WO2016151748A1 - ターニング装置及びターニング装置の制御方法 - Google Patents

ターニング装置及びターニング装置の制御方法 Download PDF

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pinion gear
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gear
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雅隆 山田
マニュ アグルワル
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三菱重工コンプレッサ株式会社
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    • F05D2260/4031—Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing

Definitions

  • the present invention relates to a turning device for rotating a rotor such as a steam turbine and a method for controlling the turning device.
  • Patent Document 1 discloses a one-way clutch for automatically turning off the turning device from the turbine rotor when the rotating speed of the turbine rotor exceeds the rotating speed of the turning device, and turning.
  • a device is described that includes a one-way clutch (reverse rotation prevention device) for preventing (restraining) reverse rotation of the device.
  • the one-way clutch receives the reverse rotation torque of the turbine rotor in order to prevent (restrain) the reverse rotation of the turbine rotor by the one-way clutch.
  • the one-way clutch prevents the turbine rotor from rotating in the reverse direction, a larger load is applied than during the normal rotation. For this reason, the one-way clutch may be damaged by a load at the time of reverse rotation, and the frequency of replacement and repair of the one-way clutch and the turning device may increase.
  • the present invention provides a turning device that can prevent the turning device from receiving an excessive load during the reverse rotation of the turbine rotor and can reduce the replacement and repair frequency of the turning device.
  • the turning device is an electric motor and a pinion gear that rotationally drives the wheel gear provided in the rotor by being rotationally driven in the first rotational direction, and the rotation of the electric motor And a pinion gear configured to move to a second position where rotation of the electric motor cannot be transmitted to the wheel gear, and the pinion gear Based on the current value detected by the current value detection unit and the current value detected by the current value detection unit, the pinion gear is moved in a state opposite to the first rotation direction. And a control device that controls the electric motor so as to rotate in two rotation directions.
  • the control device can determine that the rotor is going to rotate backward by detecting a change in the current value of the electric motor. Accordingly, the control device can detect the reverse rotation sign of the rotor and control the reverse rotation of the pinion gear before the rotor starts reverse rotation. For this reason, when the rotor actually starts reverse rotation, the pinion gear is kicked to the second position.
  • the turning device can be prevented from receiving an excessive load due to the reverse rotation of the rotor.
  • the control device controls the electric motor based on the current value detected by the current value detection unit, so that it is possible to reduce a work load such as an operator monitoring the state of the rotor and operating the turning device. .
  • the reverse rotation of the rotor cannot be detected due to an operator's oversight or the like, and the risk that the turning device receives an excessive load due to the reverse rotation of the rotor can be reduced.
  • control device controls the electric motor to rotate the pinion gear in the second rotation direction when the current value detected by the current value detection unit exceeds a certain value. Good.
  • Compressor torque changes (increases) when the forward rotation of the rotor stagnate due to the backflow of process gas in the compressor. Furthermore, when the force that the rotor tries to transition from forward rotation to reverse rotation becomes stronger, the current value of the electric motor also increases. According to the above configuration, the control device can determine that the rotor is likely to rotate backward by detecting that the current value of the electric motor has exceeded a certain value. Accordingly, the control device can detect the reverse rotation sign of the rotor and control the reverse rotation of the pinion gear before the rotor starts reverse rotation. For this reason, when the rotor actually starts reverse rotation, the pinion gear is kicked to the second position. Therefore, the turning device can be prevented from receiving an excessive load due to the reverse rotation of the rotor. Further, since the control device is configured to automatically control these operations, it is possible to reduce a work load such as monitoring the state of the rotor by the operator.
  • a positive circuit provided between a power source and the electric motor to rotate the electric motor in the first rotation direction, and provided between the power source and the electric motor, the electric motor in the second rotation direction.
  • the control device may reverse the rotation direction of the electric motor by switching between the positive circuit and the sub circuit.
  • a turning device control method comprising: an electric motor; and a pinion gear that rotationally drives a wheel gear provided in a rotor by being rotationally driven in a first rotational direction.
  • a first position that allows transmission of rotation of the electric motor to the wheel gear, and a pinion gear configured to move to a second position where rotation of the electric motor cannot be transmitted to the wheel gear.
  • a method of controlling a turning device for rotating the rotor by meshing the pinion gear driven using the rotational driving force of the electric motor with the wheel gear to rotationally drive the wheel gear. Based on the current value of the motor, the motor is controlled so that the pinion gear is in a second rotation direction opposite to the first rotation direction.
  • the turning device According to the turning device according to the present invention, it is possible to suppress the turning device from receiving an excessive load during the reverse rotation of the turbine rotor, and to reduce the replacement and repair frequency of the turning device.
  • the turning device 30 is, for example, a device for rotating the turbine rotor 11 of a steam turbine (not shown) at a low speed.
  • a wheel gear 12 that is integrally attached to the outer periphery of the turbine rotor 11 is provided at one end of the turbine rotor 11.
  • the turning device 30 includes a casing 31, a power unit 40, and a power transmission unit 50.
  • the turning device 30 is disposed at one end of the turbine rotor 11.
  • the horizontal direction in FIG. 1 is referred to as the width direction
  • the vertical direction is referred to as the vertical direction
  • the axial direction of the turbine rotor 11 is referred to as the axial direction.
  • the power unit 40 includes an electric motor 41 and a reduction gear 42 that reduces the rotation speed of the electric motor 41 by a predetermined speed ratio (reduction ratio).
  • the power unit 40 is disposed on the upper surface of the casing 31.
  • the electric motor 41 is connected to an AC power source 54 via a power line 55.
  • the power line 55 includes a positive circuit 57a for rotating the electric motor 41 in the first rotation direction, and a sub-circuit for rotating the electric motor 41 in the second rotation direction opposite to the first rotation direction.
  • An electric motor control unit 56 having 57b is provided.
  • the turning device 30 of the present embodiment is configured such that by rotating the electric motor 41 in the first rotation direction, the pinion gear 53 rotates the wheel gear 12 in the normal direction, and the turbine rotor 11 rotates in the normal rotation direction R2. ing. That is, by rotating the electric motor 41 in the second rotational direction opposite to the first rotational direction, the turbine rotor 11 rotates in the reverse rotational direction R1.
