(57)【要約】【課題】実機の可変容量型タービンの性能の予測精度を十分に高めること。【解決手段】タービンハウジング９の表面におけるいずれかの可変ノズル２７に整合する箇所に可変ノズル２７を観察するための観察窓４３が設けられ、  タービンハウジング９の表面における観察窓４３に離隔した箇所にタービンハウジング９の外側から可変ノズル２７に向かって光を照射するための照射窓５５が設けられ、タービンハウジング９における可変ノズル２７のノズル軸２９の端面２９ｅに整合する複数箇所に貫通して形成された取付穴６７に、可変ノズル２７のノズル軸２９の端面２９ｅまでの距離を非接触で検出するギャップセンサ６９が設けられていること。【選択図】図１
2013139759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実機の可変容量型タービンの性能試験に用いられる性能試験装置において、
タービンハウジング内に回転可能に配設され、試験ガスの圧力を利用して回転力を発生させるタービンインペラと、
前記タービンハウジング内における前記タービンインペラの入口側に周方向に間隔を置いて配設され、前記タービンインペラの軸心に平行な軸心周りに回転可能であって、試験ガスの流路面積を可変する複数枚の可変ノズルと、を具備し、
前記タービンハウジングに試験ガスを取入れるガス取入口が形成され、前記タービンハウジングの内部に前記ガス取入口に連通した環状のタービンスクロール流路が複数枚の前記可変ノズルを囲むように形成され、前記タービンハウジングにおける前記タービンインペラの出口側に試験ガスを排出するガス排出口が形成され、
更に、前記タービンハウジングの表面における前記可変ノズルに整合する箇所に設けられ、前記可変ノズルを観察するための観察窓と、
前記タービンハウジングの表面における前記観察窓に離隔した箇所に設けられ、前記タービンハウジングの外側から前記可変ノズルに向かって光を照射するための照射窓と、を具備したことを特徴とする性能試験装置。
【請求項２】
前記タービンハウジングにおける前記可変ノズルのノズル軸の端面に整合する箇所に貫通して形成した取付穴に設けられ、前記可変ノズルのノズル軸の端面までの距離を非接触で検出するギャップセンサと、を具備したことを特徴とする請求項１に記載の性能試験装置。
【請求項３】
前記観察窓は、前記タービンハウジングの表面に設けられた枠状の観察窓ベースと、前記観察窓ベースに着脱可能に設けられた観察窓枠と、前記観察窓ベースと前記観察窓枠の間に挟持されかつ耐熱耐圧性を有した透明な観察窓ガラスとを備え、
前記照射窓は、前記タービンハウジングの表面に設けられた枠状の照射窓ベースと、前記照射窓ベースに着脱可能に設けられた照射窓枠と、前記照射窓ベースと前記照射窓枠の間に挟持されかつ耐熱耐圧性を有した透明な照射窓ガラスとを備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の性能試験装置。
【請求項４】
前記タービンハウジングの外側に配設され、前記観察窓から前記可変ノズルを撮像する撮像器と、
前記タービンハウジングの外側に配設され、前記照射窓を経由して前記可変ノズルに向かって光を照射する光源と、を具備したことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の性能試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実機の可変容量型タービンの性能試験に用いられる性能試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、実機の可変容量型タービンの性能試験を行う際には、実機の可変容量型タービンを模擬した性能試験装置が用いられており、この性能試験装置の具体的な構成は、次のようになる。
【０００３】
性能試験装置は、タービンハウジングを具備しており、このタービンハウジング内には、試験ガスの圧力を利用して回転力を発生させるタービンインペラが回転可能に配設されている。また、タービンハウジング内におけるタービンインペラの入口側には、試験ガスの流路面積を可変する複数枚の可変ノズルが周方向に間隔を置いて配設されており、各可変ノズルは、タービンインペラの軸心に平行な軸心周りに回転可能である。
【０００４】
タービンハウジングの側部には、試験ガスを取入れるガス取入口が形成されている。また、タービンハウジングの内部には、環状のタービンスクロール流路が複数枚の可変ノズルを囲むように形成されており、タービンスクロール流路は、ガス取入口に連通してある。更に、タービンハウジングにおけるタービンインペラの出口側には、試験ガスを排出するガス排出口が形成されている。
