特開 2023-152801 調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023152801

(43)【公開日】2023-10-17

(54)【発明の名称】調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/057 20060101AFI20231005BHJP

   F02C 9/00 20060101ALI20231005BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

F02C7/057

F02C9/00 A

F01D25/00 W

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023037284

(22)【出願日】2023-03-10

(31)【優先権主張番号】17/657,637

(32)【優先日】2022-04-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(72)【発明者】

【氏名】カーター、ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】フォング、レイモンド ケイ．

(72)【発明者】

【氏名】フィストナー、イェルク

(72)【発明者】

【氏名】クリジャニッチ－ビシュチャン、ミハエラ

(57)【要約】

【課題】ガスタービンエンジン（１０）の圧縮機（１５）の周りに取り付けられた入口ガイドベーン（５５）の角度位置を監視するための調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置（１１０）を提供する。
【解決手段】調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置（１１０）は、入口ガイドベーン（５５）に取り付けられた位置センサ（１２０）と、位置センサ（１２０）に取り付けられたセンサプレート（１６０）と、センサプレート（１６０）の周りに配置されたリミットスイッチ（２１０）とを含む。位置センサ（１２０）は、入口ガイドベーン（５５）の角度位置を決定し、リミットスイッチ（２１０）は、センサプレート（１６０）を検出すると、入口ガイドベーン（５５）の移動を防止する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスタービンエンジン（１０）の圧縮機（１５）の周りに取り付けられ、入口ガイドベーン（５５）の角度位置を監視する調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置（１１０）であって、
入口ガイドベーン（５５）に取り付けられた位置センサ（１２０）と、
位置センサ（１２０）に取り付けられたセンサプレート（１６０）と、
センサプレート（１６０）の周りに配置されたリミットスイッチ（２１０）と、
を備え、
位置センサ（１２０）は、入口ガイドベーン（５５）の角度位置を決定し、リミットスイッチ（２１０）は、センサプレート（１６０）の検出時に入口ガイドベーン（５５）の移動を防止する、調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置（１１０）。

【請求項2】

位置センサ（１２０）は、回転可変差動変圧器を備える、請求項１に記載の調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置（１１０）。

【請求項3】

位置センサ（１２０）は、回転シャフト（１３０）を備える、請求項１に記載の調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置（１１０）。

【請求項4】

回転シャフト（１３０）は、カップリング（１４０）内に配置され、カップリングアダプタ（１５０）を介して入口ガイドベーン（５５）に接続される、請求項３に記載の調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置（１１０）。

【請求項5】

センサプレート（１６０）は、位置センサ（１２０）の回転シャフト（１３０）に接続されている、請求項３に記載の調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置（１１０）。

【請求項6】

入口ガイドベーン（５５）の角度位置は、圧縮機（１５）から離れた制御室に出力され、タービンオペレータが入口ガイドベーン（５５）の角度位置を調整する、請求項１に記載の調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置（１１０）。

【請求項7】

センサプレート（１６０）は、調整可能なセンサプレートを備える、請求項１に記載の調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置（１１０）。

【請求項8】

調整可能なセンサプレート（１６０）は、ピン（１８０）を有する第１のプレート（１７０）と、ピン（１８０）を受け入れるトラック（２００）を有する第２のプレート（１９０）とを備える、請求項７に記載の調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置（１１０）。

【請求項9】

リミットスイッチ（２１０）が非接触センサを備える、請求項１に記載の調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置（１１０）。

【請求項10】

リミットスイッチ（２１０）は、ホール効果センサまたは誘導近接センサを備える、請求項１に記載の調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置（１１０）。

【請求項11】

複数のリミットスイッチ（２２０、２３０）をさらに備える、請求項１に記載の調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置（１１０）。

【請求項12】

圧縮機（１５）の入口（６０）に取り付けられた取り付けプレート（２４０）をさらに備える、請求項１に記載の調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置（１１０）。

【請求項13】

取り付けプレート（２４０）は、位置センサブラケット（２６０）を備える、請求項１２に記載の調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置（１１０）。

【請求項14】

取り付けプレート（２４０）は、リミットスイッチブラケット（２７０）を備える、請求項１２に記載の調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置（１１０）。

