JP2019196965A - Vibration tester and vibration testing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動試験装置及び振動試験方法に関する。 The present invention relates to a vibration test apparatus and a vibration test method.
下記特許文献1には、ターボ機械(ターボ圧縮機)のロータ系の振動試験を行う技術が開示されている。この技術は、FRA(Frequency Response Analyzer)方式に基づいてロータ系を加振機で掃引加振させた場合のロータ系の振動を振動センサで検出し、当該振動センサの出力を解析することによってロータ系の周波数応答関数を求め、この周波数応答関数から振動特性(共振周波数や減衰比、振動モード)を算出するものである。なお、掃引加振は、加振周波数を所定の範囲内で連続的に変化させる加振方法である。 Patent Document 1 listed below discloses a technique for performing a vibration test of a rotor system of a turbo machine (turbo compressor). This technology detects the vibration of the rotor system when the rotor system is swept and excited by a vibration exciter based on the FRA (Frequency Response Analyzer) method, and analyzes the output of the vibration sensor to analyze the rotor. A frequency response function of the system is obtained, and vibration characteristics (resonance frequency, damping ratio, vibration mode) are calculated from the frequency response function. Note that sweep excitation is an excitation method in which the excitation frequency is continuously changed within a predetermined range.
ところで、掃引加振に基づいて周波数応答関数を求める手法として、FFTアナライザを用いたFFT(Fast Fourier Transform)方式と周波数特性分析器(Frequency Response Analyzer)を用いたFRA(Frequency Response Analyzer)方式とがある。FFT方式では所望の分解能を確保するために周波数レンジ(周波数範囲)を幾つかに切替えて被試験体を加振する必要があるので、試験時間が長くなるという問題がある。 By the way, as a method for obtaining a frequency response function based on sweep excitation, there are an FFT (Fast Fourier Transform) method using an FFT analyzer and an FRA (Frequency Response Analyzer) method using a frequency characteristic analyzer (Frequency Response Analyzer). is there. In the FFT method, it is necessary to switch the frequency range (frequency range) to several in order to ensure a desired resolution, so that there is a problem that the test time becomes long.
これに対して、FRA方式では正弦波の周波数を連続的に変化させて被試験体を掃引加振するので、また計測しようとする周波数範囲が比較的広い場合には幾つかの周波数レンジ(周波数範囲)に亘って掃引加振する必要があるので、加振に要する時間が長くなり、よって試験時間が長くなるという問題がある。特にガスタービンのようなターボ機械では、被試験体が備える翼の枚数が膨大になるので、試験時間が長くなる。 On the other hand, in the FRA system, the frequency of the sine wave is continuously changed to sweep and vibrate the DUT, and when the frequency range to be measured is relatively wide, several frequency ranges (frequency Therefore, there is a problem that the time required for the vibration becomes long and the test time becomes long. In particular, in a turbo machine such as a gas turbine, the number of blades included in the device under test becomes enormous, so that the test time becomes long.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、被試験体の振動特性をより短時間で試験することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to test vibration characteristics of a device under test in a shorter time.
上記目的を達成するために、本発明では、振動試験装置に係る第1の解決手段として、FRA(Frequency Response Analyzer)方式に基づいて被試験体を掃引加振することにより当該被試験体の振動特性を取得する振動試験装置であって、複数の周波数範囲のスイープ正弦波信号を重畳させた加振信号を生成する加振信号発生器と、前記加振信号に基づいて前記被試験体を掃引加振する加振機と、前記被試験体の振動を検出する振動センサと、前記スイープ正弦波信号に対応する複数の解析部を備え、前記振動センサの出力信号を前記スイープ正弦波信号に同期させて前記被試験体の周波数応答を解析する周波数応答解析装置とを備える、という手段を採用する。 In order to achieve the above object, in the present invention, as a first solving means related to the vibration test apparatus, the vibration of the test object is obtained by sweeping and vibrating the test object based on the FRA (Frequency Response Analyzer) method. A vibration test apparatus for acquiring characteristics, wherein an excitation signal generator that generates an excitation signal in which sweep sine wave signals in a plurality of frequency ranges are superimposed, and the device under test is swept based on the excitation signal A vibration exciter for vibration, a vibration sensor for detecting vibration of the device under test, and a plurality of analysis units corresponding to the sweep sine wave signal are provided, and the output signal of the vibration sensor is synchronized with the sweep sine wave signal. And a frequency response analyzing device for analyzing the frequency response of the device under test.
本発明では、振動試験装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記周波数応答解析装置は、前記解析部が出力する周波数応答特性を周波数軸上で合成して出力する、という手段を採用する。 In the present invention, as the second solving means relating to the vibration test apparatus, in the first solving means, the frequency response analyzing apparatus synthesizes and outputs the frequency response characteristics output by the analyzing unit on the frequency axis. , Is adopted.
