JP3595474B2

JP3595474B2 - Fluid excitation actuator

Info

Publication number: JP3595474B2
Application number: JP34741199A
Authority: JP
Inventors: 正樹小野; 克則田中; 正治西村; 智深津
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2019-12-07
Also published as: JP2001166835A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンやボイラ等の燃焼器における燃焼減衰を計測するため、または、圧力センサの較正試験に使う加振流体を得るため等、任意の周波数で大圧力変動の振動を流体に与えることのできる流体加振用アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼器内で生ずる燃焼振動は自励振動であるため、安定した燃焼であったものが、若干の運転条件の変化で、燃焼が不安定となり急激に大きな圧力変動を生ずることが起こる。そのため、燃焼器内の圧力レベルを監視することにより、燃焼振動に対する裕度を把握することが困難である。
従って、燃焼時の減衰を計測することにより燃焼振動に対する裕度を把握することが、燃焼器内の燃焼振動を防止する事と併せて燃焼器の信頼性を高める意味で重要である。
【０００３】
燃焼時の減衰を計測するには、強制的に加振する必要があるが、従来はスピーカを利用したアクチュエータによって加振していた。
しかしながら、燃焼振動の圧力レベルは非常に大きいため、従来のようなスピーカを利用したアクチュエータでは加振力が不足である。また、高温高圧下でスピーカを使用して加振する事は、スピーカの耐圧、耐熱の問題より不可能である。
【０００４】
一方、圧力センサの較正は、基準センサと較正すべきセンサに対し、同じ加振流体を作用させて、それらの基準センサと較正すべきセンサの検出信号を分析比較して較正を行う。
図１０に前記したようにして行う従来の圧力センサの較正装置を示している。圧力センサ４０の較正を行なうには、コンプレッサ４７より供給された空気を、発信器４８に連動したコントローラ４９で制御された比例弁５０で加振し、その加振空気の圧力変動を基準センサ４１と較正する圧力センサ４０で検出して、その信号を周波数分析器（ＦＦＴ）４３で分析、比較し較正するものである。
【０００５】
しかしながら、比例弁は、もともと定常流量を制御するために開発されているものであって、高い周波数では追従せず変動を与えることができないために比例弁５０による加振可能な周波数範囲は１０Ｈｚ前後と低く、高い周波数域の較正はできない。
また、スピーカを利用したアクチュエータは高温域での使用ができず、常温下で行われているが、圧力センサは受感部に圧電素子あるいは、抵抗歪みゲージを使用しているため高温下での感度は常温下での感度と異なる。従って、スピーカを使った従来の常温、常圧下での較正では、高温場で使用される場合における信頼性が乏しいものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記したように、燃焼器における燃焼減衰を計測するため、または、圧力センサの較正試験に使う加振流体を得るため等、低周波数から高周波数まで任意の周波数の大きな圧力変動を流体に生じさせることができ、かつ高温下でも使用することができる流体加振用アクチュエータを提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するため、回転軸の軸線を囲み周方向に互いに間隔を保って配置されて軸方向に開孔する複数個の孔を設けた回転側バルブ、及び前記回転側バルブと対面配置され前記回転側バルブの孔に対応して周方向位置に互いに間隔を保って複数個の孔を設けた静止側バルブを有し、前記回転側バルブから前記静止側バルブへ供給される流体を前記回転側バルブの回転により両バルブの孔の重なり具合により生ずる両孔の通過面積の変化で振動させて前記静止側バルブより流出させるように構成した流体加振用アクチュエータを提供する。
【０００８】
本発明のこの流体加振用アクチュエータによれば、回転側バルブは複数個の孔を有し、かつ、同複数個の孔は回転軸の軸線を囲み周方向に互いに間隔を保って配置されて軸方向に開孔しており、また、静止側バルブは、前記回転側バルブと対面配置され前記回転側バルブの孔に対応して周方向位置に互いに間隔を保って複数個の孔を設けているので、前記回転側バルブの回転数を変えることにより、回転側バルブと静止側バルブの孔が重なる周期を任意に変えることができるので、このアクチュエータにより加振されて静止側バルブより流出される振動流体の振動周期を容易に選定することができる。
また、本発明の流体加振用アクチュエータでは、外部から供給される加圧流体に対し、前記回転側バルブ及び静止側バルブのそれぞれに形成した複数の孔を断続的に解放して、加圧流体を断続的に流すことによって振動を与えているので、大きな加振力を得ることができ、その振動流体をノズル管で導いて、高温場でも利用可能である。
【０００９】
従って、本発明の流体加振用アクチュエータによれば、燃焼領域において所望の振動を与えてその燃焼減衰を容易に計測することができ、また、圧力センサの較正試験において必要とされる所定の大きさと周波数をもつ加振流体を容易に得ることができる。
【００１０】
