光学プローブの取付構造
【課題】光学プローブのメンテナンス作業性の向上を図ることができる光学プローブの取付構造の提供。
【解決手段】タービンインペラ３に向けて投光したレーザー光の反射光を検知して該タービンインペラ３の振動を計測する光学プローブ５０の取付構造であって、タービンハウジング１ｂとシュラウドリング１０とを組み合わせたハウジングを通過してタービンインペラ３の端面３ａに対向配置され、上記レーザー光を投光する投光部及び上記反射光を受光する受光部を備える光ファイバーケーブル５１と、内部に光ファイバーケーブル５１が挿通する挿通路５３ａを備えると共に、タービンハウジング１ｂとシュラウドリング１０との間の継ぎ目Ｊに跨って設けられたプローブ導入管５３とを有するという構成を採用する。
【解決手段】タービンインペラ３に向けて投光したレーザー光の反射光を検知して該タービンインペラ３の振動を計測する光学プローブ５０の取付構造であって、タービンハウジング１ｂとシュラウドリング１０とを組み合わせたハウジングを通過してタービンインペラ３の端面３ａに対向配置され、上記レーザー光を投光する投光部及び上記反射光を受光する受光部を備える光ファイバーケーブル５１と、内部に光ファイバーケーブル５１が挿通する挿通路５３ａを備えると共に、タービンハウジング１ｂとシュラウドリング１０との間の継ぎ目Ｊに跨って設けられたプローブ導入管５３とを有するという構成を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転中のタービン翼の振動を非接触で計測する光学プローブの取付構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、タービンの性能評価において、運転中のタービン翼の振動を計測することがなされている。下記特許文献１には、歪みゲージをタービン翼に貼付することなく光学的にタービン翼の振動を計測することで、高温の作動ガスに曝されるタービン翼の振動を、特性変化を生じさせることなく計測する振動計測装置が開示されている。
【０００３】
この振動計測装置は、内部に配設された光ファイバーの先端にレンズ及び保護ガラスを備えた光学プローブをタービンのハウジングを貫通させて、その先端をタービン翼の端面に対向配置する。そして、投光用の光ファイバーからタービン翼に向けて投光したレーザー光の反射光を受光用の光ファイバーを介して検知してタービン翼の振動を計測する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２８７４３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記光学プローブにおいては、タービン内において高温の作動ガスに曝されて汚れが付着するため、光学プローブを取り外して汚れを除去したり、交換したりするメンテナンス作業を定期的に実施している。しかし、レンズや保護ガラス等の光学系を備える光学プローブは、取り外しが容易でなく、また、再び取り付ける際の衝撃等で光学系の位置関係がずれる虞がある。
【０００６】
そこで、本発明者らは、光学系を廃止して光ファイバーケーブルのみを抜き差し可能とすることでメンテナンス作業性の向上を図る光学プローブの取付構造を考案した。しかしながら、光ファイバーケーブルはある程度の柔軟性を備えるため、タービンのハウジングが２つ以上の組合せでなる場合、該ハウジングを通過するときに継ぎ目に引っ掛かり易く、取り付けが難しいという課題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光学プローブのメンテナンス作業性の向上を図ることができる光学プローブの取付構造の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、タービン翼に向けて投光したレーザー光の反射光を検知して該タービン翼の振動を計測する光学プローブの取付構造であって、第１ハウジングと第２ハウジングとを組み合わせたタービンのハウジングを通過して上記タービン翼の端面に対向配置され、上記レーザー光を投光する投光部及び上記反射光を受光する受光部を備える光ファイバーケーブルと、内部に上記光ファイバーケーブルが挿通する挿通路を備えると共に、上記第１ハウジングと上記第２ハウジングとの間の継ぎ目に跨って設けられたプローブ導入管とを有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、光ファイバーケーブルを、第１ハウジング及び第２ハウジングの継ぎ目に跨って設けられたプローブ導入管内部の挿通路を通して抜き差しすることが可能となり、継ぎ目における引っ掛かりを防止できる。
【０００９】
また、本発明においては、上記ハウジングには、一端部に上記プローブ導入管の先端が挿入されて上記挿通路と連通すると共に、他端部で上記タービン翼の端面が露出するプローブ管挿入孔が設けられ、上記プローブ管挿入孔の他端部の径は、上記プローブ管挿入孔の一端部の径よりも小さく、且つ、上記光ファイバーケーブルの径に対応した大きさを有しており、上記プローブ管挿入孔の一端部と他端部との間には、漸次縮径するテーパー部が設けられているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、プローブ導入管の先端から出た光ファイバーケーブルがプローブ管挿入孔に導入される。プローブ管挿入孔では、光ファイバーケーブルの先端が、テーパー部に沿って一端部から他端部へ滑らかに移動して該他端部に嵌り、光ファイバーケーブルの半径方向の位置決めがなされる。
【００１０】
さらに、本発明においては、上記プローブ管挿入孔の他端部には、上記光ファイバーケーブルのシース端面が係止する段付き部が設けられているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、プローブ管挿入孔の段付き部において光ファイバーケーブルのシース端面が係止するため、光ファイバーケーブルの挿入方向の位置決めがなされる。
したがって、光ファイバーケーブルの取り付けと同時に、先端部の半径方向と挿入方向の位置決めがなされる。
【００１１】
また、本発明においては、内部に上記挿通路と連通する第２挿通路を備えると共に、上記ハウジングに一端部が固定され、該一端部から上記ハウジングの外部に延びた他端部おいて上記光ファイバーケーブルを支持する支持部材を有し、上記支持部材の他端部には、上記第２挿入路と上記光ファイバーケーブルとの間に圧入して上記光ファイバーケーブルを支持する非金属弾性体の止め具が設けられているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、光ファイバーケーブルを支持する止め具を、金属製の止め具よりも取り外し易い非金属弾性体の止め具に変更する。しかし、非金属弾性体の止め具は、金属に比べて耐熱温度が低いため、本発明では、外部に延びる支持部材のストロークを利用して、外気と熱交換させることでハウジングからの熱影響を小さくし、非金属弾性体の止め具を保護する。
【００１２】
さらに、本発明においては、上記ハウジングと上記止め具との間において、上記支持部材を冷却する冷却装置を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ハウジングと止め具との間の箇所を冷却することで、ハウジングから支持部材を介して伝わる熱を途中で遮断して、非金属弾性体の止め具を保護する。
【００１３】
