装置は、空気弁を調整しかつ開閉する。第１及び第２のセンサは、信号処理装置を介して制御装置に作動可能に接続され、信号処理装置は、第１の距離を示す信号を制御装置に送信して該制御装置が空気弁を調整しかつ開閉するのを助けるようする。信号処理装置は、第２の距離を示す信号を使用して、制御装置に送信される第１の距離の第１のセンサ測定値を較正する。
【０００８】
少なくとも第１及び第２の角度的に間隔を置いて配置されたマルチセンサ間隙プローブは、該間隙プローブの各々内に少なくとも第１及び第２のセンサを含む。第１及び第２のセンサは、縦方向及び横方向に間隔を置いて配置され、かつ該センサと該センサから縦方向に間隔を置いて配置された回転ロータとの間のそれぞれ第１及び第２の距離を測定するように作動可能である。ロータの周辺部に取付けられたタービンブレードは、半径方向外側ブレード先端を有し、また環状ステータシュラウドは、ブレード先端を囲む。第１及び第２のセンサは、該センサと半径方向外側ブレード先端との間の第１及び第２の距離を測定するように作動可能である。
【０００９】
方法は、回転ロータと該ロータを囲むステータシュラウドと間の間隙を、少なくとも縦方向及び横方向に間隔を置いて配置された第１及び第２のセンサを有する少なくとも１つのマルチセンサ間隙プローブを使用して該第１及び第２のセンサと回転ロータとの間のそれぞれ少なくとも第１及び第２の距離を測定することによって判定するステップを含む。本方法は、センサとロータの周辺部に取付けられたタービンブレードの半径方向外側ブレード先端との間の第１及び第２の距離を測定するステップと、第１及び第２の距離に少なくとも部分的に基づいてブレード先端の高さにおける変化を判定するステップとを含むことができる。摩擦は、ブレード先端の高さにおける変化から判定することができる。
【００１０】
本方法の別の実施形態は、第１及び第２の距離に少なくとも部分的に基づいて熱制御空気を調整するステップと、熱制御空気を能動間隙制御システム内において使用してタービンブレードのブレード先端と該ブレード先端を囲む環状ステータシュラウドとの間のタービンブレード先端間隙を制御するようにするステップとを含む。調整するステップは、さらに所望のブレード先端間隙に基づくものとすることができ、かつさらに第１及び第２の距離に少なくとも部分的に基づいて測定先端間隙を所望のブレード先端間隙と比較するステップ含むことができる。
調整するステップはまた、さらに計算瞬時ブレード先端間隙と、測定先端間隙及び／又は計算瞬時ブレード先端間隙を所望のブレード先端間隙と比較するステップとに基づくものとすることができる。
【００１１】
計算瞬時ブレード先端間隙は、第１のエンジン運転パラメータの組に基づくものとすることができ、また所望のブレード先端間隙は、第２のエンジン運転パラメータの組に基づくものとすることができる。第１のエンジン運転パラメータの組は、ロータ及びステータ時定数、測定コアロータ速度、空気流量、温度及び圧力、スロットル動作後経過時間、並びに高度を含む第１の群から選択することができる。第２のエンジン運転パラメータの組は、測定コアロータ速度、周囲条件の全大気温度、並びに高度を含む第２の群から選択することができる。
【００１２】
本方法のさらに別の実施形態は、第１及び第２の距離に基づいてロータ中心線オフセットを判定する。
【００１３】
ブレード先端は、半径方向外向きに向いた壁から半径方向外向きにかつ該半径方向外向きに向いた壁の周りで円周方向に延びてその中にスキーラ先端空洞を形成したスキーラ先端壁を有するスキーラ先端とすることができ、測定するステップは、センサとスキーラ先端壁の頂部との間の第１及び第２の距離を測定するステップを含む。第１及び第２の距離はまた、センサと半径方向外向きに向いた壁との間で測定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の上記の態様及びその他の特徴は、添付図面に関して行う以下の記述において説明する。
【００１５】
図１に断面で概略的に示すのは、能動間隙制御システム１２を含む航空機用ガスタービンエンジン１０の例示的な実施形態である。エンジン１０は、下流方向直列流れ関係で、ファン１４を含むファンセクション１３と、ブースタ又は低圧圧縮機（ＬＰＣ）１６と、高圧圧縮機（ＨＰＣ）１８と、燃焼セクション２０と、高圧タービン（ＨＰＴ）２２と、低圧タービン（ＬＰＴ）２４とを有する。エンジン軸線８の周りに配置された高圧シャフト２６は、ＨＰＴ２２をＨＰＣ１８に対して駆動連結し、また低圧シャフト２８は、ＬＰＴ２４をＬＰＣ１６及びファン１４に対して駆動連結する。ＨＰＴ２２は、ＨＰＴロータ３０を含み、ＨＰＴロータ３０は、該ロータ３０の周辺部に取付けられたタービンブレード３４を有する。ブレード３４は、翼形部３７を含み、翼形部３７は、ブレードプラットフォーム３９からブレード３４及び該翼形部３７の半径方向外側ブレード先端８２まで半径方向外向きに延びる。
【００１６】
加圧ファン空気供給源３２が、軸方向空気供給管４２を通してタービンブレード先端間隙制御装置４０に供給される熱制御空気３６の供給源として使用される。空気供給管４２内に配置された空気弁４４は、それを通って流れる熱制御空気量を制御する。熱制御空気３６は、本明細書に示す能動間隙制御システム１２の例示的な実施形態における冷却空気である。この冷却空気は、ブースタ又は低圧圧縮機（ＬＰＣ）１６を囲むファンバイパスダクト１５から軸方向空気供給管４２を通してタービンブレード先端間隙制御装置４０の分配マニフォルド５０に制御可能に流される。空気弁４４と図２に示すタービンブレード先端間隙ＣＬを制御するために衝突させる熱制御空気３６の量とは、制御装置４８によって制御される。制御装置４８は、しばしば完全自動デジタル電子制御装置（ＦＡＤＥＣ）と呼ばれるデジタル電子エンジン制御システムであり、前方及び後方熱制御リング８４、８６上に衝突させる熱制御空気３６の量及び温度を所望に応じて制御し、従ってタービンブレード先端間隙ＣＬを制御する。
【００１７】
軸方向空気供給管４２への空気供給口１９は、ファン１４の下流のファンバイパスダクト１５内に配置された出口案内ベーン１７の下流に設置される。分配マニフォルド５０は、高圧タービン２２の一部分を取り巻く。マニフォルド５０は、複数のヘッダ組立体５７の複数のプレナム５６に冷却空気を分配する環状供給管５４を含み、冷却空気は、ヘッダ組立体５７から図２及び図３に示すようにエンジン軸線８の周りを囲む複数の環状スプレー管６０に分配される。以下においてＡＣＣ流れモデル９２と呼ぶアルゴリズム又は数学的計算能動間隙制御流れモデルが、タービンブレード先端間隙ＣＬを制御するために使用され、また制御装置４８内に格納されかつ該制御装置４８内で実行される。
【００１８】
