JP2907737B2 - 回転式機械におけるロータ及びステータの対向面間距離を動的に測定する装置 - Google Patents
回転式機械におけるロータ及びステータの対向面間距離を動的に測定する装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、静電容量法により回転
式機械におけるロータ及びステータの対向面間距離を動
的に測定することを可能にする装置に関する。本発明は
特に、ターボ機械のホイールの翼の端部とこのホイール
を囲む覆いの隔壁との間に存在する径方向隙間の動的測
定に関する。
式機械におけるロータ及びステータの対向面間距離を動
的に測定することを可能にする装置に関する。本発明は
特に、ターボ機械のホイールの翼の端部とこのホイール
を囲む覆いの隔壁との間に存在する径方向隙間の動的測
定に関する。
【０００２】
【従来の技術】回転式機械におけるロータ及びステータ
の対向面間の隙間は、関係する回転式機械の種類にかか
わらず、機械の性能に著しい影響を及ぼす重要なパラメ
ータである。特に、コンプレッサ及びタービン内の翼の
端部と覆いとの間の隙間の場合にこのことが言える。こ
の隙間は熱的及び機械的変化により顕著に変化すること
があるため、モータ製造者にとっては、一定速度または
変動速度にて回転している実際の機械上で、ロータとス
テータとの間の境界面のあらゆる状態におけるこれら隙
間の変化を知っておくことが何よりも重要である。この
隙間の動的測定を行うには、電気的、光学的、無線周波
数現象に基いて動作する近接センサを使用することが知
られている。
の対向面間の隙間は、関係する回転式機械の種類にかか
わらず、機械の性能に著しい影響を及ぼす重要なパラメ
ータである。特に、コンプレッサ及びタービン内の翼の
端部と覆いとの間の隙間の場合にこのことが言える。こ
の隙間は熱的及び機械的変化により顕著に変化すること
があるため、モータ製造者にとっては、一定速度または
変動速度にて回転している実際の機械上で、ロータとス
テータとの間の境界面のあらゆる状態におけるこれら隙
間の変化を知っておくことが何よりも重要である。この
隙間の動的測定を行うには、電気的、光学的、無線周波
数現象に基いて動作する近接センサを使用することが知
られている。
【０００３】発明は、ロータと対向するステータ内に固
定されたセンサの導電面と、ステータに対しロータが回
転している間に前述の導電面と対向する可能性のあるロ
ータの導電面とで構成されるコンデンサの負荷を測定す
ることから成る方法であって、静電容量についての電気
的現象に基いた方法により測定を行う装置に関する。
定されたセンサの導電面と、ステータに対しロータが回
転している間に前述の導電面と対向する可能性のあるロ
ータの導電面とで構成されるコンデンサの負荷を測定す
ることから成る方法であって、静電容量についての電気
的現象に基いた方法により測定を行う装置に関する。
【０００４】静電容量法による測定装置の特性は、分極
の種類と静電容量センサの調整の種類に依存する。
の種類と静電容量センサの調整の種類に依存する。
【０００５】既知の測定装置には、交流電圧により分極
され、オシレータまたは負荷アンプにより調整される静
電容量センサを使用しているものがある。これらのセン
サにおいては、静電容量センサ、ならびにセンサと測定
ブロックとの間の接続ケーブルの技術は三軸の技術が使
用されている。
され、オシレータまたは負荷アンプにより調整される静
電容量センサを使用しているものがある。これらのセン
サにおいては、静電容量センサ、ならびにセンサと測定
ブロックとの間の接続ケーブルの技術は三軸の技術が使
用されている。
【０００６】別の既知の測定装置には、直流電圧により
分極され、電圧アンプにより調整される静電容量センサ
を使用しているものがある。これらセンサにおいては、
センサ、ならびにセンサと測定ブロックとの間の接続ケ
ーブルの技術は同軸の技術が使用されている。
分極され、電圧アンプにより調整される静電容量センサ
を使用しているものがある。これらセンサにおいては、
センサ、ならびにセンサと測定ブロックとの間の接続ケ
ーブルの技術は同軸の技術が使用されている。
【０００７】これら既知の装置では全て、センサ及び接
続ケーブルに残留容量があり測定ブロックの較正に影響
を及ぼしている。従ってセンサまたは接続ケーブルを交
換する度毎に較正を行わなければならない。
続ケーブルに残留容量があり測定ブロックの較正に影響
を及ぼしている。従ってセンサまたは接続ケーブルを交
換する度毎に較正を行わなければならない。
【０００８】さらにこれら既知の装置の場合は全て現場
で測定ブロックの較正を行う必要があり、そのため製造
者は再現性があり連続使用が可能となるような較正を行
うことができない。
で測定ブロックの較正を行う必要があり、そのため製造
者は再現性があり連続使用が可能となるような較正を行
うことができない。
【０００９】最後に、これら既知の装置の場合、測定結
果はセンサ及び接続ケーブルの温度により影響を受け
る。
果はセンサ及び接続ケーブルの温度により影響を受け
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、既知
の装置の不都合をもたらさず、現場での測定ブロックの
較正の必要がなく、隙間の動的な検査を行なうために連
続して使用できる、静電容量方式による動的測定装置を
提供することである。