また、本発明においては、上記光ファイバーケーブルは、上記タービン翼の半径方向の端面と対向するように取り付けられているという構成を採用する。
【００１４】
また、本発明においては、上記光ファイバーケーブルは、上記タービン翼の軸方向の端面と対向するように取り付けられているという構成を採用する。
【００１５】
また、本発明においては、上記タービン翼の軸方向の端面は、上記軸方向と垂直な面に対し傾いており、上記タービン翼の軸方向の端面には、上記投光部及び上記受光部に対して垂直な面を形成する切欠部が設けられているという構成を採用する。
上記タービン翼の軸方向の端面は、空力の関係で軸方向と垂直な面に対して傾いている場合がある。この場合、投光したレーザー光が垂直に反射されないため、タービン翼の軸方向の端面に切欠部を設けて、レーザー光を垂直に反射させる。
【００１６】
また、本発明においては、上記タービン翼の軸方向の端面は、上記軸方向と垂直な面に対し傾いており、上記光ファイバーケーブルは、上記投光部及び上記受光部が上記タービン翼の軸方向の端面に対して垂直な方向に配置されるように傾いているという構成を採用する。
上記タービン翼の軸方向の端面は、空力の関係で軸方向と垂直な面に対して傾いている場合がある。この場合、投光したレーザー光が垂直に反射されないため、投光部及び受光部がタービン翼の軸方向の端面に対して垂直な方向に配置されるように傾けて、レーザー光を垂直に反射させる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、タービン翼に向けて投光したレーザー光の反射光を検知して該タービン翼の振動を計測する光学プローブの取付構造であって、第１ハウジングと第２ハウジングとを組み合わせたタービンのハウジングを通過して上記タービン翼の端面に対向配置され、上記レーザー光を投光する投光部及び上記反射光を受光する受光部を備える光ファイバーケーブルと、内部に上記光ファイバーケーブルが挿通する挿通路を備えると共に、上記第１ハウジングと上記第２ハウジングとの間の継ぎ目に跨って設けられたプローブ導入管とを有するという構成を採用することによって、光ファイバーケーブルを、第１ハウジング及び第２ハウジングの継ぎ目に跨って設けられたプローブ導入管内部の挿通路を通して抜き差しすることが可能となり、継ぎ目における引っ掛かりを防止できる。
したがって、本発明は、光学プローブのメンテナンス作業性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態における光学プローブが設けられた可変容量型ターボチャージャを示す全体構成図である。
【図２】図１における矢視Ｋ図である。
【図３】図１における光学プローブが設けられる位置の拡大図である。
【図４】本発明の第２実施形態における光学プローブが設けられた可変容量型ターボチャージャを示す全体構成図である。
【図５】本発明の第２実施形態における光学プローブの要部拡大図である。
【図６】本発明の第２実施形態における光学プローブの要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態における光学プローブが設けられた可変容量型ターボチャージャを示す全体構成図である。図２は、図１における矢視Ｋ図である。図３は、図１における光学プローブが設けられる位置の拡大図である。
図に示すように本実施形態の光学プローブ５０が設けられる供試体は、可変容量型ターボチャージャＴである。
【００２０】
可変容量型ターボチャージャＴは、ベアリングハウジング１ａ、タービンハウジング１ｂ及びコンプレッサハウジング１ｃからなるハウジング１を有している。
ベアリングハウジング１ａ内には、図１中水平方向に延びるタービン軸２が図示しないベアリングを介して回転自在に軸支されている。そして、このタービン軸２の一端側（図示の例では左端側）にはタービンインペラ（タービン翼）３が一体的に連結され、他端側（図示の例では右端側）にはコンプレッサインペラ４が一体的に連結されている。なお、タービンインペラ３はタービンハウジング１ｂ内に配置され、コンプレッサインペラ４はコンプレッサハウジング１ｃ内に配置されるように構成されている。
【００２１】
タービンハウジング１ｂは、タービンインペラ３の径方向外側に設けられるタービンスクロール流路５を有すると共に、タービン軸２の軸心方向で、且つ、そのタービン軸２と反対側に開口する、作動ガスの排気口であるタービンハウジング出口６を有している。また、タービンハウジング１ｂ内のタービンインペラ３の径方向外側には略環状を呈する、可変ノズルユニットＮが設置されている。
【００２２】
タービンスクロール流路５は、タービンインペラ３を囲んで略環状に形成されていると共に、このタービンスクロール流路５は、作動ガスを導入するためのガス流入口５Ａと連通されている。また、タービンスクロール流路５及びタービンハウジング出口６間に形成される空間（流路）には、可変ノズルユニットＮの後述するノズルベーン１２が配置されるように構成されている。
【００２３】
コンプレッサハウジング１ｃには、タービン軸２の軸心方向で、且つ、そのタービン軸２と反対側に開口する吸気口７が形成されている。また、ベアリングハウジング１ａとコンプレッサハウジング１ｃとの間には、空気を圧縮して昇圧するディフューザ流路８がコンプレッサインペラ４の径方向外側で略環状に形成されている。このディフューザ流路８は、コンプレッサインペラ４の設置箇所を介して吸気口７と連通されている。
さらに、コンプレッサハウジング１ｃは、コンプレッサインペラ４の径方向外側で略環状に形成されるコンプレッサスクロール流路９が形成されていていると共に、このコンプレッサスクロール流路９は、ディフューザ流路８と連通されている。なお、コンプレッサスクロール流路９は、図示しない内燃機関の吸気口と連通されている。
【００２４】
可変ノズルユニットＮは、タービンスクロール流路５及びタービンハウジング出口６間に形成される空間（流路）に、シュラウドリング１０及びノズルリング１１間の周囲に所定の等間隔を保って設けられた複数のノズルベーン１２が支軸１３を介して回動自在に設けられている。そして、各ノズルベーン１２の支軸１３は、それぞれ同期用伝達リンク１４に接続されていて、これら同期用伝達リンク１４は、回動自在に設けられている駆動リング１５に連結されている。
【００２５】
上記駆動リング１５は、駆動軸１６の一端側に連結された駆動用伝達リンク１７に連結されている。駆動軸１６は、ベアリングハウジング１ａに設けられた軸受１８に貫通して軸支されている。そして、この駆動軸１６の他端側には、ベアリングハウジング１ａの外側に位置するアクチュエータＡと駆動レバー１９を介して連結されている。
【００２６】
この可変容量型ターボチャージャＴおいて、図示しない内燃機関の排気口から排出された作動ガスはタービンスクロール流路５に導入される。そして、その導入された作動ガスは、シュラウドリング１０及びノズルリング１１間を流通し、タービンインペラ３を回転駆動させ、タービンハウジング出口６から排出される。タービンインペラ３が回転駆動するとタービン軸２で連結されたコンプレッサインペラが回転駆動し、圧縮空気を生成する。
【００２７】
他方、アクチュエータＡの動作は、駆動レバー１９を介して駆動軸１６を回転させ、その駆動軸１６の端部に設けられた駆動用伝達リンク１７を介して駆動リング１５を回転駆動させる。この駆動リング１５が回転駆動することにより、各同期用伝達リンク１４を介して各ノズルベーン１２の角度を同期して傾動（可変）させ、シュラウドリング１０及びノズルリング１１間の開口面積（開度）が変化させられる。そして、この開口面積の変化により、タービンインペラ３に供給される作動ガスの流量が調節される。
