JP6106678B2 - 摩耗を測定するためのマーカが設けられる遠心圧縮機、および前記マーカを用いて摩耗を監視する方法 - Google Patents

Description

本発明は、摩耗を監視するためのマーカが設けられる、ガスタービンの遠心圧縮機、ならびにこの種のマーカを用いて遠心圧縮機の摩耗を測定する方法に関する。

本発明は、特にヘリコプターのターボシャフトエンジン、特に単段または２段圧縮機を備えるターボシャフトエンジンに適用される。

腐食による摩耗は、半径方向空気入口を有する少なくとも１つの遠心圧縮機を備えたエンジンの空気流路の主要構成部品に影響を及ぼす。圧縮機の部品、および最も腐食に曝されるこれらの部品の領域は、それぞれ、インペラ、特に主ブレードの前縁、半径方向ディフューザ、特にそのブレードの前縁、および特にケーシングのエルボの領域におけるインペラのケーシングである。

本発明は、より一般的には、タービンの有効な機能を監視する分野に関するものであり、前記監視は、流路の異物、特に砂を吸い込むことによって一般的に生じる腐食の検出を必要とする。

公知の解決策は、特に内視鏡検査法によってインペラの主ブレードの前縁の圧縮機の腐食を測定することである。特許文献仏国特許第２９３８６５１号明細書は、回転インペラブレードの前縁の摩耗を測定するこの種の方法を説明している。恒久マーカが、前縁から所定の距離において生成され、この距離は、マーカおよび前縁の一部を含む視野に配置される内視鏡によって監視される。内視鏡によって提供される画像を処理する手段により、マーカに関して前縁の位置を推論することができる。

しかし、インペラの主ブレードの前縁の後退の測定は、かなりの不正確さによって損なわれ、ブレードへのアクセスは、エンジンを取り外すことなしに困難である。加えて、回転部品にインジケータを配置することは、動作時のインペラの高い応力のため実施することが困難である。さらに、ブレードが完全に腐食されている場合、ブレードの前縁に関してインジケータの位置を測定するための信頼性のある基準は全くない。

一般に、部品の摩耗の特徴付けに関するこれらの不正確さにより、部品の状態の誤った診断、およびエンジンの時期尚早のまたは遅延した取り外しが生じる場合がある。この種の不正確さにより、個々の部品の目標とする保守ができない。

仏国特許発明第２９３８６５１号明細書

本発明は、これらの欠点を除去することを目的にしており、特に、エンジンを取り外すことなく、圧縮機の腐食の正確な測定、ならびに容易な配置を実現することを目的にしている。これを行うために、圧縮機ケーシングの摩耗は重大な意味を持たないが、そのことが先験的にマーカとしてケーシングを使用するインセンティブではなく、ケーシングにインジケータを設置することが、摩耗を特徴付けるのに有用であり得ることが注目されている。実際に、ケーシングのエルボが腐食し適切なマーカによって腐食を監視すると、ケーシングについてばかりでなく、圧縮機の隣接する部品、特にインペラブレードについても摩耗のこの種の特徴付けが可能になる。

より正確には、本発明は、半径方向空気入口を備えるガスタービンの遠心圧縮機に関する。この種の圧縮機は、ブレードが設けられるインペラ、およびブレードにおける空気ストリームのためのケーシングを含む。アブレイダブル皮膜で覆われるケーシングは、略中央の部分に環状エルボ領域を有する。このエルボ領域においては、マーカとして知られる所定の深さの少なくとも１つのマーキング凹部がアブレイダブル皮膜に機械加工される。この圧縮機は、単段、２段、または多段ターボシャフトエンジンの第１の圧縮段を構成することが好ましい。

有利な特徴によれば、
少なくとも２つの、好ましくは少なくとも３つのマーカから成る少なくとも２つの、好ましくは少なくとも３つのグループが、ケーシングのエルボ領域に沿って配置され、
各グループのマーカは、異なり定量化された初期深さを有し、
各グループのマーカは、前記エルボ領域に整列させることができ、それらの設置は、子午線、半径と、子午線および半径の間で傾斜された線との間に選択されることができ、
マーカは、円筒形状、好ましくは円形もしくは長円形であるベースを備える穴、球形セグメント、円錐形状、および溝切りの中から選択される形状を有する。

