JPH01259232A - アンバランス位相測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は回転体に発生したアンバランスの基準角度位置
からの位相角度を検出するアンバランス位相測定装置に
関する。

（従来の技術） 例えば、タービン発電機においては、タービンを蒸気で
高速回転させ、タービンに接続された発電機を回転させ
ることにより発電を行なう。タービンには、高圧羽根お
よび低圧力羽根等が設けられており、この羽根に蒸気を
当ててタービンを回転させ、発電機を回転させる。

タービンの車軸は、運転停止状態においては中だるみ状
態であり、ターニングと言われるならし運転を行なった
後に、回転数を定格回転数まで上昇させて、その定格回
転数で回転を継続し、この車軸に連結された発電機で発
電を行なう。前記車軸には蒸気を受けるための羽根か取
付けられているか、この羽根に何等かのアンバランスが
存在すると、車軸が偏心しなかな回転することになり、
タービンに振動が発生する。

このタービンの振動量をある一定限界値以下に抑制する
必要かあるか、タービンの種類によっては、振動を変位
量で示した場合にその限界値は例えば０．１２ｍｍ　（
ｐＩ）値）等に設定されている。したかって、この限界
値を越える場合は、タービンの羽根にバランスウェイト
を取付けて、バランス修正を実施する必要がある。そし
て、バランス修正を実施した後、定格回転で実際に回転
させて、振動が前記限界値以下に低下していることを確
認の後、実際の稼働運転に入る必要がある。

このアンバランスを修正するには、タービンの羽根のう
ちとの角度位置に修正用のバランスウェイトを取（＝Ｊ
けるかを調べる必要がある。

従来このアンバランスの角度位置を検出するアンバラン
ス位相測定装置は第５図に示すように構成されていた。

すなわち、タービンの回転軸を受ける軸受に取付けられ
た加速度ピックアップ等からなる振動検出器１で検出さ
れた加速度振動信号は次の振動計アンプ２内で積分され
て、速度振動信号に変換され、かつ必要な信号レベルま
で増幅されたのち、一定の通過周波数帯Ｆｗを有するバ
ンドパスフィルタ３て振動信号に含まれる回転周波数の
１次成分の周波数のみが取出されて、切換スイッチ４の
常閉接点を介して位相角度検出計５へ人力される。なお
、前記バンドパスフィルタ３の通過周波数帯域Ｆｖは、
このタービンが定格回転数で回転している状態における
回転周波数の１次周波数に設定されている。例えばこの
発電装置においては上記通過周波数帯域ＦＷの中心周波
数は６０Ｈｚに設定されている。

また、図中６は回転軸の周上の基準角度位置を検出する
基準角度位置検出器であり、例えば回転軸の外周上の基
準角度位置に取付けられた突起と、固定フレームに取付
けられこの突起の通過を検出する電磁ピックアップ等か
らなる。したがって、回転軸が回転して、突起か電磁ピ
ックアップの取付は位置を横切ると一つのパルスを出力
する。

この基準角度位置検出器６から出力される基準角度位置
信号ｄは位相角度検出計５へ入力される。

そして、この位相角度検出計５で振動信号と基準角度位
置信号ｄとの間の位相角度θを検出して、位相角度信号
ｅとして出力端子７から出力される。

このようなアンバランス位相測定装置の動作を第６図の
タイムチャートを用いて説明する。アンバランスか発生
し、タービンか定格回転数で回転している状態で振動検
出器１から出力される振動信号ａは、通常図示するよう
にアンバランスに起因する１次成分か顕著になる。なお
、アンバランス量か小さい場合は同次成分の割合いが高
くなるが、振動レベル全体か低いので問題にならない。

