(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電プラント等を構成する配管の周囲部に同軸的に取付けられるリングレールと、このリングレールに案内されて前記配管の周方向に沿う旋回動作を行う台車と、この台車に搭載された自動溶接用のトーチとを備えた配管自動溶接装置において、前記台車を前記リングレールに案内する手段として、前記リングレールの軸方向両側面に周方向全体に亘ってそれぞれ形成した断面略Ｖ字形のガイド溝と、前記台車の対向位置に設けられ前記各ガイド溝にＶ形周縁部を嵌合させて転動する一対の走行用車輪およびその各走行用車輪に一定距離離間する配置で前記台車の対向位置に設けられ前記各ガイド溝にＶ形周縁部を嵌合させて転動する一対の転倒防止用車輪とを備え、前記走行用車輪の前記台車への軸受は非自動調心軸受とする一方、前記転倒防止用車輪の前記台車への軸受は自動調心軸受としたことを特徴とする配管自動溶接装置。
【請求項２】
請求項１記載の配管自動溶接装置において、リングレールと前記台車とは互いに着脱可能に構成されていることを特徴とする配管自動溶接装置。
【請求項３】
請求項２記載の溶接機の配管自動溶接装置において、台車は、互いに対向する各一対の走行用車輪同士および転倒防止用車輪同士をリングレールの各ガイド溝への嵌合度を増大する方向に付勢する弾性手段と、この弾性手段の付勢力に抗して前記走行用車輪同士および転倒防止用車輪同士をそれぞれリングレールの各ガイド溝への嵌合度合を減少する方向に移動調整する調整手段とを有することを特徴とする配管自動溶接装置。
【請求項４】
請求項３記載の配管自動溶接装置を配管に取付け、または配管から取外す配管自動溶接装置の取扱い方法であって、配管に配管自動溶接装置を取付ける場合には、まずリングレールを開状態で配管の外周側に配置した後、そのリングレールを閉状態としてリングレール内の板ばねの作用で配管とリングレールとの間の心合せを自動的に行わせ、この状態でリングレールを配管に固定し、その後に台車の走行用車輪同士および転倒防止用車輪同士の間隔が拡大する方向に弾性手段の付勢力に抗して調整手段を調整して各車輪をリングレールの各ガイド溝に配置した後、当該調整手段を弾性手段の付勢力に沿う方向に調整力を弾性を緩めながら各ガイド溝に各車輪を嵌合することで取付け操作を行い、一方、配管から配管自動溶接装置を取外す場合には前記と逆に、台車の走行用車輪同士および転倒防止用車輪同士の間隔が拡大する方向に弾性手段の付勢力に抗して調整手段を調整してリングレールの各ガイド溝に嵌合している各車輪をそのガイド溝から外し、これにより台車をリングレールから取り外した後、リングレールを開状態として配管から取外す操作を行うことを特徴とする配管自動溶接装置の取扱い方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば火力発電プラントや原子力発電プラント等の配管を自動溶接する際に使用される配管自動溶接装置およびこの配管自動溶接装置を配管に着脱するための取扱い方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、火力発電プラントや原子力発電プラント等の配管に装着して、その配管を周方向に沿って自動溶接する配管自動溶接装置は種々知られている。
【０００３】
図１０は、このような配管自動溶接装置の一般的な構成を例示した断面図である。この配管自動溶接装置は、発電プラント等に配設される配管１の周囲部に同軸的に取付けられるリングレール２と、このリングレール２に案内されて配管１の周方向に沿う旋回動作を行う台車３と、この台車３に搭載された自動溶接用のトーチ４とを備えている。
【０００４】
