(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械のロータの損傷を診断する回転体の損傷診断方法であって、
前記ロータの軸方向の複数箇所にて、前記ロータを一回転させたときの前記ロータの重力方向の変位量を計測すると共に、計測した変位量のデータから当該変位量のデータの最小値を減じた差分変位量を求め、前記ロータの回転角に対する差分変位量の関係を求め、  かつ、前記ロータの軸方向の距離に対する差分変位量の最大値の関係を求め、
前記ロータの回転角に対する差分変位量の関係を用い、差分変位量が最大となる前記ロータの回転角から、前記ロータの周方向におけるクラック位置を特定すると共に、
前記ロータの軸方向の距離に対する差分変位量の最大値の関係を用い、差分変位量の最大値が最大となる前記ロータの軸方向の距離から、前記ロータの軸方向におけるクラック位置を特定する
ことを特徴とする回転体の損傷診断方法。
【請求項２】
回転機械のロータの損傷を診断する回転体の損傷診断方法であって、
前記ロータの軸方向の複数箇所にて、前記ロータを一回転させたときの前記ロータの重力直角方向の変位量を計測すると共に、計測した変位量のデータから前記ロータの回転角に対する重力直角方向の変位量の関係を求め、
かつ、前記ロータの軸方向の距離に対する重力直角方向の変位量の最大値の関係を求め、
前記ロータの回転角に対する重力直角方向の変位量の関係を用い、重力直角方向の変位量が最大から最小あるいは最小から最大に移行する際に重力直角方向の変位量が０となる前記ロータの回転角から、前記ロータの周方向におけるクラック位置を特定すると共に、  前記ロータの軸方向の距離に対する重力直角方向の変位量の最大値の関係を用い、重力直角方向の変位量の最大値が最大となる前記ロータの軸方向の距離から、前記ロータの軸方向におけるクラック位置を特定する
ことを特徴とする回転体の損傷診断方法。
【請求項３】
回転機械のロータの損傷を診断する回転体の損傷診断装置であって、
前記ロータの軸方向の複数箇所にて、前記ロータを一回転させたときの前記ロータの重力方向の変位量を計測する変位計測手段と、
計測した変位量のデータから当該変位量のデータの最小値を減じた差分変位量を求め、前記ロータの回転角に対する差分変位量の関係を求める周方向差分変位量演算部と、
前記ロータの軸方向の距離に対する差分変位量の最大値の関係を求める軸方向差分変位量演算部と、
前記ロータの回転角に対する差分変位量の関係を用い、差分変位量が最大となる前記ロータの回転角から、前記ロータの周方向におけるクラック位置を特定すると共に、
前記ロータの軸方向の距離に対する差分変位量の最大値の関係を用い、差分変位量の最大値が最大となる前記ロータの軸方向の距離から、前記ロータの軸方向におけるクラック位置を特定するクラック位置特定部と、
を備えたことを特徴とする回転体の損傷診断装置。
【請求項４】
回転機械のロータの損傷を診断する回転体の損傷診断装置であって、
前記ロータの軸方向の複数箇所にて、前記ロータを一回転させたときの前記ロータの重力直角方向の変位量を計測する変位計測手段と、
計測した変位量のデータから前記ロータの回転角に対する重力直角方向の変位量の関係を求める周方向変位量演算部と、
前記ロータの軸方向の距離に対する重力直角方向の変位量の最大値の関係を求める軸方向変位量演算部と、
前記ロータの回転角に対する重力直角方向の変位量の関係を用い、重力直角方向の変位量が最大から最小あるいは最小から最大に移行する際に重力直角方向の変位量が０となる前記ロータの回転角から、前記ロータの周方向におけるクラック位置を特定すると共に、  前記ロータの軸方向の距離に対する重力直角方向の変位量の最大値の関係を用い、重力直角方向の変位量の最大値が最大となる前記ロータの軸方向の距離から、前記ロータの軸方向におけるクラック位置を特定するクラック位置特定部と、
を備えたことを特徴とする回転体の損傷診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンやコンプレッサ等の回転機械に用いられるロータ（回転軸）の損傷を診断する回転体の損傷診断方法及び回転体の損傷診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転機械では、運転中に材料の疲労などによってロータにクラックが発生する可能性がある。発電所で用いられる蒸気タービンやガスタービンのロータにクラックが発生すると、大きな事故につながるだけでなく、インフラとしての影響も大きく、社会生活に大きな支障をきたすおそれがある。このため、ロータに発生したクラック（損傷）を検出する回転体の損傷診断は重要である。
【０００３】
