JPS63312510A - 回転機械の軸受アライメント測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、蒸気タービン発電機のような、複数個の回転
体が固定さねた一本の共通軸体を複数個所に設けた軸受
で支持するようにした回転機械におげろ、該軸受の共通
軸体に当接する部分の鉛直方向の位置（以後この物理量
を軸受のアライメントということがある）の変化を測定
ｆろ装置、特に測定装置の砲り付は作業が容易でかつ大
形の回転機械の場合くも迅速に測定を行うことができる
装置に関する。

〔従来の技術〕

上述の回転機械では軸受のアライメントが該回転機械設
置時比ベニ著しく変化すると、後述する理由によって、
共通軸体のその軸心に垂直な方向の振動（以後この振動
を軸ぶれ振動ということがある）の状態が異常になって
、共通軸体に固定されたタービンロータ等の回転体の破
損や軸受の磨耗、焼き付き等の事故が発生する。このた
め、従来、軸受のアライメントを測定して上述の事故の
発生を未然に防止するようＫＬ４いる。

第５図はこのようなアライメント測定装置の第１従来例
の測定原理説明図で、第６図は第５図におけるＸ−Ｘ断
面図、Ｉ！！７図は第６図に示した軸受金１の斜視図で
ある。第５図ないし第７図において、ｌ・２は円筒をそ
の軸心な含むようにして二つ割りにして形成した形状の
上側軸受金、下側軸受金で、３は軸受金１．２によって
挟まれて支持された回転機械の軸体である。４は軸体３
と軸受金！、２との間の隙間に形成された油膜で、軸受
金２Ｖｃｔｘ油膜４の圧力Ｄｖ該軸受金２外に導くため
の複数個の導圧孔５が設けられ、さらに導圧孔５の各開
口端にはいずれも圧力センサ６が設けられている。油膜
４を形成させるための注油口は図示していない。７は複
数個の圧力センサ６の各出力信号のすべてが入力され、
これら入力信号の平均値を演算してこの演算結果に応じ
た信号７ａを出力する平均演算器で、このような複数個
の導圧孔５及び複数個の圧力センサ６及び−個の平均演
算器７を１、油膜４の圧力りが場所により℃異なるため
（設けられている。したがって出力信号７ａは油膜４の
場所的な平均圧力りを表すことになる。８は信号７ａが
入力されると予め求められ工いる演算式により１軸受金
２０アライメントＱを演算しｔ演算結果に応じた信号８
ａを出力するアライメント演算器で、９は圧力センサ６
と演算器７及び８とからなるアライメント測定装置であ
る。

演算５８ｅｃおいて用いられるＤとＱとの関係式は。

図示の回転機械の据付時等において予め実験的に求めた
ものである。

ｔＲＢ図は軸受アライメント測定装置の＠２従来例の測
定原理説明図である。図において、　　１０．１１はい
ずれも軸受金１・２が設けられた軸受で、１２゜１３）
Ｘぞれぞれ上端１１０１２ａ、１３ａ＜軸受１０゜１１
が固定されるようｒｃ　Ｌだコンクリート裂等の柱体状
軸受台である。そうして軸受１０．１１は上述した回転
機械の共通軸体な支持する複数個の軸受のうちの隣接す
る軸受である。１４．１５はアライメント測定を行うた
めにそれぞれ軸受台の上端ｆ］１２ａｌ　１３１に載せ
た水槽で、これらの水槽１４．１５は連通管１６で連通
状態となり℃いる。１７．１８は水槽１４．１５と連通
管１６とからなる連通系に注入された水１９の各水槽に
おける水位Ｈ１，ｆ−１，９ｔｌ！ＩＩＩ定するマイク
ロメータで。

これらのマイクロメータ１７．１８と水槽！４゜１５と
連通管１６とでアライメント測定装置２０が構成されて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

