JPH0455255B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、回転機械の運転中、回転部材と静止
部材とが異常にこすれ合うラビング（rubbing）
現象を音響振動にもとづいて検出するラビング検
出装置、特に回転部材の回転に同期した衝突振動
の影響を受けることがなく検出精度を向上させる
ことができる装置構成に関する。

〔従来技術とその問題点〕

蒸気タービンや発電機等の回転機械が運転中に
ラビング現象を生じると異常振動が発生して運転
継続が不能になつたり重大事故に発展したりする
ことがある。特に蒸気タービンのような熱機械で
は、回転部材と静止部材との間の隙間が狭いのに
温度上昇によつてケーシング等の構成部材に熱変
形が生じ易いので、ラビング現象が発生し易いき
らいがある。したがつてラビング現象を早期に検
出し、回転数を下げると注入蒸気温度や蒸流量を
低下させるなどの回転機械の運転操作によつてラ
ビング状態の進展を阻止する必要がある。ラビン
グ現象の検出はラビングによつて回転機械に生じ
る音響振動（以後この振動をラビング振動という
ことがある）を検出して行うのが通例で、このラ
ビング振動は回転部材の回転に同期して発生する
特徴がある。

第４図は従来のラビング検出装置の構成図で、
図において１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄはそれぞれ回
転機械１の回転軸、ケーシング、軸受金、軸受カ
バー、１ｅは回転軸１ａに固定されてケーシング
１ｂ内を回転する回転体、２ａは一端が軸受金１
ｃに固定され他端には音響センサ２が固定された
線状のウエーブガイドである。音響センサ２は高
い周波数領域に共振周波数を有するように形成し
た、圧電素子を用いたアコーステイツク・エミツ
シヨン（acoustic emission）用センサ（以下AE
センサと呼ぶこともある）で、ウエーブガイド２
ａはその一端が固定された軸受金１ｃの振動を
AEセンサ２に伝達する機能を有している。AEセ
ンサ２の出力信号２ｂはウエーブガイド２ａが取
り付けられている軸受金１ｃの部分に生じている
振動の加速度に対応している。ウエーブガイド２
ａは、内部が高温になる軸受カバー１ｄの外部に
AEセンサ２を配置し、かつ該センサ２を保守し
易くするために設けられている。３は回転軸１ａ
の回転に同期したパルス信号３ａを出力するパル
ス発生器である。４は出力信号２ｂを増幅する増
幅器、５は増幅器の出力信号４ａが入力されこの
入力信号からラビング振動の卓越周波数成分を抽
出してＳ／Ｎ比を向上させるバンドパスフイル
タ、６はフイルタ５の出力信号５ａの包絡線検波
を行う検波器である。７は、パルス発生器３の出
力信号３ａをトリガ信号として用い、検波器６の
出力信号６ａに対して所定時間の間の時間平均演
算を行つて演算結果に応じた信号７ａを出力する
平均値演算器で、演算器７はこのように構成され
ているので、この演算器の出力信号７ａは、検波
器の出力信号６ａに含まれていてパルス信号３ａ
には同期していない白色雑音が除去された信号と
なつている。８は信号７ａと３ａとを観測する
CRT表示器である。

第４図においては各部が上記のように構成され
ているので、回転機械１においてたとえば回転体
１ｅとケーシング１ｂとの間にラビング現象が発
生したとすると、この現象に伴うラビング振動１
００が回転体１ｅ、回転軸１ａを順次経由して軸
受金１ｃに伝播し、この結果要部の出力信号の波
形はたとえば第５図に示したようになる。第５図
において、各波形図の横軸は経過時間を示してお
り、また矢印Ｐはこの矢印で指示した時刻近傍で
ラビング振動が発生していることを示している。
第５図におけるラビング振動無しの場合は、ラビ
ング現象が生じていないためにAEセンサの出力
信号２ｂが白色雑音のみで構成されている場合を
示しており、ラビング振動有りの場合は、ラビン
グ現象が発生したために信号２ｂが白色雑音とラ
ビング振動とで構成されている場合を示してい
る。ラビング現象が発生すると、前述したように
回転部材の回転に同期したラビング振動が生じ、
第５図ではこの結果信号６ａおよび７ａに三角パ
ルス状のラビング振動が現れたことを示してい
る。上述したように、第４図においてはラビング
現象が発生すると信号６ａ，７ａに三角パルス状
ラビング振動が現れるので、この振動をパルス発
生器の出力信号３ａと比較して観察することによ
つてラビング現象の発生を精度よく検出すること
ができ、この検出の際信号７ａを用いると、該信
号７ａでは信号６ａに比べて白色雑音が少なくな
つているので検出作業が容易になる。

