JP6663745B2 - 軸受評価装置及び軸受評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロータを軸支する軸受の動特性を評価する軸受評価装置及び軸受評価方法に関するものである。

従来、軸受評価装置として、試験用回転軸に嵌め合わされる供試軸受の動特性を求める軸受試験装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この軸受試験装置では、供試軸受の動特性を評価するにあたり、試験用回転軸の慣性力であるロータ慣性力を算出している。ロータ慣性力Ｆ２は、ロータの絶対変位ｄ２と、試験用回転軸の質量ｍと、試験用回転軸の角速度ωとに基づいて、「Ｆ２＝ｍω^２×ｄ２」の式から算出される。なお、ロータの絶対変位ｄ２は、変位計測センサにより計測される軸受油膜部の振幅（相対変位）Δｄ１と、変位計測センサの絶対変位と、を合算することで算出される。

特開２０１２−２５５６８８号公報

特許文献１において、変位計測センサは、軸受台の内面と試験用回転軸の外面との距離を計測して、軸受油膜部の振幅（相対変位）Δｄ１を取得しており、回転軸の軸方向における一箇所を計測している。

ところで、ロータ等の回転軸が回転すると、ロータは、所定の回転数（固有振動数）において変形する場合がある。具体的に、ロータは、所定の回転数となると、曲げ一次モード等の所定の振動モードで振動する場合がある。この場合、変位計測センサは、ロータの軸方向の一箇所で計測することから、ロータの軸方向における変位を計測することが困難となる。また、ロータの軸方向における一箇所で変位計測センサによる計測が行われる場合には、ロータ全体が同じ変位量で変位しているとしてロータ慣性力を算出することになるため、ロータ慣性力を精度よく算出することが困難となる。

そこで、本発明は、ロータが回転により変形する場合であっても、軸受の動特性を精度よく評価することができる軸受評価装置及び軸受評価方法を提供することを課題とする。

本発明の軸受評価装置は、ロータを軸支する軸受の動特性を評価する軸受評価装置において、前記ロータの径方向における変位を、軸方向に並んだ複数の計測点において計測する複数の軸変位計測装置と、複数の前記軸変位計測装置により計測した複数の前記計測点における変位と、複数の前記計測点に応じて区分けされる前記ロータの複数の領域における部分質量とに基づいて、前記ロータのロータ慣性力を算出する演算装置と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の軸受評価方法は、ロータを軸支する軸受の動特性を評価する軸受評価方法において、前記ロータの径方向における変位を、軸方向に並んだ複数の計測点において計測する計測工程と、複数の前記計測点において計測した変位と、複数の前記計測点に応じて区分けされる前記ロータの複数の領域における部分質量とに基づいて、前記ロータのロータ慣性力を算出するロータ慣性力算出工程と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、ロータの径方向における変位を、ロータの軸方向に並んだ複数の計測点において計測することができる。そして、各計測点における変位と、各計測点に対応するロータの各領域の部分質量とから、ロータ慣性力を算出することができる。このため、ロータの径方向における変位を、ロータの軸方向において詳細に計測することができるため、ロータ慣性力を精度よく算出することができる。よって、ロータが回転により変形する場合であっても、精度のよいロータ慣性力を用いて、軸受の動特性を精度よく評価することが可能となる。

また、前記ロータは、隣接する前記計測点同士の間の距離の中央を境界として、複数の前記領域に区分けされていることが、好ましい。

この構成によれば、ロータを、予め複数の領域に区分けすることができ、また、各領域におけるロータの部分質量を予め導出することができる。このため、複数の計測点において変位を計測すれば、演算装置による簡易な演算処理で、ロータ慣性力を算出することができる。

また、前記ロータは、複数の前記計測点において計測される前記変位に基づいて、複数の前記領域に区分けされていることが、好ましい。

この構成によれば、複数の領域を、複数の計測点の変位に応じて設定することができ、また、各領域におけるロータの部分質量を導出することができる。このため、複数の領域を変位に応じた適切な領域として設定することができるため、ロータ慣性力をより精度よく算出することができる。なお、一例としては、複数の計測点の変位から各計測点間の変位を補間し、隣接する一方の計測点の変位と、隣接する他方の計測点の変位との中央値を境界として、複数の領域に区分けする。

