JP2022515195A - Ｓａｗ又はｂａｗデバイスを有するターボマシン、測定配設及び設置方法 - Google Patents

Abstract

回転機械のロータにおける環境パラメータを測定するための配設が開示される。いくつかの実施形態によれば、測定されるパラメータは温度であり、監視するマシンは、ターボマシンである。この配設は、少なくとも、アンテナ（５２０）と電気的に結合されたＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（５１２）と、パラメータ感知インピーダンスデバイス（５３２）と、ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（５１２）をそれぞれインピーダンスデバイス（５３２）及び短絡回路（５５０）若しくは開回路、又は整合インピーダンスデバイスと電気的に結合する２つの同一のケーブル（５４２、５４４）と、を含む。ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（５１２）は、ロータの第１のゾーン内に位置し、一方、パラメータ感知インピーダンスデバイス（５３２）は、ロータの第１のゾーンから離れたロータの第２のゾーンに位置する。質問器は、アンテナ（５２０）を通じてＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（５１２）にＲＦ信号を送信することによって、環境パラメータ値を取得することができる。【選択図】図５

Description

本明細書に開示される主題は、ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスを有するターボマシン、測定配設及び設置方法に関する。

ターボマシン、例えばガスタービンエンジンでは、特にその運転中に、１つ以上の環境パラメータ、例えば温度を監視する必要がある。

回転機械のロータで環境パラメータ、例えばロータのゾーンの温度を監視することは、第１のパラメータが測定されなければならず、次いで測定値がロータから例えば電子監視ユニットに移送される必要があるため、困難である。したがって、過去に無線通信技術が使用されてきた。

既知のように、ＳＡＷ（＝表面音響波）及びＢＡＷ（＝バルク音響波）デバイスは、受動無線通信に好適な環境パラメータセンサとして使用されてもよく、質問器が適切な質問ＲＦ信号をこのようなデバイスに送信する場合、センサは、応答ＲＦ信号を返し、質問信号と応答信号との間の差は、デバイスによって検出される環境パラメータの値に依存する（ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスは、例えば温度などの特定の環境パラメータを検出するように設計されてもよい）。

ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスを、ターボマシンのロータを監視するための受動通信パラメータセンサとして使用する試みが過去に行われた。

しかしながら、非常に迅速に（例えば、最大２０，０００ｒｐｍ）回転し、高振動及び／又は高加速力及び／又は高温（例えば、最大１，０００℃）及び／又は高圧（例えば、最大２００ａｔｍ）及び／又は強力ガスで動作する、「石油及びガス」の分野で使用されるターボマシンのようなターボマシン内のＳＡＷ又はＢＡＷデバイスを通じた正確な測定及び信頼性の高い通信を達成することは容易ではない。更に、このようなターボマシンの全て又はほとんど全ての構成要素は金属製であり、これは、質問器とトランスポンダとの間、すなわちＳＡＷ又はＢＡＷデバイスとの間のＲＦ通信を困難にする。

したがって、特にその動作中、正確かつ確実に、ターボマシンのロータで１つ以上の環境パラメータを監視することが可能であることが望ましい。

一態様によれば、本明細書に開示される主題は、ロータ及びステータを備えるターボマシンに関し、ロータは、互いに離れている低温ゾーン及び高温ゾーンを有し、ターボマシンは、アンテナと電気的に結合され、かつ低温ゾーン内に位置するＳＡＷ又はＢＡＷデバイスと、高温ゾーン内に位置する少なくとも１つの温度感知インピーダンスデバイスと、ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスと少なくとも１つの温度感知インピーダンスデバイスとを電気的に結合する少なくとも１つの第１のケーブルと、少なくともある時間間隔の間、ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスのアンテナに近接したステータ上に位置するアンテナを有する質問器と、を更に備え、加えて、第１のケーブルは、ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスと温度感知インピーダンスデバイスとを電気的に結合し、ターボマシンは、第１のケーブルと同一の第２のケーブルを更に備え、第２のケーブルは、第１の端部でＳＡＷデバイスと電気的に結合され、第２の端部で短絡若しくは開放されるか、又は整合インピーダンスデバイスと結合されている。

別の態様によれば、本明細書に開示される主題は、回転機械、特にターボマシンのロータで環境パラメータを測定するための配設に関するものであり、配設は、アンテナと電気的に結合され、かつロータの第１のゾーン内に位置するように配設されたＳＡＷ又はＢＡＷデバイスと、ロータの第１のゾーンから離れたロータの第２のゾーンに位置するように配設された少なくとも１つのパラメータ感知インピーダンスデバイスと、ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスと少なくとも１つのパラメータ感知インピーダンスデバイスとを電気的に結合する少なくとも１つの第１のケーブルと、を備え、加えて、第１のケーブルは、ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスと温度感知インピーダンスデバイスとを電気的に結合し、この配設は、第１のケーブルと同一の第２のケーブルを更に備え、第２のケーブルは、第１の端部でＳＡＷデバイスと電気的に結合され、第２の端部で短絡若しくは開放されるか、又は整合インピーダンスデバイスと結合されている。

