JP4966056B2 - タービン内部構造物の検査装置及びこの装置を用いた検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、タービン構造物内にビデオプローブを挿入して、必要最小限の分解で、ノズルや動翼などの内部構造物の点検を有効に実施し得るタービン構造物の検査装置及びこの装置を用いた検査方法に関する。

従来、タービン構造物において、タービンノズル、あるいは動翼を点検するには、ケーシングを分解してから行われるのが一般的である。しかし、このような点検方法では、ケーシングの分解に多くの時間がかかることから、計画的に点検が行なわれている。

一方、ケーシングの分解を行なわずにタービン構造物を点検する方法として、例えば、蒸気管を通してタービンノズル、あるいは動翼近傍にビデオプローブを挿入して点検を実施する方法がある。

この点検方法は、タービン内部や、外部を走行し、ビデオプローブを測定対象へ誘導する運搬具が必要になる。また、この運搬具には、計測用のセンサーを搭載し、マグネット車輪によりタービン内部の部材表面、あるいは外部表面を走行するようにコントロールする必要がある。しかし、マグネット車輪を備えた運搬具をコントロールするには、蒸気通路部のようなタービンケーシング外とタービンノズルや動翼とを結ぶ狭い通路を走行させることは困難であり、実用上限界がある。

そこで、最近ではビデオプローブ、ビデオプローブ運搬具に加えて、ビデオプローブを運搬具に対して伸長可能な構成とし、計測対象との位置をコントロール可能にして、検査を行うようにしたものがある（例えば、特許文献１）。

図１５はかかるタービン構造物の検査方法を説明するための概略図である。

図１５において、１００は被検査対象となる多様な列を形成するタービン翼、８０は車輪付きビデオプローブ運搬具で、このビデオプローブ運搬具８０はビデオプローブ８１を運搬具の進行方向に伸長可能に搭載されている。

このようなビデオプローブ運搬具８０を用いて、例えばタービン動翼１００の後縁部を検査する場合、タービン翼列はビデオプローブ運搬具８０の走行線とは離れた場所に位置しているため、ビデオプローブ８１をその位置にできる限り近付けるようにしている。

即ち、ビデオプローブ運搬具８０をノズルブロックのような狭い通路部まで走行させる第１のステップと、ビデオプローブ運搬具８０の方向及び位置を微調整する第２のステップと、ビデオプローブ８１を翼方向へ伸長させる第３のステップを経てから観察を行っている。
特開平７−２１８３９４号公報

しかしながら、このような方法で翼列の検査を行うには、各翼とビデオプローブの位置関係を一定に保つことが困難である。また、定量的な計測を行う場合には、ステレオスコープなどを用いることにより可能になるが、精度の高い計測を行うためには、ビデオプローブ先端を十分に翼に接近させる必要がある。

このため、ビデオプローブを伸長させるステップが不可欠となるが、目視検査が可能な全ての翼について検査を行うには、上述した第１〜第３のステップを繰り返さなければならないため、手順の煩雑さから実用的ではない。

このようにビデオプローブを伸長させる方法では、ビデオプローブの位置コントロールにおいて、検査効率、位置決め精度において問題があり、例えば、タービンノズルの状況を検査する場合には、簡単な目視検査にしか適用することができない。

本発明は、ビデオプローブを装置内に挿入することで、装置の分解の手順を低減し、装置内部の点検、特にタービン内のノズルや、動翼の点検において、タービンノズルの状況を定量的に検査することができるタービン構造物の検査装置及びこの装置を用いた検査方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、次のような装置及び方法によりタービン構造物を検査するものである。

請求項１に対応する発明は、ビデオプローブと、このビデオプローブを運搬するキャリアとから構成され、前記キャリアをタービン内に挿入して前記ビデオプローブによりタービン内部構造物を検査する装置において、前記キャリアには、該キャリアの進行方向と前記ビデオプローブの先端が向いている角度を決める機構、前記キャリアの車軸とビデオプローブとの位置を決める機構の少なくとも一方を備え、前記ビデオプローブから得られた前記タービンのノズルボックス内の周囲状況画像と、当該タービン内部構造物の設計図面と前記キャリアの形状から、このキャリアを前記タービンの蒸気導入管から挿入した際にこのキャリアが前記ノズルボックス内のどの位置に挿入されるかを予測し、またその時に前記ノズルボックス内のどの前記タービンのノズル翼が映し出されるかを特定し、これら両方の情報から、挿入された前記キャリアのノズルボックス内での位置を特定し、この特定された位置と目的の位置を比較して移動するか否か判断する制御装置を有する。

請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する発明のタービン内部構造物の検査装置において、前記キャリアには、走行方向を修正する複数台の電動機を有する。

請求項３に対応する発明は、請求項１又は請求項２に対応する発明のタービン内部構造物の検査装置において、前記キャリアには、強磁性体の走行輪、或いはキャタピラの如き無限軌道を備えた自走式の走行装置を有する。

請求項４に対応する発明は、請求項１に対応する発明のタービン内部構造物の検査装置において、前記キャリアには、走行路表面の曲率から決められた径の駆動輪を有する。

請求項５に対応する発明は、請求項１に対応する発明のタービン内部構造物の検査装置において、前記キャリアには、走行路表面の曲率から決めた複数の異なる寸法、形状の駆動輪を有する。

