(57)【要約】【課題】試し錘を使用することなく、精度のよい影響係数を取得する。【解決手段】回転体の回転バランス変化に対する回転体の振動変化を示す影響係数を取得する影響係数取得方法。回転体が回転している状態で、回転体を支持する支持体の振動を計測することで第１の振動データを取得する第１振動データ取得ステップＳ１と、回転体の一部を切削することで、回転バランス変化を回転体に与える切削ステップＳ２と、回転体が回転している状態で、支持体の振動を計測することで第２の振動データを取得する第２振動データ取得ステップＳ３と、第１の振動データと、切削ステップで与えた回転バランス変化と、第２の振動データとに基づいて、回転体の影響係数を算出する係数算出ステップＳ４と、を有する。【選択図】図５
2010281743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転バランス変化に対する回転体の振動変化を示す影響係数を取得する影響係数取得方法であって、
回転体が回転している状態で、回転体を支持する支持体の振動を計測することで第１の振動データを取得する第１振動データ取得ステップと、
回転体の一部を切削することで、回転バランス変化を回転体に与える切削ステップと、
回転体が回転している状態で、前記支持体の振動を計測することで第２の振動データを取得する第２振動データ取得ステップと、
第１の振動データと、切削ステップで与えた回転バランス変化と、第２の振動データとに基づいて、回転体の影響係数を算出する係数算出ステップと、を有する、ことを特徴とする影響係数取得方法。
【請求項２】
前記回転体を有する計測対象回転機械とは別の回転機械であり、計測対象回転機械と同機種の基準用回転機械を用意し、
基準用回転機械の回転体の影響係数を基準影響係数として取得し、
基準影響係数からアンバランスデータＵ１を算出し、
前記切削ステップでは、該アンバランスデータＵ１に基づいて、前記回転体を切削する、ことを特徴とする請求項１に記載の影響係数取得方法。
【請求項３】
前記係数算出ステップで算出した前記影響係数からアンバランスデータＵ０を算出するアンバランスデータ算出ステップと、
該アンバランスデータＵ０に基づいて、計測対象回転機械の回転体を切削するバランス修正ステップと、を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の影響係数取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の影響係数を取得する影響係数取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転体は、回転機械に設けられ、その軸を中心として回転する。本願において、回転機械は、流体と力を及ぼし合う回転翼が回転体に設けられた流体機械である。回転機械には、原動機と被動機がある。原動機は、流体が回転翼に作用させる圧力により回転体が回転駆動されることで、流体の持つエネルギーを回転運動エネルギーに変換する。この回転運動エネルギーは、前記回転翼を含む回転体の運動エネルギーである。原動機としては、例えば、ガスタービン（軸流タービン、ラジアルタービン）がある。被動機は、回転駆動されている回転翼が流体に圧力を作用させることで、回転運動エネルギーを流体に与える。この回転運動エネルギーは、前記回転翼を含む回転体の運動エネルギーである。被動機としては、例えば、圧縮機（遠心圧縮機、航空エンジンなどに設けられる軸流圧縮機、斜流圧縮機、横流圧縮機、ポンプ）がある。また、回転機械には、原動機と被動機の両方の機能を持つ過給機もある。
【０００３】
影響係数は、回転体の回転バランス変化に対する回転体の振動変化を示す。影響係数は、回転体のバランス修正に利用される。そのため、回転体のバランスを修正する前に、この回転体の影響係数を取得しておく。
【０００４】