アライメント測定ｆｃ＠９＋１上述のように構成されて
いるのでアライメントＱ１に容易に測定することができ
るが、この場合導圧孔５が必要である。

ところが１通常、このような導圧孔５は設けられ工いな
いので、測定装ｆｌｌ１９Ｙ設置する場合、まず回転機
械の運転を止めて諌機械を分解し、しかる後穿孔する必
要がある。したがってこのアライメント測定装置９には
装置の取り付けが困難であるという問題点がある。

また、測定装置２０は上述のように構成されているので
、はぼ同時刻に測定した水位Ｈ８とＨ３との差（ΔＨ）
＋と、水位差（ΔＨ）ｔｖ得た時点から適当な時間を経
過した時点に得た水位差（ΔＨ）ｔとの差（（ΔＨ）１
−（ΔＨ）１を求めることによって。

軸受ｌＯと１１との間の相対的なアライメント変化を知
ることができる。そうして、この測定装置２０では水槽
１４．１５？Ｉ’軸受台１２．１３に載せるだけでよ（
１ので、この場合アライメント測定装置の暖り付けが上
述の第１従来例９に比べて簡単であるという利点がある
。ところが第８図の場合１回転機械が大形になると軸受
台１２．１３間の距離が長くなるので長い連通管１６を
必要とすることになり、連通管！６が長くなると雨水槽
の液面が静止するのに長時間を要することになる。

したがって、アライメント測定装置２０には１回転機械
が大形になると測定を迅速に行うことができないという
問題点があることになる。

本発明の目的は、アライメント測定装置の堰り付けに際
し１回転機械を休止させなくてもよいようにするかまた
は休止を必要としても短時間の休止でよいようにして、
該測定装置の屯り付けが容易に行えるようにしたうえ、
さらに、水位でｈｓ　ｔｘく１回転機械の共通軸体また
はその軸受における振動な観測することによって１回転
機械の大小にｃ問題点′４ｔＮ４決イろための手段〕上
記問題点？解決するために、本発明によ４ば。

複数個の回転体の各回転軸なその軸１ｌＩＩｌｌにおい
ｔ固定的に結合して一本の軸体な形成しかつ前記軸体の
１１ａ数個所においてそれぞｔ’を前記軸体を軸受で支
持するようにした回転機械において、前記軸受近傍の前
記軸体または前記軸受の振動な検出Ｌ″にの検出結果に
応じた振動信号を出力する振動検出器と、前記振動信号
に含まれる前記軸体の回転数に等しい周波数を有する振
動成分な抽出し１該振動成分のベクトル値に応じたベク
トル信号を出力する少なくとも一個の振動ベクトルフィ
ルタと。

前記ベクトル信号な用いて所足の演算な行い前記軸受の
アライメント変化に応じた信号を出力する演算装置とを
設け、ｆＩｒＪ記演゛算装置の出刃信号により″ｃｌ！
ｔＩ紀アライメント変化を測定するようにし１回転機械
の軸受アライメント測定装置を構成するものとする。

〔作用〕

上述のように構成すると、アライメント測定装置の取り
付けに際し′Ｃは、振動検出器を回転機械を休止させな
くても取り付けろようにするか、または回転機械を短時
間休止させるだけで取り付けるようＫｆろことができる
ので、皐り付は作業の容易なアライメント測定装置が得
られる。またこの場合、振動信号を用いて測定を行って
いるので。

