JP6920481B2

JP6920481B2 - 発電機の回転子抜挿計測制御システム

Info

Publication number: JP6920481B2
Application number: JP2019572819A
Authority: JP
Inventors: 王建涛
Original assignee: CGN Power Co Ltd
Current assignee: CGN Power Co Ltd
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2018-07-04
Publication date: 2021-08-18
Anticipated expiration: 2038-07-04
Also published as: JP2020536224A; CN107544023A; CN107544023B; EP3660527A1; EP3660527A4; EP3660527B1; WO2019019886A1

Description

本願は、２０１７年７月２８日に中国特許庁に提出された出願番号第２０１７１０６３３４８９．Ｘ号、発明の名称「発電機の回転子抜挿計測制御システム」の中国特許出願について優先権を主張するものである。当該出願の全ての内容は、引用によって本願に組み込まれる。

本発明は、発電機の技術分野に関し、特に、発電機の回転子抜挿計測制御システムに関する。

原子力工学では大型の横型発電機が使用されることが多いが、回転子の使用状況を検査するために、作業員は定期的に回転子を抜挿する必要がある。回転子の抜挿時には、２本の巻上ロープを用いて回転子の両端をそれぞれ吊り上げてから、固定子内に回転子を載せるためのスライドプレートを配置する。通常、巻上ロープによる回転子の吊り上げ過程では、回転子と固定子が衝突して発電機を破損することのないよう、発電機の蒸気タービン側と励磁機側にそれぞれ複数の作業員を配備して回転子と固定子との隙間を監視する。こうした大型の横型発電機の回転子は長さが十数メートルにも及び、且つ、回転子の抜挿過程では回転子と固定子との最小隙間がわずか５０ｍｍ程度となる。そのため、回転子を吊り上げる際、作業員には高い集中力が必要とされる。しかし、人為的な観察にはエラーが生じやすく、回転子の抜挿の安全性が低下する。

本願の各種実施例に基づき、安全性を向上可能な発電機の回転子抜挿計測制御システムを提供する。

発電機の固定子に対する回転子の位置を監視するための発電機の回転子抜挿計測制御システムであって、複数設けられ、一部が、前記回転子の側壁に間隔を隔てて配置されるとともに、前記回転子の第１端に近接しており、一部が、前記固定子の内壁に間隔を隔てて配置されるとともに、前記発電機の励磁機側に近接しており、各々が前記回転子と前記固定子の領域間の隙間を取得するために用いられる測距プローブと、前記固定子内に位置して前記回転子を支持するスライドプレートに設けられ、前記スライドプレートの水平度を測定するために用いられる傾斜角センサと、前記測距プローブに接続されて前記測距プローブから送信される第１情報を受信可能であって、前記第１情報とは前記回転子と前記固定子との隙間であり、更に、前記傾斜角センサに接続されて前記傾斜角センサから送信される第２情報を受信可能であって、前記第２情報とは前記スライドプレートの水平度である制御モジュールと、前記制御モジュールに接続されて前記第１情報及び前記第２情報を表示可能なディスプレイ、を含む。

本発明の１又は複数の実施例の詳細については、以下の図面及び記載において提示する。また、本発明のその他の特徴、目的及び利点は、明細書、図面及び特許請求の範囲から明らかである。

本発明の実施例又は従来技術の技術方案につきより明瞭に説明するために、以下に、実施例又は従来技術の記載に要する図面について簡単に説明する。なお、言うまでもなく、以下で記載する図面は本発明の実施形態にすぎず、当業者であれば、創造的労働を要することなく、これらの図面からその他の図面を取得することも可能である。

図１は、一実施形態にかかる発電機の回転子抜挿計測制御システムの発電機における使用状態を示す図である。図２は、図１に示す発電機の回転子抜挿計測制御システムの発電機における別の使用状態を示す図である。図３は、図１に示す発電機の回転子抜挿計測制御システムにおけるモジュールのブロック図である。図４は、図１に示す発電機の回転子抜挿計測制御システムにおける測距プローブとファンホルダの組み合わせを示す図である。図５は、図１のスライドプレートの断面図である。

