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JP3285771B2 - 翼振動計測装置 - Google Patents

翼振動計測装置

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Publication number
JP3285771B2
JP3285771B2 JP26064396A JP26064396A JP3285771B2 JP 3285771 B2 JP3285771 B2 JP 3285771B2 JP 26064396 A JP26064396 A JP 26064396A JP 26064396 A JP26064396 A JP 26064396A JP 3285771 B2 JP3285771 B2 JP 3285771B2
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JP
Japan
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blade
magnetic
electromagnetic pickup
magnetic material
shroud
Prior art date
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JP26064396A
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JPH10104055A (ja
Inventor
昌明 柴田
誠司 佐部利
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気タービンやポ
ンプなどの回転翼の振動計測に適用される翼振動計測装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】回転翼の振動計測法としては、翼表面に
歪ゲージを貼り付け、歪ゲージから得られた歪情報を送
信トランスミッタで送信し、送信されてきた信号を受信
アンテナで受け、振動処理装置に入力し、解析を行う接
触方式と、レーザや電磁ピックアップを利用し、静止体
側より回転中の翼振動を計測する非接触方式がある。
【0003】電磁ピックアップを用いた非接触方式の翼
振動計測装置としては、特開平8−82547号や特開
平7−63606号、等に開示されたものがあるが、こ
こでは特開平8−82547号に開示されたものについ
てその概要を説明する。
【0004】図6は上記の翼振動計測装置のシステム構
成図であり、回転翼1の先端部に対向する静止側には2
のn乗個の電磁ピックアップCが等間隔に取付けられて
いる。また回転翼1の基部に対向する静止側には2個の
電磁ピックアップB,B’が翼ピッチの(k+0.5)
倍(ここでkは任意の正の整数)の間隔で取付けられて
いる。更にロータ2の軸部に対向する静止側には、1個
の回転パルス検出器A(1回転に1個のパルスを検出)
が取付けられている。また、これらの検出器の信号は、
回転翼の変位を演算するための1次処理装置3に入力さ
れ、その出力信号はDMA(Direct Memory Access) 転
送を行うインターフェースを介して、各種振動解析をオ
ンラインで処理するための2次処理装置4に接続されて
いる。
【0005】図7は上記の図6に示すシステムにおい
て、各検出器の信号を1次処理装置3で矩形波に波形整
形した後の各パルスのタイミングチャートを示し、ロー
タ基部の回転パルス検出器A、回転翼基部の2個の電磁
ピックアップB及びB’、回転翼先端部の2のn乗個の
電磁ピックアップC1 〜C4 の各パルスのタイミングを
示している。
【0006】図8は上記の図6のシステムにおいて、1
次処理装置3で実施する演算処理のブロック図を示す。
図8において、回転翼先端部のピックアップCより検出
した各パルスと、2個の回転翼基部B,B’より検出し
たパルスのどちらか一方をゲート信号として基準クロッ
ク(T1)を計数する計数器Xと、前記翼基部の電磁ピッ
クアップB,B’より検出したパルスの一方をゲート信
号として基準クロックを計数する計数器Yと、両計数器
の出力を割り算(X/Y)する除算器Zを備えている。
【0007】また回転翼基部の電磁ピックアップBの出
力は、数十から数百メガヘルツの高周波基準クロックを
計数する計数器Xのゲート信号となるとともに、DMA
転送のタイミングを制御するコントローラ5のゲート信
号となる。
【0008】一方回転翼基部の電磁ピックアップB又は
B’のどちらか一方の出力と、回転翼先端部に対向して
取付けられた電磁ピックアップCの各出力は、同様に数
十から数百メガヘルツの高周波基準クロックを計数する
計数器Yのゲート信号として入力される。計数器X及び
計数器Yの出力は除算器Zに入力され、その出力は回転
方向翼振動の変位信号としてバッファー6に入力され、
DMAコントローラ5の指令に基づいてバッファー6よ
り2次処理装置4に出力される。2次処理装置4では、
入力されたセンサ基準の時系列データを翼基準の時系列
