▶ ゼネラル エレクトリック テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-04
(45)【発行日】2024-10-15
(54)【発明の名称】回転機械における光学的測定のためのシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
G01B 11/14 20060101AFI20241007BHJP
F02C 7/00 20060101ALI20241007BHJP
F01D 25/00 20060101ALI20241007BHJP
G01M 99/00 20110101ALI20241007BHJP
G01H 17/00 20060101ALI20241007BHJP
【ＦＩ】
G01B11/14 Z
F02C7/00 A
F01D25/00 V
G01M99/00 A
G01H17/00 A
【請求項の数】
15
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2020174731
(22)【出願日】2020-10-16
(65)【公開番号】P2021076592
(43)【公開日】2021-05-20
【審査請求日】2023-10-06
(31)【優先権主張番号】16/669,455
(32)【優先日】2019-10-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】515322297
【氏名又は名称】ゼネラル エレクトリック テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
【氏名又は名称原語表記】Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｂｒｏｗｎ Ｂｏｖｅｒｉ Ｓｔｒａｓｓｅ ８， ５４００ Ｂａｄｅｎ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(74)【代理人】
【識別番号】100129779
【弁理士】
【氏名又は名称】黒川 俊久
(74)【代理人】
【識別番号】100151286
【弁理士】
【氏名又は名称】澤木 亮一
(72)【発明者】
【氏名】カート・クラマー・シュレイフ
(72)【発明者】
【氏名】アンドリュー・デイビッド・エリス
【審査官】信田 昌男
(56)【参考文献】
【文献】特開昭４９－１３３０５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－２８５８０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２２４０４９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－００１４１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０１－２９９４０３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｂ １１／１４
Ｆ０２Ｃ ７／００
Ｆ０１Ｄ ２５／００
Ｇ０１Ｍ ９９／００
Ｇ０１Ｈ １７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定システム（２７）を備えるシステム（１０）であって、前記測定システム（２７）が、
湾曲した上面（１００）を有するセンサマウント（８２）と、
前記センサマウント（８２）に取り付けられた光源（１６）と、
前記センサマウント（８２）に取り付けられ、ロータ（３０、４６）の回転軸を中心として前記光源（１６）から周方向に間隔を空けて配置された光センサ（１８）と、
前記光源（１６）及び前記光センサ（１８）に結合したコントローラ（１４）であって、前記ロータ（３０、４６）とケーシング（４８）との間のクリアランス（１１９）を、前記ケーシング（４８）の曲面（７０）を横切る割線として前記光源（１６）から前記光センサ（１８）に送出された光（１２０）の遮断に少なくとも部分的に基づいて判定するように構成される、コントローラ（１４）と
を備えており、前記センサマウント（８２）が、前記ケーシング（４８）の前記曲面（７０）に結合されている、システム（１０）。
【請求項2】
前記ロータ（３０、４６）及び前記ケーシング（４８）と、圧縮機（２０）と、タービン（２２）とを有するガスタービン（１２）を備えており、前記ロータ（３０、４６）が前記圧縮機（２０）及び前記タービン（２２）を通って延び、前記ケーシング（４８）が前記圧縮機（２０）又は前記タービン（２２）の少なくとも一部を取り囲み、前記測定システム（２７）が前記ガスタービン（１２）に結合される、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項3】
前記ロータ（３０、４６）が、前記圧縮機（２０）又は前記タービン（２２）においてロータブレード（４４）を備え、前記クリアランス（１１９）が、前記ロータブレード（４４）の先端と前記ケーシング（４８）の前記曲面（７０）との間である、請求項２に記載のシステム（１０）。
【請求項4】
前記センサマウント（８２）が、前記ケーシング（４８）の前記曲面（７０）に沿って周方向のトラック（１０２）に取り付けられるように構成される、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項5】
前記測定システム（２７）の前記センサマウント（８２）が、前記光源（１６）と前記光センサ（１８）との間に周方向に配置された透明材料（１２３）を備える、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項6】
前記曲面（７０）が前記ケーシング（４８）の円周に沿って延びる、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項7】
前記コントローラ（１４）が、前記光源（１６）から前記光センサ（１８）に送出された光（１２０）の前記遮断の持続時間に少なくとも部分的に基づいて、かつ前記ロータ（３０、４６）の回転速度に少なくとも部分的に基づいて、前記ロータ（３０、４６）と前記ケーシング（４８）との間の前記クリアランス（１１９）を判定するように構成される、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項8】
前記光源（１６）がレーザを含み、前記光（１２０）がコリメート光を含み、前記光センサ（１８）が光ファイバセンサを含む、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項9】
前記測定システム（２７）が、前記ロータ（３０、４６）の前記回転軸を中心として周方向に間隔を空けて異なる周方向位置に配置された複数のセンサアセンブリ（８８）を備え、前記複数のセンサアセンブリ（８８）のそれぞれが、前記コントローラ（１４）に結合され、前記複数のセンサアセンブリ（８８）のそれぞれが、前記光源（１６）のうちの１つ及び前記光センサ（１８）のうちの１つを有する、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項10】
前記コントローラ（１４）が、前記異なる周方向位置における前記クリアランス（１１９）を監視して比較するように構成される、請求項９に記載のシステム（１０）。
【請求項11】
前記コントローラ（１４）が、経時的に前記クリアランス（１１９）を監視し、経時的な前記クリアランス（１１９）の振動を含む経時的な前記クリアランス（１１９）の変動、経時的な前記クリアランス（１１９）の傾向、又はそれらの組み合わせを特定するように構成される、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項12】
ロータ（３０、４６）とケーシング（４８）との間の回転経路に沿った前記ケーシング（４８）の曲面（７０）を横切る割線として光源（１６）から光センサ（１８）に光（１２０）を送出するステップであって、前記光源（１６）及び前記光センサ（１８）が前記ケーシング（４８）に配置されている、ステップと、前記光源（１６）及び前記光センサ（１８）に結合されたコントローラ（１４）を使用して、前記ロータ（３０、４６）による前記光（１２０）の遮断の持続時間及び前記ロータ（３０、４６）の回転速度に基づいて、前記ロータ（３０、４６）と前記ケーシング（４８）との間のクリアランス（１１９）を判定するステップと
を含む、方法（１５８、１９８、２３８）。
【請求項13】
前記コントローラ（１４）に結合された複数のセンサアセンブリ（８８）を使用して、異なる周方向位置における前記クリアランス（１１９）を監視して比較することであって、各センサアセンブリ（８８）が前記光源（１６）及び前記光センサ（１８）のうちの少なくとも１つを有する、ことを含む、請求項１２に記載の方法（１５８、１９８、２３８）。
【請求項14】
前記コントローラ（１４）を使用して、経時的に前記クリアランス（１１９）を監視することと、経時的な前記クリアランス（１１９）の振動を含む経時的な前記クリアランス（１１９）の変動、経時的な前記クリアランス（１１９）の傾向又はそれらの組み合わせを特定することとを含む、請求項１２に記載の方法（１５８、１９８、２３８）。
【請求項15】
前記光源（１６）及び前記光センサ（１８）が、前記ケーシング（４８）の前記曲面（７０）に沿って周方向のトラック（１０２）に取り付けられるように構成されたセンサマウント（８２）に取り付けられる、請求項１２に記載の方法（１５８、１９８、２３８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に開示される主題は、クリアランス測定に関し、より具体的には、ガスタービンエンジンの圧縮機などの回転機械における回転部品と静止部品との間のクリアランスの測定に関する。
【背景技術】
【0002】
圧縮機は、空気などのガスを圧縮するために様々な産業およびシステムで使用されている。例えば、ガスタービンエンジンは、通常、燃焼および冷却のために圧縮空気を供給するための圧縮機を備える。圧縮機は、ロータアセンブリとステータアセンブリとを備える。多段圧縮機では、ロータアセンブリは複数の列（例えば、ロータ段）を備えることができ、各列が、シャフトを画定する１つまたは複数のロータホイールに取り付けられた複数のロータブレードを有する。同様に、ステータアセンブリは、複数の列（例えば、ステータ段）を備えることができ、各列が、ロータブレードを取り囲むケーシングに取り付けられた複数のステータベーンを有する。ロータアセンブリは、ステータアセンブリに対して回転するように設計されており、吸気した流体が圧縮機を通過するときにこの流体を圧縮する。ロータアセンブリとステータアセンブリとの間のクリアランスは、圧縮機の効率に関連し得る。しかしながら、クリアランスの測定に使用されるセンサに、取り付けのために半径方向の孔を必要とし、この孔は潜在的なリークパスをもたらす。
【発明の概要】
【0003】
出願時の特許請求の範囲に記載される主題と範囲において同等である特定の実施形態が、以下に要約される。これらの実施形態は、特許請求される発明の範囲を限定することを意図しておらず、むしろ、これらの実施形態は、本主題の可能な形態の概要を提供することのみを意図している。実際に、本システムは、以下に記載される実施形態に類似してもよく、あるいは異なってもよい様々な形態を含むことができる。
【0004】
第１の実施形態では、システムが、光源と、光センサと、光源および光センサに結合されたコントローラとを有する測定システムを備える。コントローラは、光源から光センサに送出された光の遮断に少なくとも部分的に基づいて、ロータとステータとの間のクリアランスを判定するように構成される。
【0005】
第２の実施形態では、システムが、湾曲した上面を有するセンサマウントと、第１の位置のセンサマウントに配置された光源と、第２の位置のセンサマウントに配置された光センサとを有する測定システムを備え、第１の位置および第２の位置が、周方向に互いに間隔を空けて配置される。測定システムは、センサマウントの湾曲した上面を横切る割線として光源から光センサに光をロータの経路内に送出するように構成される。
【0006】
第３の実施形態では、方法が、ロータとステータとの間にある曲面を横切る割線として光源から光センサに光を送出することを含む。本方法は、ロータによる光の遮断の持続時間およびロータの回転速度に基づいて、ロータとステータとの間のクリアランスを判定することをさらに含む。
【0007】
本主題のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】コントローラに結合されたセンサアセンブリを備えた多段軸流圧縮機を有するガスタービンシステムの実施形態のブロック図である。
【図5】ケーシングの内周に沿って移動して光源と光センサとの間の光路を横切るロータアセンブリのブレードを示す、図３のケーシングにおけるセンサマウントのうちの１つに結合された光源および光センサを有するセンサアセンブリの実施形態の概略断面図である。
【図8】ケーシングの内周に沿って移動して光源と光センサとの間の１つまたは複数の光路を横切るロータアセンブリのブレードを示す、図３のケーシングにおけるセンサマウントのうちの１つに結合された複数の光源および複数の光センサを有するセンサアセンブリの実施形態の概略断面図である。
【図10】ケーシングの内周に沿って移動して光源と光センサとの間の１つまたは複数の光路を横切るロータアセンブリのブレードを示す、図３のケーシングにおけるセンサマウントのうちの１つに結合された複数の光源および複数の光センサを有するセンサアセンブリの実施形態の概略断面図である。
【図12】ケーシングの内周に沿って移動して共通光源と光センサとの間の光路の少なくとも一部を横切るロータアセンブリのブレードを示す、図３のケーシングにおけるセンサマウントのうちの１つに結合された共通光源および複数の光センサを有するセンサアセンブリの実施形態の概略断面図である。
【図13】ケーシングの内周に沿って移動して共通光源と光センサとの間の光路の少なくとも一部を横切るロータアセンブリのブレードを示す、図３のケーシングにおけるセンサマウントのうちの１つに結合された共通光源および複数の光センサを有するセンサアセンブリの実施形態の概略断面図である。
【図18】ロータアセンブリ（例えば、ロータ、ブレード、またはその両方）とロータアセンブリを取り囲むケーシングとの間のクリアランスを測定するために利用され得る測定システムの実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下で、本主題の１つまたは複数の具体的な実施形態を説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようと努力しても、実際の実施のすべての特徴を本明細書に記載することができるというわけではない。エンジニアリングまたは設計プロジェクトなどの実際の実施態様の開発においては、開発者の特定の目的を達成するために、例えばシステム関連および事業関連の制約条件への対応など実施態様に特有の決定を数多くしなければならないし、また、これらの制約条件は実施態様ごとに異なる可能性があることを理解されたい。さらに、このような開発努力は、複雑で時間がかかるが、それでもなお本開示の利益を有する当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることを理解されたい。
