(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械の外側に設けられるケーシングの変位を計測する変位計測システムであって、
前記ケーシングの外面には、複数の計測点が前記回転機械の軸方向に沿って並べて設けられ、
複数の前記計測点の位置を計測する計測部と、
前記計測部により計測された複数の前記計測点のうち、１以上の前記計測点の位置を基準位置とし、残りの前記計測点の位置を相対位置とし、前記基準位置に基づいて設定される設定基準から前記相対位置までの距離を相対変位量として算出する制御部と、を備え、
前記計測部は、
複数の前記計測点の位置をそれぞれ計測する複数の計測装置と、
複数の前記計測装置の位置を計測する基準計測装置と、を有し、
前記制御部は、予め既知である変位前の複数の前記計測装置の相対的な位置関係と、前記基準計測装置により計測された複数の前記計測装置の相対的な位置関係とに基づいて、複数の前記計測装置の移動変位量を算出し、前記移動変位量を補正量として、前記基準計測装置により計測された複数の前記計測装置の位置を補正し、
複数の前記計測装置は、前記軸方向に沿って並べて設けられ、
前記基準計測装置は、
複数の前記計測装置が設置される設置面の傾きを計測する水準器と、
複数の前記計測装置の前記軸方向における位置を計測するレーザー変位計と、
前記各計測装置に設けられ、前記レーザー変位計からのレーザー光が照射される複数のマーカーと、を有し、
前記制御部は、
前記レーザー変位計により計測された前記軸方向における複数の前記マーカーの位置に基づいて、前記各計測装置の前記軸方向における位置を算出すると共に、複数の前記マーカーの位置を含む面の傾きを前記各計測装置の姿勢として算出し、
前記水準器により計測された前記設置面の傾きと、算出された前記各計測装置の前記軸方向における位置と、算出された前記各計測装置の姿勢とに基づいて、前記移動変位量を算出することを特徴とする変位計測システム。
【請求項２】
前記レーザー変位計は、前記軸方向に沿って並べられる複数の前記計測装置に対して、軸方向の端側に設置されることを特徴とする請求項１に記載の変位計測システム。
【請求項３】
前記ケーシングの内部に設けられるロータを軸支する軸受には、前記ロータの基準位置となる計測点が設けられ、
前記軸受の前記計測点と、前記ケーシングの複数の前記計測点とは、前記回転機械の前記軸方向に沿って並べて設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の変位計測システム。
【請求項４】
前記ケーシングの外面には、断熱材が設けられ、前記計測点を取り囲んで、前記断熱材を貫通すると共に、内部における前記ケーシングの外面を露出させる囲い部が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の変位計測システム。
【請求項５】
回転機械の外側に設けられるケーシングの変位を計測する変位計測システムであって、
前記ケーシングの外面には、複数の計測点が前記回転機械の軸方向に沿って並べて設けられ、
複数の前記計測点の位置を計測する計測部と、
前記計測部により計測された複数の前記計測点のうち、１以上の前記計測点の位置を基準位置とし、残りの前記計測点の位置を相対位置とし、前記基準位置に基づいて設定される設定基準から前記相対位置までの距離を相対変位量として算出する制御部と、を備え、
前記ケーシングの内部に設けられるロータを軸支する軸受には、前記ロータの基準位置となる計測点が設けられ、
前記軸受の前記計測点と、前記ケーシングの複数の前記計測点とは、前記回転機械の前記軸方向に沿って並べて設けられていることを特徴とする変位計測システム。
【請求項６】
回転機械の外側に設けられるケーシングの変位を計測する変位計測システムであって、
前記ケーシングの外面には、複数の計測点が前記回転機械の軸方向に沿って並べて設けられ、
複数の前記計測点の位置を計測する計測部と、
前記計測部により計測された複数の前記計測点のうち、１以上の前記計測点の位置を基準位置とし、残りの前記計測点の位置を相対位置とし、前記基準位置に基づいて設定される設定基準から前記相対位置までの距離を相対変位量として算出する制御部と、を備え、
前記ケーシングの外面には、断熱材が設けられ、前記計測点を取り囲んで、前記断熱材を貫通すると共に、内部における前記ケーシングの外面を露出させる囲い部が設けられていることを特徴とする変位計測システム。
【請求項７】
前記計測部は、
複数の前記計測点の位置をそれぞれ計測する複数の計測装置と、
複数の前記計測装置の位置を計測する基準計測装置と、を有し、
前記制御部は、予め既知である変位前の複数の前記計測装置の相対的な位置関係と、前記基準計測装置により計測された複数の前記計測装置の相対的な位置関係とに基づいて、複数の前記計測装置の移動変位量を算出し、前記移動変位量を補正量として、前記基準計測装置により計測された複数の前記計測装置の位置を補正することを特徴とする請求項５または６に記載の変位計測システム。
【請求項８】
前記計測部は、
複数の前記計測点の位置をそれぞれ計測する複数の計測装置と、
複数の前記計測装置を支持する支持部と、を有することを特徴とする請求項５または６に記載の変位計測システム。
【請求項９】
前記基準位置となる前記計測点は、前記ケーシングの拘束部位に設けられることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の変位計測システム。
【請求項１０】
前記設定基準は、前記ケーシングの前記軸方向における一方の端部に設けられる前記計測点の基準位置であり、
