JP2672773B2 - Shaft core vibration detection method and rotating shaft abnormality determination method using vibration of the shaft core - Google Patents
Shaft core vibration detection method and rotating shaft abnormality determination method using vibration of the shaft coreInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、回転する軸の軸芯振
動を検出するための検出方法と、その軸芯振動に基づい
て回転軸の異常を判定する方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a detecting method for detecting a shaft vibration of a rotating shaft and a method of judging an abnormality of a rotating shaft based on the shaft vibration.
【0002】[0002]
【従来の技術】発電機などの回転機械は、軸を中心とし
て高速な回転運動を行なっているが、この種の回転機械
では、軸を支持する軸受の損傷や潤滑油不足等の異常事
態に対処するため、運転中の軸の振動を検出し、その振
動の変化により異常発生を監視する手段が装備されてい
る。2. Description of the Related Art A rotating machine such as a generator makes high-speed rotary motion around a shaft. However, in this kind of rotating machine, there is an abnormal situation such as damage to a bearing supporting the shaft or lack of lubricating oil. In order to deal with this, means for detecting the vibration of the shaft during operation and monitoring the occurrence of an abnormality by the change in the vibration is provided.
【0003】従来の軸振動の検出は、距離センサー等に
より軸表面の変位量を測定し、その測定値を軸の振動変
位量として異常の判定を行なう方法をとっている。すな
わち、従来の方法では、軸断面の形状が真円であると仮
定し、軸表面の変位量の測定値をそのまま軸芯の振動変
位量とするものであり、それを用いて振動特性等を求め
ている。The conventional shaft vibration is detected by measuring the displacement of the shaft surface with a distance sensor or the like and determining the abnormality by using the measured value as the vibration displacement of the shaft. That is, in the conventional method, it is assumed that the shape of the shaft cross section is a perfect circle, and the measured value of the displacement amount of the shaft surface is directly used as the vibration displacement amount of the shaft core. Looking for.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところが、実際の軸断
面の形状が真円であることはなく、このことが、変位量
の測定値と軸芯の振動変位量に差を生じさせる要因とな
っている。However, the actual shape of the cross section of the shaft is not a perfect circle, which causes a difference between the measured displacement amount and the vibration displacement amount of the shaft core. ing.
【0005】例えば、軸の断面上の中心と、軸の回転中
心すなわち軸芯とがずれている場合、軸表面の変位量の
時間的変化をとると、図13aに示すように、時間的変
化曲線に軸の回転周期Tの基本波が現われる(ここで、
図中の1は軸、2は軸芯、3は距離測定器とする。)。
また、軸の断面が楕円形、三角形、多角形状である場合
は、それぞれ図13のb、c、dに示すように基本波の
整数倍の周波数をもつ高調波が現われる。このように軸
芯のずれや軸表面に任意の凹凸がある場合、軸表面の各
点は軸芯を中心としてそれぞれ固有の円周上を回転する
ことになり、その軸表面の変位量を測定した場合、上記
ずれや凹凸がそのまま測定値に出ることになる。For example, when the center of the shaft in cross section and the center of rotation of the shaft, that is, the shaft center are deviated from each other, if the displacement of the shaft surface is changed with time, as shown in FIG. The fundamental wave of the axis rotation period T appears on the curve (where
In the figure, 1 is an axis, 2 is an axis center, and 3 is a distance measuring device. ).
When the cross section of the axis is elliptical, triangular, or polygonal, a harmonic having a frequency that is an integral multiple of the fundamental wave appears, as shown in b, c, and d of FIG. 13, respectively. When there is a misalignment of the shaft core or any irregularities on the shaft surface, each point on the shaft surface rotates on its own circumference around the shaft core, and the displacement of the shaft surface is measured. In that case, the above-mentioned deviations and irregularities are directly reflected in the measured values.
【0006】このため、従来の軸振動の検出では、見か
けの軸芯振動が現われるため、正確な軸芯の振動を検出
することができず、軸振動から回転軸の異常を判定する
上で十分に満足のいく精度が得られない問題がある。[0006] Therefore, in the detection of the conventional axial vibration, for axis vibration apparent is Wa current can not be detected vibrations accurate axis, on determining the abnormality of the rotation shaft from the shaft vibration However, there is a problem that a sufficiently satisfactory accuracy cannot be obtained.
【0007】この発明は、上記の問題を解決するために
なされたもので、その第1の目的は、軸表面の変位量か
ら正確な軸芯の振動変位量を求めることができる検出方
法を提供することである。The present invention has been made to solve the above problems, and a first object thereof is to provide a detection method capable of accurately determining the vibration displacement amount of the shaft core from the displacement amount of the shaft surface. It is to be.
【0008】また、この発明の第2の目的は、回転軸の
振動の測定値から高い精度で回転軸の異常判定を行なう
ことができる判定方法を提供することにある。A second object of the present invention is to provide a judging method capable of judging abnormality of the rotating shaft with high accuracy from a measured value of vibration of the rotating shaft.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明の軸芯の振動検出方法は、回転する軸表面
の複数の点と軸外部の基準位置との間の距離を時間を追
って測定し、この測定値より同一点の複数回転にわたる
測定値を上記各点ごとに平均して平均距離を求め、同一
点の複数回転にわたる測定値の上記平均距離に対する偏
差を求め、時間を追って並べた上記偏差の値を軸芯の振
動変位量とする方法を採用したのである。To solve the above problems BRIEF SUMMARY OF THE INVENTION, vibration detection method of the axis of the invention, the distance between the plurality of points and the shaft outside the reference position of the shaft surface of the rotating time Measured later, from this measured value over multiple rotations of the same point
The measured values are averaged for each point above to obtain the average distance, and the same
The deviation of the measured values over multiple rotations of the point with respect to the average distance
The difference is obtained, and the method of using the value of the above deviation arranged in time as the vibration displacement amount of the shaft core is adopted.
