JP2018036093A - クリアランス計測装置およびクリアランス制御システム - Google Patents
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Abstract
【課題】マーカ表面での鏡面反射を抑え、クリアランスの計測誤差を軽減することができるクリアランス計測装置およびクリアランス制御システムを提供すること。【解決手段】動翼の外周面6aに回転方向に設けられ、外周面6aと異なる反射率を有するマーカ6bと、外周面6aに向けて光を出射して外周面6aから反射する反射光を受光し、受光した反射光量の変化によりマーカ6bを検出する光センサ11と、光センサ11が出射する発光信号と受光した受光信号とを信号処理する計測制御部とを備え、光センサ11は、光軸22a,22aが所定角度αで交差するよう配置されて外周面6a上に計測領域Aを有する受光用ファイバ22,22と、回転方向に沿って並設されて計測領域Aに相互に重ねて照射する面光源43,43とを備える。【選択図】図6
Description
本発明は、円筒状に形成されたケーシングと、ケーシング内を回転する回転体とのクリアランスを計測するクリアランス計測装置およびクリアランス制御システムに関する。
従来、円筒状に形成されたケーシング内を回転する複数の動翼(回転体)を有する軸流圧縮機などの回転機械が知られている(例えば、特許文献1参照)。この種の回転機械では、ケーシングと動翼とのチップクリアランスを計測するチップクリアランスセンサを設け、計測したチップクリアランスの値が適正となるように保っている。このチップクリアランスセンサには、例えば、光センサなどの非接触型のセンサが用いられている。
ところで、軸流圧縮機、蒸気タービンまたはガスタービンなどの回転機械において、ケーシングと動翼(回転体)とのクリアランス管理は、適正な効率を得るために非常に重要であり、上記したクリアランスを正確に測定することが要求される。このため、例えば、動翼の外周面(先端面)に、該外周面と反射率の異なる所定のマーカを設け、光センサの光ファイバから照射されたレーザ光を動翼の外周面に照射し、その反射光量の変化に基づきマーカが所定位置を通過したことを検出する。そして、この検出結果からマーカが異なる2つの所定位置間を通過する通過時間を求め、この通過時間、動翼の回転時間などに基づいて、ケーシングと動翼とのクリアランスが算出されている。
しかし、従来の構成では、光ファイバ(点光源)から照射されたレーザ光がマーカ表面の凹凸による鏡面反射の影響を受けて、マーカをうまく捉えられない場合があり、マーカの通過時間に誤差が生じ、ひいては、クリアランスを正確に計測することができないといった問題があった。
そこで、本発明の目的は、マーカ表面での鏡面反射を抑え、クリアランスの計測誤差を軽減することができるクリアランス計測装置およびクリアランス制御システムを提供することにある。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、円筒状に形成されたケーシングの内周面と、ケーシング内を回転する回転体の外周面とのクリアランスを計測するクリアランス計測装置であって、回転体の外周面に設けられたマーカと、ケーシングに固定され、回転体の外周面に向けて光を出射して該回転体から反射する反射光を受光し、受光した反射光量の変化によりマーカを検出する光センサと、光センサが出射する発光信号と受光した受光信号とを信号処理する計測制御部とを備え、光センサは、光軸が所定角度で交差するよう配置されて外周面上に計測領域を有する受光用ファイバと、回転方向に沿って並設されて計測領域に相互に重ねて照射する面光源と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、面光源から計測領域に向けて光が照射されるため、配光特性のばらつきを低減することができ、計測領域を通過するマーカ表面の鏡面反射を抑え、クリアランスを正確に計測することができる。
この構成において、光センサは、面光源の間に受光用開口を有し、受光用ファイバの各光軸は、受光用開口の内側で交差することが好ましい。この構成によれば、受光用ファイバの間隔を縮小することができるため、熱伸びによる誤差を低減することができる。
また、面光源は、所定波長の励起光を出射する送光用ファイバと、送光用ファイバから出射された励起光により蛍光を発する蛍光板とを備えてもよい。この構成によれば、蛍光板の全面から蛍光が発せられるため、計測領域を含む領域に容易に照射することができる。
更に、励起光を遮断し、蛍光を透過させるフィルタを備えてもよい。この構成によれば、フィルタが励起光を遮断するため、励起光を受光することに伴う誤動作を防止できる。
また、面光源は、光を出射する送光用ファイバと、送光用ファイバから出射された光を散乱させる散乱板とを備えてもよい。この構成によれば、散乱板が光を拡散させるため、計測領域を含む領域に容易に照射することができる。