前記制御部は、前記軸方向における前記基準位置から前記相対位置までの距離を前記相対変位量として算出することで、前記ケーシングの前記軸方向の伸びに関する変位を計測することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の変位計測システム。
【請求項１１】
前記設定基準は、前記ケーシングの前記軸方向の両端の拘束部位に設けられる２つの前記計測点の基準位置を結ぶ基準線であり、
前記ケーシングの変位前における前記基準線に対する他の前記計測点の位置を仮想基準位置とし、
前記ケーシングの変位後における前記基準線に対する他の前記計測点の位置を相対位置とすると、
前記制御部は、前記仮想基準位置から前記相対位置までの距離を前記相対変位量として算出することで、前記ケーシングの反りに関する変位を計測することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の変位計測システム。
【請求項１２】
前記制御部は、
前記計測部により計測された前記各計測点の位置を、所定のサンプリング周期毎に取得し、取得した前記サンプリング周期毎の複数の前記各計測点の位置を平均化し、平均化した前記各計測点の位置を算出することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の変位計測システム。
【請求項１３】
前記制御部は、
算出した前記相対変位量に基づいて、前記ケーシングの変位を抑制する変位抑制制御を実行し、前記変位抑制制御の実行後、再び算出した前記相対変位量が予め設定された許容範囲内に収まっているか否かを判定することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の変位計測システム。
【請求項１４】
ケーシングを有する回転機械としてのタービンと、
前記ケーシングの変位を計測する、請求項１から１３のいずれか１項に記載の変位計測システムと、を備えることを特徴とするタービン設備。
【請求項１５】
回転機械の外側に設けられるケーシングの変位を計測する変位計測方法であって、
前記ケーシングの外面には、複数の計測点が前記回転機械の軸方向に沿って並べて設けられ、
複数の計測装置により複数の前記計測点の位置をそれぞれ計測すると共に、基準計測装置により複数の前記計測装置の位置を計測する計測工程と、
前記計測工程において計測された複数の前記計測点のうち、１以上の前記計測点の位置を基準位置とし、残りの前記計測点の位置を相対位置とし、前記基準位置に基づいて設定される設定基準から前記相対位置までの距離を相対変位量として算出する変位量算出工程と、を備え、
複数の前記計測装置は、前記軸方向に沿って並べて設けられ、
前記基準計測装置は、
複数の前記計測装置が設置される設置面の傾きを計測する水準器と、
複数の前記計測装置の前記軸方向における位置を計測するレーザー変位計と、
前記各計測装置に設けられ、前記レーザー変位計からのレーザー光が照射される複数のマーカーと、を有し、
前記変位量算出工程では、
予め既知である変位前の複数の前記計測装置の相対的な位置関係と、前記基準計測装置により計測された複数の前記計測装置の相対的な位置関係とに基づいて、複数の前記計測装置の移動変位量を算出し、前記移動変位量を補正量として、前記基準計測装置により計測された複数の前記計測装置の位置を補正し、
前記レーザー変位計により計測された前記軸方向における複数の前記マーカーの位置に基づいて、前記各計測装置の前記軸方向における位置を算出すると共に、複数の前記マーカーの位置を含む面の傾きを前記各計測装置の姿勢として算出し、
前記水準器により計測された前記設置面の傾きと、算出された前記各計測装置の前記軸方向における位置と、算出された前記各計測装置の姿勢とに基づいて、前記移動変位量を算出することを特徴とする変位計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械の外側に設けられるケーシングの変位を計測する変位計測システム、タービン設備及び変位計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンのタービン車室と排気ガス部との間に設けられるエキスパンの変位状況を計測する変位計測手段が知られている（例えば、特許文献１参照）。タービン車室のフランジには、第１円環部材が固定され、第１円環部材に取り付けられる第１治具には、ワイヤが垂下して設けられている。また、排気ガス部のフランジには、第２円環部材が固定され、第２円環部材に取り付けられる第２治具には、ワイヤが垂下して設けられている。変位計測手段は、２つのワイヤ間の状況をカメラにより撮影することで、エキスパンの変位状況を計測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２３２５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の変位計測手段はカメラを用いて変位を計測しているが、カメラが設置される架台等の設置部は、タービン車室内を流通する熱が設置部に伝わることで変形する場合がある。