【0010】また、上記の検出方法において、軸表面の
1ケ所以上の点にマークを付け、軸表面と基準位置間の
最短距離を周期的に測定し、マークが基準位置を通過す
る時刻に基づいて軸表面の複数の点が基準位置を通過す
る時刻を求め、この時刻と上記測定値から軸表面の各点
と基準位置間の距離を求めることができる。Further, in the above detection method, marks are provided at one or more points on the shaft surface, the shortest distance between the shaft surface and the reference position is periodically measured, and based on the time when the mark passes the reference position. The time when a plurality of points on the shaft surface pass the reference position can be obtained, and the distance between each point on the shaft surface and the reference position can be obtained from this time and the measured value.
【0011】一方、この発明の回転軸の異常判定方法
は、上記の検出方法で求めた軸芯の振動変位量又はその
軸芯振動から求めた振動特性値と任意に設定した許容値
とを比較し、振動変位量又は振動特性値が許容値を越え
たとき異常と判定する方法としたのである。On the other hand, according to the method for determining abnormality of the rotating shaft of the present invention, the vibration displacement amount of the shaft core obtained by the above detection method or the vibration characteristic value obtained from the shaft core vibration is compared with an arbitrarily set allowable value. However, when the vibration displacement amount or the vibration characteristic value exceeds the allowable value, it is determined as an abnormality.
【0012】[0012]
【作用】軸芯が同じ位置に固定して回転していると仮定
すると、軸芯のずれや軸表面の凹凸のために軸表面の各
点は、軸芯を中心としてそれぞれ固有の円周上を回転す
る。この状態からいま、軸芯がある範囲内の振幅で振動
しているとすると、軸表面の各点は、上記円周の内外を
同じ振幅で振動しながら回転することになる。したがっ
て、上記円周に対する各点の変位量の偏差は、軸芯のず
れや軸表面の凹凸の影響を除去した軸芯の振動値にな
る。[Operation] Assuming that the shaft core is fixed and rotating at the same position, each point on the shaft surface will have its own circumference around the shaft center due to the displacement of the shaft core and the unevenness of the shaft surface. To rotate. From this state, if the shaft core is now vibrating with an amplitude within a certain range, each point on the shaft surface will rotate while vibrating with the same amplitude inside and outside the circumference. Therefore, the deviation of the displacement amount at each point with respect to the circumference becomes the vibration value of the shaft core with the effects of the shaft core displacement and the surface irregularities removed.
【0013】この発明の検出方法では、基準位置に対す
る軸表面の各点の変位量の平均距離を求めて、上記各点
固有の円周を求め、その平均距離に対する各点の変位量
の偏差を求めることにより、正確な軸芯の振動変位量を
算出する。According to the detection method of the present invention, the average distance of the displacements of the respective points on the surface of the shaft with respect to the reference position is calculated to obtain the circumference unique to the respective points, and the deviation of the displacements of the respective points from the average distance is calculated. By obtaining it, an accurate vibration displacement amount of the shaft center is calculated.
【0014】具体的には、軸の外部に設けた距離検出器
の検出位置を基準位置とし、一定時間の間、軸表面と基
準位置間の最短距離を周期的に測定し、その測定値と、
軸表面の複数の点が基準位置を通過する時刻とから上記
各点と基準位置間の距離を算出する。次に、この算出し
た距離から各点ごとの基準位置に対する平均距離を算出
して各点に固有な回転軌跡を求め、この軌跡からの各点
の偏差を各通過時刻ごとに算出して軸芯振動を検出す
る。Specifically, the detection position of a distance detector provided outside the shaft is used as a reference position, and the shortest distance between the shaft surface and the reference position is periodically measured for a certain period of time. ,
The distance between each of the points and the reference position is calculated from the time when a plurality of points on the shaft surface pass the reference position. Next, the average distance to the reference position for each point is calculated from this calculated distance to obtain the rotation locus unique to each point, and the deviation of each point from this locus is calculated for each passing time to determine the axis center. Detect vibration.
【0015】また、この発明の異常判定方法では、上記
のように検出された軸芯振動に基づいて判定を行なうの
で、回転軸の異常の判定を軸芯のずれや軸表面の凹凸に
影響されずに正確に行なうことができ、回転機械の異常
検知の精度を著しく向上させることができる。Further, according to the abnormality determining method of the present invention, since the determination is made based on the shaft center vibration detected as described above, the determination of the abnormality of the rotating shaft is influenced by the displacement of the shaft center and the unevenness of the shaft surface. Can be carried out accurately without any trouble, and the accuracy of abnormality detection of the rotating machine can be remarkably improved.
【0016】[0016]
【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図1は軸芯の振動を検出するための測定構
造を示しており、1は軸芯2を中心に回転する軸、3は
光センサ等の非接触タイプの距離測定器である。この距
離測定器3は軸1の表面近傍の定位置に配置され、距離
測定器3と軸1の表面との隙間の距離を測定し、信号と
して出力する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a measuring structure for detecting vibration of a shaft core. Reference numeral 1 is a shaft which rotates around a shaft core 2 and 3 is a non-contact type distance measuring device such as an optical sensor. The distance measuring device 3 is arranged at a fixed position near the surface of the shaft 1, measures the distance between the distance measuring device 3 and the surface of the shaft 1, and outputs it as a signal.