【００２８】
光学プローブ５０は、作動ガスを受けて回転駆動するタービンインペラ３の半径方向の端面３ａに向けて投光したレーザー光の反射光を検知してタービンインペラ３の振動を計測するものであり、レーザー光を導く光ファイバーケーブル５１を備える。光ファイバーケーブル５１は、レーザー光を投光する投光用の光ファイバー（投光部）と、反射光を受光する受光用の光ファイバー（受光部）とを備える。投光用の光ファイバー及び受光用の光ファイバーは、タービンインペラ３の端面３ａに対向する先端部５１ａにおいて露出している。
【００２９】
投光用の光ファイバーは不図示のレーザー発振機に接続されており、レーザー発振機から伝送されたレーザー光は、タービンインペラ３の端面３ａに向けて投光される。そして、タービンインペラ３の端面３ａで反射したレーザー光は、受光用の光ファイバーで受光され伝送される。受光用の光ファイバーで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、不図示の翼振動解析装置（ＰＣ：Personal Computer）によって解析される。タービンインペラ３が振動していると、タービンインペラ３の端面３ａの変形によって反射したパルス状のレーザー光の受光タイミングに微小なズレが生じるので、その変化量を計測することによって、タービンインペラ３の振動レベル計測が可能となる。また、振動レベルをＦＥＭ（Finite Element Method）を用いて数値解析することで、タービンインペラ３に作用する応力を計測することが可能となる。
【００３０】
次に、図３を参照して、光学プローブ５０の取付構造の構成について説明する。
光学プローブ５０は、光ファイバーケーブル５１をタービンハウジング１ｂ及びシュラウドリング１０を通過してタービンインペラ３まで導くプローブ導入管５３と、プローブ導入管５３及び光ファイバーケーブル５１を支持するプローブ冷却用ブロック（支持部材）６０とを備える。
【００３１】
プローブ導入管５３は、内部に光ファイバーケーブル５１が挿通する挿通路５３ａを備える。プローブ導入管５３は、タービンインペラ３のラジアル方向（半径方向）に直線的に延び、タービンスクロール流路５を横切るようにタービンハウジング１ｂを貫通して、さらに、シュラウドリング１０に形成されたプローブ管挿入孔１０ａまで延在している。このプローブ導入管５３は、タービンハウジング（第１ハウジング）１ｂ及びシュラウドリング（第２ハウジング）１０の継ぎ目Ｊに跨って設けられている。プローブ導入管５３の挿入方向逆側にはフランジ５３ｂが形成されており、プローブ冷却用ブロック６０により挟持固定されている。
【００３２】
シュラウドリング１０には、一端部１０Ａにプローブ導入管５３が挿入されて挿通路５３ａと連通すると共に、他端部１０Ｂでタービンインペラ３の端面３ａが露出するプローブ管挿入孔１０ａが設けられている。
プローブ管挿入孔１０ａの他端部１０Ｂの径は、一端部１０Ａの径よりも小さく、且つ、光ファイバーケーブル５１の径に対応した大きさを有しており、プローブ管挿入孔１０ａの一端部１０Ａと他端部１０Ｂとの間には、漸次縮径するテーパー部１０ａ１が設けられている。さらに、プローブ管挿入孔１０ａの他端部１０Ｂには、光ファイバーケーブル５１のシース端面５１ｂが係止する段付き部１０ａ２が設けられている。
【００３３】
なお、プローブ管挿入孔１０ａの他端部１０Ｂの径の大きさは、光ファイバーケーブル５１の半径方向の位置決めをすべく、光ファイバーケーブル５１の径（外径）に応じて設計される大きさであり、具体的には、光ファイバーケーブル５１が挿入可能で、且つ、その径とほぼ同じか少し大きい程度の大きさである。
また、段付き部１０ａ２は、上記径をさらに縮径して形成したものであり、具体的には、プローブ管挿入孔１０ａの他端部１０Ｂのタービンインペラ３側出口を、光ファイバーケーブル５１の径（外径）より小さく、且つ、投光用の光ファイバー及び受光用の光ファイバーが露出する先端部５１ａの径とほぼ同じか少し大きい程度の大きさとして構成されている。
【００３４】
プローブ冷却用ブロック６０は、一端部６０Ａにおいてタービンハウジング１ｂに螺着し、一端部６０Ａから外部にラジアル方向に沿って延びた他端部６０Ｂにおいて光ファイバーケーブル５１及びプローブ導入管５３を支持する構成となっている。なお、他端部６０Ｂには、配管継手６１、スウェージロック６２、止め具６３が設けられている。
このプローブ冷却用ブロック６０は、内部に光ファイバーケーブル５１及びプローブ導入管５３が挿通する挿通路（第２挿通路）６０ａを備える。そして、他端部６０Ｂには、配管継手６１を螺入することで、フランジ５３ｂを挟持する挟持溝６０ｂが設けられている。
【００３５】
止め具６３は、配管継手６１とスウェージロック６２との間に設けられる。すなわち、スウェージロック６２を配管継手６１に対して螺入すると、止め具６３が配管継手６１のテーパー部６１ａに沿って、光ファイバーケーブル５１と挿通路６０ａとの間に圧入され、挿通路６０ａを閉じて光ファイバーケーブル５１を支持する構成となっている。
この止め具６３は、非金属弾性体の止め具（例えば、ゴムやプラスチック等）からなるため、スウェージロック６２を螺入解除することで、金属製の止め具に比べ容易に取り外すことができる。さらに、非金属弾性体の止め具は、金属製の止め具に比べ塑性変形しにくくコスト安であるという利点を有する。
【００３６】
プローブ冷却用ブロック６０は、タービンハウジング１ｂの外部であって、止め具６３が設けられる位置近傍の特定箇所Ｐを冷却するための冷却路６５を備える。冷却装置７０は、ノズルが螺着可能な流入口６８を介して冷却路６５に冷却ガスを圧送し、熱交換させて特定箇所Ｐを冷却する構成となっている。
【００３７】
冷却路６５は、プローブ冷却用ブロック６０内部に、挿通路６０ａの四方を囲うように設けられている。この冷却路６５は、互いに挿通路６０ａの延びる方向でずれた位置で挿通路６０ａの四方を囲う、第１冷却路６５Ａ及び第２冷却路６５Ｂを備える２段構成となっている。ここで、第１冷却路６５Ａと第２冷却路６５Ｂとは、互いに連通しており、第１冷却路６５Ａに冷却ガスを流通させれば、他方の第２冷却路６５Ｂにも冷却ガスを流通させることができる構成となっている。
【００３８】
続いて、光学プローブ５０の取付構造の作用について説明する。
上述した本実施形態の光学プローブ５０の取付構造によれば、光ファイバーケーブル５１を、タービンハウジング１ｂ及びシュラウドリング１０の継ぎ目Ｊに跨って設けられたプローブ導入管５３内部の挿通路５３ａを通して抜き差しすることが可能となり、継ぎ目Ｊにおける引っ掛かりを防止することができる。
【００３９】
また、光ファイバーケーブル５１を取り付ける際に、プローブ導入管５３の先端から出た光ファイバーケーブル５１は、プローブ管挿入孔１０ａに導入される。そして、光ファイバーケーブル５１の先端部５１ａが、テーパー部１０ａ１に沿って一端部１０Ａから他端部１０Ｂへ滑らかに移動して該他端部１０Ｂに嵌り、先端部５１ａの半径方向の位置決めがなされる。さらに、プローブ管挿入孔１０ａの段付き部１０ａ２において光ファイバーケーブル５１のシース端面５１ｂが係止するため、先端部５１ａの挿入方向の位置決めがなされる。したがって、本実施形態の取付構造によれば、光ファイバーケーブル５１の挿入と同時に、先端部５１ａの半径方向と挿入方向の位置決めをすることができる。
【００４０】
