(57)【要約】【課題】スイープ運転域での回転機械の振動検査を精度良く行うことのできる、回転機械支持装置及びその設計方法を提供する。【解決手段】流体により回転駆動されるタービン翼３、及びタービン翼３が固定される回転軸７を有した回転機械１を支持する回転機械支持装置１０である。ベース部５０と、回転機械１を支持する支持部５１と、を有し、支持部５１は、回転機械１を支持するマウント部材１５と、マウント部材１５をベース部５０に取付けるためのバネ部材５２と、を含む。支持部５１及び回転機械１を含む第１の振動計測系は、少なくとも振動計測方向における共振周波数が回転機械１のスイープ運転域の初期回転数よりも低く構成され、第１の振動計測系からバネ部材５２を除いた第２の振動計測系は、共振周波数が回転機械１のスイープ運転域の終期回転数よりも高く構成される。【選択図】図２
2010025862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体により回転駆動されるタービン翼、及び該タービン翼が固定される回転軸を有した回転機械を支持する回転機械支持装置において、
ベース部と、前記回転機械を支持する支持部と、を有し、
前記支持部は、前記回転機械を支持するマウント部材と、該マウント部材を前記ベース部に取付けるためのバネ部材と、を含んでおり、
前記支持部及び前記回転機械を含む第１の振動計測系は、少なくとも振動計測方向における共振周波数が前記回転機械のスイープ運転域の初期回転数よりも低く構成され、
前記第１の振動計測系から前記バネ部材を除いた第２の振動計測系は、共振周波数が前記回転機械のスイープ運転域の終期回転数よりも高く構成されることを特徴とする回転機械支持装置。
【請求項２】
前記第１の振動計測系は、６自由度それぞれの前記共振周波数が前記回転機械のスイープ運転域の初期回転数よりも低く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転機械支持装置。
【請求項３】
前記第２の振動計測系は、当該第２の振動計測系を構成する各構成部材の前記共振周波数の各々が前記終期回転数よりも高く設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転機械支持装置。
【請求項４】
流体により回転駆動されるタービン翼、及び該タービン翼が固定される回転軸を有した回転機械を支持する回転機械支持装置の設計方法において、
前記回転支持装置は、ベース部と、前記回転機械を支持するマウント部材および該マウント部材を前記ベース部に取付けるためのバネ部材を含む支持部と、を有しており、
前記支持部及び前記回転機械を含む第１の振動計測系を、少なくとも振動計測方向における共振周波数が前記回転機械のスイープ運転域の初期回転数よりも低くなるように設計するとともに、前記第１の振動計測系から前記バネ部材を除いた第２の振動計測系を、共振周波数が前記回転機械のスイープ運転域の終期回転数よりも高くなるように設計する工程を備えることを特徴とする回転機械支持装置の設計方法。
【請求項５】
前記第１の振動計測系については、６自由度それぞれの前記共振周波数を前記初期回転数よりも低くすることを特徴とする請求項４に記載の回転機械支持装置の設計方法。
【請求項６】
前記第２の振動計測系については、該第２の振動計測系を構成する各構成部材のそれぞれの共振周波数を前記終期回転数よりも高くすることを特徴とする請求項４又は５に記載の回転機械支持装置の設計方法。
【請求項７】
前記バネ部材の形状及び／又は材質を変更することで前記第１の振動計測系の前記共振周波数を設定することを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の回転機械支持装置の設計方法。
【請求項８】
前記マウント部材に補強部を設ける事で前記第２の振動系の前記共振周波数を設定することを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の回転機械支持装置の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体により回転駆動される回転機械について回転バランス検査を行う際に支持可能な回転機械支持装置及びその設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体により回転駆動される回転機械においては、回転バランスを修正することが行われている。このような回転機械には、過給機やターボ圧縮機やガスタービンなどがあるが、過給機を例として、従来における回転バランス修正について説明する。
