JPH06273142A - 大型回転機器のアライメント支援装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発電プラント等でタービン等の回転機器のケー
シングを設定する際のアライメントを高精度にかつ短時
間で行うことのできるアライメント支援装置を提供す
る。 【構成】タービン回転軸の配置される軸１を光軸とする
レーザ光３を照射する。レーザ光３をミラー５にて偏向
し、タービンケーシング７に取り付けられた反射体８ｂ
に照射する。そして、反射したレーザ光３を受光器６で
検出する。ミラー５と受光器６は連結軸１０で支えられ
ている。つぎに、連結軸１０とミラー５と受光器６との
相対的な位置関係を変えずに、軸１を中心に回転させ、
レーザ光を反射体８ａに向かって照射する。そして、反
射体８ａからの反射光が受光器６で検出されれば、ケー
シング７の軸は、レーザ光３の光軸と一致している。検
出されない場合は、ケーシングの位置合わせを再度行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、火力・原子力発電プラ
ント等のタービンのように、大型の回転体と、回転体を
配置するケーシングとを備える大型回転機器について、
ケーシングの中心軸を、回転体の軸に一致させるの好適
なアライメント方法に関する

【０００２】

【従来の技術】火力・原子力発電プラント等のタービン
のように、大型の回転体と、回転体を配置するケーシン
グとを備える大型回転機器について、ケーシングの中心
軸を、回転体の中心軸に一致させるアライメント方法と
して、従来、図９に示すような方法が用いられている。
この方法について説明する。

【０００３】従来のアライメント測定では、まず、ピア
ノ線１４にウエイト１５を取り付けて、回転体の中心軸
１の位置に張り、このピアノ線１４をアライメントの基
準にする。次に、先端にマイクロヘッド１７が取り付け
られたアライメントスティック１６を用いて、ケーシン
グ７の円周上に設けられた３点の測定マーク１３とピア
ノ線１４との距離を測定する。マイクロヘッド１７は、
ピアノ線１４と接触すると音を発する。マイクロヘッド
１７には、レシーバ１８が接続してあり、作業者は、レ
シーバ１８を耳にあてて、マイクロヘッド１７がピアノ
線１４に接触した音を頼りに、ケーシングを移動させ、
測定マーク１３とピアノ線１４との距離を測定する この動作を、ケーシング７上の３点の測定マーク１３に
ついて繰返し、測定マーク３点とピアノ線１４との距離
が等しくなるように、ケーシングの位置を調整しながら
アライメントを行う。これにより、ケーシング７の軸中
心を回転体の中心軸の位置に張られたピアノ線１４に一
致させる。

【０００４】しかしながら、アライメントの対象がター
ビン等の大型の回転体とケーシングであるために、かな
り長い距離に渡って、基準となるピアノ線１４を張り渡
す必要がある。そのため、ピアノ線１４の自重によるた
わみが無視できず、実際の回転軸の中心１との差異を考
慮して測定値を補正しなければならない。そのため、ピ
アノ線とのアライメントが高精度でも、実際の回転体の
中心軸とのアライメントは、高精度でないという問題点
がある。また、アライメントスティック１６でピアノ線
１４とのわずかな接触を音で感知しながら測定するの
で、膨大な時間を費やす必要がある。さらに、現場でピ
アノ線１４のたわみ分を補正を行いながら測定作業をす
るため作業能率が低下するという問題もある。

【０００５】また、特開昭５６−６０３１１号公報に
は、レーザ光を用いてアライメントを行う方法が開示さ
れている。この方法は、内径側に複数の検出器を取付
け、軸上に配置したレーザ光源を回転させて、複数の検
出器に順にレーザ光を照射し、各検出器の起電力の大き
さからレーザ光源までの距離を検出して、各検出器の起
電力の大きさが等しくなるように位置合わせを行うこと
によりアライメントを行うものである。

