JPS6018007B2

JPS6018007B2 - 回転機のバランスシステム

Info

Publication number: JPS6018007B2
Application number: JP10489576A
Authority: JP
Inventors: 宏規塩幡; 二三夫藤沢; 一男佐藤; 元弘志賀; 正和高住; 嗣明古賀
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-09-03
Filing date: 1976-09-03
Publication date: 1985-05-08
Also published as: JPS5331184A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は大形回転体に係り、特にタービン・発電機のよ
うに回転軸の周方向で振動特性の異なる機型回転体の過
大不つりあい振動を防止するバランスシステムに関する
。

一般に、回転機械の回転部分と中心軸のまわりに完全な
対称形に製作することは緩かしく、若干の不つりあいが
回転体に残存する場合が多い。

このような不つりあいに働く遠心力が原因となって、回
転体は運転中に不つりあい振動を発生する。回転体の麹
が過大振動を発生すると軸受部に異常を起こし、軸の正
常な回転ができなくなる恐れがある。また過大振動が発
生すると回転体内部に大きな力が作用し、この力のため
に麹が破損する恐れもある。このような鞠振動に起因す
る事故を未然に予防するため、軸振動に関して振動の限
界を示す許容値が定められている。回転体を製作する場
合には、回転体の完成時にこれを回転させて回転試験を
行なう。その結果、もし轍振動が前記のような許容値を
超す場合には、不つりあいを減少させるための修正量（
大きさと取付け角度を有するウェイト）を回転体に取付
け、不つりあい振動を低減させる。このような作業をっ
りあわせと称しており、回転機製作にとって不可欠の生
産技術である。通常使用されているつりあわせの手順は
次のようになる。

（ｉ）軸受位置の軸振動（ジャーナル振動）を測定す
る。

（ｉｉ）疹正面、すなわち修正量を取付けるための樹
上の位置を２〜３箇所選定する。

（ｉｉｉ）修正面に試加ウェイトを取付けて、この時
の鞠振動への影響を測定する。

この結果から、単位あたり質量に対する軸振動すなわち
影響係数を求める。Ｇの初期振動、すなわち初期不つ
りあいによる振動および影響係数から振動を減少させる
ための修正量を求める。

（Ｖ）このようにして定めた修正量を回転体の修正面に
取付ける。

その後で、回転上昇させ鞠振動が許容値内に入ることを
確認してつりあわせを完了する。．つりあわせを行なう
ときに、軸上複数箇所の鞠振動を測定することが必要で
ある。

従来、鞠振動の測定は、１箇所につき１個の振動検出器
を敬付けて行なっていた。そのために、振動検出器を取
付けた方向、すなわち１方向のみの振動を測定していた
。振動測定位直において、軸方向に直角な平面内の軸の
振動状態を詳細に検討した。

この結果、この平面内において、着目する方向により軸
の支持部の剛性が変化し、このためにこの平面内の振動
の軌跡が楕円形を示すことがわかった。このため、振動
はこの平面内において２次元的に変化する。従来のつり
あわせにおいては、測定位直１箇所につき１方向の振動
を測定しており、その平面内の振動を２次元的に正確に
把握していなかつた。このため、つりあわせ計算に利用
した振動の精度は十分でなく、これから求めた修正量は
軸の不つりあい振動を低減させるのに技通な値とはなっ
ていなかった。このように従来のっりあわせ法には、精
度向上の余地が残されていた。また、精度の患い振動を
利用して修正量を計算していたために、修正量は最適な
値が得られず、完全につりあわせを完了するまでに多く
のつりあわせ回数を麹やすという欠点があった。本発明
の目的は上記した修正量決定に際しての欠点を除去し、
高精度の振動計測および修正量の決定を可能とするバラ
ンスシステムを提供するにある。

回転軸系に回転中に発生する不つりあい振動を軸受ジャ
ーナル部で互いに直交する２方向で計測し、この振動を
トラッキングフィル夕で回転同期成分に分析して、回転
同期不つりあい振動と、あらかじめ求めておいた影響係
数を利用して小型電算機を用いて〜不つりあい振動を低
減させる最適修正量を決定し、さらにこの修正量を付加
したときの振動を計算で予測し、高能率、高精度のバラ
ンスシステムを提供するにある。

