(57)【要約】【課題】  バランス修正時に昇速できない回転速度範囲を含む回転速度範囲における振動振幅を簡単，確実に低減できるバランス修正装置を得る。【解決手段】  振動ベクトルと不釣合いベクトルとの影響係数を入力する影響係数入力手段１と、影響係数を記憶する影響係数記憶手段２と、単一もしくは複数の検査回転速度における実測振動ベクトルを測定する振動ベクトル測定手段３と、実測振動ベクトルと影響係数に基づいて推定不釣合いベクトルを演算する推定不釣合いベクトル演算手段４と、推定不釣合いベクトルと影響係数に基づいて推定振動ベクトルを演算する推定振動ベクトル演算手段５と、推定振動ベクトルかつまたは実測振動ベクトルと影響係数に基づいて不釣合い修正ベクトルを演算する不釣合い修正ベクトル演算手段６とを有する。【選択図】図１
2008102049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動ベクトルと不釣合いベクトルとの関係を示す影響係数を入力する影響係数入力手段と、
前記影響係数を記憶する影響係数記憶手段と、単一もしくは複数の検査回転速度における実測振動ベクトルを測定する振動ベクトル測定手段と、
前記実測振動ベクトルと前記影響係数に基づいて推定不釣合いベクトルを演算する推定不釣合いベクトル演算手段と、
前記推定不釣合いベクトルと前記影響係数に基づいて推定振動ベクトルを演算する推定振動ベクトル演算手段と、
前記推定振動ベクトルかつまたは前記実測振動ベクトルと前記影響係数に基づいて不釣合い修正ベクトルを演算する不釣合い修正ベクトル演算手段と、
を有することを特徴とするバランス修正装置。
【請求項２】
請求項１に記載のものにおいて、前記実測振動ベクトルと前記検査回転速度以外の回転速度における前記推定振動ベクトルと、前記影響係数に基づいて前記不釣合い修正ベクトルを演算する不釣合い修正ベクトル演算手段と、を有することを特徴とするバランス修正装置。
【請求項３】
請求項１に記載のものにおいて、前記推定振動ベクトルを演算するための推定振動ベクトル演算用影響係数を入力する推定振動ベクトル演算用影響係数入力手段と、前記不釣合い修正ベクトルを演算するための不釣合い修正ベクトル演算用影響係数を入力する不釣合い修正ベクトル演算用影響係数入力手段を有することを特徴とするバランス修正装置。
【請求項４】
請求項１に記載のものにおいて、重み付きまたは重み無し最小二乗法を用いた影響係数法に基づいて、前記推定不釣合いベクトルを演算する推定不釣合いベクトル演算手段を有することを特徴とするバランス修正装置。
【請求項５】
請求項１に記載のものにおいて、重み付きまたは重み無し最小二乗法を用いた影響係数法に基づいて、前記不釣合い修正ベクトルを演算する不釣合い修正ベクトル演算手段を有することを特徴とするバランス修正装置。
【請求項６】
請求項１に記載のものにおいて、前記推定不釣合いベクトルの軸方向分布を、ロータの固有振動モードに相当する分布とする推定不釣合いベクトル演算手段を有することを特徴とするバランス修正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバランス修正装置に係り、特に、曲げ振動モードの危険速度を通過して運転される高速ターボ機械のバランス修正に好適である。
【背景技術】
【０００２】
曲げ危険速度を通過する高速ターボ機械においては、ロータを剛体と仮定した低速バランス修正だけでは十分な振動低減ができず、高速回転時の振動実測結果を用いる高速バランス修正を実施する必要がある。高速バランス修正方法は、例えば特許文献１に開示されている。本バランス修正方法は、ロータが低回転状態及び高回転状態のときのロータの振動ベクトルを振動検出器及びパルス検出器で計測し、予め求めた、修正面における不釣合いベクトルの変化ベクトルと振動ベクトルの変化ベクトルとの線形関係に基づいて計測振動ベクトルを線形変換し、計測振動ベクトルを０ベクトルまで減少するのに必要な不釣合いベクトルの変化ベクトルを不釣合い修正ベクトルとして演算するものである。
【０００３】