【０００５】
従って、ガス取入口から取入れた試験ガスをタービンスクロール流路を経由してタービンインペラの入口側から出口側（試験ガスの流れ方向から見て上流側から下流側）へ流通させことにより、試験ガスの圧力エネルギーを利用してタービンインペラを回転させることができる。
【０００６】
ここで、試験ガスの流量を少なくした場合には、複数枚の可変ノズルを絞る方向（閉じる方向）へ同期して回転させることにより、試験ガスの流路面積（可変ノズルのスロート面積）を小さくして、タービンインペラ側に供給される試験ガスの流速を高くして、タービンインペラの仕事量を十分に確保する。一方、試験ガスの流量を多くした場合には、複数枚の可変ノズルを開く方向へ同期して回転させることにより、試験ガスの流路面積を大きくして、タービンインペラ側に多くの試験ガスを供給する。
【０００７】
以上により、実機の可変容量型タービンの運転状態を模擬して、実機の可変容量型タービンの性能試験を行うことができ、例えばタービンインペラの入口側及び／又は出口側で計測された試験ガスの温度や圧力等に基づいて、実機の可変容量型タービンの性能を予測することができる。
【０００８】
なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１に示すものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許３１６７４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、実機の可変容量型タービンの性能試験中に、可変ノズルの軸方向の移動等の挙動、及び可変ノズルの挙動に伴うサイドクリアランス（可変ノズルの側面とタービンハウジングの壁面との隙間）の変化を認識することができない。そのため、性能試験装置によって実機の可変容量型タービンの運転状態を模擬できても、可変ノズルの挙動等を加味して、実機の可変容量型タービンの性能を予測することができないという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の性能試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の特徴は、実機の可変容量型タービンの性能試験に用いられる性能試験装置において、タービンハウジング内に回転可能に配設され、試験ガスの圧力を利用して回転力を発生させるタービンインペラと、前記タービンハウジング内における前記タービンインペラの入口側に周方向に間隔を置いて配設され、前記タービンインペラの軸心に平行な軸心周りに回転可能であって、流路面積を可変する複数枚の可変ノズルと、を具備し、前記タービンハウジングに試験ガスを取入れるガス取入口が形成され、前記タービンハウジングの内部に前記ガス取入口に連通した環状のタービンスクロール流路が複数枚の前記可変ノズルを囲むように形成され、前記タービンハウジングにおける前記タービンインペラの出口側に試験ガスを排出するガス排出口が形成され、更に、前記タービンハウジングの表面における前記可変ノズルに整合する箇所に設けられ、前記タービンハウジングの外側から前記可変ノズルを観察するための観察窓と、前記タービンハウジングの表面における前記観察窓に離隔した箇所に設けられ、前記タービンハウジングの外側から前記可変ノズルに向かって光を照射するための照射窓と、を具備したことを要旨とする。
【００１３】
なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「配設され」とは、直接的に配設されたことの他に、別部材を介して間接的に配設されたことを含む意であって、同様に、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別部材を介して間接的に設けられたことを含む意である。また、「試験ガス」には、空気、燃焼ガス等が含まれる。
【００１４】
本発明の特徴によると、前記ガス取入口から取入れた試験ガスを前記タービンスクロール流路を経由して前記タービンインペラの入口側から出口側（試験ガスの流れ方向から見て上流側から下流側）へ流通させことにより、試験ガスの圧力エネルギーを利用して前記タービンインペラを回転させることができる。
【００１５】
