CN101981426B

CN101981426B - 基准励振器

Info

Publication number: CN101981426B
Application number: CN2009801124899A
Authority: CN
Inventors: 手塚厚; 大森直陆; 土谷洋司
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: WO2009119303A1; EP2280264B1; CN101981426A; US20110067494A1; EP2280264A4; EP2280264A1; JP5035755B2; US8707755B2; JP2009236880A

Abstract

本发明提供一种基准励振器，该基准励振器具备：励振器本体(11)，构成为以与旋转体制品同等的安装状态安装于支架(4)，其中，该支架(4)在不平衡计测时安装有不平衡计测装置(1)的旋转体制品；振动产生器(12)，固定于励振器本体(11)，将振动施加到励振器本体(11)；以及控制装置(13)，控制振动产生器(12)，由此，由固定于励振器本体(11)的振动产生器(12)励振，因而能够利用正确的励振力来将用于再现性确认的振动施加到不平衡计测装置(1)，能够排除励振力的偏差而适当地确认不平衡计测装置(1)的再现性。

Description

基准励振器

技术领域

本发明涉及一种基准励振器，该基准励振器装配于旋转体制品的不平衡计测装置，将用于再现性确认的振动施加到不平衡计测装置。

背景技术

在本申请中，“旋转体制品”(rotaty product)意味着像增压器那样在内部具有旋转体的装置。

在例如增压器等的高速旋转机械的制造中，为了检查并修正旋转体制品的高速旋转时的平衡性能，实施高速旋转平衡试验而测量不平衡量，进行不平衡修正。不平衡计测装置用于不平衡量的计测。

图1是显示下列专利文献1公开的不平衡计测装置30的构成的图。

该不平衡计测装置30作为增压器41用的计测装置而构成。不平衡计测装置30具备：振动台35，在固定于地面31的基座32的上面固定有多个弹簧要素33(例如圆棒)，在其上部固定和支撑有上板34；涡轮机匣(制品安装用支架)37，经由涡轮机匣安装板36而由螺栓44固定于振动台35上；加速度传感器38，安装于涡轮机匣安装板36；旋转检测器39，配置于增压器41的压缩机叶轮42的前端附近；以及运算器40，基于来自加速度传感器38和旋转检测器39的检测信号而运算不平衡量和位置。

在由上述的不平衡计测装置30进行不平衡计测的情况下，将旋转体制品(例如增压器41)安装于涡轮机匣37，将空气导入涡轮机匣37而使增压器41的涡轮叶轮43旋转，由此，使由涡轮叶轮43、轴45以及压缩机叶轮42构成的增压器转子旋转，如果达到用于不平衡计测的规定的旋转速度，那么，由加速度传感器38检测加速度(振动)，并且，由旋转检测器39检测旋转角度，由运算器40基于该检测信号而运算不平衡量和位置。

专利文献1：日本特开2002-39904号公报

在不平衡计测装置中，为了以一定的精度稳定地检测旋转体制品的不平衡量，在计测装置的制造时，当然有必要在适宜的时机进行装置的校正，在制造后也有必要在适宜的时机进行装置的校正。例如，有必要根据实施不平衡计测的制品的种类而更换制品安装用支架(在图1中是涡轮机匣37)，该更换时的支架固定用螺栓(在图1中是螺栓44)的紧固状况等导致有时候对再现性造成影响，因而有必要进行不平衡计测装置的再现性的确认和校正。

在现有技术中，在进行不平衡计测装置的再现性的确认和校正的情况下，作为基准旋转体，将例如振动特性优异的旋转体制品安装于支架，使基准旋转体旋转驱动。然而，出于基准旋转体的劣化或由于环境条件而导致的振动状态的变化或偏差等的理由，基准旋转体的励振力的再现性较差，因此，存在着这样的问题：不能判断基准旋转体的励振力的再现性的差的程度或计测装置的再现性的差的程度，难以适当地确认不平衡计测装置的再现性。

