KR100419951B1 - 회전로터에서배출되는통풍량을측정하는장치및방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로터(10)가 작동속도로 작동하는 동안 개개의 원주 회전체 통기공(26)밖으로 배출되는 배기 유량물의 속도를 따로따로 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 장치 및 방법은 로터 축둘레의 유량분포 즉 원주유량분포를 측정하기 위해 열막 풍속계(50)를 사용한다.

Description

회전 로터에서 배출되는 통풍량을 측정하는 장치 및 방법

운전속도로 작동되는 동안 발전기 로터에 작용하는 유체역학 현상과 열전달 현상은 발전기 특히 공냉 로터의 성능에 중요하다. 그러나, 유체역학 현상과 열전달 현상은 그 특성이 매우 복잡하다. 이러한 이유로, 로터계자권선 작동온도를 정밀하게 계산하고 예상하는 것이 공학의 주요 쟁점이었다. 로터계자권선 작동온도의 판단과 제어는 발전기 성능과 단열 시스템 보존에 중요하다.

역사적으로, 대부분의 로터 설계는 보존율 대 냉각성능을 도입하였다. 부분적으로, 로터의 통풍과 작동온도에 관련된 불확실성 때문에 이것은 필수적이었다. 그러나, 공냉로터의 새로운 형태는 효율적인 작동을 위해 허용가능한 최대 온도와 예상 작동온도 사이에 매우 작은 여유를 갖도록 설계되었다. 그 결과, 로터 통풍 시스템을 효율적으로 설계하기 위해 실제로터와 실험모델의 광범위한 통풍유량 발달 실험(ventilation flow development test)을 수행하는 것이 필요하게 되었다.

이와같은 실험의 결과는 로터 통풍 시스템의 설계와 측정에 사용된다. 컴퓨터유체역학연산("CFD")로 알려진 새롭고 매우 강력한 해석 기술이 또한 실험공정에 사용된다. CFD 모델링은 복잡한 시스템 이를테면 발전기 로터의 예상 유량을 연산하기 위한 효율적인 도구이다. 실험 및 CFD 모델링은 원형 로터(prototype rotor)의 통풍시스템들이 설계목적으로 그리고 이들 시스템의 제조에 사용된 제조공정의 완전성을 확인하는 역할을 입증하는데 특히 유용하다.

그 결과, 로터계자권선의 열소산 효율에 영향을 끼치는 유량 파라미터의 정확한 측정값을 얻는 것은 로터의 통풍유량 발달실험에 가장 중요한 목적이다. 중요한 유량 파라메타는 로터를 통해 펌핑되는 전체 유량, 이러한 유량과 연관된 압력과 속도 및 로터에 있는 회전체의 길이(축)와 회전체 축둘레(원주)의 통풍유량분포를 포함한다. 공지의 실험은 로터에서의 정확한 축방향 유량 분포를 산출하지만, 그것들은 원주유량분포 정보를 제공하지 않는다. 따라서, 로터에서의 정확한 원주유량분포 측정값을 얻을 수 있는 실험 방법 및 장치가 필요하다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 로터가 작동속도로 작동하는 동안 개개의 회전체 통기공에서 배출되는 배기유동의 이산속도를 측정하는 실험장치 및 실험방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 로터 축둘레의 유량분포 즉 원주유량분포를 측정하는 것이다.

일 실시예에 있어서, 본 발명은 하나의 원주 통기공이 로터의 회전축 둘레에 원주통로를 형성하는 경우 작동속도로 작동하는 공냉 로터의 원주 통기공에서 배출되는 유동속도를 측정하는 장치이다. 장치는 센서를 갖는 고주파수 응답풍속계(anemometer)를 포함한다. 센서는 통기공의 유동속도를 나타내는 신호를 생성한다. 지지구조물은 통기공에 의해 로터 회전축 둘레에 형성된 원주통로에 근접하게 풍속계 센서를 고정한다. 최종적으로, 수단은 센서에 의해 생성된 신호로 로터 통기공의 유동속도를 판단한다.

본 실시예에 있어서, 지지 구조물은 로터 회전축에 수직하게 센서의 방향을 설정하고 통기공에 의해 로터 회전축 둘레에 형성된 원주통로에서 대략 0.05인치(0.13cm) 내지 0.15인치(0.38cm) 떨어진 곳에 센서를 위치시킨다. 본 실시예에 있어서, 풍속계는 열막 풍속계(hot-film anemometer)이고, 열막 풍속계는 석영섬유에 침착된 니켈막을 포함한다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 작동속도로 작동하는 공냉로터의 제 1 및 제 1 원주 통기공에서 배출되는 유동속도를 측정하는 장치이다. 제 1 원주 통기공은 로터 회전축 둘레에 제 1 원주통로를 형성한다. 제 2 원주 통기공은 로터 회전축 둘레에 제 2 원주통로를 형성한다. 장치는 센서를 갖는 고주파수응답 풍속계를 포함한다. 센서는 통기공의 유동속도를 나타내는 신호를 생성한다. 장치는 또한 세로이송 테이블을 가진 지지구조물을 포함한다. 지지구조물은 제 1원주 통기공에 의해 로터 회전축 둘레에 형성된 제 1 원주통로에 근접하게 그리고 제 2 원주 통기공에 의해 회전축 둘레에 형성된 제 2 원주통로에 근접하게 풍속계의 센서를 다른 방법으로 위치시킬 수 있다.

