JP2004077163A - Air type non-contact oscillator - Google Patents

Air type non-contact oscillator Download PDF

Info

Publication number
JP2004077163A
JP2004077163A JP2002234299A JP2002234299A JP2004077163A JP 2004077163 A JP2004077163 A JP 2004077163A JP 2002234299 A JP2002234299 A JP 2002234299A JP 2002234299 A JP2002234299 A JP 2002234299A JP 2004077163 A JP2004077163 A JP 2004077163A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air
nozzle
vibrating
contact
type non
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002234299A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koreichi Ehata
江畑 維一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP2002234299A priority Critical patent/JP2004077163A/en
Publication of JP2004077163A publication Critical patent/JP2004077163A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable an efficient test to be performed by amplifying an exciting force and to allow a fatigue test of a component of a high strength member to be performed with a relatively small device, in fatigue test by an air type non-contact oscillator. <P>SOLUTION: The air type non-contact oscillator is provided with an oscillating nozzle 4 for spraying air to an object and a pulse wave generator 6 which is connected to an air source 8 and generates pulse-like air of a predetermined frequency N, for determining fatigue strength of the object by spraying the continuously injecting pulse-like air. The oscillating nozzle is set to have a length where the pulse-like air passing through the inside oscillates gas-columnarly. The frequency of the pulse wave is made to coincide with the natural frequency of the object, and the oscillating nozzle preferably has a telescopic mechanism for telescoping the full length of it. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はエア式非接触加振装置に係るものであり、より詳しくは、タービンブレード等に空気を連続して吹き付けることによりこれを加振して行われる高サイクル疲労試験に用いるエア式非接触加振装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、流体の運動エネルギを回転運動に変え回転動力を得るガスタービンのタービンブレードには、ガスタービンの運転時に様々な方向の応力やモーメントが作用するため、実機製造前には運転時の安全性を確認するための種々の強度試験が行われる。
運動する金属部品の破壊は材料の疲れによるものが多く、そのため試験片となるタービンブレードを連続的に繰り返し加振して行われる疲労試験は、ガスタービンの信頼性を保証する上で最も重要な強度試験の一つである。
【0003】
疲労試験を行うための方法として一般的なものには、上下の往復運動を行う疲労試験機に対象物を片持支持して取り付け、これをその対象物の固有振動数で上下振動させる往復式加振方法の他に、地上の保持具に固定した対象物にパルス状の空気(衝撃波)を連続的に吹き付けることによってこれを加振するエア式非接触加振方法がある。
【0004】
図4に上記エア式非接触加振方法による対象物の疲労試験を行うためのエア式非接触加振装置の構成を簡略化して示した。
このエア式非接触加振装置40は、保持部3に固定した対象物2に空気を吹き付ける加振ノズル45と、図示しないモータからのびる第1シャフト41からの回転を受けてこれを約10倍程度に増速する増速機43と、増速機からの回転力を受けて加振ノズル45にパルス状の空気を送るパルス波発生機47と、パルス波発生機47に圧縮空気を供給する図示しないエア源と、から構成されている。
【0005】
増速機43からは第2シャフト49がパルス波発生機内にのびており、パルス波発生機47内には、径方向外側位置に周状に並ぶ多数(数十個)の貫通孔51が形成された回転円盤53が第2シャフト49の先端にフランジ状に取り付けられている。またこれとは別に回転円盤と同一形状の固定円盤55がパルス波発生機内に固定された状態で配置されている。
【0006】
回転円盤53は、固定円盤55に対して軸を一致させた状態で摺動して回転し、回転円盤の貫通孔と固定円盤の貫通孔が重複した範囲においては圧縮空気を加振ノズルに送り、各々の貫通孔が重複しない範囲においては圧縮空気の流れを遮断することによってパルス状に空気を噴出している。換言すれば、回転円盤の貫通孔と固定円盤の貫通孔とが開閉弁として機能することによって空気のパルス波(衝撃波)を発生させている。
なお、貫通孔以外の部分から圧縮空気が漏れ出すことのないように、各部にはシールが施されている。また加振ノズル45はその先端部において流路断面が漸減しており、内部を通る圧縮空気の流速が下流側に行くに従って速くなるようになっている。
【0007】
