旋转体的偏芯计算方法及偏芯计算系统的制作方法

专利名称：旋转体的偏芯计算方法及偏芯计算系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算旋转体偏芯的方法及偏芯计算系统。
背景技术：
通常，当旋转体上发生轴弯曲或偏芯时，旋转体成为不平衡状态，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，重要的是将旋转体 的轴弯曲或偏芯控制在容许值内。 成为本发明的对象的旋转体中除包含燃气轮机转子以外，还包含汽轮机转子、压
縮机用转子、水车用转子、各种泵用转子、各种鼓风机用转子等旋转器用转子。
以燃气轮机转子为一个例子进行具体说明。图ll表示燃气轮机转子的基本结构
图。燃气轮机转子l由压縮机转子部10和涡轮转子部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Sl、 S2将两端支承。 在这种构成的燃气轮机转子1上发生了轴弯曲的情况下，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，需要矫正其轴弯曲。 轴弯曲的矫正按以下顺序进行。在图11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12表示轴弯曲分布的一个例子。横轴表示距转子的轴承S1的距离，纵轴表示 各转子盘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的接合面进行切削，以减小转子盘50之间的接触面角度(a ) 的方式进行调整，从而矫正燃气轮机转子1的轴弯曲(图13)。 图13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、转子盘 接合面51、相邻的转子盘50彼此间的接触面角度(a)、转子轴线的偏芯量和转子盘50的 径方向的偏移量的关系。 转子盘50的径方向的偏移量如下进行计测在各转子盘50的外表面52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 测其计测点上的径方向的位移量。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0)，将各计测点的相对于计测开始点的转子径方向的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
4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13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52和转子旋转中心的距离的变动幅度来表示。在
此，转子旋转中心是指将轴承Sl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52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02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。 专利文献1及专利文献2中公开了一种通常的旋转体的偏芯计算方法。另外，作
为偏芯的计算方法，表示最小二乘法等方法。 专利文献1 :(日本)特开2001-91244号公报 专利文献2 :(日本)特开平5-187816号公报 通常，在检查旋转体的偏芯时，在线提取检查员在现场计测到的数据，瞬时将计测结果反馈给检查员，根据需要，需要进行再计测。因此，希望选定简易的计算方法。但是，在专利文献1及专利文献2所公示的方法中，需要庞大的计算量，因此希望发明一种更简便的方法。 另外，有时对旋转体的外表面在生锈及带有伤痕的状态下进行检查。在碰巧将这种异常外表面选定为计测点的情况下，不能说是位移计计测到了正常的外表面，计测值需要作为异常值而排除。 但是，在专利文献1及专利文献2所公示的现有偏芯计算方法中所使用的最小二乘法等中，原本就是高精度的计算方法，但在进行了含有异常值的计测的情况下，会直接提取异常值用以计算偏芯量。 因此，受异常值的影B向，不能得到所期待的精度，还存在难以排除异常值之类的问题。 另一方面，为了减小异常值的影B向，需要选定尽可能多的计测点，存在需要进行大量计算之类的问题。

发明内容
本发明是为解决这种问题点而开发的，其目的在于，提供一种比现有方法更简便的偏芯计算方法及偏芯计算系统。 第一方面提供一种旋转体的偏芯计算方法，其特征在于，基于边使该旋转体旋转边沿圆周方向的外表面在至少4个点以上的计测点由位移计计测到的计测值，导出所述旋转体的径方向的位移量，根据全部计测点的所述径方向的位移量及各计测点的计测角度，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方向的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，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，分别算出误差量合计值，从所得到的与全部组合数相关的误差量合计值中，将误差量合计值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旋转体的旋转中心的偏离量作为最可几圆偏芯数据。 第二方面在第一方面的基础上，其特征在于，所述最可几圆偏芯数据为偏芯量和偏芯角度。 第三方面在第一或第二方面的基础上，其特征在于，在最可几圆的所述计算圆值 和所述径方向的位移量之差即最可几圆误差量超过基准值的情况下，认定与该最可几圆误 差量对应的计测点的计测值为异常值。 第四方面在第三方面的基础上，其特征在于，在所述最可几圆误差量超出基准值 的情况下，对认定为所述异常值的计测值进行再计测，获取再计测值，将所述计测值替换为 该再计测值。 第五方面在第一 第四方面的基础上，其特征在于，所述旋转体为燃气轮机转子。 第六方面提供一种旋转体的偏芯计算系统，其特征在于，旋转体的偏芯计算系统