請求項６に対応する発明は、請求項１に対応する発明のタービン内部構造物の検査装置において、前記キャリアには、走行路表面に対して鉛直方向に沿って曲がることが可能な１つ以上のヒンジにより補助キャリアを連結する。

請求項７に対応する発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに対応する発明のタービン内部構造物の検査装置において、前記キャリアには、冷却用の媒体を前記ビデオプローブ、キャリア本体へ供給可能なチューブが接続されている。

請求項８に対応する発明は、請求項１に対応する発明のタービン内部構造物の検査装置において、前記キャリアをタービン内の所定の位置まで搬送する装置を設け、この装置は前記キャリアの駆動輪がタービン内の所定の位置に向けて走行可能な走行面を有するガイドにより構成されている。

請求項９に対応する発明は、請求項１乃至請求項８のいずれかに対応する発明のタービン内部構造物の検査装置を用いてタービン翼を検査する方法において、前記キャリアをタービン蒸気通路を通ってタービン翼列に運搬するステップと、前記キャリアをタービン翼列に沿ったキャリア走行開始位置へ移動させるステップと、このキャリア走行開始位置から前記キャリアをタービン翼列に沿って走行させるステップと、前記ビデオプローブにより得られた各タービン翼の画像と前記キャリアの走行位置を同時に記録するステップとを備え、前記ビデオプローブから得られた前記タービンのノズルボックス内の周囲状況画像と、当該タービン内部構造物の設計図面と前記キャリアの形状から、このキャリアを前記タービンの蒸気導入管から挿入した際にこのキャリアが前記ノズルボックス内のどの位置に挿入されるかを予測し、またその時に前記ノズルボックス内のどの前記タービンのノズル翼が映し出されるかを特定し、これら両方の情報から、挿入された前記キャリアのノズルボックス内での位置を特定し、この特定された位置と目的の位置を比較して移動するか否か判断する。

請求項１０に対応する発明は、請求項９に対応する発明のタービン内部構造物の検査方法において、前記タービン翼列に沿って前記キャリアを走行させるステップと、前記ビデオプローブにより得られる画像を前記ビデオプローブの位置を変えた状態でタービン翼を撮影した画像データとして記録するステップと、このステップで得られた画像データと同じプローブ位置での過去の複数の画像データとを比較して、タービン翼の損傷状況を判定するステップとを備える。

請求項１１に対応する発明は、請求項９に対応する発明のタービン内部構造物の検査方法において、同じタービン翼について得た複数の画像と、それらの画像を記録したときのビデオプローブの位置情報を用いて、タービン翼の損傷状況を判定するステップとを含む。

本発明は、多様なタービン翼列の蒸気通路部形状、寸法にあわせて、ビデオプローブキャリアの進行方向とビデオプローブ先端が向いている角度、又はビデオプローブキャリアの車軸とビデオプローブとの位置の少なくとも一方を決定した状態で、ビデオプローブキャリアを安定的に翼列に沿って走行させることにより、点検用のビデオプローブを計測対象に対する位置を安定的にコントロールすることが可能となり、タービンノズルの状況を定量的に検査することができる。

以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

まず、本発明によるタービン構造物の検査方法を説明するにあたり、図１を用いて一般的な蒸気タービン設備の構造について述べる。

図１において、作動流体である高温・高圧の蒸気は、図示しないボイラで生成され、図示しない主蒸気導入管を通って蒸気タービン設備１まで導かれる。蒸気タービンには、図示しない蒸気弁にて蒸気の量が制御された後、蒸気導入管２を通り蒸気通路部３にまで流入する。

この蒸気導入管２の一端には前記蒸気弁が接続されるフランジ８が設けられており、一方、他端には蒸気通路部３へ蒸気がスムースに流れるようにノズルボックス４と呼ばれる一種の部屋のような構造物が接続されている。

そして、このノズルボックス４の蒸気通路部３と対向する出口部には、この出口から流出する蒸気の流れる方向を変えるための第１段静翼５（以下第１段ノズル翼と称する）が設けられている。また、このノズルボックス４には通常４本の蒸気導入管２が結合されるとともに、これらの４本の蒸気導入管２に対応するようにノズルボックス４内にはタービンの回転方向にほぼ９０°毎に４つの空間（部屋）に仕切られている。そして、この空間に対応するように、第１段静翼５もほぼ９０°毎に群を成すような形で設置されている。

蒸気タービンは、一般に図示しないタービンロータに植設されて回転する動翼６と、タービン内部ケーシング７ａに固定され動翼６に流入する前の蒸気の流れ方向を変える静翼５ａ（ノズル翼）とからなり、これらの動翼６と静翼（ノズル翼）５ａとが交互に配設されて対となり、段落を形成している。そして、通常は複数の段落により蒸気タービンが構成され、蒸気が流通する初段から最終段までの間を蒸気通路部３と呼ぶ。