かかる装置を用いて行われる高サイクル疲労試験は、対象物2を保持具3にしっかりと片持ち固定した上で、これを加振ノズル45の近傍の地上に据え付けた後に、予め求めておいた対象物2の固有振動数と同じ周波数のパルス波を対象物の先端付近に吹き付けて、対象物を高サイクルで共振振動させることで行われていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述した従来のエア式非接触加振装置では、十分な加振力で効率的に対象物を加振して疲労試験を行うことが困難であり、特に高強度部材で製作された部品の疲労強度を確認するためにはその加振を行うための非常に大掛かりな装置が必要となっていた。
【0009】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであって、エア式非接触加振方法による疲労試験を行う場合に、加振力を増幅することによって効率的な疲労試験の実施を可能とし、また高強度部材の部品の疲労試験も比較的小型の装置によって実施することができるエア式非接触加振装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、パルス状に連続して噴出する空気を吹き付けることによって対象物(2)を加振して、その疲労強度を求めるためのエア式非接触加振装置であって、該エア式非接触加振装置(10)は、前記対象物に空気を吹き付ける中空管からなる加振ノズル(4)と、エア源(8)に接続され加振ノズルに向けて所定周波数(N)のパルス状の空気を発生するパルス波発生機(6)と、を備え、前記加振ノズルは、内部を通るパルス状の空気が気柱振動する長さに設定される、ことを特徴とするエア式非接触加振装置を提供する。
【0011】
本発明では、パルス状に噴出する空気を衝撃波(パルス波)として対象物に吹き付けるエア式非接触加振装置の加振ノズルの長さを、その内部を通る空気が気柱振動する長さに設定することによって、対象物への加振力を増幅させるものである。これにより、効率的な疲労試験の実施が可能となり、また高強度部材の部品を加振するための高圧圧縮空気を供給する大規模なエア源や高圧エアを取り扱う上での設備も不要となり装置の小型化が達成される。
【0012】
ここで、前記所定周波数(N)は対象物(2)の固有振動数に設定される、ことが好ましい。
【0013】
このようにパルス波の周波数を対象物の固有振動数に一致させて対象物に吹き付け、対象物を共振させてやることで、小さな衝撃波でも対象物を大きく振動させることができ、疲労試験のより一層の効率化が図られる。
【0014】
また、前記加振ノズル(4)には、その全長を調節するための伸縮機構(14)が設けられている、ことが好ましい。
【0015】
試験の対象物の固有振動数と同じ周波数のパルス波を加振ノズル内で気柱振動させるため、その周波数にあった長さの加振ノズルに付け替えて疲労試験を行うこともできるが、加振ノズルにその全長を調整するための伸縮機構を設けてやればノズルの付け替えの手間をなくして試験実施の容易化を図ることができる。
また、同種の部品であってもその固有振動数は個々に若干異なるため、個々の部品にあわせてノズルの全長を微調整してやることでノズル長さを最適化し、容易にノズル内部に気柱振動を発生させることができる。
【0016】
ここで前記加振ノズル(4)は、一端が前記パルス発生機に接続され他端にネジ部(12a)が形成された第1中空管(4a)と、一端に該ネジ部と螺合するネジ部(12b)が形成され他端から空気を噴出するた第2中空管(4b)と、からなり、前記伸縮機構(14)は、該雄ネジおよび雌ネジを締め又は緩めることによって第1中空管と第2中空管をその中心軸を一致させた状態で軸方向に移動させて、加振ノズルを伸縮させる、ことが好ましい。
【0017】
加振ノズルに設けたネジ構造の伸縮機構により加振ノズルの全長を一定の範囲で無段階に調整可能とるすることにより、ノズルの付け替えの手間をなくすとともに、様々なパルス波の周波数に迅速に対応し、気柱振動を発生させるための最適な長さにノズルを調整することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本願発明のエア式非接触加振装置について説明する。なお、各図において共通する部位については同一の符号を付し、重複した説明を省略する。また従来例と基本的に共通する部位については従来例で用いた符号を使用する。
【0019】
図1はガスタービンのタービンブレードの高サイクル疲労試験を目的としたエア式非接触加振装置の内部構造を表した側面図である。このエア式非接触加振装置10は従来の技術で述べたと同様に、地上の保持具3に固定した対象物2(ブレード)にパルス状の空気(衝撃波)を連続的に吹き付けることによってこれを加振するための装置である。なお、ブレードのたわみ量は図示しない光学式変位計により常時検出される。
【0020】
このエア式非接触加振装置10は、対象物に空気を吹き付ける加振ノズル4と、加振ノズル4にパルス状の空気を送るパルス波発生機6と、から構成され、パルス波発生機6には図示しないエア源から圧縮空気が供給されている。なお装置の各部には、圧縮空気が漏れ出すことのないように、図示しないシール構造が採用されている。
【0021】
パルス波発生機6は、その内部に組み込まれた回転数2,000〜40,000rpmの使用領域の高速スピンドル用のモータ5と、モータ5のシャフト7の先端にフランジ状に取り付けられた径方向外側位置に周状に並ぶ多数(本実施例では8個(図2参照))の貫通孔51が形成された回転円盤55と、回転円盤55と同一形状の固定された固定円盤53とが含まれている。なお、この加振装置10では高速スピンドル用のモータを使用しているため、従来例のように増速機は取り付けられていない。またモータは図示しない制御装置によってその回転数が制御されている。
【0022】
図2に示したように回転円盤55(破線)は固定円盤53(実線)に対して軸を一致させた状態で摺動して回転し、回転円盤55の貫通孔51aと固定円盤の貫通孔51bが重複した範囲においては圧縮空気を加振ノズル4に送り、各々の貫通孔が重複しない範囲においては圧縮空気の流れを遮断することによってパルス状の空気を発生させている。ここで回転円盤55の貫通孔51aと固定円盤53の貫通孔51bとは図2の(a)から(d)の順に、徐々に重複面積を増加させて完全に重なった後に、徐々に重複面積を減少させて重複しなくなるというサイクルを繰り返すことによって略サインカーブ状のパルス波を発生させる。
【0023】
図1に示したように加振ノズル4は、固定円盤55の下流側に配置され、固定円盤55の貫通孔51bから噴出されるパルス波のすべてをその内部を通す中空円管により形成されている。なお11は圧力センサである。
【0024】
また加振ノズル4は、一端がパルス発生機6に接続されその内部の流路断面がパルス波発生機6との取り付け部位から一定の範囲で漸減し、かつ、他端の外周にネジ部(ネジ山)が形成された第1中空管4aと、一端の内周に第1中空管4aと螺合するネジ部(ネジ溝)が形成され、かつ、他端から空気を噴射する第2中空管4bの2つの部品とをその中心軸を一致させた状態で螺合して構成されている。すなわち加振ノズル4は螺合したネジ山とネジ溝を締め又は緩めることによって伸縮できる伸縮機構14を有している。
【0025】
