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JP2013083568A - Blade vibration measuring device - Google Patents

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JP2013083568A
JP2013083568A JP2011224050A JP2011224050A JP2013083568A JP 2013083568 A JP2013083568 A JP 2013083568A JP 2011224050 A JP2011224050 A JP 2011224050A JP 2011224050 A JP2011224050 A JP 2011224050A JP 2013083568 A JP2013083568 A JP 2013083568A
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JP
Japan
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blade
displacement
vibration
tip position
turbine
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Pending
Application number
JP2011224050A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Nakayama
山 幸 一 中
Kenji Ozaki
崎 健 司 尾
Hisashi Matsuda
田 寿 松
Hitoshi Sakakida
田 均 榊
Toshio Hirano
野 俊 夫 平
Toshimasa Hirate
手 利 昌 平
Sueyoshi Mizuno
野 末 良 水
Ikuo Saito
藤 育 夫 齊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2011224050A priority Critical patent/JP2013083568A/en
Priority to CH01644/12A priority patent/CH705536B1/en
Priority to DE102012216160A priority patent/DE102012216160A1/en
Priority to US13/613,398 priority patent/US9057682B2/en
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

【課題】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数百kHzオーダの応答周波数で精度良く直接測定することにより、計測に要する時間及びコストを低減する。
【解決手段】タービン動翼の周方向に複数配置され回転軸方向の変位を計測し変位計測信号を出力する非接触型変位計3a〜3d、変位計測信号に基づき先端位置を同定した翼先端位置同定信号を出力する翼先端位置同定装置4a〜4d、翼先端位置同定信号に基づき振動振幅と振動周波数を算出する翼振動算出装置5a〜5d、振動振幅と振動周波数に基づき振動モード次数を同定する振動モード同定装置6を備え、翼先端位置同定装置は複数の測定点の変位にカーブフィッティングを行って曲線を求めピーク位置から先端位置を同定する。
【選択図】図1
Instead of measuring the passage timing of a blade, the time and cost required for the measurement are reduced by directly measuring the displacement of the blade in the rotational axis direction with a response frequency of the order of several hundred kHz.
A plurality of non-contact displacement gauges 3a to 3d that are arranged in a circumferential direction of a turbine rotor blade and measure displacement in a rotation axis direction and output a displacement measurement signal, and a blade tip position whose tip position is identified based on the displacement measurement signal Blade tip position identification devices 4a to 4d that output identification signals, blade vibration calculation devices 5a to 5d that calculate vibration amplitudes and vibration frequencies based on blade tip position identification signals, and vibration mode orders are identified based on vibration amplitudes and vibration frequencies. A vibration mode identification device 6 is provided, and the blade tip position identification device performs curve fitting on the displacement of a plurality of measurement points to obtain a curve, and identifies the tip position from the peak position.
[Selection] Figure 1

Description

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。   The present invention relates to a blade vibration measuring apparatus for measuring vibrations generated in moving blades of various turbines.

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。   In the design and development and manufacture of various turbines such as steam turbines and gas turbines, it is necessary to measure vibrations generated in turbine blades in order to improve performance, prevent accidents and ensure reliability.

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。   In the conventional device for measuring the vibration of the blade, as in the devices described in Patent Documents 1 and 2 below, the passage timing of the blade is measured using a proximity sensor, and the vibration is obtained based on the time difference of the passage timing. The method was used.

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により高精度で計測する必要があった。このため、高いサンプリング周波数と高い時間分解能を有するデータ集録装置を準備する必要があった。   However, in the conventional blade vibration measuring device described above, it is necessary to measure the passage timing of the blade with high accuracy by a high sampling frequency of several hundred MHz or more. Therefore, it is necessary to prepare a data acquisition device having a high sampling frequency and a high time resolution.

また、高い時刻計測精度を得るために、集録装置の性能のみならず、測定信号の伝送時間にも注意を払う必要があり、さらに、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。   In addition, in order to obtain high time measurement accuracy, it is necessary to pay attention not only to the performance of the acquisition device but also to the transmission time of the measurement signal, and the measured phase difference (time difference) must be converted into displacement. There wasn't. Therefore, there is a problem that much time and cost are required for measurement preparation and measurement data analysis.

一方、近接センサの替わりに、非接触型変位計を用いて翼振動を直接計測する方法も下記の特許文献3において記載されている。   On the other hand, a method of directly measuring blade vibration using a non-contact displacement meter instead of a proximity sensor is also described in Patent Document 3 below.

この方法は、数百kHz程度のサンプリング周波数で測定を行うため、データ集録装置に要求される時間分解能も比較的低く、測定系の準備やデータ解析も比較的容易である。   Since this method performs measurement at a sampling frequency of about several hundred kHz, the time resolution required for the data acquisition device is relatively low, and preparation of the measurement system and data analysis are relatively easy.

しかし、蒸気タービン等の最終段翼のような大型の回転翼を測定する際には、翼の回転速度にサンプリングが追いつかず、一定位置の変位を捉えることができないため高精度で翼振動の計測を行うことが困難であった。   However, when measuring large rotor blades such as the last stage blades such as steam turbines, sampling cannot catch up with the rotation speed of the blades, and it is impossible to capture displacement at a fixed position, so blade vibration can be measured with high accuracy. It was difficult to do.

特許第3129406号公報Japanese Patent No. 3129406 特許第3530474号公報Japanese Patent No. 3530474 特開2003−177059号公報JP 2003-177059 A

上述したように、非接触で翼振動を計測する装置は、近接センサを用いた場合に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と共に、測定した位相差を変位に変換する必要があった。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。   As described above, a device that measures blade vibration in a non-contact manner measures the blade passage timing at a high sampling frequency of several hundred MHz or more and converts the measured phase difference into displacement when a proximity sensor is used. There was a need to do. Therefore, there is a problem that much time and cost are required for measurement preparation and measurement data analysis.

変位を直接測定する場合は、用いる非接触型変位計の応答周波数が最高でも数百kHz程度であり、高速で回転する翼の一定位置の変位を正確に測定することが困難となるため、高精度で翼振動の計測を行うことが困難であるという課題があった。   When measuring the displacement directly, the response frequency of the non-contact displacement meter used is about several hundred kHz at the maximum, making it difficult to accurately measure the displacement at a fixed position of the blade rotating at high speed. There was a problem that it was difficult to measure blade vibration with high accuracy.

