磁気軸受による加振とモード解析を用いたロータクラックの検出とその位置・深さの特定

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750159
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 井上 剛志 名古屋大学, 工学部, 講師 (70273258)
• Keywords: ロータクラック / 周期的加振 / 非線形解析 / 有限要素解析 / 実験 / スペクトル解析 / 振動診断法 / 磁気軸受

Research Abstract

今年度は,ロータクラックの検出に関する集中定数モデルと有限要素モデルを用いた理論解析,および実験装置の製作と実験を行った.
理論解析においては,まず集中定数モデルを用いて,クラックが入ったロータに周期的に加振したときに発生することが予想される共振現象を数値シミュレーションで調べた.そして,それらのクラックに起因する非線形共振を一般的な形で表現し,その発生の有無および振動振幅や位相などの定性的特性を,非線形振動の近似解法であるVan der Polの方法を用いて解析し,その発生原因を体系的にまとめた.つぎに,クラックが入ったロータの有限要素モデルを構築し,集中定数モデルと同様に解析を進めている.現在は,加振位置とクラック位置の関係等を検討中である.
実験装置は,1つのメインロータを取り付けた弾性軸の両端を玉軸受で支持した回転軸装置を製作した.加振装置としてまずはボイスコイルモータを選択し,メインロータ以外の位置にボイスコイルモータを設置した.そして,危険速度から離れた回転速度で運転中の回転軸に,ボイスコイルモータから微小な周期的外力を加え,その周波数を変化させ,その周波数の変化に対する回転軸の振動振幅を計測した.本手法による実験を,弾性軸の中央付近に模擬クラックを加工したものとクラックを入れていないものについて行い,その結果を,集中定数モデルを用いて得られた理論解析結果と比較・検討した.理論解析でクラックに起因する非線形共振が発生すると予想した周波数の外力を印可したときに,実験においてもクラックロータでは小さな共振現象が発生することを確認した.そして,そのときの実験データのスペクトル分布も理論解析結果と一致することを確かめ,理論解析で予想したように,外力の周波数の印可によりクラックの有無が確かめられることを実験的にも明らかにした.現在,加振装置を磁気軸受に変更すべく製作中である.