そして、この振動信号ａは振動計アンプ２て積分される
か基本波形は同して、増幅されるのみである。したかっ
て、バンドパスフィルタ３の出力信号すは振動信号ａか
ら高次成分か除去された１次成分のみの波形となる。こ
の出力信号すは位相角度検出計５内において、図示しな
いゼロクロス検出回路によって、出力信号すの信号波形
かＯラインを（−）側から（十）側へ横切ったタイミン
グが検出され、ゼロクロス信号Ｃか発生される。そして
、基準角度位置検出器６からの基準角度位置信号ｄのパ
ルスで図示しないフリップフロ・ツブ回路をセットして
、先のゼロクロス信号Ｃのパルスでリセットすれば、そ
のフリップフロップ回路の出力端子から基準角度位置信
号ｄのパルス立上りからゼロクロス信号Ｃパルスの立上
りまでの時間ＴたけＨレベルとなる位相角度信号ｅが出
力される。基準角度位置信号ｄの周期Ｔｏは回転軸の１
回転（３６０°）に相当するので、時間Ｔから位相角度
θを算出できる。すなわち、この位相角度θの情報を有
した位相角度信号ｅが位相角度検出計５から出力端子７
へ送出される。

基準角度位置信号ｄのパルス位置と実際の回転軸上の基
準角度位置との対応はついているので、この基準角度位
置から位相角度信号ｅの位相角度θに９０°を加えた（
θ＋９０）の角度位置がアンバランス最大角度位置とな
る。よって、その最大角変位置の１８０°反対側位置に
修正用のバランスウェイトを取付ければよい。

しかしなから、第５図のように構成されたアンバランス
位相測定装置においてもまだ次のような問題か有った。

すなわち、前述したように、バントパスフィルタ３の通
過周波数帯域Ｆｗ゛はタービンが定格回転数で運転を行
なっている場合における１次周波数に設定されているの
で、タービンが定格回転数に達していない状態において
は、振動検出器１から出力される振動イ＝−号ａの１次
成分の周波数とバンドパスフィルタ３の通過周波数帯域
Ｆｗとが一致しなくなり、例えば第７図に示すように、
バンドパスフィルタ３の出力信号ｆに１次成分以外の高
次成分か含まれる懸念がある。この高次成分が信号レベ
ルの０ライン近傍に発生すると、ゼロクロス信号ｇには
１次成分によるパルス以外にもその高次成分によるパル
スが含まれるので、振動信号ａの１次成分の正しい位相
角度θを得ることが困難である。

このように、タービンを定格回転数で運転しない限り、
アンバランの正しい角度位置が検出できない。したかっ
て、アンバランス量が最初から前記上限値を大きく越え
ている場合は、定格回転数まで回転数を上昇する過程で
振動が異常に大きくなり、危険になる。さりとて、定格
回転数で運転しないと、正しいアンバランスの角度位置
が検出できないので予めバランス修正をしたのち定格回
転数まで回転数を上昇できない矛盾が生じる。

（発明が解決しようとする課題） このように従来のアンバランス位相測定装置においては
、バンドパスフィルタの通過周波数帯域が定格回転数に
おける１次周波数に固定されていたので、定格回転数に
至らない低い回転数におけるアンバランスの角度位置を
７１１１１１定できなかった。

したかって、アンバランス量が大きい場合は対処しきれ
なかった。また、タービンの羽根に過大負担が印加され
ることを承知のうえで定格回転数まで回転数を上昇して
アンバランスの角度位置を測定する必要があった。

本発明は、通過周波数帯域が回転体の回転数変化に対応
して変化するトラッキングフィルタを用いることによっ
て、回転数か定格回転数に満たない場合であってもその
時点におけるアンバランスの角度位置を正確に把握でき
、たとえ大きなアンバランス量か発生したとしても回転
体に大きな負担をかけることなく、アンバランスの角度
位置を確実に測定できるアンバランス位相測定装置を提
供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上述した課題を解決するために、本発明のアンバランス
位相測定装置においては、回転体の振動を検出して振動
信号を出力する振動検出器と、回転体における基準角度
位置を検出して基準角度位置信号を出力する基準角度位
置検出器と、回転体の回転数を検出して回転数に対応し
た直流の回転数信号を出力する回転数検出回路と、振動
信号が入力され、制御端子へ入力されるデジタル制御信
号に応動して通過周波数帯域が変化するデジタルトラッ
キングフィルタと、複数の電圧比較器からなり、回転数
検出回路から出力される回転数信号の信号レベルに対応
したデジタル制御信号をデジタルトラッキングフィルタ
の制御端子へ送出するＡ／Ｄ変換回路と、デジタルトラ
ッキングフィルタから出力された振動信号と基準角度位
置検出器から出力された基準角度位置信号とが入力され
、両信号間における位相角度を検出して位相角度信号を
出力する位相角度検出計とを備えたものである。

