JP2021139641A - 振動計測装置及びこれを備えた回転体 - Google Patents

振動計測装置及びこれを備えた回転体 Download PDF

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Abstract

【課題】回転面の軸線方向の振動、捩じり振動、傾き等を計測可能な振動計測装置及びこれを備えた回転体を提供する。【解決手段】振動計測装置10は、回転体の回転軸線Cに略直交する計測面25に設けられ、互いに直交するx1軸、y1軸及びz1軸の各加速度を計測する第1センサ11と、第1センサ11に対して回転軸線Cを中心に180°の回転対称となるように計測面25に設けられ、互いに直交するx2軸、y2軸及びz2軸の各加速度を計測する第2センサ12と、を備えている。【選択図】図2

Description

本開示は、振動計測装置及びこれを備えた回転体に関する。
例えば、エンジン、過給機、タービン等の回転機械が有する回転軸の振動を計測するために、静止側に設置した非接触センサ(例えば、変位計や速度計)を用いて回転軸の振動を計測する方法がある。
また、回転軸の振動を計測するために、例えば、特許文献1に開示されている方法がある。特許文献1には、縦振動用加速度計及び捩れ振動用加速度計が設けられたロータケースが回転軸に取り付けられている構成が開示されている。
特開2010−160105号公報
しかしながら、例えばエンジンのように大型で振動が比較的に大きい回転機械の振動の計測では、静止側にある非接触センサの設置の仕方によってはセンサが振動してしまい計測の精度に影響を及ぼす可能性がある。そこで、静止側の振動の影響を低減するために、センサの設置部分の加速度を測定・変換して補正を実施する方法があるが、異なる物理量を変換して補正をするため精度が良くない。
また、特許文献1に開示されている縦振動用加速度計及び捩れ振動用加速度計では、特に回転軸上特有の現象(例えば、回転面の傾きや一部の変位等)を計測できない。
本開示は、このような事情に鑑みてなされてものであって、回転面の軸線方向の振動、捩じり振動、傾き等を計測可能な振動計測装置及びこれを備えた回転体を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示の振動計測装置及びこれを備えた回転体は以下の手段を採用する。
すなわち、本開示の一態様に係る振動計測装置は、回転体の回転軸線に略直交する計測面に設けられ、互いに直交するx1軸、y1軸及びz1軸の各加速度を計測する第1センサと、前記第1センサに対して前記回転軸線を中心に180°の回転対称となるように前記計測面に設けられ、互いに直交するx2軸、y2軸及びz2軸の各加速度を計測する第2センサと、を備えている。
また、本開示の一態様に係る回転体は、上記の振動計測装置を備えている。
本開示によれば、回転面の軸線方向の振動、捩じり振動、傾き等を計測可能な振動計測装置及びこれを備えた回転体を提供することができる。
本開示の一実施形態に係る振動計測装置が取り付けられるエンジンの概略構成図である。 本開示の一実施形態に係る振動計測装置が取り付けられた計測面の正面図である。 本開示の一実施形態に係る振動計測装置が取り付けられた計測面の平面図である。 図2に示した計測面に作用する加速度・角加速度を示した図である。 図3に示した計測面に作用する加速度・角加速度を示した図である。 計測値の比較を示した図である。 振動のピーク位置の比較を示した図である。
以下、本開示の一実施形態に係る振動計測装置及びこれを備えた回転体について図面を参照して説明する。
振動計測装置10は、回転機械が有する回転体(例えば、エンジン20が有するクランク軸21)の振動挙動を計測する装置である。
以下、その詳細な構成について説明する。
まず、計測の対象となる回転機械についてエンジン20を例示して説明する。
図1に示すように、エンジン20は、クランク軸(回転体)21を有している。クランク軸21はクランクピンやカウンターウェイトが一体に形成されたクランクウェブ23を有しており、回転軸線C周りに回転する。
クランク軸21の一端(同図の左端)には、ダンパ24が取り付けられている。また、クランク軸21の他端(同図の右端)には、発電機30に接続されている。さらに、エンジン20と発電機30との間には、フライホイール22が取り付けられている。
フライホイール22やクランクウェブ23には、クランク軸21が回転していない状態において回転軸線Cに略直交する計測面25が形成されている。本実施形態の振動計測装置10(後述する第1センサ11及び第2センサ12)は、この計測面25に取り付けられる。
なお、計測面25はフライホイール22やクランクウェブ23に形成された面に限られず、クランク軸21が回転していない状態において回転軸線Cに略直交する面であればよい。
次に、振動計測装置10について説明する。
図2及び図3に示すように、振動計測装置10は、互いに直交する3軸方向の各加速度を計測可能な第1センサ11及び第2センサ12を備えている。第1センサ11及び第2センサ12は、計測した加速度をテレメータで振動算出部(図示せず)に送信する。
第1センサ11は、計測面25に取り付けられている。図2及び図3では、第1センサ11の3軸を、x1軸、y1軸、z1軸で記載している。