また、面光源は、光を出射する送光用ファイバを束ねて形成されてもよい。この構成によれば、各送光用ファイバから出射される光の照射面積を拡大することができ、計測領域を含む領域に容易に照射することができる。
また、本発明に係るクリアランス制御システムは、上記したクリアランス計測装置と、このクリアランス計測装置により計測されたクリアランスに基づいて、クリアランスを調整するためのクリアランス調整制御を実行する制御部とを備えてもよい。この構成によれば、クリアランスを正確に計測することができるため、制御部によるクリアランス調整制御を精度よく実行することができる。
本発明によれば、各面光源から計測領域に向けて光が照射されるため、配光特性のばらつきを低減することができ、計測領域を通過するマーカ表面の鏡面反射を抑え、クリアランスを正確に計測することができる。
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係るクリアランス制御システムに関する概略構成図である。図1に示すように、第1実施形態に係るクリアランス制御システム1は、タービン3のケーシング5と動翼(回転体)6との間に形成されるクリアランスdを計測し、計測結果に基づいて、クリアランスdを調整するシステムである。まず、クリアランス制御システム1の説明に先立ち、タービン3について説明する。
図1は、第1実施形態に係るクリアランス制御システムに関する概略構成図である。図1に示すように、第1実施形態に係るクリアランス制御システム1は、タービン3のケーシング5と動翼(回転体)6との間に形成されるクリアランスdを計測し、計測結果に基づいて、クリアランスdを調整するシステムである。まず、クリアランス制御システム1の説明に先立ち、タービン3について説明する。
タービン3は、蒸気タービンまたはガスタービンを含むターボ機械である。タービン3は、回転軸となる図示しないロータに設けられる複数の動翼6と、複数の動翼6の周囲に設けられるケーシング5とを有している。複数の動翼6は、ロータに取り付けられると共に、ロータの周方向に所定の間隔を空けて並べて設けられている。ケーシング5は、周方向に並べて設けられる動翼6に対向して設けられ、円筒形状に形成されている。ケーシング5は、このケーシング5の内周面5aと動翼6の外周面(先端面)6aとの間に所定のクリアランスdを空けて複数の動翼6に対向して設けられる。ケーシング5は、例えば、内車室と、内車室の外側に設けられる外車室とを含む構成である。
次に、図1を参照して、クリアランス制御システム1について説明する。クリアランス制御システム1は、タービン制御部8と、クリアランス計測装置10とを備えており、クリアランス計測装置10は、ケーシング5の内周面5aと動翼6の外周面6aとの間のクリアランスdを計測する。
タービン制御部8は、クリアランス計測装置10により計測されたクリアランスdに基づいて、クリアランスdを調整するためのクリアランス調整制御を実行している。ここで、クリアランスdとしては、ロータの径方向におけるクリアランス(いわゆる、チップクリアランス)と、ロータの軸方向におけるクリアランスとがあり、図1では、ロータの径方向におけるクリアランスdを示している。
タービン制御部8は、ロータの径方向におけるクリアランス調整制御として、例えば、内車室及び外車室を含むケーシング5を上下移動させるアクチュエータを制御することにより、クリアランスdを調整している。また、タービン制御部8は、例えば、ロータを上下移動させるアクチュエータを制御することにより、クリアランスdを調整してもよい。また、タービン制御部8は、例えば、ケーシング5の温度を制御して、ケーシング5の熱伸びを調整することで、クリアランスdを調整してもよい。
クリアランス計測装置10は、ケーシング5と動翼6との間のクリアランスdを計測しており、光センサ11と、発光部12と、受光部13と、計測制御部14と、を備えている。図1に示すように、光センサ11は、ケーシング5に取り付けられ、その検出面P1が、ロータの径方向において動翼6と対向するように配置される。このため、光センサ11は、ケーシング5と動翼6との間の高温・高圧の外部環境下に曝される。光センサ11は、発光部12に接続される複数の送光用ファイバ21と、受光部13に接続される複数の受光用ファイバ22と、を備えて構成される。
発光部12は、計測制御部14の発光信号に基づき、送光用ファイバ21を通じて動翼6の外周面6aに向けて光を照射する。動翼6の外周面6aには、この外周面6aよりも反射率が高いマーカ6bが設けられている。このマーカ6bは、例えば、耐熱ペイントなどを用いて、動翼6の外周面6aに、回転方向に間隔を空けて配置されている。このため、外周面6aに照射された光は、マーカ6bで反射され、光センサ11の検出面P1に入射する。受光部13は、検出面P1から入射した反射光を受光し、計測制御部14へ向けて受光信号を出力する。
