自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法
【課題】自動調芯嵌合クラッチにおける軸ズレ量の検知を簡単な構成で、運転中に正確に行うことができる、自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法を提供することが課題である。
【解決手段】自動調芯嵌合クラッチを介し、第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とを結合させて被駆動体に駆動力を伝達するようにした駆動力伝達機構において、第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸のそれぞれにおける軸位置変動量を非接触センサで計測し、自動調芯嵌合クラッチによる前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の結合時におけるそれぞれの回転軸の軸位置変動量測定結果により、前記第１の駆動源の回転軸に対する第２の駆動源の回転軸の相対的軸ズレ量を検知するようにした。
【解決手段】自動調芯嵌合クラッチを介し、第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とを結合させて被駆動体に駆動力を伝達するようにした駆動力伝達機構において、第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸のそれぞれにおける軸位置変動量を非接触センサで計測し、自動調芯嵌合クラッチによる前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の結合時におけるそれぞれの回転軸の軸位置変動量測定結果により、前記第１の駆動源の回転軸に対する第２の駆動源の回転軸の相対的軸ズレ量を検知するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法に係り、特に、例えばＳＳＳクラッチ（Ｓｙｎｃｈｒｏ Ｓｅｌｆ Ｓｈｉｆｔｉｎｇ）と呼ばれるヘリカルスプライン嵌合構造を有した自動調芯嵌合クラッチを介し、第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とを結合させ、被駆動体に駆動力を伝達するようにした駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高効率でＮＯｘなどの有害物質の排出量を減少させ、且つ、一日の消費電力量の変化に柔軟に対応させるため、例えば本願出願人の出願になる特許文献１に紹介されているように、発電機にガスタービンと蒸気タービンとを必要に応じて接続、切断できるよう、この特許文献１や非特許文献１に一例の構造と動作が紹介されている、ＳＳＳ（Ｓｙｎｃｈｒｏ Ｓｅｌｆ Ｓｈｉｆｔｉｎｇ）クラッチと呼ばれるヘリカルスプライン嵌合構造を用いた自動調芯嵌合クラッチ（以下ＳＳＳクラッチと略称する）を介し、一本の軸で直結した一軸コンバインドプラントが用いられるようになっている。
【０００３】
このような一軸コンバインドプラントでは、例えば起動時に、蒸気タービンはガスタービンが動くことによって生成される蒸気によって駆動されるため、先に蒸気タービンを休ませたままガスタービンを動かし、蒸気が生成されたら蒸気タービンを動かして、定格回転数に達した時点で前記したＳＳＳクラッチにより駆動軸を結合するようにしたり、夜間、電力需要が小さくなるときは蒸気タービンを停止させ、日中の電力需要が大きくなったときに稼動させてＳＳＳクラッチで発電機に接続する、というようなことができる。
【０００４】
しかしながら、このような構成の一軸コンバインドプラントにおいては、経年変化や地震などによりプラントを設置した地盤に変動が生じ、ガスタービン側の軸の中心と蒸気タービン側の軸の中心との間にズレが生じる場合がある。また、前記したように起動時には先にガスタービンを起動させ、その後に蒸気タービンを起動させるが、ガスタービンが長時間定格回転数で回転することで、ＳＳＳクラッチのガスタービン側の軸受支持台が高温の軸受排油温度によって伸び、それに対してＳＳＳクラッチの蒸気タービン側の軸受支持台は蒸気タービンの状態に応じて伸び率が異なるため、ガスタービン側の軸の中心と蒸気タービン側の軸の中心との間にズレが生じる。また、ガスタービン側の軸と蒸気タービン側の軸の浮き上がり量の差や傾きの差なども発生する。
【０００５】
こういったことにより、発電機とガスタービン及び蒸気タービンとをＳＳＳクラッチを嵌合して結合させるとき、ガスタービン側の軸の中心と蒸気タービン側の軸の中心との間のズレ量が所定の規定値よりも大きな値となると、ガスタービン及び発電機と蒸気タービンとが共に定格回転数付近で回転した状態でＳＳＳクラッチが嵌合されるため、クラッチに過大な応力がかかり、結果的にクラッチを破損する恐れがある。
【０００６】
そこで定期的な軸ズレ量の測定が必要になるが、運転期間中の軸ズレ量の把握は困難であり、運転を休止しして該当部周辺を分解し、例えば発電機のロータを手回しさせてダイヤルゲージ等を用い、軸ズレ量の計測作業を実施することが必要であった。しかしながらこのような計測作業は該当部周辺の分解と軸ズレ量の計測作業に時間がかかり、それだけコストを必要とする。
【０００７】
そのため本願出願人は、例えば特許文献２において、ＳＳＳクラッチ両側の駆動軸軸受けを支持する軸受け支持台の温度による伸び量を求めるための温度センサ、軸の上側定点と下側定点のギャップを測定して軸の傾きを算出するギャップ計測センサ、軸受けの周方向の複数点に設けられて軸心のズレ量を求めるギャップ計測センサ、などを設置し、ＳＳＳクラッチが結合するときの軸ズレ量を運転中に推測するようにした、軸ズレ測定装置及び軸ズレ測定方法及びこの軸ズレ測定装置を使用した一軸コンバインドプラント及びこの一軸コンバインドプラントの起動方法を提案した。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−０１３７０９号公報
【特許文献２】特開２００５−１０６７３８号公報
【非特許文献１】http://www.mod.go.jp/msdf/educ/2mss/html_gas/reference/163_1kyu04_s1.htm
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記特許文献１に示された一軸コンバインドプラントは、ＳＳＳクラッチが正常に嵌合したかどうかを検出するためのもので軸ズレの検出については言及が無く、また特許文献２に示された軸ズレ測定方法は、それぞれ複数の温度センサやギャップ計測センサが必要で費用がかかると共に、これらのセンサの測定結果に基づいてズレ量を演算により求める間接計測であり、データの換算によって演算誤差が生じることがある。
【００１０】
そのため本発明においては、自動調芯嵌合クラッチにおける軸ズレ量の検知を簡単な構成で、運転中に直接、正確に行うことができる、自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法を提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため本発明になる自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法は、
自動調芯嵌合クラッチを介し、第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とを結合させて被駆動体に駆動力を伝達するようにした駆動力伝達機構における、前記第１の駆動源の回転軸に対する第２の駆動源の回転軸の軸ズレ量検知方法であって、
前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の軸位置変動量を、それぞれの回転軸に相対して設けた非接触センサで計測し、前記自動調芯嵌合クラッチによる前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の結合時におけるそれぞれの回転軸の軸位置変動量測定結果により、前記第１の駆動源の回転軸に対する第２の駆動源の回転軸の相対的軸ズレ量を検知することを特徴とする。
【００１２】
このように第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸のそれぞれに非接触センサを設け、自動調芯嵌合クラッチの嵌合時の、両非接触センサの軸位置変動量測定結果で第１の駆動源の回転軸に対する第２の駆動源の回転軸の相対的軸ズレ量を検知することで、自動調芯嵌合クラッチは、第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸に多少の軸ズレがあっても両者を嵌合させることで両軸芯を略一致させるから、嵌合時の第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の移動量を見れば軸ズレ量を正確に把握することができ、簡単な構成で、しかも運転中に直接、行うことができる、自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法を提供することができる。