ＡＣＣ流れモデル９２は、エンジン運転パラメータ及びエンジンの様々な部品の物理特性に基づいている。制御装置４８は、計算ＡＣＣ流れモデル９２に基づいて弁位置信号を空気弁４４に送信して、熱制御空気３６の総量を制御する。空気弁４４は、弁位置信号に従って漸増的に開放される。ＡＣＣ流れモデル９２は、計算ブレード先端損耗量ＤＴ（図４に示す）に少なくとも部分的に基づくものとすることができる。半径方向ブレード先端間隙ＣＬは、エンジンの使用時間及びサイクル量が増大するにつれて増加したブレード先端損耗量ＤＴを含む。
【００１９】
本明細書に示した例示的な実施形態では、ＡＣＣ流れモデル９２は、ブレード先端損耗量ＤＴを考慮に入れた付加的損耗項と共に測定リアルタイム又は瞬時ブレード先端間隙ＣＬを含む。このブレード先端間隙は、本明細書では測定間隙と呼ぶことにする。ブレード先端損耗量ＤＴを判定するための間隙モデルプログラムＣＬＭは、ＦＡＤＥＣ内でＡＣＣ流れモデル９２の一部として実行される。間隙モデルプログラムＣＬＭは、エンジンが始動した後にＦＡＤＥＣ内のバックグラウンド内において実行される。
【００２０】
間隙モデルプログラムＣＬＭはまた、エンジンの様々な部品の物理特性を含む第１のエンジン運転パラメータの組に基づいて合成リアルタイム又は瞬時ブレード先端間隙を判定するために使用される。第１のエンジン運転パラメータの組には一般的に、それに限定されないが、ロータ及びステータ時定数、測定コアロータ速度（Ｎ２）、空気流量、温度及び圧力、スロットル動作後経過時間、並びに高度が含まれる。この間隙は、本明細書では合成又は計算間隙と呼ぶことにする。本明細書では要求間隙と呼ぶ所望の先端間隙の計画値は、エンジンの様々な部品の物理特性を含む第２のエンジン運転パラメータの組に基づいて、間隙モデルプログラムＣＬＭによって計算又は判定される。第２のエンジン運転パラメータの組及び／又は物理特性には一般的に、それに限定されないが、測定コアロータ速度（Ｎ２）、周囲条件の全大気温度（ＴＡＴ）、並びに高度が含まれる。この間隙は、本明細書では要求間隙と呼ぶことにする。
【００２１】
一般的に過去においては、瞬時ブレード先端間隙は、現在の間隙として使用されかつ常に要求間隙と比較され、また空気弁４４は、これら２つの間隙が本質的に一致するまで反復プロセスで調整された。本明細書に開示した能動間隙制御システム１２を作動させる方法は、測定間隙を使用し、本明細書に示したより具体的な方法では、本方法は、計算間隙及び要求間隙と共に測定間隙を使用する。
【００２２】
図２に示すのは、前方及び後方ケースフック６８、７０によってＨＰＴ２２の半径方向外側ケーシング６６に取付けられた第１のタービンステータ組立体６４である。第１のステータ組立体６４は、シュラウドセグメント７７を有する環状セグメント化ステータシュラウド７２を含み、シュラウドセグメント７７は、前方及び後方シュラウドフック７４、７６によって第１のタービンステータ組立体６４の環状セグメント化シュラウド支持体８０に取付けられる。シュラウド７２は、ロータ３０のタービンブレード３４のブレード先端８２を囲み、ブレード先端８２の周りで流れが漏出するのを減少させる助けをする。能動間隙制御システム１２は、特にエンジン１０の巡航運転時に、ブレード先端８２とシュラウド７２との間の半径方向ブレード先端間隙ＣＬを最小にするために使用される。能動間隙制御はまた、熱制御空気、一般的には冷却空気をステータシュラウドを支持する外側又は内側タービンケーシングに吹き付けるか又は衝突させることによって行うことができる。能動間隙制御システム１２は、ブレード先端８２とシュラウド７２との間の半径方向ブレード先端間隙ＣＬを測定する複数つまりマルチセンサ間隙プローブ１を組み込んでいる。本明細書に示したプローブ１は、容量プローブである。
【００２３】
図３及び図４に示すのは、スキーラ先端の形態になったブレード先端８２であり、スキーラ先端は、半径方向外向きに向いた壁１３１から半径方向外向きにかつ該半径方向外向きに向いた壁１３１の周りで円周方向に延びてその中にスキーラ先端空洞１３３を形成したスキーラ先端壁１２９を有する。スキーラ先端壁１２９は、正圧及び負圧側壁セクション１１６、１１８を含み、ロータ３０の回転方向をＤＲＯＴで示している。冷却孔５９は、ブレード先端８２を冷却するために使用される。
【００２４】
図４に断面で概略的に示すのは、ハウジング４内に取付けられた第１及び第２のセンサ２、３を有するマルチセンサ間隙プローブ１の例示的な実施形態である。プローブ１は、ロータ構成要素が回転している状態でのそれぞれ第１及び第２のセンサ２、３とロータ構成要素（この図ではタービンブレード３４のブレード先端８２として図示している）上の位置との間の第１及び第２の半径方向つまり縦方向距離Ｄ１、Ｄ２を測定するように設計される。プローブ１は、本明細書では２つのセンサ有するものとして示しているので、二重センサ間隙プローブ１と呼ぶことができる。
【００２５】
第１及び第２のセンサ２、３は、縦方向オフセットＹだけ縦方向に間隔を置いて配置され、また横方向オフセットＸだけ横方向に間隔を置いて配置される。従って、それぞれ第１及び第２のセンサ２、３とロータ３０上の点Ｐとの間の第１及び第２の距離Ｄ１、Ｄ２は、常に異なっており、また縦方向オフセットＹだけ異なっているべきである。本明細書では、プローブ１は、ブレード先端８２とステータシュラウドとの７２間、より具体的には、スキーラ先端壁１２９の正圧及び負圧側壁セクション１１６、１１８間の間隙を測定するのに使用するものとして示している。プローブは、ブレード先端８２の半径方向外向きに向いた壁１３１のようなロータの比較的損耗していない部分の第1及び第2の距離Ｄ１、Ｄ２を測定することによって、常にリアルタイムに較正することができる。本明細書に示した第2のセンサ３は、容量センサである。
【００２６】
間隙を測定するための２つ又はそれ以上の縦方向に間隔を置いて配置されたつまりオフセットされたセンサを備えた間隙プローブ１は、各ブレード先端８２がプローブの側を通過する時に能動間隙制御システム１２のリアルタイム較正を可能にすると共に、電子機器に対する温度の影響及び取付け変動に対する補正を可能にする。間隙プローブ１を使用した間隙の直接測定は、ブレード先端喪失ＤＴ（摩擦、酸化又は侵食による）の検出を可能にする。タービン効率の低下をもたらすこのブレード先端喪失ＤＴは、能動間隙制御システムにより制御される衝突冷却流をさらに調整することによって、タービン効率低下の影響を効果的に回復させることによって、またエンジンの効率及び機体搭載寿命を増大させることによって相殺又は適応することができる。
【００２７】
