KR20000048311A - 가스터빈엔진과 사용하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

가스터빈엔진과 사용하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

가스 터빈 엔진과 사용하기 위한 방법 및 장치는 엔진 동작 상태를 나타내는 신호를 수신하고, 회전자, 블레이드 및 케이스의 열 상태를 표시하는 신호를 발생하고, 전술한 신호의 각각에 응답하여, 열 상태에 대한 순시 클리어런스와 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 클리어런스 간의 차이를 표시하는 신호를 결정한다. 이 결정은 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 클리어런스와 선행된 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 클리어런스 간의 차이로 인한 결과인 일시 차이와 관련된 영향을 포함하지만, 회전자, 블레이드 및 케이스의 정상상태 온도 또는 실제 온도를 계산할 필요는 없다. 열 상태에 대한 순시 클리어런스와 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 클리어런스 간의 차이를 표시하는 신호는 다양한 부가 스케줄에 제공될 수 있다.

Description

가스터빈엔진과 사용하기 위한 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR USE IN CONTROL AND COMPENSATION OF CLEARANCES IN A GAS TURBINE ENGINE}
본 발명은 가스 터빈 엔진에서 회전자 어셈블리 및 케이스(cases) 사이의 클리어런스(clearances)를 제어 및 보상하는 것에 관한 것으로, 특히 열적 불평형 상태동안 클리어런스를 제어 및 보상하는 것에 관한 것이다.
가스 터빈 엔진은 다수의 회전자 어셈블리를 가진다. 각 회전자 어셈블리는 다수의 회전 블레이드(rotating blades)를 가진 다수의 회전자 스테이지를 가진다. 이 블레이드는 케이스에 의해 둘러싸여 있다. 블레이드와 케이스는 클리어런스에 의해 분리된다. 블레이드와 케이스 사이의 클리어런스는 엔진의 성능에서 중요한 요인이다. 클리어런스가 너무 작으면 블레이드와 케이스간에 마찰이 일어나고, 따라서, 엔진의 효율 및 엔진 수명이 감소된다. 클리어런스가 너무 크면 엔진 효율이 감소되고, 압축기에서 압축기 정동 상황(a compressor stall condition)이 일어날 수 있다.
클리어런스를 제어하거나 혹은, 너무 크거나 혹은 너무 작은 클리어런스를 보상할 수 있도록 클리어런스의 크기를 결정할 수 있는 것이 바람직하다. 현재, 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 클리어런스, 즉, 회전자, 블레이드 및 케이스가 열적 평형 상태에 있을 때 존재하는 클리어런스를 적절히 결정하기 위한 방법이 있다. 그러나, 소정의 가스 터빈 엔진은 폭넓은 범위의 동작 상태를 경험한다. 하나의 동작 상태로부터 다른 동작 상태로 천이시에 회전자, 블레이드 및 케이스에서의 열적 불평형 상태를 일으킨다. 열적 불평형 상태동안 클리어런스는 엔진 동작 상태 동안의 정상상태 클리어런스보다 상당히 크거나 혹은 상당히 작을 수 있다. 이 차이는 회전자, 블레이드 및 케이스의 각각이 엔진 동작 상태에 대한 열평형 상태에 도달할 때 까지 지속될 수 있다. 따라서, 열적 불평형 상태동안 클리어런스를 적절히 결정할 수 있는 방법이 또한 필요하다.
미국 특허출원 제5,012,420호는 온도를 기반으로 한 터빈 회전자와 터빈 케이싱 사이의 순시 클리어런스를 계산하는 시스템을 개시한다. 케이싱 및 회전자를 위한 정상상태 온도는 선택된 온도, 압력 및 회전 속도와 같은 현재 발생되는 엔진 동작 상태를 근거로 계산된다. 순시 온도는 정상상태 온도에서의 변동을 기초로 계산된다. 시스템은 정상상태 및 비정상상태 상태 동안 순시 클리어런스를 계산한다. 그러나, 회전자 및 케이싱의 순시 온도 및 정상 상태 온도를 계산해야하므로, 이로 인해 시스템은 보다 복잡하게 되고 특정 가스 터보 엔진에서는 어려워질 수 있다.
미국 특허출원 제5,165,845호는 가속동안 블레이드-케이스 클리어런스에서의 일시 증가를 합성하기 위하여 중요한 압축기 스테이지의 열증가를 합성하므로써 정동 마진을 제어하는 시스템을 개시한다. 이 시스템에서는 회전자, 블레이드 및 케이스의 순시 온도 또는 정상상태 온도를 계산할 필요가 없다. 그러나, 블레이드-케이스 클리어런스의 일시 증가를 합성하게 되면, 가속전의 정상상태 클리어런스와 가속후의 정상상태 클리어런스 간의 차이로 인한 일시 차이와 관련된 영향은 포함하지 않는 다. 결과적으로, 이 시스템은 한 유형의 가스 터빈 엔진에서 또다른 유형의 가스 터빈 엔진에 맞도록 적용시키기는 어려울 수 있다. 또한, 이 시스템은 회전자, 블레이드 및 케이스의 열팽창 특성을 나타내는 것과 관련하여 제한된 유연성(flexibility)을 가진다.
본 발명의 목적은 회전자 어셈블리 및 케이스의 순시 온도 또는 기대되는 정상상태 온도를 결정할 필요없이, 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 클리어런스와 선행된 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 클리어런스 간의 차이로 인한 결과인 일시 차이와 관련된 영향을 포함하여, 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 클리어런스와 순시 클리어런스 간의 차이를 결정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 회전자 어셈블리 및 케이스의 순시 온도 또는 기대되는 정상상태 온도를 결정할 필요없이 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 클리어런스와 선행된 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 클리어런스 간의 차이로 인한 일시 차이와 관련된 영향을 포함하기 위하여, 엔진 동작 상태 및 이로부터 결정된 열 상태의 표시를 근거로 엔진 동작 상태에 대한 순시 클리어런스와 정상상태 클리어런스 간의 차이를 결정할 수 있다는 인식에 일부분 입각한 것이다.
본 발명에 따라서, 클리어런스에 의해 분리되는 회전자 어셈블리 및 케이스를 가진 가스 터빈 엔진과 사용하기 위한 방법 및 장치는 엔진 동작 상태를 표시하는 신호를 수신하고, 이에 응답하여 회전자 어셈블리 및 케이스의 열 상태를 표시하는 신호를 발생하고, 전술한 신호의 각각에 응답하여, 이 열 상태에 대한 순시 클리어런스와 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 클리어런스 간의 차이를 표시하는 신호를 발생한다.
본 발명은 엔진 동작 상태를 표시하는 신호를 근거로 정상상태 클리어런스와 순시 클리어런스 간의 차이를 결정한다. 이 결정은 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 클리어런스와 선행 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 클리어런스 간의 차이로 인한 일시 차이와 관련된 영향을 포함한다. 그러나, 본 발명은 회전자 어셈블리 및 케이스의 실제 온도 또는 정상상태 온도를 계산할 필요가 없다. 결과적으로, 본 발명은 각종 유형의 가스 터빈 엔진에 적당한 정확도로써 적용가능하다. 상세한 실시예에서, 본 발명은 회전자, 블레이드 및 케이스의 구조 및/또는 재질과 관련된 특성을 포함한, 회전자, 블레이드 및 케이스의 열팽창을 나타낼 수 있다. 이러한 상세한 실시예에서, 본 발명은 엔진 검사동안 순시 클리어런스의 측정치를 근거로 엔진에 정밀하게 조정시킬 수 있는 유연성을 가진다. 엔진 동작 상태를 표시하는 신호는 작업 매체 가스 온도(a working medium gas temperature)를 표시할 수 있다. 본 발명은 과도하게 크거나 혹은 과도하게 작은 클리어런스를 보상하기 위해, 그리고/혹은 클리어런스를 제어하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적 및 장점들은 후술되는 상세한 설명, 첨부 도면 및 특허청구의 범위로부터 보다 명백해질 것이다.