【請求項15】

ガスタービンエンジン（１０）の圧縮機（１５）の入口ガイドベーン（５５）の角度位置を監視する方法であって、
位置センサ（１２０）に接続されたシャフト（１３０）にセンサプレート（１６０）を取り付けるステップと、
一対のリミットスイッチ（２１０）をセンサプレート（１６０）の周りに配置するステップと、
入口ガイドベーン（５５）の最大角度位置を示すようにセンサプレート（１６０）の寸法を調整するステップと、
入口ガイドベーン（５５）を角度的に移動させるステップと、
一対のリミットスイッチ（２１０）の１つがセンサプレート（１６０）を検出するときに、入口ガイドベーン（５５）のさらなる角運動を停止するステップと、
を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願およびその結果得られる特許は、一般にガスタービンエンジンに関し、より詳細には、安全性を高めた遠隔入口ガイドベーン位置情報を提供する調整可能な入口ガイドベーン角度監視システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンエンジンでは、圧縮機は空気の流れを引き込む。この空気の流れは、多数の入口ガイドベーンによってその中で案内され得る。入口ガイドベーンは、圧縮機の入口の周りに円周方向に配置することができる。各入口ガイドベーンの位置は、ベーンリンケージに直接取り付けられた手動ダイヤル（manual dial）を介して監視することができる。特に、ダイヤルは、角度値が印刷された鋼板を有することができる。プレートに取り付けられた矢印は、入口ガイドベーンが移動するにつれて移動する。この手動システムは、正確ではあるが、制御室から直接読み取ることはできない。その結果、タービンオペレータは、圧縮機のこのダイヤルプレート上の位置を手作業で確認（manually check）しなければならない。したがって、入口ガイドベーンの位置を調整し、次いで実際の位置を検証することは、時間がかかる場合がある。

【0003】

今日の入口ガイドベーン動作（current inlet guide vane operation）に関する他の問題は、線形可変差動変圧器（linear variable differential transformer）に接続された駆動リンクアーム（driving linkage arm）が一般に薄いロッド設計（thin rod design）を有するという事実を含む。ロッド設計は、曲げの影響を受けやすく、アクチュエータの動きを監視する際に問題を生じ得る。さらに、線形可変差動変圧器は、入口ガイドベーンの線形運動のみを検出する。その結果、入口ガイドベーンの角度測定は、線形可変差動変圧器の線形運動から補間されなければならない。

【発明の概要】

【0004】

したがって、本出願およびその結果得られる特許は、ガスタービンエンジンの圧縮機の周りに取り付けられた入口ガイドベーンの角度位置を監視するための調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置を提供する。調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置は、入口ガイドベーンに取り付けられた位置センサと、位置センサに取り付けられたセンサプレートと、センサプレートの周りに配置されたリミットスイッチとを含むことができる。位置センサは、入口ガイドベーンの角度位置を決定し、リミットスイッチは、センサプレートの検出時に入口ガイドベーンの移動を防止する。

【0005】

本出願およびその結果得られる特許は、ガスタービンエンジンの圧縮機の入口ガイドベーンの角度位置を監視する方法をさらに提供する。この方法は、センサに接続されたシャフトにセンサプレートを取り付けるステップと、センサプレートの周りにリミットスイッチのペアを配置するステップと、入口ガイドベーンの最大角度位置を示すようにセンサプレートの寸法を調整するステップと、入口ガイドベーンを角度移動させるステップと、リミットスイッチのペアの一方がセンサプレートを検出したときに入口ガイドベーンの更なる角度移動を停止するステップとを含むことができる。

【0006】

本出願およびその結果得られる特許は、ガスタービンエンジンの圧縮機をさらに提供する。圧縮機は、複数の入口ガイドベーンと、入口ガイドベーンに取り付けられた複数の調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置とを含むことができる。調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置の各々は、対応する入口ガイドベーンに取り付けられた位置センサと、位置センサに取り付けられたセンサプレートと、センサプレートの周りに配置されたリミットスイッチのペアとを含むことができる。位置センサは、入口ガイドベーンの角度位置を決定し、リミットスイッチのペアの一方は、センサプレートの検出時に入口ガイドベーンの更なる移動を防止する。

【0007】

本出願および結果として生じる特許のこれらおよび他の特徴および改善は、いくつかの図面および添付の特許請求の範囲と併せて以下の詳細な説明を検討すれば、当業者には明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】複数の入口ガイドベーンを有する圧縮機、燃焼器、タービン、ロータシャフト、及び外部負荷を含む例示的なガスタービンエンジンの概略図である。