【０００３】
過給機は、車両や船舶などに搭載されるエンジンの排ガスエネルギを利用して、エンジンに圧縮空気を供給する装置である。過給機は、エンジンの排ガスにより回転駆動されるタービン翼と、タービン翼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と、一端部にタービン翼が結合され他端部にコンプレッサ翼が結合される回転軸とを有する。また、過給機は、タービン翼を内部に収容するタービンハウジングと、コンプレッサハウジングを内部に収容するコンプレッサハウジングと、回転軸を支持する軸受けが内部に組み込まれる軸受けハウジングと、を備える。
【０００４】
過給機の回転バランス検査は、過給機を製品として出荷する前に行われる。
回転バランス検査は、例えば図１１に示す装置により行われる。図１１に示すように、全構成部品の組み立てが完成した過給機２１からコンプレッサハウジング（図示せず）を取り外す。次いで、この過給機２１のタービンハウジング（支持部）２３をボルト２５などで支持体（ベース部）２７に取付ける。その後、エンジンの排ガスと同じ程度の圧力を有する圧縮ガスをタービン翼２９に供給することで、タービン翼２９、コンプレッサ翼３１および回転軸３３からなる回転体を回転駆動する。回転体が所定の回転速度に達したら、加速度ピックアップ３５で回転体の加速度（即ち、振動）を検出しつつ、回転角検出器３７により回転体の回転角を検出する。これにより、例えば、演算器３８が、所定の回転速度において、どの回転角でどの程度の加速度（振動）が生じているかを検出する。この検出データに基づいて、アンバランス量を求める。このアンバランス量を無くすように回転体の一部（例えば、ナット３９の一部）を除去加工することでバランス修正を行う（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３９９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、バランス修正を行った後、過給機の使用範囲である数万〜１０万ｒｐｍ以上に徐々に回転数を上げていくスイープ運転を行い、このスイープ運転域の全ての回転数において有害な振動が無いことを確認するのが望ましい。
しかしながら、スイープ運転域において過給機の回転体の振動特性を計測する際、計測にバラツキが生じ、検査を精度良く行えないおそれがあった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、スイープ運転域での回転機械の振動検査を精度良く行うことのできる、回転機械支持装置及びその設計方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、回転機械及びこの回転機械を支持する支持部との振動計測系の共振周波数がスイープ運転域に存在すると、共振により振動計測系（回転機械）の振動が増幅されることで振動計測のバラツキが大きくなり、正確な計測が困難となるという知見を得た。そして、このような知見に基づいて本発明を完成させた。
【０００８】
本発明の回転機械支持装置は、流体により回転駆動されるタービン翼、及び該タービン翼が固定される回転軸を有した回転機械を支持する回転機械支持装置において、ベース部と、前記回転機械を支持する支持部と、を有し、前記支持部は、前記回転機械を支持するマウント部材と、該マウント部材を前記ベース部に取付けるためのバネ部材と、を含んでおり、前記支持部及び前記回転機械を含む第１の振動計測系は、少なくとも振動計測方向における共振周波数が前記回転機械のスイープ運転域の初期回転数よりも低く構成され、前記第１の振動計測系から前記バネ部材を除いた第２の振動計測系は、共振周波数が前記回転機械のスイープ運転域の終期回転数よりも高く構成されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の回転機械支持装置によれば、第１の振動計測系の少なくとも振動計測方向における共振周波数がスイープ運転域の初期回転数より低く設定されるので、スイープ運転域における振動計測中の外乱振動を絶縁することができる。また、第２の振動計測系の共振周波数がスイープ運転域の終期回転数より高く設定されるので、スイープ回転数内に有害な共振点が無くなって共振による振動の発生を抑制できる。
したがって、スイープ回転域での振動検査を精度良く行うことができる。
【００１０】
