JP2004132821A

JP2004132821A - 回転翼の振動計測方法

Info

Publication number: JP2004132821A
Application number: JP2002297258A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Yasutomi; 安富　義展
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】小型ポンプ等においてセンサの装着スペースが限定され、半径方法又は軸方向に対して傾斜した方向にセンサを装着せざるを得ない場合でも、２方向（軸方向および半径方向）の振動振動を正確に計測することができる回転翼の振動計測方法を提供する。
【解決手段】同一の回転翼１に対して異なる２方向からその変位ａ，ｂを計測する２つの変位センサ２ａ，２ｂを装着し、２つの変位センサの計測変位ａ，ｂと位相差から軸方向振動および半径方向振動を計測する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、小型ポンプ等の回転翼の振動計測方法に係わり、更に詳しくは、装着スペースが限られており、計測方向にセンサを装着できない場合に、任意方向に装着したセンサで軸方向および半径方向の２方向の振動を計測する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タービン、ポンプ等の回転翼の振動計測装置として、例えば、［特許文献１］が既に出願されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１０４０５５号公報
【０００４】
［特許文献１］の「翼振動計測装置」は、図４（Ａ）に示すように、回転翼の回転を電磁ピックアップ８により検出し、図示省略の信号処理装置へ入力し、回転翼の変位を演算し、振動解析を行う翼振動計測装置において、回転する非磁性体翼１ａの検出面に磁性塗料９を塗布し、この磁性塗料を電磁ピックアップ８で検出するものである。また、図４（Ｂ）は別の実施形態である。なおこの図で、１ｂは磁性体翼、１０はシェラウド、１１は非磁性体塗料である。
この装置により、電磁ピックアップ８により、回転翼１ａ、１ｂの軸方向および半径方向の振動を検出することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように小型ポンプ等の回転翼の２方向（軸方向および半径方向）の振動を計測する場合、従来、２方向の計測方向（軸方向振動は軸方向、半径方向振動は半径方向）にそれぞれ別のセンサを装着して別個に計測し、相互間のデータが影響を受けないようにしていた。
【０００６】
しかし、小型ポンプ等、センサの装着スペースが限定される場合、半径方法及び軸方向の２方向の両方にセンサを装着できない場合があった。このような場合、半径方法又は軸方向にセンサを装着できず、半径方法又は軸方向に対して傾斜した方向にセンサを装着せざるを得ず、その結果、２方向（軸方向および半径方向）の振動振動を正確に計測できない問題点があった。
【０００７】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、小型ポンプ等においてセンサの装着スペースが限定され、半径方法又は軸方向に対して傾斜した方向にセンサを装着せざるを得ない場合でも、２方向（軸方向および半径方向）の振動振動を正確に計測することができる回転翼の振動計測方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、同一の回転翼（１）に対して異なる２方向からその変位ａ，ｂを計測する２つの変位センサ（２ａ，２ｂ）を装着し、該２つの変位センサの計測変位ａ，ｂと位相差から軸方向振動および半径方向振動を計測する、ことを特徴とする回転翼の振動計測方法が提供される。
上記本発明の方法によれば、任意方向に装着せざるを得ない場合でも、２つのセンサを、例えば１８０度位相を変えることで半径方向と軸方向の振動が計測できる。
【０００９】
本発明の好ましい第１実施形態によれば、回転翼（１）の回転中心軸を含む同一平面内に、回転中心軸に対して対称角度θ，−θをなす２方向からその変位ａ，ｂを計測する２つの変位センサ（２ａ，２ｂ）を装着し、該２つの変位センサ（２ａ，２ｂ）の計測出力をそれぞれ周波数解析して各モードの周波数を特定し、２つの変位センサ（２ａ，２ｂ）の計測出力の差を位相差解析し、これから各モードの周波数の振動方向を特定する。
この方法により、周波数解析と位相差解析により、２方向（軸方向および半径方向）の振動振動を正確に計測することができる。
【００１０】
本発明の好ましい第２実施形態によれば、回転翼（１）の回転中心軸を含む同一平面内に、回転中心軸に対してθａ，−θｂの角度をなす２方向からその変位ａ，ｂを計測する２つの変位センサ（２ａ，２ｂ）を装着し、該２つの変位センサ（２ａ，２ｂ）の計測出力ａ，ｂから、軸方向変位ｚおよび半径方向変位ｙを計測する。
また、前記軸方向変位ｚおよび半径方向変位ｙをそれぞれ周波数解析して軸方向および上下方向の各モードの周波数を特定する。
この方法により、周波数解析と位相差解析を用いずに演算により、２方向（軸方向および半径方向）の振動振動を正確に計測することができる。
【００１１】
【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て使用する。
【００１２】
図１は、本発明の方法を適用するためのセンサ配置を示す図である。この図において、（Ａ）は小型ポンプ等の回転翼１を対象とする場合の配置図、（ｂ）はその模式図である。
