JPH06273254A - 弾性ロータの等価修正ウェイト算出法 - Google Patents
弾性ロータの等価修正ウェイト算出法Info
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- JPH06273254A JPH06273254A JP5840093A JP5840093A JPH06273254A JP H06273254 A JPH06273254 A JP H06273254A JP 5840093 A JP5840093 A JP 5840093A JP 5840093 A JP5840093 A JP 5840093A JP H06273254 A JPH06273254 A JP H06273254A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】運転時の不つりあい共振時の振動低減策として
実施されるフィールドバランスにおいて、危険速度モー
ドについて好適なつりあわせとして便宜的に発見したつ
りあわせウエイトWT の情報を基に、軸受部をピン境界
としたときの振動モード(N個)と剛体モード(並進モ
ードとコニカルモード)(2個)より、(N+2)面バラ
ンスのつりあわせウエイトWCに等価的に変換する。 【効果】ロータ内部のインペラを削ればロータの飛散の
危険性がない。また、長期運転を行うとき、ロータをば
らすことなくバランスを取るためロータ端面をあけてお
ける。さらに、フィールドバランスにより、ロータ端面
など軸受の外に付けたバランスウェイトを実際の不つり
あいが存在するロータ内部に等価に展開するので、より
良いバランス状態が得られる。
実施されるフィールドバランスにおいて、危険速度モー
ドについて好適なつりあわせとして便宜的に発見したつ
りあわせウエイトWT の情報を基に、軸受部をピン境界
としたときの振動モード(N個)と剛体モード(並進モ
ードとコニカルモード)(2個)より、(N+2)面バラ
ンスのつりあわせウエイトWCに等価的に変換する。 【効果】ロータ内部のインペラを削ればロータの飛散の
危険性がない。また、長期運転を行うとき、ロータをば
らすことなくバランスを取るためロータ端面をあけてお
ける。さらに、フィールドバランスにより、ロータ端面
など軸受の外に付けたバランスウェイトを実際の不つり
あいが存在するロータ内部に等価に展開するので、より
良いバランス状態が得られる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はフィールドバランスを必
要とする弾性ロータ一般に適用可能な手法に関する。
要とする弾性ロータ一般に適用可能な手法に関する。
【0002】
【従来の技術】弾性ロータ、特に、油軸受や磁気軸受で
支持されている弾性ロータでは、フィールドバランスを
とることが必要なこともある。剛体モードの危険速度を
通過する場合は、通常は剛体バランスをとるだけで問題
なく通過することができる。曲げモードの危険速度を通
過する場合は、磁気軸受の制御や油軸受の減衰のみでは
不十分で曲げモードを考慮したバランスをとらなければ
ならない。そのために、従来は影響係数法をフィールド
バランスに適用する(回転機械の振動・騒音その原因と
対策・解析・調査・診断、経営開発センタ出版部、昭5
3年、P188,189)。
支持されている弾性ロータでは、フィールドバランスを
とることが必要なこともある。剛体モードの危険速度を
通過する場合は、通常は剛体バランスをとるだけで問題
なく通過することができる。曲げモードの危険速度を通
過する場合は、磁気軸受の制御や油軸受の減衰のみでは
不十分で曲げモードを考慮したバランスをとらなければ
ならない。そのために、従来は影響係数法をフィールド
バランスに適用する(回転機械の振動・騒音その原因と
対策・解析・調査・診断、経営開発センタ出版部、昭5
3年、P188,189)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】フィールドバランスに
おける曲げモードのつりあわせは、むき出しとなってい
るロータの軸端部、例えば、カップリングなどで実施す
ることが多い。試しウェイトを付けて回転試験を行いい
くつかの試行の後、曲げモード振動を押えるつりあわせ
ウェイトWT が求まる。しかし、不つりあいの発生要因
となっているインペラ部などはロータケーシングの内側
にあるため、ロータケーシングの外側のロータ軸端部で
つりあわせても完全につりあわせを行ったことにならな
い。むき出しの軸端部のみのアクセスに限定されるため
つりあわせウェイト量の大きさにも限界がある。
おける曲げモードのつりあわせは、むき出しとなってい
るロータの軸端部、例えば、カップリングなどで実施す
ることが多い。試しウェイトを付けて回転試験を行いい
くつかの試行の後、曲げモード振動を押えるつりあわせ
ウェイトWT が求まる。しかし、不つりあいの発生要因
となっているインペラ部などはロータケーシングの内側
にあるため、ロータケーシングの外側のロータ軸端部で
つりあわせても完全につりあわせを行ったことにならな
い。むき出しの軸端部のみのアクセスに限定されるため
つりあわせウェイト量の大きさにも限界がある。
【0004】本発明は、フィールドバランスによりロー
