(57)【要約】【課題】作業者に過度の負担を与えることなく、回転機械の影響係数を効率的に取得できる方法及び装置を提供することにある。【解決手段】回転体２を支持する支持体３ｃと、回転体２を回転させる駆動装置３ｂと、回転体２における影響係数及びアンバランスデータを保持及び算出する演算部７と、アンバランスデータが既知である回転体である第１マスターワーク２ｂ及び第２マスターワーク２ｃと、を準備し、回転時における第１マスターワーク２ｂの振動及び回転角を測定し、演算部７によって振動及び回転角から第１マスターワーク２ｂについて振動データを生成し、回転時における第２マスターワーク２ｃの振動及び回転角を測定し、演算部７によって振動及び回転角から第２マスターワーク２ｃについて振動データを生成し、振動データ及び第１マスターワーク２ｂ及び第２マスターワーク２ｃのアンバランステータから影響係数を求める。【選択図】図１
2012073121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体のバランス変化に対する回転体の振動変化を示す影響係数を取得する影響係数取得方法であって、
前記回転体を支持する支持体と、
前記回転体を回転させる駆動装置と、
前記回転体における影響係数及びアンバランスデータを保持及び算出する演算部と、
アンバランスデータが既知である回転体である第１マスターワーク及び第２マスターワークと、を準備し、
（Ａ）回転時における前記第１マスターワークの振動及び回転角を測定し、
（Ｂ）前記演算部によって前記振動及び前記回転角から前記第１マスターワークについて振動データを生成し、
（Ｃ）回転時における前記第２マスターワークの振動及び回転角を測定し、
（Ｄ）前記演算部によって前記振動及び前記回転角から前記第２マスターワークについて振動データを生成し、
（Ｅ）前記（Ｂ）で生成した振動データ、前記（Ｄ）で生成した振動データ、前記第１マスターワーク及び前記第２マスターワークのアンバランステータから影響係数を求める、ことを特徴とする影響係数取得方法。
【請求項２】
前記振動は、前記支持体において鉛直方向に２ヶ所以上設置された振動センサによって複数のデータを取得する、ことを特徴とする請求項１に記載の影響係数取得方法。
【請求項３】
前記振動は、前記回転体を回転速度を２回以上変化させることによって複数のデータを取得する、ことを特徴とする請求項１に記載の影響係数取得方法。
【請求項４】
回転体のバランス変化に対する回転体の振動変化を示す影響係数を取得する影響係数取得機能付き単体バランス装置であって、
前記回転体を支持する支持体と、
前記回転体を回転させる駆動装置と、
前記回転体における影響係数及びアンバランスデータを保持及び算出する演算部と、
前記回転体の振動を検出する振動センサと、
前記回転体の回転角を検出する回転角センサと、
アンバランスデータが既知である回転体である第１マスターワーク及び第２マスターワークと、を備え、
前記振動センサは、前記駆動装置によって回転する前記第１マスターワーク及び第２マスターワークの振動を測定し、
前記回転角センサは、前記駆動装置によって回転する前記第１マスターワーク及び第２マスターワークの回転角を測定し、
前記演算器は、前記振動及び前記回転角から前記第１マスターワーク及び第２マスターワークの振動データを生成し、前記アンバランスデータ及び前記振動データから影響係数を求める、ことを特徴とする影響係数取得機能付き単体バランス装置。
【請求項５】