従来の回転体の損傷診断方法としては、定期点検時などに回転機械を分解してロータを取り出し、超音波探診などの非破壊検査を行う方法が知られている。
【０００４】
また、その他の回転体の損傷診断方法として、運転中のロータの振動を計測し、この振動の大小によりクラックの有無を検出する方法が提案されている。
【０００５】
さらに、特許文献１では、ロータを微速で回転させたときのロータの振れ変化を変位センサにより求め、得られた振れ変化を基に、ロータの回転軸を中心とする振れの大きさの分布を示す位相特性を求め、得られた位相特性からロータの欠陥の有無を検出する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１１１１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、回転機械を分解してロータを取り出して検査を行う方法では、回転機械を分解組み立てしなければならないため、回転機械を長期間休止させる必要があり、作業工数がかかるという問題がある。また回転機械の振動問題の発生は機械の分解点検後に最も発生率が高いといわれているので、むやみに回転機械を分解することは望ましくない。
【０００８】
また、運転中のロータの振動からクラックの有無を検出する方法では、振動波形をスペクトル分解し、その変化から異常を検知しようとするものであるが、回転一次、二次、三次の振動ともクラック以外の原因でも発生するので、一回の振動測定で判定可能なわけではない。通常長時間にわたる振動測定を行い、傾向分析から異常が発生したらしい（クラックが発生したらしい）と判定することになるが、この判定はクラックが非常に大きくなった時に始めて可能になることが多い。したがって振動計測によるクラックの検知法はいまだ実用段階にあるとはいえない。
【０００９】
さらに、特許文献１の方法では、ロータの変形の周期的な変化からクラックの有無を検出する方法であるから、回転機械を分解せずにロータのクラックの有無を検出することはできるものの、クラックの位置までは特定できないという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、回転機械を分解せずにロータのクラックの有無を検出でき、かつ、クラックの位置を特定可能な回転体の損傷診断方法及び回転体の損傷診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、回転機械のロータの損傷を診断する回転体の損傷診断方法であって、前記ロータの軸方向の複数箇所にて、前記ロータを一回転させたときの前記ロータの重力方向の変位量を計測すると共に、計測した変位量のデータから当該変位量のデータの最小値を減じた差分変位量を求め、前記ロータの回転角に対する差分変位量の関係を求め、かつ、前記ロータの軸方向の距離に対する差分変位量の最大値の関係を求め、前記ロータの回転角に対する差分変位量の関係を用い、差分変位量が最大となる前記ロータの回転角から、前記ロータの周方向におけるクラック位置を特定すると共に、前記ロータの軸方向の距離に対する差分変位量の最大値の関係を用い、差分変位量の最大値が最大となる前記ロータの軸方向の距離から、前記ロータの軸方向におけるクラック位置を特定する回転体の損傷診断方法である。
【００１２】
また、本発明は、回転機械のロータの損傷を診断する回転体の損傷診断方法であって、前記ロータの軸方向の複数箇所にて、前記ロータを一回転させたときの前記ロータの重力直角方向の変位量を計測すると共に、計測した変位量のデータから前記ロータの回転角に対する重力直角方向の変位量の関係を求め、かつ、前記ロータの軸方向の距離に対する重力直角方向の変位量の最大値の関係を求め、前記ロータの回転角に対する重力直角方向の変位量の関係を用い、重力直角方向の変位量が最大から最小あるいは最小から最大に移行する際に重力直角方向の変位量が０となる前記ロータの回転角から、前記ロータの周方向におけるクラック位置を特定すると共に、前記ロータの軸方向の距離に対する重力直角方向の変位量の最大値の関係を用い、重力直角方向の変位量の最大値が最大となる前記ロータの軸方向の距離から、前記ロータの軸方向におけるクラック位置を特定する回転体の損傷診断方法である。
【００１３】
また、本発明は、回転機械のロータの損傷を診断する回転体の損傷診断装置であって、前記ロータの軸方向の複数箇所にて、前記ロータを一回転させたときの前記ロータの重力方向の変位量を計測する変位計測手段と、計測した変位量のデータから当該変位量のデータの最小値を減じた差分変位量を求め、前記ロータの回転角に対する差分変位量の関係を求める周方向差分変位量演算部と、前記ロータの軸方向の距離に対する差分変位量の最大値の関係を求める軸方向差分変位量演算部と、前記ロータの回転角に対する差分変位量の関係を用い、差分変位量が最大となる前記ロータの回転角から、前記ロータの周方向におけるクラック位置を特定すると共に、前記ロータの軸方向の距離に対する差分変位量の最大値の関係を用い、差分変位量の最大値が最大となる前記ロータの軸方向の距離から、前記ロータの軸方向におけるクラック位置を特定するクラック位置特定部と、を備えた回転体の損傷診断装置である。
