KR102208379B1 - 스타터 모터에 의한 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도 모니터링 - Google Patents

스타터 모터에 의한 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도 모니터링 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터빈 엔진의 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도의 모니터링 방법(1000)에 관한 것이며, 상기 터빈 엔진은:
- 회전 샤프트와 상기 회전 샤프트 상에 장착된 인젝션 휠을 포함하는 가스 생성기,
- 인젝션 매니폴드,
- 상기 인젝션 휠과 상기 인젝션 매니폴드 사이의 밀봉을 보장하게 되어 있는 동적 밀폐부, 및
- 스타터를 포함하고, 상기 모니터링 방법은:
- 상기 스타터에 의해 상기 가스 생성기의 샤프트의 회전의 시작 페이즈 동안 상기 스타터를 통해 흐르는 전류 및 상기 스타터의 단자의 전압을 측정하는 단계(1500),
- 측정된 상기 전류 및 전압으로부터, 상기 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 결정하는 단계(1600)를 포함한다.
본 발명은 또한 코크스화 정도를 모니터링하기 위한 시스템을 포함하는 터빈 엔진에 관한 것이다.

Description

스타터 모터에 의한 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도 모니터링{MONITORING OF A DEGREE OF COKING AT DYNAMIC SEALS BY A STARTER MOTOR}
본 발명은, 터빈 엔진에서 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도(degree of coking)를 모니터링 하는 것, 그리고 그러한 모니터링을 허용하는 시스템이 장착된 터빈 엔진에 관한 것이다.
도 1a를 참조하면, 예컨대 터보 모터와 같은 특정한 터빈 엔진(1)이, 인젝션 휠(injection wheel)(12)이 장착되는 회전 샤프트(11)를 포함하는 가스 생성기(10)를 포함하며, 그러한 휠은 그러므로 그 자체가 회전한다.
인젝션 휠은 연소실(30) 내로 개방된 복수의 구멍을 갖는다. 이런 식으로, 인젝션 휠은, 그 회전 동안, 원심 분리에 의해 연료를 연소실 내에 분사한다.
도 1b를 참조하면, 터빈 엔진은 또한 인젝션 매니폴드(20)를 포함하며, 이러한 매니 폴드는 가스 생성기(10)의 샤프트(11) 주위에 장착되는 고정된 축대칭 부품이다.
인젝션 매니 폴드는 연료를 인젝션 휠까지 멀리 운반한다. 연료는 인젝션 매니폴드의 내부 콘딧(21)에 흐르며, 인젝션 휠 내를 관통하기 전 공동(22) 내로 개방된다.
인젝션 휠과 매니폴드 사이의 밀폐부를 보장하기 위해, 미로(labyrinth) 밀폐부(23)와 같은 복수의 동적 밀폐부를 제공한다.
이제, 종종, 코크스(coke)가 이들 밀폐부의 홈에서 형성되어, 결국 인젝션 휠과 인젝션 매니폴드 사이의 마찰의 발생을 야기한다. 마찰은, 가스 생성기의 샤프트를 완전히 막아, 그 후 더는 엔진을 시작할 수 없게 될 때가지 악화될 수 있다.
시작이 어려운 경우에, 동작자는 터빈 엔진의 유지보수 매뉴얼에 설명된 고장을 찾는 동작을 실행한다. 이들 찾기 동작은 일반적으로 오래 걸리고, 매우 효율적이지 않으며, 이는 종종 시작의 어려움의 원인, 이 경우 동적 밀폐부에서의 코크스화(사실, 많은 다른 원인을 생각해볼 수 있다)를 검출하기 전에 상당한 시간을 소비해야 하기 때문이다.
또한, 이들 찾기 동작은 터빈 엔진의, 그러므로, 엔진이 설치된 항공기의 계획하지 않은 비가동율(unavailability)을 의미하며, 이러한 비가동율은 또한 하나 또는 여러 편의 계획된 비행의 취소를 필요로 할 수 있다. 이들 동작은 그러므로 상당한 비용을 나타낸다.
동적 밀폐부에서의 코크스화로 인해 가스 생성기의 샤프트를 막는다는 기대를 허용하며 그에 따라 고장을 찾는 동작을 회피할 가능성을 제공할 대안적인 방법이 지금까지 제안되어 오지 않았다.
