JPH11514433A - 回転中のロータから出る通気流量の測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 回転子（10）が運転速度で動作している間に、回転子本体に設けれている個々の円周方向通気孔（26）から出る排気流の個別の速度を測定する装置及び方法。この装置及び方法は、回転子シャフト周りの流れ分布状態、即ち円周方向流れ分布状態を測定する高温フィルム型風速計（50）を用いている。

Description

【発明の詳細な説明】 回転中のロータから出る通気流量の測定装置及び方法 発明の分野 本発明はロータから出る流れの流量の測定装置に関し、さらに詳細には空冷タ ービンロータから出る円周方向の流量を測定する装置に関する。 発明の背景 運転速度で動作中の発電機ロータに作用する流体力学及び熱伝達現象は、発電 機、特に空冷ロータの性能にとって非常に重要である。しかしながら、流体力学 及び熱伝達現象はそれらの性質上極端に複雑である。このため、ロータの界磁巻 線の運転温度を正確に計算して予測することは、克服すべき大きな技術上の課題 であった。ロータ界磁巻線運転温度の測定及び制御は発電機の効率及び絶縁系統 の健全性にとって非常に重大である。 従来、ロータの設計の大部分は定格対冷却能力につき控え目な値を採用してい る。これは一理由として、ロータの通気及び運転温度についての不確実性のため 必要とされた。しかしながら、新型の空冷ロータは予測運転温度と効率動作のた めに許容可能な最高温度との間で殆どマージンを設けない設計になっている。そ の結果、実際のロータと実験室モデルの両方につき広範な通気流量（通風量）発 生試験を行うことによりロータ通気系統を効率的に設計することが必要になって いる。 かかる試験の結果はロータ通気系統の設計及び構成に使用される。計算流体力 学（ＣＦＤ）として知られる新しい非常に強力な分析手法もまた試験プロセスに 用いられる。ＣＦＤモデル化は発電機のロータのような複雑なシステムにおける 予想流量を計算するための効果的なツールである。試験及びＣＦＤモデル化はプ ロトタイプのロータにおける通気システムが設計通りに機能することを検証し且 つこれらのシステムの製造に用いる製造プロセスの健全性を確認するため特に有 用である。 その結果、ロータ界磁巻線における熱放散効率に影響を与える流れパラメータ の正確な測定値を求めることがロータの通気流量発生試験の主要な目的である。 重要な流れパラメータには、ロータを介して圧送されつつある流れの全総合体積 、この流れの圧力及び速度、ロータ本体の長さ方向（軸方向）及びロータ本体の 軸周りの方向（円周方向）の両方におけるこの流れの分布がある。公知の試験で はロータの軸方向の流れ分布を表わす正確な値が得られるが、流れの円周方向の 分布に関する情報は得られない。従って、ロータの円周方向の流れの分布を正確 に測定できる試験方法及び装置に関する要望が存在する。 発明の概要 本発明の目的は、ロータが運転速度で動作中にロータ本体の個々の通気孔から 出る排気流の別々の速度を測定する試験装置及び方法を提供することにある。特 に、本発明の目的はロータ軸の周りにおける流れ分布、即ち円周方向の流れ分布 を測定することにある。 一実施形態において、本発明は、空冷ロータのその回転軸線を中心とする円周 方向の流路を形成する円周方向通気孔から出る流れの、ロータが運転速度にある 時の速度を測定する装置を提供する。この装置はセンサを備えた高い周波数応答 をもつ風速計を含む。このセンサは通気孔の流れ速度を表わす信号を発生する。 支持構造体が、風速計のセンサをロータの回転軸線の周りにおいて通気孔により 形成される円周方向流路に近いところに保持する。最後に、センサが発生する信 号に基づきロータの通気孔の流れ速度を測定する手段が設けられている。 この実施形態では、支持構造体は、センサをロータの回転軸線に関して垂直方 向に配向すると共にロータの通気孔により回転軸線の回りに形成される円周方向 流路から約０.０５インチ（０.１３cm）〜０.１５インチ（０.３８cm）のところ に配置する。この実施形態では、風速計は、高温フィルム型風速計であり、石英 ファイバに付着させたニッケルフィルムを有する。 別の実施形態では、本発明は、運転速度で動作中の空冷ロータの第１及び第２ の円周方向通気孔から出る流れ速度を測定する装置を提供する。第１の円周方向 の通気孔は、ロータの回転軸線の回りの第１の円周方向流路を形成する。第２の 円周方向通気孔は、ロータの回転軸線の回りの第２の円周方向流路を形成する。 この装置は、センサを備えた高い周波数応答の風速計を含む。センサは通気孔の 流れ速度を表わす信号を発生する。この装置は又、旋回テーブルを備えた支持構 造体を含む。支持構造体は、風速計のセンサをロータの回転軸線の回りに第１の 円周方向通気孔により形成される第１の円周方向流路か、またはロータの界磁の 周りの第２の円周方向通気孔により形成される第２の円周方向流路のいずれかに 近いところに位置決めすることができる。 