(57)【要約】【課題】予め設定した振動モードで、動翼を高精度に振動させることができる、非接触加振システムを提供する。【解決手段】非接触加振システムは、回転機械の動翼列に加振力をそれぞれ付与可能に構成されるとともに周方向に配列された複数の加振器と、前記動翼列の回転数を検出するための回転数センサと、前記複数の加振器にそれぞれ加振信号を出力するためのコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記回転数センサの検出結果から得られる前記動翼列の回転周波数ｆｒｐｍと、Ｎ節直径モードでの動翼の固有振動数ｆｉとを用いて、ｆｉｎ＝ｆｒｐｍ×Ｎ±ｆｉにより表される周波数ｆｉｎの前記加振信号を前記加振器の各々に出力するように構成されたことを特徴とする。【選択図】図２
2019052975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械の動翼列に加振力をそれぞれ付与可能に構成されるとともに周方向に配列された複数の加振器と、
前記動翼列の回転数を検出するための回転数センサと、
前記複数の加振器にそれぞれ加振信号を出力するためのコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記回転数センサの検出結果から得られる前記動翼列の回転周波数ｆｒｐｍと、Ｎ節直径モードでの動翼の固有振動数ｆｉとを用いて、ｆｉｎ＝ｆｒｐｍ×Ｎ±ｆｉにより表される周波数ｆｉｎの前記加振信号を前記加振器の各々に出力するように構成された
ことを特徴とする非接触加振システム。
【請求項２】
前記複数の加振器は、前記周方向において角度γずれて設けられる一対の加振器を含み、
前記コントローラは、前記一対の加振器のうち一方の加振器に出力する加振信号を基準として、Ｎ×γの位相差を有する加振信号を前記一対の加振器のうち他方の加振器に出力するように構成された
ことを特徴とする請求項１に記載の非接触加振システム。
【請求項３】
前記加振器の個数は２Ｎ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の非接触加振システム。
【請求項４】
前記コントローラは、正弦波又は正弦半波で表される前記加振信号を前記加振器の各々に出力するように構成された
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の非接触加振システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記加振信号の複数種の波形候補の中から前記Ｎ節直径モードの振幅が最大となる波形を選択し、該選択された波形の前記加振信号を前記加振器の各々に出力するように構成された
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の非接触加振システム。
【請求項６】
前記動翼列の回転方向における基準位置を示す基準位置信号を検出する基準位置センサをさらに備え、
前記コントローラは、前記基準位置信号に基づいて決定される加振タイミングに従って、前記加振信号を生成するように構成された
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の非接触加振システム。
【請求項７】
前記コントローラは、前記コントローラによる前記加振信号の出力時点に対する、前記加振器による加振力の発生時点の遅れ位相に基づいて、各々の前記加振器による加振タイミングを補正するように構成された
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の非接触加振システム。
【請求項８】
前記複数の加振器は、
第１加振器と、
前記回転機械の軸方向において前記動翼列を挟んで前記第１加振器とは反対側に設けられた第２加振器と、
を含み、
前記コントローラは、前記第１加振器に出力される第１加振信号を基準として、１８０°位相をずらした第２加振信号を前記第２加振器に出力するように構成された
ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の非接触加振システム。
【請求項９】
前記動翼列の振動変位を検出するための振動変位検出装置をさらに備え、
前記コントローラは、前記振動変位検出装置により検出された前記振動変位が前記動翼列の目標振動変位に近づくように、前記加振器の各々に出力される前記加振信号を補正する
ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の非接触加振システム。
【請求項１０】
前記振動変位検出装置は、
前記周方向に沿って配列され、前記動翼列の各動翼の通過をそれぞれ検出するための複数の通過検出センサと、
前記複数の通過検出センサの検出信号を処理するための信号処理部と、
を含み、
前記信号処理部は、
前記動翼列が振動していないと仮定したときに前記複数の通過検出センサを各動翼が通過する第１通過タイミングをそれぞれ算出し、
算出した前記第１通過タイミングと前記複数の通過検出センサで実際に検出した各動翼の第２通過タイミングとを比較して前記動翼の振動による変位を算出し、
算出した前記動翼の振動による変位に基づいて前記動翼列の振動変位を算出する
ように構成された
ことを特徴とする請求項９に記載の非接触加振システム。
【請求項１１】
回転機械の動翼列に加振力をそれぞれ付与可能に構成されるとともに周方向に配列された複数の加振器と、
前記動翼列の振動変位を検出するための振動変位検出装置と、
前記動翼列の回転数を検出するための回転数センサと、
前記振動変位検出装置により検出される前記振動変位が小さくなるように、前記複数の加振器にそれぞれ加振信号を出力するためのコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記回転数センサの検出結果から得られる前記動翼列の回転周波数ｆｒｐｍと、Ｎ節直径モードでの動翼の固有振動数ｆｉとを用いて、ｆｉｎ＝ｆｒｐｍ×Ｎ±ｆｉにより表される周波数ｆｉｎの前記加振信号を生成するように構成された
ことを特徴とする回転機械の振動抑制システム。
【請求項１２】
前記振動変位検出装置は、
前記周方向に沿って配列され、前記動翼列の各動翼の通過をそれぞれ検出するための複数の通過検出センサと、
前記複数の通過検出センサの検出信号を処理するための信号処理部と、
を含み、
前記信号処理部は、
前記動翼列が振動していないと仮定したときに前記複数の通過検出センサを各動翼が通過する第１通過タイミングをそれぞれ算出し、
算出した前記第１通過タイミングと前記複数の通過検出センサで実際に検出した各動翼の第２通過タイミングとを比較して前記動翼の振動による変位を算出し、
算出した前記動翼の振動による変位に基づいて前記動翼列の振動変位を算出する
ように構成された
ことを特徴とする請求項１１に記載の回転機械の振動抑制システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、非接触加振システム及び回転機械の振動抑制システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンなどの産業用タービンでは、性能試験の一つとして回転振動試験が実施されている。この回転振動試験では、試験に必要な回転数範囲でタービンを回転させつつ、振動モード励振装置により、回転中の動翼を励振（加振）している。このようにして、回転中に励振された動翼の振動を、検出器により検出することにより、動翼の振動特性を得ている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−９７８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献に記載のものでは、回転翼の周縁に対向する位置で全周にわたって配置した複数の加振器のうち、予め設定した振動モードに対応して選択された加振器を所定のタイミングでＯＮすることで、予め設定した振動モードで動翼が振動するようにしている。
しかし、上述した特許文献に記載のものでは、加振器が円周方向に所定の間隔で配置されているため、予め設定した振動モードに対応して動翼を加振させたい位置と加振器の配置位置とにずれが生じることがある。そのため、予め設定した振動モードで、動翼を高精度に振動させることが難しくなるおそれがある。