また、前記ロータは、回転することで軸方向において腹及び節を有する振動モードで振動し、複数の前記軸変位計測装置は、腹及び節となる前記ロータの部位に設けられることが、好ましい。

この構成によれば、複数の計測点において、ロータの変位を好適に捉えることができる。

また、前記軸受は、軸受台に支持される軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングの内面に装着されて油膜を介して前記ロータを支持する軸受パッドと、を有するすべり軸受であることが、好ましい。

この構成によれば、すべり軸受の動特性を精度よく評価することができる。なお、すべり軸受けとしては、例えば、ティルティングパッド型軸受、及びスリーブ軸受等に適用可能である。

図１は、実施形態１に係る軸受試験装置を表す概略図である。 図２は、実施形態１に係る軸受評価装置を表すブロック図である。 図３は、ロータ慣性力を算出するための回転軸の設定に関する説明図である。 図４は、ティルティングパッド型軸受の断面図である。 図５は、図４のIV-IV断面図である。 図６は、従来の軸受評価装置により算出される動特性に関するグラフである。 図７は、実施形態１の軸受評価装置により算出される動特性に関するグラフである。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る軸受試験装置を表す概略図である。図２は、実施形態１に係る軸受評価装置を表すブロック図である。図３は、ロータ慣性力を算出するための回転軸の設定に関する説明図である。図４は、ティルティングパッド型軸受の断面図である。図５は、図４のIV-IV断面図である。

実施形態１の軸受評価装置４１は、すべり軸受として、例えば、ティルティングパッド型軸受１０に適用しており、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を評価している。なお、実施形態１では、ティルティングパッド型軸受１０に適用して説明するが、例えば、スリーブ軸受等、他のすべり軸受に適用してもよい。このティルティングパッド型軸受１０は、軸受試験装置３０において試験され、軸受評価装置４１は、軸受試験装置３０において試験されたティルティングパッド型軸受１０から取得される試験結果に基づいて、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を評価している。先ず、軸受評価装置４１の説明に先立ち、図４及び図５を参照して、ティルティングパッド型軸受について説明する。

図４及び図５に示すように、ティルティングパッド型軸受１０は、回転軸１１を回転自在に支持している。この回転軸（ロータ）１１は、例えば、蒸気タービンのロータである。

このティルティングパッド型軸受１０は、軸受台１２と、この軸受台１２に固定支持される軸受ハウジング１３と、軸受ハウジング１３の内面に装着されて油膜を介して回転軸１１を支持するティルティングパッド１４により構成されている。

軸受台１２は、断面が半円状の凹部１２ａを有している。一方、軸受ハウジング１３は、半円リング形状をなす上下一対の軸受ハウジング１３ａ，１３ｂが図示しない位置決めピン及び結合ボルトにより結合されて構成されている。ティルティングパッド１４は、ほぼ同形状をなす４個のティルティングパッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄより構成されている。そして、この軸受ハウジング１３は、その内側に周方向に沿ってこのティルティングパッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが配置されている。この場合、各ティルティングパッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、隣接するもの同士の間に所定の隙間が確保されている。

また、軸受ハウジング１３は、その内面に４個の球面ピボット２１が周方向にほぼ均等間隔で装着され、一方、ティルティングパッド１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）は、その背面にそれぞれ調整ライナ２２が装着されている。そして、軸受ハウジング１３の各球面ピボット２１とティルティングパッド１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）の調整ライナ２２とが対向して配置されている。この球面ピボット２１は、表面が球面状に形成され、各ティルティングパッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、この球面ピボット２１に沿って回転軸１１の周方向及び軸方向に揺動可能となっている。

軸受ハウジング１３及びティルティングパッド１４は、回転軸１１の軸方向における両側が全周にわたってリング形状をなす一対のサイドプレート２３により支持されている。サイドプレート２３は、周方向に所定間隔で複数配置されたボルト２４により軸受ハウジング１３に結合されている。なお、サイドプレート２３は、その内周面と回転軸１１の外周面との間に所定の隙間が確保されている。