の装置の不都合をもたらさず、現場での測定ブロックの
較正の必要がなく、隙間の動的な検査を行なうために連
続して使用できる、静電容量方式による動的測定装置を
提供することである。
【００１１】
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題は、翼に対し一
線になるようにステータ内に取り付けられるようにし
た、少なくとも１つの静電容量センサと、該センサに接
続された少なくとも１つの測定ブロックとを備えた回転
する翼の端部とターボ機械のステータとの隙間の動的測
定を行うための装置であって、センサは、翼が該センサ
の電極である極板の下を通過する度に翼の端部と共働し
て可変容量コンデンサを形成する極板を備え、測定ブロ
ックはセンサを調整すると共に出力信号を出力する調整
装置と、該調整装置から出力される信号の処理手段とを
備え、前記調整装置（１０）が、正の入力端子と、負の
入力端子と、出力端子と、前記負の入力端子と出力端子
との間に並列に接続された少なくとも一つの抵抗及びキ
ャパシタンスとを有する演算増幅器（９）からなる高域
フィルタ構成を有する増幅器を備えており、前記正の入
力端子がセンサ極板を分極するための直流分極電圧に接
続され、負の入力端子が前記静電容量センサの前記極板
（１）に接続され、該負の入力端子の電位が正の入力端
子と同じ電位まで上昇することを特徴とする回転翼の端
部とターボ機械のステータとの隙間を動的に測定する装
置によって達成される。
線になるようにステータ内に取り付けられるようにし
た、少なくとも１つの静電容量センサと、該センサに接
続された少なくとも１つの測定ブロックとを備えた回転
する翼の端部とターボ機械のステータとの隙間の動的測
定を行うための装置であって、センサは、翼が該センサ
の電極である極板の下を通過する度に翼の端部と共働し
て可変容量コンデンサを形成する極板を備え、測定ブロ
ックはセンサを調整すると共に出力信号を出力する調整
装置と、該調整装置から出力される信号の処理手段とを
備え、前記調整装置（１０）が、正の入力端子と、負の
入力端子と、出力端子と、前記負の入力端子と出力端子
との間に並列に接続された少なくとも一つの抵抗及びキ
ャパシタンスとを有する演算増幅器（９）からなる高域
フィルタ構成を有する増幅器を備えており、前記正の入
力端子がセンサ極板を分極するための直流分極電圧に接
続され、負の入力端子が前記静電容量センサの前記極板
（１）に接続され、該負の入力端子の電位が正の入力端
子と同じ電位まで上昇することを特徴とする回転翼の端
部とターボ機械のステータとの隙間を動的に測定する装
置によって達成される。
【００１３】
【００１４】本発明のその他の特徴及び利点は、添付の
図面を参照して非限定的な例として示した以下の説明を
読めば明らかであろう。
図面を参照して非限定的な例として示した以下の説明を
読めば明らかであろう。
【００１５】
【実施例】図１は、本発明による覆いに取り付けられた
静電容量センサの一例を示す断面図である。
静電容量センサの一例を示す断面図である。
【００１６】静電容量センサは同軸構造である。センサ
は、絶縁体３を介して被覆ケーブル２内に取り付けられ
た中央電極１を備えている。ケーブル２は、回転翼５に
対向する覆いの表面を電極１がかすめるようにして、覆
い４の隔壁に設けられた開口部に取り付けられる。ケー
ブル２の被覆は覆いと同電位に接続されている。
は、絶縁体３を介して被覆ケーブル２内に取り付けられ
た中央電極１を備えている。ケーブル２は、回転翼５に
対向する覆いの表面を電極１がかすめるようにして、覆
い４の隔壁に設けられた開口部に取り付けられる。ケー
ブル２の被覆は覆いと同電位に接続されている。
【００１７】覆いの電極は、翼７の端部と覆い４の間の
隙間Ｊの値を決めるのを可能にする測定ブロックに、同
軸接続線６を介して接続されている。
隙間Ｊの値を決めるのを可能にする測定ブロックに、同
軸接続線６を介して接続されている。
【００１８】翼の端部はセンサの電極の前方を、矢印８
が示す方向に移動する。翼の各端部とセンサの電極とに
よってコンデンサが形成されるが、その静電容量はその
端部とセンサの電極との距離によって決まる。この静電
容量を測定するため、静電容量センサは直流電圧により
分極され、連続分極負荷アンプにより調整される。
が示す方向に移動する。翼の各端部とセンサの電極とに
よってコンデンサが形成されるが、その静電容量はその
端部とセンサの電極との距離によって決まる。この静電
容量を測定するため、静電容量センサは直流電圧により
分極され、連続分極負荷アンプにより調整される。
【００１９】図２は、本発明の第一の実施様態による一
次高域フィルタ構造をもつ調整装置の一実施例を示す図
である。
次高域フィルタ構造をもつ調整装置の一実施例を示す図
である。
【００２０】静電容量センサの電極１は同軸接続線６を
介して、直流電圧ＶＰによって分極され一次高域フィル
タ構造をもつ負荷アンプに接続されている。
介して、直流電圧ＶＰによって分極され一次高域フィル
タ構造をもつ負荷アンプに接続されている。
【００２１】この負荷アンプは、直流電圧ＶＰを供給さ
れる正の入力端子と、静電容量センサの電極１に接続さ
れ正の入力端子と同じ電位をもつ（演算増幅器の基本原
理）負の入力端子と、センサの電極の下を翼が通過する
ことにより生じる静電容量の変化に依存した出力信号Ｖ
ｓを出力する出力端子とをもつ演算増幅器９を備えてい
