翼振動計測装置
【課題】タービン動翼の回転軸方向の変位を直接計測し、翼振動計測法に要する時間及びコストを低減する。
【解決手段】タービン動翼２の回転軸１方向の変位を計測して変位計測信号を出力する非接触型変位計３、変位計測信号を与えられ、非接触型変位計とタービン動翼の先端位置との間の距離に基づいて先端位置を同定する翼先端位置同定信号を出力する翼先端位置同定装置４、翼先端位置同定信号を与えられ、非接触型変位計からタービン動翼の先端位置までの距離の時間的変化に基づき、タービン動翼の振動振幅と振動周波数とを算出する翼振動算出装置５とを備える。
【解決手段】タービン動翼２の回転軸１方向の変位を計測して変位計測信号を出力する非接触型変位計３、変位計測信号を与えられ、非接触型変位計とタービン動翼の先端位置との間の距離に基づいて先端位置を同定する翼先端位置同定信号を出力する翼先端位置同定装置４、翼先端位置同定信号を与えられ、非接触型変位計からタービン動翼の先端位置までの距離の時間的変化に基づき、タービン動翼の振動振幅と振動周波数とを算出する翼振動算出装置５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種タービンの動翼等において発生する振動を計測するための翼振動計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンやガスタービン等の各種タービンの設計開発、製造においては、性能を向上させると共に事故を防止し信頼性を確保するためにタービンの動翼に発生する振動を計測する必要がある。
【０００３】
従来の翼の振動を計測する装置では、下記の特許文献１、２に記載された装置のように、近接センサを用いて翼の通過タイミングを計測し、通過タイミングの時間差に基づいて振動を求める手法を用いていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３１２９４０６号公報
【特許文献２】特許第３５３０４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した従来の翼振動計測装置では、翼の通過タイミングを数百ＭＨｚ以上の高いサンプリング周波数で計測する必要があると共に、測定した位相差（時間差）を変位に変換しなければならなかった。このため、測定の準備や測定データの解析に多くの時間やコストを要するという課題があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑み、翼の通過タイミングを計測する替わりに翼の回転軸方向の変位を直接計測することにより、計測に要する時間及びコストを低減することが可能な翼振動計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による翼振動計測装置は、
タービン動翼の回転軸方向の変位を計測して変位計測信号を出力する非接触型変位計と、
前記非接触型変位計から出力された前記変位計測信号を与えられ、前記非接触型変位計と前記タービン動翼の先端位置との間の距離に基づいて前記先端位置を同定する翼先端位置同定信号を出力する翼先端位置同定装置と、
前記翼先端位置同定装置から出力された前記翼先端位置同定信号を与えられ、前記非接触型変位計から前記タービン動翼の先端位置までの距離の時間的変化に基づき、前記タービン動翼の振動振幅と振動周波数とを算出する翼振動算出装置と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の翼振動計測装置によれば、タービン動翼の回転軸方向の変位を直接計測することにより、計測に要する時間及びコストを低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態による翼振動計測装置の配置及びブロック構成を示す説明図である。
【図２】同第１の実施の形態による翼振動計測装置による翼先端位置同定手法の説明図及び非接触型変位計からの出力電圧波形の時間的変化を示すグラフである。
【図３】同第１の実施の形態による翼振動計測装置におけるタービン動翼の先端位置と非接触型変位計との距離の変化を示す説明図及びグラフである。
【図４】本発明の第２の実施の形態による翼振動計測装置の配置及びブロック構成を示す説明図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態による翼振動計測装置の配置及びブロック構成を示す正面図及び側面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態による翼振動計測装置の配置及びブロック構成を示す正面図及び側面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態による翼振動計測装置により得られる回転軸方向の変位を示す変位曲線を表したグラフである。
【図８】本発明の第６の実施の形態による翼振動計測装置の配置及びブロック構成を示す説明図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態による翼振動計測装置により得られる出力から共振周波数を求める手法を示したグラフである。
【図１０】本発明の第８の実施の形態による翼振動計測装置の配置及びブロック構成を示す説明図である。
【図１１】同第８の実施の形態による翼振動計測装置により得られる出力から振動モード次数を求める手法を示した説明図及びグラフである。
【図１２】本発明の第９の実施の形態による翼振動計測装置の配置及びブロック構成を示す説明図である。
【図１３】同第９の実施の形態による翼振動計測装置において角度調整装置を用いてタービン動翼に対する非接触型変位計の相対的な角度を調整して所望の大きさの出力値が得られるようにする手法を示した説明図である。
【図１４】本発明の第１０の実施の形態による翼振動計測装置の配置及びブロック構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態による翼振動計測装置について、図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１に、本発明の第１の実施の形態による翼振動計測装置の構成を示す。
【００１２】
この装置は、非接触型変位計３と、翼先端位置同定装置４と、翼振動算出装置５とを備えている。
【００１３】
非接触型変位計３は、タービン動翼２に近接するように回転軸１に平行な向きに１個取り付けられており、図中紙面に垂直な方向に回転するタービン動翼２の回転軸方向の変位を直接計測して変位計測信号を出力する。
【００１４】
翼先端位置同定装置４は、非接触型変位計３から出力された変位計測信号を与えられ、翼先端位置の同定を行って同定した結果を示す翼先端位置同定信号を出力する。
【００１５】
翼振動算出装置５は、翼先端位置同定信号を与えられてタービン動翼２の振動振幅と振動周波数を算出する。
【００１６】
図２を用いて、渦電流変位計１１を非接触型変位計３として用いた場合にタービン動翼２の先端位置を同定する手順を説明する。
【００１７】
図２（ａ）に示されたように、タービン動翼２の翼列が回転し矢印で示された方向に移動し、渦電流変位計１１の前を通過することで、渦電流変位計１１からは図２（ｂ）に示されたような出力電圧波形が得られる。ここで、図２（ａ）において四角で示された渦電流変位計１１によるタービン動翼２の検出位置が、図２（ｂ）において出力電圧波形上で四角で示された位置に対応する。
【００１８】
また、図２（ａ）においてドット２ａ１、２ａ２、２ａ３で示されたタービン動翼２の先端位置が、図２（ｂ）においてドット１０１、１０２、１０３で示された出力電圧波形の最下端のピーク値に対応する。
【００１９】
翼先端位置同定装置４は、渦電流変位計１１から与えられた出力電圧波形におけるピーク値から、翼先端位置の同定を行い翼先端位置同定信号を出力し、翼振動算出装置５に与える。
【００２０】
図３を用いて、翼振動算出装置５による翼振動算出の手法を説明する。
【００２１】
