JP3038382B1 - 回転動翼振動計測装置 - Google Patents
回転動翼振動計測装置Info
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- JP3038382B1 JP3038382B1 JP11130932A JP13093299A JP3038382B1 JP 3038382 B1 JP3038382 B1 JP 3038382B1 JP 11130932 A JP11130932 A JP 11130932A JP 13093299 A JP13093299 A JP 13093299A JP 3038382 B1 JP3038382 B1 JP 3038382B1
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Abstract
【要約】
【課題】 本発明は、基準点αと基準点検出器Ｐの設置
を必要としないものであって、かつ動翼に正規位置から
の変位がないものとした回転機械の状態での動翼検出時
間計測を予め実施しておく必要のない、通常運転におけ
る１回の計測で動翼振動がより簡単に求められると共
に、測定精度が高く、経済性、取扱性に優れた回転動翼
振動計測装置を提供しようというものである。 【解決手段】 本発明は、回転機械における回転する動
翼は正規分布状に静止位置から振動しているという知見
に基づき、複数個の動翼先端検出器を動翼の回転周囲に
配設し、該動翼先端検出器が検出する一連の検出信号の
タイミング時間を総合的に統計処理することによって、
動翼に正規位置からの変位がない回転機械の状態におけ
る動翼通過時間計測値を演算によって直接求める点に特
徴を有し、更にその値と計測時点における実際の各動翼
通過時間計測値との差から該動翼の振動を算出するよう
にしたものである。
を必要としないものであって、かつ動翼に正規位置から
の変位がないものとした回転機械の状態での動翼検出時
間計測を予め実施しておく必要のない、通常運転におけ
る１回の計測で動翼振動がより簡単に求められると共
に、測定精度が高く、経済性、取扱性に優れた回転動翼
振動計測装置を提供しようというものである。 【解決手段】 本発明は、回転機械における回転する動
翼は正規分布状に静止位置から振動しているという知見
に基づき、複数個の動翼先端検出器を動翼の回転周囲に
配設し、該動翼先端検出器が検出する一連の検出信号の
タイミング時間を総合的に統計処理することによって、
動翼に正規位置からの変位がない回転機械の状態におけ
る動翼通過時間計測値を演算によって直接求める点に特
徴を有し、更にその値と計測時点における実際の各動翼
通過時間計測値との差から該動翼の振動を算出するよう
にしたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、回転体の回転動
翼の振動を、非接触に計測する技術に関するものであ
る。
翼の振動を、非接触に計測する技術に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ガスターピン、圧縮機などの回
転機械では、その内部で回転している動翼は、その機械
的特性と機械内部を流れる流体の影響を受けて常に振動
しながら回転しており、その機械的特性や運転条件によ
っては振動が増大し、損傷や破壊に至り、極めて重大な
事故を起こす可能性があるため、回転中の動翼振動を計
測し監視する必要がある。従来回転動翼振動を計測する
には、ひずみゲージを被測定動翼に貼付し、その出力を
スリップリングやテレメータ手段などで機械外部に引き
出し、その電気抵抗変化を測定することを行ってきた
が、基本的にひずみゲージを既設の機械の被測定動翼に
貼付する作業が難しく、またひずみゲージ自体の耐高温
性、耐遠心力、耐腐食性などの問題がある。さらにその
出力を外部に引き出すスリップリングでは耐ノイズ性、
寿命、冷却など、またテレメータ手段では送信機の回転
体への装着、受信機の回転体内部への設置など、回転体
内部に多くの工作、施工が必要となり、簡単に準備を行
うことができないため計測の実行は難しく、基本的に限
られた回転動翼について短時間計測することが限度であ
る。
転機械では、その内部で回転している動翼は、その機械
的特性と機械内部を流れる流体の影響を受けて常に振動
しながら回転しており、その機械的特性や運転条件によ
っては振動が増大し、損傷や破壊に至り、極めて重大な
事故を起こす可能性があるため、回転中の動翼振動を計
測し監視する必要がある。従来回転動翼振動を計測する
には、ひずみゲージを被測定動翼に貼付し、その出力を
スリップリングやテレメータ手段などで機械外部に引き
出し、その電気抵抗変化を測定することを行ってきた
が、基本的にひずみゲージを既設の機械の被測定動翼に
貼付する作業が難しく、またひずみゲージ自体の耐高温
性、耐遠心力、耐腐食性などの問題がある。さらにその
出力を外部に引き出すスリップリングでは耐ノイズ性、
寿命、冷却など、またテレメータ手段では送信機の回転
体への装着、受信機の回転体内部への設置など、回転体
内部に多くの工作、施工が必要となり、簡単に準備を行
うことができないため計測の実行は難しく、基本的に限