具备输入部，其设定所述旋转体旋转一圈中的至少4个点以上的计测点；偏移量检测部，
其基于利用位移计对沿该旋转体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，导出所述旋转体的径方向的位移量；存储部，其存储由所述偏移量检测部导出的
所述径方向的位移量及所述计测点的计测角度；运算部，其基于存储于该存储部的数据，计
算所述旋转体的最可几圆偏芯数据，该运算部，根据存储于所述存储部的全部计测点的所
述径方向的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方向的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，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，分别算出误差量合计值，从所得到的与全部组合数相关
的误差量合计值中，将该误差量合计值最小的计算圆选定为最可几圆，算出该最可几圆的
中心和所述旋转体的旋转中心的偏离量作为最可几圆偏芯数据。 第七方面在第六方面的基础上，其特征在于，所述运算部具备异常值判定部，该异
常值判定部在最可几圆的所述计算圆值和所述径方向的位移量之差即最可几圆误差量超
出基准值的情况下，认定与该最可几圆误差量对应的计测点的计测值为异常值。 第八方面在第七方面的基础上，其特征在于，所述运算部具备计测值更新部，该计
测值更新部在所述最可几圆误差量超出基准值的情况下，将由所述偏移量检测部获取的再
计测值从所述存储部调出，将所述计测值替换为所述再计测值。 根据第一方面的构成，能够用简便的方法算出最可几圆偏芯数据，因此易进行旋 转体的分解装配等维护保养作业。 根据第二方面的构成，能够用偏芯角度和偏芯特定最可几圆偏芯数据，因此易进 行数据的有效性判断。 根据第三方面的构成，在最可几圆误差量超出基准值的情况下，能够容易地进行 计测值是否为异常值的判定，因此易进行维护保养作业。 根据第四方面的构成，在最可几圆误差量超出基准值的情况下，能够立即进行再
计测而替换为再计测值，因此能够可靠地排除异常值，计测作业的可靠性得以提高。 根据第五方面的构成，能够采用简便且可靠性高的计测方法，因此燃气轮机的定
期检点作业的可靠性得以提高。 根据第六方面的构成，能够提供一种简便且可靠性高的旋转体的偏芯计算系统。
根据第七方面的构成，容易进行计测值是否为异常值的判断，因此能够提供一种 易维护保养的系统。
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根据第八方面的构成，能够立即排除计测值的异常值，因此能够实现可提供迅速 且可靠性高的维护保养的系统。


图1是表示用于实施本发明的最佳实施方式的计测值、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是表示用于实施本发明的最佳实施方式的偏芯计算顺序的图； 图6是表示偏芯计算系统的构成的图； 图7是表示用于实施本发明的最佳实施方式的实施例1、2的数据的图； 图8是将与用于实施本发明的最佳实施方式的实施例1有关的计测值和最可几圆
的关系图式化的图； 图9是与表示用于实施本发明的最佳实施方式的实施例2有关的各计测点的最可 几圆误差量的图； 图10是表示偏芯计算系统的输入输出画面之一例的图； 图11是表示燃气轮机转子的结构的图； 图12是表示燃气轮机转子的轴弯曲分布的图； 图13是燃气轮机转子的轴弯曲发生状态图。 符号说明 1 燃气轮机转子 2 位移计 3 转速表 10压縮机转子部 11 动叶片 20 涡轮转子部 30 主轴螺栓 50 转子盘 60偏芯计算系统 61 输入部 62 偏移量检测部 63 存储部 64 运算部 65 显示部 641 偏芯运算部 642 异常值判定部 643 计测值更新部 Xi 计测点
Pi计测值计算圆值9 . 1计测角度偏芯角度a转子盘的接触面角度旋转角度径方向的位移量by计算圆值误差量ASj误差量合计值偏心距离m计测点数n计算圆数o工图形中心(圆板中心)o2旋转中心
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，
权利要求书所述的各发明不局限于这些实施方式。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、或基本上相同的要素。 下面，关于旋转体的偏芯计算方法，对本发明的基本思路进行说明。
图1是表示旋转体(燃气轮机转子)即圆柱状体的剖面的图，且是表示剖面上的
计测值和基准圆、计算圆的关系的图。沿旋转体的圆周方向将旋转体的外表面等间隔地分
为多个(m个)来确定计测点Xi(i = 1 m)，根据边使旋转体沿图1中的箭头方向旋转一
圈边在各计测点Xi上用位移计2计测的计测值(从位移计2的设置位置到旋转体外表面
