JPS6057015B2 - 高速回転軸の応力計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高速回転体の回転軸に作用する機械トルク或
いは捩り応力を長期間連続的に監視計測するための高速
回転軸の応力計測装置に関するものである。

近年高速回転体の使用条件は著しく厳しいものになつ
ており、一例としてタービン発電機の場合短絡とか非同
期投入はもとより、最近の再閉路採用に伴う過渡的な事
故トルクの頻度増加の傾向等があげられる。

かかる厳しい使用条件のもとで、回転体に発生する捩り
応力或いは回転体に作用するトルクを正確に把握するこ
とは、回転体の信頼性の確保と高寿命のため必要かくべ
からざるものである。回転体に発生する捩り応力或いは
回転体に作用するトルクを計測するため従来使用されて
いた手段は、例えば軸表面に歪ゲージを貼り電池から供
給される電力によつてＦＭ或いは店送受信器によつて信
号を授受する方式があつた。

また回転軸に歯車或いは溝を設けて電磁ピックアップに
より位相角を調べる方式が知られていた。しかしながら
前者の方式は歪ゲージや送受信器の電源として電池を使
用しているため短時間の計測しか行えなかつた。後者の
方式では軸端部に余裕があるときは歯車等を設置するこ
とは比較的容易であるが、軸端部以外で特に既設機では
軸表面に新たな加工を施す必要があるので既設機にこの
計測法を適用するのは困難であつた。本発明はかかる欠
点を除去したものでその目的は、回転軸に発生する捩り
応力や回転軸に作用するトルクを長時間連続的に安定な
状態で高精度に計側することが可能であると共に、新設
機はもとより既設機に対しても回転軸に新たな加工を施
すことがなく、従つて回転機の信頼性を損うことのない
高速回転軸の応力計測装置を提供することにある。

以下本発明の詳細な説明施例である第１図ないし第６図
について説明する。

第１図は本発明のシステムを示すブロック図である。外
部の交流電源１１からの電力はトランス１２の１次側巻
線１３に入力し、２次側巻線１４を経て整流器１５によ
り直流に変換される。この直流は抵抗線歪ゲージ１６と
ＦＭ或いはＭ送信器（以下ＦＭ送信器という）１７に供
給され、歪ゲージ１６の出力信号はＦＭ送信器１７から
送信側アンテナ１８を介して外部へ送信される。この電
波は受信側アンテナ１９によりキヤッチされＦＭ或いは
Ｍ受信器２０（以下ＦＭ受信器という）に受信され、そ
の信号は、記録計或いは解析機構（以下記録計という）
２１の処理システムに送られる。なおこの図において２
点鎖線で囲んだ部分２２は回転体側システムとして図示
していない回転軸上に設置されている。前述したように
回転軸上に貼りつけた抵抗線歪ゲージとＦＭ送受信器に
よつてその検出信号を回転体から静止側に送達する方式
は従来から使用されていたが、本発明では歪ゲージ１６
とＦＭ送信器１７の電力を１次側巻線１３と２次側巻線
１４で構成される一種の回転形トランス１２より、静止
側の交流電源から回転体に非接触で供給することを特徴
とするものである。

この特徴により回転体側システム２２内で必要とする電
力は外部の静止側から連続的に供給が可能となり、長時
間連続して安定状態かつ高精度に計測が可能となつたも
のである。次に上記の回転側システム２２を具体化した
一例を第２図ないし第６図について説明する。

半分割された円環３１，３１Ａ，３２，３２Ａ，３３Ａ
ないし３３Ｄはそれぞれ円環状に組合して積層され、こ
の際隣接する円環の合せ目は第４図に示すように、２枚
の円環３１の合せ目３４は２枚の円環３２の合せ目３５
に対し９０目位相差があり、この位相差は全ての円環が
もつており、このようにして積層された各円環３１ない
し３３は締付け用のリーマボルト３６とナット３７によ
り強固に締付ける。なお上記の説明で端部の円環はそれ
ぞれ２枚とし中央部の円環を４枚としたが、これは回転
中の遠心力がリーマボルト３６に分布して作用すること
を意図したものであり、リーマボルト３６の強度上許容
できるならは枚数は少くすることが可能である。ただし
既設の回転機軸上に追加設置するときは円環は２分割以
上にしなければならない。・また２分割のときは少くと
も左右の端部と中央の最小３枚は必要である。また円環
の材料は硅素鋼板であることが望ましい。また各円環の
位相差は上記した９０材に限定されるものではなく、２
分割された各円環が一体化可能であれば良く、また円環
３３の枚数は必要に応じて適宜に選定される。