図３（ａ）に示されたように、タービン動翼２に振動が発生すると、ドット２ａ１、２ａ２、２ａ３、２ａ４、２ａ５、２ａ６、２ａ７で示されたタービン動翼２の先端位置と渦電流変位計１１までの距離Ｘが変動する。この変動が、図２（ｂ）を用いて説明したドット１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７で示された出力電圧波形の最下端のピーク値の変動となる。そこで、翼先端位置同定装置４から出力された翼先端位置に対応した電圧を、翼振動算出装置５において図３（ｂ）に示されたように、翼先端位置と渦電流変位計１１との間の相対的な距離に換算し、得られた相対的な距離を時系列に記録する。このように記録された時系列データから、タービン動翼２の振動振幅と振動周波数を算出することができる。
【００２２】
第１の実施の形態によれば、タービン動翼の回転軸方向の変位を渦電流変位計により直接計測することにより、計測に要する時間及びコストを低減することが可能である。
【００２３】
尚、第１の実施の形態では、非接触型変位計３の一例として渦電流変位計１１を用いているが、これに限定されず非接触でタービン動翼２までの変位を計測し得るものであればよい。例えば、光ファイバ等を用いてもよい。光ファイバを用いた場合には、渦電流変位計とは逆にタービン動翼までの距離が近づくほど出力が高くなる関係にある。
【００２４】
（第２の実施の形態）
図４に、本発明の第２の実施の形態による翼振動計測装置の構成を示す。尚、上記第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００２５】
上記第１の実施の形態では１個の非接触型変位計３が使用されていたが、第２の実施の形態では、複数の非接触型変位計３がタービン動翼２の周方向に沿って配置された点で相違する。
【００２６】
ここでは図４に示されたように、４個の非接触型変位計３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄがタービン動翼２の周方向に沿って配置されている。４個の非接触型変位計３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが配置されたことに対応し、それぞれ独立して４個の翼先端位置同定装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、及び翼振動算出装置５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが配置されており、さらに翼振動算出装置５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄから出力されたタービン動翼の振動振幅と振動周波数を示す翼振動信号を与えられ振動モード次数を同定する振動モード同定装置６が配置されている。
【００２７】
非接触型変位計３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが回転するタービン動翼２との距離をそれぞれ計測し、得られた変位計測信号が対応する翼先端位置同定装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにそれぞれ入力される。翼先端位置同定装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにより、それぞれ変位計測信号の電圧波形に基づいて同定された翼先端位置を示す翼先端位置同定信号がそれぞれ対応する翼振動算出装置５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに出力される。
【００２８】
翼振動算出装置５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄにおいて、与えられたそれぞれの翼先端位置を示す翼先端位置同定信号に基づいてタービン動翼２の振動振幅及び振動周波数が算出され、得られた結果が振動モード同定装置６に出力される。
【００２９】
振動モード同定装置６において、タービン動翼２における非接触型変位計３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが配置された周方向の位置において検出された振動振幅及び振動周波数に基づいて、タービン動翼２の振動モード次数が同定される。
【００３０】
第２の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、タービン動翼の回転軸方向の変位を非接触型変位計により直接計測することにより、計測に要する時間及びコストを低減することが可能であることに加えて、複数の非接触型変位計を用いたことで振動モード次数を同定することができる。
【００３１】
ここで、観測が必要な振動モード次数の２倍の非接触型変位計が必要であり、例えば２次モードを観測するためには４個の非接触型変位計が必要である。しかし、非接触型変位計の数に伴いそれぞれ翼先端位置同定装置及び翼振動算出装置を同数設ける必要があり、コスト上昇を招く。このため、観測が必要な振動モード次数を設定する際にはこのようなコストを考慮する必要がある。
【００３２】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態について、その構成を示した正面図及びブロック図としての図５（ａ）及び側面図としての図５（ｂ）を用いて説明する。
【００３３】
上記第１の実施の形態、第２の実施の形態では、非接触型変位計３がタービン動翼２の回転軸１と平行に取り付けられている。これに対し第３の実施の形態では、非接触型変位計３が回転軸１に対し垂直かつ回転軸と同心に回転駆動可能な回転治具７に１個設置された点に特徴がある。尚、上記第１、第２の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３４】
回転治具７が回転駆動され非接触型変位計３が移動することで、タービン動翼２における同一半径内の異なる位置で、タービン動翼２の振動を非接触型変位計３で計測することができる。具体的には、タービン動翼２が回転している最中に、所望の位置まで回転治具７を用いて非接触型変位計３を移動させて測定を行う。これにより、１個の非接触型変位計３を用いて、複数の非接触型変位計３を用いてタービン動翼２の複数箇所における振動を計測した場合と同様の作用、効果が得られる。
【００３５】
非接触型変位計３から出力された変位計測信号が、上記第１の実施の形態と同様に翼先端位置同定装置４に与えられてタービン動翼２の先端位置が同定され、その結果が翼先端位置同定信号として翼振動算出装置５に与えられてタービン動翼２の振動振幅及び振動周波数が算出される。さらに、上記第２の実施の形態と同様に、タービン動翼２の同一半径内の異なる位置に移動された非接触型変位計３から出力された変位計測信号により翼先端位置同定装置４がタービン動翼２の先端位置を同定し、翼振動算出装置５により振動振幅及び振動周波数を算出し、これに基づいて振動モード同定装置６によりタービン動翼２の振動モード次数が同定される。
【００３６】
第３の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、タービン動翼の回転軸方向の変位を非接触型変位計により直接計測することで計測に要する時間及びコストを低減することが可能であると共に、１個の非接触型変位計により複数の非接触型変位計を用いた場合と同様に振動モード次数を同定することができるので、コスト低減に寄与する。
【００３７】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態について、その構成を示した図６を用いて説明する。
【００３８】
上記第３の実施の形態では、非接触型変位計３が回転軸１に対し垂直かつ回転軸と同心に回転駆動可能な回転治具７に１個設置されている。これに対し第４の実施の形態では、複数の非接触型変位計３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈが、回転軸１に垂直かつ回転軸と同心に設置された回転駆動可能な回転冶具７に設置された点に特徴がある。これに伴い、８個の非接触型変位計３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈのそれぞれに対応して８個の翼先端位置同定装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、及び８個の翼振動算出装置５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈが設けられ、さらに振動モード同定装置６が設けられている。尚、上記第１〜第３の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３９】
