(57)【要約】【課題】現場搬送体（ＩＶ）システムを提供する。【解決手段】本システムは、機械（１００）の外部から該機械内に位置決め可能な搬送体ボディ（２０２）と、搬送体ボディに結合されかつ該搬送体ボディに対して収納カセット（２２９）をＸ方向及びＹ方向に独立して位置決めするように構成されたポジショナと、搬送体ボディ内に後退可能でありかつ該搬送体ボディから離れる方向に作業位置（４１６）に伸展可能である挿入及び除去ツール（２３０）とを含み、該ツールは、機械内で構成要素に係合して該構成要素を該機械に対して結合及び分離するように構成される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
現場搬送体（ＩＶ）システムであって、
機械（１００）の外部から該機械内に位置決め可能な搬送体ボディ（２０２）と、
前記搬送体ボディに結合されかつ該搬送体ボディに対して収納カセット（２２９）をＸ方向及びＹ方向に独立して位置決めするように構成されたポジショナと、
前記搬送体ボディ内に後退可能でありかつ該搬送体ボディから離れる方向に作業位置（４１６）に伸展可能である挿入及び除去ツール（２３０）と、を含み、
前記ツールが、前記機械内で構成要素に係合して該構成要素を該機械に対して結合及び分離するように構成される、
システム。
【請求項２】
前記搬送体ボディ（２０２）に結合され、かつ前記機械（１００）に係合するように該搬送体ボディから伸展可能である１つ又はそれ以上の固定フィンガ（２１４）をさらに含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記搬送体ボディ（２０２）と前記１つ又はそれ以上の固定フィンガ（２１４）との間に結合されたアクチュエータ（２１６）をさらに含み、
前記アクチュエータが、前記１つ又はそれ以上の固定フィンガを伸展及び後退させるように前記機械（１００）の外部から制御可能である、
請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記ツール（２３０）が前記作業位置（４１６）にある状態での前記構成要素を含む視界を有するビデオ撮像装置をさらに含む、請求項１乃至３のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項５】
前記搬送体ボディ（２０２）から前記機械（１００）の外部まで延びるアンビリカル（２３６）をさらに含み、
前記アンビリカルが、前記搬送体ボディに制御信号を送信するように構成されかつ該搬送体ボディからデータを送信するように構成される、
請求項１乃至４のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項６】
前記収納カセット（２２９）が、前記構成要素と相補関係になった捕捉装置を含んでいて、該収納カセットと前記機械（１００）との間で移送される構成要素が該カセット及び機械内で同一の捕捉装置を用いるようになる、請求項１乃至５のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項７】
前記挿入及び除去ツール（２３０）が、該挿入及び除去ツールが作業位置（４１６）にある時に該挿入及び除去ツールから伸展可能であるツールヘッド（４１２）を含み、
前記ツールヘッドが、前記機械内で前記構成要素に係合して該構成要素を該機械に対して結合及び分離するように構成される、
請求項１乃至６のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項８】
電気機械（１００）をバランス調整するための現場搬送体システムであって、
前記機械のロータ（１１４）と該機械のステータ（１０２）との間のギャップ（１２４）内を移動するような寸法にされた搬送体ボディ（２０２）と、
アンビリカル（２３６）を通して前記搬送体（２００）に結合された制御パネル（１２０２）と、
前記搬送体ボディに結合されかつ該搬送体ボディを前記機械の外部から該機械内に移動させるのを可能にするように構成されたマニピュレータと、
前記搬送体に搭載したツール（２３０）に結合されかつユーザからねじり入力を受けて該ツールを作動させるように構成されたシャフト（４１８）と、を含む、
システム。
【請求項９】