図１（Ａ）に示すように、小型ポンプ等の回転翼１は、その回転中心軸Ｚを中心に高速で回転しながら軸方向および半径方向に変位し振動する。本発明では、この同一の回転翼１に対して異なる２方向からその変位ａ，ｂを計測する２つの変位センサ２ａ，２ｂを装着する。
変位センサ２ａ，２ｂは、例えば渦電流センサであり、センサの軸線上に位置する回転翼１の部分のセンサの軸線方向の変位をリアルタイムで検出し電気信号として出力する。なお、変位センサ２ａ，２ｂは、回転翼１の変位を非接触で検出できる範囲で、他の周知のセンサでもよい。
回転翼１は、剛体であり、全体が一体となって軸方向および半径方向に変位し振動するものとする。従って、同一時点における軸方向および半径方向の変位は、回転翼のどの部分でも同一である。
【００１３】
図１（Ａ）において、４は振動解析装置であり、２つの変位センサ２ａ，２ｂの計測変位ａ，ｂと位相差から軸方向振動および半径方向振動を解析する。振動解析装置４は、例えば、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ＦＦＴアナライザ、位相差解析器等である。
【００１４】
図１（Ｂ）は、２つのセンサ２ａ，２ｂ（センサＡ，Ｂ）を、１８０度位相を変えて配置した場合を示している。この場合、２つのセンサ２ａ，２ｂは、回転翼１の回転中心軸Ｚ−Ｚを含む同一平面内に位置する。
以下、この出願において、軸方向変位をｚ、半径方向変位をｙ、回転中心軸に対するセンサの検出角度をθとする。また、２つのセンサ２ａ，２ｂの回転中心軸に対する検出角度をθａ，−θｂとする。
【００１５】
図２は、本発明の第１実施形態を示す模式図である。この第１実施形態の方法では、回転翼１の回転中心軸Ｚ−Ｚを含む同一平面内に、回転中心軸Ｚ−Ｚに対して対称角度θ，−θをなす２方向からその変位ａ，ｂを計測するように２つの変位センサ２ａ，２ｂを装着する。すなわち、図１（Ｂ）において、θａ＝θｂ＝θに設定する。角度θは、軸方向および半径方向の変位を精度よく検出するために、３０〜６０度が好ましく、特に好ましくは４５度である。
【００１６】
まず、２つの変位センサ２ａ，２ｂの計測出力をそれぞれ周波数解析して各モードの周波数を特定する。図２（Ａ）は周波数解析で得られた結果を示している。この図において、上図は変位センサ２ａ、下図は変位センサ２ｂの周波数解析結果である。
２つの変位センサ２ａ，２ｂの計測出力（変位振動）は、軸方向および半径方向の両方を含むが、実質的に同一の周波数解析結果を示す。この結果から、各モードの周波数、この例では、９００Ｈｚ、６５０Ｈｚ、３００Ｈｚの固有振動数を有することが特定される。
【００１７】
次に、２つの変位センサ２ａ，２ｂの計測出力の差を位相差解析し、これから各モードの周波数の振動方向を特定する。２つの変位センサ２ａ，２ｂは、回転翼１の同一の軸方向に設置されているため、軸方向の変位振動は位相差なしに検出する。また、２つの変位センサ２ａ，２ｂは、半径方向に関しては、逆方向（上下方向）に設置されているため、半径方向変位振動は１８０度の位相差で検出する。
図２（Ｂ）は、位相差解析の結果を示している。この図から、例えば、３００Ｈｚ成分は、位相差が約１８０度であるため半径方向振動と判断できる。一方。６５０Ｈｚ成分は、位相差が約０度のため軸方向振動と判断することができる。
【００１８】
図３は、本発明の第２実施形態を示す模式図である。第２実施形態の方法では、　　回転翼１の回転中心軸を含む同一平面内に、回転中心軸に対してθａ，−θｂの角度をなす２方向からその変位ａ，ｂを計測するように２つの変位センサ２ａ，２ｂ（センサＡ，Ｂ）を装着する。この例では、θａとθｂは相違してもよい。また角度θａとθｂは、軸方向および半径方向の変位を精度よく検出するために、３０〜６０度が好ましく、特に好ましくは４５度である。
【００１９】
この場合、２つの変位センサ２ａ，２ｂ（センサＡ，Ｂ）の検出変位ａ，ｂは、式（１）（２）で示すことができる。
ａ＝ｙ／ｓｉｎθａ＋ｚ／ｃｏｓθａ．．．（１）
ｂ＝−ｙ／ｓｉｎθｂ＋ｚ／ｃｏｓθｂ．．．（２）
【００２０】
従って、振動解析装置４を用いて、２つの変位センサ（２ａ，２ｂ）の計測出力ａ，ｂから、式（１）（２）により軸方向変位ｚおよび半径方向変位ｙを演算することができる。
また、必要に応じて、軸方向変位ｚおよび半径方向変位ｙをそれぞれ周波数解析して軸方向および上下方向の各モードの周波数を特定することができる。
【００２１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】
上述したように、本発明の回転翼の振動計測方法は、小型ポンプ等においてセンサの装着スペースが限定され、半径方法又は軸方向に対して傾斜した方向にセンサを装着せざるを得ない場合でも、２方向（軸方向および半径方向）の振動振動を正確に計測することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を適用するためのセンサ配置を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態を示す模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す模式図である。
【図４】従来の翼振動計測装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１　回転翼、１ａ　非磁性体翼、１ｂは磁性体翼、
２ａ，２ｂ　変位センサ、４　振動解析装置、
８　電磁ピックアップ、９　磁性塗料、
１０　シェラウド、１１　非磁性体塗料