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数百kHzオーダの応答周波数で精度良く直接測定することにより、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。   In view of the above circumstances, the present invention reduces the time and cost required for measurement by directly measuring the displacement of the blade in the rotational axis direction with a response frequency on the order of several hundred kHz instead of measuring the passage timing of the blade. An object of the present invention is to provide a blade vibration measuring apparatus capable of performing the above.

本発明の一態様による翼振動計測装置は、
タービン動翼の周方向に沿って複数配置され、前記タービン動翼の回転軸方向の変位をそれぞれ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に対応して複数設けられ、前記非接触型変位計から出力された対応する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それぞれ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に対応して複数設けられ、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、
前記翼振動算出装置のそれぞれから出力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、
を備え、
前記翼先端位置同定装置のそれぞれは、与えられた前記変位計測信号に含まれる複数の測定点における変位にカーブフィッティングを行い相互間を補間して曲線を求め、この曲線のピーク位置から前記タービン動翼の先端位置を同定することを特徴とする。
A blade vibration measuring apparatus according to an aspect of the present invention is provided.
A non-contact displacement meter that is arranged in a plurality along the circumferential direction of the turbine rotor blade and that measures a displacement in the rotational axis direction of the turbine rotor blade and outputs a displacement measurement signal;
A plurality of non-contact displacement gauges are provided corresponding to the displacement measurement signals output from the non-contact displacement gauges, and the non-contact displacement gauges and the tip positions of the turbine blades A blade tip position identification device that outputs a blade tip position identification signal that identifies the tip position based on each distance between;
A plurality of blade tip position identification devices are provided corresponding to the blade tip position identification device, the blade tip position identification signal output from the blade tip position identification device is given, and from the non-contact displacement meter to the tip position of the turbine blade A blade vibration calculation device for calculating a vibration amplitude and a vibration frequency of the turbine rotor blade based on a temporal change in distance;
A vibration mode identification device for identifying the vibration mode order of the turbine blade based on the vibration amplitude and vibration frequency of the turbine blade output from each of the blade vibration calculation devices;
With
Each of the blade tip position identification devices performs curve fitting on the displacement at a plurality of measurement points included in the given displacement measurement signal and interpolates between them to obtain a curve, and the turbine motion is determined from the peak position of the curve. It is characterized by identifying the tip position of the wing.

また、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数を変化させるための回転数調整装置と、
前記タービン動翼のそれぞれの翼が所定位置を通過する毎に回転同期パルスを出力する回転同期パルス生成装置と、
前記タービン動翼の周方向に沿って複数配置され、前記回転同期パルスを与えられた時点における前記タービン動翼の回転軸方向の変位をそれぞれ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に対応して複数設けられ、前記非接触型変位計から出力された対応する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における前記回転同期パルスに対応した同一点との間のそれぞれの距離を示す同一点変位信号を出力する翼同一点測定装置と、
前記翼同一点測定装置からそれぞれ出力された前記同一点測定信号を与えられ、前記タービン動翼のそれぞれの翼毎に対応して並び替えた時系列変位信号を出力する翼基準並び替え装置と、
前記翼基準並び替え装置から出力された前記時系列変位信号を与えられ、高速フーリエ変換を行って高速フーリエ変換結果信号を出力するFET演算装置と、
前記FET演算装置から出力された前記高速フーリエ変換結果信号を与えられ、キャンベル線図を作成して前記タービン動翼の振動特性を評価するキャンベル線図作成装置と、
を備えることを特徴とする。
Further, the blade vibration measuring device according to one aspect of the present invention,
A rotational speed adjusting device for changing the rotational speed of the turbine blade,
A rotation synchronization pulse generating device that outputs a rotation synchronization pulse every time each blade of the turbine blade passes a predetermined position;
A non-contact displacement meter that is arranged in a plurality along the circumferential direction of the turbine blade and that measures the displacement in the rotation axis direction of the turbine blade at the time when the rotation synchronization pulse is given and outputs a displacement measurement signal When,
A plurality of the non-contact displacement gauges are provided corresponding to the displacement measurement signals output from the non-contact displacement gauges, and the rotation synchronization pulses in the non-contact displacement gauges and the turbine blades are provided. A blade identical point measuring device that outputs the same point displacement signal indicating the respective distances between the same point corresponding to
The blade reference rearrangement device that is provided with the same point measurement signal output from the blade identical point measurement device and outputs a time series displacement signal rearranged corresponding to each blade of the turbine blade,
FET arithmetic unit which is given the time series displacement signal output from the wing reference rearrangement device, performs a fast Fourier transform and outputs a fast Fourier transform result signal, and
A Campbell diagram creation device that is provided with the fast Fourier transform result signal output from the FET arithmetic unit, creates a Campbell diagram and evaluates vibration characteristics of the turbine blade,
It is characterized by providing.

本発明の翼振動計測装置によれば、翼の回転軸方向の変位を数百kHzオーダの応答周波数で高精度で直接測定することにより、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。   According to the blade vibration measuring device of the present invention, it is possible to reduce the time and cost required for measurement by directly measuring the displacement of the blade in the rotation axis direction at a response frequency on the order of several hundred kHz with high accuracy. .