設置部が変形してしまうと、カメラの位置が変化することにより、カメラにより捉えるワイヤ等の計測点の位置が変化することで、計測誤差が生じる可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、回転機械のケーシングの変位を精度よく計測することができる変位計測システム、タービン設備及び変位計測方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の変位計測システムは、回転機械の外側に設けられるケーシングの変位を計測する変位計測システムであって、前記ケーシングの外面には、複数の計測点が前記回転機械の軸方向に沿って並べて設けられ、複数の前記計測点の位置を計測する計測部と、前記計測部により計測された複数の前記計測点のうち、１以上の前記計測点の位置を基準位置とし、残りの前記計測点の位置を相対位置とし、前記基準位置に基づいて設定される設定基準から前記相対位置までの距離を相対変位量として算出する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の変位計測方法は、回転機械の外側に設けられるケーシングの変位を計測する変位計測方法であって、前記ケーシングの外面には、複数の計測点が前記回転機械の軸方向に沿って並べて設けられ、複数の前記計測点の位置を計測する計測工程と、前記計測工程において計測された複数の前記計測点のうち、１以上の前記計測点の位置を基準位置とし、残りの前記計測点の位置を相対位置とし、前記基準位置に基づいて設定される設定基準から前記相対位置までの距離を相対変位量として算出する変位量算出工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、計測部の位置が変化する場合であっても、所定の計測点を基準位置として設定基準を設定することにより、設定基準に対する相対変位量を算出することができるため、回転機械のケーシングの変位を精度よく計測することができる。なお、計測点としては、例えば、ケーシングの外面にマーキングされたマーカー、または、ケーシングの外面に形成される突起部及び窪み部等である。
【０００９】
また、前記基準位置となる前記計測点は、前記ケーシングの拘束部位に設けられることが、好ましい。
【００１０】
この構成によれば、ケーシングが物理的に拘束される拘束部位に、基準位置となる計測点を設けることができる。このため、基準位置となる計測点の変位を抑制することができる。
【００１１】
また、前記設定基準は、前記ケーシングの前記軸方向における一方の端部に設けられる前記計測点の基準位置であり、前記制御部は、前記軸方向における前記基準位置から前記相対位置までの距離を前記相対変位量として算出することで、前記ケーシングの前記軸方向の伸びに関する変位を計測することが、好ましい。
【００１２】
この構成によれば、複数の計測点に基づいて、ケーシングの軸方向における伸びを計測することができる。
【００１３】
また、前記設定基準は、前記ケーシングの前記軸方向の両端の拘束部位に設けられる２つの前記計測点の基準位置を結ぶ基準線であり、前記ケーシングの変位前における前記基準線に対する他の前記計測点の位置を基準位置とし、前記ケーシングの変位後における前記基準線に対する他の前記計測点の位置を相対位置とすると、前記制御部は、前記基準位置から前記相対位置までの距離を前記相対変位量として算出することで、前記ケーシングの反りに関する変位を計測することが、好ましい。
【００１４】
この構成によれば、複数の計測点に基づいて、ケーシングの基準線に対する反りを計測することができる。
【００１５】
また、前記計測部は、複数の前記計測点の位置をそれぞれ計測する複数の計測装置と、複数の前記計測装置の位置を計測する基準計測装置と、を有し、前記制御部は、予め既知である変位前の複数の前記計測装置の相対的な位置関係と、前記基準計測装置により計測された複数の前記計測装置の相対的な位置関係とに基づいて、複数の前記計測装置の移動変位量を算出し、前記移動変位量を補正量として、前記基準計測装置により計測された複数の前記計測装置の位置を補正することが、好ましい。
【００１６】
この構成によれば、複数の計測装置の位置が変化する場合であっても、移動変位量を補正量として、複数の計測位置を補正することができる。
【００１７】
また、複数の前記計測装置は、前記軸方向に沿って並べて設けられ、前記基準計測装置は、複数の前記計測装置が設置される設置面の傾きを計測する水準器と、複数の前記計測装置の前記軸方向における位置を計測するレーザー変位計と、前記各計測装置に設けられ、前記レーザー変位計からのレーザー光が照射される複数のマーカーと、を有し、前記制御部は、前記レーザー変位計により計測された前記軸方向における複数の前記マーカーの位置に基づいて、前記各計測装置の前記軸方向における位置を算出すると共に、複数の前記マーカーの位置を含む面の傾きを前記各計測装置の姿勢として算出し、前記水準器により計測された前記設置面の傾きと、算出された前記各計測装置の前記軸方向における位置と、算出された前記各計測装置の姿勢とに基づいて、前記移動変位量を算出することが、好ましい。
【００１８】
この構成によれば、水準器と、レーザー変位計と、複数のマーカーとから、計測装置の設置面の傾きと、各計測装置の軸方向における位置と、各計測装置の姿勢とを簡易な計測で精度よく算出することができ、また、算出したこれらの計測値に基づいて、移動変位量を精度よく算出することができる。
【００１９】
また、前記レーザー変位計は、前記軸方向に沿って並べられる複数の前記計測装置に対して、前記軸方向の端側に設置されることが、好ましい。
【００２０】
この構成によれば、１つのレーザー変位計により、全ての計測装置の軸方向における位置を計測することができる。
【００２１】
また、前記計測部は、複数の前記計測点の位置をそれぞれ計測する複数の計測装置と、複数の前記計測装置を支持する支持部と、を有することが、好ましい。
【００２２】
この構成によれば、複数の計測装置が支持部に支持されるため、複数の計測装置間において、相互に位置ずれが発生することを抑制することができる。このため、複数の計測装置の位置を補正することなく、相対変位量の算出を行うことができるため、算出処理を簡易にすることができる。
【００２３】
また、前記ケーシングの内部に設けられるロータを軸支する軸受には、前記ロータの基準位置となる計測点が設けられ、前記軸受の前記計測点と、前記ケーシングの複数の前記計測点とは、前記回転機械の前記軸方向に沿って並べて設けられていることが、好ましい。