更に別の態様によれば、本明細書に開示される主題は、回転機械、特にターボマシンのロータで測定配設を設置するための方法に関し、この方法は、Ａ）ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス及び関連付けられたアンテナをロータの第１のゾーンに固定するステップと、Ｂ）ロータの第１のゾーンから離れたロータの第２のゾーン内に、少なくとも１つのパラメータ感知インピーダンスデバイスを固定するステップと、Ｃ）少なくとも１つの第１のケーブル、特に同軸ケーブルを、第１のゾーンから第２のゾーンまで延伸するように、ロータに固定するステップと、Ｄ）ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスを、第１のケーブルの第１の端部に、少なくとも１つのパラメータ感知インピーダンスデバイスを第１のケーブルの第２の端部に電気的に結合するステップと、Ｅ）第２のケーブル、特に同軸ケーブルを、第１のゾーンから第２のゾーンまで延伸するように、ロータに固定するステップと、Ｆ）ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスを第２のケーブルの第１の端部に、短絡回路を第２のケーブルの第２の端部に電気的に結合するステップと、を含む。

本発明の開示された実施形態、及びその付随する利点の多くのより完全な理解は、添付図面と関連して考慮されるときに、以下の詳細な説明を参照することによって、より良く理解されるように、容易に取得されるだろう。
ターボマシン、すなわちガスタービンエンジンの実施形態の概略縦断面図を示す。 図２の第１の部分を詳細に示す。 図２に含まれるロータホイールの詳細な部分斜視図を示す。 図２の第２の部分を詳細に示す。 環境パラメータを測定するための配設の実施形態の概略図を示す。

ターボマシンのロータで１つ以上の環境パラメータを監視するためには、無線通信技術が必要である。

ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（特にＳＡＷデバイス）は、通信中にデバイスとトランスポンダとの間の距離が小さい（例えば、１０ｃｍ未満）場合、トランスポンダとの有効な通信を可能にする。ターボマシンでは、デバイスをそのロータ及びトランスポンダに、それらが良好に通信できるように配置することが可能である。

更に、ターボマシンのロータには、ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスが良好に機能することができる場所が存在する。

しかしながら、ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスの通信及び／又は機能が困難であるか、又は更に不可能である、ターボマシンのロータの場所で、１つ以上のパラメータ、例えば温度を測定することが必要である。

したがって、ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスを少なくとも１つのパラメータ感知インピーダンスデバイスと組み合わせ、ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスが、環境パラメータが測定されるべき位置に置かれている間に、それが通信し、かつ機能することができるように配置され、これらの２つの場所は互いに離れており、非常に遠く（例えば、１０～１００ｃｍ）離れている場合もある。

更に、ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス及びインピーダンスデバイスは、ケーブルを介して電気的に接続されている。ケーブルは、例えば、設置を容易にするために、かつ／又は信頼できる接続を可能にするように、適切にルーティングされてもよい。ケーブルは、測定精度を低下させ得るノイズを捕捉することを回避するために、同軸ケーブルであることが好ましい。

ここで、本開示の実施形態を詳細に参照すると、その１つ以上の実施例が図面に示されている。各実施例は、本開示を限定するものではないが、本開示の説明によって提供される。実際に、本開示の範囲又は趣旨から逸脱することなく、本開示において様々な修正及び変更を行うことができることが、当業者には明らかであろう。本明細書全体を通して「一実施形態」又は「実施形態」又は「いくつかの実施形態」への言及は、一実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、又は特性が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して様々な場所における語句「一実施形態では」又は「実施形態では」という語句の外観は、必ずしも同じ実施形態を指すものではない。更に、特定の特徴、構造、又は特性は、１つ以上の実施形態において任意の好適な方法で組み合わされてもよい。

様々な実施形態の要素を提示する際、冠詞「ａ（１つの）」、「ａｎ（１つの）」、「ｔｈｅ（その）」、及び「ｓａｉｄ（該）」は、要素のうちの１つ以上があることを意味することを意図している。「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、及び「ｈａｖｉｎｇ（有する）」という用語は、非排他的であり、挙げられた要素以外に更に要素があり得ると意味することを意図している。

ここで図面を参照すると、図１は、ガスタービン１１、燃焼器１２、及び圧縮機１３を含むガスタービンエンジン１０を概略的に示す。

ガスタービン１１の第１の部分１１１が強調されている（円を参照されたい）。図２は、部分１１１を詳細に示す。この実施形態によれば、部分１１１はガスタービン１１の中間部である。図３は、図２に含まれるロータホイールの詳細な部分斜視図である。

ガスタービン１１の第２の部分１１２が強調されている（円を参照されたい）。図４は、部分１１２を詳細に示す。この実施形態によれば、部分１１２は軸受が位置するガスタービン１１の端部である。

燃焼器１２の部分１２１が強調されている（円を参照されたい）。この実施形態によれば、部分１２１は、ガスタービン１１のすぐ上流にプレナムにある燃焼器１２の端部である。