【００１４】
また、本発明は、回転機械のロータの損傷を診断する回転体の損傷診断装置であって、前記ロータの軸方向の複数箇所にて、前記ロータを一回転させたときの前記ロータの重力直角方向の変位量を計測する変位計測手段と、計測した変位量のデータから前記ロータの回転角に対する重力直角方向の変位量の関係を求める周方向変位量演算部と、前記ロータの軸方向の距離に対する重力直角方向の変位量の最大値の関係を求める軸方向変位量演算部と、前記ロータの回転角に対する重力直角方向の変位量の関係を用い、重力直角方向の変位量が最大から最小あるいは最小から最大に移行する際に重力直角方向の変位量が０となる前記ロータの回転角から、前記ロータの周方向におけるクラック位置を特定すると共に、前記ロータの軸方向の距離に対する重力直角方向の変位量の最大値の関係を用い、重力直角方向の変位量の最大値が最大となる前記ロータの軸方向の距離から、前記ロータの軸方向におけるクラック位置を特定するクラック位置特定部と、を備えた回転体の損傷診断装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転機械を分解せずにロータのクラックの有無を検出でき、かつ、クラックの位置を特定可能な回転体の損傷診断方法及び回転体の損傷診断装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）は、本実施の形態に係る回転体の損傷診断方法に用いる回転体の損傷診断装置の概略図であり、（ｂ）はその１Ｂ−１Ｂ線断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、本発明において、ロータにクラックが発生すると、クラックの位置により重力方向の変位量が変化することを説明する図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明において、ロータにクラックが発生すると、クラックの位置により重力直角方向の変位量が変化することを説明する図である。
【図４】本発明の回転体の損傷診断方法の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明において、周方向差分変位量グラフの一例を示す図である。
【図６】本発明において、軸方向差分変位量グラフの一例を示す図である。
【図７】本発明において、周方向変位量グラフの一例を示す図である。
【図８】本発明において、軸方向変位量グラフの一例を示す図である。
【図９】ロータの軸方向の距離に対する重力方向の変位量の最大値のグラフを示す図である。
【図１０】本発明の実施例において、ＦＥＭ解析により得た周方向差分変位量グラフを示す図である。
【図１１】本発明の実施例において、ＦＥＭ解析により得た軸方向差分変位量グラフを示す図である。
【図１２】本発明の実施例において、クラック位置を変化させたときの軸方向差分変位量グラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１８】
図１（ａ）は、本実施の形態に係る回転体の損傷診断方法に用いる回転体の損傷診断装置の概略図であり、図１（ｂ）はその１Ｂ−１Ｂ線断面図である。
【００１９】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、回転体の損傷診断装置１は、回転機械１０のロータ１１の軸方向の複数箇所に設けられ、ロータ１１の重力方向の変位量（撓み量）と重力直角方向の変位量（撓み量）とを計測する変位量計測手段２と、変位量計測手段２で計測したロータ１１の重力方向の変位量と重力直角方向の変位量とを基に、ロータ１１のクラックの有無を検出すると共に、ロータ１１のクラック位置（クラックの発生箇所）を特定するためのパソコンなどの演算手段３と、を備えている。
【００２０】
変位量計測手段２は、ロータ１１の重力方向の変位量を計測する第１変位センサ２ａと、ロータ１１の重力直角方向の変位量を計測する第２変位センサ２ｂとからなる。第１変位センサ２ａ、第２変位センサ２ｂは、ロータ１１を軸支する２つの軸支部１２間におけるロータ１１の軸方向の複数箇所に設けられる。なお、図１では、図の簡略化のため、第１変位センサ２ａ、第２変位センサ２ｂをロータ１１の軸方向の３箇所に設ける場合を示しているが、これに限らず、２箇所以上（望ましくは３箇所以上）であれば何箇所に設けてもよい。