計測制御部14は、発光部12及び受光部13にそれぞれ接続され、発光部12に向けて発光信号を出力すると共に、受光部13から出力された受光信号が入力される。また、計測制御部14は、タービン制御部8に接続され、発光信号と受光信号とを信号処理して、クリアランスdを計測し、計測したクリアランスdを、タービン制御部8へ向けて出力する。
次に、一般的なクリアランスdの算出方法について説明する。図2は、クリアランスの算出方法に関する説明図であり。図3は、光センサを用いて検出した受光信号の信号強度に関するグラフである。計測制御部14は、例えば、下記の(1)式に示す算出式に基づいて、クリアランスdを算出することができる。
ここで、角度αは、2本の受光用ファイバ22に入射される2本の光(光軸)の導光方向がなす角度である。この角度αは、既知の角度となっている。距離lは、A−B間の長さ、つまり、2本の受光用ファイバ22の間の距離であり、既知の距離となっている。また、周長2πRは、複数の動翼6の外周における周長であり、既知の周長となっている。時間Tは、1周(一回転)にかかる時間であり、ロータの回転速度に基づいて得られる時間となっている。つまり、「2πR/T」が、複数の動翼6の外周における周速となっている。時間Δtは、動翼6の外周面6aに設けられたマーカ6bを検出してから次にマーカ6bを検出するまでの時間となっており、受光信号に基づいて得られる。この場合、マーカ6bは同一のものであっても別のものであってもよい。
ここで、計測制御部14は、受光信号として、図3に示す受光信号を取得する。図3は、その横軸が時間となっており、その縦軸が信号強度となっている。図3に示すとおり、受光信号は、2つの信号ピークが検出されている。2つの信号ピークは、例えば、光がマーカ6bに照射された際の反射光量の変化によって得られる。そして、計測制御部14は、一方の信号ピークから他方の信号ピークまでの時間を、時間Δtとして取得する。計測制御部14は、受光信号に基づいて時間Δtを取得すると、上記の(1)式に示す算出式に基づいて、クリアランスdを算出することができる。
このように、動翼6の外周面6aにマーカ6bを設け、このマーカ6bを検出することにより、先のマーカ6bを検出してから次のマーカ6bを検出するまでの時間Δtを取得することができ、この時間Δtに基づきクリアランスdを算出できる。このため、クリアランスdを正確に算出するためには、時間Δtを正確に検出することが要求される。発明者の鋭意研究によると、光ファイバ(点光源)から照射される光は、マーカ6bの表面の凹凸における鏡面反射の影響を受けて、マーカ6bの位置をうまく捉えられない場合があり、時間Δtに誤差が生じるおそれがあることが分かった。図4および図5は、マーカの表面形状が反射光に影響を及ぼす状態を説明するための図である。
図4および図5に示した例では、一対の送光用ファイバおよび一対の受光用ファイバの光軸がそれぞれ角度αで交差するように配置されており、一方の送光用ファイバから出射された光(レーザ光線)がマーカ6bで反射され、受光用ファイバを通じて受光される。図4に示すように、マーカ6bの先端6bsに光が照射されると、この光はマーカ6bで反射して受光用ファイバで受光される。このため、時刻t0において、反射光強度(図3における信号強度)が大きくなる。マーカ6bの表面は、凹凸が形成されているため、マーカ6bに対して、レーザ光線のような指向性の高い光を一方向から照射する場合には、照射された光が表面の凹凸で鏡面反射する。このため、マーカ6bの範囲内においても反射光強度が急激に変化する場合があり、マーカ6bの終端6beが、本来の時刻t1ではなくマーカ6bの途中の時刻t1´として検出されることがある。
同様に、図5に示すように、もう一方の送光用ファイバから光が照射された場合には、マーカ6bの形状によっては、先端6bsで鏡面反射せずに受光用ファイバで受光することができない。このため、マーカ6bの先端6bsが、本来の時刻t2ではなくマーカ6bの途中の時刻t2´として検出されることがある。このように、レーザ光線のような指向性の高い光を一方向から照射する構成では、マーカ6bの表面の凹凸によって、時刻を誤って検出する事態が生じ、計測値である時間Δtは、本来の時間よりも長い時間Δt´となり誤差が生じるおそれがあった。発明者は、このような問題に鑑み、マーカ6bの表面での鏡面反射を抑え、時間Δtを正確に検出できる光センサ11を考案した。
次に、光センサ11について説明する。図6は、光センサが外周面に光を照射した状態を示す部分断面図であり、図7は、光センサの検出面を示す平面図である。光センサ11は、図6に示すように、センサ本体30と、検出面P1を有し、センサ本体30に取り付けられるヘッドカバー40とを備える。センサ本体30は、底板部30aと円筒部30bとを備えた有底円筒状を呈し、内側に内部空間31が形成される。この内部空間31には、一対の送光用ファイバ21と一対の受光用ファイバ22とが収容される。一対の受光用ファイバ22は、内部空間31を中心側に配置され、一対の送光用ファイバ21は、受光用ファイバ22を挟んで、内部空間31の側壁側に配置される。これら送光用ファイバ21および受光用ファイバ22は、図7に示すように、動翼6(図1)の回転方向に沿って配置されている。