そしてこのようにして組立てられた円環部は、円環３１
，３１Ａ，３２，３２Ａが外部鉄心となり、円環３３Ａ
〜３３Ｄが内部鉄心となつて第１図のトランス１２の２
次側”鉄心３８を形成し、またかような構成にすること
によつて、回転軸３９上の他の部材と無関係に組立てる
ので既製機に対して容易に追加設置が可能である。高速
回転軸上に構造物を設置するときは、回転中の遠心力に
より構造物が軸から浮き上り振動を発生して回転機に悪
影響を与えないように配慮しなければならない。その対
策としては一般に焼ばめがおこなわれる。本発明におい
ては、上述したように強固に締付られた鉄心３８の内径
は軸３９の外径より大きく加工されており、この鉄心３
８を加熱すると内径はさらに大きくなる。ここで鉄心３
８と回転軸３９の隙間には円周上適宜数に分割した狭い
扇状のスペーサ４０を挿入し、加熱を中止すれば加熱に
より膨張した鉄心３８内径の増加分は有効な焼ばめ代と
なる。この際鉄心３８内径とスペーサ４０の外径を同一
のテーパ面にすればさらに効果的である。鉄心３８の内
部には２次側巻線１４が設けられ、この２次側巻線１４
の周囲には絶縁物４１ないし４４が配置されているが、
高速回転時に充分な焼ばめ代を保持するためには鉄心３
８は相当な高温度にまで加熱される。

２次側巻線１４と絶縁物４１ないし４４の耐えられる範
囲内での温度で充分な焼ばめ代が得られるときは、２次
側巻線１４と絶縁物４１ないし４４は焼ばめ前に鉄心３
８内に組立てておくことが可能である。

この場合２次側巻線１４を保持するコイルくさび４５は
、円環３１等と同様に２分割のリング状のものが使用可
能である。しかしながら一般的には絶縁物４１等は耐熱
性に乏しく焼ばめの必要温度に耐えられない場合が多い
。

かかる場合には２次側巻線１４の作業は焼ばめ後に行う
ようになる。従つて鉄心３８を回転軸３９に焼ばめして
冷却した後に、絶縁物４１，４２および４４を鉄心３８
内部に配置してから２次側巻線１４を巻きつけ絶縁物４
３を２次側巻線１４の上部に載置する。次に第５図に示
すように細分割したコイルくさび４５を第４図に示すよ
うに円環３２と３２Ａの一部を切欠いて形成した挿入部
４６から挿入して、所定の位置に設置して２次側巻線１
４が遠心力により飛び出したり変形するのを防いでいる
。そしてこのように形成した２次側鉄心３８の外周には
微小間隙を介して静止側に１次側鉄心が配置される。本
発明は前述したように第１図の回転側システム２２の全
ての部材を回転軸３９上に設置するのであるから、整流
器１５、ＦＭ送信機１７および送信側アンテナ１８は鉄
心３８内に設ける必要がある。

上記した整流器１５等の機器は第６図に示すように、円
環３１と３２の一部を切欠いて形成した収納室４７内に
挿入されている。なお上記の機器が大きくて収納室４７
のみては収容不可能のときは、円環３１Ａと３２Ａの一
部に設けた収納室４７Ａを使用し、両室４７と４７Ａは
電路４８内の電線で結ばれる。なお両室４７と４７Ａは
左右対象位置に設けることがバランス上有利であり、ま
た収容機器の数によつては収容室はさらに増加すること
も可能である。回転軸３９の表面には抵抗線歪ゲージ１
６（第６図参照）が貼付けてあり、この抵抗線歪ゲージ
１６の出力信号は円環３１に設けた電路４９を通つて収
納室４７内のＦＭ送信器１７に導かれる。

また回転形トランス１２の２次側巻線１４に誘起された
電力は円環３３Ｄの一部に設けた電路６０を通つて収納
室４７内部の機器である抵抗線歪ゲージ１６とＦＭ送信
器１７に供給される。収納室４７および４７Ａ内部の各
機器の配置および各機器の電気的接続が終了したときは
、収納室４７等の隙間へコンパウンド等を充填すること
により各機器は保持される。そして収納室４７と４７Ａ
および電路４９は蓋５１と５１Ａおよびボルト５２によ
り被れて外部から保護されている。なお２次側巻線１４
の抵抗線歪ゲージ１６への電力は電路５０，４８そして
４９と収納室４７を通つて供給される。第７図は本発明
の他の実施例でこの例では鉄心６１を形成する円環は軸
方向については６２，６２Ａそして６３の３種類の構成
である。