上記の構成のエア式非接触加振装置10によれば、まず▲1▼高速スピンドル用のモータを採用することにより増速機が不要となり装置の小型化を図ることができ、▲2▼増速機により回転数を増速することなく、また、回転円盤および固定円盤の貫通孔を従来の数十個から十個程度にまで減少させたことにより、モータの回転数を制御してパルス波の周波数を対象物(タービンブレード)の固有振動数(N)に合わせる際に、モータの回転数の誤差が数十倍にも拡張されてしまうこともなく、▲3▼加振ノズルを伸縮自在とすることで、その内部に空気の気柱振動を容易に発生させることができ、その結果、対象物への加振力を増幅させ効率的な疲労試験の実施が可能となり、▲4▼加振ノズルの内径をテーパー状にすぼめることによって圧縮空気の流速を速めてより効率的に加振を行うことができ、▲5▼比較的低圧の圧縮空気により効率的な試験を可能とするため高圧圧縮空気を供給するための大規模なエア源や高圧エアを取り扱う上での対策も不要とすることができる。
【0026】
図3にノズルの内部に気柱振動が発生した場合にその加振力が増幅されることを証明するために行った実験の結果を示した。
この実験では便宜上、加振ノズルの長さを一定に固定(118mm)して、モータの回転数を様々に変更し、すなわちパルス波の周波数を種々変更し、その場合に対象物に吹き付ける空気(衝撃波)の圧力変動を計測した。
ここで、横軸にはパルス波の周波数(Hz)を、縦軸にはエア源から供給した圧縮空気の圧力を1とした場合に対象物に吹き付ける空気の圧力を比で表している。
【0027】
この実験ではパルス波発生機の内部に組み込まれた高速スピンドル用のモータを、回転数2,000〜40,000rpmの範囲で回転させ、266.6Hz(2,000(rpm)×8(貫通孔数)/60(秒))〜5,333.3Hz(40,000(rpm)×8(貫通孔数)/60(秒))の周波数のパルス波を発生させて、対象物に吹き付ける空気の圧力(psi)を計測した。
この結果からも明らかなように、通常、対象物に吹き付けるパルス波(衝撃波)の圧力比は約0.4〜0.9程度となっているが、パルス波の周波数が、1,812Hzおよび3,500Hzの時には圧力比が1.5〜1.6程度と急激に上昇している。このとき加振ノズル内部には2次モードおよび3次モードの気柱振動が発生していると考えられる。
【0028】
このように、ノズル内に気柱振動を発生させることで、その加振力を増幅することができ、エア源から供給される比較的定圧の圧縮空気によっても対象物を効率的に加振することが可能となることがわかる。
【0029】
なおパルス波の周波数を固定して加振ノズル内で気柱振動を発生させる場合には、加振ノズルと対象物とが若干の隙間を空けて配置されることに起因する開口端補正や、加振ノズルに形成された流路断面が下流に行くに従い漸減する部分の影響等も考慮してその長さを決定する必要があるが、伸縮機構によりその調整を容易に行うことができる。
【0030】
以上に本発明のエア式非接触加振装置の構成および実験結果を述べたが、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。また、加振ノズルの内径を種々変更することによって、対象物をより効率的に加振することも望ましい。
【0031】
【発明の効果】
上述したように本発明のエア式非接触加振装置によれば、エア式非接触加振方法により疲労試験を行う場合に、加振ノズル内に気柱振動を発生させ、ノズルの加振力を増幅することによって効率的な疲労試験の実施を可能とし、また高強度部材の部品の疲労強度試験も小型の装置により実施を可能とすることができる。また、好ましくは加振ノズルに伸縮機構を設けることによって、個々の対象物の固有振動数に対応してノズルの全長を伸縮させ、その内部に容易に気柱振動を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のエア式非接触加振装置の内部構造を表した側面図である。
【図2】固定円盤に対して摺動回転する回転円盤の様子を示した図である。
【図3】パルス波の周波数と圧力変動(圧力比)との関係を示した表である。
【図4】従来のエア式非接触加振装置の構成図である。
【符号の説明】
2 対象物
3 保持具
4 加振ノズル
4a 第1中空管
4b 第2中空管
5 モータ
6 パルス波発生機
7 シャフト
8 エア源
10 エア式非接触加振装置
11 圧力センサ
12a,12b ネジ部
14 伸縮機構
40 エア式非接触加振装置
41 第1シャフト
43 増速機
45 加振ノズル
47 パルス波発生機
49 第2シャフト
51,51a,51b 貫通孔
53 固定円盤
55 回転円盤
N 周波数
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an air-type non-contact vibration device, and more specifically, an air-type non-contact vibration device used for a high cycle fatigue test performed by vibrating air by continuously blowing air to a turbine blade or the like. Related to a vibration device.
[0002]
[Prior art]
For example, gas turbine blades that obtain rotational power by converting the kinetic energy of fluid into rotational motion are subjected to stresses and moments in various directions during operation of the gas turbine. Various strength tests are performed to confirm the above.
Fracture of moving metal parts is often due to fatigue of the material, so fatigue tests, which are performed by continuously and repeatedly exciting the turbine blades as test specimens, are the most important in ensuring the reliability of gas turbines. This is one of the strength tests.
[0003]