前記振動センサは、前記支持体において鉛直方向に２ヶ所以上設置されている、ことを特徴とする請求項４に記載の影響係数取得機能付き単体バランス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械の影響係数を取得する影響係数取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機械は、例えば、流体と力を及ぼし合う回転翼が回転体に設けられた流体機械である。流体機械には、原動機と被動機がある。原動機は、流体が回転翼に作用させる圧力により回転体が回転駆動されることで、流体の持つエネルギーを回転運動エネルギーに変換する。原動機としては、例えば、ガスタービン（軸流タービン、ラジアルタービン）がある。被動機は、回転駆動されている回転翼が流体に圧力を作用させることで、回転運動エネルギーを流体に与える。被動機としては、例えば、圧縮機（遠心圧縮機、航空エンジンなどに設けられる軸流圧縮機、斜流圧縮機、横流圧縮機、ポンプ）がある。また、流体機械には、原動機と被動機の両方の機能を持つ過給機もある。
【０００３】
影響係数は、回転機械に設けられる回転体のバランス変化に対する回転体の振動変化を示す。影響係数は、回転体のバランス修正に利用される。そのため、回転体のバランスを修正する前に、回転機械の影響係数を取得しておく。
【０００４】
影響係数は、例えば、次のように試し錘を使用して求めることができる。まず、試し錘を使用せずに、回転体を回転させ、回転体を支持する支持体の振動を計測する。次に、試し錘を回転体に取り付けて、回転体を回転させ、回転体を支持する支持体の振動を計測する。その上で、試し錘を使用しない時の振動と、試し錘を取り付けた時の振動と、試し錘の質量および取付位置とから、影響係数を算出する。なお、影響係数の算出に使用する振動は、回転体の回転速度（即ち、１秒間での回転数）と同じ周波数成分の振動であるのがよい。
【０００５】
このように取得した影響係数を用いて、次のように回転体のバランスを修正する。影響係数を用いて、回転体のアンバランスデータを算出する。このアンバランスデータが示す修正位置において、アンバランスデータが示す質量だけ回転体を切削する。これにより、回転体のバランスを修正する。このようなバランス修正方法は、影響係数法といい、例えば、下記の特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１０２０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、試し錘を用いて影響係数を取得する方法において、回転機械の起動の度に影響係数が変化してしまうために、日々影響係数の取得を行う必要がある場合が存在した。
【０００８】
かかる場合、影響係数の取得に使用する試し錘は約１０ｍｇ〜１００ｍｇ程度のものを使用するため、回転体への取り付け及び取り外しを繰り返し行う作業は非常に手間がかかり、作業者の負担になっていた。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、作業者に過度の負担を与えることなく、回転機械の影響係数を効率的に取得できる方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明によると、回転体のバランス変化に対する回転体の振動変化を示す影響係数を取得する影響係数取得方法であって、
前記回転体を支持する支持体と、
前記回転体を回転させる駆動装置と、
前記回転体における影響係数及びアンバランスデータを保持及び算出する演算部と、
アンバランスデータが既知である回転体である第１マスターワーク及び第２マスターワークと、を準備し、
（Ａ）回転時における前記第１マスターワークの振動及び回転角を測定し、
（Ｂ）前記演算部によって前記振動及び前記回転角から前記第１マスターワークについて振動データを生成し、
（Ｃ）回転時における前記第２マスターワークの振動及び回転角を測定し、
（Ｄ）前記演算部によって前記振動及び前記回転角から前記第２マスターワークについて振動データを生成し、
（Ｅ）前記（Ｂ）で生成した振動データ、前記（Ｄ）で生成した振動データ、前記第１マスターワーク及び前記第２マスターワークのアンバランステータから影響係数を求める、ことを特徴とする影響係数取得方法が提供される。
【００１１】
また、本発明によれば、前記振動は、前記支持体において鉛直方向に２ヶ所以上設置された振動センサによって複数のデータを取得する。
【００１２】
