JPH05504407A - 燃焼装置用の窓浄化システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 燃焼装置用の窓浄化システム 発明の詳細な説明 発明の背景 本発明は、放射高温計のような計測装置のレンズから汚染粒子を取り除き、光を 通すレンズの表面全体にわたってレンズを一様に効果的にクリーニングするシス テムに関するものである。

ガスタービンやこれに類似したものの中の温度をＤｊ定するために、タービン近 傍の窓やレンズを通して放射を検出する放射高温計が用いられることが知られて いる。レンズ表面に堆積される汚染物質は、これまでも問題にされており、レン ズ表面を浄化するための非対称の流れを供給する効率的構成に関する多くの研究 の結果、例えば米国特許第４８３６６８９号に示された技術が生まれた。これに より、たとえ非対称の流れを利用しても、吸入口の周囲を規定するバー（支持用 ）か流れを乱すような場合には、バー近傍のレンズ表面や前記バーの凪下側には 、低い空気流によって“バブル゛　（泡）が生成される傾向があり、そこに粒子 が堆積する傾向にあることがわかった。

形成された空気流用のスロット間の分離用バーを取り除くことは、内部構造の制 限から問題であった。そして、粒子の除去を制限する低流量領域を前記バーか生 じさせるとは認識されていなかった。本発明は、空気かレンズに向かって流れる 通路周囲の障害物を除去し、非対称の浄化流を供給することにより浄化システム の性能を向上させるものである。

発明の要約 本発明は、レンズ上への堆積による粒子汚染を防止するために、放射を検出する 窓あるいはレンズの周縁エツジから内側方向に向かって空気流か流れる浄化シス テムを備えた高温計に関する。

空気吸入用スロットの部材の端部を定義するが、流れを阻止するようないかなる 支持体やバーは用いることなしに、空気はレンズ外周を取り囲む、連続した吸入 スロットを通って流れる。スロットは連続的で、開口スロットは窓あるいはレン ズの周囲に３６０°　（４００ｇｒａｎｄｓ）にわたって拡がっており、レンズ を横切る非対称の流れを生成するための手段か配置されるように工夫されている 。筒状部は、流れかレンズを横切って、レンズから放射源へ向かうように導く。

筒状部は外側ハウジング内に、レンズより下流で支持されており、スロットを形 成するために、レンズから離間された適宜の位置で固定されている。前記筒状部 は、寸法かレンズの断面寸法より小さい排気路を提供する。

非対称な流れのパターンは、レンズの一方の側でスロット幅を（軸方向に）広く したり、あるいは空気流がスロットを通る前に、レンズ周囲の通路の上流に渦巻 状の流れを発生させることにより得られる。このスロットを通る空気は、レンズ あるいは窓の表面上で移動する非対称な流れのパターンを形成する接線方向の速 度成分を有する。

これらの改良により、レンズ表面に吸入流量の少ない部分が発生することが除去 され、十分な洗浄が保障される。

図面の簡単な説明 図１は、一般的なタービン部分での部分垂直断面図であり、本発明の浄化システ ムを備えた放射高温計の断面を示している。

図２は、図１に示した本発明による放射高温計のレンズ部分の拡大断面図である 。

図３は、図２の３−３線断面図である。

図４は、図２とほぼ同一部分での断面図であり、浄化対象のレンズを横切る非対 称な流れが得られる第２構造を有する本発明の変形例である。

図５は、図４の５−５線断面図であり、図４に示したレンズ表面での空気流の概 略パターンを示している。

好ましい実施例の詳細な説明 符号１０で統括的に示された典型的な放射高温計は、タービンハウジング１１お よび外側シェルあるいは壁１３を含む航空機用のジェットエンジン内で用いられ るようなガスタービン内に載置されて適用される。ケース１１および壁１３は共 に、吸入用コンプレッサから燃焼前の加圧された空気を供給され、その結果、大 気圧より高い比較的クリーンな空気で満たされるコンプレッサバイパス通路１４ を構成する。コンプレッサバイパス通路１４内の圧力はまた、ハウジングあるい はケース１１内部において符号２０で示されたタービンチャンバ内の圧力よりも 高い。符号２２で示したタービンブレードは、適宜のロータ２２Ａに設けられて いる。タービンブレード２２の温度は、設計上の動作温度を越えることなく、か つタービンが最も効率的に機能することのできる温度あるいはその近傍で動作で きるように、高温計１０によって１ｆｌｌ！定される。