られた回転動翼について短時間計測することが限度であ
る。
【０００３】また本出願人の先の出願に係る特公平1−5
6694号「回転翼振動計測装置」では、図１に示すよう
に、回転体２に設けた基準点αの通過を検出する基準点
検出器Ｐと、動翼先端検出器Ｓによって、動翼４が正規
位置から変位していないものとしてあらかじめ求めた、
基準点検出器Ｐがαの通過を検出してから動翼先端検出
器Ｓが動翼通過を検出するまでの時間と、計測を目的と
する回転時における基準点検出器Ｐがαの通過を検出し
てから、動翼先端検出器Ｓが振動を伴っている動翼の通
過を検出するまでの時間とを比較する手段によって動翼
の変位を求めた後、この変位量から動翼の振動を求める
方法Ａと、動翼先端検出器Ｓを複数個用いて、動翼が正
規位置からの変位がないものとしてあらかじめ求めた、
１個の動翼先端検出器で動翼通過を検出してから相隣る
動翼先端検出器で同じ動翼の通過を検出されるまでの時
間と、計測を目的とする回転時において１個の動翼先端
検出器で振動を伴っている動翼の通過を検出してから相
隣る動翼先端検出器で同じ動翼の通過を検出されるまで
の時間を比較する手段によって動翼の変位を求めた後、
この変位量から動翼の振動を求める方法Ｂを開示してい
る。しかしながらこの動翼振動計測装置及びこれを使っ
た計測手段には次のような欠点があった。 （１）Ａの計測装置では基準点αとこれを非接触に検出
する基準点検出器Ｐが必要であるが、基準点αの工作が
必要なこと及び基準点検出器は一般に回転機械内部に設
置するため施工は簡単ではない。 （２）Ａの計測手段では、動翼に正規位置からの変位が
ないものとして、基準点が基準点検出器Ｐで検出された
時間から、動翼先端検出器Ｓが動翼を検出するまでの時
間をあらかじめ求めておく必要があり、この時間値がこ
の計測法の測定精度に影響を及ぼす。しかし正規位置か
ら変位がない回転機械の状態を規定する基準が曖昧であ
るため、この時間を正確に計測することは簡単でなく、
実質的に異なった回転機械の運転状態で少なくとも２回
の計測が必要である。 （３）Ｂの計測手段は基準点検出器を必要としないが、
（２）と同様に正規位置からの変位がないものとしてあ
らかじめ求めた相隣なる他の動翼先端検出器Ｓが検出し
た時間間隔値を必要とするため、（２）と同様な問題が
ある。
6694号「回転翼振動計測装置」では、図１に示すよう
に、回転体２に設けた基準点αの通過を検出する基準点
検出器Ｐと、動翼先端検出器Ｓによって、動翼４が正規
位置から変位していないものとしてあらかじめ求めた、
基準点検出器Ｐがαの通過を検出してから動翼先端検出
器Ｓが動翼通過を検出するまでの時間と、計測を目的と
する回転時における基準点検出器Ｐがαの通過を検出し
てから、動翼先端検出器Ｓが振動を伴っている動翼の通
過を検出するまでの時間とを比較する手段によって動翼
の変位を求めた後、この変位量から動翼の振動を求める
方法Ａと、動翼先端検出器Ｓを複数個用いて、動翼が正
規位置からの変位がないものとしてあらかじめ求めた、
１個の動翼先端検出器で動翼通過を検出してから相隣る
動翼先端検出器で同じ動翼の通過を検出されるまでの時
間と、計測を目的とする回転時において１個の動翼先端
検出器で振動を伴っている動翼の通過を検出してから相
隣る動翼先端検出器で同じ動翼の通過を検出されるまで
の時間を比較する手段によって動翼の変位を求めた後、
この変位量から動翼の振動を求める方法Ｂを開示してい
る。しかしながらこの動翼振動計測装置及びこれを使っ
た計測手段には次のような欠点があった。 （１）Ａの計測装置では基準点αとこれを非接触に検出
する基準点検出器Ｐが必要であるが、基準点αの工作が
必要なこと及び基準点検出器は一般に回転機械内部に設
置するため施工は簡単ではない。 （２）Ａの計測手段では、動翼に正規位置からの変位が
ないものとして、基準点が基準点検出器Ｐで検出された
時間から、動翼先端検出器Ｓが動翼を検出するまでの時
間をあらかじめ求めておく必要があり、この時間値がこ
の計測法の測定精度に影響を及ぼす。しかし正規位置か
ら変位がない回転機械の状態を規定する基準が曖昧であ
るため、この時間を正確に計測することは簡単でなく、
実質的に異なった回転機械の運転状態で少なくとも２回
の計測が必要である。 （３）Ｂの計測手段は基準点検出器を必要としないが、
（２）と同様に正規位置からの変位がないものとしてあ
らかじめ求めた相隣なる他の動翼先端検出器Ｓが検出し
た時間間隔値を必要とするため、（２）と同様な問題が
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の問題に
鑑みて提案されたもので、基準点αと基準点検出器Ｐの
設置を必要としないものであって、かつ動翼に正規位置
からの変位がないものとした回転機械の状態での動翼検
出時間計測を予め実施しておく必要のない、通常運転に
おける１回の計測で動翼振動がより簡単に求められると
共に、測定精度が高く、経済性、取扱性に優れた回転動
翼振動計測装置を提供しようというものである。
鑑みて提案されたもので、基準点αと基準点検出器Ｐの
設置を必要としないものであって、かつ動翼に正規位置
からの変位がないものとした回転機械の状態での動翼検
出時間計測を予め実施しておく必要のない、通常運転に