  • the current value detector 44 is provided on the power line 55. Further, the output shaft of the electric motor 41 and the input shaft of the speed reducer 42 are connected via a coupling.
  • the power transmission unit 50 includes an output gear 51, a connecting gear 52, and a pinion gear 53.
  • the power transmission unit 50 is disposed inside the casing 31.
  • a belt (not shown) is stretched around the output gear 51 from the speed reducer 42, so that the rotational driving force is transmitted.
  • the connecting gear 52 is disposed below the output gear 51 so as to mesh with the output gear 51. When the output gear 51 is rotated by the rotational driving force from the power unit 40, the connecting gear 52 is also rotated.
  • the pinion gear 53 is disposed below the connecting gear 52 so as to mesh with the connecting gear 52.
  • the pinion gear 53 rotates as the connecting gear 52 rotates.
  • the pinion gear 53 is disengaged from the wheel gear 12 and the first position P1 (position indicated by a broken line) meshed with the wheel gear 12 by a moving mechanism 60 described later. It is configured to be movable between a second position P2 (a position indicated by a solid line) separated from the gear 12 radially outward.
  • the pinion gear 53 When the pinion gear 53 is located at the first position P ⁇ b> 1, the pinion gear 53 meshes with the wheel gear 12 of the turbine rotor 11, and rotates the wheel gear 12 by the rotational driving force transmitted from the power unit 40.
  • the turning device 30 rotates the turbine rotor 11 by rotating the wheel gear 12. That is, the rotation of the electric motor 41 can be transmitted to the wheel gear 12 when the pinion gear 53 is located at the first position P1. Further, when the pinion gear 53 is located at the second position P2, since the meshing with the wheel gear 12 of the turbine rotor 11 is released, the rotational driving force transmitted from the power unit 40 is transmitted to the wheel gear 12. do not do. That is, when the pinion gear 53 is located at the second position P2, the rotation of the electric motor 41 cannot be transmitted to the wheel gear 12.
  • the moving mechanism 60 includes a control device 61, an air cylinder 62, a lever 64, a moving rod 66, and a bracket 67.
  • the control device 61 is connected to the electric motor control unit 56, and the primary circuit 57 a and the sub circuit 57 b are switched by a command from the control device 61. That is, the control device 61 can control the rotation direction of the electric motor 41.
  • the air cylinder 62 is a power source for moving the pinion gear 53 between the first position P1 and the second position P2 under the control of the control device 61.
  • the air cylinder 62 is provided on the outer surface on one side in the width direction of the casing 31.
  • the air cylinder 62 includes a piston rod 62a that extends so as to be slidable in the vertical direction, and an air cylinder case 62b that houses the piston rod 62a.
  • the air cylinder 62 is supported by the air cylinder case 62 b through the spring bush 63.
  • the upper end portion of the piston rod 62a extends to a position above the upper surface of the casing 31, and is connected to the first end 64a side of the lever 64 extending in the width direction.
  • a slit through which the lever 64 is inserted is formed on the side surface in the width direction of the air cylinder case 62b.
  • the second end 64b of the lever 64 is supported by a support part 65 provided on the upper surface of the casing 31 so as to be tiltable. Therefore, when the piston rod 62a of the air cylinder 62 slides in the vertical direction, the first end of the lever 64 connected to the piston rod 62a with the second end 64b of the lever 64 supported by the support portion 65 as a fulcrum. 64a moves up and down.
  • the moving rod 66 extends in the vertical direction, and the upper end 66a is between the position where the lever 64 and the piston rod 62a are connected at a position above the upper surface of the casing 31, and the second end 64b of the lever 64. It is connected so that it can tilt. Further, the lower end 66 b side of the moving rod 66 is inserted into the casing 31. The moving rod 66 moves up and down in conjunction with the lever 64 tilting as the piston rod 62a of the air cylinder slides.
  • the bracket 67 is a plate-like member formed in a substantially L shape.
  • a first end 67a of the bracket 67 is connected to a lower end 66b of the moving rod 66 so as to be tiltable.
  • the second end 67 b of the bracket 67 is connected to the central axis of the pinion gear 53, and the intermediate portion 67 c is connected to the central axis of the connecting gear 52.
  • the moving mechanism 60 includes a position detection device 32 for detecting the position of the pinion gear 53.
  • the position detection device 32 includes a kick member 46 provided on the piston rod 62a, a first limit switch 68a kicked by the kick member 46 when the pinion gear 53 is in the first position P1, and a pinion gear 53 in the second position. And a second limit switch 68b kicked by the kick member 46 when in P2. That is, when the pinion gear 53 is in the first position P1, the first limit switch 68a is turned on. That is, when the pinion gear 53 is in the second position P2, the second limit switch 68b is turned on. It becomes.
  • the control device 61 controls the moving mechanism 60 to position the pinion gear 53 at the first position P1 and uses the positive circuit 57a of the motor control unit 56 to drive the motor. 41 is driven.
  • the electric motor 41 is rotationally driven using the positive circuit 57a, the electric motor 41 rotates in the first rotation direction.
  • the first limit switch 68a detects that the position detection device 32 has the pinion gear 53 at the first position P1.
  • the control device 61 acquires the current value of the motor 41 detected by the current value detector 44 at predetermined intervals (S1 in the flowchart of FIG. 4). .
  • the rotational driving force of the electric motor 41 is transmitted to the speed reducer 42, and the rotational speed is reduced at a predetermined speed ratio (speed reduction ratio) in the speed reducer 42. Then, the rotational driving force of the electric motor 41 is transmitted to the output gear 51 of the power transmission unit 50.
  • the output gear 51 starts rotating by the rotational driving force transmitted from the speed reducer 42 and rotates the connecting gear 52 that meshes with the output gear 51.
  • the pinion gear 53 meshing with the connecting gear 52 also starts to rotate.