A general method for performing a fatigue test is a reciprocating type in which an object is cantilevered and attached to a fatigue test machine that performs reciprocating movements up and down, and this is vertically vibrated at the natural frequency of the object. In addition to the vibration method, there is an air-type non-contact vibration method in which pulsed air (shock wave) is continuously blown onto an object fixed to a holder on the ground to vibrate the object.
[0004]
FIG. 4 shows a simplified configuration of an air-type non-contact vibration device for performing a fatigue test of an object by the above-mentioned air-type non-contact vibration method.
The air-type non-contact vibration device 40 receives a rotation from a vibration shaft 45 for blowing air to the object 2 fixed to the holding portion 3 and a first shaft 41 extending from a motor (not shown) and multiplies the vibration approximately 10 times. A speed-up gear 43, a pulse wave generator 47 for sending a pulsed air to a vibrating nozzle 45 by receiving a rotational force from the speed-up gear, and supplying compressed air to the pulse wave generator 47. And an air source (not shown).
[0005]
A second shaft 49 extends from the speed increaser 43 into the pulse wave generator. In the pulse wave generator 47, a large number (several tens) of through-holes 51 are circumferentially arranged at radially outer positions. The rotating disk 53 is attached to the tip of the second shaft 49 in a flange shape. Separately from this, a fixed disk 55 having the same shape as the rotating disk is arranged in a state fixed in the pulse wave generator.
[0006]
The rotating disk 53 slides and rotates with its axis aligned with the fixed disk 55, and sends compressed air to the vibrating nozzle in a range where the through hole of the rotating disk and the through hole of the fixed disk overlap. In a range where the respective through holes do not overlap with each other, the air is jetted in a pulse shape by blocking the flow of the compressed air. In other words, the through-hole of the rotating disk and the through-hole of the fixed disk function as an on-off valve to generate a pulse wave (shock wave) of air.
Each part is sealed to prevent the compressed air from leaking out of the part other than the through hole. In addition, the vibrating nozzle 45 has a flow path cross section that is gradually reduced at the tip end thereof, so that the flow velocity of the compressed air passing through the inside becomes higher as going downstream.
[0007]
In the high-cycle fatigue test performed using such an apparatus, the object 2 was firmly fixed to the holder 3 in a cantilever manner, and was installed in advance on the ground near the vibration nozzle 45, and was determined in advance. This is performed by blowing a pulse wave having the same frequency as the natural frequency of the target object 2 near the tip of the target object to cause the target object to resonate at a high cycle.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional air-type non-contact vibrating apparatus described above, it is difficult to efficiently vibrate an object with a sufficient vibrating force to perform a fatigue test, and particularly to a part made of a high-strength member. In order to confirm the fatigue strength, a very large-scale apparatus for performing the vibration was required.