发明内容

本发明是鉴于上述的问题而做出的，其课题在于，提供一种能够进行不平衡计测装置的再现性的适当的确认的基准励振器。

为了解决上述的课题，本发明的基准励振器采用以下的技术手段。

(1)本发明是一种基准励振器，该基准励振器装配于在内部具有旋转体的旋转体制品的不平衡计测装置，将用于再现性确认的振动施加到该不平衡计测装置，具备：励振器本体，构成为以与旋转体制品同等的安装状态安装于支架，其中，该支架用于将所述旋转体制品安装于不平衡计测装置；振动产生器，固定于该励振器本体，将振动施加到该励振器本体；以及控制装置，控制该振动产生器。

在此，“振动产生器”，除了包括不伴随有机械旋转而沿单方向产生励振力的振动产生器之外，还包括通过机械旋转而产生振动的振动产生器，例如，在像高速主轴电动机那样的高精度的旋转体安装有不平衡锤的振动产生器。

依照上述的本发明的构成，由固定于励振器本体的振动产生器励振，因而不同于现有的与作为被计测体的旋转体制品同等的基准旋转体，励振力的再现性良好。由此，能够利用正确的励振力来将用于再现性确认的振动施加到不平衡计测装置，因而能够排除励振力的偏差而适当地确认不平衡计测装置的再现性。

(2)另外，在上述(1)的基准励振器中，所述振动产生器是产生单方向的励振力的单方向励振器。

依照上述的构成，通过将不伴随有机械旋转的单方向励振器用作振动产生器，从而能够施加稳定的振动。

(3)另外，在上述(2)的基准励振器中，所述单方向励振器是利用惯性质量进行振动的反力来产生励振力的惯性型励振器。

依照上述的构成，通过使用惯性型励振器，从而能够将稳定的正弦波状的励振力施加到不平衡计测装置的支架。由此，能够将与旋转体制品所产生的振动非常相似的振动正确地施加到不平衡计测装置。

(4)另外，在上述的(2)或(3)的基准励振器中，在所述励振器本体和所述单方向励振器之间配置有力传感器。

依照上述的构成，通过由力传感器计测振动产生器所产生的励振力并计测向支架的真正的励振力，从而还能够补正振动产生器的励振力的偏差。

(5)另外，在上述(1)～(4)的任一项的基准励振器中，2个振动产生器以相互的励振方向正交的方式固定于所述励振器本体，所述控制装置控制所述2个振动产生器，从而描绘励振力的利萨如圆。

依照上述的构成，通过由2个惯性励振器描绘励振力的利萨如圆，从而能够模拟与实际的旋转体制品所产生的旋转励振力相同的励振力。由此，能够进行更正确的励振力的模拟，因而能够对不平衡计测装置的再现性进行更详细的确认。

如上所述，依照本发明，能够适当地确认不平衡计测装置的再现性。

附图说明

图1是专利文献1公开的不平衡计测装置的构成图。

图2是本发明的第1实施方式的基准励振器的概略构成图。

图3是本发明的第2实施方式的基准励振器的概略构成图。

具体实施方式

以下，基于附图，详细地说明本发明的优选实施方式。此外，在各图中，对共同的部分标记相同的符号，并省略重复的说明。

图2是本发明的第1实施方式的基准励振器10的概略构成图。在图2中，显示了安装并固定于不平衡计测装置1的状态的基准励振器10。

首先，对不平衡计测装置1的构成进行说明。

不平衡计测装置1具备：基座2，固定于地面等；棒状的多个弹簧部件3，固定于基座2上，作为弹簧而起作用；支架4，固定并支撑于弹簧部件3的上部；振动传感器5，安装于支架4；图中未显示的旋转检测器；以及运算器17，运算不平衡量和位置。