  • the pinion gear 53 is located at the first position P1 shown in FIG. That is, it meshes with the wheel gear 12 of the turbine rotor 11. For this reason, when the pinion gear 53 rotates, the turbine rotor 11 together with the wheel gear 12 starts to rotate in the normal rotation direction R2.
  • the control device 61 determines that the state has shifted from the turning start state to the turning state (section A in FIG. 3) when the current value after activation of the turning device 30 maintains a predetermined value for a certain period. To do. Thereby, the increase in the current value immediately after starting of the turning device 30 is determined as the starting current, and erroneous detection of reverse rotation of the turbine rotor 11 is suppressed.
  • the determination of the transition to the turning state (A) may be made by giving an instruction to the control device 61 by the operation of the operator.
  • the current value is constant at a predetermined value, and the rotational speed of the turbine rotor 11 is a predetermined value N1.
  • the torque and current value of the electric motor 41 rise from a predetermined value. That is, the current value of the electric motor increases (t1 in FIG. 3).
  • the control device 61 detects that the current value exceeds the specified amount ⁇ 1 (S2 in the flowchart of FIG. 4), it determines that the reverse rotation sign of the turbine rotor 11 has been detected, and from the turning state A to the pinion gear operation state Transition to B.
  • the control device 61 controls the electric motor control unit 56 to rotate the electric motor 41 in the second rotation direction opposite to the first rotation direction (FIG. 3). T2, and S3) in the flowchart of FIG. That is, the motor 41 is reversely rotated by switching from the positive circuit 57a to the sub circuit 57b. Thereby, the pinion gear 53 rotates in the rotation direction opposite to the direction in which the wheel gear 12 is normally rotated.
  • the control device 61 When recognizing that the second limit switch 68b is turned on, the control device 61 stops the rotation of the electric motor 41 (t3 in FIG. 3) and shifts to the turning device stop state C. If the pinion gear 53 is not sufficiently separated from the wheel gear 12, the pinion gear 53 may be moved to the second position P2 using the moving mechanism 60.
  • the turning device 30 of the present embodiment performs the first rotation for rotating the pinion gear 53 in the forward rotation direction R2 based on the current value of the electric motor 41 detected by the current value detector 44. It is comprised so that it may reversely rotate from the direction to the 2nd rotation direction of the rotation direction opposite to a 1st rotation direction. As a result, it is possible to prevent the pinion gear 53 from being damaged by receiving an excessive load due to the reverse rotation of the turbine rotor 11 before the turbine rotor 11 rotates reversely.
  • the pinion gear 53 is configured to automatically reversely rotate based on the current value of the electric motor 41, the operator monitors the state of the turbine rotor 11 and operates the turning device 30. The burden can be reduced. Further, even when the reverse rotation sign state of the turbine rotor 11 cannot be detected due to an operator's oversight or the like, the possibility that the turning device 30 receives an excessive load due to the reverse rotation of the turbine rotor 11 can be reduced. Thereby, the effect which suppresses damage to the pinion gear 53 etc. which meshes with the wheel gear of the turbine rotor 11 can be acquired, and replacement and repair frequency of the turning device 30 can be reduced.
  • the pinion gear 53 is removed by the reverse rotation of the electric motor 41, the pinion gear 53 is moved to the second position P2 faster than the method of retracting the pinion gear 53 using the moving mechanism 60. It becomes possible.
  • the control device 61 when the current value of the electric motor 41 detected by the current value detector 44 is maintained at a predetermined value for a fixed time, the control device 61 is in a turning state (A ). Thereby, the malfunctioning of the movement mechanism 60 by the electric current value rise immediately after starting of the turning apparatus 30 can be suppressed. Further, since the control device 61 automatically detects that it is in the turning state (A), it is possible to reduce a work load such as monitoring the state of the turbine rotor 11 by the operator.
  • the control device 61 shifts to the reverse rotation sign state (t1).
  • the reverse rotation sign state (t1) Judge. Accordingly, it is possible to automatically detect the possibility of reverse rotation of the turbine rotor 11, and it is possible to reduce a work burden such as an operator monitoring the state of the turbine rotor 11.
  • the sign can be detected before the turbine rotor 11 actually starts reverse rotation, the possibility that the turning device 30 receives an excessive load due to the reverse rotation of the turbine rotor 11 may be reduced. it can. Thereby, the effect which suppresses damage to the pinion gear 53 etc. which meshes with the wheel gear of the turbine rotor 11 can be acquired, and replacement and repair frequency of the turning device 30 can be reduced.
  • the reverse rotation operation of the motor 41 can be easily performed by switching the rotation direction of the motor 41 by switching between the positive circuit 57a and the sub circuit 57b.
  • the current value detector 44 on the power supply line 55, it is easy to install the current value detection unit without installing a device for detecting the current value.
  • the control device 61 determines that the turning state (A) is in effect when the current value of the electric motor 41 detected by the current value detector 44 is maintained at a predetermined value for a certain period.
  • the configuration to be described has been described. Further, the configuration has been described in which the control device 61 determines that the state has shifted to the reverse rotation sign state (t1) when the current value exceeds the specified amount ⁇ 1 in the turning state (A).
  • the present invention is not limited to this configuration. Since the startup current is very large at the time of startup, the control device 61 may determine that the current is the startup current when the current value exceeds the specified amount ⁇ 2.
  • control device 61 may determine that the state has shifted to the reverse rotation sign state (C) when the current value is in the range of the specified amount ⁇ 1 or more and the specified amount ⁇ 2 or less. Also with this configuration, it is possible to obtain the same effect as in the above-described embodiment.
  • control device 61 may determine that the state has shifted to the reverse rotation sign state (t1) when the rotational speed of the turbine rotor 11 is lower than a predetermined value in the turning state (A). Also with this configuration, it is possible to obtain the same effect as in the above-described embodiment. Further, the control device 61 combines the determination based on the rotational speed of the turbine rotor 11 described above and the determination based on the current value to determine whether or not the state has shifted to the reverse rotation sign state (t1). Good. Even when the control device 61 detects a change (decrease) in the rotational speed of the turbine rotor 11, it can be determined that the forward rotation of the turbine rotor 11 is stagnant and the turbine rotor 11 is likely to rotate backward. Thereby, the malfunction which makes the control apparatus 61 reversely rotate the pinion gear 53 by the change of the torque and electric current value by factors other than reverse rotation of the turbine rotor 11 can be suppressed.