本発明の流体加振用アクチュエータで発生した振動流体を所定位置に導くのにノズル管を使用するときは、断面積変化のないノズル管を使用すると、その管路内での振動の減衰が最小に抑えられ、ノズル管から所望の振動流体を噴出させることができて望ましい。
本発明による流体加振用アクチュエータを、流体を導くノズル管の先端に設けると、その静止側バルブから流出される強い振動流体を効果的に使うことができるものとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による流体加振用アクチュエータを図１〜図５に示した実施の形態に基づいて具体的に説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
まず、図１〜図４に示した第１実施形態による流体加振用アクチュエータについて説明する。図１〜図４において、１はモータで、モータ１には、カップリング２を介して回転軸３が連結されている。回転軸３は、高い回転数で運転が可能なように、メカニカルシール１０と玉軸受１１によって支持されている。メカニカルシール１０は潤滑ポート１２から潤滑油が供給されるように構成されている。
【００１３】
この回転軸３には、回転側バルブ４が一体に回転されるように取り付けられており、その回転側バルブ４には周方向に互いに間隔を保って複数個（Ｎ個）の回転側孔５が設けられている。回転側バルブ４に対面配置されて静止側バルブ６が設けられていて、静止側バルブ６には、回転側バルブ４の孔５に対応する周方向位置に複数個（Ｎ個）の静止側孔７が互いに間隔を保って設けられている。
図３に見られるように、回転側バルブ４には流体が導かれる流体導入通路８に連通する開口４’が設けられており、流体導入通路８から高圧の空気、窒素、蒸気、燃料などの加振されるべき流体が供給される。
【００１４】
回転側バルブ４と静止側バルブ６の間から加振流体が漏れるのを減少させるため、両バルブ４と６の間のクリアランスを最少化するとともにＯリング１３を配置してある。
９はノズル管で、静止側バルブから流出される振動流体を導くもので、このノズル管９は断面積変化がなく、ここを流れる振動流体の振動減衰を抑えるようになっている。
【００１５】
図１〜図４の流体加振用アクチュエータは、以上の構造を有しており、流体導入通路８から高圧の空気、窒素、蒸気、燃料などの流体が供給されると、その流体は回転側バルブ４に導入され、回転側バルブ４の孔５及び静止側バルブ６の孔７を通過する。この際、流体は回転側バルブ４の回転数に比例して次の式（１）で与えられる振動数で加振される。加振された流体は、静止側バルブ６を出てノズル管９内を導かれて先端から放出される。
【００１６】
本アクチュエータを燃焼減衰の測定に用いる場合、従来のスピーカを利用したアクチュエータでは、燃焼振動のような大きな圧力変動に対して加振力が不十分であったが、本アクチュエータによれば、燃料、空気、蒸気のような加圧流体を加振し、直接燃焼領域に加振流体を噴出することにより、流量変動に伴う圧力変動の発生に加え、発熱を変動することで、体積膨張率の変動による圧力変動の発生を生ずることができる。
また、加振周波数に関してはモータ１の回転数をインバータで制御することにより容易に制御することが可能であり、バルブの孔数と回転数を調整することで高周波数までの加振が可能となる。
【００１７】
【数１】

【００１８】
なお、以上説明した実施形態では、回転側の孔５と静止側の孔７は同数であって、図４の（ｂ）に示すその孔径ｄ１と、孔と孔の間隔ｄ２の間には特に制限はないが、ｓｉｎ波加振に近い方が加振効率が大きい（倍調波を小さくする）ので孔径ｄ１と孔間隔ｄ２を等しくするのが望ましい。
【００１９】
（第２実施形態）
次に、図５、図６に示す第２実施形態による流体加振用アクチュエータについて説明する。図５、図６に示す第２実施形態では、ノズル管２３の先端に回転側バルブと静止側バルブを設けている。すなわち、この第２実施形態では、モータ１によってカップリング２を介して回転される回転軸２３は、玉軸受１１によって支持されてノズル管２９内を伸びている。
【００２０】
ノズル管２９の根元には流体導入通路８が開口され、先端には回転側バルブ４が取り付けられている。回転側バルブ４には、静止側バルブ６が対面して配置されており、回転側バルブ４には、複数個（Ｎ個）の回転側孔５が周方向に互いに間隔を保って設けられ、一方の静止側バルブ６には、回転側孔５に対応する周方向位置に互いに間隔を保って複数個（Ｎ個）の静止側孔７が設けられている。
【００２１】
以上のように構成された図５、図６の流体加振用アクチュエータにおいて、流体導入通路８から、高圧の空気、窒素、蒸気、燃料などの流体が供給されると、その高圧の流体はノズル管２９の内部を通って回転側バルブ４に導入され、回転側バルブ４の孔５及び静止側バルブ６の孔７を通過する。この際、流体は回転側バルブ４の回転数のＮ（回転側孔の数）倍の振動数で加振され、静止側バルブ６へ導入され、加振された流体がノズル管２９の先端より放出される。
【００２２】
この第２実施形態による流体加振用アクチュエータの作用、効果は第１実施形態のものと同様であるが、本実施形態によると、ノズル管２９の先端に設けられた流体加振用アクチュエータから加振力を減衰させることなく、加振流体を放出させることができる。
【００２３】
（第３実施形態）
次に図７に示す第３実施形態について説明する。この第３実施形態は、燃焼器における燃焼減衰を測定するために、本発明による流体加振用アクチュエータを燃焼器に組み込んだ例である。