リングレール２には、このリングレールの周壁に螺挿されて配管１を締付ける複数、例えば３個の固定ねじ５が周方向に間隔的に設けられ、これらの固定ねじ５の配管１外周面への当接度合いを調整することにより、配管１およびリングレール２の軸心を一致させるようになっている。リングレール１の軸方向両側面と内外周面との各コーナー部はそれぞれ傾斜面とされ、これらの傾斜面が下記のロールを案内するガイド面６となっている。また、台車３はリングレール２を軸方向で囲む断面略コ字形とされており、リングレール２の軸方向両側面に対向する部位にロールホルダ７を有している。ロールホルダ７は押しねじ８によってリングレール２側に押し付けられるようになっている。
【０００５】
ロールホルダ７には軸心が傾斜したロール９が設けられ、このロール９がリングレール２のコーナー部のガイド面６に転接し、これによって台車３がリングレール２にガイドされ、配管１の外周面に沿って旋回できるようになっている。
【０００６】
なお、台車３には図示しないモータ等の駆動源によって回転駆動されるピニオン１０が設けられ、このピニオン１０がリングレール２の外周面に設けられたリング状のラック１１に噛合し、これらピニオン１０とラック１１の係合によって台車３が配管１の周囲を旋回するようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の構成では、リングレール２と配管１との心合せをリングレール２に螺挿した固定ねじ５の挿入度合いを調整することで行うようになっているが、この調整作業は配管１とリングレール２との間の距離を測定しながら行うため、取り付け時においてはリングレール２および台車３を保持するする作業者や、固定ねじ５の調整および配管１とリングレール２との距離を測定する作業者が必要となり、これら複数の作業者により多くの手間がかかるうえに、操作が繁雑で長時間が費やされ、作業能率が低いものであった。
【０００８】
また、リングレール２は配管１の外周側を覆う状態で取付ける必要から、分割形状とする等、取付け上での工夫が種々行われている。この場合、リング形状の金属成形体を切断加工等によって分割することが多いが、その分割加工の際に金属材料内の残留応力が解放されて形状変化を起し易い。通常は修正加工を行って変形分を除去しているが、完全に除去することはできない。また、ロール９でリングレール２を挟み込み、このロール９を保持するロールホルダ７を押しねじ８によってリングレール２に加圧するようになっているが、このような構造においては、リングレール２の変形分に十分な対応が不可能となるため、台車３が配管１の周囲に沿って滑らかに旋回できない。このように、台車３の動作が不均一なものとなると、溶接作業時における溶接用トーチ４の動きが不均一となり、そのトーチ４の先端の動作制御に悪影響が生じて、配管溶接部１２の溶接品質低下の原因となる。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、被溶接対象としての配管への取付けおよび取り外し等の作業が簡単に行え、溶接段取り等の時間を短縮して取扱いに係る作業能率の向上を図ることができるとともに、溶接作業が円滑に行えて溶接不良の発生防止等が有効的に図れる配管自動溶接装置および同装置の取扱い方法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】
前記の目的を達成するために、請求項１の発明は、発電プラント等を構成する配管の周囲部に同軸的に取付けられるリングレールと、このリングレールに案内されて前記配管の周方向に沿う旋回動作を行う台車と、この台車に搭載された自動溶接用のトーチとを備えた配管自動溶接装置において、前記台車を前記リングレールに案内する手段として、前記リングレールの軸方向両側面に周方向全体に亘ってそれぞれ形成した断面略Ｖ字形のガイド溝と、前記台車の対向位置に設けられ前記各ガイド溝にＶ形周縁部を嵌合させて転動する一対の走行用車輪およびその各走行用車輪に一定距離離間する配置で前記台車の対向位置に設けられ前記各ガイド溝にＶ形周縁部を嵌合させて転動する一対の転倒防止用車輪とを備え、前記走行用車輪の前記台車への軸受は非自動調心軸受とする一方、前記転倒防止用車輪の前記台車への軸受は自動調心軸受としたことを特徴とする配管自動溶接装置にある。