  • the method of reversing the rotation direction of the electric motor 41 is not limited to the method described above, and various methods can be adopted.
  • the turning device it is possible to suppress the turning device from receiving an excessive load during the reverse rotation of the turbine rotor, and to reduce the replacement and repair frequency of the turning device.

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Abstract

　このターニング装置（３０）は、電動機（４１）と、第一回転方向に回転駆動させることによって、ロータ（１１）に設けられたホイールギア（１２）を回転駆動させるピニオンギア（５３）であって、電動機（４１）の回転をホイールギア（１２）に伝達可能とする第一位置（Ｐ１）、及び、電動機（４１）の回転をホイールギア（１２）に伝達不能とする第二位置（Ｐ２）に移動するように構成されているピニオンギア（５３）と、ピニオンギア（５３）が第一位置（Ｐ１）にある状態において、電動機（４１）の電流値を検出する電流値検出部（４４）と、電流値検出部（４４）が検出する電流値に基づいて、ピニオンギア（５３）を第一回転方向とは逆の第二回転方向に回転させるように電動機（４１）を制御する制御装置（６１）と、を備える。

Description

ターニング装置及びターニング装置の制御方法
　本発明は、蒸気タービン等のロータを回転させるターニング装置及びターニング装置の制御方法に関する。
　蒸気タービン等の運転停止中に、高温のままタービンロータを回転させない状態で放置すると、タービン内部の蒸気またはガスの温度低下に伴ってタービン車室内で温度差が生じる。この温度差によりタービンロータに熱歪が生じたり、タービンロータの自重によってタービンロータに曲がりが発生したりする場合がある。
　そこで、蒸気タービン等に用いられるタービンロータに曲がりが生じるのを回避するために、蒸気タービン等の運転停止時および蒸気タービン起動前には、タービンロータを所定時間、低速度で回転させるターニングを行なう必要がある。このようなターニングを行なうために電動機の動力によってタービンロータを回転させるターニング装置が広く用いられている。
　このようなターニング装置においては、タービンロータが正回転を始めたときに、ターニング装置に過大な負荷が掛かる。この負荷によってターニング装置が破損することを防ぐために、ピニオンギアを脱させてターニング装置を保護する機構が設けられている。一方、蒸気タービン等のターニング中に、圧縮機プロセスガスの逆流等が発生することにより、タービンロータが逆回転することがある。このような場合においては、ピニオンギアが脱出来ず、ターニング装置に過大な負荷が掛かり、ターニング装置が破損することがある。
　ターニング装置の破損を避けるために、例えば特許文献１には、タービンロータの回転速度がターニング装置の回転速度を超えた場合、自動的にターニング装置がタービンロータから離脱するためのワンウェイクラッチと、ターニング装置の逆回転を防止（拘束）するためのワンウェイクラッチ（逆回転防止装置）とを備える装置が記載されている。
特開２０１２－１７７３２８号公報
　しかしながら、上記のようなターニング装置では、ワンウェイクラッチによりタービンロータの逆回転を防止（拘束）するために、ワンウェイクラッチがタービンロータの逆回転トルクを受け止めることとなる。ワンウェイクラッチは、タービンロータの逆回転を防止する際には、正回転時よりも大きな負荷が掛かる。このため、逆回転時の負荷によってワンウェイクラッチが破損するなどして、ワンウェイクラッチや、ターニング装置の交換や補修の頻度が高くなる可能性がある。
　本発明は、タービンロータの逆回転時にターニング装置が過大な負荷を受けることを抑制し、ターニング装置の交換および補修頻度を低減することができるターニング装置を提供する。
　本発明の第一の態様によれば、ターニング装置は、電動機と、第一回転方向に回転駆動させることによって、ロータに設けられたホイールギアを回転駆動させるピニオンギアであって、前記電動機の回転を前記ホイールギアに伝達可能とする第一位置、及び、前記電動機の回転を前記ホイールギアに伝達不能とする第二位置に移動するように構成されているピニオンギアと、前記ピニオンギアが前記第一位置にある状態において、前記電動機の電流値を検出する電流値検出部と、前記電流値検出部が検出する前記電流値に基づいて、前記ピニオンギアを前記第一回転方向とは逆の第二回転方向に回転させるように前記電動機を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。
　圧縮機のプロセスガスの逆流等によってロータが正回転から逆回転に遷移しようとする力が生じると、まず、ロータの正回転が停滞する。このとき、ターニング装置は、継続してロータを正回転させようとするため、ロータの正回転が停滞した分、電動機の電流値が増加する。上記構成によれば、制御装置は、電動機の電流値の変化を検知することにより、ロータが逆回転しようとしていると判断することができる。これにより、制御装置は、ロータが逆回転を開始する前に、ロータの逆回転兆候を検知して、ピニオンギアを逆回転するように制御することができる。このため、実際にロータが逆回転を開始すると、ピニオンギアが第二位置に蹴り出される。従って、ターニング装置がロータの逆回転による過大な負荷を受けることを回避することができる。
　また、電流値検出部が検出した電流値に基づいて制御装置が電動機を制御することにより、操作者がロータの状態を監視し、ターニング装置の操作を行う等の作業負担を削減することができる。また、操作者の見落とし等によってロータの逆回転を検知できず、ターニング装置がロータの逆回転による過大な負荷を受けるリスクを低減することができる。
