旋轉體的偏芯計算方法及偏芯計算系統的製作方法

2023-05-01 20:12:41 1

專利名稱：旋轉體的偏芯計算方法及偏芯計算系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及計算旋轉體偏芯的方法及偏芯計算系統。
背景技術：
通常，當旋轉體上發生軸彎曲或偏芯時，旋轉體成為不平衡狀態，成為運轉中發生 軸振動的原因。當該軸振動過大時，軸承部發生異常，不能正常運轉。另外，當該過大振動 進一步發展時，有時還會引起軸的破損事故。因而，為了預防這類事故，重要的是將旋轉體 的軸彎曲或偏芯控制在容許值內。 成為本發明的對象的旋轉體中除包含燃氣輪機轉子以外，還包含汽輪機轉子、壓
縮機用轉子、水車用轉子、各種泵用轉子、各種鼓風機用轉子等旋轉器用轉子。
以燃氣輪機轉子為一個例子進行具體說明。圖ll表示燃氣輪機轉子的基本結構
圖。燃氣輪機轉子l由壓縮機轉子部10和渦輪轉子部20及連接兩者的中間軸25構成，壓
縮機轉子部10、渦輪轉子部20都由在外周放射狀地嵌裝有動葉片11的圓盤狀轉子盤50構
成。燃氣輪機轉子1為如下的一體結構將這些轉子盤50沿轉子軸線方向層疊，用主軸螺
栓30聯接，用軸承Sl、 S2將兩端支承。 在這種構成的燃氣輪機轉子1上發生了軸彎曲的情況下，成為軸振動的原因。另 外，安裝於轉子盤50的外周的動葉片11的前端和外側的殼體(未圖示)的間隙調整為在圓 周方向上大致恆定。當軸振動增大時，有時動葉片前端和殼體發生幹涉而不能運轉。因此， 在轉子裝配時，需要以軸彎曲量保持在容許值內的方式進行調整，另外，在軸彎曲量超過容 許值的情況下，需要矯正其軸彎曲。 軸彎曲的矯正按以下順序進行。在圖11所示的燃氣輪機轉子1的構成中，對每個 轉子盤50都需要計算由偏芯量及偏芯角度構成的偏芯數據，且計算燃氣輪機轉子1的軸彎 曲分布。圖12表示軸彎曲分布的一個例子。橫軸表示距轉子的軸承S1的距離，縱軸表示 各轉子盤50的偏芯量。 發生軸彎曲的主要原因之一在於轉子盤50的厚度不均一。因此，轉子盤50的偏 芯量可能因轉子盤50的層疊方式而超過容許值。在這種情況下，從軸彎曲分布中選定應修 正的轉子盤50，對轉子盤50的接合面進行切削，以減小轉子盤50之間的接觸面角度(a ) 的方式進行調整，從而矯正燃氣輪機轉子1的軸彎曲(圖13)。 圖13是表示燃氣輪機轉子1的發生了軸彎曲的狀態的圖。表示轉子盤50、轉子盤 接合面51、相鄰的轉子盤50彼此間的接觸面角度(a)、轉子軸線的偏芯量和轉子盤50的 徑方向的偏移量的關係。 轉子盤50的徑方向的偏移量如下進行計測在各轉子盤50的外表面52上，邊使 轉子旋轉邊沿圓周方向等間隔地選定多個計測點，根據各計測點的位移計的讀數，可以計 測其計測點上的徑方向的位移量。即，以計測開始點為基準(為方便起見，將計測開始點的 位移量設定為0)，將各計測點的相對於計測開始點的轉子徑方向的位移量設定為各計測點 的偏移量。作為位移計，適用公知的各種傳感器。除使用例如千分表等接觸傳感器之外，可
4以使用雷射傳感器、靜電容量式傳感器、超聲波傳感器等非接觸式傳感器。 根據各計測點的偏移量的計測值，計算偏芯數據。如圖13所示，燃氣輪機轉子1
的徑方向的偏移量用轉子盤50的外表面52和轉子旋轉中心的距離的變動幅度來表示。在
此，轉子旋轉中心是指將軸承Sl和軸承S2的中心之間連結起來的直線。根據轉子盤50的
外表面52的偏移量的計測值，計算計測對象即轉子盤50的剖面圖形中心(V以算出的圖形
中心和轉子旋轉中心02的偏離為偏芯。將這樣得到的偏芯定量表示的數據就是由偏芯
量和偏芯角度構成的偏芯數據。 專利文獻1及專利文獻2中公開了一種通常的旋轉體的偏芯計算方法。另外，作
為偏芯的計算方法，表示最小二乘法等方法。 專利文獻1 :(日本)特開2001-91244號公報 專利文獻2 :(日本)特開平5-187816號公報 通常，在檢查旋轉體的偏芯時，在線提取檢查員在現場計測到的數據，瞬時將計測結果反饋給檢查員，根據需要，需要進行再計測。因此，希望選定簡易的計算方法。但是，在專利文獻1及專利文獻2所公示的方法中，需要龐大的計算量，因此希望發明一種更簡便的方法。 另外，有時對旋轉體的外表面在生鏽及帶有傷痕的狀態下進行檢查。在碰巧將這種異常外表面選定為計測點的情況下，不能說是位移計計測到了正常的外表面，計測值需要作為異常值而排除。 但是，在專利文獻1及專利文獻2所公示的現有偏芯計算方法中所使用的最小二乘法等中，原本就是高精度的計算方法，但在進行了含有異常值的計測的情況下，會直接提取異常值用以計算偏芯量。 因此，受異常值的影B向，不能得到所期待的精度，還存在難以排除異常值之類的問題。 另一方面，為了減小異常值的影B向，需要選定儘可能多的計測點，存在需要進行大量計算之類的問題。

發明內容