また、上記回転機械支持装置においては、前記第１の振動計測系は、６自由度それぞれの前記共振周波数が前記回転機械のスイープ運転域の初期回転数よりも低く設定されていることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、６自由度の全ての共振周波数がスイープ運転域の初期回転数よりも低く設定されるので、外乱振動をより確実に絶縁することができる。
【００１２】
また、上記回転機械支持装置においては、前記第２の振動計測系は、当該第２の振動計測系を構成する各構成部材の前記共振周波数の各々が前記終期回転数よりも高く設定されていることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、スイープ回転域に有害な共振が含まれることを防止し、高精度な計測を行うことが可能となる。
【００１４】
また、本発明の回転機械支持装置の設計方法は、流体により回転駆動されるタービン翼、及び該タービン翼が固定される回転軸を有した回転機械を支持する回転機械支持装置の設計方法において、前記回転支持装置は、ベース部と、前記回転機械を支持するマウント部材および該マウント部材を前記ベース部に取付けるためのバネ部材を含む支持部と、を有しており、前記支持部及び前記回転機械を含む第１の振動計測系を、少なくとも振動計測方向における共振周波数が前記回転機械のスイープ運転域の初期回転数よりも低くなるように設計するとともに、前記第１の振動計測系から前記バネ部材を除いた第２の振動計測系を、共振周波数が前記回転機械のスイープ運転域の終期回転数よりも高くなるように設計する工程を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の回転機械支持装置の設計方法によれば、第１の振動計測系の少なくとも振動計測方向における共振周波数がスイープ運転域の初期回転数より低く設定されるので、スイープ運転域における振動計測中の外乱振動を絶縁することができる。また、第２の振動計測系の共振周波数がスイープ運転域の終期回転数より高く設定されるので、スイープ運転域内に有害な共振点が無くなって共振による振動の発生を抑制できる。
したがって、スイープ運転域での振動検査を精度良く行うことを可能とする回転機械支持装置を得ることができる。
【００１６】
また、上記回転機械支持装置の設計方法においては、前記第１の振動計測系については、６自由度それぞれの前記共振周波数を前記初期回転数よりも低くすることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、６自由度の全ての共振周波数がスイープ運転域の初期回転数よりも低く設定されるので、外乱振動をより確実に絶縁することができる。
【００１８】
また、上記回転機械支持装置の設計方法においては、前記第２の振動計測系については、該第２の振動計測系を構成する各構成部材のそれぞれの共振周波数を前記終期回転数よりも高くすることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、スイープ運転域に有害な共振が存在することを防止することができ、高精度な計測を行うことが可能となる。
【００２０】
また、上記回転機械支持装置の設計方法においては、前記バネ部材の形状及び／又は材質を変更することで前記第１の振動計測系の前記共振周波数を設定することが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、バネ部材の形状及び／又は材質を変更することで、第１の振動計測系におけるバネ定数を低くすることができ、結果として第１の振動計測系における共振周波数をスイープ運転域の初期回転数よりも低くすることができる。
【００２２】
また、上記回転機械支持装置の設計方法においては、前記マウント部材に補強部を設ける事で前記第２の振動系における前記共振周波数を設定することが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、マウント部材に補強部を設ける事で第２の振動計測系におけるバネ定数を向上させ、その結果、第２の振動計測系における共振周波数をスイープ運転域の終期回転数よりも高くすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、回転機械に対し、スイープ回転域での振動検査を精度良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、本実施形態に係る回転支持装置に支持される過給機の構成を示す図である。過給機１は、図１（ａ）に示されるように、エンジンの排ガスにより回転駆動されるタービン翼３と、タービン翼３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５と、一端部にタービン翼３が連結され他端部にコンプレッサ翼５が連結される回転軸７とを有する。また、過給機１は、タービン翼３を内部に収容するタービンハウジング９と、コンプレッサ翼５を内部に収容するコンプレッサハウジング（本実施例では取り外してあるため不図示となっている）と、回転軸７を支持する軸受け８ａ、８ｂが内部に組み込まれる軸受けハウジング８と、を備える。
