(57)【要約】【課題】計測者による目視観測や、手動での調整を不要とした回転する計測対象物の回転速度を測定する回転速度測定装置を提供する。【解決手段】撮影部５により撮影した回転するタービン軸１の回転時画像Ｂを、撮影部５により予め撮影した静止時のタービン軸１の数字Ｎの静止画像Ａと比較し、静止時のタービン軸１の数字Ｎの静止画像Ａと一致するように、点滅光の周期を調整させて、一致した時の点滅光の周期から、タービン軸１の回転速度を演算し、回転速度を表示部６に表示するシステム処理部５０を備えた回転速度測定装置１００。【選択図】図１
2013101086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物に設けられた目印に点滅光を照射するストロボ部と、
前記計測対象物の目印を撮影する撮影部と、
この撮影部により撮影した回転する前記計測対象物の画像を、前記撮影部により予め撮影した静止時の前記計測対象物の前記目印の画像と比較し、静止時の前記計測対象物の前記目印の画像と一致するように、前記点滅光の周期を調整して、一致した時の点滅光の周期から、前記計測対象物の回転速度を演算するシステム処理部と、
このシステム処理部が演算した前記回転速度を表示する表示部とを備えた回転速度測定装置。
【請求項２】
前記システム処理部は、前記点滅光の照射を、前記計測対象物の回転速度より遅い速度に対応する前記点滅光の周期から開始し、前記点滅光の周期を短くする方向にのみ変化させる請求項１に記載の回転速度測定装置。
【請求項３】
前記システム処理部は、前記点滅光の照射を、前記計測対象物の回転を制御する制御装置から出力される制御信号に同期して行う請求項１又は請求項２に記載の回転速度測定装置。
【請求項４】
前記システム処理部は、演算した前記計測対象物の回転速度のデータを、メモリ部に保存する請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の回転速度測定装置。
【請求項５】
前記表示部は、アナログ指示計である請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の回転速度測定装置。
【請求項６】
前記計測対象物は、発電機において使用されるタービンに連結された回転軸である請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の回転速度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、物体の回転速度を測定する回転速度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転する計測対象物に測定装置を取り付けることなく計測対象物の回転速度を測定できる装置として、光を一定の周期で点滅させるストロボスコープ装置を利用する方法がある。
予め計測対象物に模様や傷などの識別し易い目印をつけておき、ストロボスコープ装置を用い点滅光を回転する計測対象物に照射し、計測対象物上の目印が計測者の目に静止状態となるように点滅光の周期を調整する。
計測対象物の目印が静止状態となった時の点滅光の周期は、計測対象物の回転周期に一致しているので、この時の点滅光の周期から計測対象物の回転速度を求めるという、例えば特許文献１のような回転速度測定装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０２−１６５０５４号公報（第２頁の右欄上）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の回転速度測定装置では、計測者が計測対象物上の目印を目視にて観測し、計測者が手動にて点滅光の周期の調整を行っていたため、特に計測対象物が高速で回転する場合などに目視による観測誤差や、手動調整による点滅光誤調整が発生するという課題があった。
【０００５】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、計測者による目視観測や手動での点滅光の周期調整を不要とした回転速度測定装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る回転速度測定装置は、
計測対象物に設けられた目印に点滅光を照射するストロボ部と、
計測対象物の目印を撮影する撮影部と、
