JP3775626B2 - タービン動翼振動計測装置の光学プローブ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンの動翼に向けて照射したレーザー光の反射光を検知して動翼の振動を計測するタービン動翼の振動計測装置において、タービンのケーシングを貫通して動翼に対向配設され、レーザー光を照射すると共に動翼からの反射光を受光する光学プローブに関する。
【0002】
【従来の技術】
タービンの性能評価試験の一つとして、タービンの運転中の動翼振動を計測するものがあるが、このような試験は、従来、動翼自体に歪ゲージを貼付すると共にこれによって得られた振動に起因する変形信号を伝送手段を介して外部に伝送し、この信号情報を処理して振動状態を計測することが行われていた。しかし、歪ゲージは耐熱性が劣るために動翼が高温の燃焼ガスに曝されるガスガスタービンには用いることができず、また、回転する動翼から外部に信号を伝送する伝送手段及びその装着が大がかりになり、更に、動翼に歪ゲージを直接貼付するために空力特性や振動特性が変化して正確な計測ができない虞があるという問題があった。
【0003】
そこで、本出願人は先に光学的にタービン動翼の振動を計測する振動計測装置を提案した。(特願平2−241505号)
これは、投光用と受光用の光ファイバーが内部に配設されると共に先端にレンズ及び保護ガラスを備えたプローブを、動翼部位のケーシングを貫通させて先端を動翼の端面に対向させて配置し、投光用光ファイバーを介してタービンの動翼に向けて照射したレーザー光の反射光を、受光用光ファイバーを介して検知して動翼の振動を計測するものである。
【0004】
ところで、このように光学的なプローブをケーシングを貫通させて設ける構成では、その前面の保護ガラスはタービン内を流れる燃焼ガスに曝されるために燃焼ガスに含まれる煤等が付着して汚れ、その結果、レーザー光の透過を妨げて短時間で計測不能となる虞があった。
【0005】
このため、前述の構成では、プローブの先端に空気通路が形成されており、タービンの前方に同軸に設けられた圧縮機によって圧縮されて燃焼器に送られる圧縮空気の一部が分岐されてタービンケーシングの内側に形成された冷却通路に供給される二次空気を、この空気通路に流すことによって燃焼ガスが保護ガラスに直接曝されることを防ぐようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のごとくタービンに直結された圧縮機からの二次空気を空気通路に流して保護ガラスに燃焼ガスが直接接触することを防ぐ構成では、圧縮機の入口空気が汚れていた場合にはその汚れが保護ガラスに付着して保護ガラスが汚れるという問題があった。また、高圧縮比の圧縮機を備えたエンジンでは、二次空気が高温化して利用できない場合があった。
【0007】
本発明は、上記解決課題に鑑みてなされたものであって、前面の保護ガラスに燃焼ガスや二次空気に含まれる汚染物質が付着することがなく、長時間安定した計測を可能とするタービン動翼振動計測装置の光学プローブを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明に係るタービン動翼振動計測装置の光学プローブは、タービンの動翼に向けて照射したレーザー光の反射光を検知して 前記動翼の振動を計測するタービン動翼の振動計測装置において、前記タービンのケーシングを貫通して前記動翼に対向配設されて前記レーザー光を照射すると共に、前記動翼からの反射光を受光する光学プローブであって、前記ケーシングを貫通して前記動翼に対向する先端部に加圧気体を供給する加圧気体供給路を備えるとともに、該先端部の前面に噴出する略円形の連通路に形成されたノズルを備え、前記連通路の接線方向の接続路を介して当該連通路と前記加圧気体供給路とが接続されて構成されていることを特徴とする。
【0009】
また、上記ノズルは、上記先端部の前面より突出して設けられたノズル部材の前記先端部と対応する開口部の内周に形成されていることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明に係るタービン動翼振動計測装置の光学プローブの一構成例の正面図,図2は一部破断側面図,図3(A)は図2の先端部拡大図,(B)はそのA矢視図である。
