JP2014222068A - 固定治具 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な構成で、測定回数が増加しても翼溝の機能を維持することができる汎用性の高い固定治具を提供する。
【解決手段】回転機械に取り付けられる動翼５の固有振動数の測定時に、動翼５を固定する固定治具１であって、土台部１１と、土台部１１に固定され、動翼５に係合する翼溝２７が設けられた翼溝取付部１２と、動翼５を翼溝２７に係合させた状態で、動翼５を遠心力方向に押圧することにより、動翼５を翼溝取付部１２に固定する押圧ジャッキ１３とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転機械に取り付けられる動翼の固有振動数の測定時に、動翼を固定する固定治具に関するものである。

従来、動翼の固有振動数の測定時において、動翼を固定する方法として、タービンディスクの翼溝部に、動翼の翼根を係合させ、油圧ジャッキにより翼根を押し上げることで、動翼を翼溝部に固定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この固定方法により固定された動翼は、タッピングされることで、実機静的振動試験が行われる。

特開昭５９−１１０８０４号公報

ここで、動翼をタービンディスクに固定した状態で、動翼の固有振動数を計測すると、動翼の振動モードと、タービンディスクの振動モードとが連成するため、動翼の固有振動数を正確に測定することが困難となる。

このため、動翼を土台に固定して、動翼の固有振動数を計測する方法がある。この方法では、動翼を土台に固定し、動翼に対し遠心力に相当する荷重を与えた状態で、動翼をタッピングし（叩き）、動翼の振動を計測することで、動翼の固有振動数を計測している。この場合、土台の質量を大きくすることができるため、動翼の固有振動数を好適に測定することができる。このとき、動翼を土台に固定する必要があるため、通常、土台には、動翼を取り付けるための翼溝が形成され、この翼溝に動翼が取り付けられる。

しかしながら、動翼の固有振動数の測定時に、動翼に対して荷重が与えられることから、翼溝に負荷が加わり、これにより、測定回数が増加するに伴って、翼溝の変形によるへたりが生じ、翼溝としての機能が衰えてくる。なお、土台を、剛性の高い材料で構成すればよいが、剛性の高い材料は高価であるため、材料コストが高くなってしまう。

そこで、本発明は、安価な構成で、測定回数が増加しても翼溝の機能を維持することができる汎用性の高い固定治具を提供することを課題とする。

本発明の固定治具は、回転機械に取り付けられる動翼の固有振動数の測定時に、動翼を固定する固定治具であって、土台部と、土台部に固定され、動翼に係合する翼溝が設けられた翼溝取付部と、動翼を翼溝に係合させた状態で、動翼を遠心力方向に押圧することにより、動翼を翼溝取付部に固定する押圧部とを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、土台部と動翼との間に翼溝取付部を設け、翼溝取付部に翼溝を設けることができる。このため、翼溝取付部を介して、動翼を土台部に固定することができる。このとき、翼溝取付部を剛性の高い材料で構成すれば、土台部を剛性の高い材料で構成する場合に比べて安価にすることができ、また、測定回数が増加しても翼溝の機能を維持することができる。加えて、測定する動翼の種類に応じて、異なる種類の翼溝取付部を適宜付け替えることで、土台部を共通化することができるため、汎用性の高いものとすることができる。

この場合、土台部は、翼溝取付部を収容すると共に翼溝取付部を規制する規制面を有する収容溝が形成され、押圧部により動翼が遠心力方向に押圧されることで、翼溝取付部は、収容溝の規制面に当接して固定されることが好ましい。

この構成によれば、押圧部が動翼を押圧することで、動翼を翼溝取付部に固定することができ、翼溝取付部を土台部に固定することができる。

この場合、収容溝は、規制面が傾斜面となるアリ溝形状となっており、翼溝取付部は、規制面に当接する当接面を有していることが好ましい。

この構成によれば、収容溝をアリ溝形状にすることができるため、動翼が押圧部によって押圧されると、翼溝取付部が収容溝に押圧される。このとき、土台部の収容溝と翼溝取付部との接触面積を広くすることができるため、土台部に対する翼溝取付部の面圧を小さくすることができ、土台部の変形を抑制することができる。