タの軸端部で求めたつりあわせウェイトWT を等価に変
換し、本来の不つりあい発生位置であるロータ内部に展
開することにある。このような等価な変換によると、つ
りあわせウェイト量が小さくても、バランス効果を大き
くすることもできる。
タの軸端部で求めたつりあわせウェイトWT を等価に変
換し、本来の不つりあい発生位置であるロータ内部に展
開することにある。このような等価な変換によると、つ
りあわせウェイト量が小さくても、バランス効果を大き
くすることもできる。
【0005】本発明の目的は弾性ロータの等価修正ウェ
イト算出法を提供することにある。
イト算出法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、フィールドバ
ランスにおいて便宜的に発見したつりあわせウェイトW
T の情報を基に、剛体モード(並進モードとコニカルモ
ードの2個)と軸受部をピン境界としたときの振動モー
ド(N個)より、(N+2)面バランスのつりあわせウ
ェイトWCに等価的に変換しようとするものである。剛
体モードに対するつりあわせは通常のダイナミックハラ
ンサより指示されるものである。
ランスにおいて便宜的に発見したつりあわせウェイトW
T の情報を基に、剛体モード(並進モードとコニカルモ
ードの2個)と軸受部をピン境界としたときの振動モー
ド(N個)より、(N+2)面バランスのつりあわせウ
ェイトWCに等価的に変換しようとするものである。剛
体モードに対するつりあわせは通常のダイナミックハラ
ンサより指示されるものである。
【0007】フィールドバランスは運転時の不つりあい
共振時の振動低減策として実施される。よって、その時
の危険速度モードについてバランスがとられ、そのモー
ドに好適なつりあわせがWT となる。そこで、この危険
速度モードが剛体モードとピン境界の弾性モードとの組
合せとしてどのような内訳で成り立っているかを検討す
る。そうすると、剛体モードの不つりあいウェイトはハ
ランサより既知であるので、危険速度モードのつりあわ
せウェイトWT からピン境界弾性モードの修正ウェイト
WC を知ることができる。このように、フィールドバラ
ンスのつりあわせウェイトWT から(N+2)面の修正
ウェイトWC を決める。
共振時の振動低減策として実施される。よって、その時
の危険速度モードについてバランスがとられ、そのモー
ドに好適なつりあわせがWT となる。そこで、この危険
速度モードが剛体モードとピン境界の弾性モードとの組
合せとしてどのような内訳で成り立っているかを検討す
る。そうすると、剛体モードの不つりあいウェイトはハ
ランサより既知であるので、危険速度モードのつりあわ
せウェイトWT からピン境界弾性モードの修正ウェイト
WC を知ることができる。このように、フィールドバラ
ンスのつりあわせウェイトWT から(N+2)面の修正
ウェイトWC を決める。
【0008】
【作用】フィールドバランスなどでロータの軸端部で求
めたつりあわせウェイトWT は、危険速度モードに関す
る便宜的なものである。このつりあわせウェイトWT は
等価的に修正ウェイトWC に変換される。この際、剛体
モードとピン境界弾性モードを用いた(N+2)面バラ
ンスの考えに基づいて変換される。結果的に実際の不つ
りあいが存在するロータ内部に等価修正ウェイトWC を
付加するため、実際に即した弾性ロータの普遍的バラン
ス状態が得られる。
めたつりあわせウェイトWT は、危険速度モードに関す
る便宜的なものである。このつりあわせウェイトWT は
等価的に修正ウェイトWC に変換される。この際、剛体
モードとピン境界弾性モードを用いた(N+2)面バラ
ンスの考えに基づいて変換される。結果的に実際の不つ
りあいが存在するロータ内部に等価修正ウェイトWC を
付加するため、実際に即した弾性ロータの普遍的バラン
ス状態が得られる。
【0009】
【実施例】本発明の実施例について説明する。まず、図
2に示すような2軸受系を用いて等価修正ウェイトの算
出法を説明する。図2の(a)でロータ1は左右を油軸
受や磁気軸受などの軸受4で支持されている。また、ロ
ータ1にはインペラ2が取り付けられており、主にこの
インペラ2に存在する不つりあい3がフィールドバラン
スによるつりあわせを必要とする。今、ロータ1の変位
座標を軸受などの境界点以外についてはZ1 、境界点に
ついてはZ2 とする。ロータ1の実際の振動Zは一般に
次の二つの普遍的な基本のモードで合成(これを擬モー
ダル法と呼ぶ)できる。それは図2の(c)に示すよう
に左右の境界をピン支持とした振動モードφと図2の
(b)に示すように左右の境界を一つずつ開放し、ある
量例えば1だけ強制変位させたときの変形モードδであ
る。特に、図2の(b)の場合は剛体モードとなってい
る。このとき、振動Zは、各モードの重み値S1 とZ2
を用いて
2に示すような2軸受系を用いて等価修正ウェイトの算
出法を説明する。図2の(a)でロータ1は左右を油軸
受や磁気軸受などの軸受4で支持されている。また、ロ
ータ1にはインペラ2が取り付けられており、主にこの
インペラ2に存在する不つりあい3がフィールドバラン
スによるつりあわせを必要とする。今、ロータ1の変位
座標を軸受などの境界点以外についてはZ1 、境界点に
ついてはZ2 とする。ロータ1の実際の振動Zは一般に