【図2】本明細書で説明することができる調整可能な入口ガイドベーン角度監視システムを有する圧縮機の斜視図である。

【図3】図２の調整可能な入口ガイドベーン監視システムの調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置の分解図である。

【図4】図３の調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置の正面平面図である。

【図5】図３の調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置の調整可能なセンサプレートの斜視図である。

【図6】図３の調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置のカップリングアダプタの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１は、本明細書で使用することができるガスタービンエンジン１０の概略図を示す。ガスタービンエンジン１０は、圧縮機１５を含むことができる。圧縮機１５は、流入する空気流２０を圧縮する。圧縮機１５は、圧縮された空気流２０を燃焼器２５（例えば、複数の燃焼器缶）に送る。各燃焼器２５は、圧縮空気流２０を加圧された燃料流３０と混合し、混合物に点火して高温燃焼ガス流３５を生成する。単一の燃焼器２５のみが示されているが、ガスタービンエンジン１０は、ロータシャフト４５の周りの円周方向アレイに配置された任意の数の燃焼器２５を含むことができる。あるいは、燃焼器２５は環状燃焼器であってもよい。高温燃焼ガス３５の流れは、タービン４０に送られる。高温燃焼ガス３５の流れは、タービン４０を駆動して機械的仕事を生成する。タービン４０で生成された機械的仕事は、ロータシャフト４５を介して、圧縮機１５、および、発電機などの外部負荷５０を駆動する。

【0010】

ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、様々なタイプの合成ガス、液体燃料、および／または他のタイプの燃料およびそれらの混合物を使用することができる。ガスタービンエンジン１０は、ニューヨーク州スケネクタディのゼネラル・エレクトリック・カンパニイによって提供されるいくつかの異なるガスタービンエンジンのうちのいずれかとすることができ、７シリーズまたは９シリーズのヘビーデューティガスタービンエンジンなどを含むが、これらに限定されない。ガスタービンエンジン１０は、異なる構成を有することができ、他のタイプの構成要素を使用することができる。本発明の調整可能な入口ガイドベーン角度監視システムはまた、他のタイプのガスタービンエンジンと共に使用することができる。本明細書では、複数のガスタービンエンジン、他のタイプのタービン、及び他のタイプの発電設備も一緒に使用することができる。

【0011】

ガスタービンエンジン１０の負荷制御は、いくつかの入口ガイドベーン５５によって部分的に行うことができる。上述のように、入口ガイドベーン５５は、圧縮機１５の入口６０の周りに円周方向に配置することができる。特に、ガスタービンエンジン１０の出力は、圧縮機１５に入る空気の量を変化させるように入口ガイドベーン５５の位置を変更することによって調節することができる。本明細書では、任意の数の入口ガイドベーン５５を使用することができる。

【0012】

図２－６は、ガスタービンエンジン１０の圧縮機１５の周りに配置された多数の調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置１１０を有する調整可能な入口ガイドベーン角度監視システム１００を示す。特に、調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置１１０は、入口ガイドベーン５５のそれぞれの角度位置を監視し、それに関するフィードバックを送信することができる。調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置１１０の各々は、ガスタービンエンジン１０およびその構成要素の全体的な動作を調整するように、従来のコントローラ（図示せず）などと通信することができる。

【0013】

各調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置１１０は、回転シャフト１３０を有する位置センサ１２０を含むことができる。位置センサ１２０は、回転可変差動変圧器等であってもよい。回転可変差動変圧器（ＲＶＤＴ：rotating variable differential transformer）は、シャフト１３０の角変位に線形比例する可変交流（ＡＣ）出力電圧を提供する電気機械変換器である。他のタイプの位置センサを本明細書で使用することができる。位置センサ１２０のシャフト１３０は、カップリング１４０およびカップリングアダプタ（coupling adapter）１５０を介して入口ガイドベーン５５に取り付けることができる。他のタイプの接続手段を本明細書で使用することができる。

【0014】

調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置（adjustable inlet guide vane angle monitoring device）１１０は、調整可能なセンサプレート１６０を含むことができる。調整可能なセンサプレート１６０は、それと共に移動するように位置センサ１２０のシャフト１３０に取り付けられ得る。調整可能なセンサプレート１６０は、多数のピン１８０を有する第１のプレート１７０と、多数のトラック２００（および／またはその逆）を有し、第１のプレート１７０の上方または下方に配置され、かつ第１のプレート１７０と摺動可能な関係にある第２のプレート１９０とを含むことができる。第１のプレート１７０のピン１８０は、調節可能なセンサプレート１６０の全幅または他の寸法が調節され得るように第２のプレート１９０のトラック２００内で操作可能である。他の構成要素および他の構成が本明細書で使用され得る。