的距离)，导出旋转体外表面的旋转体的径方向的位移量A。 计测点Xi可以等间隔选定，也可以非等间隔选定。 另夕卜，也可以输入旋转体旋转一圈的计测点数m为4个以上那样的螺距角(也包 含转速表3的脉冲数的情况)，基于螺距角，等间隔地设定各计测点Xi(旋转角度e》。在 这种情况下，旋转体旋转一圈的最后的计测点Xm和最初的计测点&之间的角度也可以与上 述的螺距角不同。还有，也可以直接输入设定4个以上各计测点Xi(旋转角度e》。另外， 也可以将旋转体旋转一圈的计测点数m为4个以上那样的计测点数m输入，基于该计测点 数m，设定各计测点Xi (i = 1 m)。 基准圆不是与本申请发明的构成直接相关的要素，但方便表示为图形中心与旋转 体的旋转中心02—致的圆。在旋转体为旋转器用转子的情况下，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上的偏移量计测值Pi(计测角度9i及径向位移量ai)来确 定。决定圆周方向上的与计测点数m相对的各计测点Xi(及计测角度e》，如果从各计测 点&的计测值Pi中任选3个点，则由任选的3个点一定能够确定一个圆。以由任选的3个
8点确定的圆为计算圆。计算圆为由m个计测点Xi中任意3个点的计测点Xi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Xi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二 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，根据该任选的3个点，计算一个计算圆。接着，对各计测点Xi计算以各计测值Pi和计算圆的径方向偏离、即各径方向的位移量ai和计算圆值(计算圆值的意义后面进行说明)之差作为误差量Aw。根据各误差量Ai,j计算误差量合计值ASj。接着，依次算出由全部的计测点Xi(i = 1 m)内的3个点的其他组合而确定的计算圆，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后，选出全部误差量合计值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旋转体剖面的图形的圆，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02的偏离量为偏芯(偏心距离e)。定量表示该偏芯状态的是由偏心距离e和偏芯角度ej勾成的最可几圆偏芯数据。通过算出偏心距离e和偏芯角度、，能够容易地判断旋转体的偏芯程度，较容易判断数据的有效性。 就各计算圆而言，对每个计测点Xi都能算出一个误差量Ai,j，对每个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对上述方法具体地进行说明。图1中，各计测点&的各计测值用PJ e i，a》来表示。在此，符号"i"选自"l"至"m"中任一个，但计测点Xi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的距计测开始点(X》的沿顺时针方向的计测角度，符号"ai"为计测点&的在上述径方向上的位移量。 由任意3个计测点的组合，利用后述的方法(数学式)，能够确定一个计算圆。另外，由全部计测点中任意3个点的组合，利用同样的方法，最终能够确定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为位于由全部的计测点&(i = 1 m)内、任意3个点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Xi的点、即计测点Xi相同的计测角度9i，是根据计算圆算出的值。计算圆值Qi,j用符号"Qi,j( 9 i，bi,j)"来表示。在此，与上述同样，符号"9 i"表示计测点&的距计测开始点(X》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"1" "n"中任一个的点。即，符号"i "表示相对于m个计测点从计测开始点(X》计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(9i， a》和对应的计算圆值Qi,j(ei，、》之差为各计测点&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
9进一步放大，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&利用数学式1算出误差量Ai,j。
另外，对成为对象的计算圆将误差量Ai,j加和，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加起来的值为误差量合计值ASj。 接着，同样由计测点的其他任意3个点的组合确定其他计算圆。另外，利用数学式l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ASj。