おける１回の計測で動翼振動がより簡単に求められると
共に、測定精度が高く、経済性、取扱性に優れた回転動
翼振動計測装置を提供しようというものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる動翼振
動計測装置における計測手段は、動翼振動の物理的状態
を計測した経験則に基づくもので、回転機械における回
転する動翼は、図２に示すように正規分布状に静止位置
から振動していることが経験的に判明した知見に基づ
き、複数個の動翼先端検出器を動翼の回転周囲に配設
し、該動翼先端検出器が検出する一連の検出信号のタイ
ミング時間を総合的に統計処理することによって、動翼
に正規位置からの変位がない回転機械の状態における動
翼通過時間計測値を演算によって直接求める点に特徴を
有し、更にその値と計測時点における実際の各動翼通過
時間計測値との差から該動翼の振動を算出するようにし
たものである。
動計測装置における計測手段は、動翼振動の物理的状態
を計測した経験則に基づくもので、回転機械における回
転する動翼は、図２に示すように正規分布状に静止位置
から振動していることが経験的に判明した知見に基づ
き、複数個の動翼先端検出器を動翼の回転周囲に配設
し、該動翼先端検出器が検出する一連の検出信号のタイ
ミング時間を総合的に統計処理することによって、動翼
に正規位置からの変位がない回転機械の状態における動
翼通過時間計測値を演算によって直接求める点に特徴を
有し、更にその値と計測時点における実際の各動翼通過
時間計測値との差から該動翼の振動を算出するようにし
たものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明は図３に示すように回転機
械１の動翼の通過を検出する複数個の動翼先端検出器Ｓ
を、回転する動翼Ｂに対向する如く回転周囲に固定的に
配設し、各動翼の通過を複数個の動翼先端検出器Ｓが検
出してその時点までのクロックパルスをカウンタ等で計
測し記憶手段Ｍに蓄積する。ところで、複数個の動翼先
端検出器Ｓは回転周囲に固定的に配設されるので、それ
らの検出器は特定された動翼の通過を位置関係に応じた
時間的ずれを伴って順次検出することになる。すなわち
一つの動翼先端検出器の検出する動翼検出信号列と他の
動翼先端検出器の検出する動翼検出信号列とは、回転速
度が等速であればこれらの動翼先端検出器の位置関係に
基づく位相差を有する相関関係をもつことになる。ま
た、回転中の動翼には回転運動の他に振動が重畳される
ことになるが、この振動する動翼先端部の位置は振動し
ていない本来の位置（基準位置）に対して図２に示すよ
うに正規分布を示すことが実験的に分かった。
械１の動翼の通過を検出する複数個の動翼先端検出器Ｓ
を、回転する動翼Ｂに対向する如く回転周囲に固定的に
配設し、各動翼の通過を複数個の動翼先端検出器Ｓが検
出してその時点までのクロックパルスをカウンタ等で計
測し記憶手段Ｍに蓄積する。ところで、複数個の動翼先
端検出器Ｓは回転周囲に固定的に配設されるので、それ
らの検出器は特定された動翼の通過を位置関係に応じた
時間的ずれを伴って順次検出することになる。すなわち
一つの動翼先端検出器の検出する動翼検出信号列と他の
動翼先端検出器の検出する動翼検出信号列とは、回転速
度が等速であればこれらの動翼先端検出器の位置関係に
基づく位相差を有する相関関係をもつことになる。ま
た、回転中の動翼には回転運動の他に振動が重畳される
ことになるが、この振動する動翼先端部の位置は振動し
ていない本来の位置（基準位置）に対して図２に示すよ
うに正規分布を示すことが実験的に分かった。
【０００７】本発明はこれらの知見に基づくものであっ
て、複数個の動翼先端検出器Ｓの検出信号列の時間間隔
からまず回転速度を算出すると共に正規分布のピーク値
から振動の無い状態における各動翼間隔すなわち回転速
度が安定した状態での動翼検出時間間隔値を算出するの
であるが、回転機械の複数個の動翼は設計上等間隔に配
置されるものであるため、回転速度が一定であるならば
所定期間に各動翼先端検出器Ｓで検出された信号列の時
間間隔の平均値を採ることでこれを得ることができ、更
にこの値と振動を伴った各動翼の逐次の検出時間間隔値
との差から動翼の変位を算出し、着目する動翼について
回転周囲に配設された複数個の動翼先端検出器Ｓに順次
検出される変位量を集計して振動を算出する。そしてす
べての動翼について振動を算出し、安全領域を越えるも
のが一つでもあれば、警報することが出来る。そして本
発明は下記の特徴を有している。 （1） 回転機械の内部に一切の加工・工作を必要とせ
ず、回転機械を覆うケース等に動翼先端検出器を配置す
るだけで計測が可能なため、その費用が節約でき計測手
段設置の準備作業が簡便である。 （2） 何らの準備計測を必要とせず、動翼振動計測を目
的とする状態において通常運転時における１回の計測で
回転する全動翼の振動が計測可能であるため、計測が簡
便である。 （3） 動翼に正規位置からの変位がないとした回転機械
の状態での予めの計測値との比較で動翼振動を求めてい
ないので、計測誤差の発生が減少して測定精度が高くな
る。
て、複数個の動翼先端検出器Ｓの検出信号列の時間間隔
からまず回転速度を算出すると共に正規分布のピーク値