前記機械（１００）内に前記搬送体（２００）を位置決めするのを可能にしかつ該機械の内部の工作対象部品上への前記ツール（２３０）の係合を可能にする視界を有する少なくとも１つのビデオカメラ（２３２、２３４）をさらに含む、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記制御パネル（１２０２）が、前記搬送体（２００）上に取付けられたビデオカメラ（２３２、２３４）に通信可能に結合されたビデオディスプレイ（１２１８）を含む、請求項８又は９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的に回転機械に関し、より具体的には、回転機械のロータの現場バランス調整のための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機械の耐用年数の間に、回転部材の定期的なバランス調整が行われる。ファン又はタービンのようなメカニカル機械の運転時に、摩耗又は損傷は、機械内に振動を生じさせる可能性がある。発電機又はモータのような電気機械の場合には、振動の増加は、銅ショートに起因する可能性がある。加えて、巻き直し又は機械加工のようなロータに対する補修はまた、ロータの重心を変化させて振動の増加を引き起こす可能性がある。運転機械の振動を減少させるために、アンバランスを定量化し、かつ一般的にロータに対して相殺ウェイトを付加するか、除去するか又は移動させて、アンバランスを解消させる。一般的には、機械からロータを取外し、バランス調整するバランスピット又はバンカを備えた専門工場に配送する。そのような整備は、労働集約的であり、一般的にバランス調整作業の前にバランス工場と十分に計画を立てなければならない。大型で比較的精巧な構成要素の輸送物流もまた、ロータを整備しようとする場合における費用及び停止の適時性に悪影響を与える。加えて、ロータを輸送する過程には、ロータの健全性及び物理的安全性に対する固有のリスクが存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，５２５，５１８号公報
【特許文献２】米国特許第５，９８８，９７８号公報
【特許文献３】米国特許第５，７１１，６５２号公報
【特許文献４】米国特許第５，５３７，８６１号公報
【特許文献５】米国特許第５，４６３，９００号公報
【特許文献６】米国特許第５，２１９，４５４号公報
【特許文献７】米国特許第５，１４０，８５６号公報
【特許文献８】米国特許第５，０１１，３７４号公報
【特許文献９】米国特許第４，８７９，７９２号公報
【特許文献１０】米国特許第４，５１３，６１９号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの実施形態では、現場搬送体（ＩＶ）を用いて機械を整備する方法を提供し、本方法は、機械の外部からギャップ内にＩＶを移動させるステップと、ＩＶの少なくとも一部分が工作対象部品の工作対象領域を囲むように該ＩＶをギャップ内に位置決めするステップと、工作対象部品と干渉体との間にＩＶを固定するステップと、ＩＶに結合されかつ工作対象部品と該ＩＶ上の収納カセットとの間で構成要素を移送するように構成されたツールを機械の外部から操作するステップとを含む。ＩＶは、工作対象部品と、該工作対象部品の表面に近接して配置されて該工作対象部品との間に比較的小さいギャップが延びるようになった干渉体とを含む機械で用いることができる。
【０００５】
別の実施形態では、機械を整備するための現場搬送体（ＩＶ）システムを提供し、本システムは、機械の外部から該機械内に位置決め可能な搬送体ボディと、搬送体ボディに結合されかつ該搬送体ボディに対して収納カセットをＸ及びＹ方向に位置決めするように構成されたポジショナと、搬送体ボディ内に後退可能でありかつ該搬送体ボディから離れる方向に作業位置に伸展可能である挿入及び除去ツールとを含み、ツールは、機械内で構成要素に係合して該構成要素を該機械に対して結合及び分離するように構成される。
【０００６】
さらに別の実施形態では、電気機械をバランス調整するための現場搬送体（ＩＶ）システムを提供し、本システムは、機械のロータと該機械のステータとの間のギャップ内を移動するような寸法にされた搬送体ボディと、アンビリカルを通して搬送体に結合された制御パネルと、搬送体ボディに結合されかつ該搬送体ボディを機械の外部から該機械内に移動させるのを可能にするように構成されたマニピュレータと、搬送体に搭載したツールに結合されかつユーザからねじり入力を受けて該ツールを作動させるように構成されたシャフトとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の例示的な実施形態による回転機械の端面図。