る。この静電容量は時間の経過とともに変化する。すな
わち、静電容量は翼の端部がセンサの電極から離れてい
る時はほとんど０に等しく、翼の一端部がセンサの電極
の真下にある時最大となる。
れる正の入力端子と、静電容量センサの電極１に接続さ
れ正の入力端子と同じ電位をもつ（演算増幅器の基本原
理）負の入力端子と、センサの電極の下を翼が通過する
ことにより生じる静電容量の変化に依存した出力信号Ｖ
ｓを出力する出力端子とをもつ演算増幅器９を備えてい
る。この静電容量は時間の経過とともに変化する。すな
わち、静電容量は翼の端部がセンサの電極から離れてい
る時はほとんど０に等しく、翼の一端部がセンサの電極
の真下にある時最大となる。
【００２２】抵抗Ｒ及び容量Ｃは演算増幅器の負の入力
端子と出力端子との間に並列に接続されている。抵抗及
び容量の値は、負荷アンプが、翼の通過周波数より低く
センサ及び同軸接続線の残留静電容量の変化周波数より
も高いカットオフ周波数、ｆｃ＝１／（２πＲＣ）、を
もつ高域フィルタとなるような値を選択する。
端子と出力端子との間に並列に接続されている。抵抗及
び容量の値は、負荷アンプが、翼の通過周波数より低く
センサ及び同軸接続線の残留静電容量の変化周波数より
も高いカットオフ周波数、ｆｃ＝１／（２πＲＣ）、を
もつ高域フィルタとなるような値を選択する。
【００２３】このようにして、翼がセンサの電極の下を
通過することによって生じる静電容量の変化のみが考慮
され、負荷アンプの出力信号Ｖｓは、センサの電極と、
翼の端部によって形成されるコンデンサの幾何形状と、
負荷アンプのゲインと、とりわけ積分容量Ｃとによって
決まる。
通過することによって生じる静電容量の変化のみが考慮
され、負荷アンプの出力信号Ｖｓは、センサの電極と、
翼の端部によって形成されるコンデンサの幾何形状と、
負荷アンプのゲインと、とりわけ積分容量Ｃとによって
決まる。
【００２４】図２においては、負荷アンプは一次高域フ
ィルタ構造をもつ。より高い性能を得るには二次高域フ
ィルタ構造をもつ調整装置を使用するのが望ましい。二
次高域フィルタ構造により、とくに雑音低周波をよく取
り除くことができるとともに、すぐれたダイナミクスを
得ることができ、センサの絶縁抵抗を常時監視すること
が可能となる。
ィルタ構造をもつ。より高い性能を得るには二次高域フ
ィルタ構造をもつ調整装置を使用するのが望ましい。二
次高域フィルタ構造により、とくに雑音低周波をよく取
り除くことができるとともに、すぐれたダイナミクスを
得ることができ、センサの絶縁抵抗を常時監視すること
が可能となる。
【００２５】図３は、本発明の第二の実施様態による二
次高域フィルタ構造をもつ調整装置の一実施例を示して
いる。
次高域フィルタ構造をもつ調整装置の一実施例を示して
いる。
【００２６】調整装置は、静電容量センサの電極に接続
された負の入力端子、正の入力端子、出力端子を備えて
いる。抵抗Ｒ６が正の入力端子と分極電圧ＶＰとの間に
接続され、抵抗Ｒ５が正の入力端子と調整装置のアース
との間に接続されている。容量Ｃ１及び抵抗Ｒ１は演算
増幅器の負の入力端子と出力端子との間に並列に接続さ
れている。抵抗Ｒ１は分岐点Ｉにおいて直列に接続され
ている２つの抵抗Ｒ２、Ｒ３から成る。抵抗Ｒ４は点Ｉ
と点Ｊとの間に接続され、抵抗Ｒ７は点Ｊと電圧ＶＰと
の間に接続され、容量Ｃ２は点Ｊと調整装置のアースと
の間に接続されている。各種抵抗の値は、センサの絶縁
抵抗値が無限大であると仮定した時出力信号Ｖｓの直流
成分が０になるような値が選択されている。
された負の入力端子、正の入力端子、出力端子を備えて
いる。抵抗Ｒ６が正の入力端子と分極電圧ＶＰとの間に
接続され、抵抗Ｒ５が正の入力端子と調整装置のアース
との間に接続されている。容量Ｃ１及び抵抗Ｒ１は演算
増幅器の負の入力端子と出力端子との間に並列に接続さ
れている。抵抗Ｒ１は分岐点Ｉにおいて直列に接続され
ている２つの抵抗Ｒ２、Ｒ３から成る。抵抗Ｒ４は点Ｉ
と点Ｊとの間に接続され、抵抗Ｒ７は点Ｊと電圧ＶＰと
の間に接続され、容量Ｃ２は点Ｊと調整装置のアースと
の間に接続されている。各種抵抗の値は、センサの絶縁
抵抗値が無限大であると仮定した時出力信号Ｖｓの直流
成分が０になるような値が選択されている。
【００２７】このような条件における調整装置のゲイン
は
は
【００２８】
【数１】
【００２９】であり調整装置の出力電圧はＶｓ＝Ｇ・Ｖ
Ｐ・△Ｃ翼である。ここで△Ｃ翼はセンサの電極の下を
翼が通過することによる静電容量の変化を表わす。
Ｐ・△Ｃ翼である。ここで△Ｃ翼はセンサの電極の下を
翼が通過することによる静電容量の変化を表わす。
【００３０】この静電容量の変化は、電極と、測定時に
センサに対向する翼の端部とによって形成されるコンデ
ンサの面積ｓ（ｘ）に比例し、隙間Ｊに反比例する。こ
こでｘはセンサに対する翼の位置を表わす。以下の説明
においては面積ｓ（ｘ）を、電極と翼の端部の間の共通
面と呼称する。
センサに対向する翼の端部とによって形成されるコンデ
ンサの面積ｓ（ｘ）に比例し、隙間Ｊに反比例する。こ
こでｘはセンサに対する翼の位置を表わす。以下の説明
においては面積ｓ（ｘ）を、電極と翼の端部の間の共通
面と呼称する。
【００３１】図４（ａ）と（ｂ）を参照すると、図４
（ａ）には、センサの電極の前を等速で移動する隔離翼
の一例が、図４（ｂ）には、本発明による図４（ａ）の
場合に相当する調整装置の出力信号が、各々示されてい
る。