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１記載の配管自動溶接装置において、リングレールと前記台車とは互いに着脱可能に構成されていることを特徴とする配管自動溶接装置にある。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２記載の溶接機の配管自動溶接装置において、台車は、互いに対向する各一対の走行用車輪同士および転倒防止用車輪同士をリングレールの各ガイド溝への嵌合度を増大する方向に付勢する弾性手段と、この弾性手段の付勢力に抗して前記走行用車輪同士および転倒防止用車輪同士をそれぞれリングレールの各ガイド溝への嵌合度合を減少する方向に移動調整する調整手段とを有することを特徴とする配管自動溶接装置にある。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項３記載の配管自動溶接装置を配管に取付け、または配管から取外す配管自動溶接装置の取扱い方法であって、配管に配管自動溶接装置を取付ける場合には、まずリングレールを開状態で配管の外周側に配置した後、そのリングレールを閉状態としてリングレール内の板ばねの作用で配管とリングレールとの間の心合せを自動的に行わせ、この状態でリングレールを配管に固定し、その後に台車の走行用車輪同士および転倒防止用車輪同士の間隔が拡大する方向に弾性手段の付勢力に抗して調整手段を調整して各車輪をリングレールの各ガイド溝に配置した後、当該調整手段を弾性手段の付勢力に沿う方向に調整力を弾性を緩めながら各ガイド溝に各車輪を嵌合することで取付け操作を行い、一方、配管から配管自動溶接装置を取外す場合には前記と逆に、台車の走行用車輪同士および転倒防止用車輪同士の間隔が拡大する方向に弾性手段の付勢力に抗して調整手段を調整してリングレールの各ガイド溝に嵌合している各車輪をそのガイド溝から外し、これにより台車をリングレールから取り外した後、リングレールを開状態として配管から取外す操作を行うことを特徴とする配管自動溶接装置の取扱い方法にある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図１〜図９を参照して説明する。図１は本実施形態に係る配管自動溶接装置の構成を一部断面で示す側面図であり、図２は図１の平面図である。図３は図１で示すリングレールを板ばねが原形にある状態で示す平面図であり、図４は板ばねの数を多くした変形例を示す平面図である。
【００１６】
図１および図２に示すように、本実施形態の配管自動溶接装置は、発電プラント等に例えば上下方向に沿って配設される配管２１の周囲部に同軸的に取付けられるリングレール２２と、このリングレール２２に案内されて配管２１の周方向に沿う旋回動作を行う台車２３と、この台車２３に搭載された自動溶接用のトーチ２４とを備えている。
【００１７】
リングレール２２は、配管２１の周囲部で開閉し得る二つ割り構造の半リング状レールエレメント２５，２６からなっている。これらのレールエレメント２５，２６は、互いに一端側において回転継手２７により連結され、他端側において締め金具２８により着脱可能に係止されている。
【００１８】
各レールエレメント２５，２６の内側には、互いにばね定数の等しい板ばね２９，３０が対象的に設置され、これらの板ばね２９，３０によって配管２１を相対する方向から均等な弾性力で挟み付けることにより、配管２１とリングレール２２との軸心を一致させるようになっている。すなわち、板ばね２９，３０は図３に示すように、例えば平板状のものを半円弧状に湾曲して、各レールエレメント２５，２６の内側に一対係止したものである。そして、配管２１への取付けに際し、これらのレールエレメント２５，２６を開いた状態で配管２１を挟み、その後閉じることにより、図２に示すように、板ばね２９，３０が配管２１の外周面に圧接して弓形に湾曲し、配管２１を同心位置に押付けるようになるものである。この図３に示した一対の板ばね２９，３０を有する構成のものは、配管径が比較的小さい場合に適用することが望ましい。
【００１９】