【００２４】
この構成によれば、ケーシングとロータとの軸方向における相対的な位置関係を計測することができる。
【００２５】
また、前記ケーシングの外面には、断熱材が設けられ、前記計測点を取り囲んで、前記断熱材を貫通すると共に、内部における前記ケーシングの外面を露出させる囲い部が設けられていることが、好ましい。
【００２６】
この構成によれば、ケーシングの外面に断熱材が設けられる場合であっても、囲い部を設けることで、計測点が設けられるケーシングの外面の一部を露出させることができるため、計測部による計測点の計測を適切に行うことができる。
【００２７】
また、前記制御部は、前記計測部により計測された前記各計測点の位置を、所定のサンプリング周期毎に取得し、取得した前記サンプリング周期毎の複数の前記各計測点の位置を平均化し、平均化した前記各計測点の位置を算出することが、好ましい。
【００２８】
この構成によれば、回転する回転機械が振動する場合であっても、所定のサンプリング周期毎に取得した複数の計測点の位置を、時間軸において平均化することができるため、振動によって与えられる位置計測への影響を抑制することができる。
【００２９】
また、前記制御部は、算出した前記相対変位量に基づいて、前記ケーシングの変位を抑制する変位抑制制御を実行し、前記変位抑制制御の実行後、再び算出した前記相対変位量が予め設定された許容範囲内に収まっているか否かを判定することが、好ましい。
【００３０】
この構成によれば、ケーシングの変位が許容範囲内となっているか否かを監視することができる。
【００３１】
本発明のタービン設備は、ケーシングを有する回転機械としてのタービンと、前記ケーシングの変位を計測する上記の変位計測システムと、を備えることを特徴とする。
【００３２】
この構成によれば、ケーシングの変位を精度よく計測することができ、計測結果に基づくケーシングの変位の抑制を適切に行うことができる。このため、タービンを効率よく運転したり、また、ケーシングとロータに設けられる動翼との接触を抑制したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、実施形態１に係るタービン設備を模式的に示す図である。
【図２】図２は、タービンの外車室に設けられるマーカーを模式的に示す一例の図である。
【図３】図３は、タービンの外車室に設けられるマーカーを模式的に示す一例の図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る変位計測システムの制御ブロックを示す図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る変位計測システムの計測に関する説明図である。
【図６】図６は、実施形態２に係るタービン設備を模式的に示す図である。
【図７】図７は、タービンの外車室に設けられるマーカーを模式的に示す一例の図である。
【図８】図８は、実施形態２に係る変位計測システムの計測に関する説明図である。
【図９】図９は、実施形態３に係るタービン設備を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、タービンの外車室に設けられるマーカーを模式的に示す一例の図である。
【図１１】図１１は、タービンの外車室に設けられるマーカーを模式的に示す一例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
【００３５】
［実施形態１］
実施形態１に係るタービン設備１は、例えば、蒸気タービン設備であり、蒸気タービン（回転機械）５と、蒸気タービン５のケーシング１１の変位を計測する変位計測システム６とを備えている。また、タービン設備１は、変位計測システム６の計測結果に基づいて、ケーシング１１の変位を抑制するクリアランス制御システム７を備えている。なお、実施形態１では、蒸気タービン５に適用して説明するが、特に限定されず、例えば、ガスタービン等の回転機械に適用してもよい。
【００３６】
図１は、実施形態１に係るタービン設備を模式的に示す図である。図２は、タービンの外車室に設けられるマーカーを模式的に示す一例の図である。図３は、タービンの外車室に設けられるマーカーを模式的に示す一例の図である。図４は、実施形態１に係る変位計測システムの制御ブロックを示す図である。図５は、実施形態１に係る変位計測システムの計測に関する説明図である。
【００３７】
図１に示すように、蒸気タービン５は、ケーシング１１と、ケーシング１１の内部に設けられるタービンロータ（以下、「ロータ」という）１２とを備えている。なお、図１に示すとおり、ロータ１２の軸方向をＸ方向とし、鉛直方向をＺ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向としている。また、Ｘ軸回りの周方向をβ方向とし、Ｙ軸周りの周方向をα方向とし、Ｚ軸回りの周方向をγ方向としている。
【００３８】
ケーシング１１は、ロータ１２の外側に設けられる図示しない内部車室ケーシングと、内部車室ケーシングの外側に設けられる外部車室ケーシング２１とを有している。外部車室ケーシング２１は、ロータ１２の軸方向の周囲に設けられている。外部車室ケーシング２１には、ロータ１２が挿通される円形開口の挿通孔２４が、ロータ１２の軸方向の両側に形成されている。このため、ロータ１２は、軸方向の中央部が、外部車室ケーシング２１の内部に収容される。
【００３９】
また、外部車室ケーシング２１の外側には、図示しない断熱材と、複数のマーカー２５と、複数の囲い部２６と、が設けられている。
【００４０】