この例では円環６２と６３そして６２Ａと６３の合せ目
にインロー部６４と６４Ａを形成し、該インロー部６４
と６４Ａにより遠心力の一部を負担させることによりリ
ーマボルト３６の応力を減少させている。また回転軸３
９に浅い円周溝６５を加工し、同溝に鉄心６１に固着し
たストッパ６６を係合させて鉄心６１の軸方向移動を阻
止し、そして円環６２の端部に設けた円周凸起６７とス
トッパ６６はスペーサ４０の抜け止め作用をしている。
第８図および第９図も本発明の他の実施例て何れも第３
図のスペーサ４０の変形を示したものである。第８図で
は鉄心３８と回転軸３９の間に同一の傾斜角度で方向が
逆になつている２枚のスペーサ７１と７２を挿入した例
である。第９図は鉄心３８のの両側から傾斜角が同一で
方向が逆な２枚のスペーサ７３と７４を挿入した例であ
る。また円環は既設の回転機へ設置するときの便のため
円周方向に２分割以上に分割したものを述べてきたが、
支障のない場合とか新設の回転機へ設置するときは一体
の円環で良く、場合によつては軸の一部として削り出し
ても良い。本発明の高速回転軸の応力測定装置は上述し
たように構成したので、静止位置にある交流電源の電力
は静止側の一次側鉄心に巻かれた一次側コイルに入力し
、この電力は回転する軸上に取付けた２次側鉄心に巻か
れた２次側コイルに伝達されることになる。

従つて回転軸上の抵抗線歪ゲージとＦＭ送信器への供給
電力は、結局静止側の交流電源から供給されるので、長
時間安定した電力により作動する。また、２次側鉄心を
回転軸に堅固に取付け、その中に２次側巻線、整流器、
送信器、アンテナ等を収納したので回転による遠心力や
衝撃に対してよく耐えることができる。このため抵抗線
歪ゲージとＦＭ送信器の動作も極めて安定なので精度の
高い回転軸の応力計測が可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の一実施例を示し、第１図
は本発明のシステムを示すブロック図、第２図は本発明
の要部の正面図、第３図は第２図の３−３線断面図、第
４図は第２図の斜視図、第５図はコイルくさびの斜視図
、第６図は第２図の６−６線断面図、第７図ないし第９
図はそれぞれ第３図に対応する異なる形式の他の実施例
の断面図である。 １１・・・・・・交流電源、１３・・・・・・１次側巻
線、１４・・・・・２次側巻線、１５・・・・・・整流
器、１６・・・・・・歪ゲージ、１７・・・・・送信器
、１８・・・・・送信アンテナ、１９・・・・・受信ア
ンテナ、２０・・・・・・受信器、２１・・・・・記録
計、３８・・・・・・２次側鉄心、３９・・・・・回転
軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転軸に貫挿され円環をなす内部鉄心と前記回転軸
   に貫挿されて前記内部鉄心の両側面に当接し前記内部鉄
   心よりも外周直径の大なる円環をなす外部鉄心とを有す
   る２次側鉄心と、この２次側鉄心を軸方向に貫通して緊
   締するネジ付棒体と、前記回転軸の表面と前記２次側鉄
   心の内周面とのあいたに円環状に挿入され軸方向断面が
   狭扇状をなすスペーサと、前記内部鉄心の外周面と前記
   外部鉄心の内側側面とによつて囲まれる空間に巻装され
   た２次側巻線と、この２次側巻線の外周面を覆い前記外
   部鉄心に嵌合された円環をなす巻線押えと、前記２次側
   巻線に接続され前記２次側鉄心内部に収納された整流器
   と、前記回転軸の表面に貼付され前記整流器からの電力
   で作動する歪ゲージと、前記２次側鉄心内部に収納され
   前記整流器からの電力で作動すると共に前記歪ゲージの
   出力信号を送信する送信器と、前記２次側鉄心内部に収
   納され前記送信器の電波を発する送信側アンテナと、前
   記２次側鉄心に対して微小間隙を介して静止側に配置さ
   れた１次側鉄心と、この１次側鉄心に巻回され静止側の
   交流電源に結ばれた１次側巻線と、前記送信アンテナか
   らの電波を受けるべく静止側に設けた受信側アンテナと
   、この受信側アンテナの電波によつて作動する受信器と
   、この受信器の出力信号を記録或いは解析するための記
   録計或いは解析装置とからなる高速回路軸の応力計測装
   置。