JPH0460545B2 - - 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、回転機械における、回転部と静止部
との間に発生するラビング現象の発生位置を、音
響振動を利用して検出するラビング検出装置、特
にラビング現象に伴う音響振動の波形の影響を受
けることなく位置検出を行うことのできる装置構
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〓間が本来狭
く設定されているのに加えて湿度上昇によつてケ
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。このた
め、普通、ラビング現象が発生すると回転部の回
転数を下げるなどの運転操作によつてラビング状
態の継続を回避することが行われるが、このよう
な処置はあくまでも応急処置であつてラビング原
因自体はなお存在するため、再びラビング現象が
発生することがしばしばある。ラビング原因を消
滅させるには、ラビング現象発生位置を明確にし
て、回転機械における〓間を広げる等の組立状態
の変更を行う必要がある。

ラビング現象の発生位置検出は、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図はラビング発生位置の検出を行う従来の
ラビング検出装置の構成図で、図において回転機
械１の回転軸１ａは、軸受金１１ａ，１１ｂによ
り支えられ、ケーシング１ｂと微少な〓間をもつ
て組立られている。２１，２２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製
の第１および第２音響センサで、これらの音響セ
ンサ２１，２２は、それぞれ一端が軸受金１１
ａ，１１ｂに固定された金属線製ウエーブガイド
２ａ，２ｂの他端の各々に固定されている。ウエ
ーブガイド２ａ，２ｂは軸受金１１ａ，１１ｂに
おける音響振動をセンサ２１，２２に伝達するた
めに設けられており、センサ２１，２２はこのよ
うにして伝達された音響振動に対応した信号２１
ａ，２１ｂを出力するように構成されている。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、この場合信号３ａは回
転軸１ａが一回転するごとに一個出力される電気
パルスである。４１，４２は出力信号２１ａ，２
１ｂを増幅する増幅器、５１，５２は、増幅器出
力信号４ａ，４ｂが入力されこれらの入力信号か
らラビング振動の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、６１，６２は
バンドパスフイルタ出力信号５ａ，５ｂに対して
包絡線検波を行う検波器である。

７１，７２は、それぞれ検波器６１，６２の各
出力信号６ａ，６ｂとパルス信号３ａとが入力さ
れ、それぞれ、信号３ａを構成するパルスが入力
されるとこのパルス入力時刻から所定のデータ採
取時間Ｔが経過するまでの間の信号６ａ，６ｂの
各時間波形を記憶し、続いて信号３ａを構成する
パルスが入力されると再び同様な波形記憶動作を
してこの時の波形を既に記憶させられている波形
に加算し、このような波形加算動作を所定回数Ｎ
だけ繰り返した後、上述のようにして形成された
（Ｎ＋１）個の時間波形による累積時間波形の波
形値を（Ｎ＋１）で除算して、この除算結果に対
応した時間波形を有する信号７ａ，７ｂを出力す
るようにした演算器である。以下、上述のような
演算動作を時間平均演算といい、このような時間
平均演算を行う演算器７１，７２をいずれも平均
値演算器ということがある。この場合上記データ
採取時間Ｔは通常回転軸１ａの数回転分の時間に
相当するように設定され、かつ演算器７１，７２
は時間Ｔが経過し始めると信号３ａによるパルス
が入力されてもこのパルスに対しては応答しない
ように構成されている。演算器７１，７２は上述
のように構成されているので、出力信号７ａ，７
ｂはいずれも白色雑音が除去された時間波形とな
る。８は、信号７ａ，７ｂとパルス信号３ａとが
入力され、後述する演算動作によつて回転機械１
におけるラビング発生位置に応じた信号８ａを出
力する位置演算器、９は信号８ａが入力されて前
記ラビング発生位置に応じた表示をする表示器で
ある。

第４図では各部が上記のように構成されている
ので、回転軸１ａとケーシング１ｂとの間の位置
１００でラビングが発生したとすると、このラビ
ングによつてラビング振動１００ａ，１００ｂが
生じて、振動１００ａは回転軸１ａ、軸受油膜１
３ａ、軸受金１１ａ、ウエーブガイド２ａを介し
てセンサ２１に伝播し、振動１００ｂは回転軸１
ａ、軸受油膜１３ｂ、軸受金１１ｂ、ウエーブガ
イド２ｂを介してセンサ２２に伝播する。そうし
て第１図における要部の出力信号波形はたとえば
第５図に示したようになる。すなわち、ラビング
振動成分と雑音成分とを含む増幅器出力信号４
ａ，４ｂはフイルタ５１，５２、検波器６１，６
２によつて逐次雑音が除去され、平均値演算器の
出力信号７ａ，７ｂの各波形は検波器出力信号６
ａ，６ｂに見られる白色雑音が除去されてきれい
な波形となる。そうしてこれらの信号７ａ，７ｂ
にはラビング振動１００ａ，１００ｂにもとづく
三角パルス状の波形Ｑ，Ｒがそれぞれ現れ、これ
らの波形Ｑ，Ｒはラビング振動に起因するもので
あるからそれらの出現はいずれもパルス信号３ａ
に同期している。そうしてラビング振動１００
ａ，１００ｂの音響センサ２１，２２に到達する
時刻が異なると、第５図および第６図に示したよ
うに波形ＱとＲとの間に時間差Δtが生じる。t₁，
t₂は、第６図から明らかなように、信号３ａの立
ち上がり時刻からそれぞれ波形Ｑ，Ｒの各立ち上
がり時刻に至るまでの時間である。