【0010】
本発明の主題の様々な実施形態の要素を導入するとき、冠詞「１つの（ａ、ａｎ）」、「この（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、１つまたは複数の要素が存在することを意味するように意図されている。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であることを意図し、列挙された要素以外にもさらなる要素が存在してもよいことを意味する。
【0011】
開示される実施形態は、圧縮機、ポンプ、タービン、または別の回転機械などの機械のロータアセンブリ（例えば、ロータ、ブレード、またはその両方）とステータアセンブリ（例えば、ケーシング、ベーン、またはその両方）との間のクリアランスを測定することを対象とする。例えば、開示される実施形態は、圧縮機のロータブレードとケーシングとの間のクリアランスの光学的すなわち光ベースの測定を含む。
【0012】
特定の実施形態では、タービンシステムの圧縮機は、ガス（例えば、空気）を圧縮するように回転するように構成されたロータブレードの複数の段または列を備えることができ、ガス（例えば、空気）は、その後で、燃焼プロセスのために燃料ノズルおよび／または燃焼器に送られる。回転中、ロータブレード（例えば、圧縮機ブレード）の先端は、圧縮機のケーシングの内面から比較的短い距離を空けて配置される。特に、ロータブレードがケーシングに接触せずに空気を効率的に圧縮するように、圧縮機ブレード先端とケーシングとの間の間隔またはクリアランスは最小であり得る。
【0013】
場合によっては、ロータブレードとケーシングとの間のクリアランスは、時間の経過とともに変化し得る。例えば、通常の動作中に、クリアランスは、機械の回転部分および静止部分、例えば、ケーシング、ブレードなどの熱膨張および収縮に起因して変化し得る。クリアランスはまた、ロータまたはケーシングの形状が円形でなくなってくると、つまり真円ではない状態になってくると、ロータが１回転するたび変化し得る。真円ではない状態の程度がより大きくなると、ロータの１回転あたりのクリアランスの変動が大きくなる。クリアランスの変動の他の原因としては、ロータブレードの劣化、圧縮機の振動（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）または振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）、ロータブレードの亀裂または破損した先端、およびロータブレードの先端が部分的に欠けることにつながる摩擦状態が挙げられる。
【0014】
場合によっては、ロータブレードとケーシングとの間のクリアランスを検出するために、オペレータは、圧縮機の長手方向軸に向かって半径方向に角度を付けられた穴を開けることができる。その後、オペレータは、センサ（例えば、近接センサ）を穴に挿入して、半径方向のブレード先端クリアランスを検出することができる。しかしながら、このようなクリアランス測定方法は不正確で非効率的である場合がある。つまり、穴およびセンサの半径方向の向き、ならびに穴およびセンサの周方向の位置を確保することが難しい場合がある。そのため、センサの向きおよび位置の不一致により、収集された測定データの較正が困難になり得る。さらに、半径方向の穴はケーシングに潜在的なリークパスを形成し、このことはさらなるメンテナンスの問題を引き起こし得る。ケーシングにおいて半径方向の穴が多すぎることは、ケーシングの構造的完全性にも影響を与え得る。
【0015】
したがって、以下でさらに詳細に論じられるように、開示される実施形態は、圧縮機のケーシングの内部トラック内に配置され、割線に向きを合わせたセンサおよび光源を使用して圧縮機のブレード先端クリアランスを判定するためのシステムおよび方法を含む。例えば、特定の実施形態では、本システムは、ケーシングの内面に沿って周方向に配置されたトラック（例えば、チャネル）を利用することができる。トラックは、ブレード先端クリアランスを判定するために利用されるように構成されたセンサアセンブリを保持し得るアーチ状のマウントを受け入れるように構成され得る。センサアセンブリは、１つまたは複数の光源と１つまたは複数の光センサとを備えることができ、コントローラに通信可能に結合され得る。つまり、センサアセンブリおよびコントローラは、ブレード先端クリアランスを判定するように構成された測定システムを集合的に形成し得る。光源および光センサは、ブレード先端クリアランスを示すデータを収集するように構成され、コントローラは、収集されたデータに基づいてブレード先端クリアランスおよび他の測定値を判定するように構成される。
【0016】
説明上、光源は、ケーシングの内面上の第１の位置（例えば、第１の周方向位置または領域）からケーシングの内面上の第２の位置（例えば、第２の周方向位置または領域）に光を向けるように構成される。実際には、光センサは、光を検出するために第２の場所に配置され得る。換言すれば、１つまたは複数の光源は、１つまたは複数の光センサに向かって、ケーシングの内面（例えば、曲面または内周）を横切る割線として１つまたは複数の光を放出することができる。
【0017】
特定の実施形態では、光源は、対応する光センサに向かってコリメート光を放出することができる。コリメート光は、コリメート光を通過する個々のロータブレードによって遮断され得る（例えば、ブロックされ得る）。したがって、ケーシングの内面に対するブレード先端クリアランスは、コリメート光が遮られる、すなわち遮断される時間の持続時間に基づくことができる。さらに、特定の実施形態では、複数の光源が、半径方向に互いに平行に積み重ねられた複数のコリメート光（例えば、異なる半径方向高さの平行な光のビーム）を、ケーシングの内面を横切って、複数の同様に積み重ねられた光センサに向かって放出することができる。積み重ねられたコリメート光は、コリメート光を通過するロータブレードによって遮られ得る。したがって、ケーシングの内面に対するブレード先端クリアランスは、ロータブレードによって遮られるコリメート光のそれぞれの位置に基づくことができる。
【0018】
さらにまた、特定の実施形態では、光源は、センサのグループ（例えば、アレイ）に向かって光を放出することができる。光は、円錐形の光ビームなどの発散光であり得る。光の一部が、光を通過するロータブレードによって遮られ得る。したがって、ブレード先端クリアランスは、センサのグループのうち、ロータブレードが光を通過するときに光を検出しないセンサの数に基づくことができる。
【0019】
さらに、いくつかの実施形態では、ブレード先端クリアランスに加えて、測定システムは、ケーシングの真円度または湾曲、例えば、真円ではない状態（例えば、円形からの逸脱）およびそのような状態の程度を検出することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ケーシングの湾曲は、通常の動作中に経る応力に起因して、時間とともに変化する（例えば、変形する）場合がある。以下でさらに詳細に説明するように、測定システムは、そのような真円度の変化を検出するように構成される。いくつかの実施形態では、測定システムは、経時的にブレード先端クリアランスおよびケーシングの湾曲を監視することができ、経時的なブレード先端クリアランスおよび湾曲の変動を特定することができる。ブレード先端クリアランスおよびケーシングの湾曲のこれらの変動を評価して、圧縮機の振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）および／または振動（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）を検出することができる。
【0020】
図１は、ガスタービンエンジン１２とコントローラ１４（例えば、電子および／またはプロセッサベースのコントローラ）とを備えるタービンシステム１０の実施形態のブロック図である。図示のガスタービンエンジン１２は、圧縮機２０（例えば、多段軸流圧縮機または圧縮機セクション）と、タービン２２（例えば、多段タービンまたはタービンセクション）と、１つまたは複数の燃焼器２６（例えば、燃焼器セクション）に結合された燃料ノズル２４とを備える。圧縮機２０およびタービン２２は、ロータブレードおよびステータベーンの任意の数の段（例えば、列）をそれぞれ有し得る（例えば、１から２０）。コントローラ１４は、圧縮機２０のケーシングに配置された光源１６（例えば、レーザ）および光センサ１８（例えば、光ファイバセンサ／検出器）の組に通信可能に結合され得る。
【0021】
例えば、光センサ１８によって収集されたデータは、圧縮機２０のロータブレードとケーシングとの間のクリアランスを判定するために使用され得る。以下で詳細に説明するように、コントローラ１４は、光センサ１８からのデータを受信し、収集されたデータに基づいて、圧縮機２０のブレード先端クリアランスおよび他の動作パラメータを判定（例えば、計算または測定）することができる。本明細書で論じられるように、光センサ１８、光源１６、およびコントローラ１４は、集合的に測定システム２７を形成する。以下の説明は、圧縮機２０との関連で測定システム２７の実施形態を提示するが、測定システム２７（例えば、光源１６、光センサ１８、およびコントローラ１４）は、タービン２２、ポンプ、蒸気タービン、水力タービン、またはそれらの任意の組み合わせなどの任意の回転機械に結合され得る。測定システム２７の詳細を提示する前に、以下の議論は、ガスタービンエンジン１２およびその動作の簡単な説明を提供する。
【0022】
動作中、圧縮機２０は、圧縮性流体（例えば、空気、酸素、および／または排気ガスなどのガス）を圧縮し、圧縮された流体を燃料ノズル２４および／または燃焼器２６に送達するように構成される。圧縮性流体は任意の適切なガスを含み得るが、以下の議論は、一般に、圧縮性流体を１つの非限定的な例として酸化剤（例えば、空気）と呼ぶことができる。燃料ノズル２４は、燃料（例えば、１つまたは複数の燃料供給部からの燃料）を１つまたは複数の燃焼器２６（例えば、燃焼室内の燃焼器）に供給するように構成され、燃焼器２６は、燃料を酸化剤（例えば、空気）とともに燃焼させて、タービン２２を駆動するための高温の燃焼ガスを発生させる。燃料ノズル２４は、予混合燃料ノズル２４および／または拡散燃料ノズル２４として設計され得る。予混合燃料ノズル２４は、燃料を酸化剤（例えば、空気）と混合して、予混合タイプの火炎を生成する。拡散燃料ノズル２４は、燃料を酸化剤と予混合しないため、拡散タイプの火炎を生成する。火炎のタイプに関係なく、高温の燃焼ガスは、燃焼器２６からタービン２２に流れ、それにより、軸３２に沿ってタービンロータおよびシャフト３０に結合されたタービンブレードの１つまたは複数の段の回転を駆動する。最終的に、高温の燃焼ガスは、排気出口２８（例えば、排気スタック、排気端）を通ってタービン２２を出る。
【0023】
図示の実施形態では、シャフト３０の回転が圧縮機２０および負荷３６の回転も駆動するように、シャフト３０は圧縮機２０および負荷３６に結合される。圧縮機２０は、空気吸気口３４を介して酸化剤（例えば、空気）を取り入れることができ、空気吸気口３４は、フィルタ、熱制御システム、または任意の他の前処理システムを備え得る。負荷３６は、発電機、回転機械、航走体の推進システム、または任意の他の適切な装置を含み得る。
【0024】
圧縮機２０は、以下でより詳細に説明するように、複数の段に配置され得る回転するブレードと静止ベーン（例えば、翼形部）とが交互に配置された列を備え得る。酸化剤（例えば、空気）は、空気が圧縮機２０内を下流に移動するにつれて、回転するブレードおよび対応するステータベーンの段または列において漸進的に圧縮され得る。図示の実施形態では、圧縮機２０は、ブレードおよびベーンの列または段を少なくとも２つ有する多段軸流圧縮機２０である。例えば、特定の実施形態では、多段軸流圧縮機２０は、圧縮機ブレードおよびベーンの列または段を、任意の数（例えば、２から１４またはそれ以上の任意の数）有し得る。
【0025】
ガスタービンエンジン１２の特定の構成要素のより詳細な図を説明することは有益な場合がある。したがって、図２は、図１のガスタービンエンジン１２の圧縮機２０の実施形態の側断面図である。図２の説明を通して、一組の軸を参照する。これらの軸は、円筒座標系に基づいており、軸方向３８（例えば、下流）、半径方向４０、および周方向４２を向いている。例えば、軸方向３８は、軸３２に略平行に圧縮機２０を通って下流に延び、半径方向４０は、軸３２から離れるように延び、周方向４２は、軸３２を中心として延びる。
【0026】
動作中、空気は、空気吸気口３４を通って圧縮機２０に軸方向３８に入り、多段軸流圧縮機２０で加圧され得る。次に、圧縮空気は、タービン２２を駆動して、シャフト３０を周方向４２に回転させ、ひいては多段軸流圧縮機２０および負荷３６を回転させるために、燃焼器２６内で燃焼するための燃料と混合され得る。シャフト３０の回転はまた、多段軸流圧縮機２０内の１つまたは複数のブレード４４（例えば、圧縮機ロータブレード）に、空気吸気口３４によって受け取られた空気を引き込ませ、加圧させる。
【0027】
多段軸流圧縮機２０は、複数のステータベーン５０を有する静止ケーシング４８（例えば、ステータ、ハウジング、または外壁）によって取り囲まれた複数のロータブレード４４を有するロータアセンブリ４６を備え得る。いくつかの実施形態では、圧縮機２０の静止ケーシング４８または空気吸気口３４は、圧縮機２０への流れを制御し得る１組または複数組の入口ガイドベーン５２（ＩＧＶ）（例えば、可変ＩＧＶステータベーン）を有し得る。圧縮機２０は、２から３０、２から２５、２から２０、２から１４、または２から１０の列もしくは段、またはそれらの間の任意の特定の数または範囲などの複数の列または段５４を備え得る。各段において、多段軸流圧縮機２０は、２から１０００、５から５００、または１０から１００のロータブレード４４と、２から１０００、５から５００、または１０から１００の対応し隣接するステータベーン５０の組とを備え得る。
【0028】
特に、多段軸流圧縮機２０の図示の実施形態は、１４段（５４ａから５４ｎとして示されている）を含むが、より多いまたはより少ない段５４を使用することもできる。各段５４は、第１の軸方向位置に配置されたロータブレード４４の組と、圧縮機２０の長さに沿ってロータブレード４４の組に隣接して第２の軸方向位置に配置されたステータベーン５０の組とを有することが理解されよう。換言すれば、各段５４は、圧縮機２０において圧縮機２０の長さに沿ってロータブレード４４とステータベーン５０とが交互に配置されるように、ロータブレード４４とステータベーン５０とが互いに軸方向にずらされている。ロータブレード４４の各組は、シャフト３０を中心として周方向４２に（例えば、間隔を空けた構成で）延び、ステータベーン５０の各組は、静止ケーシング４８内で周方向４２に（例えば、間隔を空けた構成で）延びる。