また、内部空間31には、図6に示すように、底板部30a上に耐圧ガラスなどの透明部材32と、この透明部材32に積層されるファイバ保持部材33とが配置される。ファイバ保持部材33には、送光用貫通孔33aと、受光用貫通孔33bとが形成され、これら送光用貫通孔33a、受光用貫通孔33bにそれぞれ送光用ファイバ21、受光用ファイバ22が挿入される。センサ本体30の底板部30aには、透明部材32を介して送光用貫通孔33aに連通する送光用窓部30a1と、透明部材32を介して受光用貫通孔33bに連通する受光用窓部30a2とが設けられている。本構成では、透明部材32およびファイバ保持部材33は、高耐圧にシールされて保持される。このため、外部環境が高温・高圧環境となる場合であっても、送光用ファイバ21、受光用ファイバ22が配置さえる内部空間31は大気圧環境とすることができ、外部環境を要因とする送光用ファイバ21、受光用ファイバ22の変化を抑制できることから、検出精度の低下を抑制することができる。なお、内部空間31は、外部環境から遮断されるため、内部空間31に、別途、冷却した空気を循環して導入することもできる。
受光用貫通孔33b,33bは、挿入される一対の受光用ファイバ22,22の光軸22a,22aが上記した角度αで交差するように形成されている。受光用窓部30a2,30a2の周囲には、受光用ファイバ22,22に光を導く導光路を形成する円錐状カバー34が設けられ、この円錐状カバー34の底部には、円錐状カバー34内に光を取り込む受光用開口34aが設けられる。このため、円錐状カバー34内には、受光用開口34a以外から光が進入することが防止される。また、受光用ファイバ22,22の光軸22a,22aは、受光用開口34aの内側で交差する。これにより、受光用開口34aの開口面積を小さくすることができる。受光用ファイバ22,22の光軸22a,22aは、受光用開口34aで上記した回転に広がり、動翼6(図1)の外周面6aに当接する。このため、本構成では、外周面6aには、回転方向に沿って、光軸22a,22aで区画された計測領域Aが形成される。
一方、ヘッドカバー40は、図6に示すように、底板部40aと円筒部40bとを備えた有底円筒状に形成され、センサ本体30の円筒部30bに取り付けられている。底板部40aの底面が検出面P1となっており、底板部40aには、図7に示すように、各送光用ファイバ21とほぼ同心状にそれぞれ開口41が形成され、この開口41には蛍光板42が取り付けられている。蛍光板42は、所定波長の励起光が照射されると、蛍光を発する蛍光材料を含んで形成された板材である。本構成では、発光部12から出射された励起光は、送光用ファイバ21を通じて蛍光板42に照射される。蛍光板42は、励起光を吸収することで蛍光板42の全面から蛍光を発する。このため、図6に示すように、蛍光板42から発せられた蛍光は、大きく広がった照射領域B,Bを形成し、これら照射領域B,Bは、計測領域Aに相互に重ねて形成される。本実施形態では、送光用ファイバ21と蛍光板42とを備えて面光源43を構成する。
この構成によれば、図8に示すように、蛍光板42から照射された照射光Laは、多方向に広がって、マーカ6bに照射される。このため、配光特性のばらつきを低減することができ、上記した計測領域A(図6)内でマーカ6bに照射されたいずれかの方向の照射光Laがマーカ6bの先端6bs、終端6beで確実に反射し、この反射光Lbが受光用開口34aに入射される。このため、計測値としての時間Δtを正確に計測することができる。特に、蛍光は、励起光と波長が異なるため、受光部13は、励起光の波長を遮断して、蛍光の波長を透過するフィルタ(不図示)を備えることにより、励起光を受光することによる誤動作を防止できる。
また、本実施形態では、反射光Lb,Lbの角度αとクリアランスdとの関係は図9に示すようになる。このため、計測制御部14は、受光信号に基づいて時間ΔTを取得すると、下記の(2)式に示す算出式に基づいて、クリアランスdを正確に計測することができる。計測制御部14は、計測したクリアランスdを、タービン制御部8へ向けて出力する。なお、(2)式における「2πR/T」は、上述の(1)式と同様に、複数の動翼6の外周における周速である。また、(2)式における時間「ΔT」は、(1)式の時間「Δt」に相当する。