から振動の無い状態における各動翼間隔すなわち回転速
度が安定した状態での動翼検出時間間隔値を算出するの
であるが、回転機械の複数個の動翼は設計上等間隔に配
置されるものであるため、回転速度が一定であるならば
所定期間に各動翼先端検出器Ｓで検出された信号列の時
間間隔の平均値を採ることでこれを得ることができ、更
にこの値と振動を伴った各動翼の逐次の検出時間間隔値
との差から動翼の変位を算出し、着目する動翼について
回転周囲に配設された複数個の動翼先端検出器Ｓに順次
検出される変位量を集計して振動を算出する。そしてす
べての動翼について振動を算出し、安全領域を越えるも
のが一つでもあれば、警報することが出来る。そして本
発明は下記の特徴を有している。 （1） 回転機械の内部に一切の加工・工作を必要とせ
ず、回転機械を覆うケース等に動翼先端検出器を配置す
るだけで計測が可能なため、その費用が節約でき計測手
段設置の準備作業が簡便である。 （2） 何らの準備計測を必要とせず、動翼振動計測を目
的とする状態において通常運転時における１回の計測で
回転する全動翼の振動が計測可能であるため、計測が簡
便である。 （3） 動翼に正規位置からの変位がないとした回転機械
の状態での予めの計測値との比較で動翼振動を求めてい
ないので、計測誤差の発生が減少して測定精度が高くな
る。
【０００８】
【実施例１】図３はこの発明の動翼振動計測装置の基本
構成を示したものである。図３において、Ｓ１，Ｓ２‥
‥Ｓｎ は回転機械を覆うケース等に配置されたｎ個
の動翼先端検出器であり、Ｂ１，Ｂ２‥‥Ｂｍ は回
転軸に設置されたｍ枚の動翼である。動翼先端検出器に
は、光の反射を利用して動翼先端通過を検出する反射型
光ファイバセンサや、電磁気現象を利用して動翼先端通
過を検出する電磁ピックアップなどが利用できる。図３
においてＡ１，Ａ２‥‥Ａｎ は動翼先端検出器の出力
アンプ、Ｃ１，Ｃ２‥‥Ｃｎは計時手段（カウンタ）、
Ｍ１，Ｍ２‥‥Ｍｎ は記憶手段、そしてＣＴＲは取得
した一連の計時データの演算処理を実行したり、計時手
段・記憶手段を制御したりする演算制御部である。上記
の計時手段は任意の時点から計時を開始し、動翼先端通
過の検出すなわち動翼先端検出器からの出力信号を受け
た時点までの時間を順次記憶手段に蓄える。ここでいま
動翼先端検出器Ｓｉがｊ番目の動翼の通過を検出した時
間をＴｉｊとすれば、計測される動翼通過時間は次のよ
うに表せる。 Ｓ１については、Ｔ１１，Ｔ１２‥‥‥Ｔ１ｍ，Ｔ１（ｍ+1）‥‥‥Ｔ１ｊ‥ ‥‥Ｔ１ｚ Ｓ２については、Ｔ２１，Ｔ２２‥‥‥Ｔ２ｍ，Ｔ２（ｍ+1）‥‥‥Ｔ２ｊ‥ ‥‥Ｔ２ｚ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ Ｓｉについては、Ｔｉ１，Ｔｉ２‥‥‥Ｔｉｍ，Ｔｉ（ｍ+1）‥‥‥Ｔｉｊ‥ ‥‥Ｔｉｚ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
構成を示したものである。図３において、Ｓ１，Ｓ２‥
‥Ｓｎ は回転機械を覆うケース等に配置されたｎ個
の動翼先端検出器であり、Ｂ１，Ｂ２‥‥Ｂｍ は回
転軸に設置されたｍ枚の動翼である。動翼先端検出器に
は、光の反射を利用して動翼先端通過を検出する反射型
光ファイバセンサや、電磁気現象を利用して動翼先端通
過を検出する電磁ピックアップなどが利用できる。図３
においてＡ１，Ａ２‥‥Ａｎ は動翼先端検出器の出力
アンプ、Ｃ１，Ｃ２‥‥Ｃｎは計時手段（カウンタ）、
Ｍ１，Ｍ２‥‥Ｍｎ は記憶手段、そしてＣＴＲは取得
した一連の計時データの演算処理を実行したり、計時手
段・記憶手段を制御したりする演算制御部である。上記
の計時手段は任意の時点から計時を開始し、動翼先端通
過の検出すなわち動翼先端検出器からの出力信号を受け
た時点までの時間を順次記憶手段に蓄える。ここでいま
動翼先端検出器Ｓｉがｊ番目の動翼の通過を検出した時
間をＴｉｊとすれば、計測される動翼通過時間は次のよ
うに表せる。 Ｓ１については、Ｔ１１，Ｔ１２‥‥‥Ｔ１ｍ，Ｔ１（ｍ+1）‥‥‥Ｔ１ｊ‥ ‥‥Ｔ１ｚ Ｓ２については、Ｔ２１，Ｔ２２‥‥‥Ｔ２ｍ，Ｔ２（ｍ+1）‥‥‥Ｔ２ｊ‥ ‥‥Ｔ２ｚ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ Ｓｉについては、Ｔｉ１，Ｔｉ２‥‥‥Ｔｉｍ，Ｔｉ（ｍ+1）‥‥‥Ｔｉｊ‥ ‥‥Ｔｉｚ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
【０００９】この計測時間を用いて動翼先端変位を求め
る手段を次に述べる。まず、累積回転周期時間を求め
る。計測回転回数をk＝１，２‥‥‥KRとし、計測開始
時点からの累積回転周期時間をＴc(k)で表すとすれば、
る手段を次に述べる。まず、累積回転周期時間を求め
る。計測回転回数をk＝１，２‥‥‥KRとし、計測開始
時点からの累積回転周期時間をＴc(k)で表すとすれば、
【数１】 これは動翼Ｂ１ が計測回転ｋ回目に１回転する時間を
ｎ個の動翼先端検出器で計測した値（回転周期時間）の
平均を計測開始時点から積算したものである。次に計
測されたＴｉｊの真偽を判定する。動翼の振動範囲は材