第2センサ12は、第1センサ11と同様、クランク軸21の計測面25に取り付けられている。図2及び図3では、第2センサ12の3軸を、x2軸、y2軸、z2軸で記載している。
第2センサ12は、第1センサ11に対して回転軸線Cを中心に180°の回転対称となるように取り付けられている。すなわち、第1センサ11及び第2センサ12は、計測面25において回転軸線Cを通過する直線状に配置され、かつ、回転軸線Cからの半径方向の距離が等距離(同図においてr)になるように配置されている。さらに言い換えれば、回転軸線Cは、第1センサ11及び第2センサ12に対する2回回転軸と言える。
クランク軸21は、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸による座標系に配置されている。このとき、座標系のZ軸は、回転軸線Cとの共通軸線とされている。すなわち、クランク軸21が配置されている座標系は、クランク軸21とともに回転、移動することになる。
クランク軸21に取り付けられた第1センサ11の3軸及び第2センサ12の3軸は、クランク軸21の座標系に対して次の関係となるように設定されている。
すなわち、第1センサ11のz1軸の方向及び第2センサ12のz2軸の方向はクランク軸21のZ軸の方向に一致して、かつ、第1センサ11のz1軸の正方向と第2センサ12のz2軸の正方向とは一致している。
また、第1センサ11のx1軸の方向及び第2センサ12のx2軸の方向は、クランク軸21の回転軸(すなわちZ軸)と直交するクランク軸21のX軸の方向に一致して、かつ、第1センサ11のx1軸の正方向と第2センサ12のx2軸の正方向とは相反している。
また、第1センサ11のy1軸の方向及び第2センサ12のy2軸の方向はクランク軸21のZ軸及びX軸と直交するY軸の方向に一致して、かつ、第1センサ11のy1軸の正方向と第2センサ12のy2軸の正方向とは相反している。
クランク軸21の回転に伴い計測面25は様々な方向に振動している。そして、その振動は、例えば以下のような成分に分解できる。すなわち、回転軸線C(Z軸)周りの振動(捩じり振動)、Y軸方向の振動(並進移動)、Y軸周りの振動(すなわち、計測面25のY軸周りの傾き)、Z軸方向の振動(並進移動)、X軸方向の振動(並進移動)に分解できる。
これらの振動(並進、回転等)の量を算出することで、計測面25ひいてはクランク軸21の振動挙動を解析することができる。
以下、第1センサ11及び第2センサ12を用いた各方向の振動の算出方法について説明する。
図4示すように、計測面25が回転軸線C(Z軸)周りに振動(捩じり振動)したとき、計測面25には回転軸線C周りに角加速度aθが発生する。
計測面25がX軸方向に振動(並進移動)したとき、計測面25にはX軸方向に加速度aXが発生する。
計測面25がY軸方向に振動(並進移動)したとき、計測面25にはY軸方向に加速度aYが発生する。
図5に示すように、計測面25がY軸周りに振動したとき、すなわち、計測面25がY軸周りに傾いたとき、計測面25にはY線周りに角加速度aφが発生する。
計測面25がZ軸方向に振動(並進移動)したとき、計測面25にはZ軸方向に加速度aZが発生する。
上記の各加速度aX,aY,aZ及び各角加速度aθ,aφは、第1センサ11及び第2センサ12によって計測された各軸方向の加速度を適切に合成することで算出できる。また、算出された加速度や角加速度を2回積分することで振動量に変換することができる。
以下、その具体的な算出方法について説明する。
[回転軸線C(Z軸)周りの振動(捩じり振動)について]
図4に示すように、計測面25に対して加速度aX,aY,aZ、角加速度aθ,aφが作用しているとき、第1センサ11のy1軸方向及び第2センサ12のy2軸方向には次式(1),(2)の加速度が生じる。
ay1= aY+raθ ・・・(1)
ay2=−aY+raθ ・・・(2)
ここで、ay1は第1センサ11から取得されたy1軸方向の加速度、ay2は第2センサ12から取得されたy2軸方向の加速度である。
計測面25のY軸方向の並進をキャンセルするために、式(1)と式(2)とを足し合わせて以下の式(3)を得る。
ay1+ay2=2raθ ・・・(3)
式(3)をaθについて解くと、以下の式(4)が得られる。
aθ=(ay1+ay2)/2/r ・・・(4)
加速度ay1は第1センサ11から取得され、加速度ay2は第2センサ12から取得され、rは予め把握されているので、上式(4)によって計測面25の回転軸線C周りの角加速度aθが得られる。そして、角加速度aθを2回積分することで、回転軸線C(Z軸)周りの振動(捩じり振動)の量が算出される。
[Y軸方向の振動(並進移動)について]
上記の式(1)及び(2)において、計測面25の回転軸線C(Z軸)周りの振動をキャンセルするために、式(1)から式(2)を引き以下の式(5)を得る。
ay1−ay2=2aY ・・・(5)
式(5)をaYについて解くと、以下の式(6)が得られる。
aY=(ay1−ay2)/2 ・・・(6)
加速度ay1は第1センサ11から取得され、加速度ay2は第2センサ12から取得されているので、上式(6)によって計測面25のY軸方向の加速度aYが得られる。そして、加速度aYを2回積分することで、Y軸方向の振動(並進移動)の量が算出される。