Claims

同一の回転翼（１）に対して異なる２方向からその変位ａ，ｂを計測する２つの変位センサ（２ａ，２ｂ）を装着し、該２つの変位センサの計測変位ａ，ｂと位相差から軸方向振動および半径方向振動を計測する、ことを特徴とする回転翼の振動計測方法。
回転翼（１）の回転中心軸を含む同一平面内に、回転中心軸に対して対称角度θ，−θをなす２方向からその変位ａ，ｂを計測する２つの変位センサ（２ａ，２ｂ）を装着し、
該２つの変位センサ（２ａ，２ｂ）の計測出力をそれぞれ周波数解析して各モードの周波数を特定し、
２つの変位センサ（２ａ，２ｂ）の計測出力の差を位相差解析し、これから各モードの周波数の振動方向を特定する、ことを特徴とする請求項１に記載の回転翼の振動計測方法。
回転翼（１）の回転中心軸を含む同一平面内に、回転中心軸に対してθａ，−θｂの角度をなす２方向からその変位ａ，ｂを計測する２つの変位センサ（２ａ，２ｂ）を装着し、
該２つの変位センサ（２ａ，２ｂ）の計測出力ａ，ｂから、軸方向変位ｚおよび半径方向変位ｙを計測する、ことを特徴とする請求項１に記載の回転翼の振動計測方法。
前記軸方向変位ｚおよび半径方向変位ｙをそれぞれ周波数解析して軸方向および上下方向の各モードの周波数を特定する、ことを特徴とする請求項３に記載の回転翼の振動計測方法。