JP2016090442A - 振動検出装置、回転機械、振動検出方法及びプログラム - Google Patents
振動検出装置、回転機械、振動検出方法及びプログラム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016090442A JP2016090442A JP2014226362A JP2014226362A JP2016090442A JP 2016090442 A JP2016090442 A JP 2016090442A JP 2014226362 A JP2014226362 A JP 2014226362A JP 2014226362 A JP2014226362 A JP 2014226362A JP 2016090442 A JP2016090442 A JP 2016090442A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- detection
- vibration
- inclination
- tip
- vibration waveform
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
Description
以下、第1の実施形態に係る蒸気タービンについて、図1から図9を参照しながら詳細に説明する。
図1は、第1の実施形態に係る蒸気タービンの概要を示す図である。
回転機械の一態様である蒸気タービン1は、図1に示すように、流入する蒸気Aを動力源として回転軸線O回りに回転駆動するロータ2と、ロータ2全体を包んで車室を形成するケーシング3(静止部)と、を備えている。
ロータ2の外周には、径方向に延びる動翼20が複数設けられている。複数の動翼20は、ロータ2と一体に回転軸線O回りに回転する。また、ケーシング3の内壁面には、動翼20と交互に配されるように、複数の静翼30が取り付けられている。
具体的には、図2は、ケーシング3に配置される複数の先端センサS1の態様を示している。
図2に示すように、複数の先端センサS1は、ケーシング3の内壁面において動翼20(図1)の先端面と対向するように、回転軸線O回りの周方向に間隔を空けながら配置される。先端センサS1は、このように配置されることで、動翼20の回転に応じて、順次、動翼20の先端面の通過を検出する。
具体的には、図3は、動翼20とその周辺に配されるロータ2、ケーシング3及び室内壁4との位置関係を示している。
図3に示すように、動翼20は、その基端において、ロータ2の径方向に突出するディスク2aに固定設置される。
ここで、蒸気タービン1の稼働中において、ロータ2は、構造上、ケーシング3(及び室内壁4)に対し、回転軸線方向の位置が変動し得る。室内壁4に設けられた基端センサS2の検出信号を取得することで、稼働中におけるケーシング3に対するロータ2の回転軸線方向の位置を特定することができる。
図4に示すように、動翼20の先端面20Sは、回転軸線方向後端側(−Z方向側端部)から回転軸線方向先端側(+Z方向側端部)までの全体に渡り、周方向(+Y方向)に凸型となるカーブを有している。また、先端面20Sは、回転軸線方向後端側から回転軸線方向中央付近に向かうに連れて徐々に肉厚となるように、回転軸線方向中央付近から回転軸線方向先端側に向かうに連れて徐々に肉薄となるように形成されている。
図5は、第1の実施形態に係る振動検出装置の機能構成を示す図である。
図5に示すように、振動検出装置5は、先端検出信号入力部50と、観測振動波形取得部51と、傾斜取得部52と、振幅比取得部53と、実振動波形取得部54と、を備えている。
観測振動波形取得部51は、複数の先端センサS1からの検出信号に基づいて、前記動翼の振動に応じた観測振動波形を取得する。
傾斜取得部52は、検出点P(図4)における傾斜角θを取得する。
振幅比取得部53は、動翼20の回転軸線方向の振幅と、動翼20の周方向の振幅との比である振幅比を取得する。
実振動波形取得部54は、傾斜取得部52が取得した傾斜角θと、振幅比取得部53が取得した振幅比と、観測振動波形取得部51が取得した観測振動波形と、に基づいて、動翼20の実際の周方向の振動を示す実振動波形を取得する。
基端検出信号入力部521aは、基端センサS2から、動翼20の基端における回転軸線方向の位置(基端側回転軸線方向位置a(図3))を示す検出信号の入力を受け付ける。
傾斜特定部521bは、基端センサS2からの検出信号に基づいて、基端側回転軸線方向位置aと、検出点P(図4)における傾斜の度合い(傾斜角θ)と、の対応関係が規定された対応情報から、傾斜角θを特定する。傾斜特定部521bの機能の詳細については後述する。
振動モード情報記憶部53aは、一般的なメモリ(記憶媒体)であって、蒸気タービン1について予め実行された有限要素法(FEM:Finite Element Method)による構造解析に基づく動翼20に生じる振動の振幅比が記憶される。ここで、振幅比とは、動翼20の回転に応じて生じる特定の振動モードで規定される、動翼20の回転軸線方向の振幅φzと、周方向の振幅φyとの比(φz/φy)である。なお、動翼20の振幅φは、回転軸線方向の振幅φz及び周方向の振幅φyに基づいて、φ=(φz2+φy2)1/2で表すものとする。
振幅比取得部53は、予め振動モード情報記憶部53aに記憶された振幅比(φz/φy)を参照して、当該振幅比を実振動波形取得部54に出力する。