对n个计算圆算出n个误差量合计值A Sj后，选择各误差量合计值ASj中最小的误差量合计值，以具有该最小误差量合计值的计算圆为最可几圆。最可几圆看做是全部计算圆中、表示最接近旋转体剖面的图形的圆，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旋转中心02的偏离量为偏芯。在图1中，旋转体的旋转中心02和最可几圆中心的长度即偏心距离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e,为偏芯角度。另外，旋转中心02如上所述，与图13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及专利文献2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，对根据计测值算出计算圆且利用平面坐标来定量评价误差量的方法进行简要说明。 具有偏芯的旋转体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(在图3的纸面上为上下方向)的移动的结构，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。另外，旋转圆板A以从图形中心Oj扁离了偏心距离e的旋转中心(^为中心而旋转。在这种偏心圆板凸轮中，在旋转圆板A以偏心的旋转中心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O。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。
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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Z^2位于圆板中心Op旋转中心02 和轴部D的轴线在纸面的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0 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)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02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"。在本发明中，可以认为该接点P的位移y与产生了偏芯 的旋转体的径方向的偏移的变化相当。 旋转体径方向的偏移量计测，通过将计測开始点的位移设定为"0"、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实际测量。另一方面，在数学式 3中，在计测角度0为"0。"时，位移y为"O"。通常，在进行具有偏芯的旋转体的正圆度计
测时，计测角度e为"o。"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"e/、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"0"。 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是指与计测角度X相对的位移量。另外，称角
度"e/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所示的旋转体的计测值和基准圆、计算圆的关系展开在X-Y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
114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"，因此基准圆与X轴一致。原点0为计测开始点。旋转体圆周方向的计测点表示为在X-Y坐标系上将X轴在0 360。之间分为m个而与计测角度e 4对应的计测点Xi。与各计测点Xi相对的计测值Pi为实测值。原坐标即y-9坐标系和X-Y坐标系的关系处于在X轴上偏离计测角度"e/、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"e /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的计算圆的轨迹。在图1中，以与XpXyXm相对的计测值PpPyPm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".为将计测值和计算圆值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。对各计算圆算出误差量合计值A Sj后，如果选定最小的最小误差量合计值A Sj (j = a)，则具有该最小误差量合计值A Sa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02(基准圆的中心)之差为最可几圆偏芯数据。即，最可几圆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，如果使旋转体旋转一圈中的圆周方向的计测点数m增加，则偏芯的计算精度就上升，但计算量增加。另一方面，如果减少计测点数m，则偏芯的计算精度就变差。但是，从本发明的构思出发，计测点数m需要至少4个以上。理由是，在分割数为3个以下时，本发明的基本思想不成立。 接着，参照图5对旋转体的偏芯计算方法且对具体顺序进行说明。