（作用） このように構成されたアンバランス位相測定装置であれ
ば、回転体の回転数は回転数検出回路によっ検出されて
回転数に対応した直流の回転数信号となる。そして、こ
の回転数信号は、Ａ／Ｄ変換回路でもって信号レベルに
対応したデジタル制御信号に変換されてデジタルトラッ
キングフィルタの制御端子へ入力される。よって、この
デジタルトラッキングフィルタにおける通過周波数帯域
は回転体の回転数変化に応動して変化する。すなわち、
常時、通過周波数帯域を回転体の回転周波数の一次成分
の周波数に一致させることが可能となる。

よって、このデジタルトラッキングフィルタから出力さ
れる振動伝号は回転体の回転周波数の１吹成分のみとな
る。しかして、位相角度検出計にて振動信号と基準角度
位置信号との間の位相角度が正確に求まる。その結果、
回転体がいかなる回転数で回転していたとしてもアンバ
ランスの角度位置が正確に求まる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は実施例のアンバランス位相測定装置の概略構成
を示すブロック図である。第５図に示す従来のアンバラ
ンス位相測定装置と同一部分には同一符号を（＝Ｉ’　
して重複する部分の説明を省略する。

この実施例においては、回転体としての回転軸の軸受等
に取付けられた振動検出器１から出力された振動信号ａ
は振動計アンプ２を介してデジタルトラッキングフィル
タ８の入力端子へ入力される。このデジタルトラッキン
グフィルタ８は、図示するように５個の制御端子へ入力
される各１ビツトの各デジタル制御信号Ｓｌ、Ｓ２．Ｓ
３゜Ｓ４．Ｓ５の値によって、通過周波数帯域ＦｗがＦ
ｗｌ〜Ｆｖ５の５段階に変化するフィルタである。

そして、このデジタルトラッキングフィルタ８の出力信
号りは切換スイッチ４の常閉端子を介して位相角度検出
計５へ入力される。この位相角度検出計５には基準角度
位置検出器６から出力される基準角度位置信号ｄが入力
される。この位相角度検出計５内には前述したようにゼ
ロクロス検出回路とフリップフロップ回路とが組込まれ
ており、前記デジタルトラッキングフィルタ８の出力信
号りと基準角度位置信号ｄとの位相角度θを前述した手
法でもって検出して、位相角度θの情報を含む第２図に
示した位相角度信号ｅを出力端子７へ送出する。

前記基準角度位置検出器６から出力される基準角度位置
信号ｄは位相角度検出計５へ入力されるとともに周波数
電圧変換器９へ入力されて、周波数、すなわち回転体の
回転数にに比例した直流の回転数信号ｉへ変換される。

すなわち、この実施例においては基準角度位置検出器６
および周波数電圧変換器９で同転数検出回路を構成して
いる。

この回転数検出回路から出力された直流の回転数信号ｉ
は次のＡ／Ｄ変換回路１０の各電圧比較器１．Ｏａ、１
０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅの（＋）個入力端子へ入
力されている。各電圧比較器１０ａ〜１０ｅの（−）側
端子にはそれぞれＥ１〜Ｅ５の基準電圧が入力されてい
る。そして、回転体が定格回転数で回転している状態で
周波数電圧変換器９から出力される回転数信号ｉの信号
レベルより若干低い値に電圧比較器１０ａの基準電圧Ｅ
１が設定されている。そして、他の電圧比較器１０ｂ〜
１０ｅの各基準電圧Ｅ２〜ＥｒＬはＯｖからＥ、Ｖの間
を例えば等分した各値に設定されている。すなわち、回
転体が定格回転数で回転している場合は、各電圧比較器
１０ａ〜１０ｅから出力される各デジタル制御信号Ｓ１
〜Ｓ５が全てＨ（１）レベルとなり、回転体が停止して
い。