従来において、影響係数は、次のように試し錘を使用して求められていた。まず、試し錘を使用せずに、回転体を回転させ、回転体を支持する支持体の振動を計測する。次に、試し錘を回転体に取り付けて、回転体を回転させ、回転体を支持する支持体の振動を計測する。その上で、試し錘を使用しない時の振動と、試し錘を取り付けた時の振動と、試し錘の質量および取付位置とから、影響係数を算出する。なお、影響係数の算出に使用する振動は、回転体の回転速度（即ち、１秒間での回転数）と同じ周波数成分の振動であるのがよい。
【０００５】
このように取得した影響係数を用いて、次のように回転体のバランスを修正する。影響係数から、回転体のアンバランスデータを算出する。このアンバランスデータが示す修正位置において、アンバランスデータが示す質量だけ回転体を切削する。これにより、回転体のバランスを修正する。このようなバランス修正方法は、影響係数法といい、例えば、下記の特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１０２０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、試し錘を使用した影響係数取得方法では、以下の問題があった。
（１）試し錘の取り付けおよび取り外しをするため、その分、時間がかかる。
（２）試し錘の取付方法として、接着やネジ止めがあるが、接着の場合は接着剤の質量を把握できず、ネジ止めの場合は、回転中にネジが緩むとネジや試し錘が飛散する。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、試し錘を使用することなく、精度のよい影響係数を取得する影響係数取得方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明によると、回転体の回転バランス変化に対する回転体の振動変化を示す影響係数を取得する影響係数取得方法であって、
回転体が回転している状態で、回転体を支持する支持体の振動を計測することで第１の振動データを取得する第１振動データ取得ステップと、
回転体の一部を切削することで、回転バランス変化を回転体に与える切削ステップと、
回転体が回転している状態で、前記支持体の振動を計測することで第２の振動データを取得する第２振動データ取得ステップと、
第１の振動データと、切削ステップで与えた回転バランス変化と、第２の振動データとに基づいて、回転体の影響係数を算出する係数算出ステップと、を有する、ことを特徴とする影響係数取得方法が提供される。
【００１０】
上述した本発明の影響係数取得方法では、振動計測により第１の振動データを取得し、次いで、切削により回転バランス変化を回転体に与え、次に、振動計測により第２の振動データを取得し、その後、これら第１の振動データ、回転バランス変化、および第２の振動データに基づいて影響係数を算出するので、バランス変化用の試し錘の取り付けおよび取り外しの作業が無くなる。従って、影響係数を取得する時間を短縮できる。
また、試し錘を使用しないので、回転体の回転により試し錘が飛散する事故も生じない。
さらに、試し錘の取付位置と質量の誤差が無くなる。即ち、切削データから回転バランス変化が精度よく得られるので、影響係数の算出精度が向上する。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によると、前記回転体を有する計測対象回転機械とは別の回転機械であり、計測対象回転機械と同機種の基準用回転機械を用意し、
基準用回転機械の回転体の影響係数を基準影響係数として取得し、
基準影響係数からアンバランスデータＵ１を算出し、
前記切削ステップでは、該アンバランスデータＵ１に基づいて、前記回転体を切削する。
【００１２】
基準用回転機械と計測対象回転機械とは同機種であるので、基準用回転機械の回転体についての基準影響係数を用いて、計測対象回転機械の回転体を切削することは、計測対象回転機械のバランスを修正することになる。従って、切削ステップの切削は、対象回転機械の回転体の影響係数を取得するためのステップと、回転体のバランスを修正するためステップとの両方を兼ねることができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい実施形態によると、前記係数算出ステップで算出した前記影響係数からアンバランスデータＵ０を算出するアンバランスデータ算出ステップと、