首先，为了确定旋转体(燃气轮机转子)的圆周方向的计测点数，而设定(输入)旋转体圆周方向的至少4个以上的计测点数m。根据所确定的计测点数m，沿旋转体圆周方向的外表面来决定各计测点&(计测角度9》。 然后，基于边使旋转体旋转边由位移计2对各计测点&计测所得的计测值(位移计2的设置位置和外表面的距离)，由偏移量检测部62(后述)导出旋转体的偏移量(径方向的位移量a》(步骤Sl)。另外，径方向的位移量&如上所述，可以使用各种值。
根据计测点&算出3个计测点的组合数(计算圆数n)(步骤S2)。组合数(计算圆数n)可以用n = CA)来确定。 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。
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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)。 基于已确定的计算圆，对全部计测点&算出计算圆值Qi,j( 9 i，bi,j)。根据各自的
计测值Pi( 9 i， a》和计算圆值Qi,j( 9 i， bi,j)，利用数学式1算出各计测点Xi的误差量Ai,
j(步骤S5)。 对每个计算圆都利用数学式2算出误差量合计值ASj。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(步骤S6)。 对全部的计测点数m中3个计测点的组合数(计算圆数n)重复步骤S3 S6的计算(步骤S7)。通过对全部组合数(计算圆数n)进行重复计算，能够对n个计算圆分别算出误差量合计值A Sj (j = 1 n)。 接着，从n个误差量合计值A Sj (j = 1 n)中筛选最小误差量合计值A Sj (j =a)，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Ai,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，通常相对于全部计测点Xi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中包含异常值时确定最可几圆，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(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，由偏心距离(3及偏芯角度ej勾成。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93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，实质上也与本发明相同，也包含在本发明的技术范围内。 在判断为需要异常值判定的情况下，在如下的异常值判定部，判断究竟哪个计测
值异常。即，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。 具体而言，关于已确定的最可几圆，从步骤S7中已算出的与各计测点&相对的误
差量A" j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，就全部计测点&而
言，判定各自的最可几圆误差量Ai,a(i = 1 m)是否在基准值以内(步骤Sll)。 在最可几圆误差量Ai,a(例如，i = f)超过基准值的情况下，认定该计测点Xi的
计测值Pi为异常值(步骤S12)。 如果全部最可几圆误差量Ai,a(i = 1 m)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ej勾成。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Oa。
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在认定计测值Pf为异常值的情况下，由如下计测值更新部进行全部计测值Pi(i =l m)的重新估算。即，在计测值更新部，以位移计2及偏移量检测部62(还有转速表3)对全部计测点& (i = 1 m)进行再计测，获取再计测值，并将计测值& (i = 1 m)替换为再计测值(步骤13)。 如果结束了计测值Pi(i = 1 m)的更新，就返回到"开始"，进行再计算。重复图5所示的步骤S1 S9的计算顺序，直到最可几圆误差量Ai,a(i = 1 m)收敛于基准值内，如果收敛于基准值内，就结束偏芯计算顺序。 另外，在发生了异常值的情况下，也可以采用如下方法只对发生了异常值的计测点Xi进行再计测，以代替进行全部计测点Xi(i = l m)的再计测。即，对特定的计测点Xi进行再计测，基于替换后的计测值Pi，利用数学式1再计算误差量Af、a，基于由最可几圆计算出的计算圆值和替换后的再计测值，计算最可几圆误差量Ai,a(i = l m)。只要确认该最可几圆误差量Ai,a(i = l m)在基准值内即可。 接着，参照图6对旋转体的偏芯计算系统的构成进行说明。本偏芯计算系统60由燃气轮机转子1 (旋转体)、位移计2、转速表3、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，将用于选定计测点数的燃气轮机转子1(旋转体)的周围方向分割数(计测点数m)、计测点数m为4个以上那样的螺距角(也包含转速表3的脉冲数的情况)、或4个以上的各计测点Xi(旋转角度e》等偏芯计算作业开始所需的初始值输入。
