(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一形状同一断面の両端を備えＵ字形状に弛みを持たせた屈曲可能な液管の一端側を長方形状の全面からレーザ光を照射するレーザ発光部と前記レーザ光のレーザ受光部とを対面配置した透光領域の間に取り付け前記レーザ発光部と前記レーザ受光部の中心を固定構造物の基準レベルに一致させるとともに前記液管の他端側を前記液管における液面を装着用部材の取り付けレベルに一致させるよう前記装着用部材に取り付けた後、前記透光領域の前記レーザ光の受光量の割合に基づいて前記固定構造物における基準レベルと前記液面の高さとの高低差を計測し、この高低差が半分になるまで前記液管の他端側とともに前記装着用部材を昇降させ、前記基準レベルに前記装着用部材の高さを一致させたことを特徴とする液管を用いた垂直位置合わせ方法。
【請求項２】
固定構造物と昇降手段に吊り下げられた装着用部材とをつなぐよう同一形状同一断面の両端を備えＵ字形状に弛みを持たせた屈曲可能な液管の一端側を長方形状の全面からレーザ光を照射するレーザ発光部と前記レーザ光のレーザ受光部とを対面配置した前記レーザ光の透光領域の間に取り付け前記レーザ発光部と前記レーザ受光部の中心を固定構造物の基準レベルに一致させるとともに前記液管の他端側を前記液管における液面を装着用部材の取り付けレベルに一致させるよう前記装着用部材に取り付け、前記固定構造物における基準レベルから前記液管の液面までの高低差を前記透光領域の前記レーザ光の受光量の割合に基づいて計測する液面検出手段を設けるとともに、当該液面検出手段に前記高低差が半分になるまで前記昇降手段を介して前記液管の他端側とともに前記装着用部材を昇降させる制御演算部を接続し、前記基準レベルに前記装着用部材の高さを一致させたことを特徴とする液管を用いた垂直位置合わせ装置。
【請求項３】
少なくとも前記基準レベルから前記液管の液面まで前記液管を透明部とするとともに、前記液面検出手段を前記透明部を挟むよう配置した前記レーザ発光部と前記レーザ受光部で構成したことを特徴とする請求項２に記載の液管を用いた垂直位置合わせ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液管を用いた垂直位置合わせ方法および装置に係り、特に火力プラントにおけるボイラ用蒸気管の高さ方向位置合わせをなすのに好適な液管を用いた垂直位置合わせ方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所のボイラにおいて、その内部に設置される配管はボイラ建屋の天井から地表面側まで何本も連続して吊り下げられた形態となっており、ボイラの熱による配管の膨張を地表面側とのギャップで吸収するようにしている。なおボイラの高さは５０ｍ〜８０ｍ程度であることから、天井から吊り下げられる配管に僅かな傾きが生じていても、これが累積し配管全体に大きな傾きは生じてしまう。このため配管をボイラに取り付ける際の配管の高さ方向の位置合わせは、非常に高い精度を要求されている。
【０００３】
図５は、従来におけるの高さ方向の配管位置合わせ作業を示した工程説明図である。同図（１）に示すように従来においては、図示しない天井面から垂下された鉄柱１に配管２を取り付ける場合、まず可撓性を有した透明チューブ３の両端を鉄柱側作業員４と配管側作業員５とでそれぞれ支持するとともに、前記透明チューブ３の中に水６を入れ、この水６の水位（レベル高さ）を、鉄柱１側に設定した基準レベル芯７に合わせる。このように水６の水位を基準レベル芯７に合わせることで、透明チューブ３における配管２の側も基準レベル芯７と一致した水位となるので、配管２の側に設けたスケール８を用いて水位と配管取り付け位置（ポンチ等で配管２の表面に刻印してある）との差を計測し、現状での高さ方向の差分を把握する（図中寸法Ａを参照）。
【０００４】
このように差分を把握した後は、同図（２）に示すように配管２を揚重機９によって引き上げる。ところでこの引き上げ作業の際、配管側作業員５も揚重機９の稼働とともに上方に引き上げられることから、これに伴い透明チューブ３も矢印１０に示すように引き上げられ、この結果透明チューブ３内の水６の水位が上昇してしまう。そして水６の水位が上昇してしまうと、配管の高さが基準レベル芯７に対してどの位ずれているのか不明になるので、この水位を基準レベル芯７の高さまでレベル補正をする必要がある。
【０００５】
