JP3534604B2 - Deformation measurement device for rotating body - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、各種タービンやフ
ァンなどの回転体が回転した場合の翼の捩り戻り量や軸
方向の縮み量など、回転体の変形量を電磁ピックアップ
などの距離を計測するセンサを用いて計測する装置に関
する。 【０００２】 【従来の技術】回転体の変形量、例えば回転翼の捩り戻
り量を計測する技術の一つとして、タービンなどの車室
の一部にストロボ撮影の可能なカメラを設置し、そのタ
ービンなどの回転周波数をトリガタイミングとしてシャ
ッターをきる装置を用いることにより、ある決まった翼
を撮影することが出来ることを利用し、回転数毎の写真
を比較することで回転翼の捩り戻り量を計測していたと
いわれている。 【０００３】このような従来の変形量計測装置では、計
測に時間がかかり、回転体の作動中にその時点その時点
での変形量を知ることができない。その他、従来、回転
体の変形量を計測する技術としては確立されたものが無
かったというのが現状である。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、各種タービ
ンやファンなどの回転体における回転による回転翼の捩
り戻り量を簡単に、かつ、精度よく計測可能な回転体の
変形量計測装置を提供することを課題としている。 【０００５】 【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は、回転翼の翼頭部を両側から挟むかたちで
２個、翼根部に向けて１個の距離計を静置し、前記翼頭
部を挟んで静置した距離計と翼根部に向けて静置した距
離計による計測値の変化量の差をとることによって前記
回転翼の回転数の変化分を除いて回転翼の回転による捩
り戻り量を計測するように構成した回転体の変形量計測
装置を提供する。 【０００６】この変形量計測装置によれば、回転翼の回
転に伴う捩り戻り量は翼頭部を両側から挟むかたちで静
置された２個の距離計で計測される翼頭部との間の距離
の変化として検出される。一方、距離計の検出値は回転
翼の回転速度によって変化するが、その回転数の変化は
翼根部に向けて静置された距離計で検出される。 【０００７】従って、回転翼の翼頭部を両側から挟むか
たちで静置された２個の距離計の計測値と翼根部に向け
て静置された距離計の計測値の差をとることによって、
回転数の変化分を除いた回転翼の捩り戻りによる距離変
化を検出することとなる。こうして、本発明の回転体の
変形量計測装置によれば、回転翼の回転による捩り戻り
量を容易に、かつ正確に計測することができる。 【０００８】 【０００９】 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、本発明による回転体の変形
量計測装置を、図１〜４に示した実施の形態に基づいて
具体的に説明する。なお、以下の実施形態において、説
明を簡略にするため、同等の部分又は装置には同じ符号
を示してある。 【００１１】本実施形態による回転体の変形量計測装置
の概要構成を示す図１において、被計測物体としての回
転翼、すなわち、タービンやファンなどの回転翼７は、
回転軸９のディスク部８に、円周方向に等間隔に支持さ
れている。 【００１２】回転翼７の翼頭部に対向して両側から挟む
かたちで２個の電磁ピックアップ装置１０がタービン車
室などの静止部に設置されている。また、翼根部に１個
の電磁ピックアップ１０が設置されている。 【００１３】図２は、前記したように本実施形態による
変形量計測装置で用いられている電磁ピックアップ装置
１０の構成を示している。この電磁ピックアップ装置１
０はヨーク１の一端側にコイル２が巻き付けられ、ヨー
ク１の他端側に永久磁石３が取り付けられていて、これ
らはケース４に組み込まれている。一方、ケース４の後
端部には信号端子５が取り付けられていて、ここにコイ
ル２からのリード線６が接続されている。 【００１４】このような構成をもつ電磁ピックアップ装
置１０は、ヨーク１の先端側を被磁性体が通過するとヨ
ーク１内の磁束密度が変化することによりコイル２に起
電力を発生する。しかもその起電力の大きさは被磁性体
の電磁ピックアップ装置１０との間の距離によって変化
するので、電磁ピックアップ装置１０は距離計として働
く。 【００１５】次に図３は、被計測物体としてのタービン
翼の捩り戻り変形の様子を図示したものである。すなわ
ち、タービン翼は翼根部１３と翼頭部１４が捩れた状態
になっており、前記翼頭部１４にはシュラウド１５が取
り付けられている。 【００１６】このタービン翼が矢印１２の方向に回転し
ているとすると、タービン翼は矢印１２の方向の回転に
伴い遠心方向に力を受けるため、翼頭部１４が翼根部１
３の向きに戻ろうとし、矢印１６の方向に捩り戻り変形
を起こす。 【００１７】図４は、図１に示した変形量計測装置にお
ける基本的な計測原理を示したものである。つまり、回
転数が低い状態における回転翼７ａと電磁ピックアップ
装置１０との距離は矢印１７で表され、回転の上昇に伴
い回転翼７ａが捩り戻り変形１６を起こすことにより回
転翼７ｂとなり回転翼７ｂと電磁ピックアップ装置１０
との距離は矢印１８に変化し、矢印１７との差が回転翼
の捩り戻り量として表わされる。 【００１８】次に、本実施形態による変形量計測装置に
よる回転翼の回転に伴う変形量、すなわち、翼の捩り戻
り量の計測作用について説明する。 【００１９】図１から図４に示してあるように、電磁ピ
ップアップ装置１０はヨーク１の先端側を被磁性体１１
が通過することにより、前記ヨーク１内の磁束密度が変
化し、コイル２に起電力を発生する。 【００２０】また、電磁ピックアップ装置１０の起電力
はヨーク１の先端側を通過する被磁性体１１の速度に比
例し、ヨーク１の先端から被磁性体１１までの相対距離
の２乗に反比例するため、前記起電力と被磁性体１１の
速度及び被磁性体１１とヨーク１との距離の関係を次式
で表すことができる。 【００２１】 【数１】 【００２２】すなわち、回転数の上昇に伴い実際に回転
翼７が捩り戻り変形１６を起こした場合には翼頭部１４
を挟むように設置された２個の電磁ピックアップ装置１
０と回転翼７との相対距離が矢印１７から矢印１８に変
化し、回転翼７と電磁ピックアップ装置１０との距離は
近づくことになる。 【００２３】このとき、回転翼７と電磁ピックアップ装
置１０との距離の変化量は左右（又は前縁、後縁共に）
共に同量と考えられるためコイル２内に発生する起電力
の増加分は等しくなる。逆に、翼根部１３には捩り戻り
変形１６の影響がないため、翼根部１３に設置された電
磁ピックアップ装置１０と回転翼７との相対距離は変化
せず、電磁ピックアップ装置１０における起電力の増加
は回転数すなわち被磁性体の速度の上昇によるもののみ
となる。 【００２４】つまり、翼頭部１４に設置された電磁ピッ
クアップ装置１０の起電力の増加分と翼根部１３に設置
された電磁ピックアップ装置１０の起電力の増加分との
差が回転翼７の捩り戻り量を表していることになる。 【００２５】このとき、翼頭部１４に設置した電磁ピッ
プアップ装置１０の起電力も翼根部１３に設置した電磁
ピックアップ装置１０と同様に回転数に比例して増加す
るため、求めたい回転翼の捩り戻り量は回転数の上昇に
よる起電力の変化分を引いた電圧値を用いる必要があ
る。そして、回転翼の捩り戻り量を表した電圧値は数式
により回転翼７との距離に変換され、捩り戻り量とし
て表される。 【００２６】また、上記式で用いられる比例定数ｋは
捩り戻り変形が起こる前の回転数において求められた値
を用いる必要があり、一般に回転翼７の捩り戻り変形１
６は回転数に比例して大きくなるため、比例定数ｋは捩
り戻り変形１６が起こる前の低い回転数で求めておく必
要がある。 【００２７】 【００２８】 【００２９】 【００３０】 【００３１】 【００３２】 【００３３】 【００３４】以上、本発明を図示した実施形態に基づい
て具体的に説明したが、本発明がこれらの実施形態に限
定されず特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で、その
具体的構造、構成に種々の変更を加えてよいことはいう
までもない。 【００３５】例えば、上記実施形態では距離の変化を計
測するセンサとして電磁ピックアップを用いているが、
レーザを利用した距離計など電磁ピックアップに限ら
ず、適宜の距離計を採用してもよい。 【００３６】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の回転体の
変形量計測装置は、回転翼の翼頭部を両側から挟むかた
ちで２個、翼根部に向けて１個の距離計を静置してあ
り、その翼頭部を挟んで静置した距離計の変化量から翼
根部に向けて静置した距離計による計測値の変化量の差
をとることによって回転翼の回転数の変化分を除いて回
転翼の回転による捩り戻り量を正確、かつ、簡単に計測
することができる。 【００３７】Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotating body such as a turbine or a fan, which rotates when a rotating body rotates. The present invention relates to an apparatus for measuring the amount of deformation using a distance measuring sensor such as an electromagnetic pickup. 2. Description of the Related Art As one of the techniques for measuring the amount of deformation of a rotating body, for example, the amount of twisting back of a rotor, a camera capable of flash photography is installed in a part of a vehicle room such as a turbine. By using a device that releases the shutter using the rotation frequency of a turbine as a trigger timing, it is possible to take a picture of a certain fixed wing. It is said that it was measuring. In such a conventional deformation amount measuring device, it takes a long time to measure, and it is impossible to know the deformation amount at that time during the operation of the rotating body . As a further, conventionally, as a technique for measuring the deformation of the rotating body at present is that there is no those established. [0004] SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention, easily twisting the return amount of the rotor blades by the rotation of the rotary member such as various turbines and fans, and the amount of deformation of the precisely measurable rotator It is an object to provide a measuring device. [0005] In order to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises two rangefinders sandwiching a blade head of a rotor from both sides and one distance meter toward a blade root. Place the wings
By taking the difference in the amount of change in the measured values by the rangefinder that was left standing with the part sandwiched and the rangefinder that was left standing toward the blade root,
Provided is an apparatus for measuring the amount of deformation of a rotating body configured to measure an amount of torsional return due to rotation of a rotor except for a change in the number of rotations of the rotor. [0006] According to this deformation amount measuring device, the amount of torsional return accompanying rotation of the rotor blade is measured between the blade head measured by two rangefinders that are stationary with the blade head sandwiched from both sides. Is detected as a change in distance. On the other hand, the detection value of the range finder changes according to the rotation speed of the rotor, and the change in the number of rotations is detected by the range finder settled toward the blade root. [0007] Therefore, whether the rotor head is sandwiched from both sides
To the root of the blade and the readings of two rangefinders