なお、図４に示すように、リングレール２２の各レールエレメント２５，２６に、２枚以上の板ばね２９ａ，２９ｂ、３０ａ，３０ｂをそれぞれ取付けた構成とすることも可能である。この図４に示す構成のものは。配管径が比較的大きい場合に適用することが望ましい。
【００２０】
また、図２に示すように、リングレール２２の周壁には、配管２１を締付ける複数、例えば４個の固定ねじ３１が周方向に間隔的に螺挿されている。これらの固定ねじ３１を配管１の外周面に当接することで、配管２１にリングレール２２を互いの軸心を一致させた状態で固定することができる。
【００２１】
次に、台車２３は図１に示すように縦断面略コ字形をなすもので、リングレール２２の軸方向両側面（上下面）２２ａ，２２ｂを跨ぐ状態で配置されている。この台車２３は図５〜図７等にも示すように、リングレール２２の軸方向および周方向に沿う配置で複数の車輪３２，３３，３４，３５を有し、これらの車輪３２，３３，３４，３５をリングレール２２の軸方向両側面２２ａ，２２ｂの表面側で転動することによって、そのリングレール２２にガイドされて配管２１の周囲に沿って旋回するようになっている。すなわち、台車２３はリングレール２２の軸方向および周方向に沿う所定の幅を有する構成となっている。
【００２２】
この台車２３に駆動源としてＤＣモータ３６が設けられ、このモータ３６の回転軸にカップリング３７を介して連結されたピニオン軸３８が台車２３にブラケット３９，４０により支持されている。このピニオン軸３８に取付けたピニオン４１が、リングレール２２の外周面に一体に設けたラック４２に噛合しており、これらピニオン４１およびラック４２を介して、モータ３６の駆動力がリングレール２２に伝達され、その反作用で台車２３がリングレール２２の外周面、すなわち配管２１の周囲に沿って旋回するようになっている。
【００２３】
次に図５〜図９によって、台車２３をリングレール２２に案内する手段としての車輪３２，３３，３４，３５等について説明する。図５は台車の車輪支持構造部を示す断面図であり、図６および図７は一部を断面で示す図５の側面図および平面図である。図８は車輪間隔およびガイド溝等を示す説明図であり、図９は車輪のガイド溝への係合状態を示す断面図である。
【００２４】
これらの図５〜図９に示すように、リングレール２２の軸方向両側面２２ａ，２２ｂには、周方向全体に亘って断面略Ｖ字形のガイド溝４３，４４がれぞれ形成されており、車輪３２，３３，３４，３５は台車２２の対向位置に一対ずつ配置され、それぞれリングレール２２の各ガイド溝４３，４４に、Ｖ形周縁部を嵌合させて転動するようになっている。
【００２５】
台車２３はリングレール２２の軸方向一方（下方）で対向する車輪ホルダ４５を有し、この車輪ホルダ４５は、台車２３に縦長なガイドバー４６を介して上下方向に摺動可能に支持されている。
【００２６】
このガイドバー４６は、図５および図６に示すように、上端部がスナップリング４７，４８によって台車２３に固定されるとともに、下端部が車輪ホルダ４５に設けた摺動用ベアリング４９に挿通され、これにより車輪ホルダ４５を昇降可能に支持している。
【００２７】
このガイドバー４６と平行に、引張りコイルばね５０が配置され、この引張りコイルばね５０の各端部（上下端部）が、ばね押え５１，５２を介して台車２３の下面および車輪ホルダ４５の上面にそれぞれ連結されている。この引張りコイルばね５０により、車輪３２と３３，車輪３４と３５が、それぞれ対向する方向に引き寄せられるようになり、これにより各車輪３２，３３，３４，３５のガイド溝４３，４４に対する嵌合度を増大する方向に付勢する弾性手段が構成される。
【００２８】
また、車輪ホルダ４５にはガイドバー４６と平行な配置で調整ねじ５３が配置されている。この調整ねじ５３の下端部が車輪ホルダ４５に固定ピン５４を介して固定されるとともに、この調整ねじ５３の上端部の雄ねじ部５５が台車２３の孔５６に挿通され、その雄ねじ部５５に螺合した調整ナット５７を回動させることで、この調整ナット５７を介して台車２３を上下に移動させることができるようになっている。これら調整ねじ５３および調整ナット５７により、弾性手段の付勢力に抗して車輪３２，３３，３４，３５のガイド溝４３，４４に対する嵌合度合を減少する方向に移動調整する調整手段が構成される。
