JP5946733B2 - 燃焼器の隙間計測装置及び隙間計測方法 - Google Patents

Description

本開示は、燃焼器の隙間計測装置及び隙間計測方法に関するものである。

ガスタービンの燃焼器には、従来から、種々の構成のものが知られている。
典型的なガスタービン燃焼器の構成として、パイロットノズルと、パイロットノズルの外周に等間隔に配置された複数のメインノズルと、メインノズルの下流側先端部分を覆うように設置されたメインバーナとを備えている。そして、燃料供給側に設置されるスワラ支持筒には燃焼ガスを下流側のタービンに導くための燃焼筒が接続されている。スワラ支持筒と燃焼筒との間には環状隙間が形成されており、この環状隙間内にはスプリングクリップが配置されている。

上記構成のガスタービン燃焼器では、圧縮機からの圧縮空気がスワラ支持筒内に取り込まれる。また、圧縮空気の一部は、環状隙間を通過して燃焼筒内に供給される。

なお、特許文献１には、複数のタービン動翼の先端にそれぞれ取り付けられたシュラウドと、互いに隣り合うシュラウド間の隙間の大きさを計測する計測装置が開示されている。
また、特許文献２には、原子力プラント蒸気発生器の伝熱管と振動止金物等の隙間を計測する計測装置が開示されている。

特開２００９−１９５９０号公報 特開平３−１０７７０５号公報

ところで、前記スワラ支持筒と燃焼筒との間の環状隙間の大きさが周方向の位置によって異なる場合、環状隙間の大きい箇所と小さい箇所とで圧縮空気の通過量にバラツキが生じる。このため、燃焼筒内の燃焼状態が不均一となって燃焼振動等の不具合が生じるおそれがある。したがって、スワラ支持筒と燃焼筒との間の環状隙間の大きさを把握する必要がある。

しかしながら、従来、燃焼器を組み立てる場合において、燃焼筒等を車室に組み付けた後に、前記スワラ支持筒をノズル組立品とともに車室に取り付けることになるため、燃焼筒及びスワラ支持筒を車室に組み込んだ後でなければ、スワラ支持筒と燃焼筒との間の環状隙間を計測することが出来ない。

一方、前記スワラ支持筒及び燃焼筒等が組付けられて燃焼器が組立てられた状態で、スワラ支持筒と燃焼筒との間の環状隙間の大きさを計測し得る計測装置は知られていない。
例えば、特許文献１及び２には、スワラ支持筒と燃焼筒との間の環状隙間の大きさを計測する計測装置や計測方法についての記載は全く無い。

本発明の少なくとも一実施形態は、上述の事情に鑑みて案出されたものであり、燃焼器を組立てた状態で、燃焼ノズルの外周を囲む第１筒体と当該第１筒体に接続されて燃焼ガスを下流側に導く第２筒体との間の環状隙間の大きさを計測可能な燃焼器の隙間計測装置及び隙間計測方法を提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼器の隙間計測装置は、燃焼ノズルと、当該燃焼ノズルの周りに設けられて当該燃焼ノズルを囲む第１筒体と、前記第１筒体に接続され、前記燃焼ノズルによって燃焼した燃焼ガスを下流側に導く第２筒体とを備えた燃焼器の前記第１筒体と前記第２筒体とのオーバーラップ部分における前記第１筒体と前記第２筒体との間の環状隙間の大きさを計測する燃焼器の隙間計測装置であって、
先端側が前記燃焼器内に挿入された状態で、前記燃焼ノズルを固定するための前記燃焼器の第１フランジに取り付けられ、少なくとも基端側が中空であるロッド部と、
前記ロッド部の軸方向に直交する回動軸を中心として回動可能に前記ロッド部の先端に取り付けられた支持部と、
前記支持部に支持され、前記環状隙間を撮像する撮像素子と、
前記基端側の中空の前記ロッド部内を貫通し、前記支持部に向かって延在する操作レバーと、
前記操作レバーと前記支持部との間に設けられ、前記操作レバーの進退運動を、前記回動軸を中心とした前記支持部の回動運動に変換するリンク機構とを備えることを特徴とする。

上記燃焼器の隙間計測装置によれば、操作レバーの進退運動がリンク機構によって支持部の回動運動に変換されるから、隙間計測装置の燃焼器への取付け時には、ロッド部の軸方向に支持部を沿った状態とし、隙間計測時には環状隙間に撮像素子を向けるように支持部を回動することができる。よって、燃焼器内の狭隘な空間にロッド部及びその先端に取り付けられた支持部をスムーズに挿入できるとともに、撮像素子による環状隙間の撮像を確実に行うことができる。したがって、第１筒体と第２筒体とを組み立てた状態であっても、撮像素子によって得られた環状隙間の画像に基づいて環状隙間の大きさを算出することができる。

一実施形態において、前記ロッド部に設けられて、前記支持部の最大回動角度を制限するストッパをさらに備え、前記最大回動角度において、前記支持部に支持された前記撮像素子は前記環状隙間に向けられる。

これにより、操作レバーの操作量によって支持部の回動量を調節して撮像時における撮像素子の位置を調整する場合に比べて、容易且つ高精度に撮像素子を環状隙間に向けることができる。

一実施形態において、前記支持部が前記最大回動角度まで回動した状態で前記環状隙間と前記回動軸とを結ぶ直線上に前記撮像素子が位置するように、前記ストッパは構成されている。

これにより、支持部の最大回動角度において撮像素子は環状隙間に最も接近するから、この位置から撮像することで、撮像された画像上の環状隙間を精度良く計測できる。そのため、環状隙間の大きさを正確に算出することができる。