また、本発明は、上記で説明されたタイプの遠心圧縮機の摩耗を監視する方法に関する。本方法においては、
少なくとも１つのマーカが、所定の深さの少なくとも１つの凹部をケーシングのエルボのアブレイダブル皮膜に機械加工することによって生成され、
内視鏡による検査が、経時的に連続的に行われ、
各検査について、内視鏡が圧縮機の中に導入され、内視鏡のアクティブ端部が、マーカの画像信号を提供するためにマーカ（複数可）に向かい合って配置され、
内視鏡信号の処理が、いくつかの残りのマーカを供給し、エンジンの取り外しについての判定基準が、この数および比較摩耗データに応じて適用される。

好ましい実施形態によれば、
マーカは異なる深さを有し、最も近接する２つの深さの間の差異が、摩耗の較正された進行度により定量化され、
マーカは、個々に、または少なくとも２つのマーカ、好ましくは少なくとも３つのマーカから成るグル−プに、ケーシングのエルボの周囲にわたって規則正しく配置され、
連続する検査中の残りのマーカのカウントの間の比較が、圧縮機部品の間の摩耗の相互関係に関して格納されたデータから圧縮機の他の部品の摩耗を推定することによって、腐食の速度および同じくケーシングの摩耗の進行の測定値を供給し、
各検査について、判定基準が、残りのマーカの数を格納されたデータに応じて確立される臨界数と比較し、臨界数に達した場合に、エンジンが摩耗部品の取り換えのために取り外される。

本発明の他のデータ、特徴、および利点は、添付の図面を参照して、限定されるものではない次の説明を読むことによって明らかになるであろう。

本発明に係る圧縮機を含むヘリコプターターボシャフトエンジンの一部分の断面図である。 ケーシングのエルボの半径および子午線に整列された３つのマーカから成る２つのグループを含む、本発明に係るケーシングの一部分の軸方向図である。 子午線に整列された３つのマーカから成る３つのグループを含む、本発明に係るケーシングの一例の全体的な軸方向図である。 前記グループのうちの１つについての３つのマーカの断面図である。 前記グループのうちの１つについての３つのマーカの斜視図である。 本発明による摩耗を測定する方法を実施するためのステップのフローダイアグラムの一例を示す図である。

図１の断面図によって示されるターボシャフトエンジン１００は、中心軸Ｘ′Ｘを中心に略軸方向に対称に、遠心圧縮機１、圧縮機１と貫通シャフト４を介してヘリコプター（プロペラ、変速機ハウジング、等）の動力軸とを駆動するためのタービン２および３、外気ストリームＦ１を循環させるためのスリーブ５０の半径方向入口５、ならびに燃焼室６を備える。

より正確には、遠心圧縮機１は、主として、ブレード１１が設けられ空気Ｆ１が供給される圧縮インペラ１０と、空気ストリームＦ１が流れる環状チャネルを限定するケーシング１２と、フィン１４を有する半径方向ディフューザ１３とを備える。

動作時には、空気ストリームＦ１は、まず外気入口２に吸い込まれ、次にインペラのブレード１１とケーシング１２との間で圧縮される。次いで、圧縮空気フローＦ１は、インペラ１０から半径方向に出て行く。

次いで、空気ストリームＦ１は、湾曲したブレードによって真っ直ぐにされ、かつ燃焼室６の入口チャネル６０に向かって搬送されるために、圧縮機１の周囲に形成されるディフューザ１３を通過する。

動作時に、異物粒子、例えば砂の粒状物を含む空気ストリームＦ１は、圧縮機の主要部分、すなわちインペラの回転ブレード１１、ケーシング１２、およびディフューザのブレード１４を腐食することになる。