本発明では、振動試験装置に係る第3の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、前記振動センサの出力信号を周波数分析するFFT(Fast Fourier Transform)アナライザをさらに備える、という手段を採用する。 In the present invention, as a third solution means related to the vibration test apparatus, the first or second solution means further includes an FFT (Fast Fourier Transform) analyzer that performs frequency analysis of the output signal of the vibration sensor. Is adopted.
本発明では、振動試験装置に係る第4の解決手段として、上記第1〜第3のいずれかの解決手段において、前記被試験体は、ディスクに複数の翼が一体化されたブリスクとして形成されたガスタービンのロータであり、前記加振機は、前記ロータに設けられた翼を加振する、という手段を採用する。 In the present invention, as a fourth solving means related to the vibration test apparatus, in any one of the first to third solving means, the DUT is formed as a blisk in which a plurality of wings are integrated with a disk. The rotor of the gas turbine employs a means for vibrating the blades provided on the rotor.
また、本発明では、振動試験方法に係る解決手段として、FRA(Frequency Response Analyzer)方式に基づいて被試験体を掃引加振することにより当該被試験体の振動特性を取得する振動試験方法であって、周波数範囲が仮設定された複数の仮スイープ正弦波信号を重畳させた仮加振信号で前記被試験体を仮掃引加振し、当該仮掃引加振に基づいて前記被試験体から得られる仮検出信号に基づいて各振動モードの共振周波数の概要を取得する仮計測工程と、前記共振周波数の概要に基づいて前記周波数範囲が正式設定された正式スイープ正弦波信号を重畳させた正式加振信号で前記被試験体を掃引加振し、当該本掃引加振に基づいて前記被試験体から得られる正式検出信号に基づいて前記各振動モードの前記共振周波数を取得する本計測工程とを有する、という手段を採用する。 Further, in the present invention, as a means for solving the vibration test method, a vibration test method for acquiring the vibration characteristics of the DUT by sweeping and exciting the DUT based on the FRA (Frequency Response Analyzer) method. Then, the test object is temporarily swept with a temporary vibration signal in which a plurality of temporary sweep sine wave signals whose frequency ranges are temporarily set are superimposed, and obtained from the test object based on the temporary sweep vibration. A temporary measurement step for obtaining an outline of the resonance frequency of each vibration mode based on the provisional detection signal, and a formal addition in which a formal sweep sine wave signal in which the frequency range is formally set based on the outline of the resonance frequency is superimposed. A main measurement step of sweeping and vibrating the DUT with a vibration signal, and acquiring the resonance frequency of each vibration mode based on a formal detection signal obtained from the DUT based on the main sweep vibration. Yes That, to adopt the means of.
本発明によれば、被試験体の振動特性をより短時間で試験することが可能である。 According to the present invention, it is possible to test the vibration characteristics of a device under test in a shorter time.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る振動試験装置は、図1に示すように、被試験体Xの振動特性を取得するものであり、加振信号発生器1、加振機2、振動センサ3、周波数応答解析装置4及びFFT(Fast Fourier Transform)アナライザ5を備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the vibration test apparatus according to the present embodiment acquires vibration characteristics of a device under test X. The vibration signal generator 1, the
被試験体Xは、例えばディスクx1に複数の翼x2が一体化されたブリスクとして形成されたガスタービンのロータである。このブリスクは、ガスタービンのロータを構成するチタン合金等の金属部品であり、円環状のディスクx1の外周面に複数の翼x2が放射状に設けられている。なお、図1では、紙面の都合によりブリスクの一部分のみを示している。 The test object X is a rotor of a gas turbine formed as a blisk in which a plurality of blades x2 are integrated with a disk x1, for example. This blisk is a metal part such as a titanium alloy constituting a rotor of a gas turbine, and a plurality of blades x2 are provided radially on the outer peripheral surface of an annular disk x1. In FIG. 1, only a part of the blisk is shown due to space limitations.
本実施形態に係る振動試験装置は、このような被試験体Xにおける各翼x2の共振周波数を振動特性の1つとして計測するものであり、よって各翼x2を所定の順番で順次掃引加振することによって各翼x2の幾つかの振動モードにおける共振周波数をそれぞれ計測する。本実施形態に係る振動試験装置は、上記振動モードの一例として、1次〜5次の振動モードの共振周波数を計測する。 The vibration test apparatus according to the present embodiment measures the resonance frequency of each blade x2 in such a test object X as one of the vibration characteristics, and thus sequentially sweeps each blade x2 in a predetermined order. By doing so, the resonance frequency in each of several vibration modes of each blade x2 is measured. The vibration test apparatus according to the present embodiment measures the resonance frequency of the first to fifth vibration modes as an example of the vibration mode.