【図２】本発明の実施形態による例示的な現場バランスウェイト整備搬送体の斜視図。
【図３】図２に示す搬送体の平面図。
【図４】ウェイト整備ツールが作業位置に伸展した状態での搬送体の一部分の拡大側面図。
【図５】ウェイト整備ツールが後退位置と作業位置との間の中間位置に伸展した状態での搬送体の一部分の別の拡大側面図。
【図６】表面から半径方向外向きに見た搬送体の一部分の拡大平面図。
【図７】本発明の例示的な実施形態によるヘッドツールの下方からの斜視図。
【図８】本発明の実施形態によるギアボックス本体の拡大部分切断図。
【図９】本発明の実施形態によるギアボックス本体の拡大部分切断側面図。
【図１０】収納カセットを含む搬送体の一部分の拡大平面図。
【図１１】カセットの側面図。
【図１２】本発明の例示的な実施形態による現場搬送体で用いることができる制御パネルの概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の詳細な説明は、一例としての開示を示すものであって、限定としての開示を示すものではない。本説明によって、当業者が本開示を製作しかつ使用することができるようになるのは明らかであり、本説明は、現時点で本開示を実施する最良の形態であると考えられるものを含む本開示の幾つかの実施形態、改造形態、変形形態、代替形態及び用途を記述している。本開示は、好ましい実施形態、すなわち機械がほぼ完全に組立てられているか又は部分的にのみ分解された状態で機械の内部構成要素を整備する過程に適用するものとして説明する。しかしながら、本開示は、大幅な分解なしではアクセスすることが困難である可能性がある配置及び構成要素を有する様々なタイプの産業用及び商業用装置の整備及び点検に対する一般的な適用を有すると考えられる。
【０００９】
図１は、本発明の例示的な実施形態による回転機械１００の端面図である。この例示的な実施形態では、回転機械１００は、コア１０４を囲む固定ステータ本体１０２を含み、コア１０４には、該コア１０４の周りにステータ巻線を支持するための複数のスロット１０６が配置される。端部巻線部１０８は、隣接する巻線を接合するために及び／又は巻線を電極内に接合するために用いることができる。コア１０４は、それを貫通するボア１１２を形成した半径方向内周表面１１０を含む。ロータ１１４は、ボア１１２内に同心に配置され、図１の中に延びる長手方向軸線１１６の周りで回転可能である。ロータ１１４は、シャフト１２０を原動機（図示せず）又は励磁機に結合するのを可能にするように構成されたカップリングを含む。ロータ１１４はまた、半径方向外表面１２２を含む。表面１１０と表面１２２との間にギャップ１２４が形成され、このギャップ１２４によって、運転時に例えば空気又は水素などの冷却ガス流が可能になる。ギャップ１２４内に複数のバッフル１２６を配置して、ギャップ１２４の所定の領域内にガス流を導いて冷却するのを可能にすることができる。この例示的な実施形態では、バッフル１２６は、ステータ本体１０２からギャップ１２４内に半径方向内向きに延びる。ロータ１１４はまた、表面１２２の周りで円周方向に間隔を置いて配置されかつ距離１３０だけ該ロータ１１４内に延びる複数の半径方向内向き孔１２８を含む。孔１２８は一般的に、ロータ１１４の全長（図１には図示せず）にわたって配置される。孔１２８は、１つ又はそれ以上のバランスウェイトを受けるようにネジ付きにするか或いはその他の構成とすることができる。発電機１００の端部に近接させて配置することができる端部カバー、軸受、軸受潤滑システム配管及び／又はフィールドブラシ装置は、明瞭にするために図示していないが、以下で詳細に説明する現場点検時には所定の位置にあることになる。
【００１０】