本発明を理解しやすいよう、以下に、関連の図面を参照して本発明につきより全面的に述べる。図面には、本発明の好ましい実施形態を示している。ただし、本発明は様々な異なる形式で実現可能であり、本文で記載する実施形態に限らない。反対に、これらの実施形態を提供するのは、本発明の開示内容がより完全且つ全面的に理解されるようにするためである。

ここで、部材が他の部材に「固定される」と記載している場合には、当該部材が他の部材に直接位置してもよいし、これらを介在する部材が存在していてもよい。また、一方の部材が他方の部材に「接続される」と記載している場合には、一方の部材が他方の部材に直接接続されてもよいし、これらを介在する部材が存在していてもよい。また、本文で使用する「内」、「外」、「左」、「右」との用語や類似の表現は説明を目的とするものにすぎず、唯一の実施形態であることを意味しない。

図１に示す角度から見た場合、発電機の左端が蒸気タービン側１２、発電機の右端が励磁機側１４となる。また、回転子２０の左端を第１端２２、回転子２０の右端を第２端２４とする。回転子２０を抜き出す際には、主に、準備段階、中間段階及び後期段階の３段階に分けられる。準備段階では、２本の巻上ロープを用いて回転子２０の第１端２２と第２端２４をそれぞれ吊り上げる。次に、スライドプレート４０を励磁機側１４から回転子２０と固定子３０の隙間に挿入し、スライドプレート４０を固定子３０における蒸気タービン側１２寄りの一端へと押し込む。そして、回転子２０を降ろすと、回転子２０がスライドプレート４０上に支持される。このとき、第１端２２部分の巻上ロープを取り外すと、回転子２０の左端はスライドプレート４０に支持されるが、右端は巻上ロープにより支持されたままとなる。中間段階では、ウインチで回転子２０を牽引し、回転子２０をゆっくりと蒸気タービン側１２から励磁機側１４方向へと移動させる。回転子２０が移動する際には、スライドプレート４０も回転子２０とともに移動する。

ここで、図２を組み合わせる。後期段階では、回転子２０の抜き出し長さが回転子２０の全長の半分以上になると、ウインチを撤去して励磁機側１４に木杭５０を設置する。これにより、回転子２０の左半部がスライドプレート４０に支持され、右半部が木杭５０上に支持される。このとき、第２端２４部分の巻上ロープを取り外し、二重巻上ロープ６０に変更して回転子２０の中央部位を吊り上げる。なお、二重巻上ロープ６０の中心はできるだけ回転子２０の重心に重なるようにする。回転子２０を吊り上げることで、回転子２０はスライドプレート４０及び木杭５０から離脱する。そして、クレーンと作業員が多方面から連携することで、回転子２０を固定子３０から完全に抜き出す。回転子２０を固定子３０に挿入する方法は上記と類似しているため、ここでは改めて詳述しない。

準備段階及び後期段階では、いずれも回転子を吊り上げる操作が発生する。こうした大型の横型発電機の回転子は長さが数十メートルにも及び、且つ、回転子と固定子の隙間はわずか９６ｍｍである。また、回転子の保持リング２６は回転子の外径よりも４３．５ｍｍ大きいため、保持リング２６を回転子３０に挿入した場合、固定子３０と保持リング２６との隙間はわずか５２．５ｍｍとなる。隙間が小さいことから、回転子２０を吊り上げる際に、回転子２０は固定子３０に衝突しやすい。回転子２０の抜挿の安全性を高めるために、図１〜図３に示すように、本実施形態では、固定子３０に対する回転子２０の位置をリアルタイムで監視する発電機の回転子抜挿計測制御システム７０を提供する。

具体的に、発電機の回転子抜挿計測制御システム７０は、測距プローブ１００、制御モジュール２００及びディスプレイ３００を含む。測距プローブ１００は、回転子２０と固定子３０との隙間を測定するために用いられる。測距プローブ１００は複数設けられている。一部の測距プローブ１００は回転子２０の側壁に間隔を隔てて配置されるとともに、第１端２２に近接している。また、一部の測距プローブ１００は固定子３０の内壁に間隔を隔てて配置されるとともに、励磁機側１４に近接している。制御モジュール２００は測距プローブ１００に接続されて、測距プローブ１００から送信される第１情報を受信可能である。第１情報とは、回転子２０と固定子３０との隙間である。また、ディスプレイ３００は制御モジュール２００に接続されて、第１情報を表示可能である。本実施形態において、測距プローブ１００は磁気吸着式レーザ測距センサであり、測定範囲は約５０ｍｍ、精度は１ｍｍに達し得る。なお、その他の実施形態において、測距プローブ１００は、超音波測距センサ又は赤外線測距センサとしてもよい。