図７において、Ｂは、中心にパイロットノズル３０、そのまわりに複数個のメインノズル３１を有する燃焼器を示している。
【００２４】
この燃焼器Ｂの後端に、第１実施形態による流体加振用アクチュエータが取り付けられ、そのノズル管９が燃焼器Ｂのパイロットノズル３０の中に挿入されている。
３２は、燃焼器Ｂにおける火炎を示し、その燃焼室の周壁に燃焼室内の圧力を検出する圧力センサ３３が配置されている。
このように構成した図７の燃焼器Ｂにおいて、ノズル管９には断面積変化がないため、管路中での変動が最小限になり、ノズル管９から減衰最小限の流量変動が噴出される。
【００２５】
なお、この流体加振用アクチュエータを図２に示すような先端型アクチュエータにして、静止側バルブがノズル管９の端面に設置されたものにすると、バルブ部で変動させた流体を直接噴出することができ、そのため、火炎３２の領域に多くの変動流量を供給することができる。また、図７ではパイロットノズル３０の中にノズル管９を設けているが、同様にしてメインノズル３１の内部にノズル管９を設置することも可能である。
【００２６】
本アクチュエータを用い、燃焼時にインバータでスイープ加振することにより、加振流体の周波数をスイープする事ができ、その応答を圧力センサ３３で検出、分析することにより燃焼時の減衰を得ることが可能である。
また、ノズル管の先端に加振用アクチュエータを設けた先端型アクチュエータの場合は、静止側孔７の角度は任意に変更可能であり、加振流体の噴出角度を変えることができるため、火炎の発熱が大きい場所に加振流体が噴出されるよう加振効率の高い角度に設定する事が可能である。
【００２７】
（第４実施形態）
次に、図８に示した第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態による流体加振用アクチュエータを圧力センサの較正試験装置に適用した例である。
図８において、ノズル管９の先端はＴ字状に分岐され、その一方に基準センサ４１、他方に較正すべき圧力センサ４０が取り付けられている。
【００２８】
各センサ４０，４１の検出信号はそれぞれアンプ４２に与えられるように連絡されており、各アンプ４２の出力はＦＦＴ（周波数分析器）４３へ与えられるように構成されている。
アクチュエータ４６にはコンプレッサ４７から圧縮空気が供給されて加振され、加振空気はノズル管９に導かれる。アクチュエータ４６による加振周波数は、発振器４９とコントローラ４８でモータを制御して変えられる。
【００２９】
以上のように構成された図８の装置において、コンプレッサ４７より供給された空気は、アクチュエータ４６で加振される。このとき加振周波数は発振器４９、コントローラ４８で制御されたモータの回転数のＮ倍（バルブの孔数）となる。加振された空気は、較正すべき圧力センサ４０と、基準センサ４１に伝播する。各々のセンサ４０，４１で計測された信号はアンプ４２で増幅されＦＦＴ４３に入力され、各々の圧力信号が比較分析される。
【００３０】
図８に示した実施形態では、常温下で圧力センサ４０を較正するように構成されているが、図９のように本アクチュエータ４６で加振された流体を高温、高圧下の燃焼装置４５に噴出することで、この燃焼装置４５に取付けた圧力センサ４０の高温、高圧下でのセンサの較正も実施可能である。
【００３１】
ここでアクチュエータ４６は燃焼装置より離れた常温、常圧領域に置かれるので、アクチュエータ４６の信頼性は保証される。高温場にアクチュエータ４６を設置するには、モータ部とベアリング部を冷却することで利用可能となる。
【００３２】
図１０に示したような従来の比例弁を利用したアクチュエータは約１０Ｈｚ程度までしか加振できず、それ以上の周波数帯における較正は不可能であった。しかし、燃焼振動の計測をはじめとして、計測ターゲットが１０Ｈｚ以上の場合も数多く有る。
【００３３】
本実施形態による流体加振用アクチュエータはモータの回転数のＮ倍（バルブの孔数）の加振が可能であるため、例えば、１８００ｒｐｍのモータを使用し、孔数がＮ＝１６の場合、１８００／６０＊１６＝４８０Ｈｚまで加振することができ、従来の約５０倍の周波数までの較正が可能である。
【００３４】
以上、本発明を図示した実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明がこれらの実施形態に限定されず特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で、その具体的構造、構成に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【００３５】
例えば、上記実施形態では回転側バルブに設けられた回転側孔と静止側バルブに設けられた静止側孔は同数であるが、これらの孔数は異っていてもよい。
また、前記した実施形態では、本発明による流体加振用アクチュエータを燃焼減衰の計測と圧力センサの較正試験に使う場合について説明したが、本発明による流体加振用アクチュエータの用途はこれに限定されない。
【００３６】
【発明の効果】
以上具体的に説明したように、本発明は、回転軸の軸線を囲み周方向に互いに間隔を保って配置された軸方向に開孔する複数個の孔を設けた回転側バルブ、及び前記回転軸の軸線を囲み前記回転側バルブと対面配置され前記孔に対応する周方向位置に互いに間隔を保って複数個の孔を設けた静止側バルブを有し、前記回転側バルブから前記静止側バルブへ供給される流体を前記回転側バルブの回転により両バルブの孔の重なり具合により生ずる両孔の通過面積の変化で振動させて前記静止側バルブより流出させるように構成した流体加振用アクチュエータを提供する。