그러므로, 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 모니터링하는 방법에 대한 필요가 있다.
본 발명의 목적은, 터빈 엔진의 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 모니터링하는 방법을 제안함으로써, 앞서 여기서 제시한 문제에 대한 해법을 찾는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 터빈 엔진의 비가동율을 부과하지 않고도 터빈 엔진을 사용시 이러한 코크스화 정도를 모니터링할 수 있는 것이다.
이런 점에서, 본 발명의 목적은 터빈 엔진의 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 모니터링하는 방법이며, 이러한 터빈 엔진은:
- 회전 샤프트와 상기 회전 샤프트 상에 장착된 인젝션 휠을 포함하는 가스 생성기 ― 상기 인젝션 휠은 원심 분리에 의해 연료를 분사하도록 되어 있음 ― ,
- 상기 인젝션 휠까지 멀리 연료를 운반하도록 되어 있는 인젝션 매니폴드,
- 상기 인젝션 휠과 상기 인젝션 매니폴드 사이의 밀봉을 보장하게 되어 있는 동적 밀폐부, 및
- 상기 터빈 엔진의 시작 페이즈 동안, 상기 가스 생성기의 상기 샤프트를 회전 구동하게 되어 있는 스타터를 포함하고,
상기 모니터링 방법은,
- 상기 터빈 엔진의 시작 시에 상기 스타터에 의한 상기 가스 생성기의 상기 샤프트의 회전의 시작 페이즈 동안, 상기 스타터를 통해 흐르는 전류 및 상기 스타터의 단자의 전압을 측정하는 단계,
- 측정된 상기 전류 및 전압으로부터, 상기 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
유리하게도 그러나 부가적으로, 본 발명에 따른 방법은 또한 다음의 특성 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
- 상기 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 결정하는 단계는 상기 가스 생성기의 상기 샤프트의 저항 토크의 대표 데이터를 결정하는 단계를 포함한다.
- 상기 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 결정하는 단계는 다음의 그룹의 단계 중 하나를 포함한다:
o 미리 결정된 역치에서 결정된, 상기 저항 토크의 대표 데이터를 비교하는 단계,
o 상기 샤프트의 초기 저항 토크의 대표 데이터와 결정된 상기 데이터 사이의 차이를 결정하고 상기 차이를 미리 결정된 역치와 비교하는 단계, 및
o 상기 저항 토크의 대표 데이터의 이전 측정치로부터, 상기 터빈 엔진의 사용에 따른 상기 데이터의 변화를 결정하고 변화율을 미리 결정된 역치와 비교하는 단계.
- 상기 방법은 상기 가스 생성기의 샤프트의 자체 회전 페이즈 동안, 상기 샤프트의 회전 속도를 측정하는 단계를 더 포함한다.
- 상기 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 결정하기 위한 단계는 상기 스타터를 통해 흐르는 전류와 상기 스타터의 단자 상의 전압의 측정으로부터 그리고 상기 가스 생성기의 상기 샤프트의 회전의 속도의 측정으로부터 수행된다.
본 발명의 목적은 또한 터빈 엔진의 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 모니터링하는 시스템이며, 이러한 터빈 엔진은:
- 회전 샤프트와 상기 회전 샤프트 상에 장착된 인젝션 휠(12)을 포함하는 가스 생성기 ― 상기 인젝션 휠은 원심 분리에 의해 연료를 분사하도록 되어 있음 ― ,
- 상기 인젝션 휠까지 멀리 연료를 운반하도록 되어 있는 인젝션 매니폴드,
- 상기 인젝션 휠과 상기 인젝션 매니폴드 사이의 밀봉을 보장하게 되어 있는 동적 밀폐부, 및
- 상기 터빈 엔진의 시작 페이즈 동안 상기 가스 생성기의 상기 샤프트를 회전 구동하게 되어 있는 스타터를 포함하며,
상기 모니터링 시스템은 앞선 단락에 따라 기재된 방법을 적용하게 되어 있으며,
- 상기 스타터의 단자 상의 전압 및 상기 스타터를 통해 흐르는 전류를 측정하기 위한 적어도 하나의 디바이스,
- 상기 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 결정하기 위하여 상기 전류 및 전압 측정치를 처리하도록 되어 있는 처리 수단 및 메모리를 포함하는 처리 유닛을 포함한다.
