JP7316027B2 - 回転軸系の捩れ振動計測装置 - Google Patents

Description

本開示は、回転軸系の捩れ振動計測装置及び捩れ振動計測方法に関する。

タービン及び発電機が回転軸を介して結合された回転軸系を備える発電設備などでは、装置の大型化、送電の大容量化及び長距離化、電力系統校正の複雑化、電力負荷の多様化等が進んでいる。その結果、種々の送電擾乱（負荷遮断、２相短絡、高速再閉路等）が起ったとき、これらが回転軸系の安定稼働に大きく影響することがわかってきた。回転軸系においては、特に、捩れ振動の抑制及び回転軸系の疲労強度の向上が重要視され、これらに関し今まで多くの提案がなされている。

特許文献１には、タービン及び発電機を備える回転軸系の捩れ振動を検出し監視する装置が開示されている。この捩れ振動検出装置は、回転軸の軸方向の異なる位置に複数の歯車を設け、この歯車に対向する静止位置に設けた電磁ピックアップで回転する歯車の歯形状から回転パルスを得ている。回転軸系の捩れ振動は、回転軸上の軸方向で異なる２点で検出した回転パルス間の相対位相の変化として表れるため、これら２点間の回転パルスの位相差を検出することで捩れ振動を検出している。この装置では、歯車の取付角差やピッチ誤差などの影響を除去するため、負荷が十分に小さい時の捩れ振動信号を記憶器に記憶させ、逐次捩れ振動信号よりこれを差し引くようにしている。

特開昭６３－７５６２５号公報

特許文献１に開示された装置は、回転軸系から得られる捩れ振動信号より捩れ固有振動モードによって決まる連立方程式を解いて各固有モード毎の応答を求め、この解から捩れ振動による応力波形を合成し、回転軸系各部の疲労寿命を求めている。そのため、複雑な演算を行う必要があり、演算器などを含む処理装置が複雑かつ高コストとなっている。

一実施形態は、回転軸系に発生する捩れ振動を計測する場合に、回転軸系に設けられた歯車などのマークの取付角差やピッチ誤差等の影響を除去可能で、かつ簡易かつ低コストな計測手段を提案することを目的とする。

（１）一実施形態に係る回転軸系の捩れ振動計測装置は、
前記回転軸系を構成する構成要素に対向する位置に設けられ、前記構成要素に形成された一つの回転数マーク、及び前記構成要素の回転方向に沿って間隔を置いて形成された複数の間隔マーク、の各々の通過を検出して検出信号を発信する少なくとも一つの検出器と、
前記検出器から発信される前記一つの回転数マークに対応する前記検出信号から、前記回転軸系が１回転するのに要する１回転時間（Ｔｏ）をカウントする回転数カウンタと、
前記検出器から発信される前記複数の間隔マークのそれぞれに対応する前記検出信号から、前記複数の間隔マークの一つである第ｎマークが通過してから第ｎ＋１マークが通過するまでの時間であるマーク間隔時間（Ｔｐｎ）をカウントする間隔カウンタと、
前記１回転時間（Ｔｏ）と前記マーク間隔時間（Ｔｐｎ）との比である第１比を算出する除算器と、
前記回転軸系が基準状態にある時に求めた前記第１比を基準比として記憶するための記憶器と、
前記除算器において求めた前記第１比と、前記記憶器に記憶されている前記基準比との比である第２比を求める判定器と、
を備える。

回転軸系（回転軸、及び該回転軸に設けられた機器、例えば、タービン、発電機等を含む系）において、回転軸が一定の回転速度で回転しているとき、即ち、回転軸系に捩れ振動が発生していないとき、各間隔マークにおけるマーク間隔時間Ｔｐｎは一定であり変動しない（ｎ≧１）。他方、回転軸系に捩れ振動が生じると、各間隔マークにおけるマーク間隔時間Ｔｐｎは微小に変化して周波数変調を起す。この微小な回転速度の変動分を求めることで、捩れ振動の角速度が得られる。

