JP2017106852A - 旋回流測定装置 - Google Patents

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池田　裕二
Yuji Ikeda
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Abstract

【課題】精度の良い旋回流の三次元計測を行う旋回流測定装置を提供する。
【解決手段】トレーサを供給する供給器と、回転機械の下流に設けた円筒部材と、円筒部材の側方から円筒部材の内部に向けて所定厚のシート状の光を照射する照射装置と、前記シート状の光が照射される部分であるシート部よりも下流側に配置され、前記シート部を撮像する複数の撮像装置と、円筒部材の側面であって、前記シート部の下流に設けた光学窓部と、光学窓部の外側に設けられ、前記シート部の光学像を撮像装置に導くための導光部と、前記複数の撮像装置で撮像された２次元画像に基づいて、回転機械近傍の旋回流の３次元画像を得る画像解析装置とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体の旋回流を測定する装置に関する。特に、タービン等の回転機械により生成される旋回流の３次元測定を行う装置に関する。
従来の旋回流測定装置としては、例えば非特許文献１、２のようなものがある。
「レーザ誘起蛍光による旋回流予混合器中の気体混合挙動の可視化」（小宮山ほか、可視化情報学会論文集、Vol.28、No.11、pp. 86-93）(2008.11) 「PIV によるターボ機械内部の流れ計測」（大内田ほか、IHI技報、Vol.53、No.2）(2013)
しかし、非特許文献１、２はいずれも２次元計測であり、奥行き方向（＝回転機械の回転軸方向）を含む３次元計測を行うものではない。
３次元計測を行う方法として、ステレオＰＩＶ法が考えられる。例えば、回転機械の上流からシードを投入し、回転機械の下流側のシリンダをガラス等の透明な材料で形成する。そして、シリンダ外壁面に垂直な方向からシート状のレーザ光を照射する一方、レーザにより照射されたシリンダ内のシードを、シリンダ外部の斜め２方向に設置した２台のカメラにより撮像することで、シードの３次元挙動を計測し、これにより回転機械近傍の旋回流の３次元画像を得ることが、原理的には可能である。
しかし、この方法だと、斜め方向にカメラを設置するので、シリンダ外壁での外光の散乱、またはレーザ光の散乱に起因して、精度の良いシードの挙動画像を得ることが困難である。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、精度の良い旋回流の三次元計測を行う装置を提供することを目的とする。
本発明の旋回流測定装置は、トレーサを供給する供給器と、回転機械の下流に設けた円筒部材と、円筒部材の側方から円筒部材の内部に向けて所定厚のシート状の光を照射する照射装置と、前記シート状の光が照射される部分であるシート部よりも下流側に配置され、前記シート部を撮像する複数の撮像装置と、円筒部材の側面であって、前記シート部の下流に設けた光学窓部と、光学窓部の外側に設けられ、前記シート部の光学像を撮像装置に導くための導光部と、前記複数の撮像装置で撮像された２次元画像に基づいて、回転機械近傍の旋回流の３次元画像を得る画像解析装置とを備える。
本発明によれば、精度の良い旋回流の三次元計測を行うことができる。
実施形態に係る旋回流測定装置の概略構成図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
図１を参照して、本発明の実施形態に係る旋回流測定装置は、タービン１と、シリンダ２と、レーザ３と、カメラ４（４ａ、４ｂ）と、画像解析装置５と、導光部材６（６ａ、６ｂ）と、シリンダ７と、シードフィーダ８を備える。この旋回流測定装置は、自動車のエンジンで用いられているターボチャージャを模擬した旋回流測定装置である。実際には、タービン１の下方（シリンダ２と反対側）には圧縮機が配備されるが、図１では図示省略している。
タービン１の上流側にあるシリンダ７からガスが導入される。また、シリンダ７には、トレーサ粒子（シード）を供給するためのシード供給器８が側面に設けられる。トレーサ粒子は、ガスと共にタービン１の下流側にあるシリンダ２に導かれる。レーザ３は、シリンダ２の側面からシート状の光によりトレーサ粒子を照射する。このシート状の光は所謂、光シート、レーザシートと呼ばれ、例えば、レーザ３の出射部にコリメータレンズを配備することで生成することができる。なお、このシートの厚さは、測定しようとする旋回流の速度を考慮して、適切に設定されるべきである。
シリンダ２の下流側に設けたカメラ４は、トレーサ粒子からの散乱光を検出する。このトレーサ粒子からの散乱光を検出することにより、タービン１の周りの旋回流を測定することができる。本装置では、カメラ４は２台からなり、画像解析装置５は、各カメラで撮影された２次元画像から３次元画像を構成する処理を行う。このように、本装置は、いわゆるステレオＰＩＶ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｍａｇｅ Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）計測を行うものである。
カメラ４は、シリンダ２の筒内に配置しても良いが、シリンダ２のガス流によりカメラのレンズが汚れ、画像計測が正しく行えなくなる虞がある。そこで、本装置では、シリンダ２の側方にカメラ４を配置し、導光部材６を用いてトレーサ粒子の像をカメラ４に導くようにしている。
シリンダ２の外壁は、全体をガラス等の透明な部材で形成しても良いし、レーザ３を照射する部分（シート部）と、導光部材６が設けられる部分のみに透明な光学窓を設けるようにしても良い。
シート部分のシリンダ２の外壁には、レーザ３の光がカメラ４の方向に散乱することを防ぐための溝を設けても良い。
仮にカメラ４をシリンダ２の筒内に配置する場合、カメラ４の前面には清浄用のワイパーやスプレーを設けても良い。
１ タービン
２ シリンダ
３ レーザ光
４ カメラ
５ 画像解析装置
６ 導光部材
７ シリンダ
８ シード供給器

Claims (1)

  1. 回転機械と、
    トレーサを供給する供給器と、
    回転機械の下流に設けた円筒部材と、
    円筒部材の側方から円筒部材の内部に向けて所定厚のシート状の光を照射する照射装置と、
    前記シート状の光が照射される部分であるシート部よりも下流側に配置され、前記シート部を撮像する複数の撮像装置と、
    円筒部材の側面であって、前記シート部の下流に設けた光学窓部と、
    光学窓部の外側に設けられ、前記シート部の光学像を撮像装置に導くための導光部と、
    前記複数の撮像装置で撮像された２次元画像に基づいて、回転機械近傍の旋回流の３次元画像を得る画像解析装置とを備えることを特徴とする旋回流測定装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109239014A (zh) * 2018-09-05 2019-01-18 西北核技术研究所 一种用于图像位置校准的特征点获取方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109239014A (zh) * 2018-09-05 2019-01-18 西北核技术研究所 一种用于图像位置校准的特征点获取方法
CN109239014B (zh) * 2018-09-05 2021-04-02 西北核技术研究所 一种用于图像位置校准的特征点获取方法

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