一実施形態において、前記第１筒体の前記第２筒体側の端部に対応する軸方向位置において前記ロッド部に取り付けられ、径方向外方に光を照射する光源をさらに備え、
前記光源からの前記光の照射方向と前記直線との交点において前記環状隙間が形成されように、前記ストッパ及び前記光源が構成される。

このように、ロッド部に設けられた光源から環状隙間に向かって光を照射することで、第１筒体の影を環状隙間に形成することができる。
また、光源の照射方向と、環状隙間と回転軸とを結ぶ直線とが交差する位置に環状隙間が位置しているため、環状隙間に形成された影を撮像素子で撮像することができる。さらに、撮像素子で撮像された画像上の影の長さを計測することで、実際の環状隙間の大きさを算出することができる。
そして、光源は、第１筒体の第２筒体側の端部に対応する軸方向位置においてロッド部に取り付けられているため、第１筒体の第２筒体側の端部を真横（軸方向に直交する方向）から照射することができる。第１筒体の第２筒体側の端部を真横から照射することで、影の長さを実際の環状隙間の大きさと一致させることができるので、精度良く環状隙間の大きさを算出することができる。

一実施形態において、前記支持部、前記撮像素子、前記操作レバー及び前記リンク機構は、前記ロッド部と一体的に周方向へ回動可能である。

このように、ロッド部、支持部、撮像素子、操作レバー及びリンク機構をロッド部の周方向に一体的に回動させることができるので、ロッド部を回動させることで隙間計測装置を回動させることができる。これにより、複数の周方向位置において環状隙間を計測することができる。

一実施形態において、前記ロッド部に設けられた第２フランジと前記燃焼器の前記第１フランジとの間に着脱自在に設けられるスペーサをさらに備えている。

このように、第１フランジと第２フランジとの間に着脱可能なスペーサを介在させることで、燃焼器内に挿入されるロッド部の長さを調整することができる。これにより、第１フランジから第１筒体の先端側端面までの軸方向の長さが異なる複数種類の燃焼器にも上記隙間計測装置を適用することができる。

一実施形態において、前記ロッド部に設けられた第２フランジと前記燃焼器の前記第１フランジとの間において、前記第１フランジに締結ボルトによって固定され、前記ロッド部を挿通可能な貫通穴を有する固定プレートと、
前記固定プレートとともに前記第２フランジを挟むように配置され、締結部材によって前記固定プレートと締結されて前記第２フランジを摩擦固定する摩擦プレートとをさらに備え、
前記固定プレートには、前記締結ボルトの頭部が収容される座ぐり穴が設けられている。

このように、固定プレートは締結ボルトにより燃焼器の第１フランジに固定され、不動である。一方、ロッド部の第２フランジは、摩擦プレートと固定プレートとの間に挟まれて摩擦固定されているものの、摩擦プレートの固定プレートへの締結力を弱めれば固定プレートに対して滑り得る。この際、固定プレートを燃焼器の第１フランジに固定するための締結ボルトの頭部は、固定プレートの座ぐり穴に収容されており、ロッド部の第２フランジと干渉することはない。よって、必要に応じて、ロッド部の先端側を燃焼器に挿入したまま、ロッド部を容易に回動させることができる。
例えば、複数の周方向位置における環状隙間の計測を行う際、摩擦プレートの固定プレートへの締結力を弱めた状態でロッド部を回動させることで、次の計測位置に撮像素子を容易に向けることができる。

本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼器の環状隙間計測方法は、燃焼ノズルと、当該燃焼ノズルの周りに設けられて当該燃焼ノズルを囲む第１筒体と、前記第１筒体に接続され、前記燃焼ノズルによって燃焼した燃焼ガスを下流側に導く第２筒体とを備えた燃焼器の前記第１筒体と前記第２筒体とのオーバーラップ部分における前記第１筒体と前記第２筒体との間の環状隙間の大きさを計測する燃焼器の環状隙間計測方法であって、
少なくとも基端側が中空であるロッド部の先端側を前記燃焼器内に挿入し、前記ロッド部を前記燃焼器の第１フランジに取り付ける取付け工程と、
前記基端側の中空の前記ロッド部内を貫通し、前記ロッド部の先端に回動可能に取り付けられた支持部に向かって延在する操作レバーを進退させ、リンク機構を介して前記操作レバーに接続され、且つ、前記支持部を前記ロッド部の軸方向に直交する回動軸を中心として回動させる回動工程と、
前記回動工程において前記支持部によって支持された撮像素子が前記環状隙間に向けられた状態で、前記撮像素子によって前記環状隙間を撮像する撮像工程と、
前記撮像工程にて得られた前記環状隙間の画像に基づいて実際の前記環状隙間の大きさを算出する算出工程と、を備えることを特徴とする。

上記燃焼器の環状隙間計測方法によれば、操作レバーの進退運動がリンク機構によって支持部の回動運動に変換されるから、隙間計測装置の燃焼器への挿入時にはロッド部の軸方向に支持部が沿った状態とすることができる。よって、取付け工程において、燃焼器内の狭隘な空間にロッド部及びその先端に取り付けられた支持部をスムーズに挿入できる。また、操作レバーの進退運動が支持部の回動運動に変換されるから、回動工程において、環状隙間に撮像素子を向けるように支持部を回動することができる。そして、回動工程によって撮像素子は環状隙間を向いているため、撮像工程において、撮像素子による環状隙間の撮像を確実に行うことができる。したがって、第１筒体と第２筒体とを組み立てた状態であっても、算出工程によって、撮像素子によって得られた環状隙間の画像に基づいて環状隙間の大きさを算出することができる。

一実施形態において、前記ロッド部、前記支持部、前記撮像素子、前記操作レバー及び前記リンク機構を、一体的に前記ロッド部の周方向に回動させて、複数の周方向位置における前記環状隙間の大きさを求めてもよい。

