発電機ロータの回転停止位置自動決定装置
【課題】発電機ロータの周方向停止位置を自動的にかつ的確に位置決めできる発電機ロータの回転停止位置自動決定装置を提供する。
【解決手段】タービン発電機ロータ上に設けられその回転方向の位置を示すマークの位置を検出するセンサと、ロータを回転させるターニング装置への電力の供給と遮断とを行う遮断器と、マークの検出信号に基づいてターニング装置への電力を遮断しロータに設けられた指定点を目標停止位置に停止させるロータ停止位置制御装置と、予め設定された定格角速度と定格角速度で回転するロータのターニング装置への電力遮断後の慣性回転による停止までの時間との関係に基づいて定格角速度で回転するロータのマーク検出時点からのターニング装置への電力の遮断時期までのディレイ時間を求め、定格角速度で回転するロータの前記マークを検出した瞬間から時間計測を開始し、計測時間がディレイ時間経過後にターニング装置への電力を遮断する。
【解決手段】タービン発電機ロータ上に設けられその回転方向の位置を示すマークの位置を検出するセンサと、ロータを回転させるターニング装置への電力の供給と遮断とを行う遮断器と、マークの検出信号に基づいてターニング装置への電力を遮断しロータに設けられた指定点を目標停止位置に停止させるロータ停止位置制御装置と、予め設定された定格角速度と定格角速度で回転するロータのターニング装置への電力遮断後の慣性回転による停止までの時間との関係に基づいて定格角速度で回転するロータのマーク検出時点からのターニング装置への電力の遮断時期までのディレイ時間を求め、定格角速度で回転するロータの前記マークを検出した瞬間から時間計測を開始し、計測時間がディレイ時間経過後にターニング装置への電力を遮断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力又は原子力発電所のタービン発電機の保守点検時に、発電機ロータの周方向停止位置を自動的にかつ的確に位置決めできる発電機ロータの回転停止位置自動決定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所、原子力発電所の発電機の発電機ロータは、その自重による曲がりを防止するためにＮ極又はＳ極を真上として特定の周方向位置で停止させ、駆動モータとギア装置などからなるターニング装置を用いて一定時間ごとに発電機ロータを低速（約２ないし１０回転／分）で回転させて、上下反転させることが必要とされている。さらに、保守点検時には、発電機ロータに直結されているタービンロータのバランス調整作業も行われ、タービンロータのバランス調整用の錘の取付位置(バランスホールの位置)が取付作業位置（バランシング作業ポート位置）に一致するようにタービンロータを停止させる必要がある。
【０００３】
従来このようなターニング装置を用いて一定時間ごとに発電機ロータを低速で回転させ、上下反転させる方法として、発電機ロータをターニング装置により低速回転させ、一作業員が発電機ロータの回転移動量を目視で検知し、他の作業員にターニングモータ停止の合図を送ってターニング装置のモータ駆動電源を遮断していた。
【０００４】
また、ターニングモータ駆動電源をＯＮ／ＯＦＦさせて発電機ロータを少しずつ動かす所謂インチング操作により、ロータを所定の位置で停止させる手法も併用されていた。この場合も、前述と同様に、一作業員が発電機ロータの回転移動量を目視で検知し、他の作業員にターニングモータ停止の合図を送ってターニングモータ駆動電源を操作していた。
【０００５】
保守点検時には、発電機ロータに直結されているタービンロータのバランス調整作業も行われる。この作業では、タービンロータのバランス調整用の錘の取付位置(バランスホールの位置)が取付作業位置（バランスポート位置）に一致するようにタービンロータを停止させる必要がある。この場合も、前述と同様に、一作業員がロータの回転移動量を目視で検知し、他の作業員にターニングモータ停止の合図を送ってターニングモータ駆動電源を操作していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ターニングモータ駆動電源を遮断しても発電機ロータが直ちに停止するわけではなく、発電機ロータの回転の慣性と発電機ロータ軸受の摩擦抵抗で決まる完全停止までの時間遅れがある。慣性による発電機ロータの回転角度は潤滑油の温度によっても変化するので、同じ操作を行っても発電機ロータが同じ停止位置になるとはかぎらない。このため、作業員の高度な経験と作業員間の的確な連携が必要なばかりであることは言うまでも無いが、それにもかかわらず、Ｎ極又はＳ極を所定の位置で停止させることが困難であり、何度も位置決めをやり直しせざるを得なかった。
【０００７】
本発明の目的は、火力発電所、原子力発電所等の発電機の保守点検時において、発電機ロータの周方向停止位置を自動的にかつ的確に位置決めできる発電機ロータの回転停止位置自動決定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、保守点検時のタービン発電機ロータを回転させるターニング装置と、前記タービン発電機ロータ上に設けられその回転方向の位置を示すマークの位置を検出する位置検出センサと、前記ターニング装置への電力の供給と遮断とを行う遮断器と、前記位置検出センサからの前記マークの検出信号に基づいて前記ターニング装置への電力を遮断し前記タービン発電機ロータに設けられた指定点を目標停止位置に停止させるロータ停止位置制御装置とを備え、
前記ロータ停止位置制御装置は、予め設定された定格角速度と該定格角速度で回転する前記タービン発電機ロータの前記ターニング装置への電力遮断後の慣性回転による停止までの時間との関係に基づいて前記定格角速度で回転する前記タービン発電機ロータの前記マーク検出時点からの前記ターニング装置への電力の遮断時期までのディレイ時間を求め、前記定格角速度で回転する前記タービン発電機ロータの前記マークを検出した瞬間から時間計測を開始し、該計測時間が前記ディレイ時間経過後に前記ターニング装置への電力を遮断する調整手段を有することを特徴とする発電機ロータの回転停止位置自動決定装置にある。
【０００９】
より具体的には、本発明の発電機ロータの回転停止位置自動決定装置は、火力又は原子力発電所等のタービン発電機において、発電機ロータ上の指定点、マーク、位置検出センサ、発電機ロータ上の指定点の目標停止位置をロータ軸方向に垂直な平面上に投影したとき、発電機ロータ軸中心に対して発電機ロータ上の指定点とマークのなす角が位置検出センサと目標停止位置のなす角に等しくなるように配置し、予め、定格隔速度で回転する発電機ロータの慣性回転時間を実測し、この実測データを基に位置検出センサがマークを検知してからターニングモータへの電力を遮断する時間を制御することにより、ターニング装置による駆動回転角度とターニングモータへの電力遮断後の慣性回転による発電機ロータの回転時間又は回転角度を調整して、発電機ロータの指定点を目標停止位置に停止させることを特徴とする。
【００１０】
即ち、定格角速度で回転する前記タービン発電機ロータの前記マーク検出後の前記ターニング装置への電力の遮断時期が、前記定格角速度で回転する前記タービン発電機ロータの前記ターニング装置への電力遮断後の慣性回転による停止までの時間又は回転角度に一致し、発電機ロータの指定点を目標停止位置に自動的に停止させることができる。
【００１１】
即ち、ロータ停止位置制御装置は位置検出センサからのマークの検出信号に基づいてターニングモータへの電力遮断時期を調整することにより、ターニングモータへの電力遮断後の慣性回転によるロータの回転角度を制御し、発電機ロータ上の指定点を目標停止位置に停止させるので、発電機ロータ上の指定点を目標停止位置に短時間で、自動的に、かつ、正確に停止させることが出来る。
【００１２】
又、発電機ロータ上の指定点が目標停止位置の少し手前の位置で慣性回転中の発電機ロータが停止した時に、発電機ロータ上の指定点が丁度前記目標停止位置に到達するまで、遮断後の慣性による発電機ロータの回転移動が無視できるほど充分短い通電時間でターニングモータをＯＮ／ＯＦＦ駆動させて、発電機ロータを回転移動させることにより発電機ロータの指定点を前記目標停止位置に停止させるので、ターニングモータへの電力供給時間を増加又は／及び減少させることのみで発電機ロータ上の指定点を目標停止位置に停止させるよりは操作回数が少なくてすむ。したがって、より短時間で、発電機ロータ上の指定点を目標停止位置に自動的に、かつ、正確に停止させることが出来る。
【００１３】
更に、好ましくは互いに対向位置に配置された発電機ロータ上の２点の指定点及び互いに対向位置に配置された２台の位置検出センサを備え、発電機ロータ上の指定点の一方の指定点を目標停止位置に停止させるときは一方の位置検出センサを用いて操作し、他の指定点を目標停止位置に停止させるときは他の位置検出センサを用いて操作するので、Ｎ極、Ｓ極の位置を上下反転させる操作が容易となる。
【００１４】