軸受ハウジング１３は、その外周面に各球面ピボット２１に対応してアウタライナ２５が設けられている。このアウタライナ２５は、図示しない結合ボルトにより軸受ハウジング１３の外周面に結合されており、外周面が軸受ハウジング１３の外周面よりわずかに外方へ突出している。そのため、軸受ハウジング１３が軸受台１２の凹部１２ａに入り込んだとき、アウタライナ２５が軸受台１２に接触し、軸受ハウジング１３は、アウタライナ２５を介して軸受台１２に固定支持されることとなる。

複数の給油ノズル２６は、各ティルティングパッド１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを挟むように配置されている。給油ノズル２６は、同形状をなし、主ケーシング２６ａが軸受ハウジング１３に固定され、２つの腕部２６ｂが回転軸１１の軸方向に延設され、内部に潤滑油供給孔（図示略）が形成されている。そのため、各給油ノズル２６は、腕部２６ｂの先端から潤滑油を吐出し、回転軸１１の回転力によりティルティングパッド１４の内周面と回転軸１１の外周面との間に入りこみ、ここに油膜を形成することができる。

従って、ティルティングパッド型軸受１０は、ティルティングパッド１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）が油膜を介して回転する回転軸１１を支持することができ、このとき、回転軸１１の振動に応じてティルティングパッド１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）が揺動することで、回転軸１１を適正に支持することができる。

ところで、回転軸１１は、この回転軸１１に作用する各種の応力により振動が発生する。この振動は、回転軸１１を支持するティルティングパッド型軸受１０の静的特性や動的特性（動特性）に大きく影響を受けるものであることから、軸受試験装置３０及び軸受評価装置４１を用いて、回転軸１１の振動特性を模擬した試験により調べることが必要となる。

次に、図１から図３を参照して、軸受試験装置３０及び軸受評価装置４１について説明する。図１に示すように、軸受試験装置３０は、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を求めるために試験を行うものである。また、軸受評価装置４１は、軸受試験装置３０により取得した試験結果に基づいて、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を求めて評価するものである。

軸受試験装置３０において、試験用回転軸３１は、ティルティングパッド型軸受１０により回転自在に支持されると共に、このティルティングパッド型軸受１０の両側で、一対の支持軸受３２により回転自在に支持されている。なお、各軸受１０，３２は、図示しない潤滑油供給装置により潤滑油が供給されており、潤滑油、つまり、軸受油膜部１０ａ，３２ａにより試験用回転軸３１を支持している。この場合、試験用回転軸３１は、軸方向に並んで配置された支持軸受３２、ティルティングパッド型軸受１０、支持軸受３２により回転自在に支持されることとなり、各軸受１０，３２の間隔は同間隔となっている。

ここで、試験用回転軸３１にティルティングパッド型軸受（供試軸受）１０が嵌め合わされることで、試験用回転系が構成される。つまり、試験用回転系は、試験用回転軸３１と一対の支持軸受３２により構成される。

各支持軸受３２は、軸受台３３に対してそれぞればね３４により弾性支持されている。即ち、軸受台３３は、各ばね３４により各支持軸受３２を介して試験用回転軸３１を弾性支持することで、各ばね３４が試験用回転系を弾性支持することとなる。

ティルティングパッド型軸受１０と各支持軸受３２との間には、試験用回転系に荷重を負荷する油圧シリンダ３５が設けられている。即ち、中央のティルティングパッド型軸受１０は、軸受台３３に載置され、油圧シリンダ３５の一端部が連結され、この油圧シリンダ３５が軸受台３３の貫通孔３３ａ内に挿通されている。一方、両側にある２つの支持軸受３２は、それぞれ連結ロッド３９が連結され、各連結ロッド３９同士が連結アーム４０により回動自在に連結されている。そして、油圧シリンダ３５は、他端部がこの連結アーム４０における長さ方向の中間部に回動自在に連結されている。ここで、連結アーム４０は、油圧シリンダ３５との連結部を支点として、その端部、つまり、各連結ロッド３９との連結部側が天秤のように上下移動するリンク機構を形成している。

