(57)【要約】      （修正有）【課題】非減衰ねじり振動吸収装置として機能するディチューナを追加することによって、回転体の問題となるねじりモード（例えば、発電機ロータのねじりモード等）の振動数を調整する解決策が提供される。【解決手段】ディチューナ１０６は、回転体１００から延びる突出軸１０５に連結することができる。ディチューナ１０６はモジュール組み立て式であるため、突出軸１０５の剛性及び／又は慣性を調整するために、ディチューナ１０６の重量を容易に加算又は削減することができる。この剛性及び／又は慣性の変更により、回転体１００の問題となるねじりモードの固有振動数と実質的に同一である、突出軸１０５の振動のねじり振動数が得られ、その結果、回転体１００の問題のねじりモードの振動数が、そのねじり固有振動数より高く、又は低くなるように仕向ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記回転体（１００）から延びる突出軸（１０５）を配設するステップと、
前記突出軸（１０５）にディチューナ（１０６）を連結するステップと、
前記突出軸（１０５）のねじりモードの振動数が、前記回転体（１００）のねじりモードの固有振動数と実質的に同一になるように、前記ディチューナ（１０６）の物理的特性を調整するステップとを含む、回転体（１００）のねじりモードの振動数を調整する方法。
【請求項２】
前記物理的特性は、重量、サイズ、剛性又は慣性のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ディチューナ（１０６）の重量を調整するステップは、前記ディチューナ（１０６）の重量を追加又は削減するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記調整するステップの後の前記回転体（１００）のねじりモードの振動数は、前記回転体（１００）の前記固有振動数より高い又は低い、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記回転体（１００）は、ガスタービン、蒸気タービン、及びガス・蒸気複合タービンのうちの１つに連結される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記ディチューナ（１０６）と前記回転体（１００）の寸法比は、約１対１０００である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記連結するステップは、前記回転体（１００）の開放端において、前記突出軸（１０５）に前記ディチューナ（１０６）を連結するステップを更に含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
自身から延びる突出軸（１０５）を含む回転体（１００）と、
前記突出軸（１０５）に連結されるディチューナ（１０６）と、
前記突出軸（１０５）のねじりモードの振動数が、前記回転体（１００）のねじりモードの固有振動数と実質的に同一になるように、前記ディチューナ（１０６）の物理的特性を調整する手段とを含む、回転体（１００）のねじりモードの振動数を調整するシステム。
【請求項９】
前記物理的特性は、重量、サイズ、剛性又は慣性のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ディチューナ（１０６）の重量を調整する手段は、前記ディチューナ（１０６）の重量を追加又は削減することを含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記回転体（１００）のねじりモードの振動数は、前記回転体（１００）のねじりモードの固有振動数より高い又は低い、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記回転体（１００）は、ガスタービン、蒸気タービン、及びガス・蒸気複合タービンのうちの１つに連結される、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ディチューナ（１０６）と前記回転体（１００）の寸法比は、約１対１０００である、請求項８乃至１２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ディチューナ（１０６）は、前記回転体（１００）の開放端において前記突出軸（１０５）に連結される、請求項８乃至１３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