又、複数の指定点のそれぞれに対応した目標停止位置があって、各々の指定点に対してマークと位置検出センサが設けられ、複数のマークが発電機ロータの露出部の発電機ロータ軸方向に異なる複数の円周上に設けられており、各々のマークに対応した位置検出センサが発電機ロータ軸方向に設置されているので、希望する発電機ロータ上の指定点と希望する目標停止位置のみを入力すれば自動的に発電機ロータ上の指定点を目標停止位置に停止させることが出来る。したがって、装置の操作は簡単になり、操作ミスは低減できる。しかも、発電機ロータ上の指定点を目標停止位置に短時間で、自動的に、正確に停止させることが出来る。
【００１５】
マークは光反射体が好ましく、位置検出センサを光検出センサとすることにより、応答速度は速く、信頼性及び経済性の点からも優れている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、火力発電所、原子力発電所等の発電機の保守点検時において、発電機ロータの周方向停止位置を自動的にかつ的確に位置決めできる発電機ロータの回転停止位置自動決定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施する最良の形態を具体的な実施例によって説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明に係るタービン発電機ロータの回転停止位置決定装置を備えた発電機設備全体構成図である。図１に示すように、発電機ロータ１はローラ１６上に回転可能に載置され、指定点３ａ、３ｂが２点あり、例えば、２極モータのＮ極とＳ極で、これらの指定点３ａ、３ｂは互いに対向した位置にある。すなわち、或る場合には、Ｎ極（指定点３ａ）を発電機ステータの真上の目標停止位置１３に停止させ、また或る場合には、Ｓ極（指定点３ｂ）をこの目標停止位置１３に停止させることになる。また、図１の例では、発電機ロータ１の回転方向位置を示すマーク１２としてタービン発電機ロータ１の露出部の円周上に取り付けられた光反射体を用い、光反射体を検出し、発電機ロータ１上の指定点３ａ、３ｂの位置を検出する位置検出センサ１１ａ、１１ｂとして光センサを用いている。
【００１９】
先ず、指定点３ａを発電機ステータの真上の目標停止位置１３に停止させる場合を例にとり説明する。この場合、位置検出センサ１１ａを用いる。本実施例の発電機ロータ１の回転停止位置自動決定装置は発電機ロータ１をロータギア２１を介してロータ回転方向１８に回転させるターニング装置４、ターニング装置4を制御するロータ停止位置制御装置１０、タービン発電機の露出部に設置され、発電機ロータ１の回転方向位置を示す光反射体からなる発電機ロータ１上のマーク１２、マーク１２を検出し発電機ロータ１上の指定点３ａの位置を検出する位置検出センサ１１ａ、この位置検出センサ１１ａに対向して設置された他の位置検出センサ１１ｂ、発電機ロータ１の回転・停止を検出するための回転計１５、ターニング装置４の駆動源２０であるターニングモータ５への電力をＯＮ−ＯＦＦするための遮断器１４などから構成されている。発電機ロータ１にはフランジ１７を介してタービンロータ２が接続される。
【００２０】
図２は、発電機ロータ上の指定点、マーク、位置検出センサ及び目標停止位置の位置関係を示す図である。先ず、発電機ロータ１上の指定点３ａ、マーク１２、位置検出センサ１１ａ、目標停止位置１３の間の位置関係は、発電機ロータ上の指定点３ａが目標停止位置１３に停止したとき、位置検出センサ１１ａによりマーク１２が検出されるように配置される。言い換えると、発電機ロータ上の指定点３ａ、マーク１２、位置検出センサ１１ａ、目標停止位置１３をロータ軸方向に垂直な平面上に投影したとき、発電機ロータ１の軸中心に対して発電機ロータ上の指定点３ａとマーク１２のなす角θａが位置検出センサ１１ａと目標停止位置１３のなす角φａに等しくなるように発電機ロータ上の指定点３ａ、マーク１２、位置検出センサ１１ａ、目標停止位置１３を配置する。ここで、他の位置検出センサ１１ｂは、発電機ロータ上の指定点３ｂを目標停止位置１３に停止させるときに使われる。
【００２１】
又、発電機ロータ上の指定点３ｂを目標停止位置１３に停止させる場合は、位置検出センサ１１ｂが使われる。さらに、指定点３ｂは指定点３ａの対向位置にあり、かつ、位置検出センサ１１ｂは位置検出センサ１１ａの対向位置にあるため、図２に示したように、発電機ロータ1の軸中心に対して発電機ロータ上の指定点３ｂとマーク１２のなす角θｂが位置検出センサ１１ｂと目標停止位置１３のなす角φｂに等しくなる。
【００２２】
ターニング装置４はターニングモータ５、複数のターニングギア６、ギア噛合操作機構７、発電機ロータ１のロータギア２１への接続と引き離しを矢印の方向に行う可動可能なターニング装置側噛合ギア８などから構成されている。保守点検時に発電機ロータ１を回転させる場合には、ターニング装置４をタービンの軸受箱に設置し、ギア噛合操作機構7を操作することにより、ターニング装置側噛合ギア８をロータ側噛合ギア９に噛合せる。ターニングモータ５を駆動することにより発電機ロータ１を回転し、一定の回転速度に到達する。この状態で、ターニングモータ５への電力を遮断すると、ギア噛合操作機構７が作動してターニング装置側噛合ギア８とロータ側噛合ギア９の噛合が自動的に解除される。この解除によって発電機ロータ1は自由慣性回転状態に入り、発電機ロータ１の回転速度は軸受の摩擦抵抗により徐々に遅くなり、やがて停止する。ギア噛合操作機構7は油圧シリンダー２２の駆動によってターニング装置側噛合ギア８の噛合が行われ、バネ装置２３によって噛合における衝撃が緩和される。
【００２３】
図３はターニング開始から停止するまでの発電機ロータの回転速度の時間変化を示す図である。次に、発電機ロータ１のターニング開始から停止までの過程の概要を説明する。図３に示すように、ギアの噛合せ後、時刻τ０でターニングモータ５への電力が供給されると、ターニングモータ５は１５００rpmで回転し、ターニンギア６を介して徐々に加速され時刻τ１でロータ回転速度は定格の一定値（ターニング定格速度２rpm）に到達する。発電機ロータ１の定格回転中の時刻τ２で、位置検出センサ１１ａ（または１１ｂ）が発電機ロータ１上の光反射体からなるマーク１２を検知すると、ロータ停止位置制御装置１０は時間計測を開始する。指定された時間（ディレイ時間）td経過後の時刻τ３で、ターニングモータ５への電力が遮断され、同時にギアの噛合せは解除される。この時点で、発電機ロータ１は慣性回転状態となり、発電機ロータ１はロータ軸受の摩擦抵抗により、図３の実際のコーストダウン曲線に沿って徐々に減速され、時刻τ４で停止する。
【００２４】
本実施例では、ディレイ時間tdを調整することにより発電機ロータ１上の指定点３ａ（又は、指定点３ｂ）を目標停止位置１３に停止させる。位置検出センサ１１ａ（または１１ｂ）が発電機ロータ１上のマーク１２を検知してから駆動電源を切断するまでのディレイ時間tdの時間内に発電機ロータ１が１周以上（３６０度以上）回転させても無意味であるから、ディレイ時間tdは下記の条件を満たすように決めなければならない。
td(sec)<60/n0(rpm)=360/ω0(度/sec) …（１）
ここで、td:ディレイ時間(sec)、n0:ターニング定格回転数(rpm)
ω0:ターニング定格角速度(度/sec)
例えば、ターニング定格回転数n0が２rpm、すなわち、ターニング定格角速度ω0が１２度/ｓｅｃのとき、ディレイ時間tdは３０秒以下でなければならない。ディレイ時間td内に発電機ロータが回転する角度は次式で求められる。
Δψd=ω0×td …（２）
ここで、Δψd:ディレイ時間内にロータが回転する角度(度)
また、時刻τ３から時刻τ４で停止するまでの発電機ロータの慣性回転状態では、発電機ロータは発電機ロータ軸受の摩擦抵抗により徐々に減速される。この時間内での発電機ロータの回転速度変化は等減速と近似できるので、図３のコーストダウン近似直線で示したように、次式により求められる。
ω=dψ/dt≒ω0[1-(t/te)] …（３）
ここで、ω:ロータの角速度 (度/sec)、ψ:ロータの回転角(度)、t:時間(sec)
te:発電機ロータの回転慣性時間(sec)
発電機ロータの回転慣性時間teは予め実測することができる。（３）式を時刻τ３から時刻τ4まで積分すると、発電機ロータが停止するまでの慣性回転角度は、次式で近似できる。
Δψe≒1/2×ω0×te …（４）
ここで、Δψe:発電機ロータの慣性回転角度(度)
したがって、位置検出センサ１１ａが発電機ロータ１上の光反射体からなるマーク１２を検知して（時刻τ２)から、発電機ロータが停止する（時刻τ４）までの発電機ロータの回転角度は、次の近似式（5）により求まる。
Δψ=Δψd+Δψe≒ω0×[td+te/2] …（５）
図２に示したように、マーク１２が丁度位置検出センサ１１ａの位置に一致するように、発電機ロータが停止すれば、角θａは角φａに等しいから、発電機ロータ上の指定点３ａが目標停止位置１３に停止していることになる。したがって、発電機ロータ上の指定点３ａが目標停止位置１３に停止させるためには、次式（6）から式（7）を満足するディレイ時間tdを求めればよい。
Δψ=360×N≒ω0×[td+te/2] …（６）
ここで、N:正の整数