최종적으로, 수단은 지지구조물이 제 1 원주 통기공에 의해 로터 회전축 둘레에 형성된 제 1 원주통로에 근접하게 센서를 위치시킬 때 센서에 의해 생성된 신호로 로터의 제 1 원주 통기공 유동속도를 판단한다. 수단은 지지구조물이 제 2 원주 통기공에 의해 로터 회전축 둘레에 형성된 제 2 원주통로에 근접하게 센서를 위치시킬 때 센서에 의해 생성된 신호로 로터의 제 2 원주 통기공 유동속도를 판단한다.

본 실시예에 있어서, 지지구조물은 로터 회전축에 수직하게 센서의 방향을 설정하고, 지지구조물이 센서를 제 1 원주통로에 근접하게 위치시킬 때 지지구조물은 제 1 통기공에 의해 로터 회전축 둘레에 형성된 제 1 원주통로에서 대략 0.05인치(0.13cm) 내지 0.15인치(0.38cm) 떨어진 곳에 센서를 위치시키고 지지구조물이 제 2 원주통로에 근접하게 센서를 위치시킬 때 지지구조물은 제 2 통기공에 의해 로터 회전축 둘레에 형성된 제 2 원주통로에서 대략 0.05인치(0.13cm) 내지 0.15인치(0.38cm) 떨어진 곳에 센서를 위치시킨다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 있어서, 장치는 다수 원주 통기공의 유동속도를 판단한다. 특히, 다른 바람직한 실시예들 중 한 실시예에 있어서, 장치는 다수의 원주 통기공 유동속도를 판단하고 다수의 원주 통기공은 로터 축둘레에 원주통로를 형성한다. 다른 바람직한 실시예들 중 다른 한 실시예에 있어서, 장치는 제 1 다수 원주 통기공의 유동속도를 판단하고 제 1 다수 원주 통기공은 로터 축둘레에 제 1 원주통로를 형성하고, 장치는 제 2 다수 원주 통기공의 유동속도를 판단하고 제 2 다수 원주 통기공은 로터 축둘레에 제 2 원주통로를 형성한다.

본 발명은 로터에서 배출되는 유량을 측정하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 공냉 터빈 로터에서 배출되는 원주유량(circumferential flow)을 측정하는 장치에 관한 것이다.

도 1은 공냉 터빈로터의 개략도이다.

도 2는 도 1에 도시된 회전체의 단면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 회전체의 종단면도이다.

도 4는 도 1에 도시된 회전체상에 있는 원주 통기공의 평면도이다.

도 5는 열막 풍속계의 일 예를 도시한 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 풍속계 실험장치의 비대칭 종단면도이다.

도 7은 도 6에 도시된 풍속계 실험장치의 비대칭 단면도이다.

도 8a는 도 6에 도시된 풍속계 위치결정 테이블과 지지스탠드 조립체를 도시한 정면도이다.

도 8b는 도 8a에 도시된 풍속계 위치결정 테이블과 지지스탠드 조립체를 도시한 측면도이다.

도 9는 본 발명에 의해 측정된 도 6에 도시된 로터와 유사한 로터의 12 원주 통기공 세트의 유동속도를 도시한 그래프이다.

본 발명의 바람직한 실시예는 도 1-4를 참조하여 도시되고 설명된 일반적인 공냉로터의 원주유량분포를 측정하기 위해 제공된다. 도 1은 발전기의 공냉로터(10)를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 로터(10)와 유사한 로터가 본 발명의 바람직한 실시예를 실험하기 위해 사용되었다. 공냉로터(10)는 터빈 단부(12)와 여자기 단부(14)를 갖는다. 로터(10)의 통풍 통로가 도 2-4에 도시되어 있다.

도 2는 회전체의 단면을 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와같이, 로터의 통풍 모형은 24개의 로터 슬롯(20)으로 냉각하는 방사상 통기공(원주 통기공)을 포함한다. 각각의 로터 슬롯(20)은 그 바닥을 따라 이어지는 냉각가스 통로(22) 또는 채널을 갖는다. 회전체(10)의 각 전극(pole) 사이에 12개의 슬롯(20)이 있고, 슬롯은 로터(10)에 총 40개의 슬롯에 상응하는 간격으로 이격되어 있다. 공기는 슬롯(20)의 각 단부로 들어가 회전체(10)의 축방향을 따라 유동한다. 도 3은 로터(10)의 종단면을 도시한 것이다. 회전체(10)의 축방향 길이부를 따라 4인치(10.2cm) 이격된 총 28개의 배기 통기공 평면(26)이 있다 (예컨대, 도 6에는 총 28개가 도시되어 있다). 공기는 바닥채널(22)에서 계자코일(24)의 구리 스트랩에 있는 이중 슬릿으로 방사상으로 배출된다(도 2). 공기는 계자권선(계자코일)으로부터 열을 흡수하고 궁극적으로 로터에서 원주방향으로 회전체(10) 외경의 슬롯웨지(28)에 있는 외주 통기공(20) 외부로 배기된다. 로터(10)의 표면에 총 672(24×28)의 원주 통기공(20)이 있고 이것을 통해 배출공기가 배출된다.