[Y軸周りの振動(計測面25のY軸周りの傾き)について]
図5に示すように計測面25に対して加速度aX,aY,aZ、角加速度aθ,aφが作用しているとき、第1センサ11のz1軸方向及び第2センサ12のz2軸方向には次式(7),(8)の加速度が生じる。
az1=aZ+raφ ・・・(7)
az2=aZ−raφ ・・・(8)
ここで、az1は第1センサ11から取得されたz1軸方向の加速度、az2は第2センサ12から取得されたz2軸方向の加速度である。
計測面25のZ軸方向の並進をキャンセルするために、式(7)から式(8)を引き以下の式(9)を得る。
az1−az2=2raφ ・・・(9)
式(9)をaφについて解くと、以下の式(10)が得られる。
aφ=(az1−az2)/2/r ・・・(10)
加速度az1は第1センサ11から取得され、加速度az2は第2センサ12から取得され、rは予め把握されているので、上式(10)によって計測面25のY軸周りの角加速度aφが得られる。そして、角加速度aφを2回積分することで、Y軸周りの振動(Y軸周りの傾き)の量が算出される。
[Z軸方向の振動(並進移動)について]
上記の式(7)及び(8)において、計測面25のY軸周りの振動をキャンセルするために、式(7)と式(8)とを足し合わせて以下の式(11)を得る。
az1+az2=2aZ ・・・(11)
式(11)をaZについて解くと、以下の式(12)が得られる。
aZ=(az1+az2)/2 ・・・(12)
加速度az1は第1センサ11から取得され、加速度az2は第2センサ12から取得されているので、上式(12)によって計測面25のZ軸方向の加速度aZが得られる。そして、加速度aZを2回積分することで、Z軸方向の振動(並進移動)の量が算出される。
[X軸方向の振動(並進移動)について]
図4及び図5に示すように、計測面25に対して加速度aX,aY,aZ、角加速度aθ,aφが作用しているとき、第1センサ11のx1軸方向及び第2センサ12のx2軸方向には次式(13),(14)の加速度が生じる。
ax1= aX ・・・(13)
ax2=−aX ・・・(14)
ここで、ax1は第1センサ11から取得されたx1軸方向の加速度、ax2は第2センサ12から取得されたx2軸方向の加速度である。
式(13)から式(14)を引き以下の式(15)を得る。
ax1−ax2=2aX ・・・(15)
式(15)をaXについて解くと、以下の式(16)が得られる。
aX=(ax1−ax2)/2 ・・・(16)
加速度ax1は第1センサ11から取得され、加速度ax2は第2センサ12から取得されているので、上式(16)によって計測面25のX軸方向の加速度aXが得られる。そして、加速度aXを2回積分することで、X軸方向の振動(並進移動)の量が算出される。
以上の通り説明した振動(並進量、回転量等)の算出は、例えば、振動計測装置10が有する図示しない振動算出部によって実行される。振動算出部は、例えば、図示しない制御部に含まれている。
制御部は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。
そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。
なお、プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。
コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等である。
算出された振動に関する情報は、例えば、次のように使用されてもよい。
すなわち、過去の運転や実験等によって予め取得された振動に関する情報と、運転中に算出された振動に関する情報とを比較して、クランク軸21の振動挙動に異常がないか監視してもよい。
例えば、図6に示すように、今回の振動の計測値が過去の計測値よりも大きい場合、制御部(図示せず)は、クランク軸21の振動挙動に異常があると判断できる。また、図7に示すように、振動のピーク位置(固有振動数)が過去に計測されたピーク位置からずれている場合、制御部は、クランク軸21に何らかの異常が発生していると判断できる。
振動に関する情報の比較や異常の検出は、例えば、振動計測装置10が有する異常検出部(図示せず)によって実行される。異常検出部は、例えば、上記の制御部に含まれている。
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
クランク軸21の回転軸線Cに略直交する計測面25に設けられ、互いに直交するx1軸、y1軸及びz1軸の各加速度を計測する第1センサ11と、第1センサ11に対して回転軸線Cを中心に180°の回転対称となるように計測面25に設けられ、互いに直交するx2軸、y2軸及びz2軸の各加速度を計測する第2センサ12と、を備えているので、第1センサ11及び第2センサ12が計測した各方向の加速度を用いて計測面25の振動を計測できる。例えば、計測したい振動の方向以外の加速度をキャンセルするように第1センサ11及び第2センサ12が計測した各方向の加速度を合成して積分することで、クランク軸21の振動の影響を考慮しつつ、計測したい振動(変位)を算出することができる。これによって、計測面25の振動を計測できる。
