JPS62106142A - 磁気懸垂式ロ−タにおける同期ふれまわり振動除去装置 - 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】 Ｃ産業上の利用分野］ 本発明は例えばタービン、遠心圧縮機の回転１螢隻械の
電磁軸受において、特に磁気懸垂式ロータにおける同期
ふれまわり振動除去装置の改良に関するものである。

［従来の反衝］ 周知のように、タービン、遠心圧縮機の回転機械の振動
は、回転体であるロータの回転周波ＷＩおよびその整数
（ａの周波数に同期したＩｔ２！ｌＩ成分と、ロータの
回転周波数よりも低い周波数成分を有しかつロータの回
転周波数成分とは無関係の撮動成分とにより振動する。

そしてこの場合、ロータの回転周波数よりし低い周波数
成分を有しかつロータの回転周波数成分とは無関係の感
動成分は、ロータにとって有古な場合が多くその発生を
除去防止する必要であるが、ロータの回転周波数および
モの整数倍の周波数に同期した振動成分の信号は、ロー
タのスター１−　、ストップ時の危険速度通過時を除い
て制債０する必要はなく、ロータの慣性の軸で自由に回
転させることが望ましい。

以上のような点を考慮して、従来から第４図に示すよう
な構成の磁気懸垂式ロータにＪ３ける同期ふれまわり振
動除去装置が採用されてきている。

第４図において、Ｄｘ、Ｄｘ−、Ｄｙ、Ｄｙ−はタービ
ン、遠心圧縮機等の回転機械における放射状の電１社軸
受に支承され、当該軸受と共にロータの位置を検出する
ロータの半径方向位置検出器であり、水平、垂直の２つ
の直交する座標軸に配置され、Ｄｘ、Ｄｘ”、Ｄｙ、Ｄ
ｙ−は直径を挟入７で相対している。また、１１．１２
は上記ロータの半径方向位置検出器Ｄｘ、Ｄｘ′、ＤＶ
。

Ｄｙ”からの検出信号を人々加締する加算器である。

一方、１８は上記加算器１１．１２からの出力信号、Ｊ
）′よびロータの回転数を検出する回転数検出器２０か
らの出力信号を夫々入力とし、後述する利け１回路１３
への障害伝播を減じ或いは除去する信号処理回路で、ロ
ータの不向１ｉ　＜アンバランス）にＪ：つて光生Ｊ−
る誤差信号を取除くものである。そしてこの信号処理回
路１８は、２つの入力部を有する２個の加算器Ｓｘ、Ｓ
ｙと、変換回路Ｒ１，Ｒ２および２個の積分器１ｘ、Ｉ
ｙよりなる変換回路１つとから構成されている。すなわ
ち、加算器３ｘ、Ｓｙには加算器１１．１２からの変位
信号Ｘ、ｙが入力され、その出力信号ＸＳ。

ｙｓは制卸回路１３の入力部１３ａ、１３ｂに夫々入力
される。また、変換回路１９には上記２つの信号ｘｓ、
ｙｓが入力され、第１の変換回路（リゾルバ）Ｒ１によ
り次の２つの信号Ｘ、Ｙが出力される。

Ｘ＝ｘａ　ｃｏｓ　　ωｔ＋ｙｓ　Ｓ　ｉ　ｎ　　ωｔ
Ｙ−−ＸＳ　Ｓ　ｉ　ｎ　　ωｔ＋ｙｓ　ｃｏｓ　　ω
を但し、ωはロータの回転角速度、しは時間である。

かかる２つの信号Ｘ、Ｙは、第１のｇ換回路Ｒ１で回転
座標系に変換され、積分器ｌｘ、ｌｙで夫々積分される
。勤座標系に変換することによって、信号は非常に緩や
かに変動するかまたは一定（直を有づるので、積分器Ｉ
Ｘ、ＩＶの通過帯域は１１Ｈ７以下の低周波に抑えるこ
とが可能となる。

そして、積分器ｌｘ、ＩＶから出力される信号ｘｔ　、
Ｙｌは、第２の変換回路Ｒ２のに入力される。この第２
の変換回路Ｒ２からの出力信号は座１票変換によって固
定座標系に再度変換され、さらに上記信号ｘｓ、ｙｓと
は逆極性の信号ＸＩ。