【００３７】
本発明のこの流体加振用アクチュエータによれば、回転側バルブの回転数を変えることによって、回転側バルブと静止側バルブの孔が重なる周期を任意に変えることができるので、このアクチュエータにより加振されて静止側バルブより流出される振動流体の振動周期を容易に選定することができる。
【００３８】
また、本発明の流体加振用アクチュエータでは、外部から供給される加圧流体に対し、前記回転側バルブ及び静止側バルブのそれぞれに形成した複数の孔を断続的に解放して、加圧流体を断続的に流すことによって振動を与えているので、大きな加振力を得ることができ、また、その振動流体をノズル管で導いて、燃焼減衰計測等を高温場で行なうのにも利用可能である。
【００３９】
更にまた、本発明による流体加振用アクチュエータを、流体を導くノズル管の先端に設けると、その静止側バルブから流出される強い振動流体を効果的に使うことができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による流体加振用アクチュエータを一部を断面で示す全体図。
【図２】図１において▲２▼で示す回転軸の支持部の構造を示す断面図。
【図３】図２において▲３▼で示す回転側バルブと静止側バルブの構造を示す断面図。
【図４】図３における▲４▼部分の拡大図で、（ａ）はバルブにおける回転側孔と静止側孔との対面状態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の端面図。
【図５】本発明の第２実施形態による流体加振用アクチュエータを一部を断面で示す全体図。
【図６】図５の▲６▼部分の拡大図。
【図７】本発明の第３実施形態を示す図面で、本発明による流体加振用アクチュエータを使った燃焼減衰試験装置を一部断面で示す燃焼器の断面図。
【図８】本発明の第４実施形態を示す図面で、本発明による流体加振用アクチュエータを使った圧力センサ較正装置を示す全体構成図。
【図９】高温、高圧下での圧力センサの較正試験を行いうるように構成した図８と同様の全体構成図。
【図１０】従来の圧力センサ較正装置の全体構成図。
【符号の説明】
１モータ
２カップリング
３回転軸
４回転側バルブ
５回転側孔
６静止側バルブ
７静止側孔
８流体導入通路
９ノズル管
１０メカニカルシール
１１玉軸受
１２潤滑ポート
１３Ｏリング
２３回転軸
２９ノズル管
３０パイロットノズル
３１メインノズル
３２火炎
３３圧力センサ
４０圧力センサ
４１基準センサ
４２アンプ
４３周波数分析器
４４燃料ノズル
４５燃焼装置
４６アクチュエータ
４７コンプレッサ
４８コントローラ
４９発振器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention applies vibration of large pressure fluctuation at an arbitrary frequency to a fluid, for example, to measure combustion attenuation in a combustor such as a gas turbine or a boiler, or to obtain an exciting fluid used for a calibration test of a pressure sensor. The present invention relates to a fluid vibrating actuator that can be used.
[0002]
[Prior art]
Since the combustion oscillation generated in the combustor is self-excited oscillation, stable combustion occurs, but slight changes in operating conditions cause unstable combustion and sudden large pressure fluctuations. Therefore, it is difficult to monitor the pressure level in the combustor to determine the tolerance for combustion vibration.
Therefore, it is important to grasp the tolerance for the combustion vibration by measuring the attenuation during combustion, in addition to preventing the combustion vibration in the combustor, in order to enhance the reliability of the combustor.
[0003]
In order to measure the attenuation during combustion, it is necessary to forcibly vibrate, but conventionally, it was vibrated by an actuator using a speaker.