도 1은 가스 터빈 엔진의 개략도 및 가스 터빈 엔진을 제어하기 위한 엔진 제어기의 블록도를 함께 도시한 도면.
도 2는 도 1의 가스 터빈 엔진의 압축기 부분을 도 1의 2-2 방향으로 본 확대된 단면도.
도 3은 유휴 엔진 동작 상태로부터 부분 전력 엔진 동작 상태로 급속하게 천이하기 이전, 동안 및 이후의 다양한 엔진 매개변수의 크기를 도시한 그래프.
도 4는 클리어런스 과도 오버슈트 신호를 합성하는 데 사용되는 도 1의 엔진 제어부를 도시한 기능적 블록도.
도 5는 도 3의 급속한 천이의 이전, 동안 및 이후에 도 4의 엔진 제어부가 발생하는 신호의 크기를 도시한 그래프.
도 6은 도 4의 클리어런스 과도 오버슈트 신호를 발생하는 데 사용되는 도 1의 엔지 제어부에서의 프로그램 부분의 단계를 도시한 흐름도.
도 7은 도 4의 클리어런스 과도 오버슈트 신호의 크기 및, 도 3의 급속한 천이 이전, 동안 및 이후의 레이저 프로브 그룹이 측정한 클리어런스의 크기를 도시한 그래프.
도 8은 도 4의 엔진 제어부의 열 증가 모듈의 또다른 실시예를 도시한 기능적 블럭도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
20: 가스 터빈 엔진 24: 압축기 부분
40: 회전자 어셈블리 42: 고정자 어셈블리
52: 회전자 54: 블레이드
60: 클리어런스 62: 날개
본 발명은 도 1에 도시된 유형의 가스 터빈 엔진과 사용하기 위한 실시예에 대하여 개시된다. 이제 도 1을 참조하면, 가스 터빈 엔진(20)은 길이방향축(30)을 따라 배치되어 외부 엔진 케이스(32)에 의해 둘러싸인 팬부(22), 압축부(24), 연소실(26) 및 터빈부(28)를 포함한다. 가스 터빈 엔진(20)은 작업 매체 가스를 위한 흐름경로(34)를 가진다. 흐름 경로(34)는 엔진(20)의 부분들을 통과해 연장된다.
압축부(24)는 케이스(44)내에 밀봉된 회전자 어셈블리(40) 및 고정자 어셈블리(42)를 포함한다. 압축부(24)의 단면도인 도 2를 참조하면, 회전자 어셈블리(40)는 회전자 스테이지(46) 및 회전자 스테이지(48)로 표시되는 다수의 회전자 스테이지를 포함한다. 고정자 어셈블리(42)는 회전자 스테이지(46)과 (48)사이에 교번적으로 배치된 날개 스테이지(vane stage)(50)로 표시되는 다수의 날개 스테이지를 가진다. 각 회전자 스테이지는 회전자(52) 및 블레이드(54)를 가진다. 회전자(52)는 디스크(56) 및 테두리(rim)(58)를 포함한다. 블레이드(54)는 테두리(58)에 대해 원주상으로 일정 간격을 두고 부착된다. 블레이드(54) 및 케이스(44)는 이격배치되어 클리어런스(60)를 정의하게 된다. 디스크(56) 및 테두리(58)는 니켈 합금 물질로 이루어질 수 있다. 블레이드(54)는 티타늄 또는 니켈 합금 물질로 이루어질 수 있다. 케이스(44)는 티타늄 또는 니켈 합금 물질로 이루어질 수 있다.
날개 스테이지(50)의 각각은 블레이드(54)로의 기류를 제어하는 날개(62)로 표시된 다수의 이동가능한 날개를 가진다. 날개 스테이지(50)에서 날개(62)는 제어 암(64)로 표시된 제어 암들에 의해 이동 된다. 미국 특허출원 제4,995,786호는 날개(62) 및 제어 암(64)과 유사한 날개 및 이 날개를 이동시키기 위한 제어 암을 개시한다. 고정자 어셈블리 액추에이터(66)(도 1)가 이 제어 암(64)을 구동시킨다.
도 1을 다시 참조하면, 가스 터빈 엔진(20)은 제1 연료선(70), 제2 연료선(72) 및 연료 제어밸브(74)에 의해 부분적으로 표시된 연료 시스템으로부터 연료를 공급받는 다. 제1 연료선(70)은 (도시되지 않은) 연료공급실로부터 연료 제어밸브(74)를 연결시킨다. 제2 연료선(72)은 연료 제어밸브(74)로부터 가스 터빈 엔진(20)의 연소실(26)을 연결시킨다. 연료 제어밸브(74)는 엔진(20)으로 흐르는 연료의 비율(the rate)을 조절한다.
엔진 제어기(80)는 입력/출력부(I/O)(82), 처리부(84) 및 버스부(86)를 포함하며, 엔진 제어기(80)의 다른 부분들은 각각 연결부(88)를 통해 연결되어 있다. 처리부(84)는 CPU부(90) 및 메모리부(92)를 포함한다. 또한, 처리기는 메모리부(92)에 저장된 프로그램을 포함한다. 프로그램은 CPU부(90)에 의해 실행될 일련의 인스트럭션 또는 단계를 가진 소프트웨어 또는 펌웨어에 일련의 모듈을 포함한다. 프로그램은 도 6을 참조하여 보다 상세히 후술할 것이다.
엔진 제어기(80)는 가스 터빈 엔진(20)상의 각종 센서로부터 신호를 수신한다. 온도 센서(94)는 압축기(24)의 하류부분에서 작업 매체 가스의 온도를 표시하는 신호 T3in을 신호선(96)상에 공급한다. 압력 센서(98)는 연소실(26)에서 정압을 표시하는 신호 PBin을 신호선(100)상에 공급한다. 속도 센서(102)는 회전자 어셈블리(40)의 회전 속도를 나타내는 신호 N2를 신호선(104)에 공급한다.
엔진 제어기(80)는 신호선(106)을 통해 연료 제어밸브(74)에 제어 신호를 공급한다. 이 제어 신호는 가스 터빈 엔진(20)으로의 연료 흐름의 바람직한 비율을 표시한다. 또한, 엔진 제어기(80)는 신호선(108)을 통해 고정자 어셈블리 액추에이터(66)에 제어 신호를 공급한다. 이 제어 신호는 고정자 어셈블리(42)의 날개(62)에 대한 바람직한 위치를 표시한다.
회전자 어셈블리(40)와 케이스(44) 간의 클리어런스(66)(도 2)는 회전자 어셈블리(40)의 온도 및 케이스(44)의 온도에 의존한다. 회전자 어셈블리(40)의 온도 및 케이스(44)의 온도가 증가하면, 회전자 어셈블리(40)과 케이스(44)가 방사상으로 신장된다. 회전자 어셈블리(40)가 방사상으로 신장되면 클리어런스(60)가 감소된다. 케이스(44)가 방사상으로 신장되면 클리어런스(60)가 증가하게 된다.