すなわち、
td≒[360×N/ω0]-[te/2]=[60×N/n0(rpm)]-[te/2] …（７)
しかし、この値は上記のように近似式から求めたもので、次に述べる、ロータ回転停止位置自動決定処理の初期値として使われる。
【００２５】
以上のように、ロータ停止位置制御装置１０は、予め設定された定格角速度とその定格角速度で回転するタービン発電機ロータ１のターニング装置４への電力遮断後の慣性回転による停止までの時間との関係に基づいて定格角速度で回転するタービン発電機ロータ１のマーク１２の検出時点からのターニング装置４への電力の遮断時期までのディレイ時間tdを求め、定格角速度で回転するタービン発電機ロータ１のマーク１２を検出した瞬間から時間計測を開始し、その計測時間がディレイ時間td経過後にターニング装置4への電力を遮断する調整手段を有するものである。そして、ターニングモータ５への電力が遮断されると、ギア噛合操作機構７が作動してターニング装置側噛合ギア８とロータ側噛合ギア９の噛合が自動的に解除され、発電機ロータ１は自由慣性回転状態に入る。
【００２６】
図４は発電機ロータの回転停止位置自動決定の制御ロジックを示すフローチャートである。図４を用いてロータ停止位置制御装置１０が行うロータ回転停止位置自動決定の制御ロジックを以下説明する。この処理はマイクロコンピュータを用いてソフト的に実行可能である。図４に示すように、発電機ロータ１の回転停止位置自動決定の制御ロジックは、最初に、ステップＳ１でターニングモータ５を駆動し、発電機ロータ１の回転が一定速度に到達したときのターニング定格角速度ω0（または、ターニング定格回転数n0）を実測する。さらに、ターニングモータ５への電力を遮断して、発電機ロータ１の回転慣性時間teを実測する。その後、ターニング条件の入力や、必要な演算をする。すなわち、発電機ロータ１上の指定点３、この場合、Ｎ極かＳ極、この指定点３の目標停止位置１３、例えば、真上の位置、ターニングモータ５を駆動し、位置検出センサ（光センサ）１１ａが発電機ロータ１上の光反射体からなるマーク１２を検知してから駆動電源を切断するまでのディレイ時間tdの初期値td0の式（６）を用いて計算や、この初期値td0が式（１）を満足しているか否かなどのチェックを行う。以下、Ｎ極（発電機ロータ１上の指定点３ａ）を真上（目標停止位置１３）に停止させる場合を例に説明する。
【００２７】
ステップＳ２では、ロータ停止位置制御装置１０からターニング装置に信号が送られ、ギア噛合操作機構7を操作することにより、ターニング装置側噛合ギア８をロータ側噛合ギア９に噛合せる。さらに、遮断器１４に信号を送り、ターニングモータ５が駆動され、ロータを回転する。
【００２８】
ステップＳ３では、発電機ロータ１の回転速度がターニング定格回転数に到達したか否かを判定する。ターニング定格回転数に到達していなければ、到達するまでこの判定は繰り返される。ロータの回転速度がターニング定格回転数に到達していれば、処理はステップＳ４へ進む。
【００２９】
ステップＳ４では、位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知したか否かを判定する。位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知していなければ、検知するまでこの判定は繰り返される。位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知すれば、処理はステップＳ５へ進む。
【００３０】
ステップＳ５では、位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知してからの時間の計測を行う。
【００３１】
ステップＳ６では、計測された時間tがステップＳ１でセットされたディレイ時間tdに達したか否かを判定する。計測された時間tがディレイ時間tdに達していなければ、ディレイ時間tdに達するまで、この判定処理は繰り返される。計測された時間tがディレイ時間tdに達すれば、処理はステップＳ７へ進み、ターニングモータ５への電力供給は遮断され、同時に、ターニング装置４のギア噛合せは解除される。これにより、発電機ロータ１は慣性回転状態に入る。
【００３２】
ステップＳ８では、計測された時間tがステップＳ１でセットされたロータ停止時間｛td+te｝よりもΔt1だけ前の時刻{td+te-Δt1}に達したか否かを判定する。時間Δt1については後で述べる。計測された時間tが{td+te-Δt1}に達していなければ、{td+te-Δt1}に達するまで、この判定処理は繰り返される。計測された時間tが{td+te-Δt1}に達すれば、処理はステップＳ９へ進み、位置検出センサ１１ａはマーク１２の通過を継続的に監視（モニタリング）する。
【００３３】
ここで、上述の時間Δt1について説明する。ステップＳ４で位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知してから発電機ロータ１が停止するまで、すなわち、{td+te}時間内に発電機ロータ１が２回転またはそれ以上回転する場合は、マーク１２が最終的に位置検出センサ１１ａの近傍に停止する以前に何回か位置検出センサ１１ａの前面を通過することになる。発電機ロータ１が停止する直前のΔt1時間内に位置検出センサ１１ａによるマーク１２検知の有無が判れば、マーク１２が位置検出センサ１１ａの手前で停止したか、あるいは、通過して少しずれた位置に停止したかを判定できる。ロータ停止前のΔt1時間の間に、すなわち、時刻τ４-Δt1から時刻τ４の間に、発電機ロータ１が回転する角度Δψ1は式（３）から以下の（式８）のように表される。
ここで、Δt1は正の数であることを考慮して、（式８）式を書き換えると（式９）のようになる。
発電機ロータ１のコーストダウンを直線で近似したとき、停止寸前の回転角度の誤差は数度程度と考えられるので、停止前のΔt1時間の間に発電機ロータ１が回転する角度Δψ1は数度程度と考えられる。例えば、Δψ1が５度とし、ターニング定格回転数n0が２rpm、すなわち、ターニング定格角速度ω0が１２度/sec、発電機ロータ１の回転慣性時間ｔeが５０秒とすると、式（９）からΔt1は約６秒となる。teが４００秒とし、あとの条件は同じとすると、Δt1は約１８秒となる。
【００３４】
ステップＳ９では、時刻{td+te-Δt1}以降において、位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知したか否かを判定する。位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知していれば、ステップＳ１０へ進み、発電機ロータ１が停止したか否かを判定する。発電機ロータ１が停止していれば、ただちにステップＳ１１へ進む。発電機ロータ１が停止していなければ、発電機ロータ１が停止するまでこの判定は繰り返され、マーク１２の通過が継続的に監視（モニタリング）される。発電機ロータ１が停止すれば、ステップＳ１１へ進み、位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知しているか否かを判定する。位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知していれば、発電機ロータ１上の指定点３ａが目標停止位置１３で停止していることを意味するので、発電機ロータ１の回転停止位置自動決定処理は終了する。
【００３５】
ステップＳ１１で、位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知していなければ、発電機ロータ１上の指定点３ａが目標停止位置１３を通過してしまって停止したことを意味するので、ステップＳ１２へ進み、ディレイ時間tdをΔt2だけ小さいtd= td-Δt2とし、ステップＳ２へ戻って、ステップＳ２以降の処理を繰り返す。
【００３６】
ここで、上記のディレイ時間の変更量Δtdの大きさをどのように決めるかを説明する。時刻{td+te-Δt1}から時刻{td+te}の時間内に、ステップＳ９で位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知し、かつ、時刻{td+te}に、すなわち、発電機ロータ１の停止状態で位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知していない場合であるから、発電機ロータ１停止前のΔt1時間内に発電機ロータ１が回転した角度Δψ1に相当する角度をターニング定格回転中に減少させればよいことが判る。したがって、（式９）から、
すなわち、この(式10)を整理した(式11)からΔtdが求まる。
例えば、Δψ1が5度とし、ターニング定格角速度ω0が１２度/secとすると、(式１１)からΔt2は約０．４秒となる。
【００３７】