上記（１）の構成によれば、回転軸系が基準状態（例えば、回転軸系に捩れ振動が発生していない状態）にある時に求めた各間隔マークにおける基準比と、捩れ振動の計測のために求めた第１比との比（第２比）を求めることで、回転数マーク及び間隔マークの取付角差やピッチ誤差等の影響を排除した捩れ振動の状態を計測できる。また、第２比の数値から捩れ振動の発生を定量的に把握できる。このため、特許文献１のように、捩れ振動を表す回転角度変位を直接求めるのではなく、捩れ振動を基準比との比（第２比）として求めることで、複雑な演算が不要となり、従って、計測装置を簡易かつ低コスト化できる。

（２）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記基準状態とは、前記回転軸系に捩り振動が発生していないと評価できる状態である。ここで、「捩り振動が発生していないと評価できる状態」とは、通常用いられる検出器によって捩れ振動の発生有無を検出したとき、実質的に捩れ振動の発生を検出できない状態を言う。
上記（２）の構成によれば、捩れ振動の計測のために求めた第１比を上記基準比と比較することで、回転数マーク及び間隔マークの取付角差やピッチ誤差等の影響を排除した捩れ振動の状態を計測できると共に、第２比の数値から捩れ振動の発生を定量的に把握できる。

（３）一実施形態では、前記（１）又は（２）の構成において、
前記マーク間隔時間より短い周期を有する基準クロックを発信する基準クロック発信器をさらに備え、
前記回転数カウンタ、及び前記間隔カウンタは、前記基準クロックの数をカウントすることで前記１回転時間（Ｔｏ）、及び前記マーク間隔時間（Ｔｐｎ）を計測するように構成される。
上記（３）の構成によれば、上記基準クロック発信器から発信される基準クロックによって１回転時間Ｔｏ及びマーク間隔時間Ｔｐｎを計測するため、１回転時間Ｔｏ及びマーク間隔時間Ｔｐｎを正確に計測でき、かつ計測するための装置を簡易かつ低コスト化できる。

（４）一実施形態では、前記（３）の構成において、
前記検出信号をパルス信号に変換するパルス整形器をさらに備え、
前記回転数カウンタ及び前記間隔カウンタは、前記パルス信号間の前記基準クロックの数をカウントするカウンタで構成される。
上記（４）の構成によれば、上記パルス整形器で検出信号をパルス信号に変換し、回転数カウンタ及び間隔カウンタにおいて、検出信号としてパルス信号を用い、パルス信号間で基準クロックの数をカウントするように構成したため、１回転時間Ｔｏ及びマーク間隔時間Ｔｐｎを正確に計測できる。

（５）一実施形態では、前記（１）～（４）の何れかの構成において、
前記判定器で求めた前記第２比を表示する表示部を備える。
上記（５）の構成によれば、上記表示部で第２比を表示することで、捩れ振動の発生有無を迅速に把握できる。

（６）一実施形態では、前記（１）～（５）の何れかの構成において、
前記第２比の閾値が設定され、
前記第２比が前記閾値を超えたとき警報を発信する警報器を備える。
上記閾値は、例えば、回転軸系を構成する構成要素の破損限界となる捩れ振動に設定される。
上記（６）の構成によれば、第２比が閾値を超えたとき、上記警報器で警報を発信することで、捩れ振動の発生が要注意領域に入ったことを周囲の作業員に迅速に伝達でき、これによって、必要な是正処置を迅速に行うことができる。

