ガスタービンエンジン用燃焼器の燃焼ガスのサンプリング装置
【課題】高温高圧環境下に耐え得るサンプリング装置を提供する。
【解決手段】
ガスタービンエンジン用燃焼器１２から排出される燃焼ガスＧをサンプリングする装置２において、導入ユニット１１は、燃焼器１２から排出される燃焼ガスＧを導入するガス導入通路ＧＰと、ガス導入通路ＧＰを冷却する冷却水Ｃを流す冷却通路ＣＰとを有している。駆動機構Ｋは、導入ユニット１１をその軸心部３０回りに回動させる。支持ユニット３４は、導入ユニット１１のガス導入通路ＧＰと冷却通路ＣＰのそれぞれに連通するガス連通路７７と冷却水連通路８１，８３とを有し、軸心部３０が回転自在に連結されている。支持ユニット３４に、燃焼ガスＧを外部に導出するガス導出管９８、冷却水Ｃを外部から導入する冷却水導入管７８、および冷却水Ｃを外部に導出する冷却水導出管９６が接続されている。
【解決手段】
ガスタービンエンジン用燃焼器１２から排出される燃焼ガスＧをサンプリングする装置２において、導入ユニット１１は、燃焼器１２から排出される燃焼ガスＧを導入するガス導入通路ＧＰと、ガス導入通路ＧＰを冷却する冷却水Ｃを流す冷却通路ＣＰとを有している。駆動機構Ｋは、導入ユニット１１をその軸心部３０回りに回動させる。支持ユニット３４は、導入ユニット１１のガス導入通路ＧＰと冷却通路ＣＰのそれぞれに連通するガス連通路７７と冷却水連通路８１，８３とを有し、軸心部３０が回転自在に連結されている。支持ユニット３４に、燃焼ガスＧを外部に導出するガス導出管９８、冷却水Ｃを外部から導入する冷却水導入管７８、および冷却水Ｃを外部に導出する冷却水導出管９６が接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジン用燃焼器から排出される燃焼ガスをサンプリングするサンプリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジン用燃焼器の開発試験において、液冷式のサンプリングプローブを用いて燃焼器出口の温度分布および燃焼ガス成分分布の回転トラバース計測を行なうことが有効である。
【０００３】
一方、近年、地球温暖化をはじめとする環境問題への関心の高まりから、航空機用のジェットエンジンを含むガスタービンエンジンのＣＯ２排出量の低減が強く求められている。ＣＯ２排出量の低減のためには、エンジンの熱効率の向上が一つの方法であり、熱効率向上のためには、燃焼器入口条件の高温高圧化が必要である。それに伴い燃焼器出口条件も高温高圧化の傾向にあり、開発試験で用いられるサンプリングプローブやケーシングへの熱負荷も高まる傾向にある（非特許文献１）。
【０００４】
一般に、トラバース計測用のサンプリングプローブには、燃焼ガスの高温に耐えるため、液冷構造が必要である。従来用いられてきたサンプリングプローブでは、図６に示すように、冷却媒体は回転トラバース中心軸上のボス２００に供給され、サンプリングプローブ２０１内を満たしながら、サンプリングプローブ２０１に設けられたサンプリングノズル２０２の近傍を冷却する。その後、冷却媒体は、プローブ端部に接続されて回転トラバース中心軸方向へ向かうパイプ２０７を通り、サンプリングプローブ２０１の外部に排出される。揺動（トラバース）するサンプリングプローブ２０１までの冷却媒体の供給、およびサンプリングプローブ２０１からの排出はチューブ２０３，２０４を介して行われ、チューブ２０３，２０４のサンプリングプローブ２０１と反対側の端部はケーシング２０６に固定された給排出用のコネクタ２０５に接続される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】宇宙航空研究開発機構研究開発資料（２００６年３月）の図３および図８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６のサンプリング装置の構造では、サンプリングプローブ２０１への冷却媒体の供給および排出箇所は回転トラバースに伴い移動するので、チューブ２０３，２０４はそれに追随できるように、高いフレキシビリティを有する必要がある。しかしながら、フレキシビリティの高いチューブは、一般に強度が低いので、チューブ内外の大きな圧力差に耐えることができない。そのため、チューブ外圧である燃焼ガスの圧力とチューブ内圧である冷却媒体供給圧力が同程度になるような圧力でしか冷却媒体の供給ができず、高温高圧環境下で試験を行うと、冷却媒体不足により耐熱性に問題が生じる可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、高温高圧環境下での試験に耐え得るサンプリング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係るサンプリング装置は、ガスタービンエンジン用燃焼器から排出される燃焼ガスをサンプリングする装置であって、前記燃焼器から排出される燃焼ガスを導入するガス導入通路と前記ガス導入通路を冷却する冷却媒体を流す冷却通路とを有する導入ユニット、前記導入ユニットをその軸心部回りに回動させる駆動機構、および前記導入ユニットの前記ガス導入通路と前記冷却通路のそれぞれに連通するガス連通路と冷却連通路とを有し前記軸心部に回転自在に連結された支持ユニットを備え、前記支持ユニットに、燃焼ガスを外部に導出するガス導出管、冷却媒体を外部から導入する冷却媒体導入管、および冷却媒体を外部に導出する冷却媒体導出管が接続されている。
【０００９】
この構成によれば、冷却媒体導入管および冷却媒体導出管が、固定部である支持ユニットに設けられている、すなわち、冷却媒体の導入・導出部が、可動部である導入ユニットから独立して設けられているので、冷却媒体の導入・導出部を導入ユニットの回動に追随させる必要がなくなる。これにより、冷却媒体の導入・導出部に、フレキシビリティの低い、耐圧性の高い配管を用いることが可能となり、冷却媒体の供給圧力を環境圧力（燃焼ガスの圧力）に関係なく高く設定できるから、冷却に十分な冷却媒体を常に供給することができる。その結果、高温高圧環境下での試験への対応が可能となる。また、冷却媒体の導入・導出部を導入ユニットから独立して設けたので、導入ユニットを大きな回動角範囲、例えば３６０°回動させることも可能となり、計測範囲を拡大することができ、試験効率の向上が図られる。
【００１０】
本発明において、前記導入ユニットの軸心部のガス導入通路と冷却通路が同心上に配置されていることが好ましい。この構成によれば、両通路の軸心が異なる場合と比べて、使用するシール材の数が少なくて済み、シール材の不具合の発生を抑えることができる。また、通路の軸心を変えることによる部品点数の増加を避けることができる。
【００１１】
前記軸心部の各通路が同心上に配置される場合、前記支持ユニットのガス連通路と冷却連通路も同心に配置され、前記導入ユニットの軸心部の各通路と前記支持ユニットの対応する通路との隙間が、軸方向に離間したシール材によってシールされていることが好ましい。この構成によれば、導入ユニットおよび支持ユニットがシール材によって安定して同心に保持される。
【００１２】
シール材を軸方向に離間して配置する場合、前記シール材を前記冷却通路または冷却連通路を構成する通路壁に接触させるのが好ましい。この構成によれば、冷却媒体により通路壁を介してシール材が冷却され、シール材の高温化による不具合の発生を抑えることができる。
【００１３】
本発明において、前記導入ユニットは、中心に前記ガス導入通路が形成され、周囲に前記冷却通路が形成されていることが好ましい。この構成によれば、導入ユニット内で、ガス連通路を取り囲むように冷却媒体連通路が配置されているので、燃焼ガスの高温によって導入ユニット内のガスが高温化することが抑制され、さらに、ガス導入通路を一様な横断面で形成することができるので、淀み点がなくなり、燃焼ガス性状の正確な計測が可能になる。これに対し、ガス導入通路を外側に設けると、ガス導入通路を、冷却通路をまたぐように分岐させる必要があるので、分岐点で通路の横断面形状が急激に変化することから、ガスが淀んだり、煤が付着したりして、燃焼ガスの性状を正確に計測することが困難になる。
【００１４】
本発明において、前記導入ユニットを収納するケーシングに前記支持ユニットが固定されていることが好ましい。さらに好ましくは、前記冷却媒体導入管および冷却媒体導出管により前記支持ユニットが、前記ケーシングに取り付けられている。この構成によれば、簡単な構造で、支持ユニットを安定して支持することができる。これに対し、例えば、上流チャンバ（燃焼器室）と下流チャンバ（サンプリング室）とを区画する仕切り板に、支持ユニットを固定すると、燃焼ガスの熱や圧力により仕切り板が変形して、導入ユニットと支持ユニットの軸がずれることで、金属のかじりやトラバースの誤差が生じる。
【００１５】
本発明において、前記支持ユニットが、冷却媒体の流入側の第１管部と、冷却媒体の流出側およびガス導出用の第２管部とを有していることが好ましい。この構成によれば、支持ユニットの製造が容易になる。支持ユニットが一体物であると、同時に挿入されるシール材の数が多くなるので、組立性が低下する。
【００１６】
本発明において、前記導入ユニットと前記支持ユニットとの軸方向への相対移動が、前記導入ユニットに螺合したナットと前記導入ユニットに設けたストッパ部材とにより規制されていることが好ましい。この構成によれば、燃焼ガスの圧力と冷却媒体の圧力との差により両ユニットが相対移動しても、両ユニットが分離したり、それに伴いシール材が外れたりすることが避けられる。また、シール材が、一方のユニットとともに移動して、他方のユニットに当たって破損するのを避けることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のサンプリング装置によれば、冷却媒体導入管および冷却媒体導出管が、固定部である支持ユニットに設けられて、可動部である導入ユニットから独立して設けられているので、冷却媒体導入管および冷却媒体導出管を導入ユニットの回動に追随させる必要がなくなる。これにより、冷却媒体導入管および冷却媒体導出管として、フレキシビリティの低い、耐圧性の高い配管を用いることが可能となるので、冷却媒体の供給圧力を高く設定して、冷却に十分な冷却媒体を常に供給することができる。その結果、高温高圧環境下での試験への対応が可能となる。また、冷却媒体導入管および冷却媒体導出管を導入ユニットから独立して設けたので、導入ユニットの回動範囲を大きくして、計測範囲を拡大することができ、試験効率の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るサンプリング装置を備えたガスタービンエンジンの燃焼器の試験設備を燃焼器の下流側から見た図である。
【図２】同試験設備のII−II線断面図である。
【図３】同上サンプリング装置の要部を拡大して示す縦断面図である。
【図４】同上サンプリング装置のシール部を拡大して示す縦断面図である。
【図５】同試験設備のウォータジャケットを示す斜視図である。