회전자 어셈블리(40) 및 케이스(44)의 정상상태 온도는 작업 매체 가스의 정상상태 온도에 의존하며, 따라서, 엔진 동작 상태에 의존한다. 본 명세서에서, 회전자 어셈블리(40) 및 케이스(44)가 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 온도일시(즉, 엔진 동작 상태에 대한 열평형 상태), 클리어런스는 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 클리어런스로 참조된다. 회전자 어셈블리(40) 및 케이스(44)가 열평형이 아닌 경우, 순시 클리어런스(60)(도 2)와 정상상태 클리어런스 간에 차이가 있게 된다.
이제 도 3을 참조하면, 그래프(120)는 유휴 전력 엔진 동작 상태로부터 부분 전력 엔진 동작 상태로 급속히 천이하기 이전, 동안 및 이후의 엔진의 매개변수를 표시하는 4개의 곡선을 가진다. 제1 곡선(122)은 N2 속도 신호의 크기를 표시한다. 제2 곡선(124)은 순시 클리어런스(60)(도 2)의 크기를 표시한다. 제3 곡선(126)은 정상상태 클리어런스를 표시한다. 제4 곡선(128)은 순시 클리어런스(제2 곡선(124))와 정상상태 클리어런스(제3 곡선(126)) 간의 차이를 표시한다. 초기 구간 T0에서, 엔진은 유휴 엔진 동작 상태에 있으며, 회전자 어셈블리(40) 및 케이스(44)는 열평형 상태이다. 이 구간 동안, 순시 클리어런스는 정상상태 클리어런스와 동일하다. 구간 T1에서, 엔진 전력은 유휴 엔진 동작 상태로부터 부분 전력 엔진 동작 상태로 급속히 증가한다. 이 증가로 인해 (제1 곡선(122)이 가리키는 바와 같이) 회전자 어셈블리(40)의 회전 속도가 증가하고, 다시, 회전자 어셈블리(40)가 방사상으로 신장되어, 결과적으로 (제2 곡선(124) 및 제3 곡선(126)이 각각 가리키는 바와 같이) 순시 클리어런스와 정상상태 클리어런스가 감소하게 된다. 또한, 엔진 전력의 증가는 작업 매체 가스의 온도를 높이고, 이로써, 회전자 어셈블리(40) 및 케이스(44)의 정상상태 온도가 높아진다. 정상상태 온도가 높아지면 회전자 어셈블리의 정상상태 열 팽창 및 케이스의 정상상태 열 팽창을 일으킨다. 회전자 어셈블리(40)의 정상상태 열 팽창과 케이스(44)의 정상상태 열 팽창 간의 불일치로 인해 (제3 곡선(126)에 의해 표시되는 바와 같이) 정상상태 클리어런스가 유휴 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 클리어런스에 비해 감소된다. (제2 곡선(124)에 의해 표시되는 바와 같이) 순시 클리어런스는 회전자 어셈블리 및 케이스의 현재 온도를 반영하고, 회전자 어셈블리 및 케이스의 온도는 순간적으로 변경될 수 없으므로, (제4 곡선(128)에 의해 표시되는 바와 같은) 순시 클리어런스와 정상상태 클리어런스 간에 차이가 생기게 된다. 구간 T2에서, 엔진 전력은 부분 전력 엔진 동작 상태로 일정하게 유지된다. 작업 매체 가스의 온도는 수초내에 정상상태에 도달한다. 회전자 어셈블리(40)의 온도 및 케이스(44)의 온도는 결국 T3에서 정상상태에 도달하고, 이 시점에서 순시 클리어런스는 정상상태 클리어런스와 다시 동일하게 된다.
순시 클리어런스와 정상상태 클리어런스 간의 차이는 다음과 같이 보다 상세히 설명할 수 있다. 구간 T1동안, 순시 클리어런스와 정상상태 클리어런스 간의 차이는 회전자(52)의 정상상태 열팽창과 케이스(44)의 정상상태 열팽창 간의 불일치 함수로서, 회전자(52)와 케이스(44)가 열적으로 안정되는 데는 상당한 시간이 필요하다는 사실을 알 수 있다. 이 차이는 작게는 블레이드의 열팽창 및 열 시상수의 함수이다. 블레이드는 회전자 어셈블리(40)의 열팽창에 크게 기여하지만, 블레이드의 가열(및 냉각)은 엔진 동작 상태에의 급속한 천이동안 충분히 급속하게 열팽창한다. 구간 T2에 있어, T2구간의 첫 5초내지 10초에서 순시 클리어런스(60)와 정상상태 클리어런스 간의 차이는 주로 블레이드의 열팽창 및 열 시상수의 함수이다. 이들 5 내지 10초에 걸친 순시 클리어런스와 정상상태 클리어런스 간의 차이는 작게는 케이스(44)가 가열되기 시작함에 따른 열팽창 및 열 시상수의 함수이다. 다음 30-120 초 쯤에 걸친 순시 클리어런스와 정상상태 클리어런스간의 차이는 주로 케이스(44)의 열 시상수와 회전자(52)의 열 시상수 간의 불일치 및, 회전자(52)의 정상상태 열팽창과 케이스(44)의 정상상태 열팽창 간의 불일치로 인해 일어난다. 이것은 회전자(52) 및 케이스(44)가 다른 비율로 가열되고, 전술한 바와 같이, 회전자(52)와 케이스(44)는 서로 동일한 양으로 신장하지 않기 때문이다. 마지막 200 내지 500 초에 걸친 순시 클리어런스와 정상상태 클리어런스 간의 차이는 회전(52)의 열 시상수 및 열팽창의 함수이며, 이 시간은 블레이드 및 케이스(44)가 이미 그들의 정상상태 온도 및 그들의 정상상태 열팽창에 있는(즉, 충분히 가열되고 열적으로 팽창된) 시간이다.
순시 클리어런스(60)와 정상상태 클리어런스 간의 차이는 회전자 어셈블리(40)와 케이스(44)의 정상상태 온도 또는 순시 온도를 계산할 필요없이 결정가능하다는 것을 알 수 있다. 이러한 결과 및 후술되는 내용으로 볼 때, 본 발명의 바람직한 실시예는 엔진 동작 상태를 나타내는 신호를 수신한다는 것을 알 수 있을 것이다. 이 신호는 바람직하게, 관심의 대상인 회전자, 블레이드 및 케이스에 근접한 위치에서의 작업 매체 가스 온도를 나타낸다. 작업 매체 가스 온도는 엔진 동작 상태에 대한 회전자(52), 블레이드(54) 및 케이스(44)의 정상상태인 열 상태를 나타내는 데 사용된다. 회전자, 블레이드 및 케이스의 열팽창 계수를 나타내는 신호는 회전자, 블레이드 및 케이스의 열 상태 및 정상상태인 열 상태를 열팽창과 관련시킨다. 순시 클리어런스와 정상상태 클리어런스 간의 차이는 열 상태에서 회전자 블레이드 및 케이스의 열팽창 및, 정상상태인 열 상태에서 회전자, 블레이드 및 케이스의 열팽창의 함수로서 결정된다.