該アンバランスデータＵ０に基づいて、計測対象回転機械の回転体を切削するバランス修正ステップと、を有する。
【００１４】
係数算出ステップで算出した、計測対象回転機械の回転体の影響係数を用いて、計測対象回転機械の回転体を切削することで、計測対象回転機械のバランスを高精度に修正できる。
しかも、上述の切削ステップにおいて、計測対象回転機械の回転体のバランスが既に修正されているので、バランス修正ステップで、回転体のバランス精度がさらに高まる。また、バランス修正ステップの後、引き続いて、計測対象回転機械の回転体のバランスを影響係数法により修正する場合には、修正回数を減らすことができる。
【発明の効果】
【００１５】
上述した本発明によると、試し錘を使用することなく、精度のよい影響係数を取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の影響係数取得方法に使用できる影響係数取得装置を示す。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。
【図３】振動データを示す波形である。
【図４】振動データを表す複素平面である。
【図５】本発明の実施形態による影響係数取得方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の影響係数取得装置を過給機に提供した場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を実施するための実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明の影響係数取得方法に使用できる影響係数取得装置１０を示す。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。影響係数取得装置１０は、支持体３、加速度センサ５、角度センサ７、演算器９、および切削装置１１を備える。
【００１９】
支持体３は、回転機械の回転体１３を支持する。回転体１３は、支持体３に支持された状態で、回転体１３の軸Ｃを中心に回転可能である。なお、支持体３の一部は、回転機械の静止側部材により構成されてもよい。
【００２０】
加速度センサ５は、支持体３に取り付けられる。加速度センサ５は、回転体１３が回転している状態で、支持体３の加速度（即ち、振動）を計測し、該加速度を示す振動信号を演算器９に出力する。この加速度センサ５として、影響係数の取得に使用可能な公知のセンサを使用できる。
【００２１】
角度センサ７は、回転体１３の回転角を検出し、該回転角を示す回転角信号を演算器９に出力する。この回転角は、回転体１３が１回転することでゼロ度〜３６０度まで変化する。即ち、回転角は、所定の始点となる回転体の回転位相（始点回転角）から回転体１３が回転した角度を示す。
【００２２】
演算器９は、前記振動信号と前記回転角信号に基づいて振動データを抽出し、この振動データから影響係数を算出する。振動データは、振動の振幅と位相θからなる。図３は、振動の振幅と位相θを示す。図３において、横軸は、角度センサ７により検出した回転体１３の回転角を示し、縦軸は、加速度センサ５により検出された振動のうち１次振動の強度を示す。１次振動は、回転体１３の回転速度と同じ周波数成分の振動である。即ち、１次振動振幅は、加速度センサ５による振動計測時における回転体１３の回転速度（１秒間での回転数）と同じ周波数［Ｈｚ］の成分を、加速度センサ５が出力した前記振動信号から抽出した振動である。図３において、位相θは、基準回転角（図３の例では、ゼロ度）に対する１次振動のずれを示す。即ち、位相θは、基準回転角に対する、１次振動の周期の始点となる回転角のずれを示す。
振動データ（即ち、後述の振動データＸ１、Ｘ２）を、複素数で表す。図４は、複素数で表した振動データを示す。図４のように、１次振動の振幅を大きさ（絶対値）Ｒとし、上述の位相θを偏角として、振動データを複素数で表す（以下、同様）。演算器９は、加速度センサ５からの振動信号と角度センサ７からの回転角信号から、複素数の振動データを生成する。