回転機械の大小にかかわらず迅速なアライメント測定が
行えることになる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の構成を説明するための説明
図である。図において、　　２ｔｅ　２２．２３゜２４
．２５はそれぞれ高圧タービンロータ、中圧タービンロ
ータ、低圧タービンロータ、発電機ロータ、エキサイタ
ロータで、２１ａｌ　　２２ｍ＠２３ａ、２４ａｅ　２
５ａｔｚ前記各ロータの回転軸である。そうして１回転
軸２１ａと２２１，２２ａと２３８．２３ｍと２４！１
，２４１と２５！Ｉとハイずれも両回転軸の軸端がそれ
ぞれ結合機構２６１゜２６２−２６３．２ｆｉ４で固定
的に結合され、この結果回転軸２１８〜２５ａと結合機
構２６１〜２６４とで一本の共通軸体２７が形成され℃
いる。２８１〜２８７は図示の位置で軸体２７を支持で
るようにしたいずれも軸受で、これらの軸受ｖｃは１図
示していないが、′ｆぺ１第６図及び纂７図に示したの
と同様な二つ割りの軸受金２９１．２９２が設けられ、
共通軸体２７はこれら両軸受金２９１．２９２で挟まれ
て固定され１いる。第２図は軸受金２９１゜２９２が油
膜４を介しｔ軸体２７を挾んで支持し１いる状態を示す
説明用断面図で１図においては。

説明の便宜上、軸受金２９１．２９２の軸心と軸体２７
の軸心とが一致し℃いるように描い工ある。

なお、軸受金２９１．２９２　Ｋは前述した軸受金１゜
２ＩＣおけるような導圧孔５は設けらｔ′ｔ−ｃいない
。

第３図は軸受金２９２の斜視図である。第１図に示した
３０はロータ２１〜２５と結合機構２ｆＳｌ〜２６４と
軸体２７と軸受２８１〜２８７とかＰ−１なる蒸気ター
ビン発電機である。

第１図において、３１１〜３１７はそれぞれ軸受２８１
〜２８７の各近傍における軸体２７の各軸ぶれ振動を検
出してその検出結果に応じた信号３ｔｔａ〜３１７ａを
出力するようにしたセンサ部、３２１〜３２７はそれぞ
れに入力される信号３１１ａ　〜３１７ａｌｌ’増幅し
て振動信号３２１ａ　〜３２７ａとして出力する増幅部
で、３３１〜３３７は上述のセンサ部３１１〜３１７と
増幅部３２１〜３２７とのうちの対応するセンサ部と増
幅部とからなる振動検出部である。この場合センサ部３
１１〜３１７には高周波式の非接触変位計を採用して軸
体２７との間の隙間を測定するようＫしているが１本発
明においては、センサ部３１１〜３１７は軸受２８１〜
２８７の振動を測定するものを採用してもよい。３４は
軸体２７が一回転するごとに一個の電気パルスを発生し
てこの電気パルスをパルス信号３４ａとして出力するパ
ルス発生器、３５は振動検出器３３１〜３３７のそれぞ
れが出力する徹動傷号３２１ａ〜３２７ａな切り換え１
フィルタ部３ｆｉＫ入力する信号切換器で、前記パルス
信号３４ａは常時フィルタ部３６に入力されるようにな
りｔいる。そうして。

フィルタ部３６は１Ｍｉ動信号３２１ａ　〜３２７ａの
うちの一個の振動４Ｎ号が入力されるごとに、パルス信
号３４８を用いて、入力さ４る振動信号のうちから軸体
２７の回転数に等しい周波数を有する振動成分な抽出Ｌ
″Ｃ１この振動成分の後述するベクトル値に応じたベク
トル信号３ｆｉａを出力するように構成さ名１いる。３
７ｔ２パルス発生器３４と信号切換器３５とフィルタ部
３６とからな１總りトルフィルタである。

第４図はフィルタ部３６の機能を説明する説明図で１図
示した波形３８は、振動伽号３２１ａ〜３２７ａのうち
のｐ番目の振動信号が信号切換器３５を介してフィルタ
部３６ｖｃ入ヵされた場合化。

該フィルタ部において押出された。＠体２７の回転数Ｖ
Ｃ等しい周波数ｆを有する摂動成分の波形である。そう
しＣ，この波形３８の振幅及びパルス信＠３４ａＶＣ対
する位相おくｒｔ＆そねぞれｖｐ。