このように第１段ノズル翼５は、蒸気タービンの中でもボイラからの高温・高圧の蒸気が最初に流入する部分に設置されているため、常に第１段ノズル翼５は高温蒸気に晒されることになる。加えて、ボイラからはスケールなどの微小固体が第１段ノズル翼５に衝突する場合もあり、その健全性の評価は蒸気タービン設備１の運転上欠かせない作業である。

本発明は、このような厳しい環境下に晒されている第１段ノズル翼５の損傷状況を実際にＣＣＤカメラにて観察することにより、この段落より下流側の翼、すなわち動翼６及びノズル翼５ａを含めて損傷程度を予測し、プラントとしてこの先の運転継続が可能か否か、さらには補修時期の判断等を行おうとするものである。

図２及び図３は本発明によるタービン構造物の検査装置及び検査方法を説明するための第１の実施形態をそれぞれ示し、図２は本発明で使用されるビデオプローブキャリア（以下キャリアと呼ぶ）２０がノズルボックス４内に侵入した際の状態を、ノズルボックス４出口部の第１段静翼５を平面的に展開した平面図、図３はキャリア２０全体の概略構成を示す斜視図である。

図２及び図３において、キャリア２０は、制御機器、駆動機器等を収納したキャリア本体（以下単に本体と呼ぶ）２１に２軸計４本の駆動輪２２が取付けられている。そして、本体２１を移動可能とするため、その一方の軸もしくは両軸が本体２１に収納されたモータにて駆動される。加えて、本体２１の走行時の方向を制御するため、一方の軸もしくは両軸がステアリング可能となっている。

さらに、本体２１の上面には、ノズル翼を撮影するためのＣＣＤカメラ２３を収納した略Ｌ字形状のプローブ２４が本体２１に対してプローブ回転部２５を中心に回転可能に取付けられている。

なお、図示したプローブ２４は固定された形状として、その動きとしては単に本体の周りに回転するだけのものを示しているが、プローブ２４を多関節構造としてＣＣＤカメラが、本体２１が移動せずに本体に上下左右の視野を確保できるようにしてもよい。

ところで、キャリア２０は全体として、耐高温特性を有することが好ましい。なぜなら、蒸気タービンは通常高温部５００℃以上、低温部でも少なくとも１００℃程度の温度で運転されている。

また、保守点検時には、これらの温度が室温程度まで低下するのを待って行なわれるのが通常である。

しかし、この冷却期間は従来の保守点検の作業時間を長引かせる一因にもなっていた。さらに、ノズル翼やケーシング等に働く熱応力などは、温度の上昇時や低下時等の変化時に一番大きくなることが解析等から把握されている。これらの解析などから、ノズル翼等に形成されたクラックなどを実際に観察できるのは、この温度の変化時であることが分かる。

よって、キャリア２０ができるだけ温度の高い時点で内部に入れることは、前記クラックなどの状態を観察でき、把握し易いというメリットがある。

一方、本体２１に搭載された各種機器の駆動のための電力供給、本体２１の制御用ケーブル、ＣＣＤカメラ２３からの画像情報等の電気信号の送受信及び高温のタービン内に侵入の際にＣＣＤカメラ２３等の冷却のための冷却媒体を供給するための配管類は、ケーブル回転部２６を中心に回転可能に引出された接続ケーブル２７を介して外部に設置された制御盤や冷却媒体供給設備と接続されている。

ここで、前述したキャリア２０に搭載される制御機器、駆動機器等の各部とタービンケーシングの外部に設置される制御盤等の各部の構成について図４により説明する。

図４において、キャリア２０には、電力供給系４１、機器冷却系４２、駆動輪電動機４３、プローブ回転用駆動部４４、ＣＣＤカメラ２３で撮影された画像データ出力部４５及び外部通信用Ｉ／Ｆ４６を備えている。

一方、外部の制御盤には電力供給部４７、冷却媒体供給部４８、信号制御部４９、通信用Ｉ／Ｆ５０及び制御部５１を備えている。制御部５１は、電動機制御部５２、プローブ回転制御部５３、位置情報演算部５４、画像処理演算部５５、画像比較処理部５６、現状ノズル翼撮影画像ファイル５７及び新製時ノズル翼撮影画像ファイル５８から構成されている。

また、制御盤にはＣＣＤカメラで撮影された画像や各種データを表示するディスプレイ５９及び入力装置６０が接続されている。

次に上記のように構成されたタービン構造物の検査装置において、キャリアを蒸気タービンの蒸気通路部に挿入してから実際にタービンノズルの撮影が開始されるまでの作業手順について図５及び図６により説明する。

タービンケーシングを開けない通常の点検では、図１に示す蒸気タービン設備１に対して蒸気導入管２を介して上流側に配される図示しない蒸気弁については常に高圧に晒されるため、この蒸気弁を蒸気導入管２から外した状態で点検が行なわれることになる。