【0017】この距離測定器3の出力信号は、AD変換
器4に入力され、ディジタル信号に変換されてコンピュ
ータ等の演算装置5に入力される。また、演算装置5
は、距離測定器3の出力に基づき、軸芯振動の検出処理
を行なうように構成されている。The output signal of the distance measuring device 3 is input to the AD converter 4, converted into a digital signal, and input to the arithmetic unit 5 such as a computer. The arithmetic unit 5
Is configured to detect the shaft center vibration based on the output of the distance measuring device 3.
【0018】次に、上記の測定構造を用いて行なう軸芯
振動の検出手順について説明する。なお、距離を周期的
に測定した場合、一般的には、軸表面の複数の点が距離
測定器3の直下を通過する時刻と測定時刻にずれが生じ
るため、ここでは、軸の回転速度が一定である場合と、
回転速度が変化する場合とに分けて処理手順を説明す
る。Next, the procedure of detecting the shaft core vibration using the above-described measurement structure will be described. When the distance is measured cyclically, generally, there is a difference between the measurement time and the time when a plurality of points on the surface of the shaft pass directly below the distance measuring device 3. When it is constant,
The processing procedure will be described separately for the case where the rotation speed changes.
【0019】 (I) 軸の回転速度が一定である場合の処理手順 図2は、軸表面の1ケ所の点にマークとしてくぼみを付
け、このマークと軸芯2を直線で結び、この直線を基準
として角度θ=2π/Mごとに等角度で軸芯2を通る直
線を引き、軸表面にM個の点Pi(i=1、2、……、
M)を設定したものである。ここでP1をマーク点とす
る。(I) Processing procedure when the rotation speed of the shaft is constant In FIG. 2, one point on the surface of the shaft is provided with a depression as a mark, the mark and the shaft core 2 are connected by a straight line, and this straight line is connected. As a reference, a straight line passing through the shaft core 2 is drawn at an angle of θ = 2π / M at equal angles, and M points Pi (i = 1, 2, ...
M) is set. Here, P1 is a mark point.
【0020】軸の回転周期をTとした時、マーク点が距
離測定器3の直下を通過した時刻からT/Mの周期で距
離を測定すれば、回転速度が一定であり、かつ、M個の
点Piが角度θで等角度間隔であることから、必然的
に、各点Piが距離測定器3の直下を通過した時刻に距
離を測定することになる。Assuming that the rotation cycle of the shaft is T, if the distance is measured at a cycle of T / M from the time when the mark point passes directly below the distance measuring device 3, the rotation speed is constant and M Since the points Pi of 1 are equiangularly spaced at the angle θ, the distance is inevitably measured at the time when each point Pi passes directly under the distance measuring device 3.
【0021】図3は、点Piが距離測定器3の直下を通
過した時刻のj回転目の測定距離値をxij(j=1、
2、……、N)として、xijの時間変化を模式的に示
したものである。In FIG. 3, the measured distance value at the j-th rotation at the time when the point Pi passes directly below the distance measuring device 3 is xij (j = 1,
2, ..., N), the time change of xij is schematically shown.
【0022】図4(a)、(b)は、図3の距離値xi
jをそれぞれ線で結び、距離値の時間変化を見やすくし
たものである。また、図5は、軸芯が同じ位置に固定さ
れて回転している場合、点P1、P2がそれぞれ距離値
H1、H2なる円周上を回転する様子を模式的に示した
ものである。4A and 4B show the distance value xi of FIG.
Each j is connected by a line to make it easy to see the change over time in the distance value. Further, FIG. 5 schematically shows how the points P1 and P2 rotate on the circumference having distance values H1 and H2, respectively, when the axes are fixed at the same position and are rotating.
【0023】軸芯がこの位置を中心に振動している場合
には、図4(a)に示すように点P1の距離値x1j
(j=1、2、……、N)は、平均距離H1を中心に値
が変化することになる。同様に、図4(b)に示すよう
に点P2の距離値x2j(j=1、2、……、N)も、
平均距離H2を中心に値が変化する。When the shaft center is vibrating around this position, the distance value x1j of the point P1 as shown in FIG. 4 (a).
The value of (j = 1, 2, ..., N) changes around the average distance H1. Similarly, as shown in FIG. 4B, the distance value x2j (j = 1, 2, ..., N) of the point P2 also becomes
The value changes around the average distance H2.
【0024】ここで、M個の点Piのそれぞれの平均距
離Hiは、次の式(1)より得られる。Here, the average distance Hi of each of the M points Pi is obtained from the following equation (1).
【0025】[0025]
【数1】 (Equation 1)
【0026】図4(c)は、それぞれの平均距離Hiを
距離が零の位置となるように平行移動し、M個の各点ご
とにこの平均距離Hiからの距離値xijの偏差(xi
j−Hi)をグラフ上にプロットしたものである。In FIG. 4C, the respective average distances Hi are translated so that the distance becomes zero, and the deviation (xi) of the distance value xij from the average distance Hi is calculated for each of M points.
j-Hi) is plotted on a graph.
【0027】この偏差が、軸芯のずれ及び軸表面の凹凸
に起因する見かけの値を除去した軸芯振動値となる。This deviation becomes the shaft core vibration value from which the apparent value caused by the shaft core shift and the shaft surface unevenness is removed.
