(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械の回転体（剛性ロータ）の動不釣合を確定するための現場釣合試験における，次の手順による軸受面及び修正面の動不釣合遠心力ベクトル算定法：
ａ．原状の振動変位ベクトルの測定：
回転機械の二軸受にて回転体の動不釣合により生じた原状の振動振幅変位ベクトル：Ｘ１，２を測定する。
ｂ．軸受面動不釣合遠心力ベクトルの算定：
回転機械の二軸受部の原状の振動変位ベクトル：Ｘ１，２測定値，減衰係数比：Ｃ／Ｃｃ，振動数比：ω／ωｎ及び軸受１，２の振動変位測定方向のばね定数：ｋ１，２のデータを用いて，振動方程式の解の次式により回転機械の二軸受面における動不釣合による遠心力：Ｆ１，２を算定する。
0004140380.tif 000019
但し，ｉ：軸受１，２を示す。
また，遠心力ベクトル：Ｆ１，２の変位振幅ベクトル：Ｘ１，２に対する遅れ角：αｉを次式により算定する。
0004140380.tif 000020
ｃ．動不釣合遠心力ベクトルの軸受面から修正面への移し替え：
ｂ．において算定した軸受面１，２の動不釣合遠心力ベクトル：Ｆ１，２のそれぞれに対して二個の靜力学的釣合ベクトルを修正面Ｉ，ＩＩに算定し，これらを１８０度反転して，修正面Ｉに反転釣合ベクトル：Ｆ１Ｉ，Ｆ２Ｉ及び修正面ＩＩに反転釣合ベクトル：Ｆ１ＩＩ，Ｆ２ＩＩを求め，それぞれの面で合成して剛性ロータの二修正面の動不釣合遠心力ベクトル：Ｆ１，ＦＩＩを次式により求める。
ＦＩ＝Ｆ１Ｉ＋Ｆ２Ｉ  ，ＦＩＩ＝Ｆ１ＩＩ＋Ｆ２ＩＩ
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の動不釣合ベクトルの算定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転機械の回転体の現場釣合試験（フィールドバランシング）における動不釣合の検出方法おいては、回転体の未知の動不釣合による遠心力を受ける軸受にて原状の振動ベクトル（変位と角度位置）を測定した後、一旦運転を停止し、回転体に試し錘を付加して再運転して、試し錘の付加によって変化する振動ベクトルを測定することを数回繰り返すことが必要とされ、測定値を変換係数法などを用いた計算により回転体の動不釣合を算定する方法がとられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来は動不釣合の算定のために、試し錘の付加による振動ベクトルの変化の測定を必要とし、このために複数回の運転、停止、分解、組立を必要とするが、本発明は、原状の振動ベクトルの測定のみによって回転体の動不釣合が得られる算定方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転機械の原状の運転状態における、回転体の両側の軸受にて測定された振動ベクトル値（変位の大きさと角度位置）は、軸頚部に代表される回転体の動不釣合遠心力に相当するという観点から、軸受間隔長と修正面間隔長の比を用いたベクトル図計算方法に基づく演算により、回転体の動不釣合ベクトル値（大きさと角度位置）を算定することを特徴とする。
【０００５】
【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ながら説明する。
【０００６】
１．図１（立体図）は、一般的な回転機械の回転体Ｒが水平に二つの軸受Ｂ１，Ｂ２で支持された状態をモデル化して示すものである。
回転体Ｒの動不釣合によって生ずる不釣合遠心力は、回転体Ｒの主軸（Ｚ軸）の両軸頚によって軸受Ｂ１，Ｂ２に作用し、軸受Ｂ１，Ｂ２に振動を起こす。
この軸受振動のＸ軸方向において測定される振動ベクトル値（変位の大きさと角度位置）をＸ１，Ｘ２［ｃｍ］とする。  この軸受Ｂ１，Ｂ２に作用する回転体の不釣合遠心力ベクトルＦ１，Ｆ２の強制振動の運動方程式を次式で表す。
0004140380.tif 000002
ここに、Ｍ１，２：軸受Ｂ１，Ｂ２に作用する慣性質量  ［Ｎｓ２／ｃｍ］
但し、
0004140380.tif 000003
Ｍ：回転体質量              ［Ｎｓ２／ｃｍ］
Ｃ１，２：軸受Ｂ１，Ｂ２の粘性減衰係数  ［Ｎ・ｓ／ｃｍ］
