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Fig.5・11の よ うに レー ザ を使 用 して 回 転 数 の 測 定 を行 っ た.レ ー ザ は キ ー エ ン ス のLV・ 且32を 使 用 し た.こ れ は,レ ー ザ 径 を最 小 で 直 径0.8mm以 下 に ま で 絞 る こ とが で き る の で,今 回 作 成 し た マ イ ク ロ タ ー ビ ン の 回 転 数 測 定 に も利 用 す る こ と が で き る.レ ー ザ を 用 い て タ ー ビン の 回 転 数 を 測 定 す る た め に, 双 翼 マ イ ク ロ ター ビ ン の 胴 体 部 を,半 周 分 を 黒,半 周 分 を 白に 塗 っ た.こ れ に よ り,レ ー ザ の 反 射 率 が 変 わ り,こ の 変 化 を,オ シ ロ ス コ ー プ を用 い て 読 み 取 る こ とで 回 転 数 を 計 測 す る こ とが で き る.

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Fig.5‑11

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次 に レ ー ザ に よ る 測 定 の 正 離 を 轍'めr賑

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る た め に,ス ト ロ ボ ・ス コ ー プ を 用 い て 回 転 塗.固 』』暉̲… 詔塵L.顧 数 の 計 測 を 行 っ た.Fig.5‑13の よ う に,レ ー

ザ の 時 と 同 様 に 半 周 ず つ 黒,白 に 塗 り 分 け た タ ー ビ ン に ス ト ロ ボ ・ス コ ー プ の 光 を 照 射 し, 像 の 見 え 方 に よ り 回 転 数 を 測 定 し た.使 用 し

た ス トロ ボ ・ス コ ー プ の 仕 様 はTable.5‑1に 示 す 通 りで あ る.

ス ト ロ ボ の 周 波 数 と タ ー ビ ン の 回 転 数 が

一 致 し た 場 合 に タ ー ビ ン は 静 止 し て レ・る よ … 囎 ・ う に 見 え る(Fig.5・14(a)).た だ し,こ の 周

Fig.5・13Experimentsystem.(strboscope) 11

波 数の 一,一 の 周 波 数 の ス ト ロ ボ を 照 射 し た 23

場 合 に も タ ー ビ ン 静 止 し て 見 え て し ま う の で,実 際 の 回 転 数 を 測 定 す る た め に は,周 波 数 を2倍 に し た 場 合 の ス ト ロ ボ を 照 射 し,こ の 周 波 数 に お い て タ ー ビ ン に 残 像 が 発 生 し て し ま う場 合 こ の 周 波 数 を 実 際

の タ ー ビ ン の 回 転 数 とす る.

Table.5・1Speci丘cationofstroboscope Productname Micro且ash・stroboscope

Type

^MS‑1000

Measurementrange 100〜60,000rpm Measurementaccuracy ±0.01%+(Oor1)rpm

LumineSCenCeCyCle and quantityoflight

Rangeofrotationalspeed Lampinputvoltage LUmineSCenCetime

100〜10,000rpm 0.12JIF 3.0μsec

10,000〜15,000rpm 0.08JIF 2.6μsec

15,000〜30,000rpm 0.04J∠F 2.2μsec

30,000〜60.000rpm 0.02J∠F ^2.0μsec

(例.100且z(6000rpm)で 回 転 し て い る 場 合 の タ ー ビ ン の 見 え 方)

bPi

F

→

(a)6000rpm

ニ ヒ 〃

(b)12000rpm

Fig.5‑14Howtoseeimage

以 上 の 方 法 を用 い て タ ー ビ ン の 回 転 数 を 測 定 す る と,以 下 の よ うな 結 果 を得 る こ とが で き た.

(∈Ω﹂)で8Ω2窪︒器も匡

:::::[

‑!

200001

 

10000[

oIL O

●

一 」1

246810

Flowingquantity(L/min)

Fig.5‑15Relationshipbetweenrotationalspeedand且owingquantit¥

12

Fig.5‑12とFig.5‑15の グ ラ フ の 平 均 値 の 値 を 比 較 す る と 以 下 の 図 の よ うに な る.

(∈Ω﹂)でooΩω一σ⊆o軍Bo匡

50000「

4・…!

30000

20000

10000卜

一Laser

・Stroboscope

0

0 2

468

Flowongquantity(L/min)

10 12

Fig.5・16Drawingacomparisonbetweenlaserandstroboscope.

以 上 の グ ラ フ よ り レー ザ に よ る測 定 値 とス トロ ボ ・ス コ ー プ を用 い た 測 定 値 の 間 に は 最 小0.002%, 最 大0.38%の 差 異 が 生 じた.レ ー ザ と ス トロ ボ ・ス コ ー プ を 用 い た 測 定 値 の 問 に大 き な 差 異 が 生 じな か っ た こ とか ら,今 回 測 定 した 回 転 数 の値 の 正 確 性 が 高 い こ と を 示 す こ と が で き た.