８個の非接触型変位計３ａ〜３ｈからそれぞれの位置における変位計測信号が出力され、対応する翼先端位置同定装置４ａ〜４ｈにより翼先端位置が同定され、その結果が翼振動算出装置５ａ〜５ｈに与えられてタービン動翼２の振動周波数及び振動振幅が算出され、振動モード同定装置６により振動モード次数が同定される。
【００４０】
第４の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、タービン動翼の回転軸方向の変位を非接触型変位計により直接計測することで計測に要する時間及びコストを低減することが可能であると共に、さらに回転冶具７を回転駆動させて、同一半径内における異なる位置においてタービン動翼２の振動を非接触型変位計３ａ〜３ｈにより計測することにより、非接触型変位計３の個数を増加させた場合と同様の効果が得られると共に、非接触型変位計３の個数を減らしてコストを低減することが可能である。
【００４１】
この第４の実施の形態では８個の非接触型変位計３ａ〜３ｈが設けられており、さらに回転治具７によりそれぞれの位置を移動させることができるため、４次モード以上の振動モード次数を検出することができる。
【００４２】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態について、その構成を示した図７を用いて説明する。
【００４３】
第５の実施の形態は、上記第４の実施の形態の構成において、少なくとも２個の非接触型変位計３が、タービン動翼２の周方向に沿って隣接するように設けられた構成を備えている。他の構成は上記第４の実施の形態と同様であり、重複する説明を省略する。
【００４４】
少なくとも２個の非接触型変位計３が隣接することで、隣接した２箇所の測定点における変位を計測した信号が後段の対応する翼先端位置同定装置にそれぞれ出力される。この変位計測信号が示す回転軸方向の変位を表した変位曲線において、図７に示されたようにドット１１１、１１２で示された隣接する２箇所の位置が特定される。これにより、タービン動翼２の振動モード次数に対応する変位曲線を同定することができる。
【００４５】
即ち、測定したい振動モード次数に対応した変位曲線の半周期分に対応したタービン動翼２上の距離に少なくとも２個の非接触型変位計３を設置することにより、タービン動翼２の振動モード次数に対応する変位曲線を同定することが可能となる。
【００４６】
第５の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、タービン動翼の回転軸方向の変位を非接触型変位計により直接計測することで計測に要する時間及びコストを低減することが可能であると共に、少なくとも２個の非接触型変位計を隣接配置したことにより振動モード次数に対応する変位曲線を同定することが可能である。
【００４７】
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態について、その構成を示した図８を用いて説明する。
【００４８】
第６の実施の形態では、上記第１の実施の形態における構成に加えて、さらに回転軸１に回転数調整装置８が設けられ、翼振動算出装置５から出力された振動振幅及び振動周波数に基づいて共振周波数を検出する共振周波数検出装置１２が設けられた点に特徴がある。他の構成は上記第１の実施の形態と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４９】
回転数調整装置８により回転軸１の回転数を少しずつ変化させていき、その都度計測され翼振動算出装置５により算出されたタービン動翼２の振動振幅が極大となるときの振動振幅を共振周波数検出装置１２が検出することで、タービン動翼２に共振現象が発生するときの共振周波数を求めることが可能である。
【００５０】
第６の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、タービン動翼の回転軸方向の変位を非接触型変位計により直接計測することで計測に要する時間及びコストを低減することが可能であると共に、回転軸に回転数調整装置を設けたことにより共振周波数を求めることが可能である。
【００５１】
（第７の実施の形態）
本発明の第７の実施の形態について、図９を用いて説明する。
【００５２】
第７の実施の形態は、図８に示された上記第６の実施の形態と同様の構成を備えており、重複する説明は省略する。
【００５３】
図８に示された構成において、先ずタービン動翼２を所定回転数で回転させてその時に計測され算出された振動振幅を共振周波数検出装置１２において基準振動振幅として記憶する。
【００５４】
次に、回転数調整装置８により回転軸１の回転数を変化させ、この時に計測され算出された振動振幅と基準振動振幅との振幅差分値を共振周波数検出装置１２が算出する。このような手順で、回転数を変化させる毎に、その時の振動振幅と基準振動振幅との振幅差分値を算出していく。図９に、このようにして得られた回転数に対する振幅差分値をドット１２１、１２２、１２３、…で示されたようにプロットしたグラフを示す。
【００５５】
このグラフにおけるドット１２４で示された極大値あるいは図示されていない極小値に基づいて、共振周波数検出装置１２によりタービン動翼２の共振周波数を算出することができる。
【００５６】
尚、上述した振幅差分値を求める処理をタービン翼２の１枚ごとに行うことによって、タービン翼２毎の取り付け誤差や形状誤差がもたらす計測誤差が相殺される。
【００５７】
また、上述の振幅差分値を求める処理は、回転軸１の回転数を変えるごとに逐次行っていく。このため、回転数が変化する際に生じるタービン動翼２の熱膨張や、遠心力による伸び、回転によるタービン動翼２の倒れ込み等の影響がもたらす計測誤差についても相殺される。
【００５８】
第７の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、タービン動翼の回転軸方向の変位を非接触型変位計により直接計測することで計測に要する時間及びコストを低減することが可能であると共に、回転軸１の回転数を変えて振幅差分値を求めていくことで、共振周波数を共振周波数を求めることが可能である。
【００５９】
（第８の実施の形態）
本発明の第８の実施の形態について、その構成を示した図１０を用いて説明する。
【００６０】
第８の実施の形態は、図４に示された第２の実施の形態における構成に加えて、さらに回転軸１に回転数調整装置８が設けられている。
【００６１】
回転数調整装置８により回転軸１の回転数を変化させていき、タービン動翼２に共振現象が発生した状態を図１１に示す。ここでは、４個の非接触型変位計３ａ〜３ｄを用いて一点鎖線１３１で示された３次の共振モードにおけるタービン動翼２の回転軸方向の変位を捉えた状態が模式的に示されている。非接触型変位計３ａ及び３ｃが配置された位置では、振幅が殆ど零であり節に相当する。非接触型変位計３ｂが配置された位置では、振幅が極大値をとり腹に相当する。非接触型変位計３ｄが配置された位置では、振幅が極小値をとる。
【００６２】
第７の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、タービン動翼の回転軸方向の変位を非接触型変位計により直接計測することで計測に要する時間及びコストを低減することが可能であると共に、複数の非接触型変位計を適当な間隔をおいてタービン動翼２の周方向に配置し、さらに回転数調整装置８により共振現象を発生させこの時の振動振幅を求めることにより、共振モードを同定することが可能である。
【００６３】
（第９の実施の形態）
本発明の第８の実施の形態について、図１２、図１３を参照して説明する。
【００６４】
第８の実施の形態は、図１２に示されたように、図１に示された上記第１の実施の形態の構成に加えて、非接触型変位計３の角度を調整する角度調整装置９をさらに備えている。上記第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の番号を付して、重複する説明は省略する。
【００６５】