この腐食の進行を測定するために、ケーシング１２は、図２で示されるようにマーカ凹部１４を生成するために機械加工される。ケーシング１２は、その中央部分において、エルボ１２ａを形成する環状領域を有する。３つのマーカＭ１、Ｍ２、およびＭ３から成る第１のグループＧ１は、このエルボ１２ａに機械加工されている。グループＧ１のマーカは、エルボ１２ａの子午線１２０（点線で表されている）に整列させる。また、マーカＭ１からＭ３の整列のもう１つの例も示されている。この整列においては、マーカＭ１からＭ３は、エルボ１２ａの半径１２１（点線で表されている）に沿ってグループＧ２を形成する。

この場合は、マーカは、円形ベースを備える円筒形状を有する。あるいは、他の形状、すなわち長円形ベースを備える穴、球形セグメント、円錐形状、または溝切りが可能である。

一般に、１つおよび同じグループのマーカは、同じタイプの腐食に耐えることができるように、１０ｍｍも離れず互いに十分接近している。加えて、マーカは、異物、特に砂の粒状物の吸い込みによって詰まらないように、およそ１ｍｍ未満の最大開口部を有する。

ケーシング１２は、有効な動作に不利益であるはずのブレードとの接触を避けるために、数ミリメートルの厚さを有する、公知のアブレイダブル材料の皮膜によって覆われる。マーカは、このアブレイダブル材料に機械加工される。

しかし、ケーシング、および特にエルボ１２ａは、空気ストリームＦ１によって腐食される部分である。図２においては、エルボ１２ａは、エルボの残部に対して陰影をつけられ示されている腐食領域を形成する。特に、ケーシングおよびそれのエルボの摩耗は、エンジンの有効な機能に影響を及ぼさない。

図３の全体的な軸方向図を参照して、本発明によるケーシング１２の一例は、先に説明されたマーカＭ１からＭ３と同一の、それぞれ３つのマーカから成る３つのグループＧ３からＧ５を含む。マーカは、子午線１２０に整列され、グル−プＧ３からＧ５は、ケーシング１２のエルボ１２ａの周囲にわたって１２０°で規則正しく配置される。あるいは、マーカＭ１からＭ３は、図２に示されるように半径１２１に整列させることもできる。

本例においては、マーカは、略円筒の形状を有し、異なる深さを有する。図４および図５の断面図および斜視図は、３つのマーカＭ１からＭ３、およびそれらの異なる深さＰ１からＰ３をより正確に示している。マーカは、多面体壁を有する円筒形である。これらは、互いにすぐ後に続き、深さが増加する。２つの隣接するマーカの間の深さの差異は、一定であり、定量化される。これは、摩耗の進行についての較正単位に相当する。本例においては、深さの量は、０．２ｍｍであり、マーカＭ１からＭ３の深さは、連続的に０．２、０．４、および０．６ｍｍに等しい。ケーシングの−例えば内視鏡検査法による−検査中に、ケーシングの摩耗の進行度は、いかなるマーカも見えなくなっていない場合には０と０．２ｍｍとの間にあり、マーカＭ１が見えなくなっている場合には０．２と０．４ｍｍとの間にあり、マーカＭ２が見えなくなる場合には０．４と０．６ｍｍとの間にある。

次いで、マーカＭ２が見えなくなると、エンジンのタイプおよび使用プロファイルに従ってインペラのブレードの限界腐食を推定することによって、ケーシングの信号がこのような腐食である限り圧縮機の部品の検査に入る。このような限界腐食は、次に腐食部品の置き換えを不可避にする使用限界に対応する。

ケーシング、したがって他の部品の摩耗の状態の測定を改善するために、より小さな定量化の深さ、例えば０．１ｍｍを有するグループ毎の多数のマーカが実施され得る。

図６のフローダイアグラムは、本発明による所与の圧縮機の摩耗を監視する方法との関連で実施され得る一連のステップの一例を示している。この例においては、マーキング−例えば「ｉ」マーカＭｉを備えるマーカのグループＧ３からＧ５など、「ｉ」は３に等しいかまたは３よりも大きい、例えば４または５に等しい−が、ケーシングのエルボのアブレイダブル皮膜に機械加工される（ステップ１００）。より一般的には、３つ以上のグループが機械加工され得る。