【００１３】
そして、前記非接触センサによる前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の軸位置変動量の計測は、前記非接触センサによる軸位置変動量計測結果の積分値を用いることで、例えば自動調芯嵌合クラッチにおける第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸におけるそれぞれの継ぎ手部分が、鋳物で作成されて鋳肌に凹凸があり、軸ズレ量を正確に計れない場合も、計測結果を積分して平均値を求めることで正確な軸位置変動量を求めることができる。
【００１４】
また、前記第１の駆動源の回転軸に対する第２の駆動源の回転軸の相対的軸ズレ量が、予め定めた軸ズレ量を超えたとき、軸位置調整を促す警告を外部に発するようにすることで、軸ズレによってクラッチに過大な応力がかかることでクラッチを破損させてしまう前に、軸ズレ量を適正な値に補正することが可能となる。
【００１５】
さらに、前記被駆動体は発電機であり、前記自動調芯嵌合クラッチによる前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の結合を、前記発電機出力の変化により検出することで、例えば蒸気タービンとガスタービンによって発電機を駆動し、前記したように電力需要に応じて蒸気タービンの駆動力を利用したり停止させる場合、需要が増加したときに蒸気タービンの駆動力を用いると発電機出力が増加するから、その増加によって第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸が結合したことを検出することで、特別な嵌合検知手段を用いずに正確に嵌合を検知することができる。またクラッチの調芯は、伝達トルクの力によって行われるため、トルクの増加、すなわち発電機出力の増加により正確に嵌合、調芯の確立を検知できる。
【００１６】
そして、前記非接触センサは、前記第１の駆動源の筐体と第２の駆動源の筐体とは異なる定点に前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とから所定距離を置いて設置し、前記非接触センサを構成するセンサヘッドに高周波電流を流して前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸表面に流れる渦電流の変化から軸ズレ量を検知する、渦電流式ギャップセンサを用いることで、渦電流式ギャップセンサは被測定物が金属である必要があることと、測定距離を短くする必要があるが、高分解能、高精度であり、ほこり、水、油などの耐環境製に優れているから、発電機の回転軸などの軸ズレ量測定には最適である。
【００１７】
同様に、前記非接触センサは、前記第１の駆動源の筐体と第２の駆動源の筐体とは異なる定点に前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とから所定距離を置いて設置し、前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸にレーザ光をそれぞれ当てて、反射光をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いた受光素子で受け、三角測距方式で軸ズレ量を検知するＣＣＤレーザ変位センサを用いることで、ＣＣＤレーザ変位センサは測定面が小さいが、離れたところでも高精度に軸ズレを計測でき、発電機の回転軸などの軸ズレ量測定には最適である。
【発明の効果】
【００１８】
このように本発明は、自動調芯嵌合クラッチにおける第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の相対的な軸ズレ量を、自動調芯嵌合クラッチにおける嵌合時のそれぞれの回転軸の移動量で計測することで、或る程度軸ズレがあっても自動調芯嵌合クラッチは嵌合時に両軸は調芯されるから、その移動量は互いの軸ズレ量そのものであり、非常に簡単な方法で、しかも運転中に直接、正確に軸ズレ量を測定することができる。従って、従来装置のように複数のセンサを設けて演算により求める、というコストがかかる上に直接計測でないために誤差が生じる方法に比較し、コスト的に、精度的に優れた自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法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】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明になる自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法を実施するための、駆動力伝達機構の一例概略と軸ズレ量を検知するための近接センサの配置状態を示したブロック図であり、図２は経年変化などによる軸ズレ量の一例を示したグラフで、（Ａ）は軸ズレ量の調整直後の状態を示し、（Ｂ）は一例として数年後の状態、（Ｃ）は同じく５年以上経過した状態の場合である。また、図３は、本発明になる自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法を実施する、一軸コンバインドプラントとしての発電設備の構成を示すブロック図である。
【００２１】
最初に図３を用い、本発明になる自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法を実施する、一軸コンバインドプラントの構成を示すブロック図について説明する。図中、１０は、前記した特許文献１や非特許文献１に一例の構造と動作が紹介されている、ＳＳＳ（Ｓｙｎｃｈｒｏ Ｓｅｌｆ Ｓｈｉｆｔｉｎｇ）クラッチと呼ばれるヘリカルスプライン嵌合構造を用いた自動調芯嵌合クラッチ（以下ＳＳＳクラッチと略称する）で、例えば第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３の軸１１と第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５の軸１２とを結合又は切り離しを行う。３１は外気を圧縮する圧縮機、３１ａは圧縮機３１の第１段静翼であると共に圧縮機３１に供給される空気の流量を調整する入口案内翼（ＩＧＶ）、３２は圧縮機３１からの圧縮空気により燃料を燃焼させて燃焼ガスを供給する燃焼器、３２ｂは燃焼器３２に供給する燃料の流量を調整する燃料制御弁、３３は燃焼器３２から供給される燃焼ガスにより回転するガスタービンＧＴ、３４はガスタービンＧＴ３３からの排ガスにより蒸気を発生する排ガスボイラ（ＨＲＳＧ）、３５は排ガスボイラＨＲＳＧ３４からの蒸気により回転する蒸気タービン、３５ｂは排ガスボイラＨＲＳＧ３４で発生された蒸気の蒸気タービンＳＴ３５への供給量を制御する蒸気加減弁、３６はガスタービンＧＴ３３及び蒸気タービンＳＴ３５とによって回転して発電する被駆動源たる発電機、３７は蒸気タービンＳＴ３５から排出される蒸気を回収するとともに回収した蒸気を排ガスボイラＨＲＳＧ３４に供給する復水器、３８は排ガスボイラＨＲＳＧ３４から排出されるガスタービンＧＴ３３からの排ガスを排出する煙突、３９は各ブロックの動作制御を行う制御装置である。
【００２２】
この一軸コンバインドプラントとしての発電設備においては、外気を圧縮する圧縮機３１の第１段静翼であると共に、圧縮機３１に供給される空気の流量を調整する入口案内翼（ＩＧＶ）３１ａで流量を調整された外気が圧縮され、その圧縮空気により燃料が燃焼される燃焼器３２により供給される燃焼ガスで、ガスタービンＧＴ３３が回転してそのガスタービンＧＴ３３からの排ガスにより蒸気を発生する、排ガスボイラ（ＨＲＳＧ）３４からの蒸気で蒸気タービンＳＴ３５が回転する。そしてそれらガスタービンＧＴ３３、蒸気タービンＳＴ３５の回転は、それぞれの軸１１、１２の結合又は切り離しを行うＳＳＳクラッチ１０を介し、発電機３６に伝えられて発電が行われる。なお、蒸気タービンＳＴ３５から排出される蒸気は復水器３７で回収されて排ガスボイラ（ＨＲＳＧ）３４に供給され、排ガスボイラ（ＨＲＳＧ）３４から排出されるガスタービン３からの排ガスは、煙突３８から排出される。
【００２３】
そしてこのうち、燃焼器２に供給する燃料の流量は制御装置３９からの制御信号により動作する燃料制御弁３２ｂで調整され、また、排ガスボイラ（ＨＲＳＧ）３４で発生された蒸気の蒸気タービンＳＴ３５への供給量は、同じく制御装置３９からの制御信号により動作する蒸気加減弁３５ｂで、さらに前記した圧縮機３１の第１段静翼であるとともに圧縮機３１に供給される空気の流量を調整する入口案内翼（ＩＧＶ）３１ａも、同様に制御装置３９からの制御信号によりその開度が制御されて、圧縮機３１に供給される空気の流量がそれぞれ調整され、ガスタービンＧＴ３３、蒸気タービンＳＴ３５の回転速度がそれぞれ制御される。なお、この図３に示した一軸コンバインドプラントの場合は、一例として、圧縮機３１及び発電機３６の軸はガスタービンＧＴ３３と同一の軸１１とした場合を示している。
