JP2012237754A - 高迎角プロセスパラメータセンサのための方法及びアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】プロセスパラメータを検知するための方法及びアセンブリを提供する。
【解決手段】検知アセンブリは１００、基部１０２及びセンサアセンブリ１０４を含む。センサアセンブリは、検知素子１０６と、第１流路１０８と、第２流路１１０を含む。第１流路は、合流区間と、直線区間と、旋回区間を含み、旋回区間は、この旋回区間に流入する流れから粒子を分離させるように構成された旋回半径を有しており、第２流路は、検知素子の下流に低圧領域を生成するように構成される。検知アセンブリは更に、基部とセンサアセンブリとの間に延在する延伸部材１１２も含む。
【選択図】図１

Description

本発明の分野は主に、プロセスパラメータ検知装置に関し、より具体的には、プロセスパラメータを検知するアセンブリ及び方法に関する。

少なくとも幾つかの周知の全大気温度（ＴＡＴ）センサでは、高迎角で正確な測定能力を維持する能力が限られている。気流をセンサの検知素子に誘導する翼では、迎角が増大して例えば±１５度等の特定の角度超えると、翼上で流れ剥離が生じる可能性がある。この剥離によって、極端な復帰誤差と対流膜変動が生じる可能性がある。

米国特許第５４８４１２２号

一実施形態において、検知アセンブリは、基部とセンサアセンブリを含む。センサアセンブリは、検知素子と、第１流路と第２流路を含む。第１流路は、合流区間と、直線区間と、旋回区間を含み、旋回区間は、この旋回区間に流入する流れから粒子を分離するように構成された旋回半径を有しており、第２流路は、検知素子の下流に低圧領域を生成するように構成される。検知アセンブリは、基部とセンサアセンブリとの間に延在する延伸部材も含む。

別の実施形態において、プロセスパラメータを検知する方法は、第１翼体と中心翼体との間に画定された第１流路によって流体流を誘導するステップと、第２翼体と中心翼体との間に画定された第２流路によって流体流を誘導するステップと、第１流路中の流体流を旋回させて、第１流路中の流体流を分離し、第１の流れが第２の流れよりも比較的少ない粒子を有するようにするステップと、第１の流れをセンサ素子に向かわせるステップと、を含む。

また別の実施形態において、プロセス検知システムは、基部から平行に延在する、流路によって隔てられた第１延伸部材及び第２延伸部材と、この第１及び第２延伸部材の間に延在するセンサアセンブリとを含む。センサアセンブリは、中心翼体と、この中心翼体の下流に位置するセンサ素子と、第１流路によって中心翼体から離間された第１翼体であって、中心翼体に対向する凹面を含む第１翼体と、第２流路によって中心翼体から離間された第２翼体であって、中心翼体に対向する凸面を含む第２翼体と、を含む。

本発明の一実施例による、検知アセンブリの斜視図である。 図１にも示す線２−２に沿った、図１に示す延伸部材の平面図である。 図１にも示す線３−３に沿った、図１に示すセンサアセンブリの側面図である。 プロセスパラメータを検知する方法のフロー図である。

図１から４は、本明細書に記載の方法及びアセンブリの実施例を示す。

下記の詳細な説明では、限定目的ではなく例示目的において、本発明の実施形態を説明する。産業用途、商業用途、及び居住用途のプロセスパラメータ検知の分析的及び系統的な実施形態に、本発明が幅広い用途を有することを意図している。

本明細書で用いる際、単数形で不定冠詞を伴って列挙される要素又はステップは、別途明記しない限り、複数の要素又はステップを排除しないものと理解されたい。また、本発明の「一実施形態」とは、列挙した特徴を組み込んだ更なる実施形態の存在を排除するものと解釈することを意図したものではない。

本発明の実施形態では、±３０°の迎角範囲を超えても正確に動作可能な、ガスタービンエンジンファン入口温度センサについて記載する。本明細書に記載のファン入口温度センサでは、ファン入口の壁から延在する延伸部材用に対称翼を使用しているが、本発明の実施形態が対称翼のみに限定されることはない。迎角の大きい延伸部材翼上の流れ剥離によって、極端な復帰誤差、時間応答、及び対流膜変動が生じることがある。流れ剥離の制御は、特に高マッハ数での安定したセンサ性能において重要である。本発明の実施形態では、丸みを帯びた先端形状を有する「Ｖ字」路を用いて、検知素子に到達する気流を直線にする。

