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JPH0727601A - Method and apparatus for measuring vibration in non-contact - Google Patents

Method and apparatus for measuring vibration in non-contact

Info

Publication number
JPH0727601A
JPH0727601A JP19513793A JP19513793A JPH0727601A JP H0727601 A JPH0727601 A JP H0727601A JP 19513793 A JP19513793 A JP 19513793A JP 19513793 A JP19513793 A JP 19513793A JP H0727601 A JPH0727601 A JP H0727601A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibration
laser light
rotor
blade
contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP19513793A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masakazu Matsuo
正和 松尾
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.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP19513793A priority Critical patent/JPH0727601A/en
Publication of JPH0727601A publication Critical patent/JPH0727601A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To measure the vibration of a rotary body such as a steam turbine rotor highly accurately in a non-contact state. CONSTITUTION:A laser light emitting body is provided at a stationary part not in contact with an object part to be measured. The laser light from the laser light emitting body is cast on the object part to be measured. The reflected light from the object part to be measured is received and the vibration of the object part is measured. For example, the laser light is emitted from a sensor head 22 in turbine wheel chamber 6 toward a shroud 5 at the tip of a turbine bucket 4. The vibration of the bucket 4 is measured based on the displacement of the incident position of the reflected light. For a bucket 3, which does not have the shroud 5, the laser light is emitted to the tip of the bucket, and the vibration of the bucket 3 is measured based on the Doppler displacement of the reflected signal.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば蒸気タービンロ
ータ、軸流型コンプレッサの動翼、過給機の羽根車翼な
ど、各種回転機械の回転振動を、非接触で計測するため
の方法と装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for non-contact measurement of rotational vibrations of various rotary machines such as steam turbine rotors, rotor blades of axial flow type compressors, impeller blades of superchargers. Regarding the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の蒸気タービンロータの回転振動の
計測方法を、図17を参照して説明する。図17は蒸気
タービンロータの終段部分を示したもので、回転軸1に
一体に形成されたディスク2の周縁に設けられた、最終
段のL−0動翼3と最終段から数えて1段目のL−1動
翼4とが示されている。L−1動翼4の先端にはシュラ
ウド5が設けられている。これら、回転軸1、ディスク
2、L−0動翼3、L−1動翼4と図示していないさら
に数段の動翼を含め、ロータと称している。このロータ
は車室6内に収納されている。
2. Description of the Related Art A conventional method of measuring rotational vibration of a steam turbine rotor will be described with reference to FIG. FIG. 17 shows the final stage portion of the steam turbine rotor, which is the L-0 rotor blade 3 of the final stage and the first stage counted from the final stage, which are provided on the peripheral edge of the disk 2 formed integrally with the rotary shaft 1. The stage L-1 rotor blade 4 is shown. A shroud 5 is provided at the tip of the L-1 rotor blade 4. The rotary shaft 1, the disk 2, the L-0 moving blades 3, the L-1 moving blades 4 and a number of stages of moving blades (not shown) are collectively referred to as a rotor. This rotor is housed in the passenger compartment 6.

【0003】そして、計測対象となる各L−1動翼4の
根元部にストレンゲージ11を貼り付けるとともに、テ
レメータ発信装置12を車室6に近いロータ部分に固定
してある。ストレンゲージ11とテレメータ発信装置1
2との間を、リード線13で接続しているが、リード線
13は翼面からロータ表面を這わせて、回転中の遠心力
で飛散しないように、接着剤などでしっかり固定してあ
る。一方、静止側である車室6の内側には、受信アンテ
ナ14が設けてあり、この受信アンテナ14は高周波ケ
ーブル15を介して受信機16に接続されている。
A strain gauge 11 is attached to the root of each L-1 rotor blade 4 to be measured, and a telemeter transmitter 12 is fixed to the rotor portion near the passenger compartment 6. Strain gauge 11 and telemeter transmitter 1
2 is connected by a lead wire 13, but the lead wire 13 is firmly fixed with an adhesive or the like so that the rotor surface crawls from the blade surface and is not scattered by centrifugal force during rotation. . On the other hand, a receiving antenna 14 is provided inside the stationary cabin 6, and the receiving antenna 14 is connected to a receiver 16 via a high frequency cable 15.