前に戻って、ステップＳ９で位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知していなければ、ステップＳ１３へ進み、発電機ロータ１が停止したか否かを判定する。発電機ロータ１が停止していれば、ただちにステップＳ１４へ進む。発電機ロータ１が停止していなければ、ステップＳ９へ戻り、位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知したか否かを判定する。マーク１２を検知していなければ、前述と同様の処理が行われる。検知していなければ、発電機ロータ１が停止するまでこの判定は繰り返される。発電機ロータ１が停止すれば、ステップＳ１４へ進み、インチング操作を行う。
【００３８】
インチング操作とは、ターニングモータ駆動電源をＯＮ／ＯＦＦさせて発電機ロータ１を少しずつ動かし、発電機ロータ１を所定の位置で停止させる方法である。図５は本実施例で使われるインチング操作の説明図である。
【００３９】
図５の左側に示したように、ターニングモータ５への通電を断続的にＯＮ／ＯＦＦさせると、ロータは図５の右側に示したように、少しずつ回転移動する。このとき、ターニングモータ５への通電時間tpが充分短ければ、通電ＯＦＦ後の慣性によるロータの回転移動は無視できるほど小さい。したがって、発電機ロータ上の指定点が目標停止位置の少し手前に来て停止した場合、発電機ロータ発電機上の指定点が丁度目標停止位置に到達するまで、ステップＳ１４とステップＳ１５でインチング操作を繰り返す。
【００４０】
以上の操作により、発電機ロータ上の指定点３ａを目標停止位置１３に停止させることが出来る。以上に述べたステップＳ９以降の操作をまとめると以下のようになる。
（Ａ）時刻{td+te-Δt1}以降に、マーク１２が位置検出センサ１１ａで検知され、かつ、発電機ロータ１の停止状態でマーク１２が位置検出センサ１１ａで検知される場合、操作終了。
（Ｂ）時刻{td+te-Δt1}以降に、マーク１２が位置検出センサ１１ａで検知され、かつ、発電機ロータ１の停止状態でマーク１２が位置検出センサ１１ａで検知されない場合、発電機ロータ１を再起動して、ディレイ時間tdをΔt2だけ小さいtd=td-Δt2とし、ステップＳ２以降の処理を繰り返す。
（Ｃ）時刻{td+te-Δt1}以降に、マーク１２が位置検出センサ１１ａで検知されず、かつ、発電機ロータ１の停止状態でマーク１２が位置検出センサ１１ａで検知されない場合、インチング操作を行う。
【００４１】
なお、ケース（Ｃ）の場合、発電機ロータ１を再起動して、ディレイ時間tdをΔt2だけ大きいtd=td+Δt2とし、ステップＳ２以降の処理を繰り返しても、発電機ロータ上の指定点３ａを目標停止位置１３に停止させることが出来る。また、発電機ロータ上の指定点３ｂ（Ｓ極）を目標停止位置１３に停止させる場合は、位置検出センサ１１ｂを用いて、ステップＳ１以降の操作を前記と同様に行えばよい。
【００４２】
以上、本実施例によれば、火力発電所、原子力発電所等の発電機の保守点検時において、発電機ロータの周方向停止位置を自動的にかつ的確に位置決めできる発電機ロータの回転停止位置自動決定装置を提供することができる。
【実施例２】
【００４３】
図６は本発明に係る複数の指定点を設けた発電機ロータの回転停止位置自動決定装置における他の例を示す斜視図である。本実施例が実施例１と異なる点は、図６に示したように、２つの発電機ロータ上に複数の指定点３ａ,３ｂを設け、それに対応して２つのマーク１２ａ,１２ｂが発電機ロータ軸方向に異なる円周上に設けられており、更にそれぞれのマーク１２ａと１２ｂに対応して２台の位置検出センサ１１ａ、１１ｂがロータ軸方向にずれた位置に設置されていることである。複数の指定点を設けることによって複数の位置に発電機ロータ１を停止させることができ、長時間の発電機ロータの停止状態での変形を緩和することができる。
【００４４】
図６では発電機ロータ上の指定点３ａ,３ｂに対応して目標停止位置1３ａ,１３ｂは２箇所となっているが、１箇所のみ、すなわち、目標停止位置1３ａと目標停止位置１３ｂが重なっていても構わない。発電機ロータ上の指定点、目標停止位置、位置検出センサ、光反射体によるマークの位置関係は、発電機ロータ上の指定点３ａが目標停止位置1３ａに停止したとき位置検出センサ１１ａによりマーク１２ａが検出されるように配置されている。また、発電機ロータ上の指定点３ｂが目標停止位置１３ｂに停止したとき位置検出センサ１１ｂによりマーク１２ｂが検出されるように配置されている。
【００４５】
本実施例は、基本的に、１つの発電機ロータ上の指定点３に対応して１つのマーク１２が発電機ロータ１の軸円周上に設けられており、そのマーク１２に対応して位置検出センサ１１が設置されており、その発電機ロータ上の指定点３を１つの目標停止位置１３に停止させる２組の位置検出センサとマークのセットがロータ軸方向にずれた位置に並列設置されていることと同等である。したがって、このようなセットを２組以上並列に設置することも可能である。
【００４６】
本実施例での発電機ロータ１の回転停止位置自動決定の制御ロジックは、図４に示した実施例１のロジックと同じであるので、説明を省略する。
【００４７】
本実施例においても、火力発電所、原子力発電所等の発電機の保守点検時において、発電機ロータの周方向停止位置を自動的にかつ的確に位置決めできる発電機ロータの回転停止位置自動決定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る発電機ロータの回転停止位置自動決定装置を備えた発電機設備全体構成図である。
【図２】発電機ロータ上の指定点、マーク、位置検出センサ、目標停止位置の位置関係を説明する図である。
【図３】ターニング開始から停止するまでの発電機ロータの回転速度の時間変化を示す線図である。
【図４】発電機ロータの回転停止位置自動決定の制御ロジックを示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る発電機ロータの回転停止位置自動決定装置におけるインチング操作を説明する図である。
【図６】本発明に係る発電機ロータの回転停止位置自動決定装置における他の例を示す発電機ロータの斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…発電機ロータ、２…タービンロータ、３,３ａ,３ｂ…発電機ロータ上の指定点、４…ターニング装置、５…ターニングモータ、６…ターニングギア、７…ギア噛合操作機構、８…ターニング装置側噛合ギア、９…ロータ側噛合ギア、１０…ロータ停止位置制御装置、１１,１１ａ,１１ｂ…位置検出センサ、１２,１２ａ,１２ｂ…マーク、１３…目標停止位置、１４…遮断器、１５…回転計、１６…ローラ、１７…フランジ、１８…ロータ回転方向、１９…ターニング装置側噛合ギアの回転方向、２０…モータ電源、２１…発電機ロータギア、２２…油圧スリンダ、２３…コイルバネ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力又は原子力発電所のタービン発電機の保守点検時に、発電機ロータの周方向停止位置を自動的にかつ的確に位置決めできる発電機ロータの回転停止位置自動決定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所、原子力発電所の発電機の発電機ロータは、その自重による曲がりを防止するためにＮ極又はＳ極を真上として特定の周方向位置で停止させ、駆動モータとギア装置などからなるターニング装置を用いて一定時間ごとに発電機ロータを低速（約２ないし１０回転／分）で回転させて、上下反転させることが必要とされている。さらに、保守点検時には、発電機ロータに直結されているタービンロータのバランス調整作業も行われ、タービンロータのバランス調整用の錘の取付位置(バランスホールの位置)が取付作業位置（バランシング作業ポート位置）に一致するようにタービンロータを停止させる必要がある。
【０００３】
従来このようなターニング装置を用いて一定時間ごとに発電機ロータを低速で回転させ、上下反転させる方法として、発電機ロータをターニング装置により低速回転させ、一作業員が発電機ロータの回転移動量を目視で検知し、他の作業員にターニングモータ停止の合図を送ってターニング装置のモータ駆動電源を遮断していた。
【０００４】
また、ターニングモータ駆動電源をＯＮ／ＯＦＦさせて発電機ロータを少しずつ動かす所謂インチング操作により、ロータを所定の位置で停止させる手法も併用されていた。この場合も、前述と同様に、一作業員が発電機ロータの回転移動量を目視で検知し、他の作業員にターニングモータ停止の合図を送ってターニングモータ駆動電源を操作していた。
【０００５】
保守点検時には、発電機ロータに直結されているタービンロータのバランス調整作業も行われる。この作業では、タービンロータのバランス調整用の錘の取付位置(バランスホールの位置)が取付作業位置（バランスポート位置）に一致するようにタービンロータを停止させる必要がある。この場合も、前述と同様に、一作業員がロータの回転移動量を目視で検知し、他の作業員にターニングモータ停止の合図を送ってターニングモータ駆動電源を操作していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ターニングモータ駆動電源を遮断しても発電機ロータが直ちに停止するわけではなく、発電機ロータの回転の慣性と発電機ロータ軸受の摩擦抵抗で決まる完全停止までの時間遅れがある。慣性による発電機ロータの回転角度は潤滑油の温度によっても変化するので、同じ操作を行っても発電機ロータが同じ停止位置になるとはかぎらない。このため、作業員の高度な経験と作業員間の的確な連携が必要なばかりであることは言うまでも無いが、それにもかかわらず、Ｎ極又はＳ極を所定の位置で停止させることが困難であり、何度も位置決めをやり直しせざるを得なかった。