이제 도 4를 참조하면, 엔진 제어기(80) 부분의 기능적 블록도로서, 이 엔진 제어기(80)는 압축부(24)(도 1)의 3개의 후위 (즉, 가장 하류 부분의) 회전자 스테이지에 대한 순시 클리어런스(60)와 정상상태 클리어런스 간의 차이를 결정하는 부분(130)을 가진다. 또한, 이 부분은 정상상태 클리어런스보다 상당히 크거나 혹은 상당히 작은 순시 클리어런스(60)를 보상하기 위한 제어 동작을 개시한다. T3신호로서 지시되는 압축부(24)의 하류 단부에서 작업 매체 가스의 온도는 대표적인 작업 매체 가스 온도로서 선택된다. 전술한 바와 같이, 대표적인 작업 매체 가스 온도를 엔진 동작 상태에 대한 정상상태(즉, 열평형)에서 회전자, 블레이드 및 케이스의 열 상태를 나타낸다.
이 부분은 엔진 제어기(80)의 I/O 부분(82)에서 아날로그-디지탈 변환기(ADC) 회로(132)를 포함한다. ADC 회로(132)는 신호선(96)상의 T3in을 수신하고, 신호선(100)상의 PBin신호를 수신한다. ADC 회로(132)는 아날로그-디지탈 변환을 수행하여, T3in신호의 크기를 나타내는 디지탈 신호 T3를 공급한다. ADC 회로(132)는 아날로그-디지탈 신호 변환을 더 수행하여, PBin신호의 크기를 나타내는 디지탈 신호 PB를 공급한다. 아날로그-디지탈 신호 변환은 바람직하게, 예를 들면, 신호당, 초당 20 변환과 같은 사실상 주기적인 비율로 수행된다.
T3 신호 및 PB 신호는 신호선(134, 136)을 통해, 엔진 제어기(80)의 처리기 부분(84)에 저장되어 실행되는 프로그램(140) 부분에 있는 열 지연 모듈(thermal lag module)(138)로 공급되고, 회전자, 블레이드, 케이스의 열 상태를 결정하기 위해, 열 지연 모듈은 회전자(52), 블레이드(54) 및 케이스(44)의 열 시상수를 각각 나타내는 τROTOR신호(142), τBLADE신호(144) 및 τCASE신호(146)를 포함한다. 그러나, 회전자(52), 블레이드(54) 및 케이스(44)는 연소실(28)의 압력에 따라 가열 및 냉각된다. 결과적으로, 연소기 압력에서의 변동에 대한 열 시상수를 보상하기 위하여, 열 지연 모듈은 수학식(1)에 따라 PB 신호 및 신호 PBref(148)의 함수로서 계산된 크기를 가진, 열 시상수 스케일 인자 신호 R을 발생한다.
수학식(1)에서 지수값은 0.5와 동일할 필요는 없으며, 오히려 실험적으로 결정되고, 전형적으로 0.4와 0.6 사이의 범위에 있다.
도 6에 대해 후술되는 바와 같은 방식으로, 열 지연 모듈은 회전자(52), 블레이드(54) 및 케이스(44)를 제각기 나타내는 세 신호, TROTOR, TBLADE및 TCASE를 발생한다. 여기서 도 5를 참조하면, 그래프(150)는 4개의 곡선, 곡선 T3, 곡선 TROTOR, 곡선 TBLADE및 곡선 TCASE을 가진다. 곡선 T3는 도 3에 대해 기술한 유휴 엔진 동작 상태로부터 부분 전력 엔진 동작 상태로 급속히 천이하기 이전, 동안 및 이후의 T3의 크기를 나타낸다. 곡선 TROTOR, TBLADE및 TCASE는 각각 곡선 T3가 표시하는 T3 신호 크기에 응답하여 열 지연 모듈이 발생하는 TROTOR, TBLADE및 TCASE신호의 크기를 나타낸다. 엔진 동작 상태가 여전히 일정한 경우, TROTOR, TBLADE및 TCASE신호의 크기는 결국 T3 신호의 크기와 각각 동일하고, 이는 회전자, 블레이드 및 케이스가 정상상태인 열 상태(즉, 열적으로 안정된)에 있다는 것을 나타낸다.
T3 신호, TROTOR신호, TBLADE신호 및 TCASE신호는 열 증가 모듈(thermal growth module)(160)로 공급된다. 열 증가 모듈(160)은 회전자(52), 블레이드(54) 및 케이스(44)의 열팽창 계수를 각각 나타내는 신호 GAINROTOR(162), GAINBLADE(164) 및 GAINCASE(166)를 가진다. 특히, 신호 GAINROTOR(162), GAINBLADE(164) 및 GAINCASE(166)는 제각기 T3, TROTOR, TBLADE및 TCASE신호에 의해 표시되는 열상태와, TROTOR, TBLADE및 TCASE의 열팽창과 각각 관련시킨다. 신호 GAINROTOR(162), GAINBLADE(164) 및 GAINCASE(166)는 바람직하게, 회전자(52), 블레이드(54) 및 케이스(44)의 구조 및/또는 재질과 관련된 특성을 포함하여 회전자(52), 블레이드(54) 및 케이스(44)의 열팽창 특성을 알맞게 정확히 표현한 것이다.
열 증가 모듈은 TROTOR, TBLADE및 TCASE신호가 나타내는 열 상태에 대한 순시 클리어런스(60)와, 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 클리어런스 간의 차이를 나타내는 클리어런스 과도 오버슈트 신호를 발생한다. 전술한 바와 같이, 정상상태 클리어런스는 회전자(52), 블레이드(54) 및 케이스(44)가 엔진 동작 상태에 대한 그들의 정상상태 온도에 있을 때 기대되는 클리어런스이다. 전술한 바와 같이, 엔진 동작 상태에 대한 회전자(52), 블레이드(54) 및 케이스(44)의 열 상태는 T3 신호의 크기에 의해 표현된다. 클리어런스 과도 오버슈트 신호는 수학식(2)에 따라서 계산된 크기를 가진다.
항 GAINROTOR(T3-TROTOR)은 정상상태에서 회전자(52)의 열팽창과, TROTOR신호로 표시되는 열 상태에서 회전자(52)의 열팽창 간의 차이를 나타낸다. 항 GAINBLADE(T3-TBLADE)는 정상상태에서 블레이드(54)의 열팽창과, TBLADE신호가 나타내는 열 상태에서 블레이드(54)의 열팽창 간의 차이를 나타낸다. GAINCASE(T3-TCASE)는 정상상태에서 케이스(44)의 열팽창과, TCASE신호에 의해 나타나는 열 상태에서 케이스(44)의 열팽창 간의 차이를 나타낸다.
클리어런스 과도 오버슈트 신호는 신호선(168)을 통해 다양한 부가 스케줄(augmentation schedules)에 공급될 수 있다. 예를 들면, 제1 부가 스케줄(170)은 클리어런스 과도 오버슈트 신호를 수신하여, Δfuel 신호를 발생한다. Δfuel 신호는 가산기(172)에 공급되고, 가산기는 Δfuel 신호와 계획 연료흐름 신호(174)를 가산하여, 신호선(176)에 부가 계획 연료흐름 신호를 발생한다. 클리어런스 과도 오버슈트가 큰 포지티브 크기를 가질 때, Δfuel 신호는 사실상 엔진 가속을 감소시키는 크기를 가진다.