第４図の検出装置では上述のようにしてラビン
グ現象の発生を検出するが、このラビング検出装
置には以下に説明するような問題がある。すなわ
ち第６図は第４図における要部の拡大斜視図で、
第６図においては軸受金１ｃは、上金１０１と下
金１０２とをボルト１０３で締着することによつ
てリング状に形成され、下金１０２が軸受座１ｆ
に当接するように該座１ｆに載置されている。そ
して通常互いに当接する下金１０２の側面と軸受
座１ｆの面とは球面状に形成されており、またこ
の球状当接面には下金１０２の側面と軸受座１ｆ
の上面とがほぼ接触し始める部分に弧状の隙間１
０４が形成されているのが通例である。第６図に
おいては軸受金１ｃと軸受座１ｆとが上述のよう
に構成されているので、回転軸１ａが回転する
と、軸１ａを含む回転部材の残留不釣合による遠
心力をはじめとする各種の励振力が軸受金１ｃに
作用し、これら励振力の大きさや隙間１０４の形
成態様によつて軸受金１ｃと軸受座１ｆとが衝突
してこの結果衝突振動１０５が発生することがあ
る。

第７図はこのような衝突振動１０５が発生した
場合の、第４図におけるラビング検出装置の要部
の信号波形説明図で、衝突振動１０５は通常軸１
ａの回転に同期して発生して、信号６ａおよび７
ａに矢印Ｑで示したような三角パルス状波形とな
つて現れる。したがつてこのような振動１０５が
生じると第４図のラビング検出装置には衝突振動
１０５とラビング振動とを辨別ることができない
という問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は、上述したような従来のラビング検出
装置における問題を解消して、回転に同期して発
生する衝突振動の影響を受けることなく確実に検
出動作を行うことのできるラビング検出装置を提
供することを目的とする。

〔発明の要点〕

本発明は、上記目的達成のため、互いに当接す
る軸受金と軸受座のそれぞれの振動を検出する第
１および第２音響センサと、前記第１および第２
音響センサの各出力信号のそれぞれを増幅する増
幅器と、該増幅器からの各出力信号のノイズを低
減するバンドパスフイルタと、該バンドパスフイ
ルタからの各出力信号の包絡線検波を行う検波器
と、該検波器から各出力信号の演算処理を行う信
号処理部とでラビング検出装置を構成し、信号処
理部の出力信号によつてラビング現象の検出を行
うようにしたもので、このように構成することに
よつて、第１部分と第２部分との間に回転機械の
回転に同期した衝突が発生した際両音響センサか
ら出力される衝突振動信号が信号処理部で相殺、
消去されるようにして、もつてこのような衝突振
動の影響を受けることなく確実に検出動作を行う
ことのできるラビング検出装置が得られるように
したものである。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の第１実施例の構成図で、本図
においてはケーシング等を含む回転機械１の本体
部は省略している。第１図において１０，１１は
いずれも第４図に示したのと同様なAEセンサで、
AEセンサ１０，１１はそれぞれ第４図における
ウエーブガイド２ａと同様なウエーブガイド１０
ａ，１１ａを介して下金１０２、軸受座１ｆに取
り付けられ、軸受カバー１ｄの外部に設置されて
いる。両AEセンサ１０，１１はほぼ等しい振動
感度特性をもつたセンサで、この場合AEセンサ
１０の出力信号は増幅器４に入力されている。１
２はAEセンサ１１の出力信号が入力され該信号
を増幅して出力信号１２ａとして出力する増幅
器、１３は信号１２ａが入力され出力信号を検波
器１４に入力する、バンドパスフイルタ５と同じ
機能を有するバンドパスフイルタで、検波器１４
は検波器６と同様に入力信号に対して包絡線検波
を行つて出力信号１４ａを出力する検波器であ
る。両検波器の出力信号６ａ，１４ａはいずれも
差動増幅器１５に入力され、ここで両信号の差に
応じた信号１５ａが形成されて平均値演算器７に
入力されている。２１は回転軸１ａと軸受金１ｃ
と軸受カバー１ｄと軸受座１ｆとを除く図示の各
部からなるラビング検出装置である。

