JP5800421B2 - 回転振動応力測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転振動応力測定装置に関するものである。

一般に、蒸気タービンやガスタービン等の動翼に発生する振動応力を測定するために、回転振動応力測定装置が用いられる（下記特許文献１参照）。該装置は、動翼に歪ゲージを貼り付けるとともに、動翼からリード線をディスクに這わせてトランスミッタカプセルに導き、歪ゲージの出力信号をトランスミッタカプセル内に設けられた送信機及び送信アンテナにおいてＶＨＦ等の電波として発信する。そして、この電波を静止側の受信アンテナを介して受信機で復調しデータレコーダで振動応力を記録し、振動データを分析するものである。

ここで、送信アンテナから電波を発信するためには、送信アンテナをトランスミッタカプセルから電気的に絶縁する必要がある。そこで、非絶縁構造の送信アンテナを、絶縁材料の樹脂で形成されたトランスミッタカプセルの蓋を介してトランスミッタカプセルの内部から外部に接続することにより、送信アンテナをトランスミッタカプセルから絶縁する構造が採られている。

特開平８−３１３３７０号公報

しかしながら、前述の絶縁構造の蓋は、材料として例えば強化プラスチックを使用するために、材料費及び加工費が高く、製造コストが高くなるという問題点があった。
一方、該蓋を金属製として、トランスミッタカプセルと強固に固定することが考えられるが、この場合、非絶縁構造の送信アンテナでは前記蓋との絶縁に課題が生じる。
したがって、送信アンテナ自体でトランスミッタカプセルと電気的に絶縁することが望まれていた。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、送信機と送信アンテナとを簡易な構造で電気的に絶縁でき、かつ電気的特性を劣化させることなく電波を良好な状態で送信することができる回転振動応力測定装置を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る回転振動応力測定装置は、回転機械の回転軸の軸線回りに設けられた複数の穴部に対して挿入配置される複数のカプセルと、該カプセルのうち一のカプセル内に格納された送信機と、同カプセルのうち二のカプセル内に格納された電源と、前記一のカプセルと前記二のカプセルとに跨って配置され前記送信機の出力を発信する送信アンテナとを備える回転振動応力測定装置であって、前記一のカプセルと前記二のカプセルとに跨って配された線状の架設部材を備え、前記送信アンテナは、絶縁材で被覆されて、前記架設部材に添装されており、前記架設部材は、前記一のカプセル及び前記二のカプセルに絶縁された状態で固定されていることを特徴とする。

このような回転機械翼では、送信アンテナが一のカプセルと二のカプセルとの間に架設された架設部材に添装され、簡易な構造で、電気的に絶縁することができ、かつ電気的特性を劣化させることなく電波を良好な状態で送信することができる。

また、本発明に係る回転振動応力測定装置は、前記架設部材は、前記一のカプセルと前記二のカプセルとの間において、一方向に凸状の湾曲形状となるように配置されていることを特徴とする。

これによって、送信アンテナは、架設部材とともに湾曲して配されることにより、カプセルと離間して配されるため、より確実に電気的特性を劣化させることなく電波を良好な状態で送信することができる。

また、本発明に係る回転振動応力測定装置は、前記カプセルは、一端が開口部とされたカプセル本体と、前記開口部に螺着された金属製の蓋体とを有することを特徴とする。

これによって、蓋体は、カプセル本体と螺着により固定され、取付ネジ等の取付部材が不要であるため、回転機械の振動により該取付部材が外れてしまう虞がない。

また、本発明に係る回転振動応力測定装置は、前記架設部材は、その両端が前記一のカプセルの蓋体と前記二のカプセルの蓋体とにそれぞれ固定されていることを特徴とする。

これによって、架設部材の両端部が固定されているため、一のカプセルと二のカプセルとの間に、架設部材を確実に跨って配することができる。よって、より確実に電気的特性を劣化させることなく電波を良好な状態で送信することができる。

また、本発明に係る回転振動応力測定装置は、前記送信アンテナは、前記架設部材に螺旋状に巻きつけて設けられていることを特徴とする。

これによって、送信アンテナは、架設部材と一体として配されるため、より確実に電気的特性を劣化させることなく電波を良好な状態で送信することができる。

また、本発明に係る回転振動応力測定装置は、前記回転機械が、ガスタービン又は蒸気タービンとされ、前記穴部は、前記回転軸を中心として設けられた円盤状のディスクの前記軸線回りに設けられていることを特徴とする。

これによって、ガスタービン、蒸気タービンの穴部を利用して、回転振動応力測定装置を設けることができる。

本発明に係る転振動応力測定装置によれば、送信機と送信アンテナとを簡易な構造で電気的に絶縁でき、かつ電気的特性を劣化させることなく電波を良好な状態で送信することができる。