不釣合いベクトルと振動ベクトルの関係を示す影響係数を用いて不釣合い修正ベクトルを算出する手法を一般的に影響係数法と呼ぶ。上記の手法は影響係数法を改良したものであり、ロータが低回転状態及び高回転状態のときのロータの振動ベクトルを計測することにより、ロータの修正前に行う振動ベクトルの計測だけでロータの高回転状態における撓みを考慮した修正内容を決定できるようにしている。本手法を適用することにより、振動ベクトルを計測した回転速度における振動振幅を低減することが可能である。
【０００４】
影響係数の算出方法としては、有限要素法などの数値計算手段を用いて解析的に算出する方法と、事前に試し運転を実施し、既知の不釣合いベクトル変化を与えたときの振動ベクトル変化から実験的に算出する方法が考えられる。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２９１４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
バランス修正時に振動ベクトルを計測する回転速度を検査回転速度と呼ぶことにする。上述した高速バランス手法において、ある回転速度における振動振幅を低減するためには、その回転速度における振動ベクトルを計測する必要がある。ところが、高速バランス設備の動力不足等のために最高回転速度まで昇速できない場合がある。また、昇速にかかる時間を短縮するために、最高回転速度より低い回転速度で高速バランス修正を実施したいという要求もある。このような場合には、検査回転速度範囲以上の高回転速度領域における振動ベクトルを計測できないので、上述した高速バランス修正方法では高回転速度領域における振動振幅を低減できない。
【０００７】
図２は回転速度と振動振幅の関係を示す模式図である。図の横軸は回転速度、縦軸は振動振幅である。図中の一点鎖線は初期振動振幅、破線は検査回転速度範囲の振動ベクトルを用いたバランス修正結果の振動振幅、実線は理想のバランス修正結果の振動振幅を示す。上述した高速バランス修正方法のように検査回転速度範囲の振動ベクトルを用いてバランス修正を行った場合、図の破線に示すように、検査回転速度範囲の振動を低減することは可能であるが、検査回転速度範囲よりも高い回転速度範囲においては振動振幅が増大する可能性がある。このように検査回転速度が最高回転速度より低い場合であっても、図中の実線で示すように、最高回転速度を含む全ての回転速度範囲において振動振幅が低減されることが望ましい。
【０００８】
本発明の目的は、バランス修正時に昇速できない回転速度範囲を含む回転速度範囲における振動振幅を簡単，確実に低減できるバランス修正装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明に係るバランス修正装置は、振動ベクトルと不釣合いベクトルとの関係を示す影響係数を入力する影響係数入力手段と、前記影響係数を記憶する影響係数記憶手段と、単一もしくは複数の検査回転速度における実測振動ベクトルを測定する振動ベクトル測定手段と、前記実測振動ベクトルと前記影響係数に基づいて推定不釣合いベクトルを演算する推定不釣合いベクトル演算手段と、前記推定不釣合いベクトルと前記影響係数に基づいて推定振動ベクトルを演算する推定振動ベクトル演算手段と、前記推定振動ベクトルかつまたは前記実測振動ベクトルと前記影響係数に基づいて不釣合い修正ベクトルを演算する不釣合い修正ベクトル演算手段を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
実測振動ベクトルと影響係数に基づいて推定不釣合いベクトルを演算する推定不釣合いベクトル演算手段と、推定不釣合いベクトルと影響係数に基づいて推定振動ベクトルを演算する推定振動ベクトル演算手段と、推定振動ベクトルかつまたは実測振動ベクトルと影響係数に基づいて不釣合い修正ベクトルを演算することにより、検査回転速度に関係なく、影響係数で振動ベクトルと不釣合いベクトルの関係を示した回転速度における振動ベクトルを推定できるため、バランス修正時に昇速できない回転速度範囲を含む回転速度範囲における振動振幅を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１に一実施例の構成図を示す。影響係数入力手段１により、振動ベクトルと不釣合いベクトルとの関係を示す影響係数を入力し、影響計数記憶手段２に記憶する。本実施例における影響係数としては、各回転速度，振動計測位置における振動ベクトル｛Ａ｝と各修正面（軸方向位置）における不釣合いベクトル｛Ｕ｝の線形関係を示す次式の影響係数行列［α］を用いているが、影響係数行列［α］が振動ベクトル｛Ａ｝の大きさによって変化する非線形特性を有していても良い。  