一般に、非接触型変位計は、平行平板との距離を計測するために用いられ、対象物の平面に対する相対的な角度が垂直であるときに出力電圧が最大となる。
【００６６】
図１３（ａ）に示されたように、非接触型変位計３がタービン動翼２の平面に対して９０度と異なる角度θ１を有する場合に得られる出力電圧を、図１３（ｃ）の直線１３１に示す。さらに、図１３（ｂ）に示されたように、非接触型変位計３がタービン動翼２の平面に対して９０度である場合に得られる出力電圧を、図１３（ｃ）の直線１３２に示す。直線１３２のように最大となる出力電圧を得るためには、非接触型変位計３がタービン動翼２の平面に対して９０度となるように設定する必要がある。
【００６７】
例えば、非接触型変位計３が回転軸１に対して平行に設けられている場合、回転軸１に対してタービン動翼２の平面が約１０度傾斜していると、非接触型変位計３はタービン動翼２の平面に対して９０度に設置されていない状態になる。
【００６８】
そこで、測定開始前に予め角度調整装置９を用いて非接触型変位計３の角度を調整し、タービン動翼２との相対的な角度が９０度となるように設定する。
【００６９】
第８の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、タービン動翼の回転軸方向の変位を非接触型変位計により直接計測することで計測に要する時間及びコストを低減することが可能であると共に、非接触型変位計の出力を最大化することが可能である。
【００７０】
尚、第９の実施の形態は、上記第１の実施の形態の構成に対して角度調整装置９を加えるのみならず、上記第２の実施の形態〜第８の実施の形態の構成に加えることも可能である。
【００７１】
（第１０の実施の形態）
本発明の第１０の実施の形態について、その構成を示した図１４を参照して説明する。
【００７２】
第１０の実施の形態は、上記第１の実施の形態が備える構成に加えて、非接触型変位計３に距離調整装置１０が取り付けられた点に特徴がある。尚、上記第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７３】
一般に、非接触型変位計は対象物との距離に出力の大きさが比例すると共に、測定可能な距離が予め決まっている。そこで測定開始前に、図１４において矢印で示されたように、非接触型変位計３をタービン動翼２の回転軸方向に対して移動させて距離Ｘを調整することにより、所望の大きさの出力を得ることができる。
【００７４】
第１０の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、タービン動翼の回転軸方向の変位を非接触型変位計により直接計測することで計測に要する時間及びコストを低減することが可能であると共に、非接触型変位計３から所望の大きさの出力が得られるようにタービン動翼２と非接触型変位計３との距離を調整することが可能である。
【００７５】
尚、第１０の実施の形態は、上記第１の実施の形態の構成に対して距離調整装置１０を加えるのみならず、上記第２の実施の形態〜第９の実施の形態の構成に加えることも可能である。
【００７６】
本発明の幾つかの実施の形態について説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の技術的範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の技術的範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７７】
１ 回転軸
２ タービン動翼
３ 非接触型変位計
４ 翼先端位置同定装置
５ 翼振動算出装置
６ 振動モード同定装置
７ 回転冶具
８ 回転数調整装置
９ 角度調整装置
１０ 距離調整装置
１１ 渦電流変位計
１２ 共振周波数検出装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種タービンの動翼等において発生する振動を計測するための翼振動計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンやガスタービン等の各種タービンの設計開発、製造においては、性能を向上させると共に事故を防止し信頼性を確保するためにタービンの動翼に発生する振動を計測する必要がある。
【０００３】
従来の翼の振動を計測する装置では、下記の特許文献１、２に記載された装置のように、近接センサを用いて翼の通過タイミングを計測し、通過タイミングの時間差に基づいて振動を求める手法を用いていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３１２９４０６号公報
【特許文献２】特許第３５３０４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した従来の翼振動計測装置では、翼の通過タイミングを数百ＭＨｚ以上の高いサンプリング周波数で計測する必要があると共に、測定した位相差（時間差）を変位に変換しなければならなかった。このため、測定の準備や測定データの解析に多くの時間やコストを要するという課題があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑み、翼の通過タイミングを計測する替わりに翼の回転軸方向の変位を直接計測することにより、計測に要する時間及びコストを低減することが可能な翼振動計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による翼振動計測装置は、
タービン動翼の回転軸方向の変位を計測して変位計測信号を出力する非接触型変位計と、
前記非接触型変位計から出力された前記変位計測信号を与えられ、前記非接触型変位計と前記タービン動翼の先端位置との間の距離に基づいて前記先端位置を同定する翼先端位置同定信号を出力する翼先端位置同定装置と、
前記翼先端位置同定装置から出力された前記翼先端位置同定信号を与えられ、前記非接触型変位計から前記タービン動翼の先端位置までの距離の時間的変化に基づき、前記タービン動翼の振動振幅と振動周波数とを算出する翼振動算出装置と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の翼振動計測装置によれば、タービン動翼の回転軸方向の変位を直接計測することにより、計測に要する時間及びコストを低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態による翼振動計測装置の配置及びブロック構成を示す説明図である。
【図２】同第１の実施の形態による翼振動計測装置による翼先端位置同定手法の説明図及び非接触型変位計からの出力電圧波形の時間的変化を示すグラフである。
【図３】同第１の実施の形態による翼振動計測装置におけるタービン動翼の先端位置と非接触型変位計との距離の変化を示す説明図及びグラフである。
【図４】本発明の第２の実施の形態による翼振動計測装置の配置及びブロック構成を示す説明図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態による翼振動計測装置の配置及びブロック構成を示す正面図及び側面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態による翼振動計測装置の配置及びブロック構成を示す正面図及び側面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態による翼振動計測装置により得られる回転軸方向の変位を示す変位曲線を表したグラフである。
【図８】本発明の第６の実施の形態による翼振動計測装置の配置及びブロック構成を示す説明図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態による翼振動計測装置により得られる出力から共振周波数を求める手法を示したグラフである。
【図１０】本発明の第８の実施の形態による翼振動計測装置の配置及びブロック構成を示す説明図である。
【図１１】同第８の実施の形態による翼振動計測装置により得られる出力から振動モード次数を求める手法を示した説明図及びグラフである。
【図１２】本発明の第９の実施の形態による翼振動計測装置の配置及びブロック構成を示す説明図である。