本發明是為解決這種問題點而開發的，其目的在於，提供一種比現有方法更簡便的偏芯計算方法及偏芯計算系統。 第一方面提供一種旋轉體的偏芯計算方法，其特徵在於，基於邊使該旋轉體旋轉邊沿圓周方向的外表面在至少4個點以上的計測點由位移計計測到的計測值，導出所述旋轉體的徑方向的位移量，根據全部計測點的所述徑方向的位移量及各計測點的計測角度，選擇任意的3個點，算出計算圓，根據該計算圓計算相對於全部的所述計測點的計算圓值，算出該計算圓值和所述徑方向的位移量之差作為相對於各計測點的誤差量，將該誤差量進行合計，導出誤差量合計值，對全部計測點中的3個計測點的組合數分別重複進行計算，分別算出誤差量合計值，從所得到的與全部組合數相關的誤差量合計值中，將誤差量合計值最小的計算圓選定為最可幾圓，算出該最可幾圓的中心和所述旋轉體的旋轉中心的偏離量作為最可幾圓偏芯數據。 第二方面在第一方面的基礎上，其特徵在於，所述最可幾圓偏芯數據為偏芯量和偏芯角度。 第三方面在第一或第二方面的基礎上，其特徵在於，在最可幾圓的所述計算圓值 和所述徑方向的位移量之差即最可幾圓誤差量超過基準值的情況下，認定與該最可幾圓誤 差量對應的計測點的計測值為異常值。 第四方面在第三方面的基礎上，其特徵在於，在所述最可幾圓誤差量超出基準值 的情況下，對認定為所述異常值的計測值進行再計測，獲取再計測值，將所述計測值替換為 該再計測值。 第五方面在第一 第四方面的基礎上，其特徵在於，所述旋轉體為燃氣輪機轉子。 第六方面提供一種旋轉體的偏芯計算系統，其特徵在於，旋轉體的偏芯計算系統
具備輸入部，其設定所述旋轉體旋轉一圈中的至少4個點以上的計測點；偏移量檢測部，
其基於利用位移計對沿該旋轉體的圓周方向的外表面的至少4個點以上的計測點所計測
的計測值，導出所述旋轉體的徑方向的位移量；存儲部，其存儲由所述偏移量檢測部導出的
所述徑方向的位移量及所述計測點的計測角度；運算部，其基於存儲於該存儲部的數據，計
算所述旋轉體的最可幾圓偏芯數據，該運算部，根據存儲於所述存儲部的全部計測點的所
述徑方向的位移量及所述計測角度，選擇任意的3個點，算出計算圓，根據該計算圓計算相
對於全部的所述計測點的計算圓值，算出該計算圓值和所述徑方向的位移量之差作為相對
於各計測點的誤差量，將該誤差量進行合計，導出誤差量合計值，對全部計測點中的3個計
測點的組合數分別重複進行計算，分別算出誤差量合計值，從所得到的與全部組合數相關
的誤差量合計值中，將該誤差量合計值最小的計算圓選定為最可幾圓，算出該最可幾圓的
中心和所述旋轉體的旋轉中心的偏離量作為最可幾圓偏芯數據。 第七方面在第六方面的基礎上，其特徵在於，所述運算部具備異常值判定部，該異
常值判定部在最可幾圓的所述計算圓值和所述徑方向的位移量之差即最可幾圓誤差量超
出基準值的情況下，認定與該最可幾圓誤差量對應的計測點的計測值為異常值。 第八方面在第七方面的基礎上，其特徵在於，所述運算部具備計測值更新部，該計
測值更新部在所述最可幾圓誤差量超出基準值的情況下，將由所述偏移量檢測部獲取的再
計測值從所述存儲部調出，將所述計測值替換為所述再計測值。 根據第一方面的構成，能夠用簡便的方法算出最可幾圓偏芯數據，因此易進行旋 轉體的分解裝配等維護保養作業。 根據第二方面的構成，能夠用偏芯角度和偏芯特定最可幾圓偏芯數據，因此易進 行數據的有效性判斷。 根據第三方面的構成，在最可幾圓誤差量超出基準值的情況下，能夠容易地進行 計測值是否為異常值的判定，因此易進行維護保養作業。 根據第四方面的構成，在最可幾圓誤差量超出基準值的情況下，能夠立即進行再
計測而替換為再計測值，因此能夠可靠地排除異常值，計測作業的可靠性得以提高。 根據第五方面的構成，能夠採用簡便且可靠性高的計測方法，因此燃氣輪機的定
期檢點作業的可靠性得以提高。 根據第六方面的構成，能夠提供一種簡便且可靠性高的旋轉體的偏芯計算系統。
根據第七方面的構成，容易進行計測值是否為異常值的判斷，因此能夠提供一種 易維護保養的系統。
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根據第八方面的構成，能夠立即排除計測值的異常值，因此能夠實現可提供迅速 且可靠性高的維護保養的系統。


圖1是表示用於實施本發明的最佳實施方式的計測值、基準圓及計算圓的關係的 圖； 圖2是表示X-Y坐標系上的計測值、基準圓及計算圓的關係的圖； 圖3是表示偏心圓板凸輪的示意圖； 圖4是表示偏心圓板凸輪的旋轉角度和接點位移的關係的圖； 圖5是表示用於實施本發明的最佳實施方式的偏芯計算順序的圖； 圖6是表示偏芯計算系統的構成的圖； 圖7是表示用於實施本發明的最佳實施方式的實施例1、2的數據的圖； 圖8是將與用於實施本發明的最佳實施方式的實施例1有關的計測值和最可幾圓
的關係圖式化的圖； 圖9是與表示用於實施本發明的最佳實施方式的實施例2有關的各計測點的最可 幾圓誤差量的圖； 圖10是表示偏芯計算系統的輸入輸出畫面之一例的圖； 圖11是表示燃氣輪機轉子的結構的圖； 圖12是表示燃氣輪機轉子的軸彎曲分布的圖； 圖13是燃氣輪機轉子的軸彎曲發生狀態圖。 符號說明 1 燃氣輪機轉子 2 位移計 3 轉速表 10壓縮機轉子部 11 動葉片 20 渦輪轉子部 30 主軸螺栓 50 轉子盤 60偏芯計算系統 61 輸入部 62 偏移量檢測部 63 存儲部 64 運算部 65 顯示部 641 偏芯運算部 642 異常值判定部 643 計測值更新部 Xi 計測點
Pi計測值計算圓值9 . 1計測角度偏芯角度a轉子盤的接觸面角度旋轉角度徑方向的位移量by計算圓值誤差量ASj誤差量合計值偏心距離m計測點數n計算圓數o工圖形中心(圓板中心)o2旋轉中心