【0029】
使用中、ロータブレード４４は、軸３２を中心として、静止ケーシング４８およびステータベーン５０に対して周方向に回転することができる。ロータブレード４４が回転すると、空気が空気吸気口３４に入ることができる。その後、空気は、圧縮機２０の様々な段５４を横断し、軸方向３８に多段軸流圧縮機２０の下流に移動するにつれて圧縮される。次に、圧縮空気は、多段軸流圧縮機２０の出口５６を通って出ることができる。出口５６は、一組の出口ガイドベーン５８（ＥＧＶ）を有し得る。圧縮機２０を出る圧縮空気は、燃料と混合されても、燃焼器２６に向けられても、タービン２２に向けられても、タービンシステム１０の他の場所で使用されてもよい。
【0030】
空気が圧縮機２０を通過するときの空気の圧縮は、少なくとも部分的に、圧縮機２０のロータ（例えば、ロータブレード４４）とステータ（例えば、ケーシング４８およびステータベーン５０）との間のクリアランスに基づくことができる。これらのクリアランスを最小化することにより、より多くの空気を圧縮することができる。より具体的には、ロータブレード４４とケーシング４８の内面７０との間のクリアランスは、圧縮機２０の空気圧縮効率と直接的な相関関係を有し得る。実際、ロータブレード４４と内面７０との間のクリアランスが小さいほど、空気を圧縮する際の圧縮機２０の効率が高くなる。そのため、ロータブレード４４とケーシング４８の内面７０との間のクリアランス（例えば、ブレード先端クリアランス）が監視され得る。いくつかの実施形態では、圧縮機２０の動作は、圧縮機２０の効率を高めるためにブレード先端クリアランスに基づくことができる。例えば、いくつかの実施形態では、ブレード先端クリアランスに基づいて、ロータブレード４４の位置を調整したり圧縮機２０に対してメンテナンスを実行したりできる。
【0031】
本明細書で論じられるように、圧縮機２０のケーシング４８は、ロータブレード４４とケーシング４８の内面７０との間のクリアランスを示すデータを収集するために使用される光センサ１８および光源１６を収容するように構成される。これを念頭に置いて、図３は、圧縮機２０のケーシング４８の実施形態の斜視図である。特に、図３は、圧縮機２０のケーシング４８のケーシング部分８０の斜視図である。実際、いくつかの実施形態では、ケーシング４８は、ケーシング４８を形成するために一緒に結合され得る複数のケーシング部分８０から構成され得る。例えば、ケーシング４８は、ケーシング４８の全周を形成するために、軸３２を中心として周方向４２に配置された２つ、３つ、４つまたはそれ以上のケーシング部分８０を備え得る。ケーシング４８は、圧縮機２０のロータアセンブリ４６の周囲で周方向４２に延びる。
【0032】
図３に示されるように、ケーシング４８は、ケーシング４８の内面７０に結合された１つまたは複数のマウント８２（例えば、アーチ状のマウント、インサート）を備え得る。さらに、ケーシング４８は、内面７０の周囲で周方向４２に延び、軸方向３８に沿って交互に配置されるロータブレード領域８３とステータベーン領域８４とを備え得る。ロータブレード領域８３は、この領域に沿ってロータブレード４４（図２）の先端が通過するように構成される領域であり得る。換言すれば、ケーシング４８がロータアセンブリ４６に結合されている場合、ロータブレード領域８３は、軸方向３８および半径方向４０にロータブレード４４と整列され得る。明示的に示されていないが、ステータベーン領域８４は、ケーシング４８の内面７０から延びるステータベーン５０（図２）を備え得る。実際、本明細書で論じられるように、特定の態様に注意を集中するために、図は意図的に簡略化されていることに留意されたい。つまり、ケーシング４８は、例示的な図に明示的に示されていない追加の要素（例えば、ステータベーン５０）を備え得る。
【0033】
マウント８２は、ロータブレード領域８３においてケーシング４８の内面７０に結合され得る。いくつかの実施形態では、マウント８２の位置が、ロータブレード領域８３を規定し得る。マウント８２は、センサアセンブリ８８（例えば、光センサ１８および／または光源１６）にハウジングを提供するように構成されたハウジング構造８６をさらに備え得る。ハウジング構造８６は、センサアセンブリ８８がケーシング４８の内面７０の下方に配置され得るように、マウント８２内に埋め込まれ得る。換言すれば、センサアセンブリ８８は、ケーシングの内面７０とケーシング４８の外面９０との間に半径方向４０に配置され得る。したがって、理解されるように、センサアセンブリ８８は、ロータブレード４４がマウント８２に沿って通過するときに、ロータブレード４４の存在およびクリアランスを検出するように構成される。
【0034】
マウント８２の湾曲は、ケーシング４８の内面７０の湾曲と実質的に一致し得る。このようにして、マウント８２が（図示のように）ケーシング４８に結合されるとき、マウント８２の上面１００は、ケーシング４８の内面７０と実質的に同一平面になり得る。特に、ケーシング４８の内面７０は、マウント８２を受け入れるように構成されたトラック１０２（例えば、チャネル）を備え得る。特に、各トラック１０２は、ケーシング４８の内面７０に沿ってロータブレード領域８３内などの周方向４２に配置され得る。
【0035】
いくつかの実施形態では、各トラック１０２は、複数のマウント８２を受け入れるように構成され得る。つまり、各マウント８２は、両端にある周方向端部１０４を備え得る。いくつかの実施形態では、隣接するマウント８２の周方向端部１０４は、マウント８２がトラック１０２に挿入されるときに、接触してもよいし、一緒に結合されてもよい。実際、図示のように、各マウント８２は、周方向端部１０４間に延びる任意の適切なそれぞれのアーチ状の長さを備え得る。このようにして、任意の適切な数のマウント８２が各トラック１０２に挿入され得る。例えば、各ケーシング部分８０は、例えば、ケーシング部分８０の周方向４２の長さに実質的に一致するようにサイズ決めされた、各トラック１０２内の単一のマウント８２を備え得る。あるいは、各ケーシング部分８０は、ケーシング部分８０の各トラック１０２内に集合的に嵌合するようにサイズ決めされた等しいまたは異なる周方向４２の長さの２つ、３つ、４つ、５つ、６つまたはそれ以上のマウント８２を備え得る。さらに、開示される実施形態は、複数の異なるマウント８２群を含むことができ、各群は、以下でさらに詳細に論じられるように、センサアセンブリ８８の特定の構成のために設計される。
【0036】
さらに、いくつかの実施形態では、マウント８２は、センサアセンブリ８８に結合されたワイヤ（例えば、導体）を整理および配線するように構成された上面１００とは反対側に（例えば、底面１１０内に）配置された周方向のスロットを備え得る。このようにして、１つのトラック１０２内のマウント（複数可）８２のハウジング８６の複数の位置からのワイヤは、一緒にグループ化され得る。そのため、１つのトラック１０２内に配置されたセンサアセンブリ８８からのワイヤは、ケーシング４８にある単一すなわち共通の孔を通って、例えばコントローラ１４に配線され得る。個々のセンサごとに半径方向の孔を必要とするセンサとは対照的に、開示される実施形態は、孔の数の実質的な削減を可能にし、ひいては、ケーシング４８における潜在的なリークパスの数の削減を可能にする。さらに説明するために、図４は、破線４－４内で取られた、図３のケーシング４８の部分切り欠き斜視図であり、マウント８２のうちの１つの周方向端部１０４を示している。
【0037】
図示のように、マウント８２は、マウント８２の上面１００がケーシング４８の内面７０と実質的に同一平面になり、かつ内面７０に一致するような（例えば、内面７０と実質的に同じ内部湾曲を有するような）輪郭を有するように、トラック１０２に結合され得る。トラック１０２と結合するために、マウント８２は、トラック１０２の両側にある凹部１１４と係合するように構成された両側にあるフランジ１１２を備え得る。図示の実施形態では、両側にあるフランジ１１２および両側にある凹部１１４は、軸方向３８に上流方向および下流方向に延びると同時に、マウント８２およびトラック１０２の長さに沿って周方向４２にも延びる。
【0038】
さらに、図示のように、マウント８２の底面１１０は、周方向のスロット１１６を備え得る。上記のように、スロット１１６は、ハウジング８６内に配置されたセンサアセンブリ８８からのワイヤ１１８を配線するように構成され得る。いくつかの実施形態では、スロット１１６は、マウント８２の底面１１０とトラック１０２との間、かつ両側にあるフランジ１１２間に配置された空間によって画定され得る。いくつかの実施形態では、スロット１１６は、マウント８２の壁がスロット１１６を取り囲むように、マウント８２の内部に全体が配置され得る。このようにして、それぞれのトラック１０２内に配置されたセンサアセンブリ８８の一部または全部からのワイヤ１１８は、一緒にグループ化され、ケーシング部分８０を通る単一の出口を通って配線されて、コントローラ１４などの外部装置に通信可能に結合され得る。
【0039】
理解されるように、マウント８２のハウジング８６により、光源１６が光を内面７０の円周を横切る割線（例えば、幾何学的弦）として光センサ１８に向かって送出するように光センサ１８および光源１６を向けることができる。換言すれば、センサアセンブリ８８は、光が圧縮機２０の軸３２に向かって半径方向４０に向けられないように、内面７０を横切る光を送ったり受けたりすることができる。特定の実施形態では、各マウント８２の一部または全部は、ケーシング４８の内部湾曲にも適合しながら、光源１６と光センサ１８との間で光を透過するように構成された透明材料で構築され得る。
【0040】
一般に、センサアセンブリ８８は、ケーシング４８の内面７０を実質的に直線的に横切る光を送ったり受けたりするように構成される。光の一部は、マウント８２の透明材料を通過することができ、光の残りの部分（例えば、大部分）は、クリアランス測定を容易にするために、接線方向にケーシング４８の内部容積を直接通過することができる。ロータブレード４４は、光を通過（例えば、遮断、ブロック）することができる。光センサ１８は、光を通過するロータブレード４４の結果として様々なデータを収集することができる。次に、コントローラ１４は、データを受信し、光センサ１８から受信した様々なデータに基づいて、ブレード先端クリアランス、真円度、振動、および他のパラメータを計算することができる。例えば、受信したデータは、光源１６と光センサ１８との間の各光のビームの光ブロックの持続時間、１つまたは複数の光源１６と複数の光センサ１８との間のブロックされた光ビームの数および位置、またはそれらの組み合わせを含み得る。コントローラ１４はまた、ロータおよび／またはロータブレード４４の回転速度などの他の動作データを取得することができる。
【0041】
図５は、ケーシング４８の内周７０に沿って移動して光源１６と光センサ１８との間の光路１２０（例えば、内周７０に沿った割線）を横切るロータアセンブリ４６のブレード４４を示す、図３のケーシング４８におけるセンサマウント８２のうちの１つに結合された光源１６および光センサ１８を有する測定システム２７のセンサアセンブリ８８の実施形態の概略断面図である。センサアセンブリ８８は、ロータアセンブリ４６のロータブレード４４のブレード先端クリアランス１１９を検出するように構成される。簡単のために、図５は、ロータアセンブリ４６の１つのロータブレード４４を示している。ただし、ロータアセンブリ４６は、中央のロータ、ハブ、またはシャフトに結合された複数のロータブレード４４を備え、ロータブレード４４は、軸３２を中心として周方向４２に間隔を空けて配置される。ブレード先端クリアランス１１９は、ロータブレード４４の遠位端１２１からケーシング４８の内面７０および／またはマウント８２の上面１００までの、半径方向４０に測定される距離として定義され得る。
【0042】
現在の実施形態に示されるように、センサアセンブリ８８は、少なくとも１つの光源１６（例えば、単一の光源１６）と少なくとも１つの光センサ１８（例えば、単一の光センサ１８）とを備え得る。特に、センサアセンブリ８８は、マウント８２を介して提供されるハウジング８６に配置され得る。いくつかの実施形態では、光源１６および光センサ１８は、それぞれの別個のハウジング８６に配置され得る。いくつかの実施形態では、光源１６および光センサ１８は、共通のハウジング８６に配置され得る。光源１６および光センサ１８は、ケーシング４８および／またはマウント８２の内面７０（例えば、内周）に対して実質的に同一平面にあり得る、または凹状にされ得る。
【0043】
さらに、マウント８２は、光源１６と光センサ１８との間の光路に沿って延びる透明部分１２３を備え得る。例えば、図示の実施形態および本明細書に開示される各実施形態では、マウント８２全体が透明材料で形成されてもよいし、マウント８２が、光源１６と光センサ１８との間に延びる凹部またはスロット１２５に透明部分１２３（例えば、透明インサートまたは注入された透明材料）を備えてもよい。透明部分１２３の外面は、ケーシング４８および／またはマウント８２の内面７０（例えば、内周）の湾曲に実質的に一致するような輪郭を有するようにされてもよい。
【0044】
図示のように、光源１６は、光１２０（例えば、光ビーム、コリメート光、レーザ光）を光路に沿って光センサ１８に向けるように構成される。本明細書の文脈上、参照番号１２０は、光源１６によって生成された光、または光源１６と光センサ１８との間の光路のいずれかを指す。本明細書で論じる場合、光１２０は、実質的に発散がなく、実質的に平行な光線を有する光などのコリメート光であり得る。光センサ１８は、光センサ１８が光１２０を受けているか否かを検出するように構成される。つまり、ロータブレード４４は、光１２０を通過することができ、それにより、ロータブレード４４が光１２０の経路内に配置されている間（すなわち、光をブロック、妨害、または遮断している間）、光センサ１８が光１２０を受けるのを妨げる。
【0045】
説明上、ロータブレード４４は、ロータ経路１２２に沿って移動するように構成され得る。ロータ経路１２２は、ケーシング４８の内面７０と実質的に同心であり得る。しかしながら、以下で論じられるように、いくつかの実施形態では、ロータアセンブリ４６は、振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｅ）または振動（ｖｉｂｒａｔｅ）する場合があり、これにより、ロータ経路１２２にも変動が生じ得る。ロータブレード４４は、ロータ経路１２２に沿って、順次、第１の位置１２４から第２の位置１２６、第３の位置１２８、第４の位置１３０、第５の位置１３２、第６の位置１３４、および第７の位置１３６を通って連続的に移動するように構成される。実際、別個の位置として示されているが、ロータブレード４４は、クリアランス測定中、実質的に一定の回転速度で第１の位置１２４から第７の位置１３６まで連続的に移動し得ることを理解されたい。さらに、ロータ経路１２２は、ケーシング４８全体に沿って周方向４２に延び得ることに留意されたい。
【0046】