このような状態とすれば、ケーシング等に特別な開口部を設けなくても蒸気導入管２の開口部からキャリア２０を挿入することが可能となる。

そこで、まずキャリア２０を、蒸気導入管２を通して蒸気通路部に挿入する（ステップＳ１）。

蒸気通路部に挿入されたキャリア２０は、ＣＣＤカメラ２３を稼動させることにより、ノズルボックス内の周囲状況が外部から確認できる。一方、設計図面とキャリア２０の形状から、キャリア２０を蒸気導入管２から挿入した際にこのキャリア２０がノズルボックス４内のどの位置に挿入されるかを予測することは可能であり、またその時にノズルボックス４内のどのノズル翼５がＣＣＤカメラ２３に映し出されるかもおよそ特定できる。

従って、これら両方の情報から、挿入されたキャリア２０のノズルボックス４内での位置を特定することができる（ステップＳ２）。

挿入された位置が目的とする位置か否か、すなわちキャリア２０を挿入位置から移動するか否かを判断する（ステップＳ３）。これは、目的とするノズル翼５がＣＣＤカメラ２３の視野内にあるか否かだけで判断するのではなく、１つのノズル翼５を映した際の画像に、損傷を受け易いノズル後縁付近が映るか否かの判断も必要である。すなわち、キャリア上のＣＣＤカメラ２３があまりノズル翼５に近づきすぎても、離れすぎてもノズル後縁付近が映らなくなる可能性があるため、図２に示すノズル翼５の前縁とＣＣＤカメラ２３との間隔Ｗは適度に且つ移動時にはこの間隔Ｗをできるだけ保つようにしなければならない。

次にステップＳ３にてキャリア２０が移動すると判断された場合には、キャリア２０の走行輪２２を駆動させることにより、ノズルボックス４内を移動する。その際にＣＣＤカメラ２３にてノズル翼５を映しながら走行することにより、走行の際にキャリア２０が通過するノズル翼５の枚数をカウントすることにより、移動距離の測定が可能となる（ステップＳ４）。従って、キャリア２０には移動距離を測定するための特別のセンサ、距離計等の装備を備える必要がなくなる。

また、移動の際に映した各ノズル翼の画像を比較することにより、キャリア２０がノズル翼列に対して平行に移動しているか否かの判断ができる（ステップＳ５）。すなわち、移動に伴い映し出されたノズル翼５が徐々に拡大していれば、キャリア２０がノズル列に近づきながら走行していることになり、逆にノズル翼が徐々に縮小されて映し出されればキャリア２０はノズル列から離れながら移動していることになる。このノズル翼にキャリア２０が平行に移動しているか否かは、後述するノズル翼に生じた損傷の評価時に非常に重要になるため、この段階で調整しておく必要がある。

従って、キャリア２０がノズル翼列に対して平行に移動していると判断されると、カウントされたノズル翼枚数からキャリアの位置を演算するとともに、現在の走行状況を維持するようにする（ステップＳ６）。

一方、キャリア２０がノズル翼列に対して平行に移動していないと判断した場合には、キャリアの駆動輪２２のステアリングを調整して平行に走行するように調整を行う（ステップＳ７）。そして、再度キャリアを走行させることにより、その走行状態の確認を行う（ステップＳ４に戻る）。

次にステップＳ６にてキャリアの位置を演算し、現在の走行状況を維持した状態で、移動した位置でのノズル翼の撮影が可能か否かの判断を行う（ステップＳ８）。これは、前記ステップＳ３やステップＳ５で判断したノズル翼に対する遠近状態や平行状態の判断ではなく、翼列に対するキャリア（ＣＣＤカメラ）の前後位置を調整するものであり、いわばＣＣＤカメラと、対象とするノズル翼の位置関係の微調整を行うものである。この調整により、より鮮明にノズル翼後縁の撮影が可能となる。

ここで、特に問題なく撮影可能と判断された場合には、そのまま撮影を開始する（ステップＳ９）。なお、ステップＳ３にてキャリアを、その挿入された位置から移動を行わないと判断した場合には、直接このステップＳ９に移り、その場で撮影を開始する。

一方、ステップＳ８にて撮影が不可で移動が必要と判断された場合には、キャリア自体をさらに移動させるかを判断する（ステップＳ１０）。キャリアの移動までは必要ないと判断した場合には、ＣＣＤカメラを支持するプローブの回転を行うか否かの判断を行う（ステップＳ１１）。このステップＳ１１でプローブの回転のみにて撮影が可能と判断した場合には、プローブの回転角度の情報を保存する（ステップＳ１２）。そして、ステップＳ９に戻って撮影を開始する。

なお、ステップＳ１０にてキャリアの移動が必要と判断した場合には、ステップＳＳ４まで戻り、再度走行を開始する。

一方、ステップＳ１１にてＣＣＤカメラのプローブの回転が必要でないと判断した場合には、キャリアの制御機器に不具合の発生状態を判断する（ステップＳ１３）。これは、ステップＳ８で撮影不可能な位置であると判断したにもかかわらず、キャリアの移動もプローブの回転も必要でないと判断したことに対する診断を行うことにある。ここで、不具合が発生したと判断された場合には、キャリアは撮影を断念し、挿入位置まで戻る（ステップＳ１４）。そして、修理のために蒸気導入管から引上げられる（ステップＳ１５）。

