(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ことを特徴とする流体加振用アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載の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たことを特徴とする流体加振用アクチュエータ。
【請求項３】
前記静止側バルブより流出する振動流体を導く断面積変化のないノズル管を燃焼器の燃料ノズルに通し、燃焼領域に加振流体を噴出するようにして燃焼減衰計測装置に組み込んだことを特徴とする請求項１記載の流体加振用アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１記載の流体加振用アクチュエータを、圧力センサの較正試験用の加振流体源として組み込んだことを特徴とする流体加振用アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【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】
0003595474.tif 000002
【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
１３  Ｏ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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003595474.tif 000009
【図８】
0003595474.tif 000010
【図９】
0003595474.tif 000011
【図１０】
0003595474.tif 000012