データに並べ変えてFFT演算を実施し、各種振動解析
を実施する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来の翼振動計
測装置においては、電磁ピックアップを使用している
が、電磁ピックアップを検出器として利用する際、被検
出対象物は、磁性体であることが要求される。従ってF
RPなどで製作された非磁性体翼の振動検出はできな
い。
【0010】他方、磁性体で構成された翼について、シ
ュラウド翼の翼頂部から翼振動を検出しようとすると、
シュラウド外周は磁性体の連続状態が続くので翼毎のパ
ルスが検出できない。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために、次の(1),(2)の手段を提供する。
【0012】(1)回転翼の翼先端部と翼根部とに相対
する静止側に設けた1個または複数個の電磁ピックアッ
プと、前記翼先端部に対応する電磁ピックアップからの
出力パルスと前記翼根部の電磁ピックアップから検出さ
れた回転パルスとの位相差を計数する計数器と、前記翼
根部の前記回転パルスの周期を計数する計数器と、前記
計数器の出力の割り算を行う除算器と、前記両計数器に
高周波基準クロック信号を入力する手段とを備えた翼振
動計測装置において、前記回転翼は少くとも非磁性材料
の翼か或いは磁性材料で構造的に連続して構成された翼
のいずれかを備え、前記非磁性材料の翼では前記電磁ピ
ックアップと相対する位置に検出用の磁性塗料を塗布
し、前記磁性材料の翼では前記電磁ピックアップと相対
する位置に検出用の磁性部を残して周囲に非磁性塗料を
塗布したことを特徴とする翼振動計測装置。
【0013】(2)上記(1)において、前記磁性材料
で構造的に連続して構成された翼がシュラウドであり、
同シュラウドの外周面には所定の幅と角度でシュラウド
外周面を残し、周囲に非磁性材料を塗布したことを特徴
とする翼振動計測装置。
【0014】本発明の(1)では、上記のように翼振動
計測装置において、非磁性体翼の場合には、電磁ピック
アップに対応する翼の表面に磁性体塗料が塗布されてお
り、翼が磁性材料で構造的に連続して構成された翼では
電磁ピックアップに対応する翼の表面に磁性部を残し、
周囲に非磁性材料を塗布されるので、これにより電磁ピ
ックアップを使用してもパルスを検出することができ
る。
【0015】(2)においては、上記の連続して構成さ
れた翼がシュラウドであり、磁性体であるシュラウドの
外周に電磁ピックアップを配置するが、この電磁ピック
アップに相対するシュラウドの一部を残し、残りに非磁
性塗料を塗布したことにより、シュラウド外周は磁性体
の連続状態がなくなり、各翼に1個の磁性部が出現し、
電磁ピックアップによりパルスとして検出することがで
きる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図1は本発明の実
施の一形態に係る翼振動計測装置の非磁性体翼の検出部
を示す図、図2はそのA−A断面図である。両図におい
て、1aは非磁性体翼で10は先端部のシュラウドであ
る。8は電磁ピックアップ、9は翼1aの検出面となる
前縁部に塗布された磁性塗料である。
【0017】上記の構成のように、本実施の形態におい
ては、非磁性体翼1aの翼振動を検出する場合であり、
電磁ピックアップ8は、非磁性体翼1aの検出面に相対
した静止側に設置され、検出面には、磁性塗料9が塗布
されている。
【0018】図1において非磁性体翼1aが回転する
と、静止体側に設けられた電磁ピックアップ8の前面を
非磁性体翼1aの磁性塗料9が塗布された翼面が横切
る。この時に電磁ピックアップ8によりパルスが検出さ
れ、非磁性体翼1aの周方向振動が検出できる。このよ
うに、回転翼が非磁性材料であっても、電磁ピックアッ
プでその回転を検出することができ、翼振動計測装置の
処理装置において演算処理し、各種振動解析を行うこと
ができる。
【0019】図3は回転翼が磁性体翼1bで、磁性体翼
1bのシュラウド外周面より翼の回転を検出する場合を
示す図、図4はそのB−B矢視図である。図3に示すよ
うに磁性体翼1bのシュラウド10の外周面に電磁ピッ
クアップ8を設置し、シュラウド10の面には、図4に
示すように周方向に対し角度αにて所定の幅でシュラウ
ド10の外周の一部を残し、非磁性体塗料11を塗布す
る。
【0020】上記のように非磁性体塗料11の塗り残し
部分が回転方向に対し、斜め方向とすることにより、磁
性体翼1bの振動による周方向の変位と軸方向の変位と
が以下に説明するように検出可能となり、上記の図1と
同じように、電磁ピックアップでその回転パルスを検出
することができ、処理装置において演算処理し、各種振
動解析を行うことができる。
【0021】図5は上記の磁性体翼1bのシュラウドの
周方向変位、軸方向変位の検出原理の模式図であり、
(a)は周方向の振動の変位検出、(b)は軸方向の振
動の変位検出の原理図である。図5において、翼検出パ
ルスは、図示されていないが紙面に垂直な方向に位置す
る電磁ピックアップ8の前面を各翼が通過する時検出さ
れる。
【0022】図5(a)において、翼B1 の検出パルス
