JP5103106B2 - 発動機の据付状況計測方法及び計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、発動機の据付状況を計測する方法と装置に関し、特に、大型の発動機を据付ける時の据付状況の計測方法と計測装置に関するものである。

従来、ディーゼル機関、タービン等の発動機（この明細書及び特許請求の範囲の書類中では、これらを総称して「発動機」という）は、据付時にレベル調整等が行われ、規定の状態に据付けられる。この発動機の据付け調整は、発動機内の軸受荷重調整及び発動機によって駆動される軸との位置合わせも含むため、発動機の据付状況の精密な計測が必要とされる。しかも、この計測は、据付を調整するたびに計測を行い、再調整する作業を繰り返す必要がある。

この種の従来技術として、例えば、船舶の主機関として用いられている発動機は、船舶の建造時における据付け時に、プロペラ軸系の軸継手部との位置決めを行いながら、発動機を上下、左右及び前後に移動さて、撓み量等が許容値以内となるように発動機の状態の計測と位置の調整とを行いながら行われている。

図６は、このような発動機の据付方法の一例を示す模式図である。この方法は、発動機５１の軸方向に形成された機械加工面５２の両端に、この機械加工面５２から所定距離離れた基準位置を設定する基準ブロック５３を立設し、これらの基準ブロック５３の間に計測用ピアノ線５４を所定の張力５５で張り、この計測用ピアノ線５４と機械加工面５２との距離を計測することによって発動機５１の据付け状況を計測する方法である。この方法によれば、基準ブロック５３によって発動機５１の機械加工面５２から所定距離離された計測用ピアノ線５４との距離を、発動機長手方向に所定間隔で設定した計測位置５６で計測し、計測用ピアノ線５４に加わっている張力５５から計測位置における計測用ピアノ線５４の垂れ量を計算によって算出し、前記計測した距離からこの垂れ量を補正することにより発動機５１の機械加工面５２における変形量を算出して発動機５１の据付け状況が計測されている。

図７は、このような据付状況計測方法を示すブロック図である。図６の符号を参照しながら説明すると、図示するように、この方法の場合、準備として、発動機５１の据付位置に高さ調整治具５７を設置し(a) 、その上部に発動機５１を配置し(b) 、その発動機５１の機械加工面５２に基準ブロック５３を設置し(c) 、その基準ブロック５３に計測用ピアノ線５４を取付ける(d) 。

そして、レベル調整として、前記した計測用ピアノ線５４による発動機５１のレベル測定を行い(e) 、計測用ピアノ線５４の撓みを算出して値を補正することにより発動機５１のレベルを算出した後(f) 、その結果に基いて高さ調整治具により発動機５１のレベル調整を行う(g) 。その調整結果は、再度、計測用ピアノ線５４による発動機５１のレベル測定を行い(h) 、計測用ピアノ線５４の撓みを算出して発動機５１のレベルを算出することにより行われる(i) 。その結果、再度の調整が必要であれば、高さ調整治具により発動機５１のレベル調整を行い(j) 、その調整結果は、計測用ピアノ線５４による発動機５１のレベル測定をし(k) 、計測用ピアノ線５４の撓みを算出して値を補正することにより発動機５１のレベルを算出することにより行われる(l) 。以後、調整結果が基準値内に入るまで繰り返される（m）。

その後、発動機５１の据付け調整が終了すると、最終据付として、計測用ピアノ線５４、基準ブロック５３等が撤去され(n) 、発動機５１をその状態で保持する発動機支持台５８が設置され(o) 、高さ調整治具５７が撤去される(p) 。

なお、この種の従来技術として、主機関とそのプロペラ軸系とを連結する前後１対のカップリングの対向面間に歪センサーを設け、この歪センサーの出力からカップリングの心合わせ誤差をパソコンで演算してＣＲＴに表示するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、他の従来技術として、内燃機関のクランク角を検出し得る角度センサと、クランクアーム間隔を検出し得る間隔センサとを設け、これらのセンサからの検出信号を演算器で演算しながらレベル調整するようにした内燃機関の据付装置がある（例えば、特許文献２参照）。
特開平８−９１２８３号公報 実開昭６２−８４６３７号公報