【0004】さて、上記のように構成されたものによ
り、次のようにして動翼の振動が計測される。すなわ
ち、L−1動翼4に貼り付けたストレンゲージ11は、
ロータの回転により動的歪みを受け、その動的歪みに比
例して電気抵抗が変化する。この変化をテレメータ発信
装置12で受けてFM変調し、電波として放射する。こ
の電波を受信アンテナ14でキャッチし、受信機16で
復調することにより、L−1動翼4の振動に比例したア
ナログ信号を得、図示しないFFTアナライザなどによ
って、所望の振動解析を行い、回転中の動翼の振動特性
を計測する。
Now, the vibration of the moving blade is measured in the following manner by the above-mentioned structure. That is, the strain gauge 11 attached to the L-1 rotor blade 4 is
Rotation of the rotor causes dynamic strain, and electric resistance changes in proportion to the dynamic strain. This change is received by the telemeter transmission device 12, FM-modulated, and radiated as a radio wave. By capturing this radio wave with the receiving antenna 14 and demodulating it with the receiver 16, an analog signal proportional to the vibration of the L-1 rotor blade 4 is obtained, and a desired vibration analysis is performed by an FFT analyzer (not shown) or the like, and rotation is performed. Measure the vibration characteristics of the inner rotor blade.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来
は、テレメータ方式により動翼の振動を計測するもので
あるが、この方式には次のような問題があった。すなわ
ち、電波法上使用可能な周波数は、88MHz〜108
MHzとなっているので、この範囲内では、各ストレン
ゲージ11毎のテレメータ発信装置12に配分する周波
数は、せいぜい6チャンネル分しか設定することができ
ず、従って、同時に6点の計測しかできなかった。その
ため、1回の測定では6本の動翼の振動特性しか計測す
ることができず、1段に100〜120本も植込まれて
いる動翼の回転中の全体的な振動特性を把握することが
できなかった。
As described above, conventionally, the vibration of the moving blade is measured by the telemeter method, but this method has the following problems. That is, the frequencies that can be used under the Radio Law are 88 MHz to 108
Since the frequency is MHz, the frequency to be distributed to the telemeter transmission device 12 for each strain gauge 11 can be set to at most 6 channels within this range, and therefore only 6 points can be measured at the same time. It was Therefore, it is possible to measure only the vibration characteristics of six moving blades in one measurement, and to grasp the overall vibration characteristics of rotating moving blades with 100 to 120 implanted in one stage. I couldn't.

【0006】また、ストレンゲージの動翼への貼り付け
や、ストレンゲージとテレメータ発信装置との間を接続
するリード線の取り付け作業には、多大な労力を必要と
し、全動翼の振動特性を計測することは極めて困難であ
った。
Further, a great deal of labor is required for attaching the strain gauge to the moving blade and for attaching the lead wire connecting the strain gauge and the telemeter transmitting device, and the vibration characteristics of all moving blades are required. It was extremely difficult to measure.

【0007】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するためになされたもので、テレメータ方式によら
ず、非接触で動翼などの回転体の振動を高精度に計測す
ることができる方法及び装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and it is possible to highly accurately measure the vibration of a rotating body such as a moving blade without contacting the telemeter system. It is an object to provide a method and a device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、測定対象部に接触しない静止部にレー
ザ発光体を置き、このレーザ発光体からのレーザ光を測
定対象部に照射し、その測定対象部からの反射光を受け
て測定対象部の振動を計測するようにしたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, a laser light emitter is placed on a stationary part which does not contact the measurement object part, and the laser beam from this laser light emitter is applied to the measurement object part. Irradiation is performed, and the reflected light from the measurement target portion is received to measure the vibration of the measurement target portion.

【0009】[0009]

【作 用】上記の手段によれば、測定対象部に対して非
接触の状態で対象部の振動特性を測定することができる
とともに、多数の測定対象部の振動特性を、センサを交
換することなく測定することができる。また、レーザ光
を利用することにより、対象部の変位やレーザ光の干渉
として微少な振動を計測することができる。
[Operation] According to the above means, it is possible to measure the vibration characteristics of the target portion in a non-contact state with the measurement target portion, and to replace the sensors with the vibration characteristics of a large number of measurement target portions. Can be measured without. Further, by using the laser light, it is possible to measure a minute vibration as displacement of the target portion or interference of the laser light.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明に係る非接触振動計測方法およ
びその装置の実施例について、図1ないし図16を参照
して詳細に説明する。なお、これらの図において、図1
7と同一部分には同一符号を付してあるのでその部分の
説明は省略する。
Embodiments of the non-contact vibration measuring method and apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to FIGS. Note that in these figures, FIG.
The same parts as 7 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0011】先ず、第1の実施例について、図1ないし
図9を参照して説明する。
First, a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 9.