【００２４】
このような構成の一軸コンバインドプラントは、ＳＳＳクラッチ１０によって軸１１及び軸１２が嵌合されるまで、蒸気タービンＳＴ３５が切り離された状態であり、ガスタービンＧＴ３３の軸１１によって回転する圧縮機３１及び及び発電機３６とは別に、蒸気タービンＳＴ３５の軸１２が回転する。そして、ガスタービンＧＴ３３と蒸気タービンＳＴ３５の回転速度が略等しくなると、ＳＳＳクラッチ１０が自動的に嵌合する。このように、ＳＳＳクラッチ１０によって軸１１及び軸１２が結合されると、同一軸となる軸１１及び軸１２によって、圧縮機３１及びガスタービンＧＴ３３及び蒸気タービンＳＴ３５及び発電機３６が同一軸で回転する。このように動作するとき、圧縮機３１によって圧縮された空気が燃焼器３２に与えられて燃料が燃焼されると、燃焼器３２からの燃焼ガスによってガスタービンＧＴ３３が回転するとともに、排ガスボイラＨＲＳＧ３４でガスタービンＧＴ３３からの排ガスによって生成された蒸気が、蒸気タービンＳＴ３５に供給されて蒸気タービンＳＴ３５が回転する。
【００２５】
なお、以下の説明では、本発明を図３に示した一軸コンバインド発電プラントの場合を例に説明してゆくが、本発明は、第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とを結合させて被駆動体に駆動力を伝達するようにした駆動力伝達機構であれば、図３に示した一軸コンバインド発電プラントだけでなく、どのようなプラントや駆動力伝達機構にも利用できることはあきらかである。
【００２６】
図１は、本発明になるＳＳＳクラッチ１０を用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法を実施するための、駆動力伝達機構の一例概略と軸ズレ量を検知するための近接センサ１９、２０の配置状態を示したブロック図である。図中、１０は前記した特許文献１や非特許文献１に一例の構造と動作が紹介されているＳＳＳクラッチであり、１１と１２は前記した例えば第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３や第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５等の軸で、これらの軸１１と１２とは、ＳＳＳクラッチ１０によって被駆動体たる例えば発電機３６に接続されている。
【００２７】
１３、１４は例えば第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３や第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５等の軸とＳＳＳクラッチ１０とをつなぐためのフランジ、１５、１７はそれぞれの軸の軸受、１６、１８は軸受１５、１７の支持台、１９、２０はＳＳＳクラッチ１０における軸の軸ズレを検出するための非接触センサたる近接センサで、この近接センサ１９、２０は、例えば第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３や第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５等の筐体とは異なる定点に、ＳＳＳクラッチ１０における軸から所定距離を置いて設置してある。なお、第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３や第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５等の軸１１、１２は、フランジ１３、１４によってＳＳＳクラッチ１０の軸と接続され、ＳＳＳクラッチ１０の軸とは異なるが、実質的にフランジ１３、１４によってＳＳＳクラッチ１０の軸と接続されて同一動作をするため、以下の説明では、ガスタービンＧＴ３３の軸１１、蒸気タービンＳＴ３５の軸１２と表現した場合、フランジ１３、１４によって接続されたＳＳＳクラッチ１０の軸も含むものとする。
【００２８】
前記した近接センサとしては、例えばこのセンサを構成するセンサヘッドに高周波電流を流し、前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸表面に流れる渦電流の変化から軸ズレ量を検知する渦電流式ギャップセンサ、第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とから所定距離を置いて設置し、前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸にレーザ光をそれぞれ当てて、反射光をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いた受光素子で受け、三角測距方式で軸ズレ量を検知するＣＣＤレーザ変位センサなどを用いることで、渦電流式ギャップセンサは被測定物が金属である必要があることと、測定距離を短くする必要があるが、高分解能、高精度で、ほこり、水、油などの耐環境製に優れており、また、ＣＣＤレーザ変位センサは測定面が小さいが、離れたところでも高精度に軸ズレを計測でき、発電機の回転軸などの軸ズレ量測定には最適である。
【００２９】
このように構成した本発明になるＳＳＳクラッチ１０を用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法では、第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３の回転軸１１と、第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５の回転軸１２の軸位置変動量を、それぞれの回転軸１１、１２に相対して設けた非接触センサたる近接センサ１９、２０で計測し、ＳＳＳクラッチ１０による回転軸１１と回転軸１２の結合（嵌合）時における、それぞれの回転軸の軸位置変動量測定結果により、第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３の回転軸１１に対する第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５の回転軸１２の相対的軸ズレ量を検知するものである。
【００３０】
すなわちＳＳＳクラッチ１０は、嵌合させる軸１１、１２の中心間のズレ量が所定の規定値よりも大きな値となると、ガスタービンＧＴ３３及び発電機３６と蒸気タービンＳＴ３５とが共に定格回転数付近で回転した状態でＳＳＳクラッチ１０が嵌合されることになるため、ＳＳＳクラッチ１０に過大な応力がかかり、結果的にクラッチを破損する恐れがあるが、正常な嵌合状態では軸１１、１２の中心間のズレ量はほぼなくなると考えられる。
【００３１】
そのため、嵌合前に軸１１、１２の中心間にズレがあっても、嵌合した瞬間には軸１１、１２の中心間のズレ量はほぼなくなるから、その嵌合前と後における軸１１、１２のそれぞれの移動量を求め、その移動量を加算することで、第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３の回転軸１１に対する第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５の回転軸１２の相対的軸ズレ量がわかるわけである。
【００３２】
図２は、この第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３の回転軸１１と、第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５の回転軸１２の、経年変化による軸ズレ量の一例を示したもので、（Ａ）は軸ズレ量の調整をした直後の状態を示し、（Ｂ）は一例として数年後の状態を、（Ｃ）は同じく５年以上経過した状態を、それぞれ模擬的に示したものである。この各グラフにおいて縦軸は計測距離を、横軸はＳＳＳクラッチ１０の嵌合前後の時刻をそれぞれ表していて、時刻ｔで嵌合が行われた場合であり、２１乃至２６は、それぞれ第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３の回転軸１１と、第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５の回転軸１２の軸ズレ量、すなわち図１に１９、２０で示した近接センサで計測したそれぞれの軸の軸ズレ測定量を表している。
【００３３】