【0028】 (II) 軸の回転速度が変化する場合の処理手順 図6(a)は、図2と同様にM個の点Piを設定した軸
について、等時間間隔で距離を測定した時の測定時刻に
おける瞬間の状態を示したものである。この図に示され
るように、回転速度が変化し、かつ、測定周期が等時間
間隔である場合、距離測定器3は点Piと点Pi+1の
中間の点の距離を測定することになる。(II) Processing Procedure when Rotational Speed of Axis Changes FIG. 6A shows a case where distances are measured at equal time intervals with respect to an axis having M points Pi set, as in FIG. It shows the instantaneous state at the measurement time. As shown in this figure, when the rotation speed changes and the measurement cycles are at equal time intervals, the distance measuring device 3 measures the distance between the points Pi and Pi + 1.
【0029】したがって、各点Piが距離測定器3の直
下を通過する時刻、及びこの時刻における距離を算出す
る必要があり、以下にその算出の方法を述べる。Therefore, it is necessary to calculate the time when each point Pi passes directly under the distance measuring device 3 and the distance at this time. The calculation method will be described below.
【0030】(II-i) マーク点が距離測定器の直下を通
過する時刻の算出方法 図6(b)は、回転速度が変化し、かつ、測定周期が等
時間間隔である場合に測定した距離値の時間変化を模式
的に示したものである。ここで、軸表面のくぼみをマー
ク点としているので、測定距離値の極大点がマーク点に
対応すると考えてよい。そこで、測定時刻t1、t2、
t3における測定距離値をそれぞれx1、x2、x3と
し、マーク点が距離測定器3の直下を通過する時刻をT
1、この時刻における距離をXとして、放物線による内
挿法を用いて、測定値(t1、x1)、(t2、x
2)、(t3、x3)から(T1、X)を算出すること
を考える。(II-i) Method for calculating time when mark point passes directly under the distance measuring device. FIG. 6 (b) shows a case where the rotation speed changes and the measurement cycle is at equal time intervals. It is a diagram schematically showing the change over time of the distance value. Here, since the depression on the shaft surface is used as the mark point, it may be considered that the maximum point of the measured distance value corresponds to the mark point. Therefore, the measurement times t1, t2,
Let the measured distance values at t3 be x1, x2, and x3, respectively, and let T be the time at which the mark point passes directly below the distance measuring device 3.
1. Measured values (t1, x1), (t2, x using the parabolic interpolation method, where X is the distance at this time.
2) Consider that (T1, X) is calculated from (t3, x3).
【0031】図6(c)は、3点(t1、x1)、(t
2、x2)、(t3、x3)を通り極大点の座標が(T
1、X)である放物線を示したものであり、次の式
(2)が成り立つ。FIG. 6C shows three points (t1, x1), (t
2, x2), (t3, x3) and the coordinates of the maximum point are (T
1, X), and the following equation (2) is established.
【0032】[0032]
【数2】 (Equation 2)
【0033】式(2)を用いることにより、マーク点が
距離測定器3の直下を通過する時刻T1の近似値を算出
することができる。By using the equation (2), it is possible to calculate the approximate value of the time T1 when the mark point passes directly under the distance measuring device 3.
【0034】(II−ii) マーク点が距離測定器の直下
を通過してから次に通過するまでの1回転の間は軸の回
転速度が一定であると仮定した軸芯振動の算出方法 ここでは、1回転の間は回転速度が一定であると仮定し
て、M個の点Piがそれぞれ距離測定器3の直下を通過
する時刻及びこの時刻における距離を算出する方法を述
べる。(II-ii) A method of calculating the shaft core vibration assuming that the rotation speed of the shaft is constant during one rotation from when the mark point passes immediately below the distance measuring device to when the mark point passes next. Then, assuming that the rotation speed is constant during one rotation, the time when each of the M points Pi passes directly under the distance measuring device 3 and the method for calculating the distance at this time will be described.
【0035】図7(a)は、回転速度f(t)が時間と
ともに連続的に変化する様子を模式的に示したものであ
る。この図において、(II-i)で算出したマーク点の通
過時刻をT1、T2、T3としたとき、回転周期はそれ
ぞれ(T2−T1)、(T3−T2)となり、1回転ご
とに回転周期が変化する様子が示されている。FIG. 7 (a) schematically shows how the rotational speed f (t) continuously changes with time. In this figure, when the passing times of the mark points calculated in (II-i) are T1, T2, and T3, the rotation cycles are (T2-T1) and (T3-T2), respectively. Is shown to change.
【0036】ここで、時間とともに変化する回転速度f
(t)の区間〔T1、T2〕における平均回転速度を直
線ABで表わし、区間〔T1、T2〕の1回転の間は回
転速度が一定であると仮定し、回転速度f(t)を直線
ABで近似することを考える。Here, the rotational speed f that changes with time
The average rotation speed in the section [T1, T2] of (t) is represented by a straight line AB, and it is assumed that the rotation speed is constant during one rotation of the section [T1, T2]. Consider approximation with AB.
【0037】△t1=(T2−T1)/Mとすると、こ
の仮定により、(e+1)、(e+2)番目の点
Pe+1 、Pe+2 が距離測定器3の直下を通過する時刻は
それぞれ(T1+e△t1)、(T1+(e+1)△t
1)となる。Assuming that Δt1 = (T2−T1) / M, the time at which the (e + 1) th and (e + 2) th points P e + 1 and P e + 2 pass immediately below the distance measuring device 3 based on this assumption. Are (T1 + eΔt1) and (T1 + (e + 1) Δt, respectively.