도 4는 개개의 원주 통기공(26) 평면도이다. 슬롯웨지(28)에 있어서, 구리 스트랩 둘레에 형성된 2개의 슬릿(34)이 단일 타원 통기공(32)과 연결되고 배출공기가 단일 타원 통기공(32)을 통해 배출된다. 로터(10)용 발전기 시스템 (도시하지 않음)에 있어서, 로터(10)를 통과하는 흐름은 자체 펌핑과 로터(10)의 터빈단부(12)에 위치된 단일 송풍기(도시하지 않음)에 의해 제공된다. 플러그(38;plug)(도 3)는 각각의 축방향 채널에 위치되어 유량을 차단하고 여자기 단부로부터 터빈 단부를 격리시킨다.

회전체 부근에서 매우 빠른 과도기 응답을 갖는 압력 또는 유량 측정장치를 위치시키므로서 과도기 데이타 분석으로 로터의 원주유량분포를 얻는 것이 가능하다는 것을 알았다. 로터가 분당 3600회전("RPM")으로 회전할 때, 원주 통기공의 고정 센서 주파수는 2.4㎑이다. 충분한 고주파수 응답을 가진 센서가 주어진 경우, 각각의 원주 통기공을 가로질러 판독할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 열막 풍속계가 센서로 사용된다. 열막 풍속계는 일반적으로 175㎑ 고주파수 응답을 갖고, 통상적으로 입수가능하다. 로터(10)에서, 풍속계는 24개의 원주 통기공 세트(28세트외에)를 모니터링한다. 특히 통기공 세트를 모니터링하기 위해, 풍속계에는 24 통기공 세트의 회전에 의해(로터가 작동할 때) 로터의 축둘레 즉 로터(10)의 외경에 형성된 원주통로에 정렬된다. 풍속계의 고주파수 응답 때문에, 로터의 어느 원주통로에서 24개의 원주 통기공 각각을 가로질러 최대 23 판독(readings)까지 얻는 것이 가능하다. 부가하여, 통기공에서 배출되는 유동속도는 유막 풍속계로 바로 측정될 수 있다. 본 발명에 사용된 유막 풍속계의 일 예는 도 5에 참조로 제공된다.

도 5에 도시된 풍속계 탐침(50)은 일반적으로 고정밀 풍속계 신호 조절장치/처리장치, 단텍(Dantec;상표명) 56COI와 관련하여 사용되는 단텍(상표명) 섬유막 센서이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 사용된 센서(54)를 도시한 것이다. 센서 (54)는 단텍(상표명) 55Rol이고 3㎜ 길이에 침착된 두께가 0.5마이크로미터이고 길이가 1.25mm인 니켈막과, 70 마이크로미터 직경의 석영섬유를 포함한다. 센서(54)는 0.2m/s의 속도범위로 175㎑ 정격 감도를 포함한다. 단텍(상표명) 56COI(이것은 일정한 온도 풍속계이다)는 휘트스톤 브리지와 서보 증폭기(도시하지 않음)을 포함한다.

작동에 있어서, 센서(54)가 유체(공기)유동에 노출될 때, 대류 열전달로 인해 니켈막에 일시적인 열손실이 있다. 열손실은 센서온도의 감소와 이에 따른 저항을 발생시킨다. 서보 증폭기는 전압을 발생시켜 센서를 원래 온도로 복귀시키는데 필요한 전압변화를 출력한다. 신호 즉 전압 변화는 센서를 통과하는 순간 공기속도에 대응하고 비선형이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 단텍 56N21 선형화장치는 전압과 속도가 선형관계를 이루도록 보정된다. 따라서, 센서를 통과한 공기유동속도는 위에서 설명한 시스템에 의해 얻어진다. 휘트스톤 브리지, 서보 증폭기 및 선형화장치는 메인 풍속계 유니트 즉 단텍 56COI의 부품이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 각각의 센서 탐침은 로터(10)의 원주 통기공 부근에서 촉진되도록 예상된 유동속도 범위에서 출력응답신호를 선형화하기 위해서 개별적으로 측정되어야 한다. 본 발명의 일 실시예에서, 측정은 약 20℃의 외기를 가진 실험실에서 수행된다. 본 발명의 일 실시예에서, 5개의 센서는 0 내지 100m/s의 속도범위에서 선형화되고 측정되어 1볼트(증폭기에 의해 제공됨)=10m/s의 통기공에서 배출되는 유동속도가 된다. 부가적으로, 본 발명의 다른 실시예에서, 5개의 탐침 중 2개는 0 내지 200m/s의 범위에서 선형화되고 측정되어 1볼트=20m/s가 된다.