信号７ａ，７ｂにおいては波形Ｑ，Ｒが上述の
ように現れるので、今、ラビング発生位置１００
が第７図に示したようにＺ−Ｚ線よりΔLの距離
だけ左側に位置していたものとすると、ΔLは(1)
式で表される。

ΔL＝（t₂−t₁）・Ｖ／２ ……(1) ここにＶは軸１ａにおけるラビング振動１００
ａ，１００ｂの伝播速度で、第７図のＺ−Ｚ線は
軸受金１１ａ，１１ｂ間の中点を通る線である。
すなわち、ΔLがわかればラビング発生位置１０
０がわかるわけで、第４図の位置演算器８は、
t₁，t₂の検出と(1)式の演算とを行つてΔLに応じた
信号８ａを出力し、これによつてラビング発生位
置１００の特定ができるようにしたものである。
第４図のラビング検出装置では上述のようにして
ラビング発生位置の検出が行われるが、この場合
以下に説明するような問題がある。第８図はこの
問題説明用の波形図で、図において横軸は経過時
間、Ｓは図中に破線で示したしきい値Ｍと波形
Ｑ，Ｒとの各交点から求めた時間差、Ｐは波形
Ｑ，Ｒの各ピーク値から求めた時間差である。図
から明らかなように、条件１では波形ＱとＲとが
相似であるためにＳ＝Ｐとなつているが、条件
２、３ではいずれも波形ＱとＲとが相似でないた
めにＳ≠Ｐで、図においては、たとえば条件１に
おけるＳ＝Ｐを１に等しいものとすると、条件２
ではＳ＝1.4、Ｐ＝1.8、条件３ではＳ＝0.5、Ｐ＝
０となつている。波形ＱとＲとが相似でないとい
う現象は実際のラビング振動検出においてしばし
ば認められる現象で、このような現象の原因のひ
とつとして、ラビング振動における高・低両周波
数帯域の各振動の伝播距離に対する減衰率が異な
るためであるということが考えられる。

さて第４図においては、(1)式の演算を行うため
に、演算器８は波形ＱとＲとの時間差Δtとして
第８図に示したＳまたはＰを計測して演算を行う
ようになつている。ところが、上述した所からわ
かるように、ＳまたはＰはラビング発生位置が同
じであつても波形Ｑ，Ｒの形状変化に伴つて変化
する。したがつて上述したような演算にもとづく
ΔLの決定には、波形Ｑ，Ｒの形状変化による誤
差のあることがわかる。すなわち第４図のラビン
グ検出装置には、波形Ｑ，Ｒの形状変化による検
出誤差があるという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は、上述したような従来装置における問
題を解消して、ラビング振動の波形の影響を受け
ることなく位置検出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、回転機械の回
転軸の両端側にそれぞれ音響センサを設けて回転
軸の音響振動を検出し、両音響センサの各出力信
号についてそれぞれ信号処理を行つてラビング振
動のピーク値を求め、両ピーク値の差にもとづい
てラビング発生位置の検出を行うようにしたもの
で、このようにすることによつて、両ラビング振
動における各波形の影響を受けることなくラビン
グ発生位置の検出が行えるようにしたものであ
る。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例の構成図で、本図の
第４図と異なる主な点はピーク検出う段１０１，
１０２と演算手段１０３とが設けられている点で
ある。ピーク検出手段１０１，１０２にはそれぞ
れ平均値演算器の出力信号７ａ，７ｂが入力さ
れ、またいずれの検出手段にもパルス信号３ａが
入力されている。そうして検出手段１０１は、パ
ルス信号３ａに同期して、第５図に示した信号７
ａの波形のうちから波形Ｑを検出しては該波形の
ピークレベル値Ｘに応じた第１検出信号１０１ａ
を出力するように構成され、また検出手段１０２
は、パルス信号３ａに同期して、第５図に示した
信号７ｂの波形のうちから波形Ｒを検出しては該
波形のピークレベル値Ｙに応じた第２検出信号１
０２ａを出力するように構成されている。１０６
は、増幅器４１とフイルタ５１と検波器６１と平
均値演算器７１とピーク検出手段１０１とからな
り、音響センサ２１の出力信号２１ａにおけるラ
ビング振動のピーク値に応じた第１検出信号１０
１ａを上述したようにして出力する第１信号処理
手段、また１０７は、増幅器４２とフイルタ５２
と検波器６２と平均値演算器７２とピーク検出手
段１０２とからなり、上述したようにして音響セ
ンサ２２の出力信号２１ｂにおけるラビング振動
のピーク値に応じた第２検出信号１０２ａを出力
する第２信号処理手段である。演算手段１０３は
検出信号１０１ａと１０２ａとが入力され、両信
号の差、換言すれば（Ｘ−Ｙ）に応じた信号１０
３ａを第３検出信号として出力するように構成さ
れている。１０４は、検出信号１０３ａと記憶手
段１０５の出力信号１０５ａとを用いて後述する
演算を行い、前述したラビング発生位置１００に
応じた表示をするようにした表示手段である。