回転子２０の抜挿時に、測距プローブ１００は各方向における回転子２０と固定子３０との隙間をリアルタイムで測定可能であり、測定したデータを制御モジュール２００に送信する。作業員は、ディスプレイ３００を通じてこれらのデータを速やかに把握可能であり、固定子３０に対する回転子２０の位置を正確に調整することで、回転子２０が固定子３０に衝突しないよう防止する。人間が目視で観察する場合と比較して、測距プローブ１００による測定データはより正確である。そのため、人為的な観察による指示エラーを効果的に低下させることができ、工程の安全性が向上する。また、従来、回転子２０の抜挿時に蒸気タービン側１２と励磁機側１４に配備していた隙間の大きさを監視するための専門作業員を削減可能なため、人件費の節約となる。

発電機の回転子抜挿計測制御システム７０は、更に、制御モジュール２００に接続されるカメラ４００を含む。カメラ４００は、回転子２０と固定子３０との隙間画面を撮影するために用いられる。また、撮影画面を制御モジュール２００に送信してディスプレイ３００に表示可能なため、作業員は各位置の隙間状況を随時チェックできる。カメラ４００は光源を含む。光源は、ディスプレイ３００に表示する画面が鮮明となるよう、カメラ４００の撮影領域を照らすために用いられる。カメラ４００は複数設けられ、測距プローブ１００に一対一で対応している。即ち、カメラ４００の数と測距プローブ１００の数は等しい。且つ、測距プローブ１００の傍には必ずカメラ４００が１つずつ設けられている。

本実施形態において、回転子２０にはファンホルダ２８が設けられている。ファンホルダ２８は第１端２２に近接している。また、固定子３０にはエアバッフルリング３２が設けられている。エアバッフルリング３２は励磁機側１４に近接している。一部の測距プローブ１００はファンホルダ２８に間隔を隔てて配置されており、一部の測距プローブ１００はエアバッフルリング３２に間隔を隔てて配置されている。測距プローブ１００とエアバッフルリング３２を接続する際には、延長ロッド３４を使用することで測距プローブ１００と固定子３０の内壁を整列させる必要がある。また、これに対応して、カメラ４００もファンホルダ２８とエアバッフルリング３２にそれぞれ設けられる。図１から明らかなように、ファンホルダ２８の直径は保持リング２６の直径よりも小さく、第１端２２の直径よりも大きい。よって、測距プローブ１００とカメラ４００をファンホルダ２８に装着することで、回転子２０の抜挿時に測距プローブ１００とカメラ４００が破損することがない。且つ、良好な撮影ポイントが提供されるため、カメラ４００が邪魔されることがない。同様に、測距プローブ１００の安全性とカメラ４００の撮影視野角を総合的に考慮して、エアバッフルリング３２もまた最適な装着位置としている。

更に、図１及び図４に示すように、本実施形態において、測距プローブ１００は８つ設けられている。これらのうち４つの測距プローブ１００はファンホルダ２８に間隔を隔てて配置され、その他４つの測距プローブ１００はエアバッフルリング３２に間隔を隔てて配置される。

且つ、ファンホルダ２８上には、４つの測距プローブ１００が２つずつ対向して設けられる。これらのうち２つの測距プローブ１００は垂直方向に位置し、その他２つの測距プローブ１００は水平方向に位置している。

エアバッフルリング３２上には、４つの測距プローブ１００が２つずつ対向して設けられる。これらのうち２つの測距プローブ１００は垂直方向に位置し、その他２つの測距プローブ１００は水平方向に位置している。