ロータ及び／又はステータ構成要素の軸対称成長差によって或いはロータに対するケーシングの非軸対称歪み又は変形によってケーシングが変化する可能性があり、間隙は、そのようなケーシングの周りで変動することになる。後者の場合には、間隙はセンサ位置において増大しているが、実際には間隙が局所的に減少するおそれがある。このことは、ブレード先端が異なるクロック位置において摩擦した時に、間隙制御システムが、センサ読取り値に基づいて間隙を閉鎖させるように駆動することによって、不安定な摩擦を生じさせることになる危険性を引き起こす。ブレード先端における間隙の測定値及びケースからさらに遠いブレード上の別の半径方向位置における間隙の測定値は、図４に示すようなブレード先端の高さＨ及びさらにブレード先端喪失量ＤＴを測定するために使用することができる。高さＨは、スキーラ先端空洞１３３の半径方向外向きに向いた壁１３１から測定される。この測定値高さにおける変化は、摩擦が発生している時を示すことになり、不安定なブレード摩擦を回避するために使用することができる。プローブによって測定されたブレード先端間隙ＣＬによって示されたこれらのブレード先端間隙データを軸受近接プローブデータと共に使用することにより、ロータ軌道運動又は振動による間隙閉鎖を評価しかつ間隙閉鎖によって生じる摩擦を最少にすることができる。ＦＡＤＥＣ内のプログラムは、エンジン内の他の場所にある振動プローブによって検出された振動振幅を既に調べており、そのデータを使用してエンジン運転に関連した問題（例えば、軸受劣化、ブレード異物損傷、等々）の発生可能性を検出する。
【００２８】
図５に示すのは、プローブ１の第１及び第２のセンサ２、３によって測定された例示的な第１及び第２の容量波形信号Ｓ１、Ｓ２である。第１及び第２の容量波形信号Ｓ１、Ｓ２は、第１及び第２の波形Ｗ１、Ｗ２を特徴とする。第１の波形Ｗ１は、第１の負圧側及び正圧側ピークＰ１Ｓ、Ｐ１Ｐを有し、これら両ピーク間に第１の谷底Ｂ１を有する第１の谷を備えている。第２の波形Ｗ２は、第２の負圧側及び正圧側ピークＰ２Ｓ、Ｐ２Ｐを有し、これら両ピーク間に第２の谷底Ｂ２を有する第２の谷を備えている。
【００２９】
第１及び第２の最大信号読取り値Ｃ１ＭＡＸ、Ｃ２ＭＡＸは、スキーラ先端壁１２９の負圧側壁セクション１１８が回転してプローブ１の第１及び第２のセンサ２、３を通過した時の該負圧側壁セクション１１８の読取り値である。第１及び第２の容量波形信号Ｓ１、Ｓ２はさらに、それぞれ第１の最大信号読取り値Ｃ１ＭＡＸがその後に続く第１の最小信号読取り値Ｃ１ＭＩＮを有する第１の波形及び第２の最大信号読取り値Ｃ２ＭＡＸがその後に続く第２の最小信号読取り値Ｃ２ＭＩＮを有する第２の波形を特徴とする。シュラウド又はプローブ１とロータ上のいずれかの特徴形状部との間の、下記等式の距離Ｄ（図４には第１及び第２の距離Ｄ１、Ｄ２として示している）は、下記のものと同じ等式を使用して計算することができる。
【００３０】
Ｄ＝Ｋｘｆ（（Ｃ１（特徴形状部）−Ｃ１ＭＩＮ）／（Ｃ２（特徴形状部）−Ｃ２ＭＩＮ））
Ｃ１（特徴形状部）は、ロータ上の特徴形状部に関連した信号読取り値である。さらに図４を参照すると、本明細書に示したロータ特徴形状部には、スキーラ先端壁１２９の負圧側壁セクション１１８が含まれる。Ｃ１ＭＡＸ、Ｃ２ＭＡＸは、負圧側壁セクション１１８が回転してプローブ１の第１及び第２のセンサ２、３を通過した時の該負圧側壁セクション１１８に関連している。Ｃ１ＭＩＮ、Ｃ２ＭＩＮは、ブレードプラットフォーム３９に関連している。
【００３１】
その他の関連する読取り値は、第１及び第２の谷底Ｂ１、Ｂ２に対するものである。従って、距離Ｄを求めるために等式を用いて、ブレード先端８２とシュラウド７２との間の半径方向ブレード先端間隙ＣＬの距離及びブレード先端高さＨは、各ブレードについて計算することができ、従ってロータの各回転毎にブレード先端喪失ＤＴを計算することができる。ブレード先端高さＨは、半径方向外向きに向いた壁１３１からスキーラ先端壁１２９の頂部１３７までの半径方向距離である。ブレード先端高さＨは、ブレード先端喪失ＤＴに等しい量だけ元の高さを減少させる損耗を受ける。
【００３２】
プローブ内での複数センサ（本明細書では２つのセンサを示している）の使用は、各ブレード先端がプローブの側を通過する時にシステムのリアルタイム較正を可能にし、またさらに電子機器に対する温度の影響及び取付け変動に対する補正を可能にする。間隙の直接測定は、ブレード先端喪失（摩擦、酸化又は侵食による）の検出を可能にする。タービン効率の低下をもたらすこのブレード先端喪失は、本明細書では熱制御空気３６の量によって表される衝突又は冷却流をさらに調整することによって、喪失を効果的に相殺することによって、また効率及び機体搭載寿命を増大させることによって適応することができる。
【００３３】
図６に示すように、エンジンは、エンジン軸線８の周りで円周方向にを中心合わせされており、エンジン軸線８はまた、シュラウド７２のシュラウド円周Ｃ７２で表したステータ又はシュラウド７２の設計中心線であり、かつブレード先端円周Ｃ８２で表したロータの設計中心線でもある。ブレード先端円周Ｃ８２は、タービンブレード３４のブレード先端８２のうちの１つの回転によって描かれている。ロータは、オフセットした状態になってロータ中心線オフセット１２０を生じる可能性がある。ロータ中心線オフセット１２０について、ブレード先端オフセット円周ＣＯ８２を図示している。本明細書では、ロータ中心線オフセット１２０は、設計中心線又はエンジン軸線８から測定した極座標として定義しており、このロータ中心線オフセット１２０は、シュラウド円周Ｃ７２で表したステータ又はシュラウド７２の頂部における、ケーシングの０°からの度数又はラジアンで表したクロック位置Ａによって測定した角度オフセット角Ａ３位置での半径ＤＲにおける変化として定められる。
【００３４】
ロータがオフセットした時、ケースの周りでの特定のクロック位置におけるブレード先端間隙ＣＬは、ロータ又はステータ構成要素の軸対称成長差によって或いはロータに対するケースの非軸対称歪み又は変形によって、変化する可能性がある。この後者の場合には、間隙は間隙プローブ位置において増大を示しているが、実際には間隙が局所的に減少しているおそれがある。このことは、ブレード先端が異なるクロック位置において摩擦した時に、間隙制御システムが、単一の位置に置かれた単一のプローブに基づいて間隙を閉鎖させるように駆動することによって、不安定な摩擦を生じさせることになる危険性を引き起こす。
【００３５】
半径ＤＲ及び角度オフセット角Ａ３における変化は、上記の間隙プローブの２つ又はそれ以上を使用することによって計算することができる。本明細書に示した方法は、図６に示すようなそれぞれ角度的に間隔を置いて配置された第１及び第２のマルチセンサ間隙プローブＰ１、Ｐ２を使用する。これらのプローブは、９０°又はそれ以上間隔を置いて配置することができるが、それらが互いに対向することになるので１８０°間隔を置いて配置することはできない。本明細書に示したプローブは、１３５°間隔を置いて配置されている。Ａ＝１８０°に対応するエンジン又はシュラウドの底部Ｂに１つのプローブを配置した場合には、シュラウド又はステータの底部に溜まる水により、プローブが損傷するおそれがある。
【００３６】