最後に、支持構造体がセンサをロータの回転軸線の回りの第１の円周方向通気 孔により形成される第１の円周方向流路に近いところに位置決めする時にセンサ が発生する信号に基づき、ロータの第１の円周方向通気孔の流れ速度を測定する 手段が設けられる。この手段はまた支持構造体がセンサをロータの回転軸線の回 りに第２の円周方向通気孔により形成される第２の円周方向流路に近い所に位置 決めする時はセンサが発生する信号に基づきロータの第２の円周方向通気孔の流 れ速度を測定する。 この実施形態では、支持構造体はセンサをロータの回転軸線に垂直に配向し且 つ支持構造体がセンサを第１の円周方向流路に近いところに位置決めする時はロ ータの回転軸線の回りに第１の通気孔により形成される第１の円周方向流路から 約０.０５インチ（０.１３cm）〜０.１５インチ（０.３８cm）離れたところにセ ンサを位置決めし、また、支持構造体は、支持構造体がセンサを第２の円周方向 流路に近い所に位置決めする時はロータの回転軸線の回りに第２の通気孔により 形成される第２の円周方向流路から約０.０５インチ（0.13cm）〜０.１５インチ （0.38cm）離れたところにセンサを位置決めする。 本発明の他の好ましい実施形態において、この装置は複数の円周方向通気孔の 流れ速度を測定する。特に、これら他の好ましい実施形態のうちの１つでは、こ の装置はロータ軸線の回りに円周方向流路を形成する複数の円周方向通気孔の流 れ速度を測定する。また他の好ましい実施形態では、この装置はロータ軸線の周 りに第１の円周方向流路を形成する第１の複数の円周方向通気孔の流れ速度を測 定し、またロータの軸の周りの第２の円周方向流路を形成する第２の複数の円周 方向通気孔の流れ速度を測定する。 図面の簡単な説明 図１は、空冷タービンロータの略図である。 図２は、図１に示すロータ本体の横断面図である。 図３は、図１に示すロータ本体の縦方向断面図である。 図４は、図１のロータ本体の円周方向通気孔の平面図である。 図５は、高温フィルム型風速計の一例を示す。 図６は、本発明による風速計試験装置の縦方向の非対称的な図である。 図７は、図６に示す風速計試験装置の横断面を示す非対称的な図である。 図８ａは、図６に示す風速計位置決めテーブル及び支持スタンド組立体を示す 。 図８ｂは、図８ａに示す風速計位置決めテーブル及び支持スタンド組立体の側 面図である。 図９は、本発明により測定される図６のロータと同一のロータの１組１２口の 円周方向通気孔の流れ速度を示す。 好ましい実施形態の詳細な説明 本発明の好ましい実施形態は、図１−４に関して図示説明する典型的な空冷ロ ータの円周方向の流れ分布を測定するものである。図１は発電機の空冷ロータ１ ０を示す。本発明の好ましい実施形態を試験するために図１のロータ１０と同様 なロータを使用した。ロータ１０はタービン側端部１２と励磁機側端部１４を有 する。ロータ１０の通気通路は、図２〜図４に示されている。 図２は、ロータ本体の横断面を示す。この図に示すように、ロータ１０の通気 設計には、２４個のロータスロット２０による半径方向の通気（円周方向の通気 ）冷却方式が組み込まれている。各ロータスロット２０は、その底部に沿って延 びる冷却ガス通路２２またはチャンネルを有する。ロータ本体の各極の間には１ ２個のスロット２０が存在し、それらのスロットは、ロータ１０の合計４０個の スロットに対応するインターバルで離隔されている。スロット２０の各端部から 空気が導入されロータ本体１０を軸方向に流れる。図３はロータ１０の縦方向断 面を示す。ロータ本体１０の軸方向長さに沿って４インチ（１０.２cm）の間隔 を有する合計２８個の排気用通気平面２６が設けられている（例えば、図６には これら２８個全てを示している）。空気は底チャンネル２２から半径方向に出て 界磁コイル２４（図２）の銅製のストラップの二重スリットに流入する。その空 気は巻線（界磁コイル）から熱を除去し、最終的にロータからロータ本体１０の 外径 のスロットウェッジ２８の円周方向通気孔２０から円周方向に排出される。ロー タ１０の表面上には通気用の空気が逃げる合計６７２個（２４×２８）の円周方 向通気孔２０が存在する。 図４は、１つの円周方向通気孔２６の平面図である。スロットウェッジ２８に おいて、銅製のストラップの周りから形成された２個のスリット３４が一緒にな って単一の長楕円形の通気孔３２から外に延びる。ロータ１０の発電機システム （図示せず）において、ロータ１０を介する流れは、自己圧送作用及びロータ１ ０のタービン端１２にある単一の送風機（図示せず）により発生する。プラグ３ ８（図３）が各々の軸方向チャンネルに配置されて流れをブロックすると共にタ ービン端を励磁機端から隔離する。 非常に早い過渡応答を有する圧力または流量測定装置をロータの本体の近くに 配置することによって、過渡データの分析からロータの円周方向の流れ分布を得 ることができることが判明している。