【０００５】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、予め設定した振動モードで、動翼を高精度に振動させることができる、非接触加振システムを提供することを目的とする。また、本発明の少なくとも一実施形態は、回転機械に生じる振動を抑制する回転機械の振動抑制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】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る非接触加振システムは、
回転機械の動翼列に加振力をそれぞれ付与可能に構成されるとともに周方向に配列された複数の加振器と、
前記動翼列の回転数を検出するための回転数センサと、
前記複数の加振器にそれぞれ加振信号を出力するためのコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記回転数センサの検出結果から得られる前記動翼列の回転周波数ｆｒｐｍと、Ｎ節直径モードでの動翼の固有振動数ｆｉとを用いて、ｆｉｎ＝ｆｒｐｍ×Ｎ±ｆｉにより表される周波数ｆｉｎの前記加振信号を前記加振器の各々に出力するように構成された
ことを特徴とする。
【０００７】
上記（１）の構成によれば、ｆｉｎ＝ｆｒｐｍ×Ｎ±ｆｉにより表される周波数ｆｉｎの加振信号を加振器の各々に出力することで、動翼列をＮ節直径モードで精度よく加振することができる。
【０００８】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記複数の加振器は、前記周方向において角度γずれて設けられる一対の加振器を含み、
前記コントローラは、前記一対の加振器のうち一方の加振器に出力する加振信号を基準として、Ｎ×γの位相差を有する加振信号を前記一対の加振器のうち他方の加振器に出力するように構成された
ことを特徴とする。
【０００９】
上記（２）の構成によれば、周方向において角度γずれて設けられる一対の加振器のうち一方の加振器に出力する加振信号を基準として、Ｎ×γの位相差を有する加振信号が一対の加振器のうち他方の加振器に出力される。これにより、周方向において角度γずれて設けられる一対の加振器に出力する加振信号の位相を適切化できる。
【００１０】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記加振器の個数は２Ｎ以下であることを特徴とする。
【００１１】
上記（３）の構成によれば、個数が２Ｎ以下の加振器によって、回転している動翼列を節直径数Ｎの高節直径モードの固有振動数ｆｉで加振することができる。これにより、非接触加振システムにおける加振器の数が２Ｎ以下で済むので、非接触加振システムのコスト増を抑制できる。
【００１２】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、前記コントローラは、正弦波又は正弦半波で表される前記加振信号を前記加振器の各々に出力するように構成されたことを特徴とする。
【００１３】
上記（４）の構成によれば、正弦波又は正弦半波で表される加振信号が加振器の各々に出力されるので、設定した節直径モードで励振しやすくなる。
【００１４】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、前記コントローラは、前記加振信号の複数種の波形候補の中から前記Ｎ節直径モードの振幅が最大となる波形を選択し、該選択された波形の前記加振信号を前記加振器の各々に出力するように構成されたことを特徴とする。
【００１５】
上記（５）の構成によれば、加振信号の複数種の波形候補の中からＮ節直径モードの振幅が最大となる波形が選択され、該選択された波形の加振信号が加振器の各々に出力されるので、設定した節直径モードで励振しやすくなる。
【００１６】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記動翼列の回転方向における基準位置を示す基準位置信号を検出する基準位置センサをさらに備え、
前記コントローラは、前記基準位置信号に基づいて決定される加振タイミングに従って、前記加振信号を生成するように構成されたことを特徴とする。
【００１７】
上記（６）の構成によれば、コントローラが基準位置信号に基づいて決定される加振タイミングに従って加振信号を生成するので、精度のよいＮ節直径モードの振動を動翼列に励起することができる。
【００１８】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、前記コントローラは、前記コントローラによる前記加振信号の出力時点に対する、前記加振器による加振力の発生時点の遅れ位相に基づいて、各々の前記加振器による加振タイミングを補正するように構成されたことを特徴とする。
【００１９】
上記（７）の構成によれば、加振信号の出力時点に対する加振力の発生時点の遅れ位相に基づいて、各々の加振器による加振タイミングが補正されるので、動翼列に対して加振力を効率的に与えることができる。
【００２０】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、
前記複数の加振器は、
第１加振器と、
前記回転機械の軸方向において前記動翼列を挟んで前記第１加振器とは反対側に設けられた第２加振器と、
を含み、
前記コントローラは、前記第１加振器に出力される第１加振信号を基準として、１８０°位相をずらした第２加振信号を前記第２加振器に出力するように構成された
ことを特徴とする。
【００２１】
上記（８）の構成によれば、複数の加振器は、第１加振器と、回転機械の軸方向において動翼列を挟んで第１加振器とは反対側に設けられた第２加振器とを含む。そして、コントローラは、第１加振器に出力される第１加振信号を基準として、１８０°位相をずらした第２加振信号を第２加振器に出力するように構成されている。これにより、動翼列をより強い加振力で加振することができる。
【００２２】
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、
前記動翼列の振動変位を検出するための振動変位検出装置をさらに備え、
前記コントローラは、前記振動変位検出装置により検出された前記振動変位が前記動翼列の目標振動変位に近づくように、前記加振器の各々に出力される前記加振信号を補正することを特徴とする。
【００２３】
上記（９）の構成によれば、コントローラが、振動変位検出装置により検出された動翼列の振動変位が目標振動変位に近づくように、加振器の各々に出力される加振信号を補正する。これにより、精度のよいＮ節直径モードの振動を動翼列に励起することができる。
【００２４】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、
前記振動変位検出装置は、
前記周方向に沿って配列され、前記動翼列の各動翼の通過をそれぞれ検出するための複数の通過検出センサと、
前記複数の通過検出センサの検出信号を処理するための信号処理部と、
を含み、
前記信号処理部は、
前記動翼列が振動していないと仮定したときに前記複数の通過検出センサを各動翼が通過する第１通過タイミングをそれぞれ算出し、
算出した前記第１通過タイミングと前記複数の通過検出センサで実際に検出した各動翼の第２通過タイミングとを比較して前記動翼の振動による変位を算出し、
算出した前記動翼の振動による変位に基づいて前記動翼列の振動変位を算出する
ように構成されたことを特徴とする。
【００２５】
上記（１０）の構成によれば、振動変位検出装置は、周方向に沿って配列され、動翼列の各動翼の通過をそれぞれ検出するための複数の通過検出センサと、複数の通過検出センサの検出信号を処理するための信号処理部とを含む。信号処理部は、動翼列が振動していないと仮定したときに複数の通過検出センサを各動翼が通過する第１通過タイミングをそれぞれ算出し、算出した第１通過タイミングと複数の通過検出センサで実際に検出した各動翼の第２通過タイミングとを比較して動翼の振動による変位を算出し、算出した動翼の振動による変位に基づいて動翼列の振動変位を算出する。これにより、動翼列の振動変位を精度よく算出できるので、コントローラにおける加振信号の補正の精度が向上し、精度のよいＮ節直径モードの振動を動翼列に励起することができる。
【００２６】