【図６】従来のサンプリング装置を備えたガスタービンエンジンの燃焼器の試験設備を燃焼器の下流側から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るサンプリング装置２を備えたガスタービンエンジン用の燃焼器の試験設備１を示している。試験設備１は、その外郭を形成する筒状のケーシング４に、ボルト１００によって円形の仕切板６が取り付けられ、図２に示すように、仕切板６によりケーシング４の内部が、水平な軸心Ｃ１を持つ上流チャンバ８と下流チャンバ１０とに区画されている。上流チャンバ８にはガスタービンエンジンのセクタ型の燃焼器１２が配置され、下流チャンバ１０内に燃焼器１２からの燃焼ガスGを導入する導入ユニット１１が配置されている。導入ユニット１１は軸心部３０と燃焼ガスGを導入する導入部３６とを有している。燃焼器１２は、図示しない圧縮機から供給される圧縮空気に燃料を混合して燃焼させ、その燃焼により発生する高温・高圧の燃焼ガスＧを、仕切板６に形成された円弧状の燃焼器出口１４を介して下流チャンバ１０に送る。この試験設備１は、図１に示すように、燃焼器１２の一部分である３つの燃料噴射ユニット１３を含んでいる。実際のガスタービンエンジンのアニュラー型燃焼器では、例えば、１４個の燃料噴射ユニットを備えている。
【００２０】
図２に示す下流チャンバ１０内でケーシング４の内周面に近接して筒状のヒートシールド１６が配置され、その一端部（前端部）が複数のボルト（図示せず）により仕切板６に取り付けられて、ケーシング４の熱シールドを行っている。ヒートシールド１６の他端部（後端部）は上流チャンバ８と反対側に開口している。ヒートシールド１６の内面にはウォータジャケット１８の前部側が配置されている。ウォータジャケット１８の後部側は、ヒートシールド１６から後方へ突出しており、ヒートシールド１６およびウォータジャケット１８と、ケーシング４との間に、断熱材２４が充填されている。ウォータジャケット１８の詳細については、後述する。
【００２１】
仕切板６の下部に、ケーシング４の軸心Ｃ１と平行な円形の軸受孔２６が形成され、この軸受孔２６にシール部材２７を介して導入ユニット１１の軸心部３０の一端部３０ａが回転自在に支持されている。回転部３０の他端部３０ｂは、ケーシング４に固定された支持ユニット３４により回転自在に支持されている。このように、軸心部３０は両端で安定して支持されている。この一端部３０ａは上流チャンバ８内に突出し、連結シャフト３２、歯車機構３３および駆動シャフト３１を介して、電動モータのような駆動機３５に連結されている。これら連結シャフト３２、歯車機構３３、駆動シャフト３１および駆動機３５が駆動機構Ｋを形成する。軸心部３０は軸心本体４０が下流チャンバ１０内に位置し、軸心部３０の一端部３０ａを形成するエンド部材３８が、中間部材４２を介して軸心本体４０に連結されている。
【００２２】
図３に示すように、エンド部材３８の一端部は、複数のボルト１０２によって連結シャフト３２に連結されている。エンド部材３８の他端部の中央部分には、一端側へ凹入した凹入部４６が形成され、この凹入部４６に中間部材４２の胴部４２ａが嵌合され、胴部４２ａを貫通した締結部材の一例であるボルト１０４がエンド部材３８に設けられたねじ孔にねじ込まれることにより、中間部材４２がエンド部材３８に連結されている。
【００２３】
中間部材４２の径方向外方に突出したフランジ部４２ｂとエンド部材３８の他端面との間に、環状の調整部材４４を１枚以上介在させ、調整部材４４の枚数を変更することにより、軸心部３０、より具体的には導入部３６の軸方向位置が調整される。
【００２４】
軸心本体４０の一端部４０ａと中間部材４２とは、軸方向に突出する環状の突片同士が径方向の内外に重合されて、複数の止めねじ１０６によって連結されている。これにより、エンド部材３８、軸心本体４０および中間部材４２が連結されて、軸心部３０が構成される。導入部３６は、軸心部３０に溶接のような手段により固定されており、駆動機構Ｋから伝達される駆動力により軸心部３０が回転し、これに伴い導入部３６が、図１の回動角度θ内において、往復回動する。
【００２５】
図３に示す軸心本体４０の内部は、中心部に燃焼ガス通路５８が形成され、燃焼ガス通路５８の周囲に、冷却媒体である冷却水Ｃが通る冷却水通路６０が形成されている。冷却水通路６０は径方向内側の環状の冷却水戻り通路６２と、径方向外側の環状の冷却水供給通路６４とからなる。具体的には、軸心本体４０は、外側の冷却水供給通路６４を覆う外筒部６６と、内側の冷却水戻り通路６２を覆う中間部６８と、内部に燃焼ガス通路５８が形成された内筒部７０とを有している。
【００２６】
軸心本体４０の他端部４０ｂは、固定部である支持ユニット３４に支持されている。支持ユニット３４は、軸方向一端部側の第１管部７２と、他端部側の第２管部７４とを有している。第１管部７２と第２管部７４は互いに嵌合されて、第２管部７４に挿通した締結部材の一例であるボルト１１４を、第１管部７２に設けたねじ孔にねじ込むことにより連結されている。この実施形態では、ボルト１１４により、第１管部７２と第２管部７４との連結部分を外周から覆う円筒状のカバー６７が共締めされている。このカバー６７は、後述するＯリング８２を下流チャンバ１０内の燃焼ガスＧの高温から保護している。第１管部７２は円筒状の部材であり、軸心本体４０の外筒部６６の外周面および中間筒部６８の外周面との間にそれぞれ、低摩擦・高耐熱の第１および第２のシール部材７６Ａ、７６Ｂが装着されている。
【００２７】
図４に示すように、第１管部７２と外筒部６６の外周面との間の第１のシール部材７６Ａは、軸心部３０の冷却水供給通路６４と後述する第１管部７２の支持ユニット内冷却水供給通路８１との隙間をシールする。さらに、第１のシール部材７６Ａは、下流チャンバ１０内のガス雰囲気と上記各冷却水供給通路６４，８１とを仕切っており、供給冷却水の圧力よりもガス雰囲気の圧力が高いことを想定した向き（図４の左側）に指向性を持っている。具体的には、シール部材７６Ａは、断面形状が高圧側（図４の左側）を向いたＵ字形の、樹脂からなる環状のカバー部７６Ａａと、Ｕ字形のカバー部７６Ａａの内部に組み込まれた環状のコイルスプリングからなるスプリング部７６Ａｂとを有している。この実施形態では、樹脂としてテフロン（登録商標）が用いられているが、これに限定されない。
【００２８】
カバー部７６Ａａの開口は、軸心Ｃ２に平行な方向であって、第１管部７２の内周面と外筒部６６の外周面間との隙間のうち、下流チャンバ１０に連通している側を向いている。これにより、下流チャンバ１０内の高圧のガス雰囲気が作用しても、Ｕ字形のカバー部７６Ａａの内外２つのリップが開くように変形して隙間をシールする。さらに、カバー部７６Ａａの基部の背面（図４の右側）と第１管部７２との間に、樹脂製のバックアップリング７６Ａｃが挿入されている。バックアップリング７６Ａｃは、カバー部７６Ａａが高温に長時間さられることでクリープ変形を生じて、シールすべき隙間に流れ込むのを避けるために設置される。
【００２９】
第１管部７２の内周面と中間筒部６８の外周面との間の第２のシール部材７６Ｂは、軸心部３０の冷却水戻り通路６２と後述する支持ユニット３４の第１管部７２内の冷却水戻り通路８３との隙間をシールする。さらに、第２のシール部材７６Ｂは、冷却水戻り通路６２と冷却水供給通路６４とを仕切っており、戻り冷却水の圧力よりも供給冷却水の圧力が高いことを想定した向き（図４の左側）に指向性を持っており、シール部材７６Ａと同様に、カバー部７６Ｂａとスプリング部７６Ｂｂとを有し、カバー部７６Ｂａの基部の背面（図４の右側）と第１管部７２との間に、バックアップリング７６Ｂｃが挿入されている。カバー部７６Ｂａの開口は、軸心Ｃ２に平行な方向であって、第１管部７２の内周面と中間筒部６８の外周面間との隙間のうち、冷却水供給通路６４に連通している側を向いている。
【００３０】
図３に示す第１管部７２の一端部７２ａは、軸心本体４０の外周面に突設されたストッパ部材９２に近接している。これにより、支持ユニット３４が一端側に移動しても、各シール部材７６Ａ，７６Ｂが、導入ユニット１１の軸心部３０に当たって、損傷しないように設定されている。
【００３１】
第１管部７２の他端部７２ｂには、一端側（左側）に向かって凹入した環状凹部８０が形成されている。第２管部７４は、有底筒状の部材で、開口側である一端部７４ａが、第１管部７２の環状凹部８０に挿入され、一端部７４ａの内周面と環状凹部８０の側壁との間がOリング８２により、下流チャンバ１０内のガス雰囲気と冷却水戻り通路６２がシールされている。また、環状凹部８０にＯリング８２を設置することで、下流チャンバ１０内の高温がＯリング８２に伝わりにくくしている。
【００３２】
第２管部７４の有底部側である他端部７４ｂには、嵌合凹部７３を形成する突出部７４ｃが設けられており、この嵌合凹部７３に内筒部７０の先端部７０ａ、つまり軸心本体４０の他端部４０ｂが嵌合され、嵌合凹部７３の内周面と内筒部７０の先端部７０ａの外周面との間に低摩擦・高耐熱の第３および第４のシール部材８６Ａ，８６Ｂが装着されている。第４シール部材８６Ｂは、前記ストッパ部材９２により、支持ユニット３４の第２管部７４の他端部７４ｂに当たって、損傷しないように設定されている。
【００３３】
図４に示すように、第３および第４のシール部材８６Ａ，８６Ｂは、軸心部３０の燃焼ガス通路５８と後述する支持ユニット内ガス導入通路７７との隙間をシールしており、いずれも冷却水戻り通路６２と燃焼ガス通路５８とを仕切っている。第３および第４のシール部材８６Ａ，８６Ｂも、第１および第２のシール部材７６Ａ、７６Ｂと同様に、カバー部８６Ａａ，８６Ｂａとスプリング部８６Ａｂ，８６Ｂｂとを有しているが、各カバー部８６Ａａ，８６Ｂａの開口は、軸心Ｃ２に平行な方向であって、互いに逆側に向いている。これにより、冷却水戻り通路６２内の圧力と燃焼ガス通路５８内の圧力のどちらが高くても対応できるようになっている。
【００３４】
また、嵌合凹部７３を形成する筒状壁７１は一端側（左側）へ延出されており、この筒状壁７１の内周面と内筒部７０の外周面との間に第３のシール部材８６Ａが介装されている。冷却水戻り通路８３の他端は、他端側（図４の右側）へ深く延出した通路となっており、これによって、筒状壁７１が広い面積で、冷却水戻り通路８３を流れる温度の低い供給冷却水Ｃと接するから、筒状壁７１を介して第３および第４のシール部材８６Ａ，８６Ｂの冷却が促進される。
【００３５】
本実施形態では、第４のシール部材８６Ｂのカバー部８６Ｂａの基部の背面（図４の左側）にのみ、バックアップリング８６Ｂｃが挿入されているが、両方のシール部材８６Ａ，８６Ｂに設けてもよく、また、第３のシール部材８６Ａのみに設けてもよく、あるいは両方に設けなくてもよい。同図に示すように、各シール部材７６Ａ、７６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂは軸心Ｃ２方向に離間して同心軸上に配置されている。これにより、各シール部材７６Ａ、７６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂがストレスなく摺動し、導入ユニット１１の軸心部３０と支持ユニット３４とが安定して保持される。