水位のレベル補正を行う工程を同図（３）に示す。同図に示すように、水位が基準レベル芯７を越えた場合には、鉄柱側作業員４が透明チューブ３を矢印１１に示すように下方に繰り出し、この繰り出し具合を調整して水位を基準レベル芯７に一致させる。このように水位を基準レベル芯７に一致させれば、配管側作業員５がスケール８を見て、高さ方向の差分を把握することができる（図中寸法Ｂを参照）。そして揚重機９の操作員に揚重機９の昇降を命じればよい。
【０００６】
このように同図（１）〜（３）に係る手順を繰り返すことで、配管２の取り付け高さを基準レベル芯７に一致させ、その後は鉄柱１に対し配管２の取り付け作業を行う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上述した透明チューブの中に満たされた水の水位を基準として配管の高さ方向の位置合わせを行う方法では、以下に示すような問題点があった。
【０００８】
第１の問題点としては、測定個所において透明チューブを把持する作業員を鉄柱側と配管側とにそれぞれ配置しなければならないというものである。
【０００９】
図６は、複数の配管をモジュールとして複数の揚重機で昇降させる場合の作業説明図である。すなわち同図に示すように、配管をボイラ天井から垂下された鉄柱に取り付ける際、通常は複数の配管をユニットとして行うのであるが、配管の高さ方向の位置合わせは、配管１本につき両端部と中央部の３箇所必要であり、さらにそれぞれの配管（同図においては４本）ごとに行わなくてはならない。そしてこれら配管を撓みが無いよう水平に保つため複数の揚重機を微妙に調整する必要もある。ゆえに本作業に関して多くの作業員が必要になるという問題があった。
【００１０】
また第２の問題点としては、配管の上下動によって水位が基準レベル芯から外れた場合、透明チューブを繰り出して水位を基準レベル芯に合わせる作業は、チューブの長さや径によってその繰り出し量が異なるので難易度が高く熟練を要するものであった。
【００１１】
このため本作業では、熟練した作業員を多く集めなければならないという問題点があった。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題点に着目し、熟練度を必要とせず少ない作業員で配管の高さ方向の調整をすることができる液管を用いた垂直位置合わせ方法および装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、配管の昇降に応じて変化する水位の変動量を検知し、これを換算すれば、この値に応じて配管の正確な位置合わせを行うことができるという知見に基づいてなされたものである。
【００１４】
すなわち本発明に係る液管を用いた垂直位置合わせ方法は、同一形状同一断面の両端を備えＵ字形状に弛みを持たせた屈曲可能な液管の一端側を長方形状の全面からレーザ光を照射するレーザ発光部と前記レーザ光のレーザ受光部とを対面配置した前記レーザ光の透光領域の間に取り付け前記レーザ発光部と前記レーザ受光部の中心を固定構造物の基準レベルに一致させるとともに前記液管の他端側を前記液管における液面を装着用部材の取り付けレベルに一致させるよう前記装着用部材に取り付けた後、前記透光領域の前記レーザ光の受光量の割合に基づいて前記固定構造物における基準レベルと前記液面の高さとの高低差を計測し、この高低差が半分になるまで前記液管の他端側とともに前記装着用部材を昇降させ、前記基準レベルに前記装着用部材の高さを一致させるよう構成した。
【００１５】
また本発明に係る液管を用いた垂直位置合わせ装置は、固定構造物と昇降手段に吊り下げられた装着用部材とをつなぐよう同一形状同一断面の両端を備えＵ字形状に弛みを持たせた屈曲可能な液管の一端側を長方形状の全面からレーザ光を照射するレーザ発光部と前記レーザ光のレーザ受光部とを対面配置した前記レーザ光の透光領域の間に取り付け前記レーザ発光部と前記レーザ受光部の中心を固定構造物の基準レベルに一致させるとともに前記液管の他端側を前記液管における液面を装着用部材の取り付けレベルに一致させるよう前記装着用部材に取り付け、前記固定構造物における基準レベルから前記液管の液面までの高低差を前記透光領域の前記レーザ光の受光量の割合に基づいて計測する液面検出手段を設けるとともに、当該液面検出手段に前記高低差が半分になるまで前記昇降手段を介して前記液管の他端側とともに前記装着用部材を昇降させる制御演算部を接続し、前記基準レベルに前記装着用部材の高さを一致させるよう構成した。
【００１６】
ここで少なくとも前記基準レベルから前記液管の液面まで前記液管を透明部とするとともに、前記液面検出手段を前記透明部を挟むよう配置した前記レーザ発光部と前記レーザ受光部で構成するようにしてもよい。