ロータが毎分３６００回転の速度で回転し ている時、円周方向の通気孔が定置センサを通過する周波数は２.４ｋHzである。 充分に高い周波数応答を有するセンサを用いると、円周方向の各通気孔を横切る 時に読みを得ることが可能である。 本発明の好ましい実施形態では、高温フィルム型風速計をセンサとして用いる 。高温フィルム型風速計は、通常１７５ｋHzの高い周波数応答を有し、市販され ている。ロータ１０において風速計は１組２４個（２８組のうちから）の円周方 向の通気孔をモニタする。特定組の通気孔をモニタするため、風速計は、ロータ が回転する時のロータの軸の周りの１組２４個の通気孔の回転により形成される 円周方向通路、即ちロータ１０の外周部に整列してある。風速計は高い周波数応 答を有するため、ロータの任意の円周方向通路上の２４個の円周方向通気孔の各 々を横切る際、最大２３個の読みを得ることができる。加えて、通気孔を出る流 れ速度は高温フィルム型風速計で直接測定できる。本発明に用いる高温フィルム 型風速計の一例を図５を参照して説明する。 図５に示す風速計プローブ５０は登録商標Ｄａｎｔｅｃを有するファイバ（繊 維）−フィルム（薄膜）センサであり、汎用高精度風速計信号コンディショナ／ プロセッサである登録商標Ｄａｎｔｅｃを有する５６ＣＯＩと共に使用される。 図５は本発明の実施形態に用いるセンサ５４を示す。センサ５４は登録商標Ｄａ ｎｔｅｃを有する５５ＲＯ１であり、長さ３mm、直径７０マイクロメートルの石 英ファイバ上に被着させた厚さ０.５マイクロメートル、長さ１.２５mmのニッケ ルフィルムを含む。センサ５４は０.２ｍ／秒乃至３５０ｍ／秒の速度範囲に亘 って１７５ｋＨｚの定格感度を有する。Ｄａｎｔｅｃ ５６ＣＯＩ（これは一定 温度の風速計である）は、ホイートストンブリッジとサーボ増幅器（図示せず） を含む。 動作について説明すると、センサ５４が流体（空気）の流れの作用下に置かれ ると、対流による熱伝達によりニッケルフィルムが瞬時に熱を失う。この熱損失 によりセンサの温度、従ってその抵抗値が減少する。サーボ増幅器はセンサをそ の元の温度に回復させるに必要な電圧変化を発生させそれを出力する。その信号 、即ち電圧変化はセンサを通過する空気の瞬時速度に相当し、非線形である。本 発明の好ましい実施形態では、Ｄａｎｔｅｃ ５６Ｎ２１リニアライザが電圧と 速度の間に線形な関係を生ぜしめるため構成されている。かくして、上述のシス テムによりセンサを通過する空気の流速が得られる。ブリッジ、サーボ増幅器及 びリニアライザは風速計の主ユニット、即ちＤａｎｔｅｃ ５６ＣＯＩの一部を 形成する。 本発明の好ましい実施形態では、各センサプローブをそれぞれ個別に構成して ロータ１０の円周方向通気孔が遭遇すると予想される流速の範囲に亘りその出力 応答信号を線形化する必要がある。本発明の一実施形態では、この構成を実験室 においてほぼ２０°Ｃの周囲の空気により行う。本発明の一実施形態では、５個 のセンサを０乃至１００ｍ／秒の速度範囲に亘り線形化し、増幅器により発生さ れる電圧１ボルトが１０ｍ／秒の通気孔を出る流速に等しいように構成する。さ らに、本発明の別の実施形態では、５個のプローブのうち２個を０〜２００ｍ／ 秒の範囲に亘り線形化し、１ボルトが２０ｍ／秒に等しいように構成する。 本発明の好ましい実施形態を図６、図７、図８ａ及び図８ｂを参照して説明す る。本発明のこの好ましい実施形態では、風速計プローブ５０はロータ本体の円 周方向通気孔を出る流れを測定する際、風速計プローブをロータに沿って軸方向 に遠隔操作で且つ自動的に旋回できるようにするための位置決めテーブル６０ （図８）に固着してある。本発明の好ましい実施形態では、この位置決めテーブ ル６０はＥｘｏｎｉｃシステムズ社製のステップモータにより駆動される一軸位 置決めテーブルである。このテーブルを、操作棒コントローラ及びデジタルカウ ンタ付きのエンコーダを備えた遠隔モータ駆動ユニットと共に用いる。これによ り、オペレータはセンサの正確な位置をモニタしながらロータの本体に沿ってそ の運転速度による動作中にプローブを正確に旋回させることができる。 本発明の好ましい実施形態では、Ｅｘｏｎｉｃシステムの全走行長さは２４イ ンチ（６１cm）である。好ましい実施形態では、ロータ全体を旋回するためにこ の旋回システムを数回再配置する必要がある。好ましい実施形態では、風速計の センサ及びプローブ５０が位置決めテーブル６０に取り付けられ固定されている 。プローブを保持するため直径１インチ（２.５４cm）の機械加工したミカルタ 製のロッド５２を用いる。このロッド５２は機械加工されたアルミニウム製のブ ラケットにクランプされ、このブラケットはテーブル６０の頂面にボルト付けし てある。 図６、図７、図８ａ及び図８ｂに示すように、テーブル及びプローブ、センサ 及び保持手段全体よりなる組立体は、ロータの各端部につき一つずつスタンド組 立体６２，６４を支持するために垂直に取り付けられている。