（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械の振動抑制システムは、
回転機械の動翼列に加振力をそれぞれ付与可能に構成されるとともに周方向に配列された複数の加振器と、
前記動翼列の振動変位を検出するための振動変位検出装置と、
前記動翼列の回転数を検出するための回転数センサと、
前記振動変位検出装置により検出される前記振動変位が小さくなるように、前記複数の加振器にそれぞれ加振信号を出力するためのコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記回転数センサの検出結果から得られる前記動翼列の回転周波数ｆｒｐｍと、Ｎ節直径モードでの動翼の固有振動数ｆｉとを用いて、ｆｉｎ＝ｆｒｐｍ×Ｎ±ｆｉにより表される周波数ｆｉｎの前記加振信号を生成するように構成された
ことを特徴とする。
【００２７】
上記（１１）の構成によれば、振動変位検出装置により検出される振動変位が小さくなるように、複数の加振器にそれぞれ加振信号を出力するためのコントローラを備える。このコントローラは、回転数センサの検出結果から得られる動翼列の回転周波数ｆｒｐｍと、Ｎ節直径モードでの動翼の固有振動数ｆｉとを用いて、ｆｉｎ＝ｆｒｐｍ×Ｎ±ｆｉにより表される周波数ｆｉｎの加振信号を生成するように構成されている。
これにより、ｆｉｎ＝ｆｒｐｍ×Ｎ±ｆｉにより表される周波数ｆｉｎの加振信号を加振器の各々に出力することで、動翼列のＮ節直径モードでの振動を効果的に抑制できる。
【００２８】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）の構成において、
前記振動変位検出装置は、
前記周方向に沿って配列され、前記動翼列の各動翼の通過をそれぞれ検出するための複数の通過検出センサと、
前記複数の通過検出センサの検出信号を処理するための信号処理部と、
を含み、
前記信号処理部は、
前記動翼列が振動していないと仮定したときに前記複数の通過検出センサを各動翼が通過する第１通過タイミングをそれぞれ算出し、
算出した前記第１通過タイミングと前記複数の通過検出センサで実際に検出した各動翼の第２通過タイミングとを比較して前記動翼の振動による変位を算出し、
算出した前記動翼の振動による変位に基づいて前記動翼列の振動変位を算出する
ように構成された
ことを特徴とする。
【００２９】
上記（１２）の構成によれば、振動変位検出装置は、周方向に沿って配列され、動翼列の各動翼の通過をそれぞれ検出するための複数の通過検出センサと、複数の通過検出センサの検出信号を処理するための信号処理部とを含む。信号処理部は、動翼列が振動していないと仮定したときに複数の通過検出センサを各動翼が通過する第１通過タイミングをそれぞれ算出し、算出した第１通過タイミングと複数の通過検出センサで実際に検出した各動翼の第２通過タイミングとを比較して動翼の振動による変位を算出し、算出した動翼の振動による変位に基づいて動翼列の振動変位を算出する。これにより、動翼列の振動変位を精度よく算出できるので、動翼列のＮ節直径モードでの振動をより効果的に抑制できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、予め設定した振動モードで、動翼を高精度に振動させることができる。また、本発明の少なくとも一実施形態によれば、回転機械に生じる振動を効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態１に係る非接触加振システムの振動モード励振装置を組み込んだ回転振動試験装置を示す構成図。
【図２】実施形態１に係る非接触加振システムの振動モード励振装置を示す構成図。
【図３】動翼列の振動状態を示す模式図。
【図４】実施形態１に係る非接触加振システムの振動モード励振装置を制御する制御系を示す構成図。
【図５】静止座標系と回転座標系との関係を示す説明図。
【図６】加振指令信号の各種例を示す波形図。
【図７】加振器の出力特性（電流の二乗と加振力）イメージを示す波形図。
【図８】実施形態２に係る非接触加振システムの振動モード励振装置を組み込んだ回転振動試験装置を示す構成図。
【図９】実施形態２における加振状態を示す説明図。
【図１０】実施形態３における動翼列の振動モードの検出方法に係る構成を示す図。
【図１１】実施形態３における動翼列の振動モードの検出方法に係る波形処理の説明図。
【図１２】第１動翼の振動波形を示すグラフ。
【図１３】動翼列に励起させようとしている振動のモード形状の一例としての６節直径モードのモード形状と、動翼列に生じる実際の振動モードのモード形状とを示すグラフ。
【図１４】実施形態３に係るコントローラで実行される、Ｎ節直径モードのモード形状の歪みを修正する処理を示すフローチャート。
【図１５】実施形態４に係る回転機械の振動抑制システムの全体構成を示すブロック図。
【図１６】実施形態４に係るコントローラで実行される、振動抑制処理を示すフローチャート。
【図１７】実施形態４に係る振動抑制処理の前の動翼列の振動のモード形状の一例と振動抑制処理によって動翼列の振動が抑制した場合のモード形状とを模式的に示した図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３３】
〔実施形態１〕
本発明の実施形態１に係る非接触加振システム１００を、図１〜図７を参照して説明する。
この非接触加振システム１００は、振動モード励振装置１１０（図１、図２参照）と、コントローラ２００（図４参照）を主要部材として構成されている。
【００３４】
＜回転振動試験装置５０及び振動モード励振装置１１０の説明＞
まず図１を参照して、回転振動試験装置５０を説明する。この回転振動試験装置５０は、本実施形態の非接触加振システム１００の振動モード励振装置１１０が組み込まれて、回転振動試験をするものである。
【００３５】
図１に示すように、タービン４０は回転軸４１と動翼列４２とを有する。動翼列４２は、回転軸４１に多数枚の動翼４２ａが放射状に配置されることで形成されている。このタービン４０の回転試験振動をする場合には、動翼列４２を試験室５１内に配置した状態で、回転軸４１を回転支持柱５２，５３により回転自在に支持する。試験室５１内には、動翼列４２に対面する状態で振動モード励振装置１１０を近接して配置している。
また、タービン４０の回転数及び回転方向のゼロ位置を検出する回転検出器６０が、回転軸４１に近接して配置されている。
【００３６】
ここで振動モード励振装置１１０の構成を、動翼列４２側から見た状態で示す図２を参照して説明する。
図２に示すように、ベッド１１１上に配置した脚台１１２により、円環状の支持環１１３が支持されている。この支持環１１３の内周側には、円環状の取付治具１１４が取り付けられている。この例では、８台の加振器１１５−１〜１１５−８と８台の受振器１１６−１〜１１６−８が取付治具１１４に取り付けられている。なお、加振器１１５−１〜１１５−８及び受振器１１６−１〜１１６−８の設置台数は８台に限定されるものではなく、その設置台数は任意に設定することができる。本実施形態では、後述するように動翼列４２に対して加振力を与えるように構成されているので、精度のよいＮ節直径モードの振動を動翼列４２に励起することができるとともに、従来の非接触加振システムと比べて加振器１１５の個数を削減できる。例えば、本実施形態では、節直径数Ｎの２倍（２Ｎ）以下の個数の加振器１１５によって精度のよいＮ節直径モードの振動を動翼列４２に励起することができる。
【００３７】
加振器１１５−１〜１１５−８は電磁石であり、電流が供給されると、動翼４２ａを吸引する吸引力を発生する。受振器１１６−１〜１１６−８は、磁性体である動翼４２ａが高速で通過すると、電磁誘導作用により電圧を発生し、この誘起電圧を検出信号として出力する。
【００３８】
加振器１１５−１〜１１５−４は、図２において、取付治具１１４の右側領域において周方向に沿い並んで配置されている。具体的には、加振器１１５−１の配置位置から見て、時計回り方向に１１．２５°、２２．５°、３３．７５°ずれた位置に、加振器１１５−２，１１５−３，１１５−４が配置されている。
加振器１１５−５〜１１５−８は、図２において、取付治具１１４の左側領域において周方向に沿い並んで配置されている。具体的には、加振器１１５−５の配置位置から見て、時計回り方向に１１．２５°、２２．５°、３３．７５°ずれた位置に、加振器１１５−６，１１５−７，１１５−８が配置されている。また、加振器１１５−５は、加振器１１５−１から見て、周方向に１８０°ずれた位置に配置されている。