次の二つの普遍的な基本のモードで合成(これを擬モー
ダル法と呼ぶ)できる。それは図2の(c)に示すよう
に左右の境界をピン支持とした振動モードφと図2の
(b)に示すように左右の境界を一つずつ開放し、ある
量例えば1だけ強制変位させたときの変形モードδであ
る。特に、図2の(b)の場合は剛体モードとなってい
る。このとき、振動Zは、各モードの重み値S1 とZ2
を用いて
【0010】
【数1】
【0011】の形で合成されて、この座標Z1,Z2から
新座標S1,Z2への交換を行うことにより各節点の振動
Zi(i=1,N)を考える代りに擬モーダル座標S1と
Z2i(i=1,2)の振動系を考えれば良いことにな
る。
新座標S1,Z2への交換を行うことにより各節点の振動
Zi(i=1,N)を考える代りに擬モーダル座標S1と
Z2i(i=1,2)の振動系を考えれば良いことにな
る。
【0012】S1及びZ2系の振動は図13に示すような
ブロック線図で表される。未知の分布不つりあいベクト
ルUに対してS1の系には振動モードの内積、すなわち
ブロック線図で表される。未知の分布不つりあいベクト
ルUに対してS1の系には振動モードの内積、すなわち
【0013】
【数2】
【0014】の系には変形モード(剛体モード)の内
積、すなわち
積、すなわち
【0015】
【数3】
【0016】が作用する。そして、S1 とZ2 はそれぞ
れ連成する。このS1とZ2を用いて数1から実際の振動
Z1,Z2がわかる。よって、S1及びZ2の振動を0にす
ればZ1,Z2の振動も0になりバランスが取れたことに
なる。
れ連成する。このS1とZ2を用いて数1から実際の振動
Z1,Z2がわかる。よって、S1及びZ2の振動を0にす
ればZ1,Z2の振動も0になりバランスが取れたことに
なる。
【0017】そこで、図1の(b)に示すように、不つ
りあいUに対して、剛体モードの不つりあいはバランサ
より既知であるので、ピン境界弾性モードのバランスウ
ェイトは、ロータの左右の端面で求めたバランスウェイ
ト6を基にして算出する。
りあいUに対して、剛体モードの不つりあいはバランサ
より既知であるので、ピン境界弾性モードのバランスウ
ェイトは、ロータの左右の端面で求めたバランスウェイ
ト6を基にして算出する。
【0018】
【数4】
【0019】これを端面でのバランスウェイトWTに対
して修正ウェイトと呼びWCとおくと次式が成り立つ。
して修正ウェイトと呼びWCとおくと次式が成り立つ。
【0020】
【数5】
【0021】
【数6】
【0022】ロータ内3点に展開するとき、各点のウェ
イトを等価修正ウェイト7と呼び
イトを等価修正ウェイト7と呼び
【0023】
【数7】
【0024】と置くと、次式が成り立つ。
【0025】
【数8】
【0026】さて、フィールドバランスによりロータ端
面で求めたバランスウェイトWT は危険速度ψについ
て、未知の分布不つりあいベクトルUを打ち消す働きを
する。すなわち、
面で求めたバランスウェイトWT は危険速度ψについ
て、未知の分布不つりあいベクトルUを打ち消す働きを
する。すなわち、
【0027】
【数9】
【0028】が成り立つ、この端面バランスウェイトW
T を(N+2)面バランスにおけるピン境界モードの修
正ウェイトWC に変換すると
T を(N+2)面バランスにおけるピン境界モードの修
正ウェイトWC に変換すると
【0029】
【数10】
【0030】が成り立つ。
【0031】ところで、図2の(a)のロータでフィー
ルドバランスによって振動を低減しようとしているのは
危険速度モードψの内、曲げ1次モードψ3 及び曲げ2
次モードψ4 である。それぞれのモードは、普遍的な基
本のモードである振動モードφ及び変形モードδを用い
て合成することができる。
ルドバランスによって振動を低減しようとしているのは
危険速度モードψの内、曲げ1次モードψ3 及び曲げ2
次モードψ4 である。それぞれのモードは、普遍的な基
本のモードである振動モードφ及び変形モードδを用い
て合成することができる。
【0032】すなわち、曲げ1次モードψ3はピン境界
1次の振動モードφ1と剛体モードδi(i=1,2)を
用いて次のように合成される。
1次の振動モードφ1と剛体モードδi(i=1,2)を
用いて次のように合成される。
【0033】
【数11】
【0034】フィールドバランスによって求められたバ
ランスウェイトWT は危険速度モードについて不つりあ
いUとつりあうものであるので次の関係が成り立つ。
ランスウェイトWT は危険速度モードについて不つりあ
いUとつりあうものであるので次の関係が成り立つ。
【0035】
【数12】
【0036】数11より、数12は次のように表せる。
【0037】
【数13】
【0038】数5の関係より数13は次のように表せ
る。
る。
【0039】
【数14】
【0040】
【数15】
【0041】同様に曲げ2次モードψ4 はピン境界2次
の振動モードφ2 及びピン境界1次の振動モードφ1 と
剛体モードδi(i=1,2)を用いて
の振動モードφ2 及びピン境界1次の振動モードφ1 と
剛体モードδi(i=1,2)を用いて
【0042】
【数16】
【0043】と合成される。フィールドバランスによっ
て求められたバランスウェイトWT はこの危険速度モー
ドについても不つりあいUとつりあうものであるので次
