(57)【要約】【課題】  水ブレーキ動力計の安定性を制御すること。【解決手段】  水ブレーキ（３１）を安定させるためのシステムであって、２以上のロータディスク（１４）と、２以上のロータディスク（１４）の間に配置された水を含む水ブレーキ（３１）のチャンバ（１８）と、該チャンバ（１８）内の分圧を計測するための圧力計測装置と、空気をチャンバ（１８）内に噴射して前記チャンバ（１８）内の分圧を増大させるための空気噴射器と、を含む。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータディスク（１４）と、該ロータディスク（１４）の周囲に配置された水を含むチャンバ（１８）とを有する水ブレーキ（３１）を安定させるためのシステムであって、
前記チャンバ（１８）内の動圧を計測するための圧力計測装置と、
前記チャンバ（１８）内に空気を噴射して前記チャンバ（１８）内の分圧を増大させるための空気噴射器と、
を備えるシステム。
【請求項２】
前記水ブレーキ（３１）が複数のチャンバ（１８）を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記空気噴射器が前記複数のチャンバ（１８）の各々に空気を噴射する、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記チャンバ（１８）内に配置された入口チャンバステータディスク（１６）を更に備え、該入口チャンバステータディスク（１６）を通って前記チャンバ（１８）内に水を噴射することができる、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記入口チャンバステータディスク（１６）が、前記チャンバ（１８）内に空気を噴射するための吸気チャネル（２６）を含む、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記入口チャンバステータディスク（１６）が、前記入口チャンバステータディスク（１６）、ロータ（１２）、及び前記チャンバ（１８）との間のクリアランスを通って空気が前記チャンバ（１８）に移動するように、空気を受けるためのオリフィス（２８）を含む、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
水ブレーキ（３１）内に噴射される水の量及び空気の量を制御するためのプログラマブル論理コントローラを更に備える、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記複数のチャンバ（１８）に対応する複数の水出口ポート（３４）を更に備える、請求項２記載のシステム。
【請求項９】
前記複数のチャンバ（１８）のそれぞれの動圧を計測するように前記複数の水出口ポート（３４）内に位置する複数の圧力計測装置を更に備える、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記複数のチャンバ（１８）内に配置され、且つ前記複数の水出口ポート（３４）において計測された動圧に基づいて、前記複数のチャンバ（１８）内に選択的に空気を噴射するようにプログラマブル論理コントローラによって制御される複数の空気噴射器ポート（３６）を更に備える、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記複数の吸気制御弁（４８）を用いて前記複数のチャンバ（１８）内に空気を選択的に噴射する、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記空気噴射器がポンプを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項１３】
水ブレーキ（３１）を安定させる方法であって、
前記水ブレーキ（３１）の複数のチャンバ（１８）内に水を噴射させ、前記水ブレーキ（３１）の複数のロータディスク（１４）に負荷を生成する段階と、
前記複数のチャンバ（１８）の動圧を計測する段階と、
前記複数のチャンバ（１８）の１以上に空気を噴射し、前記複数のチャンバ（１８）の１以上の分圧を増大させる段階と、
を含む方法。
【請求項１４】
前記複数のチャンバ（１８）内に噴射される水の量及び空気の量を制御するためのプログラマブル論理コントローラを提供する段階を更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記複数のそれぞれのチャンバ（１８）の各々の動圧に基づき前記複数のチャンバ（１８）内に空気を選択的に噴射する、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
ポンプ及び複数の吸気制御弁（４８）によって前記複数のチャンバ（１８）内に空気を選択的に噴射する、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記チャンバ（１８）の各々の動圧が、前記水出口ポート（３４）で計測される、請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、水ブレーキ動力計に関し、具体的には、水ブレーキ動力計の安定性を制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