【0012】図1は、図17と同様の蒸気タービンロー
タの終段部分を示したものであり、回転振動試験を行う
場合には、ロータ部分を特別の真空車室の中に設置して
回転させ、回転変化に対する動翼の振動状態を試験する
ことになる。ここでは、L−1動翼4の振動を測定する
ものとして、動翼4の先端に設けてあるシュラウド5の
側面に向けて、回転軸1の軸方向からレーザ光を照射す
るように、車室6の内側に取付けた取付台21にセンサ
ヘッド22を固定してある。このセンサヘッド22は、
ロータの回転によって振動しないように強固に固定され
ている。なお、真空室内といっても、ロータは残留空気
との回転摩擦によって発熱し、軸方向へ数mm伸びるの
で、センサヘッド22はこの熱伸びによるロータとの接
触を避けるため、10mm程度は離して設置しておく必
要がある。また、回転軸1の一部に光反射テープ23を
貼付し、この光反射テープ23に対向する位置に光検出
器24を設けて、回転軸1の回転数が検出できるように
なっている。この回転数の検出には、その他既知の手段
が適宜使用できる。
FIG. 1 shows a final stage portion of a steam turbine rotor similar to that shown in FIG. 17, and in the case where a rotary vibration test is performed, the rotor portion is installed in a special vacuum casing and is rotated. Then, the vibration state of the rotor blade with respect to the rotation change is tested. Here, in order to measure the vibration of the L-1 rotor blade 4, laser light is emitted from the axial direction of the rotating shaft 1 toward the side surface of the shroud 5 provided at the tip of the rotor blade 4, so that A sensor head 22 is fixed to a mounting base 21 mounted inside the chamber 6. This sensor head 22 is
It is firmly fixed so as not to vibrate due to the rotation of the rotor. Even in the vacuum chamber, the rotor heats up due to the rotational friction with the residual air and expands by several mm in the axial direction. Therefore, the sensor head 22 should be separated by about 10 mm to avoid contact with the rotor due to this thermal expansion. Must be installed. Further, a light reflecting tape 23 is attached to a part of the rotary shaft 1, and a photodetector 24 is provided at a position facing the light reflecting tape 23 so that the number of rotations of the rotary shaft 1 can be detected. Other known means can be appropriately used for detecting the rotation speed.

【0013】図2はL−1動翼4の一部を拡大した図で
ある。シュラウド5は各翼の先端にそれぞれ一体に取付
けられており、ディスク2の全円周上に動翼4を植込む
と、各シュラウド5間はわずかな隙間しか形成されず、
ロータが回転するとその遠心力による動翼4の捩じり戻
りによって、隣接するシュラウド5どうしが接触し、ロ
ータの回転中はシュラウド5が一つの輪を形成するよう
になる。このようなシュラウド5の側面に向けて、図1
に示したセンサヘッド22からレーザ光を照射する。
FIG. 2 is an enlarged view of a part of the L-1 rotor blade 4. The shrouds 5 are integrally attached to the tips of the respective blades, and when the blades 4 are implanted on the entire circumference of the disk 2, only a small gap is formed between the shrouds 5,
When the rotor rotates, the rotor blades 4 are twisted back by the centrifugal force, so that the adjacent shrouds 5 come into contact with each other, and the shroud 5 forms one ring during the rotation of the rotor. Toward the side surface of such a shroud 5, as shown in FIG.
Laser light is emitted from the sensor head 22 shown in FIG.

【0014】次に、センサヘッド22の詳細について、
図3を参照して説明する。センサヘッド22はレーザ式
変位計を構成しており、内部には、半導体レーザ駆動部
31で励起される半導体レーザ素子32が設けられてい
て、ここから放射されたレーザ光は、投光レンズ33に
より集束され、シュラウド5の側面に照射される。ま
た、センサヘッド22の内部には受光レンズ34および
受光素子35も設けられており、シュラウド5の側面で
反射したレーザ光を集束させて受光し、受光素子35か
らは、受光位置に対応した電気信号を送出する。この受
光素子35からの電気信号や半導体レーザ駆動部31へ
供給する電力などは、ケーブル36を通して送受され
る。
Next, regarding the details of the sensor head 22,
This will be described with reference to FIG. The sensor head 22 constitutes a laser displacement meter, and a semiconductor laser element 32 excited by a semiconductor laser driving unit 31 is provided inside the sensor head 22, and the laser light emitted from the sensor head 22 is projected by a light projecting lens 33. Are focused by the laser beam and are irradiated onto the side surface of the shroud 5. Further, a light receiving lens 34 and a light receiving element 35 are also provided inside the sensor head 22, and the laser light reflected by the side surface of the shroud 5 is focused and received, and the light receiving element 35 outputs an electric signal corresponding to the light receiving position. Send a signal. Electric signals from the light receiving element 35, electric power supplied to the semiconductor laser driving unit 31, and the like are transmitted and received through the cable 36.

【0015】なお、センサヘッド22内部のほとんどが
半導体回路素子で構成されているため、熱に対する対策
が必要となり、そのためセンサヘッド22は、水冷容器
37にすっぽり入れ込まれて、試験中に内部温度が40
℃を越えないように、連続的に冷却している。この水冷
容器37はその下方に冷却水入口38がまた上方に冷却
水出口39が設けられており、またケーブル36の貫通
部には防水用のパッキン40が詰め込まれている。
Since most of the inside of the sensor head 22 is composed of semiconductor circuit elements, it is necessary to take measures against heat. Therefore, the sensor head 22 is completely inserted into the water-cooled container 37 and the internal temperature during the test. Is 40
It is continuously cooled so that it does not exceed ℃. The water cooling container 37 is provided with a cooling water inlet 38 below and a cooling water outlet 39 above, and a waterproof packing 40 is packed in a penetrating portion of the cable 36.