自身から延びる突出軸（１０５）を含む発電機ロータ（１００）と、
前記突出軸（１０５）に連結されるディチューナ（１０６）と、
前記突出軸（１０５）のねじりモードの振動数が、前記発電機ロータ（１００）のねじりモードの固有振動数と実質的に同一になるように、前記ディチューナ（１０６）の物理的特性を調整する手段とを含む、発電機ロータ（１００）のねじりモードの振動数を調整するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して回転体技術に関する。より詳細には、本発明は、非減衰ねじり振動吸収装置として機能するディチューナを追加することによって、回転体ねじりモードの振動数を調整する解決策に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータ等の回転体は、発電機、モータ、及び他の同様の装置等、多数の異なるタイプの機械部品及び電気部品に使用されている。これらの回転体は、複数のモードのねじり固有振動数を有するものであり、この振動数のモードは、応力、疲労、性能等を含む様々な理由により、特定の範囲内に維持されることが望ましい。例えば、発電機等の回転体を含む他の機械部品は、通常、ライン振動数の２倍に近い、少なくとも１つのねじり固有振動数のモードを有する。この振動数のモードが、ライン振動数の２倍に近付き過ぎて励振されると、連結されたタービンの終段動翼等、連結体の部品を故障させることになり得る。
【０００３】
現在、回転体ねじりモードの振動数は、回転体の対象とするモードの振動数に直接影響を与える慣性又はねじり剛性のいずれかを変化させる、すなわち、大きな焼き嵌めリングを追加又は除去することによって変えることができる。従って、ねじり固有振動数において、又はその近くで動作している回転体ねじりモードの振動数を調整する現在の方法は、最低でも、ロータを原動機から外して、カップリングに対するエンクロージャリングの取り付け／取り外しを行えるようにロータを露出させる必要がある。このエンクロージャリングは、大型で高強度、且つ高価なリングである。この方法が、ねじり固有振動数のモードに十分な変化をもたらさない場合は、そのときの状態に応じて、回転体又はカップリング内の構成要素を機械加工して、剛性又は慣性を低減する必要がある。機械加工は、通常、作業現場に旋盤を必要とするか、又は、発電機を作業場から完全に取り外して、機械加工のサービス工場に送ることを必要とするため、前述のような修正がうまく作用しない場合も、一般に、機械加工を簡単に元に戻すことはできない。これらの各工程は、解決策に多大な費用を付加すると共に、広範囲の作業を必要とする場合には、機械の停止期間を長引かせることにもなり得る。
【０００４】
ロータのねじりモードの振動数を調整する現在の方法は、ロータのねじり振動数、又は振動のモードのみを対象としたものではないため、一層望ましくないものになっている。むしろ、前述のように、質量すなわちリングを追加する現在の方法は、回転体に連結された他の要素の振動数に影響を与える可能性があり、許容できない応力レベルや、望ましくない横振動数の変化が生じ得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態は、非減衰ねじり振動吸収装置として機能するディチューナを追加することにより、回転体のねじりモードの振動数を調整する解決策を提供する。
【０００６】
本発明の第１の実施形態では、回転体のねじりモードの振動数を調整する方法が提供され、該方法は、回転体から延びる突出軸を配設するステップと、突出軸にディチューナを連結するステップと、突出軸のねじりモード振動数が、回転体のねじりモードの固有振動数と実質的に同一になるように、ディチューナの物理的特性を調整するステップとを含む。
【０００７】
本発明の第２の実施形態では、回転体のねじりモードの振動数を調整するシステムが提供され、該システムは、自身から延びる突出軸を含む回転体と、突出軸に連結されたディチューナと、突出軸のねじりモードの振動数が、回転体のねじりモードの固有振動数と実質的に同一になるように、ディチューナの物理的特性を調整する手段とを含む。
【０００８】