[0009]
The present invention has been made in view of the above problems, and when performing a fatigue test by a pneumatic non-contact vibration method, enables efficient fatigue test by amplifying the excitation force, It is an object of the present invention to provide a pneumatic non-contact vibrating apparatus capable of performing a fatigue test of a component of a high-strength member with a relatively small apparatus.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention that achieves the above object is an air-type non-contact vibrating apparatus for vibrating an object (2) by spraying air that is continuously ejected in a pulsed manner and determining the fatigue strength thereof. The air-type non-contact vibration device (10) includes a vibration nozzle (4) formed of a hollow tube for blowing air to the object, and a predetermined frequency connected to the air source (8) and directed toward the vibration nozzle. (N) a pulse wave generator (6) for generating pulsed air, wherein the vibrating nozzle is set to a length at which the pulsed air passing through the air column vibrates. Provided is a pneumatic non-contact vibration device characterized by the following.
[0011]
In the present invention, the length of the vibrating nozzle of the air-type non-contact vibrating device that blows the air ejected in a pulse shape as a shock wave (pulse wave) to the object is set to the length at which the air passing through the air nozzle vibrates in the air column. By setting, the exciting force to the object is amplified. This makes it possible to carry out efficient fatigue tests, and eliminates the need for a large-scale air source that supplies high-pressure compressed air for exciting high-strength components and equipment for handling high-pressure air. Is achieved.
[0012]
Here, it is preferable that the predetermined frequency (N) is set to a natural frequency of the object (2).
[0013]
In this way, the frequency of the pulse wave is made to coincide with the natural frequency of the object and sprayed on the object, causing the object to resonate. Further efficiency is achieved.
[0014]
Preferably, the vibration nozzle (4) is provided with a telescopic mechanism (14) for adjusting the total length thereof.
[0015]
Since a pulse wave of the same frequency as the natural frequency of the test object is caused to vibrate in the air column within the vibration nozzle, a fatigue test can be performed by replacing the vibration nozzle with a vibration nozzle of a length suitable for that frequency. If a vibration nozzle is provided with an expansion / contraction mechanism for adjusting the overall length, the trouble of replacing the nozzle can be eliminated and the test can be easily performed.
In addition, the natural frequency of each part is slightly different even for the same kind of parts, so the nozzle length is optimized by finely adjusting the total length of the nozzle according to each part, and the air column vibration is easily placed inside the nozzle. Can be generated.
[0016]
The vibrating nozzle (4) has a first hollow pipe (4a) having one end connected to the pulse generator and having a threaded portion (12a) formed at the other end, and a threaded engagement with the threaded portion at one end. And a second hollow pipe (4b) formed with a threaded portion (12b) for blowing air from the other end. The expansion / contraction mechanism (14) tightens or loosens the male screw and the female screw. It is preferable that the first hollow tube and the second hollow tube are moved in the axial direction with their central axes aligned so that the vibration nozzle is expanded and contracted.
[0017]
The length of the vibrating nozzle can be adjusted steplessly within a certain range by a screw-type expansion / contraction mechanism provided on the vibrating nozzle, eliminating the need to replace nozzles and quickly changing to various pulse wave frequencies. Correspondingly, the nozzle can be adjusted to an optimal length for generating air column vibration.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an air-type non-contact vibration device of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, common parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Also, the parts used in the conventional example are used for the parts basically common to the conventional example.
[0019]
FIG. 1 is a side view showing an internal structure of a pneumatic non-contact vibration device for a high cycle fatigue test of a turbine blade of a gas turbine. This air-type non-contact vibration device 10 continuously blows pulsed air (shock waves) on an object 2 (blade) fixed to a holder 3 on the ground, as described in the related art. It is a device for exciting. The amount of deflection of the blade is always detected by an optical displacement meter (not shown).
[0020]
The air-type non-contact vibration device 10 includes a vibration nozzle 4 for blowing air to an object, and a pulse wave generator 6 for sending pulsed air to the vibration nozzle 4. Is supplied with compressed air from an air source (not shown). Each part of the apparatus employs a seal structure (not shown) so that the compressed air does not leak.
[0021]
The pulse wave generator 6 has a motor 5 for a high-speed spindle with a rotation speed of 2,000 to 40,000 rpm incorporated therein, and a radial direction mounted on a tip of a shaft 7 of the motor 5 in a flange shape. A rotating disk 55 having a large number (eight in this embodiment (see FIG. 2) of through-holes) 51 formed in the outer position and a fixed disk 53 fixed in the same shape as the rotating disk 55 are included. Have been. Since the vibration device 10 uses a motor for a high-speed spindle, a speed-increasing device is not mounted unlike the conventional example. The number of rotations of the motor is controlled by a control device (not shown).