【００１７】
【作用】
上記構成によれば、液管における液面の高さは、初期状態において装着用部材の高さと一致した形態となっている。そしてこの状態では、前記液面と、固定用構造物における装着用部材の取り付け位置となる基準レベルとの間では高低差が生じている。ここでこの初期における高低差を検出しておき、この高低差が半分になるように装着用部材を昇降させる。すなわち液面の水位の上昇は装着用部材の昇降量の半分になるので、液面の水位を初期高低差の半分に収めようとすると装着用部材の昇降量は、初期高低差分となる。このため液面の水位を初期高低差の半分に収めることで、装着用部材を固定構造物における基準レベルの高さに一致させることができ、垂直位置決めを容易に行うことができる。なお固定構造物と装着用部材は、垂直方向の位置決めがなされるものであり、互いが必ず固定する必要はない。
【００１８】
また液面検出手段を液管透明部と、一対の送受光器とで構成すれば、受光器が検知する受光量の割合にて基準レベルと液面との高低差を検出することができる。このため従来から用いられている液管や液体に着色等を施すことなく計測を行うことができる。なお発光体は、レーザ発光体であることが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る液管を用いた垂直位置合わせ方法および装置に好適な具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係る液管を用いた垂直位置合わせ装置の構成を示す構造説明図である。同図に示すように、本実施の形態に係る液管を用いた垂直位置合わせ装置２０（以下、位置合わせ装置２０と称す）は、可撓性を有した液管となる透明チューブ２２と、液面形成用として前記透明チューブ２２の中に入れられる液体となる水２４と、透明チューブ２２における水２４の水位を検出する液面検出手段となるレーザ透光器２６およびレーザ受光器２８と、当該レーザ受光器２８からの値を取り込み、取り込んだ水の水位から昇降手段の昇降量を演算し、当該昇降手段の稼働をなす制御演算部となるパーソナルコンピュータ３０（以下、ＰＣ３０と称す）とから構成されている。
【００２１】
液管となる透明チューブ２２は、従来における液管を用いた垂直位置合わせ方法でも用いられているものであり、その口径はΦ１６〜Φ１８ｍｍ程度、そしてその全長は２０ｍ程度となっている。そしてこのような透明チューブ２２では可撓性を有しており、前記透明チューブ２２の両端を支持し、その中央部を弛ませるようにするとＵ字形状になる。
【００２２】
そして液面形成のため透明チューブ２２の内部に入れられる水２４は、着色等がされておらず、工事現場ならびにその付近で通常に入手できるものであればよい。
【００２３】
またレーザ透光器２６においては、長方形状のレーザ発光部３２を有しており、このレーザ発光部３２の全面からレーザ光を照射するようにしている。
【００２４】
一方、レーザ受光器２８においてはレーザ受光部３４が設けられ、前記レーザ発光器２６におけるレーザ発光部３２から発せられたレーザ光を受光し、受光量の変動を演算することで受光量表示部３８にその割合を表示できるようになっている。すなわち図３は、レーザ受光器における受光量の変動を表示する仕組みを示した構造説明図である。同図に示すように、レーザ投光器２６におけるレーザ発光部３２とレーザ受光器２８におけるレーザ受光部３４とを対面させるよう配置する。そして図中左側に配置されたレーザ投光器２６のレーザ発光部３２からレーザ光４０を照射すると、そのレーザ光４０はレーザ受光器２８におけるレーザ受光部３４に到達する。ここでレーザ投光器２６とレーザ受光器２８との間に障害物が全く存在しなければ、受光量表示部３８の表示は、１００％となりレーザ光４０が全く遮られていないことを受光量表示部３８の表示によって知ることができる。
【００２５】
また図中のように、レーザ投光器２６とレーザ受光器２８との間に障害物４２が存在すると、レーザ光４０の一部が前記障害物４２によって遮られるので、レーザ受光部３４にはレーザ光４０が一部届かず、その欠落した割合を受光量表示部３８が表示するので（図中においてはレーザ光４０の４５％が遮られていることがわかる）、当該受光量表示部３８の表示によって障害物４２の進入度合いを把握することができる。
【００２６】
