WO2017149921A1 - 振動計測装置、振動計測システム及び振動計測方法 - Google Patents

振動計測装置、振動計測システム及び振動計測方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2017149921A1
WO2017149921A1 PCT/JP2017/000027 JP2017000027W WO2017149921A1 WO 2017149921 A1 WO2017149921 A1 WO 2017149921A1 JP 2017000027 W JP2017000027 W JP 2017000027W WO 2017149921 A1 WO2017149921 A1 WO 2017149921A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vibration
annular member
rotating shaft
measuring device
vibration measuring
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/000027
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
直之 長井
誠司 佐部利
英樹 戸中
晴子 白石
佐々木　祐一
Original Assignee
三菱重工コンプレッサ株式会社
三菱重工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱重工コンプレッサ株式会社, 三菱重工業株式会社 filed Critical 三菱重工コンプレッサ株式会社
Publication of WO2017149921A1 publication Critical patent/WO2017149921A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H17/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves, not provided for in the preceding groups

Definitions

  • the present invention relates to a vibration measuring apparatus, a vibration measuring system, and a vibration measuring method for measuring vibrations of blades of a rotary machine.
  • Patent Document 1 describes a method of detecting vibration of a blade by installing a vibration sensor in a bearing, a casing, or the like that is in sliding contact with a rotating shaft to which a moving blade is coupled.
  • a vibration sensor for detecting the passage of the blade is provided on the stationary side of the low-pressure stage, the passage time of the blade is detected, and the result is calculated.
  • a method for calculating the vibration form and the vibration amount of the blade is provided.
  • the detection target signal is affected by a decrease in the signal-to-noise ratio of the detection target signal, attenuation of the vibration by the bearing oil film, or dark vibration caused by peripheral members such as the bearing box. May be masked.
  • the present invention provides a vibration measuring device, a vibration measuring system, and a vibration measuring method capable of solving the above-described problems.
  • the vibration measuring device is interposed between the annular member disposed in the radial direction between the rotating shaft and the interval between the annular member and the rotating shaft.
  • the annular member behaves substantially the same as the vibration of the rotating shaft, and the vibration of the rotating shaft well reflects the vibration of the moving blades included in the rotating shaft. Can be measured directly, and the measurement accuracy is improved.
  • the fluid layer may be a fluid film formed by a fluid between the rotating shaft and the annular member in a state where the rotating shaft is rotating.
  • the vibration of the rotation shaft is transmitted to the annular member through the fluid layer by the rigid fluid film formed with the rotation of the rotation shaft. It is possible to suppress the influence of dark vibrations and to measure vibrations with high accuracy.
  • a plurality of recesses may be provided on the inner periphery of the annular member so that the radial distance from the rotation shaft decreases along the rotation direction of the rotation shaft.
  • each of the recesses may have an arc shape. According to the above configuration, an effect equivalent to the third aspect in which the pressure continuously increases and decreases as the distance between the rotating shaft and the annular member decreases as the rotating shaft rotates can be obtained by simpler processing. Can do.
  • the shape of the annular member may be formed so that the response of the sensor to the natural frequency of the blades included in the rotating shaft is increased.
  • blade can be improved by forming the shape of an annular member with respect to the natural frequency of the wing
  • a protrusion may be formed on the outer periphery of the annular member, and the sensor may be provided on the protrusion.
  • the response sensitivity of the formed protrusions is individually adjusted according to the natural frequency of the plurality of blades to be measured, and the desired blade vibration is measured by the sensor provided on it. Can do.
  • the annular member may be elastically supported so that the response of the sensor to the natural frequency of the wing is increased. According to the above configuration, by adjusting the support method of the vibration measurement device for the natural frequency of the blade to be measured, the sensor response to the desired frequency is increased and the measurement accuracy of the vibration of the target blade is improved. can do.
  • a vibration measurement system is obtained from one or more of the above vibration measurement devices attached to a rotating shaft of a rotating machine and the one or more vibration measurement devices. And an analyzing device for analyzing the vibration signal.
  • an annular member is disposed in the radial direction between the rotating shaft and a fluid layer interposed between the annular member and the rotating shaft. May transmit vibration, and the vibration transmitted to the annular member via the fluid layer may be measured by a sensor.
  • the vibration measuring device directly vibrates the moving blade by the fluid layer formed between the rotor to which the moving blade is fixed and the vibration measuring device. Therefore, vibration measurement accuracy can be improved.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram of the turbine in a first embodiment concerning the present invention. It is the figure which looked at the vibration measuring device in a first embodiment concerning the present invention from the direction of an axis. It is the figure which looked at the vibration measuring device in a first embodiment concerning the present invention from the diameter direction. It is the figure which looked at the vibration measuring device in a second embodiment concerning the present invention from the direction of an axis. It is the 1st figure which looked at the vibration measuring device in a third embodiment concerning the present invention from the direction of an axis. It is the 2nd figure which looked at the vibration measuring device in a third embodiment concerning the present invention from the direction of an axis.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a turbine in a first embodiment according to the present invention.
  • the turbine 1 includes a rotating shaft 2 that rotates about an axis O, a casing 3 that supports the rotating shaft 2, a stationary blade 4 that protrudes from the casing 3 toward the rotating shaft 2, and a rotating shaft 2. And a moving blade 5 protruding toward the casing 3.
  • the rotating shaft 2 is a columnar member extending in the direction of the axis O.
  • the casing 3 has a cylindrical shape that covers the rotary shaft 2 from the outer peripheral side.
  • the casing 3 is provided with a bearing 6.
  • the casing 3 supports the rotating shaft 2 via the bearing 6 so that the rotating shaft 2 can rotate.
  • the bearing box 7 covers the bearing 6 from the outside in the radial direction and fixes the bearing 6 to the main body of the turbine 1.
  • the stationary blades 4 are fixed to the casing 3 and are arranged so as to protrude radially inward of the axis O from the casing 3, and are provided in a plurality of rows at intervals in the direction of the axis O.