【０００６】更に、特開平３−１４６８０７号公報のよ
うに、レーザとロボットを使用したアライメント方法も
提案されている。この方法は、ロボット走行用のレール
をケーシングの軸方向に設け、ロボットをこのレール上
に搭載する。そして、ロボットのアームを、ケーシング
の円周面に沿って移動させる。また、ロボットは、回転
体の軸に沿って照射されたレーザ光を検出する。これに
より、レーザ光と円周面との距離を演算して、ケーシン
グの円周面の中心軸を回転体の中心軸に一致させる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の特
開昭５６−６０３１１号公報に記載されているアライメ
ント方法は、タービンケーシングのように、凹凸がある
もののアライメント測定をする場合は、途中でレーザが
さえぎられてしまう恐れがある。さえぎられた場合に
は、その都度レーザ光源が内蔵されている自動垂直器を
移動して、垂直器からレーザが垂直に発光されるよう調
整してから、アライメント測定を行う必要がある。その
ため、タービンケーシングのように複数個所の測定を要
する場合には、測定に膨大な時間を費やすという問題点
がある。また、垂直器をタービンの完全中心に設定しな
ければならないが、精度よく完全中心に設定することが
困難であるという問題点もある。

【０００８】また、特開平３−１４６８０７号公報記載
のアライメント方法は、ロボット走行用のレールを配置
しなければならないため、装置が大がかりになるという
問題がある。また、高精度な測定をするためには、ロボ
ット走行用のレールが、ケーシングの軸芯に位置するよ
うにかなり精度よく設定しなければならなく、その作業
に膨大な時間を費やすという問題がある。

【０００９】本発明の目的は、大型回転機器のケーシン
グの設定時のアライメントを、高精度にかつ短時間で行
うことのできるアライメント支援装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、大型の機器を配置するために、少
なくとも一部が円筒形の内側面を有するケーシングにつ
いて、前記内側面の中心軸を、前記機器の主軸の位置に
一致させる位置合わせを行うためのアライメント支援装
置であって、前記機器の主軸が配置されるべき軸を光軸
とするレーザ光を通過させるため光路を確保する光路部
材と、前記光路部材を支持する支持部材と、前記光路部
材の一端に保持されて、前記光路部材に入射するレーザ
光の全部または一部を、前記ケーシングの内側面に向か
って偏向させるための偏向部材と、前記光路部材の他端
に保持されて、前記内側面で反射されたレーザ光を受光
する受光装置とを有し、前記光路部材は、前記偏向部材
の偏向方向を変位可能に保持し、また、前記光路部材
は、前記受光装置の受光面を前記光路部材の軸方向に沿
って移動可能に保持し、前記支持部材は、前記光路部材
を光路部材の軸を中心に回転可能に保持していることを
特徴とするアライメント支援装置が提供される。

【００１１】

【作用】本発明アライメント支援装置を用いたアライメ
ント方法では、まず、機器の主軸が配置されるべき軸に
沿って、レーザ光を照射し、このレーザ光が光路部材の
光路を通過するように光路部材を配置する。

【００１２】光路部材の両端には、レーザ光の少なくと
も一部を偏向するための偏向部材と受光装置とが保持さ
れているので、光路部材を配置することで、レーザ光の
光軸上に、偏向部材と受光装置とが配置される。つぎ
に、偏向部材の角度を調節して、内側面の１点に向かっ
てレーザ光を偏向する位置に設定する。また、受光装置
の位置を、光軸に沿って方向に移動させて、内側面から
の反射光を受光する位置に配置する。

【００１３】これにより、レーザ光の少なくとも一部
は、ケーシングの内側面の１点に照射され、反射光が受
光装置で受光される位置関係になる。

【００１４】つぎに、偏向部材と光路部材、受光装置と
光路部材の相対的な位置関係を保った状態で、光路部材
をレーザ光の光軸を中心に回転移動させて、偏向部材の
偏向したレーザ光を、内側面のべつの１点に照射する位
置に移動させる。この状態で、内側面からの反射光が、
受光装置に受光されるならば、ケーシングの中心軸と、
レーザ光の光軸（機器の中心軸）とは一致している。し
たがって、受光装置で、反射光が受光されないならば、
ケーシングの中心軸がずれているので、受光されるよう
に位置合わせすることでアライメントが完了する。最後
に、レーザ光の光軸と機器の中心軸とが一致するように
機器を設置する。

