JP3902152B2

JP3902152B2 - 温度計測装置

Info

Publication number: JP3902152B2
Application number: JP2003115308A
Authority: JP
Inventors: 卓郎中島
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2023-04-21
Also published as: JP2004317458A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、光センサの故障判定ができる温度計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンは、軸の周囲を回転する多数のタービン動翼を有する。かかるタービン動翼は、運転中に高温となるので、この温度が材料の許容温度（例えば１２００℃）を超えないように常時監視する必要がある。
このため、タービン動翼の放射光強度からその温度を計測する装置が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−６４１１３号公報
【特許文献２】
特開平１１−７２３９０号公報
【０００４】
特許文献１の「タービン翼の温度及び回転数測定装置」は、「回転するタービン翼に臨ませて放射光を取り込む光学系を設け、この放射光を受光して、その受光強度からタービン翼の温度を求めると共にその受光強度の変化の周期性からタービン翼の回転数を求める」ものである。
また、特許文献２の「タービン翼の温度分布測定装置」は、「タービン翼の径方向に一列に配置されタービンに臨んでいる複数の光ファイバと、各光ファイバが取り込むタービン翼の放射光をそれぞれ受光して温度に変換する温度分布測定部とを備える」ものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の発明では、タービン動翼の温度を検出するために、放射温度計を用いている。また、従来のガスタービン装置においても、タービン動翼の温度を計測するために放射温度計を用い、エンジン制御装置（ＦＡＤＥＣ）は、放射温度計の出力を基にタービン動翼の温度が制限値を超えないように燃料流量を制御している。
【０００６】
しかし、放射温度計が計測する放射光の光強度は、絶対温度の４乗に比例する特性を有するため、出力レンジ、分解能やノイズで制約されるアンプの有効出力範囲で決まる温度計測範囲が狭い問題点がある。
【０００７】
すなわち上限温度にてアンプがレンジオーバーしないように増幅率を設定すると、低い温度の計測ができない。例えば、上限温度を１２００℃（１４７３Ｋ）に設定した場合、その約１２％の光強度まで計測できるとしても、その計測下限は６００℃（８７３Ｋ）前後になり、ガスタービンの始動時や低レーティングの運転時にはセンサ出力が得られず、光センサが健全であるか否かを始動時に判定することができない問題点がある。
【０００８】
そのため、従来の装置では、放射温度計のフォトセル自体が故障している場合でも、たビン動翼が６００℃を超える高温になるまで、その異常を検出できず、故障判定が遅れることがあった。
【０００９】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ガスタービンの始動時や低レーティングの運転時において、光センサの故障を検出することができ、これにより、早期に故障判定ができる温度計測装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ガスタービンエンジンのタービン動翼に臨ませて設けられたパイロメータと、該パイロメータから延びた光ファイバと、該光ファイバに光結合されたフォトダイオードと、該フォトダイオードの検出電流を所望の温度計測に適した電圧信号に変換する電流電圧変換器と、該電流電圧変換器の出力電圧を増幅する電圧増幅器と、該電圧増幅器の増幅電圧が所定のしきい値を超えたときに、所定値に飽和した電圧信号を出力するスイッチング回路とを備え、前記電流電圧変換器から前記電圧増幅器を経由せずにエンジン制御装置へ電流電圧変換器の出力電圧を入力するための第１の信号ラインと、前記スイッチング回路から前記エンジン制御装置へ前記所定値に飽和した電圧信号を入力するための第２の信号ラインとが設けられており、前記電圧増幅器の増幅率とスイッチング回路のしきい値は、ガスタービンエンジンの始動時におけるタービン動翼の温度で、前記所定値に飽和した電圧信号が得られるように設定されている、ことを特徴とする温度計測装置が提供される。
【００１２】
上記本発明の構成によれば、電圧増幅器（１０）の増幅率とスイッチング回路（１２）のしきい値をガスタービンエンジンの始動時におけるタービン動翼の温度で前記所定値に飽和した電圧信号が得られるように設定するので、電圧増幅器（１０）で電流電圧変換器（８）の出力電圧を高倍率で増幅し、電圧増幅器の増幅電圧が所定のしきい値を超えたときにスイッチング回路（１２）で前記所定値に飽和した電圧信号を出力することにより、ガスタービンエンジンの始動時や低レーティングの運転時において、光センサの作動を確認することができる。
【００１３】
従って、比較的シンプルな回路構成で、制御に用いる温度−電圧信号よりも低い温度域から放射光の検出が可能となり、前記所定値に飽和した電圧信号を基に、エンジン制御装置でガスタービンエンジン始動時から光センサの故障判定をすることが可能となる。更に、この所定値に飽和した電圧信号を用いてガスタービンエンジンの着火判定を行うことも可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において同一部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明の温度計測装置の模式的構成図である。この図に示すように、本発明の温度計測装置は、パイロメータ２、光ファイバ４、フォトダイオード６、電流電圧変換器８、電圧増幅器１０及びスイッチング回路１２を備える。
【００１６】
パイロメータ２は、タービン動翼のような高温になる被温度測定部１に臨ませて設けられる。このパイロメータ２は、放射温度計のプローブ部分（光学系）を構成するものであり、中空円筒形のホルダ２ａと、その一端に取り付けられた集光レンズ２ｂと、光ファイバ４の一端を集光レンズの焦点に保持するフェルール２ｃとからなる。
【００１７】
光ファイバ４は、パイロメータ２からフォトダイオード６まで延び、集光レンズ２ｂで集光した光をフォトダイオード６に導く。フォトダイオード６は、光ファイバ４に光結合され、光ファイバ４により導かれた測定光に比例する電流信号を出力する。電流電圧変換器８は、フォトダイオード６の検出電流を所望の温度計測に適した電圧信号に変換する。電圧増幅器１０は、電流電圧変換器８の出力電圧を高倍率で増幅する。スイッチング回路１２は、電圧増幅器１０の増幅電圧が所定のしきい値を超えたときに所定値に飽和した電圧信号であるＯＮ信号を出力する。電流電圧変換器８の出力電圧は温度／電圧出力として、スイッチング回路１２のＯＮ／ＯＦＦ出力と共に、エンジン制御装置に入力される。
【００１８】
図２は、従来の放射温度計の出力特性図である。この図において、横軸は、被温度測定部１（被測定物）の温度、縦軸は電流電圧変換器８（アンプ）の出力電圧である。この図に示すように、電流電圧変換器８は、被測定物の温度が所定の最大温度（この例では１２００℃）のときに、最大出力（この例では１５ｖ）になるように、増幅率が設定されている。
【００１９】
この場合、通常のスイッチング回路でこの出力電圧を検出しようとすると、そのしきい値は約２ｖ前後であり、この検出電圧に相当する計測温度は、約６００℃（８７３Ｋ）前後となり、ガスタービンエンジンの始動時や低レーティングの運転時にはセンサ出力が得られず、光センサが健全であるか否かを始動時に判定することができないことになる。
【００２０】
図３は、本発明による温度計測装置の出力特性図である。この図に示すように、本発明の温度計測装置では、図２と同様に、電流電圧変換器８は、被測定物の温度が所定の最大温度（この例では１２００℃）のときに、最大出力（この例では１５ｖ）になるように、増幅率が設定されている。従って、温度／電圧出力は、図２と同様である。
【００２１】
本発明の温度計測装置は、更に、上述した電圧増幅器１０とスイッチング回路１２を備え、電圧増幅器１０の増幅率とスイッチング回路１２のしきい値は、ガスタービンエンジンの始動時におけるタービン動翼の温度でＯＮ信号が得られるように設定される。従って、図３に示すように、電圧増幅器１０の最大出力が例えば５ｖ程度である場合でも、電圧増幅器１０の増幅率を大きくとる（例えば１０倍以上）ことにより、被測定物の温度が低い場合、例えば、ガスタービンエンジンの始動時や低レーティングの運転時でも、電圧増幅器１０の出力電圧が大きく、スイッチング回路１２でＯＮ信号を得ることができる。従って、この信号の有無により、光センサの故障判定範囲を図に示すように、従来の約６００℃よりも低温まで広げることができる。
【００２２】
なお本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００２３】
【発明の効果】
上述した本発明の構成によれば、電圧増幅器１０の増幅率とスイッチング回路１２のしきい値をガスタービンエンジンの始動時におけるタービン動翼の温度でＯＮ信号が得られるように設定するので、電圧増幅器１０で電流電圧変換器８の出力電圧を高倍率で増幅し、電圧増幅器の増幅電圧が所定のしきい値を超えたときにスイッチング回路１２でＯＮ信号を出力することにより、ガスタービンエンジンの始動時や低レーティングの運転時において、光センサの作動を確認することができる。
これにより、比較的シンプルな回路構成で、制御に用いる温度−電圧信号よりも低い温度域から放射光の検出が可能となり、このＯＮ／ＯＦＦ信号を基に、エンジン制御装置でガスタービンエンジン始動時から光センサの故障判定をすることが可能となる。更に、このＯＮ／ＯＦＦ信号を用いてガスタービンエンジンの着火判定を行うことも可能になる。
【００２４】
従って、本発明の温度計測装置は、ガスタービンエンジンの始動時や低レーティングの運転時において、光センサの故障を検出することができ、これにより、早期に故障判定ができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の温度計測装置の模式的構成図である。
【図２】従来の放射温度計の出力特性図である。
【図３】本発明による温度計測装置の出力特性図である。
【符号の説明】
１被温度測定部、２パイロメータ、
２ａホルダ、２ｂ集光レンズ、２ｃフェルール、
４光ファイバ、６フォトダイオード、
８電流電圧変換器、１０電圧増幅器、
１２スイッチング回路

