(57)【要約】      （修正有）【課題】タービンロータを静止状態から回転駆動させるためのターニング装置のピニオンギアの過大な衝撃を防止するとともに、ピニオンギアの回転数が小さすぎることにより、タービンロータへの十分な慣性力を与えるまでに時間を要し、タービンロータのターニングに時間がかかることを防止できるターニング装置を提供する。【解決手段】タービンロータの歯やターニング装置のピニオンギアの経年変化に応じてタービンロータに対するピニオンギアの最適回転数が変化するため、両者の嵌合状態や、ピニオンギアの振幅状態に応じてピニオンギアの歯速を可変させることで、ピニオンギアを傷めず、短い時間でタービンロータにピニオンギアを嵌合させるターニング装置。【選択図】図５
2019163696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンロータを静止状態から回転状態にするためのターニング装置であって、
タービンロータに設けられたロータギアに嵌合するピニオンギアと、
このピニオンギアを駆動させるためのピニオンギア駆動モータと、
前記ロータギアに前記ピニオンギアを近接または離間させることを可能にするためのキャ
リアと、
このキャリアを駆動させるためのキャリアエアシリンダと、
を備えたターニング装置において、
前記ピニオンギアの歯の速度を検出する歯速検出器と、
前記ロータギアと前記ピニオンギアとの間のギャップを検出するギャップ検出器と
前記歯速検出器と前記ギャップ検出器とに接続され、前記ピニオンギアの歯の速度と、前
記ロータギアと前記ピニオンギアとの間のギャップとに基づいて前記ピニオンギア駆動モ
ータと前記キャリアエアシリンダとを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記タービンロータの静止後に前記ピニオンギア駆動モータを駆動させ、前記歯速検出器
により前記ピニオンギアが所定の速度になったら、前記キャリアエアシリンダを動作させ
て前記ピニオンギアを前記ロータギアに近接させ、前記ピニオンギアが前記ロータギアに
嵌合しない場合は、前記ピニオンギアを前記タービンロータから離間させて、前記ピニオ
ンギアの歯速を前記所定の速度より上昇させて前記ピニオンギアを前記ロータギアに近接
させて前記ピニオンギアと前記ロータギアとの嵌合を試みるターニング装置。
【請求項２】
前記ピニオンギアが前記ロータギアに嵌合しない場合、前記ギャップ検出器からのギャッ
プにもとづき、前記ピニオンギアの振幅の減衰比を評価し、このピニオンギアの振幅減衰
比が所定値より大きいうちは前記ピニオンギアの歯速を維持して前記ロータギアとの嵌合
を試み、前記ピニオンギアの振幅減衰比が所定値より小さくなったら前記ピニオンギアの
歯速を前記所定の速度より上昇させて前記ピニオンギアを前記ロータギアに近接させて前
記ピニオンギアと前記ロータギアとの嵌合を試みる請求項１記載のターニング装置。
【請求項３】
前記ピニオンギアと前記ロータギアとが嵌合せず、前記振幅減衰比が所定値より大きくな
って前記ピニオンギアの歯速を上昇させることを決定したら前記ピニオンギアを前記ロー
タギアから離間させた後、前記ピニオンギアの停止をもって、前記ピニオンギア駆動モー
タの再駆動を行う請求項２記載のターニング装置。
【請求項４】
ピニオンギアの歯速として、単位時間あたりのピニオンギアの回転移動距離（mm/s）また
は、単位時間当たりのピニオンギアの回転数（Hz）用いる請求項３記載のターニング装置
。
【請求項５】
前記タービンロータとピニオンギアの位置の検出結果に基づいて、前記ピニオンギア駆動
モータの再駆動を行って、両者の嵌合を試みる請求項３記載のターニング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンロータを静止状態から回転状態にするためのターニング装置に関する
。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン等の回転機器に使用されるターニング装置は、ロータを低回転で回す際に使
用され、通常運転中は機械的に分離されている。ロータを静止している状態から低速回転
する状態へ移行する際は、自動や手動で駆動側となるターニング装置のピニオンギアを支
持するキャリアを動かし従動側となるロータに構成されたギアに接近して嵌合し、トルク
をロータのギアに伝達させロータを回転させる。このときのピニオンギアの駆動力は、駆
動用モータ回転トルクが減速歯車を通して発生されるものである。嵌合時の従動側である
ロータは静止状態が一般的で、一方駆動側のピニオンギアは静止状態や回転状態となって
