JP4831830B2

JP4831830B2 - 振動計取付機構

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Publication number: JP4831830B2
Application number: JP2006297924A
Authority: JP
Inventors: 卓一柳
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-11-01
Filing date: 2006-11-01
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2026-11-01
Also published as: US8037768B2; JP2008115719A; US20090071256A1

Description

本発明は、例えば、ガスタービンのロータの軸部の軸振動を計測する振動計を、車室に対して固定する振動計取付機構に関するものである。

従来、振動計のピックアップ部（計測部）の先端とロータの軸部の外表面との間の距離（隙間）を調整するのに、例えば、特許文献１に開示された隙間調整装置を用いることもできた。
特開昭５８−８８２４号公報

また、従来の振動計取付機構として、ピックアップ部を回転させることにより、ピックアップ部の先端とロータの軸部の外表面との間の距離を所定の距離に調整し、その後、ロックナットを介してピックアップ部を車室に固定するものもあった。
しかしながら、これらの隙間調整装置や振動計取付機構では、ピックアップ部を車室に固定する部材（例えば、ロックナット）が、ピックアップ部および軸部の近傍、すなわち、作業員の手が入りにくく、作業のしづらい場所（接近性の悪い場所）に配置されていた。そのため、ピックアップ部の先端と軸部の外表面との間の距離の調整作業を容易に行うことができず、また、ピックアップ部を車室に固定する部材を締め付ける際にピックアップ部が一緒に回ってしまうおそれがあり、ピックアップ部を所定の位置に精度良く固定することが容易でないといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ピックアップ部の先端とロータの軸部の外表面との間の距離の調整を、容易にかつ精度良く行うことができる振動計取付機構を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る振動計取付機構は、回転機械の軸部の軸振動を計測する振動計の計測部を、前記回転機械のケーシングに固定する振動計取付機構であって、固定手段を介して前記ケーシングに固定されるケースと、その一端部に前記計測部を収容するとともに、前記ケースの内側に配置されて、前記ケースに対して摺動する内筒と、前記ケースの一端部に配置されて、前記ケースおよび前記内筒に対して進退可能に構成された調整用ボルトとを備え、前記調整用ボルトが、前記ケースおよび前記内筒に進入していくことにより、前記内筒が前記軸部から離間または接近する方向に移動し、前記調整用ボルトが、前記ケースおよび前記内筒から退出していくことにより、前記内筒が前記軸部に接近または離間する方向に移動するように構成されている。
このような振動計取付機構によれば、例えば、調整用ボルトのボルトヘッドを、スパナ等を用いて調整用ボルトが締まる方向に回していくと、調整用ボルト全体がケースおよび内筒に向かって進んでいくとともに、内筒が軸部と反対の側に移動して（離間して）いくこととなる。
一方、調整用ボルトのボルトヘッドを、スパナ等を用いて調整用ボルトが弛まる方向に回していくと、調整用ボルト全体がケースおよび内筒から離れていく方向に進んでいくとともに、内筒が軸部に向かって移動して（接近して）いくこととなる。
すなわち、調整用ボルトを回すだけで、計測部の先端と軸部の外表面との間の距離（隙間）を、容易に調整することができる。
また、調整用ボルトを、計測部および軸部から離間した、調整作業のしやすい場所（接近性の良い場所）または方向に配置することができる。
これにより、計測部の先端と軸部の外表面との間の距離の調整を、容易にかつ精度良く行うことができて、振動計取付（設置）位置に関する設計を簡素化する（楽なものにする）ことができる。
なお、調整用ボルトのボルトヘッドを、スパナ等を用いて調整用ボルトが締まる方向に回していくと、調整用ボルト全体がケースおよび内筒に向かって進んでいくとともに、内筒が軸部に向かって移動して（接近して）いくようにし、調整用ボルトのボルトヘッドを、スパナ等を用いて調整用ボルトが弛まる方向に回していくと、調整用ボルト全体がケースおよび内筒から離れていく方向に進んでいくとともに、内筒が軸部と反対の側に移動して（離間して）いくように構成してもよい。

上記振動計取付機構においては、前記調整用ボルトの一端部に、正面視多角形状を呈するとともに、先端に向かって先細となるように形成された角錐部が設けられ、前記内筒の他端部に、前記角錐部を回転自在に受け入れるとともに、前記角錐部の一側面と当接する内周面を有するボルト穴が設けられているとさらに好適である。
このような振動計取付機構によれば、角錐部が、例えば、正面視正方形状を有している場合、調整用ボルトがネジ山の１／４ピッチ進む毎に、ボルト穴の内周面と当接する角錐部の側面が、この側面に隣接して設けられた隣の側面に入れ替わることとなる。すなわち、内筒は、角錐部の側面が有する傾斜角に沿って少しずつ、軸部と反対の側に移動していくこととなる。
一方、調整用ボルトがネジ山の１／４ピッチ進む毎に、ボルト穴の内周面と当接する角錐部の側面が、この側面に隣接して設けられた隣の側面に入れ替わることとなる。すなわち、内筒は、角錐部の側面が有する傾斜角に沿って少しずつ、軸部に向かって移動していくこととなる。
そして、角錐部の側面の上には、ボルト穴の内周面を介して内筒が載置されており、これにより、調整作業時以外における調整用ボルトの回転が防止されるようになっている。
なお、内筒の移動量は、調整用ボルトがネジ山の１／４ピッチで進む距離をＬ、角錐部の一側面の傾斜角をαとした場合、Ｌ×tanαである。