具體實施例方式
參照附圖對本發明的實施方式進行說明，但這些只不過是表示實施方式之一例，
權利要求書所述的各發明不局限於這些實施方式。另外，在本實施方式的構成要素中包含
本領域技術人員可置換且容易置換的要素、或基本上相同的要素。 下面，關於旋轉體的偏芯計算方法，對本發明的基本思路進行說明。
圖1是表示旋轉體(燃氣輪機轉子)即圓柱狀體的剖面的圖，且是表示剖面上的
計測值和基準圓、計算圓的關係的圖。沿旋轉體的圓周方向將旋轉體的外表面等間隔地分
為多個(m個)來確定計測點Xi(i = 1 m)，根據邊使旋轉體沿圖1中的箭頭方向旋轉一
圈邊在各計測點Xi上用位移計2計測的計測值(從位移計2的設置位置到旋轉體外表面
的距離)，導出旋轉體外表面的旋轉體的徑方向的位移量A。 計測點Xi可以等間隔選定，也可以非等間隔選定。 另夕卜，也可以輸入旋轉體旋轉一圈的計測點數m為4個以上那樣的螺距角(也包 含轉速表3的脈衝數的情況)，基於螺距角，等間隔地設定各計測點Xi(旋轉角度e》。在 這種情況下，旋轉體旋轉一圈的最後的計測點Xm和最初的計測點&之間的角度也可以與上 述的螺距角不同。還有，也可以直接輸入設定4個以上各計測點Xi(旋轉角度e》。另外， 也可以將旋轉體旋轉一圈的計測點數m為4個以上那樣的計測點數m輸入，基於該計測點 數m，設定各計測點Xi (i = 1 m)。 基準圓不是與本申請發明的構成直接相關的要素，但方便表示為圖形中心與旋轉 體的旋轉中心02—致的圓。在旋轉體為旋轉器用轉子的情況下，基準圓為正圓，基準圓的 中心為旋轉體的旋轉中心02。 計算圓由各計測點Xi上的偏移量計測值Pi(計測角度9i及徑向位移量ai)來確 定。決定圓周方向上的與計測點數m相對的各計測點Xi(及計測角度e》，如果從各計測 點&的計測值Pi中任選3個點，則由任選的3個點一定能夠確定一個圓。以由任選的3個
8點確定的圓為計算圓。計算圓為由m個計測點Xi中任意3個點的計測點Xi的組合來確定，共存在CA)組的組合。在此，CA)的意思是指，在相對於m個計測點Xi選擇任意3個點的情況下，選出全部的3個點組合的組合總數。因而，如果設定為n二 CA)個，則存在n個計算圓。 在本發明中，從全部計測點Xi(i = 1 m)中任選3個點，根據該任選的3個點，計算一個計算圓。接著，對各計測點Xi計算以各計測值Pi和計算圓的徑方向偏離、即各徑方向的位移量ai和計算圓值(計算圓值的意義後面進行說明)之差作為誤差量Aw。根據各誤差量Ai,j計算誤差量合計值ASj。接著，依次算出由全部的計測點Xi(i = 1 m)內的3個點的其他組合而確定的計算圓，對各計算圓同樣地計算誤差量合計值ASj。
對全部的計算圓算出誤差量合計值ASj後，選出全部誤差量合計值ASj(j = 1 n)中最小的值作為最小誤差量合計值ASj(j = a)，以與該最小誤差量合計值A&對應的計算圓為最可幾圓。最可幾圓看做是全部計算圓中表示最接近旋轉體剖面的圖形的圓，將該最可幾圓的中心認作圖形中心。以該最可幾圓的中心和旋轉中心02的偏離量為偏芯(偏心距離e)。定量表示該偏芯狀態的是由偏心距離e和偏芯角度ej勾成的最可幾圓偏芯數據。通過算出偏心距離e和偏芯角度、，能夠容易地判斷旋轉體的偏芯程度，較容易判斷數據的有效性。 就各計算圓而言，對每個計測點Xi都能算出一個誤差量Ai,j，對每個計算圓都能算出一個誤差量合計值ASj。另外，相對於全部計測點Xi(i = 1 m)確定一個最可幾圓。
利用圖1對上述方法具體地進行說明。圖1中，各計測點&的各計測值用PJ e i，a》來表示。在此，符號"i"選自"l"至"m"中任一個，但計測點Xi是指從計測開始點(X》起的第"i"個計測點。符號"9i"表示計測點Xi的距計測開始點(X》的沿順時針方向的計測角度，符號"ai"為計測點&的在上述徑方向上的位移量。 由任意3個計測點的組合，利用後述的方法(數學式)，能夠確定一個計算圓。另外，由全部計測點中任意3個點的組合，利用同樣的方法，最終能夠確定n個計算圓。
接著，利用圖1對計算圓值Qi, j的意義進行說明。計算圓值Qi, j為位於由全部的計測點&(i = 1 m)內、任意3個點選定的一個計算圓上的值。計算圓值Qi,j具有與對應於計測點Xi的點、即計測點Xi相同的計測角度9i，是根據計算圓算出的值。計算圓值Qi,j用符號"Qi,j( 9 i，bi,j)"來表示。在此，與上述同樣，符號"9 i"表示計測點&的距計測開始點(X》的沿順時針方向的計測角度，符號"bi,j"表示計測角度為"9i"的計算圓上的計算值。如果計算圓確定，計算圓值Qi,j(9i，bi,j)就能夠根據計算圓和計測角度9i算出。另外，在m個計測點的情況下，存在n個計算圓，因此以下所示的符號"i"、"j"的意思是符號"i "選自"1" "m"中任一個、符號"j "選自"1" "n"中任一個的點。即，符號"i "表示相對於m個計測點從計測開始點(X》計起的計測點的順序號，符號"j"表示相對於n個計算圓成為對象的計算圓的順序號。 如果設各計測值Pi(9i， a》和對應的計算圓值Qi,j(ei，、》之差為各計測點&的誤差量Ai,j，則誤差量Ai,j用數學式l來表示。