弹簧部件3的根数和弹簧常数根据弹簧部件3的材质(硬度)或进行不平衡计测的频率(转速)而设定为恰当的数和值。

支架4构成为能够装配有旋转体制品(例如，增压器)。在图2中，在支架4装配有基准励振器10，在进行不平衡计测时装配有旋转体制品。

振动传感器5与在现有的不平衡计测中使用的振动传感器相同，只要是能够检测振动的各种传感器即可，例如，可以单独地使用加速度传感器、速度传感器、位移传感器，或者，可以将这些传感器组合而使用。

上述的旋转检测器在图中未显示，在进行不平衡计测时，配置在装配于支架4的旋转体制品的旋转轴的附近，检测来自旋转轴的基准位置的旋转角。

运算器17基于来自振动传感器5和旋转检测器的检测信号而运算不平衡量和位置。这点与现有技术相同，但运算器17还基于力传感器16的检测信号和来自振动传感器5的检测信号而运算支架4的机械阻抗。此外，后面对这点的详细情况进行叙述。

接着，对基准励振器10的构成进行说明。

在图2中，基准励振器10具备励振器本体11、振动产生器12以及控制装置13。

励振器本体11具有与将要模拟振动的旋转体制品的支架安装部相同的形状的安装部11a。另外，用于将励振器本体11安装于支架4的固定装置(图中未显示)与用于将旋转体制品安装于支架4的固定装置共同。由此，励振器本体11构成为以与旋转体制品同等的安装状态安装于不平衡计测装置1的支架4。

励振器本体11的质量和重心位置优选设定为与将要模拟振动的旋转体制品的质量和重心位置同等。由此，能够忠实地模拟旋转体制品的振动。此外，励振器本体11的形状可以模拟旋转体制品的形状，但出于振动的模拟的观点，并不那么重要，因而在图2的构成例中，不模拟旋转体制品的形状。

振动产生器12固定于励振器本体11，将振动施加到励振器本体11。作为该振动产生器12，如果能够利用电磁能来自发驱动而至少以与不平衡计测转速相对应的频率产生振动，那么，可以伴随有机械旋转，也可以不伴随有机械旋转。

所以，振动产生器12也可以在像高速主轴电动机那样的高精度的旋转体安装有不平衡锤，但出于施加稳定的振动的观点，优选为产生单方向的励振力(即直线励振力)的单方向励振器。作为这样的单方向励振器，能够适用将电压变换成力而产生振动力的压电元件或利用惯性质量进行振动的反力来产生励振力的惯性型励振器。

在本实施方式中，振动产生器12是惯性型励振器。由于惯性型励振器能够将稳定的正弦波状的励振力施加到不平衡计测装置1的支架4，因而能够将与旋转体制品产生的振动非常相似的振动正确地施加到不平衡计测装置1。

在图2的构成例中，振动产生器12(惯性型励振器)的励振方向是图中的箭头A方向(水平方向)，振动传感器5也安装于支架4的侧面，从而检测水平方向的振动。此外，根据必要，也可以配置惯性型励振器和振动传感器5，从而能够模拟并检测铅垂方向的振动。

在图2中，由符号a1表示的线是旋转体制品装配于支架4时的旋转体制品的旋转轴的旋转中心线。另外，由符号a2表示的线是振动产生器12的励振方向的中心线。

在图2的构成例中，振动产生器12配置成其励振方向的中心线a2与将要模拟振动的旋转体制品的上述旋转中心线a1垂直地交叉。通过该构成，能够忠实地模拟旋转体制品的旋转轴产生的振动。

振动产生器12由控制装置13控制。在本实施方式中，由于振动产生器12是惯性型励振器，因而控制装置13具有正弦波振荡器14和放大器15，将正弦波信号施加到振动产生器12，并进行控制，从而成为期望的振动数(频率)。

在图2的构成例中，在励振器本体11和振动产生器12之间配置有力传感器16。负载传感器或压电元件等能够用作力传感器16。力传感器16的检测信号被输入至运算器17。在本发明的基准励振器10中，力传感器16不是必须的构成要素，但通过由力传感器16计测振动产生器12产生的励振力并计测向支架4的真正的励振力，从而还能够补正振动产生器12的励振力的偏差。