【００２６】
タービンハウジング９には、タービン翼３を回転駆動する流体（エンジンからの排ガス）を流すスクロール流路９ａが形成されている。軸受けハウジング８とタービンハウジング９とは、カップリング部材２により結合されている。
【００２７】
図１（ｂ）は、回転軸７の軸方向から視たカップリング部材２を示す図である。図１（ｂ）に示されるように、カップリング部材２は、互いに分割されている１対の半円弧状部材２ａと、１対の半円弧状部材２ａを結合するボルト２ｂおよびナット２ｃとから構成される。なお、カップリング部材２を用いずに、軸受けハウジング８およびタービンハウジング９をボルトなどによって直接連結するようにしてもよい。
【００２８】
図２は、本実施形態に係る回転機械支持装置１０の断面構成を示す図である。回転機械支持装置１０は、上記過給機１の回転バランス検査を行う場合に支持可能な支持装置である。なお、図２では、図１（ａ）に示した過給機１が回転機械支持装置１０に取付けられた状態を示している。図３は、図２のＡ−Ａ線矢視図であり、図２は図３のＢ−Ｂ線矢視図である。また、図４は、回転機械支持装置１０の詳細斜視図である。
【００２９】
回転機械支持装置１０は、ベース部５０と、このベース部５０上に取付けられ上記過給機１を支持するための支持部５１と、を主体として構成される。
支持部５１は、回転機械を支持するマウント部材１５と、このマウント部材１５を上記ベース部５０に取付けるためのバネ部材５２と、を含んでいる。さらに、支持部５１は、その構成要素として、過給機取付け用のハウジング部材６と、押付部材１１と、を備えている。
【００３０】
支持部５１は、マウント部材１５に取付けられたバネ部材５２の一端側がベース部５０に設けられた不図示の取付部に固定されることで、ベース部５０に取付けられたものとなっている。
【００３１】
すなわち、回転機械支持装置１０に過給機１を支持する際には、過給機１のタービンハウジング９及び不図示のコンプレッサハウジングを取り外し、このタービンハウジング９の代わりとなるハウジング部材６を設ける。なお、ハウジング部材６（流路部分１４）と完成品に取付けられている上記タービンハウジング９とは、形状および寸法の少なくともいずれかが異なっていていても良い。
【００３２】
ハウジング部材６は、流路部分１４と取付部分１３とから構成されている。流路部分１４には、タービン翼３を回転駆動する流体を流す流路１４ａが形成されている。一方、取付部分１３には流路１４ａは形成されていない。本実施形態では、流路部分１４と取付部分１３とは、互いに分割された別部材である。
【００３３】
押付部材１１は、流路１４ａよりもコンプレッサ翼５側の位置にて過給機１の被押付部１ａに押付力を作用させるものである。図２〜図４に示されるように、被押付部１ａは軸受けハウジング８の一部であり、軸受けハウジング８の外周面から回転軸７の半径方向に突出した突出部である。この被押付部１ａは、図３に示されるように回転軸７の軸方向から視た場合、環状となっている。
【００３４】
また、マウント部材１５には、押付部材１１を被押付部１ａに押し付ける押圧力発生装置１２が設けられている。この押圧力発生装置１２としては、例えば油圧式のものを用いた。すなわち、図２〜図４の例では、押付部材１１は、油圧クランプのクランプロッドである。この場合、押付部材１１は、油圧により旋回しながら回転軸７の軸方向に移動させられる公知のスイング式クランプロッドであってもよい。この油圧が供給される油圧室は油圧クランプ本体（押圧力発生装置１２）の内部に形成され、油圧クランプ本体はマウント部材１５に固定される。図２の例では、このようなクランプロッド（押付部材１１）と油圧クランプ本体（押圧力発生装置１２）からなる油圧クランプを、回転軸７の周方向に間隔をおいて４つ設けている。
【００３５】
取付部分１３は、流路１４ａよりもコンプレッサ翼５側の位置にて被押付部１ａを押付部材１１との間に挟みこむ。これにより、被押付部１ａが上記押付力により取付部分１３に押し付けられるようになっている。
