JP4099665B2 - パージエア流路構造 - Google Patents

Description

本発明は、放射温度計等の光学プローブの受光部（レンズ又はウインドウ）表面にパージエアを供給するためのパージエア流路構造に関し、更に詳しくは、空気流路内を流れるパージエア中の塵埃を効果的に捕集・分離することができるパージエア流路構造に関する。

ガスタービンエンジンでは、圧縮機によって圧縮された燃焼用圧縮空気と燃料との混合気を燃焼器で燃焼させ、この燃焼にともない生じたガスによってタービンを回転させて、エンジンの駆動力（出力トルク）を得ている。

このようなガスタービンエンジンにおいては、ガスタービン入口温度を高くすることによってガスタービンの性能が向上するが、タービン入口温度がタービン翼の耐熱限界温度を超える場合には、タービン翼の損傷を招く。そのため、タービン翼の温度上昇を抑制すべくエンジン制御による温度制御やタービン翼の冷却構造が採用されている。

ところで、エンジンの安全性・寿命の点でタービン翼が規定以上の温度にならないこと、また、タービン翼の冷却構造を採用した場合にその冷却効果が正常に機能しているか否かを監視することは極めて重要である。そのため、タービン動翼の表面温度を測定するため、図３に示すような放射温度計２０が用いられる。放射温度計２０は、対象物の放射光を検出して温度を計測する非接触式の温度計であり、この図に示すように、放射温度計２０のプローブ１はガスタービンのタービンケース３に設置されている。なお図３中、２１はタービン静翼、２２はタービン動翼、２３は燃焼ガスである。

このようなガスタービンなどに用いられる光学プローブである放射温度計用プローブ１の受光部（レンズ又はウインドウ）表面に塵埃（コンタミ）などの汚れが付着すると、温度計測に支障を来たす。また、放射温度計はタービンケースに設けられており、放射温度計の受光部表面が高温の燃焼ガスに曝されるため、受光部が損傷し温度計測不能となる危険性がある。このため、受光部表面にパージエアを吹き付け、受光部表面に塵埃等が付着するのを防止するとともに高温の燃焼ガスから保護するようになっている。

一方、パージエアは圧縮機から圧縮空気を抽気したものを用いるが、パージエア自体に塵埃が含まれており、これをそのまま受光部表面に吹き付けるとパージエア中の塵埃により受光部表面が汚れてしまうため、受光部表面にパージエアを吹き付ける前にパージエア中の塵埃を除去する必要がある。図４は、パージエアに混入している塵埃を除去する機能を有するパージエア流路構造の従来例を示す図である。この図において１は放射温度計のプローブ、２はレンズ（受光部）、１５はノズルである。この図に示すように、パージエア９を流通させる空気流路が放射温度計のプローブ１とノズル１５との隙間に形成されており、上流側（図の右側）からパージエア９が供給されレンズ取付部の外縁近傍に設けられた分離部８を通過し、レンズ表面をパージした後、タービン側へ放出されるようになっている。このとき、分離部８において慣性分離によりパージエアと塵埃が分離され、分離部８の上流側の貫通孔７からパージエアが吹き出し、下流側の貫通孔６からパージエア９とともに分離された塵埃１０が吹き出すようになっている。なお、パージエアにより受光部表面をパージする技術は、例えば下記特許文献１に開示されている。

特開平１１−９６８６５号公報

ところが、上述したような分離部を設けても、そのパージエアと塵埃の分離効果は十分でなくパージエア中の塵埃を完全に分離することが困難なため、受光部表面に塵埃が付着することにより温度計測に支障を来たすという問題があった。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、パージエア中の塵埃を効果的に捕集・分離することができるパージエア流路構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、対象物の放射光を検出する光学プローブの受光部表面にパージエアを吹き付けるためにパージエアを流通させ前記受光部表面近傍まで導くパージエア流路構造であって、前記受光部を囲みパージエアを流通させる環状の空気流路と、該空気流路内に設けられ前記受光部の背面側でパージエア中の塵埃を捕集するフィルタ部と、前記空気流路内に設けられ前記受光部の前面側で前記フィルタ部を通過したパージエア中の塵埃を慣性分離する分離部と、を備え、前記フィルタ部は、パージエアを通過させる通過孔をその周方向にわたり複数有する遮蔽部を少なくとも２つ以上備え、該各遮蔽部は前記空気流路の上流側から下流側に向けて互いに所定間隔を隔てて順次配置されており、前記各遮蔽部の上流側に面する壁部は、その上流側に隣接する遮蔽部の通過孔を通過したパージエアが衝突する位置に設けられている、ことを特徴とする。