By Rukoto and the difference between the measured values of the stationary distance meter Te,
The change in the distance due to the untwisting of the rotor, excluding the change in the number of rotations, is detected. Thus, according to the apparatus for measuring the amount of deformation of a rotating body of the present invention, it is possible to easily and accurately measure the amount of torsional return caused by the rotation of a rotating blade. [0008] [0009] DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Hereinafter, the deformation amount measurement device of a rotating body according to the present invention will be specifically described based on the embodiment shown in FIG. 1-4. In the following embodiments, the same reference numerals are given to the same parts or devices to simplify the description. In FIG. 1 which shows a schematic configuration of a rotating body deformation amount measuring apparatus according to this embodiment, a rotating blade as a measured object, that is, a rotating blade 7 such as a turbine or a fan,
The rotating shaft 9 is supported at equal intervals in the circumferential direction by the disk portion 8. Two electromagnetic pickup devices 10 are installed in a stationary part such as a turbine casing so as to be opposed to the blade head of the rotary blade 7 from both sides. Also, one electromagnetic pickup 10 is provided at the blade root. FIG. 2 shows the configuration of the electromagnetic pickup device 10 used in the deformation amount measuring device according to the present embodiment as described above. This electromagnetic pickup device 1
Reference numeral 0 denotes a coil 2 wound around one end of a yoke 1, and a permanent magnet 3 attached to the other end of the yoke 1, which are incorporated in a case 4. On the other hand, a signal terminal 5 is attached to a rear end of the case 4, and a lead wire 6 from the coil 2 is connected to the signal terminal 5. The electromagnetic pickup device 10 having such a configuration generates an electromotive force in the coil 2 by changing the magnetic flux density in the yoke 1 when the magnetic body passes through the tip end of the yoke 1. In addition, the magnitude of the electromotive force varies depending on the distance between the magnetic body and the electromagnetic pickup device 10, so that the electromagnetic pickup device 10 functions as a distance meter. Next, FIG. 3 shows a state of a torsional return deformation of a turbine blade as an object to be measured. That is, the turbine blade has a blade root portion 13 and a blade head 14 twisted, and a shroud 15 is attached to the blade head 14. Assuming that the turbine blade is rotating in the direction of arrow 12, the turbine blade receives a force in the centrifugal direction with rotation in the direction of arrow 12, so that the blade head 14
3 and returns to the direction of arrow 16 to cause deformation. FIG. 4 shows a basic measurement principle in the deformation measuring device shown in FIG. That is, the distance between the rotor 7a and the electromagnetic pickup device 10 in the state where the rotation speed is low is represented by an arrow 17, and the rotor 7a is twisted back and deformed 16 as the rotation increases, thereby becoming the rotor 7b and the rotor 7b. And electromagnetic pickup device 10