これらのスタンド は、高荷重に耐えられるスチール製の補強ニール型のガセットであり、ブラケッ トを備えたアルミニウム製のプレート６２を含む。ブラケットを備えたアルミニ ウム製のプレート６２を支持するために、支持スタンド６４の取付け面は平らに フライス加工されている。これらのスタンド６２は、フロア６６に下向きにボル ト留めされるよう設計されている。加えて、支持スタンド６４の基部とフロア６ ６との間に振動を最小限に抑えるためにネオプレンのスポンジ製のガスケット（ 図示せず）を用いる。図６、図７、図８ａ及び図８ｂに示すように、スタンド６ ４は、位置決めテーブル６０が通し孔を介してアルミニウム製のプレート６２の 取付け面に直接ボルト留めされるよう設計されている。加えて、この取り付け用 の孔にはテーブル６０がロータの本体１０に関して水平になるようにするためス ロットが設けられている。 機器類（プローブ及びテーブル）の接続に必要なケーブル（図示せず）は風速 計の主ユニット及び旋回制御装置（図示せず）に接続されている。本発明の好ま しい実施形態では、風速計の主ユニットとプローブ５４との間のケーブルの長さ は、電子装置が正確に機能するように２０ｍに制限されている。本発明の好まし い実施形態では、風速計主ユニットの出力は同軸ケーブルによりＮｉｃｏｌｅｔ ４１０信号平均記憶式オシロスコープ（図示せず）に接続されている。このオシ ロスコープは、風速計５０からリアルタイムで連続アナログ応答信号を受け取り 、デジタル化した後、指定の走査回数に亘り平均化、即ち、掃引する。掃引回数 及び掃引間の時間インターバルはオペレータにより決定される。平均化したデジ タル信号はオシロスコープと一体的なディスクドライブを介してフロッピーディ スクにＡＳＣＩＩフォーマットで保存される。 プローブの最適位置、プローブの適正な校正度合い、及び高品質の信号が得ら れるよう平均化されるべき最適掃引回数を決定するための試験を行った。センサ をロータ本体に近接して位置決めすると応答は明確であり且つ一貫性が高い（近 くに配置すればするほど応答はそれだけ一層良好になる）。結果として、本発明 の好ましい実施形態では、プローブが安全であるかぎりセンサを出来るだけ観点 中のロータ本体に近づけて配置することが賢明である。本発明の好ましい実施形 態では、この距離は約0.100インチ（０.２５４cm）である（0.05インチ（０.１ ３cm）〜０.１５インチ（０.３８cm）である）。 本発明の好ましい実施形態では、センサは１００ｍ／秒及び２００ｍ／秒に校 正される。試験中、０〜５０ｍ／秒の範囲に校正されたセンサは時たま飽和状態 になることがあると考えられた。特に、平均流速がこの範囲内にあっても、試験 中、風速計信号が時々飽和状態になり、瞬時速度が５０ｍ／秒を越えていること を指示していることが分かった。もし試験中に飽和状態が生じると、スコープ内 に記憶されている平均値に誤差が入ることになろう。かくして、飽和を避けるた めには、本発明の好ましい実施形態で用いられたセンサを１００ｍ／秒及び２０ ０ｍ／秒に校正する。 初期試験中、信号が５マイクロ秒のインターバルでサンプリングされる場合、 信号が認識可能になる前に約２０回の掃引を平均化することが必要であった。信 号の品質は、平均掃引回数の増加に伴って高まった。これらの試験に基づき、本 発明の好ましい実施形態では、５００回の掃引平均値が用いられる。その結果、 ３６００ｒｐｍで回転しているロータに関する本発明の好ましい実施形態では、 プローブを出来るだけロータに近接して配置し、校正を１００ｍ／秒及び２００ ｍ／秒に設定し、５マイクロ秒のインターバル及び一回平均少なくとも５００回 の掃引回数で得た信号を用いる。 もう一つの考慮すべき事項は、ロータの回転、即ちロータの回転軸線に対する プローブの向き（配向状態）及びプローブ用のシールドを用いるかどうかである 。運転速度（３６００ｒｐｍ）では、ロータ表面、従って、これに隣接して位置 する空気は、６２８フィート／秒（１９２ｍ／秒）の速度で動いている。この速 度は、円周方向通気孔を出る空気の速度よりも著しく大きい。円周方向通気孔を 出る空気の速度は、約１５０フィート／秒から６０フィート／秒（４６ｍ／秒〜 １８ｍ／秒）までの範囲にわたって様々である。種々の遮蔽構造が剪断流れ成分 を遮断するかどうかにつき判定するために種々の遮蔽構造を試験した。加えて、 プローブの向きが剪断流れ成分を除くかどうかにつき判定するためにプローブの 向きを試験した。 詳細を述べると、プローブをロータ本体に対して平行に配向すると、センサの 時間応答は最も大きいが、センサは剪断流れ成分の影響をすっかり受ける。プロ ーブをロータ本体に対して垂直に配向すると、プローブの時間応答は、僅かに減 少するが、センサは剪断流れ成分の影響を受ける度合いが相対的に小さくなった 。プローブの最適構成を決定するために、ロータ本体からのセンサの半径方向距 離を０.