【０００７】
本発明の目的は、火力発電所、原子力発電所等の発電機の保守点検時において、発電機ロータの周方向停止位置を自動的にかつ的確に位置決めできる発電機ロータの回転停止位置自動決定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、保守点検時のタービン発電機ロータを回転させるターニング装置と、前記タービン発電機ロータ上に設けられその回転方向の位置を示すマークの位置を検出する位置検出センサと、前記ターニング装置への電力の供給と遮断とを行う遮断器と、前記位置検出センサからの前記マークの検出信号に基づいて前記ターニング装置への電力を遮断し前記タービン発電機ロータに設けられた指定点を目標停止位置に停止させるロータ停止位置制御装置とを備え、
前記ロータ停止位置制御装置は、予め設定された定格角速度と該定格角速度で回転する前記タービン発電機ロータの前記ターニング装置への電力遮断後の慣性回転による停止までの時間との関係に基づいて前記定格角速度で回転する前記タービン発電機ロータの前記マーク検出時点からの前記ターニング装置への電力の遮断時期までのディレイ時間を求め、前記定格角速度で回転する前記タービン発電機ロータの前記マークを検出した瞬間から時間計測を開始し、該計測時間が前記ディレイ時間経過後に前記ターニング装置への電力を遮断する調整手段を有することを特徴とする発電機ロータの回転停止位置自動決定装置にある。
【０００９】
より具体的には、本発明の発電機ロータの回転停止位置自動決定装置は、火力又は原子力発電所等のタービン発電機において、発電機ロータ上の指定点、マーク、位置検出センサ、発電機ロータ上の指定点の目標停止位置をロータ軸方向に垂直な平面上に投影したとき、発電機ロータ軸中心に対して発電機ロータ上の指定点とマークのなす角が位置検出センサと目標停止位置のなす角に等しくなるように配置し、予め、定格隔速度で回転する発電機ロータの慣性回転時間を実測し、この実測データを基に位置検出センサがマークを検知してからターニングモータへの電力を遮断する時間を制御することにより、ターニング装置による駆動回転角度とターニングモータへの電力遮断後の慣性回転による発電機ロータの回転時間又は回転角度を調整して、発電機ロータの指定点を目標停止位置に停止させることを特徴とする。
【００１０】
即ち、定格角速度で回転する前記タービン発電機ロータの前記マーク検出後の前記ターニング装置への電力の遮断時期が、前記定格角速度で回転する前記タービン発電機ロータの前記ターニング装置への電力遮断後の慣性回転による停止までの時間又は回転角度に一致し、発電機ロータの指定点を目標停止位置に自動的に停止させることができる。
【００１１】
即ち、ロータ停止位置制御装置は位置検出センサからのマークの検出信号に基づいてターニングモータへの電力遮断時期を調整することにより、ターニングモータへの電力遮断後の慣性回転によるロータの回転角度を制御し、発電機ロータ上の指定点を目標停止位置に停止させるので、発電機ロータ上の指定点を目標停止位置に短時間で、自動的に、かつ、正確に停止させることが出来る。
【００１２】
又、発電機ロータ上の指定点が目標停止位置の少し手前の位置で慣性回転中の発電機ロータが停止した時に、発電機ロータ上の指定点が丁度前記目標停止位置に到達するまで、遮断後の慣性による発電機ロータの回転移動が無視できるほど充分短い通電時間でターニングモータをＯＮ／ＯＦＦ駆動させて、発電機ロータを回転移動させることにより発電機ロータの指定点を前記目標停止位置に停止させるので、ターニングモータへの電力供給時間を増加又は／及び減少させることのみで発電機ロータ上の指定点を目標停止位置に停止させるよりは操作回数が少なくてすむ。したがって、より短時間で、発電機ロータ上の指定点を目標停止位置に自動的に、かつ、正確に停止させることが出来る。
【００１３】
更に、好ましくは互いに対向位置に配置された発電機ロータ上の２点の指定点及び互いに対向位置に配置された２台の位置検出センサを備え、発電機ロータ上の指定点の一方の指定点を目標停止位置に停止させるときは一方の位置検出センサを用いて操作し、他の指定点を目標停止位置に停止させるときは他の位置検出センサを用いて操作するので、Ｎ極、Ｓ極の位置を上下反転させる操作が容易となる。
【００１４】
又、複数の指定点のそれぞれに対応した目標停止位置があって、各々の指定点に対してマークと位置検出センサが設けられ、複数のマークが発電機ロータの露出部の発電機ロータ軸方向に異なる複数の円周上に設けられており、各々のマークに対応した位置検出センサが発電機ロータ軸方向に設置されているので、希望する発電機ロータ上の指定点と希望する目標停止位置のみを入力すれば自動的に発電機ロータ上の指定点を目標停止位置に停止させることが出来る。したがって、装置の操作は簡単になり、操作ミスは低減できる。しかも、発電機ロータ上の指定点を目標停止位置に短時間で、自動的に、正確に停止させることが出来る。
【００１５】
マークは光反射体が好ましく、位置検出センサを光検出センサとすることにより、応答速度は速く、信頼性及び経済性の点からも優れている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、火力発電所、原子力発電所等の発電機の保守点検時において、発電機ロータの周方向停止位置を自動的にかつ的確に位置決めできる発電機ロータの回転停止位置自動決定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施する最良の形態を具体的な実施例によって説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明に係るタービン発電機ロータの回転停止位置決定装置を備えた発電機設備全体構成図である。図１に示すように、発電機ロータ１はローラ１６上に回転可能に載置され、指定点３ａ、３ｂが２点あり、例えば、２極モータのＮ極とＳ極で、これらの指定点３ａ、３ｂは互いに対向した位置にある。すなわち、或る場合には、Ｎ極（指定点３ａ）を発電機ステータの真上の目標停止位置１３に停止させ、また或る場合には、Ｓ極（指定点３ｂ）をこの目標停止位置１３に停止させることになる。また、図１の例では、発電機ロータ１の回転方向位置を示すマーク１２としてタービン発電機ロータ１の露出部の円周上に取り付けられた光反射体を用い、光反射体を検出し、発電機ロータ１上の指定点３ａ、３ｂの位置を検出する位置検出センサ１１ａ、１１ｂとして光センサを用いている。
【００１９】
先ず、指定点３ａを発電機ステータの真上の目標停止位置１３に停止させる場合を例にとり説明する。この場合、位置検出センサ１１ａを用いる。本実施例の発電機ロータ１の回転停止位置自動決定装置は発電機ロータ１をロータギア２１を介してロータ回転方向１８に回転させるターニング装置４、ターニング装置4を制御するロータ停止位置制御装置１０、タービン発電機の露出部に設置され、発電機ロータ１の回転方向位置を示す光反射体からなる発電機ロータ１上のマーク１２、マーク１２を検出し発電機ロータ１上の指定点３ａの位置を検出する位置検出センサ１１ａ、この位置検出センサ１１ａに対向して設置された他の位置検出センサ１１ｂ、発電機ロータ１の回転・停止を検出するための回転計１５、ターニング装置４の駆動源２０であるターニングモータ５への電力をＯＮ−ＯＦＦするための遮断器１４などから構成されている。発電機ロータ１にはフランジ１７を介してタービンロータ２が接続される。
【００２０】
図２は、発電機ロータ上の指定点、マーク、位置検出センサ及び目標停止位置の位置関係を示す図である。先ず、発電機ロータ１上の指定点３ａ、マーク１２、位置検出センサ１１ａ、目標停止位置１３の間の位置関係は、発電機ロータ上の指定点３ａが目標停止位置１３に停止したとき、位置検出センサ１１ａによりマーク１２が検出されるように配置される。言い換えると、発電機ロータ上の指定点３ａ、マーク１２、位置検出センサ１１ａ、目標停止位置１３をロータ軸方向に垂直な平面上に投影したとき、発電機ロータ１の軸中心に対して発電機ロータ上の指定点３ａとマーク１２のなす角θａが位置検出センサ１１ａと目標停止位置１３のなす角φａに等しくなるように発電機ロータ上の指定点３ａ、マーク１２、位置検出センサ１１ａ、目標停止位置１３を配置する。ここで、他の位置検出センサ１１ｂは、発電機ロータ上の指定点３ｂを目標停止位置１３に停止させるときに使われる。
【００２１】
