JP3452825B2 - 磁石クローラ式走行装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円柱状の走行面に
吸着して走行する磁石クローラ式走行装置に係り、特に
走行面に段差があっても安定に走行することのできる磁
石クローラ式走行装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】タービンロータは、タービンシャフト、
タービンシャフトと一体的に形成したタービンホイール
およびタービンホイール外周部に取り付けた動翼から構
成される。動翼はタービンホイール外周に形成した動翼
植え込み部に嵌合して取り付けられる。

【０００３】タービンの運転時には、タービンホイール
は高速回転し、低圧タービンホイールの外周の動翼植え
込み部に嵌合して取り付けた動翼は長大で質量も大であ
るため、前記動翼には大きな遠心力が作用する。特に動
翼植え込み部の最上段フックには遠心力により大きな応
力が作用する。したがって、この部分の健全性を正確に
評価する必要がある。

【０００４】超音波探傷法は、一つの探触子を超音波の
送信用と受信用の双方として使う一探触子法と、二つの
探触子を用い、一方を超音波の送信用として用い他方を
超音波の受信用として用いる二探触子法が知られてい
る。

【０００５】従来の超音波探傷装置は、特開平５−２５
６８２９号公報に示されるように、探触子を備えたスキ
ャナを磁石クローラ上に取り付け、前記磁石クローラを
タービンシャフト外周に沿って周回することにより、前
記スキャナで前記タービンホイールの動翼植え込み部を
走査して、該植え込み部の健全性を検査する。

【０００６】また、特開平７−２４４０２４号公報に
は、タービンシャフトの外周に沿ってガイドレールを取
り付け、該ガイドレールに沿ってハンドスキャナを手動
で走査することにより、前記スキャナで前記タービンホ
イールの動翼植え込み部を走査して、該植え込み部の健
全性を検査することが示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平５−２５６
８２９号公報記載の装置では、探触子を備えたスキャナ
を取り付た状態で磁石クローラをタービンシャフト外周
に沿って周回することができる。

【０００８】ところで、前述したようにタービンシャフ
トにはタービンホイールが一体的に形成される。また、
タービンホイール間にはタービンケーシングに配設した
静翼が配置される。静翼のタービンシャフト側はタービ
ンシャフトと気密を保持することが必要であり、このた
め、タービンホイール間のタービンシャフト表面には円
周に沿って複数のパッキン溝を形成してある。

【０００９】前記公報記載の装置は、このようにパッキ
ン溝による段差のある円周上での安定な周回については
考慮されていない。また、タービンホイール間の間隙は
狭く、タービンホイール外周端からタービンシャフト表
面までの距離は長い。したがって、このように狭隘な空
間で超音波検査を安定に実施するためには、スキャナ自
体の小型軽量化を図り、取り扱いを簡易化することが望
まれる。

【００１０】また、特開平７−２４４０２４号公報記載
の装置では、タービンシャフトの外周に沿って取り付け
たガイドレールに沿って、ハンドスキャナで手動で走査
することができる。しかしタービンホイールが大型の場
合にはハンドスキャナの走査が困難であり、このためタ
ービンロータを回転可能に載置できる架台を用意し、こ
の架台上にタービンロータを載置し、タービンロータを
ハンドスキャナの走査が容易にできる位置に順次回転す
ることが必要になる。

【００１１】本発明は前記種々の問題点に鑑みてなされ
たもので、磁石クローラの踏面に走行面の凹凸に対応す
る凹凸を設けて、段差のある走行面を安定して走行でき
る走行装置を提供することにある。

【００１２】また、前記走行装置に取り付けるスキャナ
を小型軽量化して、被検査対象であるタービンホイール
に対してのスキャナの取り付け、取り外し、調整作業が
容易に実施できるスキャナを提供することにある。

【００１３】また、音響結合剤を走査面上に必要最小限
に塗布することのできるスキャナを提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために次のような手段を採用した。