図２は、本発明の実施形態による例示的な現場搬送体（ＩＶ）２００の斜視図である。図３は、図２に示す搬送体２００の平面図である。搬送体２００は、ギャップ１２４内に滑動されかつ機械１００の外部のオペレータによって孔１２８の１つに近接する位置に案内されるように構成される。この例示的な実施形態では、搬送体２００は、ロータ１１４の垂直方向上方側面において機械１００内に滑動するように構成される。この目的のために、除去することになるウェイトを含むか又はそれに対してウェイトを付加することになる孔１２８は、その所望の孔１２８が垂直方向上方位置になるまでロータ１１４を回転させるによって、垂直方向上方位置に位置決めされる。搬送体２００は、ボディ２０２を含み、ボディ２０２は、ヘッド部材２０４及びフット部材２０６とそれらの間で延びる１対のチャネル材２０８とを含む。ヘッド端部固定装置２１０が、ヘッド部材２０４に結合され、また実質的に同様なフット端部固定装置２１２が、フット部材２０６に結合される。各固定装置２１０及び２１２は、固定フィンガ２１４と固定アクチュエータ２１６とを含む。この例示的な実施形態では、固定アクチュエータ２１６は、空気圧ピストンアクチュエータであるが、表面１１０と表面１２２との間の実質的な固定位置に搬送体２００を固定するように構成されたモータ／送りネジ、膨張式空気袋及びその他の装置も考えられる。マニピュレータロッド２１８は、ヘッド端部固定装置２１０の遠位端に結合される。マニピュレータロッド２１８によって、機械１００の外部のオペレータは搬送体２００を所望の孔１２８の上方の所定の位置に操作することが可能になる。別の実施形態では、電気又は空気圧駆動モータが、搬送体２００を所望の孔１２８の上方の所定の位置に移動させるように構成されたクローラ組立体に結合される。
【００１１】
位置決めフレーム２２０は、ボディ２０２に対してＸ方向及びＹ方向に位置決め可能である。位置決めフレーム２２０は、それぞれヘッド部材２０４とフット部材２０６との間で延びるレール及びチャネル材２０８間で延びるレールのそれぞれのセット上でＸ方向及びＹ方向の各々の方向に滑動可能である。具体的には、位置決めフレーム２２０は、ヘッド部材２０４とフット部材２０６との間で延びるレール２２２に沿ってＸ方向に滑動可能であり、またチャネル材２０８間で延びるレール２２４に沿ってＹ方向に滑動可能である。位置決めフレーム２２０は、第１の送りネジ組立体２２６によってＸ方向に駆動され、また第２の送りネジ組立体２２８によってＹ方向に駆動される。位置決めフレーム２２０は、現在用いられていないバランスウェイトを収納し、所望の孔１２８から除去されたウェイトを受け、また所望の孔１２８内に挿入されるウェイトを保持するように構成されたウェイトカセット２２９を含む。
【００１２】
搬送体２００はまた、ウェイト整備ツール２３０を含み、ウェイト整備ツール２３０は、ボディ２０２内の後退位置からＺ方向に、所望の孔１２８から半径方向外側に位置した作業位置に移動可能である。第１のビデオカメラ２３２が、その視界がフット端部に向かって軸方向に配向されまた作業位置にある時にツール２３０の下方の作業領域に向かって半径方向内向きに傾斜するようにして、ヘッド部材２０４に結合される。第２のビデオカメラ２３４がツール２３０に結合され、その視界は、作業領域に向かって半径方向内向きに配向される。
【００１３】
搬送体２００には、アンビリカル２３６を通して空気圧シリンダ用の空気、送りネジ組立体モータ及びカメラ用の電力、並びにビデオ制御及びビデオ信号経路が供給される。
【００１４】
図４は、ウェイト整備ツール２３０が作業位置に伸展した状態での搬送体２００の一部分の拡大側面図である。図５は、ウェイト整備ツール２３０が後退位置と作業位置との間の中間位置に伸展した状態での搬送体２００の一部分の別の拡大側面図である。この例示的な実施形態では、ツール２３０は、複数の枢動可能なリンク機構４０４によって位置決めフレーム２２０に可動結合されたギアボックス４０２のような動力伝達装置を含む。ギアボックス４０２は、位置決めフレーム２２０に作動可能に結合されたアクチュエータ組立体４０６によって移動可能である。この例示的な実施形態では、アクチュエータ組立体４０６は、枢動モータ４０８及び枢動送りネジ４１０を含む。ギアボックス４０２は、半径方向内向きツールヘッド４１２を含み、この半径方向内向きツールヘッド４１２は、後退又は輸送位置４１４においてギアボックス４０２内に後退可能であり、また作業位置４１６（図４では破線で示す）に伸展可能である。