（ａ）には、センサの電極の前を等速で移動する隔離翼
の一例が、図４（ｂ）には、本発明による図４（ａ）の
場合に相当する調整装置の出力信号が、各々示されてい
る。
【００３２】図４（ａ）に示すセンサの電極は半径ｒの
円盤形状をなしている。この電極の前をｘ方向に等速で
移動する翼は、厚みｅが電極の直径２ｒより薄く取付角
がγであるような、平行面をもった薄板であると近似的
にみなされる。
円盤形状をなしている。この電極の前をｘ方向に等速で
移動する翼は、厚みｅが電極の直径２ｒより薄く取付角
がγであるような、平行面をもった薄板であると近似的
にみなされる。
【００３３】翼の端部がセンサの電極から離れている時
には、電極と翼の端部の間には共通面がなく、調整装置
の出力信号はない。すなわち同装置は、センサの下を翼
が通過する際の周波数より低いノイズ低周波を取り除く
高域フィルタとなっている。
には、電極と翼の端部の間には共通面がなく、調整装置
の出力信号はない。すなわち同装置は、センサの下を翼
が通過する際の周波数より低いノイズ低周波を取り除く
高域フィルタとなっている。
【００３４】翼の端部がセンサの電極下にある時には、
調整装置の出力信号Ｖｓ（ｘ）は電極と翼の端部の間の
共通面ｓ（ｘ）に比例して変化する。したがって調整装
置の出力信号は、分極電圧ＶＰ及び最大共通面積Ｓｍａ
ｘに比例し電極と翼の端部との間の隙間Ｊに反比例する
最大振幅△ＶＳのパルスの形状をもつ。信号Ｖｓ（ｘ）
の波形はｓ（ｘ）の波形と同一である。
調整装置の出力信号Ｖｓ（ｘ）は電極と翼の端部の間の
共通面ｓ（ｘ）に比例して変化する。したがって調整装
置の出力信号は、分極電圧ＶＰ及び最大共通面積Ｓｍａ
ｘに比例し電極と翼の端部との間の隙間Ｊに反比例する
最大振幅△ＶＳのパルスの形状をもつ。信号Ｖｓ（ｘ）
の波形はｓ（ｘ）の波形と同一である。
【００３５】等間隔で配置され形状が同一である翼をも
つ、回転翼付きホイールの場合、調整装置の出力信号
は、センサの電極の下を通過する翼の周波数に等しい循
環周波数の連続したパルスで構成される。調整装置の高
域フィルタの構造のため、この信号の平均値は０となっ
ている。このようにして、センサと翼とで構成されるも
のの幾何特性と面積Ｓｍａｘが正確にわかっていれば、
調整装置の出力信号の変化は、測定を行う前に理論的に
求めることが可能である。その場合、測定ブロックのキ
ャリブレーションは理論的に行われ、較正を行う必要が
ない。
つ、回転翼付きホイールの場合、調整装置の出力信号
は、センサの電極の下を通過する翼の周波数に等しい循
環周波数の連続したパルスで構成される。調整装置の高
域フィルタの構造のため、この信号の平均値は０となっ
ている。このようにして、センサと翼とで構成されるも
のの幾何特性と面積Ｓｍａｘが正確にわかっていれば、
調整装置の出力信号の変化は、測定を行う前に理論的に
求めることが可能である。その場合、測定ブロックのキ
ャリブレーションは理論的に行われ、較正を行う必要が
ない。
【００３６】図５は、本発明による、各翼の個別隙間の
測定を可能にする測定ブロックのブロック図である。
測定を可能にする測定ブロックのブロック図である。
【００３７】測定ブロックは同軸ケーブルを介して静電
容量センサの電極１に接続されている。測定ブロック
は、直列に配した、調整装置１０、振幅測定装置１１、
各翼の個別隙間Ｊの計算装置１２を備えている。測定装
置１１は、調整装置１０の出力として得られる各パルス
の個別最大振幅△ＶＳｍａｘを測定するためのものであ
る。個別隙間Ｊの計算装置１２は以下の演算を行うため
のものである。
容量センサの電極１に接続されている。測定ブロック
は、直列に配した、調整装置１０、振幅測定装置１１、
各翼の個別隙間Ｊの計算装置１２を備えている。測定装
置１１は、調整装置１０の出力として得られる各パルス
の個別最大振幅△ＶＳｍａｘを測定するためのものであ
る。個別隙間Ｊの計算装置１２は以下の演算を行うため
のものである。
【００３８】
【数２】
【００３９】ここでＡはＧ・εｏに等しい定数であっ
て、εｏは絶縁体の誘電率を表わす。絶縁体は通常、乾
燥した空気と、翼の端部とセンサの電極で形成されるコ
ンデンサとで構成される。このコンデンサは平面コンデ
ンサとして機能するとみなされる。
て、εｏは絶縁体の誘電率を表わす。絶縁体は通常、乾
燥した空気と、翼の端部とセンサの電極で形成されるコ
ンデンサとで構成される。このコンデンサは平面コンデ
ンサとして機能するとみなされる。
【００４０】各翼のＳｍａｘの正確な値は、各翼の厚み
が正確にわかっている場合のみ求めることができる。
が正確にわかっている場合のみ求めることができる。
【００４１】各パルスの振幅は例えば、同期が始まると
ころを起点とし、パルスが始まる直前に信号の最初のサ
ンプリングを行い、その値がパルスの最大値に近くなっ
た時点で二回目のサンプリングを行った後、このように
して得られた２つの数値の差を求めることにより、正確
に測定することができる。
ころを起点とし、パルスが始まる直前に信号の最初のサ
ンプリングを行い、その値がパルスの最大値に近くなっ
た時点で二回目のサンプリングを行った後、このように
して得られた２つの数値の差を求めることにより、正確
に測定することができる。
【００４２】図６は、本発明による翼群の幾何形状が完
全に既知の場合、およびすべての翼が同じ場合翼群の平
均隙間の測定を可能にする測定ブロックのブロック図で
ある。