[0022]
As shown in FIG. 2, the rotating disk 55 (broken line) slides and rotates with its axis aligned with the fixed disk 53 (solid line), and the through-hole 51a of the rotating disk 55 and the through-hole of the fixed disk 53. In the range where 51b overlaps, compressed air is sent to the vibrating nozzle 4, and in the range where each through-hole does not overlap, the flow of compressed air is cut off to generate pulsed air. Here, the through-hole 51a of the rotating disk 55 and the through-hole 51b of the fixed disk 53 gradually overlap with each other in the order of (a) to (d) of FIG. Is repeated to repeat the cycle of no overlap, thereby generating a substantially sinusoidal pulse wave.
[0023]
As shown in FIG. 1, the vibration nozzle 4 is formed by a hollow circular tube disposed downstream of the fixed disk 55 and passing all the pulse waves ejected from the through holes 51 b of the fixed disk 55 through the inside thereof. I have. Reference numeral 11 denotes a pressure sensor.
[0024]
The vibrating nozzle 4 has one end connected to the pulse generator 6, the cross section of the flow passage inside thereof is gradually reduced within a certain range from a portion where the pulse wave generator 6 is attached, and a thread portion ( A first hollow tube 4a having a thread (thread) formed therein, and a threaded portion (screw groove) to be screwed into the first hollow tube 4a at an inner periphery of one end, and a second portion for injecting air from the other end. The two components of the two hollow tubes 4b are screwed together with their central axes aligned. That is, the vibration nozzle 4 has the expansion mechanism 14 which can expand and contract by tightening or loosening the screw thread and the screw groove.
[0025]
According to the air-type non-contact vibration device 10 having the above configuration, first, (1) the use of a motor for a high-speed spindle eliminates the need for a speed-increasing device, thereby making it possible to reduce the size of the device. The speed of the motor is controlled by increasing the number of through-holes in the rotating disk and fixed disk from about several tens to about ten without increasing the number of rotations by the speed machine. When the frequency of the motor is adjusted to the natural frequency (N) of the object (turbine blade), the error of the rotation speed of the motor is not extended to several tens of times, and (3) the vibration nozzle can be extended and contracted. As a result, air column vibration of air can be easily generated in the interior, and as a result, the excitation force on the object can be amplified and an efficient fatigue test can be performed. By tapering the inner diameter of the vibration nozzle (5) Large-scale air for supplying high-pressure compressed air to enable efficient testing with relatively low-pressure compressed air by increasing the flow rate of compressed air Measures for handling the source and high-pressure air can be eliminated.
[0026]
FIG. 3 shows the results of an experiment conducted to prove that the exciting force is amplified when air column vibration occurs inside the nozzle.
In this experiment, for the sake of convenience, the length of the vibrating nozzle was fixed at 118 mm, and the number of rotations of the motor was variously changed, that is, the frequency of the pulse wave was variously changed. (Shock wave) pressure fluctuation was measured.
Here, the horizontal axis represents the frequency (Hz) of the pulse wave, and the vertical axis represents the pressure of the air blown to the object when the pressure of the compressed air supplied from the air source is set to 1.
[0027]
In this experiment, the motor for the high-speed spindle incorporated in the pulse wave generator was rotated at a rotation speed in the range of 2,000 to 40,000 rpm, and 266.6 Hz (2,000 (rpm) × 8 (through hole) (Number) / 60 (seconds)) to 5,333.3 Hz (40,000 (rpm) × 8 (number of through holes) / 60 (seconds)) to generate a pulse wave to blow air to the object. The pressure (psi) was measured.
As is clear from these results, the pressure ratio of the pulse wave (shock wave) blown to the object is usually about 0.4 to 0.9, but the frequency of the pulse wave is 1,812 Hz and 3 Hz. , 500 Hz, the pressure ratio sharply rises to about 1.5 to 1.6. At this time, it is considered that the secondary mode and tertiary mode air column vibrations are generated inside the excitation nozzle.
[0028]
In this way, by generating air column vibration in the nozzle, the vibration force can be amplified, and the object can be efficiently vibrated even by compressed air of relatively constant pressure supplied from an air source. It turns out that it becomes possible.
[0029]
In the case where the air column vibration is generated in the excitation nozzle by fixing the frequency of the pulse wave, the opening end correction caused by the excitation nozzle and the object being arranged with a slight gap therebetween, Although it is necessary to determine the length in consideration of the influence of a portion where the cross section of the flow passage formed in the vibration nozzle gradually decreases as going downstream, the length can be easily adjusted by the expansion and contraction mechanism.