为了使用上述的基准励振器10来进行不平衡计测装置1的再现性的确认和校正，将基准励振器10装配于支架4，在控制装置13的控制之下，控制振动产生器12的振动，从而成为不平衡计测时的频率，由力传感器16检测励振力，并且，由振动传感器5检测振动，由运算器17运算支架4的机械阻抗I。

在此，在振动产生器12的励振力为A(ω)、例如Fsinωt且振动传感器5的输出为B(ω)、例如与A拥有相位差的αsin(ωt+

)时，支架4的机械阻抗I(ω)由I(ω)＝B(ω)/A(ω)给出。所以，根据所计测的支架4的机械阻抗I是否相对于支架4的频率下的基准阻抗而一致或者是否处于能够容许的误差范围内，能够确认再现性。

在此，假如在所计测的机械阻抗I与基准阻抗不一致或者不处于能够容许的误差范围内的情况下，调整支架4的固定状况等，进行校正，从而使得机械阻抗I变得适当。

另外，也可以评价不平衡计测时的频率下的机械阻抗I，而且，针对制品的使用转速的整个范围而求出机械阻抗I，评价该机械阻抗I。

此外，在基准励振器10不设置力传感器16的情况下，不能检测振动产生器12的励振力，在这种情况下，预先取得振动产生器12的励振力，在机械阻抗的运算时能够使用该励振力。

依照上述的本发明的实施方式，得到以下的作用效果。

由于由固定于励振器本体11的振动产生器12进行励振，因而不同于现有的与作为被计测体的旋转体制品同等的基准旋转体，励振力的再现性良好。由此，能够利用正确的励振力来将用于再现性确认的振动施加到不平衡计测装置1，因而能够排除励振力的偏差而适当地确认不平衡计测装置1的再现性。

通过将不伴随有机械旋转的单方向励振器用作振动产生器12，从而能够施加稳定的振动。尤其是，通过使用惯性型励振器而能够将稳定的正弦波状的励振力施加到不平衡计测装置1的支架4。由此，能够将与旋转体制品所产生的振动非常相似的振动正确地施加到不平衡计测装置1。

通过由力传感器16计测振动产生器12所产生的励振力且计测向支架4的真正的励振力，从而也能够补正振动产生器12的励振力的偏差。

图3是本发明的第2实施方式的基准励振器10的概略构成图。

在本实施方式中，2个惯性型励振器12a、12b以相互的励振方向正交的方式固定于励振器本体11。以下，为了方便说明，将一方的惯性型励振器12a称为第1励振器12a，将另一方的惯性型励振器12b称为第2励振器12b。第1励振器12a配置成产生箭头A方向(水平方向)的励振力，第2励振器12b配置成产生箭头B方向(铅垂方向)的励振力。

在第1励振器12a和励振器本体11之间以及第2励振器12b和励振器本体11之间，分别配置有力传感器16a、16b。2个力传感器16a、16b的检测信号被输入至运算器17。

在图3中，由符号a1表示的线是旋转体制品装配于支架4时的旋转体制品的旋转轴的旋转中心线。由符号a2表示的线是第1励振器12a的励振方向的中心线。由符号a3表示的线是第2励振器12b的励振方向的中心线。在图3的构成例中，第1励振器12a配置成其励振方向的中心线a2与将要模拟振动的旋转体制品的上述旋转中心线a1垂直地交叉。另外，第2励振器12b配置成其励振方向的中心线a3与将要模拟振动的旋转体制品的上述旋转中心线a1垂直地交叉。通过该构成，能够忠实地模拟旋转体制品的旋转轴所产生的振动。