【００３６】
図３の軸心本体４０の内筒部７０の先端部７０ａと第２管部７４の嵌合凹部７３の底面との間には、隙間７７が設けられている。この隙間７７は内筒部７０内部の燃焼ガス通路５８と連通している。つまり、隙間７７は前記支持ユニット内ガス導入通路７７を構成する。
【００３７】
軸心本体４０の内筒部７０における第２管部７４に嵌合される部分よりも一端部寄り（左側）の外周面に、雄ねじ７０ｂが形成されている。この雄ねじ７０ｂに、外径の大きい第１のナット８８と外径の小さい第２のナット９０とが螺合されており、このダブルナット構造により第１管部７２が軸心本体４０に対して一端側（左側）に押圧されている。第１管部７２は、冷却水供給通路６４内の高圧の冷却水により他端側（右側）へ押圧されて、ダブルナットによる押圧力とバランスし、第１管部７２の軸方向位置が決まる。これらのナット８８，９０とストッパ部材９２により、第１管部７２および第２管部が軸心部３０から外れるのが防がれる。
【００３８】
第１のナット８８には、軸方向に貫通した複数の貫通孔９４が周方向に等間隔で設けられ、この貫通孔９４を介して第２管部７４の内部空間８３と冷却水戻り通路６２とが連通している。つまり、内部空間８３が前記支持ユニット内の冷却水戻り通路８３を形成している。
【００３９】
第１管部７２の外周面には、冷却水Ｃを導入する冷却水導入口７２ｃが設けられ、冷却水導入口７２ｃに冷却水導入管７８が接続されている。冷却水導入管７８は、例えば鋼管のような高剛性の材料で構成され、ケーシング４（図１）に取り付けられている。つまり、支持ユニット３４の第１管部７２は、冷却水導入管７８によりケーシング４に取り付けられている。この冷却水導入管７８には、ケーシング４の外部から冷却水Ｃが供給される。冷却水導入管７８は、第１管部７２に形成された前記支持ユニット内冷却水供給通路８１を介して軸心本体４０の冷却水供給通路６４に連通している。この実施形態では、第１管部７２の外周面の一部が内側に凹入し、別体の蓋部材９５で該凹入部に蓋をすることで、環状の支持ユニット内冷却水供給通路８１が形成され、前記蓋部材９５に冷却水導入口７２ｃが形成されている。
【００４０】
図４に示すように、環状の支持ユニット内冷却水供給通路８１は一端側（左側）に延出した通路となっており、この延出した部分を形成する第１管部７２の一端部７２ａ近傍通路壁内周面と外筒部６６の外周面との間に、前記第１のシール部材７６Ａが介装されている。このように、第１のシール部材７６Ａの外周面および内周面がそれぞれ、支持ユニット内冷却水供給通路８１の内側の通路壁である内壁の内周面および冷却水供給通路６４の外壁（外筒６６）の外周面に当接するから、両通路８１，６４を流れる温度の低い供給冷却水Ｃにより、第１のシール部材７６Ａが冷却される。
【００４１】
また、冷却水供給通路６４の上流端部（他端側）に連なる支持ユニット内冷却水供給通路８１の下流端部の内壁は、第１管部７２から一端側へ突出した筒状の突出壁７９（通路壁）により形成されている。この筒状の突出壁７９の内周面と中間筒部６８の外周面との間に、前記第２のシール部材７６Ｂが介装されている。このように、第２のシール部材７６Ｂの外周面が、冷却水供給通路６４の内壁（突出壁７９）の内周面に当接するから、冷却水供給通路６４を流れる温度の低い供給冷却水により、第２のシール部材７６Ｂが冷却される。
【００４２】
図３の第２管部７４の他端部７４ｂ寄りの外周面には、冷却水Ｃを導出する冷却導出口７４ｄが設けられ、冷却水導出口７４ｄに冷却水導出管９６が接続されている。冷却水導出管９６は、例えば鋼管のような高剛性の材料で構成され、ケーシング４（図１）に支持されている。つまり、支持ユニット３４の第２管部７４は、冷却水導出管９６によりケーシング４に取り付けられている。この冷却水導出管９６は、冷却水戻り通路６２から支持ユニット内の冷却水戻り通路８３に流入した冷却水Ｃをケーシング４の外部へ排出する。
【００４３】
第２管部７４の底壁の突出部７４ｃの周壁には、燃焼ガスＧを導出するガス導出口７５ｃが設けられ、ガス導出口７５ｃにガス導出管９８が接続されている。ガス導出管９８は、例えば鋼管のような高剛性の材料で構成され、ケーシング４（図１）に支持されている。このガス導出管９８は、ケーシング４の外部へ燃焼ガスＧを導出する。ガス導出管９８は前記支持ユニット内ガス導入通路７７を介して軸心部３０内の燃焼ガス通路５８と連通している。これら冷却水導入管７８、冷却水導出管９６およびガス導出管９８は、図１に示すように、ケーシング４に設けたコネクタ部９３，９５，９７に連結されて、外部と接続されている。
【００４４】
図２に示すように、導入部３６は、軸心部３０から径方向外方に延びて外壁を形成する円筒状のユニット外筒５０を有し、このユニット外筒５０の内側に、ガス導入管５１と、冷却水導入用の内筒５２とが配置されている。ユニット外筒５０の先端部は閉止部材５６により閉止されている。
【００４５】
ガス導入管５１の内部には燃焼ガスＧが流れるガス通路５３が形成され、内筒５２の内部には導入部３６の先端側（サンプリング装置２の径方向外方）に冷却水Ｃを送る冷却水供給通路５４が形成されている。ユニット外筒５０における閉止部材５６の近傍には支持板５７が固定されており、ユニット外筒５０内を、先端側の冷却水折り返し空間６３と、基端側のガス導入管収納空間５５とに区画している。支持板５７に、内筒５２の先端部（下流端部）が貫通して冷却水折り返し空間６３に連通している。また、支持板５７には複数の貫通孔５７ａが形成されており、内筒５２内の冷却水供給通路５４を通って冷却水折り返し空間６３に入った冷却水が、支持板５７の貫通孔５７ａを通って、ガス導入管収納空間５５内に入り、ガス導入管５１を冷却する。このガス導入管収納空間５５は、冷却水戻り通路５５を形成している。これにより、高温の燃焼ガスＧから導入部３６を構成する部材を保護することができる。
【００４６】
支持板５７は、冷却水折り返し後の冷却水の流れ方を規定する役割を持っている。また、支持板５７におけるガス導入管収納空間５５側の面には、軸心Ｃ３方向に延びるブロック６１が取り付けられ、このブロック６１により冷却水戻り通路５５の通路断面積が小さくなり、その結果、冷却水戻り通路５５内を流れる冷却水Ｃの流速が増して、冷却能力が高くなる。
【００４７】
これらユニット外筒５０、ガス導入管５１および内筒５２の基端部は、軸心本体４０に溶接のような固着手段で固定されている。導入部３６内のガス通路５３、冷却水供給通路５４および冷却水戻り通路５５は、図３に示す軸心本体４０の燃焼ガス通路５８、冷却水供給通路６４および冷却水戻り通路６２にそれぞれ接続されている。こうして、ガス導入管５１内のガス通路５３と軸心部３０内の燃焼ガス通路５８とにより、導入ユニット１１内のガス導入通路ＧＰが形成され、内筒５２内の冷却水供給通路５４およびユニット外筒５０内の冷却水戻り通路５５、冷却水折り返し空間６３（図２）と軸心部３０内の冷却水通路６０とにより、導入ユニット１１内の冷却通路ＣＰが形成されている。
【００４８】
図２に示すユニット外筒５０の外周面の上流側（先端側）における支持板５７よりも若干基端側に、仕切板６の燃焼器出口１４に対向するようにサンプリング開口５９が形成されている。また、ユニット外筒５０の外周面には、燃焼ガスＧの温度を計測する熱電対からなる温度センサ８４（図１）を取り付ける温度センサ取付座８５が固着されている。この実施形態では、温度センサ取付座８５は、サンプリング開口５９よりも若干基端側で導入部３６の後側に位置している。
【００４９】
ガス導入管５１の先端は支持板５７よりも若干基端側に位置している。ガス導入管５１の先端に、サンプリング開口５９に嵌合されたノズルブロック８７が装着されている。ノズルブロック８７とサンプリング開口５９との間はシールされている。ノズルブロック８７には、ケーシング４の軸心Ｃ１と平行な前後方向に延びてガス通路５３に連通する貫通孔であるサンプリングノズル６９が形成されている。この実施形態では、サンプリングノズル６９はガス導入管５１の軸方向に等間隔で５つ設けられているが、数量はこれに限定されない。燃焼器１２が排出した燃焼ガスＧをガス通路５３に取り込む。ガス導入管５１におけるノズルブロック８７が装着された先端部は、ユニット外筒５０内における上流側に位置し、この先端部を除くガス導入管５１の主要部は、先端部から屈曲して後側に偏位し、ユニット外筒５０の軸心Ｃ３付近に位置している。
【００５０】
つぎに、前述したウォータジャケット１８について説明する。ウォータジャケット１８は、ヒートシールド１６の他端側からヒートシールド１６の内面における開口近傍に向かって円筒状に巻かれた第１チューブ２０と前記開口からヒートシールド１６の軸方向中央部近傍まで巻かれた第２チューブ２２とを有している。第１チューブ２０はヒートシールド１６から連なる外壁としての機能を果たしており、第１チューブ２０の巻径は一端側に向かうにつれて大きくなっている。
【００５１】
図５に示すように、ウォータジャケット１８の第１チューブ２０と第２チューブ２２は、例えば鋼製のパイプからなり、共通の冷却水供給口から水Ｗが供給される。具体的には、ケーシング４（図１）外部から冷却水供給路３７を通って送られた水Ｗが、ヒートシールド１６に取り付けられた分岐導入部３９に導入され、第１通路４１と第２通路４３とに分かれ、第１通路４１が第１チューブ２０の一端側（図５の上側）に設けられた第１供給口４５に接続され、第２通路４３が第２チューブ２２の一端側（図５の下側）に設けられた第２供給口４７に接続されている。
【００５２】
第１供給口４５から第１チューブ２０に供給された水Ｗは、第１チューブ２０の他端側（図５の下側）に設けられた第１排出口４８から取り出されてケーシング４の外部に排出される。第２供給口４７から第２チューブ２２に供給された水Ｗは、第２チューブ２２の他端側（図５の下側）に設けられた第２排出口４９から取り出されてケーシング４の外部に排出される。
【００５３】
図２に示すウォータジャケット１８によれば、水Ｗは共通の冷却水供給路３７の１系統から供給され、分岐導入部３９により２系統に分岐されて、分岐後は合流することなく２箇所から排出される。これにより、パイプ全長の長いウォータジャケット１８でありながら、冷却水供給口４５，４７から排出口４８，４９までの長さを短くすることができ、その結果、冷却機能を強化しつつ、水Ｗがパイプの途中で沸騰することを防ぐことができる。さらに、第２チューブ２２の径方向外側にはヒートシールド１６を設け、図２に示すように、第１チューブ２０とケーシング４との間には断熱材２４が充填されているので、燃焼ガスＧの熱からケーシング４が保護され、高温高圧環境下での試験を可能としている。
【００５４】
つぎに、上記試験設備１の動作について説明する。図２の燃焼器１２から排出された燃焼ガスＧは、仕切板６の燃焼器出口１４を通って下流チャンバ１０に入る。下流チャンバ１０に入った燃焼ガスＧの一部は、導入部３６のサンプリングノズル６９からガス通路５３に取り込まれる。
【００５５】