次いで、内視鏡検査法による検査が、例えば持続時間Ｔｊによって分離される各ミッションの後に、経時的に連続的に行われる（ステップ２００）。各検査について、内視鏡のアクティブ端部が本例においては３つのグループＧ３からＧ５のそれぞれに向かい合った位置に到達し、マーカＭｉの画像信号を供給するまで、内視鏡が、所期の経路に沿って圧縮機の中に導入される。

信号を処理する装置ＤＴＳは、内視鏡の信号を受信する。次いで、装置は、グループ毎に残りのマーカの数Ｎｒを確立し（ステップ３００）、この数に応じてエンジンを取り外すために判定基準ＣＤを適用する。この適用の結果は、オペレータに供給される。

経時的に連続する検査中に、ケーシングおよびインペラのブレードの腐食速度「Ｖｅ」および摩耗の進行「Ａｕ」が、残りのマーカの数Ｎｒおよび持続時間Ｔｊに基づいて装置ＤＴＳによって確立される。また、これらのデータは、処理装置に格納される（ステップ４００）。

これを行うために、データＤＡＴＡはまた、ケーシングの腐食の分布、圧縮機の部品の間のエンジンの構成に応じた摩耗の相互関係に関して処理装置に格納され、それにより、ケーシングの腐食からのインペラのブレードの腐食、ヘリコプターミッションのプロファイル、およびミッションに応じて吸い込まれた異物の粒子サイズ、検査されたエンジンに関する先の「Ｖｅ」および「Ａｕ」の結果、ならびにそれらの使用条件に応じたエンジンの「Ｖｅ」および「Ａｕ」の結果を推定することができる。

基準ＣＤは、残りのマーカの臨界数「Ｎｒｃ」を確立し、次いで、データＤＡＴＡおよびマーカの臨界数「Ｎｒｃ」に応じて、部品、特にインペラのブレードの摩耗に関してグループＧ３からＧ５毎に残りのマーカの数「Ｎｒ」を解釈する（ステップ５００）。例えば、グループＧ２のマーカの数だけが重大な意味を持つかもしれない。この数が、グループＧ４について少なくとも２に等しい限り、たとえ他のグループＧ３およびＧ５が検査中に１に等しいいくつかのマーカを有しても、エンジンを取り外す必要はない。したがって、各エンジンについて、少なくとも１に等しい残りのマーカの臨界数「Ｎｒｃ」が、マーカの各グループについて確立される。

各検査中に、グループＧ３からＧ５毎の残りのマーカの数「Ｎｒ」が予め決められる。この数「Ｎｒ」が少なくとも１つのグループについてゼロに等しい場合には、判定基準は、エンジンの即時取り外し「ＤＥＰ」、および摩耗に曝される圧縮機の部品（ケーシング、インペラのブレード、ディフューザのフィン）の取り換えを要求する。数Ｎｒが問題のグループについてＮｒｃに等しい場合には、取り外しがまた決定される。

あるいは、マーカはグループで配置されなくて、例えばエルボの子午線に沿って規則正しく配置される場合がある。この場合は、速度「Ｖｅ」または摩耗の進行Ａｕが実質的に増加しない限り、数Ｎｒｃは単に１に等しく、次いで、数Ｎｒｃは、構成部品のいかなる遅延した置き換えも回避するために２になる。

本発明は、説明され示された実施形態に限定されるものではない。したがって、マーカは、例えばＶ、三角形、正方形、等の配置に従って、１つおよび同じグループの凹部によって整列されなくてもよい。

Claims (14)