【0011】
図示光学プローブ10は、全体の外形は概略円柱状であって、後端部から直列に光ケーブルの接続部11,冷却水路接続部12,中間胴部13,取付フランジ14,挿入部15が形成されると共に、中間胴部13,取付フランジ14及び挿入部15の左右両側部に加圧気体供給路としてのガス供給路20が設けられ、挿入部15の先端にはガス供給路20と接続するノズル部材としてのノズル板30が設けられて構成されている。そして、挿入部15がタービンケーシングを貫通してタービン内部に挿入され、タービン動翼の端面に対向した状態で、取付フランジ14がタービンケーシングの外面に締着されて固定されるようになっている。
【0012】
光学プローブ10の内部は、詳細には図示しないが軸方向に貫通する円柱状空間内に内筒19が挿置された二重管構造となっており、中心部に同軸の光ケーブルが挿置されると共に、周囲が冷却水路18となっている。
【0013】
光ケーブルは、芯ケーブルの周囲に外周ケーブルが配置されて成る同軸ケーブルであって、その芯ケーブルが投光用、外周ケーブルが受光用となっているものである。
【0014】
冷却水路18は、冷却水路接続部12に設けられた給水口12Bから供給された冷却水が軸方向の縦往水路を介して先端の円環状水路18Aに流れ、この円環状水路18Aから縦復水路を介して排水口12Aに排出されるようになっている。
【0015】
挿入部15の内部には、光ケーブルの芯ケーブルと対応する中心部に小径レンズ41が設けられると共に、その所定間隔離れた前方側に外周ケーブルと対応する大径レンズ42が設けられ、更にその前方である当該挿入部15の先端に保護ガラス43が設けられている。
【0016】
ガス供給路20は、中間胴部13ではその外面と当該外面に固定された供給路形成部材17との間に形成され、中間胴部13より当該部位が太い取付フランジ14及び挿入部15では軸方向に穿たれて形成されている。その先端は、接続管21によってノズル板30に接続されている。
【0017】
また、供給路形成部材17の上端には、ガス供給路20に連通するガス供給口17Aが設けられており、このガス供給口17Aは図2に概念的に示すようにガス供給管51を介して圧縮ガス供給源である窒素ガスボンベ50に接続されている。このように圧縮ガス供給源として窒素ガスボンベ50による窒素ガスを用いいることにより、入手が容易であると共に高い圧力が得られる。
【0018】
ノズル板30は、平面形状が略矩形で所定厚さの板状であって、その中央に挿入部15の先端開口径(保護ガラス43の径)と対応する径の円形開口部31がノズル板30と一体となって挿入部15の先端に合致させて固定されている。
【0019】
円形開口部31の内周壁は外側(先端側)に広がるテーパー状に形成されており、その厚さ方向中央に、ノズル32が周方向に所定間隔で複数開口形成されている。
【0020】
各ノズル32は、ノズル板30の内部に円形開口部31と同心円状に形成された連通路33と連通し、円形開口部31の中心に向けて加圧気体(窒素ガス)を噴出するように形成されている。
【0021】
連通路33は、ノズル板30内部に図3(B)に示すように当該連通路33に対して接線方向に形成された接続路34を介して、ノズル板30に嵌合した接続管21と接続されている。
【0022】
上記のごときガス供給路20及びノズル板30の構成により、窒素ガスボンベ50からガス供給口17Aに供給された窒素ガスは、ガス供給路20及び接続管21を通ってノズル板30に至り、接続路34を介して連通路33に供給されてノズル32から噴出するようになっている。ここで、接続路34は前述のごとく連通路33に対して接線方向に形成されているため、窒素ガスが接続路34と対応するノズル32のみから強く噴出することがなく、全てのノズル32から均一に噴出するものである。
【0023】
而して、上記のごとく構成された光学プローブ10は、図示しないが接続部11に接続された光ケーブルを介してレーザー光源及び光電変換器に接続されると共に、前述のごとく取付フランジ14を介してタービンに装着され、芯ケーブルに伝送されたレーザー光を小径レンズ41及び大径レンズ42を介してタービン動翼の外端面に向けて照射し、そのタービン動翼の外端面からの反射光を大径レンズ42で集光して外周ケーブルを介して伝送する。尚、外周ケーブルから光ケーブルを介して伝送された反射光は、光電変換器で電気信号に変換されて、解析器によって解析されるものである。