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ブロック図及び正面図である。It is the block diagram and front view which show the structure of the blade vibration measuring device by the 1st Embodiment of this invention. 同第1の実施の形態による翼振動計測装置の構成を示すブロック図及び側面図である。It is the block diagram and side view which show the structure of the blade vibration measuring device by the 1st Embodiment. 同第1の実施の形態において翼先端位置を同定する手法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the method of identifying a blade tip position in the said 1st Embodiment. 同第1の実施の形態において翼振動振幅及び振動周波数を算出する手法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the method of calculating a blade vibration amplitude and vibration frequency in the said 1st Embodiment. 同第1の実施形態において非接触型変位計の出力信号の複数の測定点に対してカーブフィットを行う手法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the method of performing curve fitting with respect to the several measurement point of the output signal of a non-contact-type displacement meter in the said 1st Embodiment. 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ブロック図及び正面図である。It is the block diagram and front view which show the structure of the blade vibration measuring device by the 2nd Embodiment of this invention. 同第2の実施の形態による翼振動計測装置の構成を示すブロック図及び側面図である。It is the block diagram and side view which show the structure of the blade vibration measuring device by the 2nd embodiment. 同第2の実施の形態において、翼先端位置を翼毎に並べ替えてカーブフィッティングを行う手法を示した説明図である。In the 2nd Embodiment, it is explanatory drawing which showed the method of rearranging a blade tip position for every blade and performing curve fitting. 本発明の第3の実施の形態による翼振動計測装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the blade vibration measuring device by the 3rd Embodiment of this invention. 同第3の実施の形態においてタービン動翼の同一点における変位を回転同期パルスを用いて計測する手法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the method of measuring the displacement in the same point of a turbine rotor blade using a rotation synchronous pulse in the said 3rd Embodiment. 同第3の実施の形態においてタービン動翼2の同一点における変位信号に高速フーリエ変換を行って得られた周波数に対する振動振幅の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the vibration amplitude with respect to the frequency obtained by performing a fast Fourier transform to the displacement signal in the same point of the turbine rotor blade 2 in the said 3rd Embodiment. 同第3の実施の形態においてタービン動翼2の回転数毎に図11の結果を取得し横軸を回転数、縦軸を振動周波数としてプロットしたキャンベル線図である。FIG. 12 is a Campbell diagram in which the result of FIG. 11 is acquired for each rotation speed of the turbine rotor blade 2 and plotted with the horizontal axis representing the rotation speed and the vertical axis representing the vibration frequency in the third embodiment. 本発明の第4の実施の形態による翼振動計測装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the blade vibration measuring device by the 4th Embodiment of this invention. 同第4の実施の形態による翼振動計測装置により計測が可能な2次の共振モード発生時の変位を示すグラフである。It is a graph which shows the displacement at the time of secondary resonance mode generation | occurrence | production which can be measured with the blade vibration measuring device by the same 4th Embodiment. 同第4の実施の形態による翼振動計測装置により計測が可能な4次の共振モード発生時の変位を示すグラフである。It is a graph which shows the displacement at the time of 4th resonance mode generation | occurrence | production which can be measured with the blade vibration measuring device by the 4th embodiment. 同第4の実施の形態による翼振動計測装置により計測が可能な8次の共振モード発生時の変位を示すグラフである。It is a graph which shows the displacement at the time of generation | occurrence | production of the 8th resonance mode which can be measured with the blade vibration measuring device by the same 4th Embodiment.

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。   Hereinafter, a blade vibration measuring device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(1)第1の実施の形態
本発明の第1の実施の形態の構成を示す図として、図1にタービン動翼2の正面図、図2に側面図を示す。
(1) 1st Embodiment As a figure which shows the structure of the 1st Embodiment of this invention, the front view of the turbine rotor blade 2 is shown in FIG. 1, and a side view is shown in FIG.

回転軸1に取り付けられたタービン動翼2の回転軸方向の変位を計測するため、タービン動翼2の周方向に沿って所定間隔を開けて、同一半径上に複数の非接触型変位計3a、3b、3c、3dが配置されている。   In order to measure the displacement in the rotational axis direction of the turbine rotor blade 2 attached to the rotary shaft 1, a plurality of non-contact type displacement meters 3a are arranged on the same radius at predetermined intervals along the circumferential direction of the turbine rotor blade 2. 3b, 3c, 3d are arranged.

それぞれの非接触型変位計3a、3b、3c、3dから出力さ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に入力され、タービン翼2の先端位置の同定が行われてその結果を示す翼先端位置同定信号が出力される。   Displacement measurement signals output from the respective non-contact displacement gauges 3a, 3b, 3c, and 3d are input to the corresponding blade tip position identification devices 4a, 4b, 4c, and 4d, and the tip position of the turbine blade 2 is identified. Then, a blade tip position identification signal indicating the result is output.

翼先端位置同定信号は、対応する翼振動算出装置5a、5b、5c、5dに与えられ、タービン動翼2の振動振幅及び振動周波数が算出され振動モード同定装置6に出力される。   The blade tip position identification signal is given to the corresponding blade vibration calculation devices 5a, 5b, 5c, and 5d, and the vibration amplitude and vibration frequency of the turbine rotor blade 2 are calculated and output to the vibration mode identification device 6.

振動モード同定装置6において、非接触型変位計3a、3b、3c、3dの設置位置におけるそれぞれの振動振幅及び振動周波数に基づいて、振動モード次数が求められる。   In the vibration mode identification device 6, the vibration mode order is obtained based on the vibration amplitude and vibration frequency at the installation positions of the non-contact displacement meters 3a, 3b, 3c, and 3d.

ここで、翼先端位置同定装置4a、4b、4c、4dにおいて翼先端位置を同定する手法について図3を用いて説明する。   Here, a method for identifying the blade tip position in the blade tip position identification devices 4a, 4b, 4c, and 4d will be described with reference to FIG.

図3(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する。非接触型変位計3a、3b、3c、3dのうち、一例として非接触型変位計3aの前をタービン動翼2の翼列が通過することで、非接触型変位計3aからは図3(b)に示されたような電圧波形を有する変位計測信号が出力される。ここで、図3(a)において四角で示された非接触型変位計3aによるタービン動翼2の検出位置が、図3(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。   As shown in FIG. 3A, the blade row of the turbine rotor blade 2 rotates and moves in the direction indicated by the arrow. Of the non-contact displacement gauges 3a, 3b, 3c, and 3d, as an example, the blade row of the turbine rotor blade 2 passes in front of the non-contact displacement gauge 3a. A displacement measurement signal having a voltage waveform as shown in b) is output. Here, the detection position of the turbine rotor blade 2 by the non-contact displacement meter 3a indicated by the square in FIG. 3A corresponds to the position indicated by the square on the output voltage waveform in FIG. 3B. .

また、図3(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3(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。   Further, the tip position of the turbine rotor blade 2 indicated by dots 2a1, 2a2, and 2a3 in FIG. 3A is the lowest end of the output voltage waveform indicated by dots 101, 102, and 103 in FIG. 3B. Corresponds to the peak value.

図4を用いて、翼振動算出装置5によるタービン翼2の振動振幅及び振動周波数を算出する手法について説明する。   A method for calculating the vibration amplitude and vibration frequency of the turbine blade 2 by the blade vibration calculation device 5 will be described with reference to FIG.

図4(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の先端位置と非接触型変位計3までの距離Xが変動する。この変動が、図4(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4aから出力された翼先端位置に対応した電圧が、翼振動算出装置5aにおいて、図4(b)に示されたように翼先端位置と非接触型変位計3aとの間の相対的な距離に換算され、得られた相対的な距離が時系列に記録される。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。   As shown in FIG. 4A, when vibration occurs in the turbine rotor blade 2, it does not contact the tip position of the turbine rotor blade 2 indicated by dots 2a1, 2a2, 2a3, 2a4, 2a5, 2a6, 2a7. The distance X to the mold displacement meter 3 varies. This variation is a variation in the peak value at the lowest end of the output voltage waveform indicated by the dots 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107 described with reference to FIG. Therefore, the voltage corresponding to the blade tip position output from the blade tip position identification device 4a is applied to the blade tip position and the non-contact displacement meter 3a in the blade vibration calculation device 5a as shown in FIG. Is converted into a relative distance between the two, and the obtained relative distance is recorded in time series. From the time-series data recorded in this way, the vibration amplitude and vibration frequency of the turbine rotor blade 2 can be calculated.