の関係が成り立つ。
て求められたバランスウェイトWT はこの危険速度モー
ドについても不つりあいUとつりあうものであるので次
の関係が成り立つ。
【0044】数16より、数17は次のようになる。
【0045】
【数17】
【0046】数5の関係より数18は次のようになる。
【0047】
【数18】
【0048】
【数19】
【0049】
【数20】
【0050】数15と数20より求まったφ1WC、φ2
WCを数6の右辺へ代入し、WCn1〜WCn3について解け
ば、ロータ端面でのバランスウェイトをロータ内部に等
価に展開したときの等価修正ウェイトが求まる。
WCを数6の右辺へ代入し、WCn1〜WCn3について解け
ば、ロータ端面でのバランスウェイトをロータ内部に等
価に展開したときの等価修正ウェイトが求まる。
【0051】以下、本発明の実施例を図3に示すような
ロータで具体的に説明する。図3の(a)でロータ1は
左右を磁気軸受4で支持されている。この2個の軸受の
近傍にそれぞれ振動変位計5を取り付け、さらに、軸受
の近傍以外で、共振する振動モードの腹近くに振動変位
計5′を取付け、軸端にタコパルスピックアップ8を取
り付ける。ロータ1にはインペラ2が取り付けられてお
り、主にこのインペラ2に存在する不つりあい3のため
にフィールドバランスによるつりあわせが必要となる。
ロータで具体的に説明する。図3の(a)でロータ1は
左右を磁気軸受4で支持されている。この2個の軸受の
近傍にそれぞれ振動変位計5を取り付け、さらに、軸受
の近傍以外で、共振する振動モードの腹近くに振動変位
計5′を取付け、軸端にタコパルスピックアップ8を取
り付ける。ロータ1にはインペラ2が取り付けられてお
り、主にこのインペラ2に存在する不つりあい3のため
にフィールドバランスによるつりあわせが必要となる。
【0052】まず、不つりあいが同一方向に分布してい
る場合について説明する。図3の(a)のロータ1をバ
ランスをとらずに回転させるとロータの左右の軸受での
振動変位は図3の(b),(d)呼び図3の(c),(e)
に示すように回転数に伴って大きくなり、最高回転速度
12360rpm での軸受変位が11μmとなっている。
このとき、振動モードの腹の部分はさらに変位が大きく
なっているため、曲げモード2次の危険速度(1382
8pm付近)が下がり、最高回転速度内に入ってきた場合
には共振する可能性がでてくる。
る場合について説明する。図3の(a)のロータ1をバ
ランスをとらずに回転させるとロータの左右の軸受での
振動変位は図3の(b),(d)呼び図3の(c),(e)
に示すように回転数に伴って大きくなり、最高回転速度
12360rpm での軸受変位が11μmとなっている。
このとき、振動モードの腹の部分はさらに変位が大きく
なっているため、曲げモード2次の危険速度(1382
8pm付近)が下がり、最高回転速度内に入ってきた場合
には共振する可能性がでてくる。
【0053】そこで、フィールドバランスによりロータ
端面にてつりあわせを行った結果、図4aに示すように
ロータ右側でのつりあわせウェイト6が WTR=(0度の位置すなわち不つりあいと同じ方向に
1.7g ) と求まる。このつりあわせウェイトを付加してロータを
回転させると図4の(b),(d)および図4の(c),
(e)に示すように最高回転速度12360rpm でのロ
ータの左右の軸受での振動変位は小さくなり(左軸受=
1.3μm 、右軸受=2.1μm)、曲げモード2次の
危険速度が下がって最高回転速度内に入ってきても運転
が可能な状態となった。
端面にてつりあわせを行った結果、図4aに示すように
ロータ右側でのつりあわせウェイト6が WTR=(0度の位置すなわち不つりあいと同じ方向に
1.7g ) と求まる。このつりあわせウェイトを付加してロータを
回転させると図4の(b),(d)および図4の(c),
(e)に示すように最高回転速度12360rpm でのロ
ータの左右の軸受での振動変位は小さくなり(左軸受=
1.3μm 、右軸受=2.1μm)、曲げモード2次の
危険速度が下がって最高回転速度内に入ってきても運転
が可能な状態となった。
【0054】ここで、ロータ端面でのバランスウェイト
WTR6をロータ内部に等価に展開する。そのために、数
13及び数18より危険速度モード2次までについて、
バランスウェイトWTRと等価な修正ウェイトWC とピン
境界振動モードφとの内積を求める。
WTR6をロータ内部に等価に展開する。そのために、数
13及び数18より危険速度モード2次までについて、
バランスウェイトWTRと等価な修正ウェイトWC とピン
境界振動モードφとの内積を求める。
【0055】図5(a)に破線で示すようなこのロータ
の曲げ1次の危険速度モードψ3 は図5(c)に示すよ
うなピン境界振動モードφ1 と図5(b)に示すような
剛体モード、すなわち
の曲げ1次の危険速度モードψ3 は図5(c)に示すよ
うなピン境界振動モードφ1 と図5(b)に示すような
剛体モード、すなわち
【0056】
【数21】
【0057】より、図5(d)のように合成される。図
5で9がこの合成器である。合成器より、各合成比率
(α,β)およびつりあわせウェイトが
5で9がこの合成器である。合成器より、各合成比率
(α,β)およびつりあわせウェイトが