ファンホルダ２８の場合を例に、仮に、ファンホルダ２８上の４つの測距プローブ１００をそれぞれ第１測距プローブ１００ａ、第２測距プローブ１００ｂ、第３測距プローブ１００ｃ及び第４測距プローブ１００ｄとする。蒸気タービン側１２から励磁機側１４に向かう角度で見た場合、図４から明らかなように、ファンホルダ２８の側面図は円形をなしている。第１測距プローブ１００ａは当該円の最も高い点に位置し、第２測距プローブ１００ｂは当該円の最も低い点に位置する。また、第３測距プローブ１００ｃは当該円の最も左に位置し、第４測距プローブ１００ｄは当該円の最も右に位置する。第１測距プローブ１００ａで測定した隙間の値が過度に小さい場合、作業員は回転子２０の第１端２２を下向きに調整する必要がある。また、第２測距プローブ１００ｂで測定した隙間の値が過度に小さい場合、作業員は回転子２０の第１端２２を上向きに調整する必要がある。また、第３測距プローブ１００ｃで測定した隙間の値が過度に小さい場合、作業員は回転子２０の第１端２２を右向きに調整する必要がある。また、第４測距プローブ１００ｄで測定した隙間の値が過度に小さい場合、作業員は回転子２０の第１端２２を左向きに調整する必要がある。作業員にとっては、上下左右という４つの方向が最も視認しやすいため、回転子２０の位置を調整する際にも、これら４つの方向の調整が最も容易となる。

ディスプレイ３００は、第１測距プローブ１００ａ、第２測距プローブ１００ｂ、第３測距プローブ１００ｃ及び第４測距プローブ１００ｄに対応する隙間状況をリアルタイムで表示可能である。また、隙間の値が最も小さな位置の映像を拡大表示することで、重要ポイントを強調して作業員に警告する。

エアバッフルリング３２上の４つの測距プローブ１００の動作原理は、ファンホルダ２８上の４つの測距プローブ１００の動作原理と同様のため、ここでは改めて詳述しない。

図１、図３及び図５に示すように、スライドプレート４０のうち固定子３０寄りの一面は円弧状面となっている。スライドプレート４０を固定子３０に挿入すると、円弧状面は完全に固定子３０の内壁に密着可能である。スライドプレート４０は回転子２０の左半部の重量を支える唯一の支持物となる。よって、スライドプレート４０の水平度は、重量を良好に支えられるか否かに直接関係する。そこで、スライドプレート４０の水平度を検出するために、本実施形態における発電機の回転子抜挿計測制御システム７０では、スライドプレート４０に傾斜角センサ５００が更に設けられている。具体的に、スライドプレート４０のうち固定子３０寄りの一面には凹溝４２が開設されており、傾斜角センサ５００が凹溝４２に収容される。傾斜角センサ５００は、スライドプレート４０の水平度を測定するために用いられる。傾斜角センサ５００は制御モジュール２００に接続されて、制御モジュール２００に第２情報を送信可能である。第２情報とは、スライドプレート４０の水平度である。作業員がスライドプレート４０の位置を調整しやすいよう、ディスプレイ３００は第２情報を表示可能である。

傾斜角センサ５００は、スライドプレート４０の水平度をリアルタイムで監視可能である。これにより、回転子２０の抜挿過程でスライドプレート４０を常に理想的な重量支持位置に配置可能となるため、回転子２０の抜挿の安全性が向上する。

傾斜角センサ５００が装着されたスライドプレート４０は、対称構造をなしている。即ち、凹溝４２の対称線とスライドプレート４２の対称線が重なり合う。傾斜角センサ５００の測定データが０の場合には、スライドプレート４０が最も理想的な位置にあることを意味する。本実施形態において、蒸気タービン側１２から励磁機側１４に向かう角度で見た場合、最も理想的な位置とは、スライドプレート４０の最も低い点と固定子３０の内壁の最も低い点が重なるときの位置をいう。

図２に示すように、回転子２０の抜き出し長さが回転子２０の全長の半分以上となった場合には、固定子３０の外側に露出する回転子２０の長さが長くなる。また、エアバッフルリング３２上の測距プローブ１００が測定するデータは、測距プローブ１００から回転子２０の中央部位までの距離を表すにすぎず、第２端２４の実際のぐらつき幅を反映することはできない。そのため、回転子２０を抜き出す際には、重心が不安定となって第１端２２が固定子３０に衝突する恐れがある。そこで、抜挿の安全性を更に高めるべく、発電機の回転子抜挿計測制御システム７０では、回転子２０に水平センサ６００を設けている。水平センサ６００は回転子２０の側壁に設けられ、回転子２０の水平度を測定するために用いられる。また、水平センサ６００は制御モジュール２００に接続されて、制御モジュール２００に第３情報を送信可能である。第３情報とは回転子２０の水平度であり、ディスプレイ３００は第３情報を表示可能である。

本実施形態において、水平センサ６００は２つ設けられている。このうち一方の水平センサ６００は第１端２２に近接しており、他方の水平センサ６００は第２端２４に近接している。２つの水平センサ６００は、回転子２０の第１端２２と第２端２４の高さの差を反映可能である。作業員は、水平センサ６００の測定結果に基づき、回転子２０に対する二重巻上ロープ６０の位置を調整する必要がある。例えば、第１端２２が過度に高くなっている場合には、二重巻上ロープ６０を回転子に対し左へ移動させる必要がある。一方、第２端２４が過度に高くなっている場合には、二重巻上ロープ６０を回転子に対し右へ移動させる必要がある。二重巻上ロープ６０の中心を回転子２０の重心にできるだけ近接させた場合にのみ、回転子２０のぐらつき幅を可能な限り低減させられる。

図３に示すように、発電機の回転子抜挿計測制御システム７０は、演算モジュール７００を更に含む。演算モジュール７００は制御モジュール２００に接続されて、第１情報及び第３情報に基づき補正値を演算可能である。具体的に、演算モジュール７００は、各測距プローブ１００の測定結果に基づいて調整を提案可能である。調整の提案には、調整方向と調整数値が含まれる。更に、演算モジュール７００は、水平センサ６００の測定結果に基づき、予め定められたアルゴリズムで二重巻上ロープ６０の調整方向と調整数値を算出可能である。このような回転子２０の位置補正の方式は迅速且つエラーが生じず、安全性に優れる。

本実施形態において、制御モジュール２００、ディスプレイ３００及び演算モジュール７００は１つのモバイル端末に集積される。モバイル端末は、携帯電話、タブレット、コンピュータ等とすればよい。測距プローブ１００、傾斜角センサ５００及び水平センサ６００による測定データのズレが大きい場合、モバイル端末は警告モードに設定して作業員に注意喚起してもよい。

図１に示すように、発電機の回転子抜挿計測制御システム７０は、俯瞰式カメラ８００を更に含む。俯瞰式カメラ８００は２つ設けられている。このうち、一方の俯瞰式カメラ８００は蒸気タービン側１２の動作領域を撮影するために用いられ、他方の俯瞰式カメラ８００は励磁機側１４の動作領域を撮影するために用いられる。２つの俯瞰式カメラ８００はいずれも制御モジュール２００に接続されて、撮影画面を制御モジュール２００に送信することでディスプレイ３００に表示可能である。これにより、指令担当の作業員は蒸気タービン側１２と励磁機側１４の動作状況を同時に把握可能なため、煩雑なインターカム通話や巡回チェックが不要となる。これにより、指令を出しやすく、時間の節約にもなる。

上記実施例の各技術的特徴は任意に組み合わせてもよい。記載を簡潔とするために、上記実施形態の各技術的特徴について考え得る全ての組み合わせを記載することはしないが、これらの技術的特徴の組み合わせに矛盾がない限り、いずれも本明細書に記載の範囲に該当するとみなすべきである。

上記の実施例は本発明のいくつかの実施形態を示すものにすぎず、比較的具体的且つ詳細に記載したものの、これらによって本発明の範囲が制限されると解釈すべきではない。また、当業者であれば、本発明の思想を逸脱しないことを前提に、更に若干の変形や改良が可能であり、これらはいずれも本発明による保護の範囲に属する。従って、本発明による保護の範囲は添付の特許請求の範囲に準じるものとする。