従って、油圧シリンダ３５は、油圧が供給されることで、ティルティングパッド型軸受１０に対して試験用回転軸３１の径方向に向けて荷重を負荷することができ、その結果、ティルティングパッド型軸受１０と各支持軸受３２との各支持位置で、試験用回転軸３１の径方向に対して逆方向で静荷重を作用させることができる。

この場合、試験用回転軸３１は、軸中心からずれた位置に重り３６が装着されており、試験用回転軸３１の回転時に各軸受１０，３２に動荷重（加振力）を作用させることができる。

次に、軸受評価装置４１について説明する。軸受評価装置４１は、試験用回転軸３１の径方向における絶対変位を計測する複数の軸変位計測装置３６と、複数の軸変位計測装置３６により計測された絶対変位に基づいてティルティングパッド型軸受１０の動特性を算出する演算装置４５とを備えている。

複数の軸変位計測装置３６は、複数の変位計測センサ３７と、複数の変位計測センサ３８とを有している。複数の変位計測センサ３７は、試験用回転軸３１と各軸受１０，３２との相対変位を計測している。複数の変位計測センサ３８は、複数の変位計測センサ３７に対応して設けられ、各変位計測センサ３７の絶対変位を計測している。そして、複数の軸変位計測装置３６により計測される回転軸３１の径方向における絶対変位は、変位計測センサ３７により計測された相対変位と、変位計測センサ３８により計測された絶対変位とを合算することで算出される。

複数の変位計測センサ３７は、各軸受１０，３２と、試験用回転軸３１の両端部とに設けられており、実施形態１では、例えば、８つ設けられている。８つの変位計測センサ３７は、試験用回転軸３１の一方側（図１の左側）の端部から順に、変位計測センサ３７ａ，変位計測センサ３７ｂ，変位計測センサ３７ｃ，変位計測センサ３７ｄ，変位計測センサ３７ｅ，変位計測センサ３７ｆ，変位計測センサ３７ｇ，変位計測センサ３７ｈとなっている。

ティルティングパッド型軸受１０に設けられる変位計測センサ３７ｄ，３７ｅは、ティルティングパッド１４の両側に設けられており、ティルティングパッド１４の内面と試験用回転軸３１の外面との相対変位Ｘ３ａを計測している。ここで、相対変位Ｘ３ａは、変位計測センサ３７ｄに計測された相対変位と、変位計測センサ３７ｅに計測された相対変位とを平均して算出した値となっている。

支持軸受３２に設けられる４つの変位計測センサ３７ｂ，３７ｃ，３７ｆ，３７ｇは、支持軸受３２の内面と試験用回転軸３１の外面との相対変位Ｘ２ａ，Ｘ４ａをそれぞれ計測している。なお、相対変位Ｘ２ａも、相対変位Ｘ３ａと同様に、２つの変位計測センサ３７ｂ，３７ｃの平均値となっており、相対変位Ｘ４ａも、２つの変位計測センサ３７ｆ，３７ｇの平均値となっている。

試験用回転軸３１の両側に設けられる２つの変位計測センサ３７ａ，３７ｈは、そのセンサ面と試験用回転軸３１の外面との相対変位Ｘ１ａ，Ｘ５ａをそれぞれ計測している。

複数の変位計測センサ３８は、複数の変位計測センサ３７に対応して設けられており、実施形態１では、例えば、８つ設けられている。８つの変位計測センサ３８は、試験用回転軸３１の一方側（図１の左側）の端部から順に、変位計測センサ３８ａ，変位計測センサ３８ｂ，変位計測センサ３８ｃ，変位計測センサ３８ｄ，変位計測センサ３８ｅ，変位計測センサ３８ｆ，変位計測センサ３８ｇ，変位計測センサ３８ｈとなっている。各変位計測センサ３８は、加速度センサが用いられ、各変位計測センサ３７の絶対変位を計測している。