ツールヘッド４１２は、複数の異なるツールを含むことができ、それら複数のツールは、交換可能であり、また機械１００の外部から容易にアクセスできない該機械１００のバランスウェイト又は該機械１００内のその他の構成要素を整備する異なる機能を提供することができる。この例示的な実施形態では、ツールヘッド４１２は、平頭ネジ回しヘッドツールを含む。他の実施形態では、ツールヘッド４１２は、それに限定されないが、六角頭ツール、ソケットレンチツール、接着材又は絶縁材施工ツール、及び切削ツールを含むことができる。この例示的な実施形態では、平頭ネジ回しヘッドツールは、機械１００の外部で遠位端に設置されたグリップエンド（図４には図示せず）と、ギアボックス４０２に回転可能に結合された反対側の取付け端部とを有する回転可能なシャフト４１８によって、オペレータにより手動で動力供給される。シャフト４１８の回転は、ネジ付き係合部分を含むバランスウェイトをネジ孔１２８に対してネジ係合させまた係合を外すことができるように、ツールヘッド４１２を回転させる。
【００１５】
図６は、表面１２２から半径方向外向きに見た搬送体２００の一部分の拡大平面図である。図７は、本発明の例示的な実施形態によるヘッドツール４１２の下からの斜視図である。この例示的な実施形態では、カセット２２９は、複数のウェイト収納部位６０２の１つをツールヘッド４１２に整列させるようにツールヘッド４１２に対して位置決め可能である矩形本体を含む。操作時には、例えばウェイトを孔１２８から除去するために、位置決めフレーム２２０を用いてヘッドツール４１２、空のウェイト収納部位６０２及び孔１２８を整列させる。カメラ２３４（図５に示す）を用いて、ヘッドツール４１２、空のウェイト収納部位６０２及び孔１２８の相対位置のライブビデオを表示する。ヘッドツール４１２を伸展させて、孔１２８内のウェイトに係合させる。オペレータは、グリップエンドを用いてシャフト４１８に回転力を付加する。回転力は、ギアボックス４０２を通してウェイトのヘッドに伝達され、ヘッドがウェイトを孔１２８から後退させる。ウェイトは、表面１２２とカセット２２９との間の距離にわたって延びるほど十分に長く、ウェイトのネジ山が孔１２８から完全に分離する前にそのネジ山が空の収納部位６０２のネジ山との係合を開始するようになって、ウェイトは、常に孔１２８又は収納部位６０２によってネジで捕捉されるようになる。このような捕捉は、取出さなければならなくなった場所からウェイトが機械１００内に落下するのを防止する。
【００１６】
図８は、本発明の実施形態によるギアボックス本体４０２の拡大部分切断図である。この例示的な実施形態では、ギアボックス４０２は、シャフト４１８とツールヘッド４１２（図８には図示せず）との間に回転係合状態で結合されたギア組立体８０２を含む。この例示的な実施形態では、ギア組立体８０２は、シャフト４１８の取付け端部８０６に結合されたピニオンギア８０４を含む。ピニオンギア８０４は、ツールヘッド４１２に結合されたブルギア８０８と噛み合う。ピニオンギア８０４が回転すると、ブルギア８０８及びツールヘッド４１２は、対応して回転するように駆動される。ネジ付きウェイトとユーザによって操作されるグリップエンド８１０との間の直接的機械連結のために、ユーザは、ウェイトのネジ山と孔１２８のネジ山との係合に関するフィードバックを感触によって受け、従って斜めネジ係合の危険性が最小になる。
【００１７】
図９は、本発明の実施形態によるギアボックス本体４０２の拡大部分切断側面図である。この例示的な実施形態では、ツールヘッド４１２は、平頭ネジ回しヘッドツール９０２を含み、作業位置まで伸展される。この例示的な実施形態では、ツールヘッドは、それに限定されないが、例えばバネ、ツールヘッド４１２内部の空気圧、又は重力を用いて作業位置に付勢される。ツールヘッド４１２は、機械１００の外部から手動で操作されるケーブル、バネ、及びツールヘッド４１２内部の真空圧を用いて後退可能である。様々な実施形態では、ツールヘッド４１２は、完全に伸展した状態で、完全に後退した状態で、又は中間位置で、機械的にラッチ止めされる。
【００１８】
図１０は、カセット２２９を含む搬送体２００の一部分の拡大平面図である。図１１は、カセット２２９の側面図である。この例示的な実施形態では、カセット２２９は、４つの収納部位６０２を含む。別の実施形態では、あらゆる数の収納部位を用いることができる。また、この例示的な実施形態では、各収納部位６０２は、バランスウェイト１００４に係合するような寸法にされたネジ付き内表面１００２を含む。バランスウェイト１００４は、そのネジ付き表面１００２に相補関係でネジ係合される。
