JP2019200173A - センタリング測距装置およびセンタリング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で簡単かつ精度よくセンタリングを行うことが可能なセンタリング測距装置およびセンタリング方法を提供することを目的とする。【解決手段】センタリング測距装置１００は、水力発電用の水車１０６および発電機回転子１０８を組立据付するときの固定部１０２Ｂと回転部１０２Ａとのセンタリングに用いる。センタリング測距装置１００は、回転部１０２Ａの軸中心を模して固定部１０２Ｂの内側に垂下される重錘１２２付きの中心線（ピアノ線１２０）と、一端１３０ａが固定部１０２Ｂの内面に当てられる竿（インサイドマイクロメータ１３０）と、インサイドマイクロメータ１３０の他端１３０ｂに設けられてピアノ線１２０までの距離を取得するレーザ変位計１３２と、を備えることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、水力発電用の水車および発電機を組立据付する時の固定部と回転部とのセンタリングに用いるセンタリング測距装置およびセンタリング方法に関する。

水力発電施設の水車および発電機の建設時や分解点検時において、固定部と回転部との芯出し作業（センタリング）が行われる。これら水車および発電機は、落下する水を効率よく使うために、固定部と回転部との隙間が数ｃｍ〜１／１０ｍｍ程度しか開けられていない。そのため、万が一にも回転部が固定部に接触すること無きよう、センタリングは極めて重要で慎重に行われる作業となっている。

センタリングでは、まず、回転部を組み込む前に、固定部を対象にした作業が行われる。固定部は、各種軸受部や発電機固定子鉄心など複数の部品で構成されていて、各部品を同心になるよう配置する必要がある。各部品の位置を調節する際には、回転部の軸中心の目安として、固定部の最上部の中央から重錘を付けた中心線（主にピアノ線）が垂らされる。そして、各部品の内面からピアノ線までの距離を測定し、その測定値を基にして各部品の位置が修正される。このときの距離の測定には、１／１００ｍｍ単位の高い測定精度が要求される。

従来から、上記ピアノ線との距離の測定には、接触式の内径測定器（インサイドマイクロメータ）が使用されている。例えば特許文献１には、ピアノ線とインサイドマイクロメータとを使用してセンタリングを行う様子が開示されている。インサイドマイクロメータは、後端側を固定部の内面に当て、先端側である測定子をピアノ線に近接させて使用される。このとき、インサイドマイクロメータとピアノ線とには、一方側にバッテリーの＋側、他方側に−側が接続されていて、測定子がピアノ線に接触すると電流が流れてレシーバから電子音が鳴る仕組みになっている。そして、インサイドマイクロメータを繰り返し伸縮させ、ピアノ線に接触したときの電子音を聞き分けることで測定子とピアノ線とが最短の状態で接触したときを判別し、そのときの値（最短距離）を取得している。

特開２０１５−２１９１０５号公報

しかしながら、上記手法のセンタリングでは、測定子とピアノ線とが最短の状態で接触しているか否かを、電子音の鳴り具合を聞き分けることで判別するため、作業者に経験や技量が必要となっている。これら人為的な要素に依拠することは、測定誤差の発生にもつながりかねないため、より機械的な手法の確立が求められている。

また、上記手法のセンタリングでは、測定子とピアノ線との接触が繰り返されるため、ピアノ線に揺れが生じ、ピアノ線が静止するまで待つことになり、結果として作業時間が長くかかることも懸念されている。加えて、電子音を鳴らす仕組みのため、インサイドマイクロメータとピアノ線とで一つの閉回路を形成する必要があり、２箇所以上で同時に測定することができず、このことも作業時間を短縮できない要因となっている。

本発明は、このような課題に鑑み、短時間で簡単かつ精度よくセンタリングを行うことが可能なセンタリング測距装置およびセンタリング方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかるセンタリング測距装置の代表的な構成は、水力発電用の水車および発電機を組立据付するときの固定部と回転部とのセンタリングに用いるセンタリング測距装置であって、回転部の軸中心を模して固定部の内側に垂下される重錘付きの中心線と、一端が固定部の内面に当てられる竿と、竿の他端に設けられて中心線までの距離を取得するレーザ変位計と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、測定子としてレーザ変位計を利用することで、測定子と中心線（例えばピアノ線）との距離を、中心線に非接触で取得することができる。したがって、従来の手法に比べて、インサイドマイクロメータを伸縮させながら電子音を聞き分けて最短の状態を判別する作業は不要になり、中心線を揺らすこともなくなる。さらに、同時に２箇所以上で測定することも可能になるため、上記構成であれば短時間で簡単かつ精度のよいセンタリングを行うことが可能になる。なおレーザ変位計を利用することにより、中心線をそのまま測定することができ、受信ないし受光用の部品を中心線に取り付ける必要はない。