図２は、ガスタービンのステージの静止ノズルアセンブリ２１及び回転バケットアセンブリ２２の部分断面図を示す。更なる静止ノズルアセンブリ２３がこのステージの左側に部分的に示され、回転バケットアセンブリ２４がこのステージの右側に部分的に示されている。ロータには、軸方向に離間したロータホイール（例えば、図２の２５及び２６並びに図４の４１）及びスペーサ（例えば、図２の２７）が、例えば、円周方向に離間した、軸方向に延在する複数のボルト（例えば、図２及び図４の２８はボルトのシャンクである）によって接合されている。図示した例では、静止ノズルアセンブリ２１及び静止ノズルアセンブリ２３の各々は、ロータを包囲する複数の円周方向に離間した静止ステータブレードを含む。一般に、タービンでは、静止ノズルアセンブリの間で、ロータと共に回転すると、ロータホイール上にそれぞれ取り付けられたロータブレード又は「バケット」が存在し、図２では、例えば、静止ノズルアセンブリ２１と２２との間には、ロータホイール２５上に取り付けられたロータブレード又は「バケット」２９が存在する（例えば、図３も参照されたい）。

各バケット（例えば、図２の２９及び図４の４２）は、シャンクによって半径方向に支持された翼部分を含む。バケットのダブテール部分（半径方向内側にシャンクへと延在し、図２及び図４に詳細には示されていない）のダブテール部分は、ロータホイールに形成された略対応するダブテール部分（例えば、図３の３１）との接続のために適合される（例えば、図２及び図４を参照されたい）。バケットは、典型的には一体鋳造され、そのシャンクにおいて、隣接するノズルアセンブリ上に形成されたノズルシールランドと協働して、バケット及びロータホイールに半径方向に隣接して位置するホイール空間空洞内への高温燃焼ガスの摂取を制限する、軸方向に突出した内側及び外側エンゼルウィングシールを含む。エンゼルウィングシールとノズルシールランドとを交互にすることによって、また、曲がりくねった又は蛇行した放射状間隙が確立されるようにそれらを位置させることによって、ホイール空間空洞内への高温燃焼ガス侵入が阻害される。高温燃焼ガスの摂取はまた、ホイール空間空洞を通って流れる冷却器パージ空気によっても阻害され、そのうちの一部が間隙を介して出ようとすることを理解されたい。

図３は、例えば、ロータホイール２５の２つの側面３２（図２も参照されたい）及び３３を強調する。これらの表面の各々は、環状であり、表面３２は、「外側表面」であり、表面３３は、表面３２よりもガスタービン１１のシャフトに近い「中間表面」であり、例えば、表面３３よりもガスタービン１１のシャフトにより近い第３の側面、すなわち「内側表面」が存在してもよい（図２及び図３の実施形態を参照すると、中間表面及び内側表面は、例えば、ボルト２８の軸が分配される円周によって分割されてもよい）。

図４は、ロータホイール４１及び関連付けられた回転バケット４２を含むガスタービン１１の最後のステージの回転バケットアセンブリの部分断面図を示す。ロータホイール４１は、ガスタービン１１のシャフト４０に取り付けられている。静止構成要素４３（すなわち、ガスタービン１１のステータの構成要素）は、ロータホイール４１及びシャフト４０に面する。軸受４４は、静止構成要素４３とシャフト４０との間に位置する。

図４は、例えば、ロータホイール４１の３つの側面４１Ａ及び４１Ｂ及び４１Ｃを強調する。表面４１Ａは、環状の「外側表面」（図３の表面３２と同様であってもよい）であり、表面４１Ｂは、表面４１Ａよりもシャフト４０に近い環状の「中間表面」（図３の表面３３と同様であってもよい）であり、表面４１Ｃは、表面４１Ｂよりもシャフト４０に近い円形の「内側表面」であり、シャフト４０のための穴を有する。外側表面及び中間表面は、リブによって分割されてもよい。中間表面と内側表面とは、ボルト２８の軸が分配されている円周によって分割されてもよい。

図４は、例えば、構成要素４３の２つの表面４３Ａ及び４３Ｂを強調する。表面４３Ａは、両方の表面４１Ａ及び４１Ｂに面している（かつ、それに非常に近い）。表面４３Ｂは、シャフト４０の側面の一部分に面している（かつ、それに非常に近い）。表面４３Ａ及び４３Ｂは、表面４３Ｂが表面４３Ａよりも軸受４４に近い場合であっても、（軸受４４の）軸受領域において考慮され得る。以下から明らかになるように、いくつかの異なる実施形態が可能である。したがって、回転機械のロータで環境パラメータを測定するために有利であっても、ロータホイールの表面に近い軸受領域の表面（図４に示すような）は厳密に必要ではない。したがって、回転機械のロータで環境パラメータを測定するために有利であっても、シャフトの表面に近い軸受領域での表面（図４に示すような）が厳密に必要ではない。

図４は、かなり概略的であり、図示された構成要素のサイズ及び位置は、実際の機械を反映しないことに留意されたい。また、例えば、ボルトの詳細を省略する（破線を参照されたい）。

図５は、環境パラメータを測定するための配設５００の例示的な実施形態を示す。ワイヤを介して電気的に接続された第１のＳＡＷ（あるいはＢＡＷ）デバイス５１２と、第２のＳＡＷ（又は代替的にＢＡＷ）デバイス５１４を組み込む電気デバイス５１０が存在し、第１のＳＡＷデバイス５１２は、トランスポンダと通信するためのワイヤを介してアンテナ５２０に電気的に接続され、第２のＳＡＷデバイス５１４は、ワイヤを介して接地５９０に電気的に接続されている。第１及び第２のＳＡＷデバイス５１２及び５１４の各々は、パラメータ感知インピーダンスデバイス、例えば温度感知抵抗器に接続するための第１のポート及び第２のポートを有する。第１のＳＡＷデバイス５１２の第１のポートは、インピーダンスデバイス５３２に電気的に接続されている。第１のＳＡＷデバイス５１２の第２のポートは、短絡回路５５０に電気的に接続されている。あるいは、それは、開回路又は整合インピーダンスデバイス、すなわち、固定インピーダンスデバイスに接続されてもよい。第２のＳＡＷデバイス５１４の第１のポートは、インピーダンスデバイス５３６に電気的に接続されている。第２のＳＡＷデバイス５１４の第２のポートは、インピーダンスデバイス５３８に電気的に接続されている。