本発明の第３の実施形態では、発電機ロータのねじりモードの振動数を調整するシステムが提供され、該システムは、自身から延びる突出軸を含む発電機ロータと、突出軸に連結されたディチューナと、突出軸のねじりモードの振動数が、発電機ロータのねじりモードの固有振動数と実質的に同一になるように、ディチューナの物理的特性を調整する手段とを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に従って回転体に連結されたディチューナの実施形態を示す模式的ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の図面は、原寸に比例した尺度ではないことに留意されたい。図面は、本発明の代表的な実施形態のみを示すためのものであり、本発明の範囲を限定するものとして理解されるべきではない。
【００１１】
図面を参照しながら説明する。図１は、突出軸１０５を介して機械装置１０２に接続された回転体１００を示す模式的ブロック図である。回転体１００は、本明細書では発電機ロータであると解釈されて良いが、本発明の実施形態に組み合わせて、回転体を含むあらゆる機械部品を利用できることは理解されよう。機械装置１０２は、蒸気タービン、ガスタービン、ガス・蒸気複合タービン等、回転体１００に連結される任意の装置であって良い。図１に示すように、回転体１００は、ベアリング１０４を含む任意の既知の手段で支持することができる。
【００１２】
本発明の実施形態は、発電機ロータ１００に接続された突出軸１０５の剛性及び／又は慣性を変化させる、追加／削除する構成要素、又は機械加工プロセスを含む。この剛性及び／又は慣性を変化させることによって、回転体１００において問題となっているモードのねじり固有振動数と実質的に同一である、突出軸１０５の振動のねじり固有振動数が得られる。ディチューナ１０６（例えば、ボルト締めホイールを備える、又は備えない連結シャフト）を用いて、突出軸１０５の端部に若干量の慣性を加えることによって、突出軸１０５の全慣性を効果的に利用し、回転体１００の問題のモードのねじり固有振動数を変化させる。
【００１３】
従って、回転体１００の特定のモードのねじり固有振動数を調整する従来の手段（すなわち、回転体１００にリングを追加して、回転体１００自体の剛性又は慣性を変化させること）を利用する代わりに、本発明の実施形態は、ディチューナ１０６を利用して、突出軸１０５のねじり振動数に影響を与え、その結果、回転体１００の対象とするモードのねじり固有振動数を、現在のねじり固有振動数より高くするか、又は低くする。例えば、図１に示すように、ディチューナ１０６は、回転体１００の開放端において突出軸１０５に連結されて、非減衰ねじり振動吸収装置として機能する。ディチューナ１０６は、図１に連結軸として記載されているが、他の形状又は構造も利用することができる。任意構成として、ディチューナ１０６は、必要に応じて、ベアリング１０４等の支持部で支持することができる。
【００１４】
回転体１００の問題となっているモードのねじり固有振動数を算出した後、ディチューナ１０６を調整して、突出軸１０５のねじり振動数が、回転体１００の問題のモードのねじり固有振動数と実質的に同一になるようにする。連結された２つの物体は、同一の振動数では動作できないため、この２つの物体のうちの一方の振動数が上昇し、もう一方が減少することになる。従って、突出軸１０５のねじり振動数が、回転体１００の問題のモードと実質的に同じねじり振動数であれば、回転体１００の問題となっているねじりモードの振動数は、現行のねじり固有振動数より高く、又は低くなるように仕向けられる。
【００１５】
ディチューナ１０６を調整する手段は、ディチューナ１０６の重量、サイズ、剛性及び／又は慣性を調整する、現在知られている調整手段、又は今後開発される調整手段を含む。一実施形態において、ディチューナ１０６はモジュール組み立て式、すなわち、重量を簡単に追加又は削減できる構造であるため、容易にディチューナ１０６を調整することができる。図１に示す実施形態には、ディチューナ１０６に重量を追加すること含む調整手段、例えば、追加の質量１０８（例えば、ボルト締めホイールという形式の質量）がディチューナ１０６に追加されている。また、図１に示すように、追加の着脱可能な質量１０８ａ（例えば、サイズ及び形状が異なる追加ホイールという形式の質量）を、ディチューナ１０６に取り付けたり、又は取り外したりすることで、所望のねじり振動数を実現することができる。ディチューナ１０６を調整する他の手段としては、ディチューナ１０６自身のサイズ及び形状を修正又は機械加工して、ディチューナ１０６の慣性や剛性を調整することを含み、例えば、ディチューナ１０６は、より大きい又は小さい連結軸であっても良い。