複数のマーカー２５は、外部車室ケーシング２１の外面に設けられ、外部車室ケーシング２１の変位を計測するための計測点として機能している。複数のマーカー２５は、ロータ１２の軸方向に沿って並べて設けられており、図１では、例えば、４つ設けられている。４つのマーカー２５は、図１及び図５の左側から順に、第１マーカー２５ａ、第２マーカー２５ｂ、第３マーカー２５ｃ、第４マーカー２５ｄとする。４つのマーカー２５のうち、軸方向の両端側に設けられる２つのマーカー２５ａ，２５ｄは、外部車室ケーシング２１が物理的に拘束される拘束部位に設けられている。つまり、外部車室ケーシング２１は、軸方向の両端部のマーカー２５が設けられる部位において固定されている。
【００４１】
図２及び図３に示すように、各マーカー２５は、内側が４つの四角形に区分けされた方形状に形成され、対角に設けられる２つの四角形が明となり、対角に設けられる他の２つの四角形が暗となるマーカーとなっている。このマーカー２５は、画像解析によって、計測点の位置を認識可能なマーカーとなっている。なお、図２に示すマーカー２５は、囲い部２６に囲まれたマーカー２５であり、図３に示すマーカー２５は、図１の右側端部に設けられるマーカー２５である。
【００４２】
図２に示すように、囲い部２６は、断熱材が設けられる外部車室ケーシング２１に設けられ、４つのマーカー２５のうち、中央の２つのマーカー２５をそれぞれ取り囲むように、２つ設けられている。囲い部２６は、円筒形状に形成され、断熱材を貫通して、マーカー２５が設けられる外部車室ケーシング２１の外面の一部が露出するように設けられる。
【００４３】
次に、再び、図１を参照して、変位計測システム６について説明する。図１に示すように、変位計測システム６は、複数のマーカー２５の位置を計測する計測部３１と、計測部３１による計測結果に基づいて外部車室ケーシング２１の変位を算出する制御部３２と、を備えている。
【００４４】
具体的に、計測部３１は、複数のマーカー２５をそれぞれ撮像する複数のカメラ（計測装置）３５と、複数のカメラ３５を設置するカメラ台３６とを有している。また、計測部３１は、各カメラ３５の各カメラ台３６への設置面の傾きを計測する複数の水準器３７と、各カメラ台３６に設置される複数の三角ブラケット３８と、レーザートラッカー３９とを有している。
【００４５】
複数のカメラ３５は、４つのマーカー２５を撮像するべく、ロータ１２の軸方向に沿って並べて設けられており、４つのマーカー２５に対応して、４つ設けられている。４つのカメラ３５は、図１の左側から順に、第１カメラ３５ａ、第２カメラ３５ｂ、第３カメラ３５ｃ、第４カメラ３５ｄとする。
【００４６】
複数のカメラ台３６は、４つのカメラ３５を設置するために、ロータ１２の軸方向に沿って４つ並べて設けられている。なお、図１では、左側のカメラ台３６のみを図示しており、他のカメラ台３６については、図示を省略している。４つのカメラ台３６は、図１の左側から順に、第１カメラ台３６ａ、第２カメラ台３６ｂ、第３カメラ台、第４カメラ台とする。
【００４７】
水準器３７は、４つのカメラ台３６にそれぞれ設置されている。４組の水準器３７のそれぞれは、設置面の傾きを計測しており、具体的に、α方向の回転角度（傾斜角度）及びβ方向の回転角度（傾斜角度）を計測している。なお、実施形態１において、１組の水準器３７は、α方向の回転角度（傾斜角度）及びβ方向の回転角度（傾斜角度）を計測可能な単体の水準器３７であってもよいし、α方向の回転角度（傾斜角度）を計測可能な水準器３７とβ方向の回転角度（傾斜角度）を計測可能な水準器３７とを含む２台の水準器３７で構成してもよく、特に限定されない。
【００４８】
三角ブラケット３８は、４つのカメラ台３６にそれぞれ設置されている。各三角ブラケット３８は、その３つの頂部に、レーザートラッカー３９からのレーザー光が照射されるマーカー（リフレクタ）４０が設けられている。
【００４９】
レーザートラッカー３９は、軸方向に並べられた４つのカメラ３５に対して、軸方向の端側（図１の右側）に設置されており、１台のレーザートラッカー３９により、４つの三角ブラケット３８の軸方向における位置を計測可能となっている。このレーザートラッカー３９は、各三角ブランケット３８の３つのマーカー４０にレーザー光をそれぞれ照射することで、各マーカー４０のＸ方向及びＺ方向における位置（ＸＺ座標）を計測することができる。また、レーザートラッカー３９は、３つのマーカー４０のＸＺ座標の位置に基づいて、α方向の回転角度（傾斜角度）、β方向の回転角度（傾斜角度）及びγ方向の回転角度（傾斜角度）を取得することができる。
【００５０】
制御部３２は、４つのカメラ３５、４組の水準器３７及び１台のレーザートラッカー３９により計測された計測結果に基づいて、外部車室ケーシング２１の変位を算出している。ここで、図４に示すように、制御部３２は、４つのカメラ３５から４つの撮影画像をそれぞれ取得する。なお、図４では、第１カメラ３５ａにより撮像された第１撮影画像、第２カメラ３５ｂにより撮像された第２撮影画像のみを図示しており、第３及び第４カメラ３５ｃ，３５ｄについては省略している。制御部３２は、４つの撮影画像をそれぞれ取得すると、各撮影画像を画像解析することで、各撮影画像に含まれるマーカー２５の変位後の座標を取得する（計測工程）。このとき、制御部３２は、外部車室ケーシング２１の変位前に予め撮影した４つの撮影画像に含まれるマーカー２５の変位前の座標と、変位後の座標との差分を算出することで、カメラ３５から見たマーカー２５の相対変位量を取得する（変位量算出工程）。
【００５１】
また、制御部３２は、予め既知である変位前の４つのカメラ３５の相対的な位置関係と、レーザートラッカー３９により計測された変位後の４つのカメラ３５の相対的な位置関係とに基づいて、４つのカメラ３５の移動変位量を算出する。そして、制御部３２は、算出した移動変位量を補正量として、変位後の４つのカメラ３５の位置を補正している。