また、本実施形態の取付構造は、止め具６３を、金属製の止め具よりも柔軟性のある非金属弾性体の止め具に変更して、光ファイバーケーブル５１の取り外し易くしている。しかし、非金属弾性体の止め具は、金属に比べて耐熱温度が低いため、プローブ冷却ブロック６０の外部に延びるストロークを利用して、外気と熱交換させることでタービンハウジング１ｂからの熱影響を小さくし、非金属弾性体の止め具６３を保護している。また、冷却装置７０を設けて、タービンハウジング１ｂと止め具６３との間の特定箇所Ｐを冷却することで、タービンハウジング１ｂからプローブ冷却ブロック６０を介して伝わる熱を途中で遮断して、非金属弾性体の止め具６３を保護している。
【００４１】
このように、本実施形態によれば、光ファイバーケーブル５１を容易に取り外し／取り付けることが可能となり、メンテナンス作業性の向上を図ることができる。
【００４２】
（第２実施形態）
次に、図４〜図６を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。なお、上記実施形態と構成を同じくする部分の説明は割愛することとする。
図４は、本発明の第２実施形態における光学プローブが設けられた可変容量型ターボチャージャを示す全体構成図である。図５は、本発明の第２実施形態における光学プローブの要部拡大図である。図６は、本発明の第２実施形態における光学プローブの要部拡大図である。
【００４３】
第２実施形態では、光ファイバーケーブル５１が、タービンインペラ３の軸方向の端面３ａと対向するように取り付けられている点で、上記実施形態と異なる。
第２実施形態では、図４に示すように、可変ノズルユニットＮの構成部品がタービンインペラ３の半径方向に配置されているため、上記実施形態のように光学プローブ５０を半径方向で取り付けることができない。このため、第２実施形態では、光学プローブ５０をタービンハウジング出口６側から配置する構成となっている。
【００４４】
タービンハウジング出口６には、プローブ取付用ピース２０が連結されている。このプローブ取付用ピース２０は、プローブ冷却用ブロック６０が螺着する本体部２１と、タービンハウジング出口６と嵌合する嵌合部２２とを組み合わせてなる。
プローブ冷却用ブロック６０は、タービンインペラ３の軸方向に対し斜めの姿勢でプローブ取付用ピース２０に取り付けられる。このプローブ冷却用ブロック６０に支持されたプローブ導入管５３は、所定の角度で屈曲した後、プローブ取付用ピース２０の内面に沿ってタービンインペラ３の端面３ａ近傍まで軸方向で直線的に延在している。プローブ導入管５３は、図５に示すように、プローブ取付用ピース２０の本体部（第１ハウジング）２１と嵌合部（第２ハウジング）２２との継ぎ目Ｊ１に跨って設けられており、光ファイバーケーブル５１の引っ掛かりを防止する構成となっている。
【００４５】
なお、タービンインペラ３の軸方向の端面３ａは、図５に示すように、空力の関係で軸方向と垂直な面に対し傾いている。この場合、先端部５１ａから投光したレーザー光が垂直に反射されないため、タービンインペラ３の軸方向の端面３ａに、先端部５１ａに対して垂直な面を形成する切欠部３ｂを設けて、レーザー光を垂直に反射させる構成となっている。
また、代替案として、図６に示すように、先端部５１ａがタービンインペラ３の軸方向の端面３ａに対して垂直な方向に配置されるように傾けて、レーザー光を垂直に反射させる構成を採用しても良い。
【００４６】
上記第２実施形態によれば、メンテナンス作業性の向上を図れ、さらに、光学プローブ５０を構成部品が少ないタービンハウジング出口６側から配置することができる。
【００４７】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１…ハウジング、１ｂ…タービンハウジング（第１ハウジング）、３…タービンインペラ（タービン翼）、３ａ…端面、１０…シュラウドリング（第２ハウジング）、１０ａ…プローブ管挿入孔、１０Ａ…一端部、１０Ｂ…他端部、１０ａ１…テーパー部、１０ａ２…段付き部、２１…本体部（第１ハウジング）、２２…嵌合部（第２ハウジング）、５０…光学プローブ、５１…光ファイバーケーブル、５３…プローブ導入管、５３ａ…挿通路、６０…プローブ冷却用ブロック（支持部材）、６０Ａ…一端部、６０Ｂ…他端部、６０ａ…挿通路（第２挿通路）、６３…止め具、７０…冷却装置、Ｊ…継ぎ目、Ｊ１…継ぎ目
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転中のタービン翼の振動を非接触で計測する光学プローブの取付構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、タービンの性能評価において、運転中のタービン翼の振動を計測することがなされている。下記特許文献１には、歪みゲージをタービン翼に貼付することなく光学的にタービン翼の振動を計測することで、高温の作動ガスに曝されるタービン翼の振動を、特性変化を生じさせることなく計測する振動計測装置が開示されている。
【０００３】
この振動計測装置は、内部に配設された光ファイバーの先端にレンズ及び保護ガラスを備えた光学プローブをタービンのハウジングを貫通させて、その先端をタービン翼の端面に対向配置する。そして、投光用の光ファイバーからタービン翼に向けて投光したレーザー光の反射光を受光用の光ファイバーを介して検知してタービン翼の振動を計測する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２８７４３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記光学プローブにおいては、タービン内において高温の作動ガスに曝されて汚れが付着するため、光学プローブを取り外して汚れを除去したり、交換したりするメンテナンス作業を定期的に実施している。しかし、レンズや保護ガラス等の光学系を備える光学プローブは、取り外しが容易でなく、また、再び取り付ける際の衝撃等で光学系の位置関係がずれる虞がある。
【０００６】
そこで、本発明者らは、光学系を廃止して光ファイバーケーブルのみを抜き差し可能とすることでメンテナンス作業性の向上を図る光学プローブの取付構造を考案した。しかしながら、光ファイバーケーブルはある程度の柔軟性を備えるため、タービンのハウジングが２つ以上の組合せでなる場合、該ハウジングを通過するときに継ぎ目に引っ掛かり易く、取り付けが難しいという課題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光学プローブのメンテナンス作業性の向上を図ることができる光学プローブの取付構造の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、タービン翼に向けて投光したレーザー光の反射光を検知して該タービン翼の振動を計測する光学プローブの取付構造であって、第１ハウジングと第２ハウジングとを組み合わせたタービンのハウジングを通過して上記タービン翼の端面に対向配置され、上記レーザー光を投光する投光部及び上記反射光を受光する受光部を備える光ファイバーケーブルと、内部に上記光ファイバーケーブルが挿通する挿通路を備えると共に、上記第１ハウジングと上記第２ハウジングとの間の継ぎ目に跨って設けられたプローブ導入管とを有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、光ファイバーケーブルを、第１ハウジング及び第２ハウジングの継ぎ目に跨って設けられたプローブ導入管内部の挿通路を通して抜き差しすることが可能となり、継ぎ目における引っ掛かりを防止できる。