【００１５】また、ケーシングの中心軸がずれている場
合、中心軸のずれ方向と、受光装置に対する反射光のず
れ方向との間には、相関関係があるので、反射光のずれ
方向から、ケーシングの軸ずれ方向を調べることができ
る。従って、この軸ずれ方向を修正するようにケーシン
グを移動させることにより、ケーシングのアライメント
を容易に行うことができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例のアライメント支援
装置およびこの装置を用いたアライメント方法を図面を
用いて説明する。

【００１７】図２を用いて、本実施例のアライメント支
援装置の構成を説明する。

【００１８】本実施例のアライメント支援装置は、中空
の連結軸１０と、連結軸１０の一端に取り付けられたミ
ラー５と、他端に取り付けられた受光器６とを備えてい
る。ミラー５は、ミラー５の偏向角度を調節する角度調
節機構を介して、連結軸１０に取り付けられている。ま
た、受光器６は、受光器６を連結軸１０の軸方向に沿っ
てスライドさせるスライド機構を介して、連結器１０に
取り付けられている。連結軸１０の中央部には、ベアリ
ング１１を介して、連結軸１０を支持するサポート部材
１２が取り付けられている。ベアリング１１は、連結軸
１０を軸を中心に回転可能に支持している。また、サポ
ート部材１２の一端は、架台や建屋等の不動物１０１に
固定されている。

【００１９】また、受光器６は、縦５×横５の２５個に
分割された受光体９を有している。本実施例では、受光
体９の分割された部分を作業者に示すために縦のならび
に１から５、横の並びａからｄの符号をつけている。受
光器６は、モニター２０に接続されており、分割された
受光体９のうち、何れの受光面が反射光を受光したかが
モニター２０の画面上に示される。

【００２０】つぎに、本実施例のアライメント支援装置
を用いて、図１０のようにタービンのケーシング７の中
心軸をタービンの回転軸に一致させるアライメント方法
を説明する。

【００２１】タービンのケーシング７は、発電プラント
内に仮設置され、ケーシング７の位置をわずかづつ移動
させることのできる駆動手段（図示せず）が取り付けら
れている。また、図１０の状態で、ケーシング７の軸
は、ケーシング７の形状の機械精度によって、タービン
の軸を配置すべき軸とほぼ位置合わせされているが、完
全にアライメントされていない。そこで、以下に示すよ
うな手順により、本実施例のアライメント支援装置を用
いて、ケーシング７の軸をタービンの軸を配置すべき軸
と完全に一致させるアライメントを行う。

【００２２】まず、アライメントの前準備として、図
１、図１０に示すように、後にタービンの回転軸を配置
するための軸（以後タービンの回転軸１と記す）上に、
レーザ発光器２を配置し、レーザ光３をタービンの回転
軸１に沿って照射する。この時、レーザ光３の光軸が回
転軸１と完全に一致するように位置合わせする。

【００２３】一方、タービンケーシング７の複数の円周
状の内側面７ａ、７ｂ、７ｃ等のうち、一つの内側面７
ａ上の３ヵ所に、反射体８ａ、８ｂ、８ｃを取り付けて
おく。

【００２４】以上の前準備を行ったのち、前述のアライ
メント支援装置を用いてケーシング７のアライメントを
行う。

【００２５】最初に、図３に示すように、ミラー５を取
りはずし、レーザ光３が連結軸１０の貫通穴を貫通する
ように、連結軸１０を位置合わせして、この位置で、サ
ポート部材１２を建屋、架台等の不動のものに固定す
る。