ここで、試験ガスの流量を少なくした場合には、複数枚の前記可変ノズルを絞る方向（閉じる方向）へ同期して回転させることにより、試験ガスの流路面積（前記可変ノズルのスロート面積）を小さくして、前記タービンインペラ側に供給される試験ガスの流速を高くして、前記タービンインペラの仕事量を十分に確保する。一方、試験ガスの流量を多くした場合には、複数枚の前記可変ノズルを開く方向へ同期して回転させることにより、試験ガスの流路面積を大きくして、前記タービンインペラ側に多くの試験ガスを供給する。
【００１６】
以上により、前記実機の可変容量型タービンの運転状態を模擬して、前記実機の可変容量型タービンの性能試験を行うことができ、例えば前記タービンインペラの入口側及び出口側で計測された試験ガスの温度や圧力等に基づいて、前記実機の可変容量型タービンの性能を予測することができる。
【００１７】
前記実機の可変容量型タービンの性能試験中に、前記タービンハウジングの外側から前記照射窓を経由して前記可変ノズルに向かって光を照射した状態で、前記観察窓から前記可変ノズル（前記可変ノズルの軸方向の移動等の挙動）を観察することにより、前記可変ノズルの挙動、及び前記可変ノズルの挙動に伴うサイドクリアランス（前記可変ノズルの側面と前記タービンハウジングの壁面との隙間）の変化を認識することができる。
【００１８】
なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「前記タービンハウジングの壁面」とは、前記タービンハウジングの一部に相当する部材の壁面を含む意である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、前記実機の可変容量型タービンの性能試験中に、前記可変ノズルの挙動等の変化を認識することができるため、前記可変ノズルの挙動等を加味して、前記実機の可変容量型タービンの性能を予測することでき、前記実機の可変容量型タービンの性能の予測精度を十分に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る性能試験装置の正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る性能試験装置の前側部分の側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る性能試験装置の前側部分の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態について図１から図３を参照して説明する。なお、図中、「ＦＦ」は、前方向を指し、「ＦＲ」は、後方向を指している。
【００２２】
図１及び図３に示すように、本発明の実施形態に係る性能試験装置１は、実機の可変容量型タービン（図示省略）の性能試験に用いられる装置であって、例えば特開２００９−２４３４３１号公報又は特開２００９−２４３３００号公報に示すような実機の可変容量型タービンを模擬している。また、性能試験装置１は、ベアリングハウジング３を具備しており、ベアリングハウジング３内には、複数（１つのみ図示）のベアリング５が設けられている。そして、複数のベアリング５には、前後方向へ延びたロータ軸（タービン軸）７が回転可能に設けられており、換言すれば、ベアリングハウジング３には、ロータ軸７が複数のベアリング５を介して回転可能に設けられている。
【００２３】
ベアリングハウジング３の前側には、タービンハウジング９が設けられており、このタービンハウジング９内には、試験ガスの圧力を利用して回転力（回転トルク）を発生させるタービンインペラ１１が配設されており、このタービンインペラ１１は、ロータ軸７の一端部（前端部）に一体的に連結されている。そして、タービンインペラ１１の具体的な構成は、次のようになる。
【００２４】
タービンハウジング９内には、タービンディスク１３が設けられており、タービンディスク１３は、ロータ軸７の一端部に一体的に連結してあって、タービンインペラ１１の軸心（換言すれば、ロータ軸７の軸心）周りに回転可能である。また、タービンディスク１３の外周面は、タービンインペラ１１の軸方向から径方向外側に向かって延びており、タービンディスク１３の外周面には、複数枚のタービンブレード１５が周方向に間隔を置いて設けられている。
【００２５】
タービンハウジング９内には、可変ノズルユニット１７がタービンインペラ１１を囲むように配設されており、この可変ノズルユニット１７の具体的な構成は、次のようになる。
【００２６】