1).
【0038】図7(b)は、等時間間隔の測定時刻tk
−1、tk、tk+1におけるそれぞれの測定距離値x
k−1、xk、xk+1に基づいて、直線による内挿法
を用いて、時刻(T1+e△t1)および(T1+(e
+1)△t1)における距離値x’e 、x’e+1 を算出
する方法を示している。したがって、距離値x’e 、
x’e+1 は次の式(3)によって算出できる。FIG. 7B shows measurement times tk at equal time intervals.
Measured distance values x at -1, tk, and tk + 1
Based on k-1, xk, xk + 1, the time (T1 + eΔt1) and (T1 + (e
+1) A method of calculating the distance values x ′ e and x ′ e + 1 in Δt1) is shown. Therefore, the distance value x ′ e ,
x'e + 1 can be calculated by the following equation (3).
【0039】[0039]
【数3】 (Equation 3)
【0040】このようにして、M個の点Piがそれぞれ
距離測定器3の直下を通過する時刻及びこの時刻におけ
る距離を算出した後、前記(I)と同様の手順に従い、
これらの各点ごとに平均距離及びこの平均距離からの距
離の偏差を算出し、軸芯のずれ及び軸表面の凹凸に起因
する見かけの値を除去した軸芯振動値を得る。In this way, the time at which each of the M points Pi passes directly below the distance measuring device 3 and the distance at this time are calculated, and then the procedure similar to (I) is followed.
The average distance and the deviation of the distance from this average distance are calculated for each of these points, and the shaft core vibration value is obtained by removing the apparent values caused by the shaft core shift and the shaft surface irregularities.
【0041】しかしながら、このようにして算出された
軸芯振動値は、図7(a)及び(c)に示すように区間
〔T1、T2〕では△t1=(T2−T1)/Mの時間
間隔で、区間〔T2、T3〕では△t2=(T3−T
2)/Mの時間間隔で値が得られるため、この軸芯振動
値を周波数分析する際には具合が悪い。したがって、等
時間間隔の軸芯振動値を算出する必要がある。However, as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (c), the shaft core vibration value calculated in this way is Δt1 = (T2-T1) / M in the interval [T1, T2]. In the interval [T2, T3], Δt2 = (T3-T
2) / M, since values are obtained at time intervals, it is unsatisfactory when performing frequency analysis on this axial vibration value. Therefore, it is necessary to calculate the axial vibration values at equal time intervals.
【0042】図7(b)に、時刻(T1+e△t1)お
よび(T1+(e+1)△t1)における軸芯振動値
y’e 、y’e+1 に基づいて、直線による内挿法を用い
て、測定時刻tkにおける軸芯振動値y''kを算出する
方法を示す。したがって、軸芯振動値y''kは次の式
(4)によって算出できる。[0042] in FIG. 7 (b), the time (T1 + e △ t1) and the axis vibration value at (T1 + (e + 1) △ t1) y 'e, y' on the basis of e + 1, using the interpolation method with a linear Then, a method of calculating the axial vibration value y ″ k at the measurement time tk will be described. Therefore, the axial vibration value y ″ k can be calculated by the following equation (4).
【0043】[0043]
【数4】 (Equation 4)
【0044】このようにして、等時間間隔の測定時刻t
kにおける軸芯振動値を得る。In this way, the measurement times t at equal time intervals
Obtain the axial vibration value at k.
【0045】この算出方法は、回転速度の変化が小さい
場合に適した方法であり、少ない計算量で高精度の結果
が得られる。This calculation method is suitable when the change in the rotation speed is small, and a highly accurate result can be obtained with a small amount of calculation.
【0046】(II-iii) マーク点が距離測定器の直下
を通過してから次に通過するまでの1回転の間は軸の回
転速度が等加速すると仮定した軸芯振動の算出方法 ここでは、1回転の間は回転速度が等加速すると仮定し
て、M個の点Piがそれぞれ距離測定器3の直下を通過
する時刻及びこの時刻における距離を算出する方法を述
べる。(II-iii) A method of calculating the shaft center vibration on the assumption that the rotation speed of the shaft is uniformly accelerated during one rotation from when the mark point passes immediately below the distance measuring device to when the mark point passes next. Assuming that the rotation speed is uniformly accelerated during one rotation, a time when each of the M points Pi passes directly under the distance measuring device 3 and a method for calculating the distance at this time will be described.
【0047】図8(a)は、回転速度f(t)が時間と
ともに連続的に変化する様子を模式的に示したものであ
る。この図において、(II-i)で算出したマーク点の通
過時刻をT1、T2、T3としたとき、回転周期はそれ
ぞれ(T2−T1)、(T3−T2)となり、1回転ご
とに回転周期が変化する様子が示されている。FIG. 8A schematically shows how the rotation speed f (t) continuously changes with time. In this figure, when the passing times of the mark points calculated in (II-i) are T1, T2, and T3, the rotation cycles are (T2-T1) and (T3-T2), respectively. Is shown to change.
【0048】ここで、時間とともに変化する回転速度f
(t)の区間〔T1、T2〕及び区間〔T2、T3〕に
おける平均回転速度をそれぞれ直線AB、直線CDで表
わし、点Bと点Cの中点をGとする。同様に、区間〔T
1、T2〕の前の区間における平均回転速度から点Eを
求め、点Aと点Eの中点をFとし、直線FGを得る。Here, the rotational speed f which changes with time
The average rotational speeds in the sections [T1, T2] and the sections [T2, T3] of (t) are represented by straight lines AB and CD, respectively, and the midpoint between points B and C is G. Similarly, the section [T
1, T2], the point E is obtained from the average rotation speed in the section before, and the midpoint between the points A and E is F, and a straight line FG is obtained.