全に既知の場合、およびすべての翼が同じ場合翼群の平
均隙間の測定を可能にする測定ブロックのブロック図で
ある。
【００４３】測定ブロックは同軸接続線を介して静電容
量センサの電極に接続されている。測定ブロックは、調
整装置１０、ゲインＫの電圧アンプ１３、モータの回転
数Ｎにかかわらずフィルタリング範囲が一定になるよう
にターボ機械のロータの回転速度の関数としてプログラ
ムされた帯域フィルタ１４、平均値抽出装置１５、信号
の値を基準電圧値と比較するための比較装置１６を含む
積分ループから成り、比較の結果は、無限大連続ゲイン
をもつ積分装置１７に送られ、積分装置は、送られてき
た直流電圧ＶＰを分極電圧値として調整装置１０にフィ
ードバックする。
量センサの電極に接続されている。測定ブロックは、調
整装置１０、ゲインＫの電圧アンプ１３、モータの回転
数Ｎにかかわらずフィルタリング範囲が一定になるよう
にターボ機械のロータの回転速度の関数としてプログラ
ムされた帯域フィルタ１４、平均値抽出装置１５、信号
の値を基準電圧値と比較するための比較装置１６を含む
積分ループから成り、比較の結果は、無限大連続ゲイン
をもつ積分装置１７に送られ、積分装置は、送られてき
た直流電圧ＶＰを分極電圧値として調整装置１０にフィ
ードバックする。
【００４４】したがって積分ループは調整装置の分極電
圧ＶＰの振幅の制御ループである。この制御は、増幅及
びフィルタリングを経た後の調整装置の出力信号の平均
値が平衡状態において基準電圧値Ｖに等しくなるように
行われる。
圧ＶＰの振幅の制御ループである。この制御は、増幅及
びフィルタリングを経た後の調整装置の出力信号の平均
値が平衡状態において基準電圧値Ｖに等しくなるように
行われる。
【００４５】測定ブロックはさらに、センサの絶縁抵抗
値の監視装置１８と、監視装置に接続された警報装置１
９を備えている。監視装置１８は、調整装置の出力電圧
ＶＳ及び分極電圧ＶＰの値を入力として受け取り、万一
センサの絶縁抵抗値に異常があった場合それを検出する
ため、前述の２つの値の比較を行う。異常が検出される
と、監視装置１８は警報装置１９にアラーム発生信号を
送る。
値の監視装置１８と、監視装置に接続された警報装置１
９を備えている。監視装置１８は、調整装置の出力電圧
ＶＳ及び分極電圧ＶＰの値を入力として受け取り、万一
センサの絶縁抵抗値に異常があった場合それを検出する
ため、前述の２つの値の比較を行う。異常が検出される
と、監視装置１８は警報装置１９にアラーム発生信号を
送る。
【００４６】静電容量センサと翼群で構成される全体の
幾何特性を正確に知ることにより、電極と翼の端部との
間の平均面積Ｓｏを正確に求めることができる。この平
均面積はｓ（ｘ）の変化から数学的に計算することがで
きる。翼の端部を平行面をもつ薄板とみなすことができ
る場合であって静電容量センサの電極が円形である場合
には、平均面積Ｓｏの式は次のようになる。
幾何特性を正確に知ることにより、電極と翼の端部との
間の平均面積Ｓｏを正確に求めることができる。この平
均面積はｓ（ｘ）の変化から数学的に計算することがで
きる。翼の端部を平行面をもつ薄板とみなすことができ
る場合であって静電容量センサの電極が円形である場合
には、平均面積Ｓｏの式は次のようになる。
【００４７】
【数３】
【００４８】ここで、ｒは静電容量センサの電極の半径
であり、ｅは翼の厚みであり、Ｘｏは翼のピッチであ
り、γは翼の取付角である。
であり、ｅは翼の厚みであり、Ｘｏは翼のピッチであ
り、γは翼の取付角である。
【００４９】測定ブロックのキャリブレーションは、
【００５０】
【数４】
【００５１】という電圧設定値を印加して、平衡状態に
おいて
おいて
【００５２】
【数５】
【００５３】という関係式が成り立つようにして行う。
【００５４】フィルタリング範囲はフィルタ１４のそれ
と同じであるので、ここでＢは隙間の特定の値とＳｏ*
（フィルタリング）＝Ｓｏ（フィルタリング）の時の計
算によって得られる一定の係数である。
と同じであるので、ここでＢは隙間の特定の値とＳｏ*
（フィルタリング）＝Ｓｏ（フィルタリング）の時の計
算によって得られる一定の係数である。
【００５５】平衡状態が得られている時、フィルタリン
グ範囲はターボ機械のロータの回転速度にかかわらず一
定なため、分極電圧ＶＰの値は翼群の平均隙間に比例す
る。積分装置１７より出力される分極電圧ＶＰの値は、
センサの電極と翼端部との間の平均隙間を計算するため
の計算装置２０に送られる。
グ範囲はターボ機械のロータの回転速度にかかわらず一
定なため、分極電圧ＶＰの値は翼群の平均隙間に比例す
る。積分装置１７より出力される分極電圧ＶＰの値は、
センサの電極と翼端部との間の平均隙間を計算するため
の計算装置２０に送られる。
【００５６】図７は、本発明による翼群の幾何形状が知
られていない場合に、翼群の平均隙間の測定を可能にす
る測定ブロックのブロック図である。
られていない場合に、翼群の平均隙間の測定を可能にす
る測定ブロックのブロック図である。
【００５７】特に、翼の端部における形状のため、また
翼群の軸方向の位置を正確に把握できず、翼の厚みにば
らつきがあるため、常に翼は平行面をもつ薄板の連続で
あるとみなすことはできない。したがって、翼の端部に
対するセンサの電極の位置が異なると、平均面積ｓ
（ｘ）の変化量も異なり、キャリブレーションも異な
る。この場合、本発明では、同一ではあるが翼２３、２
４の端部との隙間がＪ及びＪ＋△Ｊというように異な