これらのグラフから分かるように、第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３の回転軸１１と、第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５の回転軸１２は、（Ａ）の軸ズレ量の調整をした直後の状態でも、多少存在する軸ズレによって２１、２２で示したようなブレが存在する。しかし時刻ｔで嵌合する際には回転軸１１に対する回転軸１２の軸ズレ量調整がされ、前記したように時刻ｔで嵌合するとそのズレ量はほぼなくなる。
【００３４】
そして（Ｂ）の数年経過した状態では、経年変化によって２３、２４で示したようにズレ量は大きくなるが、回転軸１１に対する回転軸１２の軸ズレ量が一定以下であれば嵌合は正常に行われる。しかし、（Ｃ）に示したように、例えば５年以上経過した状態では経年変化によってズレ量がさらに大きくなる。そのため、この（Ｃ）の状態では、軸ズレ量の調整が必要であるが、以上説明してきた（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のグラフにおける軸ズレ量は、前記した方法により、次のようにして検出する。
【００３５】
例えば（Ｃ）に示したように、回転軸１１の測定量を２５、回転軸１２の測定量を２６として、嵌合の際の２５で示した測定量の移動量をδ１、２６で示した測定量の移動量をδ２とすると、時刻ｔで嵌合した瞬間、前記したように嵌合によってその軸ズレ量はほぼなくなるため、小さくなった軸ズレ量、即ち時刻ｔで嵌合する直前の軸の位置と嵌合した瞬間に小さくなった軸の位置のそれぞれの軸の移動量（δ１＋δ２）が、第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３の回転軸１１の、第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５の回転軸１２に対する軸ズレ量となるわけである。
【００３６】
そのため、この（δ１＋δ２）が予め定めた所定の点検基準値（既定値）、例えばＲよりも大きな値となったら、前記図３に示した制御装置３９でそれを検知し、例えば制御装置３９に接続された図示していない表示装置に表示したり、合成音声による警告、特定警告音の発生などの手段により、調芯が必要なことを外部に知らせることで、前記したようにガスタービンＧＴ３３及び発電機３６と蒸気タービンＳＴ３５とが共に定格回転数付近で回転した状態でＳＳＳクラッチ１０が嵌合されることで、ＳＳＳクラッチ１０に過大な応力がかかって結果的にＳＳＳクラッチ１０を破損する、といったことが未然に防止できるわけである。
【００３７】
なお、近接センサ１９、２０による第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３の回転軸１１と、第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５の回転軸１２の軸位置変動量の計測は、前記したように渦電流式ギャップセンサ、ＣＣＤレーザ変位センサなどの近接センサ１９、２０で行うわけであるが、回転軸が鋳物で形成されていた場合、鋳肌は凹凸があり、正確な軸ズレ量の計測が困難な場合がある。そのため、例えばこれら近接センサ１９、２０による計測結果を回転角度毎に積分し、平均値を用いることで、こういった場合も正確な軸位置変動量を求めることができるから、前記した制御装置３９にそういった回路を組み込むことが好ましい。
【００３８】
また、ＳＳＳクラッチ１０の嵌合の瞬間の検知は、例えば近接センサ１９、２０による軸位置変動量の計測結果が所定以上であった場合に嵌合したとしても良いが、クラッチの調芯は伝達トルクの力によっておこなわれるため、前記図３のように被駆動源として発電機３６が用いられている場合、起動時にガスタービンＧＴ３３のみで発電機３６を駆動していたところに蒸気タービンＳＴ３５を加えたり停止させたりした場合、発電機３６の出力が増加したり減少したりするから、その増加または減少によって第１の駆動源の回転軸１１と第２の駆動源の回転軸１２とが結合、切断したとすれば、特別な嵌合検知手段を用いずに正確に嵌合、及び調芯の完了を検知することも可能である。
【００３９】
以上種々述べてきたように本発明によれば、第１の駆動源の回転軸１１と第２の駆動源の回転軸１２のそれぞれに非接触センサ１９、２０を設け、ＳＳＳクラッチ１０による嵌合時、両非接触センサ１９、２０の軸位置変動量測定結果で第１の駆動源の回転軸１１に対する第２の駆動源の回転軸１２の相対的軸ズレ量を検知することで、ＳＳＳクラッチ１０は、第１の駆動源の回転軸１１と第２の駆動源の回転軸１２に多少の軸ズレがあっても両者を嵌合させることで両軸芯を略一致させるから、嵌合時の第１の駆動源の回転軸１１と第２の駆動源の回転軸１２の移動量を見ることで軸ズレ量を正確に把握することができ、簡単な構成で、しかも運転中に直接、行うことができる、自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、簡単な構成で、しかも運転中にＳＳＳクラッチを用いた駆動力伝達機構の軸ズレ量を計測できるから、こういったＳＳＳクラッチを用いた駆動力伝達機構の軸ズレによるＳＳＳクラッチの破損を未然に防ぐことのできる駆動力、伝達機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明になる自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法を実施するための、駆動力伝達機構の一例概略と軸ズレ量を検知するための近接センサの配置状態を示したブロック図である。
【図２】経年変化による軸ズレ量の一例を示したグラフで、（Ａ）は調整直後、（Ｂ）は数年後、（Ｃ）は５年以上、それぞれ経過した場合である。
【図３】一軸コンバインドプラントの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０ 自動調芯嵌合クラッチ（ＳＳＳクラッチ）
１１ 軸
１２ 軸
１３、１４ フランジ
１５ 軸受
１６ 軸受支持台
１７ 軸受
１８ 軸受支持台
１９、２０ 近接センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法に係り、特に、例えばＳＳＳクラッチ（Ｓｙｎｃｈｒｏ Ｓｅｌｆ Ｓｈｉｆｔｉｎｇ）と呼ばれるヘリカルスプライン嵌合構造を有した自動調芯嵌合クラッチを介し、第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とを結合させ、被駆動体に駆動力を伝達するようにした駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高効率でＮＯｘなどの有害物質の排出量を減少させ、且つ、一日の消費電力量の変化に柔軟に対応させるため、例えば本願出願人の出願になる特許文献１に紹介されているように、発電機にガスタービンと蒸気タービンとを必要に応じて接続、切断できるよう、この特許文献１や非特許文献１に一例の構造と動作が紹介されている、ＳＳＳ（Ｓｙｎｃｈｒｏ Ｓｅｌｆ Ｓｈｉｆｔｉｎｇ）クラッチと呼ばれるヘリカルスプライン嵌合構造を用いた自動調芯嵌合クラッチ（以下ＳＳＳクラッチと略称する）を介し、一本の軸で直結した一軸コンバインドプラントが用いられるようになっている。
【０００３】
このような一軸コンバインドプラントでは、例えば起動時に、蒸気タービンはガスタービンが動くことによって生成される蒸気によって駆動されるため、先に蒸気タービンを休ませたままガスタービンを動かし、蒸気が生成されたら蒸気タービンを動かして、定格回転数に達した時点で前記したＳＳＳクラッチにより駆動軸を結合するようにしたり、夜間、電力需要が小さくなるときは蒸気タービンを停止させ、日中の電力需要が大きくなったときに稼動させてＳＳＳクラッチで発電機に接続する、というようなことができる。
【０００４】
しかしながら、このような構成の一軸コンバインドプラントにおいては、経年変化や地震などによりプラントを設置した地盤に変動が生じ、ガスタービン側の軸の中心と蒸気タービン側の軸の中心との間にズレが生じる場合がある。また、前記したように起動時には先にガスタービンを起動させ、その後に蒸気タービンを起動させるが、ガスタービンが長時間定格回転数で回転することで、ＳＳＳクラッチのガスタービン側の軸受支持台が高温の軸受排油温度によって伸び、それに対してＳＳＳクラッチの蒸気タービン側の軸受支持台は蒸気タービンの状態に応じて伸び率が異なるため、ガスタービン側の軸の中心と蒸気タービン側の軸の中心との間にズレが生じる。また、ガスタービン側の軸と蒸気タービン側の軸の浮き上がり量の差や傾きの差なども発生する。
【０００５】
こういったことにより、発電機とガスタービン及び蒸気タービンとをＳＳＳクラッチを嵌合して結合させるとき、ガスタービン側の軸の中心と蒸気タービン側の軸の中心との間のズレ量が所定の規定値よりも大きな値となると、ガスタービン及び発電機と蒸気タービンとが共に定格回転数付近で回転した状態でＳＳＳクラッチが嵌合されるため、クラッチに過大な応力がかかり、結果的にクラッチを破損する恐れがある。
【０００６】