次にラビング検出装置２１における要部の作用
を第２図の波形説明図を参照して説明する。第２
図において、まずラビング現象が生じていなくて
下金１０２と軸受座１ｆとの衝突にもとづく衝突
振動のみが存在していたとすると、AEセンサ１
０，１１の各出力信号、したがつて増幅器の出力
信号４ａ，１２ａはいずれも回転機械１の回転に
同期した衝突振動信号と白色雑音とで構成され、
この場合センサ１０，１１はそれぞれ下金１０
２、軸受座１ｆの各振動を検出するように取り付
けられているので両信号４ａ，１２ａにおける衝
突振動信号の各レベルはほぼ同一となるが、白色
雑音は殆ど回転軸１ａを介して伝達されてくる雑
音でありまた回転軸１ａの回転に伴う雑音である
ので、この雑音は軸受座１ｆに伝達される時下金
１０２と軸受座１ｆとの当接部で減衰し、したが
つて信号４ａ，１２ａにおける各白色雑音のレベ
ルは通常前者の方が大きくなる。検波器出力信号
６ａ，１４ａの波形中Ｑで示した三角パルス状波
形がこの場合の衝突振動を示しており、この場合
上述した所から明らかなように信号６ａ，１４ａ
における衝突振動パルスのレベルはほぼ等しいの
で、差動増幅器の出力信号１５ａはパルス状波形
を有しない白色雑音状信号となる。

次に下金１０２と軸受座１ｆとの衝突にもとづ
く衝突振動と、回転軸１ａを介して伝播するラビ
ング振動とが同時に存在したとすると、この場合
信号４ａ，１２ａまたは６ａ，１４ａにおける白
色雑音波形、衝突振動波形の各態様は前述したラ
ビング振動がなくて衝突振動のみが存在した場合
と同様であるが、信号６ａ，１４ａには共にラビ
ング振動にもとづく三角パルス状波形がＰ矢印で
示す時刻に現れる。しかしながらこの場合、本発
明者は、下金１０２と軸受座１ｆとの当接部にお
ける振動減衰作用のために、信号１４ａにおける
ラビング振動パルスのレベルがこのパルスに対応
する信号６ａにおけるラビング振動パルスのレベ
ルに比べて大幅に低下することを見出しており、
この結果信号１４ａは衝突振動が支配的な波形と
なる。したがつて差動増幅器の出力信号１５ａに
はラビング振動にもとづく三角状パルスのみがパ
ルス発生器の出力信号３ａに同期して現れ、衝突
振動にもとづく三角状パルスは現れないので、表
示器８によりラビング現象の発生を確認できるこ
とになる。

第１図に示したラビング検出装置２１では上述
のようにしてラビング検出が行れる。故にこのよ
うな検出装置２１は、軸受金１ｃと軸受座１ｆと
の周期的衝突にもとづく振動の影響を受けること
なく確実にラビング現象を検出することのできる
ラビング検出装置である。