る、２つの静電容量センサ２１及び２２をステータ内に
配設する。センサは、翼の同一の面積ｓ（ｘ）を「見
る」よう回転機械の軸に対し直角な同一面内に配設され
る。隙間Ｊは未測定の隙間であり、△Ｊは既知である。
翼群の軸方向の位置を正確に把握できず、翼の厚みにば
らつきがあるため、常に翼は平行面をもつ薄板の連続で
あるとみなすことはできない。したがって、翼の端部に
対するセンサの電極の位置が異なると、平均面積ｓ
（ｘ）の変化量も異なり、キャリブレーションも異な
る。この場合、本発明では、同一ではあるが翼２３、２
４の端部との隙間がＪ及びＪ＋△Ｊというように異な
る、２つの静電容量センサ２１及び２２をステータ内に
配設する。センサは、翼の同一の面積ｓ（ｘ）を「見
る」よう回転機械の軸に対し直角な同一面内に配設され
る。隙間Ｊは未測定の隙間であり、△Ｊは既知である。
【００５８】静電容量センサ２１及び２２は各々、同じ
表示により同一の基準電圧値を印加することにより同じ
方法でキャリブレーションが行われ同一のゲインをもつ
２つの測定ブロック２５、２６に接続されている。この
基準電圧値Ｖ* は、センサのうちの一つの電極と翼の端
部との間の平均面積と同等の大きさであってそれに近い
数値Ｓ’ｏを用いて計算する。Ｓ’ｏの値は０．１Ｓｏ
から１０Ｓｏであり、Ｓｏは実際の共通面積を表す。各
測定ブロックの出力信号ＶＰ１、ＶＰ２は比率計２７に
送られ、比率計２７は歯車箱および翼の端部に関する表
面間の平均隙間Ｊの測定値を出力する。
表示により同一の基準電圧値を印加することにより同じ
方法でキャリブレーションが行われ同一のゲインをもつ
２つの測定ブロック２５、２６に接続されている。この
基準電圧値Ｖ* は、センサのうちの一つの電極と翼の端
部との間の平均面積と同等の大きさであってそれに近い
数値Ｓ’ｏを用いて計算する。Ｓ’ｏの値は０．１Ｓｏ
から１０Ｓｏであり、Ｓｏは実際の共通面積を表す。各
測定ブロックの出力信号ＶＰ１、ＶＰ２は比率計２７に
送られ、比率計２７は歯車箱および翼の端部に関する表
面間の平均隙間Ｊの測定値を出力する。
【００５９】ｋ’を各測定ブロックの電圧ゲインとする
と、出力信号ＶＰ１及びＶＰ２はそれぞれ
と、出力信号ＶＰ１及びＶＰ２はそれぞれ
【００６０】
【数６】
【００６１】となる。
【００６２】平均隙間Ｊの測定値を求めるため、比率計
は以下の演算を行う。
は以下の演算を行う。
【００６３】
【数７】
【００６４】隙間の値が求められると、比率計により、
静電容量センサによって実際に「見られている」翼の平
均面積Ｓｏを求めることができる。ロータと同じ段上
で、比率計を装備していない別の測定ブロックが使用さ
れている場合、この平均値をそこに表示することができ
る。
静電容量センサによって実際に「見られている」翼の平
均面積Ｓｏを求めることができる。ロータと同じ段上
で、比率計を装備していない別の測定ブロックが使用さ
れている場合、この平均値をそこに表示することができ
る。
【００６５】本発明は正確に記述された実施例のみに限
定されるものではない。特に安全上の理由から、センサ
の電極は覆いの中に引っ込んだ状態で取り付けることも
できる。その場合、キャリブレーションの設定を決める
には、センサによって測定される隙間を示す項Ｊはすべ
てＪ＋Ｒに置き換えて、引っ込みの値Ｒを考慮する必要
がある。同様に電極の幾何形状を円盤以外の形とするこ
ともできる。
定されるものではない。特に安全上の理由から、センサ
の電極は覆いの中に引っ込んだ状態で取り付けることも
できる。その場合、キャリブレーションの設定を決める
には、センサによって測定される隙間を示す項Ｊはすべ
てＪ＋Ｒに置き換えて、引っ込みの値Ｒを考慮する必要
がある。同様に電極の幾何形状を円盤以外の形とするこ
ともできる。
【図１】本発明による装置の一部としてケースに取り付
けられた静電容量センサの一例を示す断面図である。
けられた静電容量センサの一例を示す断面図である。
【図２】本発明の第一の実施様態による一次高域フィル
タ構造をもつ調整装置の一実施例を示す図である。
タ構造をもつ調整装置の一実施例を示す図である。
【図３】本発明の第二の実施様態による二次高域フィル
タ構造をもつ調整装置の一実施例を示す図である。
タ構造をもつ調整装置の一実施例を示す図である。
【図４】（ａ）においてセンサの電極の前を等速で移動
する隔離翼の一例を示すと共に、（ｂ）において（ａ）
に相当する調整装置の出力信号を示す図である。
する隔離翼の一例を示すと共に、（ｂ）において（ａ）
に相当する調整装置の出力信号を示す図である。
【図５】本発明による各翼の個別隙間の測定を可能にす
る測定ブロックのブロック図である。
る測定ブロックのブロック図である。
【図６】本発明による翼群の幾何形状が完全に既知の場
合翼群の平均隙間の測定を可能にする測定ブロックのブ
ロック図である。
合翼群の平均隙間の測定を可能にする測定ブロックのブ
ロック図である。
【図７】本発明による翼群の幾何形状が知られていない
場合翼群の平均隙間の測定を可能にする測定ブロックの
ブロック図である。
場合翼群の平均隙間の測定を可能にする測定ブロックの
ブロック図である。
１ 中央電極 ２ 被覆ケーブル ３ 絶縁体 ４ ケース ５ 翼 ６ 同軸接続線 ９ 演算増幅器 １０ 調整装置 １１ 振幅測定装置 １２ 計算装置
