JP6577799B2 - 遠心式回転機械の動特性測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸の軸端部に羽根車が取り付けられてなるロータを備える遠心式回転機械の動特性測定装置に関する。

例えば、回転軸の軸端部に羽根車が取り付けられてなるロータを備える遠心式回転機械の一例である遠心圧縮機では、ロータに作用する高圧ガスの励振力により、ロータが自励振動を起こし圧縮機を停止させなければならなくなることがある。ロータが自励振動を起こすか否かは、ロータ（軸振動系）の減衰比によって決まり、減衰比が正の値であれば自励振動を起こさず、減衰比の値が大きいほど自励振動を起こしにくく安定であることが知られている。

したがって、遠心式回転機械を安定的に稼働させるためには、ロータの減衰比を適切に把握することが重要となる。そこで、特許文献１には、羽根車を磁力で加振する磁力発生器を設け、磁力発生器でロータを加振した状態でロータの動特性を演算する動特性測定装置が開示されている。このような動特性測定装置を用いて、ロータの減衰比等を求めることによって、ロータの安定性を評価することが可能となっている。

特開２０１４−１０２１１７号公報

ところで、特許文献１では、羽根車を磁力で加振する磁力発生器が、羽根車の背面側（吸込側の反対側）に設けられている。このような配置は、羽根車の径が、羽根車の背面側に設けられるシールよりも十分に大きく、羽根車の背面側に空きスペースが存在する場合には有効である。しかしながら、例えば、多段圧縮式の遠心圧縮機等では、高圧段のロータになるほど、吸い込まれるガスの体積が小さくなるため羽根車の径が小さくなるとともに、高圧に対応するため比較的大型のドライガスシール等のシールが用いられる。このため、羽根車の背面側に磁力発生器を適切に配置できない場合がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、回転軸の軸端部に羽根車が取り付けられてなるロータを備える遠心式回転機械の動特性測定装置において、羽根車の背面側に磁力発生器を配置できない場合でも、磁力発生器を好適に設置できるようにすることにある。

本発明は、軸方向に延びる回転軸の軸端部に、所定の回転方向に回転することで前記軸方向の吸込側から流体を吸い込んで径方向の外側から吐き出す羽根車が取り付けられてなるロータを備える遠心式回転機械の動特性測定装置であって、前記羽根車を磁力で加振する磁力発生器と、前記磁力発生器を駆動する加振制御器と、前記回転軸の振動を検出する振動検出器と、前記加振制御器からの加振信号および前記振動検出器からの振動信号に基づいて周波数分析およびモード解析を行って前記ロータの動特性を算出する演算装置と、を備え、前記羽根車の前記吸込側に前記羽根車を覆うカバーが取り付けられており、前記磁力発生器が前記カバーに対向するように配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、羽根車の吸込側に取り付けられたカバーに対向するように磁力発生器が配置されているため、磁力発生器によりカバーに磁気吸引力を及ぼすことで、羽根車を磁力で加振することができる。一般的に、羽根車の背面側（吸込側の反対側）にはシールや軸受等の種々の機械要素が配置されるのに対し、カバーに対向する領域にこのような機械要素が配置されることはあまりないため、羽根車の背面側に磁力発生器を配置できない場合でも、磁力発生器を好適に設置することが可能となる。