上記の方法を使用して、ケーシングの周りのそれぞれ第１及び第２のクロック位置Ａ１、Ａ２において、それぞれ第１及び第２の間隙プローブＰ１、Ｐ２により、単一のブレードについて第１及び第２のブレード先端間隙Ｃ１、Ｃ２を測定することができる。公称間隙ＣＮＯＭは、第１及び第２のブレード先端間隙Ｃ１、Ｃ２の平均に設定される。下記の２つの等式を使用して、半径ＤＲ及び角度オフセット角Ａ３における変化を計算することができる。
【００３７】
Ｃ１＝ＣＮＯＭ−（ＤＲ*ｃｏｓ（Ａ３−Ａ１））
Ｃ２＝ＣＮＯＭ−（ＤＲ*ｃｏｓ（Ａ３−Ａ２））
２つの等式と２つの未知数ＤＲ、Ａ３があるので、半径ＤＲ及び角度オフセット角Ａ3における変化を求めることができる。
【００３８】
ブレード先端における間隙の測定値及びケースからさらに遠いブレード上の別の位置における間隙の測定値は、上に説明したように、ブレード先端の高さを測定するために使用することができる。この測定値高さにおける変化は、摩擦が発生している時を示し、不安定なブレード摩擦を回避するために使用することができる。これらのブレード先端間隙データを軸受近接プローブデータと共に使用することにより、ロータ軌道運動又は振動による間隙閉鎖もまた評価しかつ間隙閉鎖によって生じる摩擦を最少にすることができる。
【００３９】
エンジン運転時に、以下においてＡＣＣ流れモデル９２と呼ぶアルゴリズム又は数学的計算能動間隙制御流れモデルが、タービンブレード先端間隙ＣＬを制御するために使用される。ＡＣＣ流れモデル９２は、制御装置４８内に格納され、かつ制御装置４８内で実行される。ＡＣＣ流れモデル９２は、エンジン運転パラメータ及びエンジンの様々な部品の物理特性に基づくものである。制御装置４８は、計算形ＡＣＣ流れモデル９２に基づいて弁位置信号を空気弁４４に送信して、熱制御空気３６の総量を制御する。空気弁４４は、弁位置信号に従って漸増的に開放される。ＡＣＣ流れモデル９２は、計算ブレード先端損耗ＤＴの量に少なくとも部分的に基づくものである。半径方向ブレード先端間隙ＣＬは、エンジンの使用時間及びサイクル量が増大するにつれて増加したブレード先端損耗量ＤＴを含む。本明細書に示した例示的な実施形態では、ＡＣＣ流れモデル９２は、ブレード先端損耗量ＤＴを考慮に入れた付加的損耗項を含む。ブレード先端損耗量ＤＴを判定するための間隙モデルプログラムＣＬＭは、ＦＡＤＥＣ内でＡＣＣ流れモデル９２の一部として実行される。間隙モデルプログラムＣＬＭは、エンジンが始動した後にＦＡＤＥＣ内のバックグラウンド内において実行される。
【００４０】
図７Ａ〜図７Ｃに示したフロー図は、能動間隙制御のために空気弁４４を制御する弁位置信号を計算しかつ送信するための例示的な論理を概説している。第１及び第２の間隙プローブＰ１、Ｐ２の各々の第１及び第２のセンサ２、３からの信号（２つよりも多いプローブが使用されている場合には、より多くの）が、プローブから信号処理装置５２（図１に示すような）として働くインタフェースボックスに送信され、この信号処理装置５２において、信号はデジタル化され、またプローブは、図７Ａのブロック３００で示すように上記の方式で較正される。シュラウド又はプローブ１と各ブレードのブレード先端との間の距離Ｄは、エンジンの各回転毎に各ブレードについて間隙ＣＬ及びブレード高さＨを得るために、次のものと同じ等式を使用して計算される。
【００４１】
Ｄ＝Ｋｘｆ（（Ｃ１（ブレード先端又は壁１３１）−Ｃ１ＭＩＮ）／（Ｃ２（ブレード先端又は壁１３１）−Ｃ２ＭＩＮ））
高さＨは、スキーラ先端空洞１３３の半径方向外向きに向いた壁１３１から測定される。間隙の１０００回転移動平均が、ブロック３１０において１つのブレードについて計算されかつボックスＡに送られる。
【００４２】
この論理はさらに、ブロック３２０において、各ブレードについて間隙を測定するステップと、次にブロック３３０において、各ブレードについて１００回転移動平均を計算するステップと、ブロック３４０において、ｎ＝１同期振動推定のためにロータの周りでの測定間隙の１００回転移動平均のフーリエ解析を行うステップとを含む。同期振動は、ロータ速度に等しい周波数を有する振動であり、例えば６，０００ｒｐｍにおいて、同期振動は、（６，０００ｒｅｖ／ｍｉｎ）／６０ｓｅｃ／ｍｉｎ）＝１００ｃｙｃｌｅｓ／ｓｅｃ＝１００Ｈｚの周波数を有することになる。プローブとブレードとの間の測定間隙は、全てのブレードについて本質的に一定であるべきである。全てのブレードについての測定間隙の分布に実施したフーリエ解析は、同期振動振幅の推定値である１／ｒｅｖ成分について調べられる。
【００４３】
ブロック３５０において、測定間隙から、ブレードのうちの１つの測定間隙のフーリエ解析が行われる。ブロック３６０において、ロータの周りでのｎ＝１間隙変化が各プローブにおいて確認され、プローブの各々におけるＮＳＶ（非同期振動）振幅の表示としての働きをする。ブロック３４０及び３６０で得られた結果は、ボックスＢに送られる。ＮＳＶ振幅は、プローブにおける振幅のベクトル和である。ＮＳＶは、非同期振動（つまり、ロータ速度に直接関係する可能性がない振動）である。
【００４４】
ブロック３００からのデータを使用して、ブロック３７０において、ブレード先端高さＨが、プローブからの測定データに基づいて各ブレードについて計算される。各ブレードについての初期ベース又は初期平均ブレード先端高さＨが、本明細書では０．０５０インチ又は５０ミルとして示したベース間隙よりも小さい先端間隙を有するエンジンの最初の連続１０００回転の平均値を使用して、計算される。ブロック３８０において、ブレード先端高さＨの１０００回転移動平均値が、各ブレードについて計算され、ブロック３７０におけるベース値又は初期平均計算値と比較される。本明細書では５つ又はそれ以上のブレードとして示した摩擦表示閾値数のブレードについての初期平均値よりも小さいブレード先端高さＨの移動平均値は、摩擦条件を定めかつ示す。
【００４５】
ブロック３９０において摩擦が検出された場合には、プログラムはボックスＤに進み、またブロック３９０において摩擦が検出されない場合には、プログラムはブロック４００に進む。ブロック４００は、１００００回転の運動期間にわたって摩擦が検出されたかどうかを判定し、摩擦が検出されなかった場合には、プログラムはボックスＣに進む。ブロック４００が１００００回転の運動期間にわたって摩擦が検出されたと判定した場合には、ＦＡＤＥＣ内の能動間隙制御に何らの変更も指示しないない、ブロック４１０に示した結論を出す。このことは、制御装置４８が、熱制御空気３６の総量を増大させるか又は減少させるかのいずれかにする変更弁位置信号を空気弁４４に送信する必要がないことを意味している。
【００４６】