又、発電機ロータ上の指定点３ｂを目標停止位置１３に停止させる場合は、位置検出センサ１１ｂが使われる。さらに、指定点３ｂは指定点３ａの対向位置にあり、かつ、位置検出センサ１１ｂは位置検出センサ１１ａの対向位置にあるため、図２に示したように、発電機ロータ1の軸中心に対して発電機ロータ上の指定点３ｂとマーク１２のなす角θｂが位置検出センサ１１ｂと目標停止位置１３のなす角φｂに等しくなる。
【００２２】
ターニング装置４はターニングモータ５、複数のターニングギア６、ギア噛合操作機構７、発電機ロータ１のロータギア２１への接続と引き離しを矢印の方向に行う可動可能なターニング装置側噛合ギア８などから構成されている。保守点検時に発電機ロータ１を回転させる場合には、ターニング装置４をタービンの軸受箱に設置し、ギア噛合操作機構7を操作することにより、ターニング装置側噛合ギア８をロータ側噛合ギア９に噛合せる。ターニングモータ５を駆動することにより発電機ロータ１を回転し、一定の回転速度に到達する。この状態で、ターニングモータ５への電力を遮断すると、ギア噛合操作機構７が作動してターニング装置側噛合ギア８とロータ側噛合ギア９の噛合が自動的に解除される。この解除によって発電機ロータ1は自由慣性回転状態に入り、発電機ロータ１の回転速度は軸受の摩擦抵抗により徐々に遅くなり、やがて停止する。ギア噛合操作機構7は油圧シリンダー２２の駆動によってターニング装置側噛合ギア８の噛合が行われ、バネ装置２３によって噛合における衝撃が緩和される。
【００２３】
図３はターニング開始から停止するまでの発電機ロータの回転速度の時間変化を示す図である。次に、発電機ロータ１のターニング開始から停止までの過程の概要を説明する。図３に示すように、ギアの噛合せ後、時刻τ０でターニングモータ５への電力が供給されると、ターニングモータ５は１５００rpmで回転し、ターニンギア６を介して徐々に加速され時刻τ１でロータ回転速度は定格の一定値（ターニング定格速度２rpm）に到達する。発電機ロータ１の定格回転中の時刻τ２で、位置検出センサ１１ａ（または１１ｂ）が発電機ロータ１上の光反射体からなるマーク１２を検知すると、ロータ停止位置制御装置１０は時間計測を開始する。指定された時間（ディレイ時間）td経過後の時刻τ３で、ターニングモータ５への電力が遮断され、同時にギアの噛合せは解除される。この時点で、発電機ロータ１は慣性回転状態となり、発電機ロータ１はロータ軸受の摩擦抵抗により、図３の実際のコーストダウン曲線に沿って徐々に減速され、時刻τ４で停止する。
【００２４】
本実施例では、ディレイ時間tdを調整することにより発電機ロータ１上の指定点３ａ（又は、指定点３ｂ）を目標停止位置１３に停止させる。位置検出センサ１１ａ（または１１ｂ）が発電機ロータ１上のマーク１２を検知してから駆動電源を切断するまでのディレイ時間tdの時間内に発電機ロータ１が１周以上（３６０度以上）回転させても無意味であるから、ディレイ時間tdは下記の条件を満たすように決めなければならない。
td(sec)<60/n0(rpm)=360/ω0(度/sec) …（１）
ここで、td:ディレイ時間(sec)、n0:ターニング定格回転数(rpm)
ω0:ターニング定格角速度(度/sec)
例えば、ターニング定格回転数n0が２rpm、すなわち、ターニング定格角速度ω0が１２度/ｓｅｃのとき、ディレイ時間tdは３０秒以下でなければならない。ディレイ時間td内に発電機ロータが回転する角度は次式で求められる。
Δψd=ω0×td …（２）
ここで、Δψd:ディレイ時間内にロータが回転する角度(度)
また、時刻τ３から時刻τ４で停止するまでの発電機ロータの慣性回転状態では、発電機ロータは発電機ロータ軸受の摩擦抵抗により徐々に減速される。この時間内での発電機ロータの回転速度変化は等減速と近似できるので、図３のコーストダウン近似直線で示したように、次式により求められる。
ω=dψ/dt≒ω0[1-(t/te)] …（３）
ここで、ω:ロータの角速度 (度/sec)、ψ:ロータの回転角(度)、t:時間(sec)
te:発電機ロータの回転慣性時間(sec)
発電機ロータの回転慣性時間teは予め実測することができる。（３）式を時刻τ３から時刻τ4まで積分すると、発電機ロータが停止するまでの慣性回転角度は、次式で近似できる。
Δψe≒1/2×ω0×te …（４）
ここで、Δψe:発電機ロータの慣性回転角度(度)
したがって、位置検出センサ１１ａが発電機ロータ１上の光反射体からなるマーク１２を検知して（時刻τ２)から、発電機ロータが停止する（時刻τ４）までの発電機ロータの回転角度は、次の近似式（5）により求まる。
Δψ=Δψd+Δψe≒ω0×[td+te/2] …（５）
図２に示したように、マーク１２が丁度位置検出センサ１１ａの位置に一致するように、発電機ロータが停止すれば、角θａは角φａに等しいから、発電機ロータ上の指定点３ａが目標停止位置１３に停止していることになる。したがって、発電機ロータ上の指定点３ａが目標停止位置１３に停止させるためには、次式（6）から式（7）を満足するディレイ時間tdを求めればよい。
Δψ=360×N≒ω0×[td+te/2] …（６）
ここで、N:正の整数
すなわち、
td≒[360×N/ω0]-[te/2]=[60×N/n0(rpm)]-[te/2] …（７)
しかし、この値は上記のように近似式から求めたもので、次に述べる、ロータ回転停止位置自動決定処理の初期値として使われる。
【００２５】
以上のように、ロータ停止位置制御装置１０は、予め設定された定格角速度とその定格角速度で回転するタービン発電機ロータ１のターニング装置４への電力遮断後の慣性回転による停止までの時間との関係に基づいて定格角速度で回転するタービン発電機ロータ１のマーク１２の検出時点からのターニング装置４への電力の遮断時期までのディレイ時間tdを求め、定格角速度で回転するタービン発電機ロータ１のマーク１２を検出した瞬間から時間計測を開始し、その計測時間がディレイ時間td経過後にターニング装置4への電力を遮断する調整手段を有するものである。そして、ターニングモータ５への電力が遮断されると、ギア噛合操作機構７が作動してターニング装置側噛合ギア８とロータ側噛合ギア９の噛合が自動的に解除され、発電機ロータ１は自由慣性回転状態に入る。
【００２６】
図４は発電機ロータの回転停止位置自動決定の制御ロジックを示すフローチャートである。図４を用いてロータ停止位置制御装置１０が行うロータ回転停止位置自動決定の制御ロジックを以下説明する。この処理はマイクロコンピュータを用いてソフト的に実行可能である。図４に示すように、発電機ロータ１の回転停止位置自動決定の制御ロジックは、最初に、ステップＳ１でターニングモータ５を駆動し、発電機ロータ１の回転が一定速度に到達したときのターニング定格角速度ω0（または、ターニング定格回転数n0）を実測する。さらに、ターニングモータ５への電力を遮断して、発電機ロータ１の回転慣性時間teを実測する。その後、ターニング条件の入力や、必要な演算をする。すなわち、発電機ロータ１上の指定点３、この場合、Ｎ極かＳ極、この指定点３の目標停止位置１３、例えば、真上の位置、ターニングモータ５を駆動し、位置検出センサ（光センサ）１１ａが発電機ロータ１上の光反射体からなるマーク１２を検知してから駆動電源を切断するまでのディレイ時間tdの初期値td0の式（６）を用いて計算や、この初期値td0が式（１）を満足しているか否かなどのチェックを行う。以下、Ｎ極（発電機ロータ１上の指定点３ａ）を真上（目標停止位置１３）に停止させる場合を例に説明する。
【００２７】
ステップＳ２では、ロータ停止位置制御装置１０からターニング装置に信号が送られ、ギア噛合操作機構7を操作することにより、ターニング装置側噛合ギア８をロータ側噛合ギア９に噛合せる。さらに、遮断器１４に信号を送り、ターニングモータ５が駆動され、ロータを回転する。
【００２８】
ステップＳ３では、発電機ロータ１の回転速度がターニング定格回転数に到達したか否かを判定する。ターニング定格回転数に到達していなければ、到達するまでこの判定は繰り返される。ロータの回転速度がターニング定格回転数に到達していれば、処理はステップＳ４へ進む。
【００２９】
ステップＳ４では、位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知したか否かを判定する。位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知していなければ、検知するまでこの判定は繰り返される。位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知すれば、処理はステップＳ５へ進む。
【００３０】
ステップＳ５では、位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知してからの時間の計測を行う。
【００３１】
ステップＳ６では、計測された時間tがステップＳ１でセットされたディレイ時間tdに達したか否かを判定する。計測された時間tがディレイ時間tdに達していなければ、ディレイ時間tdに達するまで、この判定処理は繰り返される。計測された時間tがディレイ時間tdに達すれば、処理はステップＳ７へ進み、ターニングモータ５への電力供給は遮断され、同時に、ターニング装置４のギア噛合せは解除される。これにより、発電機ロータ１は慣性回転状態に入る。