　上記ターニング装置において、前記制御装置は、前記電流値検出部が検出した前記電流値が一定の値を超えた場合、前記ピニオンギアを前記第二回転方向に回転させるように前記電動機を制御してよい。
　圧縮機のプロセスガスの逆流等によってロータの正回転が停滞すると、電動機のトルクが変化（増加）する。さらに、ロータが正回転から逆回転に遷移しようとする力が強くなると、電動機の電流値も大きくなる。上記構成によれば、制御装置は、電動機の電流値が一定の値を超えたことを検知することにより、ロータが逆回転しそうであると判断することができる。これにより、制御装置は、ロータが逆回転を開始する前に、ロータの逆回転兆候を検知して、ピニオンギアを逆回転するように制御することができる。このため、実際にロータが逆回転を開始すると、ピニオンギアが第二位置に蹴り出される。従って、ターニング装置がロータの逆回転による過大な負荷を受けることを回避することができる。また、制御装置が自動的にこれらの動作を制御するように構成されているため、操作者がロータの状態を監視する等の作業負担を削減することができる。
　上記ターニング装置において、電源と前記電動機との間に設けられて前記電動機を前記第一回転方向に回転させる正回路と、電源と前記電動機との間に設けられて前記電動機を前記第二回転方向に回転させる副回路と、を有し、前記制御装置は、前記正回路と前記副回路とを切り替えることによって、前記電動機の回転方向を逆転させてよい。
　このような構成によれば、電動機の回転方向の逆転動作を容易に行うことができる。
　本発明の第二の態様によれば、ターニング装置の制御方法は、電動機と、第一回転方向に回転駆動させることによって、ロータに設けられたホイールギアを回転駆動させるピニオンギアであって、前記電動機の回転を前記ホイールギアに伝達可能とする第一位置、及び、前記電動機の回転を前記ホイールギアに伝達不能とする第二位置に移動するように構成されているピニオンギアと、を有し、前記電動機の回転駆動力を用いて駆動される前記ピニオンギアを前記ホイールギアに噛み合わせて前記ホイールギアを回転駆動させることによって、前記ロータを回転させるターニング装置の制御方法であって、前記電動機の電流値に基づいて、前記ピニオンギアを前記第一回転方向とは逆の第二回転方向にさせるように前記電動機を制御することを特徴とする。
　本発明に係るターニング装置によれば、タービンロータの逆回転時にターニング装置が過大な負荷を受けることを抑制し、ターニング装置の交換および補修頻度を低減することができる。
本発明の一実施形態に係るターニング装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係るターニング装置の断面図である。 ターニング装置のターニング中状態からの経過時間ごとの電動機の回転数、電流値およびリミットスイッチの状態の変化を表したグラフである。 ターニング装置の作用を説明するフローチャートである。 ターニング装置の作用について説明する拡大図である。
　（ターニング装置の構造）
　以下、本発明の実施形態に係るターニング装置３０について図１および図２を参照して説明する。
　ターニング装置３０は、例えば、蒸気タービン（不図示）のタービンロータ１１を低速で回転させるための装置である。
　本実施形態において、タービンロータ１１の一端には、タービンロータ１１の外周に一体的に取り付けられたホイールギア１２が設けられている。
　図１に示すように、ターニング装置３０は、ケーシング３１と、動力部４０と、動力伝達部５０とを備えている。ターニング装置３０は、タービンロータ１１の一端に配置されている。
　本実施形態において、図１の左右方向を幅方向、上下方向を上下方向、タービンロータ１１の軸方向を軸方向と称する。
　動力部４０は、電動機４１と、電動機４１の回転数を所定の速度比（減速比）で減じる減速機４２とを備えている。本実施形態において、動力部４０は、ケーシング３１の上面に配置されている。
　電動機４１は、電源線５５を介して交流電源５４と接続されている。電源線５５には、電動機４１を第一回転方向に回転駆動するための正回路５７ａと、電動機４１を第一回転方向とは反対の回転方向の第二回転方向に回転駆動するための副回路５７ｂとを有する電動機制御部５６が設けられている。
　本実施形態のターニング装置３０は、電動機４１を第一回転方向に回転させることによって、ピニオンギア５３がホイールギア１２を正回転させて、タービンロータ１１が正回転方向Ｒ２に回転するように構成されている。即ち、電動機４１を第一回転方向とは反対の回転方向の第二回転方向に回転させることによって、タービンロータ１１が逆回転方向Ｒ１に回転する。
　電流値検出器４４は、電源線５５に設けられている。また、電動機４１の出力軸と減速機４２の入力軸とはカップリングを介して接続されている。
　動力伝達部５０は、出力ギア５１と、連結ギア５２と、ピニオンギア５３とを備えている。本実施形態において、動力伝達部５０は、ケーシング３１の内部に配置されている。
　出力ギア５１には、減速機４２から不図示のベルトが掛け渡されており、これにより回転駆動力が伝達される。
　連結ギア５２は、出力ギア５１の下方おいて出力ギア５１と噛合するように配置されている。出力ギア５１が動力部４０からの回転駆動力により回転すると、連結ギア５２もともに回転する。
　ピニオンギア５３は、連結ギア５２の下方において連結ギア５２と噛合するように配置されている。ピニオンギア５３は、連結ギア５２の回転に伴って回転する。
　また、ピニオンギア５３は、図２に示すように、後述の移動機構６０により、ホイールギア１２と噛合する第一位置Ｐ１（破線で示す位置）と、ホイールギア１２との噛合が解除され、ホイールギア１２から径方向外方に向かって離間した第二位置Ｐ２（実線で示す位置）との間で移動可能に構成されている。
　ピニオンギア５３は、第一位置Ｐ１に位置するときは、タービンロータ１１のホイールギア１２と噛合し、動力部４０から伝達された回転駆動力によりホイールギア１２を回転させる。ターニング装置３０は、ホイールギア１２を回転させることにより、タービンロータ１１を回転させる。即ち、ピニオンギア５３が第一位置Ｐ１に位置するときは、電動機４１の回転をホイールギア１２に伝達可能である。
