(57)【要約】【課題】回転体と静止体との間隙を簡易に求めることが可能な間隙演算方法を提供する。【解決手段】本実施形態の間隙演算方法は、筒状の静止体内に回転体の仮想回転軸を配置し、仮想回転軸に対する静止体の水平方向および鉛直方向の相対距離と、回転体の撓み量と、を演算して静止体の中心に対する回転体の回転中心の相対高さを算出し、相対高さ、静止体の上半部および下半部のそれぞれの割芯、および回転体の外径を演算して、回転体と上半部との第１間隙、および回転体と下半部との第２間隙をそれぞれ算出する。【選択図】図１
2018119914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の静止体内に回転体の仮想回転軸を配置し、
前記仮想回転軸に対する前記静止体の水平方向および鉛直方向の相対距離と、前記回転体の撓み量と、を演算して前記静止体の中心に対する前記回転体の回転中心の相対高さを算出し、
前記相対高さ、前記静止体の上半部および下半部のそれぞれの割芯、および前記回転体の外径を演算して、前記回転体と前記上半部との第１間隙、および前記回転体と前記下半部との第２間隙をそれぞれ算出する、間隙演算方法。
【請求項２】
前記静止体内で前記回転体を経年的に使用したとき、前記下半部の水平方向の内径から、前記回転体と前記下半部との水平方向の間隙を差し引いて前記回転体の前記外径を算出し、
算出した前記外径を用いて前記第１間隙および前記第２間隙をそれぞれ算出する、請求項１に記載の間隙演算方法。
【請求項３】
前記静止体内で前記回転体を経年的に使用したとき、前記下半部の前記割芯から、前記下半部の水平方向の内径の１／２を差し引いて真円度補正値を算出し、
前記真円度補正値を用いて前記相対高さを算出する、請求項１に記載の間隙演算方法。
【請求項４】
前記第１間隙および前記第２間隙のそれぞれについて複数の計測対象箇所が予め定められている場合、複数の前記計測対象箇所のうちのいずれか１箇所で前記相対高さを算出し、当該相対高さを用いて残りの計測対象箇所の間隙を算出する、請求項１から３のいずれかに記載の間隙演算方法。
【請求項５】
前記静止体を支持するケーシングの外側で前記回転体の両端部に接触する物体の位置を前記仮想回転軸の位置として設定するとともに、前記仮想回転軸の前記位置を基準として前記撓み量を設定する、請求項１から４のいずれかに記載の間隙演算方法。
【請求項６】
前記回転体を軸受台に設置したときに生じる前記回転体の変位量と、前記回転体の駆動によって生じる前記静止体の変位量と、前記静止体を前記上半部と前記下半部とに分解してから組み立てたときの前記静止体の高さの変位量と、の少なくとも一つを用いて、前記第１間隙および前記第２間隙を補正する、請求項１から５のいずれかに記載の間隙演算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転体と静止体との間隙を演算する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービン等の回転体は、ノズル等の筒状の静止体内に組み込まれる場合がある。この場合、回転体の性能低下やこれらの接触を回避するために、回転体と静止体との間隙を適切に設定することが要求される。
【０００３】
上記間隙を設定する方法の一つとして、金属線を用いる方法が知られている。この方法では、回転体と静止体との間に金属線を配置し、この金属線を回転体または静止体の自重で潰す。このときの潰れ量に基づいて、回転体と静止体との間隙を計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１３０５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような方法で回転体と静止体との間隙を設定する場合、回転体の運搬作業が必要になる。そのため、この運搬作業に手間取ると、上記間隙の設定に多くの時間を要することが想定される。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、回転体と静止体との間隙を簡易に求めることが可能な間隙演算方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態に係る間隙演算方法は、筒状の静止体内に回転体の仮想回転軸を配置し、前記仮想回転軸に対する前記静止体の水平方向および鉛直方向の相対距離と、前記回転体の撓み量と、を演算して前記静止体の中心に対する前記回転体の回転中心の相対高さを算出し、前記相対高さ、前記静止体の上半部および下半部のそれぞれの割芯、および前記回転体の外径を演算して、前記回転体と前記上半部との第１間隙、および前記回転体と前記下半部との第２間隙をそれぞれ算出する。