この撮影部により撮影した回転する計測対象物の画像を、撮影部により予め撮影した静止時の計測対象物の目印の画像と比較し、静止時の計測対象物の目印の画像と一致するように、点滅光の周期を調整して、一致した時の点滅光の周期から、計測対象物の回転速度を演算するシステム処理部と、
このシステム処理部が演算した回転速度を表示する表示部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る回転速度測定装置は、
計測対象物に設けられた目印に点滅光を照射するストロボ部と、
計測対象物の目印を撮影する撮影部と、
この撮影部により撮影した回転する計測対象物の画像を、撮影部により予め撮影した静止時の計測対象物の目印の画像と比較し、静止時の計測対象物の目印の画像と一致するように、点滅光の周期を調整して、一致した時の点滅光の周期から、計測対象物の回転速度を演算するシステム処理部と、
このシステム処理部が演算した回転速度を表示する表示部とを備えたものなので、
計測者が目視にて目印の観測をし、手動で点滅光の周期調整をする必要がないため、目視による観測誤差及び点滅光の周期調整ミスの発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転速度測定装置と、計測対象物とを示したシステム構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るシステム処理部の処理動作を示すフロー図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る回転速度測定装置と、計測対象物とを示したシステム構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るシステム処理部の処理動作を示すフロー図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係るタービン過速度トリップ試験時におけるタービンの回転数を示すグラフの一例を示した図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る回転速度測定装置と、計測対象物とを示したシステム構成図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係るシステム処理部の処理動作を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１を用いて説明する。
図１は、回転速度測定装置１００と、計測対象物とを示したシステム構成図である。
計測対象物は、発電機において使用されるタービンに連結された軸（以降、タービン軸１と称す）であり、タービンが回転されることにより発生した回転力を発電機に伝達する回転軸である。
このタービンの稼働時には、タービン軸１は非常に高速で回転し、その回転数はおよそ３６００ｒｐｍに達する。
そして、タービン軸１の表面には、回転方向に沿って数字Ｎが１、２、３、４、５・・・と異なる数字が並べられて刻まれており、この数字Ｎはタービン軸１の回転速度測定に際して、タービン軸１上の目印として使用される。
【００１０】
タービン制御装置３は、タービンの運転制御を行うものである。
メモリ部２は、データを保存することのできる記録媒体である。
ストロボ部４は、タービン軸１上の数字Ｎに照射する点滅光を発生する発光装置であり、点滅周期の調整が可能である。
撮影部５は、タービン軸１上の数字Ｎを撮影するカメラであり、ストロボ部４の点滅周期に同期させて撮影することが可能である。
システム処理部５０は、ストロボ部４、撮影部５、表示部６に接続されており、ストロボ部４の発する点滅光の周期調整を行い、撮影部５の制御を行い、またタービン軸１の回転速度の演算等も行うものである。
表示部６は、システム処理部５０が演算した回転速度が表示されるものである。
【００１１】
以降、システム処理部５０の処理を図２を用いて説明する。
図２は、システム処理部５０の処理動作を示すフロー図である。
まず、タービンの静止時に、計測者はシステム処理部５０を静止状態モードに設定する。これによりシステム処理部５０は、ストロボ部４からタービン軸１上の数字Ｎに光を照射し、撮影部５から静止時のタービン軸１上の数字Ｎを撮影する。
そして、撮影されたタービン軸１の数字Ｎの画像は、タービン軸１の静止時に撮影された画像（以降、静止画像Ａと称す）としてシステム処理部５０内に格納される（ステップ１）。
【００１２】
次に、タービン制御装置３によりタービンが駆動され、タービン軸１の回転が始まると、計測者はシステム処理部５０を駆動状態モードに設定する。