【0016】さて、このようなセンサヘッド22を用い
た、L−1動翼4の振動の計測法について、図4に示し
たレーザ式変位計による非接触振動計測装置の一実施例
の系統図を参照して説明する。ロータの回転中に、動翼
4が振動するとその振動はシュラウド5に伝達され、シ
ュラウド5が振動によって蛇行すると回転軸方向へ変位
することになる。そのため、図3において、振動のない
状態ではシュラウド5がB位置にあるものとすれば、振
動している状態では、シュラウド5はA位置とC位置と
の間を変位することになる。従って、シュラウド5の位
置によって、シュラウド5の側面で反射したレーザ光の
受光素子35に達するまでの距離や角度が微妙に変化
し、受光素子35から出力される電気信号もそれに応じ
て変位することになる。
Now, regarding the method of measuring the vibration of the L-1 rotor blade 4 using such a sensor head 22, a system diagram of one embodiment of the non-contact vibration measuring device by the laser displacement meter shown in FIG. Will be described with reference to. When the rotor blade 4 vibrates while the rotor is rotating, the vibration is transmitted to the shroud 5, and when the shroud 5 meanders due to the vibration, the shroud 5 is displaced in the rotation axis direction. Therefore, in FIG. 3, assuming that the shroud 5 is in the B position in the absence of vibration, the shroud 5 is displaced between the A position and the C position in the vibrating state. Therefore, depending on the position of the shroud 5, the distance and the angle of the laser light reflected on the side surface of the shroud 5 to reach the light receiving element 35 are slightly changed, and the electric signal output from the light receiving element 35 is also displaced accordingly. become.

【0017】そして、受光素子35からの電気的な変位
信号は、ケーブル36を通して処理装置41へ供給さ
れ、ここでデータ処理が施されてシュラウド5の振動に
応じたアナログ電気信号に変換される。この信号はブラ
ウン管オシロスコープのような表示装置42へ供給さ
れ、振動波形として表示される。一方、光検出器24で
検出した回転軸1の回転信号は、増幅器43で増幅され
て波形整形され、1回転当り1つのパルス信号を発生す
る。このパルス信号はデジタル回転計44に供給され、
回転軸1の回転数を計数して表示するとともに、表示装
置42へも供給されて、回転周期を示す信号として振動
波形とともに表示される。なお、図4には示していない
が、FFTアナライザ、データレコーダ、データ作図装
置などを備えて、時々刻々の振動データの変化を解析
し、記録することもできる。
The electrical displacement signal from the light receiving element 35 is supplied to the processing device 41 through the cable 36, where it is subjected to data processing and converted into an analog electrical signal corresponding to the vibration of the shroud 5. This signal is supplied to a display device 42 such as a cathode ray tube oscilloscope and displayed as a vibration waveform. On the other hand, the rotation signal of the rotary shaft 1 detected by the photodetector 24 is amplified and waveform-shaped by the amplifier 43 to generate one pulse signal per one rotation. This pulse signal is supplied to the digital tachometer 44,
The number of rotations of the rotary shaft 1 is counted and displayed, and is also supplied to the display device 42 and displayed as a signal indicating a rotation cycle together with a vibration waveform. Although not shown in FIG. 4, an FFT analyzer, a data recorder, a data plotting device, etc. may be provided to analyze and record the change of the vibration data from moment to moment.

【0018】表示装置42に表示される振動波形は、図
5および図6に示すようなものとなる。すなわち、シュ
ラウド5が振動していない状態では、その端面は図3の
B位置にあって変位しないので、表示装置42に表示さ
れる振動波形は、図5に示すように振幅がBの直流波形
45となり、回転周期を示すパルス46とともに表示さ
れる。この振幅Bは、シュラウド5とセンサヘッド22
との間の設定距離に相当する直流電圧分である。他方、
シュラウド5が振動して、その端面が図3のA位置とC
位置との間を変位している場合には、図6に示すよう
に、レベルBを基準としてAとCの間を変位する振動波
形47が表示される。この例では、回転軸1の1回転周
期Tの間に、丁度4周期分の振動波形47が表示されて
おり、このことは、回転数の4倍の周波数で動翼4が共
振していることを示している。
The vibration waveform displayed on the display device 42 is as shown in FIGS. 5 and 6. That is, when the shroud 5 is not vibrating, its end face is at the position B in FIG. 3 and is not displaced, so that the vibration waveform displayed on the display device 42 is a DC waveform with an amplitude B as shown in FIG. 45, which is displayed together with the pulse 46 indicating the rotation cycle. This amplitude B is determined by the shroud 5 and the sensor head 22.
It is a DC voltage component corresponding to the set distance between and. On the other hand,
The shroud 5 vibrates, and its end face is at position A and C in FIG.
When the displacement is between the position and the position, a vibration waveform 47 that is displaced between A and C with reference to the level B is displayed as shown in FIG. In this example, the vibration waveform 47 for exactly four cycles is displayed during one rotation cycle T of the rotary shaft 1, which means that the rotor blade 4 resonates at a frequency of four times the rotation speed. It is shown that.