以上のように、第1実施形態によれば、各面光源43から計測領域Aに向けて光が照射されるため、配光特性のばらつきを低減することができ、計測領域Aを通過するマーカ6bの表面の鏡面反射を抑え、クリアランスdを正確に計測することができる。また、光センサ11は、複数の面光源43,43の間に受光用開口34aを有し、受光用ファイバ22の各光軸22a,22aは、受光用開口34aの内側で交差するため、受光用ファイバ22,22の間隔を縮小することができるため、該受光用ファイバ22,22が熱伸びすることに伴う誤差を低減することができる。
また、面光源43は、所定波長の励起光を出射する送光用ファイバ21と、送光用ファイバ21から出射された励起光により蛍光を発する蛍光板42とを備えるため、蛍光板42の全面から蛍光が発することができ、計測領域Aに容易に照射することができる。
更に、受光部13は、励起光の波長を遮断して、蛍光の波長を透過するフィルタ(不図示)を備えることにより、励起光を受光することによる誤動作を防止できる。
[第2実施形態]
図10は、第2実施形態に係る光センサが外周面に光を照射した状態を示す部分断面図であり、図11は、光センサの検出面を示す平面図である。上記した実施形態では、送光用ファイバ21と蛍光板42とを有する面光源43を備えた光センサ11について説明したが、この第2実施形態では面光源の構成が異なる。第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図10は、第2実施形態に係る光センサが外周面に光を照射した状態を示す部分断面図であり、図11は、光センサの検出面を示す平面図である。上記した実施形態では、送光用ファイバ21と蛍光板42とを有する面光源43を備えた光センサ11について説明したが、この第2実施形態では面光源の構成が異なる。第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
光センサ51は、図10及び図11に示すように、面光源46を備え、この面光源46は、送光用ファイバ21と散乱板45とを備えて構成される。散乱板45は、例えば、耐圧ガラスなどの透光性を有する板材の表面に、特定の粒子径の砂などを用いて形成された拡散層を有する。この構成では、透過する際に光の向きをランダムに反射させることで光を拡散させるため、光の波長を変換する必要がなく、装置構成が簡素となる。
この実施形態によっても、各面光源46から計測領域Aに向けて光が照射されるため、配光特性のばらつきを低減することができ、計測領域Aを通過するマーカ6bの表面の鏡面反射を抑え、クリアランスdを正確に計測することができる。また、面光源46は、光を出射する送光用ファイバ21と、送光用ファイバから出射された光を散乱させる散乱板45とを備えるため、簡素は構成で光を拡散することができ、計測領域Aに容易に照射することができる。
[第3実施形態]
図12は、第3実施形態に係る光センサが外周面に光を照射した状態を示す部分断面図であり、図13は、光センサの検出面を示す平面図である。上記した実施形態では、送光用ファイバ21と蛍光板42とを有する面光源43を備えた光センサ11について説明したが、この第3実施形態では面光源の構成が異なる。第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図12は、第3実施形態に係る光センサが外周面に光を照射した状態を示す部分断面図であり、図13は、光センサの検出面を示す平面図である。上記した実施形態では、送光用ファイバ21と蛍光板42とを有する面光源43を備えた光センサ11について説明したが、この第3実施形態では面光源の構成が異なる。第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
光センサ61は、図12及び図13に示すように、面光源48を備え、この面光源48は、多数(20〜40本)の送光用ファイバ21を束ねて形成された送光用ファイバ群62を備えて構成される。本実施形態では、ファイバ保持部材33には、送光用ファイバ群62が挿入される貫通孔33cが形成されている。送光用ファイバ21から出射されるレーザ光線は、指向性が高いものの、送光用ファイバ21を束ねて送光面積を拡大することにより、面光源として機能し、光を拡散することができる。
ヘッドカバー40の底板部40aには、徐々に拡径する導光開口47が設けられ、光が拡散するようになっている。この実施形態によっても、各面光源48から計測領域Aに向けて光が照射されるため、配光特性のばらつきを低減することができ、計測領域Aを通過するマーカ6bの表面の鏡面反射を抑え、クリアランスdを正確に計測することができる。また、面光源48は、光を出射する複数の送光用ファイバ21を束ねた送光用ファイバ群として形成されてもよい。この構成によれば、送光用ファイバ群62から出射される光の照射面積を拡大することができ、計測領域Aに容易に照射することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、上記実施形態では、クリアランスdを計測する対象として、タービン3のケーシング5と動翼6とのクリアランスを説明したが、ケーシング内を回転体が回転する構成であれば、タービンに限るものではない。