この「Ｖ字」路によって、空気が検知素子に直接衝突することになるが、翼が対称的なので、気流は迎角が約±５０°に到達するまで「Ｖ字」路の壁に吸い付いたままになる。流路には、高圧領域と低圧領域が生じる。この圧力差によって、気流の方向が変わる。この方向変更によって、大きな水粒子及び塵粒子による直接的な影響を検知素子が受けないようにできる。水及び塵の質量は大きいので、これらの粒子の運動量に因って、気流が形成可能なような急峻な旋回を形成することができなくなる。気流が旋回して、水及び塵が気流から分離した後、気流は検知素子上方の外鞘部へと導かれる。この外鞘部は、検知素子の周りの気流速度を減少させ、この気流速度の減少によって、気温をほぼ真の全温度まで上昇させる。その後、空気の検知温度と真の全温度との差を用いて、センサの復帰誤差を計算する。外鞘部は、検知素子の外側の対流膜を大きく均一にする一助となる。このように対流膜が大きく均一であると、検知素子の過渡応答が減少すると同時に、励起誤差及び伝導誤差も減少する。気流を検知素子に向かって推進する圧力差が、３つの比較的小さい翼を用いて生成される。

ファン入口温度検知素子は、エンジン入口全大気温度を測定する測温抵抗体（ＲＴＤ）である。これは、気温変化に比例して抵抗が変化する、密封された、２素子型の電気装置である。両方の素子からの信号は、フルオーソリティデジタルエンジン制御（ＦＡＤＥＣ）に送られる。単一の電気コネクタで電気インターフェースを提供する。センサアセンブリは、使用時にセンサアセンブリハウジング上に氷が形成されないように、電気防氷システムによって給電される電気ヒータを使用する。様々な実施形態において、センサアセンブリは、硬化インコネル７１８から成り、砂及び塵粒子の衝突に曝されたときに損傷を受けない、十分に硬質なものである。砂及び塵の衝突の影響を最も受け易い領域である検知素子は、センサアセンブリの中心翼体によって保護されている。水及び砂粒子は全て、翼の設計により分離される。

図１は、本発明の一実施例による、検知アセンブリ１００の斜視図である。本実施例において、検知アセンブリ１００は、基部１０２及びセンサアセンブリ１０４を含む。センサアセンブリ１０４は、検知素子１０６（図１では図示せず）、第１流路１０８、及び第２流路１１０を含む。センサアセンブリ１０４は、基部１０２とセンサアセンブリ１０４との間に延在する延伸部材１１２も含む。基部１０２は、フランジ１１４及びボス１１６を含む。フランジ１１４は、検知アセンブリ１００を、例えばガスタービンエンジンの入口ダクト等、プロセス導管の壁に結合させるように構成されている。ボス１１６は、検知アセンブリ１００内の電気部品を電源及び／又は制御装置（図示せず）に結合できるようにするための配線を収容するように構成されている。コネクタハウジング１１８は、ボス１１６と嵌合するように構成されている。コネクタハウジング１１８はコネクタ１２０を含み、このコネクタ１２０を介して、ワイヤーがコネクタハウジング１１８からケーブル（図示せず）まで延びている。

図２は、線２−２（図１に示す）に沿った、延伸部材１１２（これもまた図１に示す）の平面図である。本実施例において、延伸部材１１２は、第１脚部２０２と、この第１脚部２０２との間に流路２０６を画定する第２脚部２０４を含む。流路２０６は、直線区間２１０に対して上流に、Ｖ字路合流区間２０８を含む。流体流２１２は、Ｖ字路合流区間２０８に進入して、直線区間２１０に向かって加速する。

図３は、線３−３（図１に示す）に沿った、センサアセンブリ１０４（これもまた図１に示す）の側面図である。本実施例において、センサアセンブリ１０４は、第１翼体３０２、第２翼体３０４、及び中心翼体３０６を含む。また、本実施例において、第１翼体３０２、第２翼体３０４、及び中心翼体３０６は、延伸部材１１２に対して直角に延在する。一実施形態では、延伸部材１１２が、使用のために適切に設置されると垂直に向き、第１翼体３０２、第２翼体３０４、及び中心翼体３０６は、使用のために適切に設置されると、実質的に水平に向く。但し、動作時、用途によっては、検知アセンブリ１００を、垂直及び水平の向きに対して延伸部材１１２、第１翼体３０２、第２翼体３０４、及び中心翼体３０６の向きを変化させる、ピッチ角で動作させてもよい。加えて、動作条件によっては、最大約５０°の上昇及び下降（ピッチ）及び／又はセンサアセンブリ１０４の周りの回転（ヨー）を含む、様々な角度でセンサアセンブリ１０４に気流を進入させる。

センサアセンブリ１０４は、検知素子１０６と、この検知素子１０６を少なくとも部分的に包囲する鞘部３０８を、更に含む。本実施例において、検知素子１０６は実質的に円筒形の本体を有し、鞘部３０８も実質的に円筒形である。検知素子１０６の外面３１０と鞘部３０８の内面３１２の間には、間隙３１４が画定される。鞘部３０８の第１上流開口部３１６によって、間隙３１４への流体の流入が可能になり、鞘部３０８の第２下流開口部３１８によって、間隙３１４からの流体の排出が可能になる。