１１〜０.５１１インチ（０.２８〜１.３cm）の範囲で変えながら、ロー タの軸線に対するセンサファイバの向きを垂直から水平に変えた。最適構成は、 センサをロータ本体の表面に関して０.１１インチのところ、ロータ本体の回転 軸線に対して垂直に配置したときである。 また、試験結果の示すところによれば、信号の大きさは、センサをロータ本体 から遠ざけると、迅速に減少する。たとえば、ロータ本体から０.５１１インチ （１.３cm）離れたところでは、ここの通気流量は、プローブが垂直の向きにあ る場合には区別できないが、プローブが平行な向きにある場合には、特定のパタ ーンが依然として存在する。センサがロータ表面から０.１１インチ（０.２８cm ）の ところに位置した状態でロータ軸線に対して平行に向いているとき、通気孔のと ころのピーク速度は１２０〜１１０ｍ／秒であり、極領域（通気孔は存在しない ）に沿う速度は約５５ｍ／秒である。垂直の向きでは、通気孔のところのピーク 速度は、５５〜６０ｍ／秒、他方、極領域に沿う速度は約２０ｍ／秒である。通 気領域における速度相互の差は、プローブが平行の向きにあるときに存在する剪 断流れ成分が無いことによるものである。 それにもかかわらず、上述したように、センサをロータ軸線に対して垂直に差 し向けた状態における極領域内の速度測定値は、依然として０ではない。これは 主として、高温フィルム型風速計が流れの向きの影響を受けにくいことに起因し ている。たとえば、表面に沿う平均流速が０であるとき、ランダムな正及び負の 流れによって特徴付けられる乱流変動が依然として存在する。風速計は流速の大 きさだけを測定し、その方向は測定しないので、正及び負の流れは打ち消し合い 、かくしてセンサはロータ本体の表面上の平均又はＲＭＳ乱流レベルを検出又は 決定する。 また、試験の示すところによれば、極部分（通気孔ではない）のところでセン サにより測定された速度は、センサの向きがロータ軸線に対して垂直である場合 、ロータ本体からのセンサの距離の影響を比較的受けにくい。しかしながら、極 部分のところでセンサにより測定された速度は、センサの向きがロータ軸線に対 して平行である場合、ロータ本体からのセンサの距離が増すにつれて着実に減少 する。さらに、このデータの示すところによれば、極部分のところでセンサによ り測定された速度は、センサの向きがロータ軸線に対して垂直である場合、主と してＲＭＳ乱流レベルであり、これに対して、極部分のところでセンサにより測 定された速度は、センサの向きがロータ軸線に対して平行である場合、剪断速度 である。 上記の観察結果を考察すると、本発明の好ましい実施形態では、最も意味があ り且つ正確な信号は、センサがロータ表面から約０.１００インチ（０.２５４cm ）離れたところに位置し、且つセンサファイバの向きがロータ軸線に対して垂直 である場合に得られる。図９は、ロータ１０の円周方向通気孔の番号１５につい てこの好ましい位置にあるセンサで得た流速測定値を示している。図９に示すよ う に、ロータ１０の極について１２個の円周方向通気孔の各々は、鋭いピークの次 に非常に小さなピークが生じていることを特徴としている。鋭いピークは、通気 孔（１５）を出た流れに対応し、小さなピークはＲＭＳ乱流に対応している。 また、種々のシールドを備えたプローブの試験を行い、その結果によれば、プ ローブはシールド無しで満足の行く程度に動作した。全てのシールド試験は、プ ローブをロータ軸線に垂直に差し向けて実施した。プローブの向きにより、これ ら試験は、ベース風速計信号に対するシールドの影響を評価するに過ぎなかった 。試験を行った第１のシールドの形状は、ミカルタ製ロッドプローブホルダと一 体の半円形であった。この試験中、ホルダを単にプローブ上に滑らせるだけでセ ンサの上流側がシールドされるようになった。試験の示すところによれば、第１ のシールドを定位置に配置した状態で極部分に沿うベースライン乱流が１８ｍ／ 秒から２３ｍ／秒に増大した。全体として、風速計に対する第１のシールドの効 果は小さかった。 また、第２のシールドも試験した。第２のシールドの形態はＵ字形の「靴べら 」形状であった。このシールドの幾何学的形状は、剪断流れに加えて軸方向同伴 流を遮断するよう設計された。第２のシールドは、周囲流れに著しい影響を及ぼ した。特に、ベースライン乱流は約２６ｍ／秒に増大し、円周方向通気孔からの 特性信号は著しく変更された。試験の示すところによれば、第２のシールドは、 流れを著しく歪めるので許容できない。結果として、本発明の好ましい実施形態 では、プローブをシールドしない。 本発明を好ましい実施形態を用いて説明したが、本発明の精神及び範囲は、特 許請求の範囲に記載されていない事項によっては限定されない。たとえば、第１ のシールド、即ち、半円形又は他の類似の形状のシールドが回転中のロータの通 気孔からの流れの測定に役立つかどうかを判定するために別の試験を行っても良 い。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サンフォード，ジョージ，ダブリュー アメリカ合衆国，ノースキャロライナ州 28210，シャーロッテ，ケリー・コート 1215 (72)発明者 ロイド，アール，マイケル アメリカ合衆国，ペンシルベニア州 15137，ノース・ヴェルサイユ，ノース・ ピッツバーグ 820 (72)発明者 エバンス，リチャード，エイ アメリカ合衆国，ペンシルベニア州 15239，ピッツバーグ，ハイアレア・ドラ イブ 4831