본 발명의 바람직한 실시예는 도 6, 7, 8a, 8b를 참조하여 제공될 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 풍속계 탐침(50)은 위치결정 테이블(60)에 부착되어 회전체의 원주 통기공에서 배출되는 유량을 측정하는 동안 로터의 축방향을 따라 놓인 풍속계 탐침을 원격적으로 그리고 자동적으로 가로지르는 성능을 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 위치결정 테이블(60)은 엑소닉(Exonic;상표명) 시스템의 스텝모터로 구동되는 단일 축방향 위치결정 테이블이다. 테이블은 디지탈 카운터를 가진 엔코터와 조이스틱 제어기를 가진 원격 모터 구동 유니트와 함께 사용된다. 이것은 작동속도로 작동하는 동안 탐침이 회전체를 정확하게 가로지르도록 하지만 작업자가 정확한 센서 위치를 모니터링한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 엑소닉(상표명) 시스템의 총 이동길이는 24인치(60.96㎝)이다. 바람직한 실시예에서는 세로이송 시스템을 몇 번 재배치하여 로터 전체를 가로지르는 것이 필요하다. 1인치(2.54㎝) 직경으로 가공된 마이카타(micarta) 로드(52)는 탐침을 고정하기 위해 사용된다. 로드(52)는 테이블(60)의 상면에 볼트 체결되는 기계가공된 알루미늄 브라켓에 클램핑된다.

도 6, 7, 8a 및 8b에 도시된 바와같이, 테이블과 탐침, 센서, 홀더 조립체 모두는 로터의 각 단부중 하나, 지지스탠드 조립체(62, 64)에 수직 방향으로 장착된다. 스탠드는 강력스틸 "스티프-닐" 타입 거싯(heavy-duty steel "stiff-kneel" type gussets)이고 고정된 알루미늄판(62)을 포함한다. 고정된 알루미늄판(62)을 지지하기 위해서, 지지스탠드(64)의 마운팅면은 평평하게 평삭된다. 이들 스탠드(62)는 바닥(66)에 볼트체결되도록 설계된다. 부가하여, 네오프렌 스폰지 가스켓(neoprene sponge gasket; 도시하지 않음)은 진동을 최소화하기 위해서 지지스탠드(64)의 베이스와 바닥(66) 사이에 사용된다. 도 6, 7, 8a 및 8b에 도시된 바와같이, 스탠드(64)는 위치결정 테이블(60)이 관통구멍을 통해 알루미늄판(62)의 장착면에 바로 볼트체결되도록 설계된다. 부가하여, 장착구멍은 테이블(60)이회전체(10)에 대해 정확하게 수평을 이루도록 슬롯팅된다.

수단(탐침 및 테이블)의 연결에 필요한 케이블(도시하지 않음)은 풍속계 메인 유니트와 세로이송 제어장치(도시하지 않음)에 연결된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 풍속계 메인 유니트와 탐침(54) 사이의 케이블 길이는 전자장치가 정확하게 작용하도록 하기 위해서 20m로 한정된다. 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 풍속계 메인 유니트의 출력단은 동축 케이블에 의해 니콜렛(Nicolet;상표명) 410 신호-평균 저장 오실로스코프(oscilloscope)에 연결된다. 오실로스코프는 실시간 동안 풍속계(50)의 연속 아날로그 응답신호를 받아들이고 지정된 스캔수 또는 스위프(sweeps)수로 신호를 디지탈화하고 평균한다. 그 후 평균 디지탈 신호는 오실로스코프에 집적된 구동 디스크를 통해 ASCⅡ 포맷의 플로피 디스크에 저장된다.

실험은 탐침의 최적위치, 탐침의 적절한 측정 및 고품질 신호를 생성하도록 평균 스위프의 최적수를 판단하도록 수행된다. 센서가 회전체에 근접하게 위치될 때(더 근접할수록 응답이 향상됨) 응답이 더 분명하고 더 일정하다는 것을 발견했다. 결과적으로 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 탐침의 안전이 허용되는한 회전하는 회전체에 근접하게 센서를 위치시키는 것이 현명하다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 이러한 거리는 약 0.1인치(0.254㎝)(0.05인치(0.13㎝) 내지 0.15인치(0.38㎝))이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 센서는 100m/s 및 200m/s로 보정된다. 실험 중에, 0-50m/s 범위로 보정된 센서가 종종 포화상태에 놓이게 되는 것으로 판단되었다. 특히 유량의 평균속도가 이러한 범위내에 있는 경우에도 실험하는 동안 풍속계 신호가 순간적으로 50m/s 이상의 속도를 나타내는 상화상태가 되는 것이 기록되었다. 실험하는 동안 포화가 발생할 경우, 오실로스코프에 저장된 평균값이 왜곡된다. 따라서, 포화상태를 피하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예에 사용된 센서는 100m/s 및 200m/s로 보정된다.