しかしながら、前記したように計測用ピアノ線５４を用いて計測する方法の場合、計測用ピアノ線５４と機械加工面５２との距離を、例えば、０．数ｍｍの精度で正確に計測するには熟練を要し、熟練作業者しかできない。しかし、近年、熟練作業者が減少し、迅速な計測が難しくなっている。しかも、複数の計測点を一点ごとに計測して発動機長手方向の複数箇所を順に計測する作業は、発動機全体を一回計測するだけでも長時間を要する。

その上、発動機の据付け時には発動機の位置調整と、出力側に設けられるプロペラシャフトの軸心と発動機の出力軸軸芯とを一致させる軸系の位置決めとを必要とするため、発動機５１を位置調整する毎にクランクシャフトを複数回ターニングして軸継手部のサグ及びギャップ量、及びその各シリンダのクランクデフレクション量の計測を行い、その計測値が許容値以内に収めるまで調整を繰り返す必要がある。そのため、ターニングに要する時間は計測も含めて非常に多くの時間を要し、例えば、発動機の据付け調整に１週間を要する場合もあり、これらの調整に多大な時間、工費、及び労力を必要とし、発動機据付け工程上の制約となっている。

また、前記した方法の場合、計測用ピアノ線５４が振動している状況では計測できないので、発動機稼働中等に据付け状況を計測することはできない。このことは、前記特許文献１，２でも同様であり、特許文献１，２はセンサをクランク軸に設けるので、クランク軸が停止した状態でなければ計測できない。

一方、この種の発動機の据付け時に、サグ据付（ＳＡＧ据付）といわれる、通常運転時に好ましい状態となるように、発動機が冷えている据付け時には予め所定の撓みを与えて据付ける方法がある。このサグ据付は、例えば、発動機の据付台そのものが温度変化によって変形するような場合に行われ、例えば、据付け時に、十数メートルの発動機で中央部が０．数ｍｍ程度下がるように発動機が据付けられる。この場合も、前記したように複数回の位置調整を行うことにより、その都度計測と調整とを必要とするので、非常に多くの時間と労力を要する。このような据付けは、前記特許文献１，２ではできない。

そこで、本発明は、発動機の据付け状況変化を表示装置に表示して容易に知ることができ、その据付け状況変化に基いて据付け調整ができる据付方法及び装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の据付け状況計測方法は、発動機の据付け位置となる部分に高さ調整治具を設け、該高さ調整治具で据付け調整可能に配置した発動機の周りに、高さ方向に離して軸方向の歪みを計測する複数の歪センサを設け、前記発動機の据付け調整時に、該発動機の所定位置に計測用ピアノ線を設けて発動機の初期据付け状況を計測し、該計測結果を前記歪センサの初期値として設定して目視可能な表示装置に表示し、前記高さ調整治具で発動機の据付け調整を行い、この据付け状況変化を前記歪みセンサからの信号に基いて前記表示装置に表示し、その後、前記表示装置に表示される調整結果が基準値内に入るまで、該表示装置に表示された発動機の据付け状況に基いて発動機の据付け調整を行うようにしている。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「歪センサ」は、電気的、光学的、その他、発動機の歪みを計測することができる歪計測用センサを総称して用いる。また、「据付け調整」は、発動機の高さ方向、幅方向、軸方向の少なくとも１つを含む調整をいう。これにより、計測用ピアノ線で計測した発動機の据付け状況を初期値とし、その初期値からの変化を発動機の周りに設置した複数の歪センサからの信号に基いて表示装置に表示するので、表示装置に表示された据付け状況を目視で確認しながら発動機の据付け調整を行うことができ、熟練を要することなく発動機の据付け調整を迅速に行うことができる。

また、前記歪センサからの信号に基いて初期値からの変化を演算し、初期値と据付け状況変化後の値とを前記表示装置に表示するようにしてもよい。これにより、発動機の据付け調整状態の変化を表示装置で連続的に知ることができ、発動機の据付け調整を容易に確認しながら行うことができる。

さらに、前記発動機の運転時における据付け状況の変化を前記歪センサからの信号に基いて検出し、該検出結果が規定値を超えたときに警告又は発動機を減速するようにしてもよい。これにより、発動機の運転中において据付け状況が変化したとしても、その検出結果が規定値を超えたときに警告によって人に知らせたり、発動機を自動的に減速させることができ、据付け状況の悪化に迅速に対応できる。