【0058】
【数22】
【0059】と求められるので、これらの値を数10へ
代入すれば1次の修正ウェイトが
代入すれば1次の修正ウェイトが
【0060】
【数23】
【0061】と求まる。
【0062】また、このロータの曲げ2次の危険速度モ
ードψ4 は図6の(a)に破線で示すとおりである。
ードψ4 は図6の(a)に破線で示すとおりである。
【0063】
【数24】
【0064】と求められるので、これと先程求めた1次
の修正ウェイトφ1WC=−7.8 を数17に代入すれば
2次の修正ウェイトが
の修正ウェイトφ1WC=−7.8 を数17に代入すれば
2次の修正ウェイトが
【0065】
【数25】
【0066】と求められる。
【0067】これらの修正ウェイトを本来の不つりあい
が存在するロータの内部に展開するために、修正ウェイ
トが付加可能な点を選ぶ。ここでは、(N+2)=4面
の修正となるのでn1〜n4の4点に展開する。そこで、
まず軸受をピン支持したときの1次の振動モードφ1及
び2次の振動モードφ2と軸受を1か所ずつ開放しそこ
を1だけ強制変位させたときの剛体モードδ1及びδ2に
ついて、各点における振動値を求める。これらを数3に
代入すると、
が存在するロータの内部に展開するために、修正ウェイ
トが付加可能な点を選ぶ。ここでは、(N+2)=4面
の修正となるのでn1〜n4の4点に展開する。そこで、
まず軸受をピン支持したときの1次の振動モードφ1及
び2次の振動モードφ2と軸受を1か所ずつ開放しそこ
を1だけ強制変位させたときの剛体モードδ1及びδ2に
ついて、各点における振動値を求める。これらを数3に
代入すると、
【0068】
【数26】
【0069】となる。Wcn1〜Wcn4について、数26を
解けばロータ内の4点に付加する等価修正ウェイト(W
cn1〜Wcn4)が求まる。ここで、合成器より求まったモ
ード合成係数をまとめると表1のようになる。
解けばロータ内の4点に付加する等価修正ウェイト(W
cn1〜Wcn4)が求まる。ここで、合成器より求まったモ
ード合成係数をまとめると表1のようになる。
【0070】
【表1】
【0071】本発明の1実施例として、等価に展開する
点を図7(a)に示すようにロータの軸受間の4点(節
点番号が15,27,35,42の4点)とする。各振
動モード及び剛体モードについて各点の振動変位を求
め、数26に代入すると次式のようになる。
点を図7(a)に示すようにロータの軸受間の4点(節
点番号が15,27,35,42の4点)とする。各振
動モード及び剛体モードについて各点の振動変位を求
め、数26に代入すると次式のようになる。
【0072】
【数27】
【0073】数27より等価修正ウェイト7(Wc15〜
Wc42)を求めると、次のようになる。
Wc42)を求めると、次のようになる。
【0074】
【数28】
【0075】これらの等価修正ウェイト7(Wc15〜Wc
42)を図7(a)に示すようにロータに付加した状態で
回転させると軸受近傍での振動変位は図7(b),(d)
及び図7(c),(e)に示すように全回転数域で0に近
づき良好なバランス状態を得る(最大回転数12360
rpmで左軸受の振動変位は1.6μm、右軸受の振動変位
は3.5μm)。
42)を図7(a)に示すようにロータに付加した状態で
回転させると軸受近傍での振動変位は図7(b),(d)
及び図7(c),(e)に示すように全回転数域で0に近
づき良好なバランス状態を得る(最大回転数12360
rpmで左軸受の振動変位は1.6μm、右軸受の振動変位
は3.5μm)。
【0076】本発明の1実施例として、等価に展開する
点を図8(a)に示すようにロータの軸受間の2点(節
点番号が25,39の点)及びロータ端面の2点(節点
番号が1,63の点)とする。各振動モード及び剛体モ
ードについて各点の振動変位を求め、数23に代入する
と次式のようになる。
点を図8(a)に示すようにロータの軸受間の2点(節
点番号が25,39の点)及びロータ端面の2点(節点
番号が1,63の点)とする。各振動モード及び剛体モ
ードについて各点の振動変位を求め、数23に代入する
と次式のようになる。
【0077】
【数29】
【0078】数29より等価修正ウェイト7(Wc1〜W
c63)を求めると、次のようになる。
c63)を求めると、次のようになる。
【0079】
【数30】
【0080】これらの等価修正ウェイト7(Wc1〜Wc
63)を図8(a)に示すようにロータに付加した状態で
回転させた場合も軸受近傍での振動変位は図8(b),
(d)及び図8(c),(e)に示すように全回転数域で
0に近づき良好なバランスを得る(最大回転数1236
0rpmで左軸受の振動変位は0.8μm、右軸受の振動変
位は6.6μm)。
63)を図8(a)に示すようにロータに付加した状態で
回転させた場合も軸受近傍での振動変位は図8(b),
(d)及び図8(c),(e)に示すように全回転数域で
0に近づき良好なバランスを得る(最大回転数1236
0rpmで左軸受の振動変位は0.8μm、右軸受の振動変
位は6.6μm)。
【0081】次に本発明の実施例を図9(a)に示すよ
うに前記ロータのインペラ2に存在する不つりあい位相
が90度ずれている場合について説明する。この不つり
あいが付いた状態でバランスをとらずにロータ1を回転