（７）一実施形態に係る回転軸系の捩れ振動計測方法は、
前記回転軸系を構成する構成要素に対向する位置に設けられ、前記構成要素に形成された一つの回転数マーク、及び前記構成要素の回転方向に沿って間隔を置いて形成された複数の間隔マーク、の各々の通過を検出して検出信号を発信するマーク検出ステップと、
前記一つの回転数マークに対応する前記検出信号から、前記回転軸系が１回転するのに要する１回転時間（Ｔｏ）を回転数カウンタでカウントする回転数カウントステップと、
前記複数の間隔マークの各々に対応する検出信号から、前記複数の間隔マークの一つである第ｎマークが通過してから第ｎ＋１マークが通過するまでの時間であるマーク間隔時間（Ｔｐｎ）を間隔カウンタでカウントする間隔カウントステップと、
前記１回転時間（Ｔｏ）と前記マーク間隔時間（Ｔｐｎ）との比である第１比を算出する除算ステップと、
前記回転軸系が基準状態にある時に求めた前記第１比を基準比として記憶する記憶ステップと、
前記除算器において求めた前記第１比と、前記記憶器に記憶されている前記基準比との比である第２比を求める判定ステップと、
を備える。

上記（７）の方法によれば、上記判定ステップにおいて、回転軸系が基準状態（例えば、回転軸系に捩れ振動が発生していない状態）にある時に求めた各間隔マークにおける基準比と、捩れ振動の計測のために求めた第１比との比（第２比）を求めることで、回転数マーク及び間隔マークの取付角差やピッチ誤差等の影響を排除した捩れ振動の状態を計測できる。また、第２比の数値から捩れ振動の発生を定量的に把握できる。このため、特許文献１のように、捩れ振動を表す回転角度変位を直接求めるのではなく、捩れ振動を基準比との比（第２比）として求めることで、複雑な演算が不要となり、従って、簡易な方法で捩れ振動の発生を把握することができる。

幾つかの実施形態によれば、回転軸の回転位相を計測するために回転軸系に形成された歯車などのマークの取付角差やピッチ誤差等の影響を除去可能であって、かつ簡易かつ低コストな手段で捩れ振動を計測できる。

回転軸系の一構成例を示す概略的構成図である。 一実施形態に係る回転軸系の捩れ振動計測装置の概略的系統図である。 一実施形態に係る回転数マーク検出部の概略的横断面図である。 一実施形態に係る間隔マーク検出部の概略的横断面図である。 一実施形態に係る検出信号としてのパルス信号を示す線図である。 一実施形態に係る基準クロックを示す線図である。 捩れ振動を計測するための一実施形態に係る処理手順を示す工程図である。 一実施形態に係る回転軸系の捩れ振動計測方法の工程図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、これらの実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、回転軸系の構成の一例を示す。同図に示す回転軸系１では、モータ５、増速機７及びタービン９が回転軸３（３ａ、３ｂ）の軸方向に沿って設けられる。増速機７では入力軸３ａから歯車等を介して出力軸３ｂに回転を伝達し、回転数を増幅している。

図２は、一実施形態に係る捩れ振動計測装置１０を示す。捩れ振動計測装置１０では、図３及び図４に示すように、回転軸系１を構成する構成要素（回転軸３、モータ５、増速機７及びタービン９等）には、回転軸系１に生じる捩れ振動を計測するために、一つの回転数マーク１２と、複数の間隔マーク１４とが形成される。図３及び図４に図示された矢印は、回転数マーク１２及び間隔マーク１４が対向して配置された回転軸３（３ａ）の回転方向を示す。回転数マーク１２は回転軸３（３ａ）の周方向に１個設けられ、間隔マーク１４は該回転方向に沿って互いに間隔を置いて複数個設けられる。

捩れ振動計測装置１０は、検出器１６及び１８を備える。検出器１６は、回転数マーク１２に対向する位置に静止して設けられ、回転数マーク１２の通過を検出すると共に、回転数マーク１２の通過を検出したとき、検出信号を発信する。検出器１８は、複数の間隔マーク１４に対向する位置に静止した状態で設けられ、複数の間隔マーク１４を一つずつ検出すると共に、これらを検出したとき、検出信号を発信する。

