JP3781700B2 - 回転体の物体飛散・打込み試験装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体からの物体の飛散又は回転体への物体の打込みを試験する回転体の物体飛散・打込み試験装置に係る。特に観測又は計測のデータ取得シーケンスをスタートさせる構成に特徴の有る回転体の物体飛散・打込み試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジェットエンジンの試験の一種として、タービンブレードへの物体の打込み試験やタービンブレードのディスクからの飛散試験がある。
これらの試験を毎回実物で行うのは費用がかかるので、一段のディスクを取出して行うベンチ試験が採用される。
【０００３】
従来の回転体の物体飛散・打込み試験装置の構造を、図を基に、説明する。図３は、従来の回転体の物体飛散・打込み試験装置の概念図である。（Ａ）は物体飛散試験を行う場合の態様を示し、（Ｂ）は物体打込み試験を行う場合の態様を示す。
回転体の物体飛散・打込み試験装置は、回転体１からの物体３の飛散又は回転体１への物体４の打込みを試験する装置であって、回転駆動装置１０と回転軸２０と物体飛散・打込機器４０と観測・計測機器５０とタイマー６０とで構成される。
回転体１は、高速で回転するもので、例えばジェットエンジンの一段のタービンロータ２とその周囲に配置されたタービンブレード３である。物体は、試験対象の物体であり、例えば物体飛散試験を行う場合タービンブレード３であり、物体打込み試験を行う場合鳥を模したもの４である。
以下、タービンブレードの物体飛散試験と物体打込み試験をする場合を例に説明する。
【０００４】
回転駆動装置１０は、タービンロータ２を把持した後述する回転軸２０を回転させる装置である。回転軸を高速一定回転で回転させる。
【０００５】
回転軸２０は、タービンロータ２の回転中心を固定して、回転駆動装置１０により回転駆動される。
【０００６】
物体飛散・打込機器４０は、物体飛散機器４１と物体打込み機器４２である。物体飛散機器４１は、タービンブレード３がタービンロータ２から飛散する状態を実現する装置であり、タービンブレード３をタービンロータ２に取り付けている爆発ボルトに通電して、爆発ボルト（図示せず）を切り、タービンブレード３をタービンロータ２から飛散させる。爆発ボルトは、内部に仕込まれた火薬を爆発させて千切れるようになったボルトである。物体飛散機器４１は、後述する始動タイミング信号を受けて、爆発ボルトに起爆信号を出力する。
物体打込み機器４２は、打ち出し器４３を使用して、高速回転するタービンブレード３にめがけて鳥を模したもの４を発射する装置である。物体打込み機器４２は、後述する始動タイミング信号を受けて、打ち出し器に打ち出し信号を出力する。
【０００７】
観測・計測機器５０は、観測装置５１と計測装置５２である。
観測装置５１は、高速度ビデオカメラや高速度カメラであり、タービンブレード３がタービンディスク２から飛散する様子を撮影したり、タービンブレード３に鳥を模したもの３が打込まれた様子を撮影する。
計測装置５２は、所望の計測を行う装置であり、例えば、タービンブレード３に仕込まれた歪み測定器（ストレンゲージ）により、飛散時や打込み時のタービンブレード３に生ずる歪みを測定記録する。
【０００８】
タイマー６０は、物体飛散・打込機器４０と観測・計測機器５０とに始動タイミング信号を出力する装置であり、回転駆動装置２０を始動して、定格回転数になったであろう時間をカウントした後で、始動タイミング信号を出力する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の回転体の物体飛散・打込み試験装置の場合、タイマー６０が始動タイミング信号を出力したときに、特定のタービンブレードがどこを向いているか不明である。
物体飛散試験の場合では、爆発ボルトを仕込んだタービンブレードが３６０度のどちらの向きに飛散するか予測不可能であったので、観測機器５１を３６０度をカバーして撮影出来る様にする必要があった。通常、複数（例えば、３台〜４台）の観測機器５１をタービンロータの周囲に配置した。
物体打込み試験の場合では、タービンロータ２に設けられたどのタービンブレード３に物体４が当たるか不明であったので、全てのタービンブレードに応力測定器（ストレンゲージ）を仕込んで、全ての出力を記録した。
【００１０】
観測機器５１で使用される高速度カメラや高速度ビデオカメラは、短時間に大量のフレームを撮影可能な特殊装置であり、高価である。また、計測機器５０は、読み取りを行わないデータを含めて大量のデータを記録しなければならなかった。