ｙｌ　どなって加算器Ｓｘ、Ｓｙに夫々帰還される。

口の場合、１８号Ｘ１．ｙｌは次の式により与えられる
。

Ｘ＋　−ｆＸｄｔ Ｙ＋＝Ｊ”Ｙｄｔ Ｘｉ　＝−（Ｘ＋　ｃｏｓ　　ωｔ−ＹＩ　ｓ　ｉ　ｎ
　　ωｔ）ｙｌ　＝−（Ｙｌ　ｓ　ｉ　ｎ　　ωｔ＋Ｘ
＋　ｃｏｓ　　ωｔ）また、 ＸＳ　＝Ｘ＋Ｘ１ ｙｓ＝ｙ　　−ト　ｙｌ これにより、ロータの真の不均衡をバランスするための
補償信号に、仮想不均衡を現わす補償信号が重畳された
形となる。さらに、上記第１．第２の変換回路Ｒ１，Ｒ
２には回転数検出器２０がらの信号ω［が入ツノされ、
結局信号ｔ１８埋回路１８【ユＤ−夕の回転速度を零と
騎に等しい周波数に中心をおく狭い周波数帯域をもつ帯
ｌｊｌ！消去ろ過器を構成することになる。

さらに、ホリ鉗回路１３は上記信号ｘｓ、ｙｓを入力す
る進相網１４．１５と、この進相網１４．１５から夫々
出力される信号ｘｃ、ｙｃを入力する位（Ｄ変換器１６
．１７と、この位相変換器１Ｇ。

１７から出力されるｆｉ号ｘ−ｃ　、　ｘ”　ｃ　、　
ｙ−ｃ　。

ｙ″Ｃを入力する増幅器ＡＸ、ＡＸ−，ＡＶ。

Ａｙ′とから構成されている。ずなわらこの制叩回路１
３により、上記信号処理回路１８から出力される信号ｘ
ｓ、ｙｓに基づいて、ロータを予め設定した半径方向位
置に保持するように電磁石ＥＸ、ＥＸ−，Ｅｙ、Ｅり／
−への供給電流か制御される。この結果、ロータの回転
数１こ等しい周波数の軸受剛性か除去されて、ロータは
慣性軸を自由に回転できることになり、かかる同期ふれ
まわり振動除去装置を使用することにより、現在軸受で
支承されているロータが高い精度とそうとうな慎重さで
バランシングされている煩わしさを緩和することができ
る。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上述したような従来の磁気懸垂式ロータ
における同期ふれまわり振動除去装置においては、回転
体であるロータの不安定振動が回転周波数成分以上で発
生していないにもかかわらず１回転教戒分とその整数倍
成分の信号を発生したり、これから作られる三角級数を
固定座標系から回転座標系に変換する変換回路、この回
転座標系から固定座標系に再度変換する変換回路を通し
て信号処理を行なっていることから、振動除去装置の回
路構成が非常に？！′ａなものになるという問題がある
。

本発明は上記のような問題を解決するために成されたし
ので、その目的は回路構成の簡単化を図りつつ、ロータ
にとって非常に有害なふれまわり撮動成分を確実に除去
ザることが可能な磁気懸垂式ロータにお【ノる同期ふれ
Ｊ：わり振動除去装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段１ 上記の目的を達成するために本発明では、電磁軸受に支
承され、当該軸受と共にロータの位置を検出する位置検
出手段と、この位置検出手段からの検出信号を入力とし
所定の信号処理を行なって出力する信号処理手段と、こ
の信号処理手段から出力される処理信号を入力としこれ
に基づいて上記電磁軸受を制御する制御手段とを備えて
構成される同期ふれまわり振動除去８ｉｖｊＩにおいて
、上記ロータの回転数を検出ケる回転数検出器と、この
回転数検出器により検出されたロータの回転数と同期し
て変化する折点周波数を有し、かつ上記回転数検出器に
より検出されたロータの回転数が定格回転数に達したこ
とを検出したことを条件に。

上記位置検出手段からの検出信号のうち回転周波数より
も低い周波数成分の信号を通過さける低周波ろ過回路と
から、上記信号処理手段を構成するようにしたことを特
徴とする。