【００２６】次に、つぎに連結軸１０にミラー５を取り
付ける。そして、ミラー５により偏向されたレーザ光３
が、ケーシング７の内側面７ａに取り付けられた３つの
反射体のうちの１つの反射体８ｂに当たるように、ミラ
ー５の角度を調整する。更に、反射体８ｂに当たって反
射されたレーザ光３が、受光器６の受光体９の中心（ｃ
−３）に当たるように、受光器６の位置を調整する。

【００２７】これにより、レーザ光３の光路はミラー５
で偏向されて、レーザ光３は反射体８ｂに照射され、反
射体８ｂからの反射光は、受光浮き６の受光体９の中心
（ｃ−３）で受光される。

【００２８】つぎに、そしてアライメント支援装置のミ
ラー５と受光器６の位置関係はこの状態のままで、連結
軸１０を、連結軸１０の軸を中心により回転させる。ミ
ラー５の偏向したレーザ光３が、タービンケーシング７
に設けられた他の２つの反射体８ａに照射される位置で
再び固定する。

【００２９】この状態で、反射体８ａからの反射光が、
受光体９の中心（ｃ−３）で検出されていることが、モ
ニタ２０で確認されれば、タービンの回転軸１と、反射
体８ａ、８ｂとの距離が等しく、タービンの回転軸１と
ケーシングの中心軸とが一致している。

【００３０】しかし、連結軸１０を回転した時に、反射
体８ａにレーザ光３が当たらなかったり、受光体９の中
心（ｃ−３）でレーザ光３を感知できなかった場合は、
タービンケーシング７の中心軸がずれているから、ター
ビンケーシング７の位置を再度設定し直した上で、最初
のミラー５の角度調整の手順からやり直しをする。

【００３１】反射体８ａからの反射光が、受光部６の受
光体９の中心部（ｃ−３）以外に当たっている場合は、
モニタ２０でレーザ光の当たっている受光体９の位置を
確認することにより、タービンケーシング７をどの方向
に移動すれば良いかを調べる。これにより、ケーシング
７のアライメントが簡便となる。

【００３２】たとえば、図６のようにタービンの回転軸
１に対して、タービンケーシング７の中心軸２１が、上
下方向に距離ｍずれている軸ずれ２２がある場合、図７
のように、レーザ光３ａは、反射体８ａにて、角度θで
反射され、受光体９の中心（ｃ−３）をはずれた（ｃ−
５）で検出される。芯ずれ２２がない場合は、角度θ＝
０で反射され、（ｃ−３）で検出される。

【００３３】また、図６のようにタービンの回転軸１に
対して、タービンケーシング７の中心軸２１が、左右方
向に距離ｎずれている軸ずれ２３がある場合、図８のよ
うに、レーザ光３ｂは、８ａまでの距離が短くなるた
め、反射体８ａの手前の部分で反射され、受光体９の中
心（ｃ−３）より手前の部分（ｂ−３）で検出される。

【００３４】すなわち、ケーシングの中心軸２１が、タ
ービンの回転軸１に対して、上下方向にずれている場合
には、受光体９の１、２、４、５の部分に検出され、左
右方向にずれている場合には、ａ、ｂ、ｄ、ｅの部分に
検出される。また、上または下の何れにずれているか
は、検出した部分が１、２または４、５の何れであるか
で区別できる。同様に左また右の何れの方向にずれてい
るかは、検出した部分がａ、ｂまたはｄ、ｅの何れであ
るかで区別できる。また、受光した受光体９が中心から
遠いほど、軸ずれ２２、２３が大きいので、軸ずれ２
２、２３の大きさｍ，ｎを受光位置から調べることがで
きる。

【００３５】したがって、作業者はモニタ２０で、ケー
シングの軸ずれ方向を調べ、軸ずれを修正するように、
ケーシングを上下左右の方向に移動させる。そして、再
度、上述の手順で反射体８ａ、８ｂにより反射光の検出
を行い、反射体８ａ、８ｂの何れにおいても、反射光が
受光部６の受光体９の中心（ｃ−３）で検出されれば、
アライメントが終了する。最後に確認のために、反射体
８ｃについて、反射光の検出を行い、軸ずれがないこと
を確認する。

【００３６】以上にように、本実施例によれば、タービ
ンケーシング７のある１つの内側面７ａでアライメント
が出来るが、実際には、図４に示すように、２台のアラ
イメント支援装置とレーザ発光器２を用いて、複数の円
周状の内側面７ａ、７ｂ、７ｃ・・・のうち、最低でも
２つの内側面７ａ、７ｂについて、反射体８ａ、８ｂ、
８ｄ、８ｅを配置して、同時にアライメントを行うこと
により、軸全体のアライメントを行うことができる。

【００３７】このように本実施例では、タービンケーシ
ング７のアライメントをミラー５、受光器６の位置調整
と、測定装置を回転させるだけの簡便な手順より、モニ
タ２０を確認しながら高精度に行うことができる。した
がって、従来のようにアライメントスティックでピアノ
線とのわずかな接触をレシーバで確認しながら寸法測定
していた作業に比べ非常に簡便で、大幅な作業時間の削
減ができる。

【００３８】また、本実施例では、直進性の優れたレー
ザ光により測定の基準となるタービンの回転軸１を設定
すると共に、レーザ光の反射体、受光体を微小なものに
して測定の誤差を小さくしているので、測定結果をピア
ノ線のたわみを考慮して補正していた従来の方法に比
べ、高精度な測定をすることができる。

【００３９】さらに、本実施例の装置では、距離測定を
必要としないため、従来のピアノ線を用いる方法のよう
に寸法測定し、さらに現場でその測定値を補正していた
作業に比べ、現場でのわずらわしさがなくなり作業能率
も向上する。

【００４０】たとえば、発電プラントのタービンケーシ
ング据付けの場合、従来のピアノ線を用いたアライメン
ト方法では、3000Hr.人位要しているが、本実施例のア
ライメント支援装置を用いた方法では2000Hr.人位に短
縮でき、効果は膨大である。

【００４１】また本実施例のアライメント支援装置にお
いて、受光体９の分割は、２５分割に限らず、９分割
や、３６分割にすることができる。分割数が多くなるほ
ど、軸ずれ量の検出精度が高くなる。

【００４２】尚、本測定において、反射体８、受光体９
の中心面積は小さくするほど測定の精度が高くなるの
で、タービンケーシング７のように高精度を要するもの
は、微小とすることが望ましい。

【００４３】また、受光器６で反射光の強度検出するこ
とにより、ミラー５とケーシング７の内側面との距離を
検出する構成にすることもできる。

【００４４】尚、本発明はタービンケーシングだけでな
く、各回転機器のケーシングのアライメント及びその他
高精度な芯出しを要求される測定にも利用できる。

【００４５】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、大型回
転機器のケーシングのアライメントを、簡単な装置構成
で、高精度にかつ短時間で行うことのできるアライメン
ト支援装置およびアライメント方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のタービンケーシング７のア
ライメント方法を示す説明図。