補正係数演算部54aは、傾斜取得部52が取得した傾斜角θと、振幅比取得部53が取得した振幅比(φz/φy)と、に基づいて補正係数αを算出する。
具体的には、図6は、振幅φで振動する動翼20の先端面20Sの様子と、先端センサS1(図3)の検出信号によって把握される情報(観測振幅δy)を示している。
図6に示す例において、動翼20の振動が全くない(φ=0)と仮定すると、ある先端センサS1は、周方向(+Y方向)に回転移動する先端面20Sのうち、実線で示す外縁20eにおける検出点Pの通過を検出する。
しかし、動翼20は、実際には回転軸線方向に振幅φz、周方向に振幅φyで振動している。したがって、実際に先端センサS1が通過を検出する検出点は、破線で示す外縁20eにおける検出点P’となる。
図6に示すように、先端センサS1が検出点P’を検出するタイミングの時刻のずれは、検出点Pの位置に対する検出点P’の位置の差分である観測振幅δyに相当する。ここで、幾何学的に、観測振幅δyは、以下の式(1)で表される。
具体的には、図7は、観測振動波形取得部51が、周方向に配列された複数の先端センサS1(図2参照)の各々から入力される複数の検出信号に基づいて取得する観測振動波形W1を示している。
図7に示すように、観測振動波形取得部51は、動翼20に振動が生じていないと仮定した場合における各先端センサS1の通過時刻(t1、t2、・・・)別に、当該センサS1ごとに実際に観測された観測振幅δyを対応付けることで、観測振動波形W1を取得する。
上述したように、傾斜取得部52が有する傾斜特定部521bは、基端側回転軸線方向位置aと、傾斜角θと、の対応関係が規定された対応情報を有している。
ここで、傾斜特定部521bは、上記対応情報として、図8に示すような関数θ(a)を予め記憶している。ここで、関数θ(a)は、外縁20eの形状に応じて規定される関数であって、予め計測した基端側回転軸線方向位置aと傾斜角θとの対応関係を示している。即ち、振動成分(各方向の振幅φy、φz)の影響が小さい動翼20の基端側の位置(基端側回転軸線方向位置a)が特定されれば、当該動翼20の先端面20Sと、ケーシング3に固定された先端センサS1との位置関係は固定される。例えば、基端側回転軸線方向位置aが“a1”であった場合、外縁20eの検出点P(a1)における傾斜角θは、“θ1”であり、また、基端側回転軸線方向位置aが“a2”であった場合、外縁20eの検出点P(a2)における傾斜角θは、“θ2”となる(図8参照)。
傾斜特定部521bは、基端センサS2の検出信号に示される基端側回転軸線方向位置aを、上述の対応情報(関数θ(a))に代入することで、傾斜角θを特定する。
実振動波形取得部54の補正係数演算部54aは、傾斜取得部52が取得した傾斜角θと、振幅比取得部53が取得した振幅比(φz/φy)と、に基づいて補正係数αを算出する。具体的には、実振動波形取得部54は、式(2)に、傾斜角θと振幅比(φz/φy)を代入して補正係数αを算出する。
例えば、傾斜取得部52の態様は、以下に説明する第2、第3の実施形態のようにしてもよい。
次に、第2の実施形態に係る振動検出装置5の態様について、図10、図11を参照しながら詳細に説明する。
図10に示すように、第2の実施形態に係る蒸気タービン1のケーシング3内壁面には、先端センサS1の近傍に撮影部Vが配置されている。撮影部Vは、例えば、小型の高感度カメラである。撮影部Vは、先端センサS1と同様に、動翼20の先端面20Sと対向しながら、その撮影範囲内に、先端センサS1が通過を検出する検出点Pが含まれるように配置される。
撮影部Vは、先端センサS1が先端面20S(検出点P)の通過を検出したタイミングで撮影処理を行い、撮像データを取得する。そして、撮影部Vは、取得した撮像データを本実施形態に係る振動検出装置5に出力する。
図11に示すように、第2の実施形態に係る振動検出装置5の傾斜取得部52は、撮像データ入力部522aと、撮像データ解析部522bと、を有している。
撮像データ解析部522bは、撮影部Vが取得した撮像データに対し、撮影されている画像の中から先端面Sの抽出を行うための所定の解析処理を行う。撮像データ解析部522bは、上記解析処理に基づいて、先端面20Sの検出点Pにおける傾斜角θを取得し、当該傾斜角θを実振動波形取得部54の補正係数演算部54aに出力する。
次に、第3の実施形態に係る振動検出装置5の態様について、図12、図13を参照しながら詳細に説明する。
図12に示すように、第3の実施形態に係る蒸気タービン1のケーシング3内壁面には、第1先端センサS11及び第2先端センサS12の二つが配置されている。第1先端センサS11、第2先端センサS12は、いずれも、第1、第2の実施形態における先端センサS1と同様のセンサである。第1先端センサS11及び第2先端センサS12は、互いに間隔dだけ離間して、同一の先端面20Sの通過を検出可能なように設けられている。これにより、第1先端センサS11が検出する第1検出点P1と、第2先端センサS12が検出する第2検出点P2と、の回転軸線方向における離間距離も間隔dとなる。
図13に示すように、第3の実施形態に係る振動検出装置5の傾斜取得部52は、副検出信号入力部523aと、検出信号解析部523bと、を有している。
副検出信号入力部523aは、第1検出点P1の通過を検出する第1先端センサS11からの検出信号と、第2検出点P2の通過を検出する第2先端センサS12からの検出信号と、の入力を受け付ける。