図７Ｂは、本明細書に示したような制御装置４８又はＦＡＤＥＣ内で実行される論理の一部分を示している。インタフェースボックスからのデータは、ＣＡＮバス（制御装置エリアネットワークバス）によってＦＡＤＥＣに送られる。ボックスＡから進んで、ブロック５００において、２つの２センサプローブからの測定間隙は、その類似性について互いに比較される。測定間隙が同じであると判定した場合には、プログラムはブロック５６０に進み、ブロック５６０において、静止ｎ＝１及びｎ＝０間隙が計算される。ｎ＝１及びｎ＝０間隙は、それぞれロータの中心線及びステータの中心線が一致していると仮定して、またロータの中心線がステータの中心線からオフセットしていると仮定して計算される。上記のように、下記の２つの等式を使用して、２つのプローブについて２つの未知数ＤＲ及びＡ３並びに半径ＤＲ及び角度オフセット角Ａ３における変化を求めることができる。
【００４７】
ＣＮＯＭ−Ｃ１＝（ＤＲ*ｃｏｓ（Ａ３−Ａ１））
ＣＮＯＭ−Ｃ２＝（ＤＲ*ｃｏｓ（Ａ３−Ａ２））
より多くのプローブを使用する場合には、その他の統計方法（つまり、最小二乗適合）を使用することができる。
【００４８】
これらの間隙及びオフセットを使用して、ブロック５６０において、静止ｎ＝１及びｎ＝０間隙が計算される。ｎ＝０間隙Ｃ（ｎ＝０）は、ロータの中心線及びステータの中心線が一致している（従って、間隙が円周の周りで一定である）場合に測定されることになる間隙である。ｎ＝１間隙Ｃ（ｎ＝１）は、ロータの中心線がステータの中心線から上記のＤＲ及びＡ３だけオフセットしていると仮定した場合の円周の周りの間隙変化である。最小間隙は、該最小間隙Ｍｉｎ Ｃｌｒ＝Ｃ（ｎ＝０）−Ｃ（ｎ＝１）であることを示しているブロック５８０において計算される。
【００４９】
ブロック５００において、測定間隙が同じでないと判定した場合には、プログラムはブロック５１０に進み、ブロック５１０において２センサプローブの各々からの平均測定間隙が、ＦＡＤＥＣ内で実行しているＡＣＣ分析流れモデル９２からの計算間隙と比較される。ブロック５２０は、ＡＣＣ流れモデル９２からの計算間隙がブロック５１０におけるプローブのうちの１つからの測定間隙の平均値と一致するかど否かを照会し、一致しない場合には、プログラムのこのブランチは、ボックスＥに進み、また一致する場合には、プログラムはブロック５４０に進む。ブロック５２０における照会により、ＡＣＣ流れモデル９２がブロック５１０からの測定間隙の平均値と一致すると判定された場合には、プログラムは、プローブによって測定された確認ブレード先端間隙を最小値として使用し続け、かつこの確認測定ブレード先端間隙をブロック５９０及び５５０に送る。
【００５０】
ブロック５４０又は５６０からのデータは、ブロック５５０において、飛行又はサイクル毎に測定間隙から平均巡航間隙を計算しかつ記録するために使用される。ブロック５７０において、平均巡航間隙は、分析損耗モデルを調整するために使用され、この分析損耗モデルは、現在の間隙計算値を求めるために使用されるＡＣＣ流れモデル９２内で使用されるブレード先端損耗量ＤＴを計算するために使用される。ブロック５９０は、ブロック５８０において計算した最小間隙を使用して又はブロック５４０からの確認ブレード先端間隙を最小値として使用して現在の間隙を設定し、次にそれをボックスＦに送る。現在の間隙は、空気弁４４の調整値を求めるのに使用される間隙である。
【００５１】
ブロック４００において１００００回転の運動期間にわたって全く摩擦が検出されず、プログラムがボックスＣに進んだ場合には、ブロック６００は、現在の要求間隙が、ＦＡＤＥＣ内で実行するＡＣＣ流れモデル９２内で計算された計算要求間隙の所定のパーセンテージ（５％として示している）の範囲内であるかどうかを判定する。現在の要求間隙が所定のパーセンテージの範囲内である場合には、現在の要求間隙は、ブロック６１０に示すように、ＡＣＣ流れモデル９２内で計算された計算要求間隙に設定される。現在の要求間隙が所定のパーセンテージの範囲内でない場合には、現在の要求間隙は、ブロック６２０に示すように、所定の要求減少パーセンテージ（本明細書では１％として示している）だけ減少される。
【００５２】
ブロック３９０において摩擦が検出されず、またプログラムがボックスＤに進んだ場合には、要求間隙は、ブロック６３０に示すように、現在の要求間隙の所定の要求増加パーセンテージ（本明細書では１１０％として示している）に設定される。ブロック５９０からの現在の間隙と共にブロック６１０、６２０又は６３０からの要求間隙は、ボックスＦに送られる。ブロック６３０において、要求間隙が現在の要求間隙の１１０％に設定された後に、ブロック６４０において、プログラムは、高圧ロータ速度（Ｎ２）、周囲条件の全大気温度（ＴＡＴ）、高度（Ａｌｔ）、及びＦＡＤＥＣ内で実行しているＡＣＣ流れモデル９２からのＡＣＣモデル要求間隙の現在値を評価し、次にボックスＧに進む。ボックスＢから進むと、ブロック６５０に示すように、ＮＳＶ振幅（プローブにおける振幅のベクトル和）が両方のプローブについて計算される。次にＮＳＶ及び同期振動振幅は、ブロック６６０に示すように、振動を評価するために使用される。
【００５３】
図７Ｃは、本明細書に示した制御装置４８又はＦＡＤＥＣ内で実行される論理の残りの部分を示している。ボックスＥから進むと、ブロック５２０において、ＡＣＣ流れモデルがブロック５１０における２センサプローブのうちのいずれかからの測定間隙の平均値と一致しない場合には、ブロック７００において、プログラムは、ブレード先端損耗ＤＴを有する分析ＡＣＣ流れモデル９２からの計算間隙に現在の間隙を設定する。ボックスＦ及びブロック７００から進むと、ブロック７１０において、論理は、要求間隙が現在の間隙と等しいかどうかを判定する。ブロック７１０において、要求間隙が現在の間隙と等しい場合には、論理は、ブロック７３０に進み、空気弁４４の設定を変更しない。ブロック７１０において、要求間隙が現在の間隙と等しくない場合には、論理は、ブロック７２０に進み、基本プログラム論理に従って空気弁４４の設定を調整する。論理プログラムは、摩擦があると判定した場合には、ボックスＧからブロック７４０に進み、ブロック７４０において、ＡＣＣ流れモデル要求間隙は、それらの現在の状態を増大されて将来の摩擦を防止するようにする。上記の論理プロセスは、エンジンが作動している間にＦＡＤＥＣ内で絶えず実行されている。
【００５４】
本明細書では、本発明の好ましくかつ例示的な実施形態であると考えられるものについて説明してきたが、本発明のその他の変更も本明細書の教示から当業者には明らかになる筈であり、従って、全てのそのような変更形態は、提出した特許請求の範囲において本発明の技術思想及び技術的範囲の範囲内に属するものとして保護されることが望まれる。従って、本特許によって保護されることを望むものは、提出した特許請求の範囲に記載しかつ特定した発明である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】マルチセンサブレード先端間隙プローブを使用した能動間隙制御システムを備えた航空機用ガスタービンエンジンの断面図。