本実施形態にかかる遠心圧縮機を模式的に示す側面図である。 軸方向から見た磁力発生器の配置図である。 磁力発生器の詳細を示す側面図である。 磁力作用面および磁力被作用面を示す側面図である。 磁力作用面および磁力被作用面を示す側面図である。 磁力作用面および磁力被作用面を示す側面図である。 磁力作用面および磁力被作用面を示す側面図である。 図４Ｃおよび図４ＤのＩ方向から見た磁力作用面および磁力被作用面を示す図である。 磁力発生器の断面形状を示す図である。 磁力発生器の断面形状を示す図である。 磁力発生器の断面形状を示す図である。 本実施形態にかかる遠心圧縮機に設けられた動特性測定装置の構成図である。 剛体モードを励起する場合の加振信号の波形を示すグラフである。 剛体モードを励起したときのロータの振動の様子を示す図である。 剛体モードを励起したときのロータの振動の様子を示す図である。 曲げモードを励起する場合の加振信号の波形を示すグラフである。 曲げモードを励起したときのロータの振動の様子を示す図である。 曲げモードを励起したときのロータの振動の様子を示す図である。 後回りモードを励起する場合の加振信号の波形を示すグラフである。 後回りモードを励起したときのロータの振動の様子を示す図である。 前回りモードを励起する場合の加振信号の波形を示すグラフである。 前回りモードを励起したときのロータの振動の様子を示す図である。 前回り剛体モードを励起する場合の加振信号の波形を示すグラフである。 前回り剛体モードを励起したときのロータの振動の様子を示す図である。 ロータの動特性測定のフローチャートである。 回転安定性の評価方法を説明するためのグラフである。 回転安定性の評価方法を説明するためのグラフである。 磁力発生器の配置の変形例を示す側面図である。 磁力発生器の配置の変形例を示す側面図である。 磁力発生器の配置の変形例を示す側面図である。 磁力発生器の配置の変形例を示す側面図である。 磁力発生器の長手方向に沿った断面形状を示す図である。 磁力発生器の長手方向に直交する断面形状を示す図である。 磁力発生器の長手方向に沿った断面形状を示す図である。 磁力発生器の長手方向に直交する断面形状を示す図である。 磁力発生器の長手方向に沿った断面形状を示す図である。 磁力発生器の長手方向に直交する断面形状を示す図である。 磁力作用面および磁力被作用面を示す図である。

本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。以下では、本発明にかかる動特性測定装置をギア内蔵型遠心圧縮機に適用した例を示しているが、本発明にかかる動特性測定装置は、回転軸の軸端部に羽根車が取り付けられてなるロータを備え、流体を圧縮または圧送する様々な遠心式回転機械に適用することができる。例えば、遠心圧縮機の他に、遠心ポンプや遠心送風機等に対して、本発明にかかる動特性測定装置を適用することができる。

<ギア内蔵型遠心圧縮機の構成>
図１に示すように、ギア内蔵型遠心圧縮機１００は、軸方向に延びる回転軸３と、回転軸３の両端部にそれぞれ取り付けられた２つの羽根車４とを有するロータ６を具備してなる。羽根車４が所定の回転方向に回転することで、図１において矢印で図示しているように、軸方向の吸込側から羽根車４にガスが吸い込まれ、吸い込まれたガスは羽根車４で圧縮されつつ遠心方向に流動し、羽根車４の径方向の外側から圧縮ガスが吐き出される。羽根車４の吸込側（羽根車４の背面の反対側）には、羽根車４を覆うカバー５が取り付けられている。

回転軸３のうち２つの羽根車４の間の中央部には、ギア７（ピニオンギア）が設けられている。このギア７は、ギア７よりも大きな径の大ギア（不図示）に噛み合わせられており、ロータ６はギア７を介して回転させられる。また、２つの羽根車４の間であって、且つギア７の両側には、回転軸３を回転自在に支持する軸受８が設置されている。この軸受８と羽根車４との間には、圧縮ガスの漏れを防止するシール９が設置されている。なお、ロータ６等の機械要素は、図示を省略するケーシングに収容されている。

図１では、ギア７、軸受８、シール９等が組み込まれた状態のロータ６を１つだけ備えたギア内蔵型遠心圧縮機１００を図示しているが、ギア７、軸受８、シール９等が組み込まれた状態のロータ６を複数備えて構成される多段圧縮式の遠心圧縮機が知られている。このような多段圧縮式の遠心圧縮機等では、高圧段のロータ６になるほど、吸い込まれるガスの体積が小さくなるため羽根車４の径が小さくなるとともに、高圧に対応するため比較的大型のドライガスシール等のシール９が用いられる。このため、図１に示すように、羽根車４の背面側に磁力発生器を配置するのが困難な場合に、本発明は好適に適用することができるものである。

<磁力発生器の配置>
本実施形態では、各羽根車４に対して、羽根車４を磁力で加振する磁力発生器１、２が、カバー５に対向するように複数配置されている。ここで、磁力発生器１は図１の左側の羽根車４に対して設けられるものであり、磁力発生器２は図１の右側の羽根車４に対して設けられるものである。