초기 실험기간 중에, 신호가 5 마이크로세컨드 간격으로 샘플링될 때 신호가 인식할 수 있게 되기전에 평균 약 20 스위프가 필요하였다. 신호 특성은 평균 스위프 수로 증가했다. 이들 실험에 근거하여, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 평균 500 스위프가 사용된다. 결과적으로, 3600 RPM으로 회전하는 도 1에 도시된 로터에 대한 본 발명의 바람직한 실시예에서, 탐침은 로터에 가능한한 근접하게 위치되고 보정은 100m/s 및 200m/s로 설정되고 신호가 5 마이크로세컨드 간격이고 최소한 평균 500 스위프인 신호가 사용된다.

다른 고려할 사항은 로터(10)의 회전에 대한 즉, 로터 회전축에 대한 탐침의 방향성과 탐침용 실드(shields)의 사용이다. 작동 속도(3600RPM)에서 로터표면에 인접한 공기는 628ft/sec(192m/s)의 속도로 이동한다. 이러한 속도는 원주 통기공에서 배출되는 공기의 속도보다 상당히 크다. 원주 통기공에서 배출되는 공기의 속도는 약 150ft/s 내지 60ft/s(64m/s 내지 18m/s)로 변한다. 다양한 차폐 구조는 그것들이 전단유동성분을 차단하였는가를 판단하도록 검사되었다. 부가하여, 탐침 방향성은 탐침의 방향성이 전단유동성분을 제거하는가를 판단하도록 조사되었다.

상세하게 설명하면, 탐침이 회전체에 평행하게 설정될 때, 센서의 응답시간은 최고로 크나 센서가 전단유량의 영향에 완전히 노출된다. 탐침이 회전체에 수직하게 설정될 때, 탐침의 응답시간은 약간 감소하나 센서가 전단유동성분에 상대적으로 민감하지 못하다. 최적의 탐침 배치를 판단하기 위해서, 로터축에 대한 센서 섬유의 방향은 수직에서 수평으로 변하게 되지만 회전체와 센서의 방사상 거리는 0.11 내지 0.511인치(0.28 내지 1.3㎝) 사이에서 변한다. 최적 배치는 센서가 회전체의 표면에 대해 0.11인치에 위치되고 회전체의 회전축에 수직하게 위치될 때이다.

실험은 또한 센서가 회전체에서 먼쪽으로 이동될 때 신호의 크기가 급격히 감소하는 것을 보여주고 있다. 예를들어, 회전체에서 0.511인치(1.3cm) 떨어진 곳에서, 개개의 통기공 유동은 탐침이 수직한 방향에 있을 때 거의 구분되지 않는다. 그러나, 설정 양식에는 탐침이 평행한 방향으로 아직도 존재한다. 센서가 로터표면에서 0.11인치(0.28cm) 떨어져 있고 로터축에 평행하게 될 때, 통기공에서의 최고 속도는 120-110m/s 이고 기둥구역(통기공이 없는 구역)에서의 속도는 약 55m/s이다. 수직한 위치에서, 통기공에서의 최고 속도는 55-60m/sec이지만 기둥구역에서의 속도는 대략 20m/sec 이다. 배출되는 구역에서 속도의 차이는 탐침이 평행하게 위치할 때 전단 속도성분이 없기 때문이다.

그럼에도 불구하고, 위에서 설명한 바와같이, 로터축에 수직한 센서로 기둥구역에서 측정한 속도는 여전히 0이 아니다. 이것은 열막 풍속계가 유량의 방향에 둔감한 것에 주로 기인한다. 예를들어, 표면을 따라 평균속도가 0일 때, 불규칙한 포지티브 및 네가티브 유동에 의해 특징되는 난류변동이 여전히 있다. 풍속계가 방향에 무관하고 유동속도의 크기만을 측정하기 때문에, 포지티브 및 네가티브 유동은 없어지지 않고 따라서 센서는 회전체의 표면에서의 평균 또는 RMS 난류수준을 검출하거나 판단한다.

실험은 또한 기둥구역(통기공이 아님)에서 센서에 의해 측정된 속도가 로터축에 수직한 방향일 때 회전체와 센서의 거리에 비교적 민감하지 않은 것을 보여주었다. 그러나, 기둥구역에서 센서에 의해 측정된 속도는 센서가 로터축에 평행할 때 회전체로부터 이격된 센서의 거리증가에 따라 안정적으로 강하한다. 이러한 데이타는 또한 센서가 로터축에 수직할 때 기둥구역에서 센서에 의해 측정된 속도가 전단속도인 것을 나타내었다.