控制装置13控制第1励振器12a和第2励振器12b，从而描绘励振力的利萨如圆(Lissajous circle)。具体而言，控制装置13具有用于控制第1励振器12a的正弦波振荡器14a和放大器15a，并且，具有用于控制第2励振器12b的余弦波振荡器14b和放大器15b，送至第1励振器12a的正弦波信号和送至第2励振器12b的余弦波信号的振动力的相位差为π/2或-π/2，由此，描绘励振力的利萨如圆。

另外，在不平衡计测装置1的支架4，安装有用于检测水平方向的振动的振动传感器5a和用于检测铅垂方向的振动的振动传感器5b。2个振动传感器5a、5b的检测信号被输入至运算器17。

对于本实施方式的其他构成，由于与上述的第1实施方式相同，因而省略说明。

为了使用上述的第2实施方式的基准励振器10来进行不平衡计测装置1的再现性的确认和校正，将基准励振器10装配于支架4，在控制装置13的控制之下，控制第1励振器12a和第2励振器12b，从而成为不平衡计测时的频率，由2个力传感器16a、16b检测励振力，并且，由2个振动传感器5a、5b检测振动，由运算器17运算支架4的水平方向的机械阻抗I1和铅垂方向的机械阻抗I2。

在此，在第1励振器12a的励振力为A1(ω)且振动传感器5a的输出为B1(ω)时，水平方向的机械阻抗I1(ω)由I1(ω)＝B1(ω)/A1(ω)给出。

在第2励振器12b的励振力为A2(ω)且振动传感器5b的输出为B2(ω)时，铅垂方向的机械阻抗I2(ω)由I2(ω)＝B2(ω)/A2(ω)给出。

所以，能够使用上述的机械阻抗I1、I2和这些阻抗的相位差来评价不平衡计测装置1的再现性。

依照本实施方式，通过由2个惯性型励振器12a、12b描绘励振力的利萨如圆，从而能够模拟与实际的旋转体制品所产生的旋转励振力相同的励振力。由此，由于能够进行更正确的励振力的模拟，因而能够对不平衡计测装置1的再现性进行更详细的确认。由本实施方式得到的其他作用效果与第1实施方式相同。

此外，在上述的实施方式中，为了进行更换(交换)支架4时的不平衡计测装置1的再现性确认或校正等而使用本发明的基准励振器10，但本发明不限于此，即使在不更换支架4而照样地使用时，也对不平衡计测装置1的再现性确认或校正等的调整作业有效。

在励振中使用的频率不但可以是一定的值，而且还可以使被测量体的旋转体制品的转速逐渐增加、逐渐减少而评价频率的广范围区域的振动再现性。另外，还能够施加脉冲信号、粉红噪声(pink noise)、白色噪声(white noise)而瞬时地计测机械阻抗。

虽然在上述中，对本发明的实施方式进行了说明，但上述公开的本发明的实施方式毕竟只是举例说明，本发明的范围不限于这些发明的实施方式。本发明的范围由权利要求的记载表示，还包括与权利要求的记载均等的意味以及范围内的所有变更。

Claims

1.一种基准励振器，装配于在内部具有旋转体的旋转体制品的不平衡计测装置，将用于再现性确认的振动施加到该不平衡计测装置，具备：

励振器本体，构成为以与旋转体制品同等的安装状态安装于支架，其中，该支架用于将所述旋转体制品安装于不平衡计测装置；

振动产生器，固定于该励振器本体，将振动施加到该励振器本体；以及

控制装置，控制该振动产生器。

2.根据权利要求1所述的基准励振器，其特征在于，所述振动产生器是产生单方向的励振力的单方向励振器。

3.根据权利要求2所述的基准励振器，其特征在于，所述单方向励振器是利用惯性质量进行振动的反力来产生励振力的惯性型励振器。

4.根据权利要求2或3所述的基准励振器，其特征在于，在所述励振器本体和所述单方向励振器之间配置有力传感器。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的基准励振器，其特征在于，

2个振动产生器以相互的励振方向正交的方式固定于所述励振器本体，

所述控制装置控制所述2个振动产生器，从而描绘励振力的利萨如圆。