JPH06241064A - ターボ機械のシュラウド接触磨耗センサー - Google Patents

ターボ機械のシュラウド接触磨耗センサー

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JPH06241064A
JPH06241064A JP5028043A JP2804393A JPH06241064A JP H06241064 A JPH06241064 A JP H06241064A JP 5028043 A JP5028043 A JP 5028043A JP 2804393 A JP2804393 A JP 2804393A JP H06241064 A JPH06241064 A JP H06241064A
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JP
Japan
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shroud
sensor
light
optical fiber
fiber cable
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5028043A
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English (en)
Inventor
Haruomi Makita
晴臣 槙田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to US08/197,261 priority patent/US5440395A/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/04Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/08Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ターボ機械におけるケーシング内面に設けら
れたシュラウド面の磨耗量の測定を可能とする。 【構成】 ケーシング内面に設けられ動翼先端と対向す
るシュラウド1に内部にハーフミラー4が設けられ側部
にパージ空気取入口11を有するセンサー本体2を挿入
し、、同センサー本体2の先端部のシュラウド1に円錐
形の小孔1aを設け、上記センサー本体2を投光用光フ
ァイバケーブル7と受光用多芯光ファイバケーブル9を
介してエレクトロニクス部8に接続することによって、
同エレクトロニクス部8が中心部の大きさが磨耗量に応
じて変化する円環状の画像より求めるため、温度変化に
影響されない高精度のシュラウド面の磨耗量の測定を可
能とし、また、従来のすき間センサーとの併用により、
シュラウド面と動翼間の高精度の測定を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、航空用ジェットエンジ
ンの圧縮機およびタービン等の運転中における動翼とケ
ース側シュラウドとの接触に伴うシュラウドの磨耗量の
計測に適用されるターボ機械のシュラウド接触磨耗セン
サーに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の動翼先端すき間の計測において
は、図2に示すようにすき間センサー21はシュラウド
22に対し固定され、シュラウド22はケーシング23
にはめ込まれていた。
【0003】上記において、シュラウド22の動翼25
との近接部は可磨耗部24であり、運転中に動翼25と
接触し磨耗することがあるため、すき間センサー21は
真のすき間Cの代りにC1 を計測し、可磨耗部の初期厚
さTを差し引いてC=C1 −TによりCを算出してい
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の装置において
は、ターボ機械の運転中に動翼がシュラウドに接触し、
動翼先端部とシュラウドの可磨耗部の双方が磨耗した場
合、動翼先端部の磨耗による先端すき間の拡大は計測可
能であるが、すき間センサーが取付いているシュラウド
自身の可磨耗部の磨耗による先端すき間の拡大は計測不
可能であった。
【0005】ターボ機械における動翼とシュラウドの接
触によるシュラウドの磨耗は避けることが困難であるた
め、動翼先端すき間の計測を正確に行なうためには、上
記すき間センサーの他にシュラウド接触磨耗センサーの
開発が必要である。本発明は上記の課題を解決しようと
するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のターボ機械のシ
ュラウド接触磨耗センサーは、ケーシングの内面に設け
られ動翼の先端と対向するシュラウドを備えたターボ機
械において、上記ケーシングの外側より先端部がシュラ
ウドに挿入され内部にハーフミラーが設けられ側部にパ