【００１３】
【数１】
2008102049.tif 000003
【００１４】
前述したように、影響係数の算出方法としては、有限要素法などの数値計算手段を用いて解析的に算出する方法と、事前に試し運転を実施し、既知の不釣合いベクトル変化を与えたときの振動ベクトル変化から実験的に算出する方法が考えられる。影響係数を解析的に算出する場合は、任意の回転速度における影響係数を算出することができる。影響係数を実験的に算出する場合においても、事前に最高回転速度までの試し運転を数回実施すれば、任意の回転速度における影響係数を算出できる。
【００１５】
振動ベクトル測定手段３は、単一もしくは複数の検査回転速度における実測振動ベクトルを測定する。本実施例では、バランス修正時に最高回転速度まで上昇できない場合を想定している。振動ベクトル測定手段３の構成としては、例えば渦電流式変位センサ及びトラッキングフィルタなどが考えられる。渦電流式変位センサによりロータ振動変位を計測するとともに、渦電流式変位センサでロータの円周方向１箇所に設けたキー溝等を検出することにより回転パルスを計測する。計測したロータ振動変位と回転パルスをトラッキングフィルタに入力して演算することにより、回転周波数成分のロータ振動の振幅と、回転パルスからの位相遅れが算出され、実測振動ベクトルを測定することができる。
【００１６】
推定不釣合いベクトル演算手段４は、実測振動ベクトルと影響係数に基づいて推定不釣合いベクトルを演算する。本実施例では次式に示す重み係数行列［λ］を考慮した影響係数法を利用し、上記の実測振動ベクトル｛Ａ｝と影響係数［α］を入力することにより推定不釣合いベクトル｛Ｕ｝を算出しているが、モーダルバランス法等の他の手法を用いても良い。なお重み係数行列を単位行列とすれば重みなし影響係数法となる。  
【００１７】
【数２】
2008102049.tif 000004
【００１８】
推定不釣合いベクトルを演算する過程においては、実測振動ベクトルの回転速度，振動計測位置に対応する影響係数を選択して使用する。
【００１９】
推定振動ベクトル演算手段５は、推定不釣合いベクトルと影響係数に基づいて推定振動ベクトルを演算する。本実施例では（数１）に推定不釣合いベクトル｛Ｕ｝と影響係数行列［α］を入力することにより推定振動ベクトル｛Ａ｝を算出している。影響係数入力手段１に入力した全ての回転速度、振動計測位置に対応する影響係数を用いて推定振動ベクトルを算出することにより、バランス修正時に昇速できない回転速度範囲を含む回転速度範囲における振動ベクトルを推定できる。
【００２０】
不釣合い修正ベクトル演算手段６は、推定振動ベクトルと影響係数に基づいて不釣合い修正ベクトルを演算する。本実施例では、（数２）に推定振動ベクトル｛Ａ｝と影響係数［α］を入力することにより不釣合い修正ベクトル｛Ｕ｝を算出している。バランス修正時に昇速できない回転速度範囲を含む回転速度範囲における振動ベクトルをもとに不釣合い修正ベクトルを算出するため、バランス修正時に昇速できない回転速度範囲を含む回転速度範囲における振動振幅を低減できる。
【実施例２】
【００２１】
図３に他の実施例の構成図を示す。実施例１との差異は、不釣合い修正ベクトル演算手段６において、振動ベクトル測定手段３で測定した実測振動ベクトルと、推定振動ベクトル演算手段５で演算した推定振動ベクトルと、影響係数記憶手段２に記憶した影響係数に基づいて不釣合い修正ベクトルを演算していることである。本実施例では、実測振動ベクトルと、検査回転速度以外の回転速度における推定振動ベクトルとを組み合わせて使用している。検査回転速度における不釣合い修正ベクトルの演算において、推定誤差の無い実測振動ベクトルを用いることができるため、振動振幅をより確実に低減できる。
【００２２】
また本実施例においては、推定不釣合いベクトルの軸方向分布を、ロータの固有振動モードに相当する分布としている。不釣合いベクトル｛Ｕ｝は固有振動モード行列［φ］とモード不釣合いベクトル｛δ｝を用いて次式で表される。  
【００２３】