Is changed to an arrow 18, and the difference from the arrow 17 is expressed as the amount of twisting back of the rotor. Next, the operation of the deformation measuring device according to the present embodiment for measuring the amount of deformation associated with the rotation of the rotor, ie, the amount of torsional return of the blade, will be described. As shown in FIGS. 1 to 4, the electromagnetic pip-up device 10 is configured such that the tip end of the yoke 1 is
, The magnetic flux density in the yoke 1 changes, and an electromotive force is generated in the coil 2. The electromotive force of the electromagnetic pickup device 10 is proportional to the speed of the magnetic body 11 passing through the tip of the yoke 1 and is inversely proportional to the square of the relative distance from the tip of the yoke 1 to the magnet 11. Therefore, the relationship between the electromotive force, the speed of the magnetic body 11, and the distance between the magnetic body 11 and the yoke 1 can be expressed by the following equation. [Equation 1] That is, when the rotating blade 7 actually undergoes torsional deformation 16 with an increase in the rotation speed, the blade head 14
Two electromagnetic pickup devices 1 installed so as to sandwich
The relative distance between 0 and the rotary wing 7 changes from the arrow 17 to the arrow 18, and the distance between the rotary wing 7 and the electromagnetic pickup device 10 is reduced. At this time, the amount of change in the distance between the rotary wing 7 and the electromagnetic pickup device 10 is left and right (or both the leading edge and the trailing edge).
Since both are considered to be the same amount, the amount of increase in the electromotive force generated in the coil 2 becomes equal. Conversely, since the blade root 13 is not affected by the torsional deformation 16, the relative distance between the electromagnetic pickup device 10 installed on the blade root 13 and the rotary blade 7 does not change, and the electromotive force of the electromagnetic pickup device 10 does not change. The increase is only due to an increase in the rotation speed, that is, the speed of the magnetic body. That is, the difference between the increase in the electromotive force of the electromagnetic pickup device 10 installed on the wing head 14 and the increase in the electromotive force of the electromagnetic pickup device 10 installed on the blade root 13 is the torsion of the rotor 7. This indicates the amount of return. At this time, the electromotive force of the electromagnetic pick-up device 10 installed on the wing head 14 also increases in proportion to the number of rotations, similarly to the electromagnetic pickup device 10 installed on the blade root portion 13, so that the desired rotor wing can be obtained. It is necessary to use a voltage value obtained by subtracting a change in the electromotive force due to an increase in the number of rotations as the amount of torsional return. Then, the voltage value representing the amount of twisting back of the rotating blade is converted into a distance from the rotating blade 7 by a mathematical formula, and is expressed as the amount of twisting back. The proportionality constant k used in the above equation must be a value obtained at the rotational speed before the occurrence of the torsional deformation.