【００１６】
このようなディチューナ１０６の重量、剛性及び／又は慣性の変化は、突出軸１０５の振動のねじり振動数に影響を与えるため、作業者は、突出軸１０５のねじり振動数が、問題となっている回転体のねじりモードの固有振動数とほぼ等しくなるように、ディチューナ１０６を調整することができる。従って、突出軸１０５の各区画の固有振動数が分断されて、このポイントから離れることになる。この分断の程度は、区画間の質量比によって異なる。目標は、電力網の電気周波数の第一高調波及び第二高調波から共振点をずらすことによって、回転体１００のねじり共振反応を回避することである。これは、鍵となるねじり励振事象は、電力網と直列に存在する回転体１００によって引き起こされるためである。ライン周波数の１倍及び２倍周辺の排斥区域は、電力網の振動の周波数及び計算許容誤差の和に基づいて定義される。
【００１７】
一般に、ディチューナ１０６は、回転体１００よりもサイズがかなり小さい。例えば、ディチューナ１０６と回転体１００の寸法比は、約１対１０００であっても良い。ディチューナ１０６は、突出軸１０５又は回転体１００に連結できる任意の既知の材料で形成することができる。ディチューナ１０６は、特定の材料、形状及び／又は密度を有する必要はない。どのようなサイズ又は形状のディチューナ１０６であっても、そのサイズ又は形状に応じて所望のねじり振動数を達成するように、ディチューナ１０６を調整することができる。例えば、突出軸１０５のねじり振動数が回転体１００よりも高い場合は、ディチューナ１０６に質量を追加して、突出軸１０５のねじり振動数を下げることができる。
【００１８】
当業者であれば理解されるように、追加の回転体や追加のエンジン等の他の機械部品も、ライン内で回転体１００及び機械構成部品１０２と共に連結することができる。機械部品の構造に関わらず、ディチューナ１０６は、そのラインの開放端に接続することができる。例えば、図１に示すように、ディチューナ１０６は、突出軸１０５を介して回転体１００の開放端に接続される。
【００１９】
従来の方法とは異なり、突出軸１０５にディチューナ１０６を追加することによる所望の動吸振以外の影響は、主回転体１００及びそのシステムの残りの部分にとって無視できるものである。このことは、システムの剛性又は慣性の大幅な変更が、許容できない応力レベルや望ましくない横振動数の変化等、他の設計上の問題を生じることを考えると、有益である。
【００２０】
また、突出軸１０５の剛性及び／又は慣性を変更することは、影響の少ない変更であり、装置が完全に組み立てられた状態のまま作業を行うことができるため、結果が許容できるものであるかどうかを確認し、必要に応じて追加の調整を行う機会が与えられる。トルクリング（図示せず）を用いるねじり試験も、ロータ振動数の問題の特定と、ディチューナ１０６の効果の検証の両方を行う手段として利用することができる。
【００２１】
本明細書において、「第１」、「第２」等の用語は、順序や数量、重要度を意味するものではなく、ある要素を別の要素と区別するために用いられるものである。また、本明細書における「１つの」という表現は、数量を限定することを意味するのではなく、言及された項目が少なくとも１つは存在することを意味するものである。数量に関して用いられる「約」という修飾語は、指定された値を包含すると共に、文脈の求めるとおりの意味を有する（例えば、特定の数量の測定に関わる誤差をある程度を含む）。
【００２２】
本明細書において様々な実施形態を説明してきたが、当業者によって要素の組み合わせ、変更、又は改良が本発明の範囲内で行えることは、本明細書から理解されよう。また、多数の変更を行うことができ、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の教示に特定の状況又は事物を適合させることができる。従って、本発明は、本発明を実施するための最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるのではなく、付随する特許請求の範囲内の全ての実施形態を含むことが意図されるものである。
【符号の説明】
【００２３】
１００  回転体、発電機ロータ
１０２  機械装置、機械構成部品
１０４  ベアリング
１０５  突出軸
１０６  ディチューナ
１０８  質量
１０８ａ  着脱可能な質量
【図１】
2010230166.tif 000003