【0049】図8(b)は、図8(a)で得た直線FG
に基づいて、M個の点Piがそれぞれ距離測定器3の直
下を通過する時刻を算出する方法を示している。この図
において、直線HJは直線ABの中点Iを通り直線FG
と同じ傾きをもつ直線である。ここで、区間〔T1、T
2〕の1回転の間は回転速度が等加速すると仮定して回
転速度f(t)を直線HJで近似することを考える。FIG. 8B shows the straight line FG obtained in FIG.
The method of calculating the time at which each of the M points Pi passes immediately below the distance measuring device 3 based on In this figure, the straight line HJ passes through the midpoint I of the straight line AB and the straight line FG.
It is a straight line with the same slope as. Here, the section [T1, T
It is considered that the rotation speed f (t) is approximated by a straight line HJ on the assumption that the rotation speed is uniformly accelerated during one rotation of [2].
【0050】M個の点Piは角度θごとに等角度で軸表
面に設定されたものであるので、台形HKML、台形L
MON、台形NOQPのそれぞれの面積S1、S2、S
3はすべて等しく、かつ、台形HKRJの面積SのM分
の1に等しい。すなわち、次の式(5)が成り立つ。Since the M points Pi are set on the surface of the shaft at equal angles for each angle θ, trapezoid HKML and trapezoid L
Area S1, S2, S of MON and trapezoidal NOQP
3 are all equal and equal to 1 / M of the area S of the trapezoid HKRJ. That is, the following expression (5) is established.
【0051】[0051]
【数5】 (Equation 5)
【0052】この式(5)の条件より、(e+1)番目
の点Pe+1 が距離測定器3の直下を通過する時刻をT1
+t(e)、直線HK及び直線JRの長さをそれぞれf
1、f2とすると、次の式(6)が得られる。From the condition of this equation (5), the time when the (e + 1) th point P e + 1 passes directly below the distance measuring device 3 is T1.
+ T (e), the lengths of the straight line HK and the straight line JR are f
Assuming 1 and f2, the following equation (6) is obtained.
【0053】[0053]
【数6】 (Equation 6)
【0054】したがって、(e+1)番目の点Pe+1 が
距離測定器3の直下を通過する時刻は式(6)によって
算出できる。Therefore, the time when the (e + 1) th point P e + 1 passes directly below the distance measuring device 3 can be calculated by the equation (6).
【0055】次に、(II−ii)と同様に、等時間間隔の
測定時刻におけるそれぞれの測定距離値に基づいて、直
線による内挿法を用いて、M個の点Piがそれぞれ距離
測定器3の直下を通過する時刻における距離を算出した
後、これらの各点ごとに平均距離及びこの平均距離から
の距離の偏差を算出する。これにより、軸芯のずれ及び
軸表面の凹凸に起因する見かけの値を除去した軸芯振動
値を得る。Next, in the same manner as (II-ii), the M points Pi are respectively measured by the linear interpolation method on the basis of the measured distance values at the measurement times of equal time intervals. After calculating the distance at the time of passing immediately under 3, the average distance and the deviation of the distance from the average distance are calculated for each of these points. As a result, the shaft core vibration value is obtained by removing the apparent value caused by the shaft core shift and the shaft surface unevenness.
【0056】また、(II−ii)と同様に、M個の点Pi
がそれぞれ距離測定器3の直下を通過する時刻における
軸芯振動値に基づいて、直線による内挿法を用いて、等
時間間隔の測定時刻tkにおける軸芯振動値を得ること
ができる。Further, as in (II-ii), M points Pi
Can be obtained by using the linear interpolation method based on the axial vibration values at the time when each passes just below the distance measuring device 3, respectively.
【0057】この算出方法は、回転速度の変化が大きい
場合に適した方法であり、計算量がやや多いが高精度の
結果を得ることができる。This calculation method is suitable when the change of the rotation speed is large, and the calculation amount is a little large, but a highly accurate result can be obtained.
【0058】以上で軸芯振動の検出方法を述べたが、次
にこれらの方法を用いて、水車と発電機とを接続する回
転軸の軸芯振動を検出する一例を示す。The methods of detecting the shaft center vibration have been described above. Next, an example of detecting the shaft center vibration of the rotating shaft connecting the water turbine and the generator by using these methods will be shown.
【0059】図9に、上記回転軸の軸芯振動を検出する
ための測定ブロック図を示す。この図において、軸芯2
を中心に回転する軸1の表面近傍の2箇所に距離測定器
3X、3Yを配置し、X方向及びY方向の2方向につい
て、それぞれ距離測定器3X、3Yと軸1の表面との隙
間の距離を測定する。距離測定器3X、3Yの出力信号
は、それぞれAD変換器4X、4Yに入力され、AD変
換器4Xと4Yは、この信号を同時刻に、かつ周期的に
ディジタル信号に変換し、演算装置5’に入力する。こ
の演算装置5’においては、距離測定器3X、3Yの出
力に基づき、軸芯振動の検出処理を行なう。FIG. 9 shows a measurement block diagram for detecting the shaft center vibration of the rotating shaft. In this figure, the shaft core 2
The distance measuring devices 3X and 3Y are arranged at two locations near the surface of the shaft 1 that rotates around the center of the axis 1 and the gaps between the distance measuring devices 3X and 3Y and the surface of the shaft 1 are set in two directions, the X direction and the Y direction, respectively. Measure the distance. The output signals of the distance measuring devices 3X and 3Y are input to AD converters 4X and 4Y, respectively, and the AD converters 4X and 4Y convert these signals into digital signals at the same time and periodically, and the arithmetic unit 5 Enter in '. In this arithmetic unit 5 ', the axial core vibration is detected based on the outputs of the distance measuring devices 3X and 3Y.