質や構造に基づいて特定できるものであり、今これを動
翼間隔のβ％とすれば、下限基準α1と上限基準α2 は
次式で表せることになり、 α1＝（１−β／100）*Ｔc(k)／ｍ α2＝（１＋β／100）*Ｔc(k)／ｍ α1＜（Ｔｉｊ−Ｔｉ（ｊ-1））＜α2 であれば真とし
て採用し、それ以外は偽すなわちノイズとみなし不採用
とする。続いて先端が振動による変位をしていないも
のとした動翼についての基準位置時間（無次元化時間）
を求める。振動による動翼先端部の振動変位分布は図２
に示すように振動変位のない本来の位置を意味する基準
位置に対して正規分布を示すことになるので、計測ｋ回
転目に入った時点からｉ番目の動翼先端検出器がｊ番目
の振動変位のない動翼を検出するまでの時間を意味する
動翼の基準位置時間データＴ ｉｊは回転数が一定である
ならば計測された全ての動翼通過時間間隔（各動翼の１
回転周期時間）の平均値から単純に算出できる。しか
し、実際の回転数は長期間に亘り一定ということは無い
ので次式のように各時点の回転周期で無次元化された形
で平均値を求める。
ｎ個の動翼先端検出器で計測した値（回転周期時間）の
平均を計測開始時点から積算したものである。次に計
測されたＴｉｊの真偽を判定する。動翼の振動範囲は材
質や構造に基づいて特定できるものであり、今これを動
翼間隔のβ％とすれば、下限基準α1と上限基準α2 は
次式で表せることになり、 α1＝（１−β／100）*Ｔc(k)／ｍ α2＝（１＋β／100）*Ｔc(k)／ｍ α1＜（Ｔｉｊ−Ｔｉ（ｊ-1））＜α2 であれば真とし
て採用し、それ以外は偽すなわちノイズとみなし不採用
とする。続いて先端が振動による変位をしていないも
のとした動翼についての基準位置時間（無次元化時間）
を求める。振動による動翼先端部の振動変位分布は図２
に示すように振動変位のない本来の位置を意味する基準
位置に対して正規分布を示すことになるので、計測ｋ回
転目に入った時点からｉ番目の動翼先端検出器がｊ番目
の振動変位のない動翼を検出するまでの時間を意味する
動翼の基準位置時間データＴ ｉｊは回転数が一定である
ならば計測された全ての動翼通過時間間隔（各動翼の１
回転周期時間）の平均値から単純に算出できる。しか
し、実際の回転数は長期間に亘り一定ということは無い
ので次式のように各時点の回転周期で無次元化された形
で平均値を求める。
【数２】 この値を用いて動翼先端変位を求める。まずＴｉｊ検
出時の動翼通過時間をと同様にその時点の回転周期で
無次元化する。これをＴｉｊ’で表すとすると、 Ｔｉｊ’＝（Ｔｉｊ−Ｔc(k-1)）／（Ｔc(k)−Ｔc(k-
1)） 以上二つの値を用い動翼先端変位δｉｊは次式で求めら
れる。 δｉｊ＝（Ｔｉｊ’−Ｔ ｉｊ ）×π×Ｄ＝ΔＴｉｊ×
π×Ｄ ここにπは円周率、Ｄは動翼先端ピッチ円の直径であ
る。図４は動翼先端検出器Ｓの検出信号と、計測される
動翼通過時間及びその時間から動翼振動を求める手段を
示したものである。列１は動翼Ｂ１，Ｂ２‥‥Ｂｍが通
過するたびにＳ１が検出する信号を示したものである。
また列２、列３も同様に検出器Ｓ２、Ｓ３が動翼通過を
検出した信号を示したものである。図中実線は動翼振動
が生じていないと考えられる場合の信号すなわち動翼の
基準位置時間、破線は動翼振動が生じている計測時の検
出信号を示している。それぞれの検出信号に対して動翼
通過時間が計測され、該動翼通過時間は動翼が振動して
いるために前回翼通過時間に対して進むか、遅れた時間
として計測される。なお、この図は基準位置時間も検出
信号も無次元化したもので無く実時間軸にとって表して
あるが、この間の回転速度に変動が無いものとすれば、
回転周期で無次元化したものと差異は無い。
出時の動翼通過時間をと同様にその時点の回転周期で
無次元化する。これをＴｉｊ’で表すとすると、 Ｔｉｊ’＝（Ｔｉｊ−Ｔc(k-1)）／（Ｔc(k)−Ｔc(k-
1)） 以上二つの値を用い動翼先端変位δｉｊは次式で求めら
れる。 δｉｊ＝（Ｔｉｊ’−Ｔ ｉｊ ）×π×Ｄ＝ΔＴｉｊ×
π×Ｄ ここにπは円周率、Ｄは動翼先端ピッチ円の直径であ
る。図４は動翼先端検出器Ｓの検出信号と、計測される
動翼通過時間及びその時間から動翼振動を求める手段を
示したものである。列１は動翼Ｂ１，Ｂ２‥‥Ｂｍが通
過するたびにＳ１が検出する信号を示したものである。
また列２、列３も同様に検出器Ｓ２、Ｓ３が動翼通過を
検出した信号を示したものである。図中実線は動翼振動
が生じていないと考えられる場合の信号すなわち動翼の
基準位置時間、破線は動翼振動が生じている計測時の検
出信号を示している。それぞれの検出信号に対して動翼
通過時間が計測され、該動翼通過時間は動翼が振動して
いるために前回翼通過時間に対して進むか、遅れた時間
として計測される。なお、この図は基準位置時間も検出
信号も無次元化したもので無く実時間軸にとって表して
あるが、この間の回転速度に変動が無いものとすれば、
回転周期で無次元化したものと差異は無い。
【００１０】図４の列４は列１、２、３で表された各動
翼先端検出器の検出信号の中から同じ動翼Ｂ１ の変位
量を抽出してプロットしたグラフで、動翼Ｂ１の振動状
態を示している。ｎ個の動翼先端検出器は動翼の回転周
囲に配置角度（θ１，θ２，‥‥θｎ−１）をもって設