図示のように、ロータブレード４４は、第１の位置１２４にある間、光１２０の外側に配置され得る（例えば、光１２０を妨害またはブロックしない）。次に、ロータブレード４４は、第２の位置１２６から第６の位置１３４にある間、光１２０内に配置され得る（例えば、光１２０を妨害またはブロックする）。ロータブレード４４が光の光路１２０内に配置されている間（例えば、ブロックまたは遮断している間）、光センサ１８は、光１２０を受けない（例えば、検出しない）。そして、ロータブレード４４は、第７の位置１３６にある間、光１２０の外側に配置され得る。
【0047】
光センサ１８は、信号をコントローラ１４に送信（例えば、通信、伝送）することができ、信号は、光センサ１８が光を受けている持続時間、および／または光を受けていない持続時間を示す。例えば、光センサ１８は、光の存在または欠如を示す信号をコントローラ１４に送信することができ、次に、コントローラ１４は、信号（例えば、光の存在または不在）を、光の存在の持続時間および光の不在の持続時間を示すクロックに相互に関連付けることができる。コントローラ１４はまた、圧縮機２０の回転速度など、タービンシステム１０のパラメータを測定する１つまたは複数の追加のセンサからのセンサデータを受信することができる。次に、コントローラ１４は、光センサ１８から取得された光の欠如の持続時間をロータブレード４４の回転速度と比較して、ブレード先端クリアランス１１９を計算することができる。実際、ロータブレード４４が光１２０を遮っている時間の持続時間は、ブレード先端クリアランス１１９に直接相互に関連付けられ得る。
【0048】
つまり、光１２０がロータブレード４４によってブロックされる時間が長いほど、ブレード先端クリアランス１１９が小さいことを示し、光１２０がロータブレード４４によってブロックされる時間が短いほど、ブレード先端クリアランス１１９が大きいことを示す。例えば、光センサ１８が、ロータブレード４４の回転速度を考慮したときに、光源１６から光センサ１８までの全距離に対応する持続時間の光の欠如を検出した場合、コントローラ１４は、ブレード先端クリアランス１１９が最小である（例えば、略ゼロまたは実質的にゼロに近い）と計算する。対照的に、光センサ１８が、ロータブレード４４の回転速度を考慮したときに、光源１６から光センサ１８までの無視できる距離（例えば、全距離の０．０１パーセント）に対応する持続時間の光の欠如を検出した場合、コントローラ１４は、ブレード先端クリアランス１１９が測定システム２７によって検出可能な最大である（例えば、内面７０と光の光路１２０との間の半径方向４０の距離）と計算する。同様に、コントローラ１４は、光の欠如の持続時間が上記の例の間のどこかにあるとき、最小と最大との間のブレード先端クリアランス１１９を計算するように構成される。
【0049】
特定の実施形態では、コントローラ１４は、ビーム高さ１２７を、光源１６から光センサ１８までの光の光路１２０に沿った各位置に相互に関連付けるデータ、光源１６と光センサ１８との間の周方向距離、および特定のビーム高さ１２７と、光の光路１２０の遮断の開始点１２９と終了点１３１との間の周方向距離との間の相関関係を格納することができる。この相関関係、回転速度、および光の欠如の測定された持続時間に基づいて、コントローラ１４は、ブレード先端クリアランス１１９を計算するようにプログラムされ得る。いくつかの実施形態では、コントローラ１４は、回転速度、光の欠如の測定された持続時間、および様々な既知のパラメータに基づいてブレード先端クリアランス１１９を判定するように構成されたルックアップテーブル、方程式、コンピュータモデル、または他の計算技法を含み得る。
【0050】
センサアセンブリ８８のそれぞれは、ケーシング４８の内面７０に沿ったそれぞれのクリアランス位置１４４（例えば、周方向４２に間隔を空けて配置された光源１６および光センサ１８を有する領域）におけるブレード先端クリアランス１１９を示すデータを収集するように構成され得る。現在図示の実施形態では、クリアランス位置１４４は、光源１６と光センサ１８との間のケーシング４８の内面７０に沿った周方向距離（例えば、角距離または弧長）によって定義され得る。そのため、コントローラ１４は、ケーシング４８のクリアランス位置１４４に含まれる周方向距離に対するブレード先端クリアランス１１９の近似値（例えば、平均）を判定することができる。
【0051】
例えば、特定の実施形態では、各クリアランス位置１４４の角距離は、１から１５度、１から１０度、または１から５度であり得る。特定の実施形態では、各クリアランス位置１４４の弧長は、ゼロより大きく、かつケーシング４８の内面７０の円周の１パーセント、２パーセント、３パーセント、４パーセント、または５パーセント未満であり得る。測定システム２７は、光源１６と光センサ１８との間に等しいまたは異なる周方向距離（例えば、角距離または弧長）を有するセンサアセンブリ８８を備えることができ、光源１６と光センサ１８とは、ケーシングの４８の内面７０の円周の周囲に間隔を空けて配置された異なる周方向位置に配置され得る。いくつかの実施形態では、クリアランス位置１４４は、ケーシング４８の２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、１０またはそれ以上の等間隔に配置された周方向位置に配置され得る。例えば、クリアランス位置１４４は、ケーシング４８の４つの周方向に間隔を空けて配置された位置、例えば、３時の位置、６時の位置、９時の位置、および１２時の位置などに配置され得る。
【0052】
コントローラ１４は、センサデータを監視し、ロータブレード４４のブレード先端クリアランス１１９を経時的に測定するように構成されて、クリアランス１１９の傾向を判定し、一回転ごとに各段の複数またはすべてのロータブレード４４のクリアランス１１９を比較し、ロータブレード４４および／またはケーシング４８の振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）または振動（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）を特定し、壊滅的な事象（例えば、ブレード先端の破損）を示す突然の変化を特定し、圧縮機２０の異なる段間でクリアランス１１９を比較し、将来のクリアランス１１９および圧縮機２０効率への影響を予測し、許容できないクリアランス１１９の問題を修正するためにメンテナンスまたは修理をスケジュールし、測定されたクリアランス１１９に基づいてシステム１０を制御する。
【0053】
図６は、ケーシング４８とロータアセンブリ４６のブレード４４との間のクリアランス１１９を判定するために使用される光路１２０の妨害の持続時間を示す、図５のセンサアセンブリ８８から取得され、コントローラ１４によって受信されたデータの実施形態を表すグラフ１５０である。グラフ１５０は、光センサ１８が光を受けているか否かを示す光検出軸１５２を備え得る。グラフ１５０は、時間を示す時間軸１５４をさらに備え得る。図示のように、光検出軸１５２は２値であり得る。つまり、光センサ１８は、光を受けている「１」で示される場合と、光を受けていない「０」で示される場合とのいずれかであり得る。図示のように、時間軸１５４の「ｔ１」から「ｔ２」まで、光センサ１８は光を受けていない場合がある。特に、「ｔ１」から「ｔ２」まで、ロータブレード４４は光をブロックする場合がある。コントローラ１４は、光センサ１８が光１２０を受けていない持続時間、速度センサによって測定されたロータブレード４４の回転速度、およびセンサアセンブリ８８の既知のパラメータ（例えば、光源１６と光センサ１８との間の周方向距離、ケーシング４８の内周の半径、および／または光の光路１２０に沿ったビーム高さ１２７）に基づいて、ブレード先端クリアランス１１９を判定することができる。
【0054】
図７は、図５の測定システム２７（例えば、光センサ１８、光源１６、およびコントローラ１４）を使用してケーシング４８とロータアセンブリ４６のブレード４４との間のクリアランス１１９を測定するプロセス１５８の実施形態のフローチャートである。ブロック１６０において、光のビーム（例えば、光１２０）は、ロータ（例えば、ロータアセンブリ４６のロータブレード４４）を取り囲むケーシング（例えば、ケーシング４８）に沿って、光源（例えば、光源１６）から光センサ（例えば、光センサ１８）に送出され得る。本明細書で論じる場合、ロータは、シャフト３０または他の回転物体などの任意の適切なロータであり得る。実際、理解されるように、本明細書で論じられる実施形態は、任意の適切なロータと対応するケーシング（例えば、ハウジング）との間のクリアランス１１９の判定に広く適用可能であり得る。
【0055】
ブロック１６２において、プロセス１５８は、光のビーム１２０の遮断の持続時間を検出する。特に、プロセス１５８は、光センサ１８が光のビーム１２０を受けるのをロータ（例えば、ロータブレード４４）がブロックする持続時間を測定する。いくつかの実施形態では、持続時間は、光センサ１８および／またはコントローラ１４によって測定され得る。ブロック１６４において、プロセス１５８は、遮断の持続時間およびロータの回転速度に少なくとも部分的に基づいて、クリアランス１１９を計算する。いくつかの実施形態では、回転速度は、直接測定されたパラメータ（例えば、回転速度センサを介して）であってもよいし、事前に定められてもよい。つまり、ロータは、事前に定められた回転速度で回転されていてもよい。
【0056】
さらに、いくつかの実施形態では、クリアランス１１９は、ロータの振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）または振動（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）をさらに計算するために使用され得る。例えば、ブロック１６６において、ロータのクリアランスは、経時的に監視され得る。特に、いくつかの実施形態では、ロータとケーシング４８との間のクリアランス１１９は、ケーシングにおける１つまたは複数のクリアランス位置（例えば、それぞれのクリアランス位置１４４）に対して監視され得る。より具体的には、ロータ上の特定の点のクリアランス１１９は、ケーシング４８のいくつかのクリアランス位置に関して監視され得る。加えて、いくつかの実施形態では、ロータの複数の点（例えば、複数のロータブレード４４）は、ケーシング４８の複数のクリアランス位置に関して監視され得る。理解されるように、特定のロータ点のクリアランス１１９は、クリアランス位置１４４を通る連続する回転にわたって変化し得る、および／または別個のクリアランス位置１４４に対して変化し得る。換言すれば、ロータは、クリアランス１１９が経時的に変化し得るように、ケーシング４８に対して振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｅ）および／または振動（ｖｉｂｒａｔｅ）し得る。
【0057】
ブロック１６８において、プロセス１５８は、経時的なクリアランス１１９の変動を特定し得る。例えば、上で論じたように、ロータのクリアランス１１９のインスタンスが、ケーシング４８に沿ったクリアランス位置１４４に対して監視され得る。したがって、クリアランス１１９の各監視された（例えば、測定された）インスタンス間の変動（例えば、差分、クリアランスの傾向）が、時間に関して監視され得る。ブロック１７０において、ブロック１６８で特定された変動が評価されて、ある期間中のクリアランス１１９の振動を判定することができる。特に、経時的なロータのクリアランス１１９の変動は、ロータが１つまたは複数の周波数で振動していることを示し得る。したがって、いくつかの実施形態では、振動の周波数が判定され得る。
【0058】
ブロック１７２において、ロータのクリアランス、変動、および振動が、出力装置に出力され得る。例えば、いくつかの実施形態では、出力装置は、ユーザインターフェースを有するコンピュータ（例えば、コントローラ１４）であり得る。クリアランス、変動、および／または振動を示すデータは、ユーザインターフェース（例えば、電子ディスプレイまたはモニタ）を介して表示され得る。いくつかの実施形態では、データは、グラフ（例えば、時間に対するクリアランス、変動、および／または振動）、ロータのグラフィック表現（例えば、２Ｄまたは３Ｄ画像）、または任意の他の適切な方式の形態で描写され得る。
【0059】
ブロック１７４において、システム１０の動作は、ブロック１７２の出力に基づいて制御（例えば、調整）され得る。例えば、いくつかの実施形態では、コントローラ（例えば、コントローラ１４）は、システム１０（例えば、圧縮機２０）の動作を制御して、ロータの望ましくないクリアランス、変動、および／または振動を修正または補償することができる。いくつかの実施形態では、動作の制御は、ロータのメンテナンスまたはメンテナンス要求の処理を介して実施され得る。
【0060】
図８は、ケーシング４８の内周７０に沿って移動して光源１６と光センサ１８との間の１つまたは複数の光路１２０（例えば、内周７０に沿った割線）を横切るロータアセンブリ４６のブレード４４を示す、図３のケーシング４８におけるセンサマウント８２のうちの１つに結合された複数の光源１６および複数の光センサ１８を有する測定システム２７のセンサアセンブリ８８の実施形態の概略断面図である。センサアセンブリ８８は、ロータアセンブリ４６のロータブレード４４のブレード先端クリアランス１１９を検出するように構成される。簡単のために、図８は、ロータアセンブリ４６の１つのロータブレード４４を示している。ただし、ロータアセンブリ４６は、中央のロータ、ハブ、またはシャフトに結合された複数のロータブレード４４を備え、ロータブレード４４は、軸３２を中心として周方向４２に間隔を空けて配置される。
【0061】
現在の実施形態に示されるように、センサアセンブリ８８は、複数の光源１６と少なくとも対応する数の光センサ１８（例えば、光源１６と光センサ１８とが１：１の比率）とを備え得る。センサアセンブリ８８は、光源１６および光センサ１８を複数の対に配置し、各対は、光源１６を光センサ１８と整列させて、光の光路１２０を規定する。複数の対の光の光路１２０は、実質的に平行であり、半径方向に（例えば、半径方向に積み重ねられた光のビーム１２０における）わずかな距離だけ互いにずらされてもよく、光の光路１２０は、ケーシング４８の半径１７８に垂直であり、ケーシング４８の内面７０に沿った内周に実質的に接してもよい。図示の実施形態は、光路１２０ａから１２０ｅを規定する、５つの光センサ１８と整列された５つの光源１６の５対を含む。ただし、センサアセンブリ８８の実施形態は、少なくとも２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、１０、１１、１２、１３、１４、１５、２０、２５、３０またはそれ以上の光源１６および対に構成された光センサ１８を備えてもよい。
【0062】
センサアセンブリ８８は、マウント８２を介して提供されるハウジング８６に配置され得る。いくつかの実施形態では、光源１６および光センサ１８のそれぞれは、それぞれの別個のハウジング８６に配置され得る。いくつかの実施形態では、光源１６および／または光センサ１８のうちの２つ以上は、共通のハウジング８６に配置され得る。
【0063】