そこで定期的な軸ズレ量の測定が必要になるが、運転期間中の軸ズレ量の把握は困難であり、運転を休止しして該当部周辺を分解し、例えば発電機のロータを手回しさせてダイヤルゲージ等を用い、軸ズレ量の計測作業を実施することが必要であった。しかしながらこのような計測作業は該当部周辺の分解と軸ズレ量の計測作業に時間がかかり、それだけコストを必要とする。
【０００７】
そのため本願出願人は、例えば特許文献２において、ＳＳＳクラッチ両側の駆動軸軸受けを支持する軸受け支持台の温度による伸び量を求めるための温度センサ、軸の上側定点と下側定点のギャップを測定して軸の傾きを算出するギャップ計測センサ、軸受けの周方向の複数点に設けられて軸心のズレ量を求めるギャップ計測センサ、などを設置し、ＳＳＳクラッチが結合するときの軸ズレ量を運転中に推測するようにした、軸ズレ測定装置及び軸ズレ測定方法及びこの軸ズレ測定装置を使用した一軸コンバインドプラント及びこの一軸コンバインドプラントの起動方法を提案した。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−０１３７０９号公報
【特許文献２】特開２００５−１０６７３８号公報
【非特許文献１】http://www.mod.go.jp/msdf/educ/2mss/html_gas/reference/163_1kyu04_s1.htm
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記特許文献１に示された一軸コンバインドプラントは、ＳＳＳクラッチが正常に嵌合したかどうかを検出するためのもので軸ズレの検出については言及が無く、また特許文献２に示された軸ズレ測定方法は、それぞれ複数の温度センサやギャップ計測センサが必要で費用がかかると共に、これらのセンサの測定結果に基づいてズレ量を演算により求める間接計測であり、データの換算によって演算誤差が生じることがある。
【００１０】
そのため本発明においては、自動調芯嵌合クラッチにおける軸ズレ量の検知を簡単な構成で、運転中に直接、正確に行うことができる、自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法を提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため本発明になる自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法は、
自動調芯嵌合クラッチを介し、第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とを結合させて被駆動体に駆動力を伝達するようにした駆動力伝達機構における、前記第１の駆動源の回転軸に対する第２の駆動源の回転軸の軸ズレ量検知方法であって、
前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の軸位置変動量を、それぞれの回転軸に相対して設けた非接触センサで計測し、前記自動調芯嵌合クラッチによる前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の結合時におけるそれぞれの回転軸の軸位置変動量測定結果により、前記第１の駆動源の回転軸に対する第２の駆動源の回転軸の相対的軸ズレ量を検知することを特徴とする。
【００１２】
このように第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸のそれぞれに非接触センサを設け、自動調芯嵌合クラッチの嵌合時の、両非接触センサの軸位置変動量測定結果で第１の駆動源の回転軸に対する第２の駆動源の回転軸の相対的軸ズレ量を検知することで、自動調芯嵌合クラッチは、第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸に多少の軸ズレがあっても両者を嵌合させることで両軸芯を略一致させるから、嵌合時の第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の移動量を見れば軸ズレ量を正確に把握することができ、簡単な構成で、しかも運転中に直接、行うことができる、自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法を提供することができる。
【００１３】
そして、前記非接触センサによる前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の軸位置変動量の計測は、前記非接触センサによる軸位置変動量計測結果の積分値を用いることで、例えば自動調芯嵌合クラッチにおける第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸におけるそれぞれの継ぎ手部分が、鋳物で作成されて鋳肌に凹凸があり、軸ズレ量を正確に計れない場合も、計測結果を積分して平均値を求めることで正確な軸位置変動量を求めることができる。
【００１４】
また、前記第１の駆動源の回転軸に対する第２の駆動源の回転軸の相対的軸ズレ量が、予め定めた軸ズレ量を超えたとき、軸位置調整を促す警告を外部に発するようにすることで、軸ズレによってクラッチに過大な応力がかかることでクラッチを破損させてしまう前に、軸ズレ量を適正な値に補正することが可能となる。
【００１５】
さらに、前記被駆動体は発電機であり、前記自動調芯嵌合クラッチによる前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の結合を、前記発電機出力の変化により検出することで、例えば蒸気タービンとガスタービンによって発電機を駆動し、前記したように電力需要に応じて蒸気タービンの駆動力を利用したり停止させる場合、需要が増加したときに蒸気タービンの駆動力を用いると発電機出力が増加するから、その増加によって第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸が結合したことを検出することで、特別な嵌合検知手段を用いずに正確に嵌合を検知することができる。またクラッチの調芯は、伝達トルクの力によって行われるため、トルクの増加、すなわち発電機出力の増加により正確に嵌合、調芯の確立を検知できる。
【００１６】
そして、前記非接触センサは、前記第１の駆動源の筐体と第２の駆動源の筐体とは異なる定点に前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とから所定距離を置いて設置し、前記非接触センサを構成するセンサヘッドに高周波電流を流して前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸表面に流れる渦電流の変化から軸ズレ量を検知する、渦電流式ギャップセンサを用いることで、渦電流式ギャップセンサは被測定物が金属である必要があることと、測定距離を短くする必要があるが、高分解能、高精度であり、ほこり、水、油などの耐環境製に優れているから、発電機の回転軸などの軸ズレ量測定には最適である。
【００１７】
同様に、前記非接触センサは、前記第１の駆動源の筐体と第２の駆動源の筐体とは異なる定点に前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とから所定距離を置いて設置し、前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸にレーザ光をそれぞれ当てて、反射光をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いた受光素子で受け、三角測距方式で軸ズレ量を検知するＣＣＤレーザ変位センサを用いることで、ＣＣＤレーザ変位センサは測定面が小さいが、離れたところでも高精度に軸ズレを計測でき、発電機の回転軸などの軸ズレ量測定には最適である。
【発明の効果】
【００１８】
このように本発明は、自動調芯嵌合クラッチにおける第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の相対的な軸ズレ量を、自動調芯嵌合クラッチにおける嵌合時のそれぞれの回転軸の移動量で計測することで、或る程度軸ズレがあっても自動調芯嵌合クラッチは嵌合時に両軸は調芯されるから、その移動量は互いの軸ズレ量そのものであり、非常に簡単な方法で、しかも運転中に直接、正確に軸ズレ量を測定することができる。従って、従来装置のように複数のセンサを設けて演算により求める、というコストがかかる上に直接計測でないために誤差が生じる方法に比較し、コスト的に、精度的に優れた自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法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】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明になる自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法を実施するための、駆動力伝達機構の一例概略と軸ズレ量を検知するための近接センサの配置状態を示したブロック図であり、図２は経年変化などによる軸ズレ量の一例を示したグラフで、（Ａ）は軸ズレ量の調整直後の状態を示し、（Ｂ）は一例として数年後の状態、（Ｃ）は同じく５年以上経過した状態の場合である。また、図３は、本発明になる自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法を実施する、一軸コンバインドプラントとしての発電設備の構成を示すブロック図である。