このように、ロッド部、支持部、撮像素子、操作レバー及びリンク機構を、一体的にロッド部の周方向に所定角度ずつ回動させるため、複数の周方向位置において環状隙間の大きさを算出することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、燃焼器内の狭隘な空間にロッド部及びその先端に取り付けられた支持部をスムーズに挿入できるとともに、撮像素子による環状隙間の撮像を確実に行うことができる。よって、第１筒体と第２筒体を燃焼器に組み付けた状態であっても、撮像素子によって得られた環状隙間の画像に基づいて第１筒体と第２筒体の間の環状隙間の大きさを算出することができる。

本発明の実施形態に係る燃焼器の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る隙間計測装置の側面図である。 図２のＡ矢視図である。 図２のＢ−Ｂ矢視図である。 隙間計測装置を燃焼器に取り付けて環状隙間を計測する状態を示す図である。 隙間計測装置を他の種類の燃焼器に取り付けて環状隙間を計測する状態を示す図である。 環状隙間の計測の考え方を示す模式図である。 隙間計測装置で環状隙間を計測するフローを示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。以下の実施形態では、ガスタービンを構成する燃焼器について適用した場合について説明する。

＜燃焼器の構成について＞
図１は、本発明の実施形態に係る燃焼器の構成を示す断面図である。
図１に示すように、燃焼器１は、燃料供給側に設置されるスワラ支持筒２ａ（第１筒体に相当。内筒と称される場合もある）と、前記スワラ支持筒２ａに接続されて燃焼ガスを下流側のタービンに導く燃焼筒２ｂ（第２筒体に相当。尾筒と称される場合もある）と、車室３の内壁に沿うように挿入されるとともにスワラ支持筒２ａを覆う外筒２ｃとを備えている。スワラ支持筒２ａと燃焼筒２ｂとのオーバーラップ部分におけるスワラ支持筒２ａと燃焼筒２ｂとの間にはスプリングクリップ５が配置されている。

また、燃焼器１は、スワラ支持筒２ａ内の中心部に拡散燃焼を行うパイロットノズル６と、パイロットノズル６の外周に等間隔に配置されて予混合燃焼を行う複数のメインノズル８と、パイロットノズル６の下流側先端部分を覆うように設置されたパイロットコーン１０と、メインノズル８の下流側先端部分を覆うように設置されたメインバーナ１２と、を備えている。

そして、燃焼器１は、パイロットコーン１０内の上流側においてパイロットノズル６の外周に当接するように設置されたパイロットスワラ１４と、メインバーナ１２内の上流側においてパイロットノズル６の外周に配置されたスワラ部を備えた複数のメインノズル８とを備える。

ガスタービンを構成する圧縮機から燃焼器１へ導かれる圧縮空気は、前記スワラ支持筒２ａと外筒２ｃとの間を通過してスワラ支持筒２ａ内に供給される。また、圧縮空気の一部は、スワラ支持筒２ａと燃焼筒２ｂとの間に形成される環状隙間１９を通過して燃焼筒２ｂ内に供給される。

＜燃焼器１の隙間計測装置の構成について＞
次に、スワラ支持筒２ａと燃焼筒２ｂとの間の環状隙間１９の大きさを実際に計測可能な燃焼器１の隙間計測装置について以下で説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る隙間計測装置の側面図である。また、図３は、図２のＡ矢視図である。そして、図４は、図２のＢ−Ｂ矢視図である。
図２〜図４に示すように、燃焼器１の隙間計測装置２０は、ロッド部３０と、ロッド部３０の先端に取り付けられた支持部５０と、支持部５０の先端に支持された撮像素子６０と、基端側の中空のロッド部３０内を貫通する操作レバー７０と、操作レバー７０と支持部５０の間に設けられたリンク機構８０とを備えている。

ロッド部３０は、基端部３０ａと先端部３０ｂとを備えている。ロッド部３０の基端部３０ａは、中空で円筒形状の筒体３２によって構成されている。また、ロッド部３０の先端部３０ｂは、筒体３２の先端に接続されたアーム３４から構成されている。アーム３４は、一対の略矩形の第１板状部材３５ａ、３５ｂから構成されている。第１板状部材３５ａ、３５ｂは、互いに平行に配置されるとともに、ロッド部３０の軸方向に沿って延在している。なお、アーム３４には、支持部３０の回動範囲を規制するためのストッパ５３が設けられている。

アーム３４の先端部は、連結ピン５２にて支持部５０と連結されている。
支持部５０は、一対の略矩形の第２板状部材５１ａ、５１ｂを備えている。一対の第２板状部材５１ａ、５１ｂは、アーム３４を両側から挟み込みように配置されている。また、第２板状部材５１ａ、５１ｂは、互いに平行に配置されるとともに、ロッド部３０の軸方向に沿って延在している。

連結ピン５２は、ロッド部３０の軸方向に直交するように配置されている。このように、支持部５０は、連結ピン５２の軸心（回動軸）５５を中心として回動可能にロッド部３０の先端部３０ｂ（アーム３４の先端）に取り付けられている。

また、支持部５０の先端部５０ｂには、撮像素子６０が配設されている。具体的に、一対の第２板状部材５１ａ、５１ｂ間に撮像素子６０が挟持されている。
幾つかの実施形態では、撮像素子６０は、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサである。

支持部５０の基端部５０ａには、リンク機構８０が接続される。幾つかの実施形態において、リンク機構８０は、ロッド８１と、ロッド８１の両端に設けられる一対のリンクピン７１、７２とで構成される。ロッド８１の先端は、第１リンクピン７１によって支持部５０の基端部５０ａに連結される。一方、ロッド８１の基端は、第２リンクピン７２によって操作レバー７０の先端部７０ｂに連結される。