置されているので、各動翼の検出信号はその配置角度に
対応する遅れをもって順次検出される。ちなみにこの場
合動翼Ｂ１は検出器Ｓ １に対応する列１ではΔＴ１１と
後続のΔＴ１ｍ+１ が、検出器Ｓ２に対応する列２では
ΔＴ２２、と後続のΔＴ２ｍ+２ が、検出器Ｓ３に対応
する列３ではΔＴ３３、と後続のΔＴ３ｍ+３ が対応し
ているから、前記動翼先端変位を求める演算により各時
点のδ１１、δ２２、δ３３………δ１ｍ+１、δ
２ｍ+２、……を求め、これにより動翼Ｂ１の振動が列
４にグラフ表示されたように検知できる。同様にして動
翼Ｂ２ 以下動翼Ｂｍ まですべての動翼について振動
を算出検知する。いずれかの動翼が許容量を超えた振動
を起こしていた場合には警報を発し運転を減速または停
止するように制御する。
翼先端検出器の検出信号の中から同じ動翼Ｂ１ の変位
量を抽出してプロットしたグラフで、動翼Ｂ１の振動状
態を示している。ｎ個の動翼先端検出器は動翼の回転周
囲に配置角度（θ１，θ２，‥‥θｎ−１）をもって設
置されているので、各動翼の検出信号はその配置角度に
対応する遅れをもって順次検出される。ちなみにこの場
合動翼Ｂ１は検出器Ｓ １に対応する列１ではΔＴ１１と
後続のΔＴ１ｍ+１ が、検出器Ｓ２に対応する列２では
ΔＴ２２、と後続のΔＴ２ｍ+２ が、検出器Ｓ３に対応
する列３ではΔＴ３３、と後続のΔＴ３ｍ+３ が対応し
ているから、前記動翼先端変位を求める演算により各時
点のδ１１、δ２２、δ３３………δ１ｍ+１、δ
２ｍ+２、……を求め、これにより動翼Ｂ１の振動が列
４にグラフ表示されたように検知できる。同様にして動
翼Ｂ２ 以下動翼Ｂｍ まですべての動翼について振動
を算出検知する。いずれかの動翼が許容量を超えた振動
を起こしていた場合には警報を発し運転を減速または停
止するように制御する。
【００１１】図５は本発明の動翼振動実測例と、特開平
1−S6694号「回転翼振動計測装置」に記載された装置に
よる動翼振動実測例を比較表示したもので、本発明は単
に複数個の動翼先端検出器を動翼の回転周囲に配設し、
該動翼先端検出器が検出する一連の検出信号のタイミン
グ時間を総合的に統計処理することによって、動翼に正
規位置からの変位がない回転機械の状態における動翼通
過時間計測値を演算によって直接求め、更にその値と計
測時点における実際の各動翼通過時間計測値との差から
該動翼の振動を算出するようにしたもの（図Ａに示す）
であるが、事前に動翼に正規位置からの変位がないもの
として、基準点が基準点検出器Ｐで検出された時点から
動翼先端検出器Ｓが動翼を検出する時点までの正確な時
間や、動翼先端部が正規位置から変位がない回転機械の
状態での精度の高い動翼通過時間計測を要求された特開
平1−56694号「回転翼振動計測装置」に記載された方法
による動翼振動実測例（図Ｂに示す）との比較において
計測結果に違いはほとんど見られない。
1−S6694号「回転翼振動計測装置」に記載された装置に
よる動翼振動実測例を比較表示したもので、本発明は単
に複数個の動翼先端検出器を動翼の回転周囲に配設し、
該動翼先端検出器が検出する一連の検出信号のタイミン
グ時間を総合的に統計処理することによって、動翼に正
規位置からの変位がない回転機械の状態における動翼通
過時間計測値を演算によって直接求め、更にその値と計
測時点における実際の各動翼通過時間計測値との差から
該動翼の振動を算出するようにしたもの（図Ａに示す）
であるが、事前に動翼に正規位置からの変位がないもの
として、基準点が基準点検出器Ｐで検出された時点から
動翼先端検出器Ｓが動翼を検出する時点までの正確な時
間や、動翼先端部が正規位置から変位がない回転機械の
状態での精度の高い動翼通過時間計測を要求された特開
平1−56694号「回転翼振動計測装置」に記載された方法
による動翼振動実測例（図Ｂに示す）との比較において
計測結果に違いはほとんど見られない。
【００１２】
【発明の効果】この発明は、被測定対象である回転動翼
並びに回転機械内部に何ら付加する部品等や加工を必要
とせず、単に複数個の動翼先端検出器を回転機械のケー
ス等動翼の回転周囲に配設し、該動翼先端検出器が検出
する一連の検出信号のタイミング時間を総合的に統計処
理することで全回転動翼の振動計測が可能であることか
ら、航空用ガスタービンをはじめ、産業用ガスタービン
や圧縮機などの運転時の動翼振動計測に使用することに
より、これらの回転機械の安全性向上や性能向上に資す
ることができる。
並びに回転機械内部に何ら付加する部品等や加工を必要
とせず、単に複数個の動翼先端検出器を回転機械のケー
ス等動翼の回転周囲に配設し、該動翼先端検出器が検出
する一連の検出信号のタイミング時間を総合的に統計処
理することで全回転動翼の振動計測が可能であることか
ら、航空用ガスタービンをはじめ、産業用ガスタービン
や圧縮機などの運転時の動翼振動計測に使用することに
より、これらの回転機械の安全性向上や性能向上に資す
ることができる。
【００１３】そして、事前に行われる基準点が基準点検
出器Ｐで検出された時点から動翼先端検出器Ｓが動翼を
検出する時点までの時間計測や、動翼先端部が正規位置
から変位がない回転機械の状態での動翼通過時間計測の
精度が運転時の振動計測の精度に影響してしまう従来技