【００１５】円柱状の走行面を吸着する磁石ユニットを
複数個連結したクローラチェーンと、該クローラチェー
ンを移動可能に保持する複数個のガイドレールと、前記
それぞれのガイドレールを超音波スキャナが搭載可能な
架台に支持する支持装置と、前記クローラチェーンを駆
動するスプロケットを備え、前記円柱状の走行面を磁石
で吸着して走行する磁石クローラ式走行装置において、
前記磁石ユニットは前記円柱状走行面の凹凸に対応する
形状を有する踏面を備えたことを特徴とする。

【００１６】また、前記磁石クローラ式走行装置におい
て、前記磁石ユニットは前記円柱状走行面に形成した凹
溝に嵌合する永久磁石、および該永久磁石を保持すると
ともに永久磁石から生じる磁束を前記走行面に誘導する
導磁材からなることを特徴とする。

【００１７】また、前記磁石クローラ式走行装置におい
て、前記磁石ユニットは前記凹溝に応じた複数個の永久
磁石からなり、該複数の永久磁石相互間および永久磁石
と前記円柱状の走行面間は遮蔽材により遮蔽したことを
特徴とする。

【００１８】また、前記磁石クローラ式走行装置におい
て、前記円柱状の走行面はタービンシャフト面であり、
前記超音波スキャナは、架台に取り付けた支柱と、該支
柱上に摺動可能に取り付けた第１のスライダ、該第１の
スライダ上に摺動可能に取り付けた第１のアーム、およ
び該アームに取り付けた第１の探触子と、前記支柱上に
摺動可能に取り付けた第２のスライダ、該第２のスライ
ダ上に摺動可能に取り付けた第２のアーム、および該ア
ームに取り付けた第２の探触子からなり、前記第１の超
音波探触子から超音波を前記タービンロータの翼植え込
み部に照射し、反射波を第２の超音波探触子で受信し
て、翼植え込み部の欠陥を検査する超音波探傷装置であ
ることを特徴とする。

【００１９】また、前記磁石クローラ式走行装置におい
て、前記超音波探傷装置は前記タービンロータの探触子
接合部分に音響結合剤を塗布する塗布装置を備え、前記
探触子は前記音響結合剤を導入する楔状間隙を形成すべ
く面取りしたことを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の第１の実施形態
を図１ないし図６を用いて説明する。

【００２１】図１および図２は本実施形態に係る磁石ク
ローラ式走行装置をタービンロータの超音波検査装置に
適用した例を示す図であり、図１は超音波スキャナの側
面図、図２はタービンロータに超音波スキャナを取り付
けた状態の斜視図を示す。

【００２２】これらの図において、１は超音波スキャ
ナ、２はタービンシャフト、３はタービンホイール、４
はタービンロータの円周上に形成したパッキン溝、５は
タービンホイールに形成した動翼の植え込み部である。

【００２３】６は磁石クローラであり、磁石クローラは
図示しないエンコーダを備えており、該エンコーダはタ
ービンロータ上における磁石クローラの位置（θ）を計
測する。７は磁石クローラの架台、８は架台に殖設した
支柱、９、１０は支柱上を上下にスライドする第１およ
び第２のＹ方向スライダであり、ホルダ２０内のねじを
手動で回転することによりＹ方向に摺動できる。１１，
１２はＹ方向スライダに取り付けた第１および第２のア
ーム、１３，１４はアーム１３，１４上をスライドする
第１および２のＸ方向スライダであり、図示しないアー
ム端のねじを回転することによりＸ方向に摺動できる。
１５，１６はＸ方向スライダ１３，１４に取り付けた第
１および第２の超音波探触子であり、超音波探触子１
５，１６はスライダ１３，１４に内蔵した図示しないウ
オーム歯車により図示φ1およびφ2方向に回動できる。