そこで、観測機器５１と計測機器５２と歪み測定器５３との数を減らすために、物体飛散試験では、所定の位置（回転位相）でタービンブレードを飛散させたいという要請があった。また、物体打込み試験であは、所定のタービンブレード３に物体４を打込みたいという要請があった。
【００１１】
本発明は以上に述べた問題点に鑑み案出されたもので、従来の回転体からの物体の飛散又は回転体への物体の打込みを試験する回転体の物体飛散・打込み試験装置にかわって、物体が飛散する位置又は物体が打込まれる位置を予測でき、観測・計測機器の数を必要最小限にすることのできる回転体の物体飛散・打込み試験装置を提供しようとする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の回転体からの物体の飛散又は回転体への物体の打込みを試験する回転体の物体飛散・打込み試験装置は、タービンロータとその周囲に配置された複数のタービンブレードからなる回転体を回転させる回転軸と、該回転軸の回転位相を検知してタイミング信号を出力する位相検知手段と、前記タイミング信号に応じて前記回転体からの物体の飛散または前記回転体への物体の打込みを行う物体飛散・打込み機器と、前記タイミング信号に応じて観測又は計測のデータ取得シーケンスをスタートさせる観測・計測機器とを備え、前記位相検知手段は、３６０度の一箇所の、回転軸の回転位相でパルスを発生する１パルス発生器と、３６０度を等分したＮ箇所の、回転軸の回転位相でパルスを発生する位相パルス発生器と、該位相パルス発生器の出力する回転パルス信号を検知し、該回転パルス信号を位相パルス信号として出力し、前記１パルス発生器の出力する基準信号で初期化される回転パルス検知器と、前記位相パルス信号のパルスの数をカウントし、その数が所定の数になったらタイミング信号を出力する回転パルスカウント器と、を有する。
【００１３】
上記本発明の構成により、回転軸が、タービンロータとその周囲に配置された複数のタービンブレードからなる回転体を回転させ、位相検知手段が回転軸の回転位相を検知してタイミング信号を出力し、物体飛散・打込み機器が前記タイミング信号に応じて回転体からの物体の飛散または回転体への物体の打込みを行い、観測・計測機器が前記タイミング信号に応じて観測又は計測のデータ取得シーケンスをスタートさせるので、特定の回転位相にある回転体からの物体の飛散を行いたい場合には、位相検知手段が特定の回転位相を検知した時に前記タイミング信号を出力するように予め定めることで、物体飛散・打込み機器が特定の回転位相にある回転体からの物体の飛散を行い、観測・計測機器がその物体の飛散のデータ取得をすることができる。また、特定の回転位相にある回転体への物体の打ち込みを行いたい場合には、位相検知手段が特定の回転位相を検知した時に前記タイミング信号を出力するように予め定めることで、物体飛散・打込み機器が特定の回転位相にある回転体への物体の打ち込みを行い、観測・計測機器がその物体の打ち込みのデータ取得をすることができる。
【００１４】
また、上記本発明の構成により、位相検知手段の回転パルス検知器が回転軸の位相に対応した回転パルスを検知し、位相検知手段の回転パルスカウント器が回転パルスのパルス数をカウントするので、位相検知手段が回転軸の回転位相を正確に検知できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１６】
本発明の実施形態に係る回転体の物体飛散・打込み試験装置の構造を説明する。図１は、本発明の実施形態の概念図である。図２は、本発明の実施形態の部分概念図である。（Ａ）は物体飛散試験を行う場合の態様を示し、（Ｂ）は物体打込み試験を行う場合の態様を示す。
【００１７】
回転体の物体飛散・打込み試験装置は、回転体１からの物体３の飛散又は回転体１への物体４の打込みを試験する装置であって、回転駆動装置１０と回転軸２０と位相検知手段３０と物体飛散・打込機器４０と観測・計測機器５０とで構成される。
回転体１は、高速で回転するもので、例えばジェットエンジンの一段のタービンロータ２とその周囲に配置されたタービンブレード３である。物体は、試験対象の物体であり、例えば物体飛散試験を行う場合タービンブレード３であり、物体打込み試験を行う場合鳥４を模した物である。
以下、タービンブレードの物体飛散試験と物体打込み試験をする場合を例に説明する。
【００１８】
回転駆動装置１０は、タービンロータ２を把持した後述する回転軸２０を回転させる装置である。回転軸を高速一定回転で回転させる。
【００１９】
回転軸２０は、タービンロータ２の回転中心を拘束して、回転駆動装置１０により回転駆動される。
【００２０】