유리하되, 선택적으로, 본 발명에 따른 모니터링 시스템은 이하의 특징 중 적어도 하나를 더 갖는다:
- 상기 측정 장치는 10Hz 이상의 주파수로 전압 및 전류 측정치를 취득하도록 되어 있다.
- 상기 시스템은 상기 가스 생성기의 샤프트의 회전 속도에 대해서 2Hz 이상의 주파수에서의 취득을 수행하도록 되어 있는 적어도 하나의 센서를 더 포함한다.
본 발명의 목적은 추가 터빈 엔진이며, 이 터빈 엔진은:
- 회전 샤프트와 상기 회전 샤프트 상에 장착된 인젝션 휠을 포함하는 가스 생성기 ― 상기 인젝션 휠은 원심 분리에 의해 연료를 분사하도록 되어 있음 ― ,
- 상기 생성기의 샤프트에 대해 고정 장착되고 상기 인젝션 휠까지 연료를 운반하게 되어 있는 인젝션 매니폴드,
- 상기 인젝션 휠과 상기 인젝션 매니폴드 사이의 밀봉을 보장하게 되어 있는 동적 밀폐부, 및
- 상기 터빈 엔진의 시작 페이즈 동안 상기 가스 생성기의 상기 샤프트(11)를 회전 구동하게 되어 있는 스타터를 포함하고,
상기 터빈 엔진은 앞선 단락에 따른 모니터링 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그에 따라 제안된 모니터링 방법은 터빈 엔진의 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 평가하며, 터빈 엔진을 시작할 수 없기 전의 임계 시기(critical stage)를 검출하는 가능성을 제공한다.
이것은 필요하다면 동적 밀폐부를 청소하거나 교체하는 계획된 유지 보수를 허용한다.
본 발명의 다른 특성, 목적 및 장점은 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이며, 이것은 한정적인 것이 아닌 단순히 설명적인 것이며 첨부된 도면을 참조하여 이해되어야 한다:
- 도 1a 및 도 1b는 이미 기재 하였으며, 인젝션 휠이 장착된 터빈 엔진의 동작 원리를 개략적으로 예시하는 도면이다.
- 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 두 개의 실시예에 따른 모니터링 방법의 주요 단계를 예시한다.
- 도 3a는 터빈 엔진의 상이한 사용도에 따라 가스 생성기의 샤프트를 감속하는 기간을 예시하는 도면이다.
- 도 3b는 터빈 엔진의 사용에 따른 가스 생성기의 샤프트의 감속도의 시간-의존적 변화를 예시하는 도면이다.
- 도 4는, 터빈 엔진의 사용에 따른 가스 생성기 샤프트의 저항 토크의 대표 데이터의 시간-의존적 변화를 예시하는 도면이다.
도 2a 및 도 2b에서, 터빈 엔진의 동적 밀폐부에서의 코크스화의 모니터링 방법이 도시된다.
도 1a의 도시와 마찬가지로, 터보모터가 될 수 있는 터빈 엔진(1)은 회전하도록 구동되는 회전 샤프트(11)와 이것에 장착되는 인젝션 휠(12)을 포함하는 가스 생성기(10)를 포함한다.
터빈 엔진은, 가스 생성기의 샤프트를 주위에 축대칭 부분인 고정된 인젝션 매니폴드(20)를 더 포함한다. 인젝션 매니폴드(20)는 원주방향 동공(22)내로 개방되는 적어도 하나의 내부 덕트(21)를 포함한다.
터빈 엔진은 또한 터빈 엔진에 장착되는 항공기를 추진하기 위해 연료의 점화가 일어나는 연소실(30)을 포함한다.
인젝션 휠(12)은 한 측에서는 원주 방향 동공(22)내로 개방되고 다른 측에서는 연소실(30)내로 개방되는 방사상 내부 채널(13)을 포함한다.
연료는 동공(22)까지 멀리 인젝션 매니폴드를 통해 운반되며, 이러한 공동에서 연료는 그 후 인젝션 휠(12)에 배치된 채널(13)로부터 개구 구멍을 통해 인젝션 휠(12)내로 몰려간다. 연료는 그 후, 인젝션 휠의 회전 운동으로 인한 원심 분리에 의해 연소실 내로 분사된다.