ケース１１は、検出用チューブ組立体２６を収容する通路２４に通しるボート（ 開口）２５を有している。検出用チューブ組立体２６は、特にレンス２８のよう な高温計の窓の中心軸が検出用チューブ組立体２６の軸に一致し、かつタービン ブレード２２からの放射かポート２５を介して検出てきるような（ｉ置に、高温 計バレル２７を適宜の位置で適宜の方法により支持している。

高温計１０の反対側の端部には、適宜の方法により壁１３に固定されたフランジ ３０かあり、さらに、タービンブレード２２から窓あるいはレンズ２８を通って 入射した放射を検出するために適宜の先ファイバケーブル１２か用いられる。

光ファ１′バケーブル１２は従来のものと間様であり、放射を放射検出手段１５ まで伝達するシリコンフォトダイオードおよび光学フィルタを備えて放射を適宜 に測定し、タービンブレードの温度を示す出力信号をライン１６に供給する。

レンズあるいは窓２８は燃焼ガス通路２０に開口するが、そこには、燃焼チャン バ内で発生して空気で運ばれた好ましくない粒子がある。この粒子はレンズある いは窓に付着し、入射した放射信号を弱めて高温！トの性能を低下させるので、 測定温度の精度が低下してしまう。窓あるいはレンズ２８から粒子を除去するた めに、窓あるいはレンスに空気を流す通路を設けることか公知である。図２に示 したように、高温計バレル２７は検出用チューブ２６の外側筒状スリーブの端部 ３５の内部において支持され、かつ密封固着されている。バレル２７は、符号２ ７Ａで示したバレルの外側終端部においてレンズ２８を支持し、そしてバレル２ ７の小径部２７Ａに固定されたスリーブ３４を備えている。スリーブ３４は、レ ンズ外周のエツジ部分を覆うように軸方向に延びているが、レンズ２８の前面２ ８Ａを越えて突き出てはいない。スリーブ３４の径は、符号３８で示した環状通 路を構成する外側筒状スリーブ端部３５の内径より小さい。チャンバ１４からの 加圧された空気が環状通路３８内に供給されて内側に向かって流れるように一部 るために、スリーブ部３５には適宜の開口３９か設けられている。

筒状スリーブ端部３５は、径が小さくて検出チューブスリーブ４２の端部の外周 に適合するネック部４１を具備している。検出チューブスリーブ４２は、ケース １１の通路２４内に直払嵌め込まれている。ネック部４１は、検出用チューブ組 立体２６の一部を構成するように、検出チューブスリーブ４２に溶着されている 。検出チューブスリーブ４２は、夕一ビンとは反対側の筒状端部３５内へ向かっ て伸びた終端部４３を具備している。検出チューブスリーブ４２の絡端部４３は 、レンズ２８の前面２８Ａと間隙をもって対向した内側端面４４を具備している 。

さらに、検出チューブスリーブ４２の終端部４３には、一部がネック部４１によ って覆われ、残りの一部か通路３８に開口する複数の第２の排出口４５か形成さ れている。加圧されたチャンバ１４および通路３８から供給される浄化用流体の 第２の流れ用に適宜の大きさの開口を提供するために、ネック部４１から筒状外 側終端部３５本体への変移部となるテーパ状のスリーブ部４１Ａには、ネック部 ４１を検出チューブスリーブ４２の終端部４３に沿った適宜の位置に移動するこ とによって大きさを調整することの可能なオリフィスあるいは開口４８が形成さ れている。排出口４５を通過する浄化用流体の流れは、レンズ表面２８Ａ上を汚 染粒子か通過しないようにしながら、汚染物質を浄化用流体に乗せて下流まで次 々と運ぶ。

図２に示されたように、レンズ２８と検出チューブスリーブ４２の端面４４との 間には、スロット５０を構成する環状の連続した間隙かある。検出チューブスリ ーブ４２は、浄化用空気の大部分を排出するための内部通路５２を具備している 。検出チューブスリーブ４２は、外側筒状部３５、テーパ部４１Ａおよびネック 部４１を介して高温罎バレル２７に強固に固着されている。スリーブ３４と検出 チューブスリーブ４２との間に延びた支持部材や連結部材を設ける必要はない。

環状スロット５０は、レンズの外側表面２８Ａに障害物のない流れを外側から内 側に向かって供給する。端面４４は、レンズの端部からほぼ放射状に内側方向へ 流れてレンズ２８を横切るように方向付けされた空気流路ができるように、端面 ４４とレンズ２８との隙間が調整されるような位置に配置される。

レンズの中心部で空気がよどまないようにする非対称の流れを生成するために、 螺旋状コイル５６のような螺旋表面形状体が、浄化用空気を流すための通路３８ 内のスリーブ３４の外表面の周囲に配置されている。渦巻あるいは螺旋表面形状 体は、表面を機械加工したり変形させたりすることによっても得られる。

