| 研究概要 |
本研究は原子力発電機用タービンおよび風力発電用のタービンに代表される長翼を持った回転体を対象とし，長翼構造と，回転軸や架台などの支持構造との連成振動メカニズムの解明を行うことで，連成振動の観点から，安全設計手法および安全運転評価指標を開発することを研究の目的とする．平成24年度は主に，長翼軸のねじり振動と回転軸の曲げ振動の連成共振を確認する実験を行い連成条件での共振が確認された．
１．曲げねじり連成解析：平成22年,23年の解析を応用して，大型の翼を円板と考えた時の軸のねじり振動と軸の曲げ振動の連成共振条件を求めた．このねじり振動は節直径k=0の翼面外振動に相当し，曲げ振動とは回転軸の並進運動や傾き振動による円板部分の半径方向振動に相当する．解析の結果，回転数Ωと翼の固有振動数ωb ，および，回転軸の曲げ固有振動数ωsとの間にはΩ=|ωb±ωs|の関係が成立する条件で，連成により翼振動が大きくなることが明らかになった．
２．実験装置の準備と実験：(1) 大型の円板を両端に配置した回転軸を用い，一方を玉軸受で他方を磁気軸受で支持した実験装置を準備した．傾きの固有振動数ωbを磁気軸受によりωb=18Hzに調整した．ねじりの固有振動数はωs=55Hzであることがわかっている．(2) ねじり振動を安価に測定する方法として，ひずみゲージを用いた方法とスリット円板を用いた方法を比較した．その結果，スリット円板を用いた方法が優れており，ねじり振動の周波数を0.1Hz以上の分解能で計測することができた．(3) 準備した実験装置および計測方法を用いて回転試験を行った．解析によって得られた共振条件であるΩ=|ωb±ωs|=37rps, および, 73rpsに連成共振が発生することが確認された．
以上により，回転機械の設計において，翼と軸の連成共振を避けることが重要であると考えられる．
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