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．運転速度で作動中の空冷ロータ（10）の円周方向通気孔（26）を出る流れの 速度を測定する装置であって、通気孔は、ロータの回転軸線の回りに円周方向流 路を形成し、前記装置は、通気孔の流れ速度を表す信号を発生するセンサ（54） を備えた高い周波数応答の風速計（50）と、風速計のセンサ（54）をロータ（10 ）の回転軸線に垂直に差し向けると共に風速計のセンサをロータの回転軸線の回 りに通気孔により形成された円周方向流路に近接させた状態で保持する支持構造 体（60,62,64,52）と、センサが発生した信号からロータの通気孔の流れ速度を 決定する手段とを有することを特徴とする装置。 ２．前記決定手段は、増幅器から成ることを特徴とする請求項１記載の装置。 ３．支持構造体（60,62.64,52）は、センサ（54）をロータ（10）の回転軸線の 回りに通気孔（26）により形成された円周方向流路から約0.05インチ（０.１３c m）〜0.15インチ（０.３８cm）離して位置決めすることを特徴とする請求項１記 載の装置。 ４．支持構造体（60,62,64,52）は、風速計（50）が取り付けられた旋回テーブ ル（60）を含むことを特徴とする請求項２記載の装置。 ５．支持構造体（60,62,64,52）は、ブレース（64）及び旋回テーブル（60）を ブレースに取り付けるマウント（62）を更に含み、ブレースはマウントを一体構 造体に取り付けることを特徴とする請求項４記載の装置。 ６．風速計は、高温フィルム型風速計であることを特徴とする請求項１記載の装 置。 ７．高温フィルム型風速計は、石英ファイバ上に被着されたニッケルフィルムを 含むことを特徴とする請求項６記載の装置。 ８．運転速度で作動中の空冷ロータ（10）の複数の円周方向通気孔（26）を出る 流れの速度を測定する装置であって、複数の通気孔は、ロータの回転軸線の回り に円周方向流路を形成し、前記装置は、複数の通気孔の流れ速度を表す信号を発 生するセンサ（54）を備えた高い周波数応答の風速計（50）と、風速計のセンサ （54）をロータ（10）の回転軸線に垂直に差し向けると共に風速計のセ ンサをロータの回転軸線の回りに複数の通気孔により形成された円周方向流路に 近接させた状態で保持する支持構造体（60,62,64,52）と、センサが発生した信 号からロータの複数の通気孔の流れ速度を決定する手段とを有することを特徴と する装置。 ９．支持構造体（60,62,64,52）は、センサ（54）をロータ（10）の回転軸線の 回りに通気孔（26）により形成された円周方向流路から約0.05インチ（０.１３c m）〜0.15インチ（０.３８cm）離して位置決めすることを特徴とする請求項８記 載の装置。 10．運転速度で作動中の空冷ロータ（10）の第１及び第２の円周方向通気孔（26 ）を出る流れの速度を測定する装置であって、第１の円周方向通気孔は、ロータ の回転軸線の回りに第１の円周方向流路を形成し、第２の円周方向通気孔は、ロ ータの回転軸線の回りに第２の円周方向流路を形成し、前記装置は、通気孔の流 れ速度を表す信号を発生するセンサ（54）を備えた高い周波数応答の風速計（50 ）と、旋回テーブル（60）を含む支持構造体（60,62,64,52）とを有し、支持構 造体は、風速計のセンサをロータの回転軸線の回りに第１の円周方向通気孔によ って形成された第１の円周方向流路に近接して位置決めすることと、風速計のセ ンサをロータの回転軸線の回りに第２の円周方向通気孔によって形成された第２ の円周方向流路に近接して位置決めすることを択一的に行うことができ、前記装 置は更に、支持構造体がセンサをロータの回転軸線の回りに第１の円周方向通気 孔によって形成された第１の円周方向流路に近接して位置決めしたとき、センサ が発生した信号からロータの第１の円周方向通気孔の流れ速度を決定し、支持構 造体がセンサをロータの回転軸線の回りに第２の円周方向通気孔によって形成さ れた第２の円周方向流路に近接して位置決めしたとき、センサが発生した信号か らロータの第２の円周方向通気孔の流れ速度を決定する手段を有することを特徴 とする装置。 11．支持構造体（60,62,64,52）は、支持構造体がセンサを第１の円周方向流路 に近接して位置決めするとき、センサ（54）をロータ（10）の回転軸線の回りに 第１の通気孔（26）により形成された第１の円周方向流路から約０.