本説明では、「ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ（接続）」、「ｃｏｎｎｅｃｔ（ｓ）（接続する）」、及び「ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ／ｅｄ（接続している／された）」という用語は、「ｄｉｒｅｃｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ（直接電気的接続）」、「ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔ（ｓ）（直接電気的に接続する）」及び「ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ／ｅｄ（直接電気的に接続している／された）」を意味しないことに留意されたい。換言すれば、例えば、構成要素Ａが構成要素Ｂに接続されている場合、１つ以上の電気的構成要素が構成要素Ａと構成要素Ｂとの間に配置されてもよく、又はそれ以外の電気的構成要素が構成要素Ａと構成要素Ｂとの間に配置されなくてもよい。しかしながら、特許請求の範囲では、「ｃｏｕｐｌｅ（ｓ）（結合する）」及び「ｃｏｕｐｌｉｎｇ／ｅｄ（結合する／された）」という用語が使用される。

代替的な実施形態によれば、測定配設は、１つのＳＡＷ若しくはＢＡＷデバイス、又は３つ以上のＳＡＷ若しくはＢＡＷデバイスを含んでもよい。

代替的な実施形態によれば、ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスのポートのうちの１つは、未使用のまま、特に接続されていなくてもよい。

図５の実施形態では、ＳＡＷデバイスとパラメータ感知インピーダンスデバイスとの間の接続は、ケーブル、特に２つのワイヤ電気ケーブルを介して行われる。図５は、ケーブル５４２、５４６及び５４８を示す。ケーブル５４２、５４６及び５４８と同一又は同様であるケーブル５４４は、パラメータ感知インピーダンスデバイスへの接続のために使用されない。好ましくは、これらのケーブルは同軸ケーブルである（具体的にはケーブル５４２及び５４４を参照されたい）。

図５の配設は、ターボマシン１０のロータで、環境パラメータ、特に３つのパラメータを測定するように設計されている。電気デバイス５１０は、ロータの第１のゾーン内に位置するように配設され、デバイス５１０を特定の場所に位置させることによって、第１及び第２のＳＡＷデバイス５１２及び５１４の両方は、デバイス５１０のサイズが典型的には５～２０ｍｍであるため、ほぼ同じ位置に位置する。パラメータ感知インピーダンスデバイス５３２、５３６及び５３８は、第１のゾーンから離れたロータの他のゾーンに位置するように配設され、ケーブル５４２、５４６及び５４８は、図５では非常に短いものとして示されているが、それらは典型的には、例えば、１０ｃｍ～１００ｃｍであり、典型的には異なる長さを有する。

図５の実施形態によれば、同軸ケーブル５４２は、金属製の導電性コア５４２Ａであって、セラミック材料で作製された管状電気絶縁層５４２Ｂによって包囲され、好ましくはまた金属製のケーブルのシースである管状導電性シールド５４２Ｃによって包囲されている、導電性コア５４２Ａを備える。コア５４２Ａの金属は、特に、銅又はニッケルである。層５４２Ｂのセラミック材料は、特に、酸化アルミニウム又は酸化マグネシウムなどのセラミック酸化物である。シールド／シース５４２Ｃの金属は、特に鋼であり、より具体的にはステンレス鋼である。第１の端部では、ケーブル５４２が第１のＳＡＷデバイス５１２のポートに（例えば、２本のワイヤを介して）電気的に接続され、一方、第２の端部では、ケーブル５４２がデバイス５３２に（適切に）電気的に接続されている。同様の考慮事項は、デバイス５５０がパラメータ感知インピーダンスデバイスではないことを念頭に置いて、ケーブル５４４、５４６及び５４８に適用することができる。

第１及び第２のＳＡＷデバイス５１２及び５１４は、単一の質問を通じて、図１のターボマシン１０のロータの３つの別個かつ遠隔の場所で３つのパラメータ値、例えば３つの温度値を得ることができるように、単一の質問器によって（適切に）質問されてもよい。これらの３つの場所は、デバイス５３２、５３６及び５３８が位置する場所である。

質問信号が、例えば、ＳＡＷデバイス５１２によって受信されるとき、それは、その出力ポート全て、すなわち、図５の実施形態による２つのポート（右側及び左側の１つ）に「転送される」ことに留意されたい。このようなデバイスは、有利には、第２のポートからの信号出力が第１のポートからの信号出力に対して遅延するように設計されてもよく、この場合、第１のポートに接続されたケーブル及びインピーダンスに起因した質問への第１の応答、並びに、第２のポートに接続されたケーブル及びインピーダンスに起因した同じ質問への第２の応答が存在する。同じ質問に対する２つの連続的な応答の間の遅延は、例えば、１－１００μｓ（マイクロ秒）の範囲であってもよい。