図２は、軸方向から見た磁力発生器１の配置図であり、図１の左側から見た磁力発生器１の配置を示すものである。本実施形態では、図１の左側の羽根車４に対して、羽根車４の回転方向に９０度間隔で４つの磁力発生器１（磁力発生器１Ａ〜１Ｄ）が配置されている。図１の右側の羽根車４に対しても同様に、羽根車４の回転方向に９０度間隔で４つの磁力発生器２（磁力発生器２Ａ〜２Ｄ）が配置されている（図１１Ｂ参照）。磁力発生器１Ａと２Ａ、磁力発生器１Ｂと２Ｂ、磁力発生器１Ｃと２Ｃ、磁力発生器１Ｄと２Ｄは、軸方向から見たときの位置がそれぞれ同位置とされている。

図３は、磁力発生器１の詳細を示す側面図である。なお、磁力発生器２も磁力発生器１と同一の構成を有するので、以降、磁力発生器１について説明する。磁力発生器１は、発生磁力の大きさを変化させられるものが好ましく、例えば鉄心１ａに巻かれたコイル１ｂが円筒状のヨーク１ｃに覆われてなる電磁石が適している。磁力発生器１は、ロータ６を収容するケーシング１０のうち、カバー５に対向する位置に形成された凹状の収容部１１に収容されている。ケーシング１０には、収容部１１に連通する配線空間１２が形成されており、磁力発生器１に電気を供給するための配線１３がこの配線空間１２内に配設されている。配線空間１２を経由してガスが外部に漏れることを防止するため、配線空間１２の内壁面と配線１３との間にはシール１４が設けられている。

本実施形態では、磁力発生器１は、カバー５の吸込側の面５ａ（図３において太線で図示した部分）のうち外周縁部５ｂに対向するように軸方向に沿って配置されている。なお、「磁力発生器１が軸方向に沿って配置されている」とは、磁力発生器１の長手方向（鉄心１ａの軸方向）が回転軸３の軸方向と略平行となるように配置されていることを指す。

カバー５の材質は、磁気吸引力が作用する磁性体または渦電流が発生する良導体であることが望ましい。磁性体としては、鉄、磁性を有するステンレス等が挙げられる。良導体としては、アルミ、アルミニウム合金、銅等が挙げられる。あるいは、カバー５の吸込側に磁性体または良導体からなる部材を取り付けることによって、カバー５の材質の選択肢を広げることができる。

ここで、図４Ａに示すように、カバー５の外周縁部５ｂは、遠心力のバランスや強度等を考慮して若干肉厚となるよう凸状に形成されていることがある。このような場合に、カバー５に対向する磁力発生器１の磁力作用面１ｄ（磁力発生器１の長手方向の端面）が平坦面だと、磁力作用面１ｄと、磁力作用面１ｄに対向するカバー５の磁力被作用面（本実施形態では外周縁部５ｂ）との間の距離が均一とならず、両者のギャップが広くなる部分が生じてしまう。このため、磁力発生器１による磁気吸引力を効率的にカバー５に作用させることができないおそれがある。

そこで、磁力発生器１の磁力作用面１ｄとカバー５の磁力被作用面５ｂとの間の距離を全面にわたって均一にすることが好ましい。具体的には、図４Ｂに示すように、カバー５の磁力被作用面５ｂを軸方向に直交する平坦面とするとともに、磁力発生器１の磁力作用面１ｄを軸方向に直交する平坦面とすればよい。あるいは、図４Ｃに示すように、カバー５の磁力被作用面５ｂを円錐台形状に構成し、その表面に磁力作用面１ｄが沿うように、磁力発生器１を軸方向から傾けて配置してもよい。また、図４Ｄに示すように、カバー５の磁力被作用面５ｂを円錐台形状に構成し、その表面に磁力作用面１ｄが沿うように、磁力作用面１ｄを軸方向に直交する平面に対して斜めに形成してもよい。

図４Ｅは、図４Ｃおよび図４ＤのＩ方向から見たときの磁力作用面１ｄおよび磁力被作用面５ｂを示す図である。カバー５の磁力被作用面５ｂを円錐台形状に構成した場合には、図４Ｅに示すように、磁力発生器１の磁力作用面１ｄを円弧状にすることで、周方向においても磁力作用面１ｄを磁力被作用面５ｂに沿わせることができ、磁力作用面１ｄと磁力被作用面５ｂとの間の距離の均一度をより向上させることができる。なお、磁力発生器１の磁力作用面１ｄおよびカバー５の磁力被作用面５ｂを、図４Ｂ〜Ｅのように構成することは必須ではなく、十分な磁力吸引力をカバー５に作用させることができるのであれば、図４Ａのままでも構わない。