させるとロータの左右の軸受での振動変位は図9
(b),(d)及び図9(c),(e)に示すようになり、
特に右軸受近傍では回転数に伴って振動変位は大きくな
り、最高回転速度12360rpmで12.1μmとなる。
うに前記ロータのインペラ2に存在する不つりあい位相
が90度ずれている場合について説明する。この不つり
あいが付いた状態でバランスをとらずにロータ1を回転
させるとロータの左右の軸受での振動変位は図9
(b),(d)及び図9(c),(e)に示すようになり、
特に右軸受近傍では回転数に伴って振動変位は大きくな
り、最高回転速度12360rpmで12.1μmとなる。
【0082】フィールドバランスによりロータ端面にて
つりあわせを行った結果、図10(a)に示すようにロ
ータ左側でのつりあわせウェイトWTL6及びロータ右側
でのつりあわせウェイト6WTRが WTL=0.66g∠−60°,WTR=0.8g∠120° と求まる。ロータ端面にこのつりあわせウェイトを付加
してロータを回転させると図10(b),(d)および図
10(c),(e)に示すように途中の回転速度における
振動変位は図9のつりあわせを行わない場合とほとんど
変わらないが、最高回転速度12360rpm での振動変
位は小さくなっていることがわかる(左軸受=0.6μ
m,右軸受=1.63μm)。
つりあわせを行った結果、図10(a)に示すようにロ
ータ左側でのつりあわせウェイトWTL6及びロータ右側
でのつりあわせウェイト6WTRが WTL=0.66g∠−60°,WTR=0.8g∠120° と求まる。ロータ端面にこのつりあわせウェイトを付加
してロータを回転させると図10(b),(d)および図
10(c),(e)に示すように途中の回転速度における
振動変位は図9のつりあわせを行わない場合とほとんど
変わらないが、最高回転速度12360rpm での振動変
位は小さくなっていることがわかる(左軸受=0.6μ
m,右軸受=1.63μm)。
【0083】そこで、ロータ端面左右のバランスウェイ
トWT 6をロータ内部に等価に展開する。そのために、
数13及び数18より危険速度モード2次までについ
て、左右のバランスウェイトWTと等価な修正ウェイト
WCと振動モードφとの内積を求める。曲げ1次の危険
速度モードψ3 についてモード合成係数は表1に示すよ
うに α1=−0.6,β1=β2=0.45 とわかっているので、つりあわせウェイトが
トWT 6をロータ内部に等価に展開する。そのために、
数13及び数18より危険速度モード2次までについ
て、左右のバランスウェイトWTと等価な修正ウェイト
WCと振動モードφとの内積を求める。曲げ1次の危険
速度モードψ3 についてモード合成係数は表1に示すよ
うに α1=−0.6,β1=β2=0.45 とわかっているので、つりあわせウェイトが
【0084】
【数31】
【0085】また、このロータの曲げ2次の危険速度モ
ードψ4についてもモード合成係数は表1に示すように α1=0.7,α2=0.22,β1=0.0,β2=−0.
43 とわかっているので、つりあわせウェイトが
ードψ4についてもモード合成係数は表1に示すように α1=0.7,α2=0.22,β1=0.0,β2=−0.
43 とわかっているので、つりあわせウェイトが
【0086】
【数32】
【0087】と求められる。
【0088】そこで、一つの実施例として、等価に展開
する点を図11(a)に示すようにロータの軸受間の4
点(節点番号が15,27,35,42の4点)とす
る。各振動モード及び剛体モードについて各点の振動変
位を求め、数8に代入すると次式のようになる。
する点を図11(a)に示すようにロータの軸受間の4
点(節点番号が15,27,35,42の4点)とす
る。各振動モード及び剛体モードについて各点の振動変
位を求め、数8に代入すると次式のようになる。
【0089】
【数33】
【0090】数33より等価修正ウェイト7(Wc15〜
Wc42)を求めると、次のようになる。
Wc42)を求めると、次のようになる。
【0091】 WC15=(−4.989g∠−140°)+(1.872g∠−66°) +(−6.892g∠22°)+(0.783g∠63°) WC27=(6.702g∠−140°)+(−8.545g∠−66°) +(9.926g∠22°)+(−5.852g∠63°) WC35=(4.363g∠−140°)+(12.487g∠−66°) +(−9.276g∠22°)+(14.545g∠63°) WC42=(−6.076g∠−140°)+(−5.814g∠−66°) +(3.441g∠22°)+(−12.875g∠63°) これらの等価修正ウェイト7(Wc15〜Wc42)を図11
(a)に示すようにロータに付加した状態で回転させる
と軸受近傍での振動変位は図11(b),(d)及び図1
1(c),(e)に示すように全回転数域で小さくなり良
好なバランス状態を得る(最大回転数12360rpmで
左軸受の振動変位は2.1μm、右軸受の振動変位は4.
2μm )。
(a)に示すようにロータに付加した状態で回転させる
と軸受近傍での振動変位は図11(b),(d)及び図1
1(c),(e)に示すように全回転数域で小さくなり良
好なバランス状態を得る(最大回転数12360rpmで
左軸受の振動変位は2.1μm、右軸受の振動変位は4.
