(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のシミュレーションをするための回転体から対象回転体を選択し、不釣合い量であるアンバランス条件を課題設定情報として設定する課題設定手段と、課題設定された対象回転体のアンバランス振動に影響を与えるプロセスを選択しそのプロセス量を設定するプロセス値設定手段と、このプロセス値設定手段によって選択されたプロセスとプロセス量に基づくアンバランス量を算出し、前記課題設定手段によって設定されたアンバランス条件に前記アンバランス量を加味したアンバランス条件とするアンバランス量算出手段と、回転体の振動モデル化を行う情報やアンバランス条件を含めた予想振動計算を行うために必要な情報を保存する課題ファイルと、この課題ファイルを前記設定された課題設定情報によって検索して検索された情報から回転体の振動モデル化を行い、アンバランス条件に基づいて前記振動モデルの予想振動を計算して予想振動結果を振動データファイルへ保存する予想振動計算手段と、前記振動データファイルから前記予想振動結果を取込み振動曲線を表示装置へ出力する振動計測模擬手段と、この振動計測模擬手段によって計測された振動曲線に基づいて学習者が今回実施するウェイト調整に適用する手法を選択し、選択した手法によるバランスウェイトの設定を行うウェイト情報を計算し、これをウェイト情報ファイルへ保存するバランスウェイト計算手段と、前記ウェイト情報ファイルからウェイト情報を取込んで、前記予想振動計算手段へウェイト情報を通知して今回の学習するバランス条件としてウェイト添加による予想振動計算を実行させるウェイト取付手段とを備えることを特徴とする回転体バランシング教育装置。
【請求項２】
課題設定に対する学習者の学習内容や得られた操作結果に基づき採点して評価する採点手段を付加することを特徴とする請求項１記載の回転体バランシング教育装置。
【請求項３】
バランス技術を習得する計算機で構成される複数の回転体バランシング教育装置とこれらの装置を管理するサーバ計算機とを備えた回転体バランシング教育装置の管理システムであって、前記サーバ計算機に、複数のシミュレーションをする回転体から対象回転体を選択し、不釣合い量であるアンバランス条件を課題設定情報として設定する課題設定手段と、この課題設定手段による課題設定に対する学習者の学習内容や得られた操作結果に基づき採点して評価する採点手段とを設ける一方、前記回転体バランシング教育装置のそれぞれは、前記課題設定手段で課題設定された対象回転体のアンバランス振動に影響を与えるプロセスを選択しそのプロセス量を設定するプロセス値設定手段と、このプロセス値設定手段によって選択されたプロセスとプロセス量に基づくアンバランス量を算出し、前記課題設定手段によって設定されたアンバランス条件に前記アンバランス量を加味したアンバランス条件とするアンバランス量算出手段と、回転体の振動モデル化を行う情報やアンバランス条件を含めた予想振動計算を行うために必要な情報を保存する課題ファイルと、この課題ファイルを前記設定された課題設定情報によって検索して検索された情報から回転体の振動モデル化を行い、アンバランス条件に基づいて前記振動モデルの予想振動を計算して予想振動結果を振動データファイルへ保存する予想振動計算手段と、前記振動データファイルから予想振動結果を取込み振動曲線を表示装置へ出力する振動計測模擬手段と、この振動計測模擬手段によって計測された振動曲線に基づいて学習者が今回実施するウェイト調整に適用する手法を選択し、選択した手法によるバランスウェイトの設定を行うウェイト情報を計算し、これをウェイト情報ファイルへ保存するバランスウェイト計算手段と、前記ウェイト情報ファイルからウェイト情報を取込んで、前記予想振動計算手段へウェイト情報を通知して今回の学習するバランス条件としてウェイト添加による予想振動計算を実行させるウェイト取付手段とを設けることを特徴とする回転体バランシング教育装置の管理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に蒸気タービン、ガスタービン、発電機、ポンプ等の大型の回転体のバランス技術を習得するのに好適な回転体バランシング教育装置および該装置の管理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気タービン、ガスタービン、発電機、コンプレッサ、ブロア、ポンプ等の大型回転機械を含めた回転体の振動は多数の要因が複雑に絡み合って起こる。例えば、蒸気タービンについてまとめると図１３に示すように、大きく分けて（１）ロータ固有の残留不釣合い、（２）実運用中に発生しうるアンバランス、（３）ラビング振動、（４）不安定振動、（５）アライメント変化による振動変化、（６）配管や基礎台の影響による振動等がある。この中でもアンバランス原因による振動の占める割合は多く、このことからも振動の低減にバランスは重要な技術である。