【発明の効果】
【０００８】
本実施形態によれば、回転体と静止体との間隙を簡易に求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】回転体が静止体内に組み込まれた状態を示す概略的な断面図である。
【図２】回転体の一実施形態を示す斜視図である。
【図３】回転体および静止体の上半部を拡大した断面図である。
【図４】静止体を分解した状態を示す概略的な断面図である。
【図５】仮想回転軸に対する静止体の相対距離を示す概念図である。
【図６】回転体が撓んだ状態を示す模式図である。
【図７】第２実施形態に係る間隙演算方法を説明するための概略的な断面図である。
【図８】第３実施形態に係る間隙演算方法を説明するための概略的な断面図である。
【図９】第４実施形態に係る間隙演算方法を説明するための概念図である。
【図１０】第５実施形態に係る間隙演算方法を説明するための概略的な図である。
【図１１】仮想回転軸の配置を説明するための概念図である。
【図１２】第６実施形態に係る間隙演算方法で用いる演算装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、回転体１が静止体２内に組み込まれた状態を示す概略的な断面図である。静止体２は、上半部２１および下半部２２を有し、これらは分解可能である。また、静止体２は、ケーシング３に支持される。
【００１２】
図２は、回転体１の一実施形態を示す斜視図である。図２の回転体１は、胴体部１１と、胴体部１１の外周面に設けられた翼部１２と、を有する。この回転体１は、例えば、蒸気タービンに適用できる。この場合、静止体２は、蒸気の漏れを防ぐためのノズルに適用できる。ただし、回転体１は蒸気タービンに限定されず、静止体２もノズルに限定されない。
【００１３】
図３は、回転体１および静止体２の上半部２１を拡大した断面図である。図３に示す上半部２１の内面（回転体１に対向する面）には、歯部１２１が設けられている。図３には示されていないが、静止体２の下半部２２の内面にも、同様に、歯部１２１が設けられている。
【００１４】
仮に、回転体１が歯部１２１に接触すると、回転体１および歯部１２１が損傷する可能性がある。また、回転体１と歯部１２１との間隙が大きすぎると、蒸気漏れによって性能が低下する可能性がある。そのため、回転体１と静止体２との間隙を、許容値以内に設定することが望ましい。
【００１５】
以下、本実施形態に係る間隙演算方法について説明する。ここでは、回転体１を静止体２に組み込む前に、図１に示す間隙ＣＬ１（第１間隙）および間隙ＣＬ２（第２間隙）を算出する方法について説明する。間隙ＣＬ１は、回転体１と静止体２の上半部２１との鉛直方向の間隙である。間隙ＣＬ２は、回転体１と静止体２の下半部２２との鉛直方向の間隙である。
【００１６】
まず、図４に示すように、上半部２１の割芯Ｔおよび下半部２２の割芯Ｂを計測する。本実施形態では、割芯Ｔは、静止体２の中心から上半部２１の内面上部に設けられた歯部１２１の先端までの長さに相当し、割芯Ｂは、静止体２の中心から下半部２２の内面底部に設けられた歯部１２１の先端までの長さに相当する。割芯Ｔおよび割芯Ｂは、実測値であることが望ましいが、設計値であってもよい。
【００１７】
次に、回転体１の外径を計測する。本実施形態では、図１に示す胴体部１１の外径Ｄ１および翼部１２の外径Ｄ２をそれぞれ計測する。外径Ｄ１および外径Ｄ２も実測値あることが望ましいが、設計値であってもよい。
【００１８】
次に、図５に示すように、回転体１の仮想回転軸４を静止体２内に配置する。本実施形態では、例えばピアノ線またはレーザー光線を仮想回転軸４として下半部２２の中心付近に配置する。続いて、仮想回転軸４に対する静止体２の相対距離を算出する。具体的には、水平方向の一方（図５では左側）の相対距離Ｌｒと、水方向の他方（図５では右側）の相対距離Ｒｒと、鉛直方向の相対距離Ｂｒとを算出する。なお、ピアノ線を仮想回転軸４として用いる場合には、このピアノ線自身の撓みを考慮して相対距離Ｂｒを算出する。