この場合、土台部の収容溝と翼溝取付部との間の間隙を埋めるように設けられたスペーサを、さらに備えたことが好ましい。

この構成によれば、スペーサは、収容溝と翼溝取付部との間の間隙を埋めることができ、収容溝と翼溝取付部とに密着することができる。これにより、収容溝と翼溝取付部との間のガタつきを抑制することが可能となる。

この場合、翼溝取付部は、土台部に、締結部材を用いて締結されていることが好ましい。

この構成によれば、翼溝取付部を土台部に簡単な構成で固定することができる。

本発明の固定治具によれば、安価な構成で、測定回数が増加しても翼溝の機能を維持することができる汎用性の高いものとすることができる。

図１は、実施例１に係る固定治具を模式的に表した概略構成図である。 図２は、実施例１に係る固定治具を模式的に表した平面図である。 図３は、実施例１の変形例に係る固定治具を模式的に表した概略構成図である。 図４は、実施例２に係る固定治具を模式的に表した概略構成図である。 図５は、実施例３に係る固定治具を模式的に表した概略構成図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の固定治具について説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

実施例１に係る固定治具は、タービンやポンプ等の回転機械に設けられる動翼の固有振動数を計測する際に、動翼を固定するためのものである。回転機械に取り付けられた動翼は、回転機械が運転すると、遠心力方向に荷重が与えられる。このため、固定治具では、動翼に対し、遠心力に相当する荷重を遠心力方向に与えている。なお、動翼は、固定治具に対し、１枚ずつ取り外しながら、固有振動数をそれぞれ計測している。以下、図１および図２を参照して、固定治具について説明する。

図１は、実施例１に係る固定治具を模式的に表した概略構成図であり、図２は、実施例１に係る固定治具を模式的に表した平面図である。図１に示すように、固定治具１に取り付けられる動翼５は、翼部６と、翼根部７とを有しており、翼根部７が固定治具１に固定される。なお、動翼５に与えられる荷重の遠心力方向は、鉛直方向の上方側である。翼根部７は、水平方向の外側に突出する一対の係合部７ａを有しており、一対の係合部７ａが固定治具１に係合して固定される。なお、実施例１では、翼根部７を上記の形状としたが、これに限らず、例えば、ツリー形状であってもよく、取付可能な形状であれば、いずれの形状であってもよい。

図１および図２に示すように、固定治具１は、定盤１０上に接合された土台部１１と、土台部１１に固定される翼溝取付部１２と、翼溝取付部１２に固定される動翼５を押圧する油圧ジャッキ（押圧部）１３とを備えている。

土台部１１は、ブロック状に形成され、定盤１０上に溶接により接合されている。土台部１１は、翼溝取付部１２に比して、安価な材料で構成されている。土台部１１の鉛直方向の下方側（定盤１０側）には、油圧ジャッキ１３を収容する収容空間２０が形成されている。収容空間２０は、下方側の土台部１１の中央部を図１の前後方向に貫通するように延在して設けられている。また、土台部１１の鉛直方向の上方側（動翼５側）の中央部には、翼溝取付部１２を収容する収容溝２１が形成されている。すなわち、収容空間２０の上方側に収容溝２１が設けられている。収容溝２１は、上方側の土台部１１の中央部を図１の前後方向に貫通するように延在して設けられている。また、土台部１１には、収容空間２０と収容溝２１とを連通する断面円形の貫通口２２が貫通形成され、貫通口２２には、油圧ジャッキ１３のピストン３２が挿通される。