【００２４】また、スキャナ１は図示しないエンコーダ
を備えており、該エンコーダは前記第１および第２のＹ
方向スライダ９，１０、第１および２のＸ方向スライダ
１３，１４、および、前記φ1およびφ2方向の回動角を
計測し、計測データを図示しない走行制御装置に伝送す
る。走行制御装置は表示装置を備え、該データをディジ
タル表示する。

【００２５】１７，１８、１９は第１ないし第３のロー
ラであり、該ローラはフェルト等で形成され、超音波ビ
ームを被検査体であるタービンホイール３に効率よく入
射させるためにタービンホイールに塗布するカップラン
ト（マシンオイル等）を含浸している。カップラントを
タービンホイール面に塗布することにより、探触子をタ
ービンホイールに密着して、超音波ビームを効率よく伝
送することができる。

【００２６】また、カップラントを含浸したローラ１７
は第１の探触子１５の外方に配置し、カップラントを含
浸したローラ１８は第２の探触子１６の外方に配置す
る。また、カップラントを含浸したローラ１９は支柱８
上に配置する。

【００２７】このようにカップラントを含有するローラ
を配置することによって、クローラ７の周方向駆動によ
って、ローラがホイール面を回動するため必要最小限の
カップラントをホイール面に塗布しながら周回すること
ができる。またローラ１７および１８は探触子の両外側
に配置したので、スキャナの回転方向に関わらず超音波
探触子とタービンホイールの接触面にカップラントを供
給することができる。

【００２８】２０はスキャナ１のホルダ、２１はクロー
ラ６とクローラ６の図示しない走行制御装置を接続する
ケーブル、２２はケーブル２１のコネクタ、２３はクロ
ーラ走行用の電動機である。

【００２９】超音波検査に際しては、タービンシャフト
２の外周面に、超音波スキャナ１を搭載した磁石クロー
ラを取り付ける。スキャナ１は２探触子法であるため、
検査位置に超音波ビームが照射されるように探触子１５
のＸ方向、Ｙ方向位置および照射角度を調整し、かつ、
その反射ビームを受信できるように、探触子１６のＸ方
向、Ｙ方向位置および受信方向角度を調整する。

【００３０】この調整は、前記ディジタル表示データ
が、予め設定した設計値と一致するように探触子位置を
調整することにより容易に行うことができる。

【００３１】検査対象のタービンの翼植え込み部５はタ
ービンホイール３の径方向の同じ位置のほぼ全周にある
ため、ここに超音波が照射され、その反射波が受信でき
るように、探触子１５のＸ方向、Ｙ方向および照射角
度、および探触子１６のＸ方向、Ｙ方向および受信方向
角度を調整する。

【００３２】次いで、探触子１５および１６をタービン
ホイール３に押しつけた状態で、図示しない走行制御装
置により磁気クローラをシャフト２の外周に沿って自動
走行させて、植え込み部の全周を検査する。

【００３３】磁気クローラの自動走行によって得られる
超音波の反射波の受信信号は、前記スキャナの位置信号
とともにケーブル２１を介して前記走行制御装置に送信
される。

【００３４】図３および図４は超音波探触子の取り付け
構造を示す図であり、図３は側面図、図４は上面図を示
す。

【００３５】図において、３１は超音波探触子１５を回
転自在に保持するジンバル、３２はジンバルを支持する
支持リング、３３はジンバルを支持リングに支持する支
持具、３４は支持リングをアーム３５に取り付ける取り
付け金具、３５はＸ方向スライダ１３のアームである。

【００３６】３６はローラ１７の支持具、３７はウオー
ム歯車であり、ウオーム歯車３７は支持リング３２に形
成した歯車と嵌合する。３８はウオーム歯車３７の回転
軸、３９は回転軸３８の回転端であり、回転端３９を回
転すると探触子１５が約９０°の範囲で回転して、前記
回動角φ1およびφ2を調整することができる。

【００３７】４０，４１はジンバル３１に設けた回転軸
であり、回転軸４０，４１と前記支持具３３により、探
触子１５を走査面であるタービンホイールの表面に押し
つけた状態で走査することができる。