위의 관찰을 고려하여, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 센서가 로터표면에서 약 0.100인치(0.254cm) 떨어져 있고 센서의 섬유가 로터 축에 평행할 때 가장 평균적이고 정확한 속도가 얻어진다. 도 9는 로터(10)의 15개의 원주 통기공이 이러한 바람직한 위치에서 센서에 의해 수행된 유동속도 측정값을 나타낸다. 도 9에 도시된 바와같이, 로터(10) 기둥용 12 원주 통기공 각각은 더 작은 피크에 의해 종동되는 첨예한 피크에 의해 특징된다. 첨예한 피크는 통기공(12)에서 배출되는 유량에 대응하고 작은 피크는 RMS 난류에 대응한다.

여러 실드를 가진 탐침 실험은 탐침이 실드없이 안전하게 작동된 것을 나타내었고 수행되었다. 차폐 실험 모두는 로터축에 수직한 탐침으로 수행되었다. 탐침의 방향성 때문에, 이들 실험은 오직 기본 풍속계 신호에서 실드효과의 수치만을 구했다. 실험된 제 1 실드는 마이카타(micarta) 로드 탐침 홀더에 집적된 반원형상을 갖는다. 이러한 실험기간동안, 홀더는 탐침상으로 완전히 미끄러져 센서의 상류측이 차폐된다. 실험은 적소에서의 제 1 차폐로 기둥구역을 따라 베이스라인 난류가 18m/s 내지 23m/s로 증가하는 것을 나타내었다. 전체적으로 풍속계 센서에서 제 1 차폐 효과는 매우 작았다.

제 2 차폐가 또한 실험되었다. 제 2 차폐는 U-형상의 "구두주걱"형태이다. 이러한 차폐의 구조 또는 형상은 전단유동에 더하여 어떠한 부수적인 유입량을 차단하도록 설계되었다. 특히 베이스라인 난류는 26m/s로 증가했고 원주 통기공에서의 특정신호는 상당히 개선되었다. 실험은 제 2 차폐가 유동을 왜곡시키기 때문에 제 2 차폐가 허용될 수 없는 것을 나타내었다. 결론적으로, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 탐침이 차폐되지 않는다.

본 발명은 바람직한 실시예로 설명되었지만, 첨부한 청구의 범위의 정신 및 범위는 청구의 범위에 설명되지 않은 상세한 설명에 의해 한정되지 않는다. 예를들어, 다른 실험은 제 1 차폐 즉 반원 또는 기타 유사한 형상의 차폐가 회전하는 로터에 있는 통기공 유량의 측정값에 도움이 되는가를 판단하도록 수행될 수 있다.

Claims (25)

1. 원주 통기공의 유동속도를 나타내는 신호를 생성하는 센서를 갖는 고주파수 응답 풍속계(50),

   로터(10)의 회전축에 수직하게 센서(54)의 방향을 설정하고 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 원주통로에 근접하게 풍속계의 센서를 고정하는 지지구조물(60,62,64,52),

   센서에 의해 발생된 신호로 로터의 통기공 유동속도를 판단하는 판단수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 작동속도로 작동하는 공냉로터(10)의 회전축 둘레에 원주 통로를 형성하는 원주 통기공에서 배출되는 유동속도를 측정하는 장치.
2. 제 1항에 있어서, 판단수단은 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1항에 있어서, 지지구조물(60,62,64,52)은 통기공(26)에 의해 로터(10)의 회전축 둘레에 형성된 원주통로에서 대략 0.05인치(0.13cm) 내지 0.15인치(0.38cm)떨어진 곳에 센서(54)를 위치시키는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 2항에 있어서, 지지구조물(60,62,64,52)은 세로이송 테이블(10)을 포함하고, 풍속계(50)는 세로이송 테이블에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 4항에 있어서, 지지구조물(60,62,64,52)은 브레이스(64;brace)와 마운트(62;mount)를 포함하고 마운트는 세로이송 테이블(60)을 브레이스에 연결하고 브레이스는 마운트를 솔리드 구조물에 연결하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 1항에 있어서, 풍속계(50)는 열막 풍속계인 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 6항에 있어서, 열막 풍속계(50)는 석영 섬유에 침착된 니켈막을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 원주 통기공의 유동속도를 나타내는 신호를 생성하는 센서를 갖는 고주파수 응답 풍속계(50),

   로터(10)의 회전축에 수직하게 센서(54)의 방향을 설정하고 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 원주통로에 근접하게 풍속계의 센서를 고정하는 지지구조물(60,62,64,52),

   센서에 의해 발생된 신호로 로터의 다수 통기공 유동속도를 판단하는 판단수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 작동속도로 작동하는 공냉로터(10)의 회전축 둘레에 원주 통로를 형성하는 다수 원주 통기공에서 배출되는 유동속도를 측정하는 장치.
9. 제 8항에 있어서, 지지구조물(60,62,64,52)은 통기공(26)에 의해 로터(10)의회전축 둘레에 형성된 원주통로에서 대략 0.05인치(0.13cm) 내지 0.15인치(0.38cm) 떨어진 곳에 센서(54)를 위치시키는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 통기공의 유동속도를 나타내는 신호를 생성하는 센서(54)를 갖는 고주파수 응답 풍속계(50),