上記の竿は棒形の内径測定器を含むこととしてもよい。棒形の内径測定器（インサイドマイクロメータ）であれば、伸縮自在であって、効率のよい測定が可能になる。

当該センタリング測距装置はさらに、竿に連結され一端とは水平方向の異なる位置にて固定部の内面に当てられる脚部を含む治具を備えてもよい。この治具によれば、竿の姿勢を安定させてその位置ずれを防ぎ、測定精度を向上させるとともに測定時間を短縮することができる。

当該センタリング測距装置はさらに、中心線までの距離を基にして固定部の位置の修正量を算出および表示するコンピュータを備えてもよい。この構成によって、効率のよいセンタリングが可能になる。

本発明にかかるセンタリング方法の代表的な構成は、水力発電用の水車および発電機を組立据付する時の固定部と回転部とのセンタリングに用いるセンタリング方法であって、回転部の軸中心を模して固定部の内側に重錘付きの中心線を垂下し、先端にレーザ変位計を設けた竿を用いて固定部の内面のうち水平方向に離れた２点以上の箇所から中心線までの距離を取得し、中心線までの距離を基にして固定部の位置を修正することを特徴とする。

上述したセンタリング測距装置における技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該センタリング方法にも適用可能である。したがって、当該センタリング方法においても、従来の手法に比べて、インサイドマイクロメータを伸縮させながら電子音を聞き分けて最短の状態を判別する作業は不要になり、中心線を揺らすこともなくなる。また、同時に２箇所以上で測定を行うことも可能になるため、上記構成であれば短時間で簡単かつ精度のよいセンタリングを行うことが可能になる。

本発明によれば、短時間で簡単かつ精度よくセンタリングを行うことが可能なセンタリング測距装置およびセンタリング方法を提供することが可能になる。

水力発電施設の水車発電機を概略的に示した図である。 水車発電機の固定部に対するセンタリングの様子を示した図である。 センタリング測距装置の各構成要素を示した図である。 センタリング測距装置を利用したセンタリング方法を示した図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、水力発電施設の水車発電機を概略的に示した図である。以下では、センタリング測距装置１００（図４参照）およびセンタリング方法の説明に先立って、センタリングの実施対象である水車発電機１０２の構造について説明する。

水車発電機１０２は、主軸１０４で繋がれた水車１０６と、発電機回転子１０８と発電機固定子１０９で構成される発電機とを有し、ダム等からの水の力で水車１０６を回転させて発電を行う。水は、不図示の水圧鉄管を通じて躯体１１０へと流れ込み、水車１０６を回転させた後、吸出管１１２へと排出される。主軸１０４は、各所にて軸受によって支えられている。例えば、発電機回転子１０８の上下では上部軸受１１４および下部軸受１１６で支えられ、水車１０６の付近では水車軸受１１８で支えられている。発電機回転子１０８の上方には、不図示の励磁用給電部や回転速度検出部なども設けられる。

本実施形態では、水車発電機１０２の各要素のうち、水車１０６、主軸１０４および発電機回転子１０８などの回転する要素を回転部１０２Ａと総称する。また、躯体１１０、発電機固定子１０９および各種軸受等の固定された動かない要素を固定部１０２Ｂと総称する。以下に説明するセンタリングは、水車発電機１０２を組立据付けするときにて、複数の要素で構成された固定部１０２Ｂの芯出し作業、すなわち各要素を同心に配置するために行われる。

図２は、水車発電機１０２の固定部１０２Ｂに対するセンタリングの様子を示した図である。本発明の実施形態に係るセンタリング測距装置１００は、固定部１０２Ｂの中心を模した中心線として、ピアノ線１２０を含んでいる。ピアノ線１２０は、下端に重錘１２２が結び付けられていて、固定部１０２Ｂの最上部に設けられた架台１２４から固定部１０２Ｂの内側の中心点を通るようにして垂下される。固定部１０２Ｂのうち取外可能になっている水車軸受１１８や下部軸受１１６などの各要素は、このピアノ線１２０との距離を基にして位置決めされる。各要素とピアノ線１２０との距離の測定には、以下に説明する本願独自の測定ユニット１２６（図３（ａ）参照）を使用する。なお、中心線としては、ピアノ線１２０のような金属線が好適に利用可能であるが、回転部１０２Ａの中心を模擬できればよいため、線状の部材であれば材質の如何は問わない。