フロントページの続き (56)参考文献 英国特許出願公開2073427（ＧＢ，Ａ) 仏国特許出願公開2608751（ＦＲ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34 G01B 21/00 - 21/32
Claims (11)
- 【請求項１】 翼に対し一線になるようにステータ内に
取り付けられるようにした、少なくとも１つの静電容量
センサと、該センサに接続された少なくとも１つの測定
ブロックとを備えた回転する翼の端部とターボ機械のス
テータとの隙間の動的測定を行うための装置であって、
センサは、翼が該センサの電極である極板の下を通過す
る度に翼の端部と共働して可変容量コンデンサを形成す
る極板を備え、測定ブロックはセンサを調整すると共に
出力信号を出力する調整装置と、該調整装置から出力さ
れる信号の処理手段とを備え、前記調整装置（１０）
が、正の入力端子と、負の入力端子と、出力端子と、前
記負の入力端子と出力端子との間に並列に接続された少
なくとも一つの抵抗及びキャパシタンスとを有する演算
増幅器（９）からなる高域フィルタ構成を有する負荷ア
ンプを備えており、前記正の入力端子がセンサ極板を分
極するための直流分極電圧に接続され、負の入力端子が
前記静電容量センサの前記極板（１）に接続され、該負
の入力端子の電位が正の入力端子と同じ電位に上昇する
ことを特徴とする回転翼の端部とターボ機械のステータ
との隙間を動的に測定する装置。 - 【請求項２】 同軸接続線（６）を介して測定ブロック
が静電容量センサの電極（１）に接続されていることを
特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 高域フィルタが２次高域フィルタであ
り、出力端子がセンサの電極の下を翼が通過することに
より生じる分極電圧及び静電容量の変化に比例した出力
信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の装
置。 - 【請求項４】 測定ブロックが、調整装置（１０）と直
列に配置された振幅測定装置（１１）と各翼の個別隙間
の計算装置（１２）とを備えたことを特徴とする請求項
３に記載の装置。 - 【請求項５】 測定ブロックが、調整装置（１０）の分
極電圧の制御のための積分ループを備えており、該積分
ループが、調整装置（１０）と直列に配置された、電圧
アンプ（１３）、帯域フィルタ（１４）、平均値抽出装
置（１５）、平均値抽出装置からの信号の値と目標の値
との比較を行なう比較装置（１６）、比較装置からの電
圧を積分する積分装置（１７）、及び該積分装置の出力
電圧を調整装置（１０）にフィードバックする手段を備
えたことを特徴とする請求項３に記載の装置。 - 【請求項６】 測定ブロックがさらに、センサの絶縁抵
抗を監視するための装置（１８）と監視装置に接続され
た警報装置（１９）とを備えたことを特徴とする請求項
５に記載の装置。 - 【請求項７】 ロータの回転速度の値にかかわらずフィ
ルタリング範囲が一定となるように、帯域フィルター
（１４）がロータの回転速度の関数としてプログラムさ
れていることを特徴とする請求項５に記載の装置。 - 【請求項８】 所望の電圧値が、静電容量センサ及び翼
で構成されるアセンブリの幾何特性により数学的に決定
され、この値はセンサの電極と翼の端部との間の共通フ
ィルタリング平均面積に比例するものであり、特定の隙
間の値を設定することにより比例係数の値が決定され、
平均面積のフィルタリング範囲は制御ループ内に配設さ
れた帯域フィルタ（１４）のそれと同じであることを特
徴とする請求項７に記載の装置。 - 【請求項９】 積分装置（１７）から出力される電圧値
を受信すると共に、センサの電極と翼の端部との間の平
均隙間を計算するための装置（２０）を備えていること
を特徴とする請求項８に記載の装置。 - 【請求項１０】 翼の端部との隙間は異なるが、それら
の差異は既知であるような状態で、翼に対し一線となる
ようにターボ機械の軸線に対し垂直な同一面上にあるよ
うにターボ機械のステータに取り付けられた２つの静電
容量センサ（２１、２２）を備え、この２つのセンサ
は、同一のゲインをもつ２つの測定ブロック（２５、２
６）に接続されており、同一の基準電圧値を印加するこ
とにより同じ方法でキャリブレーションが行われ、さら
に、２つの測定ブロック（２５、２６）の出力に接続さ
れており、２つの測定ブロックによって伝達される信号
を受信し、２つの信号を比較しセンサの電極の一方と翼
の端部との間の平均隙間の値を出力として出力する手段
（２７）を備えたことを特徴とする請求項１から７のい
ずれか一項に記載の装置。 - 【請求項１１】 一方のセンサの電極と翼の端部との間
の共通平均面積の近似値を設定することにより、２つの
測定ブロック間に印加される基準電圧値が数学的に決定
されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9313708A FR2712690B1 (fr) | 1993-11-17 | 1993-11-17 | Dispositif pour effectuer la mesure dynamique de la distance entre les faces en regard du rotor et du stator d'une machine tournante. |