【０００９】
また、本発明においては、上記ハウジングには、一端部に上記プローブ導入管の先端が挿入されて上記挿通路と連通すると共に、他端部で上記タービン翼の端面が露出するプローブ管挿入孔が設けられ、上記プローブ管挿入孔の他端部の径は、上記プローブ管挿入孔の一端部の径よりも小さく、且つ、上記光ファイバーケーブルの径に対応した大きさを有しており、上記プローブ管挿入孔の一端部と他端部との間には、漸次縮径するテーパー部が設けられているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、プローブ導入管の先端から出た光ファイバーケーブルがプローブ管挿入孔に導入される。プローブ管挿入孔では、光ファイバーケーブルの先端が、テーパー部に沿って一端部から他端部へ滑らかに移動して該他端部に嵌り、光ファイバーケーブルの半径方向の位置決めがなされる。
【００１０】
さらに、本発明においては、上記プローブ管挿入孔の他端部には、上記光ファイバーケーブルのシース端面が係止する段付き部が設けられているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、プローブ管挿入孔の段付き部において光ファイバーケーブルのシース端面が係止するため、光ファイバーケーブルの挿入方向の位置決めがなされる。
したがって、光ファイバーケーブルの取り付けと同時に、先端部の半径方向と挿入方向の位置決めがなされる。
【００１１】
また、本発明においては、内部に上記挿通路と連通する第２挿通路を備えると共に、上記ハウジングに一端部が固定され、該一端部から上記ハウジングの外部に延びた他端部おいて上記光ファイバーケーブルを支持する支持部材を有し、上記支持部材の他端部には、上記第２挿入路と上記光ファイバーケーブルとの間に圧入して上記光ファイバーケーブルを支持する非金属弾性体の止め具が設けられているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、光ファイバーケーブルを支持する止め具を、金属製の止め具よりも取り外し易い非金属弾性体の止め具に変更する。しかし、非金属弾性体の止め具は、金属に比べて耐熱温度が低いため、本発明では、外部に延びる支持部材のストロークを利用して、外気と熱交換させることでハウジングからの熱影響を小さくし、非金属弾性体の止め具を保護する。
【００１２】
さらに、本発明においては、上記ハウジングと上記止め具との間において、上記支持部材を冷却する冷却装置を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ハウジングと止め具との間の箇所を冷却することで、ハウジングから支持部材を介して伝わる熱を途中で遮断して、非金属弾性体の止め具を保護する。
【００１３】
また、本発明においては、上記光ファイバーケーブルは、上記タービン翼の半径方向の端面と対向するように取り付けられているという構成を採用する。
【００１４】
また、本発明においては、上記光ファイバーケーブルは、上記タービン翼の軸方向の端面と対向するように取り付けられているという構成を採用する。
【００１５】
また、本発明においては、上記タービン翼の軸方向の端面は、上記軸方向と垂直な面に対し傾いており、上記タービン翼の軸方向の端面には、上記投光部及び上記受光部に対して垂直な面を形成する切欠部が設けられているという構成を採用する。
上記タービン翼の軸方向の端面は、空力の関係で軸方向と垂直な面に対して傾いている場合がある。この場合、投光したレーザー光が垂直に反射されないため、タービン翼の軸方向の端面に切欠部を設けて、レーザー光を垂直に反射させる。
【００１６】
また、本発明においては、上記タービン翼の軸方向の端面は、上記軸方向と垂直な面に対し傾いており、上記光ファイバーケーブルは、上記投光部及び上記受光部が上記タービン翼の軸方向の端面に対して垂直な方向に配置されるように傾いているという構成を採用する。
上記タービン翼の軸方向の端面は、空力の関係で軸方向と垂直な面に対して傾いている場合がある。この場合、投光したレーザー光が垂直に反射されないため、投光部及び受光部がタービン翼の軸方向の端面に対して垂直な方向に配置されるように傾けて、レーザー光を垂直に反射させる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、タービン翼に向けて投光したレーザー光の反射光を検知して該タービン翼の振動を計測する光学プローブの取付構造であって、第１ハウジングと第２ハウジングとを組み合わせたタービンのハウジングを通過して上記タービン翼の端面に対向配置され、上記レーザー光を投光する投光部及び上記反射光を受光する受光部を備える光ファイバーケーブルと、内部に上記光ファイバーケーブルが挿通する挿通路を備えると共に、上記第１ハウジングと上記第２ハウジングとの間の継ぎ目に跨って設けられたプローブ導入管とを有するという構成を採用することによって、光ファイバーケーブルを、第１ハウジング及び第２ハウジングの継ぎ目に跨って設けられたプローブ導入管内部の挿通路を通して抜き差しすることが可能となり、継ぎ目における引っ掛かりを防止できる。
したがって、本発明は、光学プローブのメンテナンス作業性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態における光学プローブが設けられた可変容量型ターボチャージャを示す全体構成図である。
【図２】図１における矢視Ｋ図である。
【図３】図１における光学プローブが設けられる位置の拡大図である。
【図４】本発明の第２実施形態における光学プローブが設けられた可変容量型ターボチャージャを示す全体構成図である。
【図５】本発明の第２実施形態における光学プローブの要部拡大図である。
【図６】本発明の第２実施形態における光学プローブの要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態における光学プローブが設けられた可変容量型ターボチャージャを示す全体構成図である。図２は、図１における矢視Ｋ図である。図３は、図１における光学プローブが設けられる位置の拡大図である。
図に示すように本実施形態の光学プローブ５０が設けられる供試体は、可変容量型ターボチャージャＴである。
【００２０】
可変容量型ターボチャージャＴは、ベアリングハウジング１ａ、タービンハウジング１ｂ及びコンプレッサハウジング１ｃからなるハウジング１を有している。
ベアリングハウジング１ａ内には、図１中水平方向に延びるタービン軸２が図示しないベアリングを介して回転自在に軸支されている。そして、このタービン軸２の一端側（図示の例では左端側）にはタービンインペラ（タービン翼）３が一体的に連結され、他端側（図示の例では右端側）にはコンプレッサインペラ４が一体的に連結されている。なお、タービンインペラ３はタービンハウジング１ｂ内に配置され、コンプレッサインペラ４はコンプレッサハウジング１ｃ内に配置されるように構成されている。
【００２１】
タービンハウジング１ｂは、タービンインペラ３の径方向外側に設けられるタービンスクロール流路５を有すると共に、タービン軸２の軸心方向で、且つ、そのタービン軸２と反対側に開口する、作動ガスの排気口であるタービンハウジング出口６を有している。また、タービンハウジング１ｂ内のタービンインペラ３の径方向外側には略環状を呈する、可変ノズルユニットＮが設置されている。
【００２２】