【００１９】
次に、静止体２の中心に対する回転体１の回転中心の相対高さＨｒを算出する。この相対高さＨｒは、換言すると、回転体１の回転中心が静止体２の中心に対して鉛直方向に位置ずれした度合いを示す数値である。本実施形態では、下式（１）に基づいて相対高さＨｒを算出する。
【００２０】
Ｈｒ＝｛Ｂｒ−（Ｌｒ＋Ｒｒ）／２｝−σ      （１）
上式（１）において、σは、図６に示すように、回転体１の撓み量に相当する。本実施形態では、回転体１が翼部１２を備えているので、回転体１を実際に静止体２内に組み込むと翼部１２の重みにより撓みが発生する。そこで、本実施形態では、この撓みを考慮して相対高さＨｒを算出する。なお、撓み量σは、実測に基づいて予め定められた値である。
【００２１】
最後に、下式（２）に基づいて間隙ＣＬ１を算出するとともに、下式（３）に基づいて間隙ＣＬ２を算出する。下式（２）、（３）において、回転体１の胴体部１１の場合にＤに外径Ｄ１を代入し、翼部１２の場合に外径Ｄ２を代入する。
【００２２】
ＣＬ１＝（Ｔ−Ｄ／２）＋Ｈｒ      （２）
ＣＬ２＝（Ｂ−Ｄ／２）＋Ｈｒ      （３）
以上説明した本実施形態によれば、回転体１の仮想回転軸４を配置し、この仮想回転軸４と静止体２との相対距離から相対高さＨｒを算出し、この相対高さＨｒに基づいて回転体１と静止体２との間隙を算出している。そのため、回転体１を静止体２に運搬しなくても両者の間隙を求めることができる。よって、回転体１と静止体２との間隙を簡易に求めることが可能となる。また、本実施形態では、回転体１の撓み量σを相対高さＨｒの算出に考慮することによって、上記間隙を実態に即して、換言すると高精度に算出することが可能となる。
【００２３】
（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る間隙演算方法を説明するための概略的な断面図である。ここでは、回転体１が静止体２内で経年的に使用された後の間隙ＣＬ１および間隙ＣＬ２の算出方法を説明する。
【００２４】
回転体１の外周面には、経年的な使用によって異物が付着する場合がある。この場合、回転体１の外径は、初期値よりも見かけ上大きくなる。また、経年劣化によって、回転体１の外径が初期値よりも小さくなる場合も想定される。回転体１の外径が変化すると、回転体１と静止体２との間隙も変化する可能性がある。
【００２５】
そこで、本実施形態では、例えば定期検査で上半部２１を取り外したときに、回転体１と下半部２２との水平方向の２つの間隙ＣＬ３、ＣＬ４（図７参照）を計測する。間隙ＣＬ３、ＣＬ４は、例えば隙間ゲージを用いて計測することができる。
【００２６】
次に、下半部２２の水平方向の内径ＬＲから間隙ＣＬ３、ＣＬ４を差し引くことにより、回転体１の外径Ｄを算出する。すなわち、Ｄ＝ＬＲ−（ＣＬ３＋ＣＬ４）に基づいて、外径Ｄを算出する。本実施形態では、内径ＬＲは、水平方向で互いに対向する歯部１２１の先端間の長さに相当する。また、この式で、間隙ＣＬ３、ＣＬ４が胴体部１１と下半部２２との間隙である場合には、外径Ｄは胴体部１１の外径Ｄ１に相当する。一方、翼部１２と下半部２２との間隙である場合には、外径Ｄは翼部１２の外径Ｄ２に相当する。その後、算出した外径Ｄを第１実施形態で説明した式（２）、（３）へ代入する。これにより、間隙ＣＬ１および間隙ＣＬ２を算出できる。
【００２７】
仮に、回転体１の経年的な使用後、金属線を用いて回転体１と静止体２との間隙を計測する場合、回転体１の運搬作業が必要になる。この場合、運搬作業に手間がかかって間隙の設定に多くの時間を要する可能性がある。
【００２８】
一方、上述した本実施形態によれば、回転体１を運搬することなく間隙を求めることが可能となる。そのため、回転体１を、一旦静止体２に組み込んだ後も、回転体１と静止体２との間隙を簡易に求めることが可能となる。さらに、本実施形態では、回転体１の実際の外径を算出しているので、回転体１の経年変化に対応して間隙を高精度に求めることが可能となる。
【００２９】
（第３実施形態）
図８は、第３実施形態に係る間隙演算方法を説明するための概略的な断面図である。本実施形態では、回転体１が静止体２内で経年的に使用されたときの静止体２の形状変化に着目して間隙ＣＬ１および間隙ＣＬ２の算出方法を説明する。