【図２】図１に示す高圧タービン組立体内でタービンロータブレード先端間隙を測定するように置かれたプローブの拡大断面図。
【図３】図２に示すタービンブレードのスキーラ型タービンブレード先端の斜視図。
【図４】図２に示すプローブ及び図３に示すスキーラ先端の概略断面図。
【図５】図４に示すブレード先端がセンサの側を通過する時の２つのセンサの容量波形のグラフ図。
【図６】プローブの２つを使用してロータ中心線オフセットを判定する方法の概略図。
【図７Ａ】能動間隙制御のためにプローブを使用してブレード先端間隙を判定するための例示的な論理を示したフロー図。
【図７Ｂ】能動間隙制御のためにプローブを使用してブレード先端間隙を判定するための例示的な論理を示したフロー図。
【図７Ｃ】能動間隙制御のためにプローブを使用してブレード先端間隙を判定するための例示的な論理を示したフロー図。
【符号の説明】
【００５６】
１ マルチセンサ間隙プローブ
２ 第１のセンサ
３ 第２のセンサ
４ ハウジング
８ エンジン軸線
１０ 航空機用ガスタービンエンジン
１２ 能動間隙制御システム
１３ ファンセクション
１４ ファン
１５ ファンバイパスダクト
１６ ブースタ又は低圧圧縮機（ＬＰＣ）
１７ 出口案内ベーン
１８ 高圧圧縮機（ＨＰＣ）
１９ 空気供給口
２０ 燃焼セクション
２２ 高圧タービン（ＨＰＴ）
２４ 低圧タービン（ＬＰＴ）
２６ 高圧シャフト
２８ 低圧シャフト
３０ ロータ
３２ ファン空気供給源
３４ タービンブレード
３６ 熱制御空気
３７ 翼形部
３９ ブレードプラットフォーム
４０ タービンブレード先端間隙制御装置
４２ 空気供給管
４４ 空気弁
４８ 制御装置
５０ 分配マニフォルド
５４ 供給管
５６ プレナム
５７ ヘッダ組立体
６０ スプレー管
６４ ステータ組立体
６６ 外側ケーシング
６８ 前方ケースフック
７０ 後方ケースフック
７２ シュラウド
７４ 前方シュラウドフック
７６ 後方シュラウドフック
７７ シュラウドセグメント
８０ シュラウド支持体
８２ ブレード先端
８４ 前方熱制御リング
８６ 後方熱制御リング
９２ ＡＣＣ流れモデル
９４ 間隙損耗補正モデル
１１６ 正圧側壁セクション
１１８ 負圧側壁セクション
１２０ ロータ中心線オフセット量
１２９ スキーラ先端壁
１３１ 半径方向外向きに向いた壁
１３３ スキーラ先端空洞
１３７ 頂部
Ｃ７２ シュラウド円周
Ｃ８２ ブレード先端円周
ＣＯ８２ ブレード先端オフセット円周
ＣＬ ブレード先端間隙
ＤＴ ブレード先端間隙損耗
Ｂ 底部
Ｄ 距離
Ｈ 高さ
Ｐ 点
Ｙ 縦方向オフセット
Ｘ 横方向オフセット
Ａ クロック位置
Ａ１ 第１のクロック位置
Ａ２ 第２のクロック位置
Ａ３ 角度オフセット角
Ｂ１ 第１の谷底
Ｂ２ 第２の谷底
Ｃ１ 第１のブレード先端間隙
Ｃ２ 第２のブレード先端間隙
Ｄ１ 第１の距離
Ｄ２ 第２の距離
Ｐ１ 第１の間隙プローブ／第１のマルチセンサ間隙プローブ
Ｐ２ 第２の間隙プローブ／第２のマルチセンサ間隙プローブ
Ｓ１ 第１の容量波形信号
Ｓ２ 第２の容量波形信号
Ｗ１ 第１の波形
Ｗ２ 第２の波形
Ｐ１Ｓ 第１の負圧側ピーク
Ｐ２Ｓ 第２の負圧側ピーク
Ｐ１Ｐ 第１の正圧側ピーク
Ｐ２Ｐ 第２の正圧側ピーク
ＣＬＭ 間隙モデルプログラム
ＤＲ 半径
ＤＴ ブレード先端喪失／ブレード先端損耗
Ｎ２ 測定コアロータ速度
ＴＡＴ 周囲条件の温度
ＣＮＯＭ 公称間隙
ＤＲＯＴ 回転方向
Ｃ１ＭＡＸ 第１の最大信号読取り値
Ｃ２ＭＡＸ 第２の最大信号読取り値
Ｃ１ＭＩＮ 第１の最小信号読取り値
Ｃ２ＭＩＮ 第２の最小信号読取り値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのマルチセンサ間隙プローブ（１）と、
前記間隙プローブ（１）内の少なくとも第１及び第２のセンサ（２、３）と、を含み、
前記第１及び第２のセンサ（２、３）が、縦方向及び横方向に間隔を置いて配置され、
前記第１及び第２のセンサ（２、３）が、該センサと該センサから縦方向に間隔を置いて配置された回転ロータ（３０）との間のそれぞれ第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）を測定するように作動可能である、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ロータ（３０）の周辺部に取付けられたタービンブレード（３４）と、
前記ブレード（３４）の半径方向外側ブレード先端（８２）と、
前記ブレード先端（８２）を囲む環状ステータシュラウド（７２）と、を含み、
前記第１及び第２のセンサ（２、３）が、該センサと前記ブレード先端（８２）との間のそれぞれ第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）を測定するように作動可能である、
ことをさらに特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記ブレード先端（８２）が、半径方向外向きに向いた壁（１３１）から半径方向外向きにかつ該半径方向外向きに向いた壁の周りで円周方向に延びてその中にスキーラ先端空洞（１３３）を形成したスキーラ先端壁（１２９）を有するスキーラ先端であり、
前記第１及び第２のセンサ（２、３）が、該センサと前記半径方向外側ブレード先端（８２）のスキーラ先端壁（１２９）の頂部（１３７）との間のそれぞれ
第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）を測定するようにさらに作動可能である、
ことをさらに特徴とする、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記第１及び第２のセンサ（２、３）が、該センサと前記半径方向外向きに向いた壁（１３１）との間のそれぞれ第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）を測定するようにさらに作動可能である、
ことをさらに特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ブレード先端（８２）と前記ステータシュラウド（７２）との間の間隙（ＣＬ）を調整するために使用する熱制御空気（３６）を制御する空気弁（４４）を含み、
前記第１及び第２のセンサ（２、３）が、制御装置（４８）に作動可能に接続されて、前記第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）を示す信号を該制御装置（４８）に送信するようになっており、
前記制御装置（４８）が、前記空気弁（４４）に作動可能に接続されて、該空気弁（４４）を調整しかつ開閉する、
ことをさらに特徴とする、請求項２記載の装置。
【請求項６】
装置であって、