However, since the pressure level of the combustion vibration is very large, a conventional actuator using a loudspeaker has insufficient excitation force. Further, it is impossible to vibrate using a speaker under high temperature and high pressure due to the problem of the pressure resistance and heat resistance of the speaker.
[0004]
On the other hand, the pressure sensor is calibrated by applying the same vibration fluid to the reference sensor and the sensor to be calibrated and analyzing and comparing the detection signals of the reference sensor and the sensor to be calibrated.
FIG. 10 shows a conventional pressure sensor calibration apparatus performed as described above. In order to calibrate the pressure sensor 40, the air supplied from the compressor 47 is vibrated by a proportional valve 50 controlled by a controller 49 linked to a transmitter 48, and the pressure fluctuation of the vibrated air is measured by a reference sensor 41. The signal is detected by the pressure sensor 40, which is calibrated, and the signal is analyzed, compared and calibrated by the frequency analyzer (FFT) 43.
[0005]
However, the proportional valve has been originally developed to control the steady flow rate, and cannot be varied at a high frequency without following, so that the frequency range in which the proportional valve 50 can vibrate is around 10 Hz. And low frequency ranges cannot be calibrated.
In addition, actuators using speakers cannot be used in a high temperature range and are operated at room temperature.However, pressure sensors use piezoelectric elements or resistance strain gauges in the sensing part, so they cannot be used at high temperatures. The sensitivity is different from that at room temperature. Therefore, the conventional calibration under normal temperature and normal pressure using a speaker has been poor in reliability when used in a high temperature field.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention, as described above, measures a large pressure fluctuation of any frequency from low frequency to high frequency, such as to measure combustion attenuation in a combustor or to obtain a vibration fluid used for a calibration test of a pressure sensor. An object of the present invention is to provide a fluid vibration actuator that can be generated in a fluid and can be used even at a high temperature.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above problems, the rotation-side valve provided a plurality of holes opening disposed keeping the intervals to each other in the circumferential direction surrounding the axis of the rotary shaft in the axial direction, and said rotating-side valve face arranged having the rotation-side stationary side valve corresponding to the hole of the valve while maintaining the intervals to each other in the circumferential position is provided a plurality of holes, the fluid supplied to the stationary valve from the rotation-side valve A fluid vibration actuator configured to vibrate through a change in the passage area of both holes caused by the overlapping of the holes of the two valves due to the rotation of the rotary side valve and to cause the fluid to flow out of the stationary side valve.
[0008]
According to this fluid vibration actuator of the present invention, the rotating valve has a plurality of holes, and the plurality of holes surround the axis of the rotating shaft and are arranged at intervals in the circumferential direction. It is open in the axial direction, and the stationary valve is provided with a plurality of holes spaced apart from each other at circumferential positions corresponding to the holes of the rotating valve which are disposed facing the rotating valve. Therefore, by changing the number of revolutions of the rotary side valve, the period in which the holes of the rotary side valve and the stationary side valve overlap can be changed arbitrarily, so that the actuator vibrates and flows out of the stationary side valve. The oscillation period of the oscillating fluid can be easily selected.
Further, in the fluid vibration actuator according to the present invention, a plurality of holes formed in each of the rotary side valve and the stationary side valve are intermittently released with respect to a pressurized fluid supplied from the outside, so that the pressurized fluid is Since the vibration is given by intermittently flowing the fluid, a large excitation force can be obtained, and the vibrating fluid can be guided by the nozzle tube and used even in a high temperature field.
[0009]
Therefore, according to the fluid vibration actuator of the present invention, it is possible to easily measure the combustion decay by applying a desired vibration in the combustion area, and to obtain the predetermined size required in the pressure sensor calibration test. A vibration fluid having a frequency and a frequency can be easily obtained.
[0010]
When a nozzle tube is used to guide the oscillating fluid generated by the fluid vibration actuator of the present invention to a predetermined position, the use of a nozzle tube having no change in cross-sectional area minimizes vibration attenuation in the pipe line. And the desired oscillating fluid can be ejected from the nozzle tube.
When the fluid vibration actuator according to the present invention is provided at the tip of the nozzle tube for guiding the fluid, the strong oscillating fluid flowing out of the stationary valve can be used effectively.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a fluid vibration actuator according to the present invention will be specifically described based on the embodiment shown in FIGS.
[0012]
(1st Embodiment)
First, the fluid vibration actuator according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 will be described. 1 to 4, reference numeral 1 denotes a motor, and a rotation shaft 3 is connected to the motor 1 via a coupling 2. The rotating shaft 3 is supported by a mechanical seal 10 and a ball bearing 11 so that the rotating shaft 3 can be operated at a high rotation speed. The mechanical seal 10 is configured so that lubricating oil is supplied from a lubrication port 12.