水ブレーキ動力計（以下「水ブレーキ」という。）は一般に、様々な回転装置に負荷を与えるための試験装置として用いられる。水ブレーキは一般に、試験される回転装置によって回転することができるロータディスクを含む。典型的には水ブレーキに水が噴射されてロータディスクに負荷を与え、最終的には該ロータディスクが試験される回転装置に負荷を与える。水ブレーキ内の水は、高周波脈動を引き起こす場合があり、これにより振動が生じて水ブレーキを不安定にし、限定ではないが、回転失速、速度及び／又はトルク振動、水ブレーキ、ロータトレイン、及び構造上の支持振動を含む作用をもたらす。
【特許文献１】米国特許第３５９８２０８号明細書
【特許文献２】米国特許第３７６１１９６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、当該技術分野において水ブレーキ内で発生する高周波脈動を減衰することによって、水ブレーキを安定させるシステム及び方法に対する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本願の１つの例示的な実施形態は、２以上のロータディスクと、２以上のロータディスクの間に配置された、水を収容するための水ブレーキチャンバと、チャンバ内の分圧を計測するための動圧計測装置と、空気をチャンバ内に噴射させチャンバ内の分圧を増大させるための空気噴射器とを含む水ブレーキを安定させるシステムを含む。
【０００５】
本願の別の例示的な実施形態は、水ブレーキの複数のチャンバ内に水を噴射して水ブレーキの複数のロータディスクに負荷を生成する段階と、チャンバ内の分圧を計測する段階と、チャンバの１以上に空気を噴射してチャンバの１以上の分圧を増大させる段階とを含む水ブレーキを安定させる方法を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本願は、動作中に水ブレーキを安定させるシステム及び方法に関する。水ブレーキは一般に、ケーシング、ロータ、複数のロータディスク、及びケーシング内に配置された複数の入口チャンバステータディスクを含む。水ブレーキの一般構成は、当業者には公知であり、本願では詳細に説明しない。
【０００７】
水ブレーキの動作中、水その他の流体が入口チャンバステータディスクとロータディスクとの間のチャンバ内に噴射され、ロータに一定の負荷を生成する。ロータディスクは、限定ではないが、平坦ディスク、カップ／ベーンディスク、及び有孔ディスクを含むあらゆる構成のものとすることができる。低負荷でも、水ブレーキを不安定にする高周波脈動を生じる可能性がある。不安定化により水ブレーキに振動が生じることが多く、水ブレーキ全体、ロータトレイン、及び支持構造を振動させると共に、トルク及び速度振動を生じる。
【０００８】
過給空気又は何らかのガスをチャンバ内に噴射してチャンバ内の分圧を増大させ、高周波脈動及び／又は関連する回転失速を防止、減衰、又は除去し、水ブレーキを安定化させることができる。分圧は、正圧計測を維持するのが好ましい。正分圧は、水ブレーキ内でダンパとして作用し、脈動を減衰又は除去する。例示的な実施形態において、空気は、水の入口位置でチャンバ内に噴射される。一般に、水流の増大によりロータに対する負荷が増大すると、空気の流量が増大し、水ブレーキ内の正分圧を維持する。
【０００９】
噴射空気の流量を修正することにより水ブレーキの安定性を制御するために、制御システムを実装することができる。制御システムは、チャンバ内の圧力を監視し、これに応じて噴射空気の流量を調整して、正分圧を維持することができる。一実施形態において、圧力は各チャンバで計測することができ、噴射空気の流量をチャンバ毎に修正することができる。
【００１０】
ここで、本願の例示的な実施形態を示す添付図面を参照しながら本願を以下で詳細に説明する。しかしながら、本願は多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものと解釈するべきではなく、むしろこれらの実施形態は、本開示内容を十全なものとし、本願の技術的範囲が当業者に理解されるようにするためのものである。
【００１１】
図１は、本願の例示的な実施形態による水ブレーキの断面図を示す。図１に示すように、水ブレーキは、ロータ１２、複数のロータディスク１４、複数の入口チャンバステータディスク１６、複数のチャンバ１８、及びケーシング２０を含むことができる。チャンバ１８は、ロータディスク１４の間に形成される。入口チャンバステータディスク１６は、チャンバ１８内に配置することができる。水は、入口チャンバステータディスク１６を通してチャンバ１８内に挿入することができる。図２は、水ブレーキの例示的な実施形態による入口チャンバステータディスク１６の断面図を示す。入口チャンバステータディスク１６は、水入口２２及び水出口孔２４を含むことができる。水は、水入口２２に噴射することができ、ここで水は水出口孔２４を通って移動する。水出口孔２４は、水を水ブレーキのチャンバ１８内に出力する。
【００１２】
入口チャンバステータディスク１６はまた、加圧空気を水ブレーキのチャンバ内に噴射するための吸気チャネル２６を含む。加圧空気は、吸気チャネル２６内に送り込まれ、オリフィス２８に移動する。オリフィス２８は、チャンバ１８及びロータ１２に対してクリアランスを有し、加圧空気がチャンバ１８内に移動できるようにする。従って、チャンバ１８は、入口チャンバステータディスク１６を通して入れられた水及び加圧空気を含むことができる。本明細書で開示される入口チャンバステータディスク１６は例示的な実施形態に過ぎず、本願はこの構成に限定されない点を理解されたい。空気をチャンバ内に噴射してチャンバ内の分圧を上昇させ、高周波脈動を防止又は減衰することができるあらゆるシステムが本明細書で企図される。