図４に示されるように、取付部分１３はボルト孔１６内に設けられた不図示のボルトによってマウント部材１５に固定されている。また、図２に示されるように、マウント部材１５には、流路部分１４がボルト孔１９に挿入されたボルト１７などの結合手段により取り付け固定されている。なお、他の図（図２、３）では、ボルト孔１６の図示を省略している。
【００３６】
具体的には、取付部分１３は、図２に示されるように、内側部１３ａと延長部１３ｂとを有している。内側部１３ａは、回転軸７の半径方向の位置が被押付部１ａと同じとされており、上記押付力を受けるようになっている。
【００３７】
延長部１３ｂは、内側部１３ａから半径方向の外方に流路部分１４の外側まで延び、タービン翼３側の端部にてマウント部材１５に上記ボルトにより結合されマウント部材１５に押付力を作用させる。これにより、押圧力をタービンハウジング９に作用させず、又はほとんど作用させることなく、上記押圧力をマウント部材１５に作用させることが可能となっている。
【００３８】
図５は、図３において取付部分１３以外の部材を省略した図であり、取付部分１３の平面構成図を示している。図５に示されるように、取付部分１３には、軸受けハウジング８が挿入される開口１３ｃ（図５を参照）が形成されている。すなわち、取付部分１３は、その開口１３ｃの形状と整合するように軸方向から視て円形とされ、軸受けハウジング８の外周面を取付部分１３の開口１３ｃに挿入かつ嵌合させるようになっている。
【００３９】
すなわち、マウント部材１５は、上述のように取付部分１３および押付部材１１を含むハウジング部材６と、押付部材１１を介して過給機１を支持したものとなっている。したがって、マウント部材１５には押付部材１１による押付力が取付部分１３を介して作用される。
【００４０】
上述の回転機械支持装置１０に過給機１を取付けるには、まず完成品の過給機１（図１１参照）からタービンハウジング９とコンプレッサハウジングとを取り外した状態にする。一方、マウント部材１５には、流路部分１４と取付部分１３とをこの順で取り付ける（固定する）。次いで、開口１３ｃにタービン翼３を通すとともに軸受けハウジング８の一部を取付部分１３の開口１３ｃに挿入した状態にする。この状態で、押付部材１１により、軸受けハウジング８の被押付部１ａを、取付部分１３を介してマウント部材１５に押し付ける。これにより、過給機１をマウント部材１５に取り付け固定する。なお、流路部分１４及び取付部分１３のマウント部材１５への取り付け（固定）は、上述のようにボルトなどの結合手段により行う。
【００４１】
ところで、一般的に、過給機などの回転機械は製品出荷前に回転バランス検査及び必要に応じてバランス修正加工を行っている。
回転バランス検査は、タービン翼、コンプレッサ翼および回転軸からなる回転体を回転機械支持装置に取付け、所定の回転数で回転駆動させることで、回転体のアンバランス量を求める。そして、このアンバランス量を無くすように回転体の一部（例えば、コンプレッサ翼と回転軸とを連結するナットの一部）を除去加工することで回転体のバランス修正を行う。
【００４２】
さらに、バランス修正を行った後、過給機を通常使用範囲である数万（例えば、４万）〜１０万ｒｐｍ以上に徐々に回転数を上げていくスイープ運転を行う。このとき、スイープ運転域の全ての回転数において有害な振動が生じないことを確認するようにしている。
【００４３】
図６は、上記回転機械支持装置１０に支持されたバランス修正後の過給機１について、スイープ運転域において回転検査を行った際の振動特性を示す図である。図７は、従来の回転機械支持装置において、スイープ回転域内で回転検査を行った場合に生じていた振動特性を示す比較図であり、図７（ａ）は図６（ａ）に対応し、図７（ｂ）は図６（ｂ）に対応する。なお、図６，７においては、過給機１の加振力毎に折れ線グラフが描かれている。すなわち、図６，７において、複数の折れ線グラフは、回転軸７の先端部に設けられる試し錘（不図示）の位置を変化させ、過給機１の加振力を異ならせた場合を示している。
【００４４】
図６（ａ）、図７（ａ）において、横軸はタービンの回転数［Ｋｒｐｍ］を示している。また、縦軸は影響係数αの相対値を示す。影響係数αは、α＝Ｇ／Ｕで求められる値である。ここで、Ｇはタービンが回転駆動されている時に、過給機１の軸受け８ａ，８ｂが回転軸７から受ける加速度振幅[ｍ／ｓ２]であり、Ｕはタービン翼３、回転軸７およびコンプレッサ翼５からなる回転体のアンバランス量[ｇ]である。すなわち、影響係数αは、回転時の回転体における振動に影響を及ぼす度合いを示すものである。
