JPS6259766B2 - - Google Patents

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JPS6259766B2
JPS6259766B2 JP7102880A JP7102880A JPS6259766B2 JP S6259766 B2 JPS6259766 B2 JP S6259766B2 JP 7102880 A JP7102880 A JP 7102880A JP 7102880 A JP7102880 A JP 7102880A JP S6259766 B2 JPS6259766 B2 JP S6259766B2
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JP
Japan
Prior art keywords
pulse
rotating shaft
signal
torsional vibration
rotational
Prior art date
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Application number
JP7102880A
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English (en)
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JPS56166428A (en
Inventor
Yoshiaki Mitsuyama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP7102880A priority Critical patent/JPS56166428A/ja
Publication of JPS56166428A publication Critical patent/JPS56166428A/ja
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Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/003Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転体の捩り振動計測装置に関する。
回転機械はすべてその回転トルク変動により励
振される捩り振動固有値をもつているが、特に2
ケ以上のロータを結合してなるタービン、発電機
等はすべてのロータを結合して始めて捩り振動固
有値が決まるので、捩り振動を計測するには実機
のフイールドテストによる以外に方法がない。
また、回転体の捩り振動は横振動と異なり、軸
材料自身の内部に繰返し蓋を発生させ、軸の疲労
破壊の発生に通ずるので、軸の疲労破壊に基因す
る災害防止のためにも捩り振動計測が重要となつ
てくる。
従来行なわれている捩り振動計測手段は(1)歪ゲ
ージを回転軸表面に粘着し軸トルクの計測要領と
同様の要域でトルク変動として捩り振動を計測す
る。(2)捩り振動速度は、回転速度に重畳し回転速
度のムラとなつて表われるので、非接触により求
めた回転パルスより回転速度のムラを精度よく計
測するの2手段に大別される。
まず、(1)歪ゲージによる捩り振動計測は、軸ト
ルクに基因する剪断歪を軸表面に貼着された歪ゲ
ージ01で引張、圧縮の歪として検出し、第1図
ブロツク線図に示すように、回転軸に取付けたト
ランスミツタ02により電池等の電源04により
供給される電力を電波に変換し、送信アンテナ0
3より発信し、静止側に設置された受信アンテナ
05によりこれを受信して受信器06により軸ト
ルクに比例した電気信号として再生出力する無線
テレメータ方式と、第2図に示すように、歪ゲー
ジ01の出力を回転軸に取付けたスリツプリング
07とこれに摺動するブラシ08等を経て増巾器
09により検出するスリツプリング方式とに大別
される。
しかしながら、無線テレメータ方式は回転軸に
取付ける歪ゲージ、トランスミツタ、電源及びそ
れらを接続する配線等に耐遠心力の限界があり、
また作業に熟練を要し回転軸のバランシング等が
面倒であるという欠点があり、スリツプリング方
式は周速に基因するスリツプリングとブラシの接
触抵抗の変化によりノイズが大となり、スリツプ
リングとブラシの摩耗のため長期間の計測ができ
ず、回転軸側の部材に耐遠心力の限界があり、作
業に熟練を要する等の欠点がある。
次に、(2)回転速度ムラによる捩り振動計測は、
第3図ブロツク線図に示すように、回転軸に歯車
010を取付け静止側に設置されたピツクアツプ
012により検出された回転パルスより回転速度
に比例した信号を取出すもので、第4図ブロツク
線図、第5図波形線図に示すように、ピツクアツ
プ012の検出信号Aは計数器013によつて基
準信号Bを計数し、計数結果は逆数器014によ
り時間巾に変換され、逆数器014のデジタル信
号はD/A変換器015によりアナログ信号Cと
して出力する。
これによると、分解能は(1)式で表わされる。
ΔP=fp/fc×100% ……(1) たゞし、fpは回転パルス周波数、fcは基準信
号周波数である。
そこで、例えば回転軸の回転数を3000rpm、歯
車の歯数を60とするとfp=3000cpsとなり、基
準信号の周波数を50MHZとするとΔp=0.006%と
なり、計測精度は一応得られるのであるが、この
ような捩り振動計測にも下記のような欠点があ
る。すなわち、(i)軸系の捩り振動を計測するに