【００３０】
静止体２の初期状態では、下半部２２の割芯Ｂは、内径ＬＲのほぼ１／２になっている。すなわち、下半部２２の内面は、ほぼ半円形状となっている。しかし、回転体１の経年的な使用によって、下半部２２が熱変形する場合がある。この場合、割芯Ｂと内径ＬＲとの比率が変化して回転体１との間隙も変化することが想定される。
【００３１】
そこで、本実施形態では、定期検査で上半部２１を取り外したときに、割芯Ｂおよび内径ＬＲを計測する。続いて、割芯Ｂから内径ＬＲの１／２を差し引いて真円度補正値ＯＲを算出する。すなわち、ＯＲ＝Ｂ−（ＬＲ×１／２）に基づいて真円度補正値ＯＲを算出する。
【００３２】
次に、真円度補正値ＯＲを用いて相対高さＨｒを算出する。具体的には、Ｈｒ＝｛Ｂｒ−（Ｌｒ＋Ｒｒ）／２｝−ＯＲ−σに基づいて相対高さＨｒを算出する。その後、算出した相対高さＨｒを第１実施形態で説明した式（２）、（３）へ代入する。これにより、間隙ＣＬ１および間隙ＣＬ２を算出できる。
【００３３】
以上説明した本実施形態によれば、真円度補正値ＯＲを算出して相対高さＨｒに反映させている。これにより、静止体２の形状変化に対応して間隙を高精度に求めることが可能となる。
【００３４】
（第４実施形態）
本実施形態では、図３に示すように、間隙ＣＬ１について、複数の計測対象箇所１０１〜１０３が予め定められている。上述した第１実施形態では、計測対象箇所１０１〜１０３のそれぞれについて、仮想回転軸４を配置して相対距離Ｌｒ、Ｂｒ、Ｒｒを算出することによって、相対高さＨｒを求める。
【００３５】
しかし、各計測対象箇所では、回転体１の回転中心および静止体２の中心からの絶対的な距離は異なっているものの、これらの鉛直方向の位置ずれの度合い、すなわち相対距離Ｌｒ、Ｂｒ、Ｒｒは、図９に示すように各計測対象箇所で同じになると考えることができる。
【００３６】
そこで、本実施形態では、各計測対象箇所１０１〜１０３の割芯Ｔおよび外径Ｄを計測した後、いずれか１箇所の相対高さＨｒを算出する。例えば、計測対象箇所１０１の相対高さＨｒを算出した場合、残りの計測対象箇所１０２、１０３の相対高さＨｒは、計測対象箇所１０１の算出値を用いる。
【００３７】
その後は、第１実施形態と同様に、式（２）に基づいて各計測対象箇所１０１〜１０３の間隙ＣＬ１をそれぞれ算出する。なお、間隙ＣＬ２についても複数の計測対象箇所が予め定められている場合には、間隙ＣＬ１と同様にして各計測対象箇所の間隙ＣＬ２を算出する。
【００３８】
以上説明した本実施形態によれば、回転体１と静止体２との間隙について、複数の計測対象箇所が予め定められている場合、１箇所の相対高さＨｒを算出することで、全ての間隙を求めることができる。そのため、間隙設定に要する時間をさらに短縮することが可能となる。
【００３９】
なお、本実施形態では、回転体１を静止体２内に組み込む前の間隙の算出方法について説明したが、回転体１を経年的に使用した後に間隙を算出する際には、第２実施形態と第３実施形態の算出方法を適用してもよい。
【００４０】
（第５実施形態）
図１０は、第５実施形態に係る間隙演算方法を説明するための概略的な図である。本実施形態では、仮想回転軸４の配置について説明する。
【００４１】
図１０に示すように、ケーシング３の外側には、一対の軸受台５が設けられる。回転体１の両端部は、この一対の軸受台５に回転可能に設置される。軸受台５の近傍には、軸受台５内の潤滑油が外部に漏れないように防ぐための油切り部６が設置されている。本実施形態では、油切り部６の位置を仮想回転軸４の位置として設定する。
【００４２】
具体的には、図１１に示すように、仮想回転軸４に対する油切り部６の水平方向の相対距離６Ｌ、６Ｒおよび鉛直方向の相対距離６Ｂを算出しながら、油切り部６の中心位置と回転体１の回転中心位置が一致するように仮想回転軸４の位置を調整する。仮想回転軸４の位置が決まると、仮想回転軸４に対する静止体２の下半部２２の相対距離Ｌｒ、Ｒｒ，Ｂｒを算出し、これらの相対距離Ｌｒ、Ｒｒ，Ｂｒを用いて相対高さＨｒを算出する。このとき、回転体１の撓み量σは、仮想回転軸４の位置を基準として設定される。その後は、第１実施形態と同様にして間隙ＣＬ１及び間隙ＣＬ２を算出する。
【００４３】
以上説明した本実施形態によれば、回転体１の実際の設置形態に則して仮想回転軸４の位置を決めている。そのため、間隙ＣＬ１及び間隙ＣＬ２を簡易かつ高精度に求めることが可能となる。