光源１６および光センサ１８は、ケーシング４８および／またはマウント８２の内面７０（例えば、内周）に対して実質的に同一平面にあり得る、または凹状にされ得る。さらに、マウント８２は、光源１６と光センサ１８との間の光路に沿って延びる透明材料１２３（例えば、連続的な、またはセグメント化された一片の透明材料）を備え得る。例えば、図示の実施形態および本明細書に開示される各実施形態では、マウント８２全体が透明材料で形成されてもよいし、マウント８２が、光源１６と光センサ１８との間に延びる凹部またはスロット１２５に透明部分１２３（例えば、透明インサートまたは注入された透明材料）を備えてもよい。透明部分１２３の外面は、ケーシング４８および／またはマウント８２の内面７０（例えば、内周）の湾曲に実質的に一致するような輪郭を有するようにされてもよい。
【0064】
図示のように、光源１６のそれぞれは、光路に沿ってそれぞれの光１２０をそれぞれの光センサ１８に向けるように構成される。上記のように、光１２０のそれぞれは、実質的に発散がなく、実質的に平行な光線であるなど、実質的にコリメート光であり得る。光センサ１８のそれぞれは、それぞれの光１２０を検出する（例えば、受ける）ように構成される。実際、いくつかの実施形態では、各光源１６は、対応する光センサ１８と半径方向高さ１８０が等しくてもよい（例えば、光源１６と光センサ１８との間の光の光路１２０に沿った中間点から測定した場合）。半径方向高さ１８０は、クリアランス位置１４４においてケーシング４８の内面７０から半径方向４０に測定され得る。
【0065】
現在図示の実施形態では、クリアランス位置１４４は、光源１６および光センサ１８の特定の対、例えば最も外側の対において、光源１６と光センサ１８との間のケーシング４８の内面７０に沿った周方向距離（例えば、角距離または弧長）によって定義され得る。光源１６および光センサ１８の各対の半径方向高さ１８０は、光の光路１２０と内面７０との間の最大半径方向高さとして定義され得、最大半径方向高は、特定の対の光源１６と光センサ１８と間の中間点における半径方向高さに対応し得る。半径方向高さ１８０は、光源１６および光センサ１８の一連の対において、ある対から次の対へと漸進的に増加し得、半径方向高さの増分変化（例えば、増加）は、ブレード先端クリアランス１１９のより細かい（またはより高い精度の）測定を提供するために比較的小さくなり得る。
【0066】
したがって、複数の光源１６から複数の光センサ１８に向けられた複数の光の光路１２０は、（例えば、半径方向に積み重ねられた平行な光ビームを形成する）複数の半径方向高さ１８０における曲面（例えば、内周７０または上面１００）から半径方向に間隔を空けて配置され得る。これらの半径方向高さ１８０は、システム１０の動作中にブレード先端クリアランス１１９を計算する際に使用するために、正確に測定され、コントローラ１４のメモリに格納され得る。
【0067】
いくつかの実施形態では、各それぞれの光源１６は、それぞれの光１２０を別個のそれぞれの波長（例えば、光の色）で送出することができる。したがって、いくつかの実施形態では、各それぞれの光センサ１８は、対応する光源１６（例えば、光センサ１８と同じ半径方向高さ１８０にある光源１６）から放出される光１２０のそれぞれの波長のみを検出するように構成され得る。しかしながら、測定システム２７の実施形態はまた、各光センサ１８が任意の光源１６からの光を検出することを可能にして、特定の光センサ１８での光１２０（または予期しない光センサ１８での光１２０）の波長の予期しない検出が、真円ではない状態（例えば、ケーシング４８の内周が円形ではない）、振動状態、ミスアライメント状態、または他の何らかの問題を示し得るようにしてもよい。
【0068】
例えば、センサアセンブリ８８は、第１の半径方向高さにある第１の対、第１の半径方向高さよりも大きい第２の半径方向高さにある第２の対、第２の半径方向高さよりも大きい第３の半径方向高さにある第３の対、第３の半径方向高さよりも大きい第４の半径方向高さにある第４の対、および第４の半径方向高さよりも大きい第５の半径方向高さにある第５の対における光源１６および光センサ１８を備える。第３の組の光センサ１８が第１、第２、第４、または第５の組の光源１６からの光を受けた場合、光センサ１８またはコントローラ１４は、光センサ１８が受けた光の波長に応じて、（例えば、予期しない波長に起因して）予期せず光１２０を受けたことを特定し、ミスアライメントまたは真円ではない状態およびその程度を特定することができる。例えば、コントローラ１４は、受けた波長（例えば、第３の組の光センサ１８で受けた波長）が、光源１６および光センサ１８の第４の組ではなく第５の組、またはさらに外側の第６の組、第７の組、または第８の組に対応する場合、ミスアラインメントまたは真円ではない状態の程度がますます大きいことを推定するように構成され得る。
【0069】
ロータブレード４４は、ロータ経路１２２に沿って回転するように構成される。ロータブレード４４がロータ経路１２２に沿って移動するとき、ロータブレード４４は、クリアランス位置１４４を通って移動し、光源１６から光センサ１８に向かって送出されている光の光路１２０のうちの１つまたは複数を妨害し得る。したがって、ロータブレード４４がロータ経路１２２に沿って移動し、光の光路１２０（例えば、互いに半径方向にずらされた平行な光路）のうちの１つまたは複数を遮るとき、その妨害に起因して、光センサ１８のうちの１つまたは複数は光１２０を検出しない（例えば、受けない）場合がある。センサアセンブリ８８における各光センサ１８の位置および検出状態（例えば、光を検出しているか光を検出していないか）はブレード先端クリアランス１１９を示す。これは、光源１６と光センサ１８との各対の間の光の光路１２０が、異なる半径方向高さ１８０（例えば、光源１６と光センサ１８との各対の間の最大半径方向高さ）に配置されているためである。
【0070】
図示の実施形態では、センサアセンブリ８８は、５つの異なる光路に沿って、例えば、第１の光の光路１２０ａ、第２の光の光路１２０ｂ、第３の光の光路１２０ｃ、第４の光の光路１２０ｄ、および第５の光の光路１２０ｅに沿って光１２０を送ったり受けたりするための５対の光源１６および光センサ１８を備える。しかしながら、センサアセンブリ８８の実施形態は、光の光路１２０がケーシング４８の内面７０から離れるように順次より大きな半径方向高さ１８０に構成された、光源１６および光センサ１８の任意の数の対（例えば、２から１０００またはそれ以上の任意の数）を備えて、ブレード先端クリアランス１１９が、より大きな半径方向高さ１８０にわたって、および／またはより狭い間隔の光の光路１２０によってより高い精度で測定され得るようにすることもできる。より大きなブレード先端クリアランス１１９を有するロータブレード４４は、より大きな半径方向高さ１８０に関連付けられた光の光路１２０（例えば、内面７０からより遠くに配置された光源１６および光センサ１８の対）のみを通過することができる。対照的に、より小さなブレード先端クリアランス１１９を有するロータブレード４４は、より小さい半径方向高さ１８０に関連する光、ならびにより大きな半径方向高さ１８０に関連付けられた光１２０を通過することができる。
【0071】
図８に示されるクリアランス位置１４４において、図示のロータブレード４４は、光センサ１８によって感知される光の光路１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、および１２０ｄを遮るが、光センサ１８によって感知される光の光路１２０ｅを遮らない。結果として、半径方向に最も内側の（すなわち、回転軸３２に最も近く、内面７０から最も遠い）４つの光センサ１８は光が遮られていることを示し、半径方向に最も外側の（すなわち、回転軸３２から最も遠く、内面７０に最も近い）１つの光センサ１８は、光が遮られていないことを示す。よって、コントローラ１４は、光センサ１８からの信号を受信して処理して、光が遮られていることおよびそれらの対応する位置（例えば、半径方向高さ１８０）、ならびに光が通過していることおよびその対応する位置（例えば、半径方向高さ１８０）を特定して、ブレード先端クリアランス１１９を測定または推定する。例えば、コントローラ１４は、ブレード先端クリアランス１１９を、ロータブレード４４によって遮られない唯一の光路である光の光路１２０ｅに対応する半径方向高さ１８０に等しいと計算または推定することができる。
【0072】
しかしながら、複数の光センサ１８が光源１６からの光１２０を受ける場合、コントローラ１４は、光センサ１８からの信号を受信して処理して、ブレード先端クリアランス１１９を、遮られていない光の光路１２０の最大半径方向高さ１８０に等しいと計算または推定することができる。別の例として、ロータブレード４４が第１の光の経路１２０ａおよび第２の光の経路１２０ｂを遮断していることを光センサ１８が検出すると同時に、ロータブレード４４が第３の光の経路１２０ｃ、第４の光の経路１２０ｄ、および第５の光の経路１２０ｅを遮断していないことも光センサ１８が検出する場合、コントローラ１４は、光センサ１８からの信号を受信して処理して、ロータブレード４４のブレード先端クリアランス１１９を、光の光路１２０ｃに対応する半径方向高さ１８０（すなわち、３つの遮られていない光の経路１２０ｃ、１２０ｄ、および１２０ｅの最大半径方向高さ１８０）に等しいと計算または推定することができる。
【0073】
ブレード先端クリアランス１１９の測定の精度は、光源１６および光センサ１８の異なる対の間の光の光路１２０間の半径方向の間隔に少なくとも部分的に依存する。したがって、半径方向の間隔が近いほど、ブレード先端クリアランス１１９の測定の精度が高くなる。特定の実施形態では、コントローラ１４は、図８について説明した測定技法と組み合わせて、図５～図７を参照して上記した方式と同様に、光の光路１２０の遮断の持続時間をさらに測定して、精度を改善することができる、および／またはブレード先端クリアランス１１９の測定に冗長性をもたせることができる。
【0074】
図９は、図８のセンサアセンブリ８８から取得されたデータに基づいて、コントローラ１４がケーシング４８とブレード４４との間のブレード先端クリアランス１１９を判定するために利用できるルックアップテーブル１５９の実施形態である。コントローラ１４は、ルックアップテーブル１５９をメモリに格納し、メモリに格納され、プロセッサ上で実行可能な測定コードを実行して、ルックアップテーブルおよびセンサデータに基づいてブレード先端クリアランス１１９を判定することができる。上記のように、光源１６および光センサ１８の各対は、ブレード先端クリアランス１１９、１８２（例えば、半径方向高さ１８０）に関連付けられた光の光路１２０を有する。例えば、第１の光１２０ａは第１のクリアランス１８２ａに関連付けられてもよく、第２の光１２０ｂは第２のクリアランス１８２ｂに関連付けられてもよく、第３の光１２０ｃは第３のクリアランス１８２ｃに関連付けられてもよく、第４の光１２０ｄは第４のクリアランス１８２ｄ関連付けられてもよく、第５の光１２０ｅは第５のクリアランス１８２ｅに関連付けられてもよい。図示のように、クリアランス１８２は、第１のクリアランス１８２ａが第２のクリアランス１８２ｂよりも大きくなるというように、降順であり得る。
【0075】
コントローラ１４は、（光センサ１８から）それぞれの光センサ１８がそれぞれの光１２０を受けている（例えば、検出している）か受けていないかを示すデータを受信することができる。次に、コントローラ１４は、データに基づいてルックアップテーブル１５９を利用して、クリアランス１８２を判定することができる。例えば、光センサ１８からの受信データは、光センサ１８が第１の光１２０ａ、第２の光１２０ｂ、および第３の光１２０ｃを少なくとも一時的に検出しなかったが、光センサ１８が第４の光１２０ｄおよび第５の光１２０ｅを検出したことを示し得る。したがって、コントローラ１４は、ブレード先端クリアランス１１９が第３のクリアランス１８２ｃより小さく、少なくとも第４のクリアランス１８２ｄに等しく、第３のクリアランス１８２ｃと第４のクリアランス１８２ｄとの間である可能性があると判定することができる。
【0076】
図１０は、ケーシング４８の内周７０に沿って移動して光源１６と光センサ１８との間の１つまたは複数の光路１２０（例えば、内周７０に沿った割線）を横切るロータアセンブリ４６のブレード４４を示す、図３のケーシング４８におけるセンサマウント８２のうちの１つに結合された複数の光源１６および複数の光センサ１８を有する測定システム２７のセンサアセンブリ８８の実施形態の概略断面図である。以下に説明するように、センサアセンブリ８８の図示の実施形態は、図８および図９を参照して上で説明したのと実質的に同様であるが、さらにケーシング４８の真円度（または真円ではない状態）を測定するための特徴を含んで、ブレード先端クリアランス１１９を測定するように構成され得る。簡単のために、図１０は、ロータアセンブリ４６の１つのロータブレード４４を示している。ただし、ロータアセンブリ４６は、中央のロータ、ハブ、またはシャフトに結合された複数のロータブレード４４を備え、ロータブレード４４は、軸３２を中心として周方向４２に間隔を空けて配置される。
【0077】
現在の実施形態に示されるように、センサアセンブリ８８は、光源１６および光センサ１８の複数の対を備え、各対は、光源１６を光センサ１８と整列させて、光の光路１２０を規定する。光源１６および光センサ１８の各対の整列、および対応する光の光路１２０は、ケーシング４８の内面７０（例えば、内周）およびマウント８２の上面１００の湾曲（例えば、環状表面）に対して割線を定義し得る。つまり、光路１２０は、内面７０の湾曲と２点で交差し得る。
【0078】
さらに、光源１６および光センサ１８の複数の対およびそれらの対応する光の光路１２０は、実質的に平行であり、介在する間隙（例えば、半径方向間隙）によって互いに半径方向に間隔を空けて配置され得、それにより、内面７０に対して複数の半径方向高さにある半径方向に積み重ねられた光のビーム１２０を規定する。介在する間隙は、複数の光の光路１２０間で均一（または可変）であり得る。
【0079】
上記のように、光源１６および光センサ１８（例えば、センサアセンブリ８８）は、ケーシング４８のトラック１０２と係合するマウント８２に結合され得る。いくつかの実施形態では、センサアセンブリ８８は、マウント８２のインセット１９０（例えば、凹部）に結合され得る。マウント８２のインセット１９０は、マウント８２の上面１００の下に延びるマウント８２の空間によって画定されてもよく、上面１００は、ケーシング４８の内周の湾曲に一致するような輪郭を有する。いくつかの実施形態では、マウント８２のインセット１９０は、上記のように、凹部またはスロット１２５内の透明部分１２３（例えば、透明インサートまたは注入された透明材料）などの透明材料１９２を備え得る。透明材料１９２は、光１２０が透過され得る固体媒体であり得る。光源１６は、インセット１９０に配置されて、光の光路１２０を、少なくとも部分的にインセット１９０を通って（例えば、透明材料１９２を通って）光センサ１８に向かって送出することができる。
【0080】