【0019】ところで、L−1動翼4の全てのシュラウ
ド5が、図2に示すように相互に接続し合って全周が一
体になっている場合には、これを無限翼群と称してい
る。この無限翼群となっている動翼の振動特性は、1本
1本の動翼が個別に振動するのではなく、全周の動翼が
関連しあって、あたかも1枚の円板のように振動するこ
とが知られている。
By the way, when all the shrouds 5 of the L-1 moving blade 4 are connected to each other as shown in FIG. 2 and the entire circumference is integrated, this is called an infinite blade group. There is. The vibration characteristics of the rotor blades that make up this infinite blade group do not cause the rotor blades to individually vibrate individually, but the rotor blades around the entire circumference are related, as if they were one disk. It is known to vibrate.

【0020】図7は、L−1動翼4の全てが円板状にな
って振動している振動モードを説明するために示した説
明図である。この振動モードは、ロータの静止中に、ハ
ンマリングによる静的加振試験を行い、任意の1枚の動
翼を基準として、全周の各動翼の振動を実測して描いた
もので、基準の動翼に対して振動の変位が同相であれば
+(プラス)符号を、逆相のときは−(マイナス)符号
をつけて描いている。この図7の例では、振動モードの
花弁が4個あり、軸対称に振幅の節点(振幅が0の点)
同志を直線で結んだとき、4本の直線を引くことができ
る。このような振動モードを4ND(Nodal Dia …節
径)と呼んでいる。また、このND数は順次増加し、2
0位までが観察対象となる。
FIG. 7 is an explanatory view shown for explaining a vibration mode in which all of the L-1 moving blades 4 are in a disk shape and are vibrating. This vibration mode is drawn by performing a static vibration test by hammering while the rotor is stationary, and actually measuring the vibration of each rotor blade around the entire circumference with reference to one rotor blade. If the vibration displacement is in phase with the reference moving blade, a + (plus) sign is attached, and if it is in antiphase, a minus sign is attached. In the example of FIG. 7, there are four petals in the vibration mode, and the nodes of the amplitude are symmetrical with respect to the axis (the point where the amplitude is 0).
You can draw four straight lines when you connect them with a straight line. Such a vibration mode is called 4ND (Nodal Dia ... Nodal diameter). In addition, the number of NDs will increase in sequence to 2
The 0th place is the observation target.

【0021】さて、横軸をND数とし縦軸を共振振動数
として、ND数と共振振動数との関係をグラフにプロッ
トすると図8のようになる。これはロータの静止中に測
定したものであり、ロータの回転中には遠心力が付加さ
れるため、各ND振動数は上昇する傾向となる。この関
係を図示したものをキャンベル線図と称し、各ND振動
数の回転数に対する変化曲線であるが、図9に示すよう
に、横軸をロータの回転数、縦軸を翼の振動数として、
各ND数についてプロットしたものとなる。また、図9
に1H,2H,3H…で示した直線はハーモニクス線と
称し、回転数の整数倍の振動数を順次表したものであ
り、図中4ND線と4H線との交点、5ND線と5H線
との交点…のように係数の同じ両方の線の交点に描いた
丸印は、これらの交点で共振が特に大きくなることを示
している。そして、丸の大きさで共振振幅の大きさを表
している。このような、図9に示されているND振動数
の変化曲線、ND線とハーモニクス線との交点での共振
振幅の大きさと、その周波数などを実測するのが回転振
動試験の主目的となる。
Now, when the horizontal axis is the ND frequency and the vertical axis is the resonance frequency, the relationship between the ND frequency and the resonance frequency is plotted in a graph as shown in FIG. This is measured while the rotor is stationary, and centrifugal force is applied during rotation of the rotor, so that each ND frequency tends to increase. A graph showing this relationship is called a Campbell diagram, which is a change curve of each ND frequency with respect to the rotation speed. As shown in FIG. 9, the horizontal axis is the rotation speed of the rotor, and the vertical axis is the blade frequency. ,
It is a plot for each ND number. In addition, FIG.
The straight lines indicated by 1H, 2H, 3H ... are called harmonics lines and represent the frequencies of integer multiples of the rotation speed in sequence. The intersections of the 4ND line and the 4H line in the figure are the 5ND line and the 5H line. The circles drawn at the intersections of both lines having the same coefficient, such as the intersections of, indicate that the resonance becomes particularly large at these intersections. The size of the circle represents the size of the resonance amplitude. The main purpose of the rotational vibration test is to actually measure the change curve of the ND frequency shown in FIG. 9, the magnitude of the resonance amplitude at the intersection of the ND line and the harmonics line, and the frequency thereof. .

【0022】上述のように、この実施例では、回転する
動翼へ向けて静止側の1点にセンサヘッドを設置してお
くことにより、図7に示す振動モードを示す場合の振
幅、振動数などを測定することができる。
As described above, in this embodiment, the sensor head is installed at one point on the stationary side toward the rotating blade, so that the amplitude and frequency in the vibration mode shown in FIG. Etc. can be measured.