本発明の第一実施形態に係る回転振動応力測定装置が取り付く蒸気タービンのディスク部分の平面図である。 本発明の第一実施形態に係る回転振動応力測定装置の平面図である。 本発明の第一実施形態に係る送信機側の回転振動応力測定装置がディスクに取り付いた状態の断面図である。 本発明の第一実施形態に係る電源側の回転振動応力測定装置がディスクに取り付いた状態の断面図である。 本発明の第一実施形態に係る回転振動応力測定装置の架設部材の固定部分の断面図である。 本発明の第二実施形態に係る回転振動応力測定装置の平面図である。 本発明の第三実施形態に係る電源側の回転振動応力測定装置がディスクに取り付いた状態の断面図である。 本発明の第三実施形態に係る回転振動応力測定装置の平面図である。

（第一実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の第一実施形態の回転振動応力測定装置を蒸気タービン（不図示。以下同じ。）に適用した場合を例に挙げて説明する。
ここで、図１は、回転振動応力測定装置が設けられる蒸気タービンのローターＲに固定された円盤状のディスクＤを示している。ディスクＤには、周方向に複数のバランスホールＥが設けられ、該複数のバランスホールＥに回転振動応力測定装置が埋設されている。また、図２おいては、説明の便宜のため、バランスホールＥを直線状に配置して表した回転振動応力測定装置１を示している。ここで、バランスホールＥは、図１に示すディスクＤに設けられ、断面視して略円形をなし、該ディスクＤの厚み方向に設けられた穴部である。また、バランスホールＥは、図１の図面に直交する方向である回転軸Ｐの軸線回りに所定の間隔を有して、複数設けられている。
ここで、回転振動応力測定装置１は、図示しないが、蒸気タービンの動翼に貼られた歪ゲージから延在するリード線が回転振動応力測定装置１に接続され、該回転振動応力測定装置１から歪ゲージの出力信号を電波として発信する（詳細については後述する）。そして、該電波を静止側の受信アンテナを介して受信機で復調しデータレコーダで振動応力を記録し、振動データを分析する構成となっている。

以下、回転振動応力測定装置１を構成する各部の詳細について説明する。
図２に示すように、回転振動応力測定装置１は、穴部であるバランスホールＥに対して挿入配置される複数のカプセル１２，１３と、これらカプセル１２，１３のうち一のカプセル１２内に格納された送信機２１と、二のカプセル１３内に格納された電源３１と、送信機２１の出力を発信する送信アンテナ４１とを備える。さらに、回転振動応力測定装置１は、カプセル１２とカプセル１３とに跨って配置された線状の架設部材５１を備える。

図３に示すように、カプセル１２は、一端が開口部１１２とされたカプセル本体１１０と、該開口部１１２に螺着された蓋体１１８とを備える。

カプセル本体１１０は、金属で構成され、開口部１１２を有する有底筒状の容器である埋設部１１１と、該埋設部１１１の上部に設けられ蓋体１１８を支持する蓋体支持部１１６とを備える。
埋設部１１１は、外周面に雄螺子部１１３が設けられ、該雄螺子部１１３がディスクＤのバランスホールＥの内周面に設けられた雌螺子部Ｄ２に螺合されている。
蓋体支持部１１６は、埋設部１１１の上部に設けられ断面視して環状の部分であり、内周面には雌螺子部１１７が設けられている。また、蓋体支持部１１６には、内方から外方に向かって貫通孔１２０が二箇所形成されている。

蓋体１１８は、金属で構成され、その外周面には雄螺子部１１９が形成され、該雄螺子部１１９がカプセル本体１１０の開口部１１２の雌螺子部１１７と螺着されている。
なお、カプセル１３は、カプセル１２と同様の構成である。

送信機２１は、歪ゲージの出力信号を電波として発信するものであり、カプセル１２の内部に格納されている。

電源３１は、例えば、二次電池であり、送信機２１の電源であり、図４に示すカプセル１３の内部に格納されている。また、電源３１の上方には、スペーサー３２が設けられている。