また、ステップＳ１３の診断の結果、制御機器に不具合の発生がなかった場合でも、制御機器以外の不具合が発生したと判断し、撮影不能として挿入位置まで戻り（ステップＳ１４）、蒸気導入管から引上げられることになる（ステップＳ１５）。

ステップＳ９にて撮影されたノズル翼は、その画像データとともにキャリアの位置情報、ＣＣＤカメラ（プローブ）の回転角度情報などとともに保存データとして書き出される。

次に別のノズル翼を撮影するか否かの判断を行う（ステップＳ１６）。

そして、別のノズル翼を撮影する場合には、キャリア自体をさらに移動させるかを判断（ステップＳ１７）し、移動が必要な場合には前述したステップＳ４に戻って同様の手順を踏み、キャリアの移動が必要ない場合には、ＣＣＤカメラを支持するプローブの回転を行うか否かの判断（ステップＳ１８）を行う。

また、プローブの回転が必要な場合はプローブを回転させると共に、プローブの回転角度の情報を保存し（ステップＳ１２）、ステップＳ９に戻って撮影を開始し、プローブの回転が必要ない場合にはステップＳ１３に戻って前述同様の判断がなされる。

一方、ステップＳ１６にて別のノズル翼の撮影は行なわないと判断した場合には、キャリアの現在位置を確認した後、キャリアの挿入位置まで戻り（ステップＳ１４）、その後蒸気導入管から引上げられる（ステップＳ１５）。それぞれのステップＳ１４，Ｓ１５での判断の後のステップは、既に上述した通りなので、その説明は省略する。

このように図５及び図６に示す作業手順ではキャリアの挿入位置や撮影位置等の情報は、予め図面上での検討による予測情報とキャリアに設置されたＣＣＤカメラからの実際の映像とから求める。

従って、キャリア上には特別なセンサ類を設置する必要がないため、前記したように蒸気タービンが完全に冷却された状態である必要はなく、ＣＣＤカメラ、キャリアの駆動モータ及びプローブの回転モータなどが損傷を受けない程度の温度であれば、いつでも挿入可能である。

なお、上記説明では、キャリアが静止してＣＣＤカメラで翼１枚１枚の静止画像を撮影することを前提にしているが、それ以外にもキャリアをゆっくりと走行させながらそのとき通過する各ノズル翼を動画状態で順次撮影しても、その時に同時にキャリアの位置情報をその動画とシンクロさせて書き出すことができれば、特に問題はない。

次に上記のような作業手順によりキャリアを蒸気タービンの蒸気通路部に挿入され、タービンノズルの撮影によりキャリアをゆっくりと走行させながらそのとき通過する各ノズル翼を順次撮影して得られる画像データと、その時得られるキャリアの位置情報をもとにタービン翼の損傷を判定する方法について述べる。

図７はタービン翼の損傷を判定する方法の第１の実施例を示すブロック図である。

図７において、前述した作業手順により、タービン翼毎に撮影された画像データと、過去に撮影された同じ位置のタービン翼の画像データとを比べることで、損傷の有無を判定することができると共に、損傷量の評価も可能である。

図８はタービン翼の損傷を判定する方法の第２の実施例を示すブロック図である。

図８において、前述した作業手順により、タービン翼毎に撮影された画像データと、キャリアの位置情報を記録した後、ある翼に対して得られた複数の画像を用いて、特定の部位の距離を計測し、それから損傷量を決定するものである。

すなわち、タービン翼の画像データ及びキャリアの位置情報として、
タービン翼１〜ｎの画像とその記録位置Ａ、タービン翼１〜ｎの画像とその記録位置Ｂをそれぞれ記録し、これらの画像データを用いて、記録位置ＡとＢの距離・方向の差及び記録位置ＡとＢの画像から計測対象物の寸法を計算し、その結果を基にタービン翼１〜ｎの損傷量を判定する。

この場合、ビデオプローブの位置が固定されているので、キャリアの走行に伴って記録した画像を用いると、ビデオプローブの移動量を基に距離計測が可能である。また、ビデオプローブの移動量の記録は、例えば、キャリアの移動距離と画像記録を同期させるか、又はビデオに録画した画像をその時間とキャリアの速度から距離を決めるなどの方法により可能である。

このように本発明の第1の実施形態によれば、多様なタービン翼列の蒸気通路部形状、寸法にあわせて、ビデオプローブキャリアの進行方向とビデオプローブ先端が向いている角度、又はデオプローブキャリアの車軸とビデオプローブとの位置の少なくとも一方を決定した状態で、デオプローブキャリアを安定的に翼列に沿って走行させることが可能となるので、点検用のビデオプローブを計測対象に対する位置を安定的にコントロールすることが可能となり、タービン翼の状況を定量的に検査することができる。

以上はキャリアの挿入位置及びプローブの回転角度を人為的に確認しながら走査する場合について説明したが、次にこれらキャリアの挿入位置及びプローブの回転角度を自動的に制御する第２の実施形態を説明する。

まず、前述したキャリア２０に搭載される制御機器、駆動機器等の各部とタービンケーシングの外部に設置される制御盤等の各部の構成について図９により説明するに、図４と同一部分には同一符号を付して述べる。