なお、１１．２５°＝（９０°÷８）であり、２２．５°＝（９０°÷８）×２であり、３３．７５°＝（９０°÷８）×３である。
【００３９】
回転振動試験をする際には、図示しない回転駆動源により回転軸４１に回転力を入力して、タービン４０を試験に必要な回転数で回転させる。また予め設定した振動モード（例えば、８節直径モード）で動翼４２ａが面外方向、すなわち動翼列４２における各動翼４２ａが配列された面とは交差する方向に振動するように、加振器１１５−１〜１１５−８により動翼４２ａに吸引力を与えて加振する。
【００４０】
動翼列４２が振動すると、受振器１１６−１〜１１６−８からは、そのときの振動状態に応じた検出信号が出力され、コントローラ２００は検出信号を基に、動翼４２ａの振動状態（振動モード等）を検出することができる。なお、図３は、動翼列４２が８節直径モードで面外方向に振動している状態を示す模式図である。
このようにして、回転している動翼列４２が、予め設定した振動モードで振動しているときに、動翼４２ａに取り付けた各種センサ（図示省略）により動翼４２ａの状態を検出して、動翼４２ａの振動応答を計測し、振動特性（固有振動数、減衰など）を分析している。
【００４１】
＜コントローラ２００の説明＞
次に図４を参照しつつ、コントローラ２００の構成及びコントローラ２００による制御について説明する。なお、コントローラ２００は、ソフトウエア（プログラム）とハードウエア（コンピュータ）とが協働して情報処理を行う情報処理装置であり、図４では、各演算処理機能（演算処理プロセス）をブロック図にして示している。
【００４２】
入力部２１０から、コントローラ２００に、予め設定した振動モード（節直径モード）を示す節直径数Ｎ（但し、Ｎは整数）が入力される。コントローラ２００は、節直径数Ｎで示す振動モード（Ｎ節直径モード）で動翼列４２が振動するように、通電指令部２０１−１〜２０１−８から加振指令信号ａ１〜ａ８を出力する。加振指令信号ａ１〜ａ８は、波形、出力タイミング、周波数、位相が調整されたものであり、その調整状態については後述する。
【００４３】
アンプ２２０−１〜２２０−８は、加振指令信号ａ１〜ａ８に対応した波形、出力タイミング、周波数、位相となっている加振電流Ａ１〜Ａ８を発生して加振器１１５−１〜１１５−８に供給する。電流検出センサ２２１−１〜２２１−８は、加振電流Ａ１〜Ａ８の波形、出力タイミング、周波数、位相をセンシングしてフィードバック信号ｆ１〜ｆ８を通電指令部２０１−１〜２０１−８にフィードバックする。通電指令部２０１−１〜２０１−８は、フィードバック信号ｆ１〜ｆ８を受けてフィードバック制御をすることにより、加振指令信号ａ１〜ａ８の波形、出力タイミング、周波数、位相をより適切に調整する。
【００４４】
このようにして、波形、出力タイミング、周波数、位相が適切に調整された加振電流Ａ１〜Ａ８が加振器１１５−１〜１１５−８に供給されると、加振器１１５−１〜１１５−８は、加振電流Ａ１〜Ａ８の波形、出力タイミング、周波数、位相に応じた吸引力を発生して、回転している動翼列４２を加振する。
【００４５】
受振器１１６−１〜１１６−８は、回転している動翼列４２の振動に応じた検出信号ｂ１〜ｂ８を出力する。検出信号ｂ１〜ｂ８は、アンプ２２２−１〜２２２−８で増幅されてから、コントローラ２００の振動モード検出部２０２に送られる。振動モード検出部２０２は、検出信号ｂ１〜ｂ８を基に、動翼列４２の振動モードを検出する。検出した振動モード波形は、表示部２０３に表示される。
【００４６】
回転検出器６０は、タービン４０の回転数及び回転方向のゼロ位置を検出して、回転数信号Ｒ及びゼロ位置信号Ｚを出力する。回転数信号Ｒ及びゼロ位置信号Ｚはコントローラ２００に送られる。
【００４７】
ここで、加振指令信号ａ１〜ａ８の波形、出力タイミング、周波数、位相をどのように選択し調整するのかを説明する。
【００４８】
コントローラ２００は、前述した通電指令部２０１−１〜２０１−８、振動モード検出部２０２、表示部２０３の他に、統合演算・指令部２０４、加振周波数・位相演算部２０５、加振タイミング演算部２０６、加振波形選択部２０７、調整位相演算部２０８を有している。これらの演算部が協調して下記の演算処理を行っている。
【００４９】
（加振指令信号の周波数の決定）
加振周波数・位相演算部２０５は、入力部２１０から節直径数Ｎ（例えばＮ＝８）が入力されると、Ｎ節直径モードで動翼列４２を振動させる、加振指令信号ａ１〜ａ８の周波数（加振周波数）を、次の知見に基づき求める。
なお加振周波数・位相演算部２０５は、下記の演算に先立ち、回転数信号Ｒ及びゼロ位置信号Ｚを基に、動翼列４２の周波数（回転周波数）ｆｒｐｍ及び静止座標系から見た動翼列４２の回転角度αを取得する。
【００５０】
図５は回転している動翼列４２を模式的に示したものであり、αは静止座標系から見た動翼列４２の回転角度、θは回転座標系からみた動翼列４２の回転角度であり、動翼列４２の回転速度は２πｆｒｐｍである。このため、θとαの関係は、
θ＝２πｆｒｐｍｔ±α  ・・・（１）
となる。
回転座標系での振動モードの形状を表す式ｘθは次式（２）で示される。なお、ｆｉは、節直径数Ｎの高節直径モードでの動翼４２ａの固有振動数である。Ｘｉは任意の値であり、加振器１１５−１〜１１５−８による吸引力により決定される。
ｘθ＝Ｘｉ  ｃｏｓ（２πｆｉｔ＋Ｎθ）  ・・・（２）
回転座標系での振動モードの形状を示す式（２）に、式（１）を代入すると、静止座標系での振動モードの形状を表す式ｘθは次式（３）で示される。
ｘθ＝Ｘｉ  ｃｏｓ（２π（Ｎｆｒｐｍ±ｆｉ）ｔ＋Ｎα）  ・・・（３）
【００５１】
よって、動翼列４２が周波数ｆｒｐｍで回転している場合、加振指令信号ａ１〜ａ８の加振周波数ｆｉｎを、ｆｉｎ＝ｆｒｐｍ×Ｎ±ｆｉにすれば、節直径数Ｎの高節直径モードの固有振動数ｆｉで動翼４２ａを加振することができる。
加振周波数・位相演算部２０５は、上記知見に基づき、加振指令信号ａ１〜ａ８の加振周波数ｆｉｎ＝ｆｒｐｍ×Ｎ±ｆｉとして決定する。
【００５２】
（加振指令信号の位相の決定）
また、加振周波数・位相演算部２０５は、加振指令信号ａ１に対する加振指令信号ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７、ａ８の位相を次のようにして演算する。
即ち、加振器１１５−１の配置位置から見て、時計回り方向に１１．２５°、２２．５°、３３．７５°ずれた位置に、加振器１１５−２，１１５−３，１１５−４が配置されており、加振器１１５−１の配置位置から見て、時計回り方向に、１８０°、１８０°＋１１．２５°、１８０°＋２２．５°、１８０°＋３３．７５°ずれた位置に、加振器１１５−５，１１５−６，１１５−７，１１５−８が配置されている。したがって、節直径数Ｎであるときには、加振指令信号ａ１に対する加振指令信号ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７、ａ８の位相遅れ（位相ずれ）は、１１．２５°×Ｎ、２２．５°×Ｎ、３３．７５°×Ｎ、１８０°×Ｎ、（１８０°＋１１．２５°）×Ｎ、（１８０°＋２２．５°）×Ｎ、（１８０°＋３３．７５°）×Ｎとする。なお、Ｎ＝８のときには、１１．２５°×Ｎは９０°、２２．５°×Ｎは１８０°、３３．７５°×Ｎは２７０°になる。
【００５３】
一般的に言えば、予め決めた特定の加振器１１５−１に向けて送る加振指令信号ａ１の位相に対して、この特定の加振器１１５−１に対して機械的に所定角度γずれた位置に配置した加振器に向けて送る加振指令信号の位相を、Ｎ×γずらしている。
【００５４】
このようにして、加振周波数・位相演算部２０５は、加振指令信号ａ１〜ａ８の周波数と、加振指令信号ａ１に対する加振指令信号ａ２〜ａ８の位相を決定する。
【００５５】
（加振タイミングの決定）
加振タイミング演算部２０６は、回転検出器６０から出力された回転数信号Ｒ及びゼロ位置信号Ｚを基に、加振指令信号ａ１〜ａ８の出力タイミング（加振タイミング）を決定する。つまり、動翼列４２の周方向に関して同じ位置に加振力を加えて、Ｎ節直径モードの振動を効率的に生起させる出力タイミングを決定する。
例えば、加振タイミング演算部２０６は、加振器１１５−１により動翼４２ａを加振する位置が周方向に関して同じ位置であるように、１回転ごとに又は数回転ごとにゼロ位置信号Ｚに基づいて加振指令信号ａ１の出力タイミングを修正する。