また、予め取得されたクランク軸21の振動に関する情報と、振動算出部で得られた振動に関する情報と、を比較することで、クランク軸21の異常を検出する異常検出部を備えているので、例えば、予め取得された特定の振動よりも計測された特定の振動が大きい場合に、クランク軸21に異常が発生していると判断できる。また、他の例として、予め取得された振動のピークの位置や大きさと計測された振動のピークの位置や大きさとの間にずれが生じている場合に、クランク軸21に異常(クランク軸21の損傷等)が発生していると判断できる。
なお、第1センサ11及び第2センサ12は、加速度に加えてひずみが計測できるものであってもよい。これによって、加速度の計測が難しい振動の節に設置された場合であっても、固有値の確認等を行うことができる。
上記の通り説明した一の実施形態は、例えば以下のように把握される。
本開示の一態様に係る振動計測装置(10)は、回転体(21)の回転軸線(C)に略直交する計測面(25)に設けられ、互いに直交するx1軸、y1軸及びz1軸の各加速度を計測する第1センサ(11)と、前記第1センサ(11)に対して前記回転軸線(C)を中心に180°の回転対称となるように前記計測面(25)に設けられ、互いに直交するx2軸、y2軸及びz2軸の各加速度を計測する第2センサ(12)と、を備えている。
本態様に係る振動計測装置(10)は、回転体(21)の回転軸線(C)に略直交する計測面(25)に設けられ、互いに直交するx1軸、y1軸及びz1軸の各加速度を計測する第1センサ(11)と、第1センサ(11)に対して回転軸線(C)を中心に180°の回転対称となるように計測面(25)に設けられ、互いに直交するx2軸、y2軸及びz2軸の各加速度を計測する第2センサ(12)と、を備えているので、第1センサ(11)及び第2センサ(12)が計測した各方向の加速度を用いて計測面(25)の振動を計測できる。例えば、計測したい振動の方向以外の加速度をキャンセルするように第1センサ(11)及び第2センサ(12)が計測した各方向の加速度を合成して積分することで、回転体(21)の振動の影響を考慮しつつ、計測したい振動(変位)を算出することができる。これによって、計測面(25)の軸線方向の振動、捩じり振動、傾き等を計測できる。
回転体(21)は、例えば、エンジンのクランク軸とされる。また、計測面(25)は、クランク軸が回転していない状態において回転軸線に略直交する面とされ、例えば、フライホイール22やクランクウェブ23に形成された面である。
また、本開示の一態様に係る振動計測装置(10)は、前記第1センサ(11)及び前記第2センサ(12)からの信号に基づいて前記回転体(21)の振動を算出する振動算出部を備えている。
本態様に係る振動計測装置(10)は、第1センサ(11)及び第2センサ(12)からの信号に基づいて回転体(21)の振動を算出する振動算出部を備えているので、第1センサ(11)及び第2センサ(12)が計測した各方向の加速度を用いて計測面(25)の振動を計測できる。
また、本開示の一態様に係る振動計測装置(10)において、前記回転体(21)が、前記回転軸線(C)と共通軸線とされたZ軸が回転するXYZ座標系にあるとき、前記z1軸の方向及び前記z2軸の方向は前記回転体(21)の前記Z軸の方向に一致して、かつ、前記z1軸の正方向と前記z2軸の正方向とは一致して、前記x1軸の方向及び前記x2軸の方向は前記Z軸と直交する前記回転体(21)のX軸の方向に一致して、かつ、前記x1軸の正方向と前記x2軸の正方向とは相反して、前記y1軸の方向及び前記y2軸の方向は前記Z軸及び前記X軸と直交する前記回転体(21)のY軸の方向に一致して、かつ、前記y1軸の正方向と前記y2軸の正方向とは相反して、前記振動算出部は、以下の式(1)によって求められたaθを積分することで前記計測面(25)の前記回転軸線(C)周りの変位を算出する。
aθ=(ay1+ay2)/2/r (1)
ここで、
aθ :前記計測面(25)の前記回転軸線(C)周りの角加速度、
ay1:前記第1センサ(11)から取得された前記y1軸方向の加速度、
ay2:前記第2センサ(12)から取得された前記y2軸方向の加速度、
r :前記計測面(25)上において、前記回転軸線(C)から前記第1センサ(11)又は前記第2センサ(12)までの距離、
である。
本態様に係る振動計測装置(10)において、回転体(21)が、回転軸線(C)と共にZ軸が回転するXYZ座標系にあるとき、z1軸の方向及びz2軸の方向は回転体(21)のZ軸の方向に一致して、かつ、z1軸の正方向とz2軸の正方向とは一致して、x1軸の方向及びx2軸の方向はZ軸と直交する回転体(21)のX軸の方向に一致して、かつ、x1軸の正方向とx2軸の正方向とは相反して、y1軸の方向及びy2軸の方向はZ軸及びX軸と直交する回転体(21)のY軸の方向に一致して、かつ、y1軸の正方向とy2軸の正方向とは相反して、振動算出部は、式(1)によって求められたaθを積分することで計測面(25)の回転軸線(C)周りの変位を算出するので、回転体(21)のY軸方向の加速度をキャンセルして回転体(21)の回転軸線(C)周りの角加速度のみを取り出すことができ、それに基づいて計測面(25)の回転軸線(C)(Z軸)周りの変位を算出できる。