ガス通路５３に取り込まれた燃焼ガスＧは、図３に示す軸心部３０の軸心本体４０に形成された燃焼ガス通路５８に入り、つづいて、支持ユニット３４の第２管部７４に設けられた支持ユニット内ガス導入通路７７に入り、第２管部７４に接続されたガス導出管９８を通ってケーシング４の外部に導出され、分析装置（図示せず）に供給される。
【００５６】
導入ユニット１１は、図２の駆動機構Ｋにより、軸心部３０の軸心Ｃ２の回りに回動される。その回動角度θは、図１の例では、約７５°である。導入部３６は、この角度範囲内で移動しながら燃焼ガスＧをサンプリングする。同時に、導入部３６に固定された温度センサ８４が回動して、燃焼ガスＧの温度を測定する。
【００５７】
冷却水Ｃは、図３の支持ユニット３４の第１管部７２に接続された冷却水導入管７８を介して、ケーシング４の外部から第１管部７２に形成された支持ユニット内冷却水供給通路８１に供給される。支持ユニット内冷却水供給通路８１に供給された冷却水Ｃは、軸心本体４０に形成された冷却水供給通路６４を経て、図２の導入部３６内に入り、ガス導入管５１を冷却する。導入ユニット１１の導入部３６を出た冷却水Ｃは、図３に示す軸心本体４０に形成された冷却水戻り通路６２に流入し、第１のナット８８に設けられた貫通孔９４を通って支持ユニット３４の第２管部７４に形成された支持ユニット冷却水戻り通路８３に入る。支持ユニット冷却水戻り通路８３に入った冷却水Ｃは、第２管部７４に接続された冷却水導出管９６を介してケーシング４の外部に排出される。
【００５８】
上記構成において、図２の冷却水導入管７８および冷却水導出管９６が、固定部である支持ユニット３４に設けられている、すなわち、冷却水Ｃの導入・導出部が、可動部である導入ユニット１１から独立して設けられているので、冷却水導入管７８および冷却水導出管９６を導入ユニット１１の回動に追随させる必要がなくなる。これにより、冷却水導入管７８および冷却水導出管９６に、フレキシビリティの低い、耐圧性の高い配管を用いることが可能となり、冷却水Ｃの供給圧力を環境圧力（燃焼ガスＧの圧力）に関係なく設定できるから、冷却に十分な冷却水Ｃを常に供給することができる。その結果、高温高圧環境下での試験への対応が可能となる。また、冷却水導入管７８および冷却水導出管９６を導入ユニット１１から独立して設けたので、試験設備１を改良して導入ユニット１１を大きな回動角度θ（図１）、例えば３６０°にわたって回動させることも可能となり、計測範囲を容易に拡大することができる。
【００５９】
図３に示すように、導入ユニット３６の軸心部３０のガス導入通路５８、冷却水戻り通路６２および冷却水供給通路６４が同心上に配置されているので、使用するシール材の数が少なくて済み、シール材の不具合の発生を抑えることができる。また、通路の軸心を変えることによる部品点数の増加を避けることができる。
【００６０】
さらに、軸方向に離間したシール部材７６Ａ，６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂによって前記軸心部３０のガス導入通路５８，冷却水戻り通路６２および冷却水供給通路６４と支持ユニット３４の対応する各通路７７、８３、８１がシールされているので、導入ユニット１１の軸心部３０および支持ユニット３４がシール材７６Ａ，６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂによって安定して同心に保持される。
【００６１】
また、第１〜４のシール部材７６Ａ，７６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂの内周面または外周面が、冷却水が流れる通路６２，６４，８１，８３を構成する通路壁に接触しているので、冷却水により第１〜４のシール材７６Ａ，７６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂが冷却され、第１〜４のシール材７６Ａ，７６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂの高温化による不具合の発生を抑えることができる。
【００６２】
軸心部３０と支持ユニット３４はそれぞれ、中心に燃焼ガス通路５０および支持ユニットガス導入通路７７が形成され、周囲に冷却水戻り通路６２、冷却水供給通路６４および支持ユニット内冷却水供給通路８１、支持ユニット内冷却水戻り通路８３が形成されているので、軸心部３０および支持ユニット３４内において、燃焼ガスＧの通路を取り囲むように冷却水Ｃの通路が配置される結果、軸心部３０および支持ユニット３４内のガスが高温化するのを抑制することができる。したがって、燃焼ガスＧの高温から第１および第２シール材７６Ａ，７６Ｂ，Ｏリング８２を保護することができる。特に、低温の冷却水供給通路６４および支持ユニット内冷却水供給通路８１が、これらよりも高温の冷却水戻り通路６２および支持ユニット内冷却水戻り通路８３の外方に設けられているので、軸心部３０および支持ユニット３４の外周部が効果的に冷却される。
【００６３】
さらに、ガス導入通路５８は、導入ユニット１１の軸心本体４０の中心に設けられているから、一様な横断面で形成することができるので、淀み点がなくなり、燃焼ガス性状の正確な計測が可能になる。これに対し、ガス導入通路を導入ユニット１１の軸心本体４０の外側に設けると、ガス導入通路を、冷却通路をまたぐように分岐させる必要があるので、分岐点で通路の横断面形状が急激に変化することから、ガスが淀んだり、煤が付着したりして、燃焼ガスの性状を正確に計測することが困難になる。
【００６４】
図１に示すように、支持ユニット３４は冷却水導入管７８および冷却水導出管９６を介してケーシング４に固定されているので、簡単な構造で支持ユニット３４をケーシング４に安定して支持することができる。これに対し、例えば、仕切り板６に、支持ユニット３４を固定すると、燃焼ガスＧの熱や圧力により仕切り板６が変形して、導入ユニット１１と支持ユニット３４の軸がずれることで、金属のかじりやトラバースの誤差が生じるが、上記構成によれば、そのような不具合は起こらない。
【００６５】
支持ユニット３４は、複数の通路が形成された複雑な形状になるが、図３に示すように、冷却水導入管７８が接続される第１管部７２と、冷却水導出管９６およびガス導出管９８が接続される第２管部７４とで構成しているので、各管部７２，７４の構造を単純化して支持ユニット３４の製造を容易化できる。支持ユニット３４が一体物であると、複数のシール材７６Ａ，７６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂを同時に１つの支持ユニット３４内に入れる必要があるから、組立性が低下する。
【００６６】
さらに、導入ユニット１１および支持ユニット３４の軸Ｃ２方向への移動がナット８８，９０およびストッパ部材９２により規制されているので、燃焼ガスＧの圧力により両ユニット１１、３４が移動しても、両ユニット１１，３４が分離したり、それに伴い第１〜４のシール材７６Ａ，７６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂが外れたりすることが避けられる。また、第１〜４のシール材７６Ａ，７６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂが、燃焼ガスＧの圧力と冷却水Ｃの圧力との差により両ユニット１１，３４が相対移動しても、一方のユニット１１，３４とともに移動して、他方のユニット３４，１１に当たって破損するのを避けることができる。
【００６７】
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。たとえば、上記実施形態では、冷却水導入管７８と冷却水導出管９６とは別々の配管で構成されているが、１つの配管で構成してその内部に２つの通路を形成することもできる。また、冷却媒体として、水以外にエチレングリコーリル，プロピレングリコール等も使用できる。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００６８】
２ サンプリング装置
４ ケーシング
６ 仕切板
８ 上流チャンバ
１０ 下流チャンバ
１１ 導入ユニット
１２ 燃焼器
３０ 軸心部
３０ａ 軸心部の一端部
３０ｂ 軸心部の他端部
３４ 支持ユニット
５０ ユニット外筒
７２ 第１管部
７４ 第２管部
７６Ａ，７６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂ シール材
７７ 支持ユニット内ガス導入通路（ガス連通路）
７８ 冷却水導入管
８１ 支持ユニット内冷却水供給通路（冷却水連通路）
８３ 支持ユニット内冷却水戻り通路（冷却水連通路）
８８，９０ ナット
９２ ストッパ部材
９６ 冷却水導出管
９８ ガス導出管
Ｃ 冷却水
Ｇ 燃焼ガス
Ｋ 駆動機構
ＣＰ（５４，６３，５５，６０） 冷却通路
ＧＰ（５３，５８） ガス導入通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジン用燃焼器から排出される燃焼ガスをサンプリングするサンプリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジン用燃焼器の開発試験において、液冷式のサンプリングプローブを用いて燃焼器出口の温度分布および燃焼ガス成分分布の回転トラバース計測を行なうことが有効である。
【０００３】
一方、近年、地球温暖化をはじめとする環境問題への関心の高まりから、航空機用のジェットエンジンを含むガスタービンエンジンのＣＯ２排出量の低減が強く求められている。ＣＯ２排出量の低減のためには、エンジンの熱効率の向上が一つの方法であり、熱効率向上のためには、燃焼器入口条件の高温高圧化が必要である。それに伴い燃焼器出口条件も高温高圧化の傾向にあり、開発試験で用いられるサンプリングプローブやケーシングへの熱負荷も高まる傾向にある（非特許文献１）。
【０００４】