【０００３】
しかし、この重要な技術であるバランス技術は学習する上でも難しく、実際に対象とする回転体に対して個別の特性が派生する。さらに、蒸気タービン・発電機等に代表される大型回転機械は、近年の工作機械の加工精度の上昇や、組立技術の高度化などで単品レベルでのアンバランス要因は減少する傾向にある。従って、ユニットとして組み立てられたパワートレインにおいても振動問題は減少しており、このため回転機械に携わる技術者にとって、振動問題およびバランス技術問題などの実務経験の機会が少なくなってきている。
【０００４】
近年、計算機本体機能の高度化や、特にマンマシンインターフエースを実現する周辺技術および装置の発展に伴い、教育に対する計算機支援が行われているが、バランス技術習得を目的とする専用の計算機による支援はこれまで行われていない。このため実際のバランス実務の際は、回転体監視装置や回転体振動診断装置等のバランス計算機能により回転体のバランシング技術習得を行うに至っていた。
【０００５】
この種の従来の、典型的な例を図１４に示す。実際のタービン・発電機３１における振動現象を振動データ計測機能（手段）３２により採取し、計測振動データとして振動データファイル３６に保存する。この振動データファイル３６を振動データを元に影響係数算出機能（手段）３３が、ウェイト取付前後の２回の振動データを振動データファイル３６から影響係数として当該回転体の振動モデル化を行って振動モデルファイル３７へ保存する。
【０００６】
次に、バランスウェイト取付機能（手段）３４では、今回取り付けるバランスウェイトを設定し、予想振動計算機能（手段）３５では、ベースとなる振動モデルファイル３８の振動データと、バランスウェイト取付機能（手段）３４で設定したウェイト情報との振動予想をモデル化した影響係数とに基づいて数値計算し、表示装置（一般にはＣＲＴ）４に得られる予想曲線を振動曲線として表示する。振動曲線としては回転数と振幅，位相との関係を表した回転数−振幅，位相線図（Ｓ−Ｖ−Ｐ線図）や、振幅と位相とを極座標に表したポーラル線図（ナイキスト線図とも言われる）が一般的には多く使われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、実際の回転体を回転させて、振動データを採取した上での振動データファイルの振動データを用いバランス計算をしており、振動データが現物によるものに限られ、多種多様な状況で何度も試してみることができず、教育効果もあまり期待できなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、多様な振動原因（アンバランス原因）に対応したバランス技術の習得を目指す、高度で実用的で、かつ、教育効果に有効な回転体バランシング教育装置および該装置の管理システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、複数のシミュレーションをするための回転体から対象回転体を選択し、不釣合い量であるアンバランス条件を課題設定情報として設定する課題設定手段と、課題設定された対象回転体のアンバランス振動に影響を与えるプロセスを選択しそのプロセス量を設定するプロセス値設定手段と、このプロセス値設定手段によって選択されたプロセスとプロセス量に基づくアンバランス量を算出し、前記課題設定手段によって設定されたアンバランス条件に前記アンバランス量を加味したアンバランス条件とするアンバランス量算出手段と、回転体の振動モデル化を行う情報やアンバランス条件を含めた予想振動計算を行うために必要な情報を保存する課題ファイルと、この課題ファイルを前記設定された課題設定情報によって検索して検索された情報から回転体の振動モデル化を行い、アンバランス条件に基づいて前記振動モデルの予想振動を計算して予想振動結果を振動データファイルへ保存する予想振動計算手段と、前記振動データファイルから前記予想振動結果を取込み振動曲線を表示装置へ出力する振動計測模擬手段と、この振動計測模擬手段によって計測された振動曲線に基づいて学習者が今回実施するウェイト調整に適用する手法を選択し、選択した手法によるバランスウェイトの設定を行うウェイト情報を計算し、これをウェイト情報ファイルへ保存するバランスウェイト計算手段と、前記ウェイト情報ファイルからウェイト情報を取込んで、前記予想振動計算手段へウェイト情報を通知して今回の学習するバランス条件としてウェイト添加による予想振動計算を実行させるウェイト取付手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明に、課題設定に対する学習者の学習内容や得られた操作結果に基づき採点して評価する採点手段を付加したことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、バランス技術を習得する計算機で構成される複数の回転体バランシング教育装置とこれらの装置を管理するサーバ計算機とを備えた回転体バランシング教育装置の管理システムであって、前記サーバ計算機に、複数のシミュレーションをする回転体から対象回転体を選択し、不釣合い量であるアンバランス条件を課題設定情報として設定する課題設定手段と、この課題設定手段による課題設定に対する学習者の学習内容や得られた操作結果に基づき採点して評価する採点手段とを設ける一方、前記回転体バランシング教育装置のそれぞれは、前記課題設定手段で課題設定された対象回転体のアンバランス振動に影響を与えるプロセスを選択しそのプロセス量を設定するプロセス値設定手段と、このプロセス値設定手段によって選択されたプロセスとプロセス量に基づくアンバランス量を算出し、前記課題設定手段によって設定されたアンバランス条件に前記アンバランス量を加味したアンバランス条件とするアンバランス量算出手段と、回転体の振動モデル化を行う情報やアンバランス条件を含めた予想振動計算を行うために必要な情報を保存する課題ファイルと、この課題ファイルを前記設定された課題設定情報によって検索して検索された情報から回転体の振動モデル化を行い、アンバランス条件に基づいて前記振動モデルの予想振動を計算して予想振動結果を振動データファイルへ保存する予想振動計算手段と、前記振動データファイルから予想振動結果を取込み振動曲線を表示装置へ出力する振動計測模擬手段と、この振動計測模擬手段によって計測された振動曲線に基づいて学習者が今回実施するウェイト調整に適用する手法を選択し、選択した手法によるバランスウェイトの設定を行うウェイト情報を計算し、これをウェイト情報ファイルへ保存するバランスウェイト計算手段と、前記ウェイト情報ファイルからウェイト情報を取込んで、前記予想振動計算手段へウェイト情報を通知して今回の学習するバランス条件としてウェイト添加による予想振動計算を実行させるウェイト取付手段とを設けることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１実施の形態を示す回転体バランシング教育装置の構成図である。
【００１５】
回転体バランシング教育装置は、課題設定機能（手段）１と予想振動計算機能（手段）２と振動計測模擬機能（手段）３と表示装置４と印刷装置（ＸＹプロッタ）５とバランスウェイト計算機能（手段）６とバランスウェイト取付機能（手段）７と採点機能（手段）８と印刷装置（プリンタ）９と、さらに、課題振動ファイル１２と課題条件ファイル１３と振動データファイル１４とウェイト情報ファイル１５と操作情報ファイル１６とから構成されている。
【００１６】