図９において、キャリア２０には、キャリア制御装置６１、電力供給系４１、機器冷却系４２、駆動系６２、演算処理系６３、外部通信系６４を備えている。駆動系６１は、駆動輪電動機４３、プローブ回転用駆動部４４、ＣＣＤカメラ２３で撮影された画像データ出力部４５、プローブ関節回転機器６５及びステアリング駆動機器６６から構成され、演算処理系６３は走行距離演算器６７、自位置演算器６８及びＣＣＤカメラ位置演算器６９から構成され、外部通信系６４には外部通信用Ｉ／Ｆ４６が設けられている。

一方、外部の制御盤には電力供給部４７、冷却媒体供給部４８、信号制御部４９、通信用Ｉ／Ｆ５０、データ処理部７０及び駆動制御部７１を備えている。データ処理部７０は位置情報演算部５４、画像処理演算部５５、画像比較処理部５６、現状ノズル翼撮影画像ファイル５７、新製時ノズル翼撮影画像ファイル５８及び蒸気通路部設計情報データベース７２から構成され、駆動制御部７１は電動機制御部５２、プローブ回転制御部５３、ステアリング制御部７３及びプローブ関節制御部７４から構成されている。

次に上記のように構成された自動制御によるタービン構造物の検査装置において、キャリアを蒸気タービンの蒸気通路部に挿入してから実際にタービンノズルの撮影が開始されるまでの作業手順を図１０及び図１１により説明するに、図５及び図６と同一ステップ部分の説明については省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。

図１０及び図１１において、蒸気通路部からキャリアを挿入するステップＳ２１については図５のステップＳ１と同じである。

次にキャリアは自分の位置情報を取得する。この位置情報は、次のようにして取得される。すなわち、キャリアの挿入前に予めキャリアの挿入位置を設計図面から予測すると共に、この予測位置を位置情報として計算しておく。そして、実際にキャリアが挿入された後に、キャリア上のＣＣＤカメラからの情報に基づいて予め予測した位置と実際の位置との偏差を算出し、これを補正することにより挿入された正確な位置情報が得られる。その後、この位置情報を外部から送信することにより、キャリア２０は正確な位置を得ることができ、以降外部からの位置情報を得ることなく走行が可能となる（Ｓ２２）。

次に図５のステップＳ３と同様に挿入された位置が目的とする位置か否か、すなわちキャリアを挿入位置から移動するか否かを判断する（Ｓ２３）。このステップＳ２３で移動すると判断した場合には、走行輪を駆動することによりノズルボックス内の移動を開始する。その際、駆動輪の回転数や駆動モータの回転数等の情報より、挿入位置からの移動量Ｌの情報を常にキャリア内部で演算している（ステップＳ２４）。

一方、キャリア２０がノズルボックス４内に挿入された段階で、挿入状態にあるキャリア上のＣＣＤカメラプローブの各関節の角度情報を取得する（ステップＳ２５）。この情報により、ＣＣＤカメラがキャリア本体上でどの方向を向いているかの演算が可能となる（ステップＳ２６）。

ステップＳ２４にてキャリアの移動の際には、図５のステップＳ５と同様にノズル翼列にキャリア本体が平行に移動しているか否かの判断を行う（ステップＳ２７）。

そして、キャリア本体が平行に移動していると判断された場合には、ステップＳ２６で得られたＣＣＤカメラの本体上での位置情報とキャリア本体の移動量Ｌとの情報から、蒸気通路部３内におけるＣＣＤカメラの絶対位置の算出が可能となる（ステップＳ２８）。

なお、これらの計算を行う際には、キャリア本体が挿入位置から移動した距離等キャリアが自立的に求める情報と、予め設計図面から求められた蒸気通路部設計情報ＤＢとを比較参照して補正しながら正確な位置を演算する。

一方、ステップＳ２７でキャリアが平行に移動していないと判断された場合は、そのまま走行してもＣＣＤカメラプローブの関節角度を変えることにより、実質的にＣＣＤカメラがノズル翼に対して平行位置が保たれるような修正が可能か否かの判断を行う（ステップＳ２９）。そして、平行位置が保たれると判断された場合には、そのままの走行状態としてステップＳ２８に移る。

一方、ステップＳ２９で、カメラプローブの関節角度の調整のみでは平行位置が保たれないと判断した場合には、キャリア２０のステアリングを調整することにより平行に移動可能なように調整する（ステップＳ３０）。

なお、ステップＳ２７〜ステップＳ３０までのノズル翼とキャリア２０の本体２１が平行に走行しているか否かの判断は、第1の実施形態と同様にＣＣＤカメラからの映像を見て確認するのが確実である。しかし、本実施形態では、それに加えてキャリア２０のステアリング角度情報αを得ること（ステップＳ３１）により、この角度情報αとキャリアの移動量情報Ｌとから、移動方向を演算することが可能であり、この演算結果と蒸気通路部設計情報ＤＢを参照することにより数値的にノズル翼列との平行状態の把握も可能である。

ステップＳ３２〜ステップＳ４１については、第1の実施形態と同じであり、その移動やプローブの位置変更の際にキャリアが参照する情報が、単にＣＣＤカメラからの情報のみか、キャリア自体が演算した位置情報によるかの違いがあるだけである。