ｖｐであられでと、波形３８は（１）式で表される。

Ｖｐ＠ｔ３Ｘｐ（ｊ（３ｆｆｔ−ｖｐ））＝Ｖｐａ　ｅ
ｘｐ（−ｊθｐ）・ｅｘｐ＜ｊ２ｘｔｔ）　　−・−・
−・−（１）（１１式において、ｔは時間で、Ｊ＝Ｊ：
ｉ−である。

そうして％フィルタ部３６は波形３８を抽出した後、振
幅Ｖｐ及び位相角θｐＫ応じた信号をベクトル信号３ｆ
ｉａとして出力するように構成されている。以後信号３
６が表する振幅Ｖｐと位相角θｐとの組を波形３８のベ
クトル値ということがある。

したがって、振動ベクトルフィルタ３７は振動信号３２
１！１〜３２７ａのそれぞれに含まれる周波数ｆの振動
成分を信号３２１ａ〜３２７ａごとに抽出して。

該振動成分のベクトル値ｖｐ、θｐＫ応じたベクトル信
号３６ａを出力するものであるということができる。振
動ベクトルフィルタ３７は、フィルタ部３６に起動信号
３６ｂが入力されると、７個の振動信号３２１８〜３２
７ａを切換器３５で順次フィルタ部３６にとり込んで上
述の動作を行って該動作を停止するように構成されてい
る。第１図においては、７個の振動信号３２１ａ〜３２
７ａＫ５１して一個の振動ベクトルフィルタ３７が設け
られているが１本発明においてはフィルタ３７は複数個
設けられても差し支えない。

第１図においてはフィルタ３７から上述のような信号３
６ａが出力されるが、今、信号３６ｍが表すベクトル値
Ｖｐ’ｋ（１）式にもとづいて（２式で表すものとする
と、初期に得られたベクトル値Ｖｐｌと後期に得られた
ベクトル値Ｖｌ）２とハ（３）式のように表すことがで
きる。この場合１ｆＪ述したところから明らかなよう’
１ｃｐ＝１〜７である。

Ｖｐ　＝　Ｖｐ　ａｅｘｐ（−ｊθｐ）　　　　　・・
・−・−（２）そうして、ベクトル値ｖｐ１を得た時と
ベクトル値Ｖｌ）２を得た時との間の時間における軸受
２Ｂ１〜２８７のうちのｐ番目の軸受のアライメントの
変化量ヲＬｐで表すと、後述する理由によって（４）式
が成立する。ここに−ＣＶ＠　）、（：Ｖｔ　］−ＣＡ
）−〔Ｌ）はそねぞれ（５）　、　（ｆ’ｉ）　、（７
）、侶）の各式で表される行列である。そうしＸ、Ａｔ
２アライメント影響係数と呼ば４ろもので＊　　’　＝
ｌ〜Ｌ　ｓ＝１〜７として、　Ａｒ５Ｇ！（９）式で表
される複素数である。

（Ｌ　）　＝　ＣＶｔ　）　＋　ＣＡ　）・ＣＬ）　　
曲・・（ａＡｒｍ＝ＡｒＳ＠ｅＸｐ（ｊθｒａ）　　　
　・−−−−−（９１次Ｋ（４）式が成立する理由を説
明する。すなわち。

軸受２Ｂ１〜２８７の各アライメントが少なくとも−・
個室化すると、当然各軸受における第２図に示した軸受
金２９２に鉛直方向に加えられる軸受荷重Ｗが変化して
、この結果各軸受における油膜４のシンマーフェルト数
Ｓが変化する。ゾンマフエルト数８は（ｌＯ）式で表さ
れる量で、油膜４の８が変化すると、該油膜の振動特性
に関与する該油膜のばね定数Ｋ及び減衰定数Ｃが変化す
ることが既く明らかにされ工いる（日本工業出版〔株〕
発行１日本機械学会編、「すべり軸受の静特性および動
特性資料集Ｊｐ、６３〜６５参照）。