【００５２】
変位後の４つのカメラ３５の相対的な位置関係を算出する場合、制御部３２は、水準器３７とレーザートラッカー３９との計測結果に基づいて算出する。具体的に、制御部３２は、レーザートラッカー３９により計測された各三角ブラケット３８の３つのマーカー４０の位置に基づいて、４つのカメラ３５の軸方向における位置を算出する。つまり、制御部３２は、３つのマーカー４０のＸ方向の座標から、例えば、平均値となるＸ方向の座標を算出することで、各三角ブラケット３８のＸ方向の位置を算出し、既知となる三角ブラケット３８とカメラ３５との位置関係から、カメラ３５のＸ方向の位置を算出する。また、制御部３２は、レーザートラッカー３９により計測された各三角ブラケット３８の３つのマーカー４０の位置に基づいて、３つのマーカー４０を含む面の傾きをカメラ３５の姿勢として算出する。つまり、制御部３２は、３つのマーカー４０を含む面における、α方向の回転角度（傾斜角度）、β方向の回転角度（傾斜角度）及びγ方向の回転角度（傾斜角度）を算出する。
【００５３】
そして、制御部３２は、４組の水準器３７から取得した設置面のα方向の回転角度（傾斜角度）及びβ方向の回転角度（傾斜角度）、軸方向におけるカメラ３５の位置、カメラ３５のα方向の回転角度（傾斜角度）、β方向の回転角度（傾斜角度）及びγ方向の回転角度（傾斜角度）に基づいて、変位後の４つのカメラ３５の相対的な位置関係を算出する。
【００５４】
制御部３２は、カメラ３５から見たマーカー２５の相対変位量を取得し、また、４つのカメラ３５の移動変位量を算出すると、移動変位量に基づいて相対変位量を補正することで、カメラ３５の位置が補正された相対変位量を算出する。
【００５５】
ここで、制御部３２は、図５に示すように、外部車室ケーシング２１の変位として、基準線に対する外部車室ケーシング２１の反りに関する変位を計測している。図５に示すように、実線で図示されたマーカー２５ａ〜２５ｄは、変位前のマーカー２５の位置であり、点線で図示されたマーカー２５ａ〜２５ｄは、変位後のマーカー２５の位置である。ここで、制御部３２は、マーカー２５ａの位置とマーカー２５ｄの位置を基準位置とし、変位後のマーカー２５ｂの位置とマーカー２５ｃの位置を相対位置としている。そして、制御部３２は、外部車室ケーシング２１の反りを判定するための設定基準として、基準位置となる２つのマーカー２５ａ，２５ｄを結ぶ基準線を設定基準としている。
【００５６】
変位前の基準線に対する変位前のマーカー２５ｂ、２５ｃの位置までの距離は、ｄとなっている。このとき、二点鎖線で図示されたマーカー２５ｂ、２５ｃは、変位後の基準線に対する、変位前のマーカー２５ｂ、２５ｃの仮想基準位置であり、変位後の基準線に対する仮想基準位置までの距離も、ｄとなっている。
【００５７】
制御部３２は、移動変位量に基づいて補正された変位後の相対変位量として、基準仮想位置から相対位置までの距離を相対変位量δｙとして算出することで、外部車室ケーシング２１の反りの変位を計測している。
【００５８】
また、制御部３２は、図示は省略するが、外部車室ケーシング２１の変位として、基準位置に対する外部車室ケーシング２１の軸方向の伸びに関する変位を計測している。つまり、制御部３２は、マーカー２５ａの位置を基準位置とし、マーカー２５ｂ〜２５ｄの位置を相対位置としている。そして、制御部３２は、外部車室ケーシング２１の軸方向の伸びを判定するための設定基準として、基準位置となるマーカー２５ａの位置を設定基準としている。制御部３２は、移動変位量に基づいて補正された変位後の相対変位量として、基準位置に対する相対位置までの軸方向における距離を相対変位量として算出することで、外部車室ケーシング２１の軸方向の伸びの変位を計測している。
【００５９】
さらに、制御部３２は、４つのカメラ３５により計測されたマーカー２５の位置、４つの水準器３７により計測された設置面の傾き、及びレーザートラッカー３９により計測されたマーカー４０の位置を含む計測値を、所定のサンプリング周期毎に取得している。そして、制御部３２は、取得したサンプリング周期毎の計測値を平均化し、平均化した計測値を用いて、外部車室ケーシング２１の変位を算出している。
【００６０】
そして、制御部３２は、上記のように計測した外部車室ケーシング２１の変位に関する計測結果を、クリアランス制御システム７に出力している。
【００６１】
クリアランス制御システム７は、外部車室ケーシング２１の変位を抑制するためのシステムであり、一例として、外部車室ケーシング２１を変形させるアクチュエータ４８を制御することで、外部車室ケーシング２１の変位を抑制している。なお、クリアランス制御システム７は、アクチュエータ４８を用いたものに限定されず、例えば、外部車室ケーシング２１に与える熱を調整することで、外部車室ケーシング２１を変形させるものであってもよく、外部車室ケーシング２１の変位を抑制するシステムであれば、いずれであってもよい。
【００６２】
実施形態１において、クリアランス制御システム７は、ケーシング１１とロータ１２に設けられる動翼との隙間（クリアランス）を調整するシステムであり、クリアランスを調整することで、ケーシング１１と動翼との接触を抑制したり、蒸気タービン５の運転効率の低下を抑制したりしている。クリアランス制御システム７は、取得した外部車室ケーシング２１の相対変位量に対応するクリアランスの計測値を取得し、取得したクリアランス計測値が、予め設定された許容範囲としてのクリアランス目標値となっているか否かを判定している。そして、クリアランス制御システム７は、クリアランス計測値が、クリアランス目標値となっていない場合、クリアランス目標値とクリアランス計測値との差分に基づいて、アクチュエータ４８の制御量を計算し、算出した制御量に基づいてアクチュエータ４８を制御する。