一般に、トラバース計測用のサンプリングプローブには、燃焼ガスの高温に耐えるため、液冷構造が必要である。従来用いられてきたサンプリングプローブでは、図６に示すように、冷却媒体は回転トラバース中心軸上のボス２００に供給され、サンプリングプローブ２０１内を満たしながら、サンプリングプローブ２０１に設けられたサンプリングノズル２０２の近傍を冷却する。その後、冷却媒体は、プローブ端部に接続されて回転トラバース中心軸方向へ向かうパイプ２０７を通り、サンプリングプローブ２０１の外部に排出される。揺動（トラバース）するサンプリングプローブ２０１までの冷却媒体の供給、およびサンプリングプローブ２０１からの排出はチューブ２０３，２０４を介して行われ、チューブ２０３，２０４のサンプリングプローブ２０１と反対側の端部はケーシング２０６に固定された給排出用のコネクタ２０５に接続される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】宇宙航空研究開発機構研究開発資料（２００６年３月）の図３および図８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６のサンプリング装置の構造では、サンプリングプローブ２０１への冷却媒体の供給および排出箇所は回転トラバースに伴い移動するので、チューブ２０３，２０４はそれに追随できるように、高いフレキシビリティを有する必要がある。しかしながら、フレキシビリティの高いチューブは、一般に強度が低いので、チューブ内外の大きな圧力差に耐えることができない。そのため、チューブ外圧である燃焼ガスの圧力とチューブ内圧である冷却媒体供給圧力が同程度になるような圧力でしか冷却媒体の供給ができず、高温高圧環境下で試験を行うと、冷却媒体不足により耐熱性に問題が生じる可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、高温高圧環境下での試験に耐え得るサンプリング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係るサンプリング装置は、ガスタービンエンジン用燃焼器から排出される燃焼ガスをサンプリングする装置であって、前記燃焼器から排出される燃焼ガスを導入するガス導入通路と前記ガス導入通路を冷却する冷却媒体を流す冷却通路とを有する導入ユニット、前記導入ユニットをその軸心部回りに回動させる駆動機構、および前記導入ユニットの前記ガス導入通路と前記冷却通路のそれぞれに連通するガス連通路と冷却連通路とを有し前記軸心部に回転自在に連結された支持ユニットを備え、前記支持ユニットに、燃焼ガスを外部に導出するガス導出管、冷却媒体を外部から導入する冷却媒体導入管、および冷却媒体を外部に導出する冷却媒体導出管が接続されている。
【０００９】
この構成によれば、冷却媒体導入管および冷却媒体導出管が、固定部である支持ユニットに設けられている、すなわち、冷却媒体の導入・導出部が、可動部である導入ユニットから独立して設けられているので、冷却媒体の導入・導出部を導入ユニットの回動に追随させる必要がなくなる。これにより、冷却媒体の導入・導出部に、フレキシビリティの低い、耐圧性の高い配管を用いることが可能となり、冷却媒体の供給圧力を環境圧力（燃焼ガスの圧力）に関係なく高く設定できるから、冷却に十分な冷却媒体を常に供給することができる。その結果、高温高圧環境下での試験への対応が可能となる。また、冷却媒体の導入・導出部を導入ユニットから独立して設けたので、導入ユニットを大きな回動角範囲、例えば３６０°回動させることも可能となり、計測範囲を拡大することができ、試験効率の向上が図られる。
【００１０】
本発明において、前記導入ユニットの軸心部のガス導入通路と冷却通路が同心上に配置されていることが好ましい。この構成によれば、両通路の軸心が異なる場合と比べて、使用するシール材の数が少なくて済み、シール材の不具合の発生を抑えることができる。また、通路の軸心を変えることによる部品点数の増加を避けることができる。
【００１１】
前記軸心部の各通路が同心上に配置される場合、前記支持ユニットのガス連通路と冷却連通路も同心に配置され、前記導入ユニットの軸心部の各通路と前記支持ユニットの対応する通路との隙間が、軸方向に離間したシール材によってシールされていることが好ましい。この構成によれば、導入ユニットおよび支持ユニットがシール材によって安定して同心に保持される。
【００１２】
シール材を軸方向に離間して配置する場合、前記シール材を前記冷却通路または冷却連通路を構成する通路壁に接触させるのが好ましい。この構成によれば、冷却媒体により通路壁を介してシール材が冷却され、シール材の高温化による不具合の発生を抑えることができる。
【００１３】
本発明において、前記導入ユニットは、中心に前記ガス導入通路が形成され、周囲に前記冷却通路が形成されていることが好ましい。この構成によれば、導入ユニット内で、ガス連通路を取り囲むように冷却媒体連通路が配置されているので、燃焼ガスの高温によって導入ユニット内のガスが高温化することが抑制され、さらに、ガス導入通路を一様な横断面で形成することができるので、淀み点がなくなり、燃焼ガス性状の正確な計測が可能になる。これに対し、ガス導入通路を外側に設けると、ガス導入通路を、冷却通路をまたぐように分岐させる必要があるので、分岐点で通路の横断面形状が急激に変化することから、ガスが淀んだり、煤が付着したりして、燃焼ガスの性状を正確に計測することが困難になる。
【００１４】
本発明において、前記導入ユニットを収納するケーシングに前記支持ユニットが固定されていることが好ましい。さらに好ましくは、前記冷却媒体導入管および冷却媒体導出管により前記支持ユニットが、前記ケーシングに取り付けられている。この構成によれば、簡単な構造で、支持ユニットを安定して支持することができる。これに対し、例えば、上流チャンバ（燃焼器室）と下流チャンバ（サンプリング室）とを区画する仕切り板に、支持ユニットを固定すると、燃焼ガスの熱や圧力により仕切り板が変形して、導入ユニットと支持ユニットの軸がずれることで、金属のかじりやトラバースの誤差が生じる。
【００１５】
本発明において、前記支持ユニットが、冷却媒体の流入側の第１管部と、冷却媒体の流出側およびガス導出用の第２管部とを有していることが好ましい。この構成によれば、支持ユニットの製造が容易になる。支持ユニットが一体物であると、同時に挿入されるシール材の数が多くなるので、組立性が低下する。
【００１６】
本発明において、前記導入ユニットと前記支持ユニットとの軸方向への相対移動が、前記導入ユニットに螺合したナットと前記導入ユニットに設けたストッパ部材とにより規制されていることが好ましい。この構成によれば、燃焼ガスの圧力と冷却媒体の圧力との差により両ユニットが相対移動しても、両ユニットが分離したり、それに伴いシール材が外れたりすることが避けられる。また、シール材が、一方のユニットとともに移動して、他方のユニットに当たって破損するのを避けることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のサンプリング装置によれば、冷却媒体導入管および冷却媒体導出管が、固定部である支持ユニットに設けられて、可動部である導入ユニットから独立して設けられているので、冷却媒体導入管および冷却媒体導出管を導入ユニットの回動に追随させる必要がなくなる。これにより、冷却媒体導入管および冷却媒体導出管として、フレキシビリティの低い、耐圧性の高い配管を用いることが可能となるので、冷却媒体の供給圧力を高く設定して、冷却に十分な冷却媒体を常に供給することができる。その結果、高温高圧環境下での試験への対応が可能となる。また、冷却媒体導入管および冷却媒体導出管を導入ユニットから独立して設けたので、導入ユニットの回動範囲を大きくして、計測範囲を拡大することができ、試験効率の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るサンプリング装置を備えたガスタービンエンジンの燃焼器の試験設備を燃焼器の下流側から見た図である。
【図２】同試験設備のII−II線断面図である。
【図３】同上サンプリング装置の要部を拡大して示す縦断面図である。
【図４】同上サンプリング装置のシール部を拡大して示す縦断面図である。
【図５】同試験設備のウォータジャケットを示す斜視図である。
【図６】従来のサンプリング装置を備えたガスタービンエンジンの燃焼器の試験設備を燃焼器の下流側から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るサンプリング装置２を備えたガスタービンエンジン用の燃焼器の試験設備１を示している。試験設備１は、その外郭を形成する筒状のケーシング４に、ボルト１００によって円形の仕切板６が取り付けられ、図２に示すように、仕切板６によりケーシング４の内部が、水平な軸心Ｃ１を持つ上流チャンバ８と下流チャンバ１０とに区画されている。上流チャンバ８にはガスタービンエンジンのセクタ型の燃焼器１２が配置され、下流チャンバ１０内に燃焼器１２からの燃焼ガスGを導入する導入ユニット１１が配置されている。導入ユニット１１は軸心部３０と燃焼ガスGを導入する導入部３６とを有している。燃焼器１２は、図示しない圧縮機から供給される圧縮空気に燃料を混合して燃焼させ、その燃焼により発生する高温・高圧の燃焼ガスＧを、仕切板６に形成された円弧状の燃焼器出口１４を介して下流チャンバ１０に送る。この試験設備１は、図１に示すように、燃焼器１２の一部分である３つの燃料噴射ユニット１３を含んでいる。実際のガスタービンエンジンのアニュラー型燃焼器では、例えば、１４個の燃料噴射ユニットを備えている。
【００２０】
図２に示す下流チャンバ１０内でケーシング４の内周面に近接して筒状のヒートシールド１６が配置され、その一端部（前端部）が複数のボルト（図示せず）により仕切板６に取り付けられて、ケーシング４の熱シールドを行っている。ヒートシールド１６の他端部（後端部）は上流チャンバ８と反対側に開口している。ヒートシールド１６の内面にはウォータジャケット１８の前部側が配置されている。ウォータジャケット１８の後部側は、ヒートシールド１６から後方へ突出しており、ヒートシールド１６およびウォータジャケット１８と、ケーシング４との間に、断熱材２４が充填されている。ウォータジャケット１８の詳細については、後述する。
【００２１】
仕切板６の下部に、ケーシング４の軸心Ｃ１と平行な円形の軸受孔２６が形成され、この軸受孔２６にシール部材２７を介して導入ユニット１１の軸心部３０の一端部３０ａが回転自在に支持されている。回転部３０の他端部３０ｂは、ケーシング４に固定された支持ユニット３４により回転自在に支持されている。このように、軸心部３０は両端で安定して支持されている。この一端部３０ａは上流チャンバ８内に突出し、連結シャフト３２、歯車機構３３および駆動シャフト３１を介して、電動モータのような駆動機３５に連結されている。これら連結シャフト３２、歯車機構３３、駆動シャフト３１および駆動機３５が駆動機構Ｋを形成する。軸心部３０は軸心本体４０が下流チャンバ１０内に位置し、軸心部３０の一端部３０ａを形成するエンド部材３８が、中間部材４２を介して軸心本体４０に連結されている。
【００２２】
図３に示すように、エンド部材３８の一端部は、複数のボルト１０２によって連結シャフト３２に連結されている。エンド部材３８の他端部の中央部分には、一端側へ凹入した凹入部４６が形成され、この凹入部４６に中間部材４２の胴部４２ａが嵌合され、胴部４２ａを貫通した締結部材の一例であるボルト１０４がエンド部材３８に設けられたねじ孔にねじ込まれることにより、中間部材４２がエンド部材３８に連結されている。
【００２３】
中間部材４２の径方向外方に突出したフランジ部４２ｂとエンド部材３８の他端面との間に、環状の調整部材４４を１枚以上介在させ、調整部材４４の枚数を変更することにより、軸心部３０、より具体的には導入部３６の軸方向位置が調整される。
【００２４】
軸心本体４０の一端部４０ａと中間部材４２とは、軸方向に突出する環状の突片同士が径方向の内外に重合されて、複数の止めねじ１０６によって連結されている。これにより、エンド部材３８、軸心本体４０および中間部材４２が連結されて、軸心部３０が構成される。導入部３６は、軸心部３０に溶接のような手段により固定されており、駆動機構Ｋから伝達される駆動力により軸心部３０が回転し、これに伴い導入部３６が、図１の回動角度θ内において、往復回動する。