【００２１】
演算手段３は、第１変位センサ２ａで計測したロータ１１の重力方向の変位量を基に、ロータ１１のクラック位置を特定するための第１クラック位置特定部４と、第２変位センサ２ｂで計測したロータ１１の重力直角方向の変位量を基に、ロータ１１のクラック位置を特定するための第２クラック位置特定部５と、を備えている。
【００２２】
第１クラック位置特定部４は、ロータ１１を一回転させたときのロータ１１の自重による重力方向の変位量（第１変位センサ２ａの検出値）を基に、計測した重力方向の変位量のデータから当該変位量のデータの最小値を減じた差分変位量を求め、ロータ１１の回転角に対する差分変位量の関係を求める周方向差分変位量演算部４ａと、ロータ１１の軸方向の距離（軸支部１２間のロータ１１における、一方の軸支部１２（不動点）から他方の軸支部１２（不動点）に至る距離）に対する差分変位量の最大値の関係を求める軸方向差分変位量演算部４ｂと、を備えている。
【００２３】
周方向差分変位量演算部４ａは、求めたロータ１１の回転角に対する差分変位量の関係を記憶部７に記憶させると共に、ロータ１１の回転角に対する差分変位量のグラフである周方向差分変位量グラフを作成し、作成した周方向差分変位量グラフを演算手段３の表示器（ディスプレイなど）６に表示させるようにされる。
【００２４】
軸方向差分変位量演算部４ｂは、求めたロータ１１の軸方向の距離に対する差分変位量の最大値の関係を記憶部７に記憶させると共に、ロータ１１の軸方向の距離に対する差分変位量の最大値のグラフである軸方向差分変位量グラフを作成し、作成した軸方向差分変位量グラフを演算手段３の表示器６に表示させるようにされる。
【００２５】
第１クラック位置特定部４は、記憶部７に記憶されたロータ１１の回転角に対する差分変位量の関係を用い、差分変位量が最大となるロータ１１の回転角から、ロータ１１の周方向におけるクラック位置を特定すると共に、記憶部７に記憶されたロータ１１の軸方向の距離に対する差分変位量の最大値の関係を用い、差分変位量の最大値が最大となるロータ１１の軸方向の距離から、ロータ１１の軸方向におけるクラック位置を特定するようにされる。第１クラック位置特定部４は、特定したクラック位置（周方向と軸方向の位置）を、記憶部７に記憶させると共に、表示器６に表示させるようにされる。
【００２６】
他方、第２クラック位置特定部５は、ロータ１１を一回転させたときのロータ１１の自重による重力直角方向の変位量（第２変位センサ２ｂの検出値）を基に、ロータ１１の回転角に対する重力直角方向の変位量の関係を求める周方向変位量演算部５ａと、ロータ１１の軸方向の距離（軸支部１２間のロータ１１における、一方の軸支部１２（不動点）から他方の軸支部１２（不動点）に至る距離）に対する重力直角方向の変位量の最大値の関係を求める軸方向変位量演算部５ｂと、を備えている。
【００２７】
周方向変位量演算部５ａは、求めたロータ１１の回転角に対する重力直角方向の変位量の関係を記憶部７に記憶させると共に、ロータ１１の回転角に対する重力直角方向の変位量のグラフである周方向変位量グラフを作成し、作成した周方向変位量グラフを演算手段３の表示器６に表示させるようにされる。
【００２８】
軸方向変位量演算部５ｂは、求めたロータ１１の軸方向の距離に対する重力直角方向の変位量の最大値の関係を記憶部７に記憶させると共に、ロータ１１の軸方向の距離に対する重力直角方向の変位量の最大値のグラフである軸方向変位量グラフを作成し、作成した軸方向変位量グラフを演算手段３の表示器６に表示させるようにされる。
【００２９】
第２クラック位置特定部５は、記憶部７に記憶されたロータ１１の回転角に対する重力直角方向の変位量の関係を用い、重力直角方向の変位量が最大から最小あるいは最小から最大に移行する際に重力直角方向の変位量が０となるロータ１１の回転角から、ロータ１１の周方向におけるクラック位置を特定すると共に、記憶部７に記憶されたロータ１１の軸方向の距離に対する重力直角方向の変位量の最大値の関係を用い、重力直角方向の変位量の最大値が最大となるロータ１１の軸方向の距離から、ロータ１１の軸方向におけるクラック位置を特定するようにされる。第２クラック位置特定部５は、特定したクラック位置（周方向と軸方向の位置）を、記憶部７に記憶させると共に、表示器６に表示させるようにされる。
【００３０】
次に、本実施の形態に係る回転体の損傷診断方法を説明する。
【００３１】
ロータ１１にクラックが発生すると、クラックが発生した部分のロータ１１の断面剛性は、クラックが発生していない部分と異なり、非対称となる。
【００３２】