位相検知手段３０は、回転軸の回転位相を検知してタイミング信号を出力するものであって、１パルス発生器３１と位相パルス発生器３２と回転パルス検知器３３と回転パルスカウント器３４とを有する。１パルス発生器３１は、回転軸２０の３６０度の任意の一箇所で１個のパルスを発生する機器であって、例えば、回転軸２０に設けられた１歯の歯車の歯先を磁気センサで検知し、その結果を出力する。この出力を基準信号Ｓ１として回転パルス検知器３３へ出力する。位相パルス発生器３２は、回転軸２０の３６０度を任意の数で等分したＮ個のパルスを発生する機器であって、例えば、回転軸２０に設けられたＮ歯（例えば、２０歯〜６０歯）の歯車の歯先を磁気センサで検知し、その結果を回転パルス信号Ｓ２として出力する。回転パルス検知器３３は、回転軸の出力した回転パルス信号Ｓ２を検知するものであって、１パルス発生器３１の出力する基準信号Ｓ１で初期化され、位相パルス発生器３２の出力した回転パルス信号Ｓ２を位相パルス信号Ｓ３として出力する。回転パルスカウント器３４は、位相パルス信号Ｓ３のパルスの数をカウントし、その数が所定の数になったら始動タイミング信号Ｓ４を出力するものであって、回転パルス発生器３３のパルスをカウントし、予め設定されたカウント数になると、パルスを出力する。このパルスを始動タイミング信号Ｓ４（タイミング信号に相当する。）として、物体飛散・打込機器４０と観測・計測機器５０へ出力する。
【００２１】
物体飛散・打込機器４０は、始動タイミング信号Ｓ４に応じて回転体からの物体の飛散または回転体への物体の打込みを行う機器で、物体飛散機器４１又は物体打込み機器４２である。
物体飛散機器４１は、タービンブレード３がタービンロータ２から飛散する状態を実現する装置であり、タービンブレード３をタービンロータ２に取り付けている爆発ボルトに通電して、爆発ボルト（図示せず）を切り、タービンブレード３をタービンロータ２から飛散させる。爆発ボルトは、内部に仕込まれた火薬を爆発させてボルトが千切れるようになったボルトである。物体飛散機器４１は、位相検知手段３０からの始動タイミング信号Ｓ４を受けて、爆発ボルトに起爆信号を出力する。
物体打込み機器４２は、打ち出し器４３を使用して、高速回転するタービンブレード３にめがけて鳥を模したもの４を発射する装置である。物体打込み機器４２は、位相検知手段３０からの始動タイミング信号Ｓ４を受けて、打ち出し器４３に打ち出し信号を出力する。
【００２２】
観測・計測機器５０は、始動タイミング信号に応じて観測又は計測のデータ取得シーケンスをスタートさせる機器で、観測装置５１又は計測装置５２である。観測装置５１は、高速度ビデオカメラや高速度カメラであり、タービンブレード３がタービンディスク２から飛散する様子を撮影したり、タービンブレード３に鳥を模したもの３が打込まれた様子を撮影する。観測装置５１は、位相検知手段３０からの始動タイミング信号Ｓ４を受けて、撮影を開始する。
計測装置５２は、所望の計測を損なう装置であり、例えば、タービンブレード３に仕込まれた応力測定器（ストレンゲージ）により、飛散時や打込み時のタービンブレード３に生ずる歪みを測定記録する。計測装置５２は、位相検知手段３０からの始動タイミング信号Ｓ４を受けて、計測を開始する。
【００２３】
次に、回転体の物体飛散・打込み試験装置の作用を説明する。
（Ａ）物体飛散試験を行う場合を説明する。
回転駆動装置１０が、回転体１の結合した回転軸２０を回転する。回転軸２０が定格回転数で回転すると、試験を開始する。
位相検知手段３０の１パルス発生器３１が、回転軸２０の基準位置を検知し基準信号Ｓ１を出力する。回転パルス検知器３３が初期化され、位相パルス発生器３２の回転パルス信号Ｓ２を位相パルス信号Ｓ３としてを出力する。
回転パルスカウント器３４が、位相パルス信号Ｓ３のパルスをカウントし予め設定されたカウント数になったら、始動タイミング信号Ｓ４を出力する。
始動タイミング信号Ｓ４を受けると、観察機器５１が、撮影を開始し、物体飛散機器４１が、タービンブレードの爆発ボルトに点火する。爆発ボルトが千切れて、タービンブレード３が飛散する。
観察機器５１がタービンブレード３の飛散する様子を撮影する。
【００２４】
（Ｂ）物体打込試験を行う場合を説明する。
回転駆動装置１０が、回転体１の結合した回転軸２０を回転する。回転軸２０が定格回転数で回転すると、試験を開始する。
位相検知手段３０の１パルス発生器３１が、回転軸２０の基準位置を検知し基準信号Ｓ１を出力する。回転パルス検知器３３が初期化され、位相パルス発生器３２の回転パルス信号Ｓ２を位相パルス信号Ｓ３としてを出力する。
回転パルスカウント器３４が、位相パルス信号Ｓ３のパルスをカウントし予め設定されたカウント数になったら、始動タイミング信号Ｓ４を出力する。
始動タイミング信号Ｓ４を受けると、観察機器５１が、撮影を開始し、計測機器５２が計測を開始し、物体打込機器４２が、鳥を模したもの４をタービンブレードへ打込む。鳥を模したもの４が、タービンブレード３に当たる。