収容溝２１は、アリ溝形状に形成され、鉛直方向の下方側の溝幅が広く、鉛直方向の上方側へ向かうにつれて溝幅が狭くなっていく。つまり、収容溝２１は、図１の正面側において、鉛直方向の下方側から上方側へ向けて、外側から内側へ傾斜する一対の傾斜面を有している。そして、この一対の傾斜面は、翼溝取付部１２の鉛直方向の上方側への移動を規制する一対の規制面２１ａとなっている。

また、土台部１１には、収容溝２１に収容される翼溝取付部１２の位置を規制するストッパ２３が設けられている（図２参照）。ストッパ２３は、収容溝２１を挟んで、土台部１１の鉛直方向の一方側（図示右側）の上面と、他方側（図示左側）の上面とを掛け渡すように配設されている。そして、ストッパ２３は、その一部が収容溝２１内に突出し、この突出部分が、翼溝取付部１２を収容溝２１の延在方向に位置規制している。

翼溝取付部１２は、断面台形状に形成され、収容溝２１に収容可能となっている。翼溝取付部１２は、土台部１１に比して、高価な材料で構成されている。翼溝取付部１２は、回転機械において動翼５が取り付けられるディスク（回転体）と同様の材料で構成されており、土台部１１に比して剛性の高い材料となっている。翼溝取付部１２は、収容溝２１の一対の規制面２１ａに当接する一対の当接面１２ａを有している。一対の当接面１２ａと、一対の規制面２１ａとは、相補的形状となっている。つまり、一対の当接面１２ａは、鉛直方向の下方側から上方側へ向けて、外側から内側へ傾斜している。

翼溝取付部１２の鉛直方向の上方側の中央部には、動翼５の翼根部７を取り付ける翼溝２７が形成されている。翼溝２７は、翼溝取付部１２の中央部を図１の前後方向に貫通するように延在して設けられている。翼溝取付部１２の鉛直方向の下方側には、翼溝取付部１２の底面と翼溝２７とを連通する断面円形の挿通口２８が貫通形成され、挿通口２８には、油圧ジャッキ１３のピストン３２が挿通される。

翼溝２７は、動翼５の翼根部７と相補的形状となっており、一対の係合部７ａに係止する一対の係止部２７ａが形成され、一対の係止部２７ａは、水平方向の内側に突出している。そして、この一対の係止部２７ａは、押圧されて鉛直方向の上方側に移動する一対の係合部７ａに突き当たることで、動翼５を固定できる。なお、翼溝２７は、上記の構成に限らず、動翼５が押圧されることで固定できる構成であればよい。

図２に示すように、このように構成された翼溝取付部１２は、収容溝２１の延在方向から挿入され、ストッパ２３に突き当てられることで、延在方向への位置が規制される。なお、翼溝取付部１２は、動翼５の翼根部７の形状に応じて、すなわち、翼溝２７の形状に応じて、複数用意されており、測定する動翼５に応じて、土台部１１に適宜付け替えられる。

油圧ジャッキ１３は、ジャッキ本体３１と、ジャッキ本体３１から突出するピストン３２とを有している。ジャッキ本体３１は、土台部１１の収容空間２０に収容されている。ピストン３２は、鉛直方向が軸方向となっており、土台部１１の貫通口２２および翼溝取付部１２の挿通口２８に挿通される。そして、ピストン３２は、その鉛直方向の上方側の端面が、動翼５の翼根部７に突き当たって押圧可能となっている。

従って、動翼５を固定治具１に取り付ける場合、動翼５に応じた翼溝取付部１２を、収容溝２１の延在方向から、収容溝２１に挿入し、ストッパ２３に突き当てることで位置決めする。位置決めされた翼溝取付部１２は、その挿通口２８が、土台部１１の貫通口２２と鉛直方向において合致する。この後、動翼５を、翼溝２７の延在方向から、翼溝２７に挿入し、挿通口２８の直上に位置させる。そして、油圧ジャッキ１３により、ピストン３２を鉛直方向の上方側へ押し上げることで、ピストン３２は、貫通口２２および挿通口２８を通過し、動翼５の翼根部７に突き当たって、動翼５を押し上げる。