【００６３】
この後、制御部３２は、クリアランス制御システム７によるクリアランス制御の実行後、再び、外部車室ケーシング２１の相対変位量を算出し、相対変位量が予め設定されたクリアランス目標値となっているか否かを判定することで、外部車室ケーシング２１の変位が許容範囲内となっているか否かを監視する。
【００６４】
以上のように、実施形態１によれば、複数のカメラ３５の位置が変化する場合であっても、移動変位量を補正量として、複数のカメラ３５の位置を補正することができる。また、複数のカメラ３５の位置が変化する場合であっても、所定のマーカー２５を基準位置として設定基準を設定することにより、設定基準に対する相対変位量を算出することができるため、蒸気タービン５の外部車室ケーシング２１の変位を精度よく計測することができる。
【００６５】
また、実施形態１によれば、外部車室ケーシング２１が物理的に拘束される拘束部位に、基準位置となるマーカー２５ａ，２５ｄを設けることができる。このため、基準位置となるマーカー２５ａ，２５ｄの変位を抑制することができる。
【００６６】
また、実施形態１によれば、複数のマーカー２５に基づいて、外部車室ケーシング２１の軸方向における伸びを計測することができる。
【００６７】
また、実施形態１によれば、複数のマーカー２５に基づいて、外部車室ケーシング２１の基準線に対する反りを計測することができる。
【００６８】
また、実施形態１によれば、水準器３７と、レーザートラッカー３９と、三角ブラケット３８とから、各カメラ３５の設置面の傾きと、各カメラ３５の軸方向における位置と、各カメラ３５の姿勢と、を簡易な計測で精度よく算出することができ、また、算出したこれらの計測値に基づいて、移動変位量を精度よく算出することができる。
【００６９】
また、実施形態１によれば、１台のレーザートラッカー３９により、全てのカメラ３５の軸方向における位置を計測することができる。
【００７０】
また、実施形態１によれば、外部車室ケーシング２１の外面に断熱材が設けられる場合であっても、囲い部２６を設けることで、マーカー２５が設けられる外部車室ケーシング２１の外面の一部を露出させることができるため、カメラ３５によるマーカー２５の計測を適切に行うことができる。
【００７１】
また、実施形態１によれば、回転する蒸気タービン５が振動する場合であっても、所定のサンプリング周期毎に取得した複数のマーカー２５の位置を、時間軸において平均化することができるため、振動によって与えられる位置計測への影響を抑制することができる。
【００７２】
また、実施形態１によれば、クリアランス制御システム７によりクリアランス制御の実行後に、再び、外部車室ケーシング２１の変位を計測することで、外部車室ケーシング２１の変位が許容範囲内となっているか否かを監視することができる。
【００７３】
また、実施形態１によれば、外部車室ケーシング２１の変位を精度よく計測することができ、計測結果に基づく外部車室ケーシング２１の変位の抑制を適切に行うことができる。このため、蒸気タービン５を効率よく運転したり、また、ケーシング１１とロータ１２に設けられる動翼との接触を抑制したりすることができる。
【００７４】
なお、実施形態１では、複数のマーカー２５を、外部車室ケーシング２１に設けたが、ロータ１２を軸支する軸受に、マーカーを設けてもよい。この場合、制御部３２は、ロータ１２に設けられるマーカーの位置を基準位置とし、ロータ１２の基準位置と、外部車室ケーシング２１の基準位置とに基づいて、外部車室ケーシング２１とロータ１２との軸方向における相対的な位置関係を計測することにより、外部車室ケーシング２１とロータ１２との相対的な変位を計測することができる。
【００７５】
また、実施形態１では、レーザートラッカー３９を用いて、複数のカメラ３５の移動変位量を制御部３２により算出したが、レーザートラッカー３９に代えて、１以上のカメラを用いて、複数のカメラ３５の相対的な位置関係を計測してもよい。
【００７６】
また、実施形態１のカメラ３５、水準器３７及びレーザートラッカー３９に、恒温装置を装着し、カメラ３５、水準器３７及びレーザートラッカー３９の温度を一定に保つことで、温度ドリフトを防ぐ構成としてもよい。
【００７７】
また、実施形態１のカメラ３５、水準器３７及びレーザートラッカー３９の温度ドリフトを考慮して、カメラ３５、水準器３７及びレーザートラッカー３９のそれぞれの補正カーブを作成し、この補正カーブを用いて、カメラ３５、水準器３７及びレーザートラッカー３９の計測結果を補正してもよい。
【００７８】
［実施形態２］
次に、図６から図８を参照して、実施形態２に係る変位計測システム５０について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図６は、実施形態２に係るタービン設備を模式的に示す図である。図７は、タービンの外車室に設けられるマーカーを模式的に示す一例の図である。図８は、実施形態２に係る変位計測システムの計測に関する説明図である。
【００７９】
実施形態２の変位計測システム５０において、計測部３１は、実施形態１の複数のカメラ３５と、複数のカメラ３５を支持する支持部５１と、を有している。複数のカメラ３５ａ〜３５ｄについては、実施形態１と同様であるため、説明を省略する。支持部５１は、複数のカメラ３５の相互の位置関係が位置ずれしないように、全てのカメラ３５の位置を固定している。
【００８０】