2μm )。
【0092】また、一つの実施例として、等価に展開す
る点を図12(a)に示すようにロータの軸受間の2点
(節点番号が25,39の点)及びロータ端面の2点
(節点番号が1,63の点)とする。各振動モード及び
剛体モードについて各点の振動変位を求め、数6に代入
すると次式のようになる。
る点を図12(a)に示すようにロータの軸受間の2点
(節点番号が25,39の点)及びロータ端面の2点
(節点番号が1,63の点)とする。各振動モード及び
剛体モードについて各点の振動変位を求め、数6に代入
すると次式のようになる。
【0093】
【数34】
【0094】数34より等価修正ウェイト7(Wc1 〜
Wc63)を求めると、次のようになる。
Wc63)を求めると、次のようになる。
【0095】 WC1 =(−1.466g∠−140°)+(0.362g∠−66°) +(−1.690g∠22°)+(−0.046g∠63°) WC25=(1.472g∠−140°)+(−1.743g∠−66°) +(−2.000g∠22°)+(0.446g∠63°) WC39=(1.987g∠−140°)+(2.326g∠−66°) +(1.295g∠22°)+(−1.780g∠63°) WC63=(−1.994g∠−140°)+(−0.945g∠−66°) +(−0.405g∠22°)+(−2.019g∠63°) これらの等価修正ウェイト7(Wc1〜Wc63)を図12
(a)に示すようにロータに付加した状態で回転させた
場合も軸受近傍での振動変位は図12(b),(d)及び図
12(c),(e)に示すように全回転数域で小さくなり
良好なバランスを得る(最大回転数12360rpmで左
軸受の振動変位は2.2μm、右軸受の振動変位は4.8
μm )。
(a)に示すようにロータに付加した状態で回転させた
場合も軸受近傍での振動変位は図12(b),(d)及び図
12(c),(e)に示すように全回転数域で小さくなり
良好なバランスを得る(最大回転数12360rpmで左
軸受の振動変位は2.2μm、右軸受の振動変位は4.8
μm )。
【0096】
(1)ロータ端部に修正ウェイトのボルトなどがついてい
ると、ロータの回転時に飛んだりするので信頼性が劣
る。ロータ内部のインペラを削ればそのような危険性が
ないので信頼性がアップする。また、ロータ端部よりロ
ータ内部のほうがより大きなつりあわせウェイトを付加
できる。
ると、ロータの回転時に飛んだりするので信頼性が劣
る。ロータ内部のインペラを削ればそのような危険性が
ないので信頼性がアップする。また、ロータ端部よりロ
ータ内部のほうがより大きなつりあわせウェイトを付加
できる。
【0097】(2)つりあわせを行った後に時間経過によ
りインペラに不つりあいが付いたため、再度バランスを
取りたいというような状況がある。このときに、ロータ
をばらすことなくバランスを取るためにはロータ端部を
使うことが有効である。しかし、当初、バランスを取る
ためにすでにロータ端部が使われていたら、手の出しよ
うがない。本手法によれば、長期運転を行うとき、ロー
タをばらすことなくバランスを取るためにロータ端部を
あけておける。
りインペラに不つりあいが付いたため、再度バランスを
取りたいというような状況がある。このときに、ロータ
をばらすことなくバランスを取るためにはロータ端部を
使うことが有効である。しかし、当初、バランスを取る
ためにすでにロータ端部が使われていたら、手の出しよ
うがない。本手法によれば、長期運転を行うとき、ロー
タをばらすことなくバランスを取るためにロータ端部を
あけておける。
【0098】(3)フィールドバランスにより、ロータ端
部など軸受の外に付けたバランスウエイトを実際の不つ
りあいが存在するロータ内部に等価に展開することで、
バランスをとろうとしている回転範囲内の危険速度モー
ドだけでなく、回転範囲の外の危険速度モードについて
も与える影響が少ないなど、より良いバランス状態が得
られ、ロータを回転させたときに起こる不つりあい振動
を低く押え、ロータを安定に回転させることができる。
部など軸受の外に付けたバランスウエイトを実際の不つ
りあいが存在するロータ内部に等価に展開することで、
バランスをとろうとしている回転範囲内の危険速度モー
ドだけでなく、回転範囲の外の危険速度モードについて
も与える影響が少ないなど、より良いバランス状態が得
られ、ロータを回転させたときに起こる不つりあい振動
を低く押え、ロータを安定に回転させることができる。
【0099】(4)ロータ端部の曲げモード変位が小さい
曲げモード危険速度に対しても、バランスをとることが
できる。
曲げモード危険速度に対しても、バランスをとることが
できる。
【図1】本発明によりバランスしている弾性ロータの説
明図。
明図。
【図2】二軸受系ロータのモード合成を示す説明図。
【図3】同一方向に不つりあいが分布している場合につ
いて、バランスを取らない状態の弾性ロータの説明図。
いて、バランスを取らない状態の弾性ロータの説明図。
【図4】フィールドバランスによりバランスしている弾
性ロータの説明図。
性ロータの説明図。
【図5】2軸受系ロータの曲げ1次の危険速度モードの
モード合成を示す説明図。
モード合成を示す説明図。
【図6】2軸受系ロータの曲げ2次の危険速度モードの
モード合成を示す説明図。
モード合成を示す説明図。
【図7】本発明によりロータ内側4点での修正ウェイト
でバランスしている弾性ロータの概略図と応答曲線を示
す説明図。
でバランスしている弾性ロータの概略図と応答曲線を示
す説明図。
【図8】本発明によりロータ内側2点及び外側2点での
修正ウェイトでバランスしている弾性ロータの説明図。
修正ウェイトでバランスしている弾性ロータの説明図。
【図9】90度位相がずれて不つりあいが分布している
場合について、バランスを取らない状態の弾性ロータの
説明図。
場合について、バランスを取らない状態の弾性ロータの
説明図。
【図10】フィールドバランスによりバランスしている
弾性ロータの説明図。
弾性ロータの説明図。
【図11】本発明によりロータ内側4点での修正ウェイ
トでバランスしている弾性ロータの説明図。
トでバランスしている弾性ロータの説明図。
【図12】本発明によりロータ内側2点及び外側2点で
の修正ウェイトでバランスしている弾性ロータの説明
図。
の修正ウェイトでバランスしている弾性ロータの説明
図。
【図13】新座標S1,Z2の振動を示すブロック線図。
1…ロータ、2…インペラ、3…不つりあい、4…軸
受、6…試加おもり、7…修正ウェイト。
受、6…試加おもり、7…修正ウェイト。
Claims (2)
- 【請求項1】弾性ロータのバランスにおいて、危険速度
モードを剛体モード(2個)と軸受をピン拘束したとき
の振動モード(N個)との合成であらわし、フィールド
バランスによりロータの軸端部で求めたつりあわせウェ
イトを基にして、これらのモードに対するN+2面つり