第１翼体３０２は、「Ｊ」の字の長い方の脚部３２０が流体流の方向に向けて位置合わせされ、短い方の脚部３２２が第２翼体３０４に向かって配向された、実質的にＪ字型の断面を含む。第１翼体３０２は、中心翼体３０６に対向する凹面を含む。第２翼体３０４は、三角形の頂点３２４が検知素子１０６及び鞘部３０８に近接した、三角形の断面を含む。第２翼体３０４は、中心翼体３０６に対向する凸面を含む。中心翼体３０６は、中心翼体３０６の頂点３２６が流体流の方向に位置合わせされた、実質的に二等辺三角形を含む。

第１翼体３０２及び中心翼体３０６は、第１流路１０８が合流区間３２８、直線区間３３０、及び旋回区間３３２を含むように、第１流路１０８を画定する。旋回区間３３２は、旋回区間３３２に流入する流れ３３６から粒子を分離させるように構成された、旋回半径３３４を含む。流れ３３６が旋回区間３３２に流入して旋回し始めると、その推力に因って、粒子、水滴、及び氷が、流体自体ほどの速さでは旋回できなくなる。このようにして、流れ３３６は、粒子担持ストリーム３３８と粒子低減ストリーム３４０とに分離される。粒子担持ストリーム３３８は、鞘部３０８と第１翼体３０２との間を通過するので、間隙３１４中に流入したり検知素子１０６に衝突したりすることはない。粒子低減ストリーム３４０を十分に旋回させて上流開口部３１６へと導くことで、検知素子１０６でこれを測定することができる。流路１０８の形状に因って旋回区間３３２内に発生した比較的高圧の領域３４２により、流れ３３６を開口部３１６内に導入し易くなる。領域３４２は、旋回区間３３２中の検知素子１０６よりも上流で発生する。

第２翼体３０４と中心翼体３０６との間には、第２流路１１０が画定される。第２流路１１０は、検知素子１０６の下流に低圧領域３４４を生じるように構成される。

図４は、プロセスパラメータを検知する方法４００のフロー図である。本実施例において、方法４００は、第１翼体と中心翼体との間に画定された第１流路によって流体流を誘導するステップ４０２と、第２翼体と中心翼体との間に画定された第２流路によって流体流を誘導するステップ４０４と、第１流路内の流体流を旋回させて、第１流路中の流体流を分離し、第１の流れが第２の流れよりも比較的少ない粒子を有するようにするステップ４０６と、第１の流れをセンサ素子へと導くステップ４０８とを含む。方法４００は任意で、第１流路内に比較的高圧の領域を生成するステップ及び／又は第２流路内に比較的低圧の領域を生成するステップを含む。様々な実施形態において、方法４００は、センサ素子付近で第１流路を出る流体流の速度を低減するステップを含む。更に別の実施形態では、第１流路を出る流体流の速度を、センサ素子を包囲する鞘部を用いて、センサ素子付近で低減する。方法４００は、第１流路を出る流体流を、センサ素子を包囲する鞘部の開口部へと導くステップも含んでもよい。

本明細書で使用する際、プロセッサという用語は、中央演算処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、及び本明細書に記載される機能を実行可能なその他いずれかの回路又はプロセッサを指す。

本明細書で使用する際、「ソフトウェア」及び「ファームウェア」という用語は同義であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、及び不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含む、メモリに格納されてプロセッサにより実行されるいずれのコンピュータプログラムも含む。上記のメモリの種類はあくまでも例示なので、コンピュータプログラムの格納に使用可能なメモリの種類について限定するものではない。

上記の詳説から明らかなように、本開示の上述の実施形態は、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、又はそのいずれかの組み合わせ又は小集合を含む、コンピュータプログラミング又はエンジニアリング技術を用いて実装可能であり、その技術的効果は、測定される気流中の粒子の分離を維持しながら、高迎角の条件下でプロセスパラメータを検知することである。コンピュータ可読コード手段を有する、このようないずれの結果的に得られるプログラムも、１つ以上のコンピュータ可読媒体において実装又は提供可能であり、これによって、本開示で論じた実施形態によるコンピュータプログラム製品、即ち製造物を製造できる。コンピュータ可読媒体は、例えば、固定（ハード）ドライブ、ディスケット、光ディスク、磁気テープ、読取専用メモリ（ＲＯＭ）等の半導体メモリ、及び／又はインターネット又はその他の通信ネットワーク又はリンク等のいずれかの送受信媒体であってもよいが、これらに限定されない。コンピュータコードを含む製品は、１つの媒体から直接コードを実行することによって、１つの媒体から別の媒体にコードを複製することによって、又はネットワークを通じてコードを送信することによって、作製及び／又は使用可能である。