操作レバー７０は、ロッド部３０の筒体３２内を貫通するように設けられた棒状部材である。操作レバー７０のうち、リンク機構８０とは反対側に位置する基端部７０ａは、ロッド３０の軸方向と直交する向きに折り曲げられ、作業者が把持しやすいようになっている。

操作レバー７０がロッド部３０の軸方向に沿って進退すると、操作レバー７０の進退運動はリンク機構８０によって支持部５０の回動運動に変換される。操作レバー７０の進退運動が、支持部５０の回動運動に変換される際の、操作レバー７０、リンク機構８０及び支持部５０の動作について具体的な例を用いて以下で説明する。

ロッド部３０の軸方向に支持部５０が沿った状態で、操作レバー７０を先端側へ向かって移動させると、ロッド８１は、第１リンクピン７１が軌跡５６上を反時計回りに移動するように第２リンクピン７２を中心として回動しながら、図２における右側に移動する。これに伴い、リンク機構８０に連結されている支持部５０も回動軸５５を中心として反時計間回りに回動する。なお、操作レバー７０を先端側へ向かって移動させる際に、支持部５０の基端部５０ａの上面がストッパ５３に当接し、ストッパ５３によって支持部５０の時計周りへの回動が規制される。

ストッパ５３は、アーム３４の各第１板状部材３５ａ、３５ｂにそれぞれ設けられている。各ストッパ５３は、各第１板状部材３５ａ、３５ｂの側面の上側縁部に、当該側面から外方へ突出するように形成されている。

操作レバー７０を先端側へ向かって移動させ続けると、反時計回りに回動した支持部５０の先端部５０ｂの上面がストッパ５３に当接して、回動を停止する。支持部５０の先端部５０ｂがストッパ５３に当接する回動角度が、支持部５０の最大回動角度となる。
支持部５０の先端部５０ｂがストッパ５３に当接して回動が制限されると、操作レバー７０を先端側へ向かって移動させることができなくなる。即ち、操作レバー７０を先端側へ向かって移動させることができなくなるまで操作することで、支持部５０を常にストッパ５３に当接した位置（最大回動角度）まで回動させることができる。これにより、支持部５０を最大回動角度まで容易に回動させることができる。

支持部５０が最大回動角度まで回動した状態、即ち支持部５０の先端部５０ｂがストッパ５３に当接した状態のとき、環状隙間１９と軸心５５とを結ぶ直線上に撮像素子６０は位置している。

また、支持部５０が最大回動角度まで回動した状態で、操作レバー７０を基端側へ向かって移動させると、ロッド８１は、第１リンクピン７１が軌跡５６上を時計周りに移動するように第２リンクピン７２を中心として回動しながら、図２における左側に移動する。また、支持部５０も軸心５５を中心として時計回りに回動する。
そして、操作レバー７０を基端側へ向かって移動させ続けると、回動した支持部５０の基端部５０ａがストッパ５３に当接する。

支持部５０の基端部５０ａの上面には、ストッパ５３に対応した切欠き５４が設けられている。この切欠き５４内にストッパ５３が収容されたとき、支持部５０の長手方向はロッド部３０の軸方向と平行な状態になっている。そして、この状態からさらに支持部５０が時計周りに回動しようとしても、ストッパ５３によって支持部５０の回動が規制される。

このように、ストッパ５３は、支持部５０の長手方向がロッド部３０の軸方向と平行になるような角度と、最大回動角度との間に支持部５０の回動範囲を規制するようになっている。

支持部５０の基端部５０ａがストッパ５３に当接して回動が制限されると、操作レバー７０を基端側へ向かって移動させることができなくなる。
即ち、操作レバー７０を基端側へ向かって移動させることができなくなるまで操作することで、支持部５０の長手方向がロッド部３０の軸方向と平行になるような角度位置まで支持部５０を容易に回動させることができる。

また、隙間計測装置２０は、ロッド部３０に取り付けられて、環状隙間１９に向かって光を照射する光源４７をさらに備えている。光源４７からの光の照射方向と、環状隙間１９と軸心５５とを結ぶ直線との交点に環状隙間１９が位置する。光源４７の取り付けられている位置の詳細については後述する。

隙間計測装置２０を構成する支持部５０、撮像素子６０、操作レバー７０及びリンク機構８０は、ロッド部３０と一体的に周方向へ回動可能である。即ち、ロッド部３０を回動させると、支持部５０、撮像素子６０、操作レバー７０及びリンク機構８０はロッド部３０と共に回動する。

環状隙間１９の撮像は、環状隙間１９の周方向に沿って予め決定された所定角度毎に行う。
燃焼器１内に挿入された隙間計測装置２０を環状隙間１９の周方向に沿って所定の角度だけ回動させる方法について以下で説明する。まず、隙間計測装置２０を燃焼器１に固定する方法について説明し、その後、隙間計測装置２０を回動させる方法について説明する。

図５は、隙間計測装置２０を燃焼器１に取り付けて環状隙間１９を計測する状態を示す図である。
図５に示すように、ロッド部３０は、燃焼器１のパイロットノズル６を固定するための第１フランジ１ａ（図１参照）に取り付けるための第２フランジ３６を基端部３０ａに有している。
隙間計測装置２０を燃焼器１に取り付ける場合、第２フランジ３６と第１フランジ１ａとの間には、ロッド部３０を挿通可能な貫通穴３１を有する固定プレート３７が設けられる。

固定プレート３７は、ボルト３９で第１フランジ１ａに固定される。ボルト３９の頭部が固定プレート３７から突出しないように、固定プレート３７には座ぐり穴４２が設けられている。
座ぐり穴４２の位置に対応する第２フランジ３６の部分には、ボルト３９を挿通可能な切欠き４０（図４参照）が設けられている。
ボルト３９は、パイロットノズル６を締結部材で第１フランジ１ａに取り付ける際に利用するネジ穴に螺合する。このため、ボルト３９用のネジ穴を第１フランジ１ａに新たに設ける必要が無い。したがって、ボルト３９用のネジ穴を設けることによって第１フランジ１ａの強度が低下することを防止できる。