【図１３】同第９の実施の形態による翼振動計測装置において角度調整装置を用いてタービン動翼に対する非接触型変位計の相対的な角度を調整して所望の大きさの出力値が得られるようにする手法を示した説明図である。
【図１４】本発明の第１０の実施の形態による翼振動計測装置の配置及びブロック構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態による翼振動計測装置について、図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１に、本発明の第１の実施の形態による翼振動計測装置の構成を示す。
【００１２】
この装置は、非接触型変位計３と、翼先端位置同定装置４と、翼振動算出装置５とを備えている。
【００１３】
非接触型変位計３は、タービン動翼２に近接するように回転軸１に平行な向きに１個取り付けられており、図中紙面に垂直な方向に回転するタービン動翼２の回転軸方向の変位を直接計測して変位計測信号を出力する。
【００１４】
翼先端位置同定装置４は、非接触型変位計３から出力された変位計測信号を与えられ、翼先端位置の同定を行って同定した結果を示す翼先端位置同定信号を出力する。
【００１５】
翼振動算出装置５は、翼先端位置同定信号を与えられてタービン動翼２の振動振幅と振動周波数を算出する。
【００１６】
図２を用いて、渦電流変位計１１を非接触型変位計３として用いた場合にタービン動翼２の先端位置を同定する手順を説明する。
【００１７】
図２（ａ）に示されたように、タービン動翼２の翼列が回転し矢印で示された方向に移動し、渦電流変位計１１の前を通過することで、渦電流変位計１１からは図２（ｂ）に示されたような出力電圧波形が得られる。ここで、図２（ａ）において四角で示された渦電流変位計１１によるタービン動翼２の検出位置が、図２（ｂ）において出力電圧波形上で四角で示された位置に対応する。
【００１８】
また、図２（ａ）においてドット２ａ１、２ａ２、２ａ３で示されたタービン動翼２の先端位置が、図２（ｂ）においてドット１０１、１０２、１０３で示された出力電圧波形の最下端のピーク値に対応する。
【００１９】
翼先端位置同定装置４は、渦電流変位計１１から与えられた出力電圧波形におけるピーク値から、翼先端位置の同定を行い翼先端位置同定信号を出力し、翼振動算出装置５に与える。
【００２０】
図３を用いて、翼振動算出装置５による翼振動算出の手法を説明する。
【００２１】
図３（ａ）に示されたように、タービン動翼２に振動が発生すると、ドット２ａ１、２ａ２、２ａ３、２ａ４、２ａ５、２ａ６、２ａ７で示されたタービン動翼２の先端位置と渦電流変位計１１までの距離Ｘが変動する。この変動が、図２（ｂ）を用いて説明したドット１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７で示された出力電圧波形の最下端のピーク値の変動となる。そこで、翼先端位置同定装置４から出力された翼先端位置に対応した電圧を、翼振動算出装置５において図３（ｂ）に示されたように、翼先端位置と渦電流変位計１１との間の相対的な距離に換算し、得られた相対的な距離を時系列に記録する。このように記録された時系列データから、タービン動翼２の振動振幅と振動周波数を算出することができる。
【００２２】
第１の実施の形態によれば、タービン動翼の回転軸方向の変位を渦電流変位計により直接計測することにより、計測に要する時間及びコストを低減することが可能である。
【００２３】
尚、第１の実施の形態では、非接触型変位計３の一例として渦電流変位計１１を用いているが、これに限定されず非接触でタービン動翼２までの変位を計測し得るものであればよい。例えば、光ファイバ等を用いてもよい。光ファイバを用いた場合には、渦電流変位計とは逆にタービン動翼までの距離が近づくほど出力が高くなる関係にある。
【００２４】
（第２の実施の形態）
図４に、本発明の第２の実施の形態による翼振動計測装置の構成を示す。尚、上記第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００２５】
上記第１の実施の形態では１個の非接触型変位計３が使用されていたが、第２の実施の形態では、複数の非接触型変位計３がタービン動翼２の周方向に沿って配置された点で相違する。
【００２６】
ここでは図４に示されたように、４個の非接触型変位計３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄがタービン動翼２の周方向に沿って配置されている。４個の非接触型変位計３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが配置されたことに対応し、それぞれ独立して４個の翼先端位置同定装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、及び翼振動算出装置５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが配置されており、さらに翼振動算出装置５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄから出力されたタービン動翼の振動振幅と振動周波数を示す翼振動信号を与えられ振動モード次数を同定する振動モード同定装置６が配置されている。
【００２７】
非接触型変位計３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが回転するタービン動翼２との距離をそれぞれ計測し、得られた変位計測信号が対応する翼先端位置同定装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにそれぞれ入力される。翼先端位置同定装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにより、それぞれ変位計測信号の電圧波形に基づいて同定された翼先端位置を示す翼先端位置同定信号がそれぞれ対応する翼振動算出装置５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに出力される。
【００２８】
翼振動算出装置５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄにおいて、与えられたそれぞれの翼先端位置を示す翼先端位置同定信号に基づいてタービン動翼２の振動振幅及び振動周波数が算出され、得られた結果が振動モード同定装置６に出力される。
【００２９】
振動モード同定装置６において、タービン動翼２における非接触型変位計３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが配置された周方向の位置において検出された振動振幅及び振動周波数に基づいて、タービン動翼２の振動モード次数が同定される。
【００３０】
第２の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、タービン動翼の回転軸方向の変位を非接触型変位計により直接計測することにより、計測に要する時間及びコストを低減することが可能であることに加えて、複数の非接触型変位計を用いたことで振動モード次数を同定することができる。
【００３１】
ここで、観測が必要な振動モード次数の２倍の非接触型変位計が必要であり、例えば２次モードを観測するためには４個の非接触型変位計が必要である。しかし、非接触型変位計の数に伴いそれぞれ翼先端位置同定装置及び翼振動算出装置を同数設ける必要があり、コスト上昇を招く。このため、観測が必要な振動モード次数を設定する際にはこのようなコストを考慮する必要がある。
【００３２】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態について、その構成を示した正面図及びブロック図としての図５（ａ）及び側面図としての図５（ｂ）を用いて説明する。
【００３３】
上記第１の実施の形態、第２の実施の形態では、非接触型変位計３がタービン動翼２の回転軸１と平行に取り付けられている。これに対し第３の実施の形態では、非接触型変位計３が回転軸１に対し垂直かつ回転軸と同心に回転駆動可能な回転治具７に１個設置された点に特徴がある。尚、上記第１、第２の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３４】