[0030]
Although the configuration and experimental results of the air-type non-contact vibration device of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the gist of the present invention. . It is also desirable to vibrate the object more efficiently by changing the inner diameter of the vibrating nozzle in various ways.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the pneumatic non-contact vibration device of the present invention, when performing a fatigue test by the pneumatic non-contact vibration method, an air column vibration is generated in the vibration nozzle and the vibration force of the nozzle is increased. By amplifying the above, efficient fatigue tests can be performed, and the fatigue strength test of components of high-strength members can be performed by a small-sized device. Further, preferably, by providing the vibration nozzle with an expansion / contraction mechanism, the entire length of the nozzle can be expanded / contracted in accordance with the natural frequency of each object, and air column vibration can be easily generated inside the nozzle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing an internal structure of a pneumatic non-contact vibration device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a state of a rotating disk that slides and rotates with respect to a fixed disk.
FIG. 3 is a table showing the relationship between the frequency of a pulse wave and pressure fluctuation (pressure ratio).
FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional air-type non-contact vibration device.
[Explanation of symbols]
2 Object 3 Holder 4 Vibration nozzle 4a First hollow tube 4b Second hollow tube 5 Motor 6 Pulse wave generator 7 Shaft 8 Air source 10 Pneumatic non-contact vibration device 11 Pressure sensors 12a, 12b Screw section 14 Telescopic mechanism 40 Air-type non-contact vibration device 41 First shaft 43 Speed increasing device 45 Vibration nozzle 47 Pulse wave generator 49 Second shaft 51, 51a, 51b Through hole 53 Fixed disk 55 Rotating disk N Frequency

Claims (4)

パルス状に連続して噴出する空気を吹き付けることによって対象物(2)を加振して、その疲労強度を求めるためのエア式非接触加振装置であって、
該エア式非接触加振装置(10)は、前記対象物に空気を吹き付ける中空管からなる加振ノズル(4)と、エア源(8)に接続され加振ノズルに向けて所定周波数(N)のパルス状の空気を発生するパルス波発生機(6)と、を備え、
前記加振ノズルは、内部を通るパルス状の空気が気柱振動する長さに設定される、ことを特徴とするエア式非接触加振装置。
An air-type non-contact vibrating apparatus for vibrating an object (2) by blowing air that is continuously jetted in a pulsed manner and for obtaining its fatigue strength,
The air-type non-contact vibration device (10) includes a vibration nozzle (4) composed of a hollow tube for blowing air to the object, and a predetermined frequency ( N) a pulse wave generator (6) for generating pulsed air,
The pneumatic non-contact vibrating device, wherein the vibrating nozzle is set to a length at which pulsed air passing through the vibrating air column vibrates.
前記所定周波数(N)は対象物(2)の固有振動数に設定される、ことを特徴とする請求項1に記載のエア式非接触加振装置。The air-type non-contact vibration device according to claim 1, wherein the predetermined frequency (N) is set to a natural frequency of the object (2). 前記加振ノズル(4)には、その全長を調節するための伸縮機構(14)が設けられている、ことを特徴とする請求項1又は2に記載のエア式非接触加振装置。The pneumatic non-contact vibrating device according to claim 1, wherein the vibrating nozzle is provided with a telescopic mechanism for adjusting a total length thereof. 前記加振ノズル(4)は、一端が前記パルス発生機に接続され他端にネジ部(12a)が形成された第1中空管(4a)と、一端に該ネジ部と螺合するネジ部(12b)が形成され他端から空気を噴出するた第2中空管(4b)と、からなり、
前記伸縮機構(14)は、螺合したネジ部を締め又は緩めることによって第1中空管と第2中空管をその中心軸を一致させた状態で軸方向に移動させて、加振ノズルを伸縮させる、ことを特徴とする請求項3に記載のエア式非接触加振装置。
The vibrating nozzle (4) has a first hollow tube (4a) having one end connected to the pulse generator and having a screw portion (12a) formed at the other end, and a screw screwed at one end with the screw portion. A second hollow pipe (4b) formed with a portion (12b) and ejecting air from the other end;
The expansion / contraction mechanism (14) moves the first hollow tube and the second hollow tube in the axial direction with their central axes aligned by tightening or loosening the screwed screw portion, and the vibration nozzle The air-type non-contact vibration device according to claim 3, wherein the non-contact vibration device expands and contracts.