一方、本発明の据付け状況計測装置は、前記いずれかの発動機の据付状況計測方法を実施するための据付状況計測装置であって、前記複数の歪センサからの信号を受信する歪センサ受信器と、該歪センサ受信器からの信号に基いて据付け状況変化を演算する電子計算機と、該電子計算機の演算結果を表示する表示装置とを備えている。この据付け状況計測装置によっても、計測用ピアノ線で計測した発動機の据付け状況を初期値とし、その初期値からの変化を発動機の周りに設置した複数の歪センサから歪センサ受信器を介して電子計算機に入力された信号に基いて演算して表示装置に表示するので、表示装置に表示された据付け状況を目視で確認しながら発動機の据付け調整を行うことができ、熟練を要することなく発動機の据付け調整を迅速に行うことができる。

さらに、前記電子計算機に、前記歪センサから歪センサ受信器を介して電子計算機に入力された信号に基いて発動機の運転時における据付け状況変化を演算する機能を具備させ、該演算結果が規定値を超えたときに警告又は発動機を減速させる警告手段を備えさせてもよい。これによっても、発動機の運転中において据付け状況が変化したとしても、その検出結果が規定値を超えたときに警告によって人に知らせたり、発動機を自動的に減速させることができ、据付け状況の変化に迅速に対応できる。

本発明は、以上説明したような手段により、発動機の据付け状況変化を表示装置に表示して容易に知ることができるので、熟練を要することなく据付時の計測時間の短縮と迅速な調整とが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態を示す発動機の据付状況計測装置の模式図であり、図２は、図１に示す発動機を模式的に示す側面図、図３は、図２に示す発動機を模式的に示す正面図、図４は、図２に示す発動機の据付部を模式的に示す平面図である。これらの図は模式的に記載したものであり、主要な構成を誇張して記載している。また、この実施の形態では、発動機を前記サグ据付する場合を例に説明する。

図１に示すように、この実施の形態の据付状況計測装置１は、発動機２の所定位置に設けられた複数個の歪センサ３と、これらの歪センサ３と配線４で接続された歪センサ受信器５と、この歪センサ受信器５と配線６で接続されたコンピュータ７（電子計算機）と、このコンピュータ７に接続されたディスプレイ８（表示装置）とを備えている。このディスプレイ８としては、コンピュータ７に接続されたディスプレイ以外であってもよく、コンピュータ７の演算結果を表示できれば、作業者が携帯できるような表示装置であってもよい。また、コンピュータ７の演算結果を表示できれば、有線でも無線でもよい。

また、この実施の形態では、歪センサ３が、発動機２の高さ方向の中間部に設けられた機械加工面９に近接した軸方向と、発動機２の下部の軸方向とに所定間隔で設けられている。この歪センサ３は、発動機２の種類や大きさ、気筒数等、発動機２に応じて設ける位置や個数が決定される。また、歪センサ３としては、設けた部位の変位に応じて電気信号が変化するものや、変位に応じて光信号が変化するものが用いられる。

さらに、前記歪センサ受信器５は、前記歪センサ３の種類に応じて、その歪センサ３からの信号を電気信号に変換してコンピュータ７に送信する機能を備えている。前記コンピュータ７は、いわゆるパーソナルコンピュータが用いられ、歪センサ受信器５からの信号を作業者が目視で確認できるように演算して処理し、ディスプレイ８上に表示する機能を備えている。このディスプレイ８上に表示する機能としては、発動機２に応じて計測位置と変位、基準値との差、等を作業者が認識しやすいように表示するソフトウエアによって達成することができる。

図２，３に示すように、前記発動機２を据付ける場合、発動機２の据付け位置となる部分に高さ調整治具１０が配置され、その上部に発動機２が配置される。この例では、発動機２の軸方向左右位置に複数個（図では４個）の高さ調整治具１０が配置されている。図２では、高さ調整治具１０の間に後述する発動機支持台１１を示している。また、前記歪センサ３は、この例では発動機２の高さ方向の中間部と下部の軸方向にそれぞれ７個づつ設けられている。さらに、発動機２の中間部に設けられた機械加工面９には、両端に基準ブロック１２が設置され、これらの基準ブロック１２の間に計測用ピアノ線１３が設けられている。この計測用ピアノ線１３は、矢印の方向に所定の張力１４で張られており、その張力１４から基準ブロック１２の間の計測位置１５における各撓み量が算出できるようになっている。また、機械加工面９と計測用ピアノ線１３との間に示す矢印１５が計測位置であり、この例では７箇所を計測する場合を示している。図２の右方が発動機２の出力側であり、出力軸１６が設けられている。