【００１３】
水ブレーキ内に噴射される水量及び過給空気の流量を制御するために、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）制御システム３０を実装することができる。図３は、１つの水入口ポート３２、６つの水出口ポート３４、及び７つの過給空気噴射器ポート３６を有する水ブレーキ３１用ＰＬＣ制御システムの例示的な実施形態を示す。本願は、この例示的な実施形態において記載される水入口ポート、水出口ポート、及び過給空気噴射器ポートの数に限定されない点を理解されたい。図３に示すように、水入口ポート３２において水が水源３８から水ブレーキ内に噴射される。水は、水ポンプ４０又は他のあらゆる適切な手段を用いて噴射することができる。水入口弁４２を用いて、水の流入量を制御することができる。水は、水出口ポート３４を通って出力される。排水制御弁４６を用いて、水ブレーキ３９から排出される水の量を制御することができる。図示するように、排水制御弁４６は、各それぞれの水出口ポート３４に配置することができる。過給空気は、吸気ポート３６を通して水ブレーキ内に噴射することができる。空気は、ポンプ、圧縮機その他のあらゆる適切な手段を使用することにより噴射することができる。空気噴射器ポンプ４７を用いた実施形態において、空気流はポンプにより制御することができる。吸気制御弁４８を用いて、水ブレーキ内への空気の流れを更に制御することができる。吸気制御弁４８は、水ブレーキ３１への各それぞれの空気噴射制御ポート３６上に配置することができる。図１及び図２の実施形態を参照して上述されたように、過給空気及び水は、ロータディスク１４の周りでチャンバ１８内に噴射される。
【００１４】
チャンバ１８内部の動圧は、水出口ポート３４で監視することができる。図４は、例示的な実施形態による水出口ポート３４を含む水ブレーキ３１の断面図を示す。水出口ポート３４は、水ブレーキ３１の対応するチャンバ１８に関連付けられるよう構成することができる。あらゆる適切な圧力計測装置を用いて、動圧を監視することができる。圧力計測装置を各それぞれの水出口ポート３４の周りに配置し、水ブレーキ３１の対応するチャンバ１８内の動圧を計測又は推定することができる。動圧を計測することにより、各チャンバ１８に対する相対的な安定性又は不安定性をフィードバックすることが可能になる。制御アルゴリズムを実装してＰＬＣコントローラに情報をフィードバックし、それぞれの吸気制御弁４８を調整してブレーキ負荷、水流その他のあらゆる変数の変動に関係なく各チャンバ１８が最適に安定するように調整することができる。それぞれのチャンバの圧力に基づいて、過給空気をそれぞれのチャンバ内に選択的に噴射し、分圧を増大し、且つあらゆる高周波脈動を防止又は減衰させることができる。
【００１５】
チャンバ内への噴射空気の流量は、水ブレーキの負荷と、水ブレーキの馬力と、ロータディスククリアランス、ロータディスクサイズ、ロータディスク形状及び構成、並びにチャンバサイズを含む水ブレーキの寸法と、他のパラメータとに応じて変えることができる。最適な空気流量を決定するための論理は、様々な水ブレーキ構成に合わせて調整することができる。水ブレーキの動作を説明する適切なモデルを決定した後、閉ループ制御システムを用いて、水ブレーキの各チャンバの分圧に基づき水入力及び空気入力を自動的に制御することができる。
【００１６】
本願に関連する当業者であれば、上述の説明及び関連図面において提示された教示の恩恵を有する本願の多くの修正及び他の実施形態を想起するであろう。従って、本願は、開示される特定の実施形態に限定されず、修正及び他の実施形態が添付の請求項の技術的範囲に含めることを意図としている点を理解されたい。本明細書では特定の用語を用いているが、これらは一般的及び記述上の意味で用いており、限定を目的とするものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本願の例示的な実施形態による水ブレーキの断面図。
【図２】本願の例示的な実施形態による入口チャンバステータディスクの断面図。
【図３】本願の例示的な実施形態によるプログラマブル論理コントローラを実行するシステムの図。
【図４】本願の例示的な実施形態による複数の水出口ポートを含む水ブレーキの断面図。
【符号の説明】
【００１８】
１２  ロータ
１４  ロータディスク
１６  入口チャンバステータディスク
１８  チャンバ
２０  ケーシング
２２  水入口
２４  水出口孔
２６  吸気チャネル
２８  オリフィス
３０  ＰＬＣ制御システム
３１  水ブレーキ
３２  水入口ポート
３４  水出口ポート
３６  空気噴射器ポート
３８  水源
４０  水ポンプ
４２  水入口弁
４６  排水制御弁
４７  空気噴射器ポンプ
４８  吸気制御弁
【図１】
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【図２】
2009074693.tif 000004
【図３】
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【図４】
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