図３は、センタリング測距装置１００の各構成要素を示した図である。図３（ａ）は、測定ユニット１２６およびコンピュータ１２８の概要を示している。測定ユニット１２６は、固定部１０２Ｂ（図２参照）の内面からピアノ線１２０までの距離を測定する機器である。コンピュータ１２８は、測定ユニット１２６から得られる測定データの表示や各種計算などを行う。

測定ユニット１２６は、インサイドマイクロメータ１３０と、測定子であるレーザ変位計１３２とを含んで構成されている。インサイドマイクロメータ１３０は、一般に構造物の内径の測定に使用される棒形の測定器であり、本来は一端１３０ａと他端１３０ｂとを構造物の内側に当てて使用される。しかしながら、本実施形態では、インサイドマイクロメータ１３０は、一端１３０ａは固定部１０２Ｂ（図２参照）の内面に当てるものの、他端１３０ｂにはレーザ変位計１３２を取り付けて使用する。すなわち、当該センタリング測距装置１００では、インサイドマイクロメータ１３０を、本来の測定器としてではなく、固定部１０２Ｂからピアノ線１２０に向かってレーザ変位計１３２を延ばす「竿」として使用する。

上記竿としては、インサイドマイクロメータ１３０以外にも、棒形でたわみの無いものであれば、例えば金属や樹脂のパイプ材などでも代用可能である。しかしながら、インサイドマイクロメータ１３０は、グリップ部１３４を回すことで伸縮させることができ、その長さを正確に知ることが可能である。またパーツを継ぎ足すことでさらに長くすることもできる。このように、インサイドマイクロメータ１３０であれば、伸縮自在であって固定部１０２Ｂ（図２参照）のうち内径の異なる場所でもそのまま使用できるため、効率のよい測定を行うことが可能になる。

レーザ変位計１３２は、レーザ光の反射を利用して対象物の変位量を非接触に検出するセンサである。本実施形態では、レーザ変位計１３２は、ブラケット１３６を介してインサイドマイクロメータ１３０の他端１３０ｂに取り付けられ、ピアノ線１２０（図２参照）までの距離を取得する。なおレーザ変位計を利用することにより、ピアノ線１２０をそのまま測定することができ、受信ないし受光用の部品をピアノ線１２０に取り付ける必要はない。

コンピュータ１２８は、表示部１３８や操作部１４０、およびＣＰＵ等で構成される演算部（図示省略）等で構成されている。コンピュータ１２８は、測定ユニット１２６が取得したピアノ線１２０（図２参照）までの距離の測定値を受信し、測定を行った固定部１０２Ｂの位置の修正量の算出および表示などを行う。

図３（ｂ）は、測定ユニット１２６を支える治具１４２を示した図である。治具１４２は、基部１４４と、１または複数の脚部１４６とを含んで構成されている。基部１４４は、インサイドマイクロメータ１３０の一端１３０ａ側に連結される。基部１４４は、インサイドマイクロメータ１３０に交差する方向へ延びていて、各所に脚部１４６用の取付部１４８が設けられている。脚部１４６は、基部１４４の取付部１４８に取り付けられ、インサイドマイクロメータ１３０の一端１３０ａとは水平方向の異なる位置にて、固定部１０２Ｂ（図２参照）の内面に当てられる。これら構成の治具１４２によって、インサイドマイクロメータ１３０の姿勢を安定させてその位置ずれを防ぎ、その測定精度を向上させることが可能になる。

図４は、センタリング測距装置１００を利用したセンタリング方法を示した図である。図４（ａ）は、当該センタリング方法の実施の様子を示した図である。当該センタリング方法では、まず、回転部１０２Ａ（図１参照）の軸中心を模して、固定部１０２Ｂの内側に重錘付きのピアノ線１２０を垂下する。そして、測定ユニット１２６の一端１３０ａを、例えば固定部１０２Ｂの上部軸受１１４（下部軸受１１６や水車軸受１１８の他、躯体１１０や発電機固定子１０９なども同様である）の内面に当て、他端１３０ｂ側のレーザ変位計１３２をピアノ線１２０に向けて延ばし、レーザ光を照射して測定を行う。

ピアノ線１２０までの距離の測定は、一端１３０ａを上部軸受１１４に当てたまま他端１３０ｂ側のレーザ変位計１３２をピアノ線１２０に沿って鉛直方向に振り、複数の測定値を取得する。このようにして得た複数の測定値のうち、最も小さい値が、その測定点（一端１３０ａの接触点）におけるピアノ線１２０までの最短距離となる。このとき、脚部１４６も上部軸受１１４の内面に当てられているため、インサイドマイクロメータ１３０は、水平方向に振れさせることなく、鉛直方向のみにスムーズに振ることが可能になっている。