図４は、透明チューブ内の液面水位をレーザ投受光器によって検出する仕組みを示した構造説明図である。同図に示すように、上述した構造を有するレーザ投光器２６とレーザ受光器２８とを透明チューブ２２を挟み込むように設置する。このように透明チューブ２２を挟み込むようにレーザ投光器２６とレーザ受光器２８とを対面配置すれば、液面水位４４が上下動することでレーザ受光部３４が受けるレーザ光４０の光量が変動し、液面水位４４の変動を把握することができる。
【００２７】
すなわち透明チューブ２２の中に水２４が存在しない状態の時と、当該水２４が完全に入っている状態の時では、前記透明チューブ２２を透過するレーザ光４０の光量が幾ら変化するかキャリブレーションを行い、レーザ受光器２８の後段に接続されたＰＣ３０にて記憶しておく。そして直線状に延ばされた透明チューブ２２の液面水位４４の変化は、レーザ受光量の変化と直線上（リニア）に対応するので、ＰＣ３０の内部処理にて検出した受光量の値を、透明チューブ２２内に水２４が満たされている場合の受光量と、水２４が存在せず空である場合との受光量とを結んだグラフ（あるいは受光量を液面水位との関係を示したテーブル）に照らし合わせるようにすれば、レーザ光４０を遮る液面水位４４の位置を知ることができる。
【００２８】
さらに液面水位４４が任意のレベル（基準レベル）に対しどのくらい高低差があるかを調べる場合でも、前記任意のレベルに液面水位４４が達したときのレーザ受光量がどの位の値を示すのかをあらかじめ把握しておけば、この値とレーザ受光量とを比較し、その差を高低差として算出することができる。
【００２９】
またレーザ受光器２８の後段に接続されたＰＣ３０においては、前述の方法で得られた高低差の値を取り込み、この高低差の値が半分に収まるように後述する揚重機を昇降させることが可能となっている。
【００３０】
このように構成された位置合わせ装置２０を用いて配管を鉄柱の取り付け高さに合わせる作業手順を説明する。
【００３１】
図１において、固定構造物となる鉄柱４６には、装着用部材となる配管４８の取り付け高さとなる基準レベル５０が設定されている。そしてこの基準レベル５０のラインが重なるようレーザ投光器２６とレーザ受光器２８とを配置する。なおこのレーザ機器の配置にあたっては、レーザ発光部３２およびレーザ受光部３４の中心５２（図中、マーキングを参照）が基準レベル５０に一致させるようにする。さらに初期状態における高低差を算出する目的から、液面水位４４の高さがレーザ発光部３２およびレーザ受光部３４の範囲に入るように位置の調整も行うようにする。
【００３２】
こうしてレーザ投光器２６とレーザ受光器２８とを鉄柱４６に設置した後は、透明チューブ２２の一端側をレーザ発光部３２およびレーザ受光部３４の間を通すように鉄柱４６に固定する。また透明チューブ２２における他端側は、揚重機５４によって吊り下げられた配管４８に取り付けるようにする。このように鉄柱４６および配管４８に端部を取り付けた透明チューブ２２は、その中央部分が下方へとＵ字状に垂れ下がる。なお配管４８に透明チューブ２２をＸ取り付ける際、透明チューブ２２に入った水２４の液面水位４４が、配管４８の取り付けレベル５６に一致させるようにしておく。
【００３３】
このような状態では、鉄柱４６における基準レベル５０と、配管４８における取り付けレベル５６との差が高低差になる（図中、寸法Ｃを参照）。そしてこの高低差を算出する方法は以下のようになる。
【００３４】
すなわちレーザ投光器２６とレーザ受光器２８との間を挿通する透明チューブ２２では透光領域に液面水位４４が重なっているのでレーザ光４０が幾分遮られ、その遮られた量からＰＣ３０にて基準レベル５０から液面水位４４までの距離を算出することができる。なお基準レベル５０の値はキャリブレーション時において、あらかじめ液面水位４４を前記基準レベル５０まで上昇させその際のレーザ透光量を規定値としてＰＣ３０内部に取り込んでおけばよい。
【００３５】
このように基準レベル５０と液面水位４４、すなわち基準レベル５０と配管４８における取り付けレベル５６との高低差を得られた後は、ＰＣ３０にて揚重機５４に指令を出し、当該揚重機５４の稼働により配管４８を高低差（寸法Ｃ）が半分になるまで上方に引き上げる。
【００３６】
図２は、配管を引き上げた後の鉄柱と配管との位置関係を示す説明図である。すなわち同図に示すように、高低差（寸法Ｃ）が半分になるよう配管４８を引き上げれば、基準ライン５０に取り付けレベル５６が重なることとなり、鉄柱４６の基準ライン５０に対し配管４８の取り付け高さを一致させることができる。この原理を以下に示す。
【００３７】