ティルティングパッド型軸受１０に設けられる変位計測センサ３８ｄ，３８ｅは、ティルティングパッド１４の両側に設けられており、各変位計測センサ３７ｄ，３７ｅの絶対変位Ｘ３ｂを計測している。ここで、絶対変位Ｘ３ｂは、相対変位Ｘ３ａと同様に、変位計測センサ３８ｄで計測された絶対変位と、変位計測センサ３８ｅで計測された絶対変位とを平均して算出した値となっている。そして、試験用回転軸３１の径方向における絶対変位Ｘ３は、相対変位Ｘ３ａと絶対変位Ｘ３ｂとを合算することで算出される（Ｘ３＝Ｘ３ａ＋Ｘ３ｂ）。

支持軸受３２に設けられる４つの変位計測センサ３８ｂ，３８ｃ，３８ｆ，３８ｇは、４つの変位計測センサ３７ｂ，３７ｃ，３７ｆ，３７ｇの絶対変位Ｘ２ｂ，Ｘ４ｂをそれぞれ計測している。なお、絶対変位Ｘ２ｂも、絶対変位Ｘ３ｂと同様に、２つの変位計測センサ３８ｂ，３８ｃの平均値となっており、絶対変位Ｘ４ｂも、２つの変位計測センサ３８ｆ，３８ｇの平均値となっている。そして、試験用回転軸３１の径方向における絶対変位Ｘ２は、相対変位Ｘ２ａと絶対変位Ｘ２ｂとを合算することで算出され（Ｘ２＝Ｘ２ａ＋Ｘ２ｂ）、試験用回転軸３１の径方向における絶対変位Ｘ４は、相対変位Ｘ４ａと絶対変位Ｘ４ｂとを合算することで算出される。

試験用回転軸３１の両側に設けられる２つの変位計測センサ３８ａ，３８ｈは、２つの変位計測センサ３７ａ，３７ｈの絶対変位Ｘ１ｂ，Ｘ５ｂをそれぞれ計測している。そして、試験用回転軸３１の径方向における絶対変位Ｘ１は、相対変位Ｘ１ａと絶対変位Ｘ１ｂとを合算することで算出され（Ｘ１＝Ｘ１ａ＋Ｘ１ｂ）、試験用回転軸３１の径方向における絶対変位Ｘ５は、相対変位Ｘ５ａと絶対変位Ｘ５ｂとを合算することで算出される。

ここで、試験用回転軸３１は、回転することで軸方向において腹及び節を有する所定の振動モードで振動する。８つの変位計測センサ３７ａ〜３７ｈ及び８つの変位計測センサ３８ａ〜３８ｈは、試験用回転軸３１の所定の振動モードにおける腹及び節に配置される。具体的に、２つの変位計測センサ３７ａ，３７ｈ及び変位計測センサ３８ａ，３８ｈは、試験用回転軸３１の節の部位にそれぞれ設けられる。そして、残りの６つの変位計測センサ３７ｂ〜３７ｇ及び変位計測センサ３８ｂ〜３８ｇは、節同士の間の部位にそれぞれ設けられる。

図１及び図２に示すように、演算装置４５は、試験用回転系への負荷荷重と、試験用回転軸３１の変位と、ばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重と、からティルティングパッド型軸受１０の動特性を求める。

演算装置４５は、変位計測センサ３７ｃにより計測された相対変位Ｘ３ａを、ティルティングパッド型軸受１０の軸受油膜部１０ａの振幅Δｄ１として取得する（ステップＳ１）。また、演算装置４５は、ティルティングパッド型軸受１０に対して負荷した荷重、つまり、重り３６の動荷重を加振力Ｆ１として取得する（ステップＳ２）。

演算装置４５は、８つの変位計測センサ３７ａ〜３７ｈ及び８つの変位計測センサ３８ａ〜３８ｈの計測結果から算出された絶対変位Ｘ１〜Ｘ５を取得し（ステップＳ３：計測工程）、取得した距離Ｘ１〜Ｘ５と、試験用回転軸３１の質量（重量）Ｍと、試験用回転軸３１の角速度ωとに基づいて、下記する数式により試験用回転軸３１の慣性力（ロータ慣性力）Ｆ２ａを算出する（ステップＳ４：ロータ慣性力算出工程）。
Ｍ＝ｍ１＋ｍ２＋ｍ３＋ｍ４＋ｍ５
Ｆ２ａ＝（ｍ１・Ｘ１＋ｍ２・Ｘ２＋ｍ３・Ｘ３＋ｍ４・Ｘ４＋ｍ５・Ｘ５）ω^２