움직일 수 있는 인젝션 휠(12)과 고정된 인젝션 매니 폴드(20) 사이의 밀폐부를 보장하기 위해, 터빈 엔진은 유리하게는 미로 밀폐 타입의 복수의 동적 밀폐부(23)를 더 포함한다.
따라서, 동공(22)에 존재하는 연료는 터빈 엔진의 다른 섹터내로 누출되지 않는다.
터빈 엔진은 터빈 엔진의 시작 페이즈 동안 가스 생성기의 샤프트를 회전 구동할 가능성을 제공하는 스타터(40)를 더 포함한다.
상세하게도, 시작 페이즈는 대략 4초 동안 지속되는 제 1 기간을 포함하고, 이 기간 동안, 연소실은 점화하지 않으며, 가스 생성기의 샤프트는 스타터에 의해서만 회전 구동된다. 이 페이즈는 후속하여서는 "가스 생성기의 샤프트의 회전의 개시 페이즈"라고 부른다.
시작 페이즈는 그 후 제 2 기간을 포함하고, 이 기간 동안 연소실은 점화되며, 가스 생성기의 샤프트는 터빈 엔진의 열적 파워와 스타터의 동시 동작 하에서 가속된다.
터빈 엔진은 끝으로 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도의 모니터링 시스템(50)을 포함한다.
이 시스템은 처리부(51)를 포함하며, 이러한 처리부는 하나 또는 여러 개의 센서에 연결되며, 센서의 측정치를 회수하여, 이로부터 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 추론하기 위해 이후에 설명하는 방식으로 이들 측정치를 처리하도록 되어 있다.
처리부(51)는, 항공기에 또는 지상의 모니터링 중앙 시스템에 장착됨으로써 터빈 엔진에 통합되거나 대안적으로는 이로부터 분리될 수 있다. 필요한 경우, 센서(들)과 처리부 사이의 데이터의 통신은 무선 통신에 의해 터빈 엔진의 사용 동안 달성할 수 있거나 그 밖에 센서 상의 데이터를 회수하고 이들을 처리부에 로딩함으로써 터빈 엔진의 정지 페이즈 동안 종종 달성할 수 있다.
처리부는 유리하게도, 터빈 엔진의 이전 사용 동안 구한 측정치를 저장할 가능성을 제공하는 메모리(52)와, 프로세서(53)와 같이 데이터 처리 수단을 포함한다.
모니터링 시스템은, 또한, 도 2a의 방법에 상응하는 제 1 실시예에 따라, 가스 생성기의 샤프트의 속도를 위한 센서(54)를 포함하고, 이것은 1Hz 이상의, 바람직하게는 2Hz 이상의 주파수로 그러한 속도를 측정하도록 되어 있다.
도 2b의 방법에 대응하는 데 2 실시예에 있어서, 모니터링 시스템(50)은 스타터(40)의 단자 상의 전압과 스타터를 통해 흐르는 전류를 측정하기 위한 디바이스(55)를 포함하며, 이러한 디바이스는 2Hz 이상의, 바람직하게는 10Hz 이상의 주파수로 이러한 데이터를 측정하도록 되어 있다.
밀폐부에서의 코크스화 정도를 모니터링하기 위하여 사용된 두 지시자는 그 결과를 확증하기 위하여 결합될 수 있고, 모니터링 시스템은 유리하게 샤프트의 회전의 속도에 대한 센서(54)와, 스타터의 단자 상의 전압 및 스타터를 통해 흐르는 전류를 측정하기 위한 디바이스(55) 모두를 포함한다.
모니터링 시스템은 또한 추가 정보를 처리부에 제공하여 이로부터 밀폐부에서의 더욱 정확한 코크스화 정도를 추론할 가능성을 제공할 다른 센서를 포함할 수 있다.
가스 생성기의 샤프트의 회전 속도에 의한 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 모니터링
도 2a를 참조하면, 터빈 엔진(1)의 동적 밀폐부에서의 코크스화를 모니터링 방법(1000)의 제 1 실시예를 이제 기재한다.
이 방법은 샤프트의 자체 회전 페이즈 동안 가스 생성기의 샤프트의 회전의 감속도인 제 1 지시자를 활용한다. 자체-회전은, 가스 생성기의 샤프트가 다른 소자에 의해 더는 회전 구동되지 않고 그 단독 관성에 의해서만 그 회전을 지속할 때, 터빈 엔진의 정지 페이즈 동안 발생한다.