(數學式1) Ay = [Pi(9i，ai)-Qi,j(ei，bi,j)]2 在數學式1中，將計測值Pi和計算圓值Qi, j之差進行平方運算是為了排除兩者之差值的正、負符號的影響，並且考慮計測值中包含異常值的情況，將異常值和正常值的差別
9進一步放大，便於篩選異常值。 接著，關於成為對象的計算圓，對全部計測點&利用數學式1算出誤差量Ai,j。
另外，對成為對象的計算圓將誤差量Ai,j加和，誤差量合計值ASj用數學式2表示。(數學式2) ASj =E (Ay) 對成為對象的計算圓從計測點&到計測點Xm將數學式1所示的各計測點的誤差量Ai,j加起來的值為誤差量合計值ASj。 接著，同樣由計測點的其他任意3個點的組合確定其他計算圓。另外，利用數學式l及數學式2，對各個計算圓算出誤差量Ai,j及誤差量合計值ASj。另外，由於能夠對各計算圓分別計算一個誤差量合計值ASj，因此能夠對n個計算圓算出n個誤差量合計值ASj。
對n個計算圓算出n個誤差量合計值A Sj後，選擇各誤差量合計值ASj中最小的誤差量合計值，以具有該最小誤差量合計值的計算圓為最可幾圓。最可幾圓看做是全部計算圓中、表示最接近旋轉體剖面的圖形的圓，將該最可幾圓的中心認作剖面的圖形中心。以該最可幾圓的中心和旋轉中心02的偏離量為偏芯。在圖1中，旋轉體的旋轉中心02和最可幾圓中心的長度即偏心距離e為偏芯量。另外，表示沿順時針方向距計測開始點的偏芯方向的角度e,為偏芯角度。另外，旋轉中心02如上所述，與圖13所示的轉子旋轉中心02意思相同。 如果用這種方法確定偏芯，則與專利文獻1及專利文獻2所示的現有技術即最小二乘法等相比，就能夠用簡便的方法獲取數據。 另外，即使在計測值中包含異常值的情況下，在最可幾圓的計算過程中，異常值也被可靠地排除。即，計算圓為由任意三個點的計測值確定的圓，因此必定存在不包含異常值的計算圓。因而必然會從不包含異常值的計算圓中、選定誤差量合計值最小的圓作為最可幾圓。另外，由於能夠具體地特定異常值，因此能夠排除異常值，並替換為再計測後的計測值(再計測值)。而在專利文獻1及專利文獻2所示的現有技術即最小二乘法等中，由於異常值也被提取用來計算偏芯，因此必定出現異常值的影響。另外，由於不能特定異常值，因此排除異常值並替換為再計測值較困難。 接著，對根據計測值算出計算圓且利用平面坐標來定量評價誤差量的方法進行簡要說明。 具有偏芯的旋轉體旋轉時的偏移的變化可以近似為偏心圓板凸輪的偏移。圖3表示偏心圓板凸輪的示意圖。在圖3中，偏心圓板凸輪由旋轉圓板A和從動件B構成，從動件B由平板C和固定於平板C的軸部D構成。從動件B相對於旋轉圓板A的圓周面經由平板C在接點P進行接觸。另外，從動件B採用軸部D只能在約束部件E中進行其軸方向(在圖3的紙面上為上下方向)的移動的結構，構成為從動件B整體可隨著旋轉圓板A的旋轉而上下移動。另外，旋轉圓板A以從圖形中心Oj扁離了偏心距離e的旋轉中心(^為中心而旋轉。在這種偏心圓板凸輪中，在旋轉圓板A以偏心的旋轉中心02為中心進行旋轉的情況下，從動件B在旋轉角度13變化的同時，相對於紙面沿上下方向移動。
在圖4表示接點P隨著旋轉圓板A的轉動而變動的情形。圖4表示下述情形在旋轉圓板A以旋轉中心02為中心進行旋轉，而旋轉角度13沿順時針方向從O。以45°刻度變化到360°的情況下，接點P從接點P工到接點P9相對於旋轉角度13沿上下方向變化。
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根據圖4，旋轉角度13為"0° "的狀態意味著圓板中心Op旋轉中心(^和軸部D 的軸線在上下方向(紙面上)上一致的狀態，是旋轉中心(^存在於接點P(P》和圓板中心 之間的狀態。在該狀態下，形成旋轉圓板A的直徑的弦Z^2位於圓板中心Op旋轉中心02 和軸部D的軸線在紙面的上下方向上一致的鉛垂線上。隨著旋轉圓板A的旋轉而變化的旋 轉角度P用弦Z^2和上述鉛垂線(相對於紙面為上下方向的直線，將旋轉中心02和軸部0 的軸線連結的直線)構成的沿順時針方向的角度來表示。 在圖4中，當觀察接點P相對於旋轉中心02的上下方向的相對位置關係時，接點P 的位置隨著旋轉角度13的變化而上下移動。該接點P的軌跡如後述描繪正弦曲線(稱為 餘弦曲線也是實質上相同)。在旋轉角度P為"0° "的位置，接點P(P》的高度表示最小
值(平板(:和旋轉中心02之間的垂直距離最小)，在旋轉角度e為"180° "的位置，接點
P(P5)表示最大值(平板C和旋轉中心02之間的垂直距離最大)。 另外，接點P位移的最大值(P5)和最小值(P》之差為最大偏移幅度。該最大偏移 幅度為旋轉圓板A的偏芯量、即旋轉圓板A的圖形中心和旋轉中心02之間的偏心距離e 的2倍。另外，圖4的旋轉角度e與圖l的計測角度9意義相同，在以下的說明中，將旋
轉角度P替換為計測角度e進行說明。 如果設這種偏心圓板凸輪的從動件B的位移、即接點P的上下方向的位移為"y"，
則位移y用數學式3來表示。 (數學式3)y = e(l-cos e ) 數學式3意味著旋轉圓板A旋轉計測角度e時的從動件B的位移、即接點P的位
移，用穿過y-e坐標系的原點的正弦曲線來表示。另外，如上所述，計測角度e為"0° "