【0023】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。この実施例は、図7に示した振動モードが、例え
ばロータ固定ではなく空間に固定する振動特性であると
き、この共振時に限ってシュラウド5とセンサヘッド2
2との間は時間的に一定値となって変動分が検出できな
くなるので、それを補うためのものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, when the vibration mode shown in FIG. 7 has, for example, a vibration characteristic of fixing to the space instead of fixing to the rotor, the shroud 5 and the sensor head 2 are limited to this resonance.
This is for compensating for the fluctuation between 2 and 2 since it becomes a constant value and the fluctuation cannot be detected.

【0024】すなわち、図10に概略を示すように、第
1の実施例で説明したセンサヘッド22を、動翼4のシ
ュラウド5へ向けて、円周上に複数個設置したものであ
り、この場合の計測装置の系統図を図11に示してあ
る。すなわち、複数のセンサヘッド22a,22b,2
2c…に対応する数の処理装置41a,41b,41c
…を備え、各処理装置41a,41b,41c…の出力
をマルチプレクサ51へ供給し、マルチプレクサ51で
多チャンネル同時サンプリングした数値データを、デー
タ処理装置52へ入力する。例えば、円周上に16個の
センサヘッドが配置されているものとすると、各センサ
ヘッドから、図12に黒丸印で示すような振幅信号がデ
ータ処理装置52へ入力される。そこで、データ処理装
置52では、内部演算処理機能によって正弦波の周期、
振幅、位相の内挿処理が実行され、演算誤差の最も少な
い波形を推算して、点線波形を表示し、そのときの振
幅、周波数、位相も合わせて出力する。
That is, as schematically shown in FIG. 10, a plurality of sensor heads 22 described in the first embodiment are arranged on the circumference toward the shroud 5 of the moving blade 4. A system diagram of the measuring device in this case is shown in FIG. That is, the plurality of sensor heads 22a, 22b, 2
2c ... The number of processing devices 41a, 41b, 41c
The output of each of the processing devices 41a, 41b, 41c ... Is supplied to the multiplexer 51, and the numerical data simultaneously sampled by the multiplexer 51 is input to the data processing device 52. For example, assuming that 16 sensor heads are arranged on the circumference, an amplitude signal as indicated by a black circle in FIG. 12 is input to the data processing device 52 from each sensor head. Therefore, in the data processing device 52, the cycle of the sine wave,
Amplitude and phase interpolation processing is executed, the waveform with the least calculation error is estimated, the dotted line waveform is displayed, and the amplitude, frequency, and phase at that time are also output.

【0025】この実施例の場合、円周上に配置するセン
サヘッドの数は、サンプリングの定理から、測定したい
最大ND数の2倍かそれ以上とする必要がある。このよ
うにすると、特殊なケースでまれにしか起こらない現象
の、振動モードの空間固定の場合でも測定が可能とな
る。なお、振動モードが通常のロータ固定の場合には、
センサヘッドと処理装置の1つの組み合わせを使用すれ
ば、第1の実施例と同様の測定法となることは言うまで
もない。
In the case of this embodiment, the number of sensor heads arranged on the circumference needs to be twice or more the maximum ND number to be measured from the sampling theorem. By doing so, it becomes possible to measure even in the case of spatially fixing the vibration mode, which is a phenomenon that rarely occurs in a special case. If the vibration mode is fixed to the normal rotor,
It goes without saying that the same measurement method as in the first embodiment can be obtained by using one combination of the sensor head and the processing device.

【0026】次に、本発明の第3の実施例について、図
13ないし図16を参照して説明する。この実施例は、
レーザのドップラ変位を利用することにより、L−0動
翼3の振動を計測する場合に好適なものである。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 to 16. This example
This is suitable for measuring the vibration of the L-0 moving blade 3 by utilizing the Doppler displacement of the laser.

【0027】図13は、タービンのL−0動翼3の先端
部へ、回転軸の方向からレーザ光を照射できるように、
レーザヘッド61を設けた様子を示した部分的な拡大図
であり、レーザヘッド61はレーザガイド62とともに
支持台63によって、車室6の内側に強固に支持されて
いる。
FIG. 13 shows that the tip of the L-0 rotor blade 3 of the turbine can be irradiated with laser light from the direction of the rotation axis.
FIG. 6 is a partially enlarged view showing a state in which a laser head 61 is provided, and the laser head 61 is firmly supported inside a vehicle interior 6 by a support base 63 together with a laser guide 62.

【0028】図14は、図13に示したL−0動翼3の
先端側から見た図であり、動翼3には動翼4のようにシ
ュラウド5がなく、動翼3の上側と下側についているス
タブ64を介して、5枚の動翼3が1組となるように溶
接されて連結されている。
FIG. 14 is a view as seen from the tip side of the L-0 moving blade 3 shown in FIG. 13. The moving blade 3 does not have the shroud 5 like the moving blade 4, and the upper side of the moving blade 3 is Five moving blades 3 are welded and connected to each other via a stub 64 on the lower side so as to form one set.