例えば、図示の実施形態では、光源１６は、インセット１９０の第１の側１９３に配置され、光センサ１８は、インセット１９０の第２の側１９５に配置され、第１の側１９３と第２の側１９５とは、光源１６と光センサ１８との間の間隔が半径方向４０で均一であるように、互いに平行であり得る。しかしながら、特定の実施形態では、第１の側１９３と第２の側１９５とは、光源１６と光センサ１８との間の間隔が半径方向４０に変化するように、互いに対して角度を付けられ得る（例えば、半径方向内向き方向に発散または収束する）。
【0081】
さらに、いくつかの実施形態では、マウント８２のインセット１９０は、上面１００を超えて延びることなく（例えば、上面１００と同一平面にある）、透明材料１９２の基部１９１および凹部１２５から半径方向内向きに延びる隆起部分１９４を備え得る。隆起部分１９４は、光源１６から光センサ１８に向かって送出される光の光路１２０のうちの１つまたは複数をブロックするように構成され得る。つまり、ケーシング４８の内周の真円状態では、隆起部分１９４は、１つまたは複数の光源１６から送出される光１２０を１つまたは複数の光センサ１８が受けるのをブロックするように構成され得る。さらに、図示のように、いくつかの実施形態では、センサアセンブリ８８は、対応する光源１６と直接対にされていない１つまたは複数の補助光センサ１９６を備え得る。いくつかの実施形態では、隆起部分１９４によってブロックされた光の光路１２０に対応する光センサ１８は、同様に、補助光センサ１９６と見なされ得る。しかしながら、補助光センサ１８、１９６の数は、隆起部分１９４に向けられた対応する光源１６の数よりも多くてもよい。補助光センサ１９６を単独で、または光センサ１８と組み合わせて利用して、ケーシング４８の真円度の変化を検出することができる。さらに、現在図示されている実施形態は、３つの補助光センサ１９６を含むが、本明細書で論じられる実施形態は、任意の適切な数の補助光センサ１９６を備え得ることに留意されたい。
【0082】
いくつかの実施形態では、ケーシング４８の真円度は、時間とともに変化し得る。ケーシング４８の真円度は、ケーシング４８の形状（例えば、内周７０）が数学的に完全な円の形状にどれだけ接近しているかの尺度として定義され得る。ケーシング４８の真円度は、ケーシング４８が圧縮機２０の動作中に熱膨張および収縮、熱応力、または他の問題を経るにつれて変化し得る。いくつかの実施形態では、ケーシング４８の真円度が変化すると、光１２０が送出される角度（例えば、ケーシング４８に対する送出角）も同様に変化し得る。特に、そのような実施形態では、光１２０の角度は、補助光センサ１９６または意図されていない光センサ１８が光１２０のうちの１つまたは複数を検出し得るように変化し得る。実際、補助光センサ１９６における光１２０の検出は、ケーシング４８の真円度の変化を示し得る。さらに、いくつかの実施形態では、ケーシング４８の真円度が変化すると、特定の光源１６からの光を検出するように配置された光センサ１８は、その代わりに異なる光源１６からの光を検出し得、このことは、ケーシング４８の真円度の変化をさらに示し得る。
【0083】
例えば、上記のように、いくつかの実施形態では、各光１２０は、それぞれの波長に関連付けられてもよく、光センサ１８は、対応して、それぞれの波長を検出するように構成されてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、ケーシング４８の真円度が変化し、光１２０の角度が変化すると、それぞれの光センサ１８が受け得る波長が同様に変化し得る（例えば、光センサ１８は、予期しない波長の光１２０を受けることがある）。よって、ケーシング４８の真円度の変化は、光１２０を検出する補助光センサ１９６および／または光１２０の送出角の変化に起因する予期しない光源１６からの光１２０を検出する光センサ１８によって判定され得る。
【0084】
コントローラ１４は、様々な光センサ１８および１９６からの感知された信号を処理し、感知された光１２０の波長に基づいて光源１６および予期される位置を特定し、光の光路１２０の偏差に基づいて真円度の偏差量を計算することによって、真円ではない状態およびその程度を判定するように構成され得る。例えば、ケーシング４８の真円状態おいて、特定の光センサ１８において特定の波長の光１２０が予期される場合に、その特定の波長の光１２０を、予期されるセンサ位置からある数の位置（または距離）離れた光センサ１８または１９６が受けた場合、上記の数の位置（または半径方向距離）は、コントローラ１４によって、真円ではない状態の程度を判定するために使用され得る。位置（または半径方向の距離）の数が多いほど、真円度の偏差が大きい（つまり、真円ではない状態の程度がより大きい）ことを示し得、位置の数が少ない（または半径方向の距離が短い）ほど、真円度の偏差が小さい（つまり、真円ではない状態の程度がより小さい）ことを示し得る。
【0085】
図１１は、図１０の測定システム２７（例えば、光センサ１８、光源１６、およびコントローラ１４）を使用してケーシング４８とブレード４４との間のクリアランス１１９およびケーシング４８の真円度を測定するプロセス１９８の実施形態のフローチャートである。ブロック２００において、複数の光のビーム（例えば、光の光路１２０）は、ロータ（例えば、ロータアセンブリ４６のロータブレード４４）を取り囲むケーシング（例えば、ケーシング４８）に沿って、複数の光源（例えば、光源１６）から複数の光センサ（例えば、光センサ１８）に向かって送出され得る。本明細書で論じる場合、ロータは、シャフト３０または他の回転物体などの任意の適切なロータであり得る。実際、理解されるように、本明細書で論じられる実施形態は、任意の適切なロータと対応するケーシング（例えば、ハウジング）との間のクリアランスの判定に広く適用可能であり得る。
【0086】
ブロック２０２において、プロセス１９８は、複数の光のビーム１２０の遮断を検出する。特に、プロセス１９８は、光センサ１８が複数の光ビーム１２０を受けているか否か、または光のビーム１２０が複数のセンサ１８に到達する前に遮断されている（例えば、ブロックされている）か否かを検出する。ブロック２０４において、プロセス１９８は、センサ１８に正常に到達した光のビーム１２０のアイデンティティおよび位置に基づいてクリアランスを計算または推定し、光センサ１８および既知の位置からの信号（例えば、光源１６および光センサ１８の各対に対する光の光路１２０の既知の半径方向高さ、および各光センサ１８に対する既知のブレード先端クリアランスなど）に基づいて、センサ１８に到達するのをブロックされた光のビーム１２０のアイデンティティおよび位置を計算または推定する。例えば、プロセス１９８は、図９のルックアップテーブル１５９を使用することができる。
【0087】
プロセス１９８は、ロータのクリアランス１１９が、遮断され、したがって予期される光センサ１８によって検出されない光のビーム１２０に関連付けられた半径方向高さよりも小さいと判定し得、プロセスは、ロータのクリアランス１１９が、予期される光センサ１８によって正常に送ったり受けたりされた光のビーム１２０に関連付けられた半径方向高さに少なくとも等しいと判定し得る。プロセス１９８が、予期される光のビームを正常に受ける複数の光センサ１８を特定すると、プロセス１９８は、ブレード先端クリアランス１１９を、これらの光センサ１８に関連付けられた最大半径方向高さに等しいと計算または推定することができる。
【0088】
ブロック２０６において、プロセス１９８は、光のビーム１２０の遮断および位置、より具体的には、光のビーム１２０を放出する光源１６の位置および光のビーム１２０を受ける光センサ１８の位置に基づいて、ケーシング４８の真円度を評価する。上で論じたように、ケーシング４８の真円度は、光のビーム１２０の送出角に影響を及ぼし得る。したがって、光のビーム１２０を受ける光センサ１８は、光のビーム１２０の調整された送出角に基づいて変化し得る。次に、真円度は、どの光センサ１８がどの光ビーム１２０を受けたかに基づいて判定され得る。いくつかの実施形態では、光の各ビーム１２０は、それぞれの別個の波長（例えば、光の色）を含み得る。したがって、光のビーム１２０の送出角および光のビーム１２０を受けるセンサ１８が変化するにつれて、センサ１８が検出し得るそれぞれの波長も同様に変化し得る。よって、いくつかの実施形態では、真円度は、光を受けるセンサ１８の位置およびセンサ１８が受ける波長に基づくことができ、波長は、それぞれの波長の光源１６の位置を示し得る。
【0089】
ブロック２０８において、プロセス１９８は、ある期間中、ロータのクリアランス１１９およびケーシング４８の真円度を監視する。特に、いくつかの実施形態では、ロータとケーシング４８との間のクリアランス１１９は、ケーシング４８における１つまたは複数のクリアランス位置（例えば、それぞれのクリアランス位置１４４）に対して監視され得る。より具体的には、ロータ上の特定の点のクリアランス１１９は、ケーシング４８のいくつかのクリアランス位置に関して監視され得る。加えて、いくつかの実施形態では、ロータの複数の点（例えば、複数のロータブレード４４）は、ケーシング４８の複数のクリアランス位置に関して監視され得る。理解されるように、特定のロータ点のクリアランス１１９は、クリアランス位置を通る連続する通過にわたって変化し得る、および／または別個のクリアランス位置に対して変化し得る。換言すれば、ロータは、クリアランス１１９が経時的に変化し得るように、ケーシング４８に対して振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｅ）および／または振動（ｖｉｂｒａｔｅ）し得る。同様に、いくつかの実施形態では、ケーシング４８の真円度は、ケーシング４８に沿った複数の点で監視され得、複数の点は、上で論じられたクリアランス位置に対応し得る。
【0090】
ブロック２１０において、プロセス１９８は、経時的なクリアランス１１９の変動および／または真円度の変動を特定し得る。例えば、上で論じたように、ロータのクリアランス１１９およびケーシング４８の真円度のインスタンスが、ケーシング４８に沿ったクリアランス位置に対して監視され得る。したがって、クリアランス１１９および／または真円度の各監視された（例えば、測定された）インスタンス間の変動（例えば、差分、クリアランスおよび／または真円度の傾向）が、時間に関して監視され得る。ブロック２１２において、ブロック２１０で特定された変動が評価されて、ある期間中のクリアランスおよび／または真円度の振動を判定することができる。特に、経時的なロータのクリアランス１１９の変動は、ロータが１つまたは複数の周波数で振動していることを示し得る。同様に、経時的なケーシング４８の真円度の変動は、ケーシング４８の真円度が振動していることを示し得る。したがって、いくつかの実施形態では、振動の周波数が判定され得る。
【0091】
ブロック２１４において、ロータおよび／またはケーシング４８のクリアランス１１９、真円度、変動、および振動が、出力装置に出力され得る。例えば、いくつかの実施形態では、出力装置は、ユーザインターフェースを有するコンピュータ（例えば、コントローラ１４）であり得る。クリアランス１１９、真円度、変動、および／または振動を示すデータは、ユーザインターフェース（例えば、電子ディスプレイまたはモニタ）を介して表示され得る。いくつかの実施形態では、データは、グラフ（例えば、時間に対するクリアランス、真円度、変動、および／または振動）、ロータおよび／またはケーシング４８のグラフィック表現（例えば、２Ｄまたは３Ｄ画像）、または任意の他の適切な方式の形態で描写され得る。
【0092】
ブロック２１６において、動作は、ブロック２１４の出力に基づいて制御（例えば、調整）され得る。例えば、いくつかの実施形態では、コントローラ（例えば、コントローラ１４）は、システム１０（例えば、圧縮機２０）の動作を制御して、ロータおよび／またはケーシングの望ましくないクリアランス、真円度、変動、および／または振動を修正または補償することができる。いくつかの実施形態では、動作の制御は、ロータのメンテナンスまたはメンテナンス要求の処理を介して実施され得る。
【0093】
図１２は、ケーシング４８の内周７０に沿って移動して共通光源１６と光センサ１８との間の光の光路１２０の少なくとも一部（例えば、内周７０に沿った割線）を横切るロータアセンブリ４６のブレード４４を示す、図３のケーシング４８におけるセンサマウント８２のうちの１つに結合された共通光源１６および複数の光センサ１８を有するセンサアセンブリ８８の実施形態の概略断面図である。共通光源１６（例えば、単一すなわち共有光源）は、光１２０を複数の光センサ１８に向かって同時に放出するように構成される。図示のように、光１２０は、発散光または円錐形の光であり得る。いくつかの実施形態では、光源１６および光センサ１８は、マウント８２のハウジング（複数可）８６に配置され得る。理解されるように、ブレード先端クリアランス１１９は、光１２０を検出する、および／またはロータブレード４４が光１２０を遮断するときに光１２０を検出しない特定の光センサ１８（または光センサの総数）に基づくことができる。例えば、コントローラ１４は、複数の光センサ１８からの信号を監視し、ブレード先端クリアランス１１９が、光１２０を検出する特定の光センサ１８（または光センサの総数）に基づくクリアランス値に少なくとも等しいと判定することができる。
【0094】
動作中、ロータブレード４４は、ケーシング４８のクリアランス位置１４４に近接するロータ経路１２２に沿って移動することができる。実際、上記のように、センサアセンブリ８８は、ケーシング４８のクリアランス位置１４４においてブレード先端クリアランス１１９を検出するために、マウント８２に配置され得る。特に、クリアランス位置１４４は、光源１６と光センサ１８との間のケーシング４８の内面７０のアーチ状の長さによって定義され得る。いくつかの実施形態では、クリアランス位置１４４は、光源１６と光センサ１８との間のアーチ状の長さの中点に配置され得る。ロータブレード４４がロータ経路１２２に沿って移動するとき、ロータブレード４４は、図示のように、光センサ１８のうちの１つまたは複数が光１２０を検出しない（例えば、受けない）ように、光１２０の一部を遮断し得る。
【0095】
例えば、ロータブレード４４がクリアランス位置１４４を通って移動する前に、光センサ１８のすべて（または所定の量）が光１２０を検出し得る。ロータブレード４４がクリアランス位置１４４を通って移動するとき、光センサ１８のいくつかは、光１２０を受けることからブロックされ得る。換言すれば、ロータブレード４４が光源１６からの拡散光１２０を通って移動するとき、ロータブレード４４は、光センサ１８のうちの１つまたは複数に影を落とす。ロータブレード４４がクリアランス位置１４４を通り、そしてクリアランス位置１４４から出て移動し続けると、すべての光センサ１８は再び光１２０を受けることができる。ブレード先端クリアランス１１９は、通過するロータブレード４４によって投影される影の高さの関数、および／またはロータブレード４４を回避する光１２０の高さの関数である。したがって、ブレード先端クリアランス１１９は、ロータブレード４４がクリアランス位置１４４を通って移動するとき、光１２０を受けている（すなわち、光１２０の正常な伝達）光センサ１８の数、位置、および／もしくはアイデンティティ、または光１２０を受けていない（すなわち、光１２０の遮断）光センサ１８の数、位置、および／もしくはアイデンティティに基づいて判定され得る。