は、その固有振動周波数とゝもに振動モードをも
求める必要があるにもかゝわらず回転軸上の歯車
設置点でしか計測ができない。タービン、発電機
を例にとると、回転軸は5〜6個のロータを具え
ているので、振動モードを求めるためには少なく
とも5〜6個所の計測点が必要であるが、軸系上
には2〜3個所しか歯車はなく、これでは振動モ
ードまで求めることができない。
(ii)歯車には製作誤差すなわちピツチ誤差、歯型
の工作誤差等があり、その量はピツチの2〜3%
にもなるので、これらの誤差が計測値に軸回転数
の整数倍の周波数成分の誤差となつて表われる。
本発明はこのような事情に鑑みて提案されたも
ので、タービン、発電機等の捩り振動を通常運転
状態の微少振動時に計測するとゝもに歯車のない
位置でも回転速度ムラより捩り振動を計測し捩り
モードを求めることのできる回転体の捩り振動計
測装置を提供することを目的とし、回転軸の周り
に固定され等間隔に配設された歯、反射板等によ
りパルス列を発生する回転パルス発生手段と、上
記回転軸の回転方向に適宜間隔を存して配設され
それぞれ非接触的に上記回転パルス発生手段の発
生するパルスを検出する2個の検出手段と、上記
2個の検出手段の出力を入力し上記回転パルス発
生手段が上記2個の検出手段間を通過する時間巾
をパルス巾とするゲート信号を出力するフリツプ
フロツプ回路と、基準パルス列信号を入力する
とゝもに上記ゲート信号を入力し上記ゲート信号
のパルス巾に含まれる上記基準パルス列信号のパ
ルス類を計数する計数器と、上記計数器の出力に
より上記回転軸の瞬時角速度を算出する演算器と
を具えたことを特徴とする。
本発明の一実施例を図面について説明すると、
第6図はその側面図、第7図は第6図の回路構成
を示すブロツク線図、第8図は第7図の各部の電
圧波形を示す線図、第9図は第6図とは異なる他
の回転パルス検出手段を示す正面図、第10図は
第9図の側面図である。
まず、第6〜8図において、1は被検回転軸に
取付けられ歯t1,t2,t3……を刻設してなる歯
車、2,3はそれぞれ被検回転軸に対しθの中心
角で歯車に対向し、それぞれ被検回転軸の回転方
向に対し前方及び後方に配設された静止側の電磁
ピツクアツプで、それぞれ歯t1,t2,t3,……の
通過の都度パルス列A1及びA2の電圧を出力す
る。4は捩り振動計、7は電磁ピツクアツプ2,
3の出力パルス列A1,A2をそれぞれ入力し、
ゲート信号A′を出力するフリツプフロツプ回
路、8は一定周波数の基準パルス列信号Bを入力
するとゝもにフリツプフロツプ回路7の出力する
ゲート信号A′を入力し、ゲート信号A′により基
準パルス列信号のパルス数を計数する計数器、9
は計数器8の出力を入力してその逆数を求める逆
数器、10は逆数器9の出力するデジタル信号を
アナログ信号Cに変換するD/A変換器で、7〜
10が協働して捩り振動計4を構成する。
このような装置において、まず、歯車1の回動
に伴い電磁ピツクアツプ2,3は歯t1,t2,t3
…がその前端を横切るごとにパルスを出力するの
でその出力波形はそれぞれA1,A2となり、こ
の出力パルス列信号A1,A2より任意の歯が電
磁ピツクアツプ2,3間を通過する時間巾を有す
るパルス信号A′がフリツプフロツプ回路7によ
り作られる。
その際、電磁ピツクアツプ2,3の設定される
中心角θが歯車のピツチ角より大の場合には、電
磁ピツクアツプ3の出力パルス列信号A2中に不
用のパルスが含まれることになる。そこでフリツ
プフロツプ回路7により、第8図に示すように、
電磁ピツクアツプ2の出力パルス列信号A1のパ
ルスに同期させながら電磁ピツクアツプ3の出力
パルス列信号A2より、本例では歯t2,t4,t6
…に基因する不用パルスを消去した後、出力パル
ス列信号A′を得るようにしている。
次に、フリツプフロツプ回路7の出力パルス列
信号A′をゲート信号として計数器8によりゲー
ト信号A′のパルス巾に含まれる基準パルス列信
号Bのパルス計数値Nを計数する。
このパルス計数値Nは(2)式で表わされる N=θ/360×2πf/w ……(2) たゞし θ……電磁ピツクアツプの設置角度〔度〕 fc……基準パルス列信号の周波数〔Hz〕 wr……任意の歯が電磁ピツクアツプ間隔を通過
する際の回転軸の瞬時角速度〔rad/s〕 である。
(2)式に示されるように、wr以外のθ、fcは定
数であり、パルス計数値Nはwr以外の逆数に比
例する値となり、歯車のピツチに関係なく、した
がつて歯車の製作誤差の影響を受けない。
更に、パルス計数値Nより逆数器9でその逆数
を求め、これをD/A変換器10によりアナログ
出力信号Cとして出力する。
この出力信号Cは回転軸の角速度を(3)式で示す
周波数fsでサンプリングしたものと等価であ
る。
s=fr×360/θ〔Hz〕 ……(3) たゞし、fr……回転数の平均回転数〔Hz〕 回転軸が一定速度で回動しているときは、瞬時
角速度は一定であるが、捩り振動が発生すると、
平均角速度を中心として捩り振動の周期で瞬時角
速度は変動し始め、この変動分が捩り振動角速度
であり、捩り振動の固有周波数が判れば捩り振動
角変位を求めることができる。
上記実施例では回転軸の非接触回転パルス検出
手段として歯車と電磁ピツクアツプとを用いた
が、これに代えて、第9図、第10図に示すよう
に、回転軸の周りに貼着された光反射テープ5と
2個のフオトピツクアツプ6を用いて光学的に回
転パルスを検出するようにすることもできる。
このような手段によれば、反射テープ5は手作
業で回転軸に貼着することができるので、ピツチ
誤差は歯車の場合よりも大になるが、上述の通り