ｋ１，２：軸受Ｂ１，Ｂ２の水平方向のばね定数    ［Ｎ／ｃｍ］
0004140380.tif 000004
ωｎ１，ｎ２：軸受Ｂ１，Ｂ２の水平方向の固有振動数  ［ｒａｄ／ｓ］
ω：回転体の回転角速度  ［ｒａｄ／ｓ］
ｔ：時間    ［ｓ］
１−１式の解より不釣合遠心力ベクトルＦ１，Ｆ２の大きさは次式で得られる。
0004140380.tif 000005
ここに、  ｉ：１，２、以下同じ。
Ｃｃｉ：軸受Ｂ１，Ｂ２の臨界粘性減衰係数  ［Ｎ・ｓ／ｃｍ］
【０００７】
２．不釣合遠心力ベクトルＦ１，Ｆ２の大きさを求める別の方法として、回転体に分布する不釣合は、回転軸（主軸）に直角な任意の二面（修正面又は動釣合面という）に集約された動不釣合によって代表できること、また軸受で支えられる回転体の軸頚も回転体の一部であることから、「両軸受に作用する回転体の不釣合遠心力は、両軸頚部を動釣合面とする動不釣合による不釣合遠心力に相当する」という観点から、両軸受に作用する不釣合遠心力ベクトルＦ１，Ｆ２の大きさ［Ｎ］は次式で表される。
0004140380.tif 000006
ここに、ｅ１，２：軸受Ｂ１，Ｂ２（軸頚部）面の比不釣合  ［ｃｍ］
【０００８】
３．２−１式の比不釣合ｅ１，２の大きさは１−１式に２−１式を代入した次の運動方程式により得られる。
0004140380.tif 000007
３−１式の解から比不釣合ｅ１，２の大きさは次式で得られる。
0004140380.tif 000008
【０００９】
４．Ｆ１，Ｆ２ベクトルの方向、即ち回転体のＸ軸（基準点）に対する角度位置：θ１，θ２はＦ１，Ｆ２（力）［Ｎ］に対する測定された振動ベクトルＸ１，Ｘ２（変位）の角度位置［ｒａｄ］に遅れ角度：αｉを補正して得られる。  αｉは次式による。
0004140380.tif 000009
【００１０】
要略法による動不釣合の算定：
５．１−４又は２−１式によって得られる軸受Ｂ１，Ｂ２（軸頚部）の不釣合遠心力ベクトルＦ１，Ｆ２値（大きさ、方向）から、回転体Ｒの区間ｂの動不釣合を求めることは、任意の動不釣合面の移動又は変更に相当すると観る本発明の特徴に基づき、以下に従って算定する。
回転体Ｒの区間ｂ［ｃｍ］の両側面を二修正面Ｉ，ＩＩ（修正面間隔長をｂとする）とする。  また、両修正面から両側の軸受１，２までの間隔長をａ１及びａ２［ｃｍ］とする。  即ち、
0004140380.tif 000010
【００１１】
６．図２に、１−４又は２−１，３−２式で得たＦ１，Ｆ２ベクトル値［Ｎ］を任意の単位の長さに換算して図示する。（図２の紙面は、Ｘ軸と直角に交わるＹ方向の面に一致し、Ｚは紙面に直角な方向を表す）
次に、図２に表示したＦ１，Ｆ２ベクトルの矢印の先端を結ぶ線分の長さをｂ’とし、この線分ｂ’を両側に延長して、Ｆ１側の延長線の長さをａ１’及びＦ２側の延長線の長さをａ２’として、これら三線分の長さの比は５−１式の軸受・修正面間隔長比と等しく設定する。  即ち、
0004140380.tif 000011
【００１２】
７．次に、図２の線分ａ１’、ａ２’の先端と回転軸心Ｚを結ぶ線分ＦＩ、ＦＩＩがＦ１，Ｆ２（不釣合遠心力）ベクトル（Ｎ，ｒａｄ）に対応する回転体の二修正面Ｉ、ＩＩの動不釣合ベクトル（Ｎ，ｒａｄ）として得られる。
【００１３】
８．動不釣合遠心力ベクトル：ＦＩ、ＦＩＩの力の大きさ［Ｎ］は図２上のベクトルの任意の単位の長さの比から次式で得られる。
0004140380.tif 000012
【００１４】
９．動不釣合：ＦＩ、ＦＩＩ［Ｎ］に相当する比不釣合の大きさｅＩ，ＩＩ［ｃｍ］は８−１式のＦ１，Ｆ２の値を次式に代入してで得られる。
0004140380.tif 000013
ここに、
0004140380.tif 000014
【００１５】
１０．次に図１（立体図）に示す回転体の二修正面Ｉ、ＩＩの間隔長を変更する場合（ｂを１／２とした例）の動不釣合は、図２に示すようにｂ’は不変のまま、Ｆ１側の延長線分の長さをａ１″及びＦ２側の延長線分の長さをａ２″に延長して、これら三線分の長さの比は次式に示す比を満足するように、ａ１″、ａ２″の長さを設定する。  即ち、
0004140380.tif 000015
【００１６】