また、本開示の一態様に係る振動計測装置(10)において、前記回転体(21)が、前記回転軸線(C)と共通軸線とされたZ軸が回転するXYZ座標系にあるとき、前記z1軸の方向及び前記z2軸の方向は前記回転体(21)の前記Z軸の方向に一致して、かつ、前記z1軸の正方向と前記z2軸の正方向とは一致して、前記x1軸の方向及び前記x2軸の方向は前記Z軸と直交する前記回転体(21)のX軸の方向に一致して、かつ、前記x1軸の正方向と前記x2軸の正方向とは相反して、前記y1軸の方向及び前記y2軸の方向は前記Z軸及び前記X軸と直交する前記回転体(21)のY軸の方向に一致して、かつ、前記y1軸の正方向と前記y2軸の正方向とは相反して、前記振動算出部は、以下の式(2)によって求められたaYを積分することで前記計測面(25)の前記Y軸方向の変位を算出する。
aY=(ay1−ay2)/2 (2)
ここで、
aY :前記計測面(25)の前記Y軸方向の加速度、
ay1:前記第1センサ(11)から取得された前記y1軸方向の加速度、
ay2:前記第2センサ(12)から取得された前記y2軸方向の加速度、
である。
本態様に係る振動計測装置(10)において、回転体(21)が、回転軸線(C)と共にZ軸が回転するXYZ座標系にあるとき、z1軸の方向及びz2軸の方向は回転体(21)のZ軸の方向に一致して、かつ、z1軸の正方向とz2軸の正方向とは一致して、x1軸の方向及びx2軸の方向はZ軸と直交する回転体(21)のX軸の方向に一致して、かつ、x1軸の正方向とx2軸の正方向とは相反して、y1軸の方向及びy2軸の方向はZ軸及びX軸と直交する回転体(21)のY軸の方向に一致して、かつ、y1軸の正方向とy2軸の正方向とは相反して、振動算出部は、式(2)によって求められたayを積分することで計測面(25)のY軸方向の変位を算出するので、回転体(21)の回転軸線(C)(Z軸)周りの角加速度をキャンセルして回転体(21)のY軸方向の加速度のみを取り出すことができ、それに基づいて計測面(25)のY軸方向の変位を算出できる。
また、本開示の一態様に係る振動計測装置(10)において、前記回転体(21)が、前記回転軸線(C)と共通軸線とされたZ軸が回転するXYZ座標系にあるとき、前記z1軸の方向及び前記z2軸の方向は前記回転体(21)の前記Z軸の方向に一致して、かつ、前記z1軸の正方向と前記z2軸の正方向とは一致して、前記x1軸の方向及び前記x2軸の方向は前記Z軸と直交する前記回転体(21)のX軸の方向に一致して、かつ、前記x1軸の正方向と前記x2軸の正方向とは相反して、前記y1軸の方向及び前記y2軸の方向は前記Z軸及び前記X軸と直交する前記回転体(21)のY軸の方向に一致して、かつ、前記y1軸の正方向と前記y2軸の正方向とは相反して、前記振動算出部は、以下の式(3)によって求められたaφを積分することで前記計測面(25)の前記Y軸周りの傾きを算出する。
aφ=(az1−az2)/2/r (3)
ここで、
aφ :前記計測面(25)の前記Y軸周りの角加速度、
az1:前記第1センサ(11)から取得された前記z1軸方向の加速度、
az2:前記第2センサ(12)から取得された前記z2軸方向の加速度、
r :前記計測面(25)上において、前記回転軸線(C)から前記第1センサ(11)又は前記第2センサ(12)までの距離、
である。
本態様に係る振動計測装置(10)において、回転体(21)が、回転軸線(C)と共にZ軸が回転するXYZ座標系にあるとき、z1軸の方向及びz2軸の方向は回転体(21)のZ軸の方向に一致して、かつ、z1軸の正方向とz2軸の正方向とは一致して、x1軸の方向及びx2軸の方向はZ軸と直交する回転体(21)のX軸の方向に一致して、かつ、x1軸の正方向とx2軸の正方向とは相反して、y1軸の方向及びy2軸の方向はZ軸及びX軸と直交する回転体(21)のY軸の方向に一致して、かつ、y1軸の正方向とy2軸の正方向とは相反して、振動算出部は、式(3)によって求められたaφを積分することで計測面(25)のY軸周りの傾きを算出するので、回転体(21)の回転軸線(C)(Z軸)方向の加速度をキャンセルして回転体(21)のY軸周りの角加速度のみを取り出すことができ、それに基づいて計測面(25)のY軸周りの変位を算出できる。
また、本開示の一態様に係る振動計測装置(10)において、前記回転体(21)が、前記回転軸線(C)と共通軸線とされたZ軸が回転するXYZ座標系にあるとき、前記z1軸の方向及び前記z2軸の方向は前記回転体(21)の前記Z軸の方向に一致して、かつ、前記z1軸の正方向と前記z2軸の正方向とは一致して、前記x1軸の方向及び前記x2軸の方向は前記Z軸と直交する前記回転体(21)のX軸の方向に一致して、かつ、前記x1軸の正方向と前記x2軸の正方向とは相反して、前記y1軸の方向及び前記y2軸の方向は前記Z軸及び前記X軸と直交する前記回転体(21)のY軸の方向に一致して、かつ、前記y1軸の正方向と前記y2軸の正方向とは相反して、前記振動算出部は、以下の式(4)によって求められたaZを積分することで前記計測面(25)の前記回転軸線(C)方向の変位を算出する。
aZ=(az1+az2)/2 (4)
ここで、
aZ :前記計測面(25)の前記Z軸方向の加速度、
az1:前記第1センサ(11)から取得された前記z1軸方向の加速度、
az2:前記第2センサ(12)から取得された前記z2軸方向の加速度、
である。