すなわち配管４８に取り付けた透明チューブ２２を配管４８とともに高低差を無くするように寸法Ｃ分だけ持ち上げようとしても液面水位４４は、この透明チューブ２２の持ち上げに伴って上昇することがなく、透明チューブ２２の両側における液面水位４４が寸法Ｃの半分だけ上昇するだけである。ゆえに透明チューブ２２の片側を持ち上げても液面水位は、その半分だけしか上昇しないので、その特性を利用し、ＰＣ３０にて初期の高低差（寸法Ｃ）が半分になるまで揚重機５４を引き上げるとともに液面水位４４を監視し、高低差の半分まで液面水位４４が達したならば揚重機５４の引き上げを停止すればよい。このように透明チューブ２２の片側を一定量引き上げても、透明チューブ２２における液面水位４４の上昇は前記一定量の半分であることに着目したことから従来の方法のように液面水位を常に基準レベル５０に合わせる必要がなくなり、作業員の低減が達成でき、さらに作業員の熟練度を必要としなくなる。ゆえに本発明を、火力発電所におけるボイラ配管の取り付けに適用すれば、図６に示すような配管モジュールの位置決めも容易に行うことが可能となり、人件費の削減および工事期間の短縮を達成することができる。
【００３８】
なお本実施の形態では、透明チューブ２２の中に水２４を入れて計測するようにしたが、この形態に限定されることもなく、例えば、水２４を着色して、レーザ受光部３４の検出精度の向上を図るようにしたり、あるいは水２４の代わりに不凍液を用い、低温下の環境でも本発明が実施できるようにしてもよい。
【００３９】
さらに液面水位検出用として、レーザ光を側部から照射し、その光量の割合で液面水位を検出するようにしたが、他にも液面水位にフロートを浮かべ、このフロートの上昇を監視し、これを液面水位として用いるようにしてもよい。またセンサにおいてもレーザ光を用いたセンサに限定されることもなく、他のセンサを用いるようにしてもよい。例えば液面水位の変動により透明チューブ２２を挟む間で誘電率が変化することに着目し、静電用量タイプのセンサを用いるようにすればレーザ光を用いたセンサと同様の計測を行うことができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、同一形状同一断面の両端を備えＵ字形状に弛みを持たせた屈曲可能な液管の一端側を長方形状の全面からレーザ光を照射するレーザ発光部と前記レーザ光のレーザ受光部とを対面配置した前記レーザ光の透光領域の間に取り付け前記レーザ発光部と前記レーザ受光部の中心を固定構造物の基準レベルに一致させるとともに前記液管の他端側を前記液管における液面を装着用部材の取り付けレベルに一致させるよう前記装着用部材に取り付けた後、前記透光領域の前記レーザ光の受光量の割合に基づいて前記固定構造物における基準レベルと前記液面の高さとの高低差を計測し、この高低差が半分になるまで前記液管の他端側とともに前記装着用部材を昇降させ、前記基準レベルに前記装着用部材の高さを一致させたことから、熟練度を必要とせず少ない作業員で配管の高さ方向の調整をすることが可能になり、人件費の低減および工事期間の短縮化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る液管を用いた垂直位置合わせ装置の構成を示す構造説明図である。
【図２】配管を引き上げた後の鉄柱と配管との位置関係を示す説明図である。
【図３】レーザ受光器における受光量の変動を表示する仕組みを示した構造説明図である。
【図４】透明チューブ内の液面水位をレーザ投受光器によって検出する仕組みを示した構造説明図である。
【図５】従来におけるの高さ方向の配管位置合わせ作業を示した工程説明図である。
【図６】複数の配管をモジュールとして複数の揚重機で昇降させる場合の作業説明図である。
【符号の説明】
１………鉄柱、２………配管、３………透明チューブ、４………鉄柱側作業員、
５………配管側作業員、６………水、７………基準レベル芯、
８………スケール、９………揚重機、１０………矢印、１１………矢印、
２０………液管を用いた垂直位置合わせ装置、２２………透明チューブ、
２４………水、２６………レーザ投光器、２８………レーザ受光器、
３０………パーソナルコンピュータ、３２………レーザ発光部、
３４………レーザ受光部、３８………受光量表示部、４０………レーザ光、
４２………障害物、４４………液面水位、４６………鉄柱、４８………配管、
５０………基準レベル、５２………中心、５４………揚重機、
５６………取り付けレベル
【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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