〜 第6章

(

6.1単 翼 タ ー ビ ン に つ い て 6.1.1実 験 に よ る トル ク の 計 測

Fig.6・2に 示 す よ うに 単 翼 マ イ ク ロ ター ビ ン の 回 転 軸 に 直 径4.6mmの 円柱 を装 着 す る.こ の 円柱 に非 常 に 軽 い 紐 を 結 び,摩 擦 の 少 な い 滑 車 を介 して お も りを 吊 り下 げ る.こ の 状 態 で,マ イ ク ロ タ ー ビ ン に 圧 縮 空 気 を 流 して 回 転 させ る と,円 柱 棒 に紐 が 巻 き つ い て い き,お も り を 引 き上 げ る.実 験 で は,お も り と して,1個0.1gの ワ ッシ ャ ー を 使 用 し,任 意 の 枚 数 ワ ッシ ャ ー を 取 り付 け た 状 態 で,マ イ ク ロ タ ー ビ ン に 噴 射 す る流 量 を徐 々 に 増 や して い き,マ イ ク ロ ター ビ ン が 回 りだ す とき の 流 量 を測 定 す る こ と に よ り,流 量 とお も りの 関係 を 測 定 した.吊 り下 げ た お も りのpully

重 さ を 刑,回 転 の 中 心 か ら紐 ま で の 距 離 をRと す る と,発 生 す る トル ク7は 次 の よ うに 計 算 す る こ とが で き る.

7=R吻9

weight(〃 の こ こ で,紐 は 双 翼 タ ー ビ ン の 側 面 部 に 取 り付 け た の で,

Fig.6‑1Torquemeasurement R=2.3×10‑3(m).重 力 加 速 度gニ9.81(m/s2)

で あ る の で,吻(g)の お も り を 取 り付 け た と す る と トル ク は 以 下 の 計 算 よ り求 め る こ と が で き る.

7=2.3×10‑3×9.81× 切=22.563×10‑3× 脚 ×1『3ニ22.563× 襯(μNm)

お も り を0.1gか ら0.1gず つ 増 加 させ て い き,流 量 測 定 の 限 界 値 で あ る20L/minで 回 転 さ せ る こ と が で き る 錘 ま で 増 や し て い く.

〈測定装置 〉

甲蟹・ みも

潔 ' ^{鞠 輔}

▼ 麟 ■ 賜 轡 贈

一ア.鞭 マ鰹'

賑 〆耀 鯉

働

cylindricalrod

以 上 の 実 験 よ り得 られ た,お も りの 重 さ と回 転 を始 め る 流 量 の 関 係 を 図 示 す る と以 下 の よ うに な っ た.

25

信20 ξ ま15

お 器 号10 .響 匡5き

0 0.00.20.40.60.81.01.21.41.6

一

Weight(9)

Fig.6‑3Relationshipbetweenflowingquantityandweight

1,8

上 のr=22.563× 〃1(μNm)の 式 を 利 用 し て,流 量 と タ ー ビ ン に 発 生 す る トル ク の 関 係 を 図 示 す る と 以 下 の よ う に な っ た.

40 35 30 ぞ ま25 こ}20

雪 ぎ15 ト

10 5 0

0510152025

FlowingquantitY(L/min)

Fig.6‑4Relationshipbetweentorqueandflowingquantity

今 回 作 成 し た φ100μmの 錫 メ ッ キ 銅 線 を 用 い た 単 翼 の 軸 流 マ イ ク ロ タ ー ビ ン は,実 験 の 結 果,平 均 19.3L/minに お い て36.1μNmの トル ク を 発 生 さ せ る こ と が で き た.ま た 最 大 値 は,19.7L/minに お い て36.1μNmの トル ク を 発 生 さ せ る こ と が で き た.

マ イ ク ロ タ ー ビ ンの 回 転 に よ り発 生 す る トル ク に つ い て 理 論 的 に 計 算 を行 う.理 論 値 を求 め る た め に は,第2章 で 述 べ た よ うに軸 流 ター ビ ン の 直 線 翼 列 を 求 め る 必 要 が あ る.し か し,今 回 作 成 した マ イ ク ロ タ ー ビ ン は 考 え る半 径 ㌔ に よ っ て 圧 縮 空 気 に 対 す る 翼 の傾 き が刻 々 と変 化 して い る こ と が わ か る.し た が っ て,は じ め に 任 意 の 半径 ㌃ に つ い て の 直 線 翼 列 を 求 め,求 め た 直 線 翼 列 を も とに 理 論 トル ク の値

を求 め て い く.

(1)任 意 の 半 径 ㌃ に お け る ワイ ヤ の座 標 に つ い て

ま ず,任 意 の 半 径 ㌃ の 円 周 上 に お け る ワイ ヤ の 座 標 を 求 め て い く,方 針 と して,第3章 で 述 べ た 形 状 解 析 と 同様 に,以 下 の 図 の よ うに モ デ ル 化 した 単 翼 タ ー ビ ン を 考 え る.こ こ で,ス テ ン レ ス ピ ン の 中 心 を ゼ ロ と して 下 の 図 の よ うな デ カ ル ト座 標 を考 え る.Fig.6‑5(a)の よ うに4枚 の 翼 に ① 〜 ④ の 番 号 を つ け,ま た 形 状 条 件 は 以 下 に 示 す も の とす る.以 上 の 条 件 を踏 ま え た うえ で 任 意 の 半 径 ㌃ に お け る翼 形 状 に つ い て 考 え て い く.

『形 状 条 件 → ス テ ン レ ス 棒 半 径:R,ス テ ン レ ス ピ ン 半 径:r,ワ イ ヤ 半 径:α 』

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ドキュメント内 霊 一 謡壊 禽1 (ページ 52-57)