【0015】

調節可能なセンサプレート１６０の下またはそれに隣接して配置されるのは、リミットスイッチ２１０の対（a pair of limit switches：リミットスイッチのペア）、この場合は第１のリミットスイッチ２２０および第２のリミットスイッチ２３０であってもよい。本明細書では、任意の数のリミットスイッチ２１０を使用することができる。リミットスイッチ２１０は、ホール効果または誘導近接センサなどの非接触センサ（contactless sensors such as Hall effect or inductive proximity sensors and the like）であってもよい。他のタイプの位置センサを本明細書で使用することができる。リミットスイッチ２１０は、調整可能なセンサプレート１６０の外側位置を検出する。リミットスイッチ２１０は、調整可能なセンサプレート１６０の検出時に信号を出力して、入口ガイドベーン５５のさらなる角度移動を防止することができる。他の構成要素および他の構成が本明細書で使用され得る。

【0016】

調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置１１０は、１以上の取り付けプレート２４０を介して圧縮機１５の入口６０に取り付けることができる。取り付けプレート２４０は、任意の適切なサイズおよび形状を有することができ、任意の適切な実質的に剛性の耐熱性材料から作製することができる。取り付けプレート２４０は、ボルト２５０または任意の他のタイプの接続手段を介して圧縮機１５の入口６０（例えば、圧縮機ケーシングに）に取り付けられ得る。取り付けプレート２４０は、位置センサ１２０を支持するための位置センサブラケット２６０と、リミットスイッチ２１０を支持するためのリミットスイッチブラケット２７０とを含むことができる。ブラケット２６０、２７０の相対位置を調整してもよい。他の構成要素および他の構成が本明細書で使用され得る。

【0017】

使用中、調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置１１０の位置センサ１２０は、入口ガイドベーン５５の角度位置を正確に決定する。角度位置は、タービンオペレータが入口ガイドベーン５５を調整し、圧縮機１５のダイヤルプレートに物理的に存在することなく（すなわち、制御室は圧縮機１５から離れている。）実際の位置を確認（verify）することができる位置情報を制御室に出力することができる。調節可能なセンサプレート１６０は、リミットスイッチ２１０と組み合わせて、起こり得る損傷を防止するための安全マージンを提供するように、入口ガイドベーン５５の最も極端な位置を制限する。同様に、調整可能なセンサプレート１６０は、ユーザが入口ガイドベーン５５の角運動の範囲をいずれかの方向に拡大または縮小することを可能にするために、プレートを「扇状に」出し入れすることによって調整することができる。この調整可能性は、平均角度位置および冗長性のために複数の位置センサ１２０を設置するときと同様に、設置された入口ガイドベーン５５における任意の変動に適応することができる。調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置１１０は、ほとんどすべてのタイプのガスタービンエンジン１０の初期設備または改造品の一部であってもよい。

【0018】

上記は、本出願および結果として生じる特許の特定の実施形態のみに関することは明らかであるべきである。以下の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される本発明の一般的な趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者によって多数の変更および修正が本明細書で行われ得る。

【符号の説明】

【0019】

１０：ガスタービンエンジン １５：圧縮機 ２０：空気の流れ ２５：燃焼器 ３０：燃料の流れ ３５：燃焼ガスの流れ ４０：タービン ４５：ロータシャフト ５０：負荷 ５５：入口ガイドベーン ６０：入口 １００：調整可能な入口ガイドベーン角度監視システム １１０：調整可能な入口ガイドベーン角度監視装置 １２０：位置センサ １３０：シャフト １４０：カップリング １５０：カップリングアダプタ １６０：調整可能なセンサプレート １７０：第１のプレート １８０：ピン １９０：第２プレート ２００：トラック ２１０：リミットスイッチ ２２０：第１のリミットスイッチ ２３０：第２のリミットスイッチ ２４０：取り付けプレート ２５０：ボルト ２６０：位置センサブラケット ２７０：リミットスイッチブラケット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【外国語明細書】