一実施形態では、回転数マーク１２及び間隔マーク１４は、歯車などのように、表面に凹凸が繰り返し形成された磁性体で構成され、検出器１６及び１８は、マグネットとコイルを有する電磁ピックアップで構成される。該磁性体の凹凸が検出器１６、１８に近づき又は離れることで、該コイルを貫通する磁束が増減し、これによって、該コイルに発生する起電力も増減する。この起電力の繰り返し周波数を検出信号として発信する。

一実施形態では、回転数マーク１２及び間隔マーク１４は、回転軸系１の構成要素に貼付された光の反射率が大きい反射マークで構成され、検出器１６及び１８は、ある特定波長の光を該反射マークに照射し、反射マークで反射した反射光を検出可能な光電式プローブ等の光学機器で構成される。検出器１６及び１８は反射マークで反射した反射光を検出したとき検出信号を発信する。

一実施形態では、図４に示すように、複数の間隔マーク１４が回転軸３（３ａ又は３ｂ）の外周面に設けられる。一実施形態では、１６個の間隔マーク１４が回転軸３（３ａ又は３ｂ）の外周面（回転軸３の一横断面上）に配置される。さらに、一実施形態では、複数の間隔マーク１４が回転軸３の周方向に沿って等間隔に配置される。しかし、等間隔に配置するのは必須の要件ではない。

図２に示すように、回転数マーク１２が通過したとき検出器１６から発信される検出信号は、周期カウンタ２０に設けられた回転数カウンタ２２に送られる。回転数カウンタ２２は、回転軸３（３ａ）が１回転するのに要する１回転時間Ｔｏをカウントする。また、複数の間隔マーク１４の一つ一つが通過したとき検出器１８から発信される検出信号は、周期カウンタ２０に設けられた間隔カウンタ２４に送られる。間隔カウンタ２４は、検出器１８から発信される複数の間隔マーク１４の夫々に対応する検出信号から、複数の間隔マーク１４の一つである第ｎマークが通過してから第ｎ＋１マークが通過するまでの時間であるマーク間隔時間Ｔｐｎをカウントする（ｎ≧１）。第ｎ＋１マークは第ｎマークに対して回転軸３などの構成要素の回転方向の下流側に隣接して配置される。こうして、回転数カウンタ２２で１回転時間Ｔｏが計測され、間隔カウンタ２４で各間隔マーク１４におけるマーク間隔時間Ｔｐｎが計測される。

なお、図２に示す実施形態では、回転数カウンタ２２及び間隔カウンタ２４は、周期カウンタ２０の内部で、夫々１回転時間Ｔｏをカウントするカウンタ部及びマーク間隔時間Ｔｐｎをカウントするカウンタ部として構成されているが、別な実施形態では、回転数カウンタ２２及び間隔カウンタ２４は、周期カウンタ２０内の部品としてではなく、夫々独立したカウンタとして構成されてもよい。

一実施形態では、図４に示すように、検出器１６及び１８から発信される検出信号を夫々パルス信号に変換するパルス整形器３２及び３４をさらに備える。そして、回転数カウンタ２２及び間隔カウンタ２４は、パルス整形器３２及び３４から夫々発信されるパルス信号間の基準クロック数をカウントするように構成される。
この実施形態によれば、回転数カウンタ２２及び間隔カウンタ２４はパルス信号を用い、パルス信号間の基準クロック数をカウントするため、１回転時間Ｔｏ及びマーク間隔時間Ｔｐｎを正確に計測できる。

図５は、間隔マーク１４が回転軸３の周囲に等間隔に１６個設けられたときの実施形態を示す。パルス信号Ｐ_１はパルス整形器３２から発信されるパルス信号であり、パルス信号Ｐ_２はパルス整形器３４から発信されるパルス信号である。パルス信号Ｐ_１は周期がＴｏであり、パルス信号Ｐ_２は周期がＴｐｎ（ｎ＝１～１６）である。

こうして計測された１回転時間Ｔｏ及びマーク間隔時間Ｔｐｎは除算器２６に送られ、除算器２６で１回転時間Ｔｏとマーク間隔時間Ｔｐｎとの比（第１比）が算出される。回転軸系１が基準状態にある時に第１比が基準比として算出され、この基準比は記憶器２８に記憶される。次に、判定器３０において、回転軸系１の捩れ振動を計測したいときに除算器２６で求めた第１比と、記憶器２８に記憶されている基準比との比である第２比を求める。

回転軸系１において、回転軸３が一定の回転速度で回転しているとき、各マーク間隔時間Ｔｐｎは変動せず一定である。一方、１回転時間Ｔｏ及びマーク間隔時間Ｔｐｎは回転軸系１の回転速度が変化すると変動する。また、回転軸系１に捩れ振動が生じると、マーク間隔時間Ｔｐｎの各々は微小に変化する。捩れ振動はこの変化量として表れる。

上記構成によれば、同一の間隔マーク間において、回転軸系が基準状態にある時に求めた第１比（基準比）と、捩れ振動の計測のために求めた第１比との比（第２比）を求めることで、回転数マーク１２及び間隔マーク１４の取付角差やピッチ誤差等の影響を排除した捩れ振動の状態を計測できる。また、第２比の数値から捩れ振動の発生を定量的に把握できる。さらに、特許文献１のように、捩れ振動を表す回転角度変位を直接求めるのではなく、捩れ振動を基準比との比（第２比）として求めることで、複雑な演算が不要となり、従って、計測装置を簡易かつ低コスト化できる。
既存の回転数マーク１２及び間隔マーク１４の位置の修正や、複数の間隔マーク１４を正確に等間隔に配置することは容易ではない。上記構成はこのような修正や配置を必要としない。

一実施形態では、上記「基準状態」とは、回転軸系１に捩り振動が発生していないと評価できる状態であり、「基準比」とは、回転軸系１に捩り振動が発生していないと評価できる状態の時に求めた第１比である。
従って、捩れ振動の計測のために求めた第１比を上記基準比と比較することで、捩れ振動発生の有無を明瞭に把握できると共に、回転数マーク１２及び間隔マーク１４の取付角差やピッチ誤差等の影響を排除した捩れ振動の状態を計測できる。

一実施形態では、複数の間隔マーク１４のうちの一つを回転軸３の１回転を検出するための回転数マークとして動作させるように構成してもよい。この場合、検出器１８は、回転数マークとして動作する間隔マーク１４の通過を検出したとき、回転軸３の１回転を示す検出信号を発信する。この実施形態では、回転数マーク１２及び回転数マーク１２の通過を検出するための検出器１６は不要となり、装置を簡素化できる。

一実施形態では、複数の間隔マーク１４の間でマーク間隔時間Ｔｐｎを求める必要はない。極論すれば、一つのマーク間隔時間Ｔｐｎのみを計測対象とし、このマーク間隔時間Ｔｐｎから第２比を求めれば、捩れ振動を計測できる。また、複数の間隔マーク１４のうち、偶数番目のマーク間隔時間Ｔｐｎのみを計測対象としてもよく、あるいは、奇数番目のマーク間隔時間Ｔｐｎのみを計測対象としてもよい。

一実施形態では、図２に示すように、マーク間隔時間Ｔｐｎより短い周期Ｔｃを有する基準クロックを発信する基準クロック発信器３６を備える。そして、回転数カウンタ２２及び間隔カウンタ２４は、基準クロックの数をカウントすることで１回転時間Ｔｏ及びマーク間隔時間Ｔｐｎを計数するように構成される。
この実施形態によれば、基準クロックをカウントすることで、１回転時間Ｔｏ及びマーク間隔時間Ｔｐｎを計数するため、１回転時間Ｔｏ及びマーク間隔時間Ｔｐｎを計測するための装置を簡易かつ低コスト化できる。

一実施形態では、基準クロック発信器３６から発信された基準クロックはゲート３８（周期カウンタ２０の入力部）に導入される。パルス整形器３２から送られるパルス信号Ｐ_１は、ゲート３８を介して回転数カウンタ２２に送られ、回転数カウンタ２２でパルス間の基準クロック数が計数される。パルス整形器３４から送られるパルス信号Ｐ_２は、ゲート３８を介して間隔カウンタ２４に送られ、間隔カウンタ２４でパルス間の基準クロック数が計数される。
図６は、基準クロック発信器３６から発信される基準クロックＣの一例を示す。基準クロックＣは周期Ｔｃがマーク間隔時間Ｔｐｎの周期よりさらに短いクロックが選択される。

図７は、捩れ振動計測装置１０を用いて捩れ振動を計測する手順の一例を示す。同図において、回転数カウンタ２２では、１回転時間Ｔｏ当たりの基準クロック数Ｋ（Ｔｏ／Ｔｃ）が算出され、間隔カウンタ２４では、各間隔マーク１４におけるマーク間隔時間Ｔｐｎ当たりの基準クロック数（Ｔｐｎ／Ｔｃ）が算出される（ｎ＝１～１６）。除算器２６では、これら基準クロック数の比Ｍ－ｎ（第１比）が求められる。回転軸系１に捩れ振動が発生していないときの第１比Ｍ－ｎが基準比として記憶器２８に記憶される。

同様に、捩れ振動を計測したいときに、１回転時間Ｔｏ当たりの基準クロック数Ｋが算出され、間隔カウンタ２４では、各間隔マーク１４におけるマーク間隔時間Ｔｐｎ’当たりの基準クロック数（Ｔｐｎ’／Ｔｃ）が算出される。除算器２６では、これら基準クロック数の比Ａ－ｎ（第１比）が求められ、記憶器２８に記憶される。
次に、判定器３０で記憶器２８に記憶された基準比Ｍ－ｎと第１比Ａ－ｎとの比Ｊｎ｛（Ａ－ｎ）／（Ｊ－ｎ）｝（第２比）が求められる。第２比Ｊｎに基づいて捩れ振動の発生有無を判定する。
なお、基準比Ｍ－ｎ、第１比Ａ－ｎ及び第２比Ｊｎは、夫々の分子と分母とが入れ替わった比として算出されてもよい。

一実施形態では、判定器３０で求めた第２比Ｊｎを表示する表示部４０を備える。表示部４０で第２比Ｊｎを表示することで、捩れ振動の発生有無を迅速に把握できる。

一実施形態では、第２比Ｊｎの閾値を設定し、第２比Ｊｎが該閾値を超えたとき警報を発信する警報器４２を備える。この閾値は、例えば、回転軸系１を構成する構成要素の破損限界となる捩れ振動に設定する。一実施形態では、図７に示すように、閾値として、下限閾値Ｓ_１及び上限閾値Ｓ_２を設定する。例えば、Ｓ_１＝０．９７とし、Ｓ_２＝１．０３とする。この実施形態によれば、第２比Ｊｎが閾値を超えたとき、警報器４２で警報を発信することで、捩れ振動の発生が要注意領域に入ったことを周囲の作業員に迅速に伝達でき、これによって、必要な処置を迅速に行うことができる。

一実施形態では、図７に示すように、算出された複数の第２比Ｊｎのうちの最大値が上限閾値Ｓ_２を超えた時、又は第２比Ｊｎの最小値が下限閾値Ｓ_１を下回った時に警報を発信するようにしてもよい。

一実施形態に係る捩り振動計測方法は、図８に示すように、まず、マーク検出ステップＳ１０を行う。なお、マーク検出ステップＳ１０の前段階として、予め回転軸系１を構成し、回転する構成要素（例えば、回転軸３（３ａ、３ｂ）など）に一つの回転数マーク１２が形成され、かつ該構成要素の回転方向に沿って間隔を置いて複数の間隔マークが形成される。そして、これらのマークに対向する静止側位置に検出器１６及び１８が設けられる。マーク検出ステップＳ１０では、一つの回転数マーク１２及び複数の間隔マーク１４の通過を検出器１６及び１８で検出し、検出器１６及び１８から夫々検出信号が発信される。

次に、回転数カウントステップＳ１２では、一つの回転数マーク１２の通過に対応して検出器１６から発信された検出信号から、回転軸系１が１回転するのに要する１回転時間Ｔｏを回転数カウンタ２２でカウントする．さらに、間隔カウントステップＳ１４では、複数の間隔マーク１４の各々の通過に対応して検出器１８から発信された検出信号から、複数の間隔マーク１４の一つである第ｎマークが通過してから第ｎ＋１マークが通過するまでの時間であるマーク間隔時間Ｔｐｎを間隔カウンタ２４でカウントする。
次に、こうして求めた１回転時間Ｔｏとマーク間隔時間Ｔｐｎから、除算器２６でこれらの比である第１比を算出する（除算ステップＳ１６）。

次に、回転軸系１が基準状態にある時に求めた第１比Ｍ－ｎを基準比として記憶する（記憶ステップＳ１８）。その後、除算器２６において、回転軸系１の捩れ振動の有無を計測するために求めた第１比Ａ－ｎと、記憶器２８に記憶されている基準比Ｍ－ｎとの比である第２比Ｊｎを求める（判定ステップＳ２０）。

上記方法によれば、判定ステップＳ２０において、回転軸系１が基準状態にある時に求めた各間隔マーク１４における基準比Ｍ－ｎと、捩れ振動の計測のために求めた第１比Ａ－ｎとの比（第２比Ｊｎ）を求めることで、回転数マーク１２及び間隔マーク１４の取付角差やピッチ誤差等の影響を排除した捩れ振動の状態を計測できる。また、第２比Ｊｎの数値から捩れ振動の発生を定量的に把握できる。さらに、特許文献１のように、捩れ振動を表す回転角度変位を直接求めるのではなく、捩れ振動を基準比Ｍ－ｎとの比（第２比Ｊｎ）として求めることで、複雑な演算が不要となり、従って、簡易な方法で捩れ振動の発生を把握することができる。

一実施形態では、図８に示すように、判定器３０で求めた第２比Ｊｎを表示する表示部４０を備え、表示部４０で第２比Ｊｎを表示する（表示ステップＳ２２）。これによって、捩れ振動の発生有無を迅速に把握できる。

一実施形態では、第２比Ｊｎの閾値を設定し、第２比Ｊｎが該閾値を超えたとき警報を発信する警報器４２を備え、第２比Ｊｎが該閾値を超えたとき（Ｓ２４）、警報器４２で警報を発するようにする（警報ステップＳ２６）。この閾値は、例えば、回転軸系１を構成する構成要素の破損限界となる捩れ振動に設定する。一実施形態では、図７に示すように、閾値として、下限閾値Ｓ_１及び上限閾値Ｓ_２を設定する。
この実施形態によれば、第２比Ｊｎが閾値を超えたとき、警報器４２で警報を発信することで、捩れ振動の発生が要注意領域に入ったことを周囲の作業員に迅速に伝達でき、これによって、必要な是正処置を迅速に行うことができる。

幾つかの実施形態によれば、回転軸系に発生する捩れ振動を計測する場合に、回転軸系に設けられたマークの取付角差やピッチ誤差等の影響を除去可能で、かつ簡易かつ低コストな計測手段を実現できる。