前述した作業手順により得られたタービン翼画像データとキャリアの位置データを基にタービン翼の損傷を判定する方法については前述した第１の実施例及び第２の実施例と同様なので、ここではその説明を省略する。

このように本発明の第２の実施形態によれば、キャリアの挿入位置及びプローブの回転角度を自動制御されるので、最小限の人為的な判断により点検用のビデオプローブを計測対象に対する位置を安定的にコントロールすることが可能となり、タービン翼の状況を定量的に検査することができる。

上記第1の実施形態及び第２の実施形態において、本体２１に取付けられる駆動輪２２として強磁性体の駆動輪を取付けるか、駆動輪２２に代えてキャタピラのような無限軌道を設けてタービン内部の走行面に高い密着性を持たせたるようにしてもよい。

また、上記第1の実施形態及び第２の実施形態では、本体２１に取付けられる駆動輪２２の一方の軸もしくは両軸がモータで駆動されるようにしたが、例えば４輪を別々のモータで駆動させるようにしてもよく、さらにステアリング用のモータを別途設けて駆動するようにしてもよい。

このようにすれば、ビデオプローブキャリアの走行方向に修正を加えるための舵取りを容易に行うことが可能となる。

さらに、上記第１の実施形態及び第２の実施形態において、本体２１に同じ径の駆動輪２２を４輪取付けるようにしたが、キャリア２０が走行するラインが図１２（ａ）に示すように一様に傾いている場合、或いは同図（ｂ）に示すノズルボックスのように湾曲している場合には駆動輪の内外輪の径を変更するか、径の異なる複数の駆動輪２２ａ，２２ｂを設けることにより、翼列に対して一定の距離を保ったまま、安定走行が可能である。

一方、上記第１の実施形態及び第２の実施形態において、同じ径の駆動輪２２を４輪取付けたキャリア２０を傾斜面のラインを安定走行させるためには、進行方向に沿って各駆動輪が傾斜面に接していることが必要である。特に、傾斜面の径がキャリア２０の長さに対して小さい場合には、図１３に示すようにキャリア２０に傾斜面に対して鉛直方向に沿って曲がることが可能なヒンジ２８を介して補助キャリア２９を連結することで、殆どの駆動輪２０を安定した状態で傾斜面に接触させることができる。

また、上記第１の実施形態及び第２の実施形態において、キャリア２０は、タービン翼列を撮影するため、蒸気通路部よりノズルボックスを通って撮影開始位置の近くまでビデオプローブを運搬するが、その際に駆動輪が走行面に対して確実に着地させる必要がある。そこで、図１４に示すようにキャリア２０をガイド３０に沿って挿入し、且つガイドの先端からノズルボックス側に向けて屈曲する傾斜板３１にキャリア２０の駆動輪を着地させて走行可能にしておくことにより、キャリア２０をタービン翼列の撮影位置に安定に走行させることができる。

本発明が適用される一般的な蒸気タービン設備の構造を示す断面図。 本発明によるタービン構造物の検査装置及び検査方法を説明するための第１の実施形態を示す平面図。 同実施形態において、キャリア全体の概略構成を示す斜視図。 同実施形態において、キャリアに搭載される制御機器、駆動機器等の各部とタービンケーシングの外部に設置される制御盤等の各部の構成を示すブロック図。 同実施形態において、キャリアによりタービンノズルを撮影するまでの作業手順を示すフローチャート。 図５に続く作業手順を示すフローチャート。 同実施形態において、タービン翼の損傷を判定する方法の第１の実施例を示すブロック図。 同実施形態において、タービン翼の損傷を判定する方法の第２の実施例を示すブロック図。 本発明の第２の実施形態において、キャリアに搭載される制御機器、駆動機器等の各部とタービンケーシングの外部に設置される制御盤等の各部の構成を示すブロック図。 同実施形態において、自動制御によるキャリアによりタービンノズルを撮影するまでの作業手順を示すフローチャート。 図１１に続く作業手順を示すフローチャート。 本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態において、キャリアに取付けられる駆動輪の他の構成例を示す図。 本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態において、キャリアを傾斜面のラインを安定走行させるための構成例の説明図。 本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態において、キャリアの駆動輪を走行面に着地させてタービン翼列の撮影位置に安定に移動させるための構成例の説明図。 従来のタービン構造物の検査方法を説明するための概略図。

符号の説明

２０…キャリア、２１…キャリア本体、２２…駆動輪、２３…ＣＣＤカメラ、２４…プローブ、２５…プローブ回転部、２６…ケーブル回転部、２７…接続ケーブル、２８…ヒンジ、２９…補助キャリア、３０…ガイド、３１…傾斜板、４１…電力供給系、４２…機器冷却系、４３…駆動輪電動機、４４…プローブ回転用駆動部、４５…画像データ出力部、４６…外部通信用Ｉ／Ｆ、４７…電力供給部、４８…冷却媒体供給部、４９…信号制御部、５０…通信用Ｉ／Ｆ、５１…制御部、５２…電動機制御部、５３…プローブ回転制御部、５４…位置制御部、５５…画像処理演算部、５６…画像比較処理部、５７…現状ノズル翼撮影画像ファイル、５８…新製時ノズル翼撮影画像ファイル、５９…ディスプレイ、６０…入力装置、６１…キャリア制御装置、６２…駆動系、６３…演算処理系、６４…外部通信系、６５…ローブ関節回転機器、６６…ステアリング駆動機器、６７…走行距離演算器、６８…自位置演算器、６９…ＣＣＤカメラ位置演算器、７０…データ処理部、７１…駆動制御部、７３…ステアリング制御部、７４…プローブ関節制御部。

