JPH02173540A - 回転体の振動診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ポンプ、蒸気タービン、ガスタービン、発電
機、コンプレッサ、ブロワ−等における回転部の振動を
診断する場合に適した回転体の振動診断方法に関する。

（従来の技術） 回転体に不つり合いが存在していると振動が大きくなり
、甚だしい場合には回転体やこれを支持する軸受を破損
させてしまうことがある。このようなことから、従来は
第３図に示すように、つり合い試験機１を使って回転体
２に存在する不つり合いウェイト３ａ、３ｂ、３ｃを捜
し、この不つり合いウェイト３ａ、３ｂ、３ｃをｔ０殺
し得る等価的つり合せウェイト４を軸方向の限定された
修正面５に付加し、その後に実機に組込む方法を採用し
ている。

しかしながら、この方法によってつり合いをとった場合
でも、実隙の稼動中に何らかの原因によって再び不つり
合いが生じた場合には再度、つり合い試験を行なわなけ
ればならない。しかし、大規模な回転機の場合には、実
機に組込まれている回転体を取り外し、これをつり合い
試験機に取付けることが不可能に近いものが多い。

そこで近年では、実機に回転体の振動を測定するだめの
装置を取付けて異常を監視する方式が採用されている。

しかし、この方式では２不つり合いが生じていることを
検出できても、高々等価的な不つり合いウェイトを算出
できる程度で、不つり合い位置まで検出することは困難
であった。このため、異常発生箇所を探し出すために多
大の時間を要する問題があった。

また、従来の不つり合い検出システムの多くは。

回転体を剛体と仮定して軸受の振動または６ｉｊ重をＡ
ｌｌ［定し、この胛１定結果から異常を調べるものが多
く、軸受回りをアクセスし難い装置などには適用できな
い問題もあった。

（発明が解決しようとする課題） 上述の如く、従来の振動診断方法では、振動を測定する
位置が軸受に限定される性質のものが多く、さらに不つ
り合い位置までは診断できないため、異常箇所の診断に
多大の時間と労力とを要する問題があった。

そこで本発明は１回転体が供用期間中であっても、この
回転体の軸方向の任意の位置の振動を４１１定するだけ
で、このＡｌ１ｊ定データを使って不つり合い量と位置
とを診断できる回転体の振動診断方法を提供することを
ｌ」的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために３本発明に係る診断方法では
１回転体の軸方向の任意の箇所の振動を振動計測センサ
で検出し、このセンサにより検出された振動信号から回
転数に同期した不つり合い振動成分を抽出し、抽出され
た不つり合い振動成分と予め記憶されている正常回転時
の振動とから異常のみによる振動をベクトル減算により
求め２この異常成分を予め導出されている回転体の軸た
わみに関する影響係数に適用することにより上記回転体
の不つり合い位置の診断を行うようにしている。なお、
影’ｆｆ係数は、軸たわみのモードを簡単な関数で仮定
し、これを適切な係数で補正することから導出される。

（作　用） このような診断方法では、軸のたわみに関する影響係数
と言う概念を導入しているので、従来。

極めて困難であった実機に組込まれている回転体の不つ
り合い量とその位置の診断を可能化する。

（実施例） まず１本発明診断方法の原理を説明する。

第１図に示すように１回転体、たとえば回転軸１１が両
端を軸受１２ａ、１２ｂで支持されて角速度ωで回転し
ているとき１回転軸１１のある位置に質量Δｍの不つり
合いウェイト１３が存在すると１回転軸１１の軸方向に
おける任意の点１４においてたわみＳが生ずる。

ここで、軸たわみのモードを梁の静荷重によるたわみの
モードと仮定し、不つり合いウェイト１３を集中荷重Ｗ
とおくと、角速度ωによる点１４でのたわみＳは両端単
純支持梁の場合と同様に次式で表わされる。

すなわち１点１４および加重Ｗの印加点の軸方向の位置
を図に示すように表わすと。

口≦ａ≦Ｘの場合には。

Ｓ　＝　Ｗ（ｉｔ−ｘ）ａｔΩ−８２−（Ｎ−Ｘ）月／
８ＮＥ＋　　　　−（１）χくａ≦１の場合には。

Ｗ（ｉ）−ｘ）［Ｎ（ａ−ｘ）’／　　（Ω−Ｘ）”　
ｆｉｌ”−（Ｒ−ｘ）２１　ａ−ａ’コ／（ＩＮＩＥＩ ・・・（２） ただし５（１）式および（２）式において、Ｅは回転軸
構成材料のヤング率、１は断面２次モーメントである。