図３において、送信アンテナ４１は、絶縁材で被覆されたアンテナであり、電波を受信機に対して送信するものである。この送信アンテナ４１は、一端がカプセル１２内の送信機２１の上端に設けられたアンテナ端子１４１と接続され、貫通孔１２０を通ってカプセル１２の外方に引き出され、蓋体支持部１１６の外面及び蓋体１１８の外面に沿って上方に向かうとともに、ボルト１２２の端部が固定された架設部材５１に添装されている。
すなわち、図５に示すように、ボルト１２２は、その下端部が蓋体１１８に固定されており、上方に突出するように設けられている。該ボルト１２２には、蓋体１１５の上面に接する位置に第一ナット１２３が螺着され、その上部に絶縁材からなるスリーブ１５３が嵌装され、スリーブ１５３の外側には、絶縁材からなるワッシャー１５３，１５４に挟まれた上体で架設部材５１の端部が嵌装され、これらの上部に第二ナット１２４が螺着されている。
この構成において、第二ナット１２４が第一ナット１２３に緊締されることにより、架設部材５１の端部が強固にボルト１２２に固定された構造となっている。架設部材５１は、金属製の線状部材であるがボルト１２２、第一ナット１２３、第二ナット１２４、スリーブ１５３、及びワッシャー１５３，１５４により、絶縁された状態で固定されている。
また、この架設部材５１は、図２に示すように、カプセル１２，１３の間に跨って配置され、かつ、カプセル１２，１３の間において一方向に凸となるように湾曲形状に形成されている。
また、この架設部材５１に対して、送信アンテナ４１は螺旋状に巻き付けて設けられている。
なお、スリーブ１５３としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性のある樹脂を採用することができる。
また、ワッシャー１５４と，１５５しては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂等の絶縁性のある樹脂を採用することができる。
また、第一ナット１２３及び第二ナット１２４としては、例えば緩み止め効果のあるＵナット等を採用することができる。

このように構成された回転振動応力測定装置１では、蒸気タービンの動翼に貼り付けられた歪ゲージの出力信号を送信機２１及び送信アンテナ４１によって、電波として発信する。そして、該電波を静止側の受信アンテナを介して受信機で復調しデータレコーダで振動応力を記憶し、振動データを分析する。

上記の回転振動応力測定装置１では、送信アンテナ４１は絶縁材で被覆されているため絶縁構造である。さらに、架設部材５１と第一ナット１２３及び第二ナット１２４との間には絶縁材で構成されるワッシャー１５４，１５５が介装され、架設部材５１とボルト１２２との間には絶縁材で構成されるスリーブ１５３が介装されるため、架設部材５１の外周も絶縁構造である。そして、送信アンテナ４１は架設部材５１に添装されている。よって、送信機２１と送信アンテナ４１とを簡易な構造で絶縁でき、かつ電気的特性を劣化させることなく電波を良好な状態で送信することができる。
また、送信アンテナ４１は、カプセル１２とカプセル１３との間に架設された架設部材５１に螺旋状に巻きついて配されるため、該架設部材５１に堅固に固定される。また、架設部材５１は、湾曲形状とされることによりカプセル１２，１３と離間して配されるとともに、第一ナット１２３、第二ナット１２４及びボルト１２２により蓋体１１８と固定されている。よって、電気的特性を劣化させることなく電波をより良好な状態で送信することができる。

また、蓋体１１８は、側面に設けられた雄螺子部１１９が、蓋体支持部１１６の雌螺子部１１７と螺合することにより、カプセル本体１１０に固定される。よって、蓋体１１８を固定するための取付ネジ等が不要であるため、蒸気タービンの振動により該取付ネジ等が外れてしまう虞が無く、安全性が高い。
さらに、取付ネジ等が不要となり、在庫管理や発注等の部品管理を低減することができる。

また、蓋体１１８は金属製であるため、例えば絶縁性樹脂で構成されたものと比較すると材料費や加工費が低減でき、コスト面で有利である。

また、蒸気タービンに設けられたバランスホールＥを利用して、回転振動応力測定装置１を取り付けることができる。
さらに、従来は、二箇所のバランスホールＥを利用して、一方に送信機が格納されたカプセルを取り付け、他方に電源が格納されたカプセルを取り付けていた。よって、二箇所のバランスホールＥに対して、一個の送信機を設けることができた。
一方、本実施形態では、送信アンテナ４１が絶縁材で被覆されているため、図４に示すように、送信機２１が格納されたカプセル１２を二個設けた場合であっても、該送信機２１同士が互いに電気的につながり信号が干渉し合うことはない。よって、三箇所のバランスホールＥを利用して、二個の送信機２１を設けることができる。したがって、バランスホールＥの数が限られている場合でも、送信機２１を効率的に設けることができるため、有利である。

（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態に係る回転振動応力測定装置１Ｘについて説明する。
この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

第一実施形態では、シングルチャンネル型の送信機２１を採用して、三箇所のバランスホールＥを利用して二個の送信機２１を設けて、２Ｃｈ分の計測が可能であった。
一方、本実施形態では、図６に示すように、送信機として３Ｃｈ分の計測が可能なマルチチャンネル型の送信機２１Ｘを採用する。
また、四箇所のバランスホールＥを利用して、電源３１を格納したカプセル１３を二個、マルチチャンネル型の送信機２１Ｘを格納したカプセル１２Ｘを二個設ける。