【００２３】
切削装置１１は、回転体１３の切削対象部１３ａを切削する切削工具１１ａ（例えば、エンドミル）と、該切削工具１１ａを３次元的（例えば、図１の互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）に移動させる駆動機構１１ｂと、該駆動機構１１ｂの動作を制御することで切削工具１１ａの位置を制御する位置制御部１１ｃとを有する。位置制御部１１ｃは、入力される切削データに従って切削対象部１３ａを切削する。なお、切削対象部１３ａは、例えば、回転体１３を構成する回転軸の先端に取り付けられたナットまたは円柱形部材である。
【００２４】
図５は、本発明の実施形態による影響係数取得方法を示すフローチャートである。この影響係数取得方法は、第１振動データ取得ステップＳ１、切削ステップＳ２、第２振動データ取得ステップＳ３、係数算出ステップＳ４、アンバランスデータ算出ステップＳ５、バランス修正ステップＳ６とを有する。
【００２５】
第１振動データ取得ステップＳ１では、計測対象回転機械の回転体１３（以下、対象回転体１３という）が回転している状態で、加速度センサ５が、対象回転体１３を支持する支持体３の振動（即ち、加速度）を計測しながら、角度センサ７が回転角を検出することで、第１の振動データＸ１を取得する。第１の振動データＸ１を次式（１）で表す。
Ｘ１＝ａｒ１＋ｊａｉ１  ・・・（１）
ここで、ａｒ１は実部であり、ａｉ１は虚部であり、ｊは虚数単位（以下、同様）である。
第１の振動データＸ１の取得は、演算器９が行う。即ち、演算器９は、第１振動データ取得ステップＳ１において、加速度センサ５からの前記振動信号と角度センサ７からの前記回転角信号とに基づいて、第１の振動データＸ１を生成する。
【００２６】
切削ステップＳ２では、切削装置１１により、対象回転体１３の切削対象部１３ａの一部を切削することで、回転バランス変化を対象回転体１３に与える。
【００２７】
第２振動データ取得ステップＳ３では、対象回転体１３が回転している状態で、加速度センサ５が、対象回転体１３を支持する支持体３の振動（即ち、加速度）を計測しながら、角度センサ７が回転角を検出することで、第２の振動データＸ２を取得する。第２の振動データＸ２を次式（２）で表す。
Ｘ２＝ａｒ２＋ｊａｉ２  ・・・（２）
ここで、ａｒ２は実部であり、ａｉ２は虚部である。
第２の振動データＸ２の取得は、演算器９が行う。即ち、演算器９は、第２振動データ取得ステップＳ３において、加速度センサ５からの前記振動信号と角度センサ７からの前記回転角信号とに基づいて、第２の振動データＸ２を算出する。
【００２８】
係数算出ステップＳ４では、第１の振動データＸ１と、切削ステップＳ２で与えた回転バランス変化と、第２の振動データＸ２とに基づいて、対象回転体１３の影響係数Ｆ０を算出する。影響係数Ｆ０は、次式（３）で算出される。
Ｆ０＝（Ｘ２−Ｘ１）／{−Ｍ（ｃｏｓθ１＋ｊｓｉｎθ１）}  ・・・（３）
ここで、−Ｍ（ｃｏｓθ１＋ｊｓｉｎθ１）は、切削ステップＳ２で対象回転体１３に与えた前記回転バランス変化を表す。具体的には、Ｍは、切削ステップＳ２で切削した換算質量である。この切削した換算質量Ｍは、Ｍ＝ｒ０×ｍ０である。ｒ０は、対象回転体１３の軸Ｃから切削ステップＳ２での切削位置までの半径方向距離であり、ｍ０は、切削ステップＳ２で切削した質量である。一方、θ１は、前記切削位置の回転方向位置を示す。この回転方向位置は、所定の回転方向位置に対する位相で表現されてよい。
なお、係数算出ステップＳ４は、演算器９が実行する。即ち、演算器９は、式（３）により影響係数Ｆ０を算出する。なお、前記回転バランス変化を示す切削データが、位置制御部１１ｃから演算器９に入力されてよい。即ち、位置制御部１１ｃは、切削ステップＳ２で行った切削に関する前記切削データを演算器９に出力することで、演算器９が、該切削データを複素数表現の前記回転バランス変化に変換してよい。代わりに、後述するアンバランスデータＵ１が前記回転バランス変化として前記演算器９に入力されてよい。
【００２９】