　また、ピニオンギア５３は、第二位置Ｐ２に位置するときは、タービンロータ１１のホイールギア１２との噛合が解除されているため、動力部４０から伝達された回転駆動力をホイールギア１２に伝達しない。即ち、ピニオンギア５３が第二位置Ｐ２に位置するときは、電動機４１の回転をホイールギア１２に伝達不能である。
　移動機構６０は、図１に示すように、制御装置６１と、エアシリンダ６２と、レバー６４と、移動ロッド６６と、ブラケット６７とを備える。
　制御装置６１は、電動機制御部５６と接続されており、制御装置６１からの指令によって、正回路５７ａと副回路５７ｂとが切り替えられる。即ち、制御装置６１は、電動機４１の回転方向を制御可能である。
　エアシリンダ６２は、制御装置６１の制御に従い、ピニオンギア５３を第一位置Ｐ１と第二位置Ｐ２との間で移動させるための動力源である。本実施形態において、エアシリンダ６２はケーシング３１の幅方向一方側の外側面に設けられている。
　エアシリンダ６２は、上下方向にスライド可能に延在するピストンロッド６２ａと、ピストンロッド６２ａを格納するエアシリンダケース６２ｂとを有する。エアシリンダ６２は、スプリングブッシュ６３を介してエアシリンダケース６２ｂに支持されている。
　ピストンロッド６２ａの上端部はケーシング３１の上面よりも上方の位置まで延出しており、幅方向に延在するレバー６４の第一端６４ａ側に接続されている。また、エアシリンダケース６２ｂの幅方向における側面には、レバー６４が挿通されるスリットが上下方向に形成されている。
　レバー６４の第二端６４ｂは、ケーシング３１の上面に設けられた支持部６５によって傾動可能に支持されている。このため、エアシリンダ６２のピストンロッド６２ａが上下方向にスライドすることにより、支持部６５に支持されたレバー６４の第二端６４ｂを支点として、ピストンロッド６２ａに連結されたレバー６４の第一端６４ａが上下方向に移動する。
　移動ロッド６６は上下方向に延在し、上端６６ａはケーシング３１の上面よりも上方の位置においてレバー６４とピストンロッド６２ａとが連結している位置と、レバー６４の第二端６４ｂとの間に傾動可能に連結されている。また、移動ロッド６６の下端６６ｂ側はケーシング３１の内部に挿入されている。移動ロッド６６は、レバー６４がエアシリンダのピストンロッド６２ａのスライド移動に伴い傾動することにより、連動して上下方向に移動する。
　ブラケット６７は、略Ｌ字状に形成された板状の部材である。ブラケット６７の第一端６７ａは移動ロッド６６の下端６６ｂに傾動可能に連結されている。また、ブラケット６７の第二端６７ｂはピニオンギア５３の中心軸に連結されおり、中間部６７ｃは連結ギア５２の中心軸に連結されている。このため、ブラケット６７は、移動ロッド６６の上下方向への移動に伴い、中間部６７ｃを支点として第一端６７ａは上下方向に、第二端６７ｂはホイールギア１２の径方向に移動する。具体的には、図２に示すように、移動ロッド６６が下方向に移動すると、ブラケット６７の中間部６７ｃを支点として、ブラケット６７の第一端６７ａは下方向に移動し、ブラケット６７の第二端６７ｂはホイールギア１２の径方向外方側に向かって移動する。このとき、ブラケット６７の第二端６７ｂはピニオンギア５３の中心軸に連結されているため、ピニオンギア５３もホイールギア１２の径方向外方側（第二位置Ｐ２）に向かって移動する。また、移動ロッド６６が上方向に移動すると、ブラケット６７の中間部６７ｃを支点として、ブラケット６７の第一端６７ａは上方向に移動し、ブラケット６７の第二端６７ｂはホイールギア１２の径方向内方側に向かって移動する。このとき、ブラケット６７の第二端６７ｂはピニオンギア５３の中心軸に連結されているため、ピニオンギア５３もホイールギア１２の径方向内方側（第一位置Ｐ１）に向かって移動する。
　移動機構６０は、ピニオンギア５３の位置を検出するための位置検出装置３２を備えている。位置検出装置３２は、ピストンロッド６２ａに設けられた蹴り部材４６と、ピニオンギア５３が第一位置Ｐ１にある場合に蹴り部材４６によって蹴られる第一リミットスイッチ６８ａと、ピニオンギア５３が第二位置Ｐ２にある場合に蹴り部材４６によって蹴られる第二リミットスイッチ６８ｂと、を有している。
　即ち、ピニオンギア５３が第一位置Ｐ１にある場合には、第一リミットスイッチ６８ａがＯＮ状態となり、即ち、ピニオンギア５３が第二位置Ｐ２にある場合には、第二リミットスイッチ６８ｂがＯＮ状態となる。
　（ターニング装置の動作）
　次に、ターニング装置３０の動作について図１～５を参照して説明する。
　まず、ターニング開始にあたって、ターニング装置３０を起動すると、制御装置６１は、移動機構６０を制御してピニオンギア５３を第一位置Ｐ１に位置させるとともに、電動機制御部５６の正回路５７ａを用いて電動機４１を駆動する。正回路５７ａを用いて電動機４１が回転駆動されることによって、電動機４１は、第一回転方向に回転する。また、第一リミットスイッチ６８ａが、位置検出装置３２がピニオンギア５３が第一位置Ｐ１にあることを検出する。
　なお、ターニング装置３０が稼働している間、制御装置６１は、電流値検出器４４で検出された電動機４１の電流値を、所定の間隔毎に取得している（図４のフローチャートのＳ１）。
　電動機４１の回転駆動力は、減速機４２に伝達され、減速機４２において所定の速度比（減速比）で回転数が減じられる。そして、電動機４１の回転駆動力は、動力伝達部５０の出力ギア５１へ伝達する。
　出力ギア５１は、減速機４２から伝達された回転駆動力により回転を始め、出力ギア５１と噛合する連結ギア５２を回転させる。これにより、連結ギア５２と噛合するピニオンギア５３も回転を始める。
　このとき、ピニオンギア５３は図１に示す第一位置Ｐ１に位置している。つまり、タービンロータ１１のホイールギア１２と噛合している。このため、ピニオンギア５３が回転することにより、ホイールギア１２とともにタービンロータ１１も正回転方向Ｒ２に回転を始める。