これによりシステム処理部５０は、ストロボ部４から一定の点滅周期の点滅光の照射を開始する（ステップ２）。
次に、点滅光の周期に同期させて撮影部５から回転するタービン軸１の数字Ｎの撮影を行う。
そして、撮影されたタービン軸１の数字Ｎの画像は、タービン軸１の回転時に撮影された画像（以降、回転時画像Ｂと称す）としてシステム処理部５０内に格納される（ステップ３）。
【００１３】
そして、システム処理部５０は、画像のデータ解析を行う画像解析ソフトを搭載しており、静止画像Ａと回転時画像Ｂとのパターンマッチング（画像比較）を行うことができるため、回転するタービン軸１を撮影した回転時画像Ｂがシステム処理部５０内に格納される度に、この回転時画像Ｂと静止画像Ａとの比較処理を行う（ステップ４）。
【００１４】
例えば、静止画像Ａに数字Ｎの「５」が写っている場合に、回転時画像Ｂに写った数字Ｎが「３」であると、静止画像Ａと回転時画像Ｂは一致しないと判定する（ステップ４、ＮＯ）。
また、静止画像Ａに数字Ｎの「５」が写っている場合で、回転時画像Ｂに写った数字Ｎが「５」である場合でも、静止画像Ａと回転時画像Ｂを比較した際に、それぞれの数字Ｎの「５」が写っている画像上の位置が一致しないと、両者の画像は一致しないと判定する（ステップ４、ＮＯ）。
すなわち、静止画像Ａと回転時画像Ｂを重ね合わせて差が出る場合は、ステップ４にて不一致（ＮＯ）と判定する。
【００１５】
一方、静止画像Ａの数字Ｎが「５」の場合で、回転時画像Ｂの数字Ｎが「５」であり且つ画像上の位置も静止画像Ａに完全に一致する場合（すなわち、両方の画像を重ね合わせて差がない場合）は、ステップ４にて一致（ＹＥＳ）と判定する。
次に、ステップ４にて一致（ＹＥＳ）と判定された場合は、この時の点滅光の周期を維持する（ステップ５）。
【００１６】
こうして点滅光に同期して毎度取得される回転時画像Ｂが、静止画像Ａと一致するということは、点滅光の周期がタービン軸１の回転周期に同期しているということである。
そこでシステム処理部５０は、この時の点滅光の点滅周期より、タービン軸１の回転速度を演算する（ステップ６）。
次に、演算されたタービン軸１の回転速度は表示部６に出力されて表示され、計測者はタービン軸１の回転速度を確認することができる（ステップ７）。
【００１７】
また、ステップ４にて不一致（ＮＯ）と判定された場合のその後の処理は、点滅光の周期の長短を調整して（ステップ８）、点滅光の周期がタービン軸１の回転周期と一致するまで、画像取得（ステップ３）と画像比較（ステップ４）と点滅光周期調整（ステップ８）とを繰り返す。
こうして、点滅光の周期をタービン軸１の回転周期に追従させて、タービン軸１の回転速度を測定することができる。
【００１８】
また、本発明では取得した回転速度のデータをシステム処理部５０内のメモリ部２に保存することが可能である。これにより回転速度が変化した場合でも、回転速度を正確に時系列で確認することが可能になる。このメモリ部２は、システム処理部５０の外に設置することも可能である。
また、表示部６にアナログ指示計を使用すると、回転速度が変化した場合でも、アナログ指示計はデジタル指示計のように急激に表示が変化することがなく、値も指針で示されるため直感的に回転数の大きさを把握し易く、計測者にとって回転速度の読み取りが容易になる。
特に、上記のメモリ部２が使用できない場合などに表示部６にアナログ指示計を使用すると、回転速度が変化した時に計測者の負担が軽減される。
【００１９】
また、従来より、タービン又は発電機のケーシング内に取り付けられて、タービンの歯車の動き等を検出してタービンの回転速度を検出する「既存の検出器」が一般的に利用されているが、この「既存の検出器」が動作しない場合などに、本発明の系統が異なる回転速度測定装置をバックアップとして使用できるため、タービン駆動時における安全性が向上する。
このようにタービン軸１の回転速度を二重で監視することは、安全運転のために非常に重要である。
【００２０】
以上、タービン軸１上の目印として数字Ｎを使用したが、数字Ｎの代わりに文字でも記号でも同様に処理が可能である。
また画像解析ソフトのサンプリング周期は約８ｍｓ（７５００ｒｐｍ）程度で良い。
これは、発電所におけるタービンの回転速度はある程度定まっており（６０Ｈｚ用では約３６００ｒｐｍ）、サンプリング周期として７５００ｒｐｍあれば対応可能だからである。
またこのように、タービン軸１の回転速度がある程度定まっていることから、回転速度測定時に点滅光の周期がタービン軸１の回転周期と大きく離れることはない。