動翼５が押し上げられると、動翼５の一対の係合部７ａが、翼溝取付部１２の一対の係止部２７ａに突き当たり、これにより、翼溝取付部１２が鉛直方向の上方側へ押し上げられる。翼溝取付部１２が押し上げられると、翼溝取付部１２の一対の当接面１２ａが、収容溝２１の一対の規制面２１ａに当接し、翼溝取付部１２が位置規制される。これにより、翼溝取付部１２は土台部１１に固定され、動翼５は翼溝取付部１２に固定される。

以上のように、実施例１の固定治具１によれば、土台部１１と動翼５との間に翼溝取付部１２を設け、翼溝取付部１２に翼溝２７を設けることができる。このため、翼溝取付部１２を介して、動翼５を土台部１１に固定することができる。このとき、翼溝取付部１２は、剛性の高い材料を用いて構成しているため、動翼５の固有振動数の測定回数が増加しても、翼溝２７の形状を好適に維持することができ、翼溝２７の機能を維持することができる。また、土台部１１を安価な材料で構成することができるため、土台部１１を剛性の高い高価な材料で構成する場合に比べて安価にすることができる。加えて、測定する動翼５の種類に応じて、異なる種類の翼溝取付部１２を適宜付け替えることで、土台部１１を共通化することができるため、汎用性の高いものとすることができる。

また、収容溝２１をアリ溝形状とし、動翼５の翼根部７を断面台形状とすることができるため、動翼５を鉛直方向の上方側に押圧することで、動翼５を翼溝取付部１２に固定することができ、翼溝取付部１２を土台部１１に固定することができる。このとき、土台部１１の規制面２１ａと翼溝取付部１２の当接面１２ａとの接触面積を広くできるため、土台部１１に対する翼溝取付部１２の面圧を小さくすることができ、これにより、土台部１１の変形を抑制することができる。

なお、翼溝取付部１２および収容溝２１を、図３に示す構成としてもよい。図３は、実施例１の変形例に係る固定治具を模式的に表した概略構成図である。変形例１の固定治具１では、翼溝取付部１２の形状が実施例１と異なっており、翼溝取付部１２の形状に合わせて、収容溝２１の形状も異なっている。具体的に、翼溝取付部１２は、その断面が凸状に形成され、また、収容溝２１も、その断面が凸状に形成されている。つまり、翼溝取付部１２の一対の当接面１２ａは、水平面となっており、収容溝２１の一対の規制面２１ａも、水平面となっている。このような構成であっても、油圧ジャッキ１３により動翼５を押し上げることで、固定治具１は、翼溝取付部１２を土台部１１に固定し、動翼５を翼溝取付部１２に固定することができる。

続いて、図４を参照して、実施例２に係る固定治具４０について説明する。図４は、実施例２に係る固定治具を模式的に表した概略構成図である。なお、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。実施例２の固定治具４０は、土台部１１と翼溝取付部１２との間にスペーサ４１が設けられている。

スペーサ４１は、油圧ジャッキ１３による押圧により変形可能に構成されており、収容溝２１の一対の規制面２１ａと、翼溝取付部１２の一対の当接面１２ａとの間に設けられている。このため、油圧ジャッキ１３により動翼５が押圧されると、規制面２１ａと当接面１２ａとの間に設けられたスペーサ４１は変形して、規制面２１ａと当接面１２ａとにそれぞれ密着する。これにより、スペーサ４１は、規制面２１ａと当接面１２ａとの間の間隙を埋めることができる。

以上のように、実施例２の固定治具４０によれば、スペーサ４１が、収容溝２１と翼溝取付部１２との間の間隙を埋めることができるため、収容溝２１と翼溝取付部１２との間のガタつきを抑制することが可能となる。