　ターニング装置３０の起動直後は、電流値検出器４４によって検出される電流値が一時的に上昇する。本実施形態において、制御装置６１は、ターニング装置３０の起動後の電流値が一定の間所定値を維持したときに、ターニング開始状態からターニング中状態（図３におけるＡ区間）に移行したと判断する。これにより、ターニング装置３０の起動直後における電流値の上昇を起動電流であると判断し、タービンロータ１１の逆回転の誤検出を抑制する。なお、ターニング中状態（Ａ）への移行の判断は、操作者の操作によって制御装置６１に指示を行うことによって判断してもよい。
　ターニング中状態（Ａ）では、図３に示すように、電流値は所定値で一定となり、タービンロータ１１の回転数は所定値Ｎ１となる。
　しかしながら、圧縮機のプロセスガスの逆流等により、タービンロータ１１を逆回転させる方向に力が生じると、タービンロータ１１が正回転しにくくなる場合がある。この場合、電動機４１のトルク及び電流値は所定値より上昇する。つまり、電動機の電流値が上昇する（図３のｔ１）。
　制御装置６１は電流値が規定量α１を超えたことを検知すると（図４のフローチャートのＳ２）、タービンロータ１１の逆回転兆候を検知したと判断して、ターニング中状態Ａからピニオンギア動作状態Ｂに移行する。
　制御装置６１は、タービンロータ１１の逆回転の兆候を検知すると、電動機制御部５６を制御して、電動機４１を第一回転方向とは反対の回転方向の第二回転方向に回転させる（図３のｔ２，図４のフローチャートのＳ３）。即ち、正回路５７ａから副回路５７ｂに切り替えて電動機４１を逆回転させる。これにより、ピニオンギア５３は、ホイールギア１２を正回転させる方向とは逆の回転方向に回転する。
　次いで、タービンロータ１１の逆回転方向Ｒ１（正回転方向Ｒ２とは反対方向の回転方向）の回転が開始されると、図５に示すように、ピニオンギア５３は、ホイールギア１２から符号Ｆで示す力を受ける。これによって、ピニオンギア５３は、符号Ｔで示す方向に移動する。
　ピニオンギア５３が方向Ｔに移動することによって、ピニオンギア５３とホイールギア１２との噛合が解除される。また、ピニオンギア５３が方向Ｔに移動することによって、ブラケット６７、及び移動ロッド６６を介してレバー６４がピストンロッド６２ａを下方向に移動する。これにより、第二リミットスイッチ６８ｂがＯＮとなり、制御装置６１はピニオンギア５３が第二位置Ｐ２に退避したことを認識する。
　制御装置６１は、第二リミットスイッチ６８ｂがＯＮになったことを認識すると、電動機４１の回転を停止して（図３のｔ３）、ターニング装置停止状態Ｃに移行する。
　なお、ピニオンギア５３が十分にホイールギア１２から離間しない場合は、移動機構６０を用いてピニオンギア５３を第二位置Ｐ２まで移動させてもよい。
　圧縮機のプロセスガスの逆流等によりタービンロータ１１が逆回転する方向への力が大きく、タービンロータ１１の正回転が維持できなくなると、逆回転兆候状態から、タービンロータ１１の逆回転状態に移行する。ここで、ピニオンギア５３がホイールギア１２と噛合した状態のままであると、トルクは上限値を超え、タービンロータ１１の回転数はゼロからマイナスの値となる。つまり、タービンロータ１１が逆回転を開始する。このため、ピニオンギア５３にはタービンロータ１１によって逆回転方向への過大な負荷がかかり、ピニオンギア５３が破損する可能性がある。また、このような負荷は、ピニオンギア５３からターニング装置３０全体へ伝達され、ターニング装置３０が破損する可能性がある。
　しかしながら、本実施形態においては、タービンロータ１１の逆回転状態に移行する以前に、逆回転兆候状態（ｔ１）の段階で、ピニオンギア５３を逆回転させて、ピニオンギア５３をホイールギア１２から脱させるように動作する。このため、タービンロータ１１の逆回転を開始しても、ターニング装置３０に過大な負荷がかかることを避けることができる。
　次に、本実施形態におけるターニング装置３０の効果を説明する。
　上述のように、本実施形態のターニング装置３０は、電流値検出器４４により検出された電動機４１の電流値に基づいて、ピニオンギア５３をホイールギア１２を正回転方向Ｒ２に回転させる第一回転方向から、第一回転方向とは反対の回転方向の第二回転方向に逆回転させるように構成されている。これにより、タービンロータ１１が逆回転する前に、タービンロータ１１の逆回転による過大な負荷を受けてピニオンギア５３の破損等が生じることを抑制することができる。
　また、電動機４１の電流値に基づいて自動的にピニオンギア５３を逆回転させるように構成されているため、操作者がタービンロータ１１の状態を監視し、ターニング装置３０の操作を行う等の作業負担を削減することができる。また、操作者の見落とし等によってタービンロータ１１の逆回転兆候状態を検知できなかった場合においても、ターニング装置３０がタービンロータ１１の逆回転による過大な負荷を受ける可能性を低減することができる。これにより、タービンロータ１１のホイールギアと噛合するピニオンギア５３等の破損を抑える効果を得ることができ、ターニング装置３０の交換および補修頻度を低減させることができる。
　また、電動機４１の逆転によりピニオンギア５３を脱させる構成としたことによって、移動機構６０を用いてピニオンギア５３を退避させる方法と比較して、より早くピニオンギア５３を第二位置Ｐ２に移動させることが可能となる。
　上述のように、本実施形態のターニング装置３０において、電流値検出器４４により検出された電動機４１の電流値が一定の間、所定値を維持したときに、制御装置６１はターニング中状態（Ａ）であると判断する。これにより、ターニング装置３０の起動直後の電流値上昇による移動機構６０の誤動作を抑えることができる。また、制御装置６１が自動的にターニング中状態（Ａ）であることを検知するため、操作者がタービンロータ１１の状態を監視する等の作業負担を削減することができる。