さらに第1の実施の形態では、翼先端位置同定装置4a、4b、4c、4dにおいてそれぞれタービン動翼2の先端位置を同定する際に、カーブフィッティングを行う点に特徴がある。   Furthermore, the first embodiment is characterized in that curve fitting is performed when the tip position of the turbine rotor blade 2 is identified in each of the blade tip position identification devices 4a, 4b, 4c, and 4d.

図5(a)において、非接触型変位計3a、3b、3c、3d、3e、3fのうち、例えば非接触型変位計3aによりタービン動翼2までの距離が計測される。タービン動翼2が非接触型変位計3aの前を通過するときに、タービン動翼2におけるサンプリングのタイミングに対応した不連続な翼測定位置2a11、2a12、2a13、2a14、2a15との距離が計測され変位計測信号が出力される。   In FIG. 5A, the distance to the turbine rotor blade 2 is measured by, for example, the non-contact displacement meter 3a among the non-contact displacement meters 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, and 3f. When the turbine blade 2 passes in front of the non-contact displacement gauge 3a, the distance to the discontinuous blade measurement positions 2a11, 2a12, 2a13, 2a14, 2a15 corresponding to the sampling timing in the turbine blade 2 is measured. The displacement measurement signal is output.

このような変位計測信号が翼先端位置同定装置4aに入力されると、不連続な翼計測位置2a11、2a12、2a13、2a14、2a15における計測値がサンプリングされ記憶される。   When such a displacement measurement signal is input to the blade tip position identification device 4a, the measurement values at the discontinuous blade measurement positions 2a11, 2a12, 2a13, 2a14, and 2a15 are sampled and stored.

そして、それぞれの翼測定位置2a11、2a12、2a13、2a14、2a15における測定値に対して、相互間を補間するように例えば最小二乗法等が用いられカーブフィッティングが行われることにより、点線で示されたような曲線Sが求まる。この曲線Sにおけるピーク値から、翼先端推定位置2a14が求められる。   The measured values at the respective blade measurement positions 2a11, 2a12, 2a13, 2a14, 2a15 are indicated by dotted lines by curve fitting using, for example, a least square method so as to interpolate between them. A curve S like this is obtained. From the peak value in this curve S, the blade tip estimated position 2a14 is obtained.

タービン動翼2の回転速度が高速になると、非接触型変位計を用いて翼先端位置の同定を行うことが困難になる。そこで、翼先端付近の複数の計測位置における非接触型変位計からの変位計測信号の電圧値がサンプリングされて取得され、これらの値に対してカーブフィッティングが行われる。このようにして得られた曲線Sのピーク値を翼先端位置と同定することで、翼先端位置同定の精度を向上させることができる。サンプリング周波数は高いほど翼先端位置同定の精度は高くなるが、処理量が増大するため処理時間及びコストを勘案し、例えば数百kHzオーダ程度の周波数に設定してもよい。   When the rotational speed of the turbine rotor blade 2 becomes high, it becomes difficult to identify the blade tip position using a non-contact displacement meter. Therefore, the voltage values of the displacement measurement signal from the non-contact displacement meter at a plurality of measurement positions near the blade tip are sampled and acquired, and curve fitting is performed on these values. By identifying the peak value of the curve S thus obtained as the blade tip position, the accuracy of blade tip position identification can be improved. The higher the sampling frequency, the higher the accuracy of blade tip position identification. However, since the amount of processing increases, the processing time and cost may be taken into consideration, and the frequency may be set to, for example, about several hundred kHz.

第1の実施の形態によれば、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数百kHzオーダの応答周波数で精度良く直接測定することにより、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。   According to the first embodiment, instead of measuring the passage timing of the blade, the time and cost required for measurement are measured by directly measuring the displacement of the blade in the rotational axis direction with a response frequency of the order of several hundred kHz. Can be reduced.

尚、測定値にカーブフィッティングを行う際に、予めタービン動翼2の形状を示すデータを図示されていない記憶装置等に記憶しておき、このデータを用いてカーブフィッティングを行うことで、タービン動翼2の曲線形状を精度良く求めることができる。さらに、タービン動翼2は運転状態により変化するが、それぞれの運転状態における形状データを記憶しておくことで、より高精度で曲線形状を求めて翼先端位置の同定を行うことができる。   When curve fitting is performed on the measured value, data indicating the shape of the turbine rotor blade 2 is stored in advance in a storage device (not shown), and the curve fitting is performed by using this data to perform turbine motion. The curved shape of the blade 2 can be obtained with high accuracy. Furthermore, although the turbine rotor blade 2 changes depending on the operation state, storing the shape data in each operation state makes it possible to obtain the curve shape with higher accuracy and identify the blade tip position.

(2)第2の実施の形態
本発明の第2の実施の形態の構成を示す図として、図6にタービン動翼2の正面図、図7に側面図を示す。
(2) Second Embodiment As diagrams showing the configuration of the second embodiment of the present invention, FIG. 6 is a front view of the turbine rotor blade 2, and FIG. 7 is a side view thereof.

第2の実施の形態は、上記第1の実施の形態の構成において、回転軸1の回転数を変化させるための回転数調整装置8がさらに設けられた点が相違する。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。   The second embodiment is different from the configuration of the first embodiment in that a rotation speed adjusting device 8 for changing the rotation speed of the rotary shaft 1 is further provided. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

回転軸1を所定回転数で回転させたときに、翼先端位置同定装置4a、4b、4c、4dにおいてそれぞれタービン動翼2の翼先端位置の同定が行われ、翼先端位置同定信号が出力される。上記第1の実施の形態と同様に、翼先端位置同定信号が対応する翼振動算出装置5a、5b、5c、5dに与えられ、タービン動翼2の振動振幅及び振動周波数が算出されて振動モード同定装置6に出力される。   When the rotary shaft 1 is rotated at a predetermined rotational speed, the blade tip position identification devices 4a, 4b, 4c, and 4d identify the blade tip position of the turbine rotor blade 2, and output a blade tip position identification signal. The As in the first embodiment, the blade tip position identification signal is given to the corresponding blade vibration calculation devices 5a, 5b, 5c, and 5d, and the vibration amplitude and vibration frequency of the turbine rotor blade 2 are calculated and the vibration mode is calculated. It is output to the identification device 6.

