JPS63314301A - タ−ビン翼の固有振動モ−ド解析装置 - 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、蒸気タービン翼の固有振動モード解析装置に
関する。

（従来の技術） 蒸気タービンにおけるタービン翼は、回転に伴う遠心力
および蒸気流れによる加振力が作用するなめ、高温高圧
蒸気中でのタービンの運転に際し、強度上Ｗ酷な条件と
なっている。このため翼の使用材料は、充分吟味した強
靭な材料を選定使用することはもちろん、共振現象に伴
う過大な加振力の発生を抑止することのできるような部
品形状および組立構造とすることが重要で、これらを満
足するような設計、製作を行うことが基本的かつ重要事
項となっている。特に翼の長さが比較的難い場合には、
蒸気流が蒸気吹出し口となるタービンノズルを通過する
際に生ずる蒸気振動数（以下、ＮＰＦ）とタービン翼と
が共振することを防止するように設計されなければなら
ない、一般には、複数の翼について、その頂部を１枚の
ジュランドカバーで固着して群構成とすることでＮＰＦ
と共振しないような固有振動モードをもたせるように設
計されている。このため、群構成した翼の固有振動モー
ドの測定が、翼の信頼性確保において重要であり製造時
における管理項目となっている。

従来から、この固有振動モードの測定として、トラッキ
ングアナライザ方式による測定が行われており、第５図
の測定ブロック線図に示すように、掃引発振器１により
、測定する周波数の下限と上限を設定し、この範囲内で
周波数を正弦波で掃引する。掃引発振器１からの信号は
電力増幅器２で増幅されタービン翼３に取付けられた圧
電素子４を駆動してタービン′Ｒ３を加振しする。加振
されたタービン翼３の振動は受信用圧電型センサー５で
検出され、電荷増幅器６、トラッキングフィルタ７を介
して直流に変換されてＸ−Ｙレコーダ８により振動のレ
ベルを連続的に記録される。

そして、この記録された振動のレベルに基き、作業員が
共振周波数を手動にて掃引発信器１で設定し、受信用圧
電型センサー５をタービン翼各部に当接しながらシンク
ロスコープ９上のりサージュ図形から振動の大きさと位
相を判別し、振動モードを判定する。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、トラッキングアナライザによる測定では
加振を正弦波でゆっくり掃引するため測定時間が長くな
るという問題があり、また固有振動モードの判定をシン
クロスコープ上のりサージュ図形により判断するために
、固有振動モードの判定作業の信頼性が不十分であると
いう問題があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
ので、タービン翼の固有振動モードを高精度で測定でき
、タービン翼の信頼性向上が図れるタービン翼の固有振
動モード解析装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明のタービン翼の固有振動モード解析装置は、帯域
制限された加振周波数の加振信号を発振する信号発生器
と、タービン翼に取付けられ前記信号発生器からの加振
信号により駆動されてタービン翼を加振する圧電型加振
器と、加振されたタービン翼からの応答波を検出する応
答波受信器と、この応答波信号と前記加振信号とを入力
して伝達関数を求める高速フーリエ変換器と、予め記憶
された固有振動解析パラメータに基き前記求められた伝
達関数から前記タービン翼の固有振動解析を行う信号処
理部とを具備したことを特徴とするものである。

（作　用） 測定対象となるタービン翼は、共振抑止を目的とし、高
い剛性を有することができるように、群翼に構成されて
いる。また共振因となるＮＰＦはタービンノズル枚数に
より決定され、一般にその周波数は１０ｋＨ２を越える
高周波数となる。このため振動測定に使用する加振器に
は最大で２００Ｖ程度の高電圧を印加する必要がある。

一方、高速フーリエ変換器を使用する振動モード、モー
ダル解析においては、１枚の翼について最小８点での加
振データの測定を必要とし、通常４枚以上に群構成され
た翼について連続して加振し、データを採取する必要が
ある。本発明は、加振器として連続して高電圧印加に耐
えられるものを用いることで、測定を簡便なものとする
ことができた。また、モーダル解析により、モード判定
は自動化され、測定精度の向上を達成した。一方、測定
点を１枚の翼について８点とするにはモーダル解析の信
頼度の維持においても必要で、本発明における特徴でも
ある。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図ないし第４図を
参照して説明する。