Claims

発電機の固定子に対する回転子の位置を監視するための発電機の回転子抜挿計測制御システムであって、
複数設けられ、一部が、前記回転子の側壁に間隔を隔てて配置されるとともに、前記回転子の第１端に近接しており、一部が、前記固定子の内壁に間隔を隔てて配置されるとともに、前記発電機の励磁機側に近接しており、各々が前記回転子と前記固定子の領域間の隙間を取得するために用いられる測距プローブ、
前記固定子内に位置して前記回転子を支持するスライドプレートに設けられ、前記スライドプレートの水平度を測定するために用いられる傾斜角センサ、
前記測距プローブに接続されて前記測距プローブから送信される第１情報を受信可能な制御モジュールであって、前記第１情報は前記回転子と前記固定子との隙間であり、更に、前記傾斜角センサに接続されて前記傾斜角センサから送信される第２情報を受信可能であって、前記第２情報は前記スライドプレートの水平度である、制御モジュール、及び、
前記制御モジュールに接続されて前記第１情報及び前記第２情報を表示可能なディスプレイ、を含むことを特徴とするシステム。
更に、前記制御モジュールに接続されるカメラを含み、前記カメラは、複数設けられるとともに、前記測距プローブに一対一で対応しており、前記カメラは、撮影画面を前記制御モジュールに送信して前記ディスプレイに表示可能であり、前記カメラは光源を含み、前記光源は前記カメラの撮影領域を照らすために用いられることを特徴とする請求項１に記載の発電機の回転子抜挿計測制御システム。
前記第１端に近接する前記測距プローブは前記回転子のファンホルダに設けられ、前記励磁機側に近接する前記測距プローブは前記固定子のエアバッフルリングに設けられることを特徴とする請求項２に記載の発電機の回転子抜挿計測制御システム。
前記測距プローブは８つ設けられており、これらのうち４つの前記測距プローブは前記ファンホルダに間隔を隔てて配置され、その他４つの前記測距プローブは前記エアバッフルリングに間隔を隔てて配置されることを特徴とする請求項３に記載の発電機の回転子抜挿計測制御システム。
前記ファンホルダ上には、４つの前記測距プローブが２つずつ対向して設けられ、これらのうち２つの前記測距プローブは垂直方向に位置し、その他２つの測距プローブは水平方向に位置し、
前記エアバッフルリング上には、４つの前記測距プローブが２つずつ対向して設けられ、これらのうち２つの前記測距プローブは垂直方向に位置し、その他２つの測距プローブは水平方向に位置することを特徴とする請求項４に記載の発電機の回転子抜挿計測制御システム。
前記傾斜角センサは前記スライドプレートの凹溝内に収容され、前記傾斜角センサと前記スライドプレートが共同で対称構造を形成することを特徴とする請求項１に記載の発電機の回転子抜挿計測制御システム。
更に、水平センサを含み、前記水平センサは、前記回転子の側壁に設けられて前記回転子の水平度を測定するために用いられ、前記水平センサは、前記制御モジュールに接続されて、前記制御モジュールに第３情報を送信することで前記第３情報を前記ディスプレイに表示可能とし、前記第３情報とは前記回転子の水平度であることを特徴とする請求項１に記載の発電機の回転子抜挿計測制御システム。
前記水平センサは２つ設けられており、このうち一方の前記水平センサは前記第１端に近接しており、他方の前記水平センサは前記回転子の第２端に近接していることを特徴とする請求項７に記載の発電機の回転子抜挿計測制御システム。
前記発電機の回転子抜挿計測制御システムは更に演算モジュールを含み、前記演算モジュールは前記制御モジュール及び前記ディスプレイに接続され、前記演算モジュールは、前記第１情報及び前記第３情報に基づいて補正値を演算可能であり、前記ディスプレイは前記補正値を表示可能であることを特徴とする請求項７に記載の発電機の回転子抜挿計測制御システム。
更に、俯瞰式カメラを含み、前記俯瞰式カメラは２つ設けられており、このうち一方の前記俯瞰式カメラは前記発電機の蒸気タービン側の動作領域を撮影するために用いられ、他方の前記俯瞰式カメラは前記励磁機側の動作領域を撮影するために用いられ、２つの前記俯瞰式カメラはいずれも前記制御モジュールに接続されて、撮影画面を制御モジュールに送信することで前記ディスプレイに表示可能とすることを特徴とする請求項１に記載の発電機の回転子抜挿計測制御システム。