本態様に係る振動計測装置(10)において、回転体(21)が、回転軸線(C)と共にZ軸が回転するXYZ座標系にあるとき、z1軸の方向及びz2軸の方向は回転体(21)のZ軸の方向に一致して、かつ、z1軸の正方向とz2軸の正方向とは一致して、x1軸の方向及びx2軸の方向はZ軸と直交する回転体(21)のX軸の方向に一致して、かつ、x1軸の正方向とx2軸の正方向とは相反して、y1軸の方向及びy2軸の方向はZ軸及びX軸と直交する回転体(21)のY軸の方向に一致して、かつ、y1軸の正方向とy2軸の正方向とは相反して、振動算出部は、式(4)によって求められたazを積分することで計測面(25)の回転軸線(C)方向の変位を算出するので、回転体(21)のY軸周りの角加速度をキャンセルして回転体(21)の回転軸線(C)(Z軸)方向の加速度のみを取り出すことができ、それに基づいて計測面(25)の回転軸線(C)(Z軸)方向の変位を算出できる。
また、本開示の一態様に係る振動計測装置(10)において、前記回転体(21)が、前記回転軸線(C)と共通軸線とされたZ軸が回転するXYZ座標系にあるとき、前記z1軸の方向及び前記z2軸の方向は前記回転体(21)の前記Z軸の方向に一致して、かつ、前記z1軸の正方向と前記z2軸の正方向とは一致して、前記x1軸の方向及び前記x2軸の方向は前記Z軸と直交する前記回転体(21)のX軸の方向に一致して、かつ、前記x1軸の正方向と前記x2軸の正方向とは相反して、前記y1軸の方向及び前記y2軸の方向は前記Z軸及び前記X軸と直交する前記回転体(21)のY軸の方向に一致して、かつ、前記y1軸の正方向と前記y2軸の正方向とは相反して、前記振動算出部は、以下の式(5)によって求められたaXを積分することで前記計測面(25)の前記X軸方向の変位を算出する。
aX=(ax1−ax2)/2 (5)
ここで、
aX :前記計測面(25)の前記X軸方向の加速度、
ax1:前記第1センサ(11)から取得された前記x1軸方向の加速度、
ax2:前記第2センサ(12)から取得された前記x2軸方向の加速度、
である。
本態様に係る振動計測装置(10)において、回転体(21)が、回転軸線(C)と共にZ軸が回転するXYZ座標系にあるとき、z1軸の方向及びz2軸の方向は回転体(21)のZ軸の方向に一致して、かつ、z1軸の正方向とz2軸の正方向とは一致して、x1軸の方向及びx2軸の方向はZ軸と直交する回転体(21)のX軸の方向に一致して、かつ、x1軸の正方向とx2軸の正方向とは相反して、y1軸の方向及びy2軸の方向はZ軸及びX軸と直交する回転体(21)のY軸の方向に一致して、かつ、y1軸の正方向とy2軸の正方向とは相反して、振動算出部は、式(5)によって求められたazを積分することで計測面(25)の回転軸線(C)方向の変位を算出するので、回転体(21)の回転軸線(C)(Z軸)周りの角加速度をキャンセルして回転体(21)のX軸方向の加速度のみを取り出すことができ、それに基づいて計測面(25)のX軸方向の変位を算出できる。
また、本開示の一態様に係る振動計測装置(10)は、予め取得された前記回転体(21)の振動に関する情報と、前記振動算出部で得られた振動に関する情報と、を比較することで、前記回転体(21)の異常を検出する異常検出部を備えている。
本態様に係る振動計測装置(10)は、予め取得された回転体(21)の振動に関する情報と、振動算出部で得られた振動に関する情報と、を比較することで、回転体(21)の異常を検出する異常検出部を備えているので、例えば、予め取得された特定の振動よりも計測された特定の振動が大きい場合に、回転体(21)に異常が発生していると判断できる。また、他の例として、予め取得された振動のピークの位置や大きさと計測された振動のピークの位置や大きさとの間にずれが生じている場合に、回転体(21)(回転体(21)の損傷等)に異常が発生していると判断できる。
ここで言う「予め取得された情報」とは、例えば、過去の運転や実験等から得られた情報である。
また、本開示の一態様に係る振動計測装置(10)において、前記第1センサ(11)及び前記第2センサ(12)は、前記計測面(25)のひずみを計測する。
本態様に係る振動計測装置(10)は、第1センサ(11)及び第2センサ(12)は、計測面(25)のひずみを計測するので、第1センサ(11)及び/又は第2センサ(12)が、加速度の計測が難しい振動の節に設置された場合であっても、ひずみを計測することで固有値の確認等を行うことができる。
また、本開示の一態様に係る回転体(21)は、上記の振動計測装置(10)を備えている。
10 振動計測装置
11 第1センサ
12 第2センサ
20 エンジン(回転機械)
21 クランク軸(回転体)
22 フライホイール
23 クランクウェブ
24 ダンパ
25 計測面
30 発電機
C 回転軸線

Claims (10)

  1. 回転体の回転軸線に略直交する計測面に設けられ、互いに直交するx1軸、y1軸及びz1軸の各加速度を計測する第1センサと、
    前記第1センサに対して前記回転軸線を中心に180°の回転対称となるように前記計測面に設けられ、互いに直交するx2軸、y2軸及びz2軸の各加速度を計測する第2センサと、
    を備えている振動計測装置。
  2. 前記第1センサ及び前記第2センサからの信号に基づいて前記回転体の振動を算出する振動算出部を備えている請求項1に記載の振動計測装置。
  3. 前記回転体が、前記回転軸線と共通軸線とされたZ軸が回転するXYZ座標系にあるとき、