[0013]
A rotary side valve 4 is attached to the rotary shaft 3 so as to be integrally rotated. The rotary side valve 4 has a plurality of (N) rotary side holes 5 spaced apart from each other in the circumferential direction. Is provided. A stationary side valve 6 is provided facing the rotating side valve 4. The stationary side valve 6 has a plurality of (N) stationary side holes at circumferential positions corresponding to the holes 5 of the rotating side valve 4. 7 are provided at an interval from each other.
As shown in FIG. 3, the rotation side valve 4 is provided with an opening 4 ′ communicating with a fluid introduction passage 8 through which a fluid is guided, and the high pressure air, nitrogen, steam, fuel, etc., from the fluid introduction passage 8. The fluid to be excited is supplied.
[0014]
In order to reduce the leakage of the exciting fluid from between the rotating side valve 4 and the stationary side valve 6, the clearance between the two valves 4 and 6 is minimized and the O-ring 13 is arranged.
Reference numeral 9 denotes a nozzle pipe for guiding the oscillating fluid flowing out of the stationary side valve. This nozzle pipe 9 has no change in cross-sectional area, and suppresses vibration attenuation of the oscillating fluid flowing therethrough.
[0015]
The fluid vibration actuator of FIGS. 1 to 4 has the above structure, and when a fluid such as high-pressure air, nitrogen, steam, or fuel is supplied from the fluid introduction passage 8, the fluid is rotated on the rotating side. It is introduced into the valve 4 and passes through the hole 5 of the rotating valve 4 and the hole 7 of the stationary valve 6. At this time, the fluid is vibrated at a frequency given by the following equation (1) in proportion to the number of rotations of the rotary valve 4. The vibrated fluid exits the stationary side valve 6 and is guided through the nozzle tube 9 and is discharged from the tip.
[0016]
When the present actuator is used to measure combustion attenuation, a conventional speaker-based actuator has insufficient excitation force against large pressure fluctuations such as combustion vibration. Exciting a pressurized fluid such as air or steam and ejecting the exciting fluid directly into the combustion area generates pressure fluctuations due to flow rate fluctuations, and also changes the volumetric expansion rate by fluctuating heat generation. Can cause pressure fluctuations.
Further, the excitation frequency can be easily controlled by controlling the number of rotations of the motor 1 by an inverter, and by adjusting the number of holes and the number of rotations of the valve, it is possible to excite up to a high frequency. Become.
[0017]
(Equation 1)

[0018]
In the embodiment described above, the number of holes 5 on the rotating side and the number of holes 7 on the stationary side are the same, and especially between the hole diameter d1 shown in FIG. 4B and the distance d2 between the holes. Although there is no limitation, it is desirable to make the hole diameter d1 and the hole interval d2 equal, since the excitation efficiency is higher (smaller harmonics are smaller) as it is closer to sin wave excitation.
[0019]
(2nd Embodiment)
Next, a fluid vibration actuator according to a second embodiment shown in FIGS. 5 and 6 will be described. In the second embodiment shown in FIGS. 5 and 6, a rotary valve and a stationary valve are provided at the tip of the nozzle tube 23. That is, in the second embodiment, the rotating shaft 23 rotated by the motor 1 via the coupling 2 is supported by the ball bearing 11 and extends inside the nozzle tube 29.
[0020]
The fluid introduction passage 8 is opened at the root of the nozzle pipe 29, and the rotation side valve 4 is attached to the tip. A stationary side valve 6 is arranged facing the rotating side valve 4, and a plurality of (N) rotating side holes 5 are provided in the rotating side valve 4 at intervals in a circumferential direction, The stationary side valve 6 is provided with a plurality of (N) stationary side holes 7 at a circumferential position corresponding to the rotating side hole 5 with an interval therebetween.
[0021]
In the fluid vibration actuator of FIGS. 5 and 6 configured as described above, when a high-pressure fluid such as air, nitrogen, steam, or fuel is supplied from the fluid introduction passage 8, the high-pressure fluid is supplied to the nozzle. It is introduced into the rotary side valve 4 through the inside of the pipe 29 and passes through the hole 5 of the rotary side valve 4 and the hole 7 of the stationary side valve 6. At this time, the fluid is vibrated at a frequency N times the number of rotations of the rotation side valve 4 (the number of rotation side holes) and introduced into the stationary side valve 6, and the vibrated fluid flows from the tip of the nozzle tube 29. Released.
[0022]
The function and effect of the fluid vibration actuator according to the second embodiment are the same as those of the first embodiment, but according to the present embodiment, the fluid vibration actuator provided at the tip of the nozzle tube 29 is driven by the fluid vibration actuator. The vibration fluid can be released without damping the vibration force.
