(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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）
【図１】
0003775626.tif 000002
【図２】
0003775626.tif 000003
【図３】
0003775626.tif 000004