    前記z1軸の方向及び前記z2軸の方向は前記回転体の前記Z軸の方向に一致して、かつ、前記z1軸の正方向と前記z2軸の正方向とは一致して、
    前記x1軸の方向及び前記x2軸の方向は前記Z軸と直交する前記回転体のX軸の方向に一致して、かつ、前記x1軸の正方向と前記x2軸の正方向とは相反して、
    前記y1軸の方向及び前記y2軸の方向は前記Z軸及び前記X軸と直交する前記回転体のY軸の方向に一致して、かつ、前記y1軸の正方向と前記y2軸の正方向とは相反して、
    前記振動算出部は、以下の式(1)によって求められたaθを積分することで前記計測面の前記回転軸線周りの変位を算出する請求項2に記載の振動計測装置。
    aθ=(ay1+ay2)/2/r (1)
    ここで、
    aθ :前記計測面の前記回転軸線周りの角加速度、
    ay1:前記第1センサから取得された前記y1軸方向の加速度、
    ay2:前記第2センサから取得された前記y2軸方向の加速度、
    r :前記計測面上において、前記回転軸線から前記第1センサ又は前記第2センサまでの距離、
    である。
  4. 前記回転体が、前記回転軸線と共通軸線とされたZ軸が回転するXYZ座標系にあるとき、
    前記z1軸の方向及び前記z2軸の方向は前記回転体の前記Z軸の方向に一致して、かつ、前記z1軸の正方向と前記z2軸の正方向とは一致して、
    前記x1軸の方向及び前記x2軸の方向は前記Z軸と直交する前記回転体のX軸の方向に一致して、かつ、前記x1軸の正方向と前記x2軸の正方向とは相反して、
    前記y1軸の方向及び前記y2軸の方向は前記Z軸及び前記X軸と直交する前記回転体のY軸の方向に一致して、かつ、前記y1軸の正方向と前記y2軸の正方向とは相反して、
    前記振動算出部は、以下の式(2)によって求められたaYを積分することで前記計測面の前記Y軸方向の変位を算出する請求項2に記載の振動計測装置。
    aY=(ay1−ay2)/2 (2)
    ここで、
    aY :前記計測面の前記Y軸方向の加速度、
    ay1:前記第1センサから取得された前記y1軸方向の加速度、
    ay2:前記第2センサから取得された前記y2軸方向の加速度、
    である。
  5. 前記回転体が、前記回転軸線と共通軸線とされたZ軸が回転するXYZ座標系にあるとき、
    前記z1軸の方向及び前記z2軸の方向は前記回転体の前記Z軸の方向に一致して、かつ、前記z1軸の正方向と前記z2軸の正方向とは一致して、
    前記x1軸の方向及び前記x2軸の方向は前記Z軸と直交する前記回転体のX軸の方向に一致して、かつ、前記x1軸の正方向と前記x2軸の正方向とは相反して、
    前記y1軸の方向及び前記y2軸の方向は前記Z軸及び前記X軸と直交する前記回転体のY軸の方向に一致して、かつ、前記y1軸の正方向と前記y2軸の正方向とは相反して、
    前記振動算出部は、以下の式(3)によって求められたaφを積分することで前記計測面の前記Y軸周りの傾きを算出する請求項2に記載の振動計測装置。
    aφ=(az1−az2)/2/r (3)
    ここで、
    aφ :前記計測面の前記Y軸周りの角加速度、
    az1:前記第1センサから取得された前記z1軸方向の加速度、
    az2:前記第2センサから取得された前記z2軸方向の加速度、
    r :前記計測面上において、前記回転軸線から前記第1センサ又は前記第2センサまでの距離、
    である。
  6. 前記回転体が、前記回転軸線と共通軸線とされたZ軸が回転するXYZ座標系にあるとき、
    前記z1軸の方向及び前記z2軸の方向は前記回転体の前記Z軸の方向に一致して、かつ、前記z1軸の正方向と前記z2軸の正方向とは一致して、
    前記x1軸の方向及び前記x2軸の方向は前記Z軸と直交する前記回転体のX軸の方向に一致して、かつ、前記x1軸の正方向と前記x2軸の正方向とは相反して、
    前記y1軸の方向及び前記y2軸の方向は前記Z軸及び前記X軸と直交する前記回転体のY軸の方向に一致して、かつ、前記y1軸の正方向と前記y2軸の正方向とは相反して、
    前記振動算出部は、以下の式(4)によって求められたaZを積分することで前記計測面の前記回転軸線方向の変位を算出する請求項2に記載の振動計測装置。
    aZ=(az1+az2)/2 (4)
    ここで、
    aZ :前記計測面の前記Z軸方向の加速度、
    az1:前記第1センサから取得された前記z1軸方向の加速度、
    az2:前記第2センサから取得された前記z2軸方向の加速度、
    である。
  7. 前記回転体が、前記回転軸線と共通軸線とされたZ軸が回転するXYZ座標系にあるとき、
    前記z1軸の方向及び前記z2軸の方向は前記回転体の前記Z軸の方向に一致して、かつ、前記z1軸の正方向と前記z2軸の正方向とは一致して、
    前記x1軸の方向及び前記x2軸の方向は前記Z軸と直交する前記回転体のX軸の方向に一致して、かつ、前記x1軸の正方向と前記x2軸の正方向とは相反して、
    前記y1軸の方向及び前記y2軸の方向は前記Z軸及び前記X軸と直交する前記回転体のY軸の方向に一致して、かつ、前記y1軸の正方向と前記y2軸の正方向とは相反して、