少なくとも第１及び第２の角度的に間隔を置いて配置されたマルチセンサ間隙プローブ（Ｐ１、Ｐ２）と、
前記間隙プローブ（１）の各々内の少なくとも第１及び第２のセンサ（２、３）と、を含み、
前記第１及び第２のセンサ（２、３）が、縦方向及び横方向に間隔を置いて配置され、
前記第１及び第２のセンサ（２、３）が、該センサと該センサから縦方向に間隔を置いて配置された回転ロータ（３０）との間のそれぞれ第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）を測定するように作動可能であり、該装置がさらに、
前記ロータ（３０）の周辺部に取付けられたタービンブレード（３４）と、
前記ブレード（３４）の半径方向外側ブレード先端（８２）と、
前記ブレード先端（８２）を囲む環状ステータシュラウド（７２）と、を含み、
前記第１及び第２のセンサ（２、３）が、該センサと前記ブレード先端（８２）との間の第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）を測定するように作動可能である、
ことを特徴とする装置。
【請求項７】
回転ロータ（３０）と前記ロータを囲むステータ（７２）と間の間隙（ＣＬ）を、少なくとも縦方向及び横方向に間隔を置いて配置された第１及び第２のセンサ（２、３）を有する少なくとも１つのマルチセンサ間隙プローブ（１）を使用して該第１及び第２のセンサ（２、３）と前記回転ロータ（３０）との間のそれぞれ少なくとも第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）を測定することによって判定するステップを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記測定するステップが、前記センサと前記ロータ（３０）の周辺部に取付けられたタービンブレード（３４）の半径方向外側ブレード先端（８２）との間の第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）を測定するステップを含む、
ことをさらに特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）に少なくとも部分的に基づいて、前記ブレード先端（８２）の高さ（Ｈ）における変化を判定するステップをさらに含む、
ことを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ブレード先端（８２）の高さ（Ｈ）における変化の判定から摩擦を判定するステップをさらに含む、
ことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）に少なくとも部分的に基づいて、熱制御空気（３６）を調整するステップと、
前記熱制御空気（３６）を能動間隙制御システム（１２）内において使用して、前記タービンブレード（３４）のブレード先端（８２）と前記ブレード先端（８２）を囲む環状ステータシュラウド（７２）との間のタービンブレード先端間隙（ＣＬ）を制御するようにするステップと、をさらに含む、
ことを特徴とする、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記熱制御空気（３６）を調整するステップが、所望のブレード先端間隙と、前記第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）に少なくとも部分的に基づいて測定先端間隙を前記所望のブレード先端間隙と比較するステップとにさらに基づいており、
前記熱制御空気（３６）を調整するステップが、計算瞬時ブレード先端間隙と、前記測定先端間隙及び／又は計算瞬時ブレード先端間隙を前記所望のブレード先端間隙と比較するステップとにさらに基づいており、
前記計算瞬時ブレード先端間隙を第１のエンジン運転パラメータの組に基づくものとするステップと、
前記所望のブレード先端間隙を第２のエンジン運転パラメータの組に基づくものとするステップと、を含む、
ことをさらに特徴とする、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のエンジン運転パラメータの組が、ロータ及びステータ時定数、測定コアロータ速度、空気流量、温度及び圧力、スロットル動作後経過時間、並びに高度を含む第１の群から選択され、
前記第２のエンジン運転パラメータの組が、測定コアロータ速度（Ｎ２）、周囲条件の全大気温度、並びに高度を含む第２の群から選択される、
ことをさらに特徴とする、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）に基づいてロータ中心線オフセット（１２０）を判定するステップをさらに含む、
ことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１】
少なくとも１つのマルチセンサ間隙プローブ（１）と、
前記間隙プローブ（１）内の少なくとも第１及び第２のセンサ（２、３）と、を含み、
前記第１及び第２のセンサ（２、３）が、縦方向及び横方向に間隔を置いて配置され、
前記第１及び第２のセンサ（２、３）が、該センサと該センサから縦方向に間隔を置いて配置された回転ロータ（３０）との間のそれぞれ第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）を測定するように作動可能である、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ロータ（３０）の周辺部に取付けられたタービンブレード（３４）と、
前記ブレード（３４）の半径方向外側ブレード先端（８２）と、
前記ブレード先端（８２）を囲む環状ステータシュラウド（７２）と、を含み、
前記第１及び第２のセンサ（２、３）が、該センサと前記ブレード先端（８２）との間のそれぞれ第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）を測定するように作動可能である、
ことをさらに特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記ブレード先端（８２）が、半径方向外向きに向いた壁（１３１）から半径方向外向きにかつ該半径方向外向きに向いた壁の周りで円周方向に延びてその中にスキーラ先端空洞（１３３）を形成したスキーラ先端壁（１２９）を有するスキーラ先端であり、
前記第１及び第２のセンサ（２、３）が、該センサと前記半径方向外側ブレード先端（８２）のスキーラ先端壁（１２９）の頂部（１３７）との間のそれぞれ
第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）を測定するようにさらに作動可能である、