제2 부가 스케줄(180)은 클리어런스 과도 오버슈트 신호를 수신하여, 신호 Δairflow 를 발생한다. Δairflow 신호는 가산기(182)에 공급되고, 가산기(182)는 Δairflow 신호와 계획 기류 신호(184)를 가산하여, 신호선(186)상에 부가 계획 기류신호를 발생한다. 클리어런스 과도 오버슈트가 큰 포지티브 크기를 가질 때, Δairflow 신호는 사실상, 계획 기류를 감소시키는 크기를 가진다. 동작시에, 엔진 제어기(80)는 결과적으로 계획 기류가 되는 연료 흐름 율을 공급하도록 흐름 제어 밸브에게 명령한다. 따라서, 클리어런스 과도 오버슈트가 클 때, 계획 기류를 감소시키면 엔진 제어기가 이 환경하에서 너무 높은 기류를 얻을려고 할시에 과도한 연료 흐름 율을 명령할 가능성이 줄게 된다. 과도한 연료 흐름 율은 엔진내부에 과도한 온도를 일으킬 수 있다. 결과적으로, 제2 부가 스케줄(180)은 과도한 엔진 온도를 일으킬 가능성을 줄이기 위해 열적 불평형 동안에 추진을 제한하는 효과를 가진다. 신호선(176)상의 신호 및 신호선(186)상의 신호가 연료 제어밸브 위치 제어 모듈(187)로 공급되고, 이 모듈은 원하는 연료 흐름 율을 나타내는 신호를 신호선(188)상에 발생한다. 신호선(188)상의 신호는 엔진 제어기(180)의 I/O 부분(82)의 신호 조절 회로(189)로 공급된다. 다시, 신호 조절 회로(189)는 제어신호를 신호선(106)을 통해 연료 제어 밸브(74)(도 1)로 공급한다.
제3 부가 스케줄(190)은 클리어런스 과도 오버슈트 신호를 수신하여 Δ1CVV 신호를 발생한다. Δ1CVV 신호는 가산기(192)에 공급되고, 이 가산기는 Δ1CVV를 계획 압축기 가변 날개(CVV) 제어신호(194)에 가산하여, 신호선(195)상에 신호를 발생한다. 클리어런스 과도 오버슈트 신호가 큰 경우, Δ1CVV 신호는 사실상 가변 날개를 패쇄(close)시키는 크기를 가진다. 제4 부가 스케줄(196)은 클리어런스 오버슈트 신호를 수신하여 Δ2CVV 신호를 발생한다. Δ2CVV 신호는 가산기(197)에 공급되고, 이 가산기는 Δ2CVV 신호를 신호선(195)상의 신호에 가산하여 부가 계획 CVV 제어 신호를 신호선(198)상에 발생한다. 클리어런스 과도 오버슈트가 마찰이 일어날 듯한 네거티브 크기를 가질 때, Δ2CVV 신호는 사실상 가변 날개를 개방(open)시키는 크기를 가지므로써, 회전자 어셈블리(40)의 회전 속도를 감소시키고 클리어런스(60)를 증가시킨다. 신호선(198)상의 신호는 고정자 위치 제어 모듈(199A)에 제공되고, 이 모듈은 고정자 어셈블리(42)(도 1, 2)의 날개(62)(도 2)에 대해 원하는 위치를 나타내는 신호를 신호선(199B)상에 발생한다. 신호선(199B)상의 신호는 엔진 제어기(80)의 I/O 부분(82)에서 신호 조절 회로(189)에 공급된다. 다시, 신호 조절 회로(189)는 제어 신호를 발생하여 신호선(108)을 통해 고정자 어셈블리 액추에이터(66)(도 1)로 공급한다.
이제 도 6을 참조하면, 흐름도(200)는 클리어런스 과도 오버슈트 신호를 발생하는 데 사용되는 프로그램(140) 부분의 단계를 도시한다. 클리어런스 과도 오버슈트 신호의 발생은 프로그램(140)을 실행하므로써 바람직하게는 사실상 일정한 비율로 증분되어 일어난다. 이 비율은 필요한 정확성 및 사용가능한 계산 시간을 근거로 할 수 있으며, 대략 20 Hz일 수 있다. 초기 단계(202)에서, 처리기는 현재 시간 t와 이전 시간 tprev간의 차와 동일한 크기를 가진 Δt 신호를 발생한다. 단계(204)에서, 이전 시간 tprev을 현재 시간 t의 크기와 동일하도록 갱신한다. 단계(206)에서, 처리기는 수학식(1)에 따라서 열 시상수 스케일링 인자 신호 R의 크기를 계산한다.
단계(208)에서, 처리기는 수학식(3), 수학식(4) 및 수학식(5)에 따라서 TROTOR신호, TBLADE신호 및 TCASE신호를 발생하는 데, 여기서, 항 TprevROTOR, TprevBLADE및 TprevCASE는 제각기 신호의 이전 크기를 말한다.
수학식(3), 수학식(4) 및 수학식(5)의 결과는 제1 차수 지연이다. 제1 차수 지연은 복잡도를 감소시키기 위해 바람직하다. 그러나, 소정 유형의 함수가 신호를 발생시키는 데 사용될 수 있으며, 소정 차수의 지연, 소정 차수의 리드 및 이들의 결합의 결과인 함수로 제한되지는 않는 다. 단계(210)에서, TprevROTOR, TprevBLADE및 TprevCASE신호의 크기를 갱신한다.
단계(212)에서, 수학식(2)에 따라서 클리어런스 과도 오버슈트 신호의 크기를 발생한다. 단계(214)에서, 처리기는 도 5에 대해 전술한 부가 스케줄에 따라서, Δfuel, Δairflow, Δ1CVV 및 Δ2CVV를 계획 제어 신호에 가산하여 부가 계획 제어 신호를 발생한다.
이제 도 7을 참조하면, 그래프(220)는 도 3과 관련하여 기술한 유휴 엔진 동작 상태로부터 부분 전력 엔진 동작 상태로 급속히 천이하는 동안 레이저 프로브 그룹에 의해 측정되는, 클리어런스 과도 오버슈트 신호의 크기를 나타내는 제1 곡선(222) 및, 순시 클리어런스(60)를 나타내는 제2 곡선(224)을 가진다. 두 곡선간에 상당히 일치하는 것은 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 클리어런스와 선행 동작 상태 간의 차이로 인한 결과인 일시 차이와 관련된 영향을 포함하여 클리어런스 과도 오버슈트 신호의 정확성을 나타낸다.
다른 실시예(230)인 도 8을 참조하면, 열 증가 모듈(160)은 세 전달함수 GROWTHROTOR전달함수(232), GROWTHBLADE전달함수(234) 및 GROWTHCASE전달함수(236)를 나타내는 신호를 포함한다. 전달함수는 회전자(52), 블레이드(54) 및 케이스(44)의 열팽창 계수를 각각 나타낸다. 특히, GROWTHROTOR전달함수(232), GROWTHBLADE전달함수(234) 및 GROWTHCASE전달함수(236)는 T3, TROTOR, TBLADE및 TCASE신호에 의해 표현되는 열 상태를 TROTOR, TBLADE및 TCASE의 열팽창과 각각 관련시킨다. GROWTHROTOR전달함수(232), GROWTHBLADE전달함수(234) 및 GROWTHCASE전달함수(236)는 바람직하게, 회전자(52), 블레이드(54) 및 케이스(44)의 구조 및/또는 재질과 관련된 특성을 포함하여, 회전자(52), 블레이드(54) 및 케이스(44)의 열팽창 특성을 알맞게 정확히 표현한 것이다.