タービンスクロール流路５は、タービンインペラ３を囲んで略環状に形成されていると共に、このタービンスクロール流路５は、作動ガスを導入するためのガス流入口５Ａと連通されている。また、タービンスクロール流路５及びタービンハウジング出口６間に形成される空間（流路）には、可変ノズルユニットＮの後述するノズルベーン１２が配置されるように構成されている。
【００２３】
コンプレッサハウジング１ｃには、タービン軸２の軸心方向で、且つ、そのタービン軸２と反対側に開口する吸気口７が形成されている。また、ベアリングハウジング１ａとコンプレッサハウジング１ｃとの間には、空気を圧縮して昇圧するディフューザ流路８がコンプレッサインペラ４の径方向外側で略環状に形成されている。このディフューザ流路８は、コンプレッサインペラ４の設置箇所を介して吸気口７と連通されている。
さらに、コンプレッサハウジング１ｃは、コンプレッサインペラ４の径方向外側で略環状に形成されるコンプレッサスクロール流路９が形成されていていると共に、このコンプレッサスクロール流路９は、ディフューザ流路８と連通されている。なお、コンプレッサスクロール流路９は、図示しない内燃機関の吸気口と連通されている。
【００２４】
可変ノズルユニットＮは、タービンスクロール流路５及びタービンハウジング出口６間に形成される空間（流路）に、シュラウドリング１０及びノズルリング１１間の周囲に所定の等間隔を保って設けられた複数のノズルベーン１２が支軸１３を介して回動自在に設けられている。そして、各ノズルベーン１２の支軸１３は、それぞれ同期用伝達リンク１４に接続されていて、これら同期用伝達リンク１４は、回動自在に設けられている駆動リング１５に連結されている。
【００２５】
上記駆動リング１５は、駆動軸１６の一端側に連結された駆動用伝達リンク１７に連結されている。駆動軸１６は、ベアリングハウジング１ａに設けられた軸受１８に貫通して軸支されている。そして、この駆動軸１６の他端側には、ベアリングハウジング１ａの外側に位置するアクチュエータＡと駆動レバー１９を介して連結されている。
【００２６】
この可変容量型ターボチャージャＴおいて、図示しない内燃機関の排気口から排出された作動ガスはタービンスクロール流路５に導入される。そして、その導入された作動ガスは、シュラウドリング１０及びノズルリング１１間を流通し、タービンインペラ３を回転駆動させ、タービンハウジング出口６から排出される。タービンインペラ３が回転駆動するとタービン軸２で連結されたコンプレッサインペラが回転駆動し、圧縮空気を生成する。
【００２７】
他方、アクチュエータＡの動作は、駆動レバー１９を介して駆動軸１６を回転させ、その駆動軸１６の端部に設けられた駆動用伝達リンク１７を介して駆動リング１５を回転駆動させる。この駆動リング１５が回転駆動することにより、各同期用伝達リンク１４を介して各ノズルベーン１２の角度を同期して傾動（可変）させ、シュラウドリング１０及びノズルリング１１間の開口面積（開度）が変化させられる。そして、この開口面積の変化により、タービンインペラ３に供給される作動ガスの流量が調節される。
【００２８】
光学プローブ５０は、作動ガスを受けて回転駆動するタービンインペラ３の半径方向の端面３ａに向けて投光したレーザー光の反射光を検知してタービンインペラ３の振動を計測するものであり、レーザー光を導く光ファイバーケーブル５１を備える。光ファイバーケーブル５１は、レーザー光を投光する投光用の光ファイバー（投光部）と、反射光を受光する受光用の光ファイバー（受光部）とを備える。投光用の光ファイバー及び受光用の光ファイバーは、タービンインペラ３の端面３ａに対向する先端部５１ａにおいて露出している。
【００２９】
投光用の光ファイバーは不図示のレーザー発振機に接続されており、レーザー発振機から伝送されたレーザー光は、タービンインペラ３の端面３ａに向けて投光される。そして、タービンインペラ３の端面３ａで反射したレーザー光は、受光用の光ファイバーで受光され伝送される。受光用の光ファイバーで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、不図示の翼振動解析装置（ＰＣ：Personal Computer）によって解析される。タービンインペラ３が振動していると、タービンインペラ３の端面３ａの変形によって反射したパルス状のレーザー光の受光タイミングに微小なズレが生じるので、その変化量を計測することによって、タービンインペラ３の振動レベル計測が可能となる。また、振動レベルをＦＥＭ（Finite Element Method）を用いて数値解析することで、タービンインペラ３に作用する応力を計測することが可能となる。
【００３０】
次に、図３を参照して、光学プローブ５０の取付構造の構成について説明する。
光学プローブ５０は、光ファイバーケーブル５１をタービンハウジング１ｂ及びシュラウドリング１０を通過してタービンインペラ３まで導くプローブ導入管５３と、プローブ導入管５３及び光ファイバーケーブル５１を支持するプローブ冷却用ブロック（支持部材）６０とを備える。
【００３１】
プローブ導入管５３は、内部に光ファイバーケーブル５１が挿通する挿通路５３ａを備える。プローブ導入管５３は、タービンインペラ３のラジアル方向（半径方向）に直線的に延び、タービンスクロール流路５を横切るようにタービンハウジング１ｂを貫通して、さらに、シュラウドリング１０に形成されたプローブ管挿入孔１０ａまで延在している。このプローブ導入管５３は、タービンハウジング（第１ハウジング）１ｂ及びシュラウドリング（第２ハウジング）１０の継ぎ目Ｊに跨って設けられている。プローブ導入管５３の挿入方向逆側にはフランジ５３ｂが形成されており、プローブ冷却用ブロック６０により挟持固定されている。
【００３２】
シュラウドリング１０には、一端部１０Ａにプローブ導入管５３が挿入されて挿通路５３ａと連通すると共に、他端部１０Ｂでタービンインペラ３の端面３ａが露出するプローブ管挿入孔１０ａが設けられている。
プローブ管挿入孔１０ａの他端部１０Ｂの径は、一端部１０Ａの径よりも小さく、且つ、光ファイバーケーブル５１の径に対応した大きさを有しており、プローブ管挿入孔１０ａの一端部１０Ａと他端部１０Ｂとの間には、漸次縮径するテーパー部１０ａ１が設けられている。さらに、プローブ管挿入孔１０ａの他端部１０Ｂには、光ファイバーケーブル５１のシース端面５１ｂが係止する段付き部１０ａ２が設けられている。
【００３３】
なお、プローブ管挿入孔１０ａの他端部１０Ｂの径の大きさは、光ファイバーケーブル５１の半径方向の位置決めをすべく、光ファイバーケーブル５１の径（外径）に応じて設計される大きさであり、具体的には、光ファイバーケーブル５１が挿入可能で、且つ、その径とほぼ同じか少し大きい程度の大きさである。
また、段付き部１０ａ２は、上記径をさらに縮径して形成したものであり、具体的には、プローブ管挿入孔１０ａの他端部１０Ｂのタービンインペラ３側出口を、光ファイバーケーブル５１の径（外径）より小さく、且つ、投光用の光ファイバー及び受光用の光ファイバーが露出する先端部５１ａの径とほぼ同じか少し大きい程度の大きさとして構成されている。
【００３４】
プローブ冷却用ブロック６０は、一端部６０Ａにおいてタービンハウジング１ｂに螺着し、一端部６０Ａから外部にラジアル方向に沿って延びた他端部６０Ｂにおいて光ファイバーケーブル５１及びプローブ導入管５３を支持する構成となっている。なお、他端部６０Ｂには、配管継手６１、スウェージロック６２、止め具６３が設けられている。