術の欠点もなく、運転時における計測だけで簡便に精度
のよい動翼振動の計測が実行できる。
出器Ｐで検出された時点から動翼先端検出器Ｓが動翼を
検出する時点までの時間計測や、動翼先端部が正規位置
から変位がない回転機械の状態での動翼通過時間計測の
精度が運転時の振動計測の精度に影響してしまう従来技
術の欠点もなく、運転時における計測だけで簡便に精度
のよい動翼振動の計測が実行できる。
【図１】特開平1−56694号「回転翼振動計測装置」に記
載された従来技術の基本構成を示す図である。
載された従来技術の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の演算処理の原理を説明する振動分布を
示す図である。
示す図である。
【図３】本発明の基本構成を示す図である。
【図４】動翼振動計測の手順を説明する図である。
【図５】本発明の回転翼振動計測装置と特開平1−56694
号の回転翼振動計測装置による実際の計測例を比較して
示したものである。
号の回転翼振動計測装置による実際の計測例を比較して
示したものである。
Ｓ（Ｓ１,Ｓ2,Ｓ3,‥‥Ｓｎ） 動翼先端検出器 Ｂ（Ｂ１,Ｂ2,Ｂ3,‥‥Ｂｍ） 動翼 Ａ（Ａ１,Ａ2,Ａ3,‥‥Ａｎ） 検出器出力アンプ Ｃ（Ｃ１,Ｃ2,Ｃ3,‥‥Ｃｎ） 計時手段 Ｍ（Ｍ１,Ｍ2,Ｍ3,‥‥Ｍｎ） 記憶手段 ＣＴＲ 演算制御手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01H 9/00 - 17/00 F01D 25/00
Claims (3)
- 【請求項１】 回転体に放射状に配置された多数の動翼
を有する回転機械において、前記動翼の回転周囲に配設
され該動翼の通過を検出する複数個の動翼先端検出器
と、任意の開始時点から前記多数の動翼が前記動翼先端
検出器で検出される時点までの時間を計測する手段と、
該計測時間データを順次蓄える記憶手段と、前記計測時
間データを演算処理すると共に前記手段を制御する演算
制御部とから構成され、前記演算制御部は、得られた一
連の計測時間データより回転体の回転周期時間と、動翼
の先端部が振動変位していないものとした基準位置時間
と、該基準位置時間と前記計測時間データとの差より前
記動翼先端の振動変位を求め、前記動翼の振動を割出す
ことを特徴とする回転動翼振動計測装置。 - 【請求項２】 動翼の材質や構造に基づいてその振動範
囲、すなわち下限基準値と上限基準値を特定し、得られ
た一連の計測時間データがこの範囲に属するものであれ
ば真として採用し、それ以外は偽すなわちノイズとみな
し不採用とする計測時間データの真偽を判定する手段を
備えたものである請求項１に記載の回転動翼振動計測装
置。 - 【請求項３】 演算制御部において、動翼の先端部が振
動変位していないものとした基準位置時間と検出時の動
翼通過時間は一連の計測時間データをその時点の回転周
期で割り戻して無次元化することで、回転速度の変化の
影響を除去することを特徴とする請求項１または２に記
載の回転動翼振動計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11130932A JP3038382B1 (ja) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | 回転動翼振動計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11130932A JP3038382B1 (ja) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | 回転動翼振動計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3038382B1 true JP3038382B1 (ja) | 2000-05-08 |
| JP2000321122A JP2000321122A (ja) | 2000-11-24 |
Family
ID=15046091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11130932A Expired - Lifetime JP3038382B1 (ja) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | 回転動翼振動計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3038382B1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112362275A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-12 | 湖南工业大学 | 一种变转速下叶片振动叶端定时测量偏差消减方法和装置 |
| CN113504309A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-10-15 | 西安交通大学 | 基于单个叶端定时传感器的叶片检测方法 |