ことをさらに特徴とする、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記第１及び第２のセンサ（２、３）が、該センサと前記半径方向外向きに向いた壁（１３１）との間のそれぞれ第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）を測定するようにさらに作動可能である、
ことをさらに特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ブレード先端（８２）と前記ステータシュラウド（７２）との間の間隙（ＣＬ）を調整するために使用する熱制御空気（３６）を制御する空気弁（４４）を含み、
前記第１及び第２のセンサ（２、３）が、制御装置（４８）に作動可能に接続されて、前記第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）を示す信号を該制御装置（４８）に送信するようになっており、
前記制御装置（４８）が、前記空気弁（４４）に作動可能に接続されて、該空気弁（４４）を調整しかつ開閉する、
ことをさらに特徴とする、請求項２記載の装置。
【請求項６】
装置であって、
少なくとも第１及び第２の角度的に間隔を置いて配置されたマルチセンサ間隙プローブ（Ｐ１、Ｐ２）と、
前記間隙プローブ（１）の各々内の少なくとも第１及び第２のセンサ（２、３）と、を含み、
前記第１及び第２のセンサ（２、３）が、縦方向及び横方向に間隔を置いて配置され、
前記第１及び第２のセンサ（２、３）が、該センサと該センサから縦方向に間隔を置いて配置された回転ロータ（３０）との間のそれぞれ第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）を測定するように作動可能であり、該装置がさらに、
前記ロータ（３０）の周辺部に取付けられたタービンブレード（３４）と、
前記ブレード（３４）の半径方向外側ブレード先端（８２）と、
前記ブレード先端（８２）を囲む環状ステータシュラウド（７２）と、を含み、
前記第１及び第２のセンサ（２、３）が、該センサと前記ブレード先端（８２）との間の第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）を測定するように作動可能である、
ことを特徴とする装置。
【請求項７】
回転ロータ（３０）と前記ロータを囲むステータ（７２）と間の間隙（ＣＬ）を、少なくとも縦方向及び横方向に間隔を置いて配置された第１及び第２のセンサ（２、３）を有する少なくとも１つのマルチセンサ間隙プローブ（１）を使用して該第１及び第２のセンサ（２、３）と前記回転ロータ（３０）との間のそれぞれ少なくとも第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）を測定することによって判定するステップを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記測定するステップが、前記センサと前記ロータ（３０）の周辺部に取付けられたタービンブレード（３４）の半径方向外側ブレード先端（８２）との間の第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）を測定するステップを含む、
ことをさらに特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）に少なくとも部分的に基づいて、前記ブレード先端（８２）の高さ（Ｈ）における変化を判定するステップをさらに含む、
ことを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ブレード先端（８２）の高さ（Ｈ）における変化の判定から摩擦を判定するステップをさらに含む、
ことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）に少なくとも部分的に基づいて、熱制御空気（３６）を調整するステップと、
前記熱制御空気（３６）を能動間隙制御システム（１２）内において使用して、前記タービンブレード（３４）のブレード先端（８２）と前記ブレード先端（８２）を囲む環状ステータシュラウド（７２）との間のタービンブレード先端間隙（ＣＬ）を制御するようにするステップと、をさらに含む、
ことを特徴とする、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記熱制御空気（３６）を調整するステップが、所望のブレード先端間隙と、前記第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）に少なくとも部分的に基づいて測定先端間隙を前記所望のブレード先端間隙と比較するステップとにさらに基づいており、
前記熱制御空気（３６）を調整するステップが、計算瞬時ブレード先端間隙と、前記測定先端間隙及び／又は計算瞬時ブレード先端間隙を前記所望のブレード先端間隙と比較するステップとにさらに基づいており、
前記計算瞬時ブレード先端間隙を第１のエンジン運転パラメータの組に基づくものとするステップと、
前記所望のブレード先端間隙を第２のエンジン運転パラメータの組に基づくものとするステップと、を含む、
ことをさらに特徴とする、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のエンジン運転パラメータの組が、ロータ及びステータ時定数、測定コアロータ速度、空気流量、温度及び圧力、スロットル動作後経過時間、並びに高度を含む第１の群から選択され、
前記第２のエンジン運転パラメータの組が、測定コアロータ速度（Ｎ２）、周囲条件の全大気温度、並びに高度を含む第２の群から選択される、
ことをさらに特徴とする、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも第１及び第２の距離（Ｄ１、Ｄ２）に基づいてロータ中心線オフセット（１２０）を判定するステップをさらに含む、
ことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【公開番号】特開２００８−３０３８７３（Ｐ２００８−３０３８７３Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００８−６８６８５（Ｐ２００８−６８６８５）
【出願日】平成２０年３月１８日（２００８．３．１８）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６８６８５（Ｐ２００８−６８６８５）
【出願日】平成２０年３月１８日（２００８．３．１８）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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