次に、上述のようにしてラビング発生位置の検
出を行う第１図の装置の動作原理を説明する。第
２図は第１図の回転軸１ａを伝播するラビング振
動の減衰について観測した一実験結果の説明図
で、図の横軸は回転軸１ａの長さ、縦軸は第５図
に示した信号７ａまたは７ｂにおけるラビング振
動波形ＱまたはＲと同様にして得られたラビング
振動波形のピークレベル値である。図から明らか
なように、実験結果を示す特性線Ｇはほぼ直線状
となつていて、この特性線Ｇの勾配の絶対値Ｋは
Ｋ＝15／６〔dB／ｍ〕＝2.5〔dB／ｍ〕である。ラ
ビング振動は回転軸１ａを伝播する際第２図に示
したように減衰するので、ラビングが回転軸１ａ
の色々な場所で発生するとラビング振動の減衰態
様は第３図に示したようになる。第３図の縦軸は
第２図の縦軸におけると同じ定義による振動のレ
ベルである。そうしてX₁〜X₅は平均値演算器７
１の出力信号７ａに含まれるラビング振動波形Ｑ
のピークレベル値であり、Y₁〜Y₅は演算器７２
の出力信号７ｂに含まれるラビング振動波形Ｑの
ピークレベル値である。なお、第３図のＡ〜Ｅは
ラビングが図示したような異なる位置で発生した
場合を示している。また第３図のＬは第７図に示
したＬと同じく軸受金１１ａ，１１ｂ間の距離で
あり、Ｚ−Ｚ線は第７図におけるＺ−Ｚ線と同じ
意味を有する線である。

回転軸１ａ上の異なつた位置でラビングが発生
すると、この時信号７ａ，７ｂに現れるラビング
振動波形Ｑ，Ｒのピークレベル値Ｘ，Ｙは第３図
に示したように変化するので、この場合のΔLは
(2)式で表される。

ΔL＝（Ｘ−Ｙ）／（2K） ……(2) したがつて(2)式の演算を行うことによつてラビ
ング発生位置の検出を行うことができるわけで、
第１図の記憶手段１０５はＫに応じた信号１０５
ａを出力するように構成され、表示手段１０４
は、信号１０５ａと（Ｘ−Ｙ）に応じた第３検出
信号１０３ａとを用いて(2)式の演算を行い、ΔL
に応じた表示をするようになつている。記憶手段
１０５は異なるＫの値を記憶できるように構成さ
れていて、この場合Ｋ＝2.5〔dB／ｍ〕に応じた
信号１０５ａを出力するようになつている。

第１図においては上述のようにしてラビング発
生位置の検出が行われるので、この位置検出が従
来装置におけるような波形Ｑ，Ｒの影響を受けな
いことは明らかである。またこの場合の位置検出
は(2)式にもとづいて行われるので、ラビング発生
位置におけるラビング振動のレベルが位置検出に
影響を与えないこともまた明らかである。なお本
発明は、平均値演算器７１，７２が白色雑音除去
動作を前述とは別の態様によつて行うようにして
もよいものである。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明においては、回転機械
の回転軸の両端側にそれぞれ音響センサを設けて
回転軸の音響振動を検出し、両音響センサの各出
力信号についてそれぞれ信号処理を行つてラビン
グ振動のピーク値を求め、両ピーク値の差にもと
づいてラビング発生位置の検出をするようにした
ので、本発明には両ラビング振動における各波形
の影響を受けることなく、またラビング発生位置
におけるラビング振動レベルの影響を受けること
なく、ラビング発生位置の検出ができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は
実験結果説明図、第３図Ａ〜Ｅの各図はそれぞれ
異なるラビング振動減衰態様説明図、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
における要部の波形説明図、第６図は第５図にお
ける要部波形の時間経過説明図、第７図は第４図
の検出装置の動作原理説明図、第８図は第４図の
検出装置における検出誤差発生原因説明図であ
る。 １……回転機械、１ａ……回転軸、２１……第
１音響センサ、２２……第２音響センサ、１０１
ａ……第１検出信号、１０２ａ……第２検出信
号、１０３……演算手段、１０３ａ……第３検出
信号、１０６……第１信号処理手段、１０７……
第２信号処理手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転機械における回転軸の両端側において前
   記回転軸にそれぞれ現れる音響振動を検出する第
   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におけるラビング振動の
   ピーク値に応じた第１および第２検出信号をそれ
   ぞれ出力する第１および第２信号処理手段と前記
   第１検出信号と前記第２検出信号との差に応じた
   第３検出信号を出力する演算手段とを備え、前記
   第３検出信号にもとづき前記ラビング振動の前記
   回転機械における発生位置を検出することを特徴
   とするラビング検出装置。