ここで、磁力発生器１の磁気吸引力を強くするためには、磁力発生器１の長手方向（鉄心１ａの軸方向）に直交する断面積を大きくすることが考えられる。しかしながら、磁力発生器１の断面形状が図２のように円形の場合、円形の断面形状をそのまま拡大すると磁力発生器１の一部がカバー５の外縁からはみ出すことになり、磁力発生器１の断面積を大きくした割には磁気吸引力をカバー５に効率よく作用させることができない。

そこで、例えば、図５Ａ〜Ｃに示すように、磁力発生器１の長手方向に直交する断面において、羽根車４の回転方向における磁力発生器１の寸法を、回転方向に直交する方向、すなわち径方向における磁力発生器１の寸法よりも大きくすることが好ましい。具体的には、磁力発生器１の断面形状を、図５Ａに示すように、回転方向に長軸を有し、径方向に短軸を有する楕円形状としてもよいし、図５Ｂに示すように、回転方向に延びる長円形状としてもよいし、図５Ｃに示すように、回転方向に延びる扇形状としてもよい。これらの断面形状によれば、磁力発生器１の一部がカバー５の外縁からはみ出すことなく、磁力発生器１の断面積を効率よく大きくすることができる。

<動特性測定装置の構成>
図６は、本実施形態にかかる遠心圧縮機１００に設けられた動特性測定装置２０の構成図である。なお、以下では、図１の左側の羽根車４に対して設けられた磁力発生器１についてのみ説明しているが、図１の右側の羽根車４に対して設けられた磁力発生器２に関しても同様の構成となっている。

動特性測定装置２０は、複数の磁力発生器１（１Ａ〜１Ｄ）と、磁力発生器１を駆動するための加振信号を出力する加振制御器２１と、加振制御器２１から出力された加振信号を増幅する増幅器２２と、回転軸３の振動を検出する振動検出器１５、１６と、加振制御器２１からの加振信号および振動検出器１５、１６からの振動信号（検出信号）を後述の演算装置２４に受け渡す信号計測器２３と、加振制御器２１からの加振信号および振動検出器１５、１６からの振動信号に基づいて周波数分析およびモード解析を行ってロータ６の動特性を算出する演算装置２４とを備えている。振動検出器１５、１６は、軸方向に直交する面内において直交する２方向の振動を検出できるように、ロータ６の回転方向に９０度離間して配置されている。

<磁力発生器による加振形態>
磁力発生器１、２による加振形態について説明する。まず、図７Ａ〜Ｃを参照しつつ、剛体モードを励起する場合について説明する。なお、剛体モードとは、一般的に、ロータ６が振動するときに最初に出てくる曲がりの少ない振動モードのことである。これに対して、曲げモードとは、例えば、ロータ６が振動するときに剛体モードの次に出てくる比較的曲がりの大きい振動モードのことである。

図７Ｂ、Ｃは、剛体モードを励起したときのロータ６の振動の様子を示す図である。図７Ｂ、Ｃに示すように、剛体モードでは、例えば、回転軸３の両端は、回転しながら反対向きに振動する（振れる）。このような振動モードを剛体モードという。

図７Ａは、剛体モードを励起する場合の磁力発生器１、２への加振信号の波形を示すグラフである。剛体モードを励起する場合には、羽根車４の回転方向に１８０度間隔で配置された磁力発生器の組（例えば、磁力発生器１Ａ、１Ｃおよび磁力発生器２Ａ、２Ｃ）により各羽根車４を加振する。

図７Ｂの状態および図７Ｃの状態を、それぞれ、位相状態Ａおよび位相状態Ｂとして、磁力発生器１Ａ、１Ｃ、２Ａ、２Ｃへの加振信号がどのときの振動状態が位相状態Ａまたは位相状態Ｂに相当するのかを、図７Ａのグラフ中に示している。図７Ａに示すように、ロータ６の回転方向において１８０度の間隔で配置された磁力発生器の組、すなわち、磁力発生器１Ａ、１Ｃおよび磁力発生器２Ａ、２Ｃをそれぞれ交互に動作させるとともに、ロータ６の軸方向において対向配置された磁力発生器の組、すなわち、磁力発生器１Ａ、２Ａおよび磁力発生器１Ｃ、２Ｃへの加振信号の位相差を逆相とする（１８０度ずらす）ことで、剛体モードを効果的に励起することができる。