タービンハウジング９内におけるタービンインペラ１１の径方向外側（試験ガスの流れ方向から見て入口側）には、ノズルリング１９が取付リング２１を介して設けられており、ノズルリング１９には、シュラウドリング２３が複数本（本発明の実施形態にあっては３本）の連結ピン２５を介して一体的かつ前後に離隔して設けられており、ノズルリング１９及びシュラウドリング２３は、タービンハウジング９の一部に相当するものとして捉えることができる。また、ノズルリング１９とシュラウドリング２３との間、換言すれば、タービンハウジング９内におけるタービンインペラ１１の入口側には、複数枚の可変ノズル２７が周方向に間隔を置いて配設されており、複数枚の可変ノズル２７は、試験ガスの流路面積を可変するものであって、各可変ノズル２７は、タービンインペラ１１の軸心に平行な軸心周りに回転可能（揺動可能）である。ここで、複数枚の可変ノズル２７のノズル軸２９は、特開２００９−２４３４３１号公報又は特開２００９−２４３３００号公報に示すような同期機構（連動機構）３１によって連動連結してある。
【００２７】
なお、ベアリングハウジング３の前側下部には、伝動軸３３が揺動可能（回動可能）に設けられており、この伝動軸３３の後端部は、複数枚の可変ノズル２７を同期して揺動させるシリンダ等のアクチュエータ（図示省略）に接続レバー３５を介して接続（連動連結）しあって、伝動軸３３の前端部は、同期機構３１に接続してある。
【００２８】
タービンハウジング９の適宜位置には、試験ガスを取入れるガス取入口３７が形成されており、このガス取入口３７は、試験ガスを供給するポンプ等の試験ガス供給源（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング９の内部には、タービンスクロール流路３９が複数枚の可変ノズル２７を囲むように形成されており、このタービンスクロール流路３９は、ガス取入口３７に連通してある。更に、タービンハウジング９におけるタービンインペラ１１の出口側（タービンハウジング９の前側）には、燃焼ガスを排出するガス排出口４１が形成されており、このガス排出口４１は、タービンスクロール流路３９に連通してある。
【００２９】
図１及び図２に示すように、タービンハウジング９の表面におけるいずれかの可変ノズル２７に整合する箇所には、いずれかの可変ノズル２７を観察するための観察窓４３が設けられている。具体的には、タービンハウジング９の表面には、矩形枠状の観察窓ベース４５が設けられており、この観察窓ベース４５には、矩形状の観察窓枠４７が複数の取付ねじ（図示省略）を介して着脱可能に設けられている。また、観察窓ベース４５と観察窓枠４７の間には、透明な矩形の観察窓ガラス４９が挟持されており、この観察窓ガラス４９は、耐熱耐圧性を有している。そして、タービンハウジング９の外側には、観察窓４３からいずれかの可変ノズル２７を撮像するＣＣＤカメラ（撮像器の一例）５１が支持ブラケット５３を介して配設されている。
【００３０】
タービンハウジング９の表面における観察窓４３に離隔した箇所には、タービンハウジング９の外側からいずれかの可変ノズル２７に向かって光を照射するための照射窓５５が設けられている。具体的には、タービンハウジング９の表面には、矩形枠状の照射窓ベース５７が設けられており、この照射窓ベース５７には、矩形の照射窓枠５９が複数の取付ねじ（図示省略）を介して着脱可能に設けられている。また、照射窓ベース５７と照射窓枠５９との間には、透明な矩形状の照射窓ガラス６１が挟持されており、この照射窓ガラス６１は、耐熱耐圧性を有している。そして、タービンハウジング９の外側には、照射窓５５を経由していずれかの可変ノズル２７に向かって光を照射するライト（光源の一例）６３が支持アーム６５を介して配設されている。
【００３１】
タービンハウジング９におけるいずれかの可変ノズル２７のノズル軸２９の端面２９ｅに整合する複数箇所には、取付穴６７がそれぞれ貫通して形成されている。そして、各取付穴６７には、可変ノズル２７のノズル軸２９の端面２９ｅまでの距離を非接触で検出するギャップセンサ６９が設けられている。
【００３２】
なお、図示は省略するが、ベアリングハウジング３の後側には、コンプレッサハウジングが設けられており、このコンプレッサハウジング内には、遠心力を利用して空気を圧縮するコンプレッサインペラが配設されてあって、コンプレッサインペラは、ロータ軸７の他端部（後端部）に一体的に連結されている。
【００３３】
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。