  • the rotor blades 5 are fixed to the rotary shaft 2 and are arranged so as to protrude radially outward of the axis O from the rotary shaft 2, and are provided in a plurality of rows at intervals in the direction of the axis O.
  • the moving blade 5 is coupled to the rotating shaft 2, and the rotating shaft 2 rotationally drives the moving blade 5.
  • the stationary blade 4 and the moving blade 5 form a pair of “stages”, and the turbine 1 is provided with a number of stages.
  • Each stage has a blade height of the stationary blade 4 and the moving blade 5 (the blade length in a direction substantially perpendicular to the rotating shaft 2) in accordance with the flow direction of the gas flowing through the turbine 1 (the direction from the left side to the right side of the drawing).
  • it is comprised so that it may become long. That is, the blade height of the stationary blade 4 and the moving blade 5 at a position where the gas flowing into the turbine 1 is at a high temperature and high pressure is low, and the blade of the stationary blade 4 and the moving blade 5 at a relatively low temperature and low pressure.
  • the height of the wings is high.
  • the vibration measuring device 10 is a device that measures the vibration of the rotating shaft 2.
  • the vibration measuring device 10 has an annular shape and is attached to any position of the rotating shaft 2 around the axis of the rotating shaft 2.
  • the vibration measuring device 10 is coupled to, for example, the casing 3 and fixed to the main body of the turbine 1 and does not rotate.
  • FIG. 2 is a diagram of the vibration measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention viewed from the axial direction.
  • the vibration measuring device 10 includes an annular member 11 that is disposed between the rotating shaft 2 in the radial direction and a fluid layer that transmits vibrations in the space between the annular member and the rotating shaft 2. 12 and a sensor 13 (13A, 13B) that detects vibration transmitted to the annular member via the fluid layer 12.
  • the inner periphery and the outer periphery of the annular member 11 are perfect circles concentric with the rotation shaft 2.
  • the fluid layer 12 is a fluid film formed by a fluid between the rotating shaft 2 and the annular member 11 in a state where the rotating shaft 2 is rotating.
  • the fluid layer 12 refers to this film (air film or oil film) formed by the rotation of the rotating shaft 2.
  • the rigidity of the formed air film or oil film becomes higher.
  • the vibration transmitted to the annular member 11 is detected by sensors 13A and 13B provided on the annular member 11.
  • the sensors 13A and 13B are, for example, acceleration sensors, speed sensors, displacement sensors, and the like.
  • the sensors 13A, 13B and the like are collectively referred to as a sensor 13.
  • the sensor 13 ⁇ / b> A is provided, for example, on a vertical straight line passing through the center of the rotation shaft 2 in the annular member 11.
  • the sensor 13 ⁇ / b> A measures the vibration in the vertical direction transmitted to the annular member 11.
  • the sensor 13B is provided, for example, on a horizontal straight line passing through the center of the rotating shaft 2 in the annular member 11.
  • the sensor 13 ⁇ / b> B measures the horizontal vibration transmitted to the annular member 11.
  • Sensors 13A and 13B measure vibrations in which various frequencies overlap each other, including vibrations of the rotating shaft 2 itself and blade vibrations generated in each of the plurality of moving blades 5.
  • the sensors 13A and 13B and the analysis device 20 are communicably connected by wire or wireless.
  • the analysis device 20 acquires the vertical vibration signal measured by the sensor 13A.
  • the analysis device 20 acquires a horizontal vibration signal measured by the sensor 13B.
  • the analysis device 20 analyzes the vibration information by a technique such as FFT (Fast Fourier Transform) and the like, for example, for each vibration frequency, the vibration magnitude (amplitude), the vibration direction, and the vibration magnitude per unit time. Analyze changes in direction and so on.
  • the analysis device 20 determines, for example, whether abnormal vibration has occurred in the moving blade 5 based on the analysis result.
  • the analysis device 20 may have a function of notifying an alarm or the like when an abnormality is determined.
  • FIG. 3 is a diagram of the vibration measuring device according to the first embodiment of the present invention viewed from the radial direction.
  • the vibration measuring device 10 has a space for attaching the annular member 11 to the rotating shaft 2 and may be attached to any position on the rotating shaft 2 as long as there is a space for installing a fixing member for fixing the vibration measuring device 10 to the turbine 1. .
  • the vibration measuring device 10 is placed at that position. It may be attached. Or you may design the turbine 1 so that the vibration measuring device 10 can be attached to the position which can detect a desired vibration.
  • the vibration measuring device 10 may be attached one at a detection position corresponding to each vibration frequency.
  • the vibration measuring device 10 may have a half crack shape instead of an annular shape so that it can be easily attached.
  • an acceleration sensor is provided in the bearing box 7 and the vibration detected by the acceleration sensor is analyzed to monitor the vibration of the moving blade 5.
  • the vibration measured by the acceleration sensor includes not only the vibration of the moving blade 5 and the rotating shaft 2, but also the vibration of the bearing 6, the bearing housing 7, etc., the influence of vibration attenuation by the bearing oil film, and the like. It was.
  • the fluid layer 12 formed between the rotating shaft 2 and the annular member 11 directly causes vibrations of the rotating shaft 2 and the like that do not include vibrations of the bearing 6 and the like. Therefore, the vibration measurement accuracy is improved.
  • the annular member 11 behaves substantially the same as the vibration of the rotating shaft 2, and the vibration of the rotating shaft 2 well reflects the vibration of the moving blade 5 included in the rotating shaft 2. Can be measured.
  • a vibration measuring apparatus 10 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the vibration measuring device 10 of the second embodiment is different from the first embodiment in the shape of the inner periphery of the annular member 11.
  • FIG. 4 is a diagram of the vibration measuring device according to the second embodiment of the present invention as seen from the axial direction.
  • the inner periphery of the annular member 11 is formed such that the radial interval between the inner periphery of the annular member 11 and the outer periphery of the rotating shaft 2 gradually decreases along the rotating direction of the rotating shaft 2.
  • a plurality of concave portions are provided.
  • FIG. 4 shows an example of such a recess.
  • the inner periphery of the annular member 11 shown in FIG. 4 has a multi-arc shape (5 arcs).
  • An arrow R indicates the direction of rotation of the rotary shaft 2.
  • a pressure distribution curve L indicates a distribution of pressure generated in the fluid layer 12 as the rotating shaft 2 rotates.