的狀態是指圓板中心Op旋轉中心02和軸部D的軸線一致的狀態，意味著接點P的位移為 最小的位置。此時的位移y為"O"。在本發明中，可以認為該接點P的位移y與產生了偏芯 的旋轉體的徑方向的偏移的變化相當。 旋轉體徑方向的偏移量計測，通過將計測開始點的位移設定為"0"、以該計測開始 點為基準而以其他計測點的位移為位移計的讀數變化進行實際測量。另一方面，在數學式 3中，在計測角度0為"0。"時，位移y為"O"。通常，在進行具有偏芯的旋轉體的正圓度計
測時，計測角度e為"o。"的位置(位移為最小的位置)在計測開始時不明確。因此設定 在計測角度e為"e/、位移y為"y/時開始實際計測，將該點設定為計測開始點(x》。另 外，進行數學式3的坐標變換以使此時的計測角度e為"o。"、位移y為"0"。 坐標變換後的偏移的公式在X-Y坐標系上表示為數學式4。
(數學式4)Y = e[l-cos(X+e a)]-ya 該式是作為本發明的偏芯計算方法的基礎的偏移公式。在此，計測角度X是指距 計測開始點的計測角度(旋轉角度)。位移Y是指與計測角度X相對的位移量。另外，稱角
度"e/為初始角度，稱位移"y/為初始位移。圖3所示的偏心圓板凸輪的旋轉中心02和
圖形中心的偏心距離e相當於數學式4的正弦曲線的振幅(總偏移幅度的1/2)。
通過將3個計測點的計測值代入數學式4的變量X、Y，來確定常數e、 e 3、73，確定 一個計算圓的公式。 圖2表示將圖1所示的旋轉體的計測值和基準圓、計算圓的關係展開在X-Y坐標 繫上。在圖2中，橫軸X表示距計測開始點的計測角度，縱軸Y表示計測點的位移。數學式
114所示的偏移量公式用圖2所示的穿過X-Y坐標系上的原點0的正弦曲線來表示。
在圖2中，計算圓用實線來表示。另外，由於認為基準圓為正圓，且與全部計測角度相對的位移都為"O"，因此基準圓與X軸一致。原點0為計測開始點。旋轉體圓周方向的計測點表示為在X-Y坐標系上將X軸在0 360。之間分為m個而與計測角度e 4對應的計測點Xi。與各計測點Xi相對的計測值Pi為實測值。原坐標即y-9坐標系和X-Y坐標系的關係處於在X軸上偏離計測角度"e/、在Y軸上偏離位移"y/的關係。該正弦曲線的
振幅(總偏移幅度的1/2)相當於偏芯量。另外，初始角度"e /相當於偏芯角度。 如上所述，圖1的由任意3個計測點確定的計算圓展開在X-Y坐標系上的展開形
狀相當於圖2的計算圓的軌跡。在圖1中，以與XpXyXm相對的計測值PpPyPm的3個點
所確定的計算圓為一個例子進行表示。圖2所示的計算圓是將圖1的計算圓作為正弦曲線展開表示在X-Y坐標系上的圖形。在圖1、圖2中，只表示了一個計算圓(第j個計算圓)，但實際上存在由數學式4確定的n種計算圓。 另外，在圖2中，數學式l所示的誤差量Ai,j作為計測值Pi和計算圓上的計算圓值Qi,j之差進行表示。具體而言，偏移量的計測值在X軸上的計測點Xi(計測角度e》上用Pi(9i，a》來表示。另外，計算圓上的計算圓值用Qi,j(9i，bi,j)來表示。因而，誤差量Ai,j可以表示成這兩個計測值Pi(9i，ai)和計算圓值Qi,j(9i，bi,j)之差。但是，如上所述，從計測值和計算圓值之差的正、負符號不同及異常值易篩選的觀點出發，如數學式1所示，誤差量A".為將計測值和計算圓值之差進行平方運算後的值。 接著，算出誤差量Ai,j，計算誤差量合計值ASj。對各計算圓算出誤差量合計值A Sj後，如果選定最小的最小誤差量合計值A Sj (j = a)，則具有該最小誤差量合計值A Sa的計算圓為最可幾圓。 最終選定的最可幾圓的中心和旋轉中心02(基準圓的中心)之差為最可幾圓偏芯數據。即，最可幾圓偏芯數據用偏芯量和偏芯角度來表示。在圖2中，偏芯量作為最可幾圓
的正弦曲線的振幅進行計算，偏芯角度作為初始角度e,進行計算。這樣確定的偏芯量和
偏芯角度為由本發明求出的最可幾圓偏芯數據。 另外，如果使旋轉體旋轉一圈中的圓周方向的計測點數m增加，則偏芯的計算精度就上升，但計算量增加。另一方面，如果減少計測點數m，則偏芯的計算精度就變差。但是，從本發明的構思出發，計測點數m需要至少4個以上。理由是，在分割數為3個以下時，本發明的基本思想不成立。 接著，參照圖5對旋轉體的偏芯計算方法且對具體順序進行說明。
首先，為了確定旋轉體(燃氣輪機轉子)的圓周方向的計測點數，而設定(輸入)旋轉體圓周方向的至少4個以上的計測點數m。根據所確定的計測點數m，沿旋轉體圓周方向的外表面來決定各計測點&(計測角度9》。 然後，基於邊使旋轉體旋轉邊由位移計2對各計測點&計測所得的計測值(位移計2的設置位置和外表面的距離)，由偏移量檢測部62(後述)導出旋轉體的偏移量(徑方向的位移量a》(步驟Sl)。另外，徑方向的位移量&如上所述，可以使用各種值。
根據計測點&算出3個計測點的組合數(計算圓數n)(步驟S2)。組合數(計算圓數n)可以用n = CA)來確定。 選擇任意3個計測點(步驟S3)。由已選的3個點確定一個計算圓。
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將所選的3個點的計測值代入數學式4，確定計算圓(步驟S4)。 基於已確定的計算圓，對全部計測點&算出計算圓值Qi,j( 9 i，bi,j)。根據各自的