【００３４】
ガス取入口３７から取入れた試験ガスをタービンスクロール流路３９を経由してタービンインペラ１１の入口側から出口側（試験ガスの流れ方向から見て上流側から下流側）へ流通させことにより、試験ガスの圧力エネルギーを利用してタービンインペラ１１を回転させることができ、ロータ軸７及びコンプレッサインペラを一体的に回転させることができる。
【００３５】
ここで、試験ガス供給源から供給される試験ガスの流量を少なくした場合には、アクチュエータの作動によって複数枚の可変ノズル２７を絞る方向（閉じる方向）へ同期して回転させることにより、試験ガスの流路面積（可変ノズル２７のスロート面積）を小さくして、タービンインペラ１１側に供給される試験ガスの流速を高くして、タービンインペラ１１の仕事量を十分に確保する。一方、試験ガス供給源から供給される試験ガスの流量を多くした場合には、アクチュエータの作動によって複数枚の可変ノズル２７を開く方向へ同期して回転させることにより、試験ガスの流路面積を大きくして、タービンインペラ１１側に多くの試験ガスを供給する。
【００３６】
以上により、実機の可変容量型タービンの運転状態を模擬して、実機の可変容量型タービンの性能試験を行うことができ、例えばタービンインペラ１１の入口側及び出口側で計測された試験ガスの温度や圧力等に基づいて、実機の可変容量型タービンの性能を予測することができる。
【００３７】
実機の可変容量型タービンの性能試験中に、ライト６３によってタービンハウジング９の外側から照射窓５５（照射窓ガラス６１）を経由していずれかの可変ノズル２７に向かって光を照射した状態で、ＣＣＤカメラ５１によって観察窓４３（観察窓ガラス４９）からいずれかの可変ノズル２７（いずれかの可変ノズル２７の軸方向の移動等の挙動）を撮像（観察）することにより、可変ノズル２７の挙動、及び可変ノズル２７の挙動に伴うサイドクリアランス（可変ノズル２７の一側面２７ａとシュラウドリング２３の壁面２３ｆとの隙間、可変ノズル２７の他側面２７ｂとノズルリング１９の壁面１９ｆとの隙間）の変化を認識することができる。
【００３８】
また、各ギャップセンサ６９によって整合する可変ノズル２７のノズル軸２９の端面２９ｅまでの距離を非接触で検出することにより、いずれかの可変ノズル２７のサイドクリアランスを定量的に計測することができる。
【００３９】
従って、本発明の実施形態によれば、実機の可変容量型タービンの性能試験中に、可変ノズル２７の挙動等の変化を認識することができるため、可変ノズル２７の挙動等を加味して、実機の可変容量型タービンの性能を予測することでき、実機の可変容量型タービンの性能の予測精度を十分に高めることができる。特に、いずれかの可変ノズル２７のサイドクリアランスを定量的に計測することができるため、実機の可変容量型タービンの性能の予測精度をより一層高めることができる。
【００４０】
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
【符号の説明】
【００４１】
１        性能試験装置
３        ベアリングハウジング
５        ベアリング
７        ロータ軸
９        タービンハウジング
１１        タービンインペラ
１３        タービンディスク
１５        タービンブレード
１７        可変ノズルユニット
１９        ノズルリング
１９ｆ      ノズルリングの壁面
２３        シュラウドリング
２３ｆ      シュラウドリングの壁面
２７        可変ノズル
２７ａ      可変ノズルの一側面
２７ｂ      可変ノズルの他側面
２９        ノズル軸
２９ｅ      ノズル軸の端面
３７        ガス取入口
３９        タービンスクロール流路
４１        ガス排出口
４３        観察窓
４５        観察窓ベース
４７        観察窓枠
４９        観察窓ガラス
５１        ＣＣＤカメラ（撮像器）
５５        照射窓
５７        照射窓ベース
５９        照射窓枠
６１        照射窓ガラス
６３        ライト（光源）
６７        取付穴
６９        ギャップセンサ
【図１】
2013139759.tif 000003
【図２】
2013139759.tif 000004
【図３】
2013139759.tif 000005