ここで、課題設定機能（手段）１は複数のシミュレーションをする回転体から対象回転体を選択し、不釣合い量であるアンバランス条件を課題設定情報として設定する。予想振動計算機能（手段）２は、回転体の振動モデル化を行う情報やアンバランス条件を含めた予想振動計算を行うために必要な情報を保存する課題振動ファイル１２および課題条件ファイル１３を設定された課題設定情報によって検索して検索された情報から回転体の振動モデル化を行い、アンバランス条件に基づいて振動モデルの予想振動を計算して予想振動結果を振動データファイル１４へ保存する。振動計測模擬機能（手段）３は予想振動結果を取込み振動曲線を表示装置４へ出力する。バランスウェイト計算機能（手段）６は振動計測模擬機能（手段）３によって計測された振動曲線に基づいて学習者が今回実施するウェイト調整に適用する手法を選択し、選択した手法によるバランスウェイトの設定を行うウェイト情報を計算し、これをウェイト情報ファイル１５へ保存する。バランスウェイト取付機能（手段）７はウェイト情報ファイル１５からウェイト情報を取込んで行い、予想振動計算機能（手段）２へウェイト情報を通知して今回の学習するバランス条件としてウェイト添加による予想振動計算を実行させる。採点機能（手段）８は課題設定に対する学習者の学習内容と得られた結果を採点して評価する。
【００１７】
次に、本発明の第１実施の形態の作用を図２に示す処理手順に従って説明する。
【００１８】
まず、学習者または課題設定者が図３に示す如くの課題設定画面５１上で対話処理によって課題設定情報を設定する（Ｓ１）。すなわち、対象回転体が選択され、課題設定画面５１では、課題振動ファイル１２の現象Ａ，Ｂ，Ｃ・・・・・から一つが選択される。また、アンバランス条件であるアンバランス量について軸受（ＮＯ），重量（ｇ），位相（度）を設定する。さらに、起動回数（所定回以下）等が設定される。これによって、課題設定機能（手段）１による課題設定情報が課題振動ファイル１２と課題条件ファイル１３へ保存される。また、課題設定機能（手段）１による課題設定情報に基づいて対象回転体の振動モデルがされる（Ｓ２）。この結果は課題振動ファイル１２へ保存される。予想振動計算機能（手段）２では、次の式（１）に基づいて予想振動計算がされる。
【００１９】
【数１】
0003712472.tif 000002
【００２０】
さらに、アンバランス量（Ｕ）は、次の式（２）で示される。
【００２１】
（Ｕ）＝（ｕ）＋（Ｗ）・・・・（２）
（ｕ）：課題設定のアンバランス量
（Ｗ）：設定したバランスウェイトによるアンバランス量
【００２２】
上記予想振動計算機能（手段）２によって得られた予想振動データは振動データファイル１４へ保存される（Ｓ３）。振動計測模擬機能（手段）３では振動データファイル１４から予想振動データを取込み対象回転体の運転条件に合わせた計測（例えば昇速率による何回転間隔とか、計測周期など）を模擬し、さらに実センサから入力をされたかの如く予想振動データを読み込み、表示装置４に振動曲線として図４に示すように表示する（Ｓ４）。また、学習者の要求によりＸ−Ｙ印刷装置（ＸＹプロッタ）５などへの印刷を行う。図４に示す振動曲線として、回転数と振幅，位相との関係を表した（Ａ図）、回転数−振幅，位相線図（Ｓ−Ｖ−Ｐ線図）や、振幅と位相とを極座標に表した（Ｂ図）であるポーラル線図（ナイキスト線図とも言われる）が使用される。
【００２３】
学習者は課題に対する図４に示される振動曲線を解析してバランス調整として、バランスウェイト計算機能（手段）６により、図５に示す選択画面５２上でバランス計算手法選択を行い今回実施する手法の選択を行う（Ｓ５）。この選択画面５２で、手動の場合は学習者が自ら振動ベクトルとウェイトによる効果ベクトルを図等で計算しバランスウェイトを算出し、その他の場合は課題振動における必要なバランスウェイトを各手法により自動算出する。なお、効果ベクトル法では、特定の軸受での特定の回転数や条件での振動ベクトルをベクトル演算による計算で算出し、最小自乗法では全軸受の全部の回転数や条件での振動を最小になるようなウェイトを計算し算出する。バランスウェイト取付模擬により得られた情報はウェイト情報としてウェイト情報ファイル１５へ保存される。
【００２４】
次に、バランスウェイト取付機能（手段）７では、実際の回転体のバランスウェイト取付面（修正面）に対して、図６に示すように、バランスウェイト取付け／取外し画面５３から設定する。この設定は図６に示すように、まず、対象となる修正面を選択すると、選択された修正面を表示し、その修正面に対するバランスウェイト取付の方法や取付位置を併せて表示し、これにより学習者が実体験に近い形でバランスウェイトの設定を行う。また、このとき取付けたウェイト情報は次の式（３）により示される。
【００２５】
【数２】
0003712472.tif 000003
【００２６】