ピツチ誤差は捩り振動計測に影響を与えないの
で、歯車、電磁ピツクアツプと同様の高精度で回
転速度ムラを計測することができ、車車のない位
置でも反射テープを貼着するスペースさえあれ
ば、捩り振動の計測が可能となる。
要するに、本発明によれば、回転軸の周りに固
定され等間隔に配設された歯、反射板等によりパ
ルス列を発生する回転パルス発生手段と、上記回
転軸の回転方向の適宜間隔を存して配設されそれ
ぞれ非接触的に上記回転パルス発生手段の発生す
るパルスを検出する2個の検出手段と、上記2個
の検出手段の出力を入力し上記回転パルス発生手
段が上記2個の検出手段間を通過する時間巾をパ
ルス巾とするゲート信号を出力するフリツプフロ
ツプ回路と、基準パルス列信号を入力するとゝも
に上記ゲート信号を入力し上記ゲート信号のパル
ス巾に含まれる上記基準パルス列信号のパルス数
を計数する計数器と、上記計数器の出力により上
記回転軸の瞬時角速度を算出する演算器とを具え
たことにより、高精度の回転体の捩り振動計測装
置を得るから、本発明は産業上極めて有益なもの
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は公知の歪ゲージを利用した無線テレメ
ータ方式の捩り振動計測装置を示す説明図、第2
図は公知の歪ゲージを利用したスリツプリング方
式の捩り振動計測装置を示す説明図、第3図は公
知の回転速度のムラを検出する捩り振動計測装置
を示す説明図、第4図は第3図の回路構成を示す
ブロツク線図、第5図は第4図の各部の電圧波形
を示す線図、第6図は本発明の一実施例を示す側
面図、第7図は第6図の回路構成を示すブロツク
線図、第8図は第7図の各部の電圧波形を示す線
図、第9図は第6図とは異なる他の回転パルス出
力手段を示す正面図、第10図は第9図の側面図
である。 1……歯車、2,3……電磁ピツクアツプ、4
……捩り振動計、5……反射テープ、6……フオ
トピツクアツプ、7……フリツプフロツプ回路、
8……計数器、9……計数器、10……D/A変
換器、A1……電磁ピツクアツプ2の出力、A2
……電磁ピツクアツプ3の出力、A……ゲート信
号、B……基準パルス列信号、C……アナログ出
力信号。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 回転軸の周りに固定され等間隔に配設された
    歯、反射板等によりパルス列を発生する回転パル
    ス発生手段と、上記回転軸の回転方向に適宜間隔
    を存して配設されそれぞれ非接触的に上記回転パ
    ルス発生手段の発生するパルスを検出する2個の
    検出手段と、上記2個の検出手段の出力を入力し
    上記回転パルス発生手段が上記2個の検出手段間
    を通過する時間巾をパルス巾とするゲート信号を
    出力するフリツプフロツプ回路と、基準パルス列
    信号を入力するとゝもに上記ゲート信号を入力し
    上記ゲート信号のパルス巾に含まれる上記パルス
    列信号のパルス数を計数する計数器と、上記計数
    器の出力により上記回転軸の瞬時角速度を算出す
    る演算器とを具えたことを特徴とする回転体の捩
    り振動計測装置。
JP7102880A 1980-05-28 1980-05-28 Measuring device for torsional vibration of rotating body Granted JPS56166428A (en)

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JP7102880A JPS56166428A (en) 1980-05-28 1980-05-28 Measuring device for torsional vibration of rotating body

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JP7102880A JPS56166428A (en) 1980-05-28 1980-05-28 Measuring device for torsional vibration of rotating body

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JPS56166428A JPS56166428A (en) 1981-12-21
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5390545A (en) * 1993-01-11 1995-02-21 Caterpillar Inc. Apparatus for measuring torsional vibrations of rotating machinery
JP6455702B2 (ja) * 2014-08-22 2019-01-23 株式会社Ihi 回転体の振動計測方法と装置
EP2990609A1 (de) * 2014-09-01 2016-03-02 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Maschinenanlage mit einem Wellenstrang

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JPS56166428A (en) 1981-12-21

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