０５インチ （０.１３cm）〜０.１５インチ（０.３８cm）離して位置決めし、支持構造体が センサを第２の円周方向流路に近接して位置決めするとき、センサ（54）をロー タ（10）の回転軸線の回りに第２の通気孔により形成された第２の円周方向流路 から約０.０５インチ（０.１３cm）〜０.１５インチ（０.３８cm）離して位置決 めすることを特徴とする請求項１０記載の装置。 12．運転速度で作動中の空冷ロータ（10）の第１の複数の及び第２の複数の円周 方向通気孔（26）を出る流れの速度を測定する装置であって、第１の複数の円周 方向通気孔は、ロータ（10）の回転軸線の回りに第１の円周方向流路を形成し、 第２の複数の円周方向通気孔は、ロータの回転軸線の回りに第２の円周方向流路 を形成し、前記装置は、通気孔の流れ速度を表す信号を発生するセンサ（54）を 備えた高い周波数応答の風速計（50）と、旋回テーブル（60）を含む支持構造体 （60,62,64,52）とを有し、支持構造体は、風速計のセンサをロータの回転軸線 の回りに第１の複数の円周方向通気孔によって形成された第１の円周方向流路に 近接して位置決めすることと、風速計のセンサをロータの回転軸線の回りに第２ の複数の円周方向通気孔によって形成された第２の円周方向流路に近接して位置 決めすることを択一的に行うことができ、前記装置は更に、支持構造体がセンサ をロータの回転軸線の回りに第１の複数の円周方向通気孔によって形成された第 １の円周方向流路に近接して位置決めしたとき、センサが発生した信号からロー タの第１の複数の円周方向通気孔の流れ速度を決定し、支持構造体がセンサをロ ータの回転軸線の回りに第２の複数の円周方向通気孔によって形成された第２の 円周方向流路に近接して位置決めしたとき、センサが発生した信号からロータの 第２の複数の円周方向通気孔の流れ速度を決定する手段を有することを特徴とす る装置。 13．支持構造体（60,62,64,52）は、支持構造体がセンサを第１の円周方向流路 に近接して位置決めするとき、センサ（54）をロータ（10）の回転軸線の回りに 第１の複数の円周方向通気孔（26）により形成された第１の円周方向流路から約 ０.０５インチ（０.１３cm）〜０.１５インチ（０.３８cm）離して位置決めし、 支持構造体がセンサを第２の円周方向流路に近接して位置決めするとき、センサ （54）をロータ（10）の回転軸線の回りに第２の複数の円周方向通気孔により形 成された第２の円周方向流路から約０.０５インチ（０.１３cm）〜０.１５イ ンチ（０.３８cm）離して位置決めすることを特徴とする請求項１２記載の装置 。 14．運転速度で作動中の空冷ロータ（10）の円周方向通気孔（26）を出る流れの 速度を測定する方法であって、通気孔は、ロータの回転軸線の回りに円周方向流 路を形成し、前記方法は、通気孔の流れ速度を表す信号を発生するセンサ（54） を備えた高い周波数応答の風速計（50）を使用する段階(a)と、風速計のセンサ をロータ（10）の回りに通気孔により形成された円周方向流路に近接して保持す る段階(b)と、センサ（54）をロータ（10）の回転軸線に垂直に差し向ける段階( c)と、センサが発生した信号からロータの通気孔の流れ速度を決定する段階(d) とを有することを特徴とする方法。 15．段階(c)は、センサ（54）をロータ（10）の回転軸線の回りに通気孔（26） により形成された円周方向流路から約０.０５インチ（０.１３cm）〜０.１５イ ンチ（０.３８cm）離して位置決めする段階を含むことを特徴とする請求項１４ 記載の方法。 16．段階(c)は、通気孔（26）について風速計（50）が発生した信号を、通気孔 の流れ速度の決定前に少なくとも２０回サンプリングする段階を含むことを特徴 とする請求項１５記載の方法。 17．段階(c)は、通気孔（26）について風速計（50）が発生した信号を、通気孔 の流れ速度の決定前に少なくとも５００回サンプリングする段階を含むことを特 徴とする請求項１５記載の方法。 18．段階(a)で用いられる風速計は、高温フィルム型風速計であることを特徴と する請求項１７記載の方法。 19．高温フィルム型風速計は、石英ファイバ上に被着されたニッケルフィルムを 含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。 20．運転速度で作動中の空冷ロータ（10）の複数の円周方向通気孔（26）を出る 流れの速度を測定する方法であって、複数の通気孔は、ロータの回転軸線の回り に円周方向流路を形成し、前記方法は、通気孔の流れ速度を表す信号を発生する センサ（54）を備えた高い周波数応答の風速計（50）を使用する段階(a)と、風 速計のセンサをロータ（10）の回りに複数の通気孔により形成された円周方向流 路に近接して保持する段階(b)と、センサが発生した信号からロータ の複数の通気孔の流れ速度を決定する段階(c)とを有することを特徴とする方法 。 