上記式（３）のウェイト情報は、式（１）と式（２）によって予想振動計算するアンバランス量として保存され、再び予想振動計算機能（手段）２にてこのバランスウェイト添加による予想振動が計算される（Ｓ６）。
【００２７】
これにより、学習者が設定したバランスウェイトによる振動予想結果（あるいはウェイト効果）が算出され、表示装置４上の振動曲線で確認する（Ｓ７）。以後はこの操作を繰り返し最終的に目標条件を充たす振動値になるまで繰り返す。または指定回数でのバランス調整を行う（Ｓ８）。
【００２８】
バランス調整が完了した時点、または指定回数に達した時点で採点機能（手段）８が、課題設定機能（手段）１による課題条件ファイル１３と予想振動計算機能（手段）２による最終的な振動データファイル１４とバランスウェイト計算機能（手段）６による最終のウェイト情報ファイル１５とバランスウェイト取付機能（手段）７による操作情報ファイル（操作履歴）１６から今回実施された関連データを取込む。そして、学習者の今回のバランス調整作業を、図７および図８に示す採点テーブルを元に採点する（Ｓ９）。採点はバランス調整作業による振動値の変化や最終値、操作内容で行い、振動値に関しては図７に示す採点テーブル６１に危険速度、定格回転数、定格負荷等、運転状態毎に記載して採点を行い、操作内容については図８に示す採点テーブル６２のように、学習者の選択した手法や操作内容について採点し、それぞれを加味した形で行う。さらに、採点結果は表示装置４や印刷装置（プリンタ）９に出力し確認する。
【００２９】
このように第１実施の形態によれば、多種多様な実際に振動トラブルの原因となるアンバランス要因に対応した課題が設定でき、かつ、学習者がバランス調整の目的意識を明確に持ち、課題解決を行うことができる。また学習者の行ったウェイト設定操作を、課題毎に対応した採点方法で採点することにより目標振動値の評価のほか操作自体の評価も可能になり、学習者の学習効果を大幅に向上させることができる。
【００３０】
本発明の第２実施の形態を図９および図１０を参照して説明する。
【００３１】
第２実施の形態は、第１実施の形態において、回転体のアンバランス振動に影響を与えるプロセス値を選択し設定するプロセス値設定手段であるプロセス値操作機能（手段）１０と、その選択したプロセス値とプロセス量によるアンバランス量を算出するアンバランス量算出機能（手段）１１を設けて、プロセス値を含めて回転体バランシングの学習をする点に特徴を有している。
【００３２】
すなわち、振動の原因は前述したように種々の要因があり、その中の一つにプロセス値等のパラメータによって振動状態が変化するものがある。例えば、オイルホイップはある回転数の範囲で、かつ、ある油温環境下で発生しやすい。このことは図１０および図１１に示すモデル化によって具象化されており、本実施の形態では、これらの場合を含むバランス技術や振動低減の方法を学習するものである。
【００３３】
図１０に示す例では、油温に対する回転数の倍率が図示する関数で示され、回転数がある範囲で倍率が急激に上昇している。また、図１１に示すように潤滑油温の変化の大小に応じて異常振動（アンバランス）量として予測振動（重畳量前）に加味すると、予測振動（重畳量後）のようになる。
【００３４】
上記構成において、第１実施の形態と同様に、課題設定機能（手段）１にて与えられた学習課題を、順次バランスウェイトを取付けバランス低減を繰り返していく学習システムにおいて、設定した課題に対するプロセス値による振動変化が可能な場合、プロセス値操作機能（手段）１０において対象となるプロセス値を選択およびその時の運転状態に対応した形でのプロセス値を設定する。アンバランス量算出機能（手段）１１ではプロセス値によるアンバランス量をウェイト情報としてモデル化し、予想振動計算機能（手段）２がアンバランス量に重畳し、予想振動として計算、振動データファイル１４へ保存する。以後は第１実施の形態の場合と同様に目標値が振動値以下になるまでこれを繰り返し、採点結果による学習者の操作の確認を行う。
【００３５】
このように第２実施の形態によれば、特定の条件の上ではあるが運転条件調整やアライメント調整をウェイト調整としてシミュレーションすることが可能になり、実際の回転体の運転状態に合わせた振動対策やバランス技術の習得に役立たせることができる。
【００３６】