【００３８】４２は探触子１５のタービンロータ接触面
側に形成した楔状の面取り部である。

【００３９】支持具３６によりアーム３５に取り付けた
ローラ１７は、超音波スキャナのスキャン動作に伴っ
て、接触摩擦により走査面を回転しながら移動する。こ
のローラには予め音響カップラントを含浸しているた
め、ローラは回転しながら必要最小限の音響カップラン
トを走査面に塗布することができる。超音波探触子の面
取り部は前記塗布した音響カップラントが探触子と走査
面の間隙に入りやすくするために設けてある。

【００４０】図５は磁石クローラの側面図である。

【００４１】図において、５０は磁石ユニット、５１
Ａ、５１Ｂ、５１Ｃは三分割したガイドレール、５２
Ａ，５２Ｂは回転軸、５３はガイドレール５１Ａ、５１
Ｂ、５１Ｃに形成したガイド溝、５４はクローラのフレ
ーム、５５は複数個の磁石ユニット５０をシャフト５８
を介して連結したクローラチェーンであり、前記シャフ
ト５８は前記ガイドレールのガイド溝を摺動移動する。
５６は回転軸５２Ｂに取り付けたスプロケットであり、
スプロケットには図示しない駆動用電動機を備え、前記
クローラチェーン５５を駆動する。

【００４２】５７はバネ、５８は磁石ユニットに取り付
けたシャフト、５９はフレーム５４に取り付けたクロー
ラの架台であり、架台５９はバネ５７によりガイドレー
ル５１Ｂに揺動自在に支持される。また架台５９にはス
キャナ１のアーム８を取り付ける。

【００４３】また、ガイドレール５１Ａ、５１Ｃは架台
５９を取り付けたフレーム５４を揺動自在に支持し、か
つタービンシャフト２の表面に倣って変形追従して、磁
石ユニット５０をタービンシャフト２の表面に精度よく
吸着させる。前記スプロケット５６を回転駆動すると、
各磁石ユニット５０のシャフト５８はガイドレール５１
Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ内のガイド溝５３に沿って移動す
る。この移動により進行方向先端の磁石ユニット５０は
順次吸着し、進行方向後端の磁石ユニット５０は順次シ
ャフト面から剥がされて、クローラはタービンシャフト
に吸着した状態で、タービンシャフト上を周回方向に移
動することができる。

【００４４】図６は図５のＡ−Ａ断面を示す図である。

【００４５】図において、２Ａおよび２Ｂはタービンシ
ャフト２に形成した凸部および凹部であり、これら凸部
および凹部は前述したタービンシャフト側のパッキン溝
を形成する。

【００４６】５０Ａおよび５０Ｂは磁石ユニット５０に
形成した凹部および凸部であり、これらの凸部および凹
部は前記タービンシャフト側に形成したパッキン溝に対
応した凹凸形状をしている。６０は磁石ユニット５０を
クローラチェーン５５に取り付ける支持用シャフト、６
１はクローラチェーン５５に取り付けた駆動用シャフト
であり、駆動用シャフト６１はガイドレール５１のガイ
ド溝５３に嵌合する。なお、図において図１ないし図３
に示される部分と同一部分については同一符号を付して
その説明を省略する。

【００４７】また、図６においては磁石ユニット５０と
タービンシャフト２に形成した凹凸部間にギャップを設
けて表示したが、実際は両者が磁石ユニットの磁力によ
り密接した状態に置かれることはもちろんである。この
ように磁石ユニットに形成した凹凸をタービンシャフト
に形成した凹凸に対応した形状とすることによって、磁
石ユニットとタービンシャフトの接触面積を大きくし
て、吸着力を大きくすることができる。