【数３】
2008102049.tif 000005
【００２４】
モード影響係数［α′］を次式のように定義する。  
【００２５】
【数４】
2008102049.tif 000006
【００２６】
（数４）を用いると、（数１）及び（数２）は次式のように変形される。  
【００２７】
【数５】
2008102049.tif 000007
【００２８】
【数６】
2008102049.tif 000008
【００２９】
不釣合い分布はモード不釣合いベクトル｛δ｝の重ね合わせで表せるため、推定不釣合いベクトルの軸方向分布をロータの固有振動モードに相当する分布とすることにより、より実際に近い不釣合い分布を推定することができる。
【実施例３】
【００３０】
図４に他の実施例の構成図を示す。実施例２との差異は、推定振動ベクトルを演算するための推定振動ベクトル演算用影響係数を入力する推定振動ベクトル演算用影響係数入力手段７と、不釣合い修正ベクトルを演算するための不釣合い修正ベクトル演算用影響係数を入力する不釣合い修正ベクトル演算用影響係数入力手段８を有することである。各回転速度において算出方法を統一した推定振動ベクトル演算用影響係数を用いることにより推定振動ベクトルの推定精度を向上できるとともに、回転速度毎に実測結果等の信頼性の高いデータを選択した不釣合い修正ベクトル演算用影響係数を用いることにより不釣合い修正ベクトルの算出精度を向上できるため、振動振幅をより確実に低減できる。
【００３１】
また、実測振動ベクトルと、検査回転速度以外の回転速度における推定振動ベクトルと、影響係数に基づいて不釣合い修正ベクトルを演算する不釣合い修正ベクトル演算手段を有することにより、検査回転速度における不釣合い修正ベクトルの演算において推定誤差の無い実測振動ベクトルを用いることができるため、振動振幅をより確実に低減できる。
【００３２】
また、推定振動ベクトルを演算するための推定振動ベクトル演算用影響係数を入力する推定振動ベクトル演算用影響係数入力手段と、不釣合い修正ベクトルを演算するための不釣合い修正ベクトル演算用影響係数を入力する不釣合い修正ベクトル演算用影響係数入力手段を有することにより、各回転速度において算出方法を統一した推定振動ベクトル演算用影響係数を用いることにより推定振動ベクトルの推定精度を向上できるとともに、回転速度毎に実測結果等の信頼性の高いデータを選択した不釣合い修正ベクトル演算用影響係数を用いることにより不釣合い修正ベクトルの算出精度を向上できるため、振動振幅をより確実に低減できる。
【００３３】
また、重み付きまたは重み無し最小二乗法を用いた影響係数法に基づいて、推定不釣合いベクトルを演算する推定不釣合いベクトル演算手段を有することにより、推定不釣合いベクトルを簡単，高精度に演算することができ、振動振幅を簡単，確実に低減できる。
【００３４】
また、重み付きまたは重み無し最小二乗法を用いた影響係数法に基づいて、不釣合い修正ベクトルを演算する不釣合い修正ベクトル演算手段を有することにより、不釣合い修正ベクトルを簡単，高精度に演算することができ、振動振幅を簡単，確実に低減できる。  
また、推定不釣合いベクトルの軸方向分布を、ロータの固有振動モードに相当する分布とする推定不釣合いベクトル演算手段を有することにより、推定振動ベクトルをより精度良く算出することができるため、振動振幅をより確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態によるバランス修正装置の構成図。
【図２】回転速度と振動振幅の関係を示す模式図。
【図３】他の実施の形態による構成図。
【図４】他の実施の形態による構成図。
【符号の説明】
【００３６】
１  影響係数入力手段
２  影響係数記憶手段
３  振動ベクトル測定手段
４  推定不釣合いベクトル演算手段
５  推定振動ベクトル演算手段
６  不釣合い修正ベクトル演算手段
７  推定振動ベクトル演算用影響係数入力手段
８  不釣合い修正ベクトル演算用影響係数入力手段
９  バランス修正装置
【図１】
2008102049.tif 000009
【図２】
2008102049.tif 000010
【図３】
2008102049.tif 000011
【図４】
2008102049.tif 000012