【００２５】
図３に示す軸心本体４０の内部は、中心部に燃焼ガス通路５８が形成され、燃焼ガス通路５８の周囲に、冷却媒体である冷却水Ｃが通る冷却水通路６０が形成されている。冷却水通路６０は径方向内側の環状の冷却水戻り通路６２と、径方向外側の環状の冷却水供給通路６４とからなる。具体的には、軸心本体４０は、外側の冷却水供給通路６４を覆う外筒部６６と、内側の冷却水戻り通路６２を覆う中間部６８と、内部に燃焼ガス通路５８が形成された内筒部７０とを有している。
【００２６】
軸心本体４０の他端部４０ｂは、固定部である支持ユニット３４に支持されている。支持ユニット３４は、軸方向一端部側の第１管部７２と、他端部側の第２管部７４とを有している。第１管部７２と第２管部７４は互いに嵌合されて、第２管部７４に挿通した締結部材の一例であるボルト１１４を、第１管部７２に設けたねじ孔にねじ込むことにより連結されている。この実施形態では、ボルト１１４により、第１管部７２と第２管部７４との連結部分を外周から覆う円筒状のカバー６７が共締めされている。このカバー６７は、後述するＯリング８２を下流チャンバ１０内の燃焼ガスＧの高温から保護している。第１管部７２は円筒状の部材であり、軸心本体４０の外筒部６６の外周面および中間筒部６８の外周面との間にそれぞれ、低摩擦・高耐熱の第１および第２のシール部材７６Ａ、７６Ｂが装着されている。
【００２７】
図４に示すように、第１管部７２と外筒部６６の外周面との間の第１のシール部材７６Ａは、軸心部３０の冷却水供給通路６４と後述する第１管部７２の支持ユニット内冷却水供給通路８１との隙間をシールする。さらに、第１のシール部材７６Ａは、下流チャンバ１０内のガス雰囲気と上記各冷却水供給通路６４，８１とを仕切っており、供給冷却水の圧力よりもガス雰囲気の圧力が高いことを想定した向き（図４の左側）に指向性を持っている。具体的には、シール部材７６Ａは、断面形状が高圧側（図４の左側）を向いたＵ字形の、樹脂からなる環状のカバー部７６Ａａと、Ｕ字形のカバー部７６Ａａの内部に組み込まれた環状のコイルスプリングからなるスプリング部７６Ａｂとを有している。この実施形態では、樹脂としてテフロン（登録商標）が用いられているが、これに限定されない。
【００２８】
カバー部７６Ａａの開口は、軸心Ｃ２に平行な方向であって、第１管部７２の内周面と外筒部６６の外周面間との隙間のうち、下流チャンバ１０に連通している側を向いている。これにより、下流チャンバ１０内の高圧のガス雰囲気が作用しても、Ｕ字形のカバー部７６Ａａの内外２つのリップが開くように変形して隙間をシールする。さらに、カバー部７６Ａａの基部の背面（図４の右側）と第１管部７２との間に、樹脂製のバックアップリング７６Ａｃが挿入されている。バックアップリング７６Ａｃは、カバー部７６Ａａが高温に長時間さられることでクリープ変形を生じて、シールすべき隙間に流れ込むのを避けるために設置される。
【００２９】
第１管部７２の内周面と中間筒部６８の外周面との間の第２のシール部材７６Ｂは、軸心部３０の冷却水戻り通路６２と後述する支持ユニット３４の第１管部７２内の冷却水戻り通路８３との隙間をシールする。さらに、第２のシール部材７６Ｂは、冷却水戻り通路６２と冷却水供給通路６４とを仕切っており、戻り冷却水の圧力よりも供給冷却水の圧力が高いことを想定した向き（図４の左側）に指向性を持っており、シール部材７６Ａと同様に、カバー部７６Ｂａとスプリング部７６Ｂｂとを有し、カバー部７６Ｂａの基部の背面（図４の右側）と第１管部７２との間に、バックアップリング７６Ｂｃが挿入されている。カバー部７６Ｂａの開口は、軸心Ｃ２に平行な方向であって、第１管部７２の内周面と中間筒部６８の外周面間との隙間のうち、冷却水供給通路６４に連通している側を向いている。
【００３０】
図３に示す第１管部７２の一端部７２ａは、軸心本体４０の外周面に突設されたストッパ部材９２に近接している。これにより、支持ユニット３４が一端側に移動しても、各シール部材７６Ａ，７６Ｂが、導入ユニット１１の軸心部３０に当たって、損傷しないように設定されている。
【００３１】
第１管部７２の他端部７２ｂには、一端側（左側）に向かって凹入した環状凹部８０が形成されている。第２管部７４は、有底筒状の部材で、開口側である一端部７４ａが、第１管部７２の環状凹部８０に挿入され、一端部７４ａの内周面と環状凹部８０の側壁との間がOリング８２により、下流チャンバ１０内のガス雰囲気と冷却水戻り通路６２がシールされている。また、環状凹部８０にＯリング８２を設置することで、下流チャンバ１０内の高温がＯリング８２に伝わりにくくしている。
【００３２】
第２管部７４の有底部側である他端部７４ｂには、嵌合凹部７３を形成する突出部７４ｃが設けられており、この嵌合凹部７３に内筒部７０の先端部７０ａ、つまり軸心本体４０の他端部４０ｂが嵌合され、嵌合凹部７３の内周面と内筒部７０の先端部７０ａの外周面との間に低摩擦・高耐熱の第３および第４のシール部材８６Ａ，８６Ｂが装着されている。第４シール部材８６Ｂは、前記ストッパ部材９２により、支持ユニット３４の第２管部７４の他端部７４ｂに当たって、損傷しないように設定されている。
【００３３】
図４に示すように、第３および第４のシール部材８６Ａ，８６Ｂは、軸心部３０の燃焼ガス通路５８と後述する支持ユニット内ガス導入通路７７との隙間をシールしており、いずれも冷却水戻り通路６２と燃焼ガス通路５８とを仕切っている。第３および第４のシール部材８６Ａ，８６Ｂも、第１および第２のシール部材７６Ａ、７６Ｂと同様に、カバー部８６Ａａ，８６Ｂａとスプリング部８６Ａｂ，８６Ｂｂとを有しているが、各カバー部８６Ａａ，８６Ｂａの開口は、軸心Ｃ２に平行な方向であって、互いに逆側に向いている。これにより、冷却水戻り通路６２内の圧力と燃焼ガス通路５８内の圧力のどちらが高くても対応できるようになっている。
【００３４】
また、嵌合凹部７３を形成する筒状壁７１は一端側（左側）へ延出されており、この筒状壁７１の内周面と内筒部７０の外周面との間に第３のシール部材８６Ａが介装されている。冷却水戻り通路８３の他端は、他端側（図４の右側）へ深く延出した通路となっており、これによって、筒状壁７１が広い面積で、冷却水戻り通路８３を流れる温度の低い供給冷却水Ｃと接するから、筒状壁７１を介して第３および第４のシール部材８６Ａ，８６Ｂの冷却が促進される。
【００３５】
本実施形態では、第４のシール部材８６Ｂのカバー部８６Ｂａの基部の背面（図４の左側）にのみ、バックアップリング８６Ｂｃが挿入されているが、両方のシール部材８６Ａ，８６Ｂに設けてもよく、また、第３のシール部材８６Ａのみに設けてもよく、あるいは両方に設けなくてもよい。同図に示すように、各シール部材７６Ａ、７６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂは軸心Ｃ２方向に離間して同心軸上に配置されている。これにより、各シール部材７６Ａ、７６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂがストレスなく摺動し、導入ユニット１１の軸心部３０と支持ユニット３４とが安定して保持される。
【００３６】
図３の軸心本体４０の内筒部７０の先端部７０ａと第２管部７４の嵌合凹部７３の底面との間には、隙間７７が設けられている。この隙間７７は内筒部７０内部の燃焼ガス通路５８と連通している。つまり、隙間７７は前記支持ユニット内ガス導入通路７７を構成する。
【００３７】
軸心本体４０の内筒部７０における第２管部７４に嵌合される部分よりも一端部寄り（左側）の外周面に、雄ねじ７０ｂが形成されている。この雄ねじ７０ｂに、外径の大きい第１のナット８８と外径の小さい第２のナット９０とが螺合されており、このダブルナット構造により第１管部７２が軸心本体４０に対して一端側（左側）に押圧されている。第１管部７２は、冷却水供給通路６４内の高圧の冷却水により他端側（右側）へ押圧されて、ダブルナットによる押圧力とバランスし、第１管部７２の軸方向位置が決まる。これらのナット８８，９０とストッパ部材９２により、第１管部７２および第２管部が軸心部３０から外れるのが防がれる。
【００３８】
第１のナット８８には、軸方向に貫通した複数の貫通孔９４が周方向に等間隔で設けられ、この貫通孔９４を介して第２管部７４の内部空間８３と冷却水戻り通路６２とが連通している。つまり、内部空間８３が前記支持ユニット内の冷却水戻り通路８３を形成している。
【００３９】
第１管部７２の外周面には、冷却水Ｃを導入する冷却水導入口７２ｃが設けられ、冷却水導入口７２ｃに冷却水導入管７８が接続されている。冷却水導入管７８は、例えば鋼管のような高剛性の材料で構成され、ケーシング４（図１）に取り付けられている。つまり、支持ユニット３４の第１管部７２は、冷却水導入管７８によりケーシング４に取り付けられている。この冷却水導入管７８には、ケーシング４の外部から冷却水Ｃが供給される。冷却水導入管７８は、第１管部７２に形成された前記支持ユニット内冷却水供給通路８１を介して軸心本体４０の冷却水供給通路６４に連通している。この実施形態では、第１管部７２の外周面の一部が内側に凹入し、別体の蓋部材９５で該凹入部に蓋をすることで、環状の支持ユニット内冷却水供給通路８１が形成され、前記蓋部材９５に冷却水導入口７２ｃが形成されている。
【００４０】
図４に示すように、環状の支持ユニット内冷却水供給通路８１は一端側（左側）に延出した通路となっており、この延出した部分を形成する第１管部７２の一端部７２ａ近傍通路壁内周面と外筒部６６の外周面との間に、前記第１のシール部材７６Ａが介装されている。このように、第１のシール部材７６Ａの外周面および内周面がそれぞれ、支持ユニット内冷却水供給通路８１の内側の通路壁である内壁の内周面および冷却水供給通路６４の外壁（外筒６６）の外周面に当接するから、両通路８１，６４を流れる温度の低い供給冷却水Ｃにより、第１のシール部材７６Ａが冷却される。
【００４１】
また、冷却水供給通路６４の上流端部（他端側）に連なる支持ユニット内冷却水供給通路８１の下流端部の内壁は、第１管部７２から一端側へ突出した筒状の突出壁７９（通路壁）により形成されている。この筒状の突出壁７９の内周面と中間筒部６８の外周面との間に、前記第２のシール部材７６Ｂが介装されている。このように、第２のシール部材７６Ｂの外周面が、冷却水供給通路６４の内壁（突出壁７９）の内周面に当接するから、冷却水供給通路６４を流れる温度の低い供給冷却水により、第２のシール部材７６Ｂが冷却される。
【００４２】
図３の第２管部７４の他端部７４ｂ寄りの外周面には、冷却水Ｃを導出する冷却導出口７４ｄが設けられ、冷却水導出口７４ｄに冷却水導出管９６が接続されている。冷却水導出管９６は、例えば鋼管のような高剛性の材料で構成され、ケーシング４（図１）に支持されている。つまり、支持ユニット３４の第２管部７４は、冷却水導出管９６によりケーシング４に取り付けられている。この冷却水導出管９６は、冷却水戻り通路６２から支持ユニット内の冷却水戻り通路８３に流入した冷却水Ｃをケーシング４の外部へ排出する。