具体的には、図２（ａ）に示すように、クラック１３がロータ１１の上側にあるときは、ロータ１１の自重によりクラック１３が閉じる方向に力が作用するために、クラック１３がない状態とほぼ同じ剛性となり、撓み量（重力方向の変位量）は小さくなる。他方、図２（ｂ）に示すように、クラック１３がロータ１１の下側にあるときは、ロータ１１の自重によりクラック１３が開く方向に力が作用するために、剛性が小さくなり、撓み量（重力方向の変位量）が大きくなる。
【００３３】
また、図３（ａ），（ｂ）に示すように、クラック１３がロータ１１の上側または下側にあるときは、ロータ１１は重力直角方向には変位しないが、図３（ｃ），（ｄ）に示すように、クラック１３がロータ１１の上側または下側からずれた位置にあるときは、ロータ１１の断面剛性が非対称であるためにロータ１１が断面視で斜め方向に変位することになり、ロータ１１は重力直角方向にも変位する。
【００３４】
本実施の形態に係る回転体の損傷診断方法では、上述のような特性を利用して、静的な変位計測（自重による撓み）を重力方向、重力直角方向の２方向（２軸）から計測することにより、クラック１３の発生位置を特定する。
【００３５】
本実施の形態に係る回転体の損傷診断方法の具体的な手順を図４を用いて説明する。
【００３６】
図４に示すように、本実施の形態に係る回転体の損傷診断方法では、まず、ステップＳ１にて、ロータ１１を微速で一回転させ、第１変位センサ２ａによりロータ１１の重力方向の変位を計測すると共に、第２変位センサ２ｂによりロータ１１の重力直角方向の変位を計測する。
【００３７】
その後、ステップＳ１で得たロータ１１の重力方向の変位量を基にロータ１１のクラック位置を特定する（ステップＳ２）と共に、これと並行して、ステップＳ１で得たロータ１１の重力直角方向の変位量を基にロータ１１のクラック位置を特定する（ステップＳ３）。
【００３８】
ステップＳ２では、まず、ステップＳ２１にて、周方向差分変位量演算部４ａが、ステップＳ１で計測した重力方向の変位量のデータから当該変位量のデータの最小値を減じた差分変位量を求め、ロータ１１の回転角に対する差分変位量の関係を求め、周方向差分変位量グラフを作成する。ステップＳ２１にて得られる周方向差分変位量グラフの一例を図５に示す。
【００３９】
図５に示すように、周方向差分変位量グラフ５０は、縦軸を差分変位量、横軸をロータ１１の回転角としたグラフである。この周方向差分変位量グラフ５０において、差分変位量が最大となるロータ１１の回転角が、ロータ１１の周方向におけるクラック位置となる。
【００４０】
その後、ステップＳ２２にて、軸方向差分変位量演算部４ｂが、ロータ１１の軸方向の距離に対する差分変位量の最大値の関係を求め、軸方向差分変位量グラフを作成する。なお、差分変位量の最大値とは、ステップＳ２１で作成した周方向差分変位量グラフにおける差分変位量のピーク値であり、すなわち、ステップＳ１で計測した重力方向の変位量の最大値から当該変位量の最小値を減じた値である。ステップＳ２２にて得られる軸方向差分変位量グラフの一例を図６に示す。
【００４１】
図６に示すように、軸方向差分変位量グラフ６０は、縦軸を差分変位量の最大値、横軸をロータ１１の軸方向の距離としたグラフである。ここでは、軸支部１２間のロータ１１の長さが１０００ｍｍである場合を示しており、横軸の距離０ｍｍ、１０００ｍｍの位置は、ロータ１１の不動点となる。
【００４２】
軸方向差分変位量グラフ６０は、不動点（距離０ｍｍ、１０００ｍｍ）にて差分変位量の最大値が０となる２つの直線で表される。この２つの直線の交点、すなわち重力方向の変位量の最大値が最大となる位置が、ロータ１１の軸方向におけるクラック位置となる。
【００４３】
この軸方向差分変位量グラフ６０は、不動点にて差分変位量の最大値が０となる２つの直線で表されるため、例えば、図示Ａ点とＢ点の２点で変位量の計測を行えば、軸方向差分変位量グラフ６０を作成することができる。つまり、ロータ１１の軸方向における最低２箇所で変位量の計測を行えば、周方向差分変位量グラフ５０と軸方向差分変位量グラフ６０の両者を作成することができ、ロータ１１のクラック位置を特定できる。ただし、変位量の計測箇所を２箇所とした場合、２箇所とも一方の直線にのってしまう場合も考えられるので、間隔を隔てて３箇所以上の計測箇所で変位量の計測を行うことが望ましい。
【００４４】
ステップＳ２１で求めたロータ１１の回転角に対する差分変位量の関係、ステップＳ２２で求めたロータ１１の軸方向の距離に対する差分変位量の最大値の関係は、記憶部７に記憶される。周方向差分変位量グラフ５０、軸方向差分変位量グラフ６０は、演算手段３の表示器６に表示される。
【００４５】