ージ空気取入口を有するセンサー本体、同センサー本体
の先端部のシュラウドに設けられた円錐形状の小孔、上
記センサー本体の他端部に一端が接続された投光用光フ
ァイバケーブル、上記センサー本体の側部に一端が接続
された受光用多芯光ファイバケーブル、および上記投光
用光ファイバケーブルと受光用多芯光ファイバケーブル
の他端が接続されたエレクトロニクス部を備えたことを
特徴としている。
【0007】
【作用】上記において、エレクトロニクス部より投光し
た光は、投光用光ファイバケーブルを経てセンサー本体
内に入射する。この入射光は、ハーフミラーを通過して
小孔の円錐面に到り、円錐面により反射された後、この
円錐面と対向する位置にある円錐面により更に反射され
てハーフミラーに到る。
【0008】このハーフミラーに到達した反射光は、ハ
ーフミラーにより反射されて受光用多芯光ファイバケー
ブルの一端に入射し、同ケーブルを経てエレクトロニク
ス部に到達し、同エレクトロニクス部はこの光が形成す
る画像にもとづいてシュラウド面の磨耗量を求める。
【0009】上記シュラウドに形成された小孔は、その
形状が円錐形のため、シュラウド面の磨耗量の増加に従
って、その中心の孔の大きさが増大するものであり、ま
た、小孔の円錐面は光を反射するが、小孔を通過して動
翼に到った光は反射しないため、エレクトロニクス部が
入射する光の画像は中心部は光が当らずそのまわりに光
の当った円環状の画像であるため、エレクトロニクス部
は中心部の光の当らない部分の大きさよりシュラウド面
の磨耗量を求めることができる。
【0010】なお、上記センサー本体内には、パージ空
気取入口より加圧空気を供給しているが、これによりタ
ーボ機械内からセンサー本体内へ異物が侵入することを
防止し、磨耗量の測定精度の低下を防止している。
【0011】上記により、光学式のため温度変化にも影
響されず、シュラウド面の磨耗量を高い精度で測定可能
としたため、本発明の装置と従来のすき間センサーとの
併用により、シュラウド面と動翼との間隙の高精度の測
定が可能となる。
【0012】
【実施例】本発明の一実施例に係るシュラウド接触磨耗
センサーを図1に示す。図1において、2は高温になる
静止シュラウド1に取付けるセンサー本体2であり、シ
ュラウド1の動翼との接触に伴う磨耗量を計測する。8
はエレクトロニクス部であって、半導体レーザによる投
光回路6、受光画像処理回路10を格納し、電子部品を
常温に近い環境に保つ。
【0013】上記センサー本体2とエレクトロニクス部
8は、投光用の単芯光ファイバケーブル7と受光用の多
芯の光ファイバケーブル9により結ばれる。また、上記
センサー本体2は、投光用光ファイバー7から出射され
るレーザ光を平行ビームにするビームレンズ3と投光す
る光と受光する光を分離するハーフミラー4からなる投
光系と、センサー先端部の小孔1aの45°の円錐面に
当って反射するレーザ光を受光用光ファイバケーブルに
導くためにも用いるハーフミラー4と反射光を9の受光
用多芯ファイバケーブル端面に結像するための結像レン
ズ5からなる受光系に分けられる。また、上記センサー
2のケーシングにはパージ空気を取入れるためのパージ
空気取入口11が設けられている。
【0014】次に、本実施例のシュラウド接触磨耗セン
サーの作用について述べる。光ファイバケーブル7には
エレクトロニクス部8の投光回路6よりレーザ光が送ら
れ、センサー本体2に接続された同ケーブル7の端部よ
り出射する。上記光ファイバケーブル7の直径は十分小
さく、出射端では点光源とみなすことができる。出射し
た光はビームレンズ3により平行ビームとなり、ハーフ
ミラー4を通って後、センサー本体2の先端部に到達す
る。
【0015】このセンサー本体2の先端部が位置するシ
ュラウド1には45°の円錐形の小孔が設けられてお
り、ハーフミラー4からの入射光はこの小孔1aの円錐
面により反射した後、この円錐面に対向する円錐面を反
射し、ハーフミラー4に導かれる。
【0016】ハーフミラー4に到達したセンサー先端部
からのレーザ反射光は、ここで更に90°向きを変えて
結像レンズ5に到り、同レンズ5により受光用多芯光フ
ァイバケーブル9の入口端にて図1bに示すセンサー先
端部の投影形状の画像を結像する。
【0017】この結像した画像は受光用多芯光ファイバ
ケーブル9により受光画像処理回路10に送られ、画像
処理によりセンサー先端部の穴径aを求める。図1に示
す初期状態すなわち磨耗がないときのセンサー先端部の
穴径a0 と上記穴径aの差の半分が、計測すべき磨耗量
に等しいことは明らかである。
【0018】センサー先端部の円錐面はレーザ光の反射
面であるが、乱反射した場合でも図1に示すように結像
レンズ5の作用により結像するため、同円錐面は鏡面仕
上げをする必要はない。なお、パージ空気取入口11よ
り取り入れた加圧空気は、センサー先端の小孔1aより
タービン主流へ排出され、この排出された加圧空気の流
れによりセンサー内部への異物の付着を防止することが