【0060】図10は、水車と発電機とを接続する回転
軸について、図9の測定方法により得たX方向及びY方
向の測定距離値の時間変化のグラフである。この図によ
ると、測定距離値をそのまま軸芯振動値とした場合に
は、軸芯のずれや軸表面の凹凸に起因した見かけの軸芯
振動が現われている。特に、図中の矢印は、軸表面上の
深いくぼみ(きず)によって測定距離値の波形に鋭いピ
ークが現われたものである。FIG. 10 is a graph showing the change over time in the measured distance values in the X and Y directions obtained by the measuring method of FIG. 9 for the rotating shaft connecting the water turbine and the generator. According to this figure, when the measured distance value is used as the shaft core vibration value as it is, an apparent shaft core vibration due to the displacement of the shaft core and the unevenness of the shaft surface appears. In particular, the arrow in the figure indicates that a sharp peak appears in the waveform of the measured distance value due to a deep depression (scratch) on the surface of the shaft.
【0061】図11は、図10の矢印で示す軸表面のく
ぼみをマーク点とし、(II-i)及び(II-iii)の方法を
用いて、図10に示す測定距離値に基づきX方向とY方
向それぞれ別々に算出処理を行なって得た軸芯振動の時
間波形である。この図によれば、図10の矢印の波形は
消えており、軸芯のずれ及び軸表面の凹凸に起因する見
かけの値を除去した軸芯振動の時間波形が得られてい
る。FIG. 11 shows the indentation on the surface of the shaft indicated by the arrow in FIG. 10 as the mark point, and the method of (II-i) and (II-iii) is used, based on the measured distance value shown in FIG. And the Y-direction are the time waveforms of the axis-core vibration obtained by performing the calculation processing separately. According to this figure, the waveform of the arrow in FIG. 10 disappears, and the time waveform of the shaft center vibration in which the apparent value caused by the shaft center shift and the shaft surface irregularity is removed is obtained.
【0062】また、図12は、図11に示したX方向及
びY方向の軸芯振動の時間波形に基づき作図した軸芯振
動リサージュのグラフである。Further, FIG. 12 is a graph of a shaft core vibration Lissajous figure drawn based on the time waveforms of the shaft core vibrations in the X and Y directions shown in FIG.
【0063】なお、前記の実施例は、1つのマーク点が
1つの距離測定器の直下を通過してから次に通過するま
での1回転の間は軸の回転速度が一定である、または、
等加速すると仮定して軸芯振動を算出したものであった
が、複数のマーク点を用いて時々刻々の回転速度を算出
し、M個の点Piがそれぞれ距離測定器の直下を通過す
る時刻及びこの時刻における距離を算出してもよい。In the above embodiment, the rotation speed of the shaft is constant during one rotation from the time when one mark point passes directly below one distance measuring device to the time when it passes next, or
The axial center vibration was calculated on the assumption that the acceleration is uniform, but the rotation speed is calculated every moment using a plurality of mark points, and the time at which each of the M points Pi passes directly under the distance measuring device. Alternatively, the distance at this time may be calculated.
【0064】また、軸表面のM個の点Piのそれぞれに
光の反射器を設け、光の反射を検出した時刻に距離を測
定すれば、点Piがそれぞれ距離測定器の直下を通過す
る時刻及びこの時刻における距離算出にともなう誤差が
なくなるため、回転速度の変化が大きい場合でも軸芯振
動の検出をより高精度に行なうことができる。If a light reflector is provided at each of the M points Pi on the surface of the shaft and the distance is measured at the time when the light reflection is detected, the time at which each point Pi passes directly under the distance measuring device. Further, since the error due to the distance calculation at this time is eliminated, the shaft center vibration can be detected with higher accuracy even when the change in the rotation speed is large.
【0065】[0065]
【効果】以上のように、この発明の軸芯の振動検出方法
では、軸表面と基準位置間の距離から基準位置に対する
軸表面の各点ごとの平均距離を求め、その各点に固有の
回転軌跡に基づいて軸芯の振動変位量を算出するので、
軸芯のずれや軸表面の凹凸に起因した見かけの軸芯振動
を除去することができ、正確な軸芯の振動値を得ること
ができる。As described above, in the shaft core vibration detecting method of the present invention, the average distance for each point on the shaft surface with respect to the reference position is obtained from the distance between the shaft surface and the reference position, and the rotation unique to each point is obtained. Since the vibration displacement amount of the shaft core is calculated based on the locus,
Apparent vibration of the shaft core due to the displacement of the shaft core or the unevenness of the shaft surface can be removed, and an accurate vibration value of the shaft core can be obtained.
【0066】また、この発明の回転軸の異常判定方法で
は、正確な軸芯の振動値に基づいて異常の判定を行なう
ので、判定の基準が信頼性の高いものとなり、回転機械
の異常検知の精度を著しく向上できる利点がある。Further, in the method for determining abnormality of the rotating shaft according to the present invention, since the abnormality is determined based on the accurate vibration value of the shaft core, the criterion for determination becomes highly reliable, and the abnormality of the rotating machine can be detected. There is an advantage that the accuracy can be remarkably improved.
