(57)【要約】  ターボ機械システム（１００、２００）は、ターボ機械（１０２）と、シャフト（１０６、１１０、２０４）と、ロータ電力変換器（１２８）と、電気機械（１０８）とを含む。電気機械は、その間に延びるシャフトによってターボ機械に結合される。電気機械は、キャビティ（１２２）を内部に画定するステータ（１２０）と、シャフトに結合されたロータ（１２４）とを含み、ロータおよびシャフトは、キャビティ内に少なくとも部分的に配置される。ロータは、ロータ電力変換器に結合された少なくとも１つのロータ巻線（１２６）を含む。少なくとも１つのロータ巻線は、交互に励磁および非励磁し、電気機械に対する補正トルクをそれぞれ交互に適用および除去してターボ機械システムの高調波振動を減衰させるように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械システム（１００、２００）であって、
ターボ機械（１０２）と、
シャフト（１０６、１１０、２０４）と、
ロータ電力変換器（１２８）と、
その間に延びる前記シャフト（１０６、１１０、２０４）によって前記ターボ機械（１０２）に結合された電気機械（１０８）とを備え、前記電気機械（１０８）は、
キャビティ（１２２）を内部に画定するステータ（１２０）と、
前記シャフト（１０６、１１０、２０４）に結合されたロータ（１２４）とを備え、前記ロータ（１２４）および前記シャフト（１０６、１１０、２０４）は、前記キャビティ（１２２）内に少なくとも部分的に配置されるように構成され、前記ロータ（１２４）は、前記ロータ電力変換器（１２８）に結合され、交互に励磁および非励磁し、前記電気機械（１０８）に対する補正トルクをそれぞれ交互に適用および除去して前記ターボ機械システム（１００、２００）の高調波振動を減衰させるように構成された少なくとも１つのロータ巻線（１２６）を備える、ターボ機械システム（１００、２００）。
【請求項２】
前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）が、第１の相ロータ巻線（１２６）と、第２の相ロータ巻線（１２６）と、第３の相ロータ巻線（１２６）とを備える複数のロータ巻線（１２６）を備え、前記複数のロータ巻線（１２６）の各前記ロータ巻線（１２６）が、交互に励磁および非励磁し、前記電気機械（１０８）に対する前記補正トルクをそれぞれ独立して適用および除去するように構成される、請求項１に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
【請求項３】
前記電気機械（１０８）が、発電機（１１２）を備える、請求項１に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
【請求項４】
前記発電機（１１２）が、二重給電誘導発電機を備える、請求項３に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
【請求項５】
前記電気機械（１０８）が、モータ（２０２）を備える、請求項１に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
【請求項６】
前記モータ（２０２）が、二重給電誘導モータを備える、請求項５に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
【請求項７】
前記ターボ機械（１０２）に結合された燃料供給源を備える電源（１１８）をさらに備える、請求項１に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
【請求項８】
前記電気機械（１０８）に結合された電力供給源を備える電源（１１８）をさらに備える、請求項１に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
【請求項９】
前記ロータ電力変換器（１２８）および前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）に結合されたロータコントローラ（１３４）と、
前記ロータコントローラ（１３４）に結合されたセンサ（１３６）とをさらに備え、前記センサ（１３６）が、高調波振動を表す前記ターボ機械システム（１００、２００）の第１の物理的特性を検出し、制御信号（１３８）を前記ロータコントローラ（１３４）に送信して前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）を介して前記電気機械（１０８）に対する前記補正トルクを交互に適用および除去するように構成される、請求項１に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
【請求項１０】
前記センサ（１３６）が、前記シャフト（１０６、１１０、２０４）のねじり振動を表す前記ターボ機械システム（１００、２００）の第２の物理的特性を検出するようにさらに構成され、前記第２の物理的特性が、前記第１の物理的特性と同じ物理的特性および前記第１の物理的特性とは異なる物理的特性の少なくとも１つであり、前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）が、交互に励磁および非励磁し、前記電気機械（１０８）に対する前記補正トルクをそれぞれ交互に適用および除去して前記シャフト（１０６、１１０、２０４）のねじり振動を減衰させるようにさらに構成される、請求項９に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