이 단계 동안, 가스 생성기의 샤프트의 회전 속도가 감소하고 있지만, 감속도는 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도에 따라 다소간 상당할 수 있다. 시실, 더 많은 동적 밀폐부가 코크스화될 수록, 인젝션 매니폴드와 인젝션 휠 사이에는 더 많은 마찰이 존재하며, 이것은 이러한 소자들 둘 사이의 상대적인 움직임을 늦춘다.
따라서, 감속도는 상당한 코크스화의 경우에 더욱 상당하다.
또한, 이러한 늦춤에 대한 마찰의 영향은 공기역학적 마찰과 같이 이러한 늦춤에 영향을 미치는 다른 인자에 의해서보다 저속 상태하에서는 덜 비례하며, 이들 인자 자체는 회전 속도에 의존하며 그러므로 저속 상태하에서는 덜 상당히 비례한다.
그러므로, 저속 상태하에서 샤프트(11)의 감속도의 연구는 동적 밀폐부에서의
코크스화 정도에 대한 지시를 제공한다.
이 방법은 그러므로, 샤프트의 자체 회전 페이즈 동안, 센서(54)에 의해 터빈 엔진의 가스 생성기의 샤프트의 회전 속도를 측정하는 단계(1100)를 포함한다.
도 3a를 참조하면, 가스 생성기의 샤프트의 감속도는 터빈 엔진의 상이한 사용에 대해 3,000rpm의 회전 속도와 600rpm 속도 사이에 예시되어 있으며, 처음 측정치와 마지막 측정치는 터빈 엔진의 대략 250회의 사용의 갭이 있는 것으로 판독하였다.
회전 속도의 기울기는 마지막 사용이 절대값에서 가장 크고, 이 마지막 사용에서 동적 밀폐부에서의 코크 량은 더 크다.
도 2a를 참조하면, 이 방법은 그 후 획득한 회전 속도에서의 시간-의존적 변화로부터 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 결정하는 단계(1200)를 포함한다.
사실，회전 속도는 샤프트의 감속 페이즈 동안 l 또는 2Hz보다 큰 주파수에서 판독되었으므로， 두 개의 결정된 속도 값 사이에서 그 기울기，즉 샤프트의 감속도를 결정할 수 있다.
본 명세서에서 이전에 코크스화로부터 발생한 마찰 현상은 저속 상태하에서 더욱 볼 수 있음을 지시하였다. 그러므로 그 사이에서 감속도가 계산되게 되는 속도 값은 1,000회전/분과 2,500회전/분 사이에 포함되는， 바람직하게는 1,000회전/분과 같은 제 1 속도와， 500회전/분과 1,000회전/분 사이에 포함되는，바람직하게는 700회전/분과 같은 제 2 회전 속도를 포함한다.
처리부는 그러므로 단계(1210 ) 동안 이들 속도 둘 모두 사이의 기울기를 계산한다. 처리부는 그 후 단계(1220) 동안 여러 방식으로 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 추론할 수 있다.
제 l 실시예에 따라 단계( 1221) 동안 처리부는 하나 또는 여러 개의 결정된 코크스화 정도에 대응하는 하나 또는 여러 개의 미리 결정된 역치에서의 회전 속도의 기울기를 비교하며, 예컨대 코크스화 정도는， 가스 생성기가 막히기 전에 터빈 엔진의 사용 횟수에 대응할 수 있다.
역치는， 터빈 엔진과 그 사용 상태에 따라 막대한 수의 파라미터에 따라 구축할 수 있다.
제 2 실시예에 따라，단계 (1222) 동안，처리부는，터빈 엔진의 제 1 사용 또는 제 1 동작 배치 동안 동일한 방식으로 기울기의 값을 초기의 결정된 값과 비교한다. 처리부는 두 기울기 값 사이의 차이를 계산할 수 있으며 이 차이를 미리 결정된 역치와 비교할 수 있어서，이로부터，이전처럼 밀폐부에서의 코크스화 정도를 추론할 수 있다.
끝으로，제 3 실시예에 따라，단계 (1223) 동안，처리부는 동일한 상태하에서 메모리 (52) 에 저장된 계산한 감속도 데이터를 회수하고，예컨대 터빈 엔진의 사용 횟수(시작 횟수)에 따라，터빈 엔진의 사용에 따른 그러한 감속도의 변화율을 결정한다.