【0029】この実施例の場合の計測装置の系統図を図
15に示してある。すなわち、レーザヘッド61から動
翼3の先端部へレーザ光が照射され、その反射光はレー
ザヘッド61で受けてレーザガイド62を介してレーザ
ドップラ振動計65に導入される。この場合、L−0動
翼3にはシュラウドがなく、レーザ照射面が翼毎に大き
く切れ込むことになるので、レーザドップラ振動計65
内に設けられているデータ処理装置からは、図16に示
すようなパルス列66が出力される。このパルス列66
の上側先端が、各翼毎の振動変位を示すことになる。従
って、パルス列66の上側先端を結んだ包絡線67が、
L−0動翼3全体の振動波形となり、これは包絡線処理
器68によって演算処理されて、振幅、振動数、回転パ
ルスに対する位相が求められる。なお、回転軸1の回転
数の計測方法は、第1、第2の実施例と同様である。
A system diagram of the measuring device in this embodiment is shown in FIG. That is, laser light is emitted from the laser head 61 to the tip of the rotor blade 3, and the reflected light is received by the laser head 61 and introduced into the laser Doppler vibrometer 65 via the laser guide 62. In this case, since the L-0 moving blade 3 has no shroud and the laser irradiation surface is greatly cut for each blade, the laser Doppler vibrometer 65 is used.
A pulse train 66 as shown in FIG. 16 is output from the data processing device provided therein. This pulse train 66
The upper tip of the arrow indicates the vibration displacement of each blade. Therefore, the envelope 67 connecting the upper ends of the pulse trains 66 is
The vibration waveform of the entire L-0 moving blade 3 is calculated and processed by the envelope processor 68 to obtain the amplitude, the frequency, and the phase with respect to the rotation pulse. The method of measuring the rotation speed of the rotary shaft 1 is the same as in the first and second embodiments.

【0030】このレーザドップラ振動計65は、レーザ
波長のドップラ干渉の原理を応用して、高感度で高速の
振動速度の測定を行うものである。これを変位振幅に換
算すると、1nm〜5mm、1Hz〜1MHzの振動感
度と周波数応答を有することになる。従って、L−0動
翼3の先端が、600m/sの周速で回転しているとき
でも、600×103mm/1MHz=0.6mmのピ
ッチ毎の精度で振動振幅を検出できる。
The laser Doppler vibrometer 65 applies the principle of Doppler interference of the laser wavelength to measure the vibration velocity at high speed with high sensitivity. When this is converted into a displacement amplitude, it has a vibration sensitivity and a frequency response of 1 nm to 5 mm and 1 Hz to 1 MHz. Therefore, even when the tip of the L-0 rotor blade 3 is rotating at a peripheral speed of 600 m / s, the vibration amplitude can be detected with an accuracy of each pitch of 600 × 103 mm / 1 MHz = 0.6 mm.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
静止側にレーザヘッドなどの測定部材を配置して、非接
触で回転側である測定対象の振動を測定することができ
るので、多数の測定対象部の振動特性を、センサを交換
することなく測定することができる。また、レーザ光を
利用することにより、対象部の変位やレーザ光の干渉と
して微少な振動を、極めて高感度に測定することができ
る。さらに、測定準備に要する労力も軽減され、作業効
率を大幅に向上することができる。
As described in detail above, according to the present invention,
By arranging a measuring member such as a laser head on the stationary side, it is possible to measure the vibration of the measurement object on the rotating side in a non-contact manner, so the vibration characteristics of many measurement objects can be measured without replacing the sensor. can do. Further, by using the laser light, it is possible to measure a minute vibration as displacement of the target portion or interference of the laser light with extremely high sensitivity. Further, the labor required for the measurement preparation is reduced, and the work efficiency can be significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による非接触振動計測方法を説明するた
めに示した、蒸気タービンロータの終段部分の構成図で
ある。
FIG. 1 is a configuration diagram of a final stage portion of a steam turbine rotor shown for explaining a non-contact vibration measuring method according to the present invention.

【図2】図1におけるL−1動翼の一部を拡大して示し
た斜視図である。
FIG. 2 is an enlarged perspective view showing a part of the L-1 moving blade in FIG.

【図3】本発明に係る非接触振動計測装置のセンサヘッ
ド部の一実施例を示した構成説明図である。
FIG. 3 is a configuration explanatory view showing an embodiment of a sensor head portion of the non-contact vibration measuring device according to the present invention.

【図4】本発明に係る非接触振動計測装置の一実施例の
系統図である。
FIG. 4 is a system diagram of an embodiment of a non-contact vibration measuring device according to the present invention.

【図5】本発明の作用を説明するために、表示装置に表
示される振動波形の一例を示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a vibration waveform displayed on a display device for explaining the operation of the present invention.