次に、図８Ａ〜Ｃを参照しつつ、曲げモードを励起する場合について説明する。図８Ｂ、Ｃは、曲げモードを励起したときのロータ６の振動の様子を示す図である。図８Ｂ、Ｃに示すように、曲げモードでは、例えば、回転軸３の両端は、回転しながら同じ向きに振動する（振れる）。このような振動モードを曲げモードという。

図８Ａは、曲げモードを励起する場合の磁力発生器１、２への加振信号の波形を示すグラフである。曲げモードを励起する場合には、剛体モードを励起する場合と同様に、羽根車４の回転方向に１８０度間隔で配置された磁力発生器の組（例えば、磁力発生器１Ａ、１Ｃおよび磁力発生器２Ａ、２Ｃ）により各羽根車４を加振する。

図８Ｂの状態および図８Ｃの状態を、それぞれ、位相状態Ｃおよび位相状態Ｄとして、磁力発生器１Ａ、１Ｃ、２Ａ、２Ｃへの加振信号がどのときの振動状態が位相状態Ｃまたは位相状態Ｄに相当するのかを、図８Ａのグラフ中に示している。図８Ａに示すように、ロータ６の回転方向において１８０度の間隔で配置された磁力発生器の組、すなわち、磁力発生器１Ａ、１Ｃおよび磁力発生器２Ａ、２Ｃをそれぞれ交互に動作させるとともに、ロータ６の軸方向において対向配置された磁力発生器の組、すなわち、磁力発生器１Ａ、２Ａおよび磁力発生器１Ｃ、２Ｃへの加振信号の位相差を同相とすることで、曲げモードを効果的に励起することができる。

次に、図９Ａ〜図１０Ｂを参照しつつ、後回りモードまたは前回りモードを励起する場合について説明する。後回りモードとは、図９Ｂに示すように、回転軸３（ロータ６）の振れ回りが、回転軸３（ロータ６）の回転方向とは反対方向となる振動モードのことである。これに対して、前回りモードとは、図１０Ｂに示すように、回転軸３（ロータ６）の振れ回りが、回転軸３（ロータ６）の回転方向と同方向となる振動モードのことである。

図９Ａは、後回りモードを励起する場合の磁力発生器１への加振信号の波形を示すグラフであり、図１０Ａは、前回りモードを励起する場合の磁力発生器１への加振信号の波形を示すグラフである。後回りモードまたは前回りモードを励起する場合には、羽根車４の回転方向に９０度間隔で配置された２つの磁力発生器（例えば、磁力発生器１Ａ、１Ｂ）により羽根車４を加振する。

図９Ａおよび図１０Ａに示すように、ロータ６の回転方向において９０度の間隔で配置された磁力発生器１Ａ、１Ｂのうちの一方（例えば、磁力発生器１Ａ）への加振信号を基準として、他方（例えば、磁力発生器１Ｂ）への加振信号の位相を９０度ずらすことで、後回りモードと前回りモードとを効果的に励起することができる。

次に、図１１Ａ、Ｂを参照しつつ、前回り剛体モードについて説明する。前回り剛体モードとは、図１１Ｂに示すように、前回り方向に回転する剛体モードである。なお、後回り剛体モードとは、後回り方向に回転する剛体モードであり、後回り曲げモードとは、後回り方向に回転する曲げモードであり、前回り曲げモードとは、前回り方向に回転する曲げモードである。

図１１Ａは、前回り剛体モードを励起する場合の磁力発生器１、２への加振信号の波形を示すグラフである。前回り剛体モード、後回り剛体モード、後回り曲げモードまたは前回り曲げモードを励起する場合には、羽根車４の回転方向に９０度間隔で配置されたすべての磁力発生器１Ａ〜１Ｄ、２Ａ〜２Ｄにより各羽根車４を加振する。

図１１Ａに示すように、ロータ６の回転方向において９０度の間隔で配置された磁力発生器の組、すなわち、磁力発生器１Ａ〜１Ｄおよび磁力発生器２Ａ〜２Ｄへの加振信号をそれぞれ、加振させたい（振れ回しさせたい）回転方向に９０度ずつ位相をずらすことで前回りモード（または後回りモード）を効果的に励起することができる。また、ロータ６の軸方向において対向配置された磁力発生器の組、すなわち、磁力発生器１Ａ、２Ａ、磁力発生器１Ｂ、２Ｂ、磁力発生器１Ｃ、２Ｃおよび磁力発生器１Ｄ、２Ｄへの加振信号の位相差を逆相（または同相）とすることで、剛体モード（または曲げモード）を効果的に励起することができる。これらを組み合わせることで、後回り剛体モード、前回り剛体モード、後回り曲げモード、および前回り曲げモードを励起することができる。