【００３２】
ステップＳ８では、計測された時間tがステップＳ１でセットされたロータ停止時間｛td+te｝よりもΔt1だけ前の時刻{td+te-Δt1}に達したか否かを判定する。時間Δt1については後で述べる。計測された時間tが{td+te-Δt1}に達していなければ、{td+te-Δt1}に達するまで、この判定処理は繰り返される。計測された時間tが{td+te-Δt1}に達すれば、処理はステップＳ９へ進み、位置検出センサ１１ａはマーク１２の通過を継続的に監視（モニタリング）する。
【００３３】
ここで、上述の時間Δt1について説明する。ステップＳ４で位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知してから発電機ロータ１が停止するまで、すなわち、{td+te}時間内に発電機ロータ１が２回転またはそれ以上回転する場合は、マーク１２が最終的に位置検出センサ１１ａの近傍に停止する以前に何回か位置検出センサ１１ａの前面を通過することになる。発電機ロータ１が停止する直前のΔt1時間内に位置検出センサ１１ａによるマーク１２検知の有無が判れば、マーク１２が位置検出センサ１１ａの手前で停止したか、あるいは、通過して少しずれた位置に停止したかを判定できる。ロータ停止前のΔt1時間の間に、すなわち、時刻τ４-Δt1から時刻τ４の間に、発電機ロータ１が回転する角度Δψ1は式（３）から以下の（式８）のように表される。
ここで、Δt1は正の数であることを考慮して、（式８）式を書き換えると（式９）のようになる。
発電機ロータ１のコーストダウンを直線で近似したとき、停止寸前の回転角度の誤差は数度程度と考えられるので、停止前のΔt1時間の間に発電機ロータ１が回転する角度Δψ1は数度程度と考えられる。例えば、Δψ1が５度とし、ターニング定格回転数n0が２rpm、すなわち、ターニング定格角速度ω0が１２度/sec、発電機ロータ１の回転慣性時間ｔeが５０秒とすると、式（９）からΔt1は約６秒となる。teが４００秒とし、あとの条件は同じとすると、Δt1は約１８秒となる。
【００３４】
ステップＳ９では、時刻{td+te-Δt1}以降において、位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知したか否かを判定する。位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知していれば、ステップＳ１０へ進み、発電機ロータ１が停止したか否かを判定する。発電機ロータ１が停止していれば、ただちにステップＳ１１へ進む。発電機ロータ１が停止していなければ、発電機ロータ１が停止するまでこの判定は繰り返され、マーク１２の通過が継続的に監視（モニタリング）される。発電機ロータ１が停止すれば、ステップＳ１１へ進み、位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知しているか否かを判定する。位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知していれば、発電機ロータ１上の指定点３ａが目標停止位置１３で停止していることを意味するので、発電機ロータ１の回転停止位置自動決定処理は終了する。
【００３５】
ステップＳ１１で、位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知していなければ、発電機ロータ１上の指定点３ａが目標停止位置１３を通過してしまって停止したことを意味するので、ステップＳ１２へ進み、ディレイ時間tdをΔt2だけ小さいtd= td-Δt2とし、ステップＳ２へ戻って、ステップＳ２以降の処理を繰り返す。
【００３６】
ここで、上記のディレイ時間の変更量Δtdの大きさをどのように決めるかを説明する。時刻{td+te-Δt1}から時刻{td+te}の時間内に、ステップＳ９で位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知し、かつ、時刻{td+te}に、すなわち、発電機ロータ１の停止状態で位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知していない場合であるから、発電機ロータ１停止前のΔt1時間内に発電機ロータ１が回転した角度Δψ1に相当する角度をターニング定格回転中に減少させればよいことが判る。したがって、（式９）から、
すなわち、この(式10)を整理した(式11)からΔtdが求まる。
例えば、Δψ1が5度とし、ターニング定格角速度ω0が１２度/secとすると、(式１１)からΔt2は約０．４秒となる。
【００３７】
前に戻って、ステップＳ９で位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知していなければ、ステップＳ１３へ進み、発電機ロータ１が停止したか否かを判定する。発電機ロータ１が停止していれば、ただちにステップＳ１４へ進む。発電機ロータ１が停止していなければ、ステップＳ９へ戻り、位置検出センサ１１ａがマーク１２を検知したか否かを判定する。マーク１２を検知していなければ、前述と同様の処理が行われる。検知していなければ、発電機ロータ１が停止するまでこの判定は繰り返される。発電機ロータ１が停止すれば、ステップＳ１４へ進み、インチング操作を行う。
【００３８】
インチング操作とは、ターニングモータ駆動電源をＯＮ／ＯＦＦさせて発電機ロータ１を少しずつ動かし、発電機ロータ１を所定の位置で停止させる方法である。図５は本実施例で使われるインチング操作の説明図である。
【００３９】
図５の左側に示したように、ターニングモータ５への通電を断続的にＯＮ／ＯＦＦさせると、ロータは図５の右側に示したように、少しずつ回転移動する。このとき、ターニングモータ５への通電時間tpが充分短ければ、通電ＯＦＦ後の慣性によるロータの回転移動は無視できるほど小さい。したがって、発電機ロータ上の指定点が目標停止位置の少し手前に来て停止した場合、発電機ロータ発電機上の指定点が丁度目標停止位置に到達するまで、ステップＳ１４とステップＳ１５でインチング操作を繰り返す。
【００４０】
以上の操作により、発電機ロータ上の指定点３ａを目標停止位置１３に停止させることが出来る。以上に述べたステップＳ９以降の操作をまとめると以下のようになる。
（Ａ）時刻{td+te-Δt1}以降に、マーク１２が位置検出センサ１１ａで検知され、かつ、発電機ロータ１の停止状態でマーク１２が位置検出センサ１１ａで検知される場合、操作終了。
（Ｂ）時刻{td+te-Δt1}以降に、マーク１２が位置検出センサ１１ａで検知され、かつ、発電機ロータ１の停止状態でマーク１２が位置検出センサ１１ａで検知されない場合、発電機ロータ１を再起動して、ディレイ時間tdをΔt2だけ小さいtd=td-Δt2とし、ステップＳ２以降の処理を繰り返す。
（Ｃ）時刻{td+te-Δt1}以降に、マーク１２が位置検出センサ１１ａで検知されず、かつ、発電機ロータ１の停止状態でマーク１２が位置検出センサ１１ａで検知されない場合、インチング操作を行う。
【００４１】
なお、ケース（Ｃ）の場合、発電機ロータ１を再起動して、ディレイ時間tdをΔt2だけ大きいtd=td+Δt2とし、ステップＳ２以降の処理を繰り返しても、発電機ロータ上の指定点３ａを目標停止位置１３に停止させることが出来る。また、発電機ロータ上の指定点３ｂ（Ｓ極）を目標停止位置１３に停止させる場合は、位置検出センサ１１ｂを用いて、ステップＳ１以降の操作を前記と同様に行えばよい。
【００４２】
以上、本実施例によれば、火力発電所、原子力発電所等の発電機の保守点検時において、発電機ロータの周方向停止位置を自動的にかつ的確に位置決めできる発電機ロータの回転停止位置自動決定装置を提供することができる。
【実施例２】
【００４３】
図６は本発明に係る複数の指定点を設けた発電機ロータの回転停止位置自動決定装置における他の例を示す斜視図である。本実施例が実施例１と異なる点は、図６に示したように、２つの発電機ロータ上に複数の指定点３ａ,３ｂを設け、それに対応して２つのマーク１２ａ,１２ｂが発電機ロータ軸方向に異なる円周上に設けられており、更にそれぞれのマーク１２ａと１２ｂに対応して２台の位置検出センサ１１ａ、１１ｂがロータ軸方向にずれた位置に設置されていることである。複数の指定点を設けることによって複数の位置に発電機ロータ１を停止させることができ、長時間の発電機ロータの停止状態での変形を緩和することができる。
【００４４】
図６では発電機ロータ上の指定点３ａ,３ｂに対応して目標停止位置1３ａ,１３ｂは２箇所となっているが、１箇所のみ、すなわち、目標停止位置1３ａと目標停止位置１３ｂが重なっていても構わない。発電機ロータ上の指定点、目標停止位置、位置検出センサ、光反射体によるマークの位置関係は、発電機ロータ上の指定点３ａが目標停止位置1３ａに停止したとき位置検出センサ１１ａによりマーク１２ａが検出されるように配置されている。また、発電機ロータ上の指定点３ｂが目標停止位置１３ｂに停止したとき位置検出センサ１１ｂによりマーク１２ｂが検出されるように配置されている。