る状態では各デジタル信号Ｓ１〜Ｓ５が全てＬ（０）レ
ベルになる。すなわち、回転数が上昇するとＨ（１）レ
ベルになるデジタル制御信号数が増加する。これらのデ
ジタル制御信号８１〜Ｓ５はデジタルトラッキングフィ
ルタ８の各制御端子へ入力される。

そして、デジタルトラッキングフィルタ８においては、
各制御端子へ入力されている５種類の各デジタル制御信
号８１〜Ｓ５の各信号状態に対応した回転数における回
転周波数の１吹成分周波数がそれぞれ中心周波数となる
５種類の通過周波数帯域Ｆｖｌ＝Ｆｖ５が設定されてい
る。例えば通過周波数帯域Ｆｖｌは回転体が定格回転数
で回転中における１次周波数となっている。

このように構成されたアンバランス位相測定装置の動作
を第２図を用いて説明する。第２図は回転体の回転数を
連続して上昇させた場合における各信号波形を示す図で
ある。まず回転数が低い状態においては、基準角度位置
信号ｄにおけるパルス間隔Ｔｏｔか長いので、回転数信
号ｌの信号レベルも低い。よって、Ａ／Ｄ変換回路１０
からデジタルトラッキングフィルタ８へ送出される各デ
ジタル制御信号Ｓ１〜Ｓ５はＬ　（０）レベルが多く、
通過周波数帯域ＦＷは、その低い回転数における１次成
分に対応する周波、数となる。

そして、回転数を一ト昇させると、基準角度位置信号ｄ
におけるパルス間隔Ｔｏが徐々に短くなり、この基準角
度位置信号ｄに含まれる周波数成分の周波数か上昇する
。したかって、回転数信号１の信号レベルも上昇し、Ａ
／Ｄ変換回路１０から出力されるデジタル制御信号のＨ
（０）レベルの数が増大し、デジタルトラッキングフィ
ルタ８の通過周波数帯域Ｆｖの周波数が上昇する。

このように、たとえ回転体の回転数が変化したとしても
、デジタルトラッキングフィルタ８の通過周波数帯域Ｆ
Ｗは回転体の回転周波数の１次成分の周波数値を維持し
ている。よって、このデジタルトラッキングフィルタ８
へ入力される振動信号ａは回転周波数の一次成分のみが
正確に取出さ−１５・− れて、第２図に示す出力信号りとなる。

しかして、位相角度検出計５内において、この出力信号
りからゼロクロス検出回路でゼロクロス信号Ｃか生成さ
れ、フリップフロップ回路によって、基準角位置信号ｄ
とこのゼロクロス信号ｃと間の角度位相θの情報を含む
位相角度信号ｅが生成されて出力端子７へ送出される。

そして、この位相角度θに９０°を加算した角度位置が
アンバランスの角度位置になり、このアンバランス角度
位置の１８０°反対側位置に補正用のバランスウェイト
を取付ければよい。

このように、第２図に示すように、回転体が低速回転か
ら定格回転に至るまでの全速度領域において、振動信号
ａに含まれる回転周波数の１次成分をデジタルトラッキ
ングフィルタ８によって正確に取出すことが可能となる
ので、各回転数におけるアンバランスの角度位置を正確
に測定することか可能となる。

したがって、アンバランス量が大きい場合には、回転数
を定格回転数まで上昇させる前の低速回転時に得られた
アンバランス位相位置を用いてバランス修正したのち、
定格回転数まで回転速度を上昇させて、その定格回転時
おける残りのアンバランス量を微調整して、最終のバラ
ンス修正を実施すれば、アンバランス状態のまま高速で
回転することを防止てきるのて、軸受や回転体に過大な
負担がかかることはない。

第３図は本発明の他の実施例に係わるアンバランス位相
測定装置の要部を取出して示す図である。

この実施例においては、周波数電圧変換器９の代りに、
回転数に比例した回転数信号ｌとなる直流出力を有した
回転数計１１を用いている。このように、回転数検出回
路を基準角度位置検出器６と回転数計１１とで構成した
としても先の実施例とほぼ同様の効果を得ることが可能
である。