전달함수의 각각은 열 상태를 표시하는 입력을 수신하고, 이에 응답하여 열 상태와 관련된 열팽창을 나타내는 출력을 발생한다. 따라서, GROWTHROTOR전달함수(232)는 T3 신호를 수신하고, 이에 응답하여 T3 신호에 의해 표현되는 열 상태에 대한 회전자(52)의 열팽창을 표시하는 GROWTHROTOR(T3) 신호를 발생한다. GROWTHROTOR전달함수(232)는 TROTOR신호를 더 수신하고, 이에 응답하여 TROTOR신호에 의해 표현되는 열 상태에 대한 회전자(52)의 열팽창을 나타내는 GROWTHROTOR(TROTOR) 신호를 발생한다. GROWTHBLADE전달함수(234)는 T3 신호를 수신하고, 이에 응답하여 T3 신호에 의해 표현되는 열 상태에 대한 블레이드(54)의 열팽창을 나타내는 GROWTHBLADE(T3) 신호를 발생한다. GROWTHBLADE전달함수(234)는 TBLADE신호를 더 수신하고, 이에 응답하여 TBLADE신호에 의해 표현되는 열 상태에 대한 블레이드(54)의 열팽창을 나타내는 GROWTHBLADE(TBLADE) 신호를 발생한다. GROWTHCASE전달함수(236)는 T3 신호를 수신하고, 이에 응답하여 T3 신호에 의해 표현되는 열 상태에 대한 케이스(44)의 열팽창을 나타내는 GROWTHCASE(T3) 신호를 발생한다. GROWTHCASE전달함수(236)는 TCASE신호를 더 수신하고, 이에 응답하여 TCASE신호에 의해 표현되는 열 상태에 대한 케이스(44)의 열팽창을 나타내는 GROWTHCASE(TCASE) 신호를 발생한다.
GROWTHROTOR전달함수, GROWTHBLADE전달함수 및 GROWTHCASE전달함수는 선형, 비선형 HE는 이들의 조합을 포함한 소정 유형일 수 있다. 전달함수는 룩업 테이블, 수학식 또는 다른 적당한 형태로 구현될 수 있다.
열 증가 모듈(60)은 클리어런스 과도 오버슈트 신호를 발생한다. 클리어런스 과도 오버슈트 신호는 TROTOR, TBLADE및 TCASE신호에 의해 표현되는 열 상태에 대한 순시 클리어런스(60)와, 엔진 동작 상태에 대한 정상상태 클리어런스 간의 차이를 나타낸다. 클리어런스 과도 오버슈트 신호는 수학식(60)에 따라 발생된 크기를 가진다.
항 GROWTHROTOR(T3)-GROWTHROTOR(TROTOR)은 정상상태에서 회전자(52)의 열팽창과, TROTOR신호에 의해 표현되는 열 상태에서 회전자(52)의 열팽창 간의 차이를 나타낸다. 항 GROWTHBLADE(T3)-GROWTHBLADE(TBLADE)는 정상상태에서 블레이드(54)의 열팽창과, TBLADE 신호에 의해 표현되는 열 상태에서 블레이드(54)의 열팽창 간의 차이를 나타낸다. GROWTHCASE(T3)-GROWTHCASE(TCASE)는 정상상태에서 케이스(44)의 열팽창과, TCASE신호에 의해 표현되는 열 상태에서 케이스(44)의 열팽창 간의 차이를 나타낸다.
본 발명은 다양한 유형의 가스 터빈 엔진에 적용될 수 있다. 열 시상수 및 팽창계수는 특정한 실시예에 의존할 것이다. 적당한 열 시상수 및 팽창 계수를 결정하는 데 분석 및/또는 실험적 검사를 사용한다. 본 발명은 엔진 검사동안 순시 클리어런스의 측정치를 근거로 엔진에 맞게 정확하게 조정되는 유연성을 가진다. 팽창 계수를 결정하기 위한 바람직한 절차는 다음과 같다. 확장 계수를 결정하기 위해 대표적인 작업 매체 가스 온도로서 사용하기 위한 엔진 온도(예를 들면, T3)를 선택한다. 대표적인 작업 매체 가스 온도는 바람직하게, 클리어런스 과도 오버슈트 신호를 계산하는 데 사용되는 온도와 동일한 엔진 온도이다. 열 시상수 및 팽창 계수의 초기 추정치를 결정하는 데, 회전자 어셈블리(40) 및 케이스(44)의 분석적 열 모델을 사용한다. 다수의 엔진 가속/감속 동작 시나리오를 나타내는 다수의 검사를 수행한다. 이 시나리오는 다양한 플라이트 상태하에서 다양한 초기 및 최종 엔진 동작 상태를 포함해야 하며, 열평형에서 엔진을 시동시켜야 한다. 예를 들면, 하나의 시나리오는 고 전력 엔진 상태로 급속히 천이한 후(즉, 갑작스런 가속) 저 전력 엔진 상태에서 열평형에서 시작한다. 각 시나리오에서, 이 시나리오 이전, 동안 및 이후에 기준 엔진 온도 및 순시 클리어런스(60)에 대한 데이터를 수집한다. 데이터는 열 안정화 동안 10분의 연속된 과도 데이터를 포함할 것이다. 순시 클리어런스상의 데이터를 수집하는 데 레이저 프로브 센서 또는 용량성 센서를 사용할 수 있다. 도 3에 대해 전술한 설명에서 실험적 데이터를 분석하므로써, 구성요소가 무엇을 언제 하는 지를 추론할 수 있다. 클리어런스 과도 오버슈트 예견을 계산, 플로팅 및 분석한다. 기대 데이터와 실험적 데이터를 비교한다. 이 비교의 결과를 근거로, 클리어런스 과도 오버 슈트 신호를 발생하는 데 사용되는 열 시상수 및 열팽창 계수를 조정하여 실험적 클리어런스 데이터와 클리어런스 과도 오버슈트 신호 간의 편차를 감소시킨다. 모든 시나리오에 최적인 하나의 해결방안이 없는 경우에, 전체 시나리오에 최적이거나 또는 가장 중요한 시나리오에 최적인 상수 및 계수를 선택할 필요가 있을 수 있다. 이 대신에, 시나리오를 기초로 실시간인 상수 및 계수를 선택하는 특징을 병합하는 것이 바람직할 수 있다.
열팽창이 기준 엔진 온도의 변동의 선형 함수인 경우, 팽창계수는 이 팽창을 기준 엔진 온도의 변동에 의해 제분하므로써 계산된 단일 값으로 표현될 수 있다. 팽창이 기준 엔진 온도에서 변동의 선형 함수가 아닌 경우, 평균값을 사용하거나 혹은 이 대신에 기준 엔진 온도에 대한 상이한 열평형 온도와 팽창계수글 관련시킨 전달함수를 사용할 수 있다. 이 전달함수는 수학식 또는 룩업 테이블의 형태일 수 있다.