１１．次に、図２の線分ａ１″、ａ２″の先端と回転軸心Ｚを結ぶ線分ＦＩ’、ＦＩＩ’がＦ１，Ｆ２（不釣合遠心力）ベクトル［Ｎ，ｒａｄ］に対応する回転体の二修正面Ｉ、ＩＩのの間隔長をｂの１／２とした場合の動不釣合ベクトル（大きさの比、角度位置）として得られる。
【００１７】
１２．修正面間隔が（１／２）ｂの二修正面に対応する動不釣合の比不釣合の大きさｅＩ’，ｅＩＩ’［ｃｍ］は、図２のＦＩ’、ＦＩＩ’ベクトルの長さを基に、８−１，９−１，９−２式に倣った計算により得られる。
【００１８】
詳細法による動不釣合の算定：
１３．不釣合遠心力ベクトル：Ｆ１，Ｆ２値［Ｎ］から詳細に動不釣合を算定する場合は、「軸頚（軸受）面は回転体の動釣合面に相当する」という本発明の観点から、図３に示すように、次項以降の静力学の原理を用いたベクトル図演算により回転体の動不釣合ベクトル：ＦＩ，ＦＩＩ値［Ｎ］を算定する。
【００１９】
１４．最初に、図１（立体図）に示す軸受面・修正面間隔長比を基に、原状の動不釣合遠心力ベクトル：Ｆ１，Ｆ２［Ｎ］を次式により目的とする動釣合面（修正面）：Ｉ，ＩＩに振り分けた分力ベクトル［Ｎ］を求める。
0004140380.tif 000016
【００２０】
１５．次に、１４−１，２，式の分力ベクトルの合成力ベクトル：ＦＩベクトル、及び１４−３，４式の分力ベクトルの合成力ベクトル：ＦＩＩベクトル、即ち動釣合面：Ｉ、ＩＩの動不釣合ベクトルは、図２に示すように「力の平行四辺形」の法則に従うベクトル図演算、又は次の「力の三角形」の公式によって得られる。
即ち、
0004140380.tif 000017
但し、
0004140380.tif 000018
【００２１】
１６．前項で得られた動不釣合遠心力：ＦＩ，ＦＩＩ［Ｎ］に対応するの比不釣合の大きさｅＩ，ｅＩＩ［ｃｍ］は８−１，９−１，９−２式に倣った計算により得られる。
【００２２】
【実施例】
上記の「発明の実施の形態」に示す計算手順、及び図２及び図３に示すベクトル図による計算方法は、本発明の特徴であり、図２及び図３のベクトル図の計算手順に倣った三角関数、三角法の正弦法則・余弦法則等による数値計算方法の適用も有効であり、また、速度・加速度の測定ベクトル値に対しても有効である。
また、動釣合試験機及びフィールドバランス試験機の演算装置等に対しても本発明のベクトル図演算法の適用は有効である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は回転機械の動不釣合を、軸受で検出される原状の振動ベクトル値から直接的に算定できる故、フィールドバランスにおいて試し錘の付加による変化の検出のための試運転が不要になるので、動釣合作業が簡略化され、測定時間が短縮される。  回転体が大型になるほど短縮メリットも大きくなる。また、石油化学プラント、原子力発電所等の危険物等を扱う区域内での不釣合修正・釣合試験や不釣合振動の監視を容易にするので安全上にも貢献できるものである。
回転機械の製造工場における動釣合試験においても本発明の適用は、測定に要する時間の短縮、測定手順の簡略化、また電力・労力・設備等の負担の軽減を図ることに有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すイメージ図である。
【図２】本発明の動不釣合ベクトル図演算法の要略法の実施例を示す。
【図３】本発明の動不釣合ベクトル図演算法の詳細法の実施例を示す。
【符号の説明】
ａ１，ａ２  ：  修正面と軸受間の長さ
ｂ          ：  修正面の間隔の長さ
ｌ１，ｌ２  ：  回転体の重心と軸受間の長さ
Ｂ１，Ｂ２  ：  回転軸の軸頚部を支える軸受部
Ｌ          ：  軸受間隔の長さ
Ｒ          ：  回転体の主要部
Ｇ          ：  回転体の重心位置
Ｉ，ＩＩ    ：  回転体の修正面（動釣合面）
Ｘ          ：  Ｘ方向軸、回転体の角度基準点
Ｙ          ：  Ｙ方向軸
Ｚ          ：  Ｚ方向軸、回転軸（主軸）の中心
【図１】
0004140380.tif 000021
【図２】
0004140380.tif 000022
【図３】
0004140380.tif 000023