一般に、ターボマシンの１つ以上のロータでいくつかの環境パラメータを監視する必要があり、これらの場合、２つ以上の測定配設が使用されてもよい。複数のＳＡＷ及び／又はＢＡＷデバイス、特にアンテナに関連付けられたＳＡＷ及び／又はＢＡＷデバイスのセットを一体化する電気デバイスを使用する場合、測定配設による振動を回避する、又は低減するために、その質量を均衡させるように、それらをターボマシン内に、又はその上に位置させることが好ましい。

図５の実施形態は、特に有利な解決策を含む。第１のケーブル５４２は、デバイス５１２の第１のポートをパラメータ感知インピーダンスデバイス５３２に接続し、第２のケーブル５４４は、デバイス５１２の第２のポートを短絡回路５５０に接続する。第２のケーブル５４４は、第１のケーブル５４２と同一であることが好ましい。第１のケーブル５４２及び／又は第２のケーブル５４４は、好ましくは同軸型であり、より好ましくは同じ同軸型である。デバイス５３２及び短絡回路５５０がロータの同じ場所に位置する場合、その電気的接続の悪影響は補償されてもよく、特にケーブルに沿った温度変動に起因する悪影響が補償され得る。この結果は、ケーブル５４２及びケーブル５４４がロータに沿って平行に走る場合、更により良好に達成される。

図５の実施形態の更なる改善は、好ましくは第１のケーブル５４２と同一であり、好ましくは同軸型の第３のケーブルを使用し、それをデバイス５１２の第３のポートに、一方の側から、別の側の開回路に接続することで構成されてもよい。デバイス５３２、短絡回路５５０及び開回路がロータの同じ場所に位置する場合、その電気的接続の任意の悪影響は補償されてもよく、特に、温度変動に起因するインピーダンス及び伝搬定数の変動を含むケーブルに沿った温度変動に起因する任意の悪影響が補償され得る。

２つの同一の（又は類似の）ケーブルに基づく上述の補償及び３つの同一の（又は類似の）ケーブルに基づく上述の補償は、有利には、同じＳＡＷ及び／又はＢＡＷデバイスからの別個かつ遅延した応答を、ロータの（基本的に）同じ温度条件の同じ質問と比較することによって有利に実施され得る。例えば、図５の場合、第１の応答は、デバイス５３２に起因してもよく、第２の応答は短絡回路５５０に起因してもよい。例えば、３つの同一（又は同様の）ケーブルの場合、第１の応答はインピーダンスデバイスに起因してもよく、第２の応答は短絡回路に起因してもよく、第３の応答は開回路に起因してもよい。

次に、図１、図２、図３、及び図４を参照して、具体的な実施形態について説明する。

ターボマシン１０、具体的にはガスタービンエンジンは、少なくとも１つのロータ及び少なくとも１つのステータを含み、ガスタービン１１、燃焼器１２、及び圧縮機１３に分割されてもよい。ターボマシン１０の運転中、温度は均一に分配されない。例えば、タービン１１を参照しても、温度は場所ごとに変化しており、本発明者らは、互いに離れている、例えば、温度が５０～１５０℃、又は更に低い（例えば、０～５０℃）少なくとも１つの低温ゾーン、及び、例えば、２５０～４００℃又は更に高い（例えば、４００～８００℃）少なくとも１つの高温ゾーンが存在すると仮定することができる。燃焼器１２及び圧縮機１３に同様の考慮事項が適用される。この場合、監視対象となり得る環境パラメータは、温度、ターボマシンのロータ、特にタービンのロータの様々な場所での温度である。

温度を監視するために、ターボマシン１０は、図５の配設５００と同一又は類似の少なくとも１つの配設を含んでもよい。具体的には、ターボマシンは、
－アンテナに電気的に接続され、かつ低温ゾーン内に位置する、少なくとも１つのＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（例えば、図４のデバイス４５若しくは４６、又は図５のデバイス５１２若しくは５１４を参照されたい）と、
－少なくとも１つの温度感知インピーダンスデバイス（例えば、図３のデバイス３４若しくは３６、又は図５のデバイス５３２若しくは５３６若しくは５３８を参照されたい）、特に、高温ゾーン内に位置する温度感知抵抗器と、
－少なくとも１つのＳＡＷ又はＢＡＷデバイスと少なくとも１つの温度感知インピーダンスデバイスとを電気的に接続する、少なくとも１つの第１のケーブル（例えば、図４のケーブル４５１若しくは４５２若しくは４６１若しくは４６２、又は図５のケーブル５４２若しくは５４６若しくは５４８を参照されたい）と、
－少なくともある時間間隔の間、ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（４５、４６、５１２、５１４）のアンテナ（５２０）に近接したステータ上に位置するアンテナを有する質問器（例えば、図４の４７及び４８を参照されたい）と、を備えてもよい。