  • the pressure of the fluid layer 12 increases at a portion where the interval between the concave portions becomes narrow, and decreases at a portion where the interval becomes wide. As indicated by the pressure distribution curve L, this pressure fluctuation is repeated by the number of recesses provided in the inner periphery of the annular member 11.
  • the rigidity of the gas film or oil film in the portion where the inner pressure is high Is further increased.
  • the movement of the fluid layer 12 more closely follows the movement of the rotating shaft 2, and the vibration of the rotating shaft 2 is more accurately transmitted to the annular member 11 through the fluid layer 12.
  • the integration of the annular member 11 and the rotating shaft 2 is enhanced by forming a higher ambient pressure distribution, and vibration to the annular member 11 is promoted.
  • the measurement accuracy by the sensors 13A and 13B can be further increased.
  • the inner peripheral shape is a perfect circle, it is necessary to form the gap between the annular member 11 and the rotary shaft 2 as narrow as possible.
  • the gap between the annular member 11 and the rotary shaft 2. Can be formed relatively widely, and the accuracy required in processing or the like can be relaxed.
  • the pressure distribution formed by a multi-arc shape or the like increases the possibility that the influence of disturbance such as gravity on the measurement of the sensors 13A and 13B can be suppressed.
  • the number, shape, and the like of the recesses provided on the inner periphery are not limited to the example of FIG.
  • the vibration measuring device 10 is directly attached to the rotating shaft 2, and therefore, for example, a sensor is provided at a stationary part of the turbine 1 such as the bearing box 7. Compared to the case where the vibration of a moving blade is installed, the number of devices existing in the vibration transmission path is reduced, and the influence of attenuation, masking, dark vibration, etc. of the desired frequency can be reduced and the measurement accuracy can be improved. it can.
  • the vibration measuring device 10 can be attached to an arbitrary position of the rotating shaft 2.
  • the fluid layer 12 (air film or oil film) formed between the annular member 11 and the rotating shaft 2 by the rotation of the rotating shaft 2 increases the efficiency with which the vibration of the rotating shaft 2 is transmitted to the annular member 11, and more The vibration of the rotating shaft 2 can be measured with high accuracy.
  • a vibration measuring apparatus 10 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • symbol is attached
  • the shape of the annular member 11 and the support method are devised, and the response of the sensor 13 to a specific frequency (frequency) is enhanced. It differs from the form.
  • FIG. 5 is a first view of the vibration measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention viewed from the axial direction.
  • An example in which the response of the sensor 13 to a specific frequency is increased by the shape of the annular member 11 will be described with reference to FIG.
  • a plurality of protrusions 14 (14 ⁇ / b> A, 14 ⁇ / b> B, 14 ⁇ / b> C, 14 ⁇ / b> D) that protrude radially outward are formed on the outer periphery of the annular member 11.
  • the protrusions 14A, 14B, 14C, and 14D are arranged at intervals in the circumferential direction.
  • the protrusions 14A to 14D and the like are collectively referred to as the protrusions 14.
  • the projection 14 sets a frequency to be detected in advance and projects the same natural frequency (or frequency A and a natural frequency within a predetermined range) as the frequency (frequency A). It is adjusted and provided so that the part 14 has.
  • the frequency A is, for example, a value obtained by calculating the natural frequency of blades with low height that is difficult to measure in a high temperature and high pressure environment.
  • the shape of the protrusion 14 is designed so that the protrusion 14 resonates at the natural frequency obtained by calculation.
  • the protrusion 14 resonates, and the response of the sensors 13A and 13B provided on the protrusion 14 increases. By increasing the response, it becomes easy to analyze the vibration in the analysis device 20, and the measurement accuracy with respect to the blade vibration of the high-pressure stage can be increased.
  • the arrangement, number, size, etc. of the protrusions 14 are not limited to the example of FIG.
  • only the protrusions 14A and 14B may be used.
  • the method of adjusting the natural frequency is not limited to forming the protrusion 14.
  • the natural frequency of the annular member 11 may be adjusted by changing the thickness (d) of the annular member 11 without providing the protrusion 14.
  • the protrusions 14 (for example, 14A, 14B, and 14C) corresponding to each blade adjusted for the natural frequency of each blade are provided.
  • a sensor 13 (for example, 13A, 13B, and 13C) is provided for each protrusion 14 and each of the sensors 13A, 13B, and 13C is configured to measure different blade frequencies.
  • the vibration measuring device 10 formed with the protrusion 14 adjusted to resonate at the natural frequency of one of the plurality of blades is prepared for the number of blades to be detected (for example, three), You may attach the vibration measuring device 10 to three places of the rotating shaft 2.
  • FIG. 6 is the 2nd figure which looked at the vibration measuring device in 3rd embodiment which concerns on this invention from the axial direction.
  • the vibration isolating support unit 30 supports the vibration measuring device 10 on the support unit 40.
  • the support part 40 is a member fixed to the turbine 1.
  • the anti-vibration support unit 30 supports the vibration measurement device 10 so as to attenuate the force applied to the elastic support portion 31 and an elastic support portion 31 that supports the vibration measurement device 10 by applying an elastic force to the vibration measurement device 10 via a spring.
  • a damping support portion 32 is fixed to the support portion 40 and supports the vibration measuring device 10 via a spring.
  • the elastic support part 31 of this embodiment is a leaf
  • the damping support part 32 is fixed to the support part 40 in parallel with the elastic support part 31 and supports the vibration measuring device 10.
  • the damping support part 32 attenuates the force applied to the elastic support part 31.
  • the damping support part 32 of this embodiment is an oil damper, for example.
  • the vibration measuring device 10 may be supported only by a leaf spring.
  • the vibration measuring apparatus 10 of the present embodiment in addition to the effects of the first embodiment and the second embodiment, the presence / absence of the vibration mode of the rotating shaft 2 that matches the natural frequency of the blade to be detected and the maximum response thereof. Regardless of whether or not the vibration measuring device 10 is attached to a point, the vibration measuring device 10 can be attached to an arbitrary position on the rotary shaft 2 to measure a desired blade vibration.
  • the vibration measuring device directly vibrates the moving blade by the fluid layer formed between the rotor to which the moving blade is fixed and the vibration measuring device. Therefore, vibration measurement accuracy can be improved.