アンバランスデータ算出ステップＳ５では、係数算出ステップＳ４で算出した影響係数Ｆ０からアンバランスデータＵ０を算出する。アンバランスデータＵ０は、演算器９により次式（４）で算出される。
Ｕ０＝Ｘ２／Ｆ０  ・・・（４）
ここで、Ｘ２は、上述の第２の振動データである。
【００３０】
バランス修正ステップＳ６では、アンバランスデータＵ０が示す切削位置と切削量に基づいて、対象回転体１３の切削対象部１３ａを切削する。このアンバランスデータＵ０は、演算器９から位置制御部１１ｃに入力される。位置制御部１１ｃは、Ｕ０に基づいて駆動機構１１ｂを制御することで切削工具１１ａを移動させ、これにより、切削対象部１３ａがＵ０に従って切削される。
Ｕ０を、Ａを絶対値とし、偏角をθ２として、次式（５）で表す。
Ｕ０＝Ａ（ｃｏｎθ２＋ｊｓｉｎθ２）  ・・・（５）
Ａは、アンバランス換算質量を示し、Ａ＝ｒ１×ｍ１である。ここで、ｒ１は、対象回転体１３の軸ＣからステップＳ６での切削位置までの半径方向距離であり、ｍ１は、ステップＳ６で切削する質量である。一方、θ２は、前記切削位置の回転方向位置を示す。従って、ステップＳ６において、切削工具１１ａは、ｒ１とθ２が示す半径方向位置と回転方向位置に位置決めされた状態で、切削質量がｍ１になるまで軸Ｃ１の方向に移動する。この時、位置制御部１１ｃは、切削対象部１３ａの密度と、必要であれば切削対象部１３ａの形状とに基づいて、切削工具１１を軸Ｃの方向に移動させる距離を算出し、該距離に基づいて駆動機構１１ｂを制御する。
【００３１】
好ましくは、上述の切削ステップＳ２は、基準影響係数を利用して行う。基準影響係数は、基準用回転機械の回転体１３（以下、基準回転体１３という）の影響係数である。基準用回転機械は、前記対象回転体１３を有する計測対象回転機械とは別の回転機械であるが、該計測対象回転機械と同機種である。基準影響係数は、次のように取得する。
対象回転体１３の影響係数を取得するのに使用した影響係数取得装置１０を用いて、基準影響係数を取得するのがよい。この場合、対象回転体１３の影響係数Ｆ０の取得方法と同じ方法で、図５のステップＳ１〜Ｓ４を実行することで、基準回転体１３の基準影響係数を取得する。即ち、ステップＳ１のように、基準回転体１３について第１の振動データ（上記のＸ１に相当）を取得し、ステップＳ２のように、基準回転体１３の切削対象部１３ａの一部を切削し、ステップＳ３のように、基準回転体１３について第２の振動データ（上記のＸ２に相当）を取得し、ステップＳ４のように、基準影響係数（上記のＦ０に相当）を算出する。ただし、上述した従来技術のように試し錘を用いて基準影響係数を取得してもよいし、他の方法で取得してもよい。これらの場合でも、影響係数Ｆ０の取得に使用する支持体３で基準回転体１３を支持する。
基準影響係数からアンバランスデータＵ１を算出する。Ｕ１は、Ｕ０の算出と同様の式で算出されてよい。この場合、上述の切削ステップＳ２では、切削工具１１ａは、Ｕ１が示す半径方向位置と回転方向位置に位置決めされた状態で、切削質量がＵ１の示す質量になるまで軸Ｃ１の方向に移動する。
なお、基準影響係数は、影響係数Ｆ０と一致しない。基準用回転機械と計測対象回転機械とは、同機種であっても、それぞれに製作誤差があるからである。
【００３２】
上述した本発明の影響係数取得方法では、以下の効果（Ａ）〜（Ｄ）が得られる。
【００３３】
（Ａ）振動計測により第１の振動データＸ１を取得し、次いで、切削により回転バランス変化Ｕ０を対象回転体１３に与え、次に、振動計測により第２の振動データＸ２を取得し、その後、これら第１の振動データＸ１、回転バランス変化Ｕ０、および第２の振動データＸ２に基づいて影響係数を算出するので、バランス変化用の試し錘の取り付けおよび取り外しの作業が無くなる。従って、影響係数を取得する時間を短縮できる。また、試し錘を使用しないので、対象回転体１３の回転により試し錘が飛散する事故も生じない。さらに、試し錘の取付位置と質量の誤差が無くなる。即ち、切削データから回転バランス変化が精度よく得られるので、影響係数の算出精度が向上する。
【００３４】