通路３８のみか部分的に遮られるようにするために、螺旋コイル５６の外径とス リーブ部３５の内表面との間には隙間かある。空気流は、軸方向に沿って螺旋コ イルの外側を旋回することかできる。スプリングの隣ｔｉするコイル間の符号５ ８で示した螺旋状通路内を、スリーブ３４の外表面の周囲に配置されたスプリン グコ１′ルによって生しる螺旋状の空気流が流れる。図２において矢印６０て示 したように、スロット５０を介して空気か排出されるとき、それは同時に螺旋方 向（図３参照）にも動く。矢印６０で示したような空気流の一部の軸転口は、レ ンズ２８の上を通過する空気の一部から粒子を慣性分離させる。一方、（図３に 示したような）空気流の接線方向の成分により、空気が旋回するにつれて時々刻 々と変化する流れのずれが生じ、その結果、レンズ上のどんなよどみ領域もレン ズ表面での横切り位置を変化させられるようになる。この結果、レンズ表面に汚 染粒子を堆積させるような、あらゆる死点や流量の少ない領域か無くなる。

通路３８を通過した第１の流れは、スロット５０を通って通路５２に入り、そし てタービンチャンバに流れ込む。第２で通路５２に流れ込み、慣性分離された粒 子を運び去るので、これらの粒子はレンズ２８の表面に接触しない。

図２において矢印６１で示した第２の流れは、レンズを横切る矢印６０で示した 第１の流れよりも少量である。障害とならないスロット５０は、レンズ２８の外 周から流れ込み、レンズ表面を横切ってレンズ表面を浄化したり粒子を除去する 連続的なエアーカーテンを供給する。

図４に示した本発明の第２実施例でも同様に、障害とならない環状のスロットか 、レンズ表面に流れを供給するために設けられている。図２に示したのと同様に 、検出用チューブ２６の外側筒状スリーブ端部３５はバレル２７を支持している か、この実施例では、スプリング５６を利用していない。

本実施例では、検出用チューブスリーブが符号７２で表されており、ケース１１ の穴２４の内径に適合されている。スリーブ７２は、第２の流れ用の開ロア３、 および検出用チューブスリーブ７２の中心軸７５に対して傾斜した基準面を定義 する符号７４で示した端面を有している。傾斜角は一対の矢印７６で示している 。切断端面７４の傾斜あるいはテーパは、スロットあるいはギャップ７８が、図 ４において、その上部７８Ａの方が下部７８Ｂよりも広くなるように設定されて いる。図５において矢印で概略的に示したように、このテーパ状スロット７８に より、非対称の流れか得られるようになる。

なぜなら、広い方のギャップ７８Ａからの流入量が狭い方のギャップ７８Ｂから の流入量より多く、しかもスロット７８が、その最大幅部７８Ａから最小幅部７ ８Ｂに向かってスムーズに傾斜しているために、一般的に空気流のパターンは非 対称になり、かつレンズ２８を横切って横方向ヘシフトしようとするからである 。

図４に示した構造は、その他の点では図２に示したものとほぼ同一であり、レン ズ２８、および開口３９からの浄化用空気を流す通路３８を構成する外側筒状端 部３５と共にレンズ２８を覆うスリーブ３４を具備している。

開口３つは、粒子を含んだ空気にさらされている放射透過性窓を浄化するのにＺ 要な流量に応じて適宜の数たけ設けることかできる。

図１．２に関して説明した実施例では、通路３８内に螺旋状体を設けることによ って螺旋状に流れる浄化用空気を得ている。螺旋状の流れは、螺旋状体近傍の流 体内の粒子に遠心力を与える。遠心力は大きｒｉ　、ｔｆ子を放射状に外側へ移 動させる傾向にあるので、螺旋状体に最も近い流体から遠心力を利用して粒子を 分離する効果がある。螺旋状体近傍の流体は最後に窓の表面を横切る流れに変わ って慣性分離を引き起こすので、レンズ表面により一層請浄な浄化用空気を供給 できるようになる。

なお、ここでは好ましい実施例を例にして本発明を説明したか、当業者には明ら かなように、発明の趣旨や範囲から逸脱しない限り、その４形や詳細部分を変更 することか可能である。