また、上記本発明のパージエア流路構造において、好ましくは、前記分離部の上流側に設けられ前記分離部から前記受光部表面近傍にパージエアを導く貫通孔の出口部を通過するパージエアの流速をＶａとし、前記遮蔽部のうち最上流側に配置された遮蔽部の通過孔の出口部を通過するパージエアの流速をＶｂとしたときに、その流速比Ｖｂ／Ｖａが０．８〜１．３となるように構成される。

空気流路内にパージエア中の塵埃を分離する分離部に加え、パージエア中の塵埃を捕集するフィルタ部を空気流路の上流側に設けたので、パージエアがフィルタ部を通過するときに塵埃を捕集することができる。また、フィルタ部で捕集できなかった塵埃は下流側に位置する分離部において慣性分離されるので、レンズ表面に吹き付けるパージエア中の塵埃をほぼなくすことができる。

また、前記フィルタ部は、パージエアを通過させる通過孔をその幅方向にわたり複数有する遮蔽部を少なくとも２つ以上備え、該各遮蔽部は前記空気流路の上流側から下流側に向けて互いに所定間隔を隔てて順次配置されており、前記各遮蔽部の上流側に面する壁部は、上流側に隣接する遮蔽部の通過孔を通過したパージエアが衝突する位置に設けられているので、上流側に隣接する遮蔽部を通過したパージエアはその下流側に隣接する遮蔽部の上流側に面する壁部に衝突し、パージエア中の塵埃がこの壁部に付着する。これにより、パージエア中の塵埃を効果的に捕集することができる。

また、上流側の貫通孔の出口部を通過するパージエアの流速Ｖａと、最上流側の遮蔽部の通過孔の出口部を通過するパージエアの流速Ｖｂとの流速比Ｖｂ／Ｖａが０．８〜１．３の範囲内となるようにパージエア流路を構成することにより、捕集効率を向上させることができる。

したがって本発明のパージエア流路構造は、パージエア中の塵埃を効果的に捕集・分離することができる等の優れた効果を有する。

以下、本発明の好適な実施の形態を図１及び図２を参照して詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付す。

図１は、本発明のパージエア流路構造を示す図である。この図において１は放射温度計用プローブ（以下、単に「プローブ」という。）、２はレンズ、１５はノズルである。プローブ１は、全体として円筒形状をなしており、内部に放射光を通過させる採光部を有し、先端部４から軸方向にやや離間した位置にレンズ２が取り付けられている。先端部４の外周部と、レンズ２取付部の外周部は、それぞれ外周の径が同一の鍔状に形成されている。以下、先端部４に形成された鍔状部分を「第１鍔状部」と呼称し、レンズ２取付部の外周部に形成された鍔状部分を「第２鍔状部」と呼称する。

第２鍔状部は周方向にわたって所定間隔を隔てて複数に分割されており、隣接するそれぞれの第２鍔状部との間に上流側から供給されるパージエア９を通過させる通過部１２を形成している。先端部４の内周側とレンズ２取付部の外周側とは連結部５により連結されており、この連結部５には、その内周と外周を連通する貫通孔６、７が上流側と下流側のそれぞれに周方向に複数設けられている。なお、上流側の貫通孔７は、後述する分離部８から受光部表面近傍にパージエア９を導くようになっている。

このような形状をなすプローブ１がタービンケースに設けられたプローブ装着穴に嵌められて装着されており、プローブ１とノズル１５との間にパージエア９を流通させる環状の空気流路１３が形成されている。第１鍔状部、第２鍔状部、連結部５により囲まれる空間は、パージエア９と塵埃１０を慣性分離する分離部８を形成している。

また、空気流路１３の分離部８より上流側にはパージエア９中の塵埃を捕集するフィルタ部１１が設けられている。図２は、フィルタ部１１の構成を示す図であり、第１遮蔽部と、この第１遮蔽部１１ａと所定間隔を隔てて下流側に配置された第２遮蔽部１１ｂとを備えており、第１遮蔽部１１ａと第２遮蔽部１１ｂは、それぞれパージエア９を通過させる通過孔１４をその周方向にわたり複数有している。第２遮蔽部１１ｂの上流側に面する壁部は、第１遮蔽部１１ａの通過孔１４を通過したパージエアが衝突する位置に設けられている。つまり、第２遮蔽部１１ｂの通過孔１４は、上流側に隣接する第１遮蔽部１１ａの通過孔１４を通過したパージエア９が直進する位置からずれた位置に設けられている。