振動モード同定装置6には、翼振動算出装置5a、5b、5c、5dから振動振幅、振動周波数が与えられると共に、非接触型変位計3a、3b、3c、3dから出力された変位計測信号が与えられる。   The vibration mode identification device 6 is provided with vibration amplitude and vibration frequency from the blade vibration calculation devices 5a, 5b, 5c, and 5d, and displacement measurement signals output from the non-contact displacement meters 3a, 3b, 3c, and 3d. Given.

振動モード同定装置6において、この変位計測信号に含まれる翼先端位置を示すデータが、タービン動翼2における翼毎に並び替えられて共振モード次数の判定が行われる。具体的には、非接触型変位計3a、3b、3c、3dのそれぞれの前を翼が順に通過して得られた変位計測値が、各翼毎に収集される。   In the vibration mode identification device 6, data indicating the blade tip position included in the displacement measurement signal is rearranged for each blade in the turbine rotor blade 2 to determine the resonance mode order. Specifically, displacement measurement values obtained by the blades sequentially passing in front of the non-contact displacement meters 3a, 3b, 3c, and 3d are collected for each blade.

回転数調整装置8により回転軸1の回転数が変化し共振現象が発生すると、図8に示されるようなある一つの翼が1回転する間に変位が規則的に変化するグラフが得られる。この変位が変化する曲線をサイン曲線に近似する。サンプリングにより得られた不連続の変位計測値に対し、振動モード同定装置6においてカーブフィッティングが行われ、共振モードが同定される。   When the rotational speed of the rotating shaft 1 is changed by the rotational speed adjusting device 8 and a resonance phenomenon occurs, a graph in which the displacement regularly changes during one rotation of one blade as shown in FIG. 8 is obtained. A curve in which the displacement changes is approximated to a sine curve. The vibration mode identification device 6 performs curve fitting on the discontinuous displacement measurement values obtained by sampling, and the resonance mode is identified.

このように、共振状態において不連続な変位計測値をサイン曲線にカーブフィッティングすることにより、非接触型変位計3の個数を減らすことができるため計測に要するコストを低減することができる。   In this way, by performing curve fitting of discontinuous displacement measurement values in a resonance state to a sine curve, the number of non-contact type displacement meters 3 can be reduced, so that the cost required for measurement can be reduced.

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、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数百kHzオーダの応答周波数で精度良く直接測定することにより、計測に要する時間及びコストを低減することができると共に、共振発生時における不連続な変位計測値をサイン曲線にカーブフィッティングすることで非接触型変位計3の個数を減らしコスト低減に寄与することができる。   According to the second embodiment, as in the first embodiment, instead of measuring the passage timing of the blade, the displacement in the direction of the rotation axis of the blade is directly directly measured with a response frequency on the order of several hundred kHz. By measuring, the time and cost required for measurement can be reduced, and the number of non-contact displacement gauges 3 can be reduced by curve fitting the discontinuous displacement measurement values at the time of resonance to a sine curve. Can contribute.

(3)第3の実施の形態
本発明の第3の実施の形態による翼振動計測装置について、図9を参照して説明する。
(3) Third Embodiment A blade vibration measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

タービン動翼2の周方向に沿って、16個の非接触型変位計3a、3b、3c、…、3pが配置されている。   Sixteen non-contact displacement meters 3a, 3b, 3c,..., 3p are arranged along the circumferential direction of the turbine rotor blade 2.

さらに、タービン動翼2の所定位置に、回転同期パルス生成装置11が設置されており、タービン動翼2の任意の翼が所定位置を通過する毎に回転同期パルスが生成されて、各々の非接触型変位計3a、3b、3c、…、3pに与えられる。   Further, a rotation synchronization pulse generator 11 is installed at a predetermined position of the turbine rotor blade 2, and a rotation synchronization pulse is generated every time any blade of the turbine rotor blade 2 passes the predetermined position. The contact displacement meters 3a, 3b, 3c,.

これにより、非接触型変位計3a、3b、3c、…、3pにおいて、回転同期パルスを与えられた時点における回転中のタービン動翼2までの距離(変位)を示す変位計測信号が生成され出力される。   Thereby, in the non-contact type displacement meters 3a, 3b, 3c,..., 3p, a displacement measurement signal indicating the distance (displacement) to the rotating turbine rotor blade 2 at the time when the rotation synchronization pulse is given is generated and output. Is done.

出力された変位計測信号が、非接触型変位計3a、3b、3c、…、3pに対応する同数の翼同一点測定装置12a、12b、12c、…、12pにそれぞれ与えられる。翼同一点測定装置12a、12b、12c、…、12pにおいて、変位計測信号に基づいて、回転するタービン動翼2の同一点までの距離が計測され、同一点変位信号が出力される。このようにして、翼同一点測定装置12a、12b、12c、…、12pからそれぞれ同一点変位信号が出力され、翼基準並び替え装置13に与えられる。   The output displacement measurement signals are given to the same number of blade identical point measuring devices 12a, 12b, 12c,..., 12p corresponding to the non-contact displacement meters 3a, 3b, 3c,. In the blade identical point measuring devices 12a, 12b, 12c,..., 12p, the distance to the same point of the rotating turbine blade 2 is measured based on the displacement measurement signal, and the same point displacement signal is output. In this way, the same point displacement signals are output from the blade identical point measuring devices 12a, 12b, 12c,..., 12p, respectively, and are given to the blade reference rearranging device 13.

翼基準並び替え装置13において、与えられた16個の同一点変位信号が、タービン動翼2の各々の翼毎に対応して並び替えられ、時系列変位信号として出力され、FET演算装置14に与えられる。   In the blade reference rearrangement device 13, the given 16 identical point displacement signals are rearranged corresponding to each blade of the turbine rotor blade 2 and output as a time-series displacement signal, to the FET arithmetic device 14. Given.

FET演算装置14において、翼毎に対応して並び替えられた時系列変位信号に対して高速フーリエ変換が施され、得られた結果が高速フーリエ変換結果信号としてキャンベル線図作成装置15に与えられる。   In the FET arithmetic unit 14, fast Fourier transform is performed on the time-series displacement signals rearranged corresponding to each blade, and the obtained result is given to the Campbell diagram creation device 15 as a fast Fourier transform result signal. .