[0023]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment shown in FIG. 7 will be described. The third embodiment is an example in which a fluid vibration actuator according to the present invention is incorporated in a combustor in order to measure combustion attenuation in the combustor.
In FIG. 7, B indicates a combustor having a pilot nozzle 30 at the center and a plurality of main nozzles 31 therearound.
[0024]
The actuator for fluid vibration according to the first embodiment is attached to the rear end of the combustor B, and the nozzle pipe 9 is inserted into the pilot nozzle 30 of the combustor B.
Reference numeral 32 denotes a flame in the combustor B, and a pressure sensor 33 for detecting a pressure in the combustion chamber is disposed on a peripheral wall of the combustion chamber.
In the combustor B of FIG. 7 configured as described above, since there is no change in the cross-sectional area of the nozzle tube 9, the fluctuation in the pipeline is minimized, and the flow fluctuation with minimum attenuation is ejected from the nozzle tube 9. You.
[0025]
If the fluid vibration actuator is a tip-type actuator as shown in FIG. 2 and the stationary valve is provided at the end face of the nozzle tube 9, the fluid fluctuated by the valve portion can be directly ejected. Therefore, a large variable flow rate can be supplied to the area of the flame 32. Although the nozzle pipe 9 is provided in the pilot nozzle 30 in FIG. 7, the nozzle pipe 9 may be provided inside the main nozzle 31 in the same manner.
[0026]
Using this actuator, the frequency of the vibrating fluid can be swept by sweeping with an inverter at the time of combustion, and the response at the time of combustion can be obtained by detecting and analyzing the response with the pressure sensor 33. It is.
Further, in the case of a tip-type actuator in which a vibrating actuator is provided at the tip of the nozzle tube, the angle of the stationary side hole 7 can be arbitrarily changed, and the jetting angle of the vibrating fluid can be changed. It is possible to set an angle at which the excitation efficiency is high so that the excitation fluid is ejected to a place where heat generation is large.
[0027]
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment shown in FIG. 8 will be described. The present embodiment is an example in which the fluid vibration actuator according to the first embodiment is applied to a pressure sensor calibration test device.
In FIG. 8, the tip of the nozzle tube 9 is branched in a T-shape, and a reference sensor 41 is attached to one of the ends, and a pressure sensor 40 to be calibrated is attached to the other.
[0028]
The detection signals from the sensors 40 and 41 are communicated so as to be supplied to an amplifier 42, respectively, and the output of each amplifier 42 is supplied to an FFT (frequency analyzer) 43.
The actuator 46 is supplied with compressed air from a compressor 47 and vibrated, and the vibrated air is guided to the nozzle tube 9. The vibration frequency of the actuator 46 can be changed by controlling the motor with the oscillator 49 and the controller 48.
[0029]
In the apparatus of FIG. 8 configured as described above, the air supplied from the compressor 47 is vibrated by the actuator 46. At this time, the excitation frequency is N times the number of rotations of the motor controlled by the oscillator 49 and the controller 48 (the number of holes in the valve). The excited air propagates to the pressure sensor 40 to be calibrated and the reference sensor 41. The signals measured by the sensors 40 and 41 are amplified by the amplifier 42 and input to the FFT 43, where the pressure signals are compared and analyzed.
[0030]
In the embodiment shown in FIG. 8, the pressure sensor 40 is calibrated at room temperature. However, as shown in FIG. 9, the fluid vibrated by the actuator 46 is sent to the combustion device 45 under high temperature and high pressure. By ejecting the pressure, calibration of the pressure sensor 40 attached to the combustion device 45 under high temperature and high pressure can be performed.
[0031]
Here, the reliability of the actuator 46 is assured since the actuator 46 is placed in a normal temperature and normal pressure region away from the combustion device. In order to install the actuator 46 in a high-temperature field, the motor 46 and the bearing can be used by cooling them.
[0032]
The conventional actuator using a proportional valve as shown in FIG. 10 can only vibrate up to about 10 Hz, and cannot perform calibration in a frequency band higher than about 10 Hz. However, there are many cases where the measurement target is 10 Hz or more, including the measurement of combustion vibration.
[0033]
Since the fluid vibration actuator according to the present embodiment can vibrate N times the number of rotations of the motor (the number of holes in the valve), for example, when a motor of 1800 rpm is used and the number of holes is N = 16, Vibration can be performed up to 1800/60 * 16 = 480 Hz, and calibration can be performed up to about 50 times the frequency of the related art.
[0034]
As described above, the present invention has been specifically described based on the illustrated embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and has specific structures and configurations within the scope of the present invention described in the claims. It goes without saying that various changes may be made.
[0035]
For example, in the above embodiment, the number of rotating side holes provided in the rotating side valve and the number of stationary side holes provided in the stationary side valve are the same, but the numbers of these holes may be different.
