JP2002322918A - ガスタービンエンジンを運転する方法及び装置 - Google Patents
ガスタービンエンジンを運転する方法及び装置Info
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Abstract
組立体(18)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(110)を含むガスタービンエン
ジンを提供する。 【解決手段】 複数の空洞(100)が、多段ロータ組
立体内に形成される。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、エンジンの外側ケーシング(72)か
ら各空洞まで延びる複数の支持案内管(120)を含
む。温度センサ(121)は、案内管を通して挿入さ
れ、各空洞内に位置決めされる。
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
れ、加圧された空気が低圧圧縮機12から高圧圧縮機1
4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。
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。
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。
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。
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。
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。
8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。空洞10
2、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。
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。
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。
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12
2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。
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1
40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14
2の間に配置された追加の案内管144を含む。
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。
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1
42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。
54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。
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1
10から取り外すことができる。
0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14
0内に捕捉されて、次の案内管120に向かって導かれ
る。
140を通して挿入されると、センサ121は隙間15
2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。
トッパ160に接触するまで挿入される。ストッパ16
0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。
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。
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。
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。
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。
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1
21に生じる応力を減少させることができる。
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。
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。
る温度センサ装置の概略側面図。
ンブリの1部の拡大図。
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
Claims (20)
- 【請求項1】 ロータ組立体(18)及び該ロータ組立
体の内部に形成された少なくとも1つの空洞(100)
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、 該ガスタービンエンジンの運転中に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2】 温度をモニターする前記段階は、支持装
置(120)及び該支持装置内の温度センサを含む温度
センサアセンブリ(110)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1に記載の方法。 - 【請求項3】 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(10
0)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1に記載の方法。 - 【請求項4】 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1に記載の方法。 - 【請求項5】 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1に記載の方法。 - 【請求項6】 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、を含むことを特徴とする温度セ
ンサアセンブリ(110)。 - 【請求項7】 前記支持装置(120)は、複数の管を
含むことを特徴とする、請求項6に記載の温度センサア
センブリ(110)。 - 【請求項8】 前記支持装置の管(120)の各々は、
第1端(122)及び第2端(124)を含み、前記管
の第1端及び前記管の第2端の少なくとも1つは外開き
に広がっていることを特徴とする、請求項7に記載の温
度センサアセンブリ(110)。 - 【請求項9】 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7に記載
の温度センサアセンブリ(110)。 - 【請求項10】 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6に記載の温度センサアセンブリ(11
0)。 - 【請求項11】 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6に記載の温度セン
サアセンブリ(110)。 - 【請求項12】 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、を含むこと
を特徴とするガスタービンエンジン(10)。 - 【請求項13】 前記温度センサアセンブリ(110)
は、 前記ガスタービンエンジンに装着されて、前記ロータ組
立体(18)を貫いて前記ロータ組立体の空洞(10
0)まで半径方向内方に延びる支持装置(120)と、 該支持装置を通して挿入され、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センサ(121)
と、を含むことを特徴とする、請求項12に記載のガス
タービンエンジン(10)。 - 【請求項14】 前記温度センサアセンブリの支持装置
(120)は、複数の管を含むことを特徴とする、請求
項13に記載のガスタービンエンジン(10)。 - 【請求項15】 前記温度センサアセンブリの支持装置
の管(120)の各々は、第1端(122)及び第2端
(124)を含み、前記管の第1及び第2端の少なくとも
1つは外開きに広がっていることを特徴とする、請求項
14に記載のガスタービンエンジン(10)。 - 【請求項16】 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14に記載のガスタービンエンジン
(10)。 - 【請求項17】 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14に記載のガスター
ビンエンジン(10)。 - 【請求項18】 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14に記載のガスタービンエン
ジン(10)。 - 【請求項19】 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(1
00)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14に記載のガスタービンエンジン(1
0)。 - 【請求項20】 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14に記載のガスタービンエ
ンジン(10)。
Applications Claiming Priority (2)
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US09/801121 | 2001-03-07 | ||
US09/801,121 US6546735B1 (en) | 2001-03-07 | 2001-03-07 | Methods and apparatus for operating turbine engines using rotor temperature sensors |
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