第４図は本発明のさらに別の実施例に係わるアンバラン
ス位相測定装置を示すブロック図である。

第１図の実施例と同一部分には同一符号を付して重複す
る部分の説明を省略する。

この実施例においては、振動検出器１から出力された振
動信号ａを振動アンプ２を介してデジタルトラッキング
フィルタ８へ印加するとともに、ローパスフィルタ（Ｌ
ＰＦ）１２を介して周波数電圧変換器９へ印加している
。そして、ローパスフィルタ１２の遮断周波数ｆｃを例
えば回転体が定格回転数で運転された場合における１次
周波数の約２倍の周波数に設定し、それ以上の高周波成
分を除去する。振動信号ａは前述したようにアンバラン
ス量が大きいと、第２図の波形にも示すように、１次成
分が大きいので、このローパスフィルタ１２を通過した
振動信号ａはほぼ回転数に比例する周波数成分を有する
。しかして、そのローパスフィルタ１２を介した振動信
号が入力される周波数圧変換器９から、はぼ回転数に比
例した回転数信号ｉが得られる。

また、基準角度位置検出器６から出力される基準角度位
置信号ｄは周波数電圧変換器９へ入力されずに、位相角
度検出計５へのみ入力される。

このように、回転体の回転数を検出して回転数信号ｌを
出力する回転数検出回路を振動検出器１−　１８　　＝ とローパスフィルタ１２および周波数電圧変換器って形
成したとしても、デジタルトラッキングフィルタ８の通
過周波数帯域Ｆｗは回転体の回転数変化に対応して変化
するので第１図の実施例とほぼ同様の効果を得ることか
１ｆｉＪ能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のアンバランス位相測定装置
によれば、通過周波数帯域が回転体の回転数変化に対応
して変化するトラッキングフィルタを用いて振動信号の
１吹成分を取出している。

よって、回転数が定格回転数に満たない場合であっても
その時点におけるアンバランスの角度位置を正確に把握
でき、たとえ大きなアンバランス量が発生したとしても
回転体に大きな負担をかけることなく、アンバランスの
角度位置を確実に測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるアンバランス位相測
定装置を示すブロック図、第２図は同実施例の動作を示
すタイムチャート、第３図は本発明の他の実施例に係わ
るアンバランス位相測定装置の要部を取出してボすブロ
ック図、第４図は本発明のさらに別の実施例のアンバラ
ンス位相測定装置を示すブロック図、第５図は従来のア
ンバランス位相測定装置を示すブロツク図、第６図およ
び第７図は同従来装置の動作を示すタイムチャートであ
る。 １・・・振動検出器、２・・・振動計アンプ、５・・・
位相角度検出計、６・・・基準角度位置検出器、８・・
・デジタルトラッキングフィルタ、９・・・周波数電圧
変換器、１０−Ａ／Ｄ変換回路、１０　ａ　−１０ｅ　
・・・電圧比較器、１１・・回転数計、１２・ローパス
フィルタ、ａ・・・振動信号、ｄ・・・基準角度位置信
号、ｅ・・・位相角度信号、ｉ・・・回転数信号、Ｓ１
〜Ｓ５・・・デジタル制御信号。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転体の振動を検出して振動信号を出力する振動検出器
   と、前記回転体における基準角度位置を検出して基準角
   度位置信号を出力する基準角度位置検出器と、前記回転
   体の回転数を検出して回転数に対応した直流の回転数信
   号を出力する回転数検出回路と、前記振動信号が入力さ
   れ、制御端子へ入力されるデジタル制御信号に応動して
   通過周波数帯域が変化するデジタルトラッキングフィル
   タと、複数の電圧比較器からなり、前記回転数検出回路
   から出力される回転数信号の信号レベルに対応したデジ
   タル制御信号を前記デジタルトラッキングフィルタの制
   御端子へ送出するＡ／Ｄ変換回路と、前記デジタルトラ
   ッキングフィルタから出力された振動信号と前記基準角
   度位置検出器から出力された基準角度位置信号とが入力
   され、両信号間における位相角度を検出して位相角度信
   号を出力する位相角度検出計とを備えたことを特徴とす
   るアンバランス位相測定装置。