本発明の対象となるバランスシステムの振動検出方法に
ついて第ＩＬ第２、第３図をもとに詳細に説明する。

軸振動測定用ロッド１は中空円筒状のァゥタケース３、
アウタケース３内に長手方向に移動自在に設けられたコ
ンタクトシャフト２の上、下端に取付けた振動ピックア
ップ４およびチップ５などより構成されたアウタケース
３とコンタクトシャフト２との間にはチップ５に適当な
予圧を与えるためのコイルばね６、Ｇまね押え７が設け
られると共に、コンタクトシャフト２の振動ピックアッ
プ４に近接する部分にはコイルばね６の伸びを調節する
ストツパ８が固定されている。

このような構造の鞠振動測定用ロッド１（以下ロッドと
称す）を使用して軸の振動を測定する場合を第２図に示
す。

ロッド１のアゥタケース３を軸受カバー１６のロッド孔
１７、軸受メタルカバー１３の。ツド孔１４および支持
体１５により支持される軸受メタル１１のロッド孔１２
を貫通させ、コンタクトシャフト２の下端のチップ５を
回転軸１０に押圧して接触させた後にアウタケース３の
上端部を固定金具２０により軸受カバー１６に固定する
。その金具２０は軸受カバー１６上にボルト２１により
取付けた上、下球面受１８，１９を介して支持される球
面座１９に取付けられている。上記ロッドーは第３図に
示すように円周方向同一面内に２個取付けられており、
互いに直交している。

この２つの直交するロッド１により回転軸１０の円同方
向に９０ｏ離れた２点Ａ，Ｂの振動を測定することがで
きる。ある回転数における点Ａ，Ｂの振動ｘ，ｙは次の
ように表わされる。又ニＩＸＩＳｊｎ（のｔ＋８Ｘ）ｙ
ニｌｙＩＳｉｎ（のｔ十ひｙ） …｛１１ここで
！ｘｌ，ｌｙｌ，ひ×，８ｙはそれぞれ点Ａ，Ｂの振幅
および位相を表わし、測定される値である。

一般にタービン・発電機の横型回転機においてはＡ点、
Ｂ点の振動特性は、軸受の異万性から異なっており、し
たがって【１１式において、振幅ｌｘｌ，ｌｙｌは異な
る。このためある回転数における回転軸１０はのｔをパ
ラメータとして（ｘ，ｙ）をプロットすると楕円軌跡を
描く。この楕円軌跡は回転数によってその形状が変化す
る。すなわちｘ軸と長軸の角度肌ま変化する。第４図に
、実測した危険速度および定格遼度における回転軸１０
の振れ回り軌跡を表わす。このように軸の振れ回り形態
は楕円となっているため、測定方向を１方向に限定した
のでは、楕円長軸方向の変化から必ずしも振幅の大きい
ところすなわち楕円長軸付近を測定しているとは限らず
に楕円短軸付近の振動をピ−ク振動と測定するようなこ
とにもなる。一方振動測定方向を２方向とすれば、上記
のような問題はおこらず、必ず２点のうち１点は楕円長
軸付近の振動を検出することになる。この結果、２方向
振動測定により回転軸１０の振動状態を高精度に把握可
能となった。回転軸１０は一般には不つりあい質量が残
存し、回転によりこの不つりあい質量は遠心力を発生し
、回転軸１０は不つりあい振動を発生する。

この不つりあい振動が過大となると回転軸１０と軸受メ
タル．１１が接触し回転軸１０の損壊を招くことになる
。このため回転軸１０に発生した不つりあい振動を低減
させることが必要で、この不つりあい質量低減の技術と
してつりあわせがある。このつりあわせを葛能率・高精
度に行なうためには、振動データの高精度測定が必要で
ある。そこで上記振動測定の２方向測定はこのつりあわ
せに必要な疹正さ（大きさと角度を有するウェイト）の
高精度決定を可能とした。以下でこの修正量決定手法に
ついて説明する。

影響係数Ｑｍｎ（Ｖ），Ｑｍｎ（り（ｎ＝１，２，・・
・・・・，Ｎ、惨正面数；ｍ＝１，２，・・・・・・，
Ｍ、測定数：Ｖ、垂直方向；日、水平方向）とし初期不
つりあい振動をＡｍ（Ｖ），Ａｍ（Ｈ）とし、ウェイト
Ｗｎを付加したときの残留振動ごｍ（リ），ごｍ（Ｈ）
はとなる。このとき振動ごｍ（Ｖ），ごｍ仙を低減させ
る条件として次の評価関係Ｊを定義する。ここで＾ｍ（
Ｖ），＾ｍ（Ｈ）は重み係数を表わす。この評価関係Ｊ
を最小とする最適修正基は重み係数を１とおいたとき次
のようになる。Ｗｏｐｔ＝−｛Ｑ’Ｑ｝‐ＩＱＴＡ
…｛４１ただし第５図に本バランスシステムの
フローチャートを示す。