また、第２フランジ３６は、固定プレート３７と、第２フランジ３６を挟んで固定プレート３７とは反対側に設けられる摩擦プレート４３とによって挟持されている。
摩擦プレート４３は、両端部を貫通する六角ボルト４４により固定プレート３７に締結される。摩擦プレート４３の両端部の六角ボルト４４を締め込むと、摩擦プレート４３の中央部が第２フランジ３６に当接して当該第２フランジ３６を固定プレート３７に押し付ける。このため、固定プレート３７と第２フランジ３６との間に摩擦力が発生し、当該摩擦力により第２フランジ３６を固定プレート３７に摩擦固定する。これにより、ロッド部３０、即ち隙間計測装置２０を燃焼器１に固定することができる。

摩擦プレート４３の両端部を六角ボルト４４で過剰に締め込むと、第２フランジ３６に当接しない両端部が変形するおそれがあるため、摩擦プレート４３の両端部と固定プレート３７との間には、それぞれ六角ボルト４４を挿通可能なリング状のスペーサ４５が設けられている。スペーサ４５の厚さは、第２フランジ３６の軸方向の厚さとほぼ同じとする。
なお、摩擦プレート４３を締結するための六角ボルト４４が螺着されるネジ穴は固定プレート３７に設けられている。したがって、固定プレート３７を設けることで、第２フランジ３６を固定するための六角ボルト４４用のネジ穴を第１フランジ１ａに設ける必要が無い。したがって、六角ボルト４４用のネジ穴を設けることによって第１フランジ１ａの強度が低下することを防止できる。

また、隙間計測装置２０を回動させる際には、摩擦プレート４３を固定する六角ボルト４４を緩めて、摩擦プレート４３によって第２フランジ３６を押圧する押圧力を低下させる。これにより、第２フランジ３６と固定プレート３７との間に生じる摩擦力が低下する。摩擦力が低下するため、第２フランジ３６、即ちロッド部３０を回動させることが可能となる。このとき、ボルト３９の頭部は、固定プレート３７の座ぐり穴４２に収容されており、ロッド部３０の第２フランジ３６と干渉することはない。
そして、ロッド部３０を回動させると、支持部５０、撮像素子６０、操作レバー７０及びリンク機構８０はロッド部３０と一体的に周方向へ回動する。
所定の角度だけ回動させた後、再び、上述したように、摩擦プレート４３の両端部の六角ボルト４４を締め込んで、第２フランジ３６を固定プレート３７に固定する。

また、図５に示すように、メインノズル８、スワラ支持筒２ａ、燃焼筒２ｂ等は組付けられているが、パイロットノズル６は組付けられていない燃焼器１のパイロットノズル取付け部（第１フランジ１ａ）に隙間計測装置２０を取り付ける。

なお、スワラ支持筒２ａと燃焼筒２ｂの間の環状隙間１９を計測するため、車室３に隙間計測装置２０を取付ける構造としては、パイロットノズル６の他には適当なノズルが存在しない。そのため、本隙間計測装置２０は、パイロットノズル６の第１フランジ１ａ側から、先端の支持部５０を挿入する構造としている。更に、スワラ支持筒２ａと燃焼筒２ｂの間の環状隙間１９を計測するためには、支持部５０に取付けられた撮像素子６０をパイロットノズル６の前方側（図１の紙面上で右側）で、スワラ支持筒２ａの先端側端面４より前方側の燃焼室１７内に配置する必要がある。従って、パイロットノズル６を介して隙間計測装置２０が取付けられた後、撮像素子６０を備えた支持部５０は、スワラ支持筒２ａ側に反転できる構造とする必要がある。

また、撮像素子６０は出力が大きい素子を用いる方が望ましいが、大出力となると素子寸法が大きくなり、隙間計測装置２０を取り付ける際、パイロットスワラ１４の内側と干渉して、挿入できないという問題が生ずる。そのため、小型の撮像素子６０を用いて、パイロットスワラ１４との干渉は避けるとともに、支持部５０が回動して反転できる構造としている。これにより、撮像素子６０と環状隙間１９の間の距離が短縮され、小型小出力の撮像素子６０でも鮮明な画像が得られる。

次に、支持部５０、ロッド部３０の先端部３０ｂを燃焼器１内に挿入した後、固定プレート３７を第１フランジ１ａに取り付けて、続いて摩擦プレート４３を用いて第２フランジ３６を固定プレート３７に押し付けて、摩擦力によって第２フランジ３６を燃焼器１に固定する。こうして、隙間計測装置２０の燃焼器１への取付けが行われる。

次に、操作レバー７０を移動できなくなるまで先端側へ向かって移動させて、支持部５０を最大回動角度に回動させる。係る場合に、撮像素子６０は、環状隙間１９と軸心５５とを結ぶ直線上に位置しており、撮像素子６０は、環状隙間１９に最も近接する位置に配置される。

環状隙間１９は、ロッド部３０に取り付けられた光源４７により照射される。光源４７は、ロッド部３０のスワラ支持筒２ａの先端側端面４に対応する軸方向位置に設けられており、ロッド部３０の軸方向と直交方向に光を照射する。これにより、環状隙間１９にスワラ支持筒２ａの影が形成される。スワラ支持筒２ａの先端側端面４を真横から照射するので、環状隙間１９に形成される影の長さは、実際の環状隙間の大きさと一致する。