Landscapes

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

Abstract

振動計測装置は、回転軸との間に径方向に間隔をおいて配置される環状部材と、環状部材と回転軸との間の間隔に介在して振動を伝達する流体層と、流体層を介して環状部材に伝達された振動を計測するセンサと、を有する。

Description

振動計測装置、振動計測システム及び振動計測方法
　本発明は、回転機械の翼の振動を計測する振動計測装置、振動計測システム及び振動計測方法に関する。
　本願は、２０１６年２月２９日に、日本に出願された特願２０１６－３７７５９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　タービン等の回転機械では、動翼の振動の監視が行われる。例えば、特許文献１には、動翼が結合された回転軸に摺動接触する軸受やケーシング等に振動センサを設置し、翼の振動を検出する方法が記載されている。例えば、低圧段に設けられた高さが高い翼の振動を検出する方法として、低圧段の静止側に翼の通過を検出するセンサを設け、翼の通過時間を検出し，その結果を演算して翼の振動形態および振動量を算出する方法が提供されている。
特許第１１６９５５２号公報
　しかし、例えば、軸受に設けた振動センサによって動翼の振動を検出する方法の場合、動翼の振動が，軸受箱の振動センサへ振動が伝達する間には、軸本体、軸受油膜、軸受、軸受箱など、振動に対して影響する要素を介するため、検出対象信号のＳＮ比が低下したり、軸受油膜で振動が減衰したり、軸受箱などの周辺部材に起因する暗振動により検出対象信号がマスキングされたりする可能性がある。また、高圧段の動翼の振動を検出する方法は提供されていない。
　本発明は、上述の課題を解決することのできる振動計測装置、振動計測システム及び振動計測方法を提供する。
　本発明の第１の態様によれば、振動計測装置は、回転軸との間に径方向に間隔をおいて配置される環状部材と、前記環状部材と前記回転軸との間隔に介在して振動を伝達する流体層と、前記流体層を介して前記環状部材に伝達された振動を計測するセンサと、を有する。
　上記構成によれば、環状部材は回転軸の振動とほぼ同等の挙動をし、かつ、回転軸の振動はその回転軸が備える動翼の振動をよく反映していることから、回転軸の振動を直接的に計測することができ、計測精度が向上する。
　本発明の第２の態様によれば、前記流体層は、前記回転軸が回転している状態において、前記回転軸と前記環状部材との間で流体によって形成される流体膜であってよい。
　上記構成によれば、回転軸の回転に伴い形成される剛性を持った流体膜により、回転軸の振動が流体層を介して環状部材に伝達されるので、振動の減衰や他の部材に起因する暗振動の影響を抑制し、精度よく振動を計測することができる。
　本発明の第３の態様によれば、前記環状部材の内周に、前記回転軸との径方向の間隔が前記回転軸の回転方向に沿って減少する凹部を複数設けてもよい。
　上記構成によれば、回転軸の周方向に回転に伴って生じる流体層くさび効果により、より一層高い圧力分布を形成させることができ、回転軸と環状部材との一体化を増進することで、回転軸の振動をより正確に環状部材に伝達することが可能になる。
　本発明の第４の態様によれば、前記凹部のそれぞれを円弧形状としてもよい。
　上記構成によれば、回転軸の回転に伴って回転軸と環状部材の間隔が減少するにつれて連続的に圧力が増減する、第３の態様と同等の効果を、より簡単な加工にて得ることができる。
　本発明の第５の態様によれば、前記回転軸が備える翼の固有振動数に対する前記センサの応答が大きくなるように、前記環状部材の形状を形成してもよい。
　上記構成によれば、計測したい翼の固有振動数に対して環状部材の形状を形成し、センサの応答を大きくすることで、対象とする翼の振動の計測精度を向上することができる。
　本発明の第６の態様によれば、前記環状部材の外周に突起部を形成し、前記センサを前記突起部に設けてもよい。
　上記構成によれば、計測したい複数の翼の固有振動数に応じて、形成された突起部の応答感度を個々に調整し、かつ、それに設けたセンサによって、所望の翼の振動を計測することができる。
　本発明の第７の態様によれば、前記翼の固有振動数に対する前記センサの応答が高くなるように、前記環状部材を弾性支持してもよい。
　上記構成によれば、計測したい翼の固有振動数に対して振動計測装置の支持方法を調整することで所望の振動数に対するセンサの応答を大きくし、対象とする翼の振動の計測精度を向上することができる。
　本発明の第８の態様によれば、振動計測システムは、回転機械の回転軸に取り付けられた１つまたは複数の上記何れかの振動計測装置と、前記１つまたは複数の振動計測装置から取得した振動信号を解析する解析装置と、を備えていてもよい。
　本発明の第９の態様によれば、振動計測方法として、回転軸との間に径方向に間隔をおいて環状部材を配置し、前記環状部材と前記回転軸との間隔に介在する流体層が振動を伝達し、前記流体層を介して前記環状部材に伝達された振動をセンサによって計測してもよい。
　上記した振動計測装置、振動計測システム及び振動計測方法によれば、動翼が固定されたロータと振動計測装置との間に形成される流体層によって、振動計測装置により直接的に動翼の振動が伝達するので、振動の計測精度を高めることができる。
本発明に係る第一実施形態におけるタービンの概要図である。 本発明に係る第一実施形態における振動計測装置を軸線方向から見た図である。 本発明に係る第一実施形態における振動計測装置を径方向から見た図である。 本発明に係る第二実施形態における振動計測装置を軸線方向から見た図である。 本発明に係る第三実施形態における振動計測装置を軸線方向から見た第一の図である。 本発明に係る第三実施形態における振動計測装置を軸線方向から見た第二の図である。