加振信号発生器1は、複数のスイープ正弦波信号を重畳させた加振信号Kを発生する電子回路であり、第1発振器1a、第2発振器1b、第3発振器1c、第4発振器1d、第5発振器1e、信号合成器1f、発振制御部1g及び操作部1hを備えている。第1発振器1aは、図2に模式的に示すように、第1周波数帯域F1において周波数が連続的に変化する第1スイープ正弦波信号SW1を発生させて信号合成器1fに出力する。
The excitation signal generator 1 is an electronic circuit that generates an excitation signal K in which a plurality of sweep sine wave signals are superimposed, and includes a
第2発振器1bは、同じく図2に示すように、第2周波数帯域F2において周波数が連続的に変化する第2スイープ正弦波信号SW2を発生させて信号合成器1fに出力する。
第3発振器1cは、第3周波数帯域F3において周波数が連続的に変化する第3スイープ正弦波信号SW3を発生させて信号合成器1fに出力する。
Similarly, as shown in FIG. 2, the
The third oscillator 1c generates a third sweep sine wave signal SW3 whose frequency continuously changes in the third frequency band F3 and outputs it to the
第4発振器1dは、第4周波数帯域F4において周波数が連続的に変化する第4スイープ正弦波信号SW4を発生させて信号合成器1fに出力する。第5発振器1eは、第5周波数帯域F5において周波数が連続的に変化する第5スイープ正弦波信号SW5を発生させて信号合成器1fに出力する。
The
上記第1〜第5周波数帯域F1〜F5は、第1周波数帯域F1→第2周波数帯域F2→第3周波数帯域F3→第4周波数帯域F4→第5周波数帯域F5の順で周波数が高くなる関係にあり、図2に示すように加振周波数帯域F0において連続した周波数帯域である。 In the first to fifth frequency bands F1 to F5, the frequency increases in the order of the first frequency band F1, the second frequency band F2, the third frequency band F3, the fourth frequency band F4, and the fifth frequency band F5. As shown in FIG. 2, the frequency band is continuous in the excitation frequency band F0.
このような第1〜第5周波数帯域F1〜F5のうち、第1周波数帯域F1は、翼x2における1次モード(基本モード)の振動の共振周波数(第1共振周波数)を計測するためのものである。また、第2周波数帯域F2は、2次モードの振動の共振周波数(第2共振周波数)を計測するためのものである。第3周波数帯域F3は、3次モードの振動の共振周波数(第3共振周波数)を計測するためのものである。第4周波数帯域F4は、4次モードの振動の共振周波数(第4共振周波数)を計測するためのものである。さらに、第5周波数帯域F5は、5次モードの振動の共振周波数(第5共振周波数)を計測するためのものである。 Among the first to fifth frequency bands F1 to F5, the first frequency band F1 is for measuring the resonance frequency (first resonance frequency) of the vibration of the primary mode (fundamental mode) in the blade x2. It is. The second frequency band F2 is for measuring the resonance frequency (second resonance frequency) of the vibration in the secondary mode. The third frequency band F3 is for measuring the resonance frequency (third resonance frequency) of the vibration in the third-order mode. The fourth frequency band F4 is for measuring the resonance frequency (fourth resonance frequency) of the fourth-order mode vibration. Further, the fifth frequency band F5 is for measuring the resonance frequency (fifth resonance frequency) of the vibration in the fifth order mode.
また、上記第1〜第5発振器1a〜1eは、図2に示すように発振制御部1gから入力される基準タイミング信号に基づいて同一の開始タイミング(時刻t1)で発信を開始し、かつ、同一の終了タイミング(時刻t2)で発信を終了する。すなわち、時間軸上における第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5の最小周波数のタイミングは全て同一であり、また第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5の最大周波数のタイミングは全て同一である。
The first to
信号合成器1fは、このような第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5を加算することによって合成(多重化)する加算器であり、当該合成(多重化)によって得られる加振信号Kを加振機2に出力する。すなわち、本実施形態における加振信号Kは、第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5を時間軸上の同一タイミングで合成(多重化)したものである。このような加振信号発生器1は、加振信号Kを加振機2に向けて出力する。
The
発振制御部1gは、上記基準タイミング信号を生成して第1〜第5発振器1a〜1eに出力すると共に、図3に示すように第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5に同期した第1〜第5同期パルス信号D1〜D5を生成して周波数応答解析装置4に出力する。
The oscillation control unit 1g generates the reference timing signal and outputs the reference timing signal to the first to
なお、この図3では、第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5と第1〜第5同期パルス信号D1〜D5との同期関係が分かりやすいように、便宜的に第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5をスイープしていない単一周波数の正弦波として表している。第1〜第5同期パルス信号D1〜D5のうち、第1同期パルス信号D1は、図示するように立上り及び立下りが第1スイープ正弦波信号SW1のゼロクロス点に同期し、第2同期パルス信号D2は、立上り及び立下りが第2スイープ正弦波信号SW2のゼロクロス点に同期している。 In FIG. 3, for convenience, the first to fifth sweep sine wave signals SW1 to SW5 and the first to fifth synchronization pulse signals D1 to D5 are easy to understand. The sine wave signals SW1 to SW5 are represented as single frequency sine waves that are not swept. Of the first to fifth synchronization pulse signals D1 to D5, the first synchronization pulse signal D1 is synchronized with the zero-crossing point of the first sweep sine wave signal SW1 as shown in FIG. The rising and falling edges of D2 are synchronized with the zero cross point of the second sweep sine wave signal SW2.