    제 1 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 1 원주통로에 근접하게 그리고 제 2 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 2 원주통로에 근접하게 풍속계의 센서를 다른 방법으로 위치시키는 세로이송 테이블(60)을 포함하는 지지구조물(60,62,64,52), 및

    지지 구조물이 제 1 다수 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 1 원주통로에 근접하게 센서를 위치시킬 때 센서에 의해 생성된 신호로 로터의 제 1 원주 통기공의 유동속도를 판단하고 지지 구조물이 제 2 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 2 원주통로에 근접하게 센서를 위치시킬 때 센서에 의해 생성된 신호로 로터의 제 2 원주 통기공의 유동속도를 판단하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 작동속도로 작동하는 공냉로터(1)의 회전축 둘레에 제 1원주 통로를 형성하고, 회전축 둘레에 제 2원주 통로를 형성하는 제 1 및 2 원주 통기공(26)에서 배출되는 유동속도를 측정하는 장치.
11. 제 10항에 있어서, 지지구조물(60,62,64,52)은 로터(10)의 회전축에 수직하게 센서(54)의 방향을 설정하고, 지지구조물이 제 1 원주통로에 근접하도록 센서를위치시킬 때 지지구조물은 제 1 통기공(26)에 의해 제 1 원주통로 둘레에 형성된 제 1 원주통로에서 대략 0.05인치(0.13cm) 내지 0.15인치(0.38cm) 떨어진 곳에 센서를 위치시키고 지지구조물이 제 2 원주통로에 근접하게 센서를 위치시킬 때 지지구조물은 제 2 통기공에 의해 로터 회전축 둘레에 형성된 제 2 원주통로에서 0.05인치(0.13cm) 내지 0.15인치(0.38cm) 떨어진 곳에 센서를 위치시키는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 통기공의 유동속도를 나타내는 신호를 생성하는 센서(54)를 갖는 고주파수 응답 풍속계(50),

    제 1 다수 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 1 원주통로에 근접하게 그리고 제 2 다수 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 2 원주통로에 근접하게 풍속계의 센서를 다른 방법으로 위치시키는 세로이송 테이블(60)을 포함하는 지지구조물(60,62,64,52), 및

    지지 구조물이 제 1 다수 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 1 원주통로에 근접하게 센서를 위치시킬 때 센서에 의해 생성된 신호로 로터의 제 1 다수 원주 통기공의 유동속도를 판단하고 지지 구조물이 제 2 다수 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 2 원주통로에 근접하게 센서를 위치시킬 때 센서에 의해 생성된 신호로 로터의 제 2 다수 원주 통기공의 유동속도를 판단하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 작동속도로 작동하는 공냉로터(1)의 회전축 둘레에 제 1 원주 통로를 형성하고, 회전축 둘레에 제 2 원주 통로를 형성하는 제 1 및 2 다수 원주 통기공(26)에서 배출되는 유동속도를 측정하는 장치.
13. 제 12항에 있어서, 지지구조물(60,62,64,52)은 로터(10)의 회전축에 수직하게 센서(54)의 방향을 설정하고, 지지구조물이 센서를 제 1 원주통로에 근접하게 위치시킬 때 지지구조물은 제 1 다수 원주 통기공(26)에 의해 제 1 원주통로 둘레에 형성된 제 1 원주통로에서 대략 0.05인치(0.13cm) 내지 0.15인치(0.38cm) 떨어진 곳에 센서를 위치시키고 지지구조물이 제 2원주 통로에 근접하게 센서를 위치시킬 때 지지구조물이 센서를 제 2 원주통로에 근접하게 위치시킬 때 제 2 다수 원주 통기공에 의해 로터 회전축 둘레에 형성된 제 2 원주통로에서 0.05인치(0.13cm) 내지 0.15인치(0.38cm) 떨어진 곳에 센서를 위치시키는 것을 특징으로 하는 장치.
14. a) 통기공의 유동속도를 나타내는 신호를 생성하는 센서(54)를 갖는 고주파수 응답 풍속계(50)를 채용하는 단계,

    b) 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 원주통로에 근접하게 풍속계의 센서를 고정하는 단계,

    c) 로터(10)의 회전축에 수직하게 센서(54)의 방향을 설정하는 단계,

    d) 센서에 의해 생성된 신호로 로터 통기공의 유동속도를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작동속도로 작동하는 공냉로터(10)의 회전축 둘레에 원주 통로를 형성하는 원주 통기공(26)에서 배출되는 유량속도를 측정하는 방법.
15. 제 14항에 있어서, b) 단계는 통기공(26)에 의해 로터(10)의 회전축 둘레에 형성된 원주통로에서 대략 0.05인치(0.13cm) 내지 0.15인치(0.38cm) 떨어진 곳에 센서(54)를 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제 15항에 있어서, c) 단계는 통기공의 유동속도를 판단하기 위해 최소한 20분전에 통기공(26)용 풍속계(50)에 의해 생성된 신호를 샘플링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제 15항에 있어서, c) 단계는 통기공의 유동속도를 판단하기 위해 약 500시간전에 통기공(26)용 풍속계(50)에 의해 생성된 신호를 샘플링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제 17항에 있어서, a) 단계에서 사용된 풍속계(50)는 열막 풍속계인 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제 18항에 있어서, 열막 풍속계(50)는 석영섬유에 침착된 니켈막을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
20. a) 다수 통기공의 유동속도를 나타내는 신호를 생성하는 센서(54)를 갖는 고주파수 응답 풍속계를 채용하는 단계,