図４に見られるように、質問器４７はＳＡＷデバイス４５に近接し、質問器４８はＳＡＷデバイス４６に近接している。このような距離は、例えば、１～１００ｍｍ、好ましくは２～２０ｍｍであってもよい。質問器が定常であり、ステータに固定され、ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスが移動し、ロータに固定されていることを考慮するべきである。したがって、図４は、質問器及びトランスポンダが最小距離である場合の状況に対応する。ロータの回転速度が例えば１２，０００ｒｐｍである場合、「最小距離」と見なされ得る時間間隔は、例えば約１ｍｓであってもよく（このとき、質問器信号は質問器によってトランスポンダに伝送され、トランスポンダからの応答信号が質問器によって受信される）、ロータの回転速度が例えば１，２００ｒｐｍである場合、「最小距離」と見なされ得る時間間隔は、例えば約１０ｍｓであってもよい（このとき、質問器信号は質問器によってトランスポンダに送信され、トランスポンダからの応答信号が質問器によって受信される）ターボマシンが異なる速度で回転するように設計されている場合、最高回転速度が主に考慮されなければならない。

質問器は、３００ＫＨｚ～３ＧＨｚの範囲の周波数、好ましくは３００ＭＨｚ～３ＧＨｚの範囲、更により好ましくは１ＧＨｚ～３ＧＨｚの範囲の周波数でＲＦ信号を伝送することによって、ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスに質問するように配設されている。

デバイス５１２及びデバイス５３２を参照して図５に示すように、デバイス４５及び／又はデバイス４６は、２つのケーブル、特に同軸ケーブルに電気的に接続されても、単一の場所で温度を測定するための２つのポートを使用してもよい。

デバイス５１４及びデバイス５３６及び５３８、デバイス４５及び／又はデバイス４６を参照して図５に示すように、２つの場所、例えば、図３のデバイス３４及び３５の場所で温度を測定するための２つのポートを使用してもよい。

図４では、（トランスポンダとして作用する）ＳＡＷ（又はＢＡＷ）デバイス４５及びそのアンテナは、好ましくは溶接によってロータのホイール４１に固定され、（トランスポンダとして作用する）ＳＡＷ（又はＢＡＷ）デバイス４６及びそのアンテナは、好ましくは溶接によってロータのシャフト４０に固定されている。図には示されていない第３の可能性は、好ましくは溶接によって、ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスをロータのスペーサ（例えば、図２のスペーサ２７を参照されたい）に固定することである。デバイス４５及び４６は、凹座の内側に位置してもよく、その一方で、そのアンテナは、好ましくはこのようなシートの外側領域にある。

図４では、質問器４７及び４８並びにそのアンテナは、軸受４４の領域に位置する。図には示されていない別の可能性は、ノズルアセンブリ（例えば、図２のノズル２１及びノズル２３を参照されたい）に１つ以上の質問器を位置させることである。

既に述べたように、ターボマシンは、ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスに電気的に接続され、かつ、ターボマシンの１つ以上の高温ゾーンの異なる場所に位置する、いくつかの温度感知インピーダンスデバイスを含んでもよい。例えば、図１を参照すると、ロータタービン１１に、かつ／又は燃焼器１２のロータに、かつ／又は圧縮機１３のロータには、いくつかのインピーダンスデバイスが存在してもよい。

図４は、非対称的な方法で、かつロータの異なる部分に位置する２つの（トランスポンダとして作用する）ＳＡＷ（又はＢＡＷ）デバイスを示す。しかしながら、いくつかのインピーダンスデバイスが必要である場合、その質量を均衡させるために、ロータ内又はロータ上に、セット、例えば、２つ又は３つ又は４つ又は５つのＳＡＷ又はＢＡＷデバイスを配置することが有利である。例えば、ターボマシンは、１２０°若しくは９０°オフセットされたホイールの同じ円周上のデバイス４５のような３つ若しくは４つのデバイス、及び／又は１８０°若しくは１２０°オフセットされたシャフトの同じ円周上のデバイス４６のような２つ若しくは３つのデバイスを含んでもよい。

図４の配設５００と同一又は類似の測定配設を、図１の回転機械、特にターボマシン１０のロータに設置するための方法は、一般に、
Ａ）（より一般的に、少なくとも１つの）ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス及びロータの第１のゾーン内の関連付けられたアンテナを固定するステップと、
Ｂ）ロータの第１のゾーンから離れたロータの第２のゾーン内に、少なくとも１つのパラメータ感知インピーダンスデバイスを固定するステップと、
Ｃ）少なくとも１つの第１のケーブル、特に同軸ケーブルを、第１のゾーンから第２のゾーンまで延伸するように、ロータに固定するステップと、
Ｄ）ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスを第１のケーブルの第１の端部に、少なくとも１つのパラメータ感知インピーダンスデバイスを第１のケーブルの第２の端部に電気的に接続するステップと、を含み、
これは、例えば、配設５００のデバイス５１２及び５１４の各々に適用される。

測定配設のいくつかの実施形態によれば（例えば、デバイス５１２に関する限り配設５００に適用される）、また、以下の、
Ｅ）第２のケーブル、特に同軸ケーブルを、第１のゾーンから第２のゾーンまで延伸するように、ロータに固定するステップと、
Ｆ）ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスを第２のケーブルの第１の端部に、短絡回路を第２のケーブルの第２の端部に電気的に接続するステップと、が提供されてもよく、
この場合、第１のケーブル及び第２のケーブルは、好ましくは平行に走る。