また、第3同期パルス信号D3は、図3に示すように立上り及び立下りが第3スイープ正弦波信号SW3のゼロクロス点に同期し、第4同期パルス信号D4は、立上り及び立下りが第4スイープ正弦波信号SW4のゼロクロス点に同期し、第5同期パルス信号D5は、立上り及び立下りが第5スイープ正弦波信号SW5のゼロクロス点に同期している。 As shown in FIG. 3, the rising and falling edges of the third synchronizing pulse signal D3 are synchronized with the zero cross point of the third sweep sine wave signal SW3, and the rising and falling edges of the third synchronizing pulse signal D4 are fourth. The fifth synchronization pulse signal D5 is synchronized with the zero cross point of the fifth sweep sine wave signal SW5 in synchronization with the zero cross point of the sweep sine wave signal SW4.
操作部1hは、加振信号発生器1の各種設定値を手動設定するための操作パネルである。この操作部1hは、例えば上述した第1〜第5周波数帯域F1〜F5を手動設定する。すなわち、被試験体Xの試験作業者は、操作部1hを操作することによって第1〜第5周波数帯域F1〜F5つまり加振周波数帯域F0を加振信号発生器1に設定する。なお,以下の作業は自動で行ってもよい。
The
続いて、加振機2は、加振信号発生器1から入力された加振信号Kを所定の加振媒体に変換して翼x2に照射する一種の信号変換器である。この加振機2は、加振信号Kの振幅変化つまり第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5における正弦波状の振幅変化に応じた強度変化の加振媒体を翼x2に作用させる非接触式加振機である。翼x2は、加振媒体の作用によって掃引加振されて振動する。なお、上記加振媒体は、例えば(超)音波である。
Subsequently, the
振動センサ3は、上記加振機2による掃引加振に起因する翼x2の振動を検出することにより検出信号C(出力信号)を得る。この振動センサ3は、例えば、所定の検出媒体を翼x2に照射し、当該検出媒体の翼x2からの反射光を検出信号C(電気信号)に変換する非接触式振動センサである。このような振動センサ3は、翼x2の振動を示す検出信号Cを周波数応答解析装置4及びFFTアナライザ5に出力する。
The vibration sensor 3 obtains a detection signal C (output signal) by detecting the vibration of the blade x2 caused by the sweep excitation by the
周波数応答解析装置4は、FRA(Frequency Response Analyzer)とも言われるものであり、振動センサ3から入力される検出信号Cと第1〜第5同期パルス信号D1〜D5とに基づいて加振機2による掃引加振に対する各翼x2の周波数応答特性を周知のFRA方式に基づいて解析する。この周波数応答解析装置4は、図1に示すように上記第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5に対応する5つの解析部つまり第1〜第5解析部4a〜4e、データ合成部4f及び出力部4gを備えている。
The frequency
第1解析部4aは、第1スイープ正弦波信号SW1に対応するものであり、検出信号Cを第1同期パルス信号D1に同期して検波(同期検波)することにより検出信号Cに含まれる第1周波数帯域F1の振動成分を抽出する。すなわち、第1解析部4aは、加振機2によって加振信号Kに従って掃引加振された翼x2の周波数応答のうち、第1スイープ正弦波信号SW1の周波数帯域である第1周波数帯域F1の周波数応答特性(第1周波数応答特性)を演算する。この第1周波数応答特性には、翼x2の第1共振周波数が含まれる。
The
第2解析部4bは、第2スイープ正弦波信号SW2に対応するものであり、検出信号Cを第2同期パルス信号D2に同期して検波(同期検波)することにより検出信号Cに含まれる第2周波数帯域F2の振動成分を抽出する。すなわち、第2解析部4bは、加振信号Kに従って掃引加振された翼x2の周波数応答のうち、第2スイープ正弦波信号SW2の周波数帯域である第2周波数帯域F2の周波数応答特性(第2周波数応答特性)を演算する。この第2周波数応答特性には、翼x2の第2共振周波数が含まれる。
The
第3解析部4cは、第3スイープ正弦波信号SW3に対応するものであり、検出信号Cを第3同期パルス信号D3に同期して検波(同期検波)することにより検出信号Cに含まれる第3周波数帯域F3の振動成分を抽出する。すなわち、第3解析部4cは、加振信号Kに従って掃引加振された翼x2の周波数応答のうち、第3スイープ正弦波信号SW3の周波数帯域である第3周波数帯域F3の周波数応答特性(第3周波数応答特性)を演算する。この第3周波数応答特性には、翼x2の第3共振周波数が含まれる。
The
第4解析部4dは、第4スイープ正弦波信号SW4に対応するものであり、検出信号Cを第4同期パルス信号D4に同期して検波(同期検波)することにより検出信号Cに含まれる第4周波数帯域F4の振動成分を抽出する。すなわち、第4解析部4dは、加振信号Kに従って掃引加振された翼x2の周波数応答のうち、第4スイープ正弦波信号SW4の周波数帯域である第4周波数帯域F4の周波数応答特性(第4周波数応答特性)を演算する。この第4周波数応答特性には、翼x2の第4共振周波数が含まれる。
The
第5解析部4eは、第5スイープ正弦波信号SW5に対応するものであり、検出信号Cを第5同期パルス信号D5に同期して検波(同期検波)することにより検出信号Cに含まれる第5周波数帯域F5の振動成分を抽出する。すなわち、第5解析部4eは、加振信号Kに従って掃引加振された翼x2の周波数応答のうち、第5スイープ正弦波信号SW5の周波数帯域である第5周波数帯域F5の周波数応答特性(第5周波数応答特性)を演算する。この第5周波数応答特性には、翼x2の第5共振周波数が含まれる。
The
データ合成部4fは、周波数帯域が異なる上記第1〜第5周波数応答特性を周波数軸上で合成することにより、上述した加振周波数帯域F0つまり加振信号Kの周波数帯域に亘る翼x2の周波数応答特性を取得する。このデータ合成部4fは、加振周波数帯域F0に亘る総合周波数応答特性を計測結果として出力部4gに出力する。