上記振動計取付機構においては、前記内筒の一端部と前記ケースとの間に、前記内筒を前記軸部の側に付勢する第１の付勢部材が設けられているとさらに好適である。
このような振動計取付機構によれば、第１の付勢部材により角錐部の側面とボルト穴の内周面とが常に当接した状態に保持されることとなるので、ケーシングと計測部との相対位置が振動等により変化してしまうことを防止することができて、振動等の影響を受けない精度良い計測を行うことができる。

上記振動計取付機構において、前記調整用ボルトと前記ケースとの間に、前記調整用ボルトを前記ケースから離間する方向に付勢する第２の付勢部材が設けられているとさらに好適である。
このような振動計取付機構によれば、第２の付勢部材により調整用ボルトの軸方向のガタツキが防止されることとなるので、ケーシングと計測部との相対位置が振動等により変化してしまうことを防止することができて、振動等の影響を受けない精度良い計測を行うことができる。

本発明に係る回転機械は、計測部の先端とロータの軸部の外表面との間の距離の調整を、容易にかつ精度良く行うことができる振動計取付機構を具備しているので、回転機械の新設設置作業や保守点検作業等の効率化を図ることができて、作業時間の短縮化を図ることができる。

本発明によれば、ピックアップ部の先端とロータの軸部の外表面との間の距離の調整を、容易にかつ精度良く行うことができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る振動計取付機構の一実施形態を、図１ないし図４を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る振動計取付機構１が適用されるタービン（以下、「ガスタービン」という。）１００の一部概略構成図、図２は本実施形態に係る振動計取付機構１を説明するための図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ａに沿って見た正面図、図３は図１（ａ）の矢印Ｂに沿ってみた平面図である。

図１に示すように、ガスタービン（回転機械）１００は、吸気マニホールド１０１を介して取り入れられた空気を圧縮する圧縮機１０２と、この圧縮機１０２で圧縮された空気と燃料が供給されて燃焼ガスを発生する燃焼器（図示せず）と、この燃焼器で発生された燃焼ガスによって回転するタービン（図示せず）とを主たる要素として構成されたものである。
また、このガスタービン１００は、外周に動翼１０２ａが立設されたロータ１０３と、このロータ１０３を軸受け支持するジャーナル軸受１０４と、内周に静翼１０２ｂが立設された車室（ケーシング）１０５とを備えている。

さて、本実施形態に係る振動計取付機構１は、ジャーナル軸受１０４の近傍に配置されてロータ１０３の軸部１０３ａの軸振動を常時計測する振動計（距離センサ）のピックアップ部（計測部）２（図２および図３参照）を、車室１０５に対して固定する（取り付ける）ためのものである。
図２に示すように、振動計取付機構１は、取付ボルト（固定手段）３（図３参照）を介して車室１０５（図１参照）に固定される（取り付けられる）ケース４と、このケース４の内側に配置される内筒５と、ケース４と内筒５との間に配置されるバネ（第１の付勢部材）６と、ケース４と内筒５との相対位置を調整する調整用ボルト７とを主たる要素として構成されたものである。

図２および図３に示すように、ケース４は、その外観が略立方体（あるいは略直方体）を呈する箱状の部材である。ケース４の平面視における略中央部には、ケース４の表面４ａと裏面４ｂとを、その高さ方向（軸部１０３ａの回転軸線と直交する方向：図２において上下方向）に沿って連通する第１の貫通穴１０が穿設されている。また、ケース４の正面視における一端部には、ケース４の一側面４ｃと第１の貫通穴１０とを、その幅方向（軸部１０３ａの回転軸線に平行となる方向：図２において左右方向）に沿って連通する第２の貫通穴１１が穿設されている。さらに、ケース４の背面視における略中央部には、ケース４の他側面（一側面４ｃと反対側の側面）４ｄと第１の貫通穴１０とを、その幅方向（軸部１０３ａの回転軸線に平行となる方向：図２において左右方向）に沿って連通する第３の貫通穴１２が穿設されている。