Since 6 increases in proportion to the rotation speed, the proportionality constant k needs to be determined at a low rotation speed before the torsional deformation 16 occurs. Although the present invention has been described in detail based on the illustrated embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. It is needless to say that various changes may be made to the specific structure and configuration within the scope of the present invention as set forth in the appended claims. For example, in the above embodiment, an electromagnetic pickup is used as a sensor for measuring a change in distance.
Not limited to an electromagnetic pickup such as a distance meter using a laser, an appropriate distance meter may be employed. As described above, the apparatus for measuring the amount of deformation of a rotating body according to the present invention has a distance of two between the two sides of the blade head of the rotor and one toward the root of the blade. The meter is set still, and the wing
Difference in the amount of change in the measured value by a distance meter settled toward the root
By doing so, it is possible to accurately and easily measure the amount of torsional return caused by the rotation of the rotating blade, excluding a change in the number of rotations of the rotating blade . [0037]

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施形態による回転体の変形量計測装
置の構成を示す説明図。 【図２】図１の装置に用いられる電磁ピックアップ装置
の構造例を示す説明図。 【図３】本発明の実施形態による変形量計測装置による
計測原理を説明するための回転翼の捩り戻り状態を示す
説明図。 【図４】本発明の実施形態の装置による回転翼の捩り戻
り量の計測原理を示す説明図。 【符号の説明】 １ ヨーク ２ コイル ３ 永久磁石 ４ ケース ５ 信号端子 ６ リード線 ７ 回転翼 ８ ディスク部 ９ 回転軸 １０ 電磁ピックアップ １１ 被磁性体 １２ 回転方向を示す矢印 １３ 翼根部 １４ 翼頭部 １５ シュラウド １６ 捩り戻り変形Explanatory view showing a configuration of a deformation amount measurement device for a rotary body according to the implementation embodiments BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [Figure 1] present invention. FIG. 2 is an explanatory view showing a structural example of an electromagnetic pickup device used in the device of FIG. Explanatory view showing a torsion return state of the rotating blades for explaining the measurement principle according to the deformation amount measurement apparatus according to implementation embodiments of the present invention; FIG. Explanatory view showing a torsional return of the measuring principle of the rotary blade by the apparatus of the implementation form of the present invention; FIG. [Description of Signs] 1 Yoke 2 Coil 3 Permanent magnet 4 Case 5 Signal terminal 6 Lead wire 7 Rotating blade 8 Disk unit 9 Rotating shaft 10 Electromagnetic pickup 11 Magnetic body 12 Arrow indicating rotation direction 13 Blade root 14 Blade wing 15 Shroud 16 Torsion return deformation

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 回転翼の翼頭部を両側から挟むかたちで
２個、翼根部に向けて１個の距離計を静置し、前記翼頭
部を挟んで静置した距離計と前記翼根部に向けて静置し
た距離計による計測値の変化量の差をとることによって
前記回転翼の回転数の変化分を除いて前記回転翼の回転
による捩り戻り量を計測するように構成したことを特徴
とする回転体の変形量計測装置。(57) [Claims 1] Two blades are sandwiched between both sides of a blade head of a rotary blade, and one distance meter is stood still toward a blade root portion.
By taking the difference between the change amount of the measurement value measured by standing the distance meter and distance meter standing toward the blade root section across the part
A rotating body deformation amount measuring device configured to measure an amount of torsional return due to rotation of the rotor blade except for a change in the number of rotations of the rotor blade.