また、別の実施例によれば、前記振動は、前記回転体を回転速度を２回以上変化させることによって複数のデータを取得する。
【００１３】
本発明によれば、回転機械に設けられている回転体のバランス変化に対する回転体の振動変化を示す影響係数を取得する影響係数取得方法であって、
前記回転体を支持する軸受と、
前記軸受を支持する支持体と、
前記回転体を回転させる駆動装置と、
前記支持体にそれぞれ設置され、それぞれ前記回転体の振動を検出する２つの振動センサと、
前記支持体に設置され前記回転体の回転角を検出する回転角センサと、
前記回転体における影響係数を算出する演算部と、
アンバランスデータが既知である回転体である第１マスターワーク及び第２マスターワークと、を備え、
前記振動センサは、前記駆動装置によって回転する前記第１マスターワーク及び第２マスターワークの振動を測定し、
前記回転角センサは、前記駆動装置によって回転する前記第１マスターワーク及び第２マスターワークの回転角を測定し、
前記演算器は、前記振動及び前記回転角から前記第１マスターワーク及び第２マスターワークの振動データを生成し、前記アンバランスデータ及び前記振動データから影響係数を求める、ことを特徴とする影響係数取得機能付き単体バランス装置が提供される。
【００１４】
また、本願発明によれば、前記振動センサは、前記支持体において鉛直方向に２ヶ所以上設置されている。
【発明の効果】
【００１５】
上述した本発明によると、影響係数を取得する度に試し錘の取り付け及び取り外しを行う必要はなくなるため、作業者の負担を軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の影響係数取得方法に使用する影響係数取得装置の全体図である。
【図２】本発明における回転体の上面図である。
【図３】振動データを示す波形である。
【図４】振動データを表す複素平面である。
【図５】本発明の実施形態による影響係数取得方法を示すフローチャートである。
【００１７】
図１は、本発明の影響係数取得方法に使用する回転機械の全体図である。
また、図２（Ａ）は、本発明におけるタップ穴付き回転体の上面図、図２（Ｂ）は、本発明におけるマスターワークの上面図である。
この図において、１は影響係数取得装置、２は回転体、２ａはタップ穴付きタービン、２ｂ，２ｃマスターワーク、３は回転機械、３ａは軸受、３ｂは駆動装置、３ｃは支持体、４は回転角センサ、５ａ，５ｂは振動センサ、６は信号処理部、７は演算部、１２はタービン翼、１３はＺ相マーキング、１４ａは水かき部タップ穴、１４ｂはボス部タップ穴、２２はタービン翼、２３はＺ相マーキングである。
【００１８】
影響係数取得装置１は、回転体２を回転機械３によって回転させる装置である。
なお、この例においては、通常の回転体２を例として説明しているが、本発明においては、後述するタップ穴付きタービン２ａ、マスターワーク２ｂ，２ｃのいずれかを用いる。
【００１９】
タップ穴付きタービン２ａは、タービン翼１２を有するタービンであって、試し錘を取り付けない場合、水かき部タップ穴１４ａに試し錘を取り付けた場合、ボス部タップ穴１４ｂに試し錘を取り付けた場合における回転機械３の振動を計測し、取得した３つのデータから影響係数の算出を行うためのものである。
また、マスターワーク２ｂ，２ｃはアンバランスデータが既知であるタービンである。
【００２０】
ここで、アンバランスデータは、アンバランス量及びアンバランス方位によって求められる。
Ａを絶対値とし、偏角をθとし、ｊを虚数単位とすると、アンバランスデータＭを次式（１）で表われる。
Ｍ  ＝  Ａ（ｃｏｓθ＋ｊｓｉｎθ）  ・・・（１）
式（１）において、Ａはアンバランス量を示し、ｘとｙの積である。ｘは、回転体２の中心軸からアンバランスの重心位置までの半径方向距離であり、ｙは、アンバランスを除去する場合に除去が必要な質量である。また、θは、前記重心位置の周方向位置であり、アンバランス方位を示している。
【００２１】