計測值Pi( 9 i， a》和計算圓值Qi,j( 9 i， bi,j)，利用數學式1算出各計測點Xi的誤差量Ai,
j(步驟S5)。 對每個計算圓都利用數學式2算出誤差量合計值ASj。通過該步驟的結束，對於一個計算圓，一個誤差量合計值ASj的計算結束(步驟S6)。 對全部的計測點數m中3個計測點的組合數(計算圓數n)重複步驟S3 S6的計算(步驟S7)。通過對全部組合數(計算圓數n)進行重複計算，能夠對n個計算圓分別算出誤差量合計值A Sj (j = 1 n)。 接著，從n個誤差量合計值A Sj (j = 1 n)中篩選最小誤差量合計值A Sj (j =a)，確定最可幾圓(步驟S8)。通過最可幾圓的確定，能夠算出與最可幾圓的各計測值對應的計算圓值、即最可幾圓計算圓值。根據最可幾圓計算圓值和各計測值Pi，確定最可幾圓和計測值的誤差量、即最可幾圓誤差量Ai,a。 接著，對各計測值Pi判斷是否需要進行異常值判定(步驟S9)。
進行該順序的理由如下所述。假使是計測值中包含異常值的情況，確定的最可幾圓也選定了正確的最可幾圓。即，通常相對於全部計測點Xi而言，發生的異常值極少。因而，即使在計測值Pi中包含異常值的情況下，在通過任意三點組合算出計算圓的過程中，不包含異常值的計測值Pi的三點組合也必定存在。即，必定存在不包含異常值的計算圓，因此即使在計測值Pi中包含異常值的情況下，最終確定的最可幾圓也為不包含異常計測值Pi的正確的最可幾圓。即，即使在計測值Pi中包含異常值時確定最可幾圓，也不妨礙最可幾圓的確定。因而，在希望簡便地進行偏芯計算作業的情況下，即使不進行各計測值的異常值判定就進行偏芯計算，也能夠得到正確的最可幾圓偏芯數據，也可以直接結束偏芯計算作業。
在進行異常值判定需要與否的判斷的過程中不需要判定的情況下，計算最可幾圓偏芯數據(步驟10)，偏芯計算作業結束。最可幾圓偏芯數據為最可幾圓的中心和旋轉中心02的偏芯，由偏心距離(3及偏芯角度ej勾成。具體而言，偏芯量相當於最可幾圓的正弦曲線的振幅，偏芯角度93相當於初始角度ea。另外，即使是不進行異常值判定需要與否的
判斷就確定最可幾圓、並計算最可幾圓偏芯數據、然後結束作業的情況，實質上也與本發明相同，也包含在本發明的技術範圍內。 在判斷為需要異常值判定的情況下，在如下的異常值判定部，判斷究竟哪個計測
值異常。即，在以下步驟11及步驟12中，進行異常值有無及異常值的認定。 具體而言，關於已確定的最可幾圓，從步驟S7中已算出的與各計測點&相對的誤
差量A" j中選定對應於最可幾圓的誤差量作為最可幾圓誤差量Ai,a，就全部計測點&而
言，判定各自的最可幾圓誤差量Ai,a(i = 1 m)是否在基準值以內(步驟Sll)。 在最可幾圓誤差量Ai,a(例如，i = f)超過基準值的情況下，認定該計測點Xi的
計測值Pi為異常值(步驟S12)。 如果全部最可幾圓誤差量Ai,a(i = 1 m)都在基準值以內，則判斷為進行的是正常計測，然後算出最可幾圓偏芯數據，結束偏芯計算作業(步驟S10)。最可幾圓偏芯數據為最可幾圓的中心和旋轉中心的偏芯長度，由偏芯量(偏心距離e)及偏芯角度ej勾成。具體而言，偏芯量相當於最可幾圓的正弦曲線的振幅，偏芯角度相當於初始角度Oa。
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在認定計測值Pf為異常值的情況下，由如下計測值更新部進行全部計測值Pi(i =l m)的重新估算。即，在計測值更新部，以位移計2及偏移量檢測部62(還有轉速表3)對全部計測點& (i = 1 m)進行再計測，獲取再計測值，並將計測值& (i = 1 m)替換為再計測值(步驟13)。 如果結束了計測值Pi(i = 1 m)的更新，就返回到"開始"，進行再計算。重複圖5所示的步驟S1 S9的計算順序，直到最可幾圓誤差量Ai,a(i = 1 m)收斂於基準值內，如果收斂於基準值內，就結束偏芯計算順序。 另外，在發生了異常值的情況下，也可以採用如下方法只對發生了異常值的計測點Xi進行再計測，以代替進行全部計測點Xi(i = l m)的再計測。即，對特定的計測點Xi進行再計測，基於替換後的計測值Pi，利用數學式1再計算誤差量Af、a，基於由最可幾圓計算出的計算圓值和替換後的再計測值，計算最可幾圓誤差量Ai,a(i = l m)。只要確認該最可幾圓誤差量Ai,a(i = l m)在基準值內即可。 接著，參照圖6對旋轉體的偏芯計算系統的構成進行說明。本偏芯計算系統60由燃氣輪機轉子1 (旋轉體)、位移計2、轉速表3、輸入部61、偏移量檢測部62、存儲部63、運算部64及顯示部65構成。 在輸入部61，將用於選定計測點數的燃氣輪機轉子1(旋轉體)的周圍方向分割數(計測點數m)、計測點數m為4個以上那樣的螺距角(也包含轉速表3的脈衝數的情況)、或4個以上的各計測點Xi(旋轉角度e》等偏芯計算作業開始所需的初始值輸入。