今１点１４の近傍に振動計４１リセンサ１５を設置し、
このセンサ１５で検出された点１４での振動振幅ＳがＳ
　−Ｓ　ｏとなるための加ｆｆ１Ｗを。

Ｗ＝　Ｓ　ｏ　／　ｆ　（Ｘ） とおく。

さらに、これを揚重問題に拡張するために、荷重Ｗを質
量Δｍの不つり合いウェイト１３による力とおくと、Ｗ
は。

Ｗ−６ｍ　ｒ　ω２＝１３） とおくことができる。なお、（３）式において、ｒは回
転軸１１の半径である。

ここで、６口】「を影響係数とすると、影響係数Δｒｎ
　ｒは。

Δｍ　ｒ　＝Ｓｏ／　ｆ　（ｘ）・１／ω２・α（ω）
・β・・・（４） と表わせる。なお、α（ω）は倍率係数、βは補正係数
である。

α（ω）は次のようなものである。すなわち。

第２図は質量Δｍの不つり合いウェイト１３が存在する
Ｘ点の回転軸断面を示している。回転軸１１は、角速度
ωの回転により静止時の回転軸中心（座［原点）からた
わんで図の如く振れ回り運動を行なう。このときの運動
方程式は回転軸による減率を無視すると次式の如くおけ
る。

なお、上式においてｋは回転軸のバネ定数を表わしてい
る。

ここで、振れ回り半径をＲとすると。

と表わすことができるので。

−ｍω２Ｒ＋ｋＲ−Δｍ、０２ となり、振れ回り半径Ｒは。

Ｒ−Δｍ　ｒ　（ＪＪ２／　（ｋ−ｍω２）＝（Δｍ　
ｒω２／ｋ）・ｌ／（１−（ω／Ｐ）月・・・（７） と表現できる。なお、（７）式において、Ｐは回転軸の
固有振動数でＪｋ／Ｉａで表わされる値である。（７）
式中、（Δｍｒω２／ｋ）はΔｍの遠心力が回転軸に静
的に作用した場合の回転軸のたわみに相当し、　１　／
１−（ω／Ｐ）２は回転運動による上記たわみ量に対す
る倍率係数αである。つまり。

α　（ω）は。

α　（ω）　−１／ｌ−（ω／Ｐ）２　　　　・・・（
８）となる。このα　（ω）を（４））式に代入するこ
とによって、影響係数Δｍ「を表現することができる。

なお１両端単純支持以外の境界条件であっても。

それに相当する静たわみ式を式（１）、　（２）として
定義することにより同様に評価できる。

上記考え方を用いて実際の振動診断を行うには次のよう
にする。

第１図を用いて説明すると１回転軸１１について正常回
転しているときに、まず点１４における正常振動データ
をセンサ１５で計測しておく。

運転中に何らかの原因で軸方向のＸ位置に不つり合いが
生じると１回転軸１１の振動が今までより増大する。こ
の振動はセンサ１５によって検出される。この振動デー
タから正常振動データをベクトル減算することにより、
不つり合いのみによる振動成分を抽出する。これを上記
（４）式に適用すれば不つり合いに関する影響係数を算
出できる。

影響係数が判かると、加重Ｗか判明する。

さらに、予め回転軸１１の全構成部材の位置。

重量をデータベースとして蓄積しておき、これと上記影
響係数、加重、振動振幅とを比較することにより、不つ
り合いの位置を特定することができる。

［発明の効果］ 以上のように５本発明では、任意の箇所の振動をモニタ
するだけの簡単な方法で軸たわみの影響係数を導出する
ことができ、これによって不つり合い位置の診断を簡便
に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は発明に係る診断方法の原理を説明
するための図、第３図はつり合い試験機を使った従来の
診断方法を説明するための図である。 １１・・・回転軸、１２ａ、１２ｂ・・・軸受。 １３・・・不つり合いウェイト、１４・・・測定点。 １５・・・振動計測センサ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 第 図 図 筒 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転体の振動および回転速度を検出することにより上記
   回転体の振動診断を行う方法であって、回転体の軸方向
   の任意の箇所の振動を振動計測センサで検出し、このセ
   ンサにより検出された振動信号から回転数に同期した不
   つり合い振動成分を抽出し、抽出された不つり合い振動
   成分と予め記憶されている正常回転時の振動とから異常
   のみによる振動をベクトル減算により求め、この異常成
   分を予め導出されている回転体の軸たわみに関する影響
   係数に適用することにより上記回転体の不つり合い位置
   の診断を行うようにしたことを特徴とする回転体の振動
   診断方法。