Claims

ガスタービンエンジンのタービン動翼に臨ませて設けられたパイロメータと、該パイロメータから延びた光ファイバと、該光ファイバに光結合されたフォトダイオードと、該フォトダイオードの検出電流を所望の温度計測に適した電圧信号に変換する電流電圧変換器と、該電流電圧変換器の出力電圧を増幅する電圧増幅器と、該電圧増幅器の増幅電圧が所定のしきい値を超えたときに、所定値に飽和した電圧信号を出力するスイッチング回路とを備え、
前記電流電圧変換器から前記電圧増幅器を経由せずにエンジン制御装置へ電流電圧変換器の出力電圧を入力するための第１の信号ラインと、前記スイッチング回路から前記エンジン制御装置へ前記所定値に飽和した電圧信号を入力するための第２の信号ラインとが設けられており、
前記電圧増幅器の増幅率とスイッチング回路のしきい値は、ガスタービンエンジンの始動時におけるタービン動翼の温度で、前記所定値に飽和した電圧信号が得られるように設定されている、ことを特徴とする温度計測装置。
前記所定値に飽和した電圧信号は、当該電圧信号の有無により、前記パイロメータ、光ファイバおよびフォトダイオードの少なくともいずれかの故障をガスタービンエンジンの始動時に判定するために用いられる信号であることを特徴とする請求項１に記載の温度計測装置。