なお、この例においてフィルタ部１１は、第１遮蔽部１１ａと第２遮蔽部１１ｂの２つを備えているが、要求される捕集能力に応じて適宜２つ以上の遮蔽部を備える構成としても良い。この場合、例えば第２遮蔽部１１ｂの下流側に所定間隔を隔てて第３遮蔽部を設けるときは、第３遮蔽部の上流側に面する壁部は、その上流側に隣接する第２遮蔽部１１ｂの通過孔１４を通過したパージエア９が衝突する位置に設けるようにする。

このように構成されたパージエア流路構造におけるパージエア９の流れは次のようになる。図１において上流側（図の右側）からパージエア９が供給されると、パージエア９はフィルタ部１１を通過する。このとき、第１遮蔽部１１ａの通過孔１４を通過したパージエア９は第２遮蔽部１１ｂの上流側に面する壁部に衝突するため、この壁部にパージエア９中の塵埃１０が付着することになる。これによりパージエア９中の塵埃１０は効果的に捕集される。塵埃１０を除去されたパージエア９は、進行方向を周方向に一旦変えた後、第２遮断部１１ｂの通過孔１４を通過する。第２遮蔽部１１ｂを通過したパージエア９は、第２鍔状部の通過部１２を通過し分離部８へ流入する。

このパージエア９にフィルタ部１１で捕集できなかった塵埃が含まれていた場合、塵埃はパージエアとともに分離部８内を直進し、下流側の貫通孔６を通過してタービン側に放出される。一方、分離部８を直進せずに上流側の貫通孔７を通過したパージエア９は、レンズ２表面に吹き付けられた後、タービン側に放出される。

このように空気流路内にパージエア９中の塵埃を分離する分離部８に加え、パージエア９中の塵埃１０を捕集するフィルタ１１部を空気流路１３の上流側に設けたので、パージエア９がフィルタ部１１を通過するときに塵埃１０を捕集することができる。また、フィルタ部１１で捕集できなかった塵埃１０は下流側に位置する分離部８において慣性分離されるので、レンズ２表面に吹き付けるパージエア９中の塵埃１０をほぼなくすことができる。なお、フィルタ部１１にて捕集した塵埃１０は、定期的にオーバーホールして除去作業を行うことで取り除くことができる。

また、貫通孔７の出口部（図１でａ部）を通過するパージエア９の流速をＶａとし、最上流側の遮蔽部１１ａの通過孔１４の出口部（図１でｂ部）を通過するパージエア９の流速をＶｂとしたときに、その流速比Ｖｂ／Ｖａを０．８〜１．３の範囲内となるようにパージエア流路を構成すると良い。このようにパージエア流路を構成することにより塵埃の捕集効率が向上することが実験の結果明らかとなった。

なお、上述した実施形態では放射温度計用プローブのパージエア流路構造について説明したが、これに限定されず、光電スイッチ用プローブ等のその他の光学プローブのパージエア流路についても当然に適用可能である。

その他、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明のパージエア流路構造の構成図である。 フィルタ部の構成図である。 放射温度計を備えたガスタービンの構成図である。 従来のパージエア流路構造の構成図である。

符号の説明

１ プローブ
２ レンズ
３ タービンケース
４ 先端部
５ 連結部
６、７ 貫通孔
８ 分離部
９ パージエア
１０ 塵埃
１１ フィルタ部
１１ａ 第１遮蔽部
１１ｂ 第２遮蔽部
１２ 通過部
１３ 空気流路
１４ 通過孔
１５ ノズル

Claims (2)

1. 対象物の放射光を検出する光学プローブの受光部表面にパージエアを吹き付けるためにパージエアを流通させ前記受光部表面近傍まで導くパージエア流路構造であって、
   前記受光部を囲みパージエアを流通させる環状の空気流路と、
   該空気流路内に設けられ前記受光部の背面側でパージエア中の塵埃を捕集するフィルタ部と、
   前記空気流路内に設けられ前記受光部の前面側で前記フィルタ部を通過したパージエア中の塵埃を慣性分離する分離部と、を備え、
   前記フィルタ部は、パージエアを通過させる通過孔をその周方向にわたり複数有する遮蔽部を少なくとも２つ以上備え、該各遮蔽部は前記空気流路の上流側から下流側に向けて互いに所定間隔を隔てて順次配置されており、前記各遮蔽部の上流側に面する壁部は、その上流側に隣接する遮蔽部の通過孔を通過したパージエアが衝突する位置に設けられている、ことを特徴とするパージエア流路構造。
2. 前記分離部の上流側に設けられ前記分離部から前記受光部表面近傍にパージエアを導く貫通孔の出口部を通過するパージエアの流速をＶａとし、前記遮蔽部のうち最上流側に配置された遮蔽部の通過孔の出口部を通過するパージエアの流速をＶｂとしたときに、その流速比Ｖｂ／Ｖａが０．８〜１．３となるように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のパージエア流路構造。

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