なお、上記の数式は、変位計測センサ３７及び変位計測センサ３８による計測点が５つである場合であり、ｎ個の計測点である場合には、下記する数式となる。
Ｍ＝ｍ１＋ｍ２＋・・・＋ｍｎ
Ｆ２ａ＝（ｍ１・Ｘ１＋ｍ２・Ｘ２＋・・・＋ｍｎ・Ｘｎ）ω^２

ここで、図３を参照して、ロータ慣性力Ｆ２ａの算出について具体的に説明する。複数の変位計測センサ３７を用いて、ロータ慣性力Ｆ２ａを算出する場合、複数の変位計測センサ３７により計測される複数の計測点に応じて、試験用回転軸３１を軸方向において複数の領域Ｅ１〜Ｅ５に区分けする。つまり、実施形態１では、８つの変位計測センサ３７ａ〜３７ｈ及び８つの変位計測センサ３８ａ〜３８ｈにより５つの計測点となっているため、試験用回転軸３１は、軸方向において５つに区分けされる。そして、区分けした５つの領域Ｅ１〜Ｅ５における試験用回転軸３１の部分質量を、ｍ１〜ｍ５とする。なお、５つの部分質量ｍ１〜ｍ５の総和は、試験用回転軸３１の質量Ｍとなる。そして、演算装置４５は、各領域Ｅ１〜Ｅ５における部分的な試験用回転軸３１のロータ慣性力をそれぞれ算出して合算することにより、試験用回転軸３１のロータ慣性力Ｆ２ａを算出する。

複数の領域Ｅ１〜Ｅ５の区分けの設定については、例えば、下記する設定がある。複数の領域Ｅ１〜Ｅ５は、隣接する計測点（絶対変位Ｘ１〜Ｘ５）同士の間の距離の中央を境界として、区分けして設定される。

また、複数の領域Ｅ１〜Ｅ５は、複数の変位計測センサ３７ａ〜３７ｈの計測点において計測される絶対変位Ｘ１〜Ｘ５に基づいて、区分けして設定される。具体的に、演算装置４５は、変位計測センサ３７ａ〜３７ｈ及び変位計測センサ３８ａ〜３８ｈにより計測される絶対変位Ｘ１〜Ｘ５に基づいて、隣接する計測点同士の間における試験用回転軸３１の変位を補間して、試験用回転軸３１の軸方向に亘る絶対変位を算出する。そして、演算装置４５は、隣接する一方の計測点の絶対変位と、隣接する他方の計測点の変位との中央値を境界として、複数の領域Ｅ１〜Ｅ５を区分けして設定する。

なお、複数の領域Ｅ１〜Ｅ５の区分けの設定については、上記に限定されず、ロータ慣性力Ｆ２ａを精度よく算出可能に区分けができるのであれば、いずれの区分けの設定であってもよい。

また、演算装置４５は、試験用回転軸３１以外の慣性力Ｆ２ｂを算出する（ステップＳ５）。なお、試験用回転軸３１以外の慣性力Ｆ２ｂとは、例えば、支持軸受３２のパッドの慣性力である。そして、演算装置４５は、試験用回転軸３１の慣性力Ｆ２ａと、試験用回転軸３１以外の慣性力Ｆ２ｂとを下記数式により合算して、慣性力Ｆ２を算出する（ステップＳ６）。
Ｆ２＝Ｆ２ａ＋Ｆ２ｂ