第３図は本発明の第２実施例の構成図で、本図
の第１図と異なる主な点はパルス発生器３が設け
られていない点と、検波器６，１４以降の信号処
理態様が異なる点とである。第３図において、１
６，１７は検波器の出力信号６ａ，１４ａがそれ
ぞれ入力されこれら入力信号の直流分すなわち白
色雑音相当分を除去してそれぞれ出力信号１６
ａ，１７ａを出力するハイパスフイルタで、これ
ら両フイルタ１６，１７の特性はほぼ等しく形成
されている。１８は信号１６ａと１７ａとが入力
され両信号のレベル比に応じた信号１８ａを出力
する割算器で、信号１８ａは比較器１９に入力さ
れ、ここで信号１８ａの値が所定値以上であると
信号が比較器１９から出力されて警報器２０が動
作するように構成されている。第３図においては
フイルタ１６，１７および割算器１８が上述のよ
うに構成されているので、この場合割算器１８は
検波器出力信号６ａ，１４ａに含まれる変動成分
のレベルの比を演算することになり、また本発明
者は信号１６ａ，１７ａの各レベルをそれぞれ
Ａ，Ｂとした場合（Ａ／Ｂ）３であるとラビン
グ現象が発生しているとみなせることを実験的に
見出しているので、第３図においては比較器１９
における前記所定値を３に対応した値に設定する
ことによつてラビング現象の自動検出ができるこ
とになる。第３図の場合、第１図で説明したよう
な衝突振動が発生しても、信号１６ａ，１７ａに
含まれる衝突振動パルスの各レベルは前述したよ
うにほぼ等しいので、このような衝突振動が比較
器１９の動作に影響を与えないことは明らかで、
したがつて第３図の第２実施例は、軸受金と軸受
座との衝突によつて回転機械の回転に同期して発
生する衝突振動の影響を受けることなく確実にラ
ビング現象を検出することのできるラビング検出
装置である。

上述の各実施例においては、AEセンサ１０，
１１をそれぞれ軸受金１ｃ、軸受座１ｆの各振動
を検出するように配置して軸受金、軸受座間に生
じる衝突振動の影響を受けることなくラビング検
出を行うようにしたが、本発明はこのような実施
態様に限定されるものではなく、本発明において
は、センサ１０，１１は互いに当接して衝突振動
を発生する恐れのある回転機械の第１部分と第２
部分とのそれぞれから振動を検出するように配設
されて差し支えないものである。

〔発生の効果〕

上述したように、本発明においては、互いに当
接して衝突振動を発生する恐れのある回転機械の
軸受金と軸受座のそれぞれの振動を検出する第１
および第２音響センサと、これらの両音響センサ
の各出力信号のそれぞれを増幅する増幅器と、該
増幅器からの各出力信号のノイズを低減するバン
ドパスフイルタと、該バンドパスフイルタからの
各出力信号の包絡線検波を行う検波器と、該検波
器からの各出力信号の演算処理を行う信号処理部
とでラビング検出装置を構成し、信号処理部の出
力信号によつてラビング現象の検出を行うように
したので、このように構成することによつて、軸
受金と軸受座との間に回転機械の回転に同期した
衝突が発生した際両音響センサから出力される衝
突振動信号が信号処理部で相殺、消去されるよう
にすることができる結果、前記衝突にもとづく振
動の影響を受けることなく確実に検出動作を行う
ことのできるラビング検出装置が得られる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図はそれぞれ本発明の第１お
よび第２実施例の構成図、第２図は第１図におけ
る要部の信号波形説明図、第４図は従来のラビン
グ検出装置の構成図、第５図は第４図における要
部の信号波形説明図、第６図は第４図における要
部の拡大斜視図、第７図は第４図における要部の
信号波形説明図で第５図とは異なる波形説明図で
ある。 １……回転機械、１ｃ……軸受金、１ｆ……軸
受座、１０，１１……AEセンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ほぼ等しい振動感度特性を有し回転機械にお
   ける互いに当接する軸受金と軸受座のそれぞれの
   振動を検出する第１および第２音響センサと、前
   記第１および第２音響センサの各出力信号のそれ
   ぞれを増幅する増幅器と、該増幅器からの各出力
   信号のノイズを低減するバンドパスフイルタと、
   該バンドパスフイルタからの各出力信号の包絡線
   検波を行う検波器と、該検波器からの各出力信号
   の演算処理を行う信号処理部とからなり、前記信
   号処理部の出力信号により前記回転機械のラビン
   グ現象を検出することを特徴とするラビング検出
   装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の検出装置におい
   て、信号処理部は第１および第２音響センサに対
   応するそれぞれの検波器からの各出力信号の差に
   応じた信号を出力する平均値演算器からなること
   を特徴とするラビング検出装置。 ３ 特許請求の範囲の第１項記載の検出装置にお
   いて、信号処理部は第１および第２音響センサに
   対応するそれぞれの検波器からの各出力信号の比
   に応じた信号を出力する割算器からなることを特
   徴とするラビング検出装置。