測定配設のいくつかの実施形態によれば、また、以下の、
－第３のケーブル、特に同軸ケーブルを、第１のゾーンから第２のゾーンまで延伸するように、ロータに固定するステップと、
－ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスを第３のケーブルの第１の端部に、開回路を第３のケーブルの第２の端部に電気的に接続するステップと、が提供されてもよく、
この場合、第１のケーブル及び第２のケーブル及び第３のケーブルは、好ましくは平行に走る。

測定配設のいくつかの実施形態によれば（例えば、デバイス５１４に関する限り配設５００に適用される）、また、以下の、
Ｇ）ロータの第１のゾーンから離れたロータの第３のゾーン内に、他のパラメータ感知インピーダンスデバイスを固定するステップと、
Ｈ）他のケーブル、特に同軸ケーブルを、第１のゾーンから第３のゾーンまで延伸するように、ロータに固定するステップと、
Ｌ）ＳＡＷ又はＢＡＷデバイスを他のケーブルの第１の端部に、他のパラメータ感知インピーダンスデバイスを他のケーブルの第２の端部に電気的に接続するステップと、が提供されてもよい。

いくつかのＳＡＷ又はＢＡＷデバイスが使用される場合、その質量を均衡させるために、それらをロータ内又はロータ上に（可能であればそのアンテナと併せて）固定することが有利である。

Claims (20)