要約 高温計のレンズあるいは窓（２８）を通る空気を生しさせて、レンズあるいは窓 （２８）をクリーンに保ち、粒子状汚染物質が堆積されないようにする浄化用空 気を流すシステムは、レンズ（２８）の外側エツジ部から内側へ向う空気流の通 路にいかなる障害物も設けることなく、レンズ（２８）表面を空気流が横切れる ようにするために、空気吸引用の環状で、かつ連続したスロツＩ−（５０）をレ ンズ（２８）の外周部の周囲に具備している。レンズあるいは窓（２８）の外周 部エツジの異なった外周部分に異なった大きさのスロット（５０）を具備するこ とにより、あるいは、空気がスロット（５０）を通過するときに、接線方向の速 度が窓の表面（２８Ａ）上に移動性の非対称な流れのパターンを発生させるよう に、窓（２８）の軸のまわりに放射状の渦巻流を供給することにより、非対称の 流れのパターンがレンズ表面を横切るように生じる。

国際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．測定対象の放射源に向かって開口したポートを定義する手段を具備した放射 検出装置において、ポートに対向して開口し、かつそこから離間された表面を有 し、かつその周縁エッジを有する放射透過窓と、周縁エッジから内側へ向う流れ を阻止させずに窓表面を浄化するために、窓の周縁エッジの周りに空気流を生じ させ、窓の周縁エッジ全体を越えてその中心側へ向かう流れを生じさせる窓表面 浄化手段とを具備したことを特徴とする放射検出装置。
2. ２．前記窓表面浄化手段は、レンズから空気を流出させるために、窓よりも横断 面が小さい通路内に流れを圧縮させる手段をさらに具備したことを特徴とする請 求項１記載の放射検出装置。
3. ３．前記流れを圧縮させる手段は、第１の端部には前記開口を有し、第２の端部 には前記開口に向かう方向で窓から離間された外周端面を有し、第１の端部およ び第２の端部表面の中間において窓に支持される筒状スリーブを具備したことを 特徴とする請求項２記載の放射検出装置。
4. ４．前記窓の周縁エッジの周りに空気流を生じさせる手段は、窓の周縁エッジか ら外側に離間され、窓の周囲に環状の通路を形成するスリーブ、および環状通路 に流れを生じさせる加圧流体源を具備し、 前記流れを圧縮させる手段は、空気を第２のスリーブ内に流し込んで窓表面を横 切らせるための環状スロットを周縁エッジの周りに形成するために、窓とほぼ同 心状であり、かつ窓表面から離間された第２のスリーブを具備したことを特徴と する請求項２記載の放射検出装置。
5. ５．第１の流れに慣性粒子分離を起させるために、前記環状通路から第２の空気 流を生じさせる手段をさらに具備したことを特徴とする請求項４記載の放射検出 装置。
6. ６．前記第２のスリーブは、窓と対向しかつ窓から離間した端面を有し、前記端 面は、周縁エッジの周りに非対称的に配置されたある位置で、窓との間により大 きな間隙を有するような環状のスロットを構成する形に形成されたことを特徴と する請求項５記載の放射検出装置。
7. ７．前記スロットは、窓の一端における間隙幅が反対側端の幅と等しくならない ようにするために、前記第２のスリーブの中心軸に対して傾斜した第２のスリー ブの端面により構成されたことを特徴とする請求項６記載の放射検出装置。
8. ８．窓の周縁エッジより手前で、前記環状通路の中心軸の周囲にほぼ螺旋状の流 れを生じさせるための偏向手段を前記環状通路内に具備したことを特徴とする請 求項４記載の放射検出装置。
9. ９．測定対象の放射源に向って開口したポートを定義する第１の端部および放射 源から遠ざかる方向に離間された第２の端部、ならびにポートに通じる中心通路 を取囲む端面を定義する壁を備えたスリーブと、 スリーブの端面に対向しかつそこから離間された表面を有し、スリーブ内の通路 より大きい周縁エッジを備えた放射透過窓と、 窓の周縁エッジの周りに空気流を生じさせると共に、流れを前記通路内に圧縮さ せ、窓の周縁エッジ全体を越えてスリーブ内の通路に向かう流れを生じさせる手 段とを具備し、スリーブの第２の端部は、端部表面と窓との間の空間を横切って 延びる支持体を有しないことを特徴とする筒状放射検出装置。
10. １０．前記窓の周縁エッジの周りに空気流を生じさせる手段は、窓の周縁エッジ から外側に離間され、窓を取巻く環状の通路を形成する外側筒状スリーブを具備 したことを特徴とする請求項９記載の放射検出装置。
11. １１．スリーブ内の通路は長さ方向の中心軸を有し、その端面が、中心軸に垂直 な角度とは異なった角度の基準面を定義することを特徴とする請求項９記載の放 射検出装置。
12. １２．窓の周縁エッジと筒状スリーブ内の通路との間に渦巻状の空気流を生じさ せる手段をさらに具備したことを特徴とする請求項９記載の放射検出装置。