<ロータの動特性測定の流れ>
図１２は、動特性測定装置２０によるロータ６の動特性測定のフローチャートである。加振制御器２１より加振信号が出力され（ステップＳ１）、増幅器２２に入力される。増幅器２２は磁力発生器１Ａ〜１Ｄに接続されており、磁力発生器１Ａ〜１Ｄに入力される加振信号は、この増幅器２２にて増幅される。なお、磁力発生器１Ａ〜１Ｄの駆動方法としては、例えば加振周波数を変化させていくスイープ加振、衝撃的な入力を加えるインパルス加振等が挙げられる。

磁力発生器１Ａ〜１Ｄにより発生した磁力（磁気吸引力）によりロータ６が加振される。この加振力に対するロータ６（回転軸３）の振動応答は、振動検出器１５、１６によって検出される（ステップＳ２）。

加振制御器２１からの加振信号および振動検出器１５、１６で検出された振動信号は信号計測器２３に入力される。信号計測器２３は、これらの加振信号および振動信号を演算装置２４による処理に適した形式に適宜変換した後、演算装置２４に送る。

演算装置２４は、信号計測器２３から送られてきた加振信号のデータおよび振動信号（振動応答信号）のデータに対して周波数分析を行い、加振信号から振動応答までの伝達関数を算出する（ステップＳ３）。

周波数分析では、時刻歴データである加振信号ｘ（ｔ）と振動応答信号ｙ（ｔ）とを、例えば一般的に知られるＤＦＴ処理（Discrete Fourier Transform）やＦＦＴ処理（Fast Fourier Transform）等により、入力スペクトルデータＸ（ｆ）と応答スペクトルデータＹ（ｆ）とに変換する。ここで、ｔは時刻［ｓ］、ｆは周波数［Ｈｚ］を表す。

ＤＦＴ処理による時刻歴データｘ（ｔ）のスペクトルデータＸ（ｆ）への変換例を次式に示す。

ここで、Ｎは分析対象となるデータの点数、ｍは時刻歴データ列のｍ番目のデータであることを表す番号、ｎはスペクトルデータ列のｎ番目のデータであることを表す番号、πは円周率、ｊは虚数単位である。

時刻歴データの時刻ｔとデータ番号ｍとの関係は、データの時間刻みをΔｔとするとｔ＝ｍΔｔで表される。スペクトルデータの周波数ｆとデータ番号ｎとの関係は、データの周波数刻みをΔｆ＝１／（ＮΔｔ）とするとｆ＝Δｆｎで表される。

周波数分析により得られた入力スペクトルデータＸ（ｆ）と応答スペクトルデータＹ（ｆ）とを用いて伝達関数Ｇ（ｆ）は次式で算出される。

演算装置２４により、算出された伝達関数Ｇ（ｆ）に対し、モード解析法として知られる例えば偏分反復法やＥＲＡ法（Eigensystem Realization Algorism）等を適用することで固有振動数、減衰比、振動モードが求まる（ステップＳ４）。減衰比は、ロータ６の動特性の一例である。

算出された各振動モードの減衰比をグラフにプロットする（ステップＳ５）。その後、算出された各振動モードの減衰比からロータ６（軸振動系）の回転安定性を評価する。回転安定性の評価方法としては、例えば横軸をガス動力、縦軸を減衰比としたグラフで圧縮機負荷に対する減衰比の変化を評価できる（図１３Ａ参照）。または、横軸を時間、縦軸を減衰比としたグラフで圧縮機の実運転時における状態監視が可能である（図１３Ｂ参照）。図１３Ａ、Ｂにおいて減衰比がゼロに近づくとロータ６の回転が不安定化する危険性が増すため、そのような運転状態を避けるか、またはロータ６の減衰を増す対策を行う等の判断が本技術により可能となる。