【００５６】
（加振指令信号の波形の決定）
加振波形選択部２０７は、加振指令信号ａ１〜ａ８の信号波形として、各種の波形を決定する。例えば、図６（ａ）に示す矩形波形や、図６（ｂ）に示す正弦半波や、図６（ｃ）に示す正弦波が予め規定（設定）されており、その中から特定の波形を選択して、加振指令信号ａ１〜ａ８の信号波形として決定する。
【００５７】
統合演算・指令部２０４は、加振周波数・位相演算部２０５で求めた加振指令信号ａ１〜ａ８の加振周波数ｆｉｎと位相、及び、加振タイミング演算部２０６で求めた加振指令信号ａ１〜ａ８の出力タイミング（加振タイミング）を保持する。
【００５８】
統合演算・指令部２０４は、保持した加振周波数ｆｉｎと位相、出力タイミングで、矩形波形（図６（ａ）参照）の加振指令信号ａ１〜ａ８を通電指令部２０１−１〜２０１−８から出力させ、加振器１１５−１〜１１５−８により、回転している動翼列４２をプレ加振する。そして、このときの、振動モード波形を振動モード検出部２０２から取り込んで、その振動モード波形の振幅を記憶する。
また、統合演算・指令部２０４は、保持した加振周波数ｆｉｎと位相、出力タイミングで、正弦半波（図６（ｂ）参照）の加振指令信号ａ１〜ａ８を通電指令部２０１−１〜２０１−８から出力させ、加振器１１５−１〜１１５−８により、回転している動翼列４２をプレ加振する。そして、このときの、振動モード波形を振動モード検出部２０２から取り込んで、その振動モード波形の振幅を記憶する。
更に、統合演算・指令部２０４は、保持した加振周波数ｆｉｎと位相、出力タイミングで、正弦波（図６（ｃ）参照）の加振指令信号ａ１〜ａ８を通電指令部２０１−１〜２０１−８から出力させ、加振器１１５−１〜１１５−８により、回転している動翼列４２をプレ加振する。そして、このときの、振動モード波形を振動モード検出部２０２から取り込んで、その振動モード波形の振幅を記憶する。
そして、振動モード波形の振幅を最も大きくすることができる波形、即ちＮ節直径モードの振動を起こしやすい波形（例えば正弦波）を決定する。
【００５９】
（調整位相の演算）
調整位相演算部２０８には、各加振器１１５−１〜１１５−８の応答遅れを補正（調整）する調整位相θｃ１〜θｃ８が設定されている。図７は加振器１１５−１〜１１５−８のうちのいずれか一つの出力特性を示しており、図７（ａ）は当該加振器に入力される加振電流を二乗した波形を示し、図７（ｂ）は当該加振器から出力される加振力（吸引力）を示している。図７（ａ），（ｂ）の特性より当該加振器の加振力の遅れが分るので、この加振力の遅れを補正する調整位相を、調整位相演算部２０８に設定している。
【００６０】
また、調整位相演算部２０８には、電流検出センサ２２１−１〜２２１−８の検出応答遅れを補正（調整）する調整位相θｃ１１〜θｃ１８が設定されている。この調整位相θｃ１１〜θｃ１８は、電流検出センサ２２１−１〜２２１−８の検出応答遅れ特性を予め測定することにより求めている。
【００６１】
更に、調整位相演算部２０８には、回転検出器６０が、回転数とゼロ位置を検出してから回転数信号Ｒとゼロ位置信号Ｚを出力するまでの、応答遅れを補正（調整）する調整位相θｃｒ、θｃＺが設定されている。この調整位相θｃｒ、θｃＺは、回転検出器６０の応答遅れ特性を予め測定することにより求めている。
【００６２】
結局、調整位相演算部２０８には、通電指令部２０１−１〜２０１−８から加振指令信号ａ１〜ａ８が出力されてから、加振器１１５−１〜１１５−８から加振力が出力されるまでに発生する遅れを補正するため、加振器１１５−１〜１１５−８用の調整位相θｃ１〜θｃ８と、電流検出センサ２２１−１〜２２１−８用の調整位相θｃ１１〜θｃ１８と、回転検出器６０用の調整位相θｃｒ、θｃＺが設定されている。
【００６３】
統合演算・指令部２０４は、加振指令信号ａ１〜ａ８の波形、出力タイミング、周波数、位相を次にようにして決定する。
【００６４】
（１）加振指令信号ａ１
加振指令信号ａ１の加振周波数ｆｉｎは、加振周波数・位相演算部２０５により決定した、加振周波数ｆｉｎ＝ｆｒｐｍ×Ｎ±ｆｉを採用する。
加振タイミング（出力タイミング）は、加振タイミング演算部２０６により決定した、加振指令信号ａ１用の出力タイミングを採用する。
加振指令信号ａ１の波形は、加振波形選択部２０７により決定した、波形を決定する。
加振指令信号ａ１の位相は、調整位相演算部２０８で求めた、調整位相θｃ１、θｃ１１、θｃｒ、θｃＺの分だけ位相調整する。
【００６５】
（２）加振指令信号ａ２
加振指令信号ａ２の加振周波数ｆｉｎは、加振周波数・位相演算部２０５により決定した、加振周波数ｆｉｎ＝ｆｒｐｍ×Ｎ±ｆｉを採用する。
加振タイミング（出力タイミング）は、加振タイミング演算部２０６により決定した、加振指令信号ａ２用の出力タイミングを採用する。
加振指令信号ａ２の波形は、加振波形選択部２０７により決定した、波形を決定する。
加振指令信号ａ２の位相は、調整位相演算部２０８で求めた、調整位相θｃ２、θｃ１２、θｃｒ、θｃＺの分だけ位相調整し、更に、加振周波数・位相演算部２０５で求めた、加振指令信号ａ２用の位相ずれ（加振指令信号ａ１に対する位相ずれ）の分も位相調整する。
【００６６】
（３）加振指令信号ａ３〜ａ８
加振指令信号ａ３〜ａ８の加振周波数ｆｉｎは、加振周波数・位相演算部２０５により決定した、加振周波数ｆｉｎ＝ｆｒｐｍ×Ｎ±ｆｉを採用する。
加振タイミング（出力タイミング）は、加振タイミング演算部２０６により決定した、加振指令信号ａ３〜ａ８用の出力タイミングを採用する。
加振指令信号ａ３〜ａ８の波形は、加振波形選択部２０７により決定した、波形を決定する。
加振指令信号ａ３〜ａ８の位相は、加振周波数・位相演算部２０５で求めた、調整位相演算部２０８で求めた、調整位相θｃ３〜θｃ８、θｃ１３〜θｃ１８、θｃｒ、θｃＺの分だけ位相調整し、更に、加振指令信号ａ３〜ａ８用の位相ずれ（加振指令信号ａ１に対する位相ずれ）の分も位相調整する。
【００６７】
統合演算・指令部２０４は、上記のようにして決定した波形、出力タイミング、周波数、位相となっている加振指令信号ａ１〜ａ８を、通電指令部２０１−１〜２０１−８から出力するよう指令する。
これにより、上記のようにして決定した波形、出力タイミング、周波数、位相調整された位相となっている加振指令信号ａ１〜ａ８が通電指令部２０１−１〜２０１−８から出力され、加振指令信号ａ１〜ａ８に対応する加振電流Ａ１〜Ａ８が加振器１１５−１〜１１５−８に供給され、加振器１１５−１〜１１５−８により動翼４２ａを加振（吸引）する。この結果、入力部２１０から入力された節直径数Ｎに対応する精度のよいＮ節直径モードの振動を動翼列４２に励起することができる。
【００６８】
このように本実施形態では、加振指令信号ａ１〜ａ８の波形、出力タイミング、周波数、位相を調整することにより、入力された節直径数Ｎに対応する精度の良いＮ節直径モードの振動モードを、動翼列４２に励起しやすくなる。
つまり、加振指令信号ａ１〜ａ８の波形の形状をコントロールすることにより、設定した節直径モードで励振しやすくなり、また加振指令信号ａ１〜ａ８の周波数と加振タイミングをコントロールすることにより無駄なく正確に加振力を動翼に入力可能となり、更にモード形状に合わせて加振指令信号ａ１〜ａ８の位相をコントロールすることにより、振動モードに合わせて加振力を入力可能となり、設定した振動モードを励起しやすくなる。
【００６９】
このようにして、動翼列４２の加振の同期を取り、無駄なく加振力を入力することができるため、加振器の数を従来に比べて削減しても、目的とした加振モードが適切に励起することができる。
【００７０】
すなわち、上述した実施形態１に係る非接触加振システム１００では、次の作用効果を奏する。
（１）非接触加振システム１００は、回転機械の動翼列４２に加振力をそれぞれ付与可能に構成されるとともに周方向に配列された複数の加振器１１５と、動翼列４２の回転数を検出するための回転数センサである回転検出器６０と、複数の加振器１１５にそれぞれ加振信号を出力するためのコントローラ２００とを備える。コントローラ２００は、回転検出器６０の検出結果から得られる動翼列４２の回転周波数ｆｒｐｍと、Ｎ節直径モードでの動翼４２ａの固有振動数ｆｉとを用いて、ｆｉｎ＝ｆｒｐｍ×Ｎ±ｆｉにより表される周波数ｆｉｎの加振信号を加振器１１５の各々に出力するように構成されている。