その後、ステップＳ２３にて、第１クラック位置特定部４が、ステップＳ２１で求めたロータ１１の回転角に対する差分変位量の関係を用い、差分変位量が最大となるロータ１１の回転角から、ロータ１１の周方向におけるクラック位置を特定すると共に、ステップＳ２２で求めたロータ１１の軸方向の距離に対する差分変位量の最大値の関係を用い、差分変位量の最大値が最大となるロータ１１の軸方向の距離から、ロータ１１の軸方向におけるクラック位置を特定する。特定したクラック位置は、記憶部７に記憶されると共に、表示器６に表示される。
【００４６】
他方、ステップＳ３では、まず、ステップＳ３１にて、周方向変位量演算部５ａが、ステップＳ１で計測した重力直角方向の変位量のデータを基に、ロータ１１の回転角に対する重力直角方向の変位量の関係を求め、周方向変位量グラフを作成する。ステップＳ３１にて得られる周方向変位量グラフの一例を図７に示す。なお、図７では、参考のため、周方向差分変位量グラフ５０を破線にて併せて示している。
【００４７】
図７に示すように、周方向変位量グラフ７０は、縦軸を重力直角方向の変位量、横軸をロータ１１の回転角としたグラフである。重力直角方向の変位量は、クラック１３が下側にあるときに０になり、図３（ｃ）のようにクラック１３が断面視で左下側にあるときは左側（プラス側）に、図３（ｄ）のようにクラック１３が断面視で右下側にあるときは右側（マイナス側）に変位する。よって、周方向変位量グラフ７０は、クラック位置に対して点対称なグラフとなり、クラック位置（重力直角方向の変位＝０）の一方（図７における左側）にマイナス側のピーク、他方（図７における右側）にプラス側のピークが形成されたグラフとなる。したがって、周方向変位量グラフ７０において、重力直角方向の変位量が最大から最小（あるいは最小から最大）に移行する際に重力直角方向の変位量が０となる（ゼロクロスする）ロータ１１の回転角が、ロータ１１の周方向におけるクラック位置となる。
【００４８】
その後、ステップＳ３２にて、軸方向変位量演算部５ｂが、ロータ１１の軸方向の距離に対する重力直角方向の変位量の最大値の関係を求め、軸方向変位量グラフを作成する。なお、ここでは、重力直角方向の変位量の最大値として、プラス側のピーク値を用いるが、マイナス側のピーク値を用いるようにしてもよい。ステップＳ３２にて得られる軸方向変位量グラフの一例を図８に示す。
【００４９】
図８に示すように、軸方向変位量グラフ８０は、縦軸を重力直角方向の変位量の最大値、横軸をロータ１１の軸方向の距離としたグラフである。横軸の距離０ｍｍ、１０００ｍｍの位置は、ロータ１１の不動点である。
【００５０】
軸方向変位量グラフ８０は、図６の軸方向差分変位量グラフ６０と同様に、不動点にて重力直角方向の変位量の最大値が０となる２つの直線で表される。この２つの直線の交点、すなわち重力直角方向の変位量の最大値が最大となる位置が、ロータ１１の軸方向におけるクラック位置となる。
【００５１】
この軸方向変位量グラフ８０は、不動点にて重力直角方向の変位量の最大値が０となる２つの直線で表されるため、図６の軸方向差分変位量グラフ６０と同様に、例えば、図示Ａ点とＢ点の２点で変位量の計測を行えば、軸方向変位量グラフ８０を作成することができる。つまり、ロータ１１の軸方向における最低２箇所で変位量の計測を行えば、周方向変位量グラフ７０と軸方向変位量グラフ８０の両者を作成することができ、ロータ１１のクラック位置を特定できる。
【００５２】
ステップＳ３１で求めたロータ１１の回転角に対する重力直角方向の変位量の関係、ステップＳ３２で求めたロータ１１の軸方向の距離に対する重力直角方向の変位量の最大値の関係は、記憶部７に記憶される。周方向変位量グラフ７０、軸方向変位量グラフ８０は、演算手段３の表示器６に表示される。
【００５３】
その後、ステップＳ３３にて、第２クラック位置特定部５が、ステップＳ３１で求めたロータ１１の回転角に対する重力直角方向の変位量の関係を用い、重力直角方向の変位量が最大から最小（あるいは最小から最大）に移行する際に重力直角方向の変位量が０となるロータ１１の回転角から、ロータ１１の周方向におけるクラック位置を特定すると共に、ステップＳ３２で求めたロータ１１の軸方向の距離に対する重力直角方向の変位量の最大値の関係を用い、重力直角方向の変位量の最大値が最大となるロータ１１の軸方向の距離から、ロータ１１の軸方向におけるクラック位置を特定する。特定したクラック位置は、記憶部７に記憶されると共に、表示器６に表示される。
【００５４】