偏移量检测部62沿旋转体的外表面在圆周方向上选定或导出燃气轮机转子1旋转一圈中至少4点以上的计测点Xi，另外，接近燃气轮机转子1的外表面而设置位移计2。另外，关于使旋转体旋转的驱动源(未图示)及转速表3，也可以通用燃气轮机装置的驱动源及转速表。使燃气轮机转子1旋转，且读取各计测点&的来自位移计2的计测值，以该计测值为径方向的位移量ai，并存储于存储部63。根据需要，来自转速表3的计测值也作为计测角度9i存储于存储部63(已设定计测角度9i的情况下不需要)。成为计测对象的偏芯数据为径方向的位移量ai及计测角度9i(旋转角度)。另外，作为位移计2，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。 燃气轮机转子1的各计测点&预先划线等选定燃气轮机转子1的外表面的全部计测点&的测定位置。各计测点&的径方向的位移量&在使燃气轮机转子1低速旋转而到达规定的计测点&的测定位置时，以位移计2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确认划线等。每个转子盘的计测都通过确定计测开始点、边确认计测点&的位置边使燃气轮机转子1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，其他的计测点用由转速表3检测到的自计测开始点起的旋转角度来选定。
运算部64具备偏芯运算部641、异常值判定部642及计测值更新部643。
在偏芯运算部641，从存储部63读出全部计测值Pi，以第一个存储的径方向的位移量&为初始值，关于全部的径方向位移量ai，分别减去径方向位移量& (径方向位移量A-径方向位移量& —径方向位移量a》，运算新的径方向位移量A。 另外，也可以取而代之，将存储于存储部63的各数据直接作为径方向的位移量&。
14另外，也可以将从旋转体的旋转中心02和位移计2的设置位置之间的距离(已知)中减去存储于存储部63的各数据后的值作为径方向的位移量ai(在这种情况下，径方向的位移量&成为距旋转中心02的距离)。另外，也可以设想基准圆，将从旋转体的旋转中心02和位移计2的设置位置之间的距离(已知)中减去存储于存储部63的各数据及基准圆的半径后的值作为径方向的位移量A。 基于数学式4选择3个计测点而确定计算圆。根据所确定的计算圆，计算与各计测点Xi对应的计算圆值Qi,j。接下来，根据各计测点Xi的计测值Pi和计算圆值Qi,j，基于数学式l，计算误差量Aw。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，导出与各计算圆对应的误差量合计值ASj。从误差量合计值ASj中确定最小误差量合计值ASj，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体的旋转中心02的偏离量，确定由偏心距离e及偏芯角度93构成的最可几圆偏芯数据，存储于存储部63。 在异常值判定部642，对由偏芯运算部641确定的最可几圆，判定与最可几圆相对的误差量、即最可几圆误差量A^是否在基准值以内。希望全部的最可几圆误差量A^收
敛在基准值以内。在最可几圆误差量A^(例如，i = f)大于基准值的情况下，认定计测
值Pf(或径方向的位移量ai)为异常值。 计测值更新部643在认定计测值Pf为异常值的情况下，对位移计2、偏移量检测部62发出再计测的指示。通过再计测由偏移量检测部62获取的再计测值暂时存储于存储部63后，由计测值更新部643调出，将计测值替换为再计测值，计测值的更新结束。参照更新后的计测值，重复图5所示的偏芯计算顺序。 在显示部65，显示由从存储部63调出的偏芯量及偏芯角度构成的最可几圆偏芯数据。另外，在发生了异常值的情况下，显示对象计测点Xf及其计测点Xf的计测值Pf、误差量Af、a。图IO表示本系统的输入输出画面的一例。 根据本系统，能够用简便的方法获取最可几圆偏芯数据(偏心距离e及偏芯角度9 a)，另外，异常值的特定较容易，替换为再计测值，并能够简便地进行偏芯量及偏芯角度的计算。 实施例1 下面，以构成燃气轮机转子1的转子盘为例，对进行正常计测时的偏芯计算方法的具体例进行说明。在该实施例中，沿转子盘的圆周方向等分为8份，计测各计测点的偏移量，计算偏芯数据。 在图7中，作为实施例l，表示与8个计测点的计测角度相对的计测值及最可几圆计算圆值，且表示构成最可几圆偏芯数据的偏芯量及偏芯角度。另外，在该实施例中，作为算出计算圆的计测点，表示采用&、^及^三个点的例子。另外，最可几圆计算圆值是指与该实施例的最可几圆相对的各计测点的计算圆值。在图8中，将该关系作为基准圆、最可几圆和计测值的关系而图式化，表示偏芯量及偏芯角度。在本实施例的情况下，各计测点的最可几圆误差量都在基准值以内，偏芯量及偏芯角度都小，在实用面上没有问题。
实施例2 以下表示燃气轮机转子1的转子盘的计测时、计测值上发生了异常值时的例子。在本实施例中，表示8个计测点内在1个计测点(计测点X5)上发生了异常值的情况。