| FR9313708 | 1993-11-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07198312A JPH07198312A (ja) | 1995-08-01 |
| JP2907737B2 true JP2907737B2 (ja) | 1999-06-21 |
Family
ID=9452927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6283750A Expired - Fee Related JP2907737B2 (ja) | 1993-11-17 | 1994-11-17 | 回転式機械におけるロータ及びステータの対向面間距離を動的に測定する装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5497101A (ja) |
| EP (1) | EP0653606B1 (ja) |
| JP (1) | JP2907737B2 (ja) |
| DE (1) | DE69408938T2 (ja) |
| FR (1) | FR2712690B1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5594353A (en) * | 1995-05-11 | 1997-01-14 | Elsag International N.V. | Method and apparatus for measuring the change in capacitance values in dual capacitors |
| US5723980A (en) * | 1995-06-07 | 1998-03-03 | Aerogage Corporation | Clearance measurement system |
| FR2750489B1 (fr) * | 1996-06-26 | 1998-08-28 | Philips Electronics Nv | Dispositif du type capteur capacitif composite |
| US6105422A (en) * | 1998-07-13 | 2000-08-22 | Pollock; Paul | Brake tester and method of using same |
| US6575011B1 (en) | 2001-04-19 | 2003-06-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Blade tip clearance probe and method for measuring blade tip clearance |
| DE10133216B4 (de) * | 2001-07-09 | 2005-01-27 | Tecpharma Licensing Ag | Positionsdetektion |
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| US7333913B2 (en) * | 2005-06-27 | 2008-02-19 | General Electric Company | Clearance measurement system and method of operation |
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- 1993-11-17 FR FR9313708A patent/FR2712690B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-11-16 DE DE69408938T patent/DE69408938T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1994-11-16 EP EP94402582A patent/EP0653606B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1994-11-17 JP JP6283750A patent/JP2907737B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1994-11-17 US US08/343,870 patent/US5497101A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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|---|---|
| JPH07198312A (ja) | 1995-08-01 |
| EP0653606A1 (fr) | 1995-05-17 |
| EP0653606B1 (fr) | 1998-03-11 |
| US5497101A (en) | 1996-03-05 |
| FR2712690A1 (fr) | 1995-05-24 |
| FR2712690B1 (fr) | 1995-12-15 |
| DE69408938T2 (de) | 1998-08-06 |
| DE69408938D1 (de) | 1998-04-16 |
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