【００２１】
最初に図３を用い、本発明になる自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法を実施する、一軸コンバインドプラントの構成を示すブロック図について説明する。図中、１０は、前記した特許文献１や非特許文献１に一例の構造と動作が紹介されている、ＳＳＳ（Ｓｙｎｃｈｒｏ Ｓｅｌｆ Ｓｈｉｆｔｉｎｇ）クラッチと呼ばれるヘリカルスプライン嵌合構造を用いた自動調芯嵌合クラッチ（以下ＳＳＳクラッチと略称する）で、例えば第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３の軸１１と第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５の軸１２とを結合又は切り離しを行う。３１は外気を圧縮する圧縮機、３１ａは圧縮機３１の第１段静翼であると共に圧縮機３１に供給される空気の流量を調整する入口案内翼（ＩＧＶ）、３２は圧縮機３１からの圧縮空気により燃料を燃焼させて燃焼ガスを供給する燃焼器、３２ｂは燃焼器３２に供給する燃料の流量を調整する燃料制御弁、３３は燃焼器３２から供給される燃焼ガスにより回転するガスタービンＧＴ、３４はガスタービンＧＴ３３からの排ガスにより蒸気を発生する排ガスボイラ（ＨＲＳＧ）、３５は排ガスボイラＨＲＳＧ３４からの蒸気により回転する蒸気タービン、３５ｂは排ガスボイラＨＲＳＧ３４で発生された蒸気の蒸気タービンＳＴ３５への供給量を制御する蒸気加減弁、３６はガスタービンＧＴ３３及び蒸気タービンＳＴ３５とによって回転して発電する被駆動源たる発電機、３７は蒸気タービンＳＴ３５から排出される蒸気を回収するとともに回収した蒸気を排ガスボイラＨＲＳＧ３４に供給する復水器、３８は排ガスボイラＨＲＳＧ３４から排出されるガスタービンＧＴ３３からの排ガスを排出する煙突、３９は各ブロックの動作制御を行う制御装置である。
【００２２】
この一軸コンバインドプラントとしての発電設備においては、外気を圧縮する圧縮機３１の第１段静翼であると共に、圧縮機３１に供給される空気の流量を調整する入口案内翼（ＩＧＶ）３１ａで流量を調整された外気が圧縮され、その圧縮空気により燃料が燃焼される燃焼器３２により供給される燃焼ガスで、ガスタービンＧＴ３３が回転してそのガスタービンＧＴ３３からの排ガスにより蒸気を発生する、排ガスボイラ（ＨＲＳＧ）３４からの蒸気で蒸気タービンＳＴ３５が回転する。そしてそれらガスタービンＧＴ３３、蒸気タービンＳＴ３５の回転は、それぞれの軸１１、１２の結合又は切り離しを行うＳＳＳクラッチ１０を介し、発電機３６に伝えられて発電が行われる。なお、蒸気タービンＳＴ３５から排出される蒸気は復水器３７で回収されて排ガスボイラ（ＨＲＳＧ）３４に供給され、排ガスボイラ（ＨＲＳＧ）３４から排出されるガスタービン３からの排ガスは、煙突３８から排出される。
【００２３】
そしてこのうち、燃焼器２に供給する燃料の流量は制御装置３９からの制御信号により動作する燃料制御弁３２ｂで調整され、また、排ガスボイラ（ＨＲＳＧ）３４で発生された蒸気の蒸気タービンＳＴ３５への供給量は、同じく制御装置３９からの制御信号により動作する蒸気加減弁３５ｂで、さらに前記した圧縮機３１の第１段静翼であるとともに圧縮機３１に供給される空気の流量を調整する入口案内翼（ＩＧＶ）３１ａも、同様に制御装置３９からの制御信号によりその開度が制御されて、圧縮機３１に供給される空気の流量がそれぞれ調整され、ガスタービンＧＴ３３、蒸気タービンＳＴ３５の回転速度がそれぞれ制御される。なお、この図３に示した一軸コンバインドプラントの場合は、一例として、圧縮機３１及び発電機３６の軸はガスタービンＧＴ３３と同一の軸１１とした場合を示している。
【００２４】
このような構成の一軸コンバインドプラントは、ＳＳＳクラッチ１０によって軸１１及び軸１２が嵌合されるまで、蒸気タービンＳＴ３５が切り離された状態であり、ガスタービンＧＴ３３の軸１１によって回転する圧縮機３１及び及び発電機３６とは別に、蒸気タービンＳＴ３５の軸１２が回転する。そして、ガスタービンＧＴ３３と蒸気タービンＳＴ３５の回転速度が略等しくなると、ＳＳＳクラッチ１０が自動的に嵌合する。このように、ＳＳＳクラッチ１０によって軸１１及び軸１２が結合されると、同一軸となる軸１１及び軸１２によって、圧縮機３１及びガスタービンＧＴ３３及び蒸気タービンＳＴ３５及び発電機３６が同一軸で回転する。このように動作するとき、圧縮機３１によって圧縮された空気が燃焼器３２に与えられて燃料が燃焼されると、燃焼器３２からの燃焼ガスによってガスタービンＧＴ３３が回転するとともに、排ガスボイラＨＲＳＧ３４でガスタービンＧＴ３３からの排ガスによって生成された蒸気が、蒸気タービンＳＴ３５に供給されて蒸気タービンＳＴ３５が回転する。
【００２５】
なお、以下の説明では、本発明を図３に示した一軸コンバインド発電プラントの場合を例に説明してゆくが、本発明は、第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とを結合させて被駆動体に駆動力を伝達するようにした駆動力伝達機構であれば、図３に示した一軸コンバインド発電プラントだけでなく、どのようなプラントや駆動力伝達機構にも利用できることはあきらかである。
【００２６】
図１は、本発明になるＳＳＳクラッチ１０を用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法を実施するための、駆動力伝達機構の一例概略と軸ズレ量を検知するための近接センサ１９、２０の配置状態を示したブロック図である。図中、１０は前記した特許文献１や非特許文献１に一例の構造と動作が紹介されているＳＳＳクラッチであり、１１と１２は前記した例えば第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３や第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５等の軸で、これらの軸１１と１２とは、ＳＳＳクラッチ１０によって被駆動体たる例えば発電機３６に接続されている。
【００２７】
１３、１４は例えば第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３や第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５等の軸とＳＳＳクラッチ１０とをつなぐためのフランジ、１５、１７はそれぞれの軸の軸受、１６、１８は軸受１５、１７の支持台、１９、２０はＳＳＳクラッチ１０における軸の軸ズレを検出するための非接触センサたる近接センサで、この近接センサ１９、２０は、例えば第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３や第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５等の筐体とは異なる定点に、ＳＳＳクラッチ１０における軸から所定距離を置いて設置してある。なお、第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３や第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５等の軸１１、１２は、フランジ１３、１４によってＳＳＳクラッチ１０の軸と接続され、ＳＳＳクラッチ１０の軸とは異なるが、実質的にフランジ１３、１４によってＳＳＳクラッチ１０の軸と接続されて同一動作をするため、以下の説明では、ガスタービンＧＴ３３の軸１１、蒸気タービンＳＴ３５の軸１２と表現した場合、フランジ１３、１４によって接続されたＳＳＳクラッチ１０の軸も含むものとする。
【００２８】
前記した近接センサとしては、例えばこのセンサを構成するセンサヘッドに高周波電流を流し、前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸表面に流れる渦電流の変化から軸ズレ量を検知する渦電流式ギャップセンサ、第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とから所定距離を置いて設置し、前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸にレーザ光をそれぞれ当てて、反射光をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いた受光素子で受け、三角測距方式で軸ズレ量を検知するＣＣＤレーザ変位センサなどを用いることで、渦電流式ギャップセンサは被測定物が金属である必要があることと、測定距離を短くする必要があるが、高分解能、高精度で、ほこり、水、油などの耐環境製に優れており、また、ＣＣＤレーザ変位センサは測定面が小さいが、離れたところでも高精度に軸ズレを計測でき、発電機の回転軸などの軸ズレ量測定には最適である。