＜第一実施形態＞
　以下、本発明の一実施形態による振動計測装置を図１～図３を参照して説明する。
　図１は、本発明に係る第一実施形態におけるタービンの概要図である。
　図示するようにタービン１は、軸線Ｏを中心として回転する回転軸２と、回転軸２を支持するケーシング３と、ケーシング３から回転軸２に向かって突出する静翼４と、回転軸２からケーシング３に向かって突出する動翼５とを備えている。回転軸２は、軸線Ｏの方向に延びる柱状部材である。ケーシング３は、回転軸２を外周側から覆う筒状をなしている。このケーシング３には軸受６が設けられている。ケーシング３は、この軸受６を介して回転軸２を支持することで回転軸２が回転可能となっている。軸受箱７は、軸受６を径方向の外側から覆うとともに、軸受６をタービン１の本体に固定している。
　静翼４は、ケーシング３に固定されてケーシング３から軸線Ｏの径方向内側に突出して配され、軸線Ｏの方向に互いに間隔をあけて複数列に設けられている。動翼５は、回転軸２に固定されて回転軸２から軸線Ｏの径方向外側に突出して配され、軸線Ｏの方向に互いに間隔をあけて複数列に設けられている。動翼５は、回転軸２に結合されており、回転軸２は動翼５を回転駆動する。
　静翼４と動翼５は、一対となって一個の「段」を構成しており、タービン１には、多数の段が設けられている。各段は、タービン１を流れるガスの流れる方向（紙面の左側から右側に向かう方向）に従って、静翼４及び動翼５の翼高さ（回転軸２に略直交する方向の翼の長さ）が、長くなるよう構成されている。つまり、タービン１に流入するガスが高温、高圧な位置の静翼４及び動翼５の翼高さの翼高さは低く、比較的低温、低圧な位置の静翼４及び動翼５の翼高さの翼高さは高くなっている。
　振動計測装置１０は、回転軸２の振動を計測する装置である。振動計測装置１０は、環状をしており、回転軸２の何れかの位置に、回転軸２の軸回りに取り付けられる。振動計測装置１０は、例えばケーシング３と結合されてタービン１の本体に固定されており、回転しない。
　図２は、本発明に係る第一実施形態における振動計測装置を軸線方向から見た図である。
　振動計測装置１０は、回転軸２との間に径方向に間隔をおいて配置される環状部材１１と、この環状部材と回転軸２との間の間隔に介在して振動を伝達する流体層１２と、この流体層１２を介して前記環状部材に伝達された振動を検出するセンサ１３（１３Ａ、１３Ｂ）と、を備える。環状部材１１の内周および外周は、回転軸２と同心の真円である。流体層１２は、回転軸２が回転している状態において、回転軸２と環状部材１１との間で流体によって形成される流体膜である。回転軸２と環状部材１１との間には、空気、又は、潤滑油などがシール機構により閉じ込められている。回転軸２が回転すると、環状部材１１と回転軸２の間の流体（空気や潤滑油）がその回転に引きずられて回転しようとし、流体には圧力が生じる。この圧力により流体の剛性が高まり、流体は、回転軸２の軸回りに膜を形成する。本明細書において、流体層１２とは、回転軸２の回転により形成されるこの膜（気膜または油膜）を指す。回転軸２と環状部材１１との間隔が狭いほど気膜または油膜の剛性は高くなる。回転軸２が高速に回転するほど形成された気膜または油膜の剛性は高くなる。油膜などの剛性が高くなると、回転軸２の振動は、環状部材１１により正確に伝達する。
　環状部材１１に伝達した振動は、環状部材１１に設けられたセンサ１３Ａ、１３Ｂによって検出される。センサ１３Ａ、１３Ｂは、例えば、加速度センサ、速度センサ、変位センサなどである。センサ１３Ａ、１３Ｂなどを総称してセンサ１３と呼ぶ。センサ１３Ａは、例えば、環状部材１１における回転軸２の中心を通る垂直方向の直線上に設けられる。センサ１３Ａは、環状部材１１に伝達された上下方向の振動を計測する。センサ１３Ｂは、例えば、環状部材１１における回転軸２の中心を通る水平方向の直線上に設けられる。センサ１３Ｂは、環状部材１１に伝達された水平方向の振動を計測する。センサ１３Ａおよびセンサ１３Ｂが計測するのは、回転軸２自身の振動の他、複数の動翼５それぞれに発生している翼振動が含まれた、様々な周波数が重なり合った振動である。センサ１３Ａおよびセンサ１３Ｂと解析装置２０とは、有線または無線によって通信可能に接続されている。解析装置２０は、センサ１３Ａが計測した上下方向の振動信号を取得する。解析装置２０は、センサ１３Ｂが計測した水平方向の振動信号を取得する。解析装置２０は、これらの振動情報をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）等の手法で解析し、例えば、振動の周波数ごとに振動の大きさ（振幅）、振動の方向、単位時間当たりの振動の大きさおよび方向の変化などを解析する。解析装置２０は、解析結果に基づいて、例えば、動翼５に異常振動が発生したかどうかなどを判定する。解析装置２０は、異常を判定した場合にアラームなどを通知する機能を有していてもよい。
　図３は、本発明に係る第一実施形態における振動計測装置を径方向から見た図である。
　振動計測装置１０は、回転軸２に環状部材１１を取り付ける空間があり、振動計測装置１０をタービン１に固定する固定部材を設置する空間があれば、回転軸２のどの位置に取り付けてもよい。例えば、複数の動翼５のうち、振動を検出したい動翼５の固有振動数が検出しやすい位置（最大応答点）（Ｐ１～Ｐ４）が分かっている場合、その位置に振動計測装置１０を取り付けてもよい。又は、所望の振動を検出できる位置に振動計測装置１０を取り付けられるようタービン１を設計してもよい。検出したい振動数が複数ある場合、それぞれの振動数に対応する検出位置に１つずつ振動計測装置１０を取り付けてもよい。振動計測装置１０は、より取り付けやすいように、環状ではなく半割れ形状でもよい。