【００４５】
本実施例は、基本的に、１つの発電機ロータ上の指定点３に対応して１つのマーク１２が発電機ロータ１の軸円周上に設けられており、そのマーク１２に対応して位置検出センサ１１が設置されており、その発電機ロータ上の指定点３を１つの目標停止位置１３に停止させる２組の位置検出センサとマークのセットがロータ軸方向にずれた位置に並列設置されていることと同等である。したがって、このようなセットを２組以上並列に設置することも可能である。
【００４６】
本実施例での発電機ロータ１の回転停止位置自動決定の制御ロジックは、図４に示した実施例１のロジックと同じであるので、説明を省略する。
【００４７】
本実施例においても、火力発電所、原子力発電所等の発電機の保守点検時において、発電機ロータの周方向停止位置を自動的にかつ的確に位置決めできる発電機ロータの回転停止位置自動決定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る発電機ロータの回転停止位置自動決定装置を備えた発電機設備全体構成図である。
【図２】発電機ロータ上の指定点、マーク、位置検出センサ、目標停止位置の位置関係を説明する図である。
【図３】ターニング開始から停止するまでの発電機ロータの回転速度の時間変化を示す線図である。
【図４】発電機ロータの回転停止位置自動決定の制御ロジックを示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る発電機ロータの回転停止位置自動決定装置におけるインチング操作を説明する図である。
【図６】本発明に係る発電機ロータの回転停止位置自動決定装置における他の例を示す発電機ロータの斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…発電機ロータ、２…タービンロータ、３,３ａ,３ｂ…発電機ロータ上の指定点、４…ターニング装置、５…ターニングモータ、６…ターニングギア、７…ギア噛合操作機構、８…ターニング装置側噛合ギア、９…ロータ側噛合ギア、１０…ロータ停止位置制御装置、１１,１１ａ,１１ｂ…位置検出センサ、１２,１２ａ,１２ｂ…マーク、１３…目標停止位置、１４…遮断器、１５…回転計、１６…ローラ、１７…フランジ、１８…ロータ回転方向、１９…ターニング装置側噛合ギアの回転方向、２０…モータ電源、２１…発電機ロータギア、２２…油圧スリンダ、２３…コイルバネ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保守点検時のタービン発電機ロータを回転させるターニング装置と、前記タービン発電機ロータ上に設けられその回転方向の位置を示すマークの位置を検出する位置検出センサと、前記ターニング装置への電力の供給と遮断とを行う遮断器と、前記位置検出センサからの前記マークの検出信号に基づいて前記ターニング装置への電力を遮断し前記タービン発電機ロータに設けられた指定点を目標停止位置に停止させるロータ停止位置制御装置とを備え、
前記ロータ停止位置制御装置は、予め設定された定格角速度と該定格角速度で回転する前記タービン発電機ロータの前記ターニング装置への電力遮断後の慣性回転による停止までの時間との関係に基づいて前記定格角速度で回転する前記タービン発電機ロータの前記マーク検出時点からの前記ターニング装置への電力の遮断時期までのディレイ時間を求め、前記定格角速度で回転する前記タービン発電機ロータの前記マークを検出した瞬間から時間計測を開始し、該計測時間が前記ディレイ時間経過後に前記ターニング装置への電力を遮断する調整手段を有することを特徴とする発電機ロータの回転停止位置自動決定装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ディレイ時間td(sec)は、以下の式によって求められることを特徴とする発電機ロータの回転停止位置自動決定装置。
td=[60×N/n0(rpm)]-[te/2]
{N:正の整数、n0:ターニング定格回転数(rpm)、te:発電機ロータの回転慣性時間(sec）｝
【請求項３】
請求項１又は２において、前記調整手段は、前記発電機ロータの前記指定点が前記目標停止位置の手前で停止した時、前記ターニングモータへの前記電力の供給と遮断を繰り返して前記指定点を前記目標停止位置に停止させることを特徴とする発電機ロータの回転停止位置自動決定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記調整手段は、前記発電機ロータの前記指定点が前記目標停止位置を越えて停止した時、再度定格角速度で前記タービン発電機ロータを回転させると共に、前記マーク検出後の前記ターニング装置への電力の遮断時期を、前記目標停止位置を越えて停止するまでの時間を差し引いて設定されることを特徴とする発電機ロータの回転停止位置決定装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかにおいて、所定の位置に配置された２つの前記指定点と、該指定点に対向した位置に配置された２台の前記位置検出センサとを有し、前記一方の指定点を前記目標停止位置に停止させるときは一方の前記位置検出センサを用い、他方の前記指定点を前記目標停止位置に停止させるときは他方の前記位置検出センサを用いて操作することを特徴とする発電機ロータの回転停止位置自動決定装置。
【請求項１】
保守点検時のタービン発電機ロータを回転させるターニング装置と、前記タービン発電機ロータ上に設けられその回転方向の位置を示すマークの位置を検出する位置検出センサと、前記ターニング装置への電力の供給と遮断とを行う遮断器と、前記位置検出センサからの前記マークの検出信号に基づいて前記ターニング装置への電力を遮断し前記タービン発電機ロータに設けられた指定点を目標停止位置に停止させるロータ停止位置制御装置とを備え、
前記ロータ停止位置制御装置は、予め設定された定格角速度と該定格角速度で回転する前記タービン発電機ロータの前記ターニング装置への電力遮断後の慣性回転による停止までの時間との関係に基づいて前記定格角速度で回転する前記タービン発電機ロータの前記マーク検出時点からの前記ターニング装置への電力の遮断時期までのディレイ時間を求め、前記定格角速度で回転する前記タービン発電機ロータの前記マークを検出した瞬間から時間計測を開始し、該計測時間が前記ディレイ時間経過後に前記ターニング装置への電力を遮断する調整手段を有することを特徴とする発電機ロータの回転停止位置自動決定装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ディレイ時間td(sec)は、以下の式によって求められることを特徴とする発電機ロータの回転停止位置自動決定装置。
td=[60×N/n0(rpm)]-[te/2]
{N:正の整数、n0:ターニング定格回転数(rpm)、te:発電機ロータの回転慣性時間(sec）｝
【請求項３】
請求項１又は２において、前記調整手段は、前記発電機ロータの前記指定点が前記目標停止位置の手前で停止した時、前記ターニングモータへの前記電力の供給と遮断を繰り返して前記指定点を前記目標停止位置に停止させることを特徴とする発電機ロータの回転停止位置自動決定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記調整手段は、前記発電機ロータの前記指定点が前記目標停止位置を越えて停止した時、再度定格角速度で前記タービン発電機ロータを回転させると共に、前記マーク検出後の前記ターニング装置への電力の遮断時期を、前記目標停止位置を越えて停止するまでの時間を差し引いて設定されることを特徴とする発電機ロータの回転停止位置決定装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかにおいて、所定の位置に配置された２つの前記指定点と、該指定点に対向した位置に配置された２台の前記位置検出センサとを有し、前記一方の指定点を前記目標停止位置に停止させるときは一方の前記位置検出センサを用い、他方の前記指定点を前記目標停止位置に停止させるときは他方の前記位置検出センサを用いて操作することを特徴とする発電機ロータの回転停止位置自動決定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１４４７６０（Ｐ２００６−１４４７６０Ａ）
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３３９７２７（Ｐ２００４−３３９７２７）
【出願日】平成１６年１１月２５日（２００４．１１．２５）
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２５日（２００４．１１．２５）
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【Ｆターム（参考）】
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