キャンベル線図作成装置15において、高速フーリエ変換結果信号に基づいて図12を用いて後述するようなキャンベル線図が作成され、タービン動翼2の振動特性が評価され、その結果が評価結果信号として外部に出力される。   The Campbell diagram creation device 15 creates a Campbell diagram as described later using FIG. 12 based on the fast Fourier transform result signal, evaluates the vibration characteristics of the turbine rotor blade 2, and uses the result as an evaluation result signal. Output to the outside.

図10(a)に示されたように、タービン動翼2におけるそれぞれの翼の同一点2a1、2a2、2a3の変位を計測する必要がある。そこで、図10(b)に示されたような回転同期パルスを用いて、非接触型変位計3a、3b、3c、…、3pから出力される変位計測信号におけるそれぞれの翼の同一点2a1、2a2、2a3に対応した位置101、102、103の変位が特定される。これにより、各々の翼同一点測定装置12a〜12pにおいて、それぞれの翼の同一点の変位が計測される。   As shown in FIG. 10A, it is necessary to measure the displacement of the same point 2a1, 2a2, 2a3 of each blade in the turbine rotor blade 2. Therefore, by using the rotation synchronization pulse as shown in FIG. 10B, the same point 2a1 of each blade in the displacement measurement signal output from the non-contact type displacement meters 3a, 3b, 3c,. The displacements at the positions 101, 102, 103 corresponding to 2a2, 2a3 are specified. Thereby, in each wing | blade same point measuring apparatus 12a-12p, the displacement of the same point of each wing | blade is measured.

そして回転数調整装置8により、回転数を徐々に上昇させながら計測を行い、共振点および共振モードを求めていく。   Then, the rotation speed adjustment device 8 performs measurement while gradually increasing the rotation speed, and obtains the resonance point and the resonance mode.

一般に、N(Nは自然数)次の共振モードを計測したい場合、2*N個のセンサが必要となる。この第3の実施の形態では、16個の非接触型変位計3a〜3pを用いているので、8次の共振モードまで捉えることが可能である。   In general, 2 * N sensors are required to measure N (N is a natural number) order resonance mode. In the third embodiment, since 16 non-contact displacement meters 3a to 3p are used, it is possible to capture up to the eighth-order resonance mode.

図11に、所定の回転数において、翼基準並び替え装置13により生成されたタービン動翼2の同一点における変位計測信号に対し、FFT演算装置14により高速フーリエ変換が施されて得られた周波数に対する振動振幅の関係を示す。共振点は振動振幅が最大となる時点であり、この時の周波数が共振周波数となる。   FIG. 11 shows a frequency obtained by subjecting a displacement measurement signal at the same point of the turbine rotor blade 2 generated by the blade reference rearrangement device 13 to a fast Fourier transform by the FFT operation device 14 at a predetermined rotational speed. The relationship of the vibration amplitude with respect to is shown. The resonance point is a point in time when the vibration amplitude becomes maximum, and the frequency at this time becomes the resonance frequency.

このような高速フーリエ変換を、タービン動翼2の回転数毎に行っていく。得られた結果を、横軸を回転数、縦軸を振動周波数としてグラフにプロットしたものを、図12のキャンベル線図に示す。   Such a fast Fourier transform is performed for each rotation speed of the turbine rotor blade 2. The obtained results are plotted on a graph with the horizontal axis representing the number of revolutions and the vertical axis representing the vibration frequency, as shown in the Campbell diagram of FIG.

このキャンベル線図において、それぞれの回転周波数の所定整数倍を繋いだ直線を示す。例えば、1H(Hは自然数)の直線は、回転周波数の1倍の周波数を繋いだ直線、2Hの直線は、回転周波数の2倍の周波数を繋いだ直線、…、8Hの直線は、回転周波数の8倍の周波数を繋いだ直線である。   In this Campbell diagram, straight lines connecting predetermined integer multiples of the respective rotation frequencies are shown. For example, a straight line of 1H (H is a natural number) is a straight line connecting a frequency of 1 times the rotational frequency, a straight line of 2H is a straight line connecting a frequency twice as high as the rotational frequency,. It is a straight line connecting 8 times the frequency.

また、このキャンベル線図に示した白丸印の大きさは、振動振幅の大きさに比例するものとする。このため、図12における縦方向一列に配置された1組の白丸印の大きさが、所定回転数における1Hから8Hまでのそれぞれの振動振幅の大きさに対応し、この1組が図11のグラフに示された所定回転数における振動振幅に対応する。   Also, the size of the white circles shown in this Campbell diagram is proportional to the magnitude of the vibration amplitude. For this reason, the size of a set of white circles arranged in a line in the vertical direction in FIG. 12 corresponds to the magnitude of each vibration amplitude from 1H to 8H at a predetermined number of revolutions. This corresponds to the vibration amplitude at a predetermined rotational speed shown in the graph.

このようにしてキャンベル線図作成装置15により作成されたキャンベル線図において、回転数に関係なく振動振幅が大きくなる振動周波数が、共振点における共振周波数として見積もられる。   In the Campbell diagram created by the Campbell diagram creation device 15 in this way, the vibration frequency at which the vibration amplitude increases regardless of the rotational speed is estimated as the resonance frequency at the resonance point.

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、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数百kHzオーダの応答周波数で精度良く直接測定することにより、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と共に、キャンベル線図を作成することで共振周波数を求めることができる。   According to the third embodiment, as in the first embodiment, instead of measuring the passage timing of the blade, the displacement of the blade in the rotational axis direction can be directly measured accurately with a response frequency of the order of several hundred kHz. By measuring, it is possible to reduce the time and cost required for measurement, and the resonance frequency can be obtained by creating a Campbell diagram.

(4)第4の実施の形態
本発明の第4の実施の形態による翼振動計測装置について、図13〜図16を参照して説明する。
(4) Fourth Embodiment A blade vibration measuring apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

第4の実施の形態は、図13に示された構成を備えている。タービン動翼2の周方向に沿って、1番目の非接触型変位計3aが配置され、この非接触型変位計3aから、22.5度の角度の間隔を開けて2番目の非接触型変位計3bが配置され、1番目の非接触型変位計3aから45度の間隔を開けて3番目の非接触型変位計3cが配置され、さらに1番目の非接触型変位計3aから90度の間隔を開けて4番目の非接触型変位計3dが配置されている。   The fourth embodiment has the configuration shown in FIG. A first non-contact displacement meter 3a is arranged along the circumferential direction of the turbine rotor blade 2, and a second non-contact displacement meter 3a is spaced from the non-contact displacement meter 3a by an angle of 22.5 degrees. A displacement meter 3b is disposed, a third non-contact displacement meter 3c is disposed at an interval of 45 degrees from the first non-contact displacement meter 3a, and further 90 degrees from the first non-contact displacement meter 3a. A fourth non-contact type displacement meter 3d is arranged with an interval of.