21．段階(b)は、センサ（54）をロータ（10）の回転軸線に垂直に差し向ける段 階と、センサをロータの回転軸線の回りに通気孔（26）により形成された円周方 向流路から約０.０５インチ（０.１３cm）〜０.１５インチ（０.３８cm）離して 位置決めする段階とを有することを特徴とする請求項２０記載の方法。 22．運転速度で作動中の空冷ロータ（10）の第１及び第２の円周方向通気孔（26 ）を出る流れの速度を測定する方法であって、第１の円周方向通気孔は、ロータ の回転軸線の回りに第１の円周方向流路を形成し、第２の円周方向通気孔は、ロ ータの回転軸線の回りに第２の円周方向流路を形成し、前記方法は、通気孔の流 れ速度を表す信号を発生するセンサ（54）を備えた高い周波数応答の風速計（50 ）を使用する段階(a)と、風速計のセンサをロータの回転軸線の回りに第１の円 周方向通気孔によって形成された第１の円周方向流路に近接して位置決めするこ とと、風速計のセンサをロータの回転軸線の回りに第２の円周方向通気孔によっ て形成された第２の円周方向流路に近接して位置決めすることを択一的に行うこ とができるよう旋回テーブル（60）を含む支持構造体（60,62,64.52）を使用す る段階(b)と、支持構造体がセンサをロータの回転軸線の回りに第１の円周方向 通気孔によって形成された第１の円周方向流路に近接して位置決めしたとき、セ ンサが発生した信号からロータの第１の円周方向通気孔の流れ速度を決定し、支 持構造体がセンサをロータの回転軸線の回りに第２の円周方向通気孔によって形 成された第２の円周方向流路に近接して位置決めしたとき、センサが発生した信 号からロータの第２の円周方向通気孔の流れ速度を決定する段階(c)とを有する ことを特徴とする方法。 23．段階(b)は、センサ（54）をロータ（10）の回転軸線に垂直に差し向ける段 階と、支持構造体（60,62,64,52）がセンサを第１の円周方向流路に近接して位 置決めするとき、センサ（54）をロータ（10）の回転軸線の回りに第１の通気孔 （26）により形成された第１の円周方向流路から約０.０５インチ（０.１３cm） 〜０.１５インチ（０.３８cm）離して位置決めし、支持構造体がセンサを第２の 円周方向流路に近接して位置決めするとき、センサ（54）をロータ（10） の回転軸線の回りに第２の通気孔により形成された第２の円周方向流路から約０ .０５インチ（０.１３cm）〜０.１５インチ（０.３８cm）離して位置決めする段 階とを含むことを特徴とする請求項２２記載の方法。 24．運転速度で作動中の空冷ロータ（10）の第１の複数の及び第２の複数の円周 方向通気孔（26）を出る流れの速度を測定する方法であって、第１の複数の円周 方向通気孔は、ロータ（10）の回転軸線の回りに第１の円周方向流路を形成し、 第２の複数の円周方向通気孔は、ロータの回転軸線の回りに第２の円周方向流路 を形成し、前記方法は、通気孔の流れ速度を表す信号を発生するセンサ（54）を 備えた高い周波数応答の風速計（50）を使用する段階(a)と、風速計のセンサを ロータの回転軸線の回りに第１の複数の円周方向通気孔によって形成された第１ の円周方向流路に近接して位置決めすることと、風速計のセンサをロータの回転 軸線の回りに第２の複数の円周方向通気孔によって形成された第２の円周方向流 路に近接して位置決めすることを択一的に行うことができるよう旋回テーブル（ 60）を含む支持構造体（60,62,64,52）を使用する段階(b)と、支持構造体がセン サをロータの回転軸線の回りに第１の複数の円周方向通気孔によって形成された 第１の円周方向流路に近接して位置決めしたとき、センサが発生した信号からロ ータの第１の複数の円周方向通気孔の流れ速度を決定し、支持構造体がセンサを ロータの回転軸線の回りに第２の複数の円周方向通気孔によって形成された第２ の円周方向流路に近接して位置決めしたとき、センサが発生した信号からロータ の第２の複数の円周方向通気孔の流れ速度を決定する段階(c)とを有することを 特徴とする方法。 25．段階(b)は、センサ（54）をロータ（10）の回転軸線に垂直に差し向ける段 階と、支持構造体（60,62,64,52）がセンサを第１の円周方向流路に近接して位 置決めするとき、センサ（54）をロータ（10）の回転軸線の回りに第１の複数の 円周方向通気孔（26）により形成された第１の円周方向流路から約０.０５イン チ（０.１３cm）〜０.１５インチ（０.３８cm）離して位置決めし、支持構造体 がセンサを第２の円周方向流路に近接して位置決めするとき、センサ（54）をロ ータ（10）の回転軸線の回りに第２の複数の円周方向通気孔により形成された第 ２の円周方向流路から約0.05インチ（０.１３cm）〜0.15インチ（０.３８ cm）離して位置決めする段階とを含むことを特徴とする請求項２４記載の方法。