【００２９】
また、上述した車輪３２，３３，３４，３５のうち、上下方向で対向する一組の車輪３２，３３が、主に台車２３の走行支持を行うための走行用車輪とされている。これらの走行用車輪３２，３３は、台車２３および車輪ホルダ４５に、車輪軸５８および軸受５９を介して回転自在に支持されている。これら走行用車輪３２，３３を支持する軸受５９は、軸心が一定とされた非自動調心軸受とされている。
【００３０】
また、別の対向する一組の車輪３４，３５は、台車２３の走行補助を行うための転倒防止用車輪とされている。これらの転倒防止用車輪３４，３５は、走行用車輪３２，３３からそれぞれ一定距離離間する配置で設けられ、台車２３および車輪ホルダ４５に、車輪軸６０および軸受６１を介して回転自在に支持されている。これらの車輪３４，３５を支持する軸受６１は、自動的に調心を行う自動調心軸受とされている。
【００３１】
そして、図８に示すように、リングレール２２に形成したＶ形のガイド溝４３，４４は、曲率Ｒを有してリングレール２２と同心円上に配置されている。また、走行用車輪３２，３３と転倒防止用車輪３４，３５とは、互いに角度θで軸心を交差した配置とされている。これにより、例えばリングレール２２の種類が変わり、曲率Ｒが変化した場合には、角度θも自動調心軸受６１の作用によって変化し、台車２３はリングレール２２の種類の変化に対応して自由に走行できるようになっている。従来の技術では、この変化に対応することができなかったが、本発明においては、一台の台車２３が曲率の変化した複数のリングレール２２に対応して任意に使用可能となる。
【００３２】
次に作用を説明する。
【００３３】
本実施形態の配管自動溶接装置を配管２１に取付ける場合には、まずリングレール２２を開状態として配管２１の外周側に配置した後、リングレール２２を閉状態として、そのリングレール２２内の板ばね２９，３０の作用で配管２１とリングレール２２との間の心合せを自動的に行わせる。この状態でリングレール２２を締付け手段としての締め金具２８で締結し、その後に台車２３の走行用車輪３２，３３同士および転倒防止用車輪３４，３５同士の間隔が拡大する方向に、弾性手段としての引張りコイルばね５０の付勢力に抗して調整手段としての調整ナット５７を調整し、各車輪３２，３３，３４，３５をリングレール２２の各ガイド溝４３，４４に配置する。この後、調整ナット５７を緩めて引張りコイルばね５０の付勢力に沿う方向に調整力を与えながら各ガイド溝４３，４４に各車輪３２，３３，３４，３５を嵌合することで、取付け操作を行う。
【００３４】
この場合、リングレール２２は、台車２３をラック４２およびピニオン４１間で分離した状態として、リングレール単体で締め金具２８を締めることにより、配管に取り付けることができる。その際、配管２２と接触する板ばね２９，３０は、ばね定数が同一のものを複数配置してあるので、配管２１とリングレール２２との軸心は自動的に合致することとなる。この状態で固定ねじ３１の締付けを行うが、配管２１とリングレール２２との心合わせがすでに行われているため、対向する固定ねじ３１同士をリングレール２２が動かない程度の注意をもって締め付けるだけでよい。
【００３５】
したがって、本実施形態によれば、リングレール２２と配管２１との間の寸法を測定しながら固定ねじを締め付ける必要はなく、容易に作業を行うことができ、従来の煩わしい心合せ等が省略でき、作業の簡単化が図られ、一人作業等も可能となる。
【００３６】
また、リングレール２２の取付け後は、車輪３２，３３，３４，３５がリングレール２２を挟んで対向する位置に配置され、リングレール２２のガイド溝４３，４４に嵌合する。この場合、走行用車輪３２，３３は非自動調心軸受５９で支持されており、また引張りコイルばね５０でガイド溝４３，４４から外れないように付勢されているため、リングレール２２の半径方向等に台車２３の重量モーメントが作用しても、台車２３が倒れることなく安定した姿勢に確保される。