検出信号解析部523bは、第1検出点P1及び第2検出点P2の回転軸線方向における間隔dと、第1検出点P1の通過の検出時刻(時刻T1とする)及び第2検出点P2の通過の検出時刻(時刻T2とする)の差分(時間T2−T1)と、に基づいて、第1検出点P1における傾斜の度合い(傾斜角θ)を特定する。
なお、第1先端センサS11の検出信号は、第1、第2の実施形態と同様に、先端検出信号入力部50を通じて観測振動波形取得部51に入力される。
したがって、検出信号解析部523bは、第1先端センサS1及び第2先端センサS2からの検出信号に示される検出時刻T1、T2に基づいて、一意に傾斜角θを特定することができる。検出信号解析部523bは、上記解析処理に基づいて、先端面20Sの第1検出点P1における傾斜角θを取得し、当該傾斜角θを実振動波形取得部54の補正係数演算部54aに出力する。
以上、第1〜第3の実施形態に係る振動検出装置5について詳細に説明したが、当該振動検出装置5の具体的態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。
したがって、他の実施形態に係る振幅比取得部53は、予めロータ2の回転数別に複数の振幅比φz/φyを予め記憶し、その中から、観測される実際のロータ2の回転数に対応する振幅比φz/φyを選択して出力する態様としてもよい。
このようにすることで、ロータ2の回転数ごとに最適な振幅比φz/φyをもって実振動波形W2が取得されるので、動翼20の振動をより精度よく把握することができる。
2 ロータ
2a ディスク
20 動翼
20S 先端面
20e 外縁
3 ケーシング(静止部)
30 静翼
4 室内壁
5 振動検出装置
50 先端検出信号入力部
51 観測振動波形取得部
52 傾斜取得部
521a 基端検出信号入力部
521b 傾斜特定部
522a 撮像データ入力部
522b 撮像データ解析部
523a 副検出信号入力部
523b 検出信号解析部
53 振幅比取得部
53a 振動モード情報記憶部
54 実振動波形取得部
54a 補正係数演算部
S1 先端センサ
S11 第1先端センサ
S12 第2先端センサ
S2 基端センサ
V 撮影部
W1 観測振動波形
W2 実振動波形
Claims (8)
- ロータの回転軸線回りに回転する動翼の先端面に対向するように静止部において周方向に配列され、前記動翼の回転に応じた前記先端面の外縁における検出点の通過を検出する複数の先端センサから検出信号の入力を受け付ける先端検出信号入力部と、
複数の前記先端センサからの前記検出信号に基づいて前記動翼の振動に応じた観測振動波形を取得する観測振動波形取得部と、
前記検出点における前記先端面の外縁の回転軸線方向に対する傾斜の度合いを取得する傾斜取得部と、
前記動翼の前記回転軸線方向の振幅と、前記動翼の前記周方向の振幅との比である振幅比を取得する振幅比取得部と、
前記傾斜取得部が取得した前記傾斜の度合いと、前記振幅比取得部が取得した前記振幅比と、前記観測振動波形取得部が取得した前記観測振動波形と、に基づいて、前記動翼の実際の前記周方向の振動を示す実振動波形を取得する実振動波形取得部と、
を備える振動検出装置。 - 前記実振動波形取得部は、
前記傾斜の度合いと前記振幅比とに基づいて算出される補正係数を、前記観測振動波形に乗じることによって前記実振動波形を取得する
請求項1に記載の振動検出装置。 - 前記傾斜取得部は、
前記動翼の基端における前記回転軸線方向の位置を検出する基端センサから検出信号の入力を受け付ける基端検出信号入力部と、
前記基端センサからの前記検出信号に基づいて、前記動翼の基端における前記回転軸線方向の位置と、前記検出点における前記傾斜の度合いと、の対応関係が規定された対応情報から、前記検出点における前記傾斜の度合いを特定する傾斜特定部と、
を備える請求項1又は請求項2に記載の振動検出装置。 - 前記傾斜取得部は、
前記先端センサが通過を検出する前記検出点を撮影可能に取り付けられた撮影部から撮像データの入力を受け付ける撮像データ入力部と、
前記撮影部によって取得された前記検出点を含む撮像データに基づいて前記検出点における前記傾斜の度合いを特定する撮像データ解析部と、
を備える請求項1から請求項3の何れか一項に記載の振動検出装置。 - 前記傾斜取得部は、
前記先端センサであって、前記先端面の外縁における第1検出点の通過を検出する第1先端センサからの検出信号と、前記先端センサであって、前記先端面の外縁における第2検出点の通過を検出する第2先端センサからの検出信号と、の入力を受け付ける副検出信号入力部と、
前記第1検出点及び前記第2検出点の前記回転軸線方向における間隔と、前記第1検出点の通過の検出時刻及び前記第2検出点の通過の検出時刻の差分と、に基づいて、前記第1検出点における傾斜の度合いを特定する検出信号解析部と、
を備える請求項1から請求項4の何れか一項に記載の振動検出装置。 - 請求項1から請求項5の何れか一項に記載の振動検出装置と、
複数の前記先端センサと、
前記動翼と、
を備える回転機械。 - ロータの回転軸線回りに回転する動翼の先端面に対向するように静止部において周方向に配列され、前記動翼の回転に応じて前記先端面の外縁における検出点の通過を検出する複数の先端センサから検出信号の入力を受け付けるステップと、
複数の前記先端センサからの前記検出信号に基づいて前記動翼の振動に応じた観測振動波形を算出するステップと、
前記検出点における前記先端面の外縁の回転軸線方向に対する傾斜の度合いを取得するステップと、