［作用］ 上述した磁気懸垂式ロータにおける同期ふれまわり振動
除去装置によれば、回転数検出器で検出されたロータの
回転数と同期して変化する折点周波数を有する低周波ろ
過回路により、上記回転数検出器で検出されたロータの
回転数が定格回転数に達したことを検出したことを条件
に、上記位置検出手段からの検出信号のうち回転周波数
よりも低い周波数成分の信号を通過させる、換言すれば
回転周波数以上の周波数成分の信号を除去することがで
き、ろ過した周波数成分の位相が変化しないか、または
制御上問題とならない程度の変化になるようにすること
が可能となる。

［実施例コ 以下、本発明を図面に示す一実施例について説明する。

第１図は、本発明による磁気懸垂式ロータにおける同期
ふれまわり振動除去装置の回路構成例を示すものである
。第１図において、Ａ　Ｇ、を電磁軸受に支承され、当
該軸受と共にロータの位置を検出する位置検出装置で、
第４図におけるロータの半径方向位置検出器Ｄｘ、Ｏｘ
−，Ｏ−Ｖ、ａｙ−および加算器１１．１２に相当する
ものである。また、ＦおよびＧは模述する信号処理回路
Ｐから出力される信号を入力とし、これに填づいてｌ　
Ｉｎ石１−１（第４図のＭ　［４１ｉ石Ｅｘ、Ｅｘ−、
Ｅｙ、Ｅｙ−に相当）に供給する電流を制御することに
より上記電磁軸受を制御する制御回路および電力増幅器
で、第４図における制御回路１３に相当するものである
。一方、Ｐは回転数検出器Ｂ、比較器Ｃ９低周波ろ過器
り１回転数設定器Ｅからなる信号処理回路で、第４図に
おける信号処理回路１８に相当するものである。ここで
、回転数検出器Ｂはロータの回転数を検出器るものであ
り、回転数設定器Ｅは定格回転数（一定回転数のみを意
味しない。

つまり、スチームタービン、ガスタービン駆動などでは
、最低回転数からトリップ回転数までの運転範囲をいう
）を設定するものである。また、比較器Ｃは上の回転数
検出器已により検出された口−タの回転数と２回転数設
定器Ｅからの定格回転数との大小比較を行なうものであ
る。さらに、低周波ろ過器りは上記回転数検出器Ｂによ
り検出されたロータの回転数に同期して変化する第２図
のような折点周波数Ｆ　を有するもので、上記回転数検
出器已により検出されたロータの回転数が定格回転数に
達したことを比較器Ｃで検出した場合に、上記位置検出
装置Ａからの検出信号のうち回転周波数よりし低い周波
数成分の信号を通過させるようになっている。そして、
これら比較器Ｃ１低周波ろ過器り９回転数設定器Ｅによ
り、低周波ろ過回路が構成されている。なお、上記低周
波ろ過器りにおける折点周波数Ｆ　は、ろ過した周波数
成分の位相が変化しないか、制御上問題にならない程度
の変化となるように設定されている。

かかる如く構成した磁気懸垂式ロータにおける同期ふれ
まわり撮動除去ＶＲ園においては、回転数検出器８から
の出力信号と回転数設定器Ｅからの出力信号とが比較器
Ｃに入力され、ここで夫々の大きさの比較判定が行なわ
れる。その結果比較器Ｃは、もし回転数検出器Ｂからの
出力信号が回転数設定器Ｅからの出力信号に等しいか又
は大きい場合には、位置検出装置△からの出力信号を低
周波ろ過器りに入力する。一方、回転数検出器Ｂからの
出力信号が回転数設定器Ｅからの出力信号よりも小さい
場合には、位置検出装置Ａからの出力信号を通過させな
いか、または信号処理回路Ｐ以外の図示しない処理回路
へ与えることになる。そして、比較器Ｃを通過して低周
波ろ過器りに導入された信号は、回転数検出器Ｂからの
出力信号に基づいて回転周波数成分以上の信号の位相を
変化させないか又は制御上差支えのない程度の位（（１
変化となるように折点周波数Ｆ　が設定された低周波ろ
過器りのろ過作用によって、回転周波数よりも低い周波
数成分を含んだ信号となる。ずなわも第３図に示すよう
に、回転周波数とその整数倍の周波数ｆ’ｉ＋１．ｒ＋
＋２．・・・・・・の信号は除去され、回転周波数より
も低い周波数成分子、、ｆ２の信号のみを通過させるこ
とになる。