また、演算装置４５は、各支持軸受３２に作用するばね３４の変位Δｄ３を取得する（ステップＳ７）。この場合、演算装置４５は、図示しない計測器によりばね３４の変位Δｄ３を直接計測してもよいし、また、軸受台３３に対する各支持軸受３２の変位Δｄ３を計測してもよい。そして、演算装置４５は、ばね３４の変位Δｄ３と、事前に取得した各支持軸受３２に作用するばね３４のばね特性Ｚ３とに基づいて、下記数式によりばね３４の弾性支持特性に応じて試験用回転系に入力する負荷荷重Ｆ３を算出する（ステップＳ８）。
Ｆ３＝Ｚ３×Δｄ３

このように演算装置４５は、加振力Ｆ１と慣性力Ｆ２と負荷荷重Ｆ３を算出すると、下記数式によりティルティングパッド型軸受１０に実際に作用する負荷荷重Ｆ１１を算出する（ステップＳ９）。
Ｆ１１＝Ｆ１−Ｆ２−Ｆ３

そして、演算装置４５は、負荷荷重Ｆ１１とティルティングパッド型軸受１０（ティルティングパッド１４）の相対変位Δｄ１に基づいて下記数式によりティルティングパッド型軸受１０の動剛性Ｚ１を、ティルティングパッド型軸受１０の動特性として算出して評価する（ステップＳ１０）。
Ｚ１＝Ｆ１１／Δｄ１

即ち、ティルティングパッド型軸受１０の動特性、つまり、軸受油膜部１０ａの動剛性Ｚ１を取得することで、ティルティングパッド型軸受１０が特定の回転機械に対して適用可能かどうかを評価する。

次に、図６及び図７を参照して、従来の軸受評価装置により算出された動特性のグラフと、実施形態１の軸受評価装置４１により算出された動特性のグラフとについて比較する。なお、図６及び図７は、その縦軸がティルティングパッド型軸受１０の動特性に基づいて得られる軸受定数であり、その横軸が試験用回転軸３１の回転数である。

図６に示すように、従来の軸受評価装置により算出されたティルティングパッド型軸受１０の軸受定数は、所定の回転数域において所定の振動モードが発生すると、真値に対して誤差が生じる。これに対し、図７に示すように、実施形態１の軸受評価装置４１により算出されたティルティングパッド型軸受１０の軸受定数は、所定の回転数域において所定の振動モードが発生する場合であっても、真値に対する誤差が、従来に比して抑制される。

以上のように、実施形態１によれば、軸受評価装置４１は、試験用回転軸３１の径方向における変位を、試験用回転軸３１の軸方向に並んだ複数の変位計測センサ３７及び複数の変位計測センサ３８の計測点において計測することができる。そして、軸受評価装置４１は、各計測点における変位と、各計測点に対応する試験用回転軸３１の各領域Ｅ１〜Ｅ５の部分質量とから、ロータ慣性力Ｆ２ａを算出することができる。このため、軸受評価装置４１は、試験用回転軸３１の径方向における変位を、試験用回転軸３１の軸方向において詳細に計測することができるため、ロータ慣性力Ｆ２ａを精度よく算出することができる。よって、試験用回転軸３１が回転により変形する場合であっても、軸受評価装置４１は、精度のよいロータ慣性力Ｆ２ａを用いて、ティルティングパッド型軸受１０の動特性を精度よく評価することが可能となる。

また、実施形態１によれば、隣接する計測点同士の間の距離の中央を境界として、試験用回転軸３１を複数の領域Ｅ１〜Ｅ５に区分けすることで、各領域Ｅ１〜Ｅ５における試験用回転軸３１の部分質量ｍ１〜ｍ５を予め算出することができる。このため、軸受評価装置４１は、複数の変位計測センサ３７により変位を計測すれば、演算装置４５による簡易な演算処理で、ロータ慣性力Ｆ２ａを算出することができる。

また、実施形態１によれば、複数の領域Ｅ１〜Ｅ５を、計測点の絶対変位Ｘ１〜Ｘ５に応じて設定することもでき、また、各領域Ｅ１〜Ｅ５における試験用回転軸３１の部分質量を算出することができる。このため、軸受評価装置４１は、複数の領域Ｅ１〜Ｅ５を変位に応じた適切な領域として設定することができるため、ロータ慣性力Ｆ２ａをより精度よく算出することができる。