できる。
【0019】次に、本実施例に係る接触磨耗量の求め方
の一例について述べる。開口部の穴径をaとしたとき、
穴径aの内側にはレーザ光反射面が存在しないため、こ
の領域内の受光用多芯ファイバケーブル9にはレーザ光
が入射しないか、あるいは入射光量が著しく減少する。
従って、受光用多芯光ファイバケーブル9のうち、受光
量が一定の限界より少ないものの本数を数えることによ
り、領域の径と領域内の多芯ファイバケーブルの本数の
関数関係から容易に開口部の穴径aを算出することがで
きる。前述のとおり穴径aが求まれば、初期の穴径a0
との差の半分がすなわち計測すべきシュラウドの磨耗量
である。
【0020】本実施例に係るシュラウド接触磨耗センサ
ーを、従来の動翼先端すき間センサーと組合せた場合の
全体図を図3に示す。
【0021】回転する翼車26に取付けられた動翼25
に対し、一定のすき間をあけてシュラウド22の可磨耗
部24がケーシング23の内側に保持されている。シュ
ラウド接触磨耗センサー20は先端すき間センサー21
と同一の周上に近接して、ケーシング23に取付けられ
る。
【0022】先端すき間センサー21はシュラウド22
に対する動翼25先端面の距離を計測し、同時に接触磨
耗センサー20はシュラウド22の可磨耗部24自身の
接触磨耗量を計測する。両計測量の差を実時間で計測す
ることにより、両センサー取付部付近の真の動翼先端す
き間を計測することができる。
【0023】なお、先端すき間センサー21とシュラウ
ド接触磨耗センサー20の組合せは、ケーシング23の
周上の複数箇所に設置することにより、動翼先端すき間
の周方向分布を求めることも可能である。
【0024】このようにして得られた真の動翼先端すき
間にもとづき適切なすきまとなるようシュラウド径を調
整することにより、効率的なジェットエンジンを得るこ
とができる。
【0025】
【発明の効果】本発明のターボ機械のシュラウド接触磨
耗センサーは、ケーシング内面に設けられ動翼先端と対
向するシュラウドに内部にハーフミラーが設けられ側部
にパージ空気取入口を有するセンサー本体を挿入し、、
同センサー本体の先端部のシュラウドに円錐形の小孔を
設け、上記センサー本体を投光用光ファイバケーブルと
受光用多芯光ファイバケーブルを介してエレクトロニク
ス部に接続することによって、同エレクトロニクス部が
中心部の大きさが磨耗量に応じて変化する円環状の画像
より求めるため、温度変化に影響されない高精度のシュ
ラウド面の磨耗量の測定を可能とし、また、従来のすき
間センサーとの併用により、シュラウド面と動翼間の高
精度の測定を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の説明図で、(a)は装置の
全体図、(b)は(a)のA−A矢視図である。
【図2】上記一実施例の装置をすき間センサーと併用し
た場合の説明図である。
【図3】従来の装置の説明図である。
【符号の説明】
1 シュラウド 2 センサー本体 3 ビームレンズ 4 ハーフミラー 5 結像レンズ 6 投光回路 7 投光用光ファイバケーブル 8 エレクトロニクス 9 受光用多芯光ファイバケーブル 10 受光画像処理回路 11 パージ空気取入口 20 シュラウド接触磨耗センサー

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ケーシングの内面に設けられ動翼の先端
    と対向するシュラウドを備えたターボ機械において、上
    記ケーシングの外側より先端部がシュラウドに挿入され
    内部にハーフミラーが設けられ側部にパージ空気取入口
    を有するセンサー本体、同センサー本体の先端部のシュ
    ラウドに設けられた円錐形状の小孔、上記センサー本体
    の他端部に一端が接続された投光用光ファイバケーブ
    ル、上記センサー本体の側部に一端が接続された受光用
    多芯光ファイバケーブル、および上記投光用光ファイバ
    ケーブルと受光用多芯光ファイバケーブルの他端が接続
    されたエレクトロニクス部を備えたことを特徴とするタ
    ーボ機械のシュラウド接触磨耗センサー。
JP5028043A 1993-02-17 1993-02-17 ターボ機械のシュラウド接触磨耗センサー Withdrawn JPH06241064A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5028043A JPH06241064A (ja) 1993-02-17 1993-02-17 ターボ機械のシュラウド接触磨耗センサー
US08/197,261 US5440395A (en) 1993-02-17 1994-02-16 Shroud contact wear sensor in a turbo machine

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