【００４３】
第２管部７４の底壁の突出部７４ｃの周壁には、燃焼ガスＧを導出するガス導出口７５ｃが設けられ、ガス導出口７５ｃにガス導出管９８が接続されている。ガス導出管９８は、例えば鋼管のような高剛性の材料で構成され、ケーシング４（図１）に支持されている。このガス導出管９８は、ケーシング４の外部へ燃焼ガスＧを導出する。ガス導出管９８は前記支持ユニット内ガス導入通路７７を介して軸心部３０内の燃焼ガス通路５８と連通している。これら冷却水導入管７８、冷却水導出管９６およびガス導出管９８は、図１に示すように、ケーシング４に設けたコネクタ部９３，９５，９７に連結されて、外部と接続されている。
【００４４】
図２に示すように、導入部３６は、軸心部３０から径方向外方に延びて外壁を形成する円筒状のユニット外筒５０を有し、このユニット外筒５０の内側に、ガス導入管５１と、冷却水導入用の内筒５２とが配置されている。ユニット外筒５０の先端部は閉止部材５６により閉止されている。
【００４５】
ガス導入管５１の内部には燃焼ガスＧが流れるガス通路５３が形成され、内筒５２の内部には導入部３６の先端側（サンプリング装置２の径方向外方）に冷却水Ｃを送る冷却水供給通路５４が形成されている。ユニット外筒５０における閉止部材５６の近傍には支持板５７が固定されており、ユニット外筒５０内を、先端側の冷却水折り返し空間６３と、基端側のガス導入管収納空間５５とに区画している。支持板５７に、内筒５２の先端部（下流端部）が貫通して冷却水折り返し空間６３に連通している。また、支持板５７には複数の貫通孔５７ａが形成されており、内筒５２内の冷却水供給通路５４を通って冷却水折り返し空間６３に入った冷却水が、支持板５７の貫通孔５７ａを通って、ガス導入管収納空間５５内に入り、ガス導入管５１を冷却する。このガス導入管収納空間５５は、冷却水戻り通路５５を形成している。これにより、高温の燃焼ガスＧから導入部３６を構成する部材を保護することができる。
【００４６】
支持板５７は、冷却水折り返し後の冷却水の流れ方を規定する役割を持っている。また、支持板５７におけるガス導入管収納空間５５側の面には、軸心Ｃ３方向に延びるブロック６１が取り付けられ、このブロック６１により冷却水戻り通路５５の通路断面積が小さくなり、その結果、冷却水戻り通路５５内を流れる冷却水Ｃの流速が増して、冷却能力が高くなる。
【００４７】
これらユニット外筒５０、ガス導入管５１および内筒５２の基端部は、軸心本体４０に溶接のような固着手段で固定されている。導入部３６内のガス通路５３、冷却水供給通路５４および冷却水戻り通路５５は、図３に示す軸心本体４０の燃焼ガス通路５８、冷却水供給通路６４および冷却水戻り通路６２にそれぞれ接続されている。こうして、ガス導入管５１内のガス通路５３と軸心部３０内の燃焼ガス通路５８とにより、導入ユニット１１内のガス導入通路ＧＰが形成され、内筒５２内の冷却水供給通路５４およびユニット外筒５０内の冷却水戻り通路５５、冷却水折り返し空間６３（図２）と軸心部３０内の冷却水通路６０とにより、導入ユニット１１内の冷却通路ＣＰが形成されている。
【００４８】
図２に示すユニット外筒５０の外周面の上流側（先端側）における支持板５７よりも若干基端側に、仕切板６の燃焼器出口１４に対向するようにサンプリング開口５９が形成されている。また、ユニット外筒５０の外周面には、燃焼ガスＧの温度を計測する熱電対からなる温度センサ８４（図１）を取り付ける温度センサ取付座８５が固着されている。この実施形態では、温度センサ取付座８５は、サンプリング開口５９よりも若干基端側で導入部３６の後側に位置している。
【００４９】
ガス導入管５１の先端は支持板５７よりも若干基端側に位置している。ガス導入管５１の先端に、サンプリング開口５９に嵌合されたノズルブロック８７が装着されている。ノズルブロック８７とサンプリング開口５９との間はシールされている。ノズルブロック８７には、ケーシング４の軸心Ｃ１と平行な前後方向に延びてガス通路５３に連通する貫通孔であるサンプリングノズル６９が形成されている。この実施形態では、サンプリングノズル６９はガス導入管５１の軸方向に等間隔で５つ設けられているが、数量はこれに限定されない。燃焼器１２が排出した燃焼ガスＧをガス通路５３に取り込む。ガス導入管５１におけるノズルブロック８７が装着された先端部は、ユニット外筒５０内における上流側に位置し、この先端部を除くガス導入管５１の主要部は、先端部から屈曲して後側に偏位し、ユニット外筒５０の軸心Ｃ３付近に位置している。
【００５０】
つぎに、前述したウォータジャケット１８について説明する。ウォータジャケット１８は、ヒートシールド１６の他端側からヒートシールド１６の内面における開口近傍に向かって円筒状に巻かれた第１チューブ２０と前記開口からヒートシールド１６の軸方向中央部近傍まで巻かれた第２チューブ２２とを有している。第１チューブ２０はヒートシールド１６から連なる外壁としての機能を果たしており、第１チューブ２０の巻径は一端側に向かうにつれて大きくなっている。
【００５１】
図５に示すように、ウォータジャケット１８の第１チューブ２０と第２チューブ２２は、例えば鋼製のパイプからなり、共通の冷却水供給口から水Ｗが供給される。具体的には、ケーシング４（図１）外部から冷却水供給路３７を通って送られた水Ｗが、ヒートシールド１６に取り付けられた分岐導入部３９に導入され、第１通路４１と第２通路４３とに分かれ、第１通路４１が第１チューブ２０の一端側（図５の上側）に設けられた第１供給口４５に接続され、第２通路４３が第２チューブ２２の一端側（図５の下側）に設けられた第２供給口４７に接続されている。
【００５２】
第１供給口４５から第１チューブ２０に供給された水Ｗは、第１チューブ２０の他端側（図５の下側）に設けられた第１排出口４８から取り出されてケーシング４の外部に排出される。第２供給口４７から第２チューブ２２に供給された水Ｗは、第２チューブ２２の他端側（図５の下側）に設けられた第２排出口４９から取り出されてケーシング４の外部に排出される。
【００５３】
図２に示すウォータジャケット１８によれば、水Ｗは共通の冷却水供給路３７の１系統から供給され、分岐導入部３９により２系統に分岐されて、分岐後は合流することなく２箇所から排出される。これにより、パイプ全長の長いウォータジャケット１８でありながら、冷却水供給口４５，４７から排出口４８，４９までの長さを短くすることができ、その結果、冷却機能を強化しつつ、水Ｗがパイプの途中で沸騰することを防ぐことができる。さらに、第２チューブ２２の径方向外側にはヒートシールド１６を設け、図２に示すように、第１チューブ２０とケーシング４との間には断熱材２４が充填されているので、燃焼ガスＧの熱からケーシング４が保護され、高温高圧環境下での試験を可能としている。
【００５４】
つぎに、上記試験設備１の動作について説明する。図２の燃焼器１２から排出された燃焼ガスＧは、仕切板６の燃焼器出口１４を通って下流チャンバ１０に入る。下流チャンバ１０に入った燃焼ガスＧの一部は、導入部３６のサンプリングノズル６９からガス通路５３に取り込まれる。
【００５５】
ガス通路５３に取り込まれた燃焼ガスＧは、図３に示す軸心部３０の軸心本体４０に形成された燃焼ガス通路５８に入り、つづいて、支持ユニット３４の第２管部７４に設けられた支持ユニット内ガス導入通路７７に入り、第２管部７４に接続されたガス導出管９８を通ってケーシング４の外部に導出され、分析装置（図示せず）に供給される。
【００５６】
導入ユニット１１は、図２の駆動機構Ｋにより、軸心部３０の軸心Ｃ２の回りに回動される。その回動角度θは、図１の例では、約７５°である。導入部３６は、この角度範囲内で移動しながら燃焼ガスＧをサンプリングする。同時に、導入部３６に固定された温度センサ８４が回動して、燃焼ガスＧの温度を測定する。
【００５７】
冷却水Ｃは、図３の支持ユニット３４の第１管部７２に接続された冷却水導入管７８を介して、ケーシング４の外部から第１管部７２に形成された支持ユニット内冷却水供給通路８１に供給される。支持ユニット内冷却水供給通路８１に供給された冷却水Ｃは、軸心本体４０に形成された冷却水供給通路６４を経て、図２の導入部３６内に入り、ガス導入管５１を冷却する。導入ユニット１１の導入部３６を出た冷却水Ｃは、図３に示す軸心本体４０に形成された冷却水戻り通路６２に流入し、第１のナット８８に設けられた貫通孔９４を通って支持ユニット３４の第２管部７４に形成された支持ユニット冷却水戻り通路８３に入る。支持ユニット冷却水戻り通路８３に入った冷却水Ｃは、第２管部７４に接続された冷却水導出管９６を介してケーシング４の外部に排出される。
【００５８】
上記構成において、図２の冷却水導入管７８および冷却水導出管９６が、固定部である支持ユニット３４に設けられている、すなわち、冷却水Ｃの導入・導出部が、可動部である導入ユニット１１から独立して設けられているので、冷却水導入管７８および冷却水導出管９６を導入ユニット１１の回動に追随させる必要がなくなる。これにより、冷却水導入管７８および冷却水導出管９６に、フレキシビリティの低い、耐圧性の高い配管を用いることが可能となり、冷却水Ｃの供給圧力を環境圧力（燃焼ガスＧの圧力）に関係なく設定できるから、冷却に十分な冷却水Ｃを常に供給することができる。その結果、高温高圧環境下での試験への対応が可能となる。また、冷却水導入管７８および冷却水導出管９６を導入ユニット１１から独立して設けたので、試験設備１を改良して導入ユニット１１を大きな回動角度θ（図１）、例えば３６０°にわたって回動させることも可能となり、計測範囲を容易に拡大することができる。
【００５９】
図３に示すように、導入ユニット３６の軸心部３０のガス導入通路５８、冷却水戻り通路６２および冷却水供給通路６４が同心上に配置されているので、使用するシール材の数が少なくて済み、シール材の不具合の発生を抑えることができる。また、通路の軸心を変えることによる部品点数の増加を避けることができる。
【００６０】
さらに、軸方向に離間したシール部材７６Ａ，６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂによって前記軸心部３０のガス導入通路５８，冷却水戻り通路６２および冷却水供給通路６４と支持ユニット３４の対応する各通路７７、８３、８１がシールされているので、導入ユニット１１の軸心部３０および支持ユニット３４がシール材７６Ａ，６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂによって安定して同心に保持される。
【００６１】
また、第１〜４のシール部材７６Ａ，７６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂの内周面または外周面が、冷却水が流れる通路６２，６４，８１，８３を構成する通路壁に接触しているので、冷却水により第１〜４のシール材７６Ａ，７６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂが冷却され、第１〜４のシール材７６Ａ，７６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂの高温化による不具合の発生を抑えることができる。