The
出力部4gは、上記総合周波数応答特性を画像表示する表示部を少なくとも備える。この表示部は、計測結果上にカーソルを表示する機能を備えており、また当該カーソルを周波数軸上において自由に移動させる操作部を補足的に備えている。試験作業者は、カーソルを各振動モードの共振ピークに合わせることにより各振動モードの共振周波数を読み取ることができる。
The
FFTアナライザ5は、振動センサ3から入力される検出信号CにFFT(Fast Fourier Transform)処理を施することにより、翼x2の振動に含まれる周波数成分及び当該周波数成分の強度、つまり翼x2の振動の周波数特性(振動周波数特性)を取得する計測器である。このFFTアナライザ5は、上記振動周波数特性の出力形態として当該振動周波数特性を画面表示する。なお、このFFTアナライザ5は、翼x2の正式試験に先立って行われる仮試験において、各振動モードにおける翼x2の共振周波数の概要を把握するために用いられる。
The
次に、このような振動試験装置を用いた振動試験方法について、図4に沿って詳しく説明する。 Next, a vibration test method using such a vibration test apparatus will be described in detail with reference to FIG.
本実施形態に係る振動試験方法は、図4に示すように仮計測工程と本計測工程とを有する。仮計測工程は2つのステップS1、S2からなり、本計測工程は2つのステップS3、S4からなる。ステップS1では、上述した第1〜第5周波数帯域F1〜F5つまり加振周波数帯域F0を仮設定する。すなわち、被試験体Xの試験作業者は、操作部1hを操作することにより、過去の試験結果等に基づいて翼x2の各振動モードの共振周波数が含まれると推定される周波数範囲に、第1〜第5周波数帯域F1〜F5を仮設定する。
The vibration test method according to the present embodiment includes a temporary measurement process and a main measurement process as shown in FIG. The provisional measurement process includes two steps S1 and S2, and the main measurement process includes two steps S3 and S4. In step S1, the above-described first to fifth frequency bands F1 to F5, that is, the excitation frequency band F0 are temporarily set. That is, by operating the
そして、試験作業者は、このような第1〜第5周波数帯域F1〜F5の仮設定状態において操作部1hを操作することにより仮試験の開始を振動試験装置に指示する。この結果、発振制御部1gは、第1〜第5発振器1a〜1eを制御して第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5ブリスク(仮スイープ正弦波信号)を発生させる。そして、これら仮スイープ正弦波信号は、信号合成器1fで合成(多重化)されることにより、加振信号K(仮加振信号)となって加振機2に出力される。
Then, the test operator instructs the vibration test apparatus to start the temporary test by operating the
そして、被試験体X(ブリスク)の翼x2は、上記仮加振信号に基づいて加振機2によって仮掃引加振され、当該仮掃引加振によって振動する。この仮掃引加振に基づく翼x2の振動は、振動センサ3によって検出信号C(仮検出信号)に変換されてFFTアナライザ5に取り込まれる。また、このような仮検出信号は、第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5(仮スイープ正弦波信号)によって生成された加振信号K(仮加振信号)に基づくものであり、翼x2の振動モード(第1〜第5振動モード)に対応した周波数成分を含んでいる。
Then, the blade x2 of the DUT (blisk) is temporarily swept by the
FFTアナライザ5は、このような振動を示す検出信号CをFFT処理(周波数分析処理)することにより、翼x2の振動周波数特性を計測する(ステップS2)。試験作業者は、この振動周波数特性を確認することによって、翼x2の各振動モードの共振周波数の概要を把握する。
The
ここで、FFTアナライザ5における振動周波数特性の計測では、仮設定された第1〜第5周波数帯域F1〜F5の周波数範囲で検出信号Cに含まれる各振動モードの共振周波数を確認するが、この周波数範囲においてより低次の共振周波数はより高次の共振周波数よりも計測値の計測精度が低下する。これはFFT処理の原理的に起因するものであり、FFTアナライザ5における周知の特性である。
Here, in the measurement of the vibration frequency characteristic in the
そして、試験作業者は、このようなFFTアナライザ5の計測結果に対して、各振動モードの共振周波数、特により低次の共振周波数をさらに精度良く計測するために、加振周波数帯域F0つまり第1〜第5周波数帯域F1〜F5を仮設定値に対して微調整することにより正式設定する(ステップS3)。
Then, the test operator uses the excitation frequency band F0, that is, the first frequency in order to measure the resonance frequency of each vibration mode, in particular, the lower-order resonance frequency with higher accuracy from the measurement result of the
そして、試験作業者は、このような第1〜第5周波数帯域F1〜F5の正式設定状態において操作部1hを操作することにより本試験の開始を振動試験装置に指示する。この結果、発振制御部1gは、第1〜第5発振器1a〜1eを制御して本試験用の第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5(正式スイープ正弦波信号)を発生させる。そして、これら正式スイープ正弦波信号は、信号合成器1fで合成(多重化)されることにより、加振信号K(正式加振信号)となって加振機2に出力される。