このプローブ冷却用ブロック６０は、内部に光ファイバーケーブル５１及びプローブ導入管５３が挿通する挿通路（第２挿通路）６０ａを備える。そして、他端部６０Ｂには、配管継手６１を螺入することで、フランジ５３ｂを挟持する挟持溝６０ｂが設けられている。
【００３５】
止め具６３は、配管継手６１とスウェージロック６２との間に設けられる。すなわち、スウェージロック６２を配管継手６１に対して螺入すると、止め具６３が配管継手６１のテーパー部６１ａに沿って、光ファイバーケーブル５１と挿通路６０ａとの間に圧入され、挿通路６０ａを閉じて光ファイバーケーブル５１を支持する構成となっている。
この止め具６３は、非金属弾性体の止め具（例えば、ゴムやプラスチック等）からなるため、スウェージロック６２を螺入解除することで、金属製の止め具に比べ容易に取り外すことができる。さらに、非金属弾性体の止め具は、金属製の止め具に比べ塑性変形しにくくコスト安であるという利点を有する。
【００３６】
プローブ冷却用ブロック６０は、タービンハウジング１ｂの外部であって、止め具６３が設けられる位置近傍の特定箇所Ｐを冷却するための冷却路６５を備える。冷却装置７０は、ノズルが螺着可能な流入口６８を介して冷却路６５に冷却ガスを圧送し、熱交換させて特定箇所Ｐを冷却する構成となっている。
【００３７】
冷却路６５は、プローブ冷却用ブロック６０内部に、挿通路６０ａの四方を囲うように設けられている。この冷却路６５は、互いに挿通路６０ａの延びる方向でずれた位置で挿通路６０ａの四方を囲う、第１冷却路６５Ａ及び第２冷却路６５Ｂを備える２段構成となっている。ここで、第１冷却路６５Ａと第２冷却路６５Ｂとは、互いに連通しており、第１冷却路６５Ａに冷却ガスを流通させれば、他方の第２冷却路６５Ｂにも冷却ガスを流通させることができる構成となっている。
【００３８】
続いて、光学プローブ５０の取付構造の作用について説明する。
上述した本実施形態の光学プローブ５０の取付構造によれば、光ファイバーケーブル５１を、タービンハウジング１ｂ及びシュラウドリング１０の継ぎ目Ｊに跨って設けられたプローブ導入管５３内部の挿通路５３ａを通して抜き差しすることが可能となり、継ぎ目Ｊにおける引っ掛かりを防止することができる。
【００３９】
また、光ファイバーケーブル５１を取り付ける際に、プローブ導入管５３の先端から出た光ファイバーケーブル５１は、プローブ管挿入孔１０ａに導入される。そして、光ファイバーケーブル５１の先端部５１ａが、テーパー部１０ａ１に沿って一端部１０Ａから他端部１０Ｂへ滑らかに移動して該他端部１０Ｂに嵌り、先端部５１ａの半径方向の位置決めがなされる。さらに、プローブ管挿入孔１０ａの段付き部１０ａ２において光ファイバーケーブル５１のシース端面５１ｂが係止するため、先端部５１ａの挿入方向の位置決めがなされる。したがって、本実施形態の取付構造によれば、光ファイバーケーブル５１の挿入と同時に、先端部５１ａの半径方向と挿入方向の位置決めをすることができる。
【００４０】
また、本実施形態の取付構造は、止め具６３を、金属製の止め具よりも柔軟性のある非金属弾性体の止め具に変更して、光ファイバーケーブル５１の取り外し易くしている。しかし、非金属弾性体の止め具は、金属に比べて耐熱温度が低いため、プローブ冷却ブロック６０の外部に延びるストロークを利用して、外気と熱交換させることでタービンハウジング１ｂからの熱影響を小さくし、非金属弾性体の止め具６３を保護している。また、冷却装置７０を設けて、タービンハウジング１ｂと止め具６３との間の特定箇所Ｐを冷却することで、タービンハウジング１ｂからプローブ冷却ブロック６０を介して伝わる熱を途中で遮断して、非金属弾性体の止め具６３を保護している。
【００４１】
このように、本実施形態によれば、光ファイバーケーブル５１を容易に取り外し／取り付けることが可能となり、メンテナンス作業性の向上を図ることができる。
【００４２】
（第２実施形態）
次に、図４〜図６を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。なお、上記実施形態と構成を同じくする部分の説明は割愛することとする。
図４は、本発明の第２実施形態における光学プローブが設けられた可変容量型ターボチャージャを示す全体構成図である。図５は、本発明の第２実施形態における光学プローブの要部拡大図である。図６は、本発明の第２実施形態における光学プローブの要部拡大図である。
【００４３】
第２実施形態では、光ファイバーケーブル５１が、タービンインペラ３の軸方向の端面３ａと対向するように取り付けられている点で、上記実施形態と異なる。
第２実施形態では、図４に示すように、可変ノズルユニットＮの構成部品がタービンインペラ３の半径方向に配置されているため、上記実施形態のように光学プローブ５０を半径方向で取り付けることができない。このため、第２実施形態では、光学プローブ５０をタービンハウジング出口６側から配置する構成となっている。
【００４４】
タービンハウジング出口６には、プローブ取付用ピース２０が連結されている。このプローブ取付用ピース２０は、プローブ冷却用ブロック６０が螺着する本体部２１と、タービンハウジング出口６と嵌合する嵌合部２２とを組み合わせてなる。
プローブ冷却用ブロック６０は、タービンインペラ３の軸方向に対し斜めの姿勢でプローブ取付用ピース２０に取り付けられる。このプローブ冷却用ブロック６０に支持されたプローブ導入管５３は、所定の角度で屈曲した後、プローブ取付用ピース２０の内面に沿ってタービンインペラ３の端面３ａ近傍まで軸方向で直線的に延在している。プローブ導入管５３は、図５に示すように、プローブ取付用ピース２０の本体部（第１ハウジング）２１と嵌合部（第２ハウジング）２２との継ぎ目Ｊ１に跨って設けられており、光ファイバーケーブル５１の引っ掛かりを防止する構成となっている。
【００４５】
なお、タービンインペラ３の軸方向の端面３ａは、図５に示すように、空力の関係で軸方向と垂直な面に対し傾いている。この場合、先端部５１ａから投光したレーザー光が垂直に反射されないため、タービンインペラ３の軸方向の端面３ａに、先端部５１ａに対して垂直な面を形成する切欠部３ｂを設けて、レーザー光を垂直に反射させる構成となっている。
また、代替案として、図６に示すように、先端部５１ａがタービンインペラ３の軸方向の端面３ａに対して垂直な方向に配置されるように傾けて、レーザー光を垂直に反射させる構成を採用しても良い。
【００４６】
上記第２実施形態によれば、メンテナンス作業性の向上を図れ、さらに、光学プローブ５０を構成部品が少ないタービンハウジング出口６側から配置することができる。
【００４７】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１…ハウジング、１ｂ…タービンハウジング（第１ハウジング）、３…タービンインペラ（タービン翼）、３ａ…端面、１０…シュラウドリング（第２ハウジング）、１０ａ…プローブ管挿入孔、１０Ａ…一端部、１０Ｂ…他端部、１０ａ１…テーパー部、１０ａ２…段付き部、２１…本体部（第１ハウジング）、２２…嵌合部（第２ハウジング）、５０…光学プローブ、５１…光ファイバーケーブル、５３…プローブ導入管、５３ａ…挿通路、６０…プローブ冷却用ブロック（支持部材）、６０Ａ…一端部、６０Ｂ…他端部、６０ａ…挿通路（第２挿通路）、６３…止め具、７０…冷却装置、Ｊ…継ぎ目、Ｊ１…継ぎ目
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン翼に向けて投光したレーザー光の反射光を検知して該タービン翼の振動を計測する光学プローブの取付構造であって、