あわせウェイトを算出し、これらのつりあわせウェイト
をロータ内部に等価に変換することを特徴とする弾性ロ
ータの等価修正ウェイト算出法。 - 【請求項2】弾性ロータのバランスにおいて、危険速度
モードを剛体モード(2個)と軸受をピン拘束したとき
の振動モード(N個)との合成であらわし、フィールド
バランスによりロータの任意の修正面で求めたつりあわ
せウェイトを基にして、これらのモードに対するN+2
面つりあわせウェイトを算出し、これらのつりあわせウ
ェイトをロータ内部に等価に変換することを特徴とする
弾性ロータの等価修正ウェイト算出法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5840093A JPH06273254A (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 弾性ロータの等価修正ウェイト算出法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5840093A JPH06273254A (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 弾性ロータの等価修正ウェイト算出法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06273254A true JPH06273254A (ja) | 1994-09-30 |
Family
ID=13083315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5840093A Pending JPH06273254A (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 弾性ロータの等価修正ウェイト算出法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06273254A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002206981A (ja) * | 2000-09-29 | 2002-07-26 | Ge Medical Systems Global Technology Co Llc | 計算機式断層写真法撮像設備の回転構成部品のバランシング |
| US20090165273A1 (en) * | 2007-12-27 | 2009-07-02 | Bruce Calvert | Gas turbine rotor assembly method |
| JP2009532858A (ja) * | 2006-03-30 | 2009-09-10 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー.ブイ. | 回転可能な汚染バリア及び回転可能な汚染バリアを備えるリソグラフィ装置 |
| US20090320286A1 (en) * | 2007-12-27 | 2009-12-31 | Cameron Walters | Gas turbine rotor assembly methods |
| JP2011083700A (ja) * | 2009-10-15 | 2011-04-28 | Kobe Steel Ltd | 混練機 |
| CN103115725A (zh) * | 2013-01-16 | 2013-05-22 | 长沙赛尔透平机械有限公司 | 一种用于叶轮超速前动平衡测试的配平装置及配平方法 |
| CN103868649A (zh) * | 2012-12-18 | 2014-06-18 | 上海宝钢工业技术服务有限公司 | 双转子轴流风机转子在线动平衡校正方法 |
| CN105806558A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-07-27 | 北京精密机电控制设备研究所 | 一种永磁无轴叶轮的动平衡工装 |
| JP2017173224A (ja) * | 2016-03-25 | 2017-09-28 | 株式会社日立製作所 | 加振診断装置及び加振診断方法 |
| DE112021003969T5 (de) | 2020-09-30 | 2023-05-11 | Fanuc Corporation | Werkzeugmaschine |
-
1993
- 1993-03-18 JP JP5840093A patent/JPH06273254A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002206981A (ja) * | 2000-09-29 | 2002-07-26 | Ge Medical Systems Global Technology Co Llc | 計算機式断層写真法撮像設備の回転構成部品のバランシング |
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| US8567060B2 (en) * | 2007-12-27 | 2013-10-29 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Gas turbine rotor assembly method |
| US20090320286A1 (en) * | 2007-12-27 | 2009-12-31 | Cameron Walters | Gas turbine rotor assembly methods |
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| US9604322B2 (en) | 2007-12-27 | 2017-03-28 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Gas turbine rotor assembly and balancing methods |
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| CN103115725A (zh) * | 2013-01-16 | 2013-05-22 | 长沙赛尔透平机械有限公司 | 一种用于叶轮超速前动平衡测试的配平装置及配平方法 |
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| DE112021003969T5 (de) | 2020-09-30 | 2023-05-11 | Fanuc Corporation | Werkzeugmaschine |
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