観察機器５１がタービンブレード３の様子を撮影し、計測機器５２がタービンブレード３に生じた歪みを測定する。
【００２５】
上述の実施形態の回転体の物体飛散・打込み試験装置を用いれば、位相検知手段３０の回転パルスカウント器３４に適正なカウント数を設定すると、物体飛散試験を行う場合、観測機器５１の撮影領域内にあるタービンブレード３が飛散し、飛散の様子を少なくとも１台の観察機器で撮影することができる。
また、物体打込試験を行う場合、歪み測定器５３（ストレンゲージ）を仕込んだタービンブレード３に物体を必ず当てることができ、歪み測定器５３（ストレンゲージ）を仕込むタービンブレードを特定できる。
【００２６】
本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の回転体からの物体の飛散又は回転体への物体の打込みを試験する回転体の物体飛散・打込み試験装置は、その構成により、以下の効果を有する。
特定の回転位相にある回転体からの物体の飛散を行いたい場合には、位相検知手段が特定の回転位相を検知した時に前記タイミング信号を出力するように予め定めることで、物体飛散・打込み機器が特定の回転位相にある回転体からの物体の飛散を行い、観測・計測機器がその物体の飛散のデータ取得をすることができる。
また、特定の回転位相にある回転体への物体の打ち込みを行いたい場合には、位相検知手段が特定の回転位相を検知した時に前記タイミング信号を出力するように予め定めることで、物体飛散・打込み機器が特定の回転位相にある回転体への物体の打ち込みを行い、観測・計測機器がその物体の打ち込みのデータ取得をすることができる。
また、位相検知手段の回転パルス検知器が回転軸の回転パルスを検知し、位相検知手段の回転パルスカウント器が回転パルスの数をカウントするので、位相検知手段は正確に、回転軸の回転位相を検知できる。
従って、物体が飛散する位置又は物体が打込まれる位置を予測でき、観測・計測機器の数を必要最小限にすることのできる回転体の物体飛散・打込み試験装置を提供できる。
【００２８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の概念図である。
【図２】本発明の実施形態の部分概念図である。
【図３】従来の装置の概念図である。
【符号の説明】
１ 回転体
２ タービンロータ
３ タービンディスク
４ 物体（鳥を模したもの）
１０ 回転駆動装置
２０ 回転軸
２１ 回転軸本体
２２ １歯の歯車
２３ Ｎ歯が周囲に等分配置された歯車
３０ 位相検知手段
３１ １パルス発生器
３２ 位相パルス発生器
３３ 回転パルス検知器
３４ 回転パルスカウント器
４０ 物体飛散・打込機器
４１ 物体飛散機器
４２ 物体打込機器
４３ 打ち出し器
５０ 観察・計測機器
５１ 観察機器
５２ 計測機器
５３ 歪み測定器
Ｓ１ 基準信号
Ｓ２ 回転パルス信号
Ｓ３ 位相パルス信号
Ｓ４ 始動タイミング信号（タイミング信号）

Claims (2)

1. 回転体からの物体の飛散又は回転体への物体の打込みを試験する回転体の物体飛散・打込み試験装置であって、タービンロータとその周囲に配置された複数のタービンブレードからなる回転体を回転させる回転軸と、該回転軸の回転位相を検知してタイミング信号を出力する位相検知手段と、前記タイミング信号に応じて前記回転体からの物体の飛散または前記回転体への物体の打込みを行う物体飛散・打込み機器と、前記タイミング信号に応じて観測又は計測のデータ取得シーケンスをスタートさせる観測・計測機器とを備え、
   前記位相検知手段は、
   ３６０度の一箇所の、回転軸の回転位相でパルスを発生する１パルス発生器と、
   ３６０度を等分したＮ箇所の、回転軸の回転位相でパルスを発生する位相パルス発生器と、
   該位相パルス発生器の出力する回転パルス信号を検知し、該回転パルス信号を位相パルス信号として出力し、前記１パルス発生器の出力する基準信号で初期化される回転パルス検知器と、
   前記位相パルス信号のパルスの数をカウントし、その数が所定の数になったらタイミング信号を出力する回転パルスカウント器と、を有する、ことを特徴とする回転体の物体飛散・打込み試験装置。
2. 前記１パルス発生器は、回転軸に設けられた１歯の歯車の歯先を磁気センサで検知し、その結果を出力し、この出力を基準信号として前記回転パルス検知器へ出力し、
   前記位相パルス発生器は、回転軸に設けられたＮ歯の歯車の歯先を磁気センサで検知し、その結果を回転パルス信号として出力する、ことを特徴とする請求項１に記載の回転体の物体飛散・打込み試験装置。

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