    前記振動算出部は、以下の式(5)によって求められたaXを積分することで前記計測面の前記X軸方向の変位を算出する請求項2に記載の振動計測装置。
    aX=(ax1−ax2)/2 (5)
    ここで、
    aX :前記計測面の前記X軸方向の加速度、
    ax1:前記第1センサから取得された前記x1軸方向の加速度、
    ax2:前記第2センサから取得された前記x2軸方向の加速度、
    である。
  8. 予め取得された前記回転体の振動に関する情報と、前記振動算出部で得られた振動に関する情報と、を比較することで、前記回転体の異常を検出する異常検出部を備えている請求項2から7のいずれかに記載の振動計測装置。
  9. 前記第1センサ及び前記第2センサは、前記計測面のひずみを計測する請求項1から8のいずれかに記載の振動計測装置。
  10. 請求項1から9のいずれかに記載の振動計測装置を備えている回転体。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03185318A (ja) * 1989-12-15 1991-08-13 Toshiba Corp 回転体機器故障検出装置
JPH11337569A (ja) * 1998-05-28 1999-12-10 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 振動加速度測定装置
US20070107937A1 (en) * 2005-11-14 2007-05-17 Pathfinder Energy Services, Inc. Rotary steerable tool including drill string rotation measurement apparatus
JP2018502726A (ja) * 2014-12-08 2018-02-01 サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ 切屑除去機械加工ツールの測定装置及び操作パラメータ選択方法
US20190094105A1 (en) * 2017-09-26 2019-03-28 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Devices for testing axial fans
JP2019095312A (ja) * 2017-11-24 2019-06-20 株式会社明電舎 3軸加速度センサ

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010160105A (ja) 2009-01-09 2010-07-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 回転軸用振動計測装置
KR101245747B1 (ko) * 2010-12-17 2013-03-25 삼성중공업 주식회사 회전축의 비틀림 진동 변형량 측정 장치
US9567844B2 (en) * 2013-10-10 2017-02-14 Weatherford Technology Holdings, Llc Analysis of drillstring dynamics using angular and linear motion data from multiple accelerometer pairs
WO2017073646A1 (ja) * 2015-10-27 2017-05-04 日本精工株式会社 車輪支持用転がり軸受ユニット

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03185318A (ja) * 1989-12-15 1991-08-13 Toshiba Corp 回転体機器故障検出装置
JPH11337569A (ja) * 1998-05-28 1999-12-10 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 振動加速度測定装置
US20070107937A1 (en) * 2005-11-14 2007-05-17 Pathfinder Energy Services, Inc. Rotary steerable tool including drill string rotation measurement apparatus
JP2018502726A (ja) * 2014-12-08 2018-02-01 サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ 切屑除去機械加工ツールの測定装置及び操作パラメータ選択方法
US20190094105A1 (en) * 2017-09-26 2019-03-28 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Devices for testing axial fans
JP2019095312A (ja) * 2017-11-24 2019-06-20 株式会社明電舎 3軸加速度センサ

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