プロセスパラメータを検知するための方法及びアセンブリの上述の実施形態は、水及び／又は氷がセンサに直接衝突すること、迎角、及び時間応答の影響を低減する、コスト効果及び信頼性の高い手段を提供する。より具体的には、本明細書に記載の方法及びアセンブリは、流体流から水及び／又は氷を分離し易くする。加えて、上述の方法及びアセンブリでは、プロセスセンサアセンブリ内の部品を動かすことなく、流体流の低速部分のサンプリングを容易に行える。その結果、本明細書に記載の方法及びアセンブリにより、高いコスト効果及び信頼性で、プロセスのパラメータを測定できる。

本明細書では、最適な態様を含め、例を用いて本発明を開示しており、これによって当業者は、任意の装置又はシステムの作製及び使用、並びに任意の付随の方法の実行を含め、本発明を実施できる。本発明の特許請求の範囲は、請求項に定義されており、当業者に想到されるその他の例も含んでいる。こうしたその他の例は、請求項の文言と相違ない構成要素を有する場合、又は請求項の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を有する場合、特許請求の範囲に含まれるものとする。

１００ 検知アセンブリ
１０２ 基部
１０４ センサアセンブリ
１０６ 検知素子
１０８ 流路
１１０ 流路
１１２ 延伸部材
１１４ フランジ
１１６ ボス
１１８ コネクタハウジング
１２０ コネクタ
２０２ 第１脚部
２０４ 第２脚部
２０６ 流路
２０８ Ｖ字路区間
２１０ 直線区間
２１２ 流体流
３０２ 翼体
３０４ 翼体
３０６ 中心翼体
３０８ 鞘部
３１０ 外面
３１２ 内面
３１４ 間隙
３１６ 上流開口部
３１８ 下流開口部
３２０ 長い方の脚部
３２２ 短い方の脚部
３２４ 頂点
３２６ 頂点
３２８ 合流区間
３３０ 直線区間
３３２ 旋回区間
３３４ 半径
３３６ 流れ
３３８ 粒子担持ストリーム
３４０ 粒子低減ストリーム
３４２ 領域
３４４ 低圧領域
４００ 方法
４０２ 誘導ステップ
４０４ 誘導ステップ
４０６ 旋回ステップ
４０８ 配向ステップ

Claims (9)

1. 基部（１０２）と、
   センサアセンブリ（１０４）と、
   を含む、検知アセンブリ（１００）であって、
   前記センサアセンブリが、
   センサ（１０６）と、
   第１流路（１０８）であって、合流区間（３２８）、直線区間（３３０）、及び旋回区間（３３２）を含み、前記旋回区間は、前記旋回区間に流入する流れ（３３６）から粒子を分離させるように構成された旋回半径（３３４）を有する、第１流路（１０８）と、
   前記センサの下流に低圧領域（３４４）を生成するように構成される第２流路（１１０）と、
   前記基部と前記センサアセンブリとの間に延在する延伸部材（１１２）と、を含む、
   検知アセンブリ。
2. 前記延伸部材が、第１脚部（２０２）と、前記第１脚部との間に第三流路（２０６）を画定する平行な第２脚部（２０４）とを含み、前記第三流路は、合流区間（３２８）と直線区間（２１０）を有する、請求項１に記載の検知アセンブリ。
3. 各脚部の断面が、前記第三流路の中心線について互いに対して対称的である、請求項２に記載の検知アセンブリ。
4. 前記センサアセンブリの前記センサが、検知素子と、前記検知素子を少なくとも部分的に包囲する鞘部とを更に含む、請求項１に記載の検知アセンブリ。
5. 前記センサアセンブリの前記センサが、前記検知素子と、前記鞘部の周りで円周方向に離間した流入口（３１６）及び流出口（３１８）を含む鞘部（３０８）とを更に含む、請求項１に記載の検知アセンブリ。
6. 前記第１流路（１０８）が、第１翼体（３０２）と中心翼体（３０６）とによって画定される、請求項１に記載の検知アセンブリ。
7. 前記第１翼体及び中心翼体が各々、前記延伸部材に対して直角に延在している、請求項６に記載の検知アセンブリ。
8. 前記第１翼体がＪ字型断面を含む、請求項６に記載の検知アセンブリ。
9. 前記第２流路（１１０）が第２翼体（３０４）と中心翼体とによって画定され、各翼体が前記延伸部材に対して直角に延在している、請求項１に記載の検知アセンブリ。

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