前記動翼の前記回転軸線方向の振幅と、前記動翼の前記周方向の振幅との比である振幅比を取得するステップと、
前記傾斜の度合いと、前記振幅比と、前記観測振動波形と、に基づいて、前記動翼の実際の前記周方向の振動を示す実振動波形を取得するステップと、
を有する振動検出方法。 - 振動検出装置のコンピュータを、
ロータの回転軸線回りに回転する動翼の先端面に対向するように静止部において周方向に配列され、前記動翼の回転に応じて前記先端面の外縁における検出点の通過を検出する複数の先端センサから検出信号の入力を受け付ける先端検出信号入力手段、
複数の前記先端センサからの前記検出信号に基づいて前記動翼の振動に応じた観測振動波形を取得する観測振動波形取得手段、
前記検出点における前記先端面の外縁の回転軸線方向に対する傾斜の度合いを取得する傾斜取得手段、
前記動翼の前記回転軸線方向の振幅と、前記動翼の前記周方向の振幅との比である振幅比を取得する振幅比取得手段、
前記傾斜取得手段が取得した前記傾斜の度合いと、前記振幅比取得手段が取得した前記振幅比と、前記観測振動波形取得手段が取得した前記観測振動波形と、に基づいて、前記動翼の実際の前記周方向の振動を示す実振動波形を取得する実振動波形取得手段、
として機能させるプログラム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014226362A JP6468511B2 (ja) | 2014-11-06 | 2014-11-06 | 振動検出装置、回転機械、振動検出方法及びプログラム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014226362A JP6468511B2 (ja) | 2014-11-06 | 2014-11-06 | 振動検出装置、回転機械、振動検出方法及びプログラム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016090442A true JP2016090442A (ja) | 2016-05-23 |
JP6468511B2 JP6468511B2 (ja) | 2019-02-13 |
Family
ID=56018536
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014226362A Active JP6468511B2 (ja) | 2014-11-06 | 2014-11-06 | 振動検出装置、回転機械、振動検出方法及びプログラム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6468511B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019100210A (ja) * | 2017-11-29 | 2019-06-24 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 動翼監視システム、動翼監視装置、動翼監視方法、プログラム |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63231229A (ja) * | 1987-03-02 | 1988-09-27 | ウエスチングハウス・エレクトリック・コーポレーション | 回転翼の振動をモニターする方法 |
US4934192A (en) * | 1988-07-11 | 1990-06-19 | Westinghouse Electric Corp. | Turbine blade vibration detection system |
JPH05164602A (ja) * | 1991-12-13 | 1993-06-29 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 動翼の振動モード判定方法及び動翼の振動モード判定装置 |
US20110231171A1 (en) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | Rolls-Royce Plc | Rotating blade analysis |
-
2014
- 2014-11-06 JP JP2014226362A patent/JP6468511B2/ja active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63231229A (ja) * | 1987-03-02 | 1988-09-27 | ウエスチングハウス・エレクトリック・コーポレーション | 回転翼の振動をモニターする方法 |
US4934192A (en) * | 1988-07-11 | 1990-06-19 | Westinghouse Electric Corp. | Turbine blade vibration detection system |
JPH05164602A (ja) * | 1991-12-13 | 1993-06-29 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 動翼の振動モード判定方法及び動翼の振動モード判定装置 |