続いて、図５を参照して、実施例３に係る固定治具５０について説明する。図５は、実施例３に係る固定治具を模式的に表した概略構成図である。なお、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。実施例３の固定治具５０は、土台部５１と翼溝取付部５２とが、締結部材５３により締結されて固定されている。以下、実施例３の固定治具５０について具体的に説明する。

土台部５１は、実施例１の土台部１１の収容溝２１を排した構成となっている。つまり、土台部５１は、ブロック状に形成され、鉛直方向の下方側に、油圧ジャッキ１３が収容されている。なお、土台部５１には、実施例１と同様に、鉛直方向に貫通形成された貫通口２２が形成され、油圧ジャッキ１３のピストン３２が挿通される。翼溝取付部５２は、ブロック状に形成され、土台部５１の上面に載置可能に構成されている。翼溝取付部５２には、実施例１と同様に、鉛直方向の上方側の中央部に、動翼５の翼根部７を取り付ける翼溝２７が形成されている。締結部材５３は、いわゆる締結ボルトであり、土台部５１に対し翼溝取付部５２を締結して固定している。この締結部材５３は、その先端側が、翼溝取付部５２の上面から翼溝取付部５２を通って、土台部５１の上面側に締結されている。

以上のように、実施例３の固定治具５０によれば、締結部材５３により翼溝取付部５２を土台部５１に簡単に固定することができる。また、土台部５１および翼溝取付部５２に対し、複雑な加工を施す必要がないため、加工コストを抑制することができる。

以上のように、本発明に係る固定治具は、回転機械に取り付けられる動翼を固定する場合において有用であり、特に、動翼の固有振動数を測定する場合に適している。

１ 固定治具
５ 動翼
６ 翼部
７ 翼根部
１０ 定盤
１１ 土台部
１２ 翼溝取付部
１２ａ 当接面
１３ 油圧ジャッキ
２０ 収容空間
２１ 収容溝
２１ａ 規制面
２２ 貫通口
２３ ストッパ
２７ 翼溝
２８ 挿通口
３１ ジャッキ本体
３２ ピストン
４０ 固定治具
４１ スペーサ
５０ 固定治具
５１ 土台部
５２ 翼溝取付部
５３ 締結部材

Claims (6)

1. 回転機械に取り付けられる動翼の固有振動数の測定時に、前記動翼を固定する固定治具であって、
   土台部と、
   前記土台部に固定され、前記動翼に係合する翼溝が設けられた翼溝取付部と、
   前記動翼を前記翼溝に係合させた状態で、前記動翼を遠心力方向に押圧することにより、前記動翼を前記翼溝取付部に固定する押圧部と、
   前記土台部に形成される前記翼溝取付部を収容する収容溝を挟んで、前記土台部の一方側の上面と他方側の上面とを掛け渡すように配設され、前記収容溝に収容される前記翼溝取付部の位置を規制するストッパとを備えたことを特徴とする固定治具。
2. 前記土台部は、前記翼溝取付部を収容すると共に前記翼溝取付部を規制する規制面を有する前記収容溝が形成され、
   前記押圧部により前記動翼が遠心力方向に押圧されることで、前記翼溝取付部は、前記収容溝の前記規制面に当接して固定されることを特徴とする請求項１に記載の固定治具。
3. 前記収容溝は、前記規制面が傾斜面となるアリ溝形状となっており、前記翼溝取付部は、前記規制面に当接する当接面を有していることを特徴とする請求項２に記載の固定治具。
4. 前記土台部の前記収容溝と前記翼溝取付部との間の間隙を埋めるように設けられたスペーサを、さらに備えたことを特徴とする請求項２または３に記載の固定治具。
5. 前記翼溝取付部は、前記土台部に、締結部材を用いて締結されていることを特徴とする請求項１に記載の固定治具。
6. 前記翼溝取付部は、前記動翼が取り付けられる前記回転機械の回転体と同様の材料で構成され、前記土台部に比して剛性が高いことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の固定治具。

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