JP2002234299A 2002-08-12 2002-08-12 Air type non-contact oscillator Pending JP2004077163A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002234299A JP2004077163A (en) 2002-08-12 2002-08-12 Air type non-contact oscillator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002234299A JP2004077163A (en) 2002-08-12 2002-08-12 Air type non-contact oscillator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004077163A true JP2004077163A (en) 2004-03-11

Family

ID=32019146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002234299A Pending JP2004077163A (en) 2002-08-12 2002-08-12 Air type non-contact oscillator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004077163A (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007263590A (en) * 2006-03-27 2007-10-11 Genshiryoku Anzen Syst Kenkyusho:Kk Pneumatic type vibration testing device
EP2056089A2 (en) * 2007-10-31 2009-05-06 Pratt & Whitney Canada Corp. Method and apparatus for turbine engine dynamic characterization
JP2012149979A (en) * 2011-01-19 2012-08-09 Ihi Corp Fatigue testing device
CN104697766A (en) * 2014-08-26 2015-06-10 中国直升机设计研究所 Bidirectional hinge support device
CN104776974A (en) * 2015-04-07 2015-07-15 西南交通大学 Non-contact pneumatic excitation device
EP2980556A4 (en) * 2013-03-27 2016-11-23 Nisshin Steel Co Ltd Fatigue testing device
CN108760211A (en) * 2018-08-28 2018-11-06 苏州长菱测试技术有限公司 A kind of spray vibration composite test system
CN109029890A (en) * 2018-08-28 2018-12-18 东北大学 Consider uniform and temperature gradient fiber-reinforced composite shell rotating vibration test platform
RU2682582C1 (en) * 2017-12-01 2019-03-19 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Device of contactless excitation of the mechanical vibrations
WO2023053765A1 (en) * 2021-10-01 2023-04-06 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 Excitation device, inspection system, and excitation method
US11815425B2 (en) 2019-04-12 2023-11-14 Ihi Corporation Jig for vibration test of rotor blade

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007263590A (en) * 2006-03-27 2007-10-11 Genshiryoku Anzen Syst Kenkyusho:Kk Pneumatic type vibration testing device
EP2056089A2 (en) * 2007-10-31 2009-05-06 Pratt & Whitney Canada Corp. Method and apparatus for turbine engine dynamic characterization
EP2056089A3 (en) * 2007-10-31 2011-01-05 Pratt & Whitney Canada Corp. Method and apparatus for turbine engine dynamic characterization
JP2012149979A (en) * 2011-01-19 2012-08-09 Ihi Corp Fatigue testing device
EP2980556A4 (en) * 2013-03-27 2016-11-23 Nisshin Steel Co Ltd Fatigue testing device
US9921130B2 (en) 2013-03-27 2018-03-20 Nisshin Steel Co., Ltd. Fatigue testing device
CN104697766A (en) * 2014-08-26 2015-06-10 中国直升机设计研究所 Bidirectional hinge support device
CN104776974A (en) * 2015-04-07 2015-07-15 西南交通大学 Non-contact pneumatic excitation device
RU2682582C1 (en) * 2017-12-01 2019-03-19 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Device of contactless excitation of the mechanical vibrations
CN108760211A (en) * 2018-08-28 2018-11-06 苏州长菱测试技术有限公司 A kind of spray vibration composite test system
CN109029890A (en) * 2018-08-28 2018-12-18 东北大学 Consider uniform and temperature gradient fiber-reinforced composite shell rotating vibration test platform
CN108760211B (en) * 2018-08-28 2020-09-22 苏州长菱测试技术有限公司 Spraying vibration composite test system
US11815425B2 (en) 2019-04-12 2023-11-14 Ihi Corporation Jig for vibration test of rotor blade
WO2023053765A1 (en) * 2021-10-01 2023-04-06 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 Excitation device, inspection system, and excitation method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2004077163A (en) Air type non-contact oscillator
Baillot et al. Behaviour of an air-assisted jet submitted to a transverse high-frequency acoustic field
JP5611359B2 (en) Method and apparatus for pretreating cylinder bore surfaces for thermal spray coating using a pulsed water jet
US7830070B2 (en) Ultrasound atomization system
JP4993661B2 (en) Pneumatic vibration test equipment
KR102186473B1 (en) Ultrasonic Spindle Unit
US8016208B2 (en) Echoing ultrasound atomization and mixing system
JPH01254280A (en) Device for applying ultrasonic vibration to body
US7780095B2 (en) Ultrasound pumping apparatus
WO2009011713A1 (en) Ultrasound pumping apparatus
US7950594B2 (en) Mechanical and ultrasound atomization and mixing system
EP1322952A2 (en) Steam turbine inlet sleeve inspection apparatus and method
RU187161U1 (en) Ultrasonic atomizer
RU2342596C1 (en) Acoustic nozzle
US9085407B2 (en) Fluid ejection device and medical device
JPH04132878A (en) Hydraulic turbine power generating device
Bazarov et al. Pulsator designs for liquid rocket injector research
TW202116113A (en) Nozzle apparatus
CN218721566U (en) High sound intensity sound wave soot blower
CN109612663A (en) A kind of rotation high-frequency alternating air-flow excitation experimental rig
US1518790A (en) Machine for testing materials
RU2503896C2 (en) Device for heating liquids
KR101858226B1 (en) Crack repairing method for deterring growth of surface cracks on the wall using ultrasound
RU16298U1 (en) CAMERA OF A PULSING ENGINE OF DETONATION COMBUSTION
KR20240024078A (en) Pressure-activated ferrules for high-pressure droplet generator nozzles

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050714

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060313

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070409

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20070801