| CN114674412A (zh) * | 2022-03-17 | 2022-06-28 | 大连理工大学 | 一种无转速同步信号的叶尖定时测量方法 |
| CN115680892A (zh) * | 2022-08-29 | 2023-02-03 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种用于航空发动机高温环境遥测装置冷却的引气结构 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7920973B2 (en) * | 2006-12-21 | 2011-04-05 | General Electric Company | System and method for converting clearance data into vibration data |
| WO2013029867A2 (en) | 2011-08-26 | 2013-03-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for generating a pulse signal sequence |
| JP2013083568A (ja) * | 2011-10-11 | 2013-05-09 | Toshiba Corp | 翼振動計測装置 |
| CH705536B1 (de) | 2011-09-13 | 2017-09-29 | Toshiba Kk | Schaufelschwingungsmessvorrichtung. |
| JP5916496B2 (ja) * | 2012-04-20 | 2016-05-11 | 三菱重工業株式会社 | 状態監視装置、及び回転機械 |
| US9395270B2 (en) | 2012-10-19 | 2016-07-19 | Florida Power & Light Company | Method and system for monitoring rotor blades in combustion turbine engine |
| JP6184771B2 (ja) | 2013-06-28 | 2017-08-23 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | タービンブレードの状態監視方法及び装置 |
| CN105372029A (zh) * | 2014-09-01 | 2016-03-02 | 中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所 | 一种基于叶尖定时技术发动机转子叶片振幅数据识别方法 |
| JP6465383B2 (ja) * | 2014-10-10 | 2019-02-06 | 株式会社Ihi | 翼損傷判定用装置と翼損傷判定方法 |
| JP6642856B2 (ja) * | 2016-03-24 | 2020-02-12 | 株式会社Ihi | 凸部通過検出装置と方法 |
| CN110186549A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-08-30 | 天津大学 | 基于叶尖定时传感器的叶片振动识别方法 |
-
1999
- 1999-05-12 JP JP11130932A patent/JP3038382B1/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112362275A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-12 | 湖南工业大学 | 一种变转速下叶片振动叶端定时测量偏差消减方法和装置 |
| CN112362275B (zh) * | 2020-10-27 | 2021-08-13 | 湖南工业大学 | 一种变转速下叶片振动叶端定时测量偏差消减方法和装置 |
| CN113504309A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-10-15 | 西安交通大学 | 基于单个叶端定时传感器的叶片检测方法 |
| CN114674412A (zh) * | 2022-03-17 | 2022-06-28 | 大连理工大学 | 一种无转速同步信号的叶尖定时测量方法 |
| CN115680892A (zh) * | 2022-08-29 | 2023-02-03 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种用于航空发动机高温环境遥测装置冷却的引气结构 |
| CN115680892B (zh) * | 2022-08-29 | 2024-05-17 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种用于航空发动机高温环境遥测装置冷却的引气结构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000321122A (ja) | 2000-11-24 |
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