上記アンバランスデータに従って、回転体２の切削を行う際には、切削工具（図示しない）は、ｘとθが示す半径方向位置と周方向位置に位置決めされた状態で、切削質量がｙになるまで中心軸の方向に移動することで行う。
【００２２】
回転機械３は、回転体２を支える軸受３ａ、回転体２を回転させる駆動装置３ｂ、軸受３ａを介して回転体２を支持する支持体３ｃからなる。この例では、回転体２は軸受３ａによって支持されているが、エアー軸受によって回転体２を支える構造であってもよい。
【００２３】
回転角センサ４は、回転体２の回転角を計測し、該回転角を示す回転角信号を演算器７に出力する。この回転角は、回転体２が１回転することでゼロ度から３６０度まで変化する。
【００２４】
振動センサ５ａ，５ｂは、回転機械３における支持体３ｃの所定の位置にそれぞれ取り付けられる。振動センサ５ａ，５ｂは、回転体２が回転している状態で、回転機械３のそれぞれの設置位置における、振動（即ち、加速度、速度、変位、または荷重）を計測し、該振動を示す振動信号を信号処理部６を経由して演算器７に出力する。
この振動センサ５ａ，５ｂとして、影響係数の取得に使用可能な公知のセンサを使用できる。
本発明においては、回転機械３に２つの振動センサ５ａ，５ｂを設置することによって、２つの条件の振動データを取得することができる。
【００２５】
演算器７は、前記振動信号（計測された振動）と前記回転角信号（計測された回転角）に基づいて振動データを生成する。
振動データは、振動の振幅と位相θからなる。図３は、振動の振幅と位相θを示す。図３において、横軸は、回転角センサ４により計測された回転体２の回転角を示し、縦軸は、振動センサ５ａ，５ｂにより検出された振動のうち１次振動の強度を示す。１次振動は、回転体２の回転速度と同じ周波数成分の振動である。即ち、１次振動振幅は、振動センサ５ａ，５ｂによる振動計測時における回転体２の回転速度（１秒間での回転数）と同じ周波数［Ｈｚ］の成分を、振動センサ５ａ，５ｂが出力した前記振動信号から抽出した振動である。
図３において、位相θは、基準回転角（図３の例では、ゼロ度）に対する１次振動のずれを示す。即ち、位相θは、基準回転角に対する、１次振動の周期の始点となる回転角のずれを示す。
振動データを、複素数で表す。図４は、複素数で表した振動データを示す。図４のように、１次振動の振幅の大きさ（絶対値）をＲとし、上述の位相θを偏角として、振動データは複素数で表わされる（以下、同様）。演算器７は、振動センサ５ａ，５ｂからの振動信号と回転角センサ４からの回転角信号から、複素数の振動データを生成する仕組みになっている。
【００２６】
Ｚ相マーキング１３は、タップ穴付きタービン２ａの回転を行う際に回転時における基準点として定めたものであり、回転角センサ４がかかる基準点を認識できるようにタップ穴付きタービン２ａに付与されたものである。
【００２７】
水かき部タップ穴１４ａは、この例で使用するタービンにおいては外周付近に４つ有しており、ボス部タップ穴１４ｂは、この例で使用するタービンにおいて中心付近に４つ有している。
【００２８】
図５は、本発明の実施形態による影響係数取得方法を示すフローチャートである。
ステップＳ１において、従来技術と同様に後述するマスターワーク２ｂ，２ｃのアンバランスデータを求めるための影響係数の算出を予め行っておく。
具体的には、最初は試し錘を使用せずに、タップ穴付きタービン２ａを回転させ、タップ穴付きタービン２ａを支持する回転機械３の振動を計測し、次に、試し錘をタップ穴付きタービン２ａに取り付けて、タップ穴付きタービン２ａを回転させ、回転体を支持する回転機械３の振動を計測させ、その上で、試し錘を使用しない時の振動と、試し錘を取り付けた時の振動と、試し錘の質量および取り付け位置とから、影響係数を算出することによって行う。
【００２９】
ステップＳ２において、上記ステップＳ１で算出した影響係数を元に、２つのタービンについてアンバランスデータを計測しておき、この２つのタービンをマスターワーク（それぞれマスターワーク２ｂ，２ｃ）とする。
【００３０】