回転治具７が回転駆動され非接触型変位計３が移動することで、タービン動翼２における同一半径内の異なる位置で、タービン動翼２の振動を非接触型変位計３で計測することができる。具体的には、タービン動翼２が回転している最中に、所望の位置まで回転治具７を用いて非接触型変位計３を移動させて測定を行う。これにより、１個の非接触型変位計３を用いて、複数の非接触型変位計３を用いてタービン動翼２の複数箇所における振動を計測した場合と同様の作用、効果が得られる。
【００３５】
非接触型変位計３から出力された変位計測信号が、上記第１の実施の形態と同様に翼先端位置同定装置４に与えられてタービン動翼２の先端位置が同定され、その結果が翼先端位置同定信号として翼振動算出装置５に与えられてタービン動翼２の振動振幅及び振動周波数が算出される。さらに、上記第２の実施の形態と同様に、タービン動翼２の同一半径内の異なる位置に移動された非接触型変位計３から出力された変位計測信号により翼先端位置同定装置４がタービン動翼２の先端位置を同定し、翼振動算出装置５により振動振幅及び振動周波数を算出し、これに基づいて振動モード同定装置６によりタービン動翼２の振動モード次数が同定される。
【００３６】
第３の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、タービン動翼の回転軸方向の変位を非接触型変位計により直接計測することで計測に要する時間及びコストを低減することが可能であると共に、１個の非接触型変位計により複数の非接触型変位計を用いた場合と同様に振動モード次数を同定することができるので、コスト低減に寄与する。
【００３７】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態について、その構成を示した図６を用いて説明する。
【００３８】
上記第３の実施の形態では、非接触型変位計３が回転軸１に対し垂直かつ回転軸と同心に回転駆動可能な回転治具７に１個設置されている。これに対し第４の実施の形態では、複数の非接触型変位計３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈが、回転軸１に垂直かつ回転軸と同心に設置された回転駆動可能な回転冶具７に設置された点に特徴がある。これに伴い、８個の非接触型変位計３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈのそれぞれに対応して８個の翼先端位置同定装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、及び８個の翼振動算出装置５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈが設けられ、さらに振動モード同定装置６が設けられている。尚、上記第１〜第３の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３９】
８個の非接触型変位計３ａ〜３ｈからそれぞれの位置における変位計測信号が出力され、対応する翼先端位置同定装置４ａ〜４ｈにより翼先端位置が同定され、その結果が翼振動算出装置５ａ〜５ｈに与えられてタービン動翼２の振動周波数及び振動振幅が算出され、振動モード同定装置６により振動モード次数が同定される。
【００４０】
第４の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、タービン動翼の回転軸方向の変位を非接触型変位計により直接計測することで計測に要する時間及びコストを低減することが可能であると共に、さらに回転冶具７を回転駆動させて、同一半径内における異なる位置においてタービン動翼２の振動を非接触型変位計３ａ〜３ｈにより計測することにより、非接触型変位計３の個数を増加させた場合と同様の効果が得られると共に、非接触型変位計３の個数を減らしてコストを低減することが可能である。
【００４１】
この第４の実施の形態では８個の非接触型変位計３ａ〜３ｈが設けられており、さらに回転治具７によりそれぞれの位置を移動させることができるため、４次モード以上の振動モード次数を検出することができる。
【００４２】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態について、その構成を示した図７を用いて説明する。
【００４３】
第５の実施の形態は、上記第４の実施の形態の構成において、少なくとも２個の非接触型変位計３が、タービン動翼２の周方向に沿って隣接するように設けられた構成を備えている。他の構成は上記第４の実施の形態と同様であり、重複する説明を省略する。
【００４４】
少なくとも２個の非接触型変位計３が隣接することで、隣接した２箇所の測定点における変位を計測した信号が後段の対応する翼先端位置同定装置にそれぞれ出力される。この変位計測信号が示す回転軸方向の変位を表した変位曲線において、図７に示されたようにドット１１１、１１２で示された隣接する２箇所の位置が特定される。これにより、タービン動翼２の振動モード次数に対応する変位曲線を同定することができる。
【００４５】
即ち、測定したい振動モード次数に対応した変位曲線の半周期分に対応したタービン動翼２上の距離に少なくとも２個の非接触型変位計３を設置することにより、タービン動翼２の振動モード次数に対応する変位曲線を同定することが可能となる。
【００４６】
第５の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、タービン動翼の回転軸方向の変位を非接触型変位計により直接計測することで計測に要する時間及びコストを低減することが可能であると共に、少なくとも２個の非接触型変位計を隣接配置したことにより振動モード次数に対応する変位曲線を同定することが可能である。
【００４７】
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態について、その構成を示した図８を用いて説明する。
【００４８】
第６の実施の形態では、上記第１の実施の形態における構成に加えて、さらに回転軸１に回転数調整装置８が設けられ、翼振動算出装置５から出力された振動振幅及び振動周波数に基づいて共振周波数を検出する共振周波数検出装置１２が設けられた点に特徴がある。他の構成は上記第１の実施の形態と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４９】
回転数調整装置８により回転軸１の回転数を少しずつ変化させていき、その都度計測され翼振動算出装置５により算出されたタービン動翼２の振動振幅が極大となるときの振動振幅を共振周波数検出装置１２が検出することで、タービン動翼２に共振現象が発生するときの共振周波数を求めることが可能である。
【００５０】
第６の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、タービン動翼の回転軸方向の変位を非接触型変位計により直接計測することで計測に要する時間及びコストを低減することが可能であると共に、回転軸に回転数調整装置を設けたことにより共振周波数を求めることが可能である。
【００５１】
（第７の実施の形態）
本発明の第７の実施の形態について、図９を用いて説明する。
【００５２】
第７の実施の形態は、図８に示された上記第６の実施の形態と同様の構成を備えており、重複する説明は省略する。
【００５３】
図８に示された構成において、先ずタービン動翼２を所定回転数で回転させてその時に計測され算出された振動振幅を共振周波数検出装置１２において基準振動振幅として記憶する。
【００５４】
次に、回転数調整装置８により回転軸１の回転数を変化させ、この時に計測され算出された振動振幅と基準振動振幅との振幅差分値を共振周波数検出装置１２が算出する。このような手順で、回転数を変化させる毎に、その時の振動振幅と基準振動振幅との振幅差分値を算出していく。図９に、このようにして得られた回転数に対する振幅差分値をドット１２１、１２２、１２３、…で示されたようにプロットしたグラフを示す。
【００５５】
このグラフにおけるドット１２４で示された極大値あるいは図示されていない極小値に基づいて、共振周波数検出装置１２によりタービン動翼２の共振周波数を算出することができる。
【００５６】