　従来は、例えば、軸受箱７に加速度センサを設け、その加速度センサが検出した振動を解析して動翼５の振動を監視していた。このような方法の場合、加速度センサが計測する振動には、動翼５や回転軸２の振動だけではなく、軸受６、軸受箱７などの振動、軸受油膜による振動減衰の影響などが含まれていた。本実施形態の振動計測装置１０によれば、回転軸２と環状部材１１の間に形成される流体層１２によって、軸受６などの振動を含まない、回転軸２などの振動が、より直接的に環状部材１１に伝達されるので、振動計測の精度が高まる。特に環状部材１１は回転軸２の振動とほぼ同等の挙動をし、かつ、回転軸２の振動は回転軸２が備える動翼５の振動をよく反映していることから、精度よく動翼５の振動を計測することができる。
＜第二実施形態＞
　以下、本発明の第二実施形態による振動計測装置１０を、図４を参照して説明する。
　第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態の振動計測装置１０は、環状部材１１の内周の形状が第一実施形態と異なる。
　図４は、本発明に係る第二実施形態における振動計測装置を軸線方向から見た図である。
　本実施形態において、環状部材１１の内周は、環状部材１１の内周と回転軸２の外周との径方向の間隔が、回転軸２の回転方向に沿って徐々に狭まるように形成された複数の凹部が複数設けられた形状となっている。図４は、このような凹部の一例を示している。図４に示す環状部材１１の内周は多円弧形状（５円弧）となっている。矢印Ｒは、回転軸２の回転方向を示している。圧力分布曲線Ｌは、回転軸２の回転に伴って流体層１２に発生する圧力の分布を示している。範囲Ｃ１で示した部分の円弧に注目すると、環状部材１１の内周と回転軸２との間隔は、回転軸２の矢印Ｒ方向への回転に伴って減少している。環状部材１１と回転軸２との間に存在する流体は、回転軸２の回転に伴い矢印Ｒの方向に移動する。環状部材１１と回転軸２との間隔は、回転軸２が回転するにつれて狭くなっているので、移動した流体は、狭い空間へ押し込められ圧力が高くなる。圧力分布曲線Ｌの内部に示した径方向の矢印は、この流体層１２に発生した圧力の大きさを示している。図示するように、流体層１２の圧力は、凹部の間隔が狭くなった部分では大きくなり、間隔が広くなった部分では小さくなる。圧力分布曲線Ｌが示すように、この圧力の変動は、環状部材１１の内周の内部に設けられた凹部の数だけ繰り返される。
　複数の凹部と回転軸２の回転によって生じる流体層くさび効果による周方向の圧力分布により、内周を真円形状に形成した場合と比べて、高圧力となった部分における気膜または油膜の剛性がさらに高まる。これにより、流体層１２の動きは回転軸２の動きに対してより緊密に追随し、回転軸２の振動は、流体層１２を介してより正確に環状部材１１に伝達される。このように本実施形態では、回転軸２に対し流体層くさび効果により、より一層高い周囲圧力分布を形成させることで環状部材１１と回転軸２の一体化を増進し、環状部材１１への振動伝達率を向上させることによって、センサ１３Ａ、１３Ｂによる計測精度をより高めることができる。内周形状を真円とした場合には、なるべく環状部材１１と回転軸２との間隔をなるべく狭く形成する必要があるが、本実施形態によれば、環状部材１１と回転軸２との間隔を比較的広く形成することができ、加工などにおいて要求される精度を緩和することができる。本実施形態によれば、多円弧形状等により形成された圧力分布により、センサ１３Ａ、１３Ｂの計測に対する重力等の外乱の影響を抑制できる可能性が高まる。
　内周に設ける凹部の数、形状、などは図４の例に限定されない。
　以上、説明したように、第一実施形態、第二実施形態によれば、振動計測装置１０は、回転軸２に直接取り付けられるので、例えば、軸受箱７など、タービン１の静止部にセンサを設けて動翼の振動を計測する場合と比べ、振動伝達経路に存在する装置の数を減らし、所望の振動数の減衰やマスキング、暗振動などの影響を低減し、計測精度を向上することができる。振動計測装置１０は、回転軸２の任意の位置に取り付けることができる。回転軸２が回転することによって環状部材１１と回転軸２の間に形成される流体層１２（気膜または油膜）により、回転軸２の振動が環状部材１１へ伝達される効率を高め、より精度良く回転軸２の振動を計測することができる。
　これまでは、高さが高い動翼５（低圧段）の振動を検出する方法は提供されているが、翼の高さが低い高圧段での動翼５の振動については有効な方法が提供されてこなかった。第一実施形態、第二実施形態の振動計測装置１０であれば、回転軸２の任意の位置に取り付けられるので、例えば、高圧段の動翼５の固有振動数に一致する振動モードが検出できる最大応答点に振動計測装置１０を取り付けることによって、高圧段の翼振動を計測することができる。最大応答点に設けることができなかった場合であっても、振動数の減衰などの影響を受けないため、解析装置２０での解析により、高圧段の翼振動を計測できる可能性が高まる。
＜第三実施形態＞
　以下、本発明の第三実施形態による振動計測装置１０を、図５～図６を参照して説明する。
　第三実施形態においては第一実施形態、第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第三実施形態の振動計測装置１０では、環状部材１１の形状や支持方法を工夫して、特定の振動数（周波数）に対するセンサ１３の応答を高める点で、第一実施形態、第二実施形態と相違する。