열팽창 계수를 나타내는 다양한 실시예에 대해 개시하였지만, 본 발명은 여기로 제한되지 않는 다. 예를 들면, 또다른 실시예에서, 전달함수 GROWTHROTOR, GROWTHBLADE및 GROWTHCASE는 열 상태를 나타내는 단일 입력을 수신할 수 있고, 이에 응답하여, 이 열 상태에서 열팽창과 사전결정된 열 상태에서 열팽창 간의 차이를 나타내는 출력을 발생할 수 있다. 이러한 유형의 전달함수는 엔진 동작 상태에 대한 정상상태인 열 상태를 사전결정할 수 있는 곳에 적합할 수 있다.
또한, 당업자라면 개시된 실시예에서 처리기가 즉, 컴퓨터에 의해 소프트웨어로 실행되는 프로그래밍된 하드웨어를 포함할 지라도, 고정배선 하드웨어 구성, 집적회로형태로 제조된 하드웨어, 펌웨어 및 이들의 조합을 포함한 다른 형태를 가질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 개시된 실시예가 주기적으로 샘플링된 신호를 가진 디지탈 시스템을 포함할 지라도, 본 발명은 연속 신호를 가진 아날로그 시스템 또는 디지탈 및 아날로그 결합 시스템으로도 구현할 수 있다는 것을 알아야 한다.
세 개의 후위 압축기 스테이지에 대한 클리어런스 과도 오버슈트를 결정하는 것에 관해 개시하였지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는 다. 본 발명은 압축기 및 터빈의 모두를 사용하기에 적합하며, 이러한 스테이지를 위해 사용될 수도 있다.
또한, 작업 매체 가스 온도를 표시하는 신호를 사용하는 바람직한 실시예를 개시하였지만, 엔진 동작 상태를 나타내는 소정의 적당한 신호를 사용할 수 있다. 이 신호는 측정된 표시 또는 계산된 표시 일 수 있다. 예를 들면, 대표적인 작업 매체 가스 온도는 다른 엔진 매개벼수를 근거로 결정할 수 있으며, 이들 매개변수는 측정되거나 또는 계산될 수 있다.
또한, 회전자의 열 상태, 블레이드의 열 상태 및 케이스의 열 상태를 근거로 순시 클리어런스와 정상상태 클리어런스 간의 차이를 결정하는 바람직한 실시예를 개시하였지만, 본 발명은 여기로 제한되지 않는 다. 이러한 결정은 회전자 어셈블리에 대한 소정 수의 열 상태 및 케이스의 소정 수의 열 상태를 근거로 행해질 수 있다. 본 발명에 필요한 것은 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열 상태 및 케이스에 대한 적어도 하나의 열 상태이다. 회전자 어셈블리에 대한 적절한 수의 열 상태 및 케이스에 대한 적절한 수의 열 상태는 애플리케이션에 의존한다. 전형적으로, 회전자 어셈블리의 구성요소 및 케이스의 구성요소의 특성에서 볼 때 바람직한 정확성을 얻기 위하여 열 상태의 수가 선택된다. 예에 대한 다른 실시예는 회전자 어셈블리에 대한 단지 하나의 열 상태만을 사용하거나 혹은 회전자 어셈블리에 대한 2개 이상의 열 상태를 사용하여, 열 상태를 나타낼 수 있다(예를 들면, 디스크의 열 상태, 테두리의 열 상태 및 블레이드의 열 상태).
유사하게, 회전자의 열팽창 계수, 블레이드의 열팽창 계수 및 케이스의 열팽창 계수를 근거로 순시 클리어런스와 정상상태 클리어런스 간의 차이를 결정하는 바람직한 실시예에 대하여 개시하였지만, 본 발명을 여기로 제한되지 않는 다, 이 결정은 회전자 어셈블리의 소정 수의 열팽창 계수 및 케이스에 대한 소정수의 열팽창 계수를 근거로 행해질 수 있다. 본 발명에 필요한 것은 회전자 어셈블리에 대한 적어도 하나의 열팽창 계수 및 케이스에 대한 적어도 하나의 열팽창 계수이다. 회전자 어셈블리에 대한 열팽창 계수의 수 및 케이스에 대한 열팽창 계수의 수는 전형적으로 회전자 어셈블리의 열 상태의 수 및 케이스의 열 상태의 수와 각각 대응하며 이는 필수적인 것은 아니다. 전술한 열 상태의 수에 따라, 전형적으로 회전자 어셈블리의 구성요소 및 케이스의 구성요소의 특성에서 볼 때 원하는 정확성을 갖도록 열팽창 계수의 수가 선택된다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 기술하였지만, 이는 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 당업자라면 첨부된 특허청구의 범위에서 주장되는 바와 같이 본 발명의 사상을 벗어나지 않으면서 본 명세서를 참조하여 바람직한 실시예의 각종 변경 및 본 발명의 부가적인 실시예가 있을 수 있음을 알 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 범주내 이러한 변경 또는 실시예를 포함한다는 것을 알 수 있다.

Claims (18)

  1. 회전자 어셈블리 및 케이스를 가진 가스 터빈 엔진과 사용하기 위한 장치로서, 상기 회전 어셈블리는 회전자 및, 상기 회전자에 대해 원주상으로 일정 간격을 두고 부착된 다수의 블레이드를 가지고, 상기 블레이드는 클리어런스에 의해 상기 케이스로부터 멀리 이격되고, 상기 가스 터빈 엔진은 엔진 동작 상태 및 이를 표시하도록 제공되는 신호를 가지는 상기 장치에 있어서:
    상기 엔진 동작 상태를 표시하는 상기 신호에 응답하여, 상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열 상태를 표시하는 적어도 하나의 신호 및, 상기 케이스의 적어도 하나의 열 상태를 표시하는 적어도 하나의 신호를 발생하기 위한 제1 처리 수단과;
    상기 엔진 동작 상태를 표시하는 상기 신호, 상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열 상태를 표시하는 상기 적어도 하나의 신호 및, 상기 케이스의 적어도 하나의 열 상태를 표시하는 상기 적어도 하나의 신호에 응답하여, 상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열 상태 및 상기 케이스의 적어도 하나의 열 상태에 대한 순시 클리어런스와 엔진 동작 상태에 대한 상기 회전자 어셈블리 및 상기 케이스에 대한 정상상태인 열 상태에서 클리어런스 간의 차이를 표시하는 신호를 발생시키는 제2 처리 수단
    을 구비한 가스터빈 엔진과 사용하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 처리 수단은,
    상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열팽창 계수와 상기 케이스의 적어도 하나의 열팽창 계수를 나타내는 적어도 하나의 신호를 공급하는 수단과; 그들의 함수로서 결정된 크기를 가지고 상기 순시 클리어런스와 상기 정상상태 클리어런스 간의 차이를 표시하는 신호를 발생하기 위한 수단을 더 포함하는 가스터빈 엔진과 사용하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 처리 수단은,
    상기 엔진 동작 상태를 나타내는 상기 신호 및 상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열팽창 계수를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호의 함수로서 상기 회전자 어셈블리의 정상상태 열팽창을 결정하기 위한 수단과; 상기 엔진 동작 상태를 나타내는 상기 신호 및 상기 케이스의 적어도 하나의 열팽창 계수를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호의 함수로서 상기 케이스의 정상상태 열팽창을 결정하기 위한 수단을 더 포함하는 가스터빈 엔진과 사용하기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열팽창 계수를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호 및, 상기 케이스의 적어도 하나의 열팽창 계수를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호중의 적어도 한 신호는 적어도 하나의 룩업 테이블 및 수학식을 포함한 유형인 가스터빈 엔진과 사용하기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진 동작 상태를 나타내는 신호는 상기 엔진 상태에 대한 작업 매체 가스(a working medium gas)의 온도를 나타내는 신호인 가스터빈 엔진과 사용하기 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 처리 수단은,
    상기 회전자 어셈블리가 상기 엔진 상태에 대해 열평형일 시에 상기 엔진 동작 상태를 표시하는 신호의 크기와 동일한 크기를 가진 상기 회전자의 적어도 하나의 열 상태를 표시하는 상기 적어도 하나의 신호를 발생하기 위한 수단과; 상기 케이스가 상기 엔진 상태에 대해 열평형일 시에 상기 엔진 동작 상태를 나타내는 신호의 크기와 동일한 크기를 가진 상기 케이스의 적어도 하나의 열 상태를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호를 발생하기 위한 수단을 더 포함하는 가스터빈 엔진과 사용하기 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열 상태를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호는 상기 회전자의 열 상태를 나타내는 신호 및 상기 블레이드의 열 상태를 나타내는 신호를 포함하는 가스터빈 엔진과 사용하기 위한 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 엔진 동작 상태를 나타내는 신호는 상기 엔진 상태에 대한 작업 매체 가스의 온도를 표시하는 신호이고,