【００２９】
このように構成した本発明になるＳＳＳクラッチ１０を用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法では、第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３の回転軸１１と、第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５の回転軸１２の軸位置変動量を、それぞれの回転軸１１、１２に相対して設けた非接触センサたる近接センサ１９、２０で計測し、ＳＳＳクラッチ１０による回転軸１１と回転軸１２の結合（嵌合）時における、それぞれの回転軸の軸位置変動量測定結果により、第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３の回転軸１１に対する第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５の回転軸１２の相対的軸ズレ量を検知するものである。
【００３０】
すなわちＳＳＳクラッチ１０は、嵌合させる軸１１、１２の中心間のズレ量が所定の規定値よりも大きな値となると、ガスタービンＧＴ３３及び発電機３６と蒸気タービンＳＴ３５とが共に定格回転数付近で回転した状態でＳＳＳクラッチ１０が嵌合されることになるため、ＳＳＳクラッチ１０に過大な応力がかかり、結果的にクラッチを破損する恐れがあるが、正常な嵌合状態では軸１１、１２の中心間のズレ量はほぼなくなると考えられる。
【００３１】
そのため、嵌合前に軸１１、１２の中心間にズレがあっても、嵌合した瞬間には軸１１、１２の中心間のズレ量はほぼなくなるから、その嵌合前と後における軸１１、１２のそれぞれの移動量を求め、その移動量を加算することで、第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３の回転軸１１に対する第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５の回転軸１２の相対的軸ズレ量がわかるわけである。
【００３２】
図２は、この第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３の回転軸１１と、第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５の回転軸１２の、経年変化による軸ズレ量の一例を示したもので、（Ａ）は軸ズレ量の調整をした直後の状態を示し、（Ｂ）は一例として数年後の状態を、（Ｃ）は同じく５年以上経過した状態を、それぞれ模擬的に示したものである。この各グラフにおいて縦軸は計測距離を、横軸はＳＳＳクラッチ１０の嵌合前後の時刻をそれぞれ表していて、時刻ｔで嵌合が行われた場合であり、２１乃至２６は、それぞれ第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３の回転軸１１と、第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５の回転軸１２の軸ズレ量、すなわち図１に１９、２０で示した近接センサで計測したそれぞれの軸の軸ズレ測定量を表している。
【００３３】
これらのグラフから分かるように、第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３の回転軸１１と、第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５の回転軸１２は、（Ａ）の軸ズレ量の調整をした直後の状態でも、多少存在する軸ズレによって２１、２２で示したようなブレが存在する。しかし時刻ｔで嵌合する際には回転軸１１に対する回転軸１２の軸ズレ量調整がされ、前記したように時刻ｔで嵌合するとそのズレ量はほぼなくなる。
【００３４】
そして（Ｂ）の数年経過した状態では、経年変化によって２３、２４で示したようにズレ量は大きくなるが、回転軸１１に対する回転軸１２の軸ズレ量が一定以下であれば嵌合は正常に行われる。しかし、（Ｃ）に示したように、例えば５年以上経過した状態では経年変化によってズレ量がさらに大きくなる。そのため、この（Ｃ）の状態では、軸ズレ量の調整が必要であるが、以上説明してきた（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のグラフにおける軸ズレ量は、前記した方法により、次のようにして検出する。
【００３５】
例えば（Ｃ）に示したように、回転軸１１の測定量を２５、回転軸１２の測定量を２６として、嵌合の際の２５で示した測定量の移動量をδ１、２６で示した測定量の移動量をδ２とすると、時刻ｔで嵌合した瞬間、前記したように嵌合によってその軸ズレ量はほぼなくなるため、小さくなった軸ズレ量、即ち時刻ｔで嵌合する直前の軸の位置と嵌合した瞬間に小さくなった軸の位置のそれぞれの軸の移動量（δ１＋δ２）が、第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３の回転軸１１の、第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５の回転軸１２に対する軸ズレ量となるわけである。
【００３６】
そのため、この（δ１＋δ２）が予め定めた所定の点検基準値（既定値）、例えばＲよりも大きな値となったら、前記図３に示した制御装置３９でそれを検知し、例えば制御装置３９に接続された図示していない表示装置に表示したり、合成音声による警告、特定警告音の発生などの手段により、調芯が必要なことを外部に知らせることで、前記したようにガスタービンＧＴ３３及び発電機３６と蒸気タービンＳＴ３５とが共に定格回転数付近で回転した状態でＳＳＳクラッチ１０が嵌合されることで、ＳＳＳクラッチ１０に過大な応力がかかって結果的にＳＳＳクラッチ１０を破損する、といったことが未然に防止できるわけである。
【００３７】
なお、近接センサ１９、２０による第１の駆動源たるガスタービンＧＴ３３の回転軸１１と、第２の駆動源たる蒸気タービンＳＴ３５の回転軸１２の軸位置変動量の計測は、前記したように渦電流式ギャップセンサ、ＣＣＤレーザ変位センサなどの近接センサ１９、２０で行うわけであるが、回転軸が鋳物で形成されていた場合、鋳肌は凹凸があり、正確な軸ズレ量の計測が困難な場合がある。そのため、例えばこれら近接センサ１９、２０による計測結果を回転角度毎に積分し、平均値を用いることで、こういった場合も正確な軸位置変動量を求めることができるから、前記した制御装置３９にそういった回路を組み込むことが好ましい。
【００３８】
また、ＳＳＳクラッチ１０の嵌合の瞬間の検知は、例えば近接センサ１９、２０による軸位置変動量の計測結果が所定以上であった場合に嵌合したとしても良いが、クラッチの調芯は伝達トルクの力によっておこなわれるため、前記図３のように被駆動源として発電機３６が用いられている場合、起動時にガスタービンＧＴ３３のみで発電機３６を駆動していたところに蒸気タービンＳＴ３５を加えたり停止させたりした場合、発電機３６の出力が増加したり減少したりするから、その増加または減少によって第１の駆動源の回転軸１１と第２の駆動源の回転軸１２とが結合、切断したとすれば、特別な嵌合検知手段を用いずに正確に嵌合、及び調芯の完了を検知することも可能である。
【００３９】
以上種々述べてきたように本発明によれば、第１の駆動源の回転軸１１と第２の駆動源の回転軸１２のそれぞれに非接触センサ１９、２０を設け、ＳＳＳクラッチ１０による嵌合時、両非接触センサ１９、２０の軸位置変動量測定結果で第１の駆動源の回転軸１１に対する第２の駆動源の回転軸１２の相対的軸ズレ量を検知することで、ＳＳＳクラッチ１０は、第１の駆動源の回転軸１１と第２の駆動源の回転軸１２に多少の軸ズレがあっても両者を嵌合させることで両軸芯を略一致させるから、嵌合時の第１の駆動源の回転軸１１と第２の駆動源の回転軸１２の移動量を見ることで軸ズレ量を正確に把握することができ、簡単な構成で、しかも運転中に直接、行うことができる、自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、簡単な構成で、しかも運転中にＳＳＳクラッチを用いた駆動力伝達機構の軸ズレ量を計測できるから、こういったＳＳＳクラッチを用いた駆動力伝達機構の軸ズレによるＳＳＳクラッチの破損を未然に防ぐことのできる駆動力、伝達機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明になる自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法を実施するための、駆動力伝達機構の一例概略と軸ズレ量を検知するための近接センサの配置状態を示したブロック図である。