　図５は、本発明に係る第三実施形態における振動計測装置を軸線方向から見た第一の図である。
　図５を用いて、環状部材１１の形状によって特定の振動数に対するセンサ１３の応答を高める例について説明する。
　図５に示す振動計測装置１０では、環状部材１１の外周に径方向外側に突出する複数の突起部１４（１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ）が形成されている。突起部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄは、周方向に互いに間隔をあけて配列されている。突起部１４Ａ～１４Ｄなどを総称して突起部１４と呼ぶ。突起部１４は、予め検出対象とする振動数を設定して、その振動数（振動数Ａとする）と同じ固有振動数（または、振動数Ａと所定の範囲内の固有振動数）を突起部１４が有するように調整して設けられている。振動数Ａとは、例えば、高温、高圧環境下にあって計測が難しい高さが低い翼の振動について、それらの翼の固有振動数を演算で求めた値である。そして、突起部１４が演算して求めた固有振動数で共振するように、突起部１４の形状を設計する。すると、計測対象とする振動数の振動が発生した場合に、突起部１４は共振し、突起部１４に設けられたセンサ１３Ａ、１３Ｂの応答が大きくなる。応答が大きくなることで、解析装置２０での振動の解析が容易になり、高圧段の翼振動に対する計測精度を高めることができる。
　突起部１４の配置、数、大きさ等は、図５の例に限定されない。例えば、突起部１４Ａ、１４Ｂだけでもよい。固有振動数を調整する方法は、突起部１４を形成することに限らない。例えば、突起部１４を設けず、環状部材１１の厚さ（ｄ）を変更することによって環状部材１１の固有振動数を調整してもよい。
　異なる高さを有する複数（例えば、３段）の翼各々の振動を計測したい場合、それぞれの翼の固有振動数について調整した、各翼に対応する突起部１４（例えば１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）を形成し、それぞれの突起部１４ごとにセンサ１３（例えば１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）を設けて、センサ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃのそれぞれで異なる翼の振動数を対象にして計測するように構成してもよい。あるいは、複数の翼のうち１つの翼の固有振動数で共振するように調整した突起部１４を形成した振動計測装置１０を、検出対象とする翼の数だけ（例えば、３つ）用意し、回転軸２の３ヶ所に振動計測装置１０を取り付けてもよい。
　図６は、本発明に係る第三実施形態における振動計測装置を軸線方向から見た第二の図である。
　次に、振動計測装置１０の支持方法によって特定の振動数に対するセンサ１３の応答を高める例について説明する。
　防振支持部３０は、振動計測装置１０を支持部４０に支持している。支持部４０は、タービン１に固定された部材である。防振支持部３０は、ばねを介して振動計測装置１０に対して弾性力を作用させて支持する弾性支持部３１と、弾性支持部３１にかかる力を減衰させるよう振動計測装置１０を支持する減衰支持部３２とを有する。弾性支持部３１は、支持部４０に固定され、ばねを介して振動計測装置１０を支持している。本実施形態の弾性支持部３１は、例えば、板バネであって弾性変形することで、振動計測装置１０から支持部４０に伝達される振動を吸収する。減衰支持部３２は、弾性支持部３１と並列して、支持部４０に固定され、振動計測装置１０を支持している。減衰支持部３２は、弾性支持部３１にかかる力を減衰している。本実施形態の減衰支持部３２は、例えば、オイルダンパである。
　例えば、高圧段の翼の固有振動数を予め演算しておき、その固有振動数が回転軸２から流体層１２を介在して振動計測装置１０に伝達されたときに、センサ１３の応答が高くなるように防振支持部３０を調整する。これにより、所望の翼振動に対する計測精度を高めることができる。防振支持部３０の数、支持位置などは、図６の例に限定されない。例えば、ダンパの設置が困難な場合など、板バネだけで振動計測装置１０を支示するようにしてもよい。
　本実施形態の振動計測装置１０によれば、第一実施形態、第二実施形態の効果に加え、検出対象とする翼の固有振動数に一致する回転軸２の振動モードの有無やその最大応答点への振動計測装置１０の取り付けの可否に関わらず、回転軸２上の任意の位置に振動計測装置１０を取り付けて、所望の翼振動を計測することができる。
　その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
　上記した振動計測装置、振動計測システム及び振動計測方法によれば、動翼が固定されたロータと振動計測装置との間に形成される流体層によって、振動計測装置により直接的に動翼の振動が伝達するので、振動の計測精度を高めることができる。
　１　　　タービン
　２　　　回転軸
　３　　　ケーシング
　４　　　静翼
　５　　　動翼
　６　　　軸受
　７　　　軸受箱
　１０　　　振動計測装置
　１１　　　環状部材
　１２　　　流体層
　１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ　　　センサ
　１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ　　　突起部
　３０　　　防振支持部
　３１　　　弾性支持部
　３２　　　減衰支持部
　４０　　　支持部