また、図６（ｂ）、図７（ｂ）において、横軸はタービン翼の回転数［Ｋｒｐｍ］を示し、縦軸は影響係数αの位相（すなわち、回転体の回転角）［ｄｅｇ］を示す。
【００４５】
図６と図７に基づいて本実施形態に係る回転機械支持装置と従来の回転機械支持装置との特性を比較する。
従来の回転機械支持装置においては、過給機のスイープ運転域と、過給機及びこの過給機を支持する支持部とから構成される振動計測系の共振周波数と、の相関関係が考慮されていなかったため、過給機のスイープ運転域内に上記振動計測系の共振周波数が存在するおそれがあった。このようにスイープ運転域内に振動計測系の共振周波数が存在すると、共振が生じることで振動計測系（回転機械）の振動が増幅されてしまい、振動計測のバラツキが大きくなって正確な計測が困難となってしまう。
【００４６】
このようにスイープ運転域内に共振周波数が存在すると、図７（ａ），（ｂ）に示されるように影響係数αおよびその位相が加振力の違いによってばらつくことが分かる。すなわち、スイープ運転域内に共振周波数が存在すると、影響係数αにおける線形性が崩れてしまう（非線形性を示す）ことを意味している。このように影響係数αのバラツキが生じると、振動計測時の誤差が多くなり、スイープ領域内における振動現象を正確に把握することが難しくなる。
【００４７】
本発明者は、上述のように回転機械及びこの回転機械を支持する支持部との振動計測系の共振周波数がスイープ回転領域内に存在すると振動計測のバラツキが大きくなって正確な計測が困難となるという知見を得た。そして、この知見に基づき、本実施形態に係る回転機械支持装置１０を以下のように構成した。
【００４８】
すなわち、本実施形態に係る回転機械支持装置１０においては、上記支持部５１及び過給機１を含む第１の振動計測系を、少なくとも振動計測方向における共振周波数が過給機１のスイープ運転域の初期回転数よりも低く構成されるようにした。さらに、本実施形態に係る回転機械支持装置１０においては、上記第１の振動計測系から上記バネ部材５２を除いた第２の振動計測系を、共振周波数が過給機１のスイープ運転領域の終期回転数よりも高く構成されるようにした。
【００４９】
本実施形態では、後述の設計方法において説明するように、スイープ運転域内から第１の振動計測系及び第２の振動計測系における共振点を無くすようにそれぞれの形状を設計している。
【００５０】
これにより、加振力の違いにより影響係数αがばらつかない（影響係数αが線形性を保っている）ようにすることができ、スイープ運転域内での振動計測のバラツキが抑制されて、図６（ａ），（ｂ）に示されるように複数の折れ線が重なった状態となる。
【００５１】
図８は、本実施形態に係る回転機械支持装置１０及びその比較対象として従来の回転機械支持装置を用いた場合において、それぞれスイープ領域内において過給機１の回転バランス検査を行った結果を示すものであり、図８（ａ）は本実施形態に係る結果を示し、図８（ｂ）は従来に係る結果を示している。なお、図８（ａ）、（ｂ）における複数の折れ線は、各々が複数種類の過給機の振動特性を示している。
【００５２】
図８（ｂ）に示されるように、従来はスイープ運転域内において影響関数がばらつくため、振動計測を良好に行うことができず、過給機の個体差による振動現象の違いが分かり難かった。一方、本実施形態によれば、図８（ａ）に示されるように、スイープ運転域内に共振点が存在しないため、過給機個体差による振動現象の違いを明確に把握することができる。
【００５３】
したがって、本実施形態によれば、上述のようにアンバランス修正を行った後、スイープ回転域内において過給機１の回転バランスを確認する検査を行った場合でも、高精度な計測を行うことができる。
【００５４】
（回転機械支持装置の設計方法）
続いて、上記回転機械支持装置１０の設計方法について説明する。
まず、支持部５１及びこの支持部５１に支持される過給機１を含む第１の振動計測系を、少なくとも振動計測方向における共振周波数が過給機１のスイープ運転域の初期回転数よりも低くなるように設計する（ステップＳ１）。
【００５５】
図９は第１の振動計測系における振動解析用の３次元形状モデルを示す図であり、この図においては、回転軸の軸方向をＸ軸方向とし、このＸ軸にそれぞれ直交する方向をＹＺ軸方向としている。
【００５６】
具体的に本実施形態では、３次元形状モデルＭを用いて振動解析シミュレーションを行い、６自由度の全ての共振周波数がスイープ運転域の初期回転数より低くなるように第１の振動計測系を決定する。なお、６自由度としては、図９中のＸＹＺ軸のそれぞれの軸方向における並進振動の３自由度と、ＸＹＺ軸のそれぞれの軸周りの回転方向の３自由度と、を含んでいる。