これにより、ｆｉｎ＝ｆｒｐｍ×Ｎ±ｆｉにより表される周波数ｆｉｎの加振信号である加振電流Ａ１〜Ａ８を加振器１１５の各々に出力することで、動翼列４２をＮ節直径モードで精度よく加振することができる。
【００７１】
（２）複数の加振器１１５は、周方向において角度γずれて設けられる一対の加振器１１５を含む。コントローラ２００は、一対の加振器１１５のうち一方の加振器１１５に出力する加振信号を基準として、Ｎ×γの位相差を有する加振信号を一対の加振器１１５のうち他方の加振器１１５に出力するように構成されている。
これにより、周方向において角度γずれて設けられる一対の加振器１１５に出力する加振信号の位相を適切化できる。
【００７２】
（３）個数が２Ｎ以下の加振器１１５によって、回転している動翼列４２を節直径数Ｎの高節直径モードの固有振動数ｆｉで加振することができる。これにより、非接触加振システム１００における加振器１１５の数が２Ｎ以下で済むので、非接触加振システム１００のコスト増を抑制できる。
【００７３】
（４）コントローラ２００は、正弦波又は正弦半波で表される加振信号を加振器１１５の各々に出力するように構成されている。
これにより、正弦波又は正弦半波で表される加振信号が加振器１１５の各々に出力されるので、設定した節直径モードで励振しやすくなる。
【００７４】
（５）コントローラ２００は、加振信号の複数種の波形候補の中からＮ節直径モードの振幅が最大となる波形を選択し、該選択された波形の加振信号を加振器１１５の各々に出力するように構成されている。
これにより、加振信号の複数種の波形候補の中からＮ節直径モードの振幅が最大となる波形が選択され、該選択された波形の加振信号が加振器１１５の各々に出力されるので、設定した節直径モードで励振しやすくなる。
【００７５】
（６）非接触加振システム１００は、動翼列４２の回転方向における基準位置を示す基準位置信号を検出する基準位置センサである回転検出器６０を備える。コントローラ２００は、基準位置信号に基づいて決定される加振タイミングに従って、加振信号を生成するように構成されている。
これにより、コントローラ２００が基準位置信号に基づいて決定される加振タイミングに従って加振信号を生成するので、精度のよいＮ節直径モードの振動を動翼列４２に励起することができる。
【００７６】
（７）コントローラ２００は、コントローラ２００による加振信号の出力時点に対する、加振器１１５による加振力の発生時点の遅れ位相に基づいて、各々の加振器１１５による加振タイミングを補正するように構成されている。
これにより、加振信号の出力時点に対する加振力の発生時点の遅れ位相に基づいて、各々の加振器１１５による加振タイミングが補正されるので、動翼列４２に対して加振力を効率的に与えることができる。
【００７７】
〔実施形態２〕
次に、図８及び図９を参照して、２台の振動モード励振装置１１０ａ、１１０ｂにより、タービン４０の動翼列４２を励振するものを、実施形態２として説明する。
【００７８】
図８に示すように、実施形態２では、タービン４０の動翼列４２を間に挟んだ状態で、２台の振動モード励振装置１１０ａ、１１０ｂを対面配置している。これにより動翼列４２の一方の側に加振器１１５−１〜１１５−８と受振器１１６−１〜１１６−８を配置すると共に、動翼列４２の他方の側にも加振器１１５−１〜１１５−８と受振器１１６−１〜１１６−８を配置している。振動モード励振装置１１０ａ、１１０ｂは実施形態１において示した振動モード励振装置１１０と同じ構造である。なお図８において、図１に示すものと同一のものには同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７９】
図９（ａ）は、振動モード励振装置１１０ａが発生する加振力（吸引力）を示しており、同図において縦軸方向の上方に向かうにしたがい、動翼４２ａを振動モード励振装置１１０ａ側に吸引する力が強くなることを示している。
図９（ｂ）は、振動モード励振装置１１０ｂが発生する加振力（吸引力）を示しており、同図において縦軸方向の下方に向かうにしたがい、動翼４２ａを振動モード励振装置１１０ｂ側に吸引する力が強くなることを示している。
【００８０】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、振動モード励振装置１１０ａの加振力（吸引力）が最大のときに振動モード励振装置１１０ｂの加振力（吸引力）が最小になり、振動モード励振装置１１０ａの加振力（吸引力）が最小のときに振動モード励振装置１１０ｂの加振力（吸引力）が最大になるように、両者の吸引力の位相を１８０°ずらしている。
即ち、振動モード励振装置１１０ａの加振器１１５−１〜１１５−８に供給する加振電流Ａ１〜Ａ８（加振指令信号ａ１〜ａ８）と、振動モード励振装置１１０ｂの加振器１１５−１〜１１５−８に供給する加振電流Ａ１〜Ａ８（加振指令信号ａ１〜ａ８）との位相差を、１８０°に設定している。
このため、図９（ｃ）に一点鎖線で示すように、動翼４２ａを励振する力は、振動モード励振装置１１０ａが発生する加振力（実線）に、振動モード励振装置１１０ｂが発生する加振力（点線）が加わった力となり、動翼４２ａをより強い加振力で加振することができる。
【００８１】
このように、上述した実施形態２に係る非接触加振システム１００では、複数の加振器１１５は、振動モード励振装置１１０ａが有する第１加振器としての加振器１１５と、回転機械の軸方向において動翼列４２を挟んで上記第１加振器としての加振器１１５とは反対側に設けられた、振動モード励振装置１１０ｂが有する第２加振器と、を含む。コントローラ２００は、上記第１加振器に出力される第１加振信号を基準として、１８０°位相をずらした第２加振信号を上記第２加振器に出力するように構成されている。
これにより、動翼列をより強い加振力で加振することができる。
【００８２】
なお、実施形態１では振動モード励振装置１１０に配置した受振器１１６−１〜１１６−８により、実施形態２では振動モード励振装置１１０ａ、１１０ｂに配置した受振器１１６−１〜１１６−８により、タービン４０の動翼列４２の振動状態（振動モード）を検出しているが、振動モードの検出手段はこれに限定するものではない。
例えば、振動モード励振装置１１０、１１０ａ、１１０ｂには受振器１１６−１〜１１６−８を配置せず、その代わりに、振動検出センサを動翼４２ａなどに取り付けるようにしてもよい。
【００８３】
更に、実施形態１では、コンローラ２００内に、振動モード検出部２０２及び表示部２０３が備えられていたが、コンローラ２００内には、振動モード検出部２０２及び表示部２０３を備えず、振動モード検出部２０２及び表示部２０３を外部システムに備えるようにしてもよい。
【００８４】
〔実施形態３〕
次に、図１０〜図１４を参照して、実施形態３について説明する。
上述した実施形態１及び実施形態２では、受振器１１６−１〜１１６−８から出力された検出信号に基づいて動翼列４２の振動モードを検出していた。実施形態３では、動翼列４２の周囲に配置した各動翼４２ａの通過を検出するための通過検出センサからの検出信号に基づいて動翼列４２の振動モードを検出する。以下、詳細に説明する。なお、以下の説明では、実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、実施形態１と同じである。
【００８５】
図１０は、実施形態３における動翼列４２の振動モードの検出方法に係る構成を示した図である。回転軸４１の周囲にはｎ枚の動翼４２ａである第１動翼４２ａ−１、第２動翼４２ａ−２、第３動翼４２ａ−３・・・第ｎ動翼４２ａ−ｎが取付けられている。実施形態３における振動モード励振装置１１０では、各動翼４２ａの外周側（先端側）の端部と対向する位置に、等ピッチまたは不等ピッチでｍ個の通過検出センサ１１７である第１通過検出センサ１１７−１、第２通過検出センサ１１７−２、第３通過検出センサ１１７−３・・・第ｍ通過検出センサ１１７−ｍが設置される。各通過検出センサ１１７は、例えば、光学式のセンサであってもよく、静電容量式のセンサであってもよく、渦電流式のセンサであってもよい。動翼４２ａの通過を検出できるのであれば、通過検出センサ１１７には、様々な検出方式のセンサを用いることができる。
各通過検出センサ１１７の検出信号は、コントローラ２００に入力されてコントローラ２００で処理されるように構成されている。
すなわち、実施形態３に係る振動変位検出装置７０は、周方向に沿って配列され、動翼列４２の各動翼４２ａの通過をそれぞれ検出するための複数の通過検出センサ１１７と、複数の通過検出センサ１１７の検出信号を処理するための信号処理部としてのコントローラ２００とを含む。