US20110231171A1 (en) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | Rolls-Royce Plc | Rotating blade analysis |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019100210A (ja) * | 2017-11-29 | 2019-06-24 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 動翼監視システム、動翼監視装置、動翼監視方法、プログラム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6468511B2 (ja) | 2019-02-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5293406B2 (ja) | 回転翼の非接触翼振動計測方法 | |
US9530209B2 (en) | Method of determining the location of tip timing sensors during operation | |
US6584849B2 (en) | Analyzing vibration of rotating blades | |
CN107655429B (zh) | 叶片振动位移的测量方法和装置 | |
JP2016153812A5 (ja) | 振動分析システム及び方法 | |
CN107076640B (zh) | 通过平衡位置测量来监视飞机发动机叶轮的方法及设备 | |
JP6594330B2 (ja) | 回転角センサ | |
CN110259524A (zh) | 测量带冠叶片同步振动及节径的装置和方法 | |
US10919050B2 (en) | Centrifuge that obtains an acceleration value and controls rotation | |
JP6468511B2 (ja) | 振動検出装置、回転機械、振動検出方法及びプログラム | |
JP2010048588A (ja) | 回転体のアンバランス量算出方法及び装置 | |
JP2012137335A (ja) | 動翼の振動計測方法および動翼の振動計測装置 | |
JP5701723B2 (ja) | 翼振動計測装置 | |
JP2008032454A (ja) | 振動位相検出装置及び方法 | |
JP6594240B2 (ja) | 回転機械の振動計測装置、回転機械の振動計測方法及びプログラム | |
JP2008170275A (ja) | 無線型振動計測システム及び方法 | |
JP6455702B2 (ja) | 回転体の振動計測方法と装置 | |
RU2584723C1 (ru) | Способ определения параметров колебаний лопаток вращающегося колеса турбомашины и устройство для его осуществления | |
JP6466280B2 (ja) | 軸振動計測装置 | |
JP2004317408A (ja) | 回転体の振動源探査装置及び振動源探査法 | |
JP2008089409A (ja) | 回転速度検出器 | |
JP5170837B2 (ja) | 回転角度検出方法及び装置 | |
KR102257410B1 (ko) | 접촉 진동 검출 장치 및 그것을 구비하는 회전 기계, 그리고, 접촉 진동 검출 방법 | |
JP2005188941A (ja) | モータのトルクリップル測定装置及びトルクリップル測定方法 | |
JP6231359B2 (ja) | 回転検出装置及び方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A625 | Written request for application examination (by other person) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625 Effective date: 20170829 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180713 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180724 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180816 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20180817 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20181109 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181218 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190107 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6468511 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |