涡轮转子的轴弯曲计算系统的制作方法

专利名称：涡轮转子的轴弯曲计算系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算涡轮转子的轴弯曲的系统。
背景技术：
通常，当涡轮转子中发生轴弯曲或偏芯时，涡轮转子成为不平衡状态，成为运转中 发生轴振动的原因。当该轴振动过大时，轴承部发生异常，不能正常运转。另外，当该过大 振动进一步发展时，有时还会引起轴的破损事故。因而，为了预防这类事故，重要的是将涡 轮转子的轴弯曲或偏芯控制在容许值内。 成为本发明的对象的涡轮转子中除包含燃气轮机转子以外，还包含蒸汽轮机转 子。 以下，以燃气轮机转子为一个例子进行具体说明。图9表示燃气轮机转子的基本 结构图。燃气轮机转子1由压縮机转子部10和涡轮机转子部20及连接两者的中间轴25 构成，压縮机转子部10、涡轮机转子部20都由在外周放射状地嵌装有动叶片11的圆盘状转 子盘50构成。燃气轮机转子1为如下的一体结构的装配体将这些转子盘50沿转子轴线 方向层叠，用主轴螺栓30联接，用轴承S 1、 S2将两端支承。 在这种构成的燃气轮机转子1中发生了轴弯曲或偏芯的情况下，成为轴振动的原 因。另外，安装于转子盘50的外周的动叶片11的前端和外侧的壳体(未图示)的间隙调 整为在圆周方向上大致恒定。当轴振动增大时，有时动叶片前端和壳体发生干涉而不能运 转。因此，在转子装配时，需要以轴弯曲量或偏芯量保持在容许值内的方式进行调整，另外， 在轴弯曲量超过容许值的情况下，需要进行其轴弯曲的矫正。 轴弯曲的矫正按以下顺序进行。在图9所示的燃气轮机转子1的构成中，对每个 转子盘50都需要计算由偏芯量及偏芯角度构成的偏芯数据，且计算燃气轮机转子1的轴弯 曲分布。图10表示燃气轮机转子1的轴弯曲分布的一个例子。横轴表示距燃气轮机转子 1的轴承Sl的距离，纵轴表示转子盘50的偏芯量。 发生轴弯曲的主要原因之一在于转子盘50的厚度不均一。因此，转子盘50的偏 芯量可能因转子盘50的层叠方式而超过容许值。在这种情况下，从燃气轮机转子1的轴弯 曲分布中选定应修正的转子盘50，对转子盘50的接合面(在图8中为转子盘50、51互相接 触的面50b、51b)进行切削，矫正轴弯曲，以减小转子盘50、51之间的接触面角度(a )(图 8)。 图8是表示燃气轮机转子1的发生了轴弯曲的状态的图，表示转子盘50、51、转子
盘接合面FG及转子盘50、51之间的接触面角度(a)及相对于转子旋转中心线RC的转子
盘50、51的径方向的偏移量及偏芯量的关系。此外，燃气轮机转子1为沿转子周方向层叠
多个转子盘50而一体化形成的结构，但在图8中仅表示了转子盘的一部分。 转子盘50的径方向的偏移量如下进行计测在转子盘50的外表面50a上，边使转
子旋转边沿圆周方向等间隔地选定多个计测点，根据各计测点的位移计的读数，可以计测
其计测点上的径向位移量。即，以计测开始点为基准(为方便起见，将计测开始点的位移量设定为O(零))，将各计测点的相对于计测开始点的径向位移量设定为各计测点的偏移量。 作为位移计，适用公知的各种传感器。除使用例如千分表等接触传感器之外，可以使用激光 传感器、静电容量式传感器、超声波传感器等非接触式传感器。 根据各计测点的偏移量的计测值，计算偏芯数据。如图8所示，燃气轮机转子1的 径方向的偏移量用转子盘50的外表面50a和转子旋转中心线RC的距离的变动幅度来表 示。在此，转子旋转中心线RC是指将轴承S 1和轴承S2的中心之间连结起来的直线。根 据转子盘50的外表面50a的偏移量的计测值，计算计测对象即转子盘50的剖面图形中心 (V以算出的图形中心和转子旋转中心线RC的偏离为偏芯。将这样得到的偏芯定量表示 的数据就是由偏芯量和偏芯角度构成的偏芯数据。根据距轴承S1的距离描绘各转子盘的 偏芯量，得到图IO所示的轴弯曲分布。 专利文献1中公开了旋转体的偏芯计算方法及计算装置。另外，专利文献1中公
开了涡轮转子的偏移量计测装置的一例。 专利文献1 :(日本)特开2001-91244号公报 专利文献2 :(日本)特开平11-230733号公报 通常在计算涡轮转子的轴弯曲的情况下，公知以下方法应用专利文献1所示的
最小二乘法等，计算转子的正圆度、转子轴心的偏芯量，从而计算轴弯曲。 但是，专利文献1所公示的现有方法虽然是高精度的计算方法，但存在计算复杂、
需要庞大的计算量之类的问题。

发明内容
本发明是为解决这种问题而开发的，其目的在于，提供一种通过比现有方法更简 便的方法而计算涡轮转子的轴弯曲的系统。 本发明提供一种涡轮转子的轴弯曲计算系统，其特征在于，具有输入部，其设定 构成所述涡轮转子的转子盘的计测点；偏移量检测部，其基于利用位移计对沿该涡轮转子 的圆周方向的外表面的至少4个点以上的计测点所计测的计测值，导出所述涡轮转子的径 向位移量；存储部，其存储由所述偏移量检测部导出的所述径向位移量及所述计测点的计 测角度；以及运算部，其调用存储于该存储部的数据，计算所述涡轮转子的最可几圆偏芯数 据，该运算部包括偏芯运算部，其根据存储于所述存储部的全部计测点的所述径向位移量 及所述计测角度，选择任意的3个点算出计算圆，根据该计算圆计算相对于全部的所述计 测点的计算圆值，算出该计算圆值和所述径向位移量之差作为相对于各计测点的误差量， 将该误差量进行合计而导出误差量合计值，对全部计测点中的3个计测点的组合数分别重 复进行计算而算出各自的误差量合计值，从所得到的与全部组合数相关的误差量合计值 中，将最小的计算圆选定为最可几圆，算出该最可几圆的中心和所述涡轮转子的旋转中心 之间的偏离作为所述最可几圆偏芯数据；偏芯判定部，其参照所述全部的转子盘的所述最 可几圆偏芯数据而算出最大偏芯量，判定该最大偏芯量是否在基准值内；以及轴弯曲分布 计算部，其根据所述最可几圆偏芯数据算出轴弯曲分布。 根据本发明，设定沿转子盘的圆周方向的至少4个点以上的计测点，根据在各个 计测点计测的位移量及计测角度算出计算圆，根据计算圆确定最可几圆，根据最可几圆算 出最可几圆偏芯数据，因此能够通过比现有方法简便的方法而算出轴弯曲。
4
在上述本发明中，所述运算部也可以包括选定修正对象转子盘的修正盘选定部和 确定所述修正对象转子盘的修正量的修正量确定部。 根据该构成，在最大偏芯量超过基准值的情况下，通过修正盘选定部选定修正对 象转子盘，通过修正量确定部确定转子盘的修正量，因此涡轮转子的轴弯曲的修正较简单。
在上述本发明中，所述修正盘选定部也可以选定具有所述最大偏芯量的转子盘作 为修正对象转子盘。 根据该构成，以具有最大偏芯量的转子盘作为修正对象，因此能够使修正转子盘 后的最大偏芯量为最小。 在上述本发明中，所述修正量确定部也可以选定所述修正对象转子盘的所述最大 偏芯量作为盘修正量。 根据该构成，基于最大偏芯量确定盘修正量，因此修整方法最为简便，能够使转子 盘修正后的涡轮转子的轴弯曲为最小。 根据本发明，能够容易地选定最可几圆，因此无需进行专利文献l所示的那样的 庞大的计算而能够以简便的方法高精度地算出转子的轴弯曲。


图1是表示本发明的计测值、基准圆及计算圆的关系的图； 图2是表示X-Y坐标系上的计测值、基准圆及计算圆的关系的图； 图3是表示偏心圆板凸轮的示意图； 图4是表示偏心圆板凸轮的旋转角度和接点位移的关系的图； 图5是表示本发明的涡轮转子的轴弯曲计算系统的构成的图； 图6A是表示本发明的涡轮转子的轴弯曲的计算顺序的图； 图6B是表示本发明的涡轮转子的轴弯曲的计算顺序的图； 图7是表示偏芯计算系统的输入输出画面之一例的图； 图8是燃气轮机转子的轴弯曲发生状态图； 图9是表示燃气轮机转子的结构的图； 图10是表示燃气轮机转子的轴弯曲分布的一例的图。 标号说明1燃气轮机转子10压縮机转子部11动叶片20涡轮转子部25中间轴30主轴螺栓50转子盘50b、50c接合面51相邻转子盘51b、51c接合面S 1、S2轴承
5
RCCC1、CC2L1、L2LL1、LL2DDDMMXPQ9aa 1、 a 213bAAS6mn
转子旋转中心线 转子轴心
与切削量相当的转子盘外表面基准长度
轴承和转子盘接合面的距离
转子盘直径
转子盘数
转子盘的顺序号
计测点
计测值
计算圆值
计测角度
转子盘的接触面角度
转子轴心倾角
旋转角度
计测值
计算圆值
l:合计值
涡轮转子的图形中心和旋转中心的偏心距离 涡轮转子的圆周方向的计测点数 计测3点的组合数
具体实施例方式
参照附图对本发明的实施方式进行说明，但这些只不过是表示实施方式之一例， 本发明不限于这些实施方式。另外，在本实施方式的构成要素中包含本领域技术人员可置 换且容易置换的要素、或实质上相同的要素。在以下的说明中，举出燃气轮机转子作为一例 进行说明。 在计算燃气轮机转子1的轴弯曲分布时，转子盘50的偏芯量的计算是基础。下面， 对计算该偏芯量的方法的基本思路进行说明。 图1是表示燃气轮机转子1的转子盘50的剖面的图，且是表示剖面上的计测值和 基准圆、计算圆的关系的图。沿转子盘50的圆周方向将转子盘50的外表面等间隔地分割为 多个(m个)而确定各计测点Xi(i = 1 m)，根据边使转子盘50沿空心箭头方向旋转一圈 边在各计测点& (i = 1 m)上用位移计2计测的计测值(从位移计2的设置位置到转子 盘外表面的距离和从计测开始点起的旋转角度)，导出燃气轮机转子外表面的径向位移量 A。即，为了方便使到计测开始点&的位移计2和转子盘50的外表面的距离为"O (零)"， 对比各计测点Xji = 2 m)的距离和计测开始点&的距离，使两者的相对距离差为位移 量ai。此外，计测点Xi(i = 1 m)可以等间隔选定，也可以非等间隔选定。
基准圆不是与本发明的构成直接相关的要素，但方便表示为图形中心与转子盘50 的旋转中心02—致的圆。在燃气轮机转子的情况下，基准圆为正圆，基准圆的中心为旋转体的旋转中心02。 计算圆由各计测点Xi(i = l m)上的偏移量计测值Pi(计测角度9i及径向位 移量a》来确定。相对于圆周方向的计测点数(m)确定各计测点Xi(i = 1 m)的位置及 计测角度，如果从各计测点& (i = 1 m)的计测值Pi (计测角度9 i及径向位移量a》中 任选3个点，则一定能够由这3个点确定一个圆。以由这3个点确定的圆为计算圆。计算 圆由全部计测点(m)中任意3个点的计测点的组合来确定，共存在CA)组的组合。在此， CA)的意思是指，在相对于(m)个计测点&(i = 1 m)选择任意3个点的情况下，选出全 部的3个点组合的组合总数。因而，如果设定为n = CA)个，则存在(n)个计算圆。
在本发明中，从全部计测点Xi(i = 1 m)中任选3个点，根据这3个点算出一个 计算圆。图1以一例表示根据三个计测点Xp&和Xm算出的计算圆。 接着，对各计测点Xi(i = 1 m)计算以各计测值Pi(计测角度9i及径向位移量 a》和计算圆的径方向偏离、即各计测值Pi和计算圆值(意为计算圆上的值。计算圆值的意 义后面进行说明)之差作为误差量Aw。具体而言，根据计算圆算出各计测点Xji = 1 m)的计算圆值Qi,j，根据计测值Pi和计算圆值Qi,j算出误差量Ai,j。进一步，根据各误差 量Ai,j算出相对于一个计算圆的误差量合计值ASj。接着，根据全部计测点的3个点的其 他组合依次算出其他的计算圆，对各计算圆同样地计算误差量合计值ASj。
对全部的计算圆算出误差量合计值ASj(j = 1 n)后，选出误差量合计值ASj(j =1 n)中最小的值作为最小误差量合计值ASj(j = a)，以与该最小误差量合计值ASa(j =a)对应的计算圆为最可几圆。最可几圆看做是全部计算圆中表示最接近燃气轮机转子 的剖面形状的图形的圆，将该最可几圆的中心认作图形中心。以该最可几圆的中心和旋转 中心的偏离量为偏芯。定量表示偏芯状态的是由偏芯量(偏心距离e)和偏芯角度ej勾 成的偏芯数据。通过算出偏芯量(偏心距离e)和偏芯角度、，能够容易地判断转子盘50 的偏芯程度，并容易地判断数据的有效性。 就各计算圆而言，对各计测点Xi(i = 1 m)都能算出一个误差量Ai,j，对各计算 圆都能算出一个误差量合计值ASj。另外，相对于全部计测点Xi(i = 1 m)确定一个最 可几圆。 利用图1对上述方法进行具体地说明。图1中，各计测点& (i = 1 m)的各计 测值用Pi( 9 i，a》来表示。在此，符号"i"选自"l"至"m"中任一个，但计测点&是指从计 测开始点(X》起的第"i"个计测点。符号"9i"表示计测点Xi(i = 1 m)的距计测开始 点(X》的沿顺时针方向的计测角度，符号"ai"表示计测点Xi(i = 1 m)的径向位移量。
由任意3个计测点的组合，利用后述的方法(数学式4)，能够确定一个计算圆。另 外，由全部计测点中任意3个点的其他组合，利用同样的方法算出其他计算圆，能够在前部 确定(n)个计算圆。 接着，利用图1对计算圆值Qi, j的意义进行说明。计算圆值Qi, j为位于根据全部 的计测点Xi(i二l m)内任意3个点的计测点的组合选定的一个计算圆上的值。计算圆 值Qi, j具有与对应于计测点从计测开始点起的第i个计测点)的点、即计测点&相同 的计测角度9i，是根据计算圆算出的计算圆上的值。计算圆值Qi,j用符号"Qi,j(ei，bi,j)"
来表示。在此，与上述同样，符号"e i"表示计测点Xi的距计测开始点的沿顺时针方向的计
测角度，符号"bi,j"表示计测角度为"9i"的计算圆上的计算值。如果计算圆确定，计算圆值Qi,j(9i，bi,j)就能够根据计算圆和计测角度9i算出。另外，在(m)个计测点的情况下， 存在(n)个计算圆，因此以下所示的符号"i "、" j "的意思是符号"i "选自"1" "m"中任 一个、符号"j"选自"l" "n"中的任一个点。即，符号"i"表示相对于(m)个计测点从计 测开始点&起的计测点的顺序号，符号"j"表示相对于(n)个计算圆成为对象的计算圆的 顺序号。 如果设各计测值Pi( e i， a》和对应的各计算圆值Qi, j( e i， bi, j)之差为各计测点 Xi(i = ! m)的误差量Ai,j，则误差量Ai,j用数学式l来表示。
(数学式1) Ay = [Pi(9i，ai)-Qi,j(ei，bi,j)]2 在数学式1中，将计测值Pi和计算圆值Qi, j之差进行平方运算是为了排除两者之 差值的正、负符号的影响，并且考虑计测值中包含异常值的情况，将异常值和正常值的差别 进-步放大，便于筛选异常值。 接着，关于成为对象的计算圆，对全部计测点Xi(i = 1 m)利用数学式l算出误 差量Aw。 另外，将这些误差量Ai,j合计而得出误差量合计值ASj，用数学式2表示。
(数学式2) ASj =E (Ay) 对成为对象的计算圆从计测点&到计测点Xm将数学式1所示的各计测点的误差 量Ai,j合计的值为误差量合计值ASj。 接着，同样根据计测点Xi (i = 1 m)的其他任意3个点的组合确定其他计算圆。 另外，利用数学式1及数学式2，对各个计算圆算出误差量Ai,j及误差量合计值ASj。另 外，由于能够对各计算圆分别计算一个误差量合计值ASj，因此能够对(n)个计算圆算出 (n)个误差量合计值A Sj(j = 1 n)。 对(n)个计算圆算出误差量合计值ASj(j = 1 n)后，选择各误差量合计值 ASj(j = 1 n)中最小的误差量合计值ASj(j = a)，以具有该最小误差量合计值ASa(j =a)的计算圆为最可几圆。最可几圆看做是全部计算圆中表示最接近转子剖面形状的图 形(正圆)的圆，将该最可几圆的中心认作剖面的图形中心。以该最可几圆的中心和转子 盘50的旋转中心02的偏离为偏芯。在图1中，转子盘50的旋转中心02和最可几圆中心的 偏离长度(偏心距离e)为偏芯量。另外，表示沿顺时针方向距计测开始点&的偏芯方向 的角度、为偏芯角度。另外，旋转中心02如上所述，与图8所示的转子旋转中心02意思 相同。 如果用这种方法确定偏芯，则与专利文献1所示的现有技术即最小二乘法等相 比，就能够用简便的方法获取数据。 另外，即使在计测值中包含异常值的情况下，在最可几圆的计算过程中，异常值也 被可靠地排除。即，计算圆为由任意三个点的计测值确定的圆，因此必定存在不包含异常值 的计算圆。因而必然会从不包含异常值的计算圆中选定误差量合计值最小的圆作为最可几 圆。另外，由于能够具体地特定异常值，因此能够排除异常值，并替换为再计测后的计测值 (再计测值)。而在专利文献1及专利文献2所示的现有技术即最小二乘法等中，由于异常 值也被提取用来计算偏芯，因此必定出现异常值的影响。另外，由于不能特定异常值，因此 排除异常值并替换为再计测值较困难。 接着，关于根据计测值算出计算圆而算出误差量的方法，对于平面坐标上的意义
8进行简要说明。 具有偏芯的转子旋转时的偏移的变化可以近似为偏心圆板凸轮的偏移。图3表示 偏心圆板凸轮的示意图。在图3中，偏心圆板凸轮由旋转圆板A和从动件B构成，从动件B 由平板C和固定于平板C的轴部D构成。从动件B相对于旋转圆板A的圆周面经由平板C 在接点P进行接触。另外，从动件B采用轴部D只能在约束部件E中进行其轴方向的移动 (在图3的纸面上为上下方向)的结构，构成为从动件B整体可随着旋转圆板A的旋转而上 下移动的结构。 另外，旋转圆板A以从图形中心偏心了距离e的点02为中心而旋转，旋转中心 02位于从动件B的轴部D的轴线上。在这种偏心圆板凸轮中，在旋转圆板A以偏心的点02 为中心进行旋转的情况下，从动件B在旋转角度13变化的同时，相对于纸面沿上下方向移动。 在图4表示接点P随着旋转圆板A的转动而变动的情形。图4表示下述情形在 旋转圆板A以旋转中心02为中心进行旋转，而旋转角度13沿顺时针方向从0。以45°刻 度变化到360°的情况下，接点P从接点P工到接点P9相对于旋转角度13沿上下方向变化。
根据图4，旋转角度13为"0° "的状态意味着圆板中心Op旋转中心(^和从动件B 的轴部D的轴线在上下方向(纸面上)上一致的状态，是旋转中心(^存在于接点P(P》和 圆板中心之间的状态。在该状态下，形成旋转圆板A的直径的弦位于圆板中心Op 旋转中心02和轴部0的轴线相对于纸面在上下方向上一致的铅垂线上。随着旋转圆板A的 旋转而变化的旋转角度P用弦Z^2和上述铅垂线(相对于纸面为上下方向的直线，将旋转 中心02和轴部D的轴线连结的直线)构成的沿顺时针方向的角度来表示。
在图4中，当观察接点P相对于旋转中心02的上下方向的相对位置关系时，接点P 的位置随着旋转角度13的变化而上下移动。该接点P的轨迹如后述描绘正弦曲线(称为 余弦曲线也是实质上相同)。在旋转角度P为"0° "的位置，接点P(P》的高度表示最小
值(平板(:和旋转中心02之间的垂直距离最小)，在旋转角度e为"180° "的位置，接点
P(P5)的高度表示最大值(平板C和旋转中心02之间的垂直距离最大)。
另外，接点P位移的最大值(P5)和最小值(P》之差为最大偏移幅度。该最大偏移 幅度为旋转圆板A的偏芯量、即旋转圆板A的图形中心和旋转中心02之间的偏心距离e 的2倍。另外，图4的旋转角度e与图l的计测角度9意义相同，在以下的说明中，将旋
转角度P替换为计测角度e进行说明。如果设这种偏心圆板凸轮的从动件B的位移、即接点P的上下方向的位移为"y"，
则位移y用数学式3来表示。 (数学式3)y = e(l-cos e ) 数学式3意味着旋转圆板A旋转计测角度e时的从动件B的位移、即接点P的位
移，用穿过y-e坐标系的原点的正弦曲线来表示。另外，如上所述，计测角度e为"0° "
的状态是指圆板中心Op旋转中心(^和轴部D的轴线一致的状态，意味着接点P的位移为 最小的位置。此时的位移y为"O(零)"。在本发明中，可以认为该接点P的位移y与产生 了偏芯的燃气轮机转子的径方向的偏移的变化相当。 燃气轮机转子的径方向的偏移量计测，通过将计测开始点&的位移(从位移计2 到转子盘50的外表面的距离)设定为"0 (零)"，以该计测开始点&为基准而以其他计测点的位移为位移计的读数变化进行计测。另一方面，在数学式3中，在计测角度e为"0° "
时，位移y为"o (零)"。通常，在进行具有偏芯的燃气轮机转子的正圆度计测时，计测角度 e为"o(零)"的位置(位移为最小的位置)在计测开始时不明确。因此，设定在计测角度 e为"、"、位移y为"y/时开始实际计测，将该点设定为计测开始点(x》。另外，进行数 学式3的坐标变换以使此时的计测角度e为"o。"、位移y为"o(零)"。
坐标变换后的偏移的公式在x-Y坐标系上表示为数学式4。 (数学式4)Y = e[l-cos(X+e a)]-ya 该式是作为本发明的偏芯计算方法的基础的偏移公式。在此，计测角度X是指距
计测开始点的计测角度(旋转角度)。位移Y是指计测角度x的位移量。另外，称角度"ea" 为初始角度，称位移"y/为初始位移。图3所示的偏心圆板凸轮的旋转中心02和图形中心
的偏心距离e相当于数学式4的正弦曲线的振幅(总偏移幅度的1/2)。
通过将3个计测点的计测值代入数学式4的变量X、Y，来确定常数e、 e 3、73，确定 一个计算圆的公式。 图2表示将图1所示的转子的计测值和基准圆、计算圆的关系展开在平面坐标系 上。在图2中，横轴X表示距计测开始点的计测角度，纵轴Y表示计测点的位移。数学式4 所示的偏移量公式用图2所示的穿过X-Y坐标系上的原点0的正弦曲线来表示。
在图2中，计算圆用实线来表示。另外，由于认为基准圆为正圆，且与全部计测角 度相对的位移都为"O(零)"，因此基准圆与X轴一致。原点0为计测开始点X^转子圆周 方向的计测点表示为在X-Y坐标系上将X轴在0 360°之间分割为(m)个而与计测角度 9 i对应的计测点&。与各计测点& (i = 1 m)相对的计测值Pi为实测值。原坐标即y- e 坐标系和X-Y坐标系的关系处于在X轴上偏离计测角度"9 /、在Y轴上偏离位移"y/的
关系。该正弦曲线的振幅(总偏移幅度的1/2)相当于偏芯量。另外，初始角度"、"相当
于偏芯角度。 如上所述，图1的由任意3个计测点确定的计算圆展开在X-Y坐标系上的展开形 状相当于图2中实线所示的计算圆的轨迹。在图1中，以与计测点&、 X2、 Xm相对的计测值 Pp^、Pm的3个点所确定的计算圆为一个例子进行表示。图2所示的计算圆是将图1的计 算圆作为正弦曲线展开表示在X-Y坐标系上的图形。在图1、图2中，只表示了一个计算圆 (第j个计算圆)，但实际上存在由数学式4确定的(n)种计算圆。 另外，在图2中，数学式l所示的误差量Ai,j作为计测值Pi和计算圆上的计算圆 值Qi,j之差进行表示。具体而言，偏移量的计测值在X轴上的计测点Xi(计测角度e》上用 Pi(9i，a》来表示。另外，计算圆上的计算圆值用Qi,j(9i，bi,j)来表示。因而，误差量Ai, j可以表示成这两个计测值Pi(9i，ai)和计算圆值Qi,j(9i，bi,j)之差。但是，如上所述，从 计测值和计算圆值之差的正、负符号不同及异常值易筛选的观点出发，如数学式1所示，误 差量A i, j为将计测值Pi和计算圆值Qi, j之差进行平方运算后的值。 接着，算出误差量Ai,j，计算误差量合计值ASj(j = 1 n)。对各计算圆算出误 差量合计值ASj(j = 1 n)后，如果选定最小的误差量合计值ASj(j = a)，则具有该最 小误差量合计值ASa(j = a)的计算圆为最可几圆。 最终选定的最可几圆的中心和旋转中心(与基准圆的中心一致)之差为偏芯。即， 偏芯数据用偏芯量和偏芯角度来表示。在图2中，偏芯量作为最可几圆的正弦曲线的振幅
10进行计算，偏芯角度作为初始角度e,进行计算。这样确定的偏芯量和偏芯角度为由本发 明求出的最可几圆偏芯数据。 另外，如果使转子的圆周方向的计测点数(m)增加，则最可几圆偏芯数据的计算 精度就上升，但计算量增加。另一方面，如果减少计测点数，则最可几圆偏芯数据的计算精 度就变差。但是，从本发明的思路出发，计测点数需要至少4个以上。理由是，在计测点数 为3个以下时，本发明的基本思想不成立。 接着，参照图5对以转子盘的偏芯计算方法为基础的燃气轮机转子的轴弯曲计算 系统的构成进行说明。 本系统60由输入部61、偏移量检测部62、存储部63、运算部64及显示部65构成。
在输入部61，将转子盘数(匿)、相对于各转子盘的圆周方向的计测点数(m)等初 始值输入。此外，计测点数(m)也可以是对每个转子盘不同的计测点数。
偏移量检测部62从输入的转子盘的圆周方向的计测点数(m)沿全部的转子盘的 外表面而在圆周方向上选定至少4点以上的计测点，接近转子盘的外表面而设置位移计2。 转子盘的旋转角度通过另行设置的转速表3或燃气轮机具备的转速表3来计测。使燃气轮 机转子1旋转，且读取转子盘50的各计测点的计测值，并存储于存储部63。成为计测对象 的计测值为偏移量(径向位移量)及计测角度(从计测开始点起的旋转角度)。另外，作为 位移计，适合使用公知的各种传感器。除例如千分表等接触传感器之外，可以使用激光传感 器、静电容量式传感器、超声波传感器等非接触式传感器。 转子盘50的计测点预先划线等选定转子盘的外表面的全部计测点Xi(i = 1 m) 的测定位置。各计测点的计测值在使转子盘50低速旋转而到达规定的计测点的测定位置 时，以位移计的读数为计测值进行自动取入。计测点的位置用CCD传感器等(未图示)对 预设定的计测位置进行确认。每个转子盘的计测都通过确定计测开始点、边确认计测点的 位置边使转子旋转一圈，来搜集全部计测点的计测值。计测点也可以只将计测开始点选定 在转子盘的外表面上，其他的计测点用自计测开始点起的旋转角度来选定。此外，计测开始 点的位置也可以对每个转子盘从输入部61输入。 —个转子盘50的计测结束后，使转子移动，确定相邻的下一个转子盘的计测开始 点的位置，以同样的顺序进行计测。全部的转子盘的计测结束后，转子盘的计测作业结束。 此外，计测时也可以不使转子移动而使位移计移动。 运算部64具备由偏芯运算部641、偏芯判定部642、轴弯曲分布计算部643、修正盘 选定部644及修正量确定部645构成的各功能。 在偏芯运算部641，读出由取入存储部63的计测角度和偏移量(径向位移量)的 实测值构成的计测值Pi，基于数学式4，根据3个计测点确定计算圆。根据所确定的计算圆， 计算与各计测点Xi(i = 1 m)对应的计算圆值Qi,j。接下来，根据各计测点Xi(i = 1 m)的计测值Pi和计算圆值Qi,j，基于数学式l，计算误差量Ai,j。进而，根据误差量Ai,j，利 用数学式2导出误差量合计值ASj。通过同样的处理，根据3个计测点的其他组合，确定其 他计算圆，算出与各计算圆对应的误差量合计值ASj(j = 1 n)。从误差量合计值ASj(j =1 n)中确定最小误差量合计值ASa(J二a)，以与之相对的计算圆为最可几圆。算出 最可几圆的中心和旋转中心的偏离，确定偏芯数据(偏芯量和偏芯角度)。这作为对象转子 盘的最可几圆偏芯数据。对全部的转子盘进行重复运算，算出各个转子盘的最可几圆偏芯
11数据，存储于存储部63。 在偏芯判定部642，根据从存储部63读出的全部转子盘的最可几圆偏芯数据，参 照偏芯量，确定最大偏芯量和具有最大偏芯量的转子盘。接着，判断最大偏芯量是否在基准 值(基准值2)以内。在判断为最大偏芯量在基准值以内的情况下，判断为算出的各最可几 圆偏芯数据为适当，作出燃气轮机转子的轴弯曲分布，存储于存储部63。此外，对于最可几 圆偏芯数据，对各转子盘逐一确定一个最可几圆偏芯数据，但最大偏芯量是对转子盘整体 的装配体确定一个最大偏芯量。 在最大偏芯量超过基准值(基准值2)的情况下，判断为需要燃气轮机转子的轴弯
曲的修正。修正燃气轮机转子的轴弯曲的基本思路，已经在背景技术中进行简要说明(图
8)。即，选定应修正的转子盘，确定盘修正量即可。具体方法如下所述。 轴弯曲分布计算部643根据判断为适当的最可几圆偏芯数据，描绘每个转子盘的
偏芯量和偏芯角度，作出燃气轮机转子的轴弯曲分布。图10中表示了该轴弯曲分布的一例。 在显示部65，显示由从存储部63调出的各转子盘的偏移量的计测值(计测角度 及径向位移量)、最可几圆偏芯数据(偏芯量和偏芯角度)及燃气轮机转子的轴弯曲分布 等。另外，在最大偏芯量中发生了异常值的情况下，显示该计测点及该计测点的计测值、误 差量。图7表示本系统的输入输出画面的一例。 轴弯曲的修正通过修正盘选定部644和修正量决定部645进行。以下，对修正盘 选定部644和修正量决定部645进行说明。 如上所述，在修正盘选定部644，转子盘的修正仅对一个转子盘进行，选定具有最 大偏芯量的转子盘50作为修正对象盘。这是因为，这样与选定其他转子盘作为修正盘的情 况相比，能够使盘修正后的最大偏芯量为最小。 参照图8说明修正量确定部645。图8如前所述，表现了燃气轮机转子1在转子盘 50中显示最大偏芯量Z的轴弯曲的状况。在图8中，图形FGHI表示通过包含转子轴心的平 面切割转子盘时的转子长度方向的剖面形状。相邻的转子盘51的剖面形状如图形FGLM所 示。两转子盘50、51的接触面FG成为转子盘的接合面50b、51b。燃气轮机转子l中，经由 接合面层叠多个转子盘，通过轴承Sl和轴承S2支承两端，构成一体的燃气轮机转子1。
此外，图8将转子的轴弯曲状态夸张表示。实际上，与转子的偏芯量Z相比，从轴 承S1到转子盘50的水平距离充分长。因此，转子盘的外表面50a成为大致与转子旋转中 心线RC平行的面。此外，表示转子盘50的转子长度方向的剖面形状的图形FGHI作为梯形 形状而表现，但实际上为接近矩形的形状。在该例中表示下述情况转子盘50的轴心相 对于转子的旋转中心02位移最大偏芯量Z，转子盘50 (剖面FGHI)经由接合面50b、51b (接 触面FG)与相邻的转子盘51 (剖面FGLM)接合。 修正轴弯曲的方法通过选定修正对象盘而修正该转子盘的厚度分布的方法进行。 即，在图8中，对修正对象即转子盘50和相邻的转子盘51的接合面50b和50c、51b和51c 的平行度进行修正，减小接合面50b、51b的接触面角度(a )，由此进行轴弯曲的修正。如果 确保接合面50b、50c、51b、51c的平行度，则接触面角度(a)大致成为"0(零)"。S卩，燃气 轮机转子的轴弯曲的修正方法也可以是以使转子盘50、51的轴心(^的位置向转子的旋转 中心02的位置移动的方式，切削转子盘50、51的接合面50b、51b的一部分。
在图8中，以修正对象即转子盘50(剖面形状FGHI)为例，具体说明切削方法。从 图形FGHI的点G向边FI作垂线，设交点为R，设边FR的长度为Ll。剖面形状FGHI中，如 果切削以斜线部表示的剖面FGR，则可维持转子盘50的接合面50b、50c的平行度。同样地， 对于相邻的转子盘51 (剖面形状FGLM)，从点G向边FM作垂线，设其交点为T，设边FT的长 度为L2。如果切削由斜线部表示的剖面FGT，则也能够确保相邻的转子盘51的接合面51b、 51c的平行度。这样，隔着相邻的转子盘50、51的接合面50b、51b，切削两个转子盘50、51 的由斜线部表示的部分(剖面FGR、剖面FGT)，修正转子盘的平行度，这样便能够修正转子 的轴弯曲。 以下说明修正对象盘的具体的切削量的计算方法。在此，设从轴承Sl到转子盘50 的接合面50b的转子旋转中心线RC上的距离为LL1，设转子轴心CC1和转子旋转中心线RC 构成的角度为转子轴心倾角(al)。同样地，设从轴承S2到接合面51b的转子旋转中心线 RC上的距离为LL2，设相邻的转子盘51的转子轴心CC2和转子旋转中心线RC构成的角度 为转子轴心倾角(a 2)。此外，设转子盘50、51的直径为DD。 在剖面形状FGHI中，成为切削对象的转子盘50的三角形FGR为由轴承S1、转子轴 心CC1和转子旋转中心线RC构成的三角形0^S1的相似形。因此，边FR的长度L1由数学 式5表不。 (数学式5) Ll = Z X (DD/LL1) 同样地，相邻的转子盘51的边FT的长度L2由数学式6表示。
(数学式6) L2 = Z X (DD/LL2) 因此，通过转子盘50的外表面基准，相对于转子的长度方向，切削从接合面50b朝 向轴承Sl相当于长度Ll的剖面FGR，通过相邻的转子盘51的外表面基准，切削从接合面 51b朝向轴承S2相当于长度L2的剖面FGT，这样便能够消除燃气轮机转子1的轴弯曲。与 这样确定的边FR(长度Ll)和边FT (长度L2)相当的剖面FGR和剖面FGT为赋予修正对象 转子盘的修正量。 此外，接触面角度(a)为转子轴心倾角(a 1)和(a 2)的合计值。
上述修正方法表示隔着相邻的转子盘50、51的接合面50b、51b而切削两侧的转子 盘50、51的情况，但也可以仅切削具有最大偏芯量的转子盘50。该情况下，通过转子盘50 的外表面基准，从接合面50b朝向轴承Sl，以将边FR的长度Ll和边FT的长度L2合计的 长度进行切削而修正。即，也可以隔着接合面50b、51b，使用与两侧的转子盘50、51的切削 量相当的外表面基准的长度L1、L2合计后的长度，仅切削一方的转子盘50而修正。这是因 为，与转子盘的直径DD相比，从轴承S1到转子盘50的距离LL1充分大，因此不会产生大的 误差。 上述的简便方法，也可以代替转子盘50而应用于相邻的转子盘51，但优选应用于 具有最大偏芯量的转子盘50。这是因为修正后的最大偏芯量为最小。 根据上述的燃气轮机转子的轴弯曲计算系统的构成，能够以比现有方法简便的方 法算出燃气轮机转子的轴弯曲。 接着，对于本发明的燃气轮机转子的轴弯曲的计算顺序，参照图6A和图6B进行说明。 首先，在输入部61，输入转子盘数(匿)、转子盘的诸要素(盘直径DD、盘厚、距离轴承的距离LL1、 LL2等)、转子盘的圆周方向的计测点数(m)。根据这些输入数据，通过在偏 移量检测部62的计测，导出各转子盘的偏移量(径向位移量及计测角度)(步骤S 1)。
接着，根据输入的转子盘的圆周方向的计测点数(m)确定3个计测点的组合数(n) (步骤S2)。组合数(n)可以用n = CA)来确定。 接着，选择任意3个计测点(步骤S3)。由已选的3个点确定一个计算圆。
将所选的3个点的计测值代入数学式4，确定计算圆(步骤S4)。
对于已确定的计算圆，对全部计测点Xi(i = 1 m)计算计算圆值Qi,j(9i，bi,j)。 根据各自的计测值Pi( e i， a》和计算圆值Qi, j( 9 i， by)，利用数学式1算出各计测点Xji =1 m)的误差量A i, j (步骤S5)。 对于全部计测点Xi(i = 1 m)的误差量A".的计算结束后，对作为对象的计算 圆，利用数学式2算出误差量合计值ASj(步骤S6)。通过该步骤的结束，对于一个计算圆， 一个误差量合计值ASj的计算结束。 对全部的计测点数(m)中3个计测点的组合数(n)重复步骤S3 S6的计算(步 骤S7)。通过对全部组合数(n)进行重复计算，能够对(n)个计算圆算出各计算圆的一个误 差量合计值ASj。 接着，从(n)个误差量合计值A Sj (j = 1 n)中选择最小误差量合计值A Sa，确 定最可几圆(步骤S8)。通过最可几圆的确定，能够算出与最可几圆的各计测值对应的计算 圆值、即最可几圆计算圆值。根据最可几圆计算圆值和各计测值Pi，确定最可几圆和计测值 的误差量、即最可几圆误差量A i, a (i = 1 m， j = a)。
接着，对各计测值Pi判断是否需要进行异常值判定(步骤S9)。
进行该顺序的理由如下所述。假使即使是计测值中包含异常值的情况，确定的最 可几圆也选定了正确的最可几圆。即，通常相对于计测点Xi(i = 1 m)的全计测点数(m) 而言，发生的异常值极少。因而，即使在计测值Pi中包含异常值的情况下，在通过任意三点 组合算出计算圆的过程中，不包含异常值的计测值Pi的三点组合也必定存在。即，必定存 在不包含异常值的计算圆，因此即使在计测值Pi中包含异常值的情况下，最终确定的最可 几圆也为不包含异常计测值Pi的正确的最可几圆。即，即使在计测值Pi中包含异常值的状 态下确定最可几圆，也不妨碍最可几圆的确定。因而，在希望简便地进行偏芯计算作业的情 况下，即使不进行各计测值的异常值判定就进行偏芯计算，也能够得到正确的最可几圆偏 芯数据，也可以直接结束偏芯计算作业。 在进行异常值判定需要与否的判断的过程中不需要判定的情况下，计算最可几圆 偏芯数据(偏芯)(步骤10)，偏芯计算作业结束。最可几圆偏芯数据为最可几圆的中心和 旋转中心02的偏芯，由偏芯量(偏心距离e)及偏芯角度构成。具体而言，偏芯量相当于最 可几圆的正弦曲线的振幅，偏芯角度相当于初始角度ea。另外，即使是不进行异常值判定 需要与否的判断就确定最可几圆、并计算最可几圆偏芯数据、然后结束作业的情况，实质上 也与本发明是等同的发明。从组合数(n)的计算(步骤S2)到偏芯计算(步骤S 10)的顺 序，构成偏芯运算部641。 在判断为需要异常值判定的情况下，在以下步骤11及步骤12中，进行异常值有无 及异常值的认定。 S卩，对于已确定的最可几圆，从步骤S7中已算出的与各计测点Xi(i = 1 m)相对的误差量A".中选定对应于最可几圆的误差量作为最可几圆误差量Ai,a(i = 1 m， j =a)，对于全部计测点Xi(i = 1 m)，判定各自的最可几圆误差量Ai,a(i = 1 m， j = a)是否在基准值(基准值1)以内(步骤Sll)。 在最可几圆误差量Au(例如i = f， j = a)超过基准值的情况下，认定该计测点 Xi的计测值Pf ( 9 f， af)为异常值(步骤S12)。 如果全部最可几圆误差量Ai,a(i = 1 m， j = a)都在基准值以内，则判断为进 行的是正常计测，然后算出最可几圆偏芯数据，结束偏芯计算作业(步骤S10)。最可几圆偏 芯数据为最可几圆的中心和旋转中心的偏芯长度，由偏芯量(偏心距离e)及偏芯角度ea 构成。具体而言，偏芯量相当于最可几圆的正弦曲线的振幅，偏芯角度相当于初始角度ea。
在认定计测值Pf为异常值的情况下，在偏移量检测部62对全部计测点Xi(i = 1 m)进行偏移量(径向位移量和计测角度)的再计测，从存储部63获取再计测值，并将计测 值Pi (i = i m)替换为再计测值(步骤13)。 结束了计测点Xi(i = 1 m)的各计测值的替换后，返回到步骤S2，进行再计算。 重复图5所示的步骤S2 S9的计算顺序，直到最可几圆误差量Ai,a(i = 1 m， j = a) 收敛于基准值内，收敛于基准值内后，偏芯运算部641结束。 另外，在选择更简便的轴弯曲计算方法的情况下，也可以省略步骤Sll、 S12、 S13 的步骤，不管有无异常值，都算出偏芯量和偏芯角度(步骤S10)，进行后续的转子盘的偏芯 计算作业(步骤S14)。即使在该情况下，也没有改变本发明的基本思想，包含在本发明的范 围内。 接着，通过重复运算，对于其他转子盘计算各自的最可几圆偏芯数据(步骤S14)。
参照全部的转子盘的最可几圆偏芯数据，选定表示最大值的偏芯量作为最大偏芯 量(步骤S15)。 在偏芯判定部642，进一步判定最大偏芯量是否在基准值(基准值2)以内(步骤 S16)。如果最大偏芯量在基准值以内，则判断为转子轴弯曲在适当范围内，算出轴弯曲分布 (步骤S17)，结束轴弯曲计算作业。 在最大偏芯量超过基准值的情况下，需要轴弯曲的修正。轴弯曲的修正方法通过 修正盘选定部644和修正量决定部645决定。 在修正盘选定部644，选定转子盘中表示最大偏芯量的转子盘作为修正对象盘 (步骤S18)。选定具有最大偏芯量的转子盘作为修正对象盘，是因为修正后的涡轮转子的 轴弯曲为最小。 在修正量确定部645，根据算出的转子盘的偏芯量和偏芯角度确定赋予修正对象 转子盘的盘修正量。具体而言，选定在步骤S15算出的最大偏芯量Z作为偏芯修正量，与可 根据数学式5和数学式6算出的长度Ll和L2相当的剖面形状(图8的剖面FGR、剖面FGT) 的切削量是所求的盘修正量。在图8中，通过转子盘的外表面基准，从接合面以与修正量相 当的切削量进行切削即可。这样，选定根据最大偏芯量算出的切削量为盘修正量，是因为修 正方法最简便且修正后的转子的轴弯曲最小(步骤S19)。 切削修正对象盘，修正转子盘50(步骤S20)。接着，将修正后的转子盘一体地纳入 后，在偏移量检测部62再计测转子盘50的偏移量。再计测值存入存储部63，偏移量计测值 从初始计测值替换为再计测值(步骤S21)。然后，返回"开始"，从计测点的三个点的组合
15数的计算(步骤S2)再次开始计算。 在偏芯判定部642，该计算作业重复直到最大偏芯量收敛于基准值(基准值2)以 内(步骤S16)。如果最大偏芯量收敛于基准值以内，则算出轴弯曲分布(步骤S17)，轴弯 曲计算作业结束。 如果应用本发明的轴弯曲计算系统，则能够以比现有方法简便的方法算出转子的 轴弯曲。此外，在进行包含异常值的计测情况下，能够容易地排出异常值，能够即刻判断操 作员是否应进行再计测，因此，肘弯曲计算作业的可靠性也提高。此外，在转子盘的修正作 业中，修正对象盘的特定及修正量的确定也较为容易，轴弯曲的修正也较简单。
权利要求
一种涡轮转子的轴弯曲计算系统，其特征在于，具有输入部，其设定构成所述涡轮转子的转子盘的计测点；偏移量检测部，其基于利用位移计对沿该涡轮转子的圆周方向的外表面的至少4个点以上的计测点所计测的计测值，导出所述涡轮转子的径向位移量；存储部，其存储由所述偏移量检测部导出的所述径向位移量及所述计测点的计测角度；以及运算部，其根据存储于该存储部的数据，计算所述涡轮转子的最可几圆偏芯数据，该运算部包括偏芯运算部，其调用存储于所述存储部的全部计测点，根据所述径向位移量及所述计测角度，选择任意的3个点算出计算圆，根据该计算圆计算相对于所述计测点的计算圆值，算出该计算圆值和所述径向位移量之差作为相对于各计测点的误差量，将该误差量进行合计而导出误差量合计值，对全部计测点中的3个计测点的组合数分别重复进行计算而算出各自的误差量合计值，从所得到的与全部组合数相关的误差量合计值中，将最小的计算圆选定为最可几圆，算出该最可几圆的中心和所述涡轮转子的旋转中心之间的偏离作为所述最可几圆偏芯数据；偏芯判定部，其参照所述全部的转子盘的所述最可几圆偏芯数据而算出最大偏芯量，判定该最大偏芯量是否在基准值内；以及轴弯曲分布计算部，其根据所述最可几圆偏芯数据算出轴弯曲分布。
2. 如权利要求1所述的涡轮转子的轴弯曲计算系统，其特征在于， 所述运算部包括选定修正对象转子盘的修正盘选定部；以及 确定所述修正对象转子盘的修正量的修正量确定部。
3. 如权利要求2所述的涡轮转子的轴弯曲计算系统，其特征在于， 所述修正盘选定部选定具有所述最大偏芯量的转子盘作为修正对象转子盘。
4. 如权利要求2或3所述的涡轮转子的轴弯曲计算系统，其特征在于， 所述修正量确定部选定根据所述最大偏芯量算出的盘修正量作为修正量。
全文摘要
本发明的目的在于，提供一种通过比现有方法简便的方法计算涡轮转子的轴弯曲的系统。该涡轮转子的轴弯曲计算系统，具有输入部，其设定构成涡轮转子的转子盘的计测点；偏移量检测部，其基于利用位移计对沿该涡轮转子的圆周方向的外表面的至少4个点以上的计测点所计测的计测值，导出所述涡轮转子的径向位移量；存储部，其存储由偏移量检测部导出的所述径向位移量及所述计测点的计测角度；以及运算部，其基于存储于存储部的数据，计算涡轮转子的最可几圆偏芯数据，运算部包括偏芯运算部，其调用存储于存储部的全部计测点，根据径向位移量及计测角度，选择任意的3个点算出计算圆，根据计算圆计算相对于计测点的计算圆值，算出计算圆值和径向位移量之差作为相对于各计测点的误差量，将误差量进行合计而导出误差量合计值，对全部计测点中的3个计测点的组合数算出误差量合计值，从所得到的与全部组合数相关的误差量合计值中，将最小的计算圆选定为最可几圆，算出最可几圆的中心和涡轮转子的旋转中心的偏离量作为最可几圆偏芯数据；偏芯判定部，其参照全部的转子盘的最可几圆偏芯数据而算出最大偏芯量，判定最大偏芯量是否在基准值内；以及轴弯曲分布计算部，其根据最可几圆偏芯数据算出轴弯曲分布。
文档编号G01B21/24GK101772691SQ20088010216
公开日2010年7月7日 申请日期2008年6月30日 优先权日2008年6月30日
发明者伊原圭祐, 坂惠利幸 申请人:三菱重工业株式会社