Then, the test operator instructs the vibration test apparatus to start the main test by operating the
そして、被試験体X(ブリスク)の翼x2は、上記正式加振信号に基づいて加振機2によって本掃引加振され、当該本掃引加振によって振動する。この本掃引加振に基づく翼x2の振動は、振動センサ3によって検出信号C(正式検出信号)に変換されて周波数応答解析装置4に取り込まれる。また、このような正式検出信号は、第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5(正式スイープ正弦波信号)が合成(多重化)されて生成された加振信号K(正式加振信号)に基づくものであり、翼x2の振動モード(第1〜第5振動モード)に対応した周波数成分を含んでいる。
The wing x2 of the device under test X (blisk) is subjected to the main sweep vibration by the
周波数応答解析装置4は、このような振動を示す検出信号CをFFT処理(周波数分析処理)することにより、翼x2の振動周波数特性を計測する(ステップS4)。すなわち、時間信号である検出信号Cは、第1解析部4aで第1同期パルス信号D1を用いて同期検波されることにより、第1周波数帯域F1に対応する第1周波数応答特性に変換される。また、この検出信号Cは、第2解析部4bで第2同期パルス信号D2を用いて同期検波されることにより、第2周波数帯域F2に対応する第2周波数応答特性に変換される。
The
また、この検出信号Cは、第3解析部4cで第3同期パルス信号D3を用いて同期検波されることにより、第3周波数帯域F3に対応する第3周波数応答特性に変換される。また、この検出信号Cは、第4解析部4dで第4同期パルス信号D4を用いて同期検波されることにより、第4周波数帯域F4に対応する第4周波数応答特性に変換される。さらに、この検出信号Cは、第5解析部4eで第5同期パルス信号D5を用いて同期検波されることにより、第5周波数帯域F5に対応する第5周波数応答特性に変換される。
The detection signal C is converted into a third frequency response characteristic corresponding to the third frequency band F3 by being synchronously detected by the
そして、このような第1〜第5周波数応答特性は、データ合成部4fにおいて周波数軸上で合成されることにより、加振周波数帯域F0に亘る総合周波数応答特性となる。そして、この総合周波数応答特性は、出力部4gにおいて画像表示にされる。すなわち、この総合周波数応答特性は、加振周波数帯域F0を示す横軸と信号強度を示す縦軸とからなり、各振動モードの共振周波数が信号強度ピークとして示されるものである。試験作業者は、このような総合周波数応答特性に基づいて翼x2の各振動モードの共振周波数を取得する。
Then, such first to fifth frequency response characteristics are synthesized on the frequency axis in the
このようにして最初の翼x2に関する振動試験が完了するが、試験は被試験体X(ブリスク)に備えられた全ての翼x2について各振動モードの共振周波数を取得することによって終了する。したがって、複数の翼x2が設けられた被試験体X(ブリスク)について、全ての翼x2について本計測工程が完了したかが判断され(ステップS5)、この判断が「Yes」となった場合、つまり全ての翼x2について各振動モードの共振周波数を取得すると、被試験体X(ブリスク)の振動試験が終了する。 In this way, the vibration test for the first blade x2 is completed, but the test is completed by obtaining the resonance frequencies of the respective vibration modes for all the blades x2 provided in the device under test X (blisk). Therefore, for the test object X (blisk) provided with a plurality of blades x2, it is determined whether or not this measurement process is completed for all blades x2 (step S5), and if this determination is "Yes" That is, when the resonance frequency of each vibration mode is acquired for all the blades x2, the vibration test of the device under test X (blisk) is completed.
このような本実施形態によれば、第1〜第5周波数帯域F1〜F5に関する振動試験を時系列的に順次行うのではなく、第1〜第5周波数帯域F1〜F5に関する振動試験を時系列的に並行して行うので、被試験体X(ブリスク)の各振動モードにおける共振周波数(振動特性)をより短時間で取得することが可能である。 According to the present embodiment, the vibration test for the first to fifth frequency bands F1 to F5 is not sequentially performed in time series, but the vibration test for the first to fifth frequency bands F1 to F5 is performed in time series. Therefore, the resonance frequency (vibration characteristics) in each vibration mode of the device under test X (blisk) can be acquired in a shorter time.