【００４８】図７ないし図８は磁石ユニットの内部構造
を示す図であり、図７は軸方向断面図、図８は図７のＢ
−Ｂ方向断面図である。

【００４９】図において、６３は永久磁石であり、ター
ビンシャフト２の凹凸に合わせて磁石ユニットを吸着さ
せるため、複数個の永久磁石をタービンシャフトの凹凸
にあわせて配置する。６２は前記複数の永久磁石６３を
覆う導磁材であり、炭素鋼等で形成される。

【００５０】永久磁石６３は、前記導磁材６２およびタ
ービンシャフト２を介して図示矢印φに示す磁路を形成
し、タービンシャフトへの十分な吸着力を得る。

【００５１】次に、本発明の第２の実施形態を図９ない
し図１０を用いて説明する。図９は軸方向断面図、図１
０は図９のＣ−Ｃ断面図である。

【００５２】図において６３は永久磁石、６４は導磁
材、６５は遮蔽材である。本実施形態では、永久磁石６
３を分割することなく一体として形成し、タービンシャ
フトの凹凸にあわせて遮蔽材６５を配置する。また永久
磁石および遮蔽材を覆うように導磁材６４を配置する。

【００５３】このように構成しても図示矢印φに示すよ
うな磁路を形成することができるため十分な吸着力が得
られる。

【００５４】次に、本発明の第３の実施形態を図１１を
用いて説明する。図１１は軸方向断面図である。

【００５５】図において、６６は永久磁石、６７は導磁
材、６８は遮蔽材である。本実施形態では、タービンシ
ャフトの凹部２Ｂにあわせて永久磁石６６を配置し、タ
ービンシャフトの凸部にあわせて遮蔽材を配置する。ま
た永久磁石および遮蔽材を覆うように導磁材６７を配置
する。本実施形態においては遮蔽材を配置したので磁束
の漏洩を防止して十分な吸着力を得ることができる。

【００５６】次に、本発明の第４の実施形態を図１２を
用いて説明する。図１２は軸方向断面図である。

【００５７】図において６９は永久磁石、７０は導磁
材、７１は遮蔽材である。本実施形態では、タービンシ
ャフトの凹部２Ｂにあわせて遮蔽材７１、永久磁石６９
および導磁材７０を配置し、タービンシャフトの凸部に
あわせて遮蔽材７１を配置して、永久磁石６９および導
磁材７０を遮蔽材でタービンシャフトの凹部毎に分離し
た構成である。このような構成であっても、磁束の漏洩
を防止して十分な吸着力を得ることができる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、磁石ク
ローラの踏面に走行面の凹凸に対応する形状の凹凸を設
けたので、段差のある走行面を安定して走行することが
できる。

【００５９】また、前記走行面に取り付けるスキャナを
小型軽量化したので、被検査対象であるタービンホイー
ルに対してのスキャナの取り付け、取り外し、調整作業
が容易に実施できる。

【００６０】また、音響結合剤を走査面上に必要最小限
に塗布するので、余分のカプラントの付着に基づく動翼
とタービンホイールの接合部の腐食を防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波スキャナ
の側面図である。