なお、コントローラ２００には、回転軸４１のゼロ位置（基準位置）を検出するための基準位置センサである、上述した回転検出器６０の信号も入力される。
【００８６】
図１１は、実施形態３における動翼列４２の振動モードの検出方法に係る波形処理の説明図である。図１１において、上から順に第１通過検出センサ１１７−１、第２通過検出センサ１１７−２、第３通過検出センサ１１７−３・・・の出力を示し、最下段には回転検出器６０の出力を示す。なお、実線は動翼列４２が振動していない基準状態における各通過検出センサ１１７からの出力を示す。破線は動翼列４２が振動している状態（振動状態）における各通過検出センサからの出力を示す。
第１通過検出センサ１１７−１は、第１動翼４２ａ−１の通過による信号Ｓ１１、第２動翼４２ａ−２の通過による信号Ｓ１２、第３動翼４２ａ−３の通過による信号Ｓ１３・・・を出力する。第２通過検出センサ１１７−２は、第１動翼４２ａ−１の通過による信号Ｓ２１、第２動翼４２ａ−２の通過による信号Ｓ２２・・・を出力する。同様に、第３通過検出センサ１１７−３は、第１動翼４２ａ−１の通過による信号Ｓ３１・・・を出力する。
【００８７】
コントローラ２００は、動翼列４２が振動していないと仮定したときに各通過検出センサ１１７を各動翼４２ａが通過する第１通過タイミングをそれぞれ算出する。すなわち、コントローラ２００は、図１１において実線で示したような、基準状態において出力されると推定される各通過検出センサ１１７からの信号の出力タイミングを第１通過タイミングとして算出する。
また、コントローラ２００は、図１１において破線で示したような、各通過検出センサ１１７で実際に検出した信号に基づいて、各動翼４２ａの通過タイミングを第２通過タイミングとして取得する。
そして、コントローラ２００は、算出した上記第１通過タイミングと各通過検出センサ１１７で実際に検出した各動翼４２ａの第２通過タイミングとを比較して、通過時間差△τを算出する。
【００８８】
具体的には、コントローラ２００は、第１動翼４２ａ−１について、第１通過検出センサ１１７−１の設置位置における第１動翼４２ａ−１の基準状態と振動状態とでの通過時間差Δτ１、第２通過検出センサ１１７−２の設置位置における第１動翼４２ａ−１の基準状態と振動状態とでの通過時間差Δτ２、第３通過検出センサ１１７−３の設置位置における第１動翼４２ａ−１の基準状態と振動状態とでの通過時間差Δτ３・・・を算出する。同様に、コントローラは、他の動翼４２ａ−２〜動翼４２ａ−ｎについて、各通過検出センサ１１７の設置位置における各動翼４２ａ−２〜動翼４２ａ−ｎの基準状態と振動状態とでの通過時間差Δτをそれぞれ算出する。
【００８９】
コントローラ２００は、上述のようにして算出した通過時間差△τと、動翼列４２の周速ｕとに基づいて、第１動翼４２ａ−１についての変位（振幅）δ１−１、δ１−２、δ１−３・・・を求める。
このようにして得られた振幅δ１−１、δ１−２、δ１−３・・・を図１２に示すように時間軸を横軸にとってプロットすることで、第１動翼４２ａ−１の振動波形が得られる。図１２は、第１動翼４２ａ−１の振動波形を示すグラフである。すなわち、コントローラ２００は、算出した振幅δ１−１、δ１−２、δ１−３・・・を図１２に示すように時間軸を横軸にとってプロットすることで、第１動翼４２ａ−１の振動波形を取得する。
【００９０】
コントローラ２００は、他の動翼４２ａ−２〜動翼４２ａ−ｎについても同様に、振動波形を取得する。そして、コントローラ２００は、取得したこれらの振動波形に基づいて動翼列４２の面外方向への振動変位を算出して、動翼列４２の振動モードを検出する。
【００９１】
このように、上述した振動変位検出装置７０は、周方向に沿って配列され、動翼列４２の各動翼４２ａの通過をそれぞれ検出するための複数の通過検出センサ１１７と、複数の通過検出センサ１１７の検出信号を処理するための信号処理部としてのコントローラ２００とを含む。コントローラ２００は、動翼列４２が振動していないと仮定したときに複数の通過検出センサ１１７を各動翼４２ａが通過する第１通過タイミングをそれぞれ算出する。コントローラ２００は、算出した第１通過タイミングと複数の通過検出センサ１１７で実際に検出した各動翼４２ａの第２通過タイミングとを比較して動翼４２ａの振動による変位（振幅）を算出する。コントローラ２００は、算出した動翼４２ａの振動による変位に基づいて動翼列４２の振動変位を算出する。
これにより、動翼列４２の振動変位を精度よく算出できる。
【００９２】
なお、さらに実施形態３では、上述のようにして算出した動翼列４２の面外方向への振動変位と、動翼列４２に励起させようとしているＮ節直径モードの振動の振動変位との差を算出し、この差が少なくなるように加振信号を補正する。
図１３は、動翼列４２に励起させようとしている振動のモード形状の一例としての６節直径モードのモード形状と、動翼列４２に生じる実際の振動モードのモード形状とを示すグラフである。
【００９３】
例えば動翼４２ａ毎に回転軸４１との固定状態に僅かな差が存在したり、動翼４２ａの製造公差内の僅かな差が存在するなど、許容され得る僅かな差などの影響により、動翼４２ａ毎の固有振動数に僅かな差が生じることから、Ｎ節直径モードで振動するように加振力を与えてもＮ節直径モードのモード形状が歪んでしまうおそれがある。例えば、動翼列４２を図１３の二点鎖線で示す曲線９１のようにモード形状が整った６節直径モードで振動させようとしても、動翼列４２の実際の振動のモード形状は、図１３の実線で示す曲線９２のように歪んでしまうおそれがある。
そこで、本実施形態では、以下のようにして、Ｎ節直径モードのモード形状の歪みを修正する。
【００９４】
図１４は、コントローラ２００で実行される、Ｎ節直径モードのモード形状の歪みを修正する処理を示すフローチャートである。例えば、Ｎ節直径モードで振動するようにコントローラ２００からの加振指令信号の出力が開始されると本プログラムの処理がコントローラ２００で実行される。
ステップＳ１０において、コントローラ２００は、動翼列４２に励起しようとしているＮ節直径モードのモード形状を目標となるモード形状として算出する。次いで、ステップＳ２０において、コントローラ２００は、通過検出センサ１１７からの出力信号に基づいて上述したようにして算出した動翼列４２の振動変位から、動翼列４２の実際の振動のモード形状を算出する。そして、ステップＳ３０において、コントローラ２００は、ステップＳ１０で算出した目標となるモード形状と、ステップＳ２０で算出した実際の振動のモード形状との差を算出する。
【００９５】
ステップＳ４０において、コントローラ２００は、ステップＳ３０で算出した目標となるモード形状と実際の振動のモード形状との差が予め定められた許容範囲内であるか否かを判断する。
目標となるモード形状と実際の振動のモード形状との差が予め定められた許容範囲内でなければ、ステップＳ４０が否定判断され、ステップＳ５０に進む。ステップＳ５０において、コントローラ２００は、実際の振動のモード形状が目標となるモード形状に近づくように、加振指令信号ａ１〜ａ８の波形、出力タイミング、周波数、位相を調整する補正処理を行う。そしてコントローラ２００は、補正処理後の加振指令信号ａ１〜ａ８に対応する加振電流Ａ１〜Ａ８を出力するよう各部を制御してステップＳ２０へ戻る。
目標となるモード形状と実際の振動のモード形状との差が予め定められた許容範囲内であれば、ステップＳ４０が肯定判断され、本プログラムによる処理を終了する。
【００９６】
このように、本実施形態に係る非接触加振システム１００では、動翼列４２の振動変位を検出するための振動変位検出装置７０を備える。コントローラ２００は、振動変位検出装置７０により検出された振動変位が動翼列４２の目標振動変位に近づくように加振指令信号ａ１〜ａ８を補正することで、加振器１１５−１〜１１５−８の各々に出力される加振信号である加振電流Ａ１〜Ａ８を補正する。
これにより、精度のよいＮ節直径モードの振動を動翼列４２に励起することができる。
【００９７】
〔実施形態４〕
図１５〜図１７を参照して、実施形態４について説明する。