また、本実施形態によれば、共振周波数が比較的近い関係にある複数の翼x2のうち、1つの翼x2に関する仮計測工程の後で複数の翼x2に関する本計測工程を行うので、これによっても被試験体X(ブリスク)の各振動モードにおける共振周波数(振動特性)をより短時間で取得することが可能である。 Further, according to the present embodiment, the main measurement process for the plurality of blades x2 is performed after the temporary measurement process for the one blade x2 among the plurality of blades x2 having a relatively close resonance frequency. In addition, the resonance frequency (vibration characteristics) in each vibration mode of the device under test X (blisk) can be acquired in a shorter time.
ここで、FFTアナライザ5を用いた仮計測工程では、上述したようにより高次の共振モードにおける共振周波数については計測精度が確保できるので、1つの翼x2については高次の共振モードに関する本計測工程を割愛することが可能である。
Here, in the temporary measurement process using the
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施形態では、加振信号Kは図2に示したように連続した周波数の第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5を用いるが、本発明はこれに限定されない。すなわち、第1〜第5周波数帯域F1〜F5は周波数として不連続であってもよい。例えば、第1〜第5周波数帯域F1〜F5との間に所定の周波数範囲に亘る不連続区間が設定されていてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, For example, the following modifications can be considered.
(1) In the above embodiment, the excitation signal K uses the first to fifth sweep sine wave signals SW1 to SW5 having continuous frequencies as shown in FIG. 2, but the present invention is not limited to this. That is, the first to fifth frequency bands F1 to F5 may be discontinuous in frequency. For example, a discontinuous section over a predetermined frequency range may be set between the first to fifth frequency bands F1 to F5.
(2)上記実施形態では、図2に示したように第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5の開始タイミング(時刻t1)を同一タイミングとし、また第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5の終了タイミング(時刻t2)を同一タイミングとしたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5の全体が時間軸上で重なっている必要はな。例えば、第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5の開始タイミング(時刻t1)は同一タイミングであるが、終了タイミングは異なるタイミングであってもよい。 (2) In the above embodiment, as shown in FIG. 2, the start timings (time t1) of the first to fifth sweep sine wave signals SW1 to SW5 are set to the same timing, and the first to fifth sweep sine wave signals SW1. Although the end timing (time t2) of .about.SW5 is the same timing, the present invention is not limited to this. That is, the entire first to fifth sweep sine wave signals SW1 to SW5 do not need to overlap on the time axis. For example, the start timings (time t1) of the first to fifth sweep sine wave signals SW1 to SW5 are the same timing, but the end timings may be different timings.
(3)上記実施形態では、第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5を多重化した加振信号Kを用いるので、第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5が信号として歪んだ場合あるいは加振媒体が加振信号Kに対して歪んだ場合に、翼x2には、第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5に基づく加振媒体に加えて、歪周波数成分である第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5の高調波に基づく加振媒体が作用することになる。 (3) In the above embodiment, since the excitation signal K obtained by multiplexing the first to fifth sweep sine wave signals SW1 to SW5 is used, the first to fifth sweep sine wave signals SW1 to SW5 are distorted as signals. Alternatively, when the vibration medium is distorted with respect to the vibration signal K, the blade x2 has a first distortion frequency component in addition to the vibration medium based on the first to fifth sweep sine wave signals SW1 to SW5. The excitation medium based on the harmonics of the fifth sweep sine wave signals SW1 to SW5 acts.
このような場合に検出信号Cは、本来の第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5による掃引加振に基づく振動成分の他に上記高調波による加振に基づく振動成分が含まれることになる。例えば第1スイープ正弦波信号SW1が歪むことによって第2スイープ正弦波信号SW2の第2周波数帯域F2に含まれる周波数の高調波が発生した場合、この高調波に基づく振動成分が第2解析部4bが出力する第2周波数応答特性(第2周波数帯域F2に対応する周波数応答特性)に外乱として作用する。
In such a case, the detection signal C includes a vibration component based on the excitation by the harmonics in addition to the vibration component based on the sweep excitation by the original first to fifth sweep sine wave signals SW1 to SW5. Become. For example, when the first sweep sine wave signal SW1 is distorted and a harmonic having a frequency included in the second frequency band F2 of the second sweep sine wave signal SW2 is generated, a vibration component based on the harmonic is converted into the
そして、この外乱によって2次の振動モードの共振周波数の計測精度が低下する恐れがある。このような高調波に起因する計測精度の低下を回避あるいは抑制するためには、第1〜第5スイープ正弦波信号SW1〜SW5の正弦波に対する歪及び加振媒体の加振信号Kに対する歪を極力抑制する必要がある。また、高調波の周波数が可能な限り第1〜第5周波数帯域F1〜F5に含まれないように第1〜第5周波数帯域F1〜F5を設定する必要がある。 And this disturbance may reduce the measurement accuracy of the resonance frequency of the secondary vibration mode. In order to avoid or suppress such a decrease in measurement accuracy due to harmonics, the distortion of the first to fifth sweep sine wave signals SW1 to SW5 with respect to the sine wave and the distortion of the excitation medium with respect to the excitation signal K are reduced. It is necessary to suppress as much as possible. Further, it is necessary to set the first to fifth frequency bands F1 to F5 so that the harmonic frequency is not included in the first to fifth frequency bands F1 to F5 as much as possible.