尚、上述した振幅差分値を求める処理をタービン翼２の１枚ごとに行うことによって、タービン翼２毎の取り付け誤差や形状誤差がもたらす計測誤差が相殺される。
【００５７】
また、上述の振幅差分値を求める処理は、回転軸１の回転数を変えるごとに逐次行っていく。このため、回転数が変化する際に生じるタービン動翼２の熱膨張や、遠心力による伸び、回転によるタービン動翼２の倒れ込み等の影響がもたらす計測誤差についても相殺される。
【００５８】
第７の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、タービン動翼の回転軸方向の変位を非接触型変位計により直接計測することで計測に要する時間及びコストを低減することが可能であると共に、回転軸１の回転数を変えて振幅差分値を求めていくことで、共振周波数を共振周波数を求めることが可能である。
【００５９】
（第８の実施の形態）
本発明の第８の実施の形態について、その構成を示した図１０を用いて説明する。
【００６０】
第８の実施の形態は、図４に示された第２の実施の形態における構成に加えて、さらに回転軸１に回転数調整装置８が設けられている。
【００６１】
回転数調整装置８により回転軸１の回転数を変化させていき、タービン動翼２に共振現象が発生した状態を図１１に示す。ここでは、４個の非接触型変位計３ａ〜３ｄを用いて一点鎖線１３１で示された３次の共振モードにおけるタービン動翼２の回転軸方向の変位を捉えた状態が模式的に示されている。非接触型変位計３ａ及び３ｃが配置された位置では、振幅が殆ど零であり節に相当する。非接触型変位計３ｂが配置された位置では、振幅が極大値をとり腹に相当する。非接触型変位計３ｄが配置された位置では、振幅が極小値をとる。
【００６２】
第７の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、タービン動翼の回転軸方向の変位を非接触型変位計により直接計測することで計測に要する時間及びコストを低減することが可能であると共に、複数の非接触型変位計を適当な間隔をおいてタービン動翼２の周方向に配置し、さらに回転数調整装置８により共振現象を発生させこの時の振動振幅を求めることにより、共振モードを同定することが可能である。
【００６３】
（第９の実施の形態）
本発明の第８の実施の形態について、図１２、図１３を参照して説明する。
【００６４】
第８の実施の形態は、図１２に示されたように、図１に示された上記第１の実施の形態の構成に加えて、非接触型変位計３の角度を調整する角度調整装置９をさらに備えている。上記第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の番号を付して、重複する説明は省略する。
【００６５】
一般に、非接触型変位計は、平行平板との距離を計測するために用いられ、対象物の平面に対する相対的な角度が垂直であるときに出力電圧が最大となる。
【００６６】
図１３（ａ）に示されたように、非接触型変位計３がタービン動翼２の平面に対して９０度と異なる角度θ１を有する場合に得られる出力電圧を、図１３（ｃ）の直線１３１に示す。さらに、図１３（ｂ）に示されたように、非接触型変位計３がタービン動翼２の平面に対して９０度である場合に得られる出力電圧を、図１３（ｃ）の直線１３２に示す。直線１３２のように最大となる出力電圧を得るためには、非接触型変位計３がタービン動翼２の平面に対して９０度となるように設定する必要がある。
【００６７】
例えば、非接触型変位計３が回転軸１に対して平行に設けられている場合、回転軸１に対してタービン動翼２の平面が約１０度傾斜していると、非接触型変位計３はタービン動翼２の平面に対して９０度に設置されていない状態になる。
【００６８】
そこで、測定開始前に予め角度調整装置９を用いて非接触型変位計３の角度を調整し、タービン動翼２との相対的な角度が９０度となるように設定する。
【００６９】
第８の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、タービン動翼の回転軸方向の変位を非接触型変位計により直接計測することで計測に要する時間及びコストを低減することが可能であると共に、非接触型変位計の出力を最大化することが可能である。
【００７０】
尚、第９の実施の形態は、上記第１の実施の形態の構成に対して角度調整装置９を加えるのみならず、上記第２の実施の形態〜第８の実施の形態の構成に加えることも可能である。
【００７１】
（第１０の実施の形態）
本発明の第１０の実施の形態について、その構成を示した図１４を参照して説明する。
【００７２】
第１０の実施の形態は、上記第１の実施の形態が備える構成に加えて、非接触型変位計３に距離調整装置１０が取り付けられた点に特徴がある。尚、上記第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７３】
一般に、非接触型変位計は対象物との距離に出力の大きさが比例すると共に、測定可能な距離が予め決まっている。そこで測定開始前に、図１４において矢印で示されたように、非接触型変位計３をタービン動翼２の回転軸方向に対して移動させて距離Ｘを調整することにより、所望の大きさの出力を得ることができる。
【００７４】
第１０の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、タービン動翼の回転軸方向の変位を非接触型変位計により直接計測することで計測に要する時間及びコストを低減することが可能であると共に、非接触型変位計３から所望の大きさの出力が得られるようにタービン動翼２と非接触型変位計３との距離を調整することが可能である。
【００７５】
尚、第１０の実施の形態は、上記第１の実施の形態の構成に対して距離調整装置１０を加えるのみならず、上記第２の実施の形態〜第９の実施の形態の構成に加えることも可能である。
【００７６】
本発明の幾つかの実施の形態について説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の技術的範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の技術的範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７７】
１ 回転軸
２ タービン動翼
３ 非接触型変位計
４ 翼先端位置同定装置
５ 翼振動算出装置
６ 振動モード同定装置
７ 回転冶具
８ 回転数調整装置
９ 角度調整装置
１０ 距離調整装置
１１ 渦電流変位計
１２ 共振周波数検出装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン動翼の回転軸方向の変位を計測して変位計測信号を出力する非接触型変位計と、
前記非接触型変位計から出力された前記変位計測信号を与えられ、前記非接触型変位計と前記タービン動翼の先端位置との間の距離に基づいて前記先端位置を同定する翼先端位置同定信号を出力する翼先端位置同定装置と、
前記翼先端位置同定装置から出力された前記翼先端位置同定信号を与えられ、前記非接触型変位計から前記タービン動翼の先端位置までの距離の時間的変化に基づき、前記タービン動翼の振動振幅と振動周波数とを算出する翼振動算出装置と、
を備えることを特徴とする翼振動計測装置。
【請求項２】
前記非接触型変位計が前記タービン動翼の周方向に沿って複数配置され、
前記翼先端位置同定装置及び前記翼振動算出装置が前記非接触型変位計のそれぞれに対応して複数設けられており、
前記翼振動算出装置のそれぞれから算出された前記タービン動翼の振動振幅と振動周波数とに基づいて、前記タービン動翼の振動モード次数を同定する振動モード同定装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の翼振動計測装置。
【請求項３】
前記非接触型変位計が１個配置され、
前記非接触型変位計を前記タービン動翼の周方向に沿って同一半径内で回転移動させる回転治具と、
前記回転治具により回転移動された前記非接触型変位計のそれぞれの位置毎に、前記翼振動算出装置から算出された前記タービン動翼の振動振幅と振動周波数とに基づいて、前記タービン動翼の振動モード次数を同定する振動モード同定装置とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の翼振動計測装置。
【請求項４】