はX1 にて検出され、翼B2 ではX 3 にて検出される。
翼ピッチをPとすると周方向変位がない時は、翼B2
パルスはピッチ分だけ離れたX2 で検出されるべきであ
るが、X3 で検出されたということは周方向に変位があ
り、その周方向変位は、L=X3 −X2 であることを示
している。
【0023】図5(b)は軸方向に変位した場合であ
り、翼B3 の検出パルスはY1 で検出され、翼B2 では
軸方向への変位によりY3 で検出される。軸方向変位が
ない時に翼B4 のパルスがピッチPだけ離れたY2 で検
出されるべきであるが、軸方向変位によりY3 で検出さ
れ、Y2 とY3 との差、すなわち、変位、L2 =Y2
3 が求められる。
【0024】この値より軸方向への変位L3 は非磁性体
塗料を塗り残した時の周方向に対する角度αが既知であ
る為、次式より求めることができる。即ち、軸方向変位
は、L3 =L2tanαとなる。
【0025】なお、上記に説明の実施の形態における翼
振動計測装置においては、図1及び図2に示す非磁性体
翼1aの回転検出の場合と、図3及び図4に示す磁性体
翼1aでシュラウド10外周面からの回転検出の場合の
いずれか、又は両方、あるいはこれらを任意に組合せ
て、全く同じ条件で回転中の翼の振動検出ができるもの
である。
【0026】
【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
は、電磁ピックアップを備えた翼振動計測装置におい
て、回転翼が非磁性材料の翼では電磁ピックアップに相
対する位置に磁性塗料を塗布し、回転翼が磁性材料で構
造的に連続して構成された翼では電磁ピックアップに相
対する位置に磁性部を残し、周囲に非磁性材料を塗布し
た構成とし、又、連続した翼としてシュラウドとした構
成も提供するので、次のような効果を奏する。
【0027】(1)回転体上に全く器材を取付けること
なく非接触により回転方向の翼振動を計測でき、磁性体
塗料を塗布することにより、非磁性体翼の検出が可能で
あり、また、非磁性体塗料を塗布することにより、シュ
ラウド翼の翼頂部からの検出も可能である。さらに、翼
頂部から検出する場合には、周方向変位だけでなく、軸
方向変位も検出でき検出精度を向上させることができ
る。
【0028】(2)上述の翼振動計測装置をどのように
構成した場合においても、全く同じ条件で回転中のすべ
ての翼の振動検出ができるので、翼毎のばらつきや全体
で構成される振動モードを評価でき、産業上極めて有益
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係る翼振動計測装置に
おける非磁性体翼の場合の検出部を示す側面図である。
【図2】図1におけるA−A断面図である。
【図3】本発明の実施の一形態に係る翼振動計測装置に
おける磁性体翼のシュラウド外周から検出する場合の検
出部を示す側面図である。
【図4】図3におけるB−B矢視図である。
【図5】本発明の実施の一形態に係る翼振動計測装置に
おけるシュラウドから翼振動を検出する場合の原理を示
し、(a)は周方向の変位を、(b)は軸方向の変位を
検出する概念図である。
【図6】従来の翼振動計測装置のシステム構成図であ
る。
【図7】従来の翼振動計測装置の検出パルスのタイミン
グチャートである。
【図8】従来の翼振動計測装置の処理装置の構成を示す
ブロック図である。
【符号の説明】
1a 非磁性体翼 1b 磁性体翼 8 電磁ピックアップ 9 磁性塗料 10 シュラウド 11 非磁性塗料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01H 17/00 G01H 11/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転翼の翼先端部と翼根部とに相対する
    静止側に設けた1個または複数個の電磁ピックアップ
    と、前記翼先端部に対応する電磁ピックアップからの出
    力パルスと前記翼根部の電磁ピックアップから検出され
    た回転パルスとの位相差を計数する計数器と、前記翼根
    部の前記回転パルスの周期を計数する計数器と、前記計
    数器の出力の割り算を行う除算器と、前記両計数器に高
    周波基準クロック信号を入力する手段とを備えた翼振動
    計測装置において、前記回転翼は少くとも非磁性材料の
    翼か或いは磁性材料で構造的に連続して構成された翼の
    いずれかを備え、前記非磁性材料の翼では前記電磁ピッ
    クアップと相対する位置に検出用の磁性塗料を塗布し、
    前記磁性材料の翼では前記電磁ピックアップと相対する
    位置に検出用の磁性部を残して周囲に非磁性塗料を塗布
    したことを特徴とする翼振動計測装置。
  2. 【請求項2】 前記磁性材料で構造的に連続して構成さ
    れた翼がシュラウドであり、同シュラウドの外周面には
    所定の幅と角度でシュラウド外周面を残し、周囲に非磁
    性材料を塗布したことを特徴とする請求項1記載の翼振
    動計測装置。
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