非接触型変位計3a、3b、3c、3dから出力された変位計測信号が、それぞれに対応して設けられた翼先端位置同定装置4a、4b、4c、4dに与えられてそれぞれにおいて翼の先端位置の同定が行われ、その結果が翼先端位置同定信号として出力され翼振動算出装置5a、5b、5c、5dに与えられる。   Displacement measurement signals output from the non-contact displacement gauges 3a, 3b, 3c, and 3d are given to the blade tip position identification devices 4a, 4b, 4c, and 4d provided corresponding to the displacement measurement signals. The position is identified, and the result is output as a blade tip position identification signal and provided to the blade vibration calculation devices 5a, 5b, 5c, and 5d.

翼振動算出装置5a、5b、5c、5dにおいて、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、その結果が翼振動信号として振動モード同定装置6に与えられる。   In the blade vibration calculation devices 5a, 5b, 5c and 5d, the vibration amplitude and vibration frequency of the turbine rotor blade 2 are calculated based on the blade tip position identification signal, and the result is given to the vibration mode identification device 6 as a blade vibration signal. .

振動モード同定装置6において、非接触型変位計3a〜3dが配置された位置における振動振幅及び振動周波数に基づいて、振動モードが同定される。   In the vibration mode identification device 6, the vibration mode is identified based on the vibration amplitude and vibration frequency at the position where the non-contact displacement meters 3 a to 3 d are arranged.

図14に、2次の共振モードが発生した場合に、タービン動翼2の周方向に沿って上述の角度の間隔を開けて順に配置された非接触型変位計3a〜3dにより、それぞれ計測された変位を黒丸印で示す。同様に、図15に4次の共振モードが発生した場合、図16に8次の共振モードが発生した場合に、非接触型変位計3a〜3dによりそれぞれ計測された変位を示す。   In FIG. 14, when the secondary resonance mode occurs, the measurement is performed by the non-contact displacement meters 3 a to 3 d that are arranged in order along the circumferential direction of the turbine rotor blade 2 with the above-described angular intervals. The displacement is indicated by a black circle. Similarly, FIG. 15 shows the displacements measured by the non-contact displacement meters 3a to 3d when the fourth-order resonance mode is generated and FIG. 16 is the eighth-order resonance mode.

図14に示された2次の共振モードでは、非接触型変位計3a〜3dの配置位置に対応する測定点201、202、203の変位がプラス側、測定点204の変位がマイナス側に位置する。   In the secondary resonance mode shown in FIG. 14, the displacement of the measurement points 201, 202, and 203 corresponding to the arrangement positions of the non-contact displacement meters 3a to 3d is on the plus side, and the displacement of the measurement point 204 is on the minus side. To do.

図15に示された4次の共振モードでは、非接触型変位計3a〜3dの配置位置に対応する測定点201、202の変位がプラス側、測定点203の変位がマイナス側、さらに測定点204の変位がプラス側に位置する。   In the fourth-order resonance mode shown in FIG. 15, the displacements of the measurement points 201 and 202 corresponding to the arrangement positions of the non-contact displacement meters 3a to 3d are positive, the displacement of the measurement point 203 is negative, and further the measurement points The displacement of 204 is located on the plus side.

図16に示された8次の共振モードでは、非接触型変位計3a〜3dの配置位置に対応する測定点201の変位がプラス側、測定点202の変位がマイナス側、測定点203の変位がプラス側、さらに測定点204の変位がプラス側に位置する。   In the eighth-order resonance mode shown in FIG. 16, the displacement of the measurement point 201 corresponding to the arrangement position of the non-contact displacement meters 3 a to 3 d is positive, the displacement of the measurement point 202 is negative, and the displacement of the measurement point 203. Is located on the plus side, and the displacement of the measurement point 204 is located on the plus side.

このようにして、いずれの共振モードが発生したか容易に判別することができる。   In this way, it is possible to easily determine which resonance mode has occurred.

尚、ここでは8次の共振モードまで捉えるために、非接触型変位計3a〜3dの配置の最小間隔が22.5度、即ち8次の振動モードの半周期分となっている。このような間隔で配置することにより、8次の振動モードにおける節を必ず捉えることができる。   Here, in order to capture up to the eighth-order resonance mode, the minimum interval of the arrangement of the non-contact displacement meters 3a to 3d is 22.5 degrees, that is, the half cycle of the eighth-order vibration mode. By arranging them at such intervals, nodes in the eighth-order vibration mode can always be captured.

さらに、この最小間隔22.5度の偶数倍の間隔で非接触型変位計を配置することにより、より低次の振動モードの節を捉えることができる。   Furthermore, by arranging the non-contact type displacement meter at an even multiple of this minimum interval of 22.5 degrees, it is possible to capture nodes of lower order vibration modes.

従って、第4の実施の形態によれば、等間隔で周方向に非接触型変位計を配置していた場合と比較し、非接触型変位計の個数を低減させて共振モードの次数を効率よくとらえることができるので、コスト低減に寄与することが可能である。   Therefore, according to the fourth embodiment, compared with the case where non-contact displacement meters are arranged in the circumferential direction at equal intervals, the number of non-contact displacement meters is reduced, and the order of the resonance mode is improved. Since it can be understood well, it is possible to contribute to cost reduction.

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。   Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the technical scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the technical scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1 回転軸
2 タービン動翼
3、3a、3b、3c、3d、3e、3f 非接触型変位計
4、4a、4b、4c、4d、4e、4f 翼先端位置同定装置
5、5a、5b、5c、5d、5e、5f 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 渦電流変位計
10 回転基準
11 回転同期パルス生成装置
12 翼同一点測定装置
13 翼基準並び替え装置
14 FFT演算装置
15 キャンベル線図作成装置
1 Rotating shaft 2 Turbine blades 3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f Non-contact displacement gauges 4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f Blade tip position identification devices 5, 5a, 5b, 5c 5d, 5e, 5f Blade vibration calculation device 6 Vibration mode identification device 7 Rotating jig 8 Rotational speed adjustment device 9 Eddy current displacement meter 10 Rotation reference 11 Rotation synchronization pulse generation device 12 Blade identities measurement device 13 Blade reference rearrangement device 14 FFT processor 15 Campbell diagram creation device

Claims (4)

タービン動翼の周方向に沿って複数配置され、前記タービン動翼の回転軸方向の変位をそれぞれ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に対応して複数設けられ、前記非接触型変位計から出力された対応する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それぞれ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に対応して複数設けられ、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、
前記翼振動算出装置のそれぞれから出力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、
を備え、
前記翼先端位置同定装置のそれぞれは、与えられた前記変位計測信号に含まれる複数の測定点における変位にカーブフィッティングを行い相互間を補間して曲線を求め、この曲線のピーク位置から前記タービン動翼の先端位置を同定することを特徴とする翼振動計測装置。
A non-contact displacement meter that is arranged in a plurality along the circumferential direction of the turbine rotor blade and that measures a displacement in the rotational axis direction of the turbine rotor blade and outputs a displacement measurement signal;
A plurality of non-contact displacement gauges are provided corresponding to the displacement measurement signals output from the non-contact displacement gauges, and the non-contact displacement gauges and the tip positions of the turbine blades A blade tip position identification device that outputs a blade tip position identification signal that identifies the tip position based on each distance between;
A plurality of blade tip position identification devices are provided corresponding to the blade tip position identification device, the blade tip position identification signal output from the blade tip position identification device is given, and from the non-contact displacement meter to the tip position of the turbine blade A blade vibration calculation device for calculating a vibration amplitude and a vibration frequency of the turbine rotor blade based on a temporal change in distance;
A vibration mode identification device for identifying the vibration mode order of the turbine blade based on the vibration amplitude and vibration frequency of the turbine blade output from each of the blade vibration calculation devices;
With
Each of the blade tip position identification devices performs curve fitting on the displacement at a plurality of measurement points included in the given displacement measurement signal and interpolates between them to obtain a curve, and the turbine motion is determined from the peak position of the curve. A blade vibration measuring device characterized by identifying the tip position of a blade.
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して前記タービン動翼に共振現象が発生した時に、前記翼先端位置同定装置により同定された翼先端位置同定信号を、前記振動モード同定装置が前記タービン動翼の翼毎に並び替えて収集し、共振モード次数を同定することを特徴とする請求項1に記載の翼振動計測装置。
A rotation speed adjusting device for changing the rotation speed of the turbine rotor blade;
When the rotational speed of the turbine blade is changed by the rotational speed adjusting device and a resonance phenomenon occurs in the turbine blade, the blade tip position identification signal identified by the blade tip position identifying device is used as the vibration mode identification. The blade vibration measuring device according to claim 1, wherein the device sorts and collects each blade of the turbine blade and identifies the resonance mode order.
前記タービン動翼の周方向に沿って複数配置された前記非接触型変位計は、第1、第2、第3、第4の非接触型変位計を少なくとも含み、
前記第2の非接触型変位計は前記第1の非接触型変位計に対して所定次数の共振モードの半周期分の間隔を開けた位置に配置され、前記第3の非接触型変位計は前記第1の非接触型変位計に対して前記間隔の2倍の間隔を開けた位置に配置され、前記第4の非接触型変位計は前記第1の非接触型変位計に対して前記間隔の4倍の間隔を開けた位置に配置されることを特徴とする、請求項1に記載の翼振動計測装置。
The plurality of non-contact displacement meters arranged along the circumferential direction of the turbine rotor blade includes at least first, second, third, and fourth non-contact displacement meters,
The second non-contact displacement meter is disposed at a position spaced from the first non-contact displacement meter by a half cycle of a resonance mode of a predetermined order, and the third non-contact displacement meter Is disposed at a position that is twice the interval with respect to the first non-contact displacement meter, and the fourth non-contact displacement meter is located with respect to the first non-contact displacement meter. The blade vibration measuring device according to claim 1, wherein the blade vibration measuring device is arranged at a position having an interval four times the interval.
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、
前記タービン動翼のそれぞれの翼が所定位置を通過する毎に回転同期パルスを出力する回転同期パルス生成装置と、
前記タービン動翼の周方向に沿って複数配置され、前記回転同期パルスを与えられた時点における前記タービン動翼の回転軸方向の変位をそれぞれ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に対応して複数設けられ、前記非接触型変位計から出力された対応する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における前記回転同期パルスに対応した同一点との間のそれぞれの距離を示す同一点変位信号を出力する翼同一点測定装置と、
前記翼同一点測定装置からそれぞれ出力された前記同一点測定信号を与えられ、前記タービン動翼のそれぞれの翼毎に対応して並び替えた時系列変位信号を出力する翼基準並び替え装置と、
前記翼基準並び替え装置から出力された前記時系列変位信号を与えられ、高速フーリエ変換を行って高速フーリエ変換結果信号を出力するFET演算装置と、
前記FET演算装置から出力された前記高速フーリエ変換結果信号を与えられ、キャンベル線図を作成して前記タービン動翼の振動特性を評価するキャンベル線図作成装置と、
を備えることを特徴とする翼振動計測装置。
A rotational speed adjusting device for changing the rotational speed of the turbine blade,
A rotation synchronization pulse generating device that outputs a rotation synchronization pulse every time each blade of the turbine blade passes a predetermined position;
A non-contact displacement meter that is arranged in a plurality along the circumferential direction of the turbine blade and that measures the displacement in the rotation axis direction of the turbine blade at the time when the rotation synchronization pulse is given and outputs a displacement measurement signal When,
A plurality of the non-contact displacement gauges are provided corresponding to the displacement measurement signals output from the non-contact displacement gauges, and the rotation synchronization pulses in the non-contact displacement gauges and the turbine blades are provided. A blade identical point measuring device that outputs the same point displacement signal indicating the respective distances between the same point corresponding to
The blade reference rearrangement device that is provided with the same point measurement signal output from the blade identical point measurement device and outputs a time series displacement signal rearranged corresponding to each blade of the turbine blade,
FET arithmetic unit which is given the time series displacement signal output from the wing reference rearrangement device, performs a fast Fourier transform and outputs a fast Fourier transform result signal, and
A Campbell diagram creation device that is provided with the fast Fourier transform result signal output from the FET arithmetic unit, creates a Campbell diagram and evaluates vibration characteristics of the turbine blade,
A blade vibration measuring device comprising:
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