【0096】
実際、光１２０を検出する光センサ１８の数および／またはロータブレード４４がクリアランス位置１４４を通って移動するときに光１２０を検出しない光センサ１８の数は、クリアランス位置１４４におけるブレード先端クリアランス１１９と直接相互に関連付けられ得る。例えば、ブレード先端クリアランス１１９が小さいほど、光１２０を検出し得る光センサ１８の数が少なくなり、光１２０を検出しない光センサ１８の数が多くなる。例えば、ブレード先端クリアランス１１９が大きいほど、光１２０を検出し得る光センサ１８の数が多くなり、光１２０を検出しない光センサ１８の数が少なくなる。光センサ１８は、光１２０を検出しているか否かを示すデータをコントローラ１４に送信することができる。次に、コントローラ１４は、光センサ１８から受信したデータ（例えば、光１２０を受けているおよび／または受けていない光センサ１８の数）に基づいて、ブレード先端クリアランス１１９を判定することができる。
【0097】
代替的または追加的に、ロータブレード４４がクリアランス位置１４４を通って移動するときに光１２０を検出する光センサ１８の特定のアイデンティティは、クリアランス位置１４４におけるブレード先端クリアランス１１９と直接相互に関連付けられ得る。例えば、他の測定技法、数学的計算、コンピュータモデルなどを使用してコントローラ１４をプログラミングする場合、ブレード先端クリアランス１１９が計算され、光１２０を受ける光センサ１８ごとにコントローラ１４のメモリに格納され得る。したがって、後の動作中に、特定の光センサ１８が光１２０を受けた場合、コントローラ１４は、特定の光センサ１８のアイデンティティおよびコントローラ１４のメモリに格納されたクリアランスデータに基づいて、対応するブレード先端クリアランス１１９を判定することができる。複数の光センサ１８が光１２０を受ける場合、コントローラ１４は、ブレード先端クリアランスが、それらの光センサ１８に関連付けられた最大ブレード先端クリアランス１１９であると判定することができる。
【0098】
代替的または追加的に、複数の光センサ１８が光１２０を受けない場合、コントローラ１４は、ブレード先端クリアランスが、それらの光センサ１８に関連付けられた最小ブレード先端クリアランス１１９であると判定することができる。特定の実施形態では、光センサ１８から受信されたデータは、（例えば、光センサ１８が受けた光をフィルタリングすることによって）光の色または波長、センサデータに埋め込まれた識別子もしく位置データ、またはその他のタイプの識別情報に基づいて、その特定の光センサ１８のアイデンティティをコントローラ１４に提供し得る。
【0099】
図示の実施形態では、光センサ１８は、ハウジング８６内で光１２０の投影方向（例えば、光１２０の中心線）と交差する方向に積み重ねることができる。例えば、光センサ１８は、側部１９５に沿って積み重ねることができ、側部１９５は、光源１６を有する側部１９３に対して平行、発散、または収束し得る。光センサ１８を有する側部１９５は、ケーシング４８の半径と直接整列させることもできるし、側部１９５は、半径に対してわずかに角度を付ける（例えば、０から３０度）こともできる。いずれの場合も、光センサ１８は、ケーシング４８の内周７０に沿って単一の周方向位置（例えば、１つに整列して積み重ねられたセンサ１８または半径方向に積み重ねられたセンサ１８）に配置されると説明され得る。
【0100】
図示の実施形態では、半径方向に積み重ねられた光センサ１８は、センサマウント８２の上面１００の下方に凹んで、光センサ１８が上面１００の下方の複数の深さ（例えば、半径方向の深さ）に配置される。さらに、図示のように、光センサ１８および／または光源１６は、マウント８２のインセット１９０内に配置され得る。上で論じたように、インセット１９０は、透明材料１９２を含み得る。透明材料１９２は、光１２０が透過され得る固体媒体であり得る。いくつかの実施形態では、マウント８２の上面１００は、透明材料１９２の上面によって少なくとも部分的に定義され得、それらの上面の両方とも、ケーシング４８の内面７０（例えば、内周）の湾曲に一致するような輪郭を有するようにされてもよい。
【0101】
図１３は、ケーシング４８の内周７０に沿って移動して共通光源１６と光センサ１８との間の光路１２０の少なくとも一部（例えば、内周７０に沿った割線）を横切るロータアセンブリ４６のブレード４４を示す、図３のケーシング４８におけるセンサマウント８２のうちの１つに結合された共通光源１６および複数の光センサ１８を有するセンサアセンブリ８８の実施形態の概略断面図である。センサアセンブリ８８の図示の実施形態は、図１２を参照して上で説明したのと実質的に同様に、ブレード先端クリアランス１１９を測定するように構成され得る。しかしながら、図１２に示されるような積み重ねられた光センサ１８ではなく、図１３に示す実施形態は、ケーシング４８の内周７０に沿って周方向４２に互いに間隔を空けて配置された複数の光センサ１８（すなわち、周方向距離上の複数の周方向位置）を有する。
【0102】
いくつかの実施形態では、図１３に示されるように、光センサ１８は、光センサ１８がマウント８２の上面１００に沿って周方向４２に間隔を空けて配置されるように、マウント８２のハウジング８６に配置され得る。図１２を参照して上で論じたように、ブレード先端クリアランス１１９は、ロータブレード４４がクリアランス位置１４４を通って移動するとき、光１２０を受けている（すなわち、光１２０の正常な伝達）光センサ１８の数、位置、および／もしくはアイデンティティ、または光１２０を受けていない（すなわち、光１２０の遮断）光センサ１８の数、位置、および／もしくはアイデンティティに基づいて判定され得る。コントローラ１４は、光センサ１８からのセンサデータを受信して処理し、どのくらいの光１２０がブロックされるか、および／またはロータブレード４４を回避するかに応じて、クリアランス１１９を判定する。
【0103】
図１２および図１３を参照して論じられたいくつかの実施形態は、図１０を参照して論じられ、図示された特徴のうちの１つまたは複数を組み込むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、センサアセンブリ８８は、補助光センサ１９６および／または隆起部分１９４のうちの１つまたは複数を備え得る。補助光センサ１９６および隆起部分１９４は、上記と同様に機能し得る。つまり、補助光センサ１９６は、ケーシング４８の真円度の変化に起因して光１２０の送出角が変化するときに光１２０を検出するように構成され得る。さらに、上記のように、マウント８２の隆起部分１９４は、光１２０の一部をブロックするように構成され得る。このようにして、ケーシング４８の真円度が変化すると、隆起部分１９４がブロックする光１２０の部分も同様に変化し得、これが光センサ１８によって検出され得る。動作中、コントローラ１４は、隆起部分１９４に対する光１２０の遮断または透過に少なくとも部分的に基づいて、内周７０の真円度を判定するように構成され得る。加えて、コントローラ１４は、複数の光センサ１８のうちの１つまたは複数の予期しない光センサ１８への光１２０の透過に少なくとも部分的に基づいて、内周７０の真円度を判定するように構成され得る。
【0104】
図１４は、ケーシング４８とロータアセンブリ４６のブレード４４との間のクリアランス１１９を判定するために使用され得る、図１２および図１３のセンサアセンブリ８８から取得されたデータの実施形態を表すグラフ２２０である。グラフ２２０は、光１２０を検出する光センサ１８の数を示す光検出軸２２２を備え得る。グラフ２２０は、時間を示す時間軸２２４をさらに備える。上記のように、ブレード先端クリアランス１１９は、ロータブレード４４が光源１６と光センサ１８との間を通過する期間（例えば、ブレード感知持続時間）中に光１２０を検出する光センサ１８の数（例えば、最小数）に基づいて判定することができ、このとき、光１２０を検出する光センサ１８の数は、減少し、極小値２２６に到達した後、増加する。ブレード先端クリアランス１１９は、グラフ２２０に示される極小値２２６に対応する。この極小値２２６において、コントローラ１４は、光１２０を検出する光センサ１８の数と既知のブレード先端クリアランス１１９との間の相関関係に基づいて（例えば、以前の試験、測定、数学的計算、コンピュータモデルなどに基づいて）ブレード先端クリアランス１１９を判定するように構成される。
【0105】
図１２および図１３に示されるように、光センサ１８の軸は、マウント８２内で互いに平行に配置されて、光の光路１２０もまた互いに平行であるようにし得る。いくつかの実施形態では、光センサ１８の軸間の横方向の距離または間隔（または光の光路１２０間の距離）は、光センサ１８の構造に依存し得る。例えば、光センサ１８は、光センサ１８の軸間の間隔を最小にするように互いに直接接触して配置され得る、および／または光センサ１８は、互いに間隔を空けて（例えば、光センサの１８の側壁間に間隙を有して）配置され得る。光センサ１８は、整然とおよび／またはクラスタで配置され得る。
【0106】
図１５は、密に配置されたアレイ２２８（例えば、一次元の列または行の配置２３０）に構成された光センサを示す、図１２および／または図１３のセンサアセンブリ８８の光センサ１８の配置の実施形態の概略断面図である。図示の実施形態では、光センサ１８の両側にある側面２２７は、介在する間隔なしに互いに直接隣接し、光センサ１８は、単一の列または行２３０に配置されている。しかしながら、光センサ１８は、光センサ１８の側面２２７の間に介在する間隔を有し得る、および／または光センサ１８は、グリッドなどの複数の行および列２３０に配置されて、それぞれの半径方向４０の位置に追加の光センサ１８を提供し得る。グリッドの実施形態では、光センサ１８は、グリッドの行および列の両方で互いに直接整列させることができる。センサアセンブリ８８の分解能は、光センサ１８の軸間の間隔に依存し、また、光センサ１８および／または光センサ１８内の光ファイバの直径２２９に依存し得る。特定の実施形態では、各光センサ１８（例えば、光ファイバ光センサ）の直径は、約１０００分の３インチ、１０００分の４インチ、１０００分の５インチ、１０００分の６インチ、１０００分の７インチ、１０００分の８インチ、１０００分の９インチ、または１０００分の１０インチ以下であり得る。
【0107】
図１６は、密に配置されたアレイ２２８（例えば、二次元の束またはクラスタ２３２）に構成された光センサ１８を示す、図１２および／または図１３のセンサアセンブリ８８の複数の光センサ１８の実施形態の概略断面図である。図示の実施形態では、光センサ１８は、一般に、両方の次元で、例えば半径方向４０および軸方向３８で、互いに対して互い違いに配置されている。クラスタ２３２における光センサ１８のこの互い違いの配置は、センサ１８を他の隣接するセンサ１８の間の中間位置（例えば、互いに直接隣接するセンサ１８の軸の間の中間）に半径方向４０および軸方向３８に配置することによって、センサアセンブリ８８の分解能を改善し得る。よって、半径方向４０および軸方向３８における光センサ１８の互い違いの配置は、ブレード先端クリアランス１１９測定の精度を著しく改善し得る。例えば、センサ１８を半径方向４０にずらす量が大きいほど、センサアセンブリ８８の分解能が高くなり、ひいてはブレード先端クリアランス１１９の測定の精度が高くなる。
【0108】
いくつかの実施形態では、光センサ１８のクラスタ２３２を利用して、ブレード先端クリアランス１１９を監視することに加えて、ロータブレード４４の形状を監視することができる。例えば、ロータブレード４４が光１２０を通過するときにロータブレード４４によって光センサ１８に投じられる影は、半径方向４０および軸方向３８においてロータブレード４４のシルエットを形成し得る。したがって、光センサ１８による光１２０の検出は、ロータブレード４４の影の形状に基づくことができ、ロータブレード４４の形状を示すデータをコントローラ１４に出力することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ１４は、データを利用して、ロータブレード４４の画像（例えば、プロファイル）を作成することができる。例えば、コントローラ１４は、電子ディスプレイまたはコンピュータモニタを介してロータブレード４４の画像を表示することができる。特定の実施形態では、コントローラ１４は、ロータブレード４４の測定された形状をロータブレード４４のベースライン形状（例えば、元の形状）と比較し、測定された形状とベースライン形状との間の偏差を特定し得る。例えば、測定された形状とベースライン形状との間の比較に基づいて、コントローラ１４は、摩耗、摩擦、亀裂、表面欠陥、または他の構造上の問題を経ているロータブレード４４の領域（例えば、先端、側部など）を特定し得る。
【0109】
図１７は、図１２および図１３の測定システム２７（例えば、光センサ１８、光源１６、およびコントローラ１４）を使用してケーシング４８とロータアセンブリ４６のブレード４４との間のクリアランス１１９およびケーシング４８の真円度を測定するプロセス２３８の実施形態のフローチャートである。ブロック２４０において、発散光（例えば、光１２０）は、ロータ（例えば、ロータアセンブリ４６のロータブレード４４）を取り囲むケーシング（例えば、ケーシング４８）に沿って、光源（例えば、光源１６）から複数の光センサ（例えば、光センサ１８、検出器アレイ）に向かって送出され得る。本明細書で論じる場合、ロータは、シャフト３０または他の回転物体などの任意の適切なロータであり得る。実際、理解されるように、本明細書で論じられる実施形態は、任意の適切なロータと対応するケーシング（例えば、ハウジング）との間のクリアランスの判定に広く適用可能であり得る。
【0110】
ブロック２４２において、発散光１２０の遮断が、光センサ１８およびコントローラ１４によって特定され得る。特に、光センサ１８は、光センサ１８が発散光１２０を受けているか否か、または発散光１２０が複数のセンサ１８に到達する前に遮断されている（例えば、ブロックされている）か否かを検出することができる。ブロック２４４において、クリアランス１１９は、コントローラ１４によって、光１２０を検出していない光センサ１８の数に基づいて判定され得る。実際、ブレード先端クリアランス１１９が大きいほど、光１２０を検出し得る光センサ１８の数が多くなる。いくつかの実施形態では、ブレード先端クリアランス１１９は、光センサ１８の位置、およびそれらが光１２０を検出するか否かに基づいて判定することができる。換言すれば、ブレード先端クリアランス１１９は、光１２０を受けることをブロックされる光センサ１８の位置に直接関係し得る。
【0111】
ブロック２４６において、ケーシング４８の真円度は、コントローラ１４によって、光１２０の遮断に基づいて評価され得る。上で論じたように、ケーシング４８の真円度は、発散光１２０の送出角に影響を及ぼし得る。したがって、発散光１２０を受けるセンサ１８は、発散光１２０の調整された送出角に基づいて変化し得る。次に、真円度は、センサ１８のどれが光１２０を受けたかに基づいて、コントローラ１４によって判定され得る。