Claims (11)

1. ビデオプローブと、このビデオプローブを運搬するキャリアとから構成され、前記キャリアをタービン内に挿入して前記ビデオプローブによりタービン内部構造物を検査する装置において、前記キャリアには、該キャリアの進行方向と前記ビデオプローブの先端が向いている角度を決める機構、前記キャリアの車軸とビデオプローブとの位置を決める機構の少なくとも一方を備え、
   前記ビデオプローブから得られた前記タービンのノズルボックス内の周囲状況画像と、当該タービン内部構造物の設計図面と前記キャリアの形状から、このキャリアを前記タービンの蒸気導入管から挿入した際にこのキャリアが前記ノズルボックス内のどの位置に挿入されるかを予測し、またその時に前記ノズルボックス内のどの前記タービンのノズル翼が映し出されるかを特定し、これら両方の情報から、挿入された前記キャリアのノズルボックス内での位置を特定し、この特定された位置と目的の位置を比較して移動するか否か判断する制御装置を有することを特徴とするタービン内部構造物の検査装置。
2. 請求項１記載のタービン内部構造物の検査装置において、前記キャリアには、走行方向を修正する複数台の電動機を有することを特徴とするタービン内部構造物の検査装置。
3. 請求項１又は請求項２記載のタービン内部構造物の検査装置において、前記キャリアには、強磁性体の走行輪、或いはキャタピラの如き無限軌道を備えた自走式の走行装置を有することを特徴とするタービン内部構造物の検査装置。
4. 請求項１記載のタービン内部構造物の検査装置において、前記キャリアには、走行路表面の曲率から決められた径の駆動輪を有していることを特徴とするタービン内部構造物の検査装置。
5. 請求項１記載のタービン内部構造物の検査装置において、前記キャリアには、走行路表面の曲率から決めた複数の異なる寸法、形状の駆動輪を有していることを特徴とするタービン内部構造物の検査装置。
6. 請求項１記載のタービン内部構造物の検査装置において、前記キャリアには、走行路表面に対して鉛直方向に沿って曲がることが可能な１つ以上のヒンジにより補助キャリアを連結したことを特徴とするタービン内部構造物の検査装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のタービン内部構造物の検査装置において、前記キャリアには、冷却用の媒体を前記ビデオプローブ、キャリア本体へ供給可能なチューブが接続されていることを特徴するタービン内部構造物の検査装置。
8. 請求項１記載のタービン内部構造物の検査装置において、前記キャリアをタービン内の所定の位置まで搬送する装置を設け、この装置は前記キャリアの駆動輪がタービン内の所定の位置に向けて走行可能な走行面を有するガイドにより構成されたことを特徴とするタービン内部構造物の検査装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のタービン内部構造物の検査装置を用いてタービン翼を検査する方法において、前記キャリアをタービン蒸気通路を通ってタービン翼列に運搬するステップと、前記キャリアをタービン翼列に沿ったキャリア走行開始位置へ移動させるステップと、このキャリア走行開始位置から前記キャリアをタービン翼列に沿って走行させるステップと、前記ビデオプローブにより得られた各タービン翼の画像と前記キャリアの走行位置を同時に記録するステップとを備え、前記ビデオプローブから得られた前記タービンのノズルボックス内の周囲状況画像と、当該タービン内部構造物の設計図面と前記キャリアの形状から、このキャリアを前記タービンの蒸気導入管から挿入した際にこのキャリアが前記ノズルボックス内のどの位置に挿入されるかを予測し、またその時に前記ノズルボックス内のどの前記タービンのノズル翼が映し出されるかを特定し、これら両方の情報から、挿入された前記キャリアのノズルボックス内での位置を特定し、この特定された位置と目的の位置を比較して移動するか否か判断することを特徴とするタービン内部構造物の検査方法。
10. 請求項９記載のタービン内部構造物の検査方法において、前記タービン翼列に沿って前記キャリアを走行させるステップと、前記ビデオプローブにより得られる画像を前記ビデオプローブの位置を変えた状態でタービン翼を撮影した画像データとして記録するステップと、このステップで得られた画像データと同じプローブ位置での過去の複数の画像データとを比較して、タービン翼の損傷状況を判定するステップとを備えたことを特徴とするタービン内部構造物の検査方法。
11. 請求項９記載のタービン内部構造物の検査方法において、同じタービン翼について得た複数の画像と、それらの画像を記録したときのビデオプローブの位置情報を用いて、タービン翼の損傷状況を判定するステップとを含むことを特徴とするタービン内部構造物の検査方法。

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