第１の貫通穴１０、第２の貫通穴１１、および第３の貫通穴１２の断面視形状は、それぞれ円形状とされており、第１の貫通穴１０は、その内径が内筒５の外径と略一致するように、第２の貫通穴１１は、その内径が調整用ボルト７の外径と略一致するように、第３の貫通穴１２は、その内径が回り止め用ピン１３の外径と略一致するように形成されている。また、第１の貫通穴１０の内周面は平滑面とされており、第２の貫通穴１１の内周面には、調整用ボルト７の軸部外周面に設けられたネジ山７ａと螺合するネジ山（図示せず）が、第３の貫通穴１２の内周面には、回り止め用ピン１３の軸部外周面に設けられたネジ山１３ａと螺合するネジ山（図示せず）が設けられている。回り止め用ピン１３は、内筒５がケース４に対して回転することを防止する部材である。

調整用ボルト７は、その一端部にボルトヘッド７ｂを有し、その他端部に角錐部７ｃを有しており、これらボルトヘッド７ｂと角錐部７ｃとの間には、その外周面にネジ山７ａを有する軸部が設けられている。ボルトヘッド７と軸部との間には、フランジ部７ｄが設けられており、このフランジ部７ｄの裏面（ケース４の一側面４ｃと対向する面）と、ケース４の一側面４ｃとの間には、バネ（第２の付勢部材）１４が配置されている。このバネ１４は、調整用ボルト７をケース４の一側面４ｃから遠ざける（離間させる）方向に向かって付勢する部材である。また、図２（ｂ）に示すように、角錐部７ｃは、正面視（断面視）多角形状（本実施形態では正方形状）を呈するとともに、先端（ボルトヘッド７ｂと反対の側）に向かって先細となるように形成された部材である。すなわち、角錐部７ｃの各側面（本実施形態では四つの側面）は、軸部の側から先端に向かって互いに近付くように傾斜する平坦面とされている。

内筒５は、その一端部にピックアップ部２を取り付けるための取付穴１５を有するとともに、その他端が開放端とされた中空円筒状の部材である。取付穴１５は、その内径がピックアップ部２の外径と略一致するように形成されており、取付穴１５の内周面には、ピックアップ部２の外周面に設けられたネジ山２ａと螺合するネジ山（図示せず）が設けられている。そして、取付穴１５の所定位置に取り付けられたピックアップ部２は、ロックナット１６を介して内筒５に固定される。
また、内筒５の壁部外周面は平滑面とされており、内筒５の壁部５ａには、回り止め用ピン１３の先端部に設けられたピン部１３ｂが嵌入されるピン穴１７と、調整用ボルト７の角錐部７ｃが嵌入されるボルト穴１８とが設けられている。

ピン穴１７は、内筒５の長さ方向に沿って延在するとともに、その幅がピン部１３ｂの外径と略一致するように形成された正面視（平面視）矩形形状を呈する長穴であり、その内周面は平滑面とされている。
ボルト穴１８は、ピン穴１７が形成された壁部５ａと反対側の壁部５ａ（すなわち、ピン穴１７と対向する壁部５ａ）に設けられており、内筒５の長さ方向に沿って延在するとともに、その幅が調整用ボルト７の角錐部７ｃの外径よりも大きくなるように（角錐部７ｃがその内側で回転できるように）形成された正面視（平面視）矩形形状を呈する長穴であり、その内周面における一面（ピックアップ部２が位置する側と反対側の面）は、角錐部７ｃの側面が有する傾斜角と略同じ傾斜角を有する平坦面とされている。

バネ６は、ケース４の裏面４ｂと、内筒５の一端部に設けられたフランジ１９の裏面（ケース４の裏面４ｂと対向する面）との間に配置されるとともに、内筒５を軸部１０３ａに向かって付勢する部材である。
なお、図２および図３中の符号２０は、ピックアップ部２で計測されたデータ（電気信号）を振動計の本体（または制御部）に送るための配線である。