これにより計測対象物の回転周期が、点滅光の周期の整数倍である状態は起こらないので、誤測定が発生しない。
【００２１】
この発明の実施の形態１の回転速度測定装置１００によると、計測対象物上の目印の画像判定を、画像解析ソフトを搭載したシステム処理部５０がパターンマッチングを行い、更にパターンマッチング結果に基づき点滅光の周期調整も行うものなので、計測者が目視にて目印の一致判定をし、手動で点滅光の周期調整をする必要がない。
よって、特に計測対象物が高速で回転し、取得される画像が短時間で非常に多い場合などで、計測者への負担が軽減されると共に目視による観測誤差や、点滅光の周期調整ミスの発生を低減することができる。
【００２２】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を実施の形態１と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図３は、回転速度測定装置２００と計測対象物とを示したシステム構成図である。
回転数表示計２０７は、前述した「既存の検出器」が検出したタービン軸１の回転速度を表示する表示装置である。
回転数表示計２０７は、システム処理部２５０に接続され、タービン軸１の回転速度をシステム処理部２５０に出力するようになっている。
以降、この回転数表示計２０７が出力するタービン軸１の回転速度を利用したシステム処理部２５０の処理動作を説明する。
【００２３】
図４は、システム処理部２５０の処理動作を示すフロー図である。
まず、実施の形態１と同様に静止画像Ａの撮影を行う（ステップ１）。
次に、回転数表示計２０７が示すタービン軸１の回転速度がシステム処理部２５０に入力されると、システム処理部２５０は点滅光の照射を開始する（ステップ２０２）。
【００２４】
その際、回転数表示計２０７が示すタービン軸１の回転速度より５％程度遅い回転速度に対応する点滅光の周期から照射を開始する。
次に、このように照射開始時の点滅光の周期は、タービン軸１の回転周期より長いため、点滅光の周期を短く調整する（ステップ２０８、点滅光周期調整［周波数増指令］）。
【００２５】
その後は実施の形態１と同様に、回転するタービン軸１を撮影した回転時画像Ｂを取得し（ステップ３）、タービン軸１の静止時に撮影された静止画像Ａとを比較する（ステップ４）。
画像不一致（ステップ４、ＮＯ）と判定されると、再度、点滅光の周期を短く調整する（ステップ２０８、点滅光周期調整［周波数増指令］）。
このように、点滅光の周期がタービン軸１の回転周期に一致するまで、点滅光周期調整（ステップ２０８、点滅光周期調整［周波数増指令］）と画像取得（ステップ３）と画像比較（ステップ４）とを繰り返す。
こうして、徐々に点滅光の周期を短く変化させ、点滅光の周期とタービン軸１の周期が一致した時点で回転速度を演算して表示部６へ出力し、回転速度が表示される。
【００２６】
本実施の形態２の特徴は、ステップ２０８における点滅光の周期調整において、周期を短くする方向にのみ変化するよう調整方向が固定されていることである。
このように点滅光の周期の調整方向を固定することで、特にタービン過速度トリップ試験時に利点が得られる。
以下にてタービン過速度トリップ試験の概要と、その際に得られる本実施の形態の利点について説明する。
【００２７】
タービン過速度トリップ試験とは、タービン駆動中に異常が発生してタービンの回転数が上昇した場合に、タービン制御装置がタービントリップ信号（タービン非常停止信号）を出力し、その信号を受けてタービンが停止することを確認する模擬試験である。
図５は、タービン過速度トリップ試験時におけるタービンの回転数を示すグラフの一例を示した図である。
まず、タービンの回転数を試験的に上昇させていく（時刻ｔ０〜）。そうするとある回転数まで達した時点で、タービン制御装置３によりタービントリップ信号が出力される（時刻ｔ１）。
このタービントリップ信号を受けてタービンの駆動は停止され、以後タービンの回転数は急激に減少し、タービンは停止する（時刻ｔ２）。
図５のグラフによると、タービントリップ信号はタービンの回転数が約回転数３８５０ｒｐｍに達した時点で出力されていることが確認できる。
これにより、タービンの回転数は３８５０ｒｐｍ以上上昇しないということが確認できる。
【００２８】
本実施形態の発明をこのタービン過速度トリップ試験時に適用すると、まずタービン軸１の回転速度より５％程遅い回転速度に対応する点滅光の周期から照射を開始する。