なお、図２では前記サグ据付による発動機２の湾曲状態を誇張して記載しているが。サグ据付の場合、通常、発動機２の両端部が上がり、中央部を下げるような状態で据付けられる。図では誇張しているが、中央部を下げる量としては、例えば、０．数ｍｍであり、発動機２は高い据付け精度で据付けられる。

また、この実施の形態では、発動機２の軸方向に歪センサ３を設けて軸方向の撓みを計測する状態を示しているが、歪センサ３を幅方向にも設け、発動機２の据付け状況を２次元又は３次元でディスプレイ上に表示できるようにしてもよい。

図４に示すように、前記高さ調整治具１０を設けた位置に対して、発動機支持台１１が高さ調整治具１０の間に設けられている。この例では、軸方向に設けられた高さ調整治具１０によって基準値内にレベル調整された発動機２は、高さ調整治具１０の間に発動機支持台１１が設けられて調整位置に固定される。この発動機支持台１１としては、発動機２の下部へ流動的に流し込むことができる樹脂で、流し込んだ後に所定時間経過すると硬化して発動機２を定位置で支持できる台となるようなものが用いられる。この発動機支持台１１は、他の構成であってもよい。そして、発動機２を調整した状態で固定した後は、高さ調整治具１０を取外して発動機２の据付けが完了する。これらの手順を、以下に説明する。

図５は、前記図１の据付状況計測装置１において行われる据付状況計測方法を示すブロック図である。図１，２の符号を参照しながら説明すると、図示するように、この方法の場合、準備として、発動機２の据付け位置に高さ調整治具１０を設置し(a) 、その上部に発動機２を配置し(b) 、その発動機２の機械加工面９に基準ブロック１２を設置し(c) 、その基準ブロック１２に計測用ピアノ線１３を所定の張力１４で張って取付ける(d) 。また、発動機２の所定位置に歪センサ３を取付け、それらの歪センサ３を配線４で歪センサ受信器５に接続し、歪センサ受信器５を配線６でコンピュータ７と接続する(e) 。

その後、基準計測として、前記した計測用ピアノ線１３からの距離を計測することにより発動機２のレベル測定を行い(f) 、計測用ピアノ線１３の撓みを算出して値を補正することにより発動機２のレベルを算出し(g) 、その算出結果をコンピュータ７における基準値となる初期値として設定する(h) 。このコンピュータ７に設定した初期値が発動機２を配置した状態であり、その配置状態がディスプレイ８上に表示される(i) 。

そして、レベル調整として、ディスプレイ８上に表示された配置状態（レベル）を見ながら作業者が高さ調整治具１０で発動機２のレベル調整を行う(j) 。この調整状況は歪センサ３からの信号が歪センサ受信器５を介してコンピュータ７にリアルタイムで入力されて演算され、その調整状況もディスプレイ８上にリアルタイムで表示される(k) 。これにより、作業者は調整中の発動機２の据付け状況変化をディスプレイ８上の表示によって目視で容易に確認することができる。そのため、作業者は、ディスプレイ８上に表示された発動機２の据付け状況を見ながら、高さ調整治具１０によって発動機２の据付け調整を迅速に行うことができる。そして、ディスプレイ８上に表示された調整結果が基準値内に入るまで調整作業を行う(l) 。

このようにして発動機２の据付け調整が終了すると、最終据付として、発動機２をその状態で保持する発動機支持台１１が設置され(ｍ) 、高さ調整治具１０が撤去される(n) 。なお、前記計測用ピアノ線１３や基準ブロック１２等は、不要と判断された時点で撤去される。

なお、この実施の形態では、据付け後も発動機２の据付け状況変化を計測できるように、歪センサ３を発動機２に取付けた状態とし、歪センサ受信器５とコンピュータ７とが接続された状態を保つようにしている。これにより、例えば、発動機２の運転中における据付け状況変化も計測できる。

以上のように、据付状況計測装置１によれば、発動機２の据付状況計測を、連続的に、しかも瞬時に行ってコンピュータ７のディスプレイ８上に表示することができる。これにより、計測用ピアノ線１３を用いた計測を、最初の基準値設定時のみとすることができ、発動機２の据付け作業現場において、工事の短期間化、熟練技術者の省力化を実現することができる。