【図２】タービンロータに超音波スキャナを取り付けた
状態の斜視図である。

【図３】超音波探触子の取り付け構造を示す側面図であ
る。

【図４】超音波探触子の取り付け構造を示す上面図であ
る。

【図５】磁石クローラの側面図である。

【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。

【図７】磁石ユニットの内部構造を示す図である。

【図８】図７のＢ−Ｂ断面図である。

【図９】本発明の第２の実施形態にかかる磁石ユニット
の内部構造を示す図である。

【図１０】図９のＣ−Ｃ断面図である。

【図１１】本発明の第３の実施形態にかかる磁石ユニッ
トの内部構造を示す図である。

【図１２】本発明の第４の実施形態にかかる磁石ユニッ
トの内部構造を示す図である。

【符号の説明】

１ 超音波スキャナ ２ タービンシャフト ３ タービンホイール ４ パッキン溝 ５ 動翼植え込み部 ６ 磁石クローラ ７ 磁石クローラの架台 ８ 支柱 ９，１０ Ｙ方向スライダ １１，１２ アーム １３，１４ Ｘ方向スライダ １５，１６ 超音波探触子 １７，１８，１９ ローラ ２０ ホルダ ３１ ジンバル ３２ 支持リング ３３ 支持具 ３４ 取り付け金具 ３５ アーム ３６ 支持具 ３７ ウオーム歯車 ３８ ウオーム歯車の回転軸 ３９ 回転軸の回転端 ４０，４１ ジンバルの回転軸 ４２ 面取り部 ５０ 磁石ユニット ５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ ガイドレール ５２Ａ，５２Ｂ 回転軸 ５３ ガイド溝 ５４ フレーム ５５ クローラチェーン ５６ スプロケット ５７ バネ ５８ シャフト ５９ 架台 ６０ 支持用シャフト ６１ 駆動用シャフト ６２ 導磁材 ６３，６６，６９ 永久磁石 ６４，６７，７０ 導磁材 ６８，７１ 遮蔽材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 祐二 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社 日立製作所 電力・電機開発 本部内 (72)発明者 河野 尚幸 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社 日立製作所 電力・電機開発 本部内 (72)発明者 千葉 弘明 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 黒木 雅彦 神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号 東京電力 株式会社 エネルギー・環 境研究所内 (72)発明者 飯田 英男 神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号 東京電力 株式会社 エネルギー・環 境研究所内 (56)参考文献 特開 平５−256829（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−244024（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28 B62D 55/265 B62D 57/024

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円柱状の走行面を吸着する磁石ユニット
   を複数個連結したクローラチェーンと、 該クローラチェーンを移動可能に保持する複数個のガイ
   ドレールと、 前記それぞれのガイドレールを超音波スキャナが搭載可
   能な架台に支持する支持装置と、 前記クローラチェーンを駆動するスプロケットを備え、 前記円柱状の走行面を磁石で吸着して走行する磁石クロ
   ーラ式走行装置において、 前記磁石ユニットは前記円柱状走行面の凹凸に対応する
   形状を有する踏面を備えたことを特徴とする磁石クロー
   ラ式走行装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の磁石クローラ式走行装置
   において、 前記磁石ユニットは前記円柱状走行面に形成した凹溝に
   嵌合する永久磁石、および該永久磁石を保持するととも
   に永久磁石から生じる磁束を前記走行面に誘導する導磁
   材からなることを特徴とする磁石クローラ式走行装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の磁石クローラ式走行装置
   において、 前記磁石ユニットは前記凹溝に応じた複数個の永久磁石
   からなり、該複数の永久磁石相互間および永久磁石と前
   記円柱状の走行面間は遮蔽材により遮蔽したことを特徴
   とする磁石クローラ式走行装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３の何れか一項記
   載の磁石クローラ式走行装置おいて、 前記円柱状の走行面はタービンシャフト面であり、 前記超音波スキャナは、架台に取り付けた支柱と、該支
   柱上に摺動可能に取り付けた第１のスライダ、該第１の
   スライダ上に摺動可能に取り付けた第１のアーム、およ
   び該アームに取り付けた第１の探触子と、前記支柱上に
   摺動可能に取り付けた第２のスライダ、該第２のスライ
   ダ上に摺動可能に取り付けた第２のアーム、および該ア
   ームに取り付けた第２の探触子からなり、前記第１の超
   音波探触子から超音波を前記タービンロータの翼植え込
   み部に照射し、反射波を第２の超音波探触子で受信し
   て、翼植え込み部の欠陥を検査する超音波探傷装置であ
   ることを特徴とする磁石クローラ式走行装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の磁石クローラ式走行装置
   において、 前記超音波探傷装置は前記タービンロータの探触子接合
   部分に音響結合剤を塗布する塗布装置を備え、前記探触
   子は前記音響結合剤を導入する楔状間隙を形成すべく面
   取りしたことを特徴とする磁石クローラ式走行装置。