(57)【要約】  【課題】  狭い空間でも回転体の応力を容易に測定することができ、回転体の応力分布も容易に求めることのできる応力測定システムを提供する。  【解決手段】  応力測定システム１は、回転機械の回転体２に塗布された応力発光塗料３に励起光を照射する光源４と、励起光が照射された応力発光塗料３から放射される放射光を受光する受光器５と、受光器５で受光した放射光の光量から回転体２の応力を算出する測定モニター６を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械の回転体に塗布された応力発光塗料に励起光を照射する光源と、
前記励起光が照射された前記応力発光塗料から放射される放射光を受光する受光器と、
前記受光器で受光した前記放射光の光量から前記回転体の応力を算出する測定モニターと、
を備えることを特徴とする応力測定システム。
【請求項２】
前記回転機械には、ポンプ、圧縮機、タービン、または、ファンが含まれ、
前記回転体には、回転軸、または、羽根車が含まれる、請求項１に記載の応力測定システム。
【請求項３】
前記励起光の波長は、１０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に含まれる、請求項１に記載の応力測定システム。
【請求項４】
前記応力発光塗料には、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：ＥＵ、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅが含まれる、請求項１に記載の応力測定システム。
【請求項５】
回転機械の回転体に塗布された応力発光塗料に励起光を照射するステップと、
前記励起光が照射された前記応力発光塗料から放射される放射光を受光するステップと、
受光した前記放射光の光量から前記回転体の応力を算出するステップと、
を含むことを特徴とする応力測定方法。
【請求項６】
回転体に応力発光塗料が塗布された回転機械であって、
前記応力発光塗料に光源から励起光が照射されると、前記応力発光塗料から放射される放射光が受光器で受光され、受光した前記放射光の光量から前記回転体の応力が算出されることを特徴とする回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械の回転体の応力を測定する応力測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機械（例えば、ポンプ、圧縮機、タービン、ファンなど）の回転体（例えば、回転軸、羽根車など）を設計するにあたり、回転体にどの程度の応力がかかっているかを知ることは重要である。しかしながら、回転時の応力を測定することは、回転体が回転しているため容易ではない。
【０００３】
従来、歪ゲージを用いて応力を測定する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。歪ゲージを用いて回転機械の回転体の応力を測定するためには、例えば、回転体にスリップリングを取り付けるとともに、回転体に歪ゲージを貼り付けて、歪ゲージからの配線をスリップリングを介して測定モニターに接続し、測定モニターで回転体の応力を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４２５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の歪ゲージを用いた方法では、歪ゲージの貼り付け、配線の取り付け、スリップリングを介した配線の引き回しなど、煩雑でかつ経験を要する作業が多いという問題があった。また、複雑な配線を引き回すためには広い空間が必要とされるが、回転軸や羽根車などの回転体では十分に広い空間を確保することが困難であるという問題があった。さらに、歪ゲージを回転体に貼り付ける場合には、歪ゲージのサイズの都合から貼り付け場所が限られ、その結果、歪ゲージの貼り付け点数が限られてしまい、回転体の応力分布を求めることが困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、狭い空間でも回転体の応力を容易に測定することができ、回転体の応力分布も容易に求めることのできる応力測定システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の応力測定システムは、回転機械の回転体に塗布された応力発光塗料に励起光を照射する光源と、前記励起光が照射された前記応力発光塗料から放射される放射光を受光する受光器と、前記受光器で受光した前記放射光の光量から前記回転体の応力を算出する測定モニターと、を備えている。
【０００８】
この構成によれば、回転機械の回転体に光源から励起光を照射すると、回転体に塗布された応力発光塗料から放射光が放射される。この放射光の光量から回転体の応力を算出することができる。この場合、従来のように歪ゲージを回転体に貼る必要がなく、回転機械の回転体の応力を非接触で容易に測定することができる。また、従来のように応力測定のための複雑な配線を引き回すための空間が不要であり、狭い空間でも回転体の応力を測定することができる。さらに、従来のような歪ゲージでは点ごとの測定であるのに対し、本発明では面での測定が可能となり、回転体の応力分布を容易に求めることができる。
【０００９】
また、本発明の応力測定システムでは、前記回転機械には、ポンプ、圧縮機、タービン、または、ファンが含まれ、前記回転体には、回転軸、または、羽根車が含まれてもよい。
【００１０】
この構成によれば、ポンプ（または、圧縮機、タービン、ファン）などの回転機械の回転軸（または、羽根車）などの応力を容易に測定することができる。
【００１１】
また、本発明の応力測定システムでは、前記励起光の波長は、１０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に含まれてもよい。
【００１２】
この構成によれば、波長が１０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に含まれる励起光を用いて、回転機械の回転体の応力測定を実現することができる。
【００１３】
また、本発明の応力測定システムでは、前記応力発光塗料には、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：ＥＵ、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅが含まれてもよい。
【００１４】
この構成によれば、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：ＥＵ、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅなどの応力発光塗料を用いて、回転機械の回転体の応力測定を実現することができる。
【００１５】
本発明の応力測定方法は、回転機械の回転体に塗布された応力発光塗料に励起光を照射するステップと、前記励起光が照射された前記応力発光塗料から放射される放射光を受光するステップと、受光した前記放射光の光量から前記回転体の応力を算出するステップと、を含んでいる。
【００１６】
この方法によっても、回転機械の回転体の応力を非接触で容易に測定することができる。また、狭い空間でも回転体の応力を測定することができる。さらに、回転体の応力分布を容易に求めることができる。