【００５７】
共振周波数を低く調整するには、例えばバネ部材５２のバネ定数を下げることで対応することができる。具体的には、図９に示されるバネ部材５２の２次元ブロックバネの１辺を細くする、或いはスリットＳの切り込みを深くすることで、バネ定数を低下させることができる。
【００５８】
なお、本実施形態では、上記バネ部材５２として２次元ブロックバネを用いているが、本発明はこれに限定されず、コイルバネや板バネを用いることもできる。コイルバネを用いる場合、コイルの線径を細くする、或いはバネの巻き密度を粗くすることで上述のようにバネ定数を下げることができる。板バネを用いる場合、板バネの厚みを薄くすることでバネ定数を下げることができる。なお、形状だけでなくバネ部材５２の材料を変更し、ヤング率を低くすることによりバネ定数を低くするようにしてもよい。
【００５９】
上述のように、振動解析シミュレーションにおいては、第１の振動計測系における６自由度の全ての共振周波数が上記スイープ運転域の初期回転数よりも低くする条件で上述のバネ定数を設定することが最も望ましい。
【００６０】
しかしながら、６自由度の全てにおいて共振周波数が上述の条件を満たされるようにバネ定数を設定するのは困難となる場合もある。そのような場合、回転機械支持装置１０における振動計測センサの計測方向に影響を及ぼし難い振動モード（例えば、計測方向と直交する振動モード、計測方向を中心とする回転振動モード）については必ずしもスイープ運転域の初期回転数よりも低くする必要は無い。
すなわち、上記第１の振動計測系に関しては、少なくとも振動計測方向における共振周波数をスイープ運転域の初期回転数よりも低くするように上記バネ定数を設定することも可能とされる。
【００６１】
例えば、回転機械支持装置１０における振動計測センサの振動計測方向が図９におけるＺ軸方向に一致する場合、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸中心の回転のモード（共振周波数）はスイープ運転域に含まれてもよい。また、振動計測方向がＹ軸方向に一致する場合、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向、Ｙ軸中心の回転のモード（共振周波数）はスイープ運転域に含まれてもよい。また、振動計測方向がＸ軸方向に一致する場合、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、Ｘ軸中心の回転のモード（共振周波数）がスイープ運転域に含まれてもよい。
【００６２】
続いて、上述のステップＳ１に加えて、上記第１の振動計測系からバネ部材５２を除いた第２の振動計測系を、その共振周波数が過給機１のスイープ運転域の終期回転数よりも高くなるように設計する（ステップＳ２）。
この場合、第２の振動計測系を構成する各部材の共振周波数をそれぞれ上記終期回転数よりも高くする。すなわち、各部材のうち、最も低い共振周波数が上記終期回転数よりも高くする。
【００６３】
以下、マウント部材１５の共振周波数を高く調整する場合を一例として説明する。
まず、マウント部材１５に関する３次元形状モデルを形成し、このモデルについて振動解析シミュレーションを行う。
その結果、例えばマウント部材１５に捩れが生じていた場合、捩れ方向のみに強度を向上させるように部材の肉厚を増加させる補強部材を設ける。なお、このような補強を行うとマウント部材１５の質量が増加するが、この場合、上述の第１の振動計測系の共振振動数（バネ定数）が低下することとなるため、問題は無い。
【００６４】
図１０はマウント部材１５における共振周波数を高くする場合における３Ｄモデルの形状の変化を示すものであり、図１０（ａ）は改良前（設計当初）のマウント部材の構成を示す図であり、図１０（ｂ）は改良後の上記マウント部材１５の構成を示す図である。なお、各図はシミュレーション結果時の３Ｄモデルを図示しており、捩れが生じた状態となっている。
【００６５】
上記終期回転数よりも共振周波数を高くする場合、その値を２ＫＨｚ以上に設定する必要がある。図１０（ａ）に示されるように、設計当初のマウント部材１００は、バネ部材の取付け位置をマウント下部１００ａとし、掘り込み部１０１を大きく取った構造とされており、その共振周波数が１９０４Ｈｚであった。