実施形態４では、実施形態３においてＮ節直径モードのモード形状の歪みを修正する原理を利用して、Ｎ節直径モードにおける振動の振幅がゼロに近づける。すなわち、実施形態４では、振動している動翼列４２に加振力を与えることで、動翼列４２の振動を打ち消すようにしている。なお、以下の説明では、実施形態３と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、実施形態３と同じである。
【００９８】
図１５は、実施形態４に係る回転機械の振動抑制システム３００の全体構成を示すブロック図である。振動抑制システム３００は、加振器１１５−１〜１１５−８と、振動変位検出装置７０と、回転検出器６０と、コントローラ２００とを備える。振動変位検出装置７０は、通過検出センサ１１７すなわち第１通過検出センサ１１７−１から第ｍ通過検出センサ１１７−ｍと、通過検出センサ１１７の検出信号を処理するための信号処理部としてのコントローラ２００とを含む。
【００９９】
図１６は、コントローラ２００で実行される、振動抑制処理を示すフローチャートである。例えば、実施形態４に係る振動抑制システム３００が起動されると本プログラムの処理がコントローラ２００で実行される。
ステップＳ１１０において、コントローラ２００は、各通過検出センサ１１７からの信号の出力タイミングに基づいて、実施形態３で説明したように、動翼列４２の振動変位を算出する。そして、ステップＳ１２０において、コントローラ２００は、ステップＳ１１０で算出した動翼列４２の振動変位に基づいて動翼列４２の振動モードを判定する。すなわち、コントローラ２００は、ステップＳ１１０で算出した動翼列４２の振動変位に基づいて、節直径モードの振動の節直径数Ｎを求める。
【０１００】
ステップＳ１３０において、コントローラ２００は、動翼列４２の振動を打ち消すような加振指令信号ａ１〜ａ８を生成する。すなわち、コントローラ２００は、ステップｓ１２０で算出した節直径数Ｎと、回転検出器６０からの検出信号に基づいて算出される動翼列４２の周波数（回転周波数）ｆｒｐｍと、予めわかっている節直径数Ｎの高節直径モードでの動翼４２ａの固有振動数ｆｉとに基づいて、加振指令信号ａ１〜ａ８の加振周波数ｆｉｎ＝ｆｒｐｍ×Ｎ±ｆｉとして決定する。
そして、コントローラ２００は、実施形態１と同様にして加振指令信号ａ１に対する加振指令信号ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７、ａ８の位相を決定する。また、コントローラ２００は、回転検出器６０から出力された回転数信号Ｒ及びゼロ位置信号Ｚを基に、加振指令信号ａ１〜ａ８の出力タイミング（加振タイミング）を決定する。また、コントローラ２００は、ステップＳ１１０で算出した動翼列４２の振動変位に基づいて、加振指令信号ａ１〜ａ８の波形及び振幅を決定する。
【０１０１】
なお、ステップＳ１３０では、コントローラ２００は、ステップＳ１１０で算出した動翼列４２の振動変位に基づいて、上述した実施形態３における図１４のステップＳ５０の補正処理と同様の処理を行うことで、動翼列４２の振動の振幅がゼロに近づくように、加振指令信号ａ１〜ａ８の波形、出力タイミング、周波数、位相をさらに調整する処理を行う。
【０１０２】
ステップＳ１４０において、ステップＳ１３０で生成した加振指令信号ａ１〜ａ８に対応する加振電流Ａ１〜Ａ８を出力するよう各部を制御する。
【０１０３】
このようにステップＳ１１０からステップＳ１４０の処理を実行することで、図１７の実線の曲線９３で示すようなモード形状で振動している動翼列４２に加振力が与えられて、動翼列４２の振動が打ち消され、図１７の二点鎖線の曲線９４で示すように動翼列４２の振動の振幅がゼロに近づく。なお、図１７は、上記の振動抑制処理を行う前に動翼列４２に生じている振動のモード形状の一例と、上記の振動抑制処理によって動翼列４２に生じている振動を抑制した場合のモード形状とを模式的に示した図である。
【０１０４】
このように、実施形態４に係る振動抑制システム３００は、回転機械の動翼列４２に加振力をそれぞれ付与可能に構成されるとともに周方向に配列された複数の加振器１１５と、動翼列４２の振動変位を検出するための振動変位検出装置７０と、動翼列４２の回転数を検出するための回転数センサである回転検出器６０と、振動変位検出装置７０により検出される振動変位が小さくなるように、複数の加振器１１５にそれぞれ加振信号を出力するためのコントローラ２００とを備える。コントローラ２００は、回転検出器６０の検出結果から得られる動翼列４２の回転周波数ｆｒｐｍと、Ｎ節直径モードでの動翼４２ａの固有振動数ｆｉとを用いて、ｆｉｎ＝ｆｒｐｍ×Ｎ±ｆｉにより表される周波数ｆｉｎの加振信号を生成するように構成されている。
これにより、ｆｉｎ＝ｆｒｐｍ×Ｎ±ｆｉにより表される周波数ｆｉｎの加振信号である加振電流Ａ１〜Ａ８を加振器１１５の各々に出力することで、動翼列４２のＮ節直径モードでの振動を効果的に抑制できる。
【０１０５】
実施形態４では、振動変位検出装置７０は、周方向に沿って配列され、動翼列４２の各動翼４２ａの通過をそれぞれ検出するための複数の通過検出センサ１１７と、複数の通過検出センサ１１７の検出信号を処理するための信号処理部としてのコントローラ２００とを含む。コントローラ２００は、動翼列４２が振動していないと仮定したときに複数の通過検出センサ１１７を各動翼４２ａが通過する第１通過タイミングをそれぞれ算出し、算出した第１通過タイミングと複数の通過検出センサ１１７で実際に検出した各動翼４２ａの第２通過タイミングとを比較して動翼４２ａの振動による変位を算出する。コントローラ２００は、算出した動翼４２ａの振動による変位に基づいて動翼列４２の振動変位を算出する。
これにより、動翼列４２の振動変位を精度よく算出できるので、動翼列４２のＮ節直径モードでの振動をより効果的に抑制できる。
【０１０６】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した各実施形態では、受振器１１６や通過検出センサ１１７を用いて動翼４２ａの振動状態を検出している。しかし、受振器１１６や通過検出センサ１１７に代えて、例えば各動翼４２ａに取り付けた歪ゲージを用いて動翼４２ａの振動状態を検出するようにしてもよい。また、通過検出センサ１１７に代えて、通過検出センサ１１７と同様の位置に配置した複数の圧力センサを用い、動翼４２ａの通過に伴う風圧の変動を検出することで動翼４２ａの振動状態を検出するようにしてもよい。
なお、歪ゲージや圧力センサの配置数は、励起させようとする振動モードに応じて適宜設定される。
【０１０７】
上述した実施形態では、非接触加振システム１００及び振動抑制システム３００の振動制御の対象としてタービン４０を例に挙げて説明したが、上述した非接触加振システム１００及び振動抑制システム３００の振動制御の対象は、タービン４０に限らず、様々な回転機械で用いられる複数の翼を有する回転体であれば、どのようなものであってもよい。例えば、蒸気タービン、ガスタービン、ターボ圧縮機、ポンプ、送風機、水車、風車、真空ポンプなどで用いられている各種の回転機械の回転体であってもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
４０  タービン
４２  動翼列
４２ａ  動翼
５０  回転振動試験装置
６０  回転検出器
７０  振動変位検出装置
１００  非接触加振システム
１１０，１１０ａ，１１０ｂ  振動モード励振装置
１１５  加振器
１１６  受振器
１１７  通過検出センサ
２００  コントローラ
３００  振動抑制システム
【図１】
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【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】
2019052975.tif 000009
【図８】
2019052975.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2019052975.tif 000012
【図１１】
2019052975.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2019052975.tif 000015
【図１４】
2019052975.tif 000016
【図１５】
2019052975.tif 000017
【図１６】
2019052975.tif 000018
【図１７】
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