かようにして低周波ろ過器りを通過した信号は、しはや
回転周波数とその整数倍の信号が含まれていないので、
低周波ろ過器り以後に設けられた制御回路Ｆ、電力増幅
器Ｇによって１’ｆｆ１ａ′ｃＪＨへ供給する電流を制
ｔｉｌｌケることにより、回転体であるロータにとって
非常に有害な危険速度のふれまわり成分、地震外力成分
のふれまわりに対して極めて有効的な減衰を与えること
かでき、これらの振動を消滅さけることが可能となる。

以上のようにして、回転周波数成分以上の周波数成分が
除去されるため、回転体であるロータは慣性の軸のまわ
りに自由に回転することができ、アンバランス振動を抑
えるために無駄な電力消費をすることはなく、軸受を支
承する架台の振動の問題等も無くなるものである。

［分明の効果］ 以上説明したように本発明の磁気懸垂式ロータにおける
同期ふれまわり振動除去装置によれば、次のような顕著
な効果が１ｑられるものである。

すなわら、ロータの回転数を検出する回転数検出器と、
この回転数検出器により検出されたロータの回転数と同
期して変化する折点周波数を有し。

かつ上記回転数検出器により検出されたロータの回転数
が定格回転数に達したことを検出したことを条件に、上
紀位若検出器からの検出信号のうら回転周波数よりも低
い周波数成分の信号を通過させる低周波ろ過回路とから
１ｍ　＠　’ｌ！１理手段全手段するようにしているの
で、同期ふれまわり振動陥入に！首の回路構成を従来の
ものに比較して格段に簡単化することができる。また、
ロータにとって非常に′４−ｉ害なふれまわり１辰助成
分を、従来のものと何んら変りなく確実に除去すること
が可能となり、これによりロータは園性の主軸のよりり
ｔこ自由に回転でき、アンバランス振動を抑制するため
に無駄な電力消費を伴うことがなく、軸受を支承する製
分の振動の問題ら無くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第２図は
第１図における低周波ろ過器の特性を示す図、第３図は
回転機械に見られる一般的な周波数成分を示す図、第４
図は従来の…気懸手式ロー夕にお１ノる同期ふれまわり
振動除去装置を示す構成図である。 Ａ・・・位置検出装置、Ｂ・・・回転数検出器、Ｃ・・
・比較器、Ｄ・・・低周波ろ過器、Ｅ・・・定格回転数
設定器、Ｆ・・・制御回路、Ｇ・・・電力増幅器、Ｈ・
・・電磁石、Ｐ・・・信号処理回路、１１．１２・・・
加算器、１４．１５・・・進相網、１６．１７・・・位
相変換器、１８・・・信号処理回路、２０・・・回転数
検出器、Ｄｘ。 Ｏｘ−、Ｄｙ、Ｄｙ−・・・ロータの半径方向位置検出
器、Ｓｘ、Ｓｙ・・・加締器、Ｒ１，Ｒ２・・・変換回
路、Ａｘ、Ａｘ−、Ａｙ、Ａｙ−・・・増幅器、ＥＸ。 Ｅｘ−、Ｅｙ、Ｅｙ−・・・増幅器。 出願人復代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦ｈ　　ｈ　
　　　　ｆＮ＋　　　ｆＮ：ｚ　　　ｆＮｚ□Ｍ濃秋 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電磁軸受に支承され、当該軸受と共にロータの位置を検
   出する位置検出手段と、この位置検出手段からの検出信
   号を入力とし所定の信号処理を行なつて出力する信号処
   理手段と、この信号処理手段から出力される処理信号を
   入力としこれに基づいて前記電磁軸受を制御する制御手
   段とを備えて構成される同期ふれまわり振動除去装置に
   おいて、前記ロータの回転数を検出する回転数検出器と
   、この回転数検出器により検出されたロータの回転数と
   同期して変化する折点周波数を有し、かつ前記回転数検
   出器により検出されたロータの回転数が定格回転数に達
   したことを検出したことを条件に、前記位置検出手段か
   らの検出信号のうち回転周波数よりも低い周波数成分の
   信号を通過させる低周波ろ過回路とから、前記信号処理
   手段を構成するようにしたことを特徴とする磁気懸垂式
   ロータにおける同期ふれまわり振動除去装置。