【図1】実施例の振動測定構造を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a vibration measuring structure according to an embodiment.
【図2】実施例の検出方法を示す図FIG. 2 is a diagram showing a detection method according to an embodiment.
【図3】測定距離値を示す図表[Fig. 3] Chart showing measured distance values
【図4】(a)(b)はそれぞれ距離値の変化を示す図
表、(c)は平均距離からの偏差を示す図表4A and 4B are charts showing changes in distance value, and FIG. 4C is a chart showing deviation from an average distance.
【図5】マーク点の回転軌跡を示す図FIG. 5 is a diagram showing a rotation locus of mark points.
【図6】(a)は検出方法を示す図、(b)(c)はマ
ーク点が距離測定器の直下を通過する時刻の算出方法を
示す図6A is a diagram showing a detection method, and FIGS. 6B and 6C are diagrams showing a method of calculating the time when a mark point passes directly under a distance measuring device.
【図7】(a)(b)(c)は軸芯振動の算出方法の一
例を示す図7 (a), (b) and (c) are diagrams showing an example of a method of calculating a shaft center vibration.
【図8】(a)(b)は軸芯振動の算出方法の他の例を
示す図8A and 8B are views showing another example of a method of calculating shaft core vibration.
【図9】X方向とY方向の軸芯振動を検出する測定構造
を示すブロック図FIG. 9 is a block diagram showing a measurement structure for detecting axial core vibrations in X and Y directions.
【図10】(a)(b)は水車と発電機とを接続する回
転軸の測定距離値の時間的変化を示す図表10 (a) and 10 (b) are charts showing changes with time of measured distance values of a rotating shaft connecting a water turbine and a generator.
【図11】(a)(b)は同上の回転軸の軸芯振動の時
間波形を示す図表11 (a) and 11 (b) are charts showing time waveforms of axial vibration of the rotary shaft of the same.
【図12】同上の回転軸の軸芯振動リサージュの図表FIG. 12 is a diagram of a shaft vibration Lissajous of the above rotary shaft.
【図13】(a)は軸芯のずれ、(b)(c)(d)は
それぞれ軸表面の凹凸に起因する見かけの軸芯振動波形
を示す図表FIG. 13A is a diagram showing an apparent shaft core vibration waveform caused by deviation of the shaft center, and FIGS. 13B, 13C and 13D, respectively, showing apparent shaft center vibration waveforms.
1 軸 2 軸芯 3、3X、3Y 距離測定器 4、4X、4Y AD変換器 5、5’ 演算装置 1 axis 2 axis core 3, 3X, 3Y distance measuring device 4, 4X, 4Y AD converter 5, 5'calculator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白井 文夫 香川県三豊郡高瀬町大字上高瀬2002番地 2 (72)発明者 兵頭 文夫 香川県高松市上之町2丁目12の26 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Fumio Shirai, Kamitakase 2002, Takase-cho, Mitoyo-gun, Kagawa Prefecture 2 (72) Inventor Fumio Hyodo 2--12, Ueno-cho, Takamatsu-shi, Kagawa Prefecture
Claims (3)
準位置との間の距離を時間を追って測定し、この測定値
より同一点の複数回転にわたる測定値を上記各点ごとに
平均して平均距離を求め、同一点の複数回転にわたる測
定値の上記平均距離に対する偏差を求め、時間を追って
並べた上記偏差の値を軸芯の振動変位量とする軸芯の振
動検出方法。1. The distance between a plurality of points on the surface of a rotating shaft and a reference position outside the shaft is measured over time, and the measured value is obtained.
The measurements for each of the respective points over a longer multiple rotation of the same point
Average the average distance and measure it over multiple rotations of the same point.
Calculate the deviation of the fixed value from the average distance , and follow the time
A method for detecting vibration of a shaft, wherein the values of the above-mentioned deviations arranged are used as the amount of vibration displacement of the shaft.
け、軸表面と基準位置間の最短距離を周期的に測定し、
マークが基準位置を通過する時刻に基づいて軸表面の複
数の点が基準位置を通過する時刻を求め、この時刻と上
記測定値から軸表面の各点と基準位置間の距離を求める
請求項1に記載の軸芯の振動検出方法。2. Marking at one or more points on the shaft surface, periodically measuring the shortest distance between the shaft surface and the reference position,
The time when a plurality of points on the shaft surface pass the reference position is obtained based on the time when the mark passes the reference position, and the distance between each point on the shaft surface and the reference position is obtained from this time and the measured value. A method for detecting vibration of a shaft core according to.
求めた軸芯の振動変位量又はその軸芯振動から求めた振
動特性値と任意に設定した許容値とを比較し、振動変位
量又は振動特性値が許容値を越えたとき異常と判定する
回転軸の異常判定方法。3. A vibration displacement obtained by comparing the vibration displacement amount of the shaft core obtained by the detection method according to claim 1 or 2 or the vibration characteristic value obtained from the shaft core vibration with an arbitrarily set allowable value. Abnormality determination method for rotating axis that determines abnormality when the quantity or vibration characteristic value exceeds the allowable value.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21307993A JP2672773B2 (en) | 1993-08-27 | 1993-08-27 | Shaft core vibration detection method and rotating shaft abnormality determination method using vibration of the shaft core |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0763604A JPH0763604A (en) | 1995-03-10 |
JP2672773B2 true JP2672773B2 (en) | 1997-11-05 |
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