ステップＳ３において、上記ステップＳ２によってアンバランスデータが上記測定によって既知となった２つのマスターワークを用いて、現在の影響係数を算出する。
具体的には以下の手順に従って算出を行う。
（Ａ）１つ目のマスターワーク２ｂを用いて回転１次振動を計測する。この場合において、本発明では振動センサを２つ取り付けているので、上記１つ目のマスターワーク２ｂについて回転１次振動は２つ取得できる。
（Ｂ）２つ目のマスターワーク２ｃを用いて回転１次振動を計測する。この場合において、本発明では振動センサを２つ取り付けているので、上記２つ目のマスターワーク２ｂについて振動データは２つ取得できる。
（Ｃ）上記手順によって得た振動データとマスターワークのアンバランスデータから影響係数を算出する。
【００３１】
影響係数の算出方法については、マスターワーク２ｂの既知のアンバランスデータをｍ１，ｍ２とし、上記で求めた振動データをａ１，ａ２とすると、２行２列の行列で表現される影響係数ｅ１１，ｅ１２，ｅ２１，ｅ２２との間に以下のような式が成立する。
【数１】
2012073121.tif 000003
【００３２】
上記と同様に、マスターワーク２ｃの既知のアンバランスデータをｍ３，ｍ４とし、上記で求めた回転１次振動をａ３，ａ４とすると、影響係数ｅ１１，ｅ１２，ｅ２１，ｅ２２との間に以下のような式が成立する。
【数２】
2012073121.tif 000004
【００３３】
上記式（１）及び式（２）から求めた連立一次方程式を解くことで、影響係数ｅ１１，ｅ１２，ｅ１３，ｅ１４を取得することができる。
【００３４】
なお、本発明に求める影響係数は、回転体であるタービンについてのものであるため、影響係数は２行２列の行列で表わされる。
また、マスターワーク２ｂ，２ｃは回転体であるため、既知のアンバランスデータは２行１列の行列で表される。
そのため、この例においては、影響係数を求めるために２つのマスターワークを使用し、さらに振動センサをそれぞれの算出時に２つ使用する必要がある。
【００３５】
上記影響係数を求めるために、振動センサを１つのみ使用し、４つのマスターワークを用いることで、影響係数算出のために必要な振動データを取得する形でもよい。
また、振動センサのみを１つ使用し、回転機械３の速度を変えることで、影響係数算出のために必要な振動データを取得する形でもよい。
【００３６】
ステップＳ４において、上記ステップＳ３で算出した現在の影響係数を用いて、切削対象のタービン軸についてのアンバランスデータ計測を行う。
【００３７】
さらに、ステップＳ５において、上記ステップＳ４で算出した切削対象のタービン軸の切削を行う。
切削は、切削対象タービン軸を回転機械３に設置したままで行う形式でもよいし、別途切削装置を用意して切削を行う形式でもよい。
【００３８】
上記切削後、別のタービン軸の切削を行う場合には、ステップＳ４から行う。
また、回転機械３の再起動を行った等の理由により、再度影響係数を取得する必要がある場合には、ステップＳ３から行うことになる。
【００３９】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要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。
【符号の説明】
【００４０】
１  影響係数取得装置、２  回転体、２ａ  タップ穴付きタービン、
２ｂ，２ｃ  マスターワーク、３  回転機械、３ａ  軸受、
３ｂ  駆動装置、３ｃ  支持体、４  回転角センサ、
５ａ，５ｂ  振動センサ、６  信号処理部、７  演算部、
１２  タービン翼、１３  Ｚ相マーキング、１４ａ  水かき部タップ穴、
１４ｂ  ボス部タップ穴、２２  タービン翼、２３  Ｚ相マーキング
【図１】
2012073121.tif 000005
【図２】
2012073121.tif 000006
【図３】
2012073121.tif 000007
【図４】
2012073121.tif 000008
【図５】
2012073121.tif 000009