前記非接触型変位計が前記タービン動翼の周方向に沿って複数配置され、
前記非接触型変位計のそれぞれを前記タービン動翼の周方向に沿って同一半径内で回転移動させる回転治具と、
前記回転治具により回転移動された複数の前記非接触型変位計のそれぞれの位置毎に、前記翼振動算出装置から算出された前記タービン動翼の振動振幅と振動周波数とに基づいて、前記タービン動翼の振動モード次数を同定する振動モード同定装置とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の翼振動計測装置。
【請求項５】
複数の前記非接触型変位計のうち少なくとも２個が前記タービン動翼の周方向に沿って隣接するように配置されており、この少なくとも２個の前記非接触型変位計から出力される前記変位計測信号に基づいて、前記タービン動翼の回転軸方向の変位曲線が特定が可能であることを特徴とする請求項４に記載の翼先端位置同定装置。
【請求項６】
前記タービン動翼の回転数を変化させるための回転数調整装置と、
前記回転数調整装置により前記タービン動翼の回転数が変化され、前記翼振動算出装置により算出された前記タービン動翼の振動振幅が極大となる共振状態における共振周波数を求める共振周波数検出装置とをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の翼振動計測装置。
【請求項７】
前記回転数調整装置により前記タービン動翼を所定回転数で回転させた時に前記翼振動算出装置により算出された振動振幅を前記共振周波数検出装置において基準振動振幅として記憶し、前記回転数調整装置により前記タービン動翼を前記所定回転数と異なる回転数で回転させた時に前記翼振動算出装置により算出された振動振幅と前記基準振動振幅との振幅差分値に基づいて前記共振周波数検出装置により共振周波数を求めることを特徴とする請求項６に記載の翼振動計測装置。
【請求項８】
前記タービン動翼の回転数を変化させるための回転数調整装置をさらに備え、
前記回転数調整装置により前記タービン動翼の回転数が変化され、前記翼振動算出装置により算出された前記タービン動翼の振動振幅が極大となる共振状態において、前記翼振動算出装置のそれぞれから算出された前記タービン動翼の振動振幅と、前記非接触型変位計のそれぞれから検出された前記タービン動翼の回転軸方向の変位とに基づいて、前記振動モード同定装置が、前記タービン動翼の前記共振状態における振動モード次数を同定することを特徴とする請求項２に記載の翼振動計測装置。
【請求項９】
前記タービン動翼に対する前記非接触型変位計の相対的な角度を調整するための角度調整装置をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の翼振動計測装置。
【請求項１０】
前記タービン動翼に対する前記非接触型変位計の相対的な距離を調整するための距離調整装置をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の翼振動計測装置。
【請求項１】
タービン動翼の回転軸方向の変位を計測して変位計測信号を出力する非接触型変位計と、
前記非接触型変位計から出力された前記変位計測信号を与えられ、前記非接触型変位計と前記タービン動翼の先端位置との間の距離に基づいて前記先端位置を同定する翼先端位置同定信号を出力する翼先端位置同定装置と、
前記翼先端位置同定装置から出力された前記翼先端位置同定信号を与えられ、前記非接触型変位計から前記タービン動翼の先端位置までの距離の時間的変化に基づき、前記タービン動翼の振動振幅と振動周波数とを算出する翼振動算出装置と、
を備えることを特徴とする翼振動計測装置。
【請求項２】
前記非接触型変位計が前記タービン動翼の周方向に沿って複数配置され、
前記翼先端位置同定装置及び前記翼振動算出装置が前記非接触型変位計のそれぞれに対応して複数設けられており、
前記翼振動算出装置のそれぞれから算出された前記タービン動翼の振動振幅と振動周波数とに基づいて、前記タービン動翼の振動モード次数を同定する振動モード同定装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の翼振動計測装置。
【請求項３】
前記非接触型変位計が１個配置され、
前記非接触型変位計を前記タービン動翼の周方向に沿って同一半径内で回転移動させる回転治具と、
前記回転治具により回転移動された前記非接触型変位計のそれぞれの位置毎に、前記翼振動算出装置から算出された前記タービン動翼の振動振幅と振動周波数とに基づいて、前記タービン動翼の振動モード次数を同定する振動モード同定装置とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の翼振動計測装置。
【請求項４】
前記非接触型変位計が前記タービン動翼の周方向に沿って複数配置され、
前記非接触型変位計のそれぞれを前記タービン動翼の周方向に沿って同一半径内で回転移動させる回転治具と、
前記回転治具により回転移動された複数の前記非接触型変位計のそれぞれの位置毎に、前記翼振動算出装置から算出された前記タービン動翼の振動振幅と振動周波数とに基づいて、前記タービン動翼の振動モード次数を同定する振動モード同定装置とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の翼振動計測装置。
【請求項５】
複数の前記非接触型変位計のうち少なくとも２個が前記タービン動翼の周方向に沿って隣接するように配置されており、この少なくとも２個の前記非接触型変位計から出力される前記変位計測信号に基づいて、前記タービン動翼の回転軸方向の変位曲線が特定が可能であることを特徴とする請求項４に記載の翼先端位置同定装置。
【請求項６】
前記タービン動翼の回転数を変化させるための回転数調整装置と、
前記回転数調整装置により前記タービン動翼の回転数が変化され、前記翼振動算出装置により算出された前記タービン動翼の振動振幅が極大となる共振状態における共振周波数を求める共振周波数検出装置とをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の翼振動計測装置。
【請求項７】
前記回転数調整装置により前記タービン動翼を所定回転数で回転させた時に前記翼振動算出装置により算出された振動振幅を前記共振周波数検出装置において基準振動振幅として記憶し、前記回転数調整装置により前記タービン動翼を前記所定回転数と異なる回転数で回転させた時に前記翼振動算出装置により算出された振動振幅と前記基準振動振幅との振幅差分値に基づいて前記共振周波数検出装置により共振周波数を求めることを特徴とする請求項６に記載の翼振動計測装置。
【請求項８】
前記タービン動翼の回転数を変化させるための回転数調整装置をさらに備え、
前記回転数調整装置により前記タービン動翼の回転数が変化され、前記翼振動算出装置により算出された前記タービン動翼の振動振幅が極大となる共振状態において、前記翼振動算出装置のそれぞれから算出された前記タービン動翼の振動振幅と、前記非接触型変位計のそれぞれから検出された前記タービン動翼の回転軸方向の変位とに基づいて、前記振動モード同定装置が、前記タービン動翼の前記共振状態における振動モード次数を同定することを特徴とする請求項２に記載の翼振動計測装置。
【請求項９】
前記タービン動翼に対する前記非接触型変位計の相対的な角度を調整するための角度調整装置をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の翼振動計測装置。
【請求項１０】
前記タービン動翼に対する前記非接触型変位計の相対的な距離を調整するための距離調整装置をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の翼振動計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−６１２２４（Ｐ２０１３−６１２２４Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９９４５２（Ｐ２０１１−１９９４５２）
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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