これに対し、本実施形態に係るマウント部材１５においては、図１０（ｂ）に示されるように上記掘り込み部１０１に起因して生じる捩れ方向に対する強度を向上させる補強部材としてハウジング６の一部をなす上記取付部分１３を設けるようにした。さらに、本実施形態においては、バネ部材５２の取付位置をマウント中央部１５ａに変更した。その結果、マウント部材１５の共振周波数を２２８８ＫＨｚまで向上させることができた。
【００６６】
ところで、補強に伴ってマウント部材１５自体の質量が増加してしまうと、結果として共振周波数が変化しないおそれもある。そのため、強度の向上を伴う形状変更においては、同じ質量で振動方向のヤング率を如何に向上する補強を行うかが重要となる。共振周波数は、√（弾性率／比重）の値に比例するため、マウント部材１５の共振周波数を上げるためには、弾性率が高い材料、及び／又は比重の小さい材料を採用するのが好ましく、例えばファインセラミックスやＭＭＣ（Ｍｅｔａｌ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）等を例示できる。
【００６７】
また、共振周波数を終期回転数よりも高くする設定する場合においても、回転機械支持装置１０における振動計測センサの計測方向に影響を及ぼし難い振動モードについては必ずしもスイープ運転域の終期回転数よりも高くする必要は無い。
【００６８】
例えば、回転機械支持装置１０における振動計測センサの振動計測方向が図１０におけるＺ軸方向に一致し、マウント部材１５にＺ軸を中心とする捩れ（回転）が生じる場合、上記捩れモードがスイープ運転域内に入るようにしてもよい。また、回転機械支持装置１０における振動計測方向がＹ軸方向に一致する場合、マウント部材１５に生じるＹ軸中心の振れの振動モードの共振周波数はスイープ運転域に含まれてもよい。同様に、回転機械支持装置１０における振動計測方向がＸ軸方向に一致する場合、マウント部材１５に生じるＸ軸中心の振れの振動モードの共振周波数はスイープ運転域に含まれてもよい。
【００６９】
本実施形態に係る回転機械支持装置の設計方法によれば、第１の振動計測系の少なくとも振動計測方向における共振周波数がスイープ運転域の初期回転数より低く設定されるので、スイープ運転域における振動計測中の外乱振動を絶縁することができる。また、第２の振動計測系の共振周波数がスイープ運転域の終期回転数より高く設定されるので、スイープ運転域内に有害な共振点が無くなって共振による振動の発生を抑制できる。
したがって、スイープ運転域での振動検査を精度良く行うことを可能とする上記回転機械支持装置１０を設計できる。
【００７０】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
本発明の回転機械支持装置は、過給機以外にターボ圧縮機やガスタービン等の他の回転機械にも適用可能である。すなわち、タービン翼に流体を供給することで回転駆動される回転機械であれば、本発明の回転機械支持装置を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本実施形態に係る回転支持装置に支持される過給機の構成を示す図である。
【図２】回転機械支持装置の断面構成を示す図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線矢視図である。
【図４】回転機械支持装置の詳細な構成を示す斜視図である。
【図５】取付部分の平面構成図を示すものである。
【図６】回転機械支持装置に支持された回転機械の振動特性を示す図である。
【図７】従来の回転機械支持装置に支持された回転機械の振動特性を示す図である。
【図８】本実施形態に係る回転機械支持装置の効果を説明するための図である。
【図９】回転機械支持装置の設計方法を説明するための図である。
【図１０】図９に続く、回転機械支持装置の設計方法を説明するための図である。
【図１１】従来における過給機の回転バランス検査を行うための構成図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…過給機（回転機械）、３…タービン翼、７…回転軸、１０…回転機械支持装置、１５…マウント部材、５０…ベース部、５１…支持部、５２…バネ部材
【図１】
2010025862.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010025862.tif 000010
【図９】
2010025862.tif 000011
【図１０】
2010025862.tif 000012
【図１１】
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