【0112】
さらに、いくつかの実施形態では、クリアランス１１９および真円度は、ロータおよび／またはケーシング４８の振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）／振動（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）をさらに計算するために使用され得る。例えば、ブロック２４８において、ロータのクリアランス１１９およびケーシング４８の真円度が経時的に監視され得る。特に、いくつかの実施形態では、ロータとケーシング４８との間のクリアランス１１９は、ケーシング４８における１つまたは複数のクリアランス位置（例えば、それぞれのクリアランス位置１４４）に対して監視され得る。より具体的には、ロータ上の特定の点のクリアランス１１９は、ケーシング４８のいくつかのクリアランス位置に関して監視され得る。加えて、いくつかの実施形態では、ロータの複数の点（例えば、複数のロータブレード４４）は、ケーシング４８の複数のクリアランス位置に関して監視され得る。理解されるように、特定のロータ点のクリアランス１１９は、クリアランス位置を通る連続する通過にわたって変化し得る、および／または別個のクリアランス位置に対して変化し得る。換言すれば、ロータは、クリアランス１１９が経時的に変化し得るように、ケーシング４８に対して振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｅ）および／または振動（ｖｉｂｒａｔｅ）し得る。同様に、いくつかの実施形態では、ケーシング４８の真円度は、ケーシング４８に沿った複数の点で監視され得、複数の点は、上で論じられたクリアランス位置に対応し得る。
【0113】
ブロック２５０において、経時的なクリアランス１１９の変動および真円度が、コントローラ１４によって特定され得る。例えば、上で論じたように、ロータのクリアランス１１９およびケーシング４８の真円度のインスタンスが、ケーシング４８に沿ったクリアランス位置に対して監視され得る。したがって、クリアランス１１９および／または真円度の各監視された（例えば、測定された）インスタンス間の変動（例えば、差分、クリアランス１１９および／または真円度の傾向）が、コントローラ１４によって時間に関して監視され得る。ブロック２５２において、ブロック２５０で特定された変動がコントローラ１４によって評価されて、ある期間中のクリアランス１１９および／または真円度の振動を判定することができる。特に、経時的なロータのクリアランス１１９の変動は、ロータが１つまたは複数の周波数で振動していることを示し得る。同様に、経時的なケーシング４８の真円度の変動は、ケーシング４８の真円度が振動していることを示し得る。したがって、いくつかの実施形態では、振動の周波数が判定され得る。
【0114】
ブロック２５４において、ロータおよび／またはケーシング４８のクリアランス１１９、真円度、変動、および振動が、出力装置に出力され得る。例えば、いくつかの実施形態では、出力装置は、ユーザインターフェース（例えば、電子ディスプレイまたはコンピュータモニタ）を有するコンピュータ（例えば、コントローラ１４）であり得る。クリアランス１１９、真円度、変動、および／または振動を示すデータは、ユーザインターフェースを介して表示され得る。いくつかの実施形態では、データは、グラフ（例えば、時間に対するクリアランス１１９、真円度、変動、および／または振動）、ロータおよび／またはケーシング４８のグラフィック表現（例えば、２Ｄまたは３Ｄ画像）、または任意の他の適切な方式の形態で描写され得る。
【0115】
ブロック２５６において、システム１０の動作は、コントローラ１４によって、ブロック２５４の出力に基づいて制御（例えば、調整）され得る。例えば、いくつかの実施形態では、コントローラ（例えば、コントローラ１４）は、圧縮機２０の動作を制御して、ロータおよび／またはケーシング４８の望ましくないクリアランス、真円度、変動、および／または振動を修正することができる。いくつかの実施形態では、動作の制御は、圧縮機２０のロータおよび／またはケーシング４８のメンテナンスまたはメンテナンス要求の処理を介して実施され得る。
【0116】
図１８は、ロータアセンブリ４６（例えば、ロータ２６２、ブレード４４、シャフト３０など）とロータアセンブリ４６を取り囲むケーシング４８との間のクリアランス２６０（例えば、ブレード先端クリアランス１１９）を測定するために利用され得る測定システム２７の実施形態の概略図である。測定システム２７は、図５～図１７を参照して上記したように、１つまたは複数の光源１６と、１つまたは複数の光センサ１８と、コントローラ１４とを備え得る。光源１６は、光１２０を光センサ１８に向かって送出するように構成される。いくつかの実施形態では、光源１６は、広帯域光（例えば、白色光）を光センサ１８に向かって送出するように構成された広帯域光源２７０を含み得る。広帯域光源２７０は、コリメート光および／または発散光を送出するように構成され得る。いくつかの実施形態では、光源１６は、単色または単一波長の光源２７２を含み得る。単一波長光源２７２は、特定の光の色などの単一波長のコリメート光を光センサ１８に向けるように構成され得る。
【0117】
光１２０（例えば、１つまたは複数のコリメート光、１つまたは複数の光ビーム、発散光）は、光源１６から光センサ１８に向かって送出され得る。同時に、ロータ２６２（例えば、ブレード４４）は、ロータ経路１２２に沿って移動して、光１２０または光１２０の一部をブロック（例えば、遮断）することができる。したがって、図５～図１７を参照して上で詳細に論じたように、ロータのクリアランス２６０は、コントローラ１４によって、ロータ２６２（例えば、ブレード４４）による光１２０の遮断および光１２０の遮断を様々なクリアランス２６０値と相互に関連付ける既知の情報（例えば、以前の測定値）に基づいて判定され得る。
【0118】
光センサ１８は、光源１６から送出された光１２０を検出するように構成される。いくつかの実施形態では、光センサ１８は、光ファイバセンサ（複数可）を含み得る。いくつかの実施形態では、光センサ１８は、１つまたは複数の分光計２８０を備え得る。分光計２８０は、光１２０を検出するように構成され、より具体的には、光１２０の色または波長を検出することができる。いくつかの実施形態では、光センサ１８は、１つまたは複数の光学フィルタ２８２を備え得る。光学フィルタ２８２は、光センサ１８が受けた光をフィルタリングするように構成される。特に、複数の光センサ１８を含む実施形態などのいくつかの実施形態では、各光センサ１８は、それぞれの光学フィルタ２８２を備え得る。それぞれの光センサ１８が受けた光１２０は、光学フィルタ２８２を通して分光計２８０へとフィルタリングされ得る。つまり、光学フィルタ２８２は、光１２０の１つまたは複数の特定の色または波長をフィルタリングして取り出すように構成され得る。次に、分光計２８０は、分光計２８０が受けるフィルタリングされた光に基づいて、光センサ１８のどれが光１２０を受けているかを判定することができる。
【0119】
光センサ１８は、コントローラ１４に通信可能に結合され得る。このようにして、光センサ１８は、光１２０の検出を示すデータを送信することができる。特に、データは、光センサ１８が光を検出しているか否か、検出された光の色もしくは波長、光検出の持続時間、光センサの位置、またはそれらの組み合わせを示し得る。次に、本明細書で説明されているように、コントローラ１４は、図５～図１７を参照して上記した技法のいずれかを使用して、光センサ１８から受信したデータに基づいてロータのクリアランス２６０を判定することができる。
【0120】
本開示の技術的効果は、ロータ（例えば、ブレード４４）とロータを取り囲むケーシング４８との間のクリアランス１１９を判定するためのシステムおよび方法を含む。システムは、光１２０を光センサ１８に向かって送出するように構成された光源１６を有する光測定システム２７を備え得る。光１２０は、ケーシング４８のアーチ状の表面に対する割線として送出され得る。ロータ（例えば、ブレード４４）は、光１２０が光センサ１８に到達するのを遮断するように、光１２０を通って回転することができる。光センサ１８は、遮断を示すデータをコントローラ１４に出力することができる。次に、コントローラ１４は、データに基づいてクリアランス１１９を判定することができる。このようにして、クリアランス１１９は正確に判定され得る。場合によっては、クリアランス１１９は、圧縮機２０の動作を制御する際にさらに利用され得る。
【0121】
本明細書は、本主題を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる組み込まれた方法の実行を含む本主題の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの実施例を使用している。本主題の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者であれば想到できる他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図されている。図１～図１８の特徴は、任意の適切な方式で組み合わせることができる。
【符号の説明】
【0122】
１０ タービンシステム
１２ ガスタービンエンジン
１４ コントローラ
１６ 光源
１８ 光センサ
２０ 圧縮機
２２ タービン
２４ 燃料ノズル
２６ 燃焼器
２７ 測定システム
２８ 排気出口
３０ シャフト
３２ 軸
３４ 空気吸気口
３６ 負荷
３８ 軸方向
４０ 半径方向
４２ 周方向
４４ ロータブレード
４６ ロータアセンブリ
４８ 静止ケーシング
５０ ステータベーン
５２ 入口ガイドベーン
５４ 段
５６ 出口
５８ 出口ガイドベーン
７０ 内面、内周
８０ ケーシング部分
８２ センサマウント
８３ ロータブレード領域
８４ ステータベーン領域
８６ ハウジング構造、ハウジング
８８ センサアセンブリ
９０ 外面
１００ 上面
１０２ トラック
１０４ 周方向端部
１１０ 底面
１１２ フランジ
１１４ 凹部
１１６ スロット
１１８ ワイヤ
１１９ ブレード先端クリアランス
１２０ 発散光、ビーム、光路
１２０ａ 第１の光、光路、経路
１２０ｂ 第２の光、光路、経路
１２０ｃ 第３の光、光路、経路
１２０ｄ 第４の光、光路、経路
１２０ｅ 第５の光、光路、経路
１２１ 遠位端
１２２ ロータ経路
１２３ 透明部分、透明材料
１２４ 第１の位置
１２５ 凹部、スロット
１２６ 第２の位置
１２７ ビーム高さ
１２８ 第３の位置
１２９ 開始点
１３０ 第４の位置
１３１ 終了点
１３２ 第５の位置
１３４ 第６の位置
１３６ 第７の位置
１４４ クリアランス位置
１５０ グラフ
１５２ 光検出軸
１５４ 時間軸
１５８ プロセス
１５９ ルックアップテーブル
１６０ ブロック
１６２ ブロック
１６４ ブロック
１６６ ブロック
１６８ ブロック
１７０ ブロック
１７２ ブロック
１７４ ブロック
１７８ 半径
１８０ 半径方向高さ
１８２ ブレード先端クリアランス
１８２ａ 第１のクリアランス
１８２ｂ 第２のクリアランス
１８２ｃ 第３のクリアランス
１８２ｄ 第４のクリアランス
１８２ｅ 第５のクリアランス
１９０ インセット
１９１ 基部
１９２ 透明材料
１９３ 第１の側、側部
１９４ 隆起部分
１９５ 第２の側、側部
１９６ 補助光センサ
１９８ プロセス
２００ ブロック
２０２ ブロック
２０４ ブロック
２０６ ブロック
２０８ ブロック
２１０ ブロック
２１２ ブロック
２１４ ブロック
２１６ ブロック
２２０ グラフ
２２２ 光検出軸
２２４ 時間軸
２２６ 極小値
２２７ 側面
２２８ 密に配置されたアレイ
２２９ 直径
２３０ 列または行、列または行の配置
２３２ 束またはクラスタ
２３８ プロセス
２４０ ブロック
２４２ ブロック
２４４ ブロック
２４６ ブロック
２４８ ブロック
２５０ ブロック
２５２ ブロック
２５４ ブロック
２５６ ブロック
２６０ クリアランス
２６２ ロータ
２７０ 広帯域光源
２７２ 単一波長光源
２８０ 分光計
２８２ 光学フィルタ
１２ ガスタービンエンジン
１４ コントローラ
１６ 光源
１８ 光センサ
２０ 圧縮機
２２ タービン
２４ 燃料ノズル
２６ 燃焼器
２７ 測定システム
２８ 排気出口
３０ シャフト
３２ 軸
３４ 空気吸気口
３６ 負荷
３８ 軸方向
４０ 半径方向
４２ 周方向
４４ ロータブレード
４６ ロータアセンブリ
４８ 静止ケーシング
５０ ステータベーン
５２ 入口ガイドベーン
５４ 段
５６ 出口
５８ 出口ガイドベーン
７０ 内面、内周
８０ ケーシング部分
８２ センサマウント
８３ ロータブレード領域
８４ ステータベーン領域
８６ ハウジング構造、ハウジング
８８ センサアセンブリ
９０ 外面
１００ 上面
１０２ トラック
１０４ 周方向端部
１１０ 底面
１１２ フランジ
１１４ 凹部
１１６ スロット
１１８ ワイヤ
１１９ ブレード先端クリアランス
１２０ 発散光、ビーム、光路
１２０ａ 第１の光、光路、経路
１２０ｂ 第２の光、光路、経路
１２０ｃ 第３の光、光路、経路
１２０ｄ 第４の光、光路、経路
１２０ｅ 第５の光、光路、経路
１２１ 遠位端
１２２ ロータ経路
１２３ 透明部分、透明材料
１２４ 第１の位置
１２５ 凹部、スロット
１２６ 第２の位置
１２７ ビーム高さ
１２８ 第３の位置
１２９ 開始点
１３０ 第４の位置
１３１ 終了点
１３２ 第５の位置
１３４ 第６の位置
１３６ 第７の位置
１４４ クリアランス位置
１５０ グラフ
１５２ 光検出軸
１５４ 時間軸
１５８ プロセス
１５９ ルックアップテーブル
１６０ ブロック
１６２ ブロック
１６４ ブロック
１６６ ブロック
１６８ ブロック
１７０ ブロック
１７２ ブロック
１７４ ブロック
１７８ 半径
１８０ 半径方向高さ
１８２ ブレード先端クリアランス
１８２ａ 第１のクリアランス
１８２ｂ 第２のクリアランス
１８２ｃ 第３のクリアランス
１８２ｄ 第４のクリアランス
１８２ｅ 第５のクリアランス
１９０ インセット
１９１ 基部
１９２ 透明材料
１９３ 第１の側、側部
１９４ 隆起部分
１９５ 第２の側、側部
１９６ 補助光センサ
１９８ プロセス
２００ ブロック
２０２ ブロック
２０４ ブロック
２０６ ブロック
２０８ ブロック
２１０ ブロック
２１２ ブロック
２１４ ブロック
２１６ ブロック
２２０ グラフ
２２２ 光検出軸
２２４ 時間軸
２２６ 極小値
２２７ 側面
２２８ 密に配置されたアレイ
２２９ 直径
２３０ 列または行、列または行の配置
２３２ 束またはクラスタ
２３８ プロセス
２４０ ブロック
２４２ ブロック
２４４ ブロック
２４６ ブロック
２４８ ブロック
２５０ ブロック
２５２ ブロック
２５４ ブロック
２５６ ブロック
２６０ クリアランス
２６２ ロータ
２７０ 広帯域光源
２７２ 単一波長光源
２８０ 分光計
２８２ 光学フィルタ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】