そして、支持部５０によって支持された撮像素子６０が環状隙間１９に向けられた状態で、光源４７から光を照射された環状隙間１９を撮像素子６０によって撮像する。

続いて、撮像素子６０にて撮像された画像上の環状隙間１９、即ち影の長さを計測する。画像上の環状隙間１９の大きさと実際の環状隙間１９の大きさとの関係を示す関係式に、計測した環状隙間１９の大きさの値を代入して、実際の環状隙間１９の大きさを算出する。なお、画像上の環状隙間１９の大きさと実際の環状隙間１９の大きさとの関係を示す関係式は、予め実験等により算出されているものを利用する。

図６は、隙間計測装置２０を他の種類の燃焼器に取り付けて環状隙間１９を計測する状態を示す図である。
図６に示すように、第１フランジ１ａからスワラ支持筒２ａの先端側端面４までの軸方向の長さが、図５等に記載の燃焼器１と異なる燃焼器１００に隙間計測装置２０を取り付けると、光源４７の位置が軸方向にずれてしまう。係る場合には、固定プレート３７と第１フランジ１ａとの間に、着脱自在に設けられるスペーサ２１を設けて、光源４７の軸方向の位置を調整する。
スペーサ２１は、ロッド部３０を挿通可能な貫通穴２２と、ボルト２３を収容する座ぐり穴２４とを有している。スペーサ２１は、ボルト２３で第１フランジ１ａに固定される。スペーサ２１を用いる場合、固定プレート３７は、第１フランジ１ａとともにスペーサ２１を挟むように配置される。

次に、光源４７から光を環状隙間１９にあてて、形成される影の長さを撮像素子６０で計測して、環状隙間１９に校正する考え方について説明する。

図７は、環状隙間１９の計測の考え方を示す模式図である。
図７に示すように、軸方向において光源４７の中心がスワラ支持筒２ａの先端側端面４に一致するように配置して、軸方向に直交する方向から環状隙間１９の周辺に光を当てた場合、前記スワラ支持筒２ａの先端側端面４及び燃焼筒２ｂの内面に光が当たる。ここで、スワラ支持筒２ａの径方向の外縁をＡ点とし、径方向にＡ点から燃焼筒２ｂの内面に向かって軸方向に直交する線を引き、その交点をＢ点とする。また、撮像素子６０から出る光（計測線６１）のうち、Ｂ点を通る計測線６１にＡ点から下した垂線が交わる交点をＣ点とする。すなわち、撮像素子６０から出る計測線６１の軸方向に対する傾き角をαとすれば、線分ＡＢと線分ＡＣの交わる角は、傾き角αと一致することになる。

撮像素子６０で捉えられる画像は、Ａ点及びＢ点は光点（明るく表示される点）となり、点Ａと点Ｂの間は、周方向に暗い環状帯として表示される。すなわち、図８において、環状隙間１９は、線分ＡＢの長さとみなすことができる。しかし、画像で表示される環状隙間１９の長さは、線分ＡＣの長さとして表示されるので、これを線分ＡＢに置き換えて、計測値を校正する必要がある。後述する事前の試験（ステップＳ１）で関係式を算出することにより、この関係を決定する。

＜環状隙間１９の大きさを算出するフロー＞
次に、隙間計測装置２０で環状隙間１９の大きさを算出するフローについて説明する。

図８は、隙間計測装置２０で環状隙間１９を計測するフローを示す図である。
図８に示すように、まず、隙間計測装置２０を燃焼器１内に挿入する前に、既知の長さの環状隙間と撮像された画像上の環状隙間の大きさとの関係式を予め算出する（ステップＳ１）。
具体的には、試験用の光源４７、撮像素子６０及び隙間を設けて、これらの位置関係が、燃焼器１に隙間計測装置２０を取り付けた状態における光源４７、撮像素子６０及び環状隙間１９の位置関係と同じになるように、試験用の光源４７、撮像素子６０及び隙間を配置する。即ち、試験用の光源４７からの光の照射方向と、試験用の隙間と試験用の撮像素子６０とを結ぶ直線状の計測線６１との交点（Ａ点及びＢ点）に試験用の隙間が位置するように配置する。なお、試験用の隙間の大きさはノギス等の計測器にて計測する。
そして、試験用の光源４７から試験用の隙間へ向かって光を照射し、試験用の隙間を試験用の撮像素子６０にて撮像する。続いて、試験用の撮像素子６０にて撮像された画像上の影の長さ（線分ＡＣ）を計測し、計測された画像上の影の長さと、試験用の実際の隙間（線分ＡＢ）の大きさとの関係を示す関係式を算出する。

次に、隙間計測装置２０の操作レバー７０を基端側に向かって移動させることで、支持部５０を回動させて、支持部５０をロッド部３０の軸方向に沿った状態とする。

次に、メインノズル８、スワラ支持筒２ａ、燃焼筒２ｂは燃焼器１に組付けられ、パイロットノズル６は組付けられていないパイロットノズル取付け部に隙間計測装置２０を挿入して取り付ける（ステップＳ２）。
ロッド部３０の軸方向に支持部５０が沿った状態で、隙間計測装置２０の支持部５０及びロッド部３０を燃焼器１内に挿入する。続いて、固定プレート３７を第１フランジ１ａに固定し、第２フランジ３６を摩擦プレート４３で固定プレート３７に固定して、隙間計測装置２０を燃焼器１に取り付ける。

次に、操作レバー７０を先端側に向かって移動させることで支持部５０を回動させる（ステップＳ３）。
支持部５０の先端部５０ｂがストッパ５３に当接するまで操作レバー７０を先端側へ向かって移動させて、撮像素子６０を環状隙間１９に向ける。操作レバー７０を先端側へ移動させることができなくなったら、操作レバー７０をその位置で保持する。係る場合に、支持部５０は最大回動角度に回動されている。