ステップＳ２，Ｓ３にて、それぞれクラック位置を特定した後、ステップＳ４にて、ステップＳ２，Ｓ３にて特定したクラック位置を考慮して、クラック位置を決定する。ステップＳ２，Ｓ３にて特定したクラック位置は、原理的には同じ位置となるが、測定誤差などにより多少のずれが発生する場合も考えられる。このような場合は、例えば、ステップＳ２，Ｓ３で特定したロータ１１の周方向におけるクラック位置を平均して、ロータ１１の周方向におけるクラック位置を決定し、ステップＳ２，Ｓ３で特定したロータ１１の軸方向におけるクラック位置を平均して、ロータ１１の軸方向におけるクラック位置を決定してもよい。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態に係る回転体の損傷診断方法では、ロータ１１の軸方向の複数箇所にて、ロータ１１を一回転させたときのロータ１１の重力方向の変位量を計測すると共に、計測した変位量のデータから当該変位量のデータの最小値を減じた差分変位量を求め、ロータ１１の回転角に対する差分変位量の関係を求め、かつ、ロータ１１の軸方向の距離に対する差分変位量の最大値の関係を求め、ロータ１１の回転角に対する差分変位量の関係を用い、差分変位量が最大となるロータ１１の回転角から、ロータ１１の周方向におけるクラック位置を特定すると共に、ロータ１１の軸方向の距離に対する差分変位量の最大値の関係を用い、差分変位量の最大値が最大となるロータ１１の軸方向の距離から、ロータ１１の軸方向におけるクラック位置を特定するようにしている。
【００５６】
また、本実施の形態に係る回転体の損傷診断方法では、ロータ１１の軸方向の複数箇所にて、ロータ１１を一回転させたときのロータ１１の重力直角方向の変位量を計測すると共に、計測した変位量のデータからロータ１１の回転角に対する重力直角方向の変位量の関係を求め、かつ、ロータ１１の軸方向の距離に対する重力直角方向の変位量の最大値の関係を求め、ロータ１１の回転角に対する重力直角方向の変位量の関係を用い、重力直角方向の変位量が最大から最小あるいは最小から最大に移行する際に重力直角方向の変位量が０となるロータ１１の回転角から、ロータ１１の周方向におけるクラック位置を特定すると共に、ロータ１１の軸方向の距離に対する重力直角方向の変位量の最大値の関係を用い、重力直角方向の変位量の最大値が最大となるロータ１１の軸方向の距離から、ロータ１１の軸方向におけるクラック位置を特定するようにしている。
【００５７】
これにより、回転機械１０を分解することなく、ロータ１１のクラック１３の有無を検出し、ロータ１１のクラック位置を特定することが可能となる。よって、回転機械１０を長期間休止させる必要がなくなり、作業工数も抑制できる。
【００５８】
また、本実施の形態では、ロータ１１のクラック位置を特定できるため、回転機械１０を分解して精密な検査を行う場合でも、特定したクラック位置付近のみを検査すればよく、作業効率の向上が図れる。
【００５９】
また、重力方向の変位量に関しては、単純に変位量を計測するだけでは、ロータ１１全体の変位量の中にクラック１３の影響による変位量の変化が隠れてしまうため、クラック１３の有無を検出したりクラック位置を特定したりすることは困難であるが、本発明では、計測した重力方向の変位量のデータから当該変位量のデータの最小値を減じた差分変位量を求めており、この差分変位量を基にクラック位置を特定しているため、ロータ１１全体の変位量をキャンセルし、クラック１３の影響による変位量の変化のみをピックアップでき、精度良くクラック１３の有無を検出し、クラック位置を特定することが可能になる。
【００６０】
また、重力方向の変位量を単純に計測した場合、ロータ１１の軸方向の距離に対する重力方向の変位量の最大値のグラフは、図９に示すように、山なりになってしまい、多数の計測箇所にて変位量を計測しなければ、ロータ１１の軸方向におけるクラック位置を精度良く特定することはできない。これに対して、本発明で用いる軸方向差分変位量グラフ６０は、不動点にて差分変位量の最大値が０となる２つの直線で表されるため、ロータ１１の軸方向における最低２箇所で変位量の計測を行えば、ロータ１１の周方向および軸方向におけるクラック位置を特定でき、容易にクラック位置を特定することが可能になる。
【００６１】
さらに、本実施の形態では、重力方向の変位量を基にクラック位置を求める方法と、重力直角方向の変位量を基にクラック位置を求める方法を併用しているため、クラック位置の信頼性をより高くすることが可能である。
【００６２】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【００６３】
例えば、上記実施の形態では、重力方向の変位量を基にクラック位置を求める方法と、重力直角方向の変位量を基にクラック位置を求める方法を併用する場合を説明したが、これに限らず、どちらか片方の方法のみを用いてクラック位置を特定するようにしてもよい。
【００６４】
また、上記実施の形態では、ロータ１１の自重による変位を計測したが、ロータ１１の断面形状が真円ではなく誤差の影響が大きい場合などは、ロータ１１に重力方向に荷重を加えた状態で変位量の計測を行い、誤差の影響を小さくするようにしてもよい。