いる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２５６８１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ピニオンギア支持部を自動で調整する場合、エアシリンダを用いた形式が一般的である。
タービンロータが停止すると、ロータに具備された速度検出センサーが、ロータが完全に
静止したことを示す信号を発する。その信号を受け取ると、ターニングモータを一瞬だけ
駆動（寸動）させる信号が発信される。この信号を受け取るとモータが寸動し、モータ
の回転による慣性でもってピニオンギアも順次回転する。モータの寸動時間はおよそ １s
〜３s であり、ピニオンギアの回転速度も時間が経過するにつれ減少し、ある時点で投入
に最適な回転数となる。
【０００５】
建設時にはピニオンギアが最適回転数に達するとエアシリンダ装置が作動し、機構の働き
によってキャリアに内包されているピニオンギアがロータ側ギアへ近接したのち接触する
ようシーケンスにタイマーを設置する。この操作は、ピニオンギアを接触させた慣性力に
よってロータを回転させ、ピニオンギアとロータ側ギアを嵌合させることが狙いである。
【０００６】
しかしながらターニング装置の嵌合動作時、駆動側のピニオンギア回転数が最適回転数よ
り大きい場合、ロータ側ギアとの接触で過大な衝撃を受け（または与え）、ギアやターニ
ング装置を構成する部品へ損傷を受ける場合がある。
【０００７】
また、ピニオンギアの 回転数が低い場合、必要とするロータへの慣性力が働かず、繰り
返し投入動作によりロータのターニング開始に時間が掛かる場合がある。これらの要因は
、モータやターニング装置の駆動系の経年的な変形、摩擦の変化、タービンや周辺機器の
状態（温度や圧力）、大気温等の違いによる変化などであり、それら状態に対応した歯の
速度に調整することが課題である。
【０００８】
先行技術として、ターニング装置側の回転軸の速度を監視する目的でモータギアの歯速を
検出し、ロータを一度も静止させることなく定格運転からターニング運転に移行し、曲が
りなどの不具合を防止することを目的とした特許文献１などがある。この文献ではターニ
ングモータギアとロータ双方の回転数を検出し、最適なタイミングでターニング運転に移
行することが可能となる。
【０００９】
しかしながら、特許文献１では一定時間（例えば１２時間）停止の後、タービンを静止す
ることなく再び起動することを前提としており、定期検査などのタービン分解作業が伴う
場合のように、ロータが完全に静止した状態からの嵌合動作について言及していない。
【００１０】
低速回転している場合の嵌合に必要なピニオンギアの慣性力は、ロータが静止している場
合に対して小さく済むことは明らかである。また、特許文献１ではピニオンギアの損傷に
対する対策について言及されておらず、あくまでターニング運転開始のタイミングの最適
化を目的としている。このためピニオンギアの損傷を避け、ロータ静止状態からターニン
グ運転を開始できる手法の解決が強く望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題を解決するために本発明では、タービンロータの歯やターニング装置のピニオン
ギアの経年変化に応じてタービンロータに対するピニオンギアの最適回転数が変化するた
め、両者の嵌合状態や、ピニオンギアの振幅状態に応じてピニオンギアの歯速を可変させ
ることで、ピニオンギアを傷めず、短い時間でタービンロータにピニオンギアを嵌合させ
るターニング装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】検出器を有するターニング装置実施例
【図２】ピニオンギア歯速によるタイミングチャート
【図３】ロータギアの衝撃により弾かれるピニオンギアの波形(反発力大)
【図４】ロータギアの衝撃により弾かれるピニオンギアの波形(反発力小)
【図５】ピニオンギアの歯速度によって嵌合タイミングを制御するフローチャート
【図６】図５の制御の変形例を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係わるターニング装置の実施形態について添付図面を参照して説明する
。
【００１４】
図１は本発明の実施例１に係るターニング装置である。タービンロータ１には歯が設けら
れるとともに、タービンロータ１の歯の移動速度をみてタービンロータの回転速度を検出
する検出器１ａを有する。
【００１５】
ロータの歯と嵌合、離脱が可能なピニオンギアを有するターニング装置が２として表され
ている。３ａはピニオンギアであり、ピニオンギアは、ピニオンギア駆動モータ３ｂによ