【００１７】
本発明の回転機械は、回転体に応力発光塗料が塗布された回転機械であって、前記応力発光塗料に光源から励起光が照射されると、前記応力発光塗料から放射される放射光が受光器で受光され、受光した前記放射光の光量から前記回転体の応力が算出される。
【００１８】
この構成によっても、回転機械の回転体の応力を非接触で容易に測定することができる。また、狭い空間でも回転体の応力を測定することができる。さらに、回転体の応力分布を容易に求めることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、狭い空間でも回転体の応力を容易に測定することができ、回転体の応力分布も容易に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態における応力測定システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における応力測定システムの測定結果（曲げ応力を測定した場合）の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における応力測定システムの測定結果（ねじり応力を測定した場合）の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態の応力測定システムについて、図面を用いて説明する。本実施の形態では、回転機械の回転体のメンテナンス等に用いられる応力測定システムの場合を例示する。
【００２２】
本発明の実施の形態の応力測定システムの構成を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の応力測定システムの構成を示す図である。図１に示すように、応力測定システム１は、回転機械の回転体２に塗布された応力発光塗料３に励起光を照射する光源４と、励起光が照射された応力発光塗料３から放射される放射光を受光する受光器５と、受光器５で受光した放射光の光量から回転体２の応力を算出する測定モニター６を備えている。回転機械は、例えば、ポンプ、圧縮機、タービン、ファンなどであり、回転体２は、例えば、回転軸、羽根車などである。
【００２３】
応力発光塗料３は、励起光が照射された状態で、塗布された箇所（この場合は回転機械の回転体２）にかかる弾性変化（相当応力または相当歪）に応じた強度の放射光を放射する機能を有する塗料である。応力発光塗料３としては、例えば、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：ＥＵ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅなどを用いることができる。
【００２４】
応力発光塗料３の放射光の強度と応力（相当応力）もしくは歪（相当歪）との関係は、次の式により表される。
Ｓ＝Ｃ×ε（ｔ）×ｄε（ｔ）／ｄｔ
ここで、Ｓは放射光の強度（Ｃｄ／ｍ2）、Ｃは補正定数、ε（ｔ）は歪（相当歪）であり、ｄε（ｔ）／ｄｔは歪速度（歪の時間変化）である。なお、補正定数Ｃは、事前にスリップリングを用いて測定した応力と放射光の強度とから求めておくことができる。
【００２５】
光源４から応力発光塗料３に照射される励起光としては、紫外線領域の波長の光を用いることが好ましい。例えば、光源４としてはブラックライト（励起光の波長は３６５ｎｍ）を使用することができる。また、応力発光塗料３から放射される放射光は、可視光領域の波長の光であることが好ましい。例えば、光源４としてブラックライト（励起光の波長は３６５ｎｍ）を使用した場合、応力発光塗料３（例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ）からの放射光の波長は５２０ｎｍである。なお、励起光としては、波長が１０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に含まれる光（紫外線領域から可視光領域が含まれる）を用いることができ、光源４としては、紫外線ランプ、水銀灯、殺菌灯、ＬＥＤなどを用いることができる。
【００２６】
以上のように構成された応力測定システム１の測定結果を、図面を参照して説明する。図２は、曲げ応力（回転機械の回転体２に曲げ応力が加えられた場合）の測定結果の一例を示す図である。図２では、横軸が時間であり、縦軸（２軸）が放射光の光量と応力もしくは歪（相当歪）の値である。図２に示すように、回転機械の回転体２に曲げ応力が加えられると、回転周期にあわせて、１回転ごとに引張応力（応力＋）と圧縮応力（応力−）の最大値がそれぞれ得られる。この引張応力（応力＋）と圧縮応力（応力−）の最大値から、回転機械の回転体２に加えられた曲げ応力を算出することができる。
【００２７】
図３は、ねじり応力（回転機械の回転体２にねじり応力が加えられた場合）の測定結果の一例を示す図である。図３では、横軸が時間であり、縦軸（２軸）が放射光の光量と応力（相当応力）もしくは歪（相当歪）の値である。図３に示すように、回転機械の回転体２にねじり応力が加えられると、回転周期にあわせて、１／２回転ごとに引張応力（応力＋）と圧縮応力（応力−）の最大値が交互に得られる。この引張応力（応力＋）と圧縮応力（応力−）の最大値から、回転機械の回転体２に加えられたねじり応力を算出することができる。
【００２８】
このような本実施の形態の応力測定システム１によれば、回転機械の回転体２に光源４から励起光を照射すると、回転体２に塗布された応力発光塗料３から放射光が放射される。この放射光の光量から回転体２の応力を算出することができる。この場合、従来のように歪ゲージを回転体２に貼る必要がなく、回転機械の回転体２の応力を非接触で容易に測定することができる。また、従来のように応力測定のための複雑な配線を引き回すための空間が不要であり、狭い空間でも回転体２の応力を測定することができる。さらに、従来のような歪ゲージでは点ごとの測定であるのに対し、本実施の形態の応力測定システム１では面での測定が可能となり、回転体２の応力分布を容易に求めることができる。
【００２９】
具体的には、ポンプ（または、圧縮機、タービン、ファン）などの回転機械の回転軸（または、羽根車）などの応力を、容易にかつリアルタイムで測定することができる。この場合、波長が１０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に含まれる励起光を用いて、回転機械の回転体２の応力を測定することができる。また、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：ＥＵ、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅなどの応力発光塗料３を用いて、回転機械の回転体２の応力を測定することができる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上のように、本発明にかかる応力測定システムは、狭い空間でも回転体の応力を容易に測定することができ、回転体の応力分布も容易に求めることができるという効果を有し、回転機械の回転体のメンテナンス等に用いられ、有用である。
【符号の説明】
【００３２】
１  応力測定システム
２  回転体
３  応力発光塗料
４  光源
５  受光器
６  測定モニター
【図１】
2018025471.tif 000003
【図２】
2018025471.tif 000004
【図３】
2018025471.tif 000005