このように構成された回転振動応力測定装置１Ｘでは、合計６Ｃｈ分の動歪を計測することができる。よって、より効率的に計測することができる。
また、電源３１を二個設けることにより、シングルチャンネル型よりも動作電圧の高いマルチチャンネル型の送信機２１Ｘに対しても、確実に電量を供給することができる。

（第三実施形態）
以下、本発明の第三実施形態に係る回転振動応力測定装置１Ｙについて説明する。
この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

第一実施形態では、電源として二次電池３１のみ用いて、送信機２１としてシングルチャンネル型のものを採用して、２Ｃｈ分の計測が可能であった。
一方、本実施形態では、図７及び図８に示すように、電源３１Ｙとして、二次電池３１に加えて変圧モジュール３３Ｙを設ける。すなわち、電源３１Ｙは、二次電池３１と、該二次電池３１の上方に設けられたスペーサー３２Ｙと、該スペーサー３２Ｙの上方に設けられた変圧モジュール３３Ｙとを備える。変圧モジュール３３Ｙは、例えばＤＣ／ＤＣコンバータであり、変圧モジュール３３Ｙの出力を昇圧させるものである。
また、送信機として３Ｃｈ分の計測が可能なマルチチャンネル型の送信機２１Ｙを採用する。
よって、三個のバランスホールＥを利用して、電源３１Ｙを格納したカプセル１３Ｙを一個、マルチチャンネル型の送信機２１Ｙを格納したカプセル１２Ｙを二個設ける。

このように構成された回転振動応力測定装置１Ｙでは、合計６Ｃｈ分の動歪を計測することができる。よって、より効率的に計測することができる。
また、二次電池３１が一個であっても変圧モジュール３３Ｙを設けることにより、シングルチャンネル型よりも動作電圧の高いマルチチャンネル型の送信機２１Ｙを、確実に動作させることが可能である。

なお、本実施形態では、回転振動応力測定装置１、１Ｘ、１Ｙを蒸気タービンに適用した場合を説明したが、蒸気タービンに限定されるものではなく、ガスタービン等同様な構成を有する回転機械に適用され得るものである。

なお、上述した実施の形態において示した組立手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、送信アンテナ４１を、架設部材５１から複数突出する係合部（不図示）に係合することにより、送信アンテナ４１が架設部材５１に添装される構成であってもよい。

１，１Ｘ，１Ｙ…回転機械応力測定装置
１２，１２Ｘ，１２Ｙ…カプセル（一のカプセル）
１３，１３Ｙ…カプセル（二のカプセル）
２１，２１Ｘ，２１Ｙ…送信機
３１、３１Ｙ…電源
４１…送信アンテナ
５１…架設部材
１１０…カプセル本体
１１２…開口部
１１８…蓋体
Ｄ…ディスク
Ｅ…バランスホール（穴部）
Ｐ…回転軸

Claims (6)

1. 回転機械の回転軸の軸線回りに設けられた複数の穴部に対して挿入配置される複数のカプセルと、該カプセルのうち一のカプセル内に格納された送信機と、同カプセルのうち二のカプセル内に格納された電源と、前記一のカプセルと前記二のカプセルとに跨って配置され前記送信機の出力を発信する送信アンテナとを備える回転振動応力測定装置であって、
   前記一のカプセルと前記二のカプセルとに跨って配された線状の架設部材を備え、
   前記送信アンテナは、絶縁材で被覆されて、前記架設部材に添装されており、
   前記架設部材は、前記一のカプセル及び前記二のカプセルに絶縁された状態で固定されていることを特徴とする回転振動応力測定装置。
2. 請求項１に記載の回転振動応力測定装置において、
   前記架設部材は、前記一のカプセルと前記二のカプセルとの間において、一方向に凸状の湾曲形状となるように配置されていることを特徴とする回転振動応力測定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の回転振動応力測定装置において、
   前記カプセルは、一端が開口部とされたカプセル本体と、前記開口部に螺着された金属製の蓋体とを有することを特徴とする回転振動応力測定装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の回転振動応力測定装置において、
   前記架設部材は、その両端が前記一のカプセルの蓋体と前記二のカプセルの蓋体とにそれぞれ固定されていることを特徴とする回転振動応力測定装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の回転振動応力測定装置において、
   前記送信アンテナは、前記架設部材に螺旋状に巻きつけて設けられていることを特徴とする回転振動応力測定装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の回転振動応力測定装置において、
   前記回転機械が、ガスタービン又は蒸気タービンとされ、
   前記穴部は、前記回転軸を中心として設けられた円盤状のディスクの前記軸線回りに設けられていることを特徴とする回転振動応力測定装置。

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