（作用・効果）
以上の本実施形態によれば、羽根車４の吸込側に取り付けられたカバー５に対向するように磁力発生器１、２が配置されているため、磁力発生器１、２によりカバー５に磁気吸引力を及ぼすことで、羽根車４を磁力で加振することができる。一般的に、羽根車４の背面側（吸込側の反対側）にはシール９や軸受８等の種々の機械要素が配置されるのに対し、カバー５に対向する領域にこのような機械要素が配置されることはあまりないため、羽根車４の背面側に磁力発生器１、２を配置できない場合でも、磁力発生器１、２を好適に設置することが可能となる。

また、本実施形態では、磁力発生器１、２が、カバー５の吸込側の面５ａ（図３の太線部分）に対向するように配置されている。従来のように、羽根車４の背面側に磁力発生器１、２を配置する場合には、羽根車４の吐出側の圧力と大気圧の差圧が磁力発生器１、２に作用するため、耐圧性の高い磁力発生器１、２が必要となっていた。それに対し、本実施形態のように吸込側に磁力発生器１、２を設ければ、羽根車４の吐出側の圧力と吸込側の圧力の差圧が作用するのみなので、磁力発生器１、２に作用する圧力を低減することができる。その結果、磁力発生器１、２の耐圧性を下げることが可能となる。また、図３に示すシール１４に作用する圧力も小さくなるので、シール１４を簡易なもので済ますことができるというメリットもある。

また、本実施形態では、磁力発生器１、２が、カバー５の吸込側の面５ａのうち外周縁部５ｂに対向するように軸方向に沿って配置されている。このような配置によれば、羽根車４の外周部を加振することができ、回転軸３に近い部分を加振するのに比べて、磁力による曲げモーメントを大きくすることができる。結果として、軸振動応答がより大きなロータ６の加振が可能となる。

また、本実施形態では、図４Ａ〜Ｅを参照しつつ説明したように、カバー５に対向する磁力発生器１の磁力作用面１ｄと、磁力作用面１ｄに対向するカバー５の磁力被作用面５ｂとの間の距離を均一にすることにより、磁力作用面１ｄと磁力作用面１ｄとのギャップが広がる部分をなくし、磁力発生器１による磁気吸引力を効果的にカバー５に作用させることができる。

また、本実施形態では、図５Ａ〜Ｃを参照しつつ説明したように、磁力発生器１の長手方向に直交する断面において、羽根車４の回転方向における磁力発生器１の寸法を、回転方向に直交する方向における磁力発生器１の寸法よりも大きくすることで、磁力発生器１の断面積を効果的に大きくすることができ、磁気吸引力を増大させることができる。

また、本実施形態では、磁力発生器１、２が回転方向に９０度間隔で配置されているので、これらのうち適当なものを選択して羽根車４を加振することによって、剛体モード、曲げモード、後回りモード、前回りモード、さらに、これらを組み合わせた後回り剛体モード、前回り剛体モード、後回り曲げモード、前回り曲げモードをそれぞれ励起することができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上記実施形態の要素を適宜組み合わせまたは種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、磁力発生器１がカバー５の吸込側の面５ａのうち外周縁部５ｂに対向するように軸方向に沿って配置されるものとした。しかしながら、磁力発生器１の配置は、図１４Ａ〜Ｄに示すように、種々の変形例をとり得る。

図１４Ａでは、磁力発生器１が、カバー５の吸込側の面５ａのうち吸込側の端部５ｃに対向するように径方向に沿って配置されている。このような配置によれば、磁力発生器１により軸受８（図１参照）から離れた軸端側においてロータ６を加振することができるので、より大きな軸振動応答を得ることができる。

この他に、図１４Ｂに示すように、磁力発生器１を、カバー５の吸込側の面５ａのうち吸込側の端面５ｄに対向するように軸方向に沿って配置してもよい。また、図１４Ｃに示すように、磁力発生器１を、カバー５の吸込側の面５ａに対向するように軸方向から傾けて斜めに配置してもよい。また、図１４Ｄに示すように、磁力発生器１を、カバー５の吸込側の面５ａではなく、径方向外側の吐出側の端面５ｅに対向するように軸方向に沿って配置してもよい。もちろん、磁力発生器１がカバー５に対向配置されていれば、ここに示したもの以外の配置を採用することも可能である。

ここで、例えば図１４Ａに示すように、磁力発生器１を径方向に沿って配置する場合には、磁力発生器１の長手方向に直交する断面において、羽根車４の回転方向における磁力発生器１の寸法を軸方向（回転方向に直交する方向）における磁力発生器１の寸法よりも大きくすることによって、磁気吸引力を増大させることができる。図１５〜１７は、磁力発生器１を径方向に沿って配置した場合の長手方向に沿った断面形状（図１５Ａ、図１６Ａ、図１７Ａ）および長手方向に直交する断面形状（図１５Ｂ、図１６Ｂ、図１７Ｂ）をそれぞれ示したものである。