また、発動機２の運用現場では、据付け状況を運転者等が目視で確認できるように表示するとともに、据付け状況が悪化した際には、運転者に警報を与える他、発動機２を自動で減速させることもできる。このことは、船舶のように、発動機２を据付けている台そのものが変形し得るような状況では、据付け状況を操縦者に表示し、状況が変化して発動機２の据付け状況が悪化した時には、操縦者に対して警報を発するとともに、発動機２を自動で減速させることができるので、発動機２の据付け状況悪化に対して迅速に対応することができる。

従って、大型の発動機２の据付けと運用において、熟練作業者による作業を大幅に削減することができるとともに、据付け調整に要する労力と時間を大幅に削減することができ、大幅な労力軽減と費用削減を図ることができる。また、運転時においても発動機２の据付け状況を正確に計測することができるので、発動機２の運用時における監視等が可能となる。

なお、前記実施の形態では７個の歪センサ３を設けているが、模式的に示したものであり、また、前記計測用ピアノ線１３を用いて計測する位置も７箇所を示したが、図では模式的に示したものであり、これらの構成は前記実施の形態に限定されるものではない。

さらに、前記実施の形態では発動機２の軸方向における据付け状況を計測する例を説明したが、発動機全体に歪センサ３を設け、それらの歪センサ３からの信号を連続的にコンピュータ７で演算して発動機全体の据付け状況変化を算出し、その算出結果をディスプレイ８上に表示するようにしてもよい。

また、前述した実施の形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではない。

本発明に係る発動機の据付状況計測方法は、据付け時の調整に時間を要する大型の舶用発動機等の据付け時に利用できる。

本発明の一実施の形態を示す発動機の据付状況計測装置の模式図である。 図１に示す発動機を模式的に示す側面図である。 図２に示す発動機を模式的に示す正面図である。 図２に示す発動機の据付部を模式的に示す平面図である。 図１の計測装置において行われる据付状況計測方法を示すブロック図である。 従来の発動機の据付状況計測方法を模式的に示す側面図である。 従来の据付状況計測方法を示すブロック図である。

符号の説明

１…据付状況計測装置
２…発動機
３…歪センサ
４…配線
５…歪センサ受信器
６…配線
７…コンピュータ
８…ディスプレイ（表示装置）
９…機械加工面
１０…高さ調整治具
１１…発動機支持台
１２…基準ブロック
１３…計測用ピアノ線
１４…張力
１５…矢印（計測位置）

Claims (5)

1. 発動機の据付け位置となる部分に高さ調整治具を設け、
   該高さ調整治具で据付け調整可能に配置した発動機の周りに、高さ方向に離して軸方向の歪みを計測する複数の歪センサを設け、
   前記発動機の据付け調整時に、該発動機の所定位置に計測用ピアノ線を設けて発動機の初期据付け状況を計測し、
   該計測結果を前記歪センサの初期値として設定して目視可能な表示装置に表示し、
   前記高さ調整治具で発動機の据付け調整を行い、この据付け状況変化を前記歪みセンサからの信号に基いて前記表示装置に表示し、
   その後、前記表示装置に表示される調整結果が基準値内に入るまで、該表示装置に表示された発動機の据付け状況に基いて発動機の据付け調整を行うようにしたことを特徴とする発動機の据付状況計測方法。
2. 前記歪センサからの信号に基いて初期値からの変化を演算し、初期値と据付け状況変化後の値とを前記表示装置に表示するようにした請求項１に記載の発動機の据付状況計測方法。
3. 前記発動機の運転時における据付け状況の変化を前記歪センサからの信号に基いて検出し、該検出結果が規定値を超えたときに警告又は発動機を減速するようにした請求項１又は請求項２に記載の発動機の据付状況計測方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の発動機の据付状況計測方法を実施するための据付状況計測装置であって、
   前記複数の歪センサからの信号を受信する歪センサ受信器と、該歪センサ受信器からの信号に基いて据付け状況変化を演算する電子計算機と、該電子計算機の演算結果を表示する表示装置とを備えたことを特徴とする発動機の据付状況計測装置。
5. 前記電子計算機に、前記歪センサから歪センサ受信器を介して電子計算機に入力された信号に基いて発動機の運転時における据付け状況変化を演算する機能を具備させ、
   該演算結果が規定値を超えたときに警告又は発動機を減速させる警告手段を備えさせた請求項４に記載の発動機の据付状況計測装置。

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