り駆動されるともに、２つの板状のキャリア３ｃに回転可能に支持されている。
【００１６】
キャリア３ｃは、図示しないエアの調整により動作するキャリアエアシリンダ３ｄにより
、回転可能になっている。ピニオンギア駆動モータ３ｂ、キャリアエアシリンダ３ｄは、
制御部３ｅにより制御される。
【００１７】
さらにピニオンギア３ａの歯速は、歯速検出器４により検出され、その結果が制御部３ｅ
に供給される。歯速は磁石の磁界を利用した電磁式検出器や渦電流を利用した非接触方式
検出器、発生電圧を利用したタコゼネレータを用いて周波数を検出し、ピニオンの直径な
どから算出する。
またタービンロータ１とピニオンギア３ａとの位置関係を見るギャップ検出器５が備えら
れギャップの情報は制御部３ｅに供給される。これは一つまたは複数個備えられ振動減衰
を測る場合にも使用することが出来る。
【００１８】
駆動側となるピニオンギア ３ａ はタービン運転時はタービンロータ１から外れている。
タービンロータ１とピニオンギア３a との嵌合／離脱状態は、キャリアエアシリンダ３ｄ
の動きに連動して回動する装置内レバー６を介し、リミットスイッチ７の信号で確認され
る。
【００１９】
定期検査、部品交換にあたっては、タービンロータ１が完全に静止状態にされ、点検、交
換が終了した後、タービンロータ１を駆動させるために、タービンロータのターニングを
開始する。その際には、駆動用モータ ３ｂ を起動した後, 停止、すなわち「寸動」させ
、ピニオンギア ３ａ に回転を与え、ピニオンギア ３ａ の歯速が所定の値に到達したこ
とを、歯速検出器４が検出する。
【００２０】
制御部３ｅは歯速検出器４から信号を監視して、ピニオンギア ３ａ の歯速が所定の値に
到達したことを認識すると、キャリアエアシリンダ３ｄにエアを供給してキャリア３ｃを
動かし、ピニオンギア ３ａとロータ １ のギアとを嵌合させる。
【００２１】
従来技術においては、ピニオンギアモータを寸動させた後、一定時間後にエアシリンダを
駆動させていた。これだと、ピニオンギアは寸動後、経年変化などで、設計どおりの歯速
にならないことがある。タイミングチャートを図２に示すとおり、ピニオンギア歯速の傾
きが経年変化で、緩やかになることがあり、その場合はピニオンギアモータを寸動させた
後、一定時間後に、ピニオンギアが設計値とおりでなくなる場合があることに起因する。
【００２２】
その変化を考慮して本実施例では、ピニオンギア ３ａの歯速を変化させながらタービン
ロータ１への嵌合、離脱を繰り返すことにより、ターニング装置の経年変化に関係なくス
ムーズなギアの嵌合を行うことが出来る。
【００２３】
図３は、ピニオンギアとロータ側ギアとの接触時を始点とした時間と、ギャップ検出器５
によって捉えたピニオンギアの反発による振幅の関係を示した模式図である。ピニオンギ
ア３ａがタービンロータ１のギアに接触したとき、タービンロータ１はピニオンギア３ａ
のもつ回転による慣性力を受ける。この慣性力を受けることによってロータは僅かに回転
する。一方ピニオンギア３ａはタービンロータ１よりも慣性モーメントが小さいため、タ
ービンロータ１とは逆に跳ね返される（弾かれる）。
【００２４】
ただし、ピニオンギア３ａを含むキャリアはエアシリンダ３ｄによってロータ１に押し付
けられる力が働いているため、押し返されたピニオンギア３ａは再びタービンロータ１に
接触する。この動作は前述の通りロータ側ギアとピニオンギアとが嵌合するまで一定時間
繰り返される。
【００２５】
このときピニオンギアの振幅は、ピニオンギアの回転数とロータの慣性モーメントの従属
変数となる。例えば、ピニオンギアの歯速が ７0mm/s と比較的速く、かつ慣性モーメン
トの大きなタービンロータ１の場合跳ね返される量が大きい（初期振幅が大きい）。この
ように初期振幅が大きい場合ピニオンギアは図４のような挙動をとる。ピニオンギアの振
幅は時間を経過して減衰する。減衰比は単位時間あたり、振幅量の隣接する２つの山の減
衰量の比を制御部がギャップ検出部からのギャップをみて認識する。
【００２６】
一方歯速が小さく、ロータの慣性モーメントも小さい場合、ピニオンギアの振幅も小さく
なり、減衰比も小さくなるため図４のような挙動をとる。
【００２７】
図５は実施例に係る、ピニオンギアの減衰比によってエアシリンダを作動させるタイミン
グを制御するロジックである。ピニオンギアをロータ側ギアへ接触させるタイミング、即
ちピニオンの最適な回転数はピニオン側とロータ側お互いのギアの位置関係や、ロータの
慣性モーメントなど様々な要因によって決定される。そしてそれぞれの条件に基づきロー
タ側ギアに接触したピニオンギアが取る挙動は、図３ のように減衰比の大きな波形とな