第１ハウジングと第２ハウジングとを組み合わせたタービンのハウジングを通過して前記タービン翼の端面に対向配置され、前記レーザー光を投光する投光部及び前記反射光を受光する受光部を備える光ファイバーケーブルと、
内部に前記光ファイバーケーブルが挿通する挿通路を備えると共に、前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとの間の継ぎ目に跨って設けられたプローブ導入管とを有することを特徴とする光学プローブの取付構造。
【請求項２】
前記ハウジングには、一端部に前記プローブ導入管の先端が挿入されて前記挿通路と連通すると共に、他端部で前記タービン翼の端面が露出するプローブ管挿入孔が設けられ、
前記プローブ管挿入孔の他端部の径は、前記プローブ管挿入孔の一端部の径よりも小さく、且つ、前記光ファイバーケーブルの径に対応した大きさを有しており、
前記プローブ管挿入孔の一端部と他端部との間には、漸次縮径するテーパー部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学プローブの取付構造。
【請求項３】
前記プローブ管挿入孔の他端部には、前記光ファイバーケーブルのシース端面が係止する段付き部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光学プローブの取付構造。
【請求項４】
内部に前記挿通路と連通する第２挿通路を備えると共に、前記ハウジングに一端部が固定され、該一端部から前記ハウジングの外部に延びた他端部おいて前記光ファイバーケーブルを支持する支持部材を有し、
前記支持部材の他端部には、前記第２挿入路と前記光ファイバーケーブルとの間に圧入して前記光ファイバーケーブルを支持する非金属弾性体の止め具が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学プローブの取付構造。
【請求項５】
前記ハウジングと前記止め具との間において、前記支持部材を冷却する冷却装置を有することを特徴とする請求項４に記載の光学プローブの取付構造。
【請求項６】
前記光ファイバーケーブルは、前記タービン翼の半径方向の端面と対向するように取り付けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学プローブの取付構造。
【請求項７】
前記光ファイバーケーブルは、前記タービン翼の軸方向の端面と対向するように取り付けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学プローブの取付構造。
【請求項８】
前記タービン翼の軸方向の端面は、前記軸方向と垂直な面に対し傾いており、
前記タービン翼の軸方向の端面には、前記投光部及び前記受光部に対して垂直な面を形成する切欠部が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の光学プローブの取付構造。
【請求項９】
前記タービン翼の軸方向の端面は、前記軸方向と垂直な面に対し傾いており、
前記光ファイバーケーブルは、前記投光部及び前記受光部が前記タービン翼の軸方向の端面に対して垂直な方向に配置されるように傾いていることを特徴とする請求項７に記載の光学プローブの取付構造。
【請求項１】
タービン翼に向けて投光したレーザー光の反射光を検知して該タービン翼の振動を計測する光学プローブの取付構造であって、
第１ハウジングと第２ハウジングとを組み合わせたタービンのハウジングを通過して前記タービン翼の端面に対向配置され、前記レーザー光を投光する投光部及び前記反射光を受光する受光部を備える光ファイバーケーブルと、
内部に前記光ファイバーケーブルが挿通する挿通路を備えると共に、前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとの間の継ぎ目に跨って設けられたプローブ導入管とを有することを特徴とする光学プローブの取付構造。
【請求項２】
前記ハウジングには、一端部に前記プローブ導入管の先端が挿入されて前記挿通路と連通すると共に、他端部で前記タービン翼の端面が露出するプローブ管挿入孔が設けられ、
前記プローブ管挿入孔の他端部の径は、前記プローブ管挿入孔の一端部の径よりも小さく、且つ、前記光ファイバーケーブルの径に対応した大きさを有しており、
前記プローブ管挿入孔の一端部と他端部との間には、漸次縮径するテーパー部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学プローブの取付構造。
【請求項３】
前記プローブ管挿入孔の他端部には、前記光ファイバーケーブルのシース端面が係止する段付き部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光学プローブの取付構造。
【請求項４】
内部に前記挿通路と連通する第２挿通路を備えると共に、前記ハウジングに一端部が固定され、該一端部から前記ハウジングの外部に延びた他端部おいて前記光ファイバーケーブルを支持する支持部材を有し、
前記支持部材の他端部には、前記第２挿入路と前記光ファイバーケーブルとの間に圧入して前記光ファイバーケーブルを支持する非金属弾性体の止め具が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学プローブの取付構造。
【請求項５】
前記ハウジングと前記止め具との間において、前記支持部材を冷却する冷却装置を有することを特徴とする請求項４に記載の光学プローブの取付構造。
【請求項６】
前記光ファイバーケーブルは、前記タービン翼の半径方向の端面と対向するように取り付けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学プローブの取付構造。
【請求項７】
前記光ファイバーケーブルは、前記タービン翼の軸方向の端面と対向するように取り付けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学プローブの取付構造。
【請求項８】
前記タービン翼の軸方向の端面は、前記軸方向と垂直な面に対し傾いており、
前記タービン翼の軸方向の端面には、前記投光部及び前記受光部に対して垂直な面を形成する切欠部が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の光学プローブの取付構造。
【請求項９】
前記タービン翼の軸方向の端面は、前記軸方向と垂直な面に対し傾いており、
前記光ファイバーケーブルは、前記投光部及び前記受光部が前記タービン翼の軸方向の端面に対して垂直な方向に配置されるように傾いていることを特徴とする請求項７に記載の光学プローブの取付構造。
【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２０１１−２２４４（Ｐ２０１１−２２４４Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４３２６９（Ｐ２００９−１４３２６９）
【出願日】平成２１年６月１６日（２００９．６．１６）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１６日（２００９．６．１６）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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