【図２】経年変化による軸ズレ量の一例を示したグラフで、（Ａ）は調整直後、（Ｂ）は数年後、（Ｃ）は５年以上、それぞれ経過した場合である。
【図３】一軸コンバインドプラントの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０ 自動調芯嵌合クラッチ（ＳＳＳクラッチ）
１１ 軸
１２ 軸
１３、１４ フランジ
１５ 軸受
１６ 軸受支持台
１７ 軸受
１８ 軸受支持台
１９、２０ 近接センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動調芯嵌合クラッチを介し、第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とを結合させて被駆動体に駆動力を伝達するようにした駆動力伝達機構における、前記第１の駆動源の回転軸に対する第２の駆動源の回転軸の軸ズレ量検知方法であって、
前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸のそれぞれにおける軸位置変動量をそれぞれの回転軸に相対して設けた非接触センサで計測し、前記自動調芯嵌合クラッチによる前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の結合時におけるそれぞれの回転軸の軸位置変動量測定結果により、前記第１の駆動源の回転軸に対する第２の駆動源の回転軸の相対的軸ズレ量を検知することを特徴とする、自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法。
【請求項２】
前記非接触センサによる前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の軸位置変動量の計測は、前記非接触センサによる軸位置変動量計測結果の積分値を用いることを特徴とする請求項１に記載した自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法。
【請求項３】
前記第１の駆動源の回転軸に対する第２の駆動源の回転軸の相対的軸ズレ量が、予め定めた軸ズレ量を超えたとき、軸位置調整を促す警告を外部に発することを特徴とする請求項１または２に記載した自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法。
【請求項４】
前記被駆動体は発電機であり、前記自動調芯嵌合クラッチによる前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の結合を、前記発電機出力の変化により検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法。
【請求項５】
前記非接触センサは、前記第１の駆動源の筐体と第２の駆動源の筐体とは異なる定点に前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とから所定距離を置いて設置し、前記非接触センサを構成するセンサヘッドに高周波電流を流して前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸表面に流れる渦電流の変化から軸ズレ量を検知する、渦電流式ギャップセンサを用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載した自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法。
【請求項６】
前記非接触センサは、前記第１の駆動源の筐体と第２の駆動源の筐体とは異なる定点に前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とから所定距離を置いて設置し、前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸にレーザ光をそれぞれ当てて、反射光をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いた受光素子で受け、三角測距方式で軸ズレ量を検知するＣＣＤレーザ変位センサを用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載した自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法。
【請求項１】
自動調芯嵌合クラッチを介し、第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とを結合させて被駆動体に駆動力を伝達するようにした駆動力伝達機構における、前記第１の駆動源の回転軸に対する第２の駆動源の回転軸の軸ズレ量検知方法であって、
前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸のそれぞれにおける軸位置変動量をそれぞれの回転軸に相対して設けた非接触センサで計測し、前記自動調芯嵌合クラッチによる前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の結合時におけるそれぞれの回転軸の軸位置変動量測定結果により、前記第１の駆動源の回転軸に対する第２の駆動源の回転軸の相対的軸ズレ量を検知することを特徴とする、自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法。
【請求項２】
前記非接触センサによる前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の軸位置変動量の計測は、前記非接触センサによる軸位置変動量計測結果の積分値を用いることを特徴とする請求項１に記載した自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法。
【請求項３】
前記第１の駆動源の回転軸に対する第２の駆動源の回転軸の相対的軸ズレ量が、予め定めた軸ズレ量を超えたとき、軸位置調整を促す警告を外部に発することを特徴とする請求項１または２に記載した自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法。
【請求項４】
前記被駆動体は発電機であり、前記自動調芯嵌合クラッチによる前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸の結合を、前記発電機出力の変化により検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法。
【請求項５】
前記非接触センサは、前記第１の駆動源の筐体と第２の駆動源の筐体とは異なる定点に前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とから所定距離を置いて設置し、前記非接触センサを構成するセンサヘッドに高周波電流を流して前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸表面に流れる渦電流の変化から軸ズレ量を検知する、渦電流式ギャップセンサを用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載した自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法。
【請求項６】
前記非接触センサは、前記第１の駆動源の筐体と第２の駆動源の筐体とは異なる定点に前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸とから所定距離を置いて設置し、前記第１の駆動源の回転軸と第２の駆動源の回転軸にレーザ光をそれぞれ当てて、反射光をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いた受光素子で受け、三角測距方式で軸ズレ量を検知するＣＣＤレーザ変位センサを用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載した自動調芯嵌合クラッチを用いた駆動力伝達機構における軸ズレ量検知方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２４４０５０（Ｐ２００９−２４４０５０Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９０１３９（Ｐ２００８−９０１３９）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]