도 3b를 참조하면，시간-의존적 변화가，터빈 엔진의 사용에 따라， 3,000rpm과 1,000rpm 사이의 감속도의 평균값으로부터, 예시된다. 이 시간-의존적 변화의 기울기는 또한 증가하게 된다. 즉, 밀폐부에서의 코크스화 정도가 상당하게 됨에 따라 감속도는 더욱더 점진적으로 증가한다.
그러므로 단계(1223)는 터빈 엔진의 사용에 따라 계산한 감속도의 변화율의측정과，이 변화율을 미리 결정된 역치와 비교하는 단계를 포함한다.
스타터에 의해 소비되는 전류와 스타터의 단자 상의 전압에 의한 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도 모니터링
도 2b를 참조하면，동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 모니터렁하는 방법(1000)의 다른 실시예를 예시한다.
이 실시예에서，제 l 단계(1500)는，터빈 엔진의 시작 동안，스타터에 의한 가스 생성기의 샤프트의 회전을 개시하는 페이즈 동안 스타터에 의해 소비되는 전류와 스타터의 단자 상의 전압의 측정을 포함한다.
사실，이 단계 동안，스타터는 DC 전류 모터로서 고려할 수 있으며, 그러므로，전기 모터의 토크는 이 모터에 의해 소비되는 전류와 비례하며，전기 모터의 회전 속도는 모터의 전압에 비례하는 것으로 고려할 수 있다.
다음의 수학식을 그러므로 얻는다:
Figure 112016035230622-pct00001
Figure 112016035230622-pct00002
- Tqm은 전기 모터의 토크이고,
- K1은 상수이고,
- Im은 전기 모터에 의해 소비되는 전류이며,
-
Figure 112016035230622-pct00003
는 스타터의 회전 속도이다.
전기 모터의 토크는, 가스 생성기의 샤프트의 회전 속도를 증가시키면서 그 저항 토크를 보상한다.
Figure 112016035230622-pct00004
- Tqr은 스타터의 샤프트에 대한 가스 생성기의 샤프트의 저항 토크이고,
- J는 스타터의 샤프트에 대한 부하의 관성이며,
-
Figure 112016035230622-pct00005
는
Figure 112016035230622-pct00006
의 시간 도함수, 즉 스타터의 샤프트의 가속도이다.
저항 토크에서의 증가는, 전기 모터, 즉 스타터의 단자 상의 전압과 전류의 시간-의존적 변화를 통해 볼 수 있다.
Figure 112016035230622-pct00007
전류에 따라 균일한, 가스 생성기의 샤프트의 저항 토크의 대표 데이터는 그러므로 다음과 같이 계산할 수 있다:
Figure 112016035230622-pct00008
- imageTq r 은, 스타터에 의해 소비되는 전류(Im)와, 그 단자의 전압(Vm)으로부터 얻은, 가스 생성기의 샤프트의 저항 토크의 대표 데이터이고,
- Im은, 스타터의 가스 생성기의 샤프트의 회전을 개시하는 페이즈 동안 전기 모터에 의해 소비되는 전류의 평균 값이고,
-
Figure 112016035230622-pct00009
은 스타터에 의해 가스 생성기의 샤프트의 회전을 개시하는 페이즈 동안의 Vm의 평균 기울기이고,
- a는 제 1 측정점에 대해 imageTq r = offset이도록, 즉 초기 저항 토크가 무시할 수 있는 것으로 간주되도록 규정된 상수이며,
- offset은 분산에도 항상 양의 값의 토크를 얻는데 사용되는 상수이다.
스타터의 단자 상의 전압과 전류를 측정하는 단계는 그러므로 그 다음에는 단계(1610)동안 이전 수학식으로부터 가스 생성기의 샤프트의 저항 토크의 대표 데이터(imageTqr)를 계산함으로써 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 이들 측정치로부터 결정하는 단계(1600)가 온다.
전류 및 전압 측정은 측정 디바이스(55)로 진행되며, 이러한 디바이스의 측정 주파수는 유리하게는 10Hz보다 크다.
동적 밀폐부에서의 코크스화 상태 (1620) 의 추론은 상이한 방식으로 달성할 수 있다.