図４（ｂ）は、当該センタリング方法の実施中におけるコンピュータ１２８の表示部１３８の様子を示したものである。測定ユニット１２６によるピアノ線１２０（図４（ａ）参照）までの距離の測定は、固定部１０２Ｂの１つの要素（上部軸受１１４や水車軸受１１８（図２参照）など）について、内面のうち水平方向に離れた２点以上の箇所（図では４点）にて行う。これによって、その要素とピアノ線１２０との水平方向における位置関係が算出でき、その結果が表示部１３８に表示される。同時に、表示部１３８には、その要素のピアノ線１２０に対する位置の修正量も表示される。

なお、表示部１３８には、各測定点における測定値として、上述したレーザ変位計１３２を鉛直方向に振りながら取得した値のうち、最も小さい値（すなわち最短距離）のみを表示するよう設定することも可能である。これによって、簡潔で視認しやすい表示が可能になる。

固定部１０２Ｂ（図２参照）に対する一連のセンタリングは、まず、動かすことができない躯体１１０に対して行い、その測定結果を基にしてピアノ線１２０自体の位置を修正する。これによって躯体１１０の中心にピアノ線１２０を位置させ、後はこのピアノ線１２０を基準にして上部軸受１１４、発電機固定子１０９、下部軸受１１６、水車軸受１１８などの取外可能な要素についてセンタリングを行うことで、固定部１０２Ｂの各要素全体を同心に配置することができる。

以上説明した本実施形態のセンタリング測距装置１００およびセンタリング方法によれば、非接触のレーザ変位計１３２を測定子に利用しているため、従来の手法に比べて、インサイドマイクロメータを伸縮させながら電子音を聞き分けて最短の状態を判別する作業は不要になるため、作業員の技量や経験に頼ることが減り、より機械的で精度のよいセンタリングが可能になる。

また、測定ユニット１２６をピアノ線１２０に接触させないため、ピアノ線１２０の揺れが止まるまで待つことも不要になり、短時間で作業を行うことができる。さらに、上記従来の手法では、測定器とピアノ線１２０とで閉回路を形成するために一箇所ごとに測定を行う必要があったところ、本実施形態では閉回路を形成する必要はないため、同時に２箇所以上で測定ユニット１２６を使用することも可能である。したがって、本実施形態であれば、従来の手法に比べて、より短時間で簡単かつ精度のよいセンタリングを行うことが可能になる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、水力発電用の水車および発電機を組立据付する時の固定部と回転部とのセンタリングに用いるセンタリング測距装置およびセンタリング方法として利用することができる。

１００…センタリング測距装置、１０２…水車発電機、１０２Ａ…回転部、１０２Ｂ…固定部、１０４…主軸、１０６…水車、１０８…発電機回転子、１０９…発電機固定子、１１０…躯体、１１２…吸出管、１１４…上部軸受、１１６…下部軸受、１１８…水車軸受、１２０…ピアノ線、１２２…重錘、１２４…架台、１２６…測定ユニット、１２８…コンピュータ、１３０…インサイドマイクロメータ、１３０ａ…一端、１３０ｂ…他端、１３２…レーザ変位計、１３４…グリップ部、１３６…ブラケット、１３８…表示部、１４０…操作部、１４２…治具、１４４…基部、１４６…脚部、１４８…取付部

Claims (5)

1. 水力発電用の水車および発電機を組立据付するときの固定部と回転部とのセンタリングに用いるセンタリング測距装置であって、
   前記回転部の軸中心を模して前記固定部の内側に垂下される重錘付きの中心線と、
   一端が前記固定部の内面に当てられる竿と、
   前記竿の他端に設けられて前記中心線までの距離を取得するレーザ変位計と、
   を備えることを特徴とするセンタリング測距装置。
2. 前記竿は棒形の内径測定器を含むことを特徴とする請求項１に記載のセンタリング測距装置。
3. 当該センタリング測距装置はさらに、前記竿に連結され前記一端とは水平方向の異なる位置にて前記固定部の内面に当てられる脚部を含む治具を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のセンタリング測距装置。
4. 当該センタリング測距装置はさらに、前記中心線までの距離を基にして前記固定部の位置の修正量を算出および表示するコンピュータを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のセンタリング測距装置。
5. 水力発電用の水車および発電機を組立据付する時の固定部と回転部とのセンタリングに用いるセンタリング方法であって、
   前記回転部の軸中心を模して前記固定部の内側に重錘付きの中心線を垂下し、
   先端にレーザ変位計を設けた竿を用いて前記固定部の内面のうち水平方向に離れた２点以上の箇所から前記中心線までの距離を取得し、
   前記中心線までの距離を基にして前記固定部の位置を修正することを特徴とするセンタリング方法。

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