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在图7的实施例2中，表示各计测点的计测值及最可几圆计算圆值，一并表示偏芯量及偏芯角度。另外，在该实施例中，作为算出计算圆的计测点，采用^、^及X8三个点。图9表示该实施例的与计测值及最可几圆计算圆值相对的最可几圆误差量。在图7中，根据本发明，在发生了实施例2所示的异常值的情况下，最终的偏芯量及偏芯角度也是与正常计测时的实施例l几乎相同的数值，即使是异常计测的情况，实用上也几乎不影响偏芯的计算精度。另一方面，根据图9，计测点X5与其他计测点相比，呈现远远地超过基准值的过大的误差量。因而，根据本发明，通过参照最可几圆误差量，发生了异常值的计测点的特定较容易。 如果应用本发明的偏芯计算方法，就能够比较简便且高精度地特定最可几圆，获取最可几圆偏芯数据。另外，由于异常值的特定较容易，因此能够简单地将异常值排除并替换为再计测值。 以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不局限于上述实施方式，在本发明的范围内，在其具体结构上可以添加种种变更，是自不待言的。例如，偏移量检测部62、存储部63、运算部64(偏芯运算部641、异常值判定部642、计测值更新部643)不局限于各自的电子电路单元(IC单元卡)的形式，也包含电子计算机的程序(或顺序)、存储器的形式。 另外，关于计测值Pi、计测角度9 i，也可以边使燃气轮机转子1旋转一圈，边连续地计测来自位移计2及转速表3的数据，将其连续数据存储于存储部63后，抽取任意的至少4个点以上，基于此导出、存储径方向的位移量ai、计测角度9i。
1权利要求
一种旋转体的偏芯计算方法，其特征在于，基于边使该旋转体旋转边沿圆周方向的外表面在至少4个点以上的计测点由位移计计测到的计测值，导出所述旋转体的径方向的位移量，根据全部计测点的所述径方向的位移量及各计测点的计测角度，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方向的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，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，分别算出误差量合计值，从所得到的与全部组合数相关的误差量合计值中，将误差量合计值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旋转体的旋转中心之间的偏离作为最可几圆偏芯数据。
2. 如权利要求1所述的旋转体的偏芯计算方法，其特征在于，所述最可几圆偏芯数据 为偏芯量和偏芯角度。
3. 如权利要求1或2所述的旋转体的偏芯计算方法，其特征在于，在最可几圆的所述计 算圆值和所述径方向的位移量之差即最可几圆误差量超过基准值的情况下，认定与该最可 几圆误差量对应的计测点的计测值为异常值。
4. 如权利要求3所述的旋转体的偏芯计算方法，其特征在于，在所述最可几圆误差量 超出基准值的情况下，对认定为所述异常值的计测值进行再计测，获取再计测值，将所述计 测值替换为该再计测值。
5. 如权利要求1 4中任一项所述的旋转体的偏芯计算方法，其特征在于，所述旋转体 为燃气轮机转子。
6. —种旋转体的偏芯计算系统，其特征在于， 旋转体的偏芯计算系统具备输入部，其设定所述旋转体旋转一圈中的至少4个点以上的计测点；偏移量检测部，其基于利用位移计对沿该旋转体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，导出所述旋转体的径方向的位移量；存储部，其存储由所述偏移量检测部导出的所述径方向的位移量及所述计测点的计测角度；运算部，其基于存储于该存储部的数据，计算所述旋转体的最可几圆偏芯数据， 该运算部，根据存储于所述存储部的全部计测点的所述径方向的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方向的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，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，分别算出误差量合计值， 从所得到的与全部组合数相关的误差量合计值中，将该误差量合计值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旋转体的旋转中心之间的偏离作为最可几圆偏芯数据。
7. 如权利要求6所述的旋转体的偏芯计算系统，其特征在于，所述运算部具备异常值 判定部，该异常值判定部在最可几圆的所述计算圆值和所述径方向的位移量之差即最可几 圆误差量超出基准值的情况下，认定与该最可几圆误差量对应的计测点的计测值为异常 值。
8. 如权利要求7所述的旋转体的偏芯计算系统，其特征在于，所述运算部具备计测值 更新部，该计测值更新部在所述最可几圆误差量超出基准值的情况下，将由所述偏移量检 测部获取的再计测值从所述存储部调出，将所述计测值替换为所述再计测值。
全文摘要
本发明提供一种简便的旋转体的偏芯计算方法。该旋转体的偏芯计算方法基于边使该旋转体旋转边沿圆周方向的外表面在至少4个点以上的计测点上由位移计计测到的计测值，导出旋转体的径方向的位移量，根据全部计测点的径方向的位移量及旋转角度，选择任意的3个点，算出计算圆，根据计算圆，计算相对于全部计测点的计算圆值，将计算圆值和径方向的位移量之差算出，以作为相对于各计测点的误差量，将误差量进行合计，导出误差量合计值，分别对全部计测点中的3个计测点的组合数进行重复计算，算出各个误差量合计值，从与所得到的全部组合数相关的误差量合计值中，选定该误差量合计值最小的计算圆为最可几圆，将最可几圆的中心和旋转体的旋转中心的偏离量算出，以作为最可几圆偏芯数据。
文档编号G01B21/24GK101784864SQ200880102169
公开日2010年7月21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