次に、撮像素子６０が環状隙間１９に向けられた状態で、撮像素子６０によって環状隙間１９を撮像する（ステップＳ４）。

次に、ステップＳ４にて撮像された画像上の環状隙間１９の大きさに基づいて実際の環状隙間１９の大きさを算出する（ステップＳ５）。
ステップＳ４にて撮像された画像上の環状隙間１９、即ち影の長さを計測する。計測した環状隙間１９の大きさをステップＳ１にて算出した関係式に代入して、実際の環状隙間１９の大きさを算出する。

次に、環状隙間１９の測定が終了したか否かを判定する（ステップＳ６）。
環状隙間１９の周方向に角度を変えて予め設定された所定回数以上、環状隙間１９を撮像したか否かを判定する。環状隙間１９を撮像した回数が、予め設定された所定回数未満であれば（ステップＳ６：ＮＯ）、続いて、ステップＳ７を実施する。

ステップＳ７では、摩擦プレート４３の六角ボルト４４を緩めて、第２フランジ３６と固定プレート３７との間に生じた摩擦力を低下させる。そして、第２フランジ３６を所定の角度だけ周方向に回動させることで、ロッド部３０を回動させる。支持部５０、撮像素子６０、操作レバー７０及びリンク機構８０は、ロッド部３０と一体的に回動する。これにより、隙間計測装置２０を回動させることができる。
続いて、六角ボルト４４を締めて、第２フランジ３６を固定プレート３７に固定して隙間計測装置２０を燃焼器１に固定する。
その後、再びステップＳ３を実施する。

一方、環状隙間１９を撮像した回数が、予め設定された所定回数以上であれば（ステップＳ６：ＹＥＳ）、計測作業を終了する。

上述した本実施形態に係る燃焼器１の隙間計測装置２０によれば、操作レバー７０の進退運動がリンク機構８０によって支持部５０の回動運動に変換されるから、隙間計測装置２０の燃焼器１への取付け時にはロッド部３０の軸方向に支持部５０が沿った状態とし、隙間計測時には環状隙間１９に撮像素子６０を向けるように支持部５０を回動することができる。よって、燃焼器１内の狭隘な空間にロッド部３０及びその先端に取り付けられた支持部５０をスムーズに挿入できるとともに、撮像素子６０による環状隙間１９の撮像を確実に行うことができる。したがって、スワラ支持筒２ａと燃焼筒２ｂとを組み立てた状態であっても、撮像素子６０によって得られた環状隙間１９の画像に基づいて環状隙間１９の大きさを算出することができる。

また、支持部５０の最大回動角度を規制するためのストッパ５３を設けたので、操作レバー７０の操作量によって支持部５０の回動量を調節して撮像時における撮像素子の位置を調整する場合に比べて、容易且つ高精度に撮像素子６０を環状隙間１９に向けることができる。

また、支持部５０の先端部５０ｂがストッパ５３に当接した状態のとき、環状隙間１９と軸心５５とを結ぶ直線状の計測線６１上に撮像素子６０は位置している。係る場合に、撮像素子６０は環状隙間１９に最も接近するから、この位置から撮像することで、撮像された画像上の環状隙間１９を精度良く計測できるため、環状隙間１９の大きさを正確に算出することができる。

また、光源４７は、スワラ支持筒２ａの先端側端面４に対応する位置のロッド部３０に設けられているため、スワラ支持筒２ａの先端を真横（ロッド部３０の軸方向に直交する方向）から照射することができる。スワラ支持筒２ａの先端を真横から照射することで、影の長さを実際の環状隙間１９の大きさと一致させることができるので、精度良く環状隙間１９の大きさを算出することができる。

さらに、ロッド部３０、支持部５０、撮像素子６０、操作レバー７０及びリンク機構８０をロッド部３０の周方向に一体的に回動させることができるので、複数の周方向位置において環状隙間１９を計測することができる。

また、第１フランジ１ａと第２フランジ３６との間に着脱可能なスペーサ２１を介在させることで、燃焼器１内に挿入されるロッド部３０の長さを調整することができる。これにより、第１フランジ１ａからスワラ支持筒２ａの先端側端面４までの軸方向の長さが異なる複数種類の燃焼器にも本発明の隙間計測装置２０を適用することができる。

また、固定プレート３７はボルト３９により第１フランジ１ａに固定され、不動である。一方、ロッド部３０の第２フランジ３６は、摩擦プレート４３と固定プレート３７との間に挟まれて摩擦固定されているものの、摩擦プレート４３の固定プレート３７への締結力を弱めれば固定プレート３７に対して滑り得る。この際、固定プレート３７を燃焼器１の第１フランジ１ａに固定するためのボルト３９の頭部は、固定プレート３７の座ぐり穴４２に収容されており、ロッド部３０の第２フランジ３６と干渉することはない。よって、必要に応じて、ロッド部３０の先端側を燃焼器１に挿入したまま、ロッド部３０を容易に回動させることができる。
例えば、複数の周方向位置における環状隙間１９の計測を行う際、摩擦プレート４３の固定プレート３７への締結力を弱めた状態でロッド部３０を回動させることで、次の計測位置に撮像素子６０を容易に向けることができる。

なお、本実施形態では、撮像素子６０としてＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサを用いて環状隙間１９を撮像する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の撮像器を用いてもよい。

また、本実施形態では、光源４７をロッド部３０に設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、撮像素子６０が光源４７を備えていてもよい。