1. ベーン（１１）が設けられるインペラ（１０）、およびベーン（１１）における空気ストリーム（Ｆ１）の流れのためのケーシング（１２）を含む、半径方向空気入口（５）を備えるガスタービン（１０）の遠心圧縮機（１）であって、アブレイダブル皮膜で覆われるケーシング（１２）は、マーカとして知られる所定の深さ（Ｐ１からＰ３）の少なくとも１つのマーキング凹部（Ｍ１からＭ３、Ｍｉ）がアブレイダブル皮膜に機械加工される略中央の部分で環状エルボ領域（１２ａ）を有することを特徴とする、遠心圧縮機。
2. 少なくとも２つのマーカ（Ｍ１からＭ３）から成る少なくとも２つのグループ（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３からＧ５）が、ケーシング（１２）のエルボ領域（１２ａ）に沿って規則正しく配置される、請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. マーカの少なくとも３つのグループ（Ｇ３からＧ５）を含む、請求項２に記載の遠心圧縮機。
4. 各グループが、少なくとも３つのマーカ（Ｍ１からＭ３）から成る、請求項２に記載の遠心圧縮機。
5. 各グループ（Ｇ１からＧ５）のマーカ（Ｍ１からＭ３）が、異なり定量化された初期深さ（Ｐ１からＰ３）を有する、請求項１に記載の遠心圧縮機。
6. 各グループ（Ｇ３からＧ５）のマーカ（Ｍ１からＭ３）が、前記エルボ領域（１２ａ）に整列され、それらの設置が、子午線（１２０）、半径（１２１）と、子午線および半径の間で傾斜された線との間に選択される、請求項１に記載の遠心圧縮機。
7. １つおよび同じグループ（Ｇ１からＧ５）のマーカ（Ｍ１からＭ３）が、同じタイプの腐食に耐えることができるように、１０ｍｍも離れず互いに十分接近している、請求項６に記載の遠心圧縮機。
8. マーカ（Ｍ１からＭ３、Ｍｉ）が、異物、特に砂の粒状物の吸い込みによって詰まらないように、１ｍｍ未満の最大開口部を有する、請求項１に記載の遠心圧縮機。
9. マーカ（Ｍ１からＭ３、Ｍｉ）が、円筒形状、円形もしくは長円形であるベースを備える穴、球形セグメント、円錐形状、および溝切りの中から選択される形状を有する、請求項１に記載の遠心圧縮機。
10. 請求項１に記載の遠心圧縮機の摩耗を監視する方法であって、
    少なくとも１つのマーカ（Ｍ１からＭ３、Ｍｉ）が、所定の深さの少なくとも１つの凹部（Ｐ１からＰ３）をケーシングのエルボ（１２ａ）のアブレイダブル皮膜に機械加工することによって生成されるステップと、
    内視鏡による検査（２００）が、経時的に（Ｔｊ）連続的に行われるステップと、
    各検査について、内視鏡が圧縮機の中に導入され、内視鏡のアクティブ端部が、マーカの画像信号を提供するためにマーカ（複数のマーカ）（Ｍ１からＭ３、Ｍｉ）に向かい合って配置されるステップと、
    内視鏡信号の処理（ＤＴＳ）（３００）が、いくつかの残りのマーカ（Ｎｒ）を供給し、エンジンの取り外しについての判定基準（ＣＤ）（５００）が、この数（Ｎｒ）および比較摩耗データ（ＤＡＴＡ）に応じて適用されるステップと
    を含むことを特徴とする、摩耗を監視する方法。
11. マーカ（Ｍ１からＭ３）が異なる深さ（Ｐ１からＰ３）を有し、最も近接する２つの深さの間の差異が、摩耗の較正された進行度により定量化される、請求項１０に記載の摩耗を監視する方法。
12. マーカ（ｍｉ）が、個々に、または少なくとも２つのマーカ（Ｍ１からＭ３）から成るグル−プ（Ｇ３からＧ５）に、ケーシング（１２）のエルボの周囲にわたって規則正しく配置される、請求項１０に記載の摩耗を監視する方法。
13. 連続する検査中の残りのマーカ（Ｎｒ）のカウントの間の比較が、圧縮機部品の間の摩耗の相互関係に関して格納されたデータ（ＤＡＴＡ）から圧縮機の他の部品の摩耗を推定することによって、腐食の速度（Ｖｅ）および同じくケーシングの摩耗の進行（Ａｕ）の測定値を供給する（４００）、請求項１０に記載の摩耗を監視する方法。
14. 各検査について、判定基準（ＣＤ）が、残りのマーカの数（Ｎｒ）を格納されたデータ（ＤＡＴＡ）に応じて確立される臨界数（Ｎｒｃ）と比較し（５００）、臨界数（Ｎｒｃ）に達した場合に、エンジンが、摩耗部品の取り換えのために取り外される、請求項１３に記載の摩耗を監視する方法。

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