【図6】本発明の作用を説明するために、表示装置に表
示される振動波形の他の例を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing another example of the vibration waveform displayed on the display device for explaining the operation of the present invention.

【図7】L−1動翼の全てが円板状になって振動してい
る振動モードを説明するために示した説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram shown for explaining a vibration mode in which all L-1 moving blades are vibrating in a disk shape.

【図8】ND数と共振振動数との関係を示した特性図で
ある。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the ND number and the resonance frequency.

【図9】ND振動数の回転数に対する変化曲線を示すキ
ャンベル線図である。
FIG. 9 is a Campbell diagram showing a change curve of the ND frequency with respect to the rotation speed.

【図10】本発明の第2の実施例を説明するために、セ
ンサヘッドの配置状態を示した図である。
FIG. 10 is a diagram showing an arrangement state of sensor heads for explaining a second embodiment of the present invention.

【図11】本発明に係る非接触振動計測装置の他の実施
例の系統図である。
FIG. 11 is a system diagram of another embodiment of the non-contact vibration measuring device according to the present invention.

【図12】本発明の第2の実施例における各センサヘッ
ドで検出される振動振幅を説明するために示した説明図
である。
FIG. 12 is an explanatory diagram shown for explaining a vibration amplitude detected by each sensor head in the second embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第3の実施例を説明するために、セ
ンサヘッドの配置状態を示した図である。
FIG. 13 is a diagram showing an arrangement state of sensor heads for explaining a third embodiment of the present invention.

【図14】図13に示されているL−0動翼を先端側か
ら見た平面図である。
FIG. 14 is a plan view of the L-0 moving blade shown in FIG. 13 viewed from the tip side.

【図15】本発明に係る非接触振動計測装置の他の実施
例の系統図である。
FIG. 15 is a system diagram of another embodiment of the non-contact vibration measuring device according to the present invention.

【図16】本発明の第3の実施例において、表示装置に
表示される振動波形の一例を示した図である。
FIG. 16 is a diagram showing an example of a vibration waveform displayed on the display device in the third embodiment of the present invention.

【図17】従来の振動計測装置を説明するために示し
た、蒸気タービンロータの終段部分の構成図である。
FIG. 17 is a configuration diagram of a final stage portion of a steam turbine rotor shown for explaining a conventional vibration measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 回転軸 2 ディスク 3 L−0動翼(最終段の動翼) 4 L−1動翼(最終段から数えて1段目の動翼) 5 シュラウド 6 車室 22 センサヘッド 23 光反射テープ 24 光検出器 1 rotating shaft 2 disk 3 L-0 rotor blade (final stage rotor blade) 4 L-1 rotor blade (first stage rotor blade counting from the last stage) 5 shroud 6 vehicle compartment 22 sensor head 23 light reflecting tape 24 Photo detector

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】測定対象部に接触しない静止部にレーザ発
光体を置き、このレーザ発光体からのレーザ光を測定対
象部に照射し、その測定対象部からの反射光を受けて測
定対象部の振動を計測することを特徴とする非接触振動
計測方法。
1. A laser light emitter is placed on a stationary portion that does not contact the measurement target portion, laser light from the laser light emitter is applied to the measurement target portion, and the reflected light from the measurement target portion receives the measurement target portion. A non-contact vibration measuring method, characterized by measuring the vibration of a.
【請求項2】タービン動翼の先端に設けられているシュ
ラウドへ向けて、タービン車室の内側の固定部からレー
ザ光を照射し、反射光の入射位置の変位に基づきタービ
ン動翼の振動を計測することを特徴とする非接触振動計
測方法。
2. A laser beam is radiated from a fixed portion inside the turbine casing toward a shroud provided at the tip of the turbine blade, and vibration of the turbine blade is caused based on displacement of an incident position of reflected light. A non-contact vibration measuring method characterized by measuring.
【請求項3】タービン動翼の先端へ向けて、タービン車
室の内側の固定部からレーザ光を照射し、反射信号のド
ップラ変位に基づきタービン動翼の振動を計測すること
を特徴とする非接触振動計測方法。
3. A laser beam is radiated from a fixed portion inside the turbine casing toward the tip of the turbine rotor blade, and the vibration of the turbine rotor blade is measured based on the Doppler displacement of the reflected signal. Contact vibration measurement method.
【請求項4】タービン動翼の先端に設けられているシュ
ラウドへ向けてレーザ光を照射するとともにその反射光
を受光するように、タービン車室の内側に固定したセン
サヘッド部と、このセンサヘッド部からの信号を受けて
タービン動翼の振動の状態を解析する処理装置とから成
ることを特徴とする非接触振動計測装置。
4. A sensor head portion fixed inside a turbine casing so as to irradiate a laser beam toward a shroud provided at the tip of a turbine rotor blade and receive the reflected light, and the sensor head. A non-contact vibration measuring device comprising: a processing device that receives a signal from the unit to analyze a vibration state of a turbine rotor blade.
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