第１図は実施例の固有振動モード解析装置の構成を示す
ブロック図、第２図は実施例に使用する圧電型加振器の
断面を示す図である。

本例に使用する圧電型加振器１０は、圧電型素子に電圧
を加えることにより加振用とすることを特徴の一つとし
ており、圧電体１１はステンレスケース１２内に収容さ
れ、ケース上蓋１３により締付は固定されている。従っ
て、電圧を印加するとケース全体が振動するため、加振
力を大きくすることができ、また、最大印加電圧も第３
図に示したように５００ｖまで可能となっている。尚、
第２図中符号１４は絶縁板、１５はリード線を示してい
る。

本例装置では、まず測定点を設定後、圧電型加振器１０
を任意の点に取付け、受信用電圧型センサー１６を最初
の測定対象点に取付ける。この測定点としては、第４図
に示したように、１枚のタービン翼１７に２いて８点測
定とし、測定点１から８まで順次測定を行う。この測定
点の数は、基本固有振動数の翼、長手方向に存在する節
をとらえるために必要な最少点数である。

次に測定する周波数範囲を高速フーリエ変換器１８で設
定し、設定された加振周波数を信号発生器１９で発生さ
せる。この信号はスエプトサイン波、またはバーストラ
ンダム波を主に使用し、各々選択することができるよう
になっている。信号発生器１９からの信号は電力増幅器
２０で増幅されて圧電型加振器１０に送られタービン翼
１７を加振する。この時のタービンＸ１７の振動を受信
用圧電型センサー１６で受信し、該信号を電荷増幅器２
１で増幅して高速フーリエ変換器。１８に出力する。高
速フーリエ変換器１８では信号発生器１９の信号と受信
用圧電型センサー１６の信号から伝達関数を測定し、電
子計算８！２２に転送する。

電子計算機２２としては、例えばパーソナルコンピュー
タ程度の能力のものでよい。

これら測定終了後、受信用圧電型センサー１６を第４図
に示した測定点２に移動させ同様な方法により伝達関数
を測定する。

このように加振点を１点に固定し、応答点を移動させて
、これら２点間の伝達関数を全ての測定点について測定
し、電子計算機２２に転送する。

電子計算機２２では、予め加振方法を設定し、さらにタ
ービン翼の加振点および応答点の位置決め等、座標系を
設定し、測定された伝達関数からタービン翼の固有＠動
数、減衰比、振動モードシェープを求める。振動モード
シェープはアニメーション表示ができ、表示結果より振
動モードの判定が自動的にできる。また得られたデータ
はフロッピーディスク２３等の記録装置に登録でき、常
時データの読出しが可能となっている。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明のタービン翼の固有振動モー
ド解析装置によれば、タービン翼の固有振動測定を電子
計算機により自動的に処理して結果を表示することがで
きるため□、高精度の測定が短時間で行え、また測定の
信頼性を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例の構成を示す図、第２図
は実施例の圧電型加振器の内部構造図を示ず図、第３図
は圧電、型加振器の加振入力電圧比較図、第４図はター
ビン翼の測定点を示す図、第５図は従来装置の構成図を
示す図である。 １０・・・・・・・・・圧電型加振器 １６・・・・・・・・・受信用圧電型センサー１７・・
・・・・・・・タービン翼電力増幅器１８・・・・・・
・・・高速フーリエ変換器１９・・・・・・・・・信号
発生器 ２０・・・・・・・・・電力増幅器 ２１・・・・・・・・・電荷増幅器 ２２・・・・・・・・・電子計算機 ２３・・・・・・・・・フロッピーディスク出願人　　
　　　　株式会社　東芝 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　第子丸　　健

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）帯域制限された加振周波数の加振信号を発振する
   信号発生器と、タービン翼に取付けられ前記信号発生器
   からの加振信号により駆動されてタービン翼を加振する
   圧電型加振器と、加振されたタービン翼からの応答波を
   検出する応答波受信器と、この応答波信号と前記加振信
   号とを入力して伝達関数を求める高速フーリエ変換器と
   、予め記憶された固有振動解析パラメータに基き前記求
   められた伝達関数から前記タービン翼の固有振動解析を
   行う信号処理部とを具備したことを特徴とするタービン
   翼の固有振動モード解析装置。
2. （２）圧電型加振器が、周波数範囲１ＫＨｚ〜２０ＫＨ
   ｚで使用可能な圧電型加振器であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のタービン翼の固有振動モード
   解析装置。