Further, in the above-described embodiment, the case where the fluid vibration actuator according to the present invention is used for measurement of combustion attenuation and calibration test of the pressure sensor has been described, but the application of the fluid vibration actuator according to the present invention is not limited to this. .
[0036]
【The invention's effect】
As specifically described above, the present invention, the rotation-side valve provided a plurality of holes opened in the axial direction and is arranged at a distance from each other in the surrounding circumferentially the axis of the rotary shaft, and said rotating A stationary side valve surrounding the axis of the shaft and provided with a plurality of holes spaced apart from each other at a circumferential position corresponding to the hole and disposed opposite to the rotating side valve, wherein the stationary side valve is separated from the rotating side valve; A fluid vibration actuator configured to vibrate the fluid supplied to the rotary side valve by the rotation of the rotary side valve due to a change in the passage area of the two holes caused by the overlapping state of the holes of the two valves and to cause the fluid to flow out from the stationary side valve. provide.
[0037]
According to the fluid vibration actuator of the present invention, by changing the number of rotations of the rotation side valve, the period in which the holes of the rotation side valve and the stationary side valve overlap can be arbitrarily changed. Then, the oscillation cycle of the oscillating fluid flowing out from the stationary side valve can be easily selected.
[0038]
Further, the actuator vibration fluid pressure of the present invention, with respect to pressurized fluid supplied from the outside, the rotation-side valve and a plurality of holes formed in each of the stationary side valve to release the cross-sustaining, pressure Vibration is given by intermittently flowing the fluid, so a large excitation force can be obtained.In addition, it can be used to conduct the oscillating fluid with a nozzle tube and perform combustion attenuation measurement etc. in a high temperature field It is possible.
[0039]
Furthermore, when the fluid vibration actuator according to the present invention is provided at the tip of the nozzle tube for guiding the fluid, the strong vibration fluid flowing out of the stationary valve can be used effectively.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view partially showing a cross section of a fluid vibration actuator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structure of a support portion of the rotating shaft indicated by (2) in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a rotating side valve and a stationary side valve indicated by (3) in FIG. 2;
FIG. 4 is an enlarged view of a portion (4) in FIG. 3, wherein (a) is a cross-sectional view showing a face-to-face relationship between a rotating side hole and a stationary side hole in the valve, and (b) is an end view of (a).
FIG. 5 is an overall view partially showing a cross section of a fluid vibration actuator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an enlarged view of a portion (6) in FIG. 5;
FIG. 7 is a view showing a third embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of a combustor partially showing a combustion attenuation test apparatus using a fluid vibration actuator according to the present invention.
FIG. 8 is a view showing a fourth embodiment of the present invention, and is an overall configuration diagram showing a pressure sensor calibration device using a fluid vibration actuator according to the present invention.
FIG. 9 is an overall configuration diagram similar to FIG. 8 configured to perform a calibration test of the pressure sensor under high temperature and high pressure.
FIG. 10 is an overall configuration diagram of a conventional pressure sensor calibration device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor 2 Coupling 3 Rotation shaft 4 Rotation side valve 5 Rotation side hole 6 Stationary side valve 7 Stationary side hole 8 Fluid introduction passage 9 Nozzle tube 10 Mechanical seal 11 Ball bearing 12 Lubrication port 13 O-ring 23 Rotation shaft 29 Nozzle tube 30 Pilot nozzle 31 Main nozzle 32 Flame 33 Pressure sensor 40 Pressure sensor 41 Reference sensor 42 Amplifier 43 Frequency analyzer 44 Fuel nozzle 45 Combustion device 46 Actuator 47 Compressor 48 Controller 49 Oscillator

Claims

Rotating side valve provided a plurality of holes opening arranged at a distance from one another in the circumferential direction surrounding the axis of the rotary shaft in the axial direction, and the rotation-side valve and are arranged facing holes of the rotation-side valve has a stationary side valve keeping the intervals to each other in correspondence to the circumferential position is provided a plurality of holes, two valve the fluid being supplied to the stationary valve from the rotation-side valve by rotation of the rotary-side valve The fluid vibration actuator is characterized in that it is vibrated by a change in the passage area of both holes caused by the degree of overlap of the holes and flows out from the stationary side valve.

A fluid vibration actuator according to claim 1, wherein said fluid vibration actuator is provided at a tip of a nozzle tube for guiding a fluid.

A nozzle pipe having no change in cross-sectional area for guiding the oscillating fluid flowing out from the stationary side valve is passed through the fuel nozzle of the combustor, and the oscillating fluid is ejected to the combustion area and incorporated into the combustion attenuation measuring device. The fluid vibration actuator according to claim 1.

A fluid vibration actuator, wherein the fluid vibration actuator according to claim 1 is incorporated as a vibration fluid source for a calibration test of a pressure sensor.