제 l 실시예(1621)에 따르면， 경우에 따라서는 개시 기간 동안의 그 평균값인 데이터(imageTqr)의 값은 하나 또는 여러 결정된 코크스화 정도 - 예컨대 코크스화 정도는 가스 생성기가 막히기 전 터빈 엔진의 사용 횟수에 대응할 수 있음 - 에 대응하는 하나 또는 여러 미리 결정된 역치와 비교할 수 있다.
대안적인 실시예(1622) 에 따르면，처리부는，터빈 엔진의 제 1 사용 동안 또는 터빈 엔진의 제 l 세팅 동작 동안 결정된 초기 값과 토크의 대표 데이터를 비교한다. 처리부는 두 값 사이의 차이를 계산할 수 있으며，이 차이를 미리 결정된 역치와 비교할 수 있어서 이로부터 앞서와 같이 밀폐부에서의 코크스화 정도를 추론할 수 있다.
마지막으로，제 3 실시예에 따르면，단계(1623) 동안，처리부는 동일한 상태하에서 정기적으로 계산되어 메모리(52) 에 저장되는 데이터(imageTqr)를 회수하여, 터빈 엔진의 사용 횟수에 따라 이 데이터의 변화율을 결정한다.
도 4를 참조하여，가스 생성기의 샤프트의 저항 토크의 이미지(imageTqr) 의 값의 시간 의존적 변화를 터빈 엔진의 사용에 따라 예시한다 이 변화의 기울기는 또한 증가하는 경향이 있음，즉 샤프트의 저항 토크는，밀폐부에서의 코크스화 정도가 상당하게 됨에 따라 더욱더 점진적으로 증가함을 볼 수 있다.
그러므로， 단계(1623)는 터빈 엔진의 사용에 따라 이미지(imageTqr)의 변경(variation)의 변화율(changing rate)의 측정과，이러한 변경의 변화율과 미리 결정된 역치와의 비교를 포함한다.
코크스화를 모니터링하는 여러 지시자의 사용
앞서 여기서 기재한 두 지시자는 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도에 대한 정보를 제공하거나 명시하는데 동시에 사용될 수 있다.
샤프트의 저항 토크에 대한 지시자를 시작 페이즈 동안 측정하는 반면，가스 생성기의 샤프트의 감속도의 지시자가 터빈 엔진을 정지하는 페이즈 동안 측정되므로，터빈 엔진을 정지한 후 얻은 결과에 맞서는 것이 유리하다.
처리부는 그 후 얻은 결과를 비교하여 밀폐부에서의 코크스화 정도의 최종 지시를 제공한다.
또한，선행하는 방법 중 하나에 의해 검출한 코크스화 정도에 따라，터빈 엔진의 유지보수를 위한 페이즈를 시작하기 위해 경보를 트리거할 수 있다.

Claims (9)

  1. 터빈 엔진(1)의 동적 밀폐부(dynamic seal)에서의 코크스화 정도(degree of cocking)의 모니터링 방법(1000)으로서, 상기 터빈 엔진(1)은:
    - 회전 샤프트(11)와 상기 회전 샤프트 상에 장착된 인젝션 휠(injection wheel)(12)을 포함하는 가스 생성기(10) ― 상기 인젝션 휠은 원심 분리(centrifugation)에 의해 연료를 분사하도록 되어 있음 ― ,
    - 상기 인젝션 휠(12)까지 연료를 운반하도록 되어 있는 인젝션 매니폴드(20),
    - 상기 인젝션 휠(12)과 상기 인젝션 매니폴드(20)사이의 밀봉을 보장하게 되어 있는 동적 밀폐부(23), 및
    - 상기 터빈 엔진의 시작 페이즈 동안, 상기 가스 생성기(10)의 상기 샤프트(11)를 회전 구동하게 되어 있는 스타터(40)를 포함하고,
    상기 모니터링 방법은,
    - 상기 터빈 엔진의 시작시에 상기 스타터에 의한 상기 가스 생성기의 샤프트의 회전의 시작 페이즈 동안, 상기 스타터를 통해 흐르는 전류 및 상기 스타터의 단자의 전압을 측정하는 단계(1500),
    - 측정된 전류 및 전압으로부터, 상기 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 결정하는 단계(1600)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 방법(1000).