【0024】
この時、冷却水路接続部12の給水口12Bには冷却水供給管路が接続されると共に、排水口12Aには排水管路が接続され、給水口12Bから供給された冷却水が前述のごとく光学プローブ10の内部を巡って冷却し、排水口12Aから排水管路に排出される。
【0025】
また、窒素ガスボンベ50からガス供給口17Aに窒素ガスが供給され、この窒素ガスがノズル板30のノズル32から円形開口部31の中心に向けて噴出する。噴出した窒素ガスは円形開口部31の開放側からタービン内に流出すると共に、ノズル32と保護ガラス43の前面の間にはガス溜まりができ、これによってタービン内の駆動ガス(ガスタービンでは燃焼ガス)が保護ガラス43に直接接触することを防ぐ。従って、タービンの駆動ガスに含まれる煤等の汚染物質が保護ガラス43の表面に付着することがなく、長時間安定した計測が行えるものである。
【0026】
尚、本構成例ではノズル32から噴出させる加圧気体として窒素ガスを用いたが、加圧気体はこれに限らず清浄な圧縮気体であればアルゴン,炭酸ガス又は空気等他の気体であっても良い。
【0027】
また、加圧気体を先端部に供給する供給管路の構成も、本構成例に限定されるものではなく適宜変更可能なものである。
【0028】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係るタービン動翼振動計測装置の光学プローブによれば、ケーシングを貫通して動翼に対向する先端部に加圧気体を供給する供給管を備えると共に、該供給管から先端部の前面に噴出するノズルを備えて構成されていることにより、ノズルから噴出する加圧気体が前面の保護ガラスに燃焼ガスが接触することを防ぐ。従って、燃焼ガスや二次空気に含まれる汚染物質が保護ガラスに付着して曇りを生ずることはなく、長時間安定した計測が可能となるものである。また、二次空気を用いるものではないため、高圧縮比の圧縮機を備えて二次空気が高温化するエンジンにも適用できる。
【0029】
更に、ノズルが先端部の前面より突出して設けられたノズル部材の開口部の内周に形成されていることにより、ノズルと先端部の間に加圧気体が溜まり、これがタービン内の燃焼ガスが保護ガラスに直接接触することをより確実に防ぐものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るタービン動翼振動計測装置の光学プローブの一構成例の一部破断正面図である。
【図2】その側面図である。
【図3】(A)は図1の先端部拡大図,(B)はそのB矢視図である。
【符号の説明】
10 光学プローブ
15 挿入部(先端部)
20 ガス供給路(加圧気体供給路)
21 接続管(加圧気体供給路)
30 ノズル板(ノズル部材)
31 円形開口部(開口部)
32 ノズル
43 保護ガラス(先端部の前面)
50 窒素ボンベ(窒素ガス供給手段)
51 ガス供給管(窒素ガス供給手段)
Claims (3)
- タービンの動翼に向けて照射したレーザー光の反射光を検知して 前記動翼の振動を計測するタービン動翼の振動計測装置において、前記タービンのケーシングを貫通して前記動翼に対向配設されて前記レーザー光を照射すると共に、前記動翼からの反射光を受光する光学プローブであって、
前記ケーシングを貫通して前記動翼に対向する先端部に加圧気体を供給する加圧気体供給路を備えるとともに、該先端部の前面に噴出する略円形の連通路に形成されたノズルを備え、前記連通路の接線方向の接続路を介して当該連通路と前記加圧気体供給路とが接続されて構成されていることを特徴とするタービン動翼振動計測装置の光学プローブ。 - 上記ノズルは、上記先端部の前面より突出して設けられたノズル部材の前記先端部と対応する開口部の内周に形成されていることを特徴とする請求項1記載のタービン動翼振動計測装置の光学プローブ。
- 上記加圧気体は窒素ガスであって、上記加圧気体供給路には窒素ガス供給手段が接続されて構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載のタービン動翼振動計測装置の光学プローブ。
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