（Ｂ）影響係数Ｆ０と誤差はあるが同機種の基準用回転機械の基準影響係数を用いて切削ステップＳ２を行い、次いで、影響係数Ｆ０と基準影響係数との誤差を補正するようにステップＳ２〜Ｓ６を行うので、バランス修正ステップＳ６、および必要であればステップＳ６の後でのバランス修正の精度が向上する。
【００３５】
（Ｃ）基準用回転機械と計測対象回転機械とは同機種であるので、基準用回転機械の基準回転体１３についての基準影響係数を用いて、計測対象回転機械の対象回転体１３を切削することは、対象回転体１３のバランス修正することになる。従って、切削ステップＳ２の切削は、対象回転体１３の影響係数を取得するためのステップと、対象回転体１３のアンバランスの修正するためステップとの両方を兼ねることができる。
【００３６】
（Ｄ）係数算出ステップＳ４で算出した、対象回転体１３の影響係数を用いて、該対象回転体１３を切削することで、計測対象回転機械のバランスを高精度に修正できる。しかも、上述の切削ステップＳ２において、計測対象回転機械の対象回転体１３のバランスが既に修正されているので、バランス修正ステップＳ６で、対象回転体１３のバランス精度がさらに高まる。また、バランス修正ステップＳ６の後、引き続いて、計測対象回転機械の対象回転体１３のバランスを影響係数法により修正する場合には、修正回数を減らすことができる。
【００３７】
［実施例］
図６は、上述の実施形態による影響係数取得装置１０を、回転機械としての過給機２０に適用した場合を示す。
【００３８】
過給機２０の回転体１３は、図６に示すように、エンジンの排ガスにより回転駆動されるタービン翼１５と、タービン翼１５と一体的に回転することで圧縮空気をエンジンに供給するコンプレッサ翼１７と、一端部にタービン翼１５が結合され他端部にコンプレッサ翼１７が結合される回転軸１９と、を有する。また、過給機２０は、回転体１３を回転可能に支持する静止側部材２１を有する。図６の例では、静止側部材２１は、回転体１３（回転軸１９）を回転可能に支持する軸受２３ａ，２３ｂが内部に組み込まれる軸受ハウジングである。また、過給機２０は、タービン翼１５を内部に収容するタービンハウジング２５と、コンプレッサ翼１７を内部に収容するコンプレッサハウジング（図６では取り外されている）と、を備える。タービンハウジング２５には、タービン翼１５を回転駆動する流体を流す流路（スクロール）が形成されている。タービンハウジング２５は、支持体３の内部に取り付けられる。タービン翼１５を駆動する流体をタービンハウジング２５の前記流路へ供給でき、タービン翼１５を駆動した当該流体を支持体３の外部へ排出できるように支持体３が構成されている。
【００３９】
また、支持体３は、タービンハウジング２５を介して、または直接、軸受ハウジング２１を支持する。図６では、回転体１３の切削対象部１３ａは、コンプレッサ翼１７側の端部にあり、この例ではナットである。図６では、角度センサ７と切削装置１１は、共にコンプレッサ翼１７側に設けられているが、角度センサ７を使用する時には、切削装置１１の切削工具１１ａが角度センサ７に干渉しない位置へ退避し、切削装置１１を使用する時には、角度センサ７が切削装置１１に干渉しない位置へ退避する。
【００４０】
図６において、影響係数取得装置１０の他の構成と動作は、上述の実施形態と同じであってよい。また、図６に示す影響係数取得装置１０を用いて、上述の実施形態による影響係数取得方法で過給機２０の回転体１３の影響係数を取得してよい。
【００４１】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４２】
３  支持体、５  加速度センサ、７  角度センサ、
９  演算器、１０  影響係数取得装置、１１  切削装置、
１１ａ  切削工具、１１ｂ  駆動機構、１１ｃ  位置制御部、
１３  回転体、１３ａ  切削対象部
【図１】
2010281743.tif 000003
【図２】
2010281743.tif 000004
【図３】
2010281743.tif 000005
【図４】
2010281743.tif 000006
【図５】
2010281743.tif 000007
【図６】
2010281743.tif 000008