１ 燃焼器
１ａ 第１フランジ
２ａ スワラ支持筒
２ｂ 燃焼筒
２ｃ 外筒
３ 車室
４ 先端側端面
５ スプリングクリップ
６ パイロットノズル
８ メインノズル
１０ パイロットコーン
１２ メインバーナ
１４ パイロットスワラ
１７ 燃焼室
１９ 環状隙間
２０ 隙間計測装置
２１ スペーサ
２２ 貫通穴
２３ ボルト
２４ 座ぐり穴
３０ ロッド部
３０ａ 基端部
３０ｂ 先端部
３１ 貫通穴
３２ 筒体
３４ アーム
３５ａ、３５ｂ 第１板状部材
３６ 第２フランジ
３７ 固定プレート
３９ ボルト
４０ 切欠き
４２ 座ぐり穴
４３ 摩擦プレート
４４ 六角ボルト
４５ スペーサ
４７ 光源
５０ 支持部
５０ａ 基端部
５０ｂ 先端部
５１ａ、５１ｂ 第２板状部材
５２ 連結ピン
５３ ストッパ
５４ 切欠き
５５ 軸心
５６ 軌跡
６０ 撮像素子
６１ 計測線
７０ 操作レバー
７０ａ 基端部
７０ｂ 先端部
７１ 第１リンクピン
７２ 第２リンクピン
８０ リンク機構
８０ａ 基端部
８０ｂ 先端部
１００ 燃焼器

Claims (9)

1. 燃焼ノズルと、当該燃焼ノズルの周りに設けられて当該燃焼ノズルを囲む第１筒体と、前記第１筒体に接続され、前記燃焼ノズルによって燃焼した燃焼ガスを下流側に導く第２筒体とを備えた燃焼器の前記第１筒体と前記第２筒体とのオーバーラップ部分における前記第１筒体と前記第２筒体との間の環状隙間の大きさを計測する燃焼器の隙間計測装置であって、
   先端側が前記燃焼器内に挿入された状態で、前記燃焼ノズルを固定するための前記燃焼器の第１フランジに取り付けられ、少なくとも基端側が中空であるロッド部と、
   前記ロッド部の軸方向に直交する回動軸を中心として回動可能に前記ロッド部の先端に取り付けられた支持部と、
   前記支持部に支持され、前記環状隙間を撮像する撮像素子と、
   前記基端側の中空の前記ロッド部内を貫通し、前記支持部に向かって延在する操作レバーと、
   前記操作レバーと前記支持部との間に設けられ、前記操作レバーの進退運動を、前記回動軸を中心とした前記支持部の回動運動に変換するリンク機構とを備えることを特徴とする燃焼器の隙間計測装置。
2. 前記ロッド部に設けられて、前記支持部の最大回動角度を制限するストッパをさらに備え、
   前記最大回動角度において、前記支持部に支持された前記撮像素子は前記環状隙間に向けられることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器の隙間計測装置。
3. 前記支持部が前記最大回動角度まで回動した状態で前記環状隙間と前記回動軸とを結ぶ直線上に前記撮像素子が位置するように、前記ストッパは構成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃焼器の隙間計測装置。
4. 前記第１筒体の前記第２筒体側の端部に対応する軸方向位置において前記ロッド部に取り付けられ、径方向外方に光を照射する光源をさらに備え、
   前記光源からの前記光の照射方向と前記直線との交点において前記環状隙間が形成されるように、前記ストッパ及び前記光源が構成されることを特徴とする請求項３に記載の燃焼器の隙間計測装置。
5. 前記支持部、前記撮像素子、前記操作レバー及び前記リンク機構は、前記ロッド部と一体的に周方向へ回動可能であることを特徴とする請求項１〜４のうち何れか一項に記載の燃焼器の隙間計測装置。
6. 前記ロッド部に設けられた第２フランジと前記燃焼器の前記第１フランジとの間に着脱自在に設けられるスペーサをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器の隙間計測装置。
7. 前記ロッド部に設けられた第２フランジと前記燃焼器の前記第１フランジとの間において前記第１フランジに締結ボルトによって固定され、前記ロッド部を挿通可能な貫通穴を有する固定プレートと、
   前記固定プレートとともに前記第２フランジを挟むように配置され、締結部材によって前記固定プレートと締結されて前記第２フランジを摩擦固定する摩擦プレートとをさらに備え、
   前記固定プレートには、前記締結ボルトの頭部が収容される座ぐり穴が設けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の燃焼器の隙間計測装置。
8. 燃焼ノズルと、当該燃焼ノズルの周りに設けられて当該燃焼ノズルを囲む第１筒体と、前記第１筒体に接続され、前記燃焼ノズルによって燃焼した燃焼ガスを下流側に導く第２筒体とを備えた燃焼器の前記第１筒体と前記第２筒体とのオーバーラップ部分における前記第１筒体と前記第２筒体との間の環状隙間の大きさを計測する燃焼器の環状隙間計測方法であって、
   少なくとも基端側が中空であるロッド部の先端側を前記燃焼器内に挿入し、前記ロッド部を前記燃焼器の第１フランジに取り付ける取付け工程と、
   前記基端側の中空の前記ロッド部内を貫通し、前記ロッド部の先端に回動可能に取り付けられた支持部に向かって延在する操作レバーを進退させ、リンク機構を介して前記操作レバーに接続され、且つ、前記支持部を前記ロッド部の軸方向に直交する回動軸を中心として回動させる回動工程と、
   前記回動工程において前記支持部によって支持された撮像素子が前記環状隙間に向けられた状態で、前記撮像素子によって前記環状隙間を撮像する撮像工程と、
   前記撮像工程にて得られた前記環状隙間の画像に基づいて実際の前記環状隙間の大きさを算出する算出工程と、を備えることを特徴とする燃焼器の環状隙間計測方法。
9. 前記ロッド部、前記支持部、前記撮像素子、前記操作レバー及び前記リンク機構を、一体的に前記ロッド部の周方向に回動させて、複数の周方向位置における前記環状隙間の大きさを求めることを特徴とする請求項８に記載の燃焼器の環状隙間計測方法。

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