るか、もしくは図４のように減衰の小さな波形となる。
【００２８】
プラント毎に最適なピニオンギアの回転数が決まっていることは、最適な減衰比もプラン
ト固有のパラメータであることを意味する。従って予め投入動作に最適な減衰比αを求め
ておく。
【００２９】
図５において、制御部によりタービンロータの静止が検知されると（Ｓ１０２）、ピニオ
ンギア３ａの設定速度をＶｉに設定する。はじめはＶｉ＝１0mm/sとする（Ｓ１０４）。
その後ピニオンギア駆動モータ３ｂを１Ｓ駆動した後、駆動を中止して寸動させ（Ｓ１０
６）、ピニオンギア３ａの回転速度がＶｉになったことを検知すると（Ｓ１０８）、エア
シリンダ３ｄにエアを送り込んでシリンダを動作させることでキャリア３ｃをタービンロ
ータへ近づけるよう駆動する（Ｓ１１０）。
【００３０】
ここでリミットスイッチ７により、タービンロータ１とピニオンギア３ａとの嵌合を判定
する（Ｓ１１２）。嵌合が完了したらターニング動作を開始するが（Ｓ１１４）、嵌合が
完了しなければ、Ｖｉのｉを１つ増やす（Ｓ１１６）。
【００３１】
ギャップ検出器５によるピニオンギア３ａの跳ね返りを検出して制御部に送り、制御部は
跳ね返り度合いにより減衰比ζを計算、減衰比ζが予め決めてあった所定値αより大きい
かどうかを判定（Ｓ１１８）し、減衰比ζが大きいうちは、ロータを駆動させる慣性力は
十分であると判定し、ピニオンギアの歯速は維持し（Ｓ１２０）、一旦エアシリンダへの
エア供給をやめてキャリアをタービンロータから退避させるようキャリアを駆動させる（
Ｓ１２２）。
【００３２】
減衰比ζが予め決めてあった所定値αより小さくなったら、ロータを駆動させる慣性力は
十分でないと判断してＶｉを一段速くするために１０mm/s速くして（Ｓ１２４）、一旦エ
アシリンダへのエア供給をやめてキャリアをタービンロータから退避させる（Ｓ１２２）
。
【００３３】
キャリアを退避させてピニオンギアがタービンロータから離脱した後、ピニオンギアの停
止を検知した上で（Ｓ１２６）、再びピニオンギア駆動モータ３ｂを寸動させる（Ｓ１０
６）。このようにして、タービンロータとピニオンギアの嵌合が完了するまで、ピニオン
ギアの回転数を徐々に増加させることで、タービンロータやターニング装置の歯車の変化
や、駆動モータなどの装置の変化に適したピニオンギアの速度でタービンロータとの嵌合
を行うロジックを提案する。
【００３４】
これにより、ピニオンギアの回転数が大きすぎることによるタービンロータからピニオン
ギアが受ける過大な衝撃を防止する。またピニオンギアの回転数が小さすぎることにより
、タービンロータへの十分な慣性力を与えるまでに時間を要し、タービンロータのターニ
ングに時間がかかることを防止する。
【００３５】
なお、上記実施形態ではピニオンギアの歯速として、単位時間あたりのピニオンギアの回
転移動距離（mm/s）を指標としたが、これに限らず、単位時間当たりのピニオンギアの回
転数（Hz）を指標としてもよく、その場合は初速ｆｉを０．２５Ｈｚとし、嵌合が未完了
で減衰比が所定値以下になったら、０．２５Ｈｚ上昇させるようにする。
【００３６】
図６は、図５の実施例にタービンロータ1とピニオンギア3aの位置判定を付加したロジッ
クである。タービンロータ1とピニオンギア3aが近接状態で嵌合動作を開始した場合、ギ
アの損傷リスクが高くなることから、所定の間隔となったかどうかをギャップ検出器５で
みて（Ｓ１３０）、所定のギャップよりも離れてないときはキャリアの位置を修正し（Ｓ
１３２）、所定のギャップよりも離れた場合にのみ、Ｓ１０６にすすんで嵌合動作を開始
するようにしたものである。
【００３７】
なお、タービンロータとピニオンギアとの嵌合判定をリミットスイッチで検出する例を示
したが、両者のギャップを検出するギャップ検出器によるギャップの長さにより嵌合判定
を行ってもよく、この場合はリミットスイッチやこれを動作するための装置内レバーは不
要となる。
【符号の説明】
【００３８】
１ … タービンロータ
２ … ターニング装置
３ａ … ピニオンギア
３ｂ … ピニオンギア駆動モータ
３ｃ … キャリア
３ｄ…キャリアエアシリンダ
３ｅ…制御部
４ … 歯速検出器
５   … ギャップ検出器
６  …装置内レバー
７  …リミットスイッチ
【図１】
2019163696.tif 000003
【図２】
2019163696.tif 000004
【図３】
2019163696.tif 000005
【図４】
2019163696.tif 000006
【図５】
2019163696.tif 000007
【図６】
2019163696.tif 000008