    상기 제2 처리 수단은,
    상기 엔진 동작 상태를 나타내는 상기 신호 및, 상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열팽창 계수를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호의 함수로서 상기 회전자의 정상상태 열팽창을 결정하기 위한 수단과; 상기 엔진 동작 상태를 나타내는 신호 및, 상기 케이스의 적어도 하나의 열팽창 계수를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호의 함수로서 상기 케이스의 정상상태 열팽창을 결정하기 위한 수단과; 상기 회전자가 상기 엔진 상태에 대해 열평형일시에 상기 엔진 동작 상태를 나타내는 상기 신호의 크기와 동일한 크기를 가진 상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열 상태를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호를 발생하기 위한 수단과; 상기 케이스가 상기 엔진 상태에 대해 열평형일시에 상기 엔진 동작 상태를 나타내는 상기 신호의 크기와 동일한 크기를 가진 상기 케이스의 적어도 하나의 열 상태를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호를 발생하기 위한 수단을 더 포함하는 가스터빈 엔진과 사용하기 위한 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열 상태를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호는 상기 회전자의 열 상태를 나타내는 신호 및 상기 블레이드의 열 상태를 나타내는 신호를 포함하는 가스터빈 엔진과 사용하기 위한 장치.
  10. 회전자 어셈블리 및 케이스를 가진 가스 터빈 엔진과 사용하기 위한 방법으로서, 상기 회전자 어셈블리는 회전자 및, 상기 회전자에 대해 원주상으로 일정 간격을 두고 부착된 다수의 블레이드를 가지고, 상기 블레이드는 클리어런스에 의해 상기 케이스로부터 멀리 이격되고, 상기 가스 터빈 엔진은 상기 엔진 동작 상태 및, 이를 표시하도록 제공되는 신호는 가지는 상기 방법에 있어서:
    상기 엔진 동작 상태를 표시하는 신호에 응답하여, 상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열 상태를 표시하는 적어도 하나의 신호 및, 상기 케이스의 적어도 하나의 열 상태를 나타내는 적어도 하나의 신호를 발생하는 단계와;
    상기 엔진 동작 상태를 나타내는 신호, 상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열 상태를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호 및, 상기 케이스의 적어도 하나의 열 상태를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호에 응답하여, 상기 회전자 어셈블리, 블레이드의 적어도 하나의 열 상태 및, 상기 케이스의 적어도 하나의 열 상태에 대한 순시 클리어런스와, 상기 엔진 동작 상태에 대한 상기 회전자 어셈블리 및 케이스에 대한 정상상태인 열 상태에서의 클리어런스 간의 차이를 표시하는 신호를 발생하는 단계
    를 포함하는 가스터빈 엔진과 사용하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열팽창 계수와 상기 케이스의 적어도 하나의 열팽창 계수를 나타내는 적어도 하나의 신호를 공급하는 단계와, 그들의 함수로서 결정된 크기를 가지고 상기 순시 클리어런스와 상기 정상상태 클리어런스 간의 차이를 표시하는 신호를 발생하는 단계를 더 포함하는 가스터빈 엔진과 사용하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 엔진 동작 상태를 나타내는 상기 신호 및 상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열팽창 계수를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호의 함수로서 상기 회전자 어셈블리의 정상상태 열팽창을 결정하는 단계와, 상기 엔진 동작 상태를 나타내는 상기 신호 및 상기 케이스의 적어도 하나의 열팽창 계수를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호의 함수로서 상기 케이스의 정상상태 열팽창을 결정하는 단계를 더 포함하는 가스터빈 엔진과 사용하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열팽창 계수를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호 및, 상기 케이스의 적어도 하나의 열팽창 계수를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호중의 적어도 한 신호는 적어도 하나의 룩업 테이블 및 수학식을 포함한 유형인 가스터빈 엔진과 사용하기 위한 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 엔진 동작 상태를 나타내는 신호는 상기 엔진 상태에 대한 작업 매체 가스 온도를 나타내는 신호인 가스터빈 엔진과 사용하기 위한 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 회전자 어셈블리가 상기 엔진 상태에 대해 열평형일 시에 상기 엔진 동작 상태를 표시하는 신호의 크기와 동일한 크기를 가진 상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열 상태를 표시하는 상기 적어도 하나의 신호를 발생하는 단계와, 상기 케이스가 상기 엔진 상태에 대해 열평형일 시에 상기 엔진 동작 상태를 나타내는 신호의 크기와 동일한 크기를 가진 상기 케이스의 적어도 하나의 열 상태를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호를 발생하는 단계를 더 포함하는 가스터빈 엔진과 사용하기 위한 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열 상태를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호는 상기 회전자의 열 상태를 나타내는 신호 및 상기 블레이드의 열 상태를 나타내는 신호를 포함하는 가스터빈 엔진과 사용하기 위한 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 엔진 동작 상태를 나타내는 신호는 상기 엔진 상태에 대한 작업 매체 가스의 온도를 표시하는 신호이고,
    상기 엔진 동작 상태를 나타내는 상기 신호 및, 상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열팽창 계수를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호의 함수로서 상기 회전자의 정상상태 열팽창을 결정하는 단계와, 상기 엔진 동작 상태를 나타내는 신호 및, 상기 케이스의 적어도 하나의 열팽창 계수를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호의 함수로서 상기 케이스의 정상상태 열팽창을 결정하는 단계와, 상기 회전자가 상기 엔진 상태에 대해 열평형일시에 상기 엔진 동작 상태를 나타내는 상기 신호의 크기와 동일한 크기를 가진 상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열 상태를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호를 발생하는 단계와, 상기 케이스가 상기 엔진 상태에 대해 열평형일시에 상기 엔진 동작 상태를 나타내는 상기 신호의 크기와 동일한 크기를 가진 상기 케이스의 적어도 하나의 열 상태를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호를 발생하는 단계를 더 포함하는 가스터빈 엔진과 사용하기 위한 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 회전자 어셈블리의 적어도 하나의 열 상태를 나타내는 상기 적어도 하나의 신호는 상기 회전자의 열 상태를 나타내는 신호 및 상기 블레이드의 열 상태를 나타내는 신호를 포함하는 가스터빈 엔진과 사용하기 위한 방법.
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