    b) 다수의 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 원주통로에 근접하게 풍속계의 센서를 고정하는 단계, 및

    c) 센서에 의해 생성된 신호로 로터의 다수 통기공 유동속도를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작동속도로 작동하는 공냉로터(10)의 회전축 둘레에 원주 통로를 형성하는 다수 원주 통기공(26)에서 배출되는 유동속도를 측정하는 방법.
21. 제 20항에 있어서, b) 단계는

    로터(10)의 회전축에 수직하게 센서(54)의 방향을 설정하는 단계, 및

    통기공(26)에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 원주통로에서 0.05인치(0.13cm) 내지 0.15인치(0.38cm) 떨어진 곳에 센서를 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
22. a) 통기공의 유동속도를 나타내는 신호를 생성하는 센서(54)를 갖는 고주파수 응답 풍속계(50)를 채용하는 단계,

    b) 제 1 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 1 원주통로에 근접하게 그리고 제 2 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 2 원주통로에 근접하게 풍속계의 센서를 다른 방법으로 위치시키는 세로이송 테이블(60)을 포함하는 지지구조물(60,62,64,52)을 채용하는 단계, 및

    c) 지지 구조물이 제 1 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제1 원주통로에 근접하게 센서를 위치시킬 때 센서에 의해 생성된 신호로 로터의 제 1 원주 통기공의 유동속도를 판단하고 지지 구조물이 제 2 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 2 원주통로에 근접하게 센서를 위치시킬 때 센서에 의해 생성된 신호로 로터의 제 2 원주 통기공의 유동속도를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작동속도로 작동하는 공냉로터(1)의 회전축 둘레에 제 1원주 통로 및 제 2원주 통로를 형성하는 제 1 및 2 원주 통기공(26)에서 배출되는 유동속도를 측정하는 방법.
23. 제 22 항에 있어서, b)단계는

    로터(10)의 회전축에 수직하게 센서(54)의 방향을 설정하는 단계,

    지지구조물(60,62,64,52)이 센서를 제 1 원주통로에 근접하게 위치시킬 때 제 1 통기공(26)에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 1 원주통로에서 대략 0.05인치(0.13cm) 내지 0.15인치(0.38cm) 떨어진 곳에 센서를 위치시키고 지지구조물이 센서를 제 2 원주통로에 근접하게 위치시킬 때 제 2 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 2 원주통로에서 대략 0.05인치(0.13cm) 내지 0.15인치(0.38cm) 떨어진 곳에 센서를 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
24. a) 통기공의 유동속도를 나타내는 신호를 생성하는 센서(54)를 갖는 고주파수 응답 풍속계(50)를 채용하는 단계,

    b) 제 1 다수 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 1 원주통로에 근접하게 그리고 제 2 다수 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 2 원주통로에 근접하게 풍속계의 센서를 다른 방법으로 위치시키는 세로이송 테이블(60)을 포함하는 지지구조물(60,62,64,52)을 채용하는 단계, 및

    c) 지지 구조물이 제 1 다수 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 1 원주통로에 근접하게 센서를 위치시킬 때 센서에 의해 생성된 신호로 로터의 제 1 다수 원주 통기공의 유동속도를 판단하고 지지 구조물이 제 2 다수 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 2 원주통로에 근접하게 센서를 위치시킬 때 센서에 의해 생성된 신호로 로터의 제 2 다수 원주 통기공의 유동속도를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작동속도로 작동하는 공냉로터(1)의 회전축 둘레에 제 1원주 통로 및 제 2원주 통로를 형성하는 제 1 및 2 다수 원주 통기공(26)에서 배출되는 유동속도를 측정하는 방법.
25. 제 24 항에 있어서, b)단계는

    로터(10)의 회전축에 수직하게 센서(54)의 방향을 설정하는 단계,

    지지구조물(60,62,64,52)이 센서를 제 1 원주통로에 근접하게 위치시킬 때 제 1 다수 원주 통기공(26)에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 1 원주통로에서 대략 0.05인치(0.13cm) 내지 0.15인치(0.38cm) 떨어진 곳에 센서를 위치시키고 지지구조물이 센서를 제 2 원주통로에 근접하게 위치시킬 때 제 2 다수 원주 통기공에 의해 로터의 회전축 둘레에 형성된 제 2 원주통로에서 대략 0.05인치(0.13cm)내지 0.15인치(0.38cm) 떨어진 곳에 센서를 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.