（１０）式におけるμは油膜４を形成する潤滑油の平均
粘度［Ｐａ・５ｅｃ）、　Ｎは軸体２７０回転速度〔ｓ
ｅｃ　　）で、１．Ｅ、Ｒは第２図で定義されるそれぞ
れ軸受内径〔ｍ〕、軸受長さ〔ｍ〕、軸体２７の半径Ｃ
ｍ）である。またＧ　ｆ’！　（１／２−Ｒ）で定義さ
れる軸受の加工半径隙間（ｍ）である。

さて、上述したように、荷１重Ｗが変化するとシンマー
フェルト数８を介しｔ油膜４の振動特性に関わるばね定
数Ｋ及び減Ｒ足数Ｃが変化する。そうして定数Ｋ及びＣ
が変化すると軸体２７の慣ぶれ振動の態様が変化するこ
とは明らかである。したがつ工（４）式が成立すること
になる。

今、行列［Ａ）の逆行列Ｙ［Ａ）で表すと（４）式から
Ｑｔ）式が得られる。そうして、　　Ｏｓ）式は〔ｌ Ａ　　）トｃＶｔ〕ト（Ｖｔ）　トカら軸受２８１〜２
８７の各アライメントが求められることを示している。

ＣＬ）””（Ａ　　）”（ＣＶｔ）　　ＣＶｔ））　　
＝・”　　（１１）ｆｉ４１図の３９は、ベクトル省号
３ｆＳａＹ用いて（１１）式の演算を行い、軸受２８１
〜２８７のアライメント変化（Ｌ　）　”’　Ｌｔ　−
Ｌｔ・・・・＋Ｌｙに応じた信号３９ａを出力する演算
装置で、この演算装ｆｉ３９は。

振動ベクトルフィルタ３７からベクトル値Ｖ。〜Ｖ、、
　Ｖ表オ一連のベクトル信号３Ｒａが入力されるとこれ
らのベクトル値を記憶し１次にフィルタ３７からベクト
ル値Ｖｌｌ〜Ｖ□を表す一連のベクトル信号３ｆＳａが
入力されるとベクトル値Ｖｔｔ〜ｖ、８を記憶する記憶
部３９１と、記憶部３９１が記憶している記憶内容ＣＶ
ｔ　）と〔Ｖ、〕との差を演算する減算部３９２と、減
算部３９２０減算結果に［Ａ）を乗じて（１１）式右辺
の演Ｗ、を行り１信号３９ａを出力する主演算部３９３
とで構成されている。そうして、主演算部３９３　で用
いられる行列ＣＡ　）は、蒸気タービン発電機３０の設
計時に計算によって求めるかまたは該発電機３０な据え
付ける時に予め実験的に求めておいたもので、演算装置
３９は演算指令信号３９ｂが入力されると減算部３９２
と主演算部３９３とで上述の動作を行って（Ｌ）に応じ
た信号３９ａを出力するようくなっている。

４０は発電機３０を除く図示の各部からなる軸受アライ
メント測定装置である。

第１図では軸受アライメント測定装Ｒ４０が上述のよう
に構成されているので、振動ベクトルフィルタ３７に二
度起動信号３ｆｉｂ％−人力し、しかる後演算装！３９
に演算指令信号３Ｑｂｖ入力し１得られろ出力信号３９
ａＫよりて、＠受２８１〜２８７のアライメント変化を
測定しうることか明らかである。そうして、この場合、
センサ！８３１１〜３１７及びパルス発生器３４を発電
機３０に暖り付けるに際しては１発電機３０の回転を停
止させないで、あるいは発電機３０の停止が避けられな
いとしてもこの停止の時間が短時間ですむようにして、
ｙＲり付は作業な行いうろことが明らかである。したが
って軸受アライメント測定装置４０は取り付は作業の容
易な測定装置であるということができる。また測定装置
４０では振動信号３２１ａ〜３２７ａを用いてＣＬ）の
測定を行うようにし工いろので、このような測定装置４
０によれば、第８図〈示した従来の測定装置２０におけ
るよりも迅速な軸受アライメントの変化の測定な発電機
３００大小にかかわらず行いうろことが明らかである。