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 결정하는 단계(1600)는 상기 가스 생성기의 상기 샤프트의 저항 토크의 대표 데이터(datum)를 결정하는 단계(1610)를 포함하는, 모니터링 방법(1000).
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 결정하는 단계(1600)는 이하의 그룹 중에서의 단계:
    - 미리 결정된 역치에서 결정된, 상기 저항 토크의 대표 데이터를 비교하는 단계(1621),
    - 상기 샤프트의 초기 저항 토크의 대표 데이터와 결정된 상기 데이터 사이의 차이를 결정하고 상기 차이를 미리 결정된 역치와 비교하는 단계(1622), 및
    - 상기 저항 토크의 대표 데이터의 이전 측정치로부터, 상기 터빈 엔진의 사용에 따른 상기 데이터의 변경(variation)을 결정하고 상기 변경의 변화율(changing rate)을 미리 결정된 역치와 비교하는 단계(1623)의 적용을 포함하는, 모니터링 방법(1000).
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 생성기의 샤프트의 자체 회전 페이즈 동안, 상기 샤프트의 회전 속도를 측정하는 단계(1100)를 더 포함하는, 모니터링 방법(1000).
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 결정하기 위한 단계(1200, 1600)는 상기 스타터를 통해 흐르는 전류와 상기 스타터의 단자 상의 전압의 측정으로부터 그리고 상기 가스 생성기의 상기 샤프트의 회전의 속도의 측정으로부터 성취되는, 모니터링 방법(1000).
  6. 터빈 엔진(1)의 동적 밀폐부에서의 코크스화 조건의 모니터링 시스템(50)으로서, 상기 터빈 엔진은:
    - 회전 샤프트 (11)와 상기 회전 샤프트 상에 장착된 인젝션 휠(12)을 포함하는 가스 생성기(10) ― 상기 인젝션 휠은 원심 분리에 의해 연료를 분사하도록 되어 있음 ― ,
    - 상기 인젝션 휠(12)까지 연료를 운반하도록 되어 있는 인젝션 매니폴드(20),
    - 상기 인젝션 휠(12)과 상기 인젝션 매니폴드(20) 사이의 밀봉을 보장하도록 되어 있는 동적 밀폐부(23), 및
    - 상기 터빈 엔진의 시작 페이즈 동안 상기 가스 생성기의 샤프트를 회전 구동하게 되어 있는 스타터(40)를 포함하며,
    상기 모니터링 시스템(50)은 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 방법을 적용하게 되어 있으며,
    - 상기 스타터의 단자 상의 전압 및 상기 스타터를 통해 흐르는 전류를 측정하기 위한 적어도 하나의 디바이스(55),
    - 상기 동적 밀폐부에서의 코크스화 정도를 결정하기 위하여 상기 전류 및 전압 측정치를 처리하도록 되어 있는 처리 수단(53) 및 메모리(52)를 포함하는 처리 유닛(51)을 포함하는, 모니터링 시스템(50).
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 디바이스(55)는 10Hz 이상의 주파수로 전압 및 전류 측정치를 취득(acquiring)하도록 되어 있는, 모니터링 시스템(50).
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 가스 생성기의 샤프트(11)의 회전 속도에 대해서 2Hz 이상의 주파수에서의 취득(acquisition)을 수행하도록 되어 있는, 적어도 하나의 센서(54)를 더 포함하는, 모니터링 시스템(50).
  9. 터빈 엔진(1)으로서,
    - 회전 샤프트 (11)와 상기 회전 샤프트 상에 장착된 인젝션 휠(12)을 포함하는 가스 생성기(10) ― 상기 인젝션 휠은 원심 분리에 의해 연료를 분사하도록 되어 있음 ― ,
    - 상기 생성기의 샤프트에 대해 고정 장착되고 상기 인젝션 휠(12)까지 연료를 운반하도록 되어 있는 인젝션 매니폴드(20),
    - 상기 인젝션 휠(12)과 상기 인젝션 매니폴드(20) 사이의 밀봉을 보장하도록 되어 있는 동적 밀폐부(23), 및
    - 상기 터빈 엔진의 시작 페이즈 동안 상기 가스 생성기의 상기 샤프트(11)를 회전 구동하도록 되어 있는 스타터(40)를 포함하고,
    상기 터빈 엔진은 청구항 6에 기재된 모니터링 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 엔진(1).
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