【００６５】
さらに、上記実施の形態では、クラック１３の位置のみを特定する場合を説明したが、事前にクラック１３の大きさと差分変位量（あるいは重力直角方向の変位量）の関係を求めておき、差分変位量（あるいは重力直角方向の変位量）の大きさからクラック１３の大きさを特定するようにしてもよい。
【実施例】
【００６６】
φ１００ｍｍ、長さ１０００ｍｍの中実円筒状のロータを模した３次元モデルを作成し、ＦＥＭ（Finite Element Method；有限要素法）により解析を行った。この際、ロータの両端を単純支持（端面の中心をピン支持）することとし、ロータの中央部分（軸方向の距離５００ｍｍ、ロータの回転角０°）に軸方向と直角方向に３０ｍｍの深さの溝を形成してクラックを模し、ロータに加える荷重の角度を変化させることにより、ロータの回転を模擬することにした。ロータに加える荷重は、ロータの自重を模した荷重であり、ここでは２００ＧＰａとした。
【００６７】
ＦＥＭ解析により得られた重力方向の変位量のデータから当該変位量のデータの最小値を減じて差分変位量を求め、ロータの回転角に対する差分変位量のグラフである周方向差分変位量グラフと、ロータの軸方向の距離に対する差分変位量の最大値のグラフである軸方向差分変位量グラフを作成した。得られた周方向差分変位量グラフを図１０に、軸方向差分変位量グラフを図１１に示す。なお、図１０には、重力直角方向の変位量を破線にて併せて示してある。
【００６８】
図１０に示すように、周方向差分変位量グラフでは、クラックを形成したロータの回転角０°にて、差分変位量が最大となっており、図１１に示すように、軸方向差分変位量グラフでは、クラックを形成した距離５００ｍｍにて、差分変位量の最大値が最大となっており、クラックの発生箇所を特定できることが分かる。また、図１１の軸方向差分変位量グラフでは、距離０ｍｍの位置からクラック位置（距離５００ｍｍ）まで直線的に差分変位量の最大値が増加し、クラック位置から距離１０００ｍｍまで直線的に差分変位量の最大値が減少しており、最低２点の計測によりクラックの発生箇所を推定することが可能である。
【００６９】
本実施例では、φ１００ｍｍ、長さ１０００ｍｍの中実円筒状のロータにて解析を行ったが、このとき、自重によるたわみは数μｍオーダーの変形となった。これは、電気マイクロメータなどの変位センサを用いれば十分に測定可能な範囲である。なお、電気マイクロメータでは、最小分解能が０．１μｍのものもある。
【００７０】
次に、軸方向におけるクラック位置を、１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍと変化させ、上述と同様に解析を行った。クラックの大きさ（深さ）は、全てのクラック位置で同じとした。解析により得られた軸方向差分変位量グラフをまとめて図１２に示す。
【００７１】
図１２に示すように、いずれのクラック位置においても、クラック位置にて差分変化量の最大値が最大となっており、差分変化量の最大値が最大となる距離から、ロータのクラック位置を特定できることがわかる。
【００７２】
このように、本発明によれば、図１０の周方向差分変位量グラフを用い、差分変位量が最大となるロータの回転角から、ロータの周方向におけるクラック位置を特定すると共に、図１１の軸方向差分変位量グラフを用い、差分変位量の最大値が最大となるロータの軸方向の距離から、ロータの軸方向におけるクラック位置を特定することで、クラック位置を特定できる。
【符号の説明】
【００７３】
１  回転体の損傷診断装置
２  変位量計測手段
２ａ  第１変位センサ
２ｂ  第２変位センサ
３  演算手段
４  第１クラック位置特定部
４ａ  周方向差分変位量演算部
４ｂ  軸方向差分変位量演算部
５  第２クラック位置特定部
５ａ  周方向変位量演算部
５ｂ  軸方向変位量演算部
６  表示器
７  記憶部
１０  回転機械
１１  ロータ
１２  軸支部
【図１】
0005445333.tif 000002
【図２】
0005445333.tif 000003
【図３】
0005445333.tif 000004
【図４】
0005445333.tif 000005
【図５】
0005445333.tif 000006
【図６】
0005445333.tif 000007
【図７】
0005445333.tif 000008
【図８】
0005445333.tif 000009
【図９】
0005445333.tif 000010
【図１０】
0005445333.tif 000011
【図１１】
0005445333.tif 000012
【図１２】
0005445333.tif 000013