1 クリアランス制御システム
3 タービン
5 ケーシング
5a 内周面
6 動翼(回転体)
6a 外周面
6b マーカ
6be 終端
6bs 先端
8 タービン制御部
10 クリアランス計測装置
11、51、61 光センサ
12 発光部
13 受光部
14 計測制御部
21 送光用ファイバ
22 受光用ファイバ
22a 光軸
30 センサ本体
34a 受光用開口
40 ヘッドカバー
42 蛍光板
43、46、48 面光源
45 散乱板
62 送光用ファイバ群
A 計測領域
B 照射領域
d クリアランス
Δt 時間
3 タービン
5 ケーシング
5a 内周面
6 動翼(回転体)
6a 外周面
6b マーカ
6be 終端
6bs 先端
8 タービン制御部
10 クリアランス計測装置
11、51、61 光センサ
12 発光部
13 受光部
14 計測制御部
21 送光用ファイバ
22 受光用ファイバ
22a 光軸
30 センサ本体
34a 受光用開口
40 ヘッドカバー
42 蛍光板
43、46、48 面光源
45 散乱板
62 送光用ファイバ群
A 計測領域
B 照射領域
d クリアランス
Δt 時間
Claims (7)
- 円筒状に形成されたケーシングの内周面と、前記ケーシング内を回転する回転体の外周面とのクリアランスを計測するクリアランス計測装置であって、
前記回転体の外周面に設けられたマーカと、
前記ケーシングに固定され、前記回転体の外周面に向けて光を出射して該回転体から反射する反射光を受光し、受光した反射光量の変化により前記マーカを検出する光センサと、
前記光センサが出射する発光信号と受光した受光信号とを信号処理する計測制御部とを備え、
前記光センサは、光軸が所定角度で交差するよう配置されて前記外周面上に計測領域を有する受光用ファイバと、前記回転方向に沿って並設されて前記計測領域に相互に重ねて照射する面光源と、を備えたことを特徴とするクリアランス計測装置。 - 前記光センサは、前記面光源の間に受光用開口を有し、前記受光用ファイバの各光軸は、前記受光用開口の内側で交差することを特徴とする請求項1に記載のクリアランス計測装置。
- 前記面光源は、所定波長の励起光を出射する送光用ファイバと、前記送光用ファイバから出射された前記励起光により蛍光を発する蛍光板とを備えることを特徴とする請求項1または2に記載のクリアランス計測装置。
- 前記励起光を遮断し、前記蛍光を透過させるフィルタを備えることを特徴とする請求項3に記載のクリアランス計測装置。
- 前記面光源は、光を出射する送光用ファイバと、前記送光用ファイバから出射された前記光を散乱させる散乱板とを備えることを特徴とする請求項1または2に記載のクリアランス計測装置。
- 前記面光源は、光を出射する送光用ファイバを束ねて形成されたことを特徴とする請求項1または2に記載のクリアランス計測装置。
- 請求項1から6のいずれか一項に記載のクリアランス計測装置と、
前記クリアランス計測装置により計測された前記クリアランスに基づいて、前記クリアランスを調整するためのクリアランス調整制御を実行する制御部と、を備えることを特徴とするクリアランス制御システム。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020090936A (ja) * | 2018-12-06 | 2020-06-11 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | タービン動翼、タービン及びチップクリアランス計測方法 |
US11073378B2 (en) | 2017-04-25 | 2021-07-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Clearance measurement device, clearance measurement sensor, and clearance measurement method |
KR102281735B1 (ko) * | 2020-12-16 | 2021-07-27 | 한전케이피에스 주식회사 | 터빈의 내부간극 측정장치 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220090582A1 (en) * | 2020-09-24 | 2022-03-24 | Parker-Hannifin Corporation | Optical systems and methods for measuring turbine blade tip clearance |
