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

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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