【００６２】
軸心部３０と支持ユニット３４はそれぞれ、中心に燃焼ガス通路５０および支持ユニットガス導入通路７７が形成され、周囲に冷却水戻り通路６２、冷却水供給通路６４および支持ユニット内冷却水供給通路８１、支持ユニット内冷却水戻り通路８３が形成されているので、軸心部３０および支持ユニット３４内において、燃焼ガスＧの通路を取り囲むように冷却水Ｃの通路が配置される結果、軸心部３０および支持ユニット３４内のガスが高温化するのを抑制することができる。したがって、燃焼ガスＧの高温から第１および第２シール材７６Ａ，７６Ｂ，Ｏリング８２を保護することができる。特に、低温の冷却水供給通路６４および支持ユニット内冷却水供給通路８１が、これらよりも高温の冷却水戻り通路６２および支持ユニット内冷却水戻り通路８３の外方に設けられているので、軸心部３０および支持ユニット３４の外周部が効果的に冷却される。
【００６３】
さらに、ガス導入通路５８は、導入ユニット１１の軸心本体４０の中心に設けられているから、一様な横断面で形成することができるので、淀み点がなくなり、燃焼ガス性状の正確な計測が可能になる。これに対し、ガス導入通路を導入ユニット１１の軸心本体４０の外側に設けると、ガス導入通路を、冷却通路をまたぐように分岐させる必要があるので、分岐点で通路の横断面形状が急激に変化することから、ガスが淀んだり、煤が付着したりして、燃焼ガスの性状を正確に計測することが困難になる。
【００６４】
図１に示すように、支持ユニット３４は冷却水導入管７８および冷却水導出管９６を介してケーシング４に固定されているので、簡単な構造で支持ユニット３４をケーシング４に安定して支持することができる。これに対し、例えば、仕切り板６に、支持ユニット３４を固定すると、燃焼ガスＧの熱や圧力により仕切り板６が変形して、導入ユニット１１と支持ユニット３４の軸がずれることで、金属のかじりやトラバースの誤差が生じるが、上記構成によれば、そのような不具合は起こらない。
【００６５】
支持ユニット３４は、複数の通路が形成された複雑な形状になるが、図３に示すように、冷却水導入管７８が接続される第１管部７２と、冷却水導出管９６およびガス導出管９８が接続される第２管部７４とで構成しているので、各管部７２，７４の構造を単純化して支持ユニット３４の製造を容易化できる。支持ユニット３４が一体物であると、複数のシール材７６Ａ，７６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂを同時に１つの支持ユニット３４内に入れる必要があるから、組立性が低下する。
【００６６】
さらに、導入ユニット１１および支持ユニット３４の軸Ｃ２方向への移動がナット８８，９０およびストッパ部材９２により規制されているので、燃焼ガスＧの圧力により両ユニット１１、３４が移動しても、両ユニット１１，３４が分離したり、それに伴い第１〜４のシール材７６Ａ，７６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂが外れたりすることが避けられる。また、第１〜４のシール材７６Ａ，７６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂが、燃焼ガスＧの圧力と冷却水Ｃの圧力との差により両ユニット１１，３４が相対移動しても、一方のユニット１１，３４とともに移動して、他方のユニット３４，１１に当たって破損するのを避けることができる。
【００６７】
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。たとえば、上記実施形態では、冷却水導入管７８と冷却水導出管９６とは別々の配管で構成されているが、１つの配管で構成してその内部に２つの通路を形成することもできる。また、冷却媒体として、水以外にエチレングリコーリル，プロピレングリコール等も使用できる。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００６８】
２ サンプリング装置
４ ケーシング
６ 仕切板
８ 上流チャンバ
１０ 下流チャンバ
１１ 導入ユニット
１２ 燃焼器
３０ 軸心部
３０ａ 軸心部の一端部
３０ｂ 軸心部の他端部
３４ 支持ユニット
５０ ユニット外筒
７２ 第１管部
７４ 第２管部
７６Ａ，７６Ｂ，８６Ａ，８６Ｂ シール材
７７ 支持ユニット内ガス導入通路（ガス連通路）
７８ 冷却水導入管
８１ 支持ユニット内冷却水供給通路（冷却水連通路）
８３ 支持ユニット内冷却水戻り通路（冷却水連通路）
８８，９０ ナット
９２ ストッパ部材
９６ 冷却水導出管
９８ ガス導出管
Ｃ 冷却水
Ｇ 燃焼ガス
Ｋ 駆動機構
ＣＰ（５４，６３，５５，６０） 冷却通路
ＧＰ（５３，５８） ガス導入通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン用燃焼器から排出される燃焼ガスをサンプリングする装置であって、
前記燃焼器から排出される燃焼ガスを導入するガス導入通路と、前記ガス導入通路を冷却する冷却媒体を流す冷却通路とを有する導入ユニット、
前記導入ユニットをその軸心部回りに回動させる駆動機構、および
前記導入ユニットの前記ガス導入通路と前記冷却通路のそれぞれに連通するガス連通路と冷却連通路とを有し、前記軸心部に回転自在に連結された支持ユニットを備え、
前記支持ユニットに、燃焼ガスを外部に導出するガス導出管、冷却媒体を外部から導入する冷却媒体導入管、および冷却媒体を外部に導出する冷却媒体導出管が接続されているサンプリング装置。
【請求項２】
請求項１において、前記導入ユニットの軸心部のガス導入通路と冷却通路が同心上に配置されているサンプリング装置。
【請求項３】
請求項２において、前記支持ユニットのガス連通路と冷却連通路が同心に配置され、前記導入ユニットの軸心部の各通路と前記支持ユニットの対応する通路との隙間が、軸方向に離間したシール材によってシールされているサンプリング装置。
【請求項４】
請求項３において、前記シール材が前記冷却通路または冷却連通路を構成する通路壁に接触しているサンプリング装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項において、前記導入ユニットは、中心に前記ガス導入通路が形成され、周囲に前記冷却通路が形成されているサンプリング装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項において、前記導入ユニットを収納するケーシングに前記支持ユニットが固定されているサンプリング装置。
【請求項７】
請求項６において、前記冷却媒体導入管および前記冷却媒体導出管により前記支持ユニットが、前記ケーシングに取り付けられているサンプリング装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項において、前記支持ユニットが、冷却媒体の流入側の第１管部と、冷却媒体の流出側およびガス導出用の第２管部とを有しているサンプリング装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項において、前記導入ユニットと前記支持ユニットとの軸方向への相対移動が、前記導入ユニットに螺合したナットと前記導入ユニットに設けたストッパ部材とにより規制されているサンプリング装置。
【請求項１】
ガスタービンエンジン用燃焼器から排出される燃焼ガスをサンプリングする装置であって、
前記燃焼器から排出される燃焼ガスを導入するガス導入通路と、前記ガス導入通路を冷却する冷却媒体を流す冷却通路とを有する導入ユニット、
前記導入ユニットをその軸心部回りに回動させる駆動機構、および
前記導入ユニットの前記ガス導入通路と前記冷却通路のそれぞれに連通するガス連通路と冷却連通路とを有し、前記軸心部に回転自在に連結された支持ユニットを備え、
前記支持ユニットに、燃焼ガスを外部に導出するガス導出管、冷却媒体を外部から導入する冷却媒体導入管、および冷却媒体を外部に導出する冷却媒体導出管が接続されているサンプリング装置。
【請求項２】
請求項１において、前記導入ユニットの軸心部のガス導入通路と冷却通路が同心上に配置されているサンプリング装置。
【請求項３】
請求項２において、前記支持ユニットのガス連通路と冷却連通路が同心に配置され、前記導入ユニットの軸心部の各通路と前記支持ユニットの対応する通路との隙間が、軸方向に離間したシール材によってシールされているサンプリング装置。
【請求項４】
請求項３において、前記シール材が前記冷却通路または冷却連通路を構成する通路壁に接触しているサンプリング装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項において、前記導入ユニットは、中心に前記ガス導入通路が形成され、周囲に前記冷却通路が形成されているサンプリング装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項において、前記導入ユニットを収納するケーシングに前記支持ユニットが固定されているサンプリング装置。
【請求項７】
請求項６において、前記冷却媒体導入管および前記冷却媒体導出管により前記支持ユニットが、前記ケーシングに取り付けられているサンプリング装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項において、前記支持ユニットが、冷却媒体の流入側の第１管部と、冷却媒体の流出側およびガス導出用の第２管部とを有しているサンプリング装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項において、前記導入ユニットと前記支持ユニットとの軸方向への相対移動が、前記導入ユニットに螺合したナットと前記導入ユニットに設けたストッパ部材とにより規制されているサンプリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１３７３８０（Ｐ２０１２−１３７３８０Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８９７２５（Ｐ２０１０−２８９７２５）
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【出願人】（５０３３６１４００）独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 (453)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【出願人】（５０３３６１４００）独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 (453)
【Ｆターム（参考）】
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