1. ロータ及びステータを備えるターボマシン（１０）であって、前記ロータが、互いに離れている低温ゾーン及び高温ゾーンを有し、前記ターボマシンが、
   －アンテナ（５２０）と電気的に結合され、かつ前記低温ゾーン内に位置するＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（４５、４６、５１２、５１４）と、
   －前記高温ゾーン内に位置する少なくとも１つの温度感知インピーダンスデバイス（５３２、５３６、５３８）と、
   －前記ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（４５、４６、５１２、５１４）と前記少なくとも１つの温度感知インピーダンスデバイス（５３２、５３６、５３８）とを電気的に結合する少なくとも１つの第１のケーブル（５４２、５４６、５４８）と、
   －少なくともある時間間隔の間、前記ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（４５、４６、５１２、５１４）の前記アンテナ（５２０）に近接した前記ステータ上に位置するアンテナを有する質問器（４７、４８）と、を更に備え、
   前記第１のケーブル（５４２）が、前記ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（５１２）と前記温度感知インピーダンスデバイス（５３２）とを電気的に結合し、
   前記ターボマシンが、前記第１のケーブル（５４２）と同一の第２のケーブル（５４４）を更に備え、
   前記第２のケーブル（５４４）が、第１の端部で前記ＳＡＷデバイス（５１２）と電気的に結合され、第２の端部で短絡（５５０）若しくは開放されるか、又は整合インピーダンスデバイスと結合されている、ターボマシン（１０）。
2. 前記第１のケーブル（５４２、５４６、５４８）が、同軸ケーブルである、請求項１に記載のターボマシン（１０）。
3. 前記第１の同軸ケーブル（５４２）が、金属製の導電性コア（５４２Ａ）であって、セラミック材料で作製された管状電気絶縁層（５４２Ｂ）によって包囲され、好ましくはまた金属製の前記ケーブルのシースである管状導電性シールド（５４２Ｃ）によって包囲されている、導電性コア（５４２Ａ）を備える、請求項２に記載のターボマシン（１０）。
4. 前記質問器（４７、４８）が、３００ＫＨｚ～３ＧＨｚの範囲、好ましくは３００ＭＨｚ～３ＧＨｚの範囲、更により好ましくは１ＧＨｚ～３ＧＨｚの範囲の周波数でＲＦ信号を伝送することによって、前記ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（４５、４６）に質問するように配設されている、請求項１に記載のターボマシン（１０）。
5. 前記ターボマシンが、前記第１のケーブル（５４２）と同一の第３のケーブルを更に備え、前記第２のケーブル（５４４）が、第１の端部で前記ＳＡＷデバイス（５１２）と電気的に結合され、第２の端部で短絡され（５５０）、前記第３のケーブルが、第１の端部で前記ＳＡＷデバイスと電気的に結合され、第２の端部で開放されている、請求項１に記載のターボマシン（１０）。
6. 前記ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（４５、４６）が、好ましくは溶接によって、前記ロータのシャフト（４０）又はホイール（４１）又はスペーサに固定されている、請求項１に記載のターボマシン（１０）。
7. 前記ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（４５、４６）が、前記ロータのシャフト（４０）又はホイール（４１）又はスペーサ（２７）の凹座の内側に位置する、請求項１に記載のターボマシン（１０）。
8. 前記質問器（４７、４８）の前記アンテナが、軸受領域（４４）又はノズルアセンブリに位置する、請求項１に記載のターボマシン（１０）。
9. 前記ターボマシンが、前記ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（５１２、５１４）と電気的に結合され、かつ前記高温ゾーンの異なる場所に位置する２つ又は３つ又は４つの温度感知インピーダンスデバイス（５３２、５３６、５３８）を備える、請求項１に記載のターボマシン（１０）。
10. 前記ターボマシンが、その質量を均衡させるように、前記ロータ内又はそれらの上に位置する２つ又は３つ又は４つ又は５つのＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（５１２、５１４）を備える、請求項１に記載のターボマシン（１０）。
11. 回転機械、特にターボマシン（１０）のロータにおける環境パラメータを測定するための配設（５００）であって、
    －アンテナ（５２０）と電気的に結合され、かつ前記ロータの第１のゾーン内に位置するように配設されたＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（５１２、５１４）と、
    －前記ロータの前記第１のゾーンから離れた前記ロータの第２のゾーンに位置するように配設された少なくとも１つのパラメータ感知インピーダンスデバイス（５３２、５３６、５３８）と、
    －前記ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（５１２、５１４）と前記少なくとも１つのパラメータ感知インピーダンスデバイス（５３２、５３６、５３８）とを電気的に結合する少なくとも１つの第１のケーブル（５４２、５４６、５４８）と、を備え、
    前記第１のケーブル（５４２）が、前記ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（５１２）と前記温度感知インピーダンスデバイス（５３２）とを電気的に結合し、前記配設が、前記第１のケーブル（５４２）と同一の第２のケーブル（５４４）を更に備え、前記第２のケーブル（５４４）が、第１の端部で前記ＳＡＷデバイス（５１２）と電気的に結合され、第２の端部で短絡（５５０）若しくは開放されるか、又は整合インピーダンスデバイスと結合されている、配設（５００）。
12. 前記第１のケーブル（５４２、５４６、５４８）が、同軸ケーブルである、請求項１１に記載の配設（５００）。
13. 前記第１の同軸ケーブル（５４２）が、金属製の導電性コア（５４２Ａ）であって、セラミック材料で作製された管状電気絶縁層（５４２Ｂ）によって包囲され、好ましくはまた金属製の前記ケーブルのシースである管状導電性シールド（５４２Ｃ）によって包囲されている、導電性コア（５４２Ａ）を備える、請求項１２に記載の配設（５００）。
14. 前記配設が、前記第１のケーブル（５４２）と同一の第３のケーブルを更に備え、前記第２のケーブル（５４４）が、第１の端部で前記ＳＡＷデバイス（５１２）と電気的に結合され、第２の端部で短絡され（５５０）、前記第３のケーブルが、第１の端部で前記ＳＡＷデバイスと電気的に結合され、第２の端部で開放されている、請求項１１に記載の配設（５００）。
15. 前記配設が、前記ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（５１２、５１４）と電気的に結合され、前記ロータの前記第１のゾーンから離れた前記ロータの異なる場所に位置するように配設された２つ又は３つ又は４つのパラメータ感知インピーダンスデバイス（５３２、５３６、５３８）を備える、請求項１１に記載の配設（５００）。
16. 前記ターボマシンが、それらの質量を均衡させるように、前記ロータ内又はその上に位置するように配設された２つ又は３つ又は４つ又は５つのＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（５１２、５１４）を備える、請求項１１に記載の配設（５００）。
17. 回転機械、特にターボマシン（１０）のロータに測定配設（５００）を設置するための方法であって、
    Ａ）ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（５１２、５１４）及び関連付けられたアンテナ（５２０）を前記ロータの第１のゾーンに固定するステップと、
    Ｂ）前記ロータの前記第１のゾーンから離れた前記ロータの第２のゾーン内に、少なくとも１つのパラメータ感知インピーダンスデバイス（５３２、５３６）を固定するステップと、
    Ｃ）少なくとも１つの第１のケーブル（５３２、５４６）、特に同軸ケーブルを、前記第１のゾーンから前記第２のゾーンまで延伸するように、前記ロータに固定するステップと、
    Ｄ）前記ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（５１２、５１４）を前記第１のケーブル（５４２、５４６）の第１の端部に、前記少なくとも１つのパラメータ感知インピーダンスデバイス（５３２、５３６）を前記第１のケーブル（５４２、５４６）の前記第２の端部に電気的に結合するステップと、
    Ｅ）第２のケーブル（５４４）、特に同軸ケーブルを、前記第１のゾーンから前記第２のゾーンまで延伸するように、前記ロータに固定するステップと、
    Ｆ）前記ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（５１２）を前記第２のケーブル（５４４）の第１の端部に、短絡回路（５５０）を前記第２のケーブル（５４４）の前記第２の端部に電気的に結合するステップと、を含む、方法。
18. －第３のケーブル、特に同軸ケーブルを、前記第１のゾーンから前記第２のゾーンまで延伸するように、前記ロータに固定するステップと、
    －前記ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（５１２）を前記第３のケーブルの第１の端部に、開回路を前記第３のケーブルの前記第２の端部に電気的に結合するステップと、を含む、請求項１７に記載の方法。
19. Ｇ）前記ロータの前記第１のゾーンから離れた前記ロータの第３のゾーン内に、他のパラメータ感知インピーダンスデバイス（５３８）を固定するステップと、
    Ｈ）他のケーブル（５４８）、特に同軸ケーブルを、前記第１のゾーンから前記第３のゾーンまで延伸するように、前記ロータに固定するステップと、
    Ｌ）前記ＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（５１４）を前記他のケーブル（５４８）の第１の端部に、前記他のパラメータ感知インピーダンスデバイス（５３８）を前記他のケーブル（５４８）の前記第２の端部に電気的に結合するステップと、を含む、請求項１７に記載の方法。
20. ２つ又は３つ又は４つ又は５つのＳＡＷ又はＢＡＷデバイス（５１２、５１４）及び関連付けられたアンテナが、それらの質量を均衡させるように、前記ロータ内又はその上に固定されている、請求項１７に記載の方法。

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