振動ピックアップ４によって検出された点Ａ，Ｂの振動
は振動を通してトラッキングフィル外こ送られる。この
トラッキングフィル夕で回転同期の不つりあい振動成分
に分析される。この不つりあい振動成分はデータ処理袋
直によりタイプラィタで出力印字され振動データの監視
に利用される。一方あらかじめ求めておいた点Ａ，Ｂの
２方向の影響係数を小型電算機に入力しておき、過大振
動発生回転数すなわち危険速度および定格速度における
点Ａ，Ｂの振動を小型電算機に入力し、【６｝式を用い
て修正量を決定する。さらにこの惨正量を付加したとき
の点Ａ十Ｂの残留振動を予測計算し、振動が許容値内に
あることを確認する。この振動が許容値内に入らないと
きは修正面を変更して同様の計算を行ない残留振動が許
容値内に入るまでつづける。なお上記小型電算機はデー
タ処理装置に内蔵させても差し支えない。上記振動測定
システムを用いて実際のつりあわせを行なった結果につ
いて説明する。

ロータを回転上昇させたところ、ロータ両端の軸受＃１
，＃２に過大不つりあい振動が発生した。そこでこの過
大不つりあい振動を低減させるために（ｉ）１方向（垂
直方向）測定の振動を対象とした（ｉｉ）２方向（水平
、垂直方向）測定の振動を対象とした２種のっりあわせ
実験を試みた。

軸受＃２の水平および垂直方向のつりあわせ結果を第６
図に示す。この結果、（ｉ），（ｉｉ）の条件でも初期
不つりあい振動は低減しているが、定格速度３６０伍ｐ
ｍにおいて（ｉ）のっりあわせでは水平方向で初期不つ
りあい振動２５叫こ対して１４〆にしか減少していない
。一方、（ｉｉ）の条件では水平方向で５叫こ減少し、
全速度で５り以下の振動となっており（ｉ）の条件に対
してさらに良好なつりあわせ状態を得た。これは、１方
向の振動測定では必ずしも振動がピークとなる付近の振
動を測定していないためと考える。＃１軸受にも同様の
結果を得た。以上の結果、振動検出は１方向より２方向
で測定した方がより良好なつりあわせ状態が得られるこ
とを実験的に明らかにした。

第３図に示した実施例では、振動測定方向を互いに直交
する２方向とだけに限定したが、互いに直交する方向を
数組設けても実施例と同等の性能効果を得ることができ
る。

本発明によれば、振動の軸０軌跡が楕円軌道となる場合
でもその長軸と短軸の振動を同時に低減出来る高精度の
修正量の決定を可能にするバランスシステムが実現出来
るという効果を奏する。

図面の瓶単な説明第１図は振動検出ピックアップの詳細を示す。

第２図は振動検出の軸方向断面を示す。第３図は振動検
出位贋の髄に直角な断面を示す。第４図は軸受ジャーナ
ルの振れ回り軌跡を示す。第５図は本バランスシステム
のフローチャートを示す。第６図は本バランスシステム
を利用したつりあわせ結果を示す。符号の説明、４・・
・・・・振動ピックアップ、１０・・・・・・回転軸、
日・・・・・・水平方向、Ｖ・…・・垂直方向。

衆を２図第３図菊ー図第６図静々図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

１回転軸系の軸受ジヤーナルの振動を２方向で計測す
る振動計、回転同期成分をとりだすための周波数分析器
及びデータ処理装置と、任意バランス面に単位ウエイト
を付加した２方向のバランス影響係数を計算し、計測し
た２方向（例えば垂直及び水平方向）の振動で示される
軸心軌跡の長軸及び短軸の振動を同時に考慮し、初期振
動値、影響係数及びバランスウエイトから規定される残
留振動が最小になるようにバランスウエイトを計算する
電算機とからなることを特徴とする回転機のバランスシ
ステム。