また、図７に示すように、複数のカメラ３５ａ〜３５ｄにより撮像されるマーカー５５は、内側が３×３の９つの四角形に区分けされた方形状に形成され、千鳥状に設けられる５つの四角形が暗となり、千鳥状に設けられる他の４つの四角形が明となるマーカーとなっている。このマーカーは、画像解析によって、４つの計測点５６の位置を認識可能なマーカーとなっている。マーカー５５は、実施形態１と同様に、４つ設けられ、図８の左側から順に、第１マーカー５５ａ、第２マーカー５５ｂ、第３マーカー５５ｃ、第４マーカー５５ｄとする。
【００８１】
ここで、図７の上側に示すマーカー５５は、正面から見た場合（Ｄ１）のマーカー５５であり、図７の下側に示すマーカー５５は、斜めから見た場合（Ｄ２）のマーカー５５である。複数のカメラ３５ａ〜３５ｄは、外部車室ケーシング２１に設けられるマーカー５５に対して、斜めから撮像する場合があり、この場合、撮影されたマーカー５５の傾きを、４つの計測点５６に基づいて補正する。
【００８２】
図８に示すように、制御部３２は、４つのカメラ３５により撮影された撮影画像に含まれるマーカー５５ａ〜５５ｄの変位後の座標（点線）を取得する（計測工程）。このとき、制御部３２は、外部車室ケーシング２１の変位前に予め撮影した４つの撮影画像に含まれるマーカー５５ａ〜５５ｄの変位前の座標（実線）と、変位後の座標との差分を算出することで、カメラ３５から見たマーカー５５の相対変位量を取得する（変位量算出工程）。このとき、４つのカメラ３５は、変位前後において、相対的な位置関係が固定されていることから、４つのカメラ３５の位置を補正する必要がない。
【００８３】
以上のように、実施形態２によれば、複数のカメラ３５が支持部５１に支持されるため、複数のカメラ３５間において、相互に位置ずれが発生することを抑制することができる。このため、複数のカメラ３５の位置を補正することなく、相対変位量の算出を行うことができるため、算出処理を簡易にすることができる。
【００８４】
［実施形態３］
次に、図９から図１１を参照して、実施形態３に係る変位計測システム６０について説明する。なお、実施形態３でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１及び２と異なる部分について説明し、実施形態１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図９は、実施形態３に係るタービン設備を模式的に示す図である。図１０は、タービンの外車室に設けられるマーカーを模式的に示す一例の図である。図１１は、タービンの外車室に設けられるマーカーを模式的に示す一例の図である。
【００８５】
実施形態３の変位計測システム６０において、計測部３１は、１台のレーザートラッカー６１で構成されている。このレーザートラッカー６１は、実施形態１のマーカー２５に代えて、図１０及び図１１に示す突起部６３を計測点として計測している。
【００８６】
図１０及び図１１に示すように、突起部６３は、外部車室ケーシング２１の外面から突出して形成され、突出方向の先端面が方形状となっている。なお、実施形態３では、突起部６３としたが、外部車室ケーシング２１の外面から窪む窪み部であってもよい。なお、図１０に示す突起部６３は、囲い部２６に囲まれた突起部６３であり、図１１に示す突起部６３は、図９の右側端部に設けられる突起部６３である。
【００８７】
ここで、実施形態３における外部車室ケーシング２１の変位の計測は、実施形態２とほぼ同様であるため、図８を用いて説明する。このとき、図８のマーカー５５を突起部６３に読み替え、また、図８のカメラ３５ａ〜３５ｄをレーザートラッカー６１に読み替える。図８に示すように、制御部３２は、１台のレーザートラッカー６１により計測された４つの突起部６３の変位後の座標（点線）を取得する（計測工程）。なお、実施形態３において、レーザートラッカー６１は、Ｘ方向の位置及びＹ方向の位置だけでなく、Ｙ方向の位置も計測可能となっている。そして、制御部３２は、外部車室ケーシング２１の変位前に予め計測した４つの突起部６３の変位前の座標（実線）と、変位後の座標との差分を算出することで、突起部６３の相対変位量を取得する（変位量算出工程）。このとき、レーザートラッカー６１は、１台で４つの突起部６３を計測しているため、レーザートラッカー６１の位置を補正する必要がない。
【００８８】
以上のように、実施形態３によれば、１台のレーザートラッカー６１を用いて、突起部６３の相対変位量の算出を行うことができるため、レーザートラッカー６１の位置を補正することなく、相対変位量の算出を行うことができ、算出処理を簡易にすることができる。
【符号の説明】
【００８９】
１  タービン設備
５  蒸気タービン
６  変位計測システム
７  クリアランス制御システム
１１  ケーシング
１２  ロータ
２１  外部車室ケーシング
２４  挿通孔
２５  マーカー
２６  囲い部
３１  計測部
３２  制御部
３５  カメラ
３６  カメラ台
３７  水準器
３８  三角ブラケット
３９  レーザートラッカー
４０  マーカー
４８  アクチュエータ
５０  変位計測システム（実施形態２）
５１  支持部（実施形態２）
５５  マーカー（実施形態２）
６０  変位計測システム（実施形態３）
６１  レーザートラッカー（実施形態３）
６３  突起部（実施形態３）
【図１】
0006641190.tif 000002
【図２】
0006641190.tif 000003
【図３】
0006641190.tif 000004
【図４】
0006641190.tif 000005
【図５】
0006641190.tif 000006
【図６】
0006641190.tif 000007
【図７】
0006641190.tif 000008
【図８】
0006641190.tif 000009
【図９】
0006641190.tif 000010
【図１０】
0006641190.tif 000011
【図１１】
0006641190.tif 000012