【図２】本発明の一実施例のアライメント支援装置の構
成を示すための説明図。

【図３】図２のアライメント支援装置を用いたアライメ
ント方法の一手順を示す断面図。

【図４】図２のアライメント支援装置を２台用いてアラ
イメント行う方法を示す説明図。

【図５】図２のアライメント支援装置の受光器６の受光
体９の構成およびモニタ２０の表示画面を示すための説
明図。

【図６】図２のアライメント支援装置を用いてアライメ
ントを行う場合の、軸ずれ方向と受光体９の検出部分を
示す説明図。

【図７】図６のおいて、上下方向の位置ずれが生じてい
る場合の受光体９のずれを示す説明図。

【図８】図６のおいて、左右方向の位置ずれが生じてい
る場合の受光体９のずれを示す説明図。

【図９】従来のタービンケーシングのアライメント方法
を示す説明図。

【図１０】本発明の一実施例でアライメントを行うター
ビンケーシング７の全体の形状を示す斜視図。

【符号の説明】 １…タービンの回転軸、２…レーザ発光器、３…レーザ
光、５…ミラー、６…受光器、７…タービンケーシン
グ、８ａ…反射体、８ｂ…反射体、８ｃ…反射体、８ｄ
…反射体、８ｅ…反射体、９…受光体、１０…連結軸、
１１…ベアリング、１２…サポート部材、１３…測定マ
ーク、１４…ピアノ線、１５…ウエイト、１６…アライ
メントスティック、１７…マイクロヘッド、１８…レシ
ーバ、１９…たわみ、２０…モニタ、２１…タービンケ
ーシングの中心、２２…軸ずれ、２３…軸ずれ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】大型の機器を配置するために、少なくとも
   一部が円筒形の内側面を有するケーシングについて、前
   記内側面の中心軸を、前記機器の主軸の位置に一致させ
   る位置合わせを行うためのアライメント支援装置であっ
   て、 前記機器の主軸が配置されるべき軸を光軸とするレーザ
   光を通過させるため光路を確保する光路部材と、 前記光路部材を支持する支持部材と、 前記光路部材の一端に保持されて、前記光路部材に入射
   するレーザ光の全部または一部を、前記ケーシングの内
   側面に向かって偏向させるための偏向部材と、 前記光路部材の他端に保持されて、前記内側面で反射さ
   れたレーザ光を受光する受光装置とを有し、 前記光路部材は、前記偏向部材の偏向方向を変位可能に
   保持し、 また、前記光路部材は、前記受光装置の受光面を前記光
   路部材の軸方向に沿って移動可能に保持し、 前記支持部材は、前記光路部材を光路部材の軸を中心に
   回転可能に保持していることを特徴とするアライメント
   支援装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記受光装置は、複数
   の受光素子の集合体であることを特徴とするアライメン
   ト支援装置。
3. 【請求項３】大型の機器を配置するために、少なくとも
   一部が円筒形の内側面を有するケーシングについて、前
   記ケーシングの内側面の中心軸を、前記機器の主軸の位
   置に一致させる位置合わせを行うためのアライメント方
   法であって、 前記機器の主軸が配置されるべき軸を光軸とするレーザ
   光を照射し、 前記レーザ光の光軸上に、レーザ光の少なくとも一部を
   偏向するための偏向部材と、前記レーザ光を受光するた
   めの受光装置とを配置し、 前記偏向部材の角度を調節して、前記ケーシングの内側
   面の１点に向かってレーザ光を偏向する位置に設定し、
   また、前記受光装置の位置を前記光軸に沿って移動させ
   て、前記内側面からの反射光を受光する位置に配置し、 つぎに、前記偏向部材と受光装置との相対的な位置関係
   を保った状態で、前記偏向部材および受光装置を前記光
   軸を中心に回転移動させて、前記偏向部材の偏向したレ
   ーザ光を、前記内側面上の別の１点に向かって照射する
   位置に固定し、 前記別の１点からの反射光が、前記受光装置に受光され
   るように前記ケーシングを位置合わせすることを特徴と
   するアライメント方法。
4. 【請求項４】請求項３において、前記ケーシングの内側
   面上の前記１点および前記別の１点とに前記レーザ光を
   反射する反射体を配置することを特徴とするアライメン
   ト方法。
5. 【請求項５】請求項３において、前記内側面の別の１点
   で反射されたレーザ光が、前記受光装置の受光部の中心
   で受光されるように前記ケーシングを移動させることを
   特徴とするアライメント方法。
6. 【請求項６】請求項３において、前記ケーシングの内側
   面の少なくとも異なる２つの円周上の点について、同時
   に上記アライメントを行うことを特徴とするアライメン
   ト方法。