Claims (9)

  1. 　回転軸との間に径方向に間隔をおいて配置される環状部材と、
    　前記環状部材と前記回転軸との間の間隔に介在して振動を伝達する流体層と、
    　前記流体層を介して前記環状部材に伝達された振動を計測するセンサと、
    　を有する振動計測装置。
  2. 　前記流体層は、前記回転軸が回転している状態において、前記回転軸と前記環状部材との間で流体によって形成される流体膜である、
    　請求項１に記載の振動計測装置。
  3. 　前記環状部材の内周に、前記回転軸との径方向の間隔が前記回転軸の回転方向に沿って減少する凹部を複数設けた、
    　請求項１または請求項２に記載の振動計測装置。
  4. 　前記凹部のそれぞれが円弧形状をした、
    　請求項３に記載の振動計測装置。
  5. 　前記回転軸が備える翼の固有振動数に対する前記センサの応答が大きくなるように、前記環状部材の形状を形成した、
    　請求項１から請求項４の何れか１項に記載の振動計測装置。
  6. 　前記環状部材の外周に突起部を形成し、
    　前記センサを前記突起部に設けた、
    　請求項５に記載の振動計測装置。
  7. 　前記翼の固有振動数に対する前記センサの応答が高くなるように、前記環状部材を弾性支持した、
    　請求項５または請求項６に記載の振動計測装置。
  8. 　回転軸に取り付けられた１つまたは複数の請求項１から請求項７の何れか１項に記載の振動計測装置と、
    　前記１つまたは複数の振動計測装置から取得した振動信号を解析する解析装置と、
    　を備えた振動計測システム。
  9. 　回転軸との間に径方向に間隔をおいて環状部材を配置し、
    　前記環状部材と前記回転軸との間の間隔に介在する流体層が振動を伝達し、
    　前記流体層を介して前記環状部材に伝達された振動をセンサによって計測する、
    　振動計測方法。
PCT/JP2017/000027 2016-02-29 2017-01-04 振動計測装置、振動計測システム及び振動計測方法 WO2017149921A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-037759 2016-02-29
JP2016037759A JP2017156150A (ja) 2016-02-29 2016-02-29 振動計測装置、振動計測システム及び振動計測方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017149921A1 true WO2017149921A1 (ja) 2017-09-08

Family

ID=59742711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/000027 WO2017149921A1 (ja) 2016-02-29 2017-01-04 振動計測装置、振動計測システム及び振動計測方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2017156150A (ja)
WO (1) WO2017149921A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112179480B (zh) * 2020-08-26 2021-11-19 西安交通大学 一种谐波叠加拟合叶尖定时振动参数识别的方法、系统及电子设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5972519U (ja) * 1982-11-08 1984-05-17 株式会社富士電機総合研究所 回転機械のラビング検出装置
JPS63286727A (ja) * 1987-05-06 1988-11-24 ウエスチングハウス・エレクトリック・コーポレーション センサ取付け装置
US4984173A (en) * 1989-06-09 1991-01-08 General Electric Company System for aligning a rotating line-shaft
JPH06241880A (ja) * 1993-02-18 1994-09-02 Mitsubishi Kasei Corp 回転機械の軸受監視装置及び軸受監視方法
JP2000506262A (ja) * 1996-02-29 2000-05-23 モニタリング テクノロジィー コーポレイション ターボ機械を監視するための多重センサ装置および方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5972519U (ja) * 1982-11-08 1984-05-17 株式会社富士電機総合研究所 回転機械のラビング検出装置
JPS63286727A (ja) * 1987-05-06 1988-11-24 ウエスチングハウス・エレクトリック・コーポレーション センサ取付け装置
US4984173A (en) * 1989-06-09 1991-01-08 General Electric Company System for aligning a rotating line-shaft
JPH06241880A (ja) * 1993-02-18 1994-09-02 Mitsubishi Kasei Corp 回転機械の軸受監視装置及び軸受監視方法
JP2000506262A (ja) * 1996-02-29 2000-05-23 モニタリング テクノロジィー コーポレイション ターボ機械を監視するための多重センサ装置および方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017156150A (ja) 2017-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5190464B2 (ja) 非接触ブレード振動測定方法
RU2425341C2 (ru) Способ и устройство для динамического измерения дебаланса ротора
DK178488B1 (en) Systems and methods for use in monitoring operation of a rotating component
JP5293406B2 (ja) 回転翼の非接触翼振動計測方法
US20120148400A1 (en) System for detecting an ephemeral event on a vane impeller of an aircraft engine
US10704409B2 (en) Systems and methods to detect a fluid induced instability condition in a turbomachine
US20200096384A1 (en) Blade abnormality detecting device, blade abnormality detecting system, rotary machine system, and blade abnormality detecting method
WO2017154492A1 (ja) 振動計測装置、振動計測システム及び振動計測方法
US9261110B2 (en) Balancing device, particularly for turbocompressors, and corresponding method
WO2017149921A1 (ja) 振動計測装置、振動計測システム及び振動計測方法
US20190137534A1 (en) Speed and position sensing systems
US11248489B2 (en) Monitoring sensor for state of blade of rotating machine, position adjustment method for sensor, and rotating machine
JP2018145866A (ja) 翼振動監視装置及び回転機械システム
JP2018141751A (ja) 翼振動監視装置及び回転機械システム
JP6846953B2 (ja) 翼監視装置及び回転機械システム
US10365292B2 (en) Speed sensing system
JP6455702B2 (ja) 回転体の振動計測方法と装置
BR112017005102B1 (pt) Máquina rotativa e instalação para converter energia hidráulica em energia mecânica ou elétrica
JP2018173297A (ja) 翼振動監視装置、回転機械システム及び翼振動監視方法
KR102257410B1 (ko) 접촉 진동 검출 장치 및 그것을 구비하는 회전 기계, 그리고, 접촉 진동 검출 방법
JP6081219B2 (ja) 回転機械の監視システム及び回転機械の監視方法
JP2024012934A (ja) 転がり軸受の損傷診断装置、損傷診断方法、プログラム、および振動センサ
Peczalski et al. Advanced Vibration Sensing with Radar-ADVISER
JP2014178145A (ja) 振動計測装置
KR20190129250A (ko) 회전기계설비 진단장치

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17759393

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17759393

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1