つぎに、ピックアップ部２の先端と軸部１０３ａの外表面との間の距離（隙間）の調整の仕方を説明する。
まず、ボルトヘッド７ｂを、スパナ等を用いて調整用ボルト７が締まる方向に回していくと、調整用ボルト７全体がケース４の裏面４ｂに向かって進んでいくこととなる。このとき、調整用ボルト７がネジ山７ａの１／４ピッチ進む毎に、ボルト穴１８の内周面と当接する角錐部７ｃの側面が、この側面に隣接して設けられた隣の側面に入れ替わることとなる。すなわち、内筒５は、角錐部７ｃの側面が有する傾斜角に沿って少しずつ、軸部１０３ａと反対の側に移動していくこととなる。
一方、ボルトヘッド７ｂを、スパナ等を用いて調整用ボルト７が弛む方向に回していくと、調整用ボルト７全体がケース４の裏面４ｂから離れていく方向に進んでいくこととなる。このとき、調整用ボルト７がネジ山７ａの１／４ピッチ進む毎に、ボルト穴１８の内周面と当接する角錐部７ｃの側面が、この側面に隣接して設けられた隣の側面に入れ替わることとなる。すなわち、内筒５は、角錐部７ｃの側面が有する傾斜角に沿って少しずつ、軸部１０３ａに向かって移動していくこととなる。
そして、角錐部７ｃの側面の上には、ボルト穴１８の内周面を介して内筒５が載置された状態となる。調整用ボルト７がこの位置から回転しようとすれば、何れの方向にも、一度角錐部７ｃの対角部を越えて行かねばならず、そのためには持ち上げ量に相当するバネ６の荷重に抗せねばならない。自然にはこのような状態は起こらないので、結果的に調整用ボルト７には廻り止めが働くことになり、調整作業時以外における調整用ボルト７の回転を防止することができる。
なお、内筒５の移動量は、調整用ボルト７がネジ山７ａの１／４ピッチで進む距離をＬ、角錐部７ｃの一側面の傾斜角をαとした場合、Ｌ×tanαである。したがって、ネジ山７ａのピッチを細かくしたり、傾斜角αを小さくすることにより、内筒５のさらなる微調整が可能となる。また、内筒５の移動量は、角錐部７ｃの正面視（断面視）形状を、正五角形以上とすることでも小さくすることができる。軸１０３ａとの隙間を調整するには、必ず角錐部７ｃの対角部で内筒５は持ち上げられ隙間が空く方向になるため、隙間調整が自由に行える。

本実施形態に係る振動計取付機構１によれば、ピックアップ部２の先端と軸部１０３ａの外表面との間の距離（隙間）の調整をするための調整箇所（調整用ボルト７）を、ピックアップ部２および軸部１０３ａから離間した、調整作業のしやすい場所（接近性の良い場所）に配置することができる。
これにより、ピックアップ部２の先端と軸部１０３ａの外表面との間の距離の調整を、容易にかつ精度良く行うことができて、振動計取付（設置）位置に関する設計を簡素化する（楽なものにする）ことができる。
また、狭隘な場所での調整用ボルト７の回り止め作業から解放され、調整用ボルト７が緩んで振動計測が不能に陥る可能性が排除できる。

また、本実施形態に係る振動計取付機構１によれば、バネ１４により調整用ボルト７の軸方向のガタツキが防止されるとともに、バネ６により角錐部７ｃの側面とボルト穴１８の内周面とが常に当接した状態に保持されることとなるので、車室１０５とピックアップ部２との相対位置が振動等により変化してしまうことを防止することができて、振動等の影響を受けない精度良い計測を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る振動計取付機構が適用されるガスタービンの一部概略構成図である。本発明の一実施形態に係る振動計取付機構を説明するための図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ａに沿って見た正面図である。図１（ａ）の矢印Ｂに沿ってみた平面図である。

符号の説明

１振動計取付機構
２ピックアップ部（計測部）
３取付ボルト（固定手段）
４ケース
５内筒
６バネ（第１の付勢部材）
７調整用ボルト
７ｃ角錐部
１４バネ（第２の付勢部材）
１８ボルト穴
１００ガスタービン（回転機械）
１０３ａ軸部
１０５車室（ケーシング）

Claims

回転機械の軸部の軸振動を計測する振動計の計測部を、前記回転機械のケーシングに固定する振動計取付機構であって、
固定手段を介して前記ケーシングに固定されるケースと、
その一端部に前記計測部を収容するとともに、前記ケースの内側に配置されて、前記ケースに対して摺動する内筒と、
前記ケースの一端部に配置されて、前記ケースおよび前記内筒に対して進退可能に構成された調整用ボルトとを備え、
前記調整用ボルトが、前記ケースおよび前記内筒に進入していくことにより、前記内筒が前記軸部から離間または接近する方向に移動し、
前記調整用ボルトが、前記ケースおよび前記内筒から退出していくことにより、前記内筒が前記軸部に接近または離間する方向に移動することを特徴とする振動計取付機構。
前記調整用ボルトの一端部に、正面視多角形状を呈するとともに、先端に向かって先細となるように形成された角錐部が設けられ、
前記内筒の他端部に、前記角錐部を回転自在に受け入れるとともに、前記角錐部の一側面と当接する内周面を有するボルト穴が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の振動計取付機構。
前記内筒の一端部と前記ケースとの間に、前記内筒を前記軸部の側に付勢する第１の付勢部材が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動計取付機構。
前記調整用ボルトと前記ケースとの間に、前記調整用ボルトを前記ケースから離間する方向に付勢する第２の付勢部材が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の振動計取付機構。
請求項１から４のいずれか一項に記載の振動計取付機構を具備してなることを特徴とする回転機械。