【００１９】
図１２は、本発明の例示的な実施形態による現場搬送体２００で用いることができる制御パネル１２０２の概略ブロック図である。この例示的な実施形態では、制御パネル１２０２は、現場搬送体２００を操作するための複数の制御装置を含む。制御パネル１２０２は、固定フィンガ２１４を係合させるための制御装置１２０４と、Ｘ方向に沿って位置決めフレーム２２０を移動させるための制御装置１２０６と、Ｙ方向に沿って位置決めフレーム２２０を移動させるための制御装置１２０８とを含む。制御パネル１２０２は、ギアボックス４０２を伸展及び後退させるための制御装置１２１２と、ツールヘッド４１２を伸展及び／又は後退させるための制御装置１２１４とを含む。制御パネル１２０２はさらに、ビデオカメラ２３２及び２３４を調整するためのカメラ制御装置部分１２１６と、ビデオモニタ１２１８とを含む。カメラ制御装置部分１２１６は、それに限定されないが、カメラズーム、焦点、傾斜及び照明制御装置を含むことができる。制御装置は、空気圧作動アクチュエータを制御するための電気スイッチ、レオスタット及び弁を含むことができる。アンビリカル２３６は、それに限定されないが、制御パネル１２０２と搬送体２００との間で延びるワイヤ、光ファイバ及び配管のような信号導管を含む。いくつかの実施形態では、信号の幾らかは、制御パネル１２０２と搬送体２００との間において無線で伝達される。空気圧源及び電源１２２０及び１２２２は、それぞれ制御パネル１２０２に結合されて上記の構成要素に動力供給する。
【００２０】
本開示の実施形態は、様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、本開示の実施形態は、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内にある変更で実施することができることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２１】
１００  回転機械
１０２  固定ステータ本体
１０４  コア
１０６  スロット
１０８  端部巻線部
１１０  半径方向内周表面
１１２  ボア
１１４  ロータ
１１６  長手方向軸線
１２０  シャフト
１２２  半径方向外表面
１２４  ギャップ
１２６  バッフル
１２８  孔
１３０  距離
２００  搬送体
２０２  ボディ
２０４  ヘッド部材
２０６  フット部材
２０８  チャネル材
２１０  ヘッド端部固定装置
２１２  フット端部固定装置
２１４  固定フィンガ
２１６  固定アクチュエータ
２１８  マニピュレータロッド
２２０  位置決めフレーム
２２２、２２４  レール
２２６  第１の送りネジ組立体
２２８  第２の送りネジ組立体
２２９  ウェイトカセット
２３０  ウェイト整備ツール
２３２  第１のビデオカメラ
２３４  第２のビデオカメラ
２３６  アンビリカル
４０２  ギアボックス
４０４  枢動リンク機構
４０６  アクチュエータ組立体
４０８  枢動モータ
４１０  枢動送りネジ
４１２  ツールヘッド
４１４  後退又は輸送位置
４１６  作業位置
４１８  回転可能なシャフト
６０２  ウェイト収納部位
８０２  ギア組立体
８０４  ピニオンギア
８０６  取付け端部
８０８  ブルギア
８１０  グリップエンド
９０２  平頭ネジ回しヘッドツール
１００２  ネジ付き内表面
１００４  バランスウェイト
１２０２  制御パネル
１２０４、１２０６、１２０８、１２１０、１２１２、１２１４  制御装置
１２１６  カメラ制御装置部分
１２１８  ビデオモニタ
１２２０  空気圧源
１２２２  電源
【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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【図１１】
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【図１２】
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