また、実施形態１によれば、複数の変位計測センサ３７及び複数の変位計測センサ３８を、試験用回転軸３１の所定の振動モードにおける腹及び節に配置することで、複数の変位計測センサ３７及び複数の変位計測センサ３８の計測点において、試験用回転軸３１の所定の振動モードにおける変位を好適に捉えることができる。

［実施形態２］
次に、実施形態２に係る軸受評価装置４１について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。

実施形態２の軸受評価装置４１は、ティルティングパッド型軸受１０の動剛性Ｚ１が周囲剛性よりも十分に小さい場合、つまり、ティルティングパッド型軸受１０及び支持軸受３２の軸受油膜部１０ａ，３２ａが十分に小さい場合、演算装置４５は、試験用回転軸３１以外の慣性力Ｆ２ｂと、ばね３４の負荷荷重Ｆ３とを省いた下記数式により、負荷荷重Ｆ１１を算出する。
Ｆ１１＝Ｆ１−Ｆ２ａ

以上のように、実施形態２によれば、軸受評価装置４１は、ティルティングパッド型軸受１０及び支持軸受３２の軸受油膜部１０ａ，３２ａのみの動特性を精度よく評価することが可能となる。

１０ ティルティングパッド型軸受
１１ 回転軸
１２ 軸受台
１２ａ 凹部
１３ 軸受ハウジング
１３ａ，１３ｂ 軸受ハウジング
１４ ティルティングパッド
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ ティルティングパッド
２１ 球面ピボット
２２ 調整ライナ
２３ サイドプレート
２４ ボルト
２５ アウタライナ
２６ 給油ノズル
２６ａ 主ケーシング
２６ｂ 腕部
３０ 軸受試験装置
３１ 試験用回転軸
３２ 支持軸受
３３ 軸受台
３３ａ 貫通孔
３４ ばね
３５ 油圧シリンダ
３６ 軸変位計測装置
３７ 変位計測センサ
３８ 変位計測センサ
３９ 連結ロッド
４０ 連結アーム
４１ 軸受評価装置
４５ 演算装置
Ｅ１〜Ｅ５ 領域
ｍ１〜ｍ５ 部分質量

Claims (6)

1. ロータを軸支する軸受の動特性を評価する軸受評価装置において、
   前記ロータの径方向における変位を、軸方向に並んだ複数の計測点において計測する複数の軸変位計測装置と、
   複数の前記軸変位計測装置により計測した複数の前記計測点における変位と、複数の前記計測点に応じて区分けされる前記ロータの複数の領域における部分質量とに基づいて、前記ロータのロータ慣性力を算出するとともに、前記ロータ慣性力を用いて前記軸受の動剛性を算出し、前記動剛性に基づいて前記軸受の動特性を評価する演算装置と、を備えることを特徴とする軸受評価装置。
2. 前記ロータは、隣接する前記計測点同士の間の距離の中央を境界として、複数の前記領域に区分けされていることを特徴とする請求項１に記載の軸受評価装置。
3. 前記ロータは、複数の前記計測点において計測される前記変位に基づいて、複数の前記領域に区分けされていることを特徴とする請求項１に記載の軸受評価装置。
4. 前記ロータは、回転することで軸方向において腹及び節を有する振動モードで振動し、
   複数の前記軸変位計測装置は、腹及び節となる前記ロータの部位に設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の軸受評価装置。
5. 前記軸受は、軸受台に支持される軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングの内面に装着されて油膜を介して前記ロータを支持する軸受パッドと、を有するすべり軸受であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の軸受評価装置。
6. ロータを軸支する軸受の動特性を評価する軸受評価方法において、
   前記ロータの径方向における変位を、軸方向に並んだ複数の計測点において計測する計測工程と、
   複数の前記計測点において計測した変位と、複数の前記計測点に応じて区分けされる前記ロータの複数の領域における部分質量とに基づいて、前記ロータのロータ慣性力を算出するロータ慣性力算出工程と、
   前記ロータ慣性力を用いて前記軸受の動剛性を算出し、前記動剛性に基づいて前記軸受の動特性を評価する工程と、を備えることを特徴とする軸受評価方法。

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