偏移量檢測部62沿旋轉體的外表面在圓周方向上選定或導出燃氣輪機轉子1旋轉一圈中至少4點以上的計測點Xi，另外，接近燃氣輪機轉子1的外表面而設置位移計2。另外，關於使旋轉體旋轉的驅動源(未圖示)及轉速表3，也可以通用燃氣輪機裝置的驅動源及轉速表。使燃氣輪機轉子1旋轉，且讀取各計測點&的來自位移計2的計測值，以該計測值為徑方向的位移量ai，並存儲於存儲部63。根據需要，來自轉速表3的計測值也作為計測角度9i存儲於存儲部63(已設定計測角度9i的情況下不需要)。成為計測對象的偏芯數據為徑方向的位移量ai及計測角度9i(旋轉角度)。另外，作為位移計2，適合使用公知的各種傳感器。除例如千分表等接觸傳感器之外，可以使用雷射傳感器、靜電容量式傳感器、超聲波傳感器等非接觸式傳感器。 燃氣輪機轉子1的各計測點&預先劃線等選定燃氣輪機轉子1的外表面的全部計測點&的測定位置。各計測點&的徑方向的位移量&在使燃氣輪機轉子1低速旋轉而到達規定的計測點&的測定位置時，以位移計2的讀數為計測值進行自動取入。計測點&的位置用CCD傳感器等(未圖示)對預設定的計測位置確認劃線等。每個轉子盤的計測都通過確定計測開始點、邊確認計測點&的位置邊使燃氣輪機轉子1旋轉一圈，來搜集全部計測點&的計測值。計測點&也可以只將計測開始點選定在轉子盤的外表面上，其他的計測點用由轉速表3檢測到的自計測開始點起的旋轉角度來選定。
運算部64具備偏芯運算部641、異常值判定部642及計測值更新部643。
在偏芯運算部641，從存儲部63讀出全部計測值Pi，以第一個存儲的徑方向的位移量&為初始值，關於全部的徑方向位移量ai，分別減去徑方向位移量& (徑方向位移量A-徑方向位移量& —徑方向位移量a》，運算新的徑方向位移量A。 另外，也可以取而代之，將存儲於存儲部63的各數據直接作為徑方向的位移量&。
14另外，也可以將從旋轉體的旋轉中心02和位移計2的設置位置之間的距離(已知)中減去存儲於存儲部63的各數據後的值作為徑方向的位移量ai(在這種情況下，徑方向的位移量&成為距旋轉中心02的距離)。另外，也可以設想基準圓，將從旋轉體的旋轉中心02和位移計2的設置位置之間的距離(已知)中減去存儲於存儲部63的各數據及基準圓的半徑後的值作為徑方向的位移量A。 基於數學式4選擇3個計測點而確定計算圓。根據所確定的計算圓，計算與各計測點Xi對應的計算圓值Qi,j。接下來，根據各計測點Xi的計測值Pi和計算圓值Qi,j，基於數學式l，計算誤差量Aw。進而，根據誤差量Ai,j，利用數學式2導出誤差量合計值ASj。通過同樣的處理，根據3個計測點的其他組合，確定其他計算圓，導出與各計算圓對應的誤差量合計值ASj。從誤差量合計值ASj中確定最小誤差量合計值ASj，以與之相對的計算圓為最可幾圓。算出最可幾圓的中心和旋轉體的旋轉中心02的偏離量，確定由偏心距離e及偏芯角度93構成的最可幾圓偏芯數據，存儲於存儲部63。 在異常值判定部642，對由偏芯運算部641確定的最可幾圓，判定與最可幾圓相對的誤差量、即最可幾圓誤差量A^是否在基準值以內。希望全部的最可幾圓誤差量A^收
斂在基準值以內。在最可幾圓誤差量A^(例如，i = f)大於基準值的情況下，認定計測
值Pf(或徑方向的位移量ai)為異常值。 計測值更新部643在認定計測值Pf為異常值的情況下，對位移計2、偏移量檢測部62發出再計測的指示。通過再計測由偏移量檢測部62獲取的再計測值暫時存儲於存儲部63後，由計測值更新部643調出，將計測值替換為再計測值，計測值的更新結束。參照更新後的計測值，重複圖5所示的偏芯計算順序。 在顯示部65，顯示由從存儲部63調出的偏芯量及偏芯角度構成的最可幾圓偏芯數據。另外，在發生了異常值的情況下，顯示對象計測點Xf及其計測點Xf的計測值Pf、誤差量Af、a。圖IO表示本系統的輸入輸出畫面的一例。 根據本系統，能夠用簡便的方法獲取最可幾圓偏芯數據(偏心距離e及偏芯角度9 a)，另外，異常值的特定較容易，替換為再計測值，並能夠簡便地進行偏芯量及偏芯角度的計算。 實施例1 下面，以構成燃氣輪機轉子1的轉子盤為例，對進行正常計測時的偏芯計算方法的具體例進行說明。在該實施例中，沿轉子盤的圓周方向等分為8份，計測各計測點的偏移量，計算偏芯數據。 在圖7中，作為實施例l，表示與8個計測點的計測角度相對的計測值及最可幾圓計算圓值，且表示構成最可幾圓偏芯數據的偏芯量及偏芯角度。另外，在該實施例中，作為算出計算圓的計測點，表示採用&、^及^三個點的例子。另外，最可幾圓計算圓值是指與該實施例的最可幾圓相對的各計測點的計算圓值。在圖8中，將該關係作為基準圓、最可幾圓和計測值的關係而圖式化，表示偏芯量及偏芯角度。在本實施例的情況下，各計測點的最可幾圓誤差量都在基準值以內，偏芯量及偏芯角度都小，在實用面上沒有問題。
實施例2 以下表示燃氣輪機轉子1的轉子盤的計測時、計測值上發生了異常值時的例子。在本實施例中，表示8個計測點內在1個計測點(計測點X5)上發生了異常值的情況。