　上述のように、本実施形態のターニング装置３０において、ターニング中状態（Ａ）において電動機４１の電流値が規定量α１を超えた場合に、制御装置６１は逆回転兆候状態（ｔ１）に移行したと判断する。これにより、タービンロータ１１の逆回転の可能性を自動的に検知することが可能となり、操作者がタービンロータ１１の状態を監視する等の作業負担を削減することができる。また、実際にタービンロータ１１が逆回転を開始する前にその兆候を検知することが可能であるため、ターニング装置３０がタービンロータ１１の逆回転により過大な負荷を受ける可能性を低減させることができる。これにより、タービンロータ１１のホイールギアと噛合するピニオンギア５３等の破損を抑える効果を得ることができ、ターニング装置３０の交換および補修頻度を低減させることができる。
　また、電動機４１の回転方向の逆転を、正回路５７ａと副回路５７ｂとを切り替えることによって行うことによって、電動機４１の回転方向の逆転動作を容易に行うことができる。
　また、電流値検出器４４を、電源線５５に設けたことによって、前記電流値検出用に装置を設置することなく、電流値検出部の設置が容易となる。
　以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
　例えば、上述の実施形態においては、電流値検出器４４により検出された電動機４１の電流値が一定の間、所定値を維持したときに、ターニング中状態（Ａ）であると制御装置６１が判断する構成について説明した。また、ターニング中状態（Ａ）において電流値が規定量α１を超えた場合に、逆回転兆候状態（ｔ１）に移行したと制御装置６１が判断する構成について説明した。しかしながら、この構成に限られることはない。
　起動時は起動電流が非常に大きいため、制御装置６１は、電流値が規定量α２を超えるときは起動電流であると判断してもよい。つまり、制御装置６１は、電流値が、規定量α１以上、規定量α２以下の範囲となった場合、逆回転兆候状態（Ｃ）に移行したと判断してもよい。この構成によっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
　また、制御装置６１は、ターニング中状態（Ａ）においてタービンロータ１１の回転数が所定値よりも下降した場合に、逆回転兆候状態（ｔ１）に移行したと判断してもよい。この構成によっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
　さらに、制御装置６１は、上記において説明したタービンロータ１１の回転数に基づく判断と、電流値に基づく判断とを組み合わせて、逆回転兆候状態（ｔ１）に移行したかどうかの判断をしてもよい。制御装置６１がタービンロータ１１の回転数の変化（減少）を検知することによっても、タービンロータ１１の正回転が停滞し、タービンロータ１１が逆回転しそうであると判断することができる。これにより、タービンロータ１１の逆回転以外の要因によるトルク及び電流値の変化によって、制御装置６１がピニオンギア５３を逆回転させる誤動作を抑制することができる。
　また、電動機４１の回転方向を逆転させる方法は、上述した方法に限ることはなく、様々な方法を採用することができる。
　上述のターニング装置によれば、タービンロータの逆回転時にターニング装置が過大な負荷を受けることを抑制し、ターニング装置の交換および補修頻度を低減することができる。
　１１　タービンロータ（ロータ）
　１２　ホイールギア
　３０　ターニング装置
　３１　ケーシング
　３２　位置検出装置
　４０　動力部
　４１　電動機
　４２　減速機
　４４　電流値検出器（電流値検出部）
　４６　蹴り部材
　５０　動力伝達部
　５１　出力ギア
　５２　連結ギア
　５３　ピニオンギア
　５４　交流電源
　５５　電源線
　５６　電動機制御部
　５７ａ　正回路
　５７ｂ　副回路
　６０　移動機構
　６１　制御装置
　６２　エアシリンダ
　６２ａ　ピストンロッド
　６２ｂ　エアシリンダケース
　６４　レバー
　６５　支持部
　６６　移動ロッド
　６７　ブラケット
　６８　リミットスイッチ
　６８ａ　第一リミットスイッチ
　６８ｂ　第二リミットスイッチ
　Ｐ１　第一位置
　Ｐ２　第二位置

Claims (4)

  1. 　電動機と、
    　第一回転方向に回転駆動させることによって、ロータに設けられたホイールギアを回転駆動させるピニオンギアであって、前記電動機の回転を前記ホイールギアに伝達可能とする第一位置、及び、前記電動機の回転を前記ホイールギアに伝達不能とする第二位置に移動するように構成されているピニオンギアと、
    　前記ピニオンギアが前記第一位置にある状態において、前記電動機の電流値を検出する電流値検出部と、
    　前記電流値検出部が検出する前記電流値に基づいて、前記ピニオンギアを前記第一回転方向とは逆の第二回転方向に回転させるように前記電動機を制御する制御装置と、
    　を備えるターニング装置。
  2. 　前記制御装置は、
    　前記電流値検出部が検出した前記電流値が一定の値を超えた場合、前記ピニオンギアを前記第二回転方向に回転させるように前記電動機を制御する、
    　請求項１に記載のターニング装置。
  3. 　電源と前記電動機との間に設けられて前記電動機を前記第一回転方向に回転させる正回路と、
    　電源と前記電動機との間に設けられて前記電動機を前記第二回転方向に回転させる副回路と、を有し、
    　前記制御装置は、前記正回路と前記副回路とを切り替えることによって、前記電動機の回転方向を逆転させる請求項１又は請求項２に記載のターニング装置。
  4. 　電動機と、
    　第一回転方向に回転駆動させることによって、ロータに設けられたホイールギアを回転駆動させるピニオンギアであって、前記電動機の回転を前記ホイールギアに伝達可能とする第一位置、及び、前記電動機の回転を前記ホイールギアに伝達不能とする第二位置に移動するように構成されているピニオンギアと、を有し、
    　前記電動機の回転駆動力を用いて駆動される前記ピニオンギアを前記ホイールギアに噛み合わせて前記ホイールギアを回転駆動させることによって、前記ロータを回転させるターニング装置の制御方法であって、
    　前記電動機の電流値に基づいて、前記ピニオンギアを前記第一回転方向とは逆の第二回転方向にさせるように前記電動機を制御する、ターニング装置の制御方法。
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