通常、磁力発生器１は、図１５Ａ、Ｂに示すように、長手方向に直交する断面形状が円形となっているが、この断面形状を、図１６Ａ、Ｂに示すように、回転方向に長軸を有し、軸方向に短軸を有する楕円形状としてもよいし、図１７Ａ、Ｂに示すように、回転方向に延びる長円形状としてもよい。断面形状を楕円形状や長円形状にすることで、断面形状が円形の場合と比べて、磁力発生器１の一部がカバー５の軸方向端面から大きくはみ出すことなく、磁力発生器１の断面積を効率よく大きくすることができるので、磁気吸引力を増大させることができる。ただし、磁力発生器１の断面形状を楕円形状や長円形状とすることは必須ではない。

また、図１５Ａ、１６Ａ、１７Ａに示すように、磁力発生器１を径方向に沿って配置する場合には、図１８に示すように、磁力発生器１の磁力作用面１ｄを軸方向から見て円弧状とすることで、周方向において磁力作用面１ｄを磁力被作用面５ｃ（カバー５の周面）に沿わせることができ、磁力作用面１ｄと磁力被作用面５ｂとの間の距離の均一度を向上させることができる。その結果、磁力発生器１による磁気吸引力を効果的にカバー５に作用させることができる。

１（１Ａ〜１Ｄ）：磁力発生器
１ｄ：磁力作用面
２（２Ａ〜２Ｄ）：磁力発生器
３：回転軸
４：羽根車
５：カバー
５ａ：吸込側の面
５ｂ：外周縁部（磁力被作用面）
５ｃ：吸込側の端部
６：ロータ
１５、１６：振動検出器
２０：動特性測定装置
２１：加振制御器
２４：演算装置
１００：遠心式回転機械（ギア内蔵型遠心圧縮機）

Claims (8)

1. 軸方向に延びる回転軸の軸端部に、所定の回転方向に回転することで前記軸方向の吸込側から流体を吸い込んで径方向の外側から吐き出す羽根車が取り付けられてなるロータを備える遠心式回転機械の動特性測定装置であって、
   前記羽根車を磁力で加振する磁力発生器と、
   前記磁力発生器を駆動する加振制御器と、
   前記回転軸の振動を検出する振動検出器と、
   前記加振制御器からの加振信号および前記振動検出器からの振動信号に基づいて周波数分析およびモード解析を行って前記ロータの動特性を算出する演算装置と、
   を備え、
   前記羽根車の前記吸込側に前記羽根車を覆うカバーが取り付けられており、前記磁力発生器が前記カバーに対向するように配置されていることを特徴とする遠心式回転機械の動特性測定装置。
2. 前記磁力発生器が、前記カバーの前記吸込側の面に対向するように配置されている請求項１に記載の遠心式回転機械の動特性測定装置。
3. 前記磁力発生器が、前記カバーの前記吸込側の面のうち前記吸込側の端部に対向するように前記径方向に沿って配置されている請求項２に記載の遠心式回転機械の動特性測定装置。
4. 前記磁力発生器が、前記カバーの前記吸込側の面のうち外周縁部に対向するように前記軸方向に沿って配置されている請求項２に記載の遠心式回転機械の動特性測定装置。
5. 前記カバーに磁性体または良導体からなる部材が取り付けられている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の遠心式回転機械の動特性測定装置。
6. 前記カバーに対向する前記磁力発生器の磁力作用面と、前記磁力作用面に対向する前記カバーの磁力被作用面との間の距離が均一である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の遠心式回転機械。
7. 前記磁力発生器は、鉄心に巻かれたコイルがヨークに覆われてなる電磁石であり、
   前記磁力発生器が前記軸方向に沿って配置されており、
   前記鉄心の軸方向でもある前記磁力発生器の長手方向に直交する断面において、前記回転方向における前記磁力発生器の寸法が、前記回転方向に直交する方向における前記磁力発生器の寸法よりも大きい請求項２または４に記載の遠心式回転機械の動特性測定装置。
8. 前記磁力発生器が前記回転方向に９０度間隔で配置されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の遠心式回転機械の動特性測定装置。

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