１ 回転軸系
３（３ａ、３ｂ） 回転軸
５ モータ
７ 増速機
９ タービン
１０ 捩れ振動計測装置
１２ 回転数マーク
１４ 間隔マーク
１６、１８ 検出器
２０ 周期カウンタ
２２ 回転数カウンタ
２４ 間隔カウンタ
２６ 除算器
２８ 記憶器
３０ 判定器
３２、３４ パルス整形器
３６ 基準クロック発信器
３８ ゲート
４０ 表示器
４２ 警報器
Ａ－ｎ 第１比
Ｃ 基準クロック
Ｊｎ 第２比
Ｍ－ｎ 第１比（基準比）
Ｐ_１、Ｐ_２ パルス信号
Ｓ_１ 下限閾値
Ｓ_２ 上限閾値
Ｔｏ １回転時間
Ｔｐｎ、Ｔｐｎ’ マーク間隔時間

Claims (5)

1. 回転軸系を構成する構成要素に対向する位置に設けられ、前記構成要素に形成された一つの回転数マーク、及び前記構成要素の回転方向に沿って間隔を置いて形成された複数の間隔マーク、の各々の通過を検出して検出信号を発信する少なくとも一つの検出器と、
   前記検出器から発信される前記一つの回転数マークに対応する前記検出信号から、前記回転軸系が１回転するのに要する１回転時間（Ｔｏ）をカウントする回転数カウンタと、
   前記検出器から発信される前記複数の間隔マークのそれぞれに対応する前記検出信号から、前記複数の間隔マークの一つである第ｎマークが通過してから第ｎ＋１マークが通過するまでの時間であるマーク間隔時間（Ｔｐｎ）をカウントする間隔カウンタと、
   前記１回転時間（Ｔｏ）と前記マーク間隔時間（Ｔｐｎ）との比である第１比を算出する除算器と、
   前記回転軸系が基準状態にある時に求めた前記第１比を基準比として記憶するための記憶器と、
   前記除算器において求めた前記第１比と、前記記憶器に記憶されている前記基準比との比である第２比を求め、前記第２比に基づいて前記回転軸系に発生する捩れ振動の発生有無を判定する判定器と、を備え、
   前記マーク間隔時間より短い周期を有する基準クロックを発信する基準クロック発信器をさらに備え、
   前記回転数カウンタは、前記１回転時間（Ｔｏ）当たりの前記基準クロックの数をカウントすることで前記１回転時間（Ｔｏ）を計測するように構成され、前記間隔カウンタは、前記マーク間隔時間（Ｔｐｎ）当たりの前記基準クロックの数をカウントすることで前記マーク間隔時間（Ｔｐｎ）を計測するように構成され、前記第１比は、前記１回転時間（Ｔｏ）当たりの前記基準クロックの数と前記マーク間隔時間（Ｔｐｎ）当たりの前記基準クロックの数との比であり、
   前記検出器から発信される前記検出信号および前記基準クロック発信器から発信される前記基準クロックが入力される入力部をさらに備え、
   前記入力部は、前記基準クロックおよび前記検出信号のうち前記一つの回転数マークに対応する前記検出信号を前記回転数カウンタに送ると共に、前記基準クロックおよび前記検出信号のうち前記複数の間隔マークのそれぞれに対応する前記検出信号を前記間隔カウンタに送るように構成される
   回転軸系の捩れ振動計測装置。
2. 前記基準状態とは、前記回転軸系に捩り振動が発生していないと評価できる状態である
   請求項１に記載の回転軸系の捩れ振動計測装置。
3. 前記検出信号をパルス信号に変換するパルス整形器をさらに備え、
   前記回転数カウンタ及び前記間隔カウンタは、前記パルス信号間の前記基準クロックの数をカウントするカウンタで構成される
   請求項１又は２に記載の回転軸系の捩れ振動計測装置。
4. 前記判定器で求めた前記第２比を表示する表示部を備える
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の回転軸系の捩れ振動計測装置。
5. 前記第２比の閾値が設定され、
   前記第２比が前記閾値を超えたとき警報を発信する警報器を備える
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の回転軸系の捩れ振動計測装置。
   

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