そして、徐々に点滅光の周期を短く変化させてタービン軸１の回転周期に同期した時点で回転速度を測定し、表示部６に回転速度を表示する。
そこからタービンの回転数が試験的に上昇されて、タービン軸１の回転速度が上昇すると、点滅光の周期と回転周期が一致しなくなるため、更に点滅光の周期を短く変化させてタービン軸１の回転数に一致させる。
これを繰り返すことでタービン軸１の回転周期に点滅光の回転周期を追従させることができる。
【００２９】
そしてタービントリップ信号が出力されると、タービンの駆動が停止され、タービン軸１の回転速度は急激に低下する。
この時、システム処理部２５０の点滅光の周期調整は、その周期を短くする方向にのみ動作するので、回転速度が減少するタービン軸１（すなわち回転周期が長くなっていくタービン軸１）に点滅光は追従せず、減少する回転速度の測定を行わない。
その為、表示部６はタービン軸１の回転速度が最大に上昇した値、つまりタービントリップ（緊急停止）する瞬間の回転速度を表示しつづけた状態を保つ。
【００３０】
本実施の形態２の発明によると、システム処理部２５０はタービントリップ後の急激に低下する回転速度を測定しないため、減少していく回転速度は表示部６に表示されることはない。
これにより、タービントリップ後に表示部６の回転速度が瞬時に変化することがないため、計測者が現場で目視にてタービントリップした瞬間の回転速度を容易に確認することが可能となる。
【００３１】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を実施の形態１と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図６は、回転速度測定装置３００と計測対象物とを示したシステム構成図である。
本実施の形態では、このタービン制御装置３がシステム処理部３５０に接続されており、タービン制御装置３がタービンに対して出力した制御信号が、システム処理部３５０に対しても出力されるため、システム処理部３５０がタービンの運転状況に合わせて処理を行うことが可能である。
【００３２】
図７は、システム処理部３５０の処理動作を示すフロー図である。
まず、タービン制御装置３がタービンを停止させている状態の時に、システム処理部３５０は静止画像Ａを取得する（ステップ３０１）。
次に、タービン制御装置３がタービンを駆動させると、システム処理部３５０は点滅光の照射を開始する（ステップ３０２）。
次に、実施の形態１と同様に取得画像の比較を行い、点滅光の周期を調整し、回転速度を演算し、得られた回転速度を表示部６に出力し、回転速度が表示される。
そして、タービン制御装置３がタービントリップ信号を発した場合は、この信号を受けて点滅光の照射を停止させる（ステップ３２０）。
【００３３】
本実施の形態の発明によると、システム処理部３５０はタービン制御装置３から出力される制御信号に応じて処理を行うため、タービン軸１が静止状態時に撮影する静止画像Ａの取得処理に関する静止状態モードや、タービン軸１が回転中に行う回転時画像Ｂの取得処理に関する駆動状態モードの切り替えを自動化させることができる。
【００３４】
また、タービントリップ信号が出力された時点で点滅光の照射が停止されるため、現場で計測者がタービントリップ信号が出力されたかどうかを目視で観測することが可能になる。
また、タービントリップ信号にて回転速度測定処理を停止するため、タービントリップ後に表示部６にトリップした瞬間の回転速度を表示した状態で回転速度計測処理を終了することも可能である。
これにより、計測者が現場で目視にてタービントリップした瞬間の回転速度を確認することが容易となる。
【００３５】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  タービン軸、２  メモリ部、３  タービン制御装置、４  ストロボ部、
５  撮影部、６  表示部、２０７  回転数表示計、
５０，２５０，３５０  システム処理部、１００，２００，３００  回転速度測定装置。
【図１】
2013101086.tif 000003
【図２】
2013101086.tif 000004
【図３】
2013101086.tif 000005
【図４】
2013101086.tif 000006
【図５】
2013101086.tif 000007
【図６】
2013101086.tif 000008
【図７】
2013101086.tif 000009