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在圖7的實施例2中，表示各計測點的計測值及最可幾圓計算圓值，一併表示偏芯量及偏芯角度。另外，在該實施例中，作為算出計算圓的計測點，採用^、^及X8三個點。圖9表示該實施例的與計測值及最可幾圓計算圓值相對的最可幾圓誤差量。在圖7中，根據本發明，在發生了實施例2所示的異常值的情況下，最終的偏芯量及偏芯角度也是與正常計測時的實施例l幾乎相同的數值，即使是異常計測的情況，實用上也幾乎不影響偏芯的計算精度。另一方面，根據圖9，計測點X5與其他計測點相比，呈現遠遠地超過基準值的過大的誤差量。因而，根據本發明，通過參照最可幾圓誤差量，發生了異常值的計測點的特定較容易。 如果應用本發明的偏芯計算方法，就能夠比較簡便且高精度地特定最可幾圓，獲取最可幾圓偏芯數據。另外，由於異常值的特定較容易，因此能夠簡單地將異常值排除並替換為再計測值。 以上對本發明的實施方式進行了說明，但本發明不局限於上述實施方式，在本發明的範圍內，在其具體結構上可以添加種種變更，是自不待言的。例如，偏移量檢測部62、存儲部63、運算部64(偏芯運算部641、異常值判定部642、計測值更新部643)不局限於各自的電子電路單元(IC單元卡)的形式，也包含電子計算機的程序(或順序)、存儲器的形式。 另外，關於計測值Pi、計測角度9 i，也可以邊使燃氣輪機轉子1旋轉一圈，邊連續地計測來自位移計2及轉速表3的數據，將其連續數據存儲於存儲部63後，抽取任意的至少4個點以上，基於此導出、存儲徑方向的位移量ai、計測角度9i。
1權利要求
一種旋轉體的偏芯計算方法，其特徵在於，基於邊使該旋轉體旋轉邊沿圓周方向的外表面在至少4個點以上的計測點由位移計計測到的計測值，導出所述旋轉體的徑方向的位移量，根據全部計測點的所述徑方向的位移量及各計測點的計測角度，選擇任意的3個點，算出計算圓，根據該計算圓計算相對於全部的所述計測點的計算圓值，算出該計算圓值和所述徑方向的位移量之差作為相對於各計測點的誤差量，將該誤差量進行合計，導出誤差量合計值，對全部計測點中的3個計測點的組合數分別重複進行計算，分別算出誤差量合計值，從所得到的與全部組合數相關的誤差量合計值中，將誤差量合計值最小的計算圓選定為最可幾圓，算出該最可幾圓的中心和所述旋轉體的旋轉中心之間的偏離作為最可幾圓偏芯數據。
2. 如權利要求1所述的旋轉體的偏芯計算方法，其特徵在於，所述最可幾圓偏芯數據 為偏芯量和偏芯角度。
3. 如權利要求1或2所述的旋轉體的偏芯計算方法，其特徵在於，在最可幾圓的所述計 算圓值和所述徑方向的位移量之差即最可幾圓誤差量超過基準值的情況下，認定與該最可 幾圓誤差量對應的計測點的計測值為異常值。
4. 如權利要求3所述的旋轉體的偏芯計算方法，其特徵在於，在所述最可幾圓誤差量 超出基準值的情況下，對認定為所述異常值的計測值進行再計測，獲取再計測值，將所述計 測值替換為該再計測值。
5. 如權利要求1 4中任一項所述的旋轉體的偏芯計算方法，其特徵在於，所述旋轉體 為燃氣輪機轉子。
6. —種旋轉體的偏芯計算系統，其特徵在於， 旋轉體的偏芯計算系統具備輸入部，其設定所述旋轉體旋轉一圈中的至少4個點以上的計測點；偏移量檢測部，其基於利用位移計對沿該旋轉體的圓周方向的外表面的至少4個點以上的計測點所計測的計測值，導出所述旋轉體的徑方向的位移量；存儲部，其存儲由所述偏移量檢測部導出的所述徑方向的位移量及所述計測點的計測角度；運算部，其基於存儲於該存儲部的數據，計算所述旋轉體的最可幾圓偏芯數據， 該運算部，根據存儲於所述存儲部的全部計測點的所述徑方向的位移量及所述計測角度，選擇任 意的3個點，算出計算圓，根據該計算圓計算相對於全部的所述計測點的計算圓值，算出該計算圓值和所述徑方向的位移量之差作為相對於各計測點的誤差量，將該誤差量進行合計，導出誤差量合計值，對全部計測點中的3個計測點的組合數分別重複進行計算，分別算出誤差量合計值， 從所得到的與全部組合數相關的誤差量合計值中，將該誤差量合計值最小的計算圓選定為最可幾圓，算出該最可幾圓的中心和所述旋轉體的旋轉中心之間的偏離作為最可幾圓偏芯數據。
7. 如權利要求6所述的旋轉體的偏芯計算系統，其特徵在於，所述運算部具備異常值 判定部，該異常值判定部在最可幾圓的所述計算圓值和所述徑方向的位移量之差即最可幾 圓誤差量超出基準值的情況下，認定與該最可幾圓誤差量對應的計測點的計測值為異常 值。
8. 如權利要求7所述的旋轉體的偏芯計算系統，其特徵在於，所述運算部具備計測值 更新部，該計測值更新部在所述最可幾圓誤差量超出基準值的情況下，將由所述偏移量檢 測部獲取的再計測值從所述存儲部調出，將所述計測值替換為所述再計測值。
全文摘要
本發明提供一種簡便的旋轉體的偏芯計算方法。該旋轉體的偏芯計算方法基於邊使該旋轉體旋轉邊沿圓周方向的外表面在至少4個點以上的計測點上由位移計計測到的計測值，導出旋轉體的徑方向的位移量，根據全部計測點的徑方向的位移量及旋轉角度，選擇任意的3個點，算出計算圓，根據計算圓，計算相對於全部計測點的計算圓值，將計算圓值和徑方向的位移量之差算出，以作為相對於各計測點的誤差量，將誤差量進行合計，導出誤差量合計值，分別對全部計測點中的3個計測點的組合數進行重複計算，算出各個誤差量合計值，從與所得到的全部組合數相關的誤差量合計值中，選定該誤差量合計值最小的計算圓為最可幾圓，將最可幾圓的中心和旋轉體的旋轉中心的偏離量算出，以作為最可幾圓偏芯數據。
文檔編號G01B21/24GK101784864SQ200880102169
公開日2010年7月21日 申請日期2008年6月30日 優先權日2008年6月30日
發明者伊原圭祐, 坂惠利幸 申請人:三菱重工業株式會社