第１図においＣは軸受が２８１〜２８７０７個設けられ
１いろとしたが、本発明はこのような軸受の個数ｖｃは
限定されないもので、軸受は複数個あればよいものであ
る。また本発明は蒸気タービン発電機のみに限定される
ものではない。

〔発明の効果〕

上述したように１本発明におい１：は、複数個の回転体
の各回転軸をその軸端におい工固定的に結合し℃一本の
軸体な形成しかつ前記軸体の複数個所におい１それぞれ
軸体な軸受で支持するようにした回転機械においｔ１軸
受近傍の軸体または軸受自体の振動な検出してこの検出
結果に応じた振動信号を出力する振動検出器と、振動信
号に含まれる軸体の回転数に等しい周波数を有する振動
成分を抽出して該振動成分のベクトル値に応じたベクト
ル備考を出力する少な（とも−個の振動ベクトルフィル
タと、ベクトル信号を用いて所定の演算を行い軸受のア
ライメント変化に応じた信号を出力でる演算装置とを設
け、前記演算装置の出力信号によって前記アライメント
変化な測定するようにして回転機械の軸受アライメント
測定装置な構成した。

このため、上述のようＫ　＠　１７［でると、アライメ
ント測定装置の取り付けに際して、振動検出器を回転機
械な休止させないで取り付けるようにするか、または回
転機械を短時間休止させるだけで取り付けるようにｆる
ことかできるので、本発明にを１取り付は作業の容易な
アライメント測定装置が得られる効果がある。またこの
場合、振動信号を用いて測定Ｙ行っているので１回転機
械の大小にかかわらず迅速なアライメント測定が行える
という効果もある。

【図面の簡単な説明】

原１図は本発明の一実施例の構成を説明するための説明
図、第２図は第１図における要部の断面図、第３図は第
２図における要部の斜視図、第４図は第１図の４ｔ１部
における信号波形説明図、第５図は軸受アライメント測
定装置の第１従来例の測定原理説明図、第６図１工第５
図におけるＸ−Ｘ断面図、第７図はｍ６図に示した要部
の斜視図、第８図＆１軸受アライメント測定装置の第２
従来例の測定原理説明図である。 ２１．２２．２３．２４．２５・・・・・・ロータ、２
１ａｌ　　２２ａ＠２３ａｌ　２４ａｌ　２５ａ−−−
・−・回転軸、　　２７・−・−軸体、２８１゜２８２
．２８３．２８４，２８５．２８ｆ！、２８７・・・・
・・軸受、３０・・・・・・蒸気タービン発電機、３２
１ａ、３２２ａｌ　３２３ｍ、３２４ａ＠　３２５ａｅ
　３２６ａｌ　３２７ａ・・・・・・振動信号、３３１
．３３２．３３３．３３４．３３５．３３６．３３７・
・・・・・振動検出器、３６ａ・・・・・・ベクトル信
号、３７・・・・・・振動ベクトルフィルタ、３９・・
・・・・演算装置。 箋　　２　口 と 箋　　３　　肥 箋　　４１！］ 箋　　５　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個の回転体の各回転軸をその軸端において固定的に
   結合して一本の軸体を形成しかつ前記軸体の複数個所に
   おいてそれぞれ前記軸体を軸受で支持するようにした回
   転機械において、前記軸受近傍の前記軸体または前記軸
   受の振動を検出してこの検出結果に応じた振動信号を出
   力する振動検出器と、前記振動信号に含まれる前記軸体
   の回転数に等しい周波数を有する振動成分を抽出して該
   振動成分のベクトル値に応じたベクトル信号を出力する
   少なくとも一個の振動ベクトルフィルタと、前記ベクト
   ル信号を用いて所定の演算を行い前記軸受のアライメン
   ト変化に応じた信号を出力する演算装置とを設け、前記
   演算装置の出力信号によつて前記アライメント変化を測
   定することを特徴とする回転機械の軸受アライメント測
   定装置。