(4)上記実施形態では、1次〜5次の振動モードの共振周波数を測定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明で計測する振動モードの次数は5次に限定されず、例えば、1次及び2次の振動モードのみを計測してもよい。 (4) In the above embodiment, the case of measuring the resonance frequency of the first to fifth vibration modes has been described, but the present invention is not limited to this. That is, the order of the vibration mode measured in the present invention is not limited to the fifth order, and for example, only the first and second vibration modes may be measured.
(5)上記実施形態では、仮計測工程を設けたが、本発明はこれに限定されない。本計測工程のみによって各振動モードの共振周波数を計測してもよい。また、計測しようとする振動特性は、共振周波数に限定されない。共振周波数に加えて、あるいは共振周波数に代えて減衰比あるいは/及び振動モードを計測してもよい。 (5) Although the provisional measurement step is provided in the above embodiment, the present invention is not limited to this. You may measure the resonant frequency of each vibration mode only by this measurement process. Further, the vibration characteristic to be measured is not limited to the resonance frequency. In addition to the resonance frequency or instead of the resonance frequency, the damping ratio or / and the vibration mode may be measured.
X 被試験体
1 加振信号発生器
1a 第1発振器
1b 第2発振器
1c 第3発振器
1d 第4発振器
1e 第5発振器
1f 信号合成器
1g 発振制御部
1h 操作部
2 加振機
3 振動センサ
4 周波数応答解析装置
4a 第1解析部
4b 第2解析部
4c 第3解析部
4d 第4解析部
4e 第5解析部
4f データ合成部
4g 出力部
5 FFTアナライザ
X DUT 1
Claims (5)
複数の周波数範囲のスイープ正弦波信号を重畳させた加振信号を生成する加振信号発生器と、
前記加振信号に基づいて前記被試験体を掃引加振する加振機と、
前記被試験体の振動を検出する振動センサと、
前記スイープ正弦波信号に対応する複数の解析部を備え、前記振動センサの出力信号を前記スイープ正弦波信号に同期させて前記被試験体の周波数応答を解析する周波数応答解析装置と
を備えることを特徴とする振動試験装置。 A vibration test apparatus for acquiring vibration characteristics of a test object by sweeping and exciting the test object based on a FRA (Frequency Response Analyzer) method,
An excitation signal generator for generating an excitation signal in which sweep sine wave signals in a plurality of frequency ranges are superimposed;
A vibration exciter that sweeps and vibrates the DUT based on the vibration signal;
A vibration sensor for detecting the vibration of the device under test;
A plurality of analysis units corresponding to the sweep sine wave signal, and a frequency response analysis device that analyzes the frequency response of the device under test by synchronizing the output signal of the vibration sensor with the sweep sine wave signal. Characteristic vibration test equipment.
前記加振機は、前記ロータに設けられた翼を加振することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の振動試験装置。 The test object is a rotor of a gas turbine formed as a blisk in which a plurality of blades are integrated with a disk,
The vibration test apparatus according to claim 1, wherein the vibration exciter vibrates a blade provided in the rotor.
周波数範囲が仮設定された複数の仮スイープ正弦波信号を重畳させた仮加振信号で前記被試験体を仮掃引加振し、当該仮掃引加振に基づいて前記被試験体から得られる仮検出信号に基づいて各振動モードの共振周波数の概要を取得する仮計測工程と、
前記共振周波数の概要に基づいて前記周波数範囲が正式設定された正式スイープ正弦波信号を重畳させた正式加振信号で前記被試験体を掃引加振し、当該本掃引加振に基づいて前記被試験体から得られる正式検出信号に基づいて前記各振動モードの前記共振周波数を取得する本計測工程と
を有することを特徴とする振動試験方法。
A vibration test method for acquiring vibration characteristics of a test object by sweeping and exciting the test object based on a FRA (Frequency Response Analyzer) method,
The test object is provisionally swept with a provisional excitation signal in which a plurality of provisional sweep sine wave signals with provisionally set frequency ranges are superimposed, and a provisional signal obtained from the object under test based on the provisional sweep excitation. A provisional measurement step for obtaining an outline of the resonance frequency of each vibration mode based on the detection signal;
The test object is swept and excited with a formal excitation signal superimposed with a formal sweep sine wave signal in which the frequency range is officially set based on the outline of the resonance frequency, and the object to be tested is based on the main sweep excitation. And a main measurement step of acquiring the resonance frequency of each vibration mode based on a formal detection signal obtained from a test body.
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