CN112985298B (zh) * | 2021-02-08 | 2022-09-20 | 上海机器人产业技术研究院有限公司 | 一种基于显微ct的手机镜头尺寸测量方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4766323A (en) * | 1986-08-29 | 1988-08-23 | B. C. Hydro | Method and apparatus for determining the distance of an object |
JPH11218406A (ja) * | 1998-02-03 | 1999-08-10 | Tani Denki Kogyo Kk | 基板位置認識マーク検出装置および基板位置認識マーク検出方法 |
JP2004191374A (ja) * | 2002-12-12 | 2004-07-08 | Siemens Ag | 距離測定方法および距離測定装置 |
US20160084637A1 (en) * | 2014-09-24 | 2016-03-24 | Hood Technology Corporation | Clearance detection system and method using frequency identification |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003254091A (ja) | 2002-03-04 | 2003-09-10 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 圧縮機のチップクリアランス制御装置及び制御方法 |
JP6143085B2 (ja) * | 2013-06-14 | 2017-06-07 | 三菱重工業株式会社 | チップクリアランス計測装置 |
CN103438814B (zh) | 2013-08-29 | 2016-03-16 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种叶尖间隙光纤测量方法及装置 |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4766323A (en) * | 1986-08-29 | 1988-08-23 | B. C. Hydro | Method and apparatus for determining the distance of an object |
JPH11218406A (ja) * | 1998-02-03 | 1999-08-10 | Tani Denki Kogyo Kk | 基板位置認識マーク検出装置および基板位置認識マーク検出方法 |
JP2004191374A (ja) * | 2002-12-12 | 2004-07-08 | Siemens Ag | 距離測定方法および距離測定装置 |
US20160084637A1 (en) * | 2014-09-24 | 2016-03-24 | Hood Technology Corporation | Clearance detection system and method using frequency identification |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11073378B2 (en) | 2017-04-25 | 2021-07-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Clearance measurement device, clearance measurement sensor, and clearance measurement method |
JP2020090936A (ja) * | 2018-12-06 | 2020-06-11 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | タービン動翼、タービン及びチップクリアランス計測方法 |
KR20210062058A (ko) * | 2018-12-06 | 2021-05-28 | 미츠비시 파워 가부시키가이샤 | 터빈 동익, 터빈 및 팁 클리어런스 계측 방법 |
JP7223570B2 (ja) | 2018-12-06 | 2023-02-16 | 三菱重工業株式会社 | タービン動翼、タービン及びチップクリアランス計測方法 |
KR102594268B1 (ko) * | 2018-12-06 | 2023-10-25 | 미츠비시 파워 가부시키가이샤 | 터빈 동익, 터빈 및 팁 클리어런스 계측 방법 |
KR102281735B1 (ko) * | 2020-12-16 | 2021-07-27 | 한전케이피에스 주식회사 | 터빈의 내부간극 측정장치 |
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