次に、本発明の第３実施の形態を図１２に基づいて説明する。
【００３７】
第３実施の形態は、サーバ計算機１００に課題設定機能（手段）１と採点機能（手段）８とを設ける一方、計算機で構成される各回転体バランシング教育装置１０１Ａ，１０１Ｂ・・・・のそれぞれに、第１実施の形態と同様の予想振動計算機能（手段）２と振動計測模擬機能（手段）３と表示装置４とバランスウェイト計算機能（手段）６とバランスウェイト取付機能（手段）７とを設けて、サーバ計算機１００と回転体バランシング教育装置１０１Ａ，１０１Ｂ・・・・とは図示しないネットワークで接続し、操作履歴（ファイル）１０２Ａ，１０２Ｂとパラメータ（ファイル）１０３をネットワークで接続している。
【００３８】
上記構成において、課題設定者はサーバ計算機１００でバランス調整課題を作成し、複数の学習者に対して同時に同じ課題を与える。各学習者はそれぞれのクライアント計算機で与えられた課題を第１実施の形態の場合と同様にしてバランス調整技術を学習する。
【００３９】
第３実施の形態によれば、課題設定者は一人で複数の学習者を指導することが可能になる。また、複数の学習者の操作結果をネットワーク上で共有することから、課題に対する学習者の行う操作や傾向の分析が可能になり、学習者への課題に対する助言や補助、課題作成の際にも効果的な課題の作成が可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本願発明によれば、プロセス量の回転体の振動に対する影響を加味した実機に近いシミュレーションができ、多数の多様な回転体についてより高度なバランス学習ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態を示す回転体バランシング教育装置のブロック図である。
【図２】本発明の第１実施の形態を示す回転体バランシング教育装置の概略処理を示すフローチャートである。
【図３】図１に示される第１実施の形態の課題設定画面の例を表す図である。
【図４】図１に示される第１実施の形態の振動計測による振動曲線を表す図である。
【図５】図１に示される第１実施の形態のバランスウェイト計算手法選択の画面例を表す図である。
【図６】図１に示される第１実施の形態のバランスウェイト取付け／取外しの例を表す図である。
【図７】図１に示される第１実施の形態の採点テーブルの第１の例を表す図である。
【図８】図１に示される第１実施の形態の採点テーブルの第２の例を表す図である。
【図９】本発明の第２実施の形態を示すブロック図である。
【図１０】プロセス量が振動に与える影響を示す説明図である。
【図１１】図９に示される第２実施の形態のプロセス値によるアンバランスのモデル化とアンバランスの重畳を示す説明図である。
【図１２】本発明の第３実施の形態を示すブロック図である。
【図１３】回転体の振動原因とアンバランス振動の原因を表す図である。
【図１４】従来のバランシング学習の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  課題設定機能（手段）
２  予想振動計算機能（手段）
３  振動計測模擬機能（手段）
６  バランスウェイト計算機能（手段）
７  バランスウェイト取付機能（手段）
８  採点機能（手段）
１０  プロセス値操作機能（手段）
１１  アンバランス量算出機能（手段）
１００  サーバ計算機
１０１Ａ，１０１Ｂ  回転体バランシング教育装置
【図１】
0003712472.tif 000004
【図２】
0003712472.tif 000005
【図３】
0003712472.tif 000006
【図４】
0003712472.tif 000007
【図５】
0003712472.tif 000008
【図６】
0003712472.tif 000009
【図７】
0003712472.tif 000010
【図８】
0003712472.tif 000011
【図９】
0003712472.tif 000012
【図１０】
0003712472.tif 000013
【図１１】
0003712472.tif 000014
【図１２】
0003712472.tif 000015
【図１３】
0003712472.tif 000016
【図１４】
0003712472.tif 000017