【００４４】
なお、本実施形態では、油切り部６の位置に基づいて仮想回転軸４の位置を設定している。しかし、仮想回転軸４の位置決めに用いる物体は、回転体１の回転軸上に位置し、かつ回転体１の使用によって変位しにくい物体、すなわちケーシング３の外側で回転体１の両端部に接触する物体であれば、油切り部６以外であってもよい。
【００４５】
また、本実施形態においても、回転体１を経年的に使用した後に間隙を算出する際には、第２実施形態と第３実施形態の算出方法を適用してもよい。
【００４６】
（第６実施形態）
図１２は、第６実施形態に係る間隙演算方法で用いる演算装置のブロック図である。図１２に示す演算装置６０は、入力部６１と、演算部６２と、出力部６３と、を備える。入力部６１は、例えばキーボードやタッチパネル等で構成され、回転体１と静止体２との間隙を算出する際に用いられる種々の計測データの入力操作を受け付ける。演算部６２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリで構成され、上記計測データに基づいて間隙ＣＬ１および間隙ＣＬ２を算出する。出力部６３は、例えば、液晶ディスプレイ等で構成され、演算部６２の演算結果を表示する。
【００４７】
第５実施形態で説明した軸受台５に回転体１を実際に設置したとき、回転体１が変位する場合がある。また、回転体１が実際に駆動し始めると、静止体２が変位する場合がある。さらに、定期検査等で静止体２を上半部２１と下半部２２とに分解してから再度組み立てたときに、静止体２の高さ、換言するとケーシング３に対する静止体２の相対位置が変位する場合がある。
【００４８】
そこで、本実施形態では、演算部６２に、上述した変位にそれぞれ対応する変位量を予め格納する。そして、演算部６２は、変位量の少なくとも一つを用いて、第１実施形態〜第５実施形態で説明した方法で算出した算する上述した間隙ＣＬ１、ＣＬ２を補正する。
【００４９】
以上説明した本実施形態によれば、回転体１および静止体２に関する寸法だけでなく、実際に起こり得る回転体１や静止体２の変位を考慮して両者の間隙を算出している。よって、より高精度に間隙を求めることが可能となる。
【００５０】
なお、本実施形態に係る演算装置６０を他の実施形態に適用してもよい。具体的には、まず、入力部６１の操作によって、静止体２の割芯Ｔ，Ｂ、回転体１の外径Ｄ１、Ｄ２、および相対距離Ｌｒ、Ｒｒ、Ｂｒ等の計測データを演算装置６０に入力する。続いて、演算部６２が、第１実施形態〜第５実施形態で説明した方法で間隙ＣＬ１および間隙ＣＬ２を算出する。最後に、出力部６３が、間隙ＣＬ１および間隙ＣＬ２を表示する。このように、コンピュータを用いて演算することで、より簡易かつ短時間で回転体１と静止体２の間隙を求めることができる。
【００５１】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規なシステムは、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明したシステムの形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲及びこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【００５２】
１  回転体、２  静止体、３  ケーシング、４  仮想回転軸、５  軸受台、ＣＬ１  間隙（第１間隙）、ＣＬ２  間隙（第２間隙）
【図１】
2018119914.tif 000003
【図２】
2018119914.tif 000004
【図３】
2018119914.tif 000005
【図４】
2018119914.tif 000006
【図５】
2018119914.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018119914.tif 000009
【図８】
2018119914.tif 000010
【図９】
2018119914.tif 000011
【図１０】
2018119914.tif 000012
【図１１】
2018119914.tif 000013
【図１２】
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