【００３７】
また、車輪車輪３２，３３，３４，３５は上記のようにリングレール２２のガイド溝４３，４４から外れないように引張りコイルばね５０で付勢されることに加え、ガイドバー４６および調整ねじ５３を介して台車２３に間接的に取付けられているので、仮に引張りコイルばね５０の作用により二つ割りリング状のレールエレメント２５，２６が微妙に変形していても、台車は確実かつ円滑にリングレール２２に沿って走行することができる。
【００３８】
したがって、本実施形態ではリングレール２２の変形等に対しても、台車２３が十分対応して安定走行するので、溶接用トーチ２４の先端の制御も確実に行われ、配管溶接部６２の溶接品質の向上も図れるようになる。
【００３９】
さらに、リングレール２２は台車２３と無関係に取付け作業できることから、溶接機電源、制御装置等の配置から拘束されることもない。さらにまた、台車２３と複数種類のリングレール２２との組合せ等も自由であることから、リングレール２２の配管２１への取付けを事前に行うこともできる。したがって、配管溶接作業が多数にわたる火力あるいは原子力発電プラント等の配管を自動溶接する際に、段取りの一人作業化、およびリングレール２２の外段取り化等が可能となり、極めて有利な作業が可能となる。
【００４０】
なお、配管２１から配管自動溶接装置を取外す場合には前記と逆に、台車２３の走行用車輪３２，３３同士および転倒防止用車輪３４，３５同士の間隔が拡大する方向に、引張りコイルばね５０の付勢力に抗して調整ねじ５３を調整してリングレール２２の各ガイド溝４３，４４に嵌合している各車輪３２，３３，３４，３５を、そのガイド溝４３，４４から外し、次いで配管２１からリングレール２２を締め金具２８による拘束を解くことによって開状態として取外す操作を行う。これにより、取外しの作業も容易に行うことができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、被溶接対象としての配管への取付けおよび取り外し等の作業が簡単に行え、溶接段取り等の時間を短縮して取扱いに係る作業能率の向上を図ることができるとともに、溶接作業の円滑化および溶接不良の発生防止等も有効的に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る配管自動溶接装置の構成を一部断面で示す側面図。
【図２】図１の平面図。
【図３】図１で示すリングレールを板ばねが原形にある状態で示す平面図。
【図４】板ばねの数を多くしたリングレールの変形例を示す平面図。
【図５】前記実施形態による台車の車輪支持構造部を示す断面図。
【図６】一部を断面で示す図５の側面図。
【図７】一部を断面で示す図５の平面図。
【図８】前記実施形態による車輪間隔およびガイド溝等を示す説明図。
【図９】前記実施形態による車輪のガイド溝への係合状態を示す断面図。
【図１０】従来例を示す説明図。
【符号の説明】
２１  配管
２２  リングレール
２３  台車
２４  トーチ
２５，２６  レールエレメント
２７  回転継手
２８  締め金具
２９，３０  板ばね
２９ａ，２９ｂ、３０ａ，３０ｂ  板ばね
３１  固定ねじ
３２，３３  走行用車輪
３４，３５  転倒防止用車輪
３６  ＤＣモータ
３７  カップリング
３８  ピニオン軸
３９，４０  ブラケット
４１  ピニオン
４２  ラック
４３，４４  ガイド溝
４５  車輪ホルダ
４６  ガイドバー
４７，４８  スナップリング
４９  摺動用ベアリング
５０  引張りコイルばね
５１，５２  ばね押え
５３  調整ねじ
５４  固定ピン
５５  雄ねじ部
５６  孔
５７  調整ナット
５８  車輪軸
５９  非自動調心軸受
６０  車輪軸
６１  自動調心軸受
６２  配管溶接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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