【請求項１１】
前記センサ（１３６）が、前記ターボ機械（１０２）、前記電気機械（１０８）、前記ロータ電力変換器（１２８）、および前記シャフト（１０６、１１０、２０４）の少なくとも１つにさらに結合される、請求項９に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
【請求項１２】
前記センサ（１３６）が、前記電気機械（１０８）に近接して前記シャフト（１０６、１１０、２０４）にさらに結合される、請求項９に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
【請求項１３】
補助機械（１０４）と、
前記電気機械（１０８）、前記ターボ機械（１０２）、および前記補助機械（１０４）に結合された複数のシャフト（１０６、１１０、２０４）と、
前記複数のシャフト（１０６、１１０、２０４）の少なくとも１つのシャフト（１０６、１１０、２０４）、前記ターボ機械（１０２）、前記電気機械（１０８）、および前記ロータ電力変換器（１２８）の少なくとも１つに結合された複数のセンサ（１３６）と
をさらに備える、請求項９に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
【請求項１４】
キャビティ（１２２）を内部に画定するステータ（１２０）と、
シャフト（１０６、１１０、２０４）と、
前記シャフト（１０６、１１０、２０４）に結合されたロータ（１２４）とを備え、前記ロータ（１２４）および前記シャフト（１０６、１１０、２０４）は、前記キャビティ（１２２）内に少なくとも部分的に配置されるように構成され、前記ロータ（１２４）は、交互に励磁および非励磁し、前記電気機械（１０８）に対する補正トルクをそれぞれ交互に適用および除去してその高調波振動を減衰させるように構成された少なくとも１つのロータ巻線（１２６）を備える、電気機械（１０８）。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）が、第１の相ロータ巻線（１２６）と、第２の相ロータ巻線（１２６）と、第３の相ロータ巻線（１２６）とを備える複数のロータ巻線（１２６）を備え、前記複数のロータ巻線（１２６）の各前記ロータ巻線（１２６）が、交互に励磁および非励磁し、前記電気機械（１０８）に対する前記補正トルクをそれぞれ独立して適用および除去するように構成される、請求項１４に記載の電気機械（１０８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般に、ターボ機械システムに関し、より具体的には、ターボ機械システムにおけるねじり振動の低減のための電気機械ロータ巻線およびシステムならびに方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械、例えば、ポンプ動作および圧縮プラントにおける電気モータを駆動するか、またはターボ機械、例えば、電力発電機によって駆動される電気機械を用いる公知のターボ機械システムでは、回転設備列における電気機械の高調波振動とシャフトのねじり動力学の複雑な相互作用は、準同期ねじれ相互作用（ＳＳＴＩ）を引き起こす。このような公知のターボ機械システム、例えば、液化天然ガス圧縮プラントでは、ＳＳＴＩおよび結果として生じる振動により、維持費の増加、運転効率の低下、および設備寿命の低下がもたらされる。
【０００３】
電気機械を用いる少なくともいくつかの公知のターボ機械システムでは、シャフトおよびこれに結合された回転機械が受けるＳＳＴＩは、モータおよび発電機を含む電気機械で生じるトルクの不均衡によって引き起こされる。そのような電気機械、シャフト、および関連する回転機械は、長い設備列を形成することがあり、そこでは列の一部で生じるＳＳＴＩが、その場所だけでなく、最初の起点から離れた様々な場所で望ましくない影響を及ぼす。また、このような公知のターボ機械システムでは、ＳＳＴＩおよび結果として生じる異常トルクの軽減は高価となり、既存のシステムおよびプラント設備の大幅な変更を必要とし、既存の電気的および機械的負荷からの設計上の制約を受ける。さらに、このような公知のターボ機械システムでは、公知のＳＳＴＩならびにトルク軽減デバイスおよびシステムは複雑であり、精巧な制御システムを必要とし、既存のプラント運転に統合するのが煩雑であり、設置および維持のためにプラントを完全に停止する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２７０４３０６号明細書
【発明の概要】
【０００５】
一態様では、ターボ機械システムが提供される。ターボ機械システムは、ターボ機械と、シャフトと、ロータ電力変換器と、電気機械とを含む。電気機械は、その間に延びるシャフトによってターボ機械に結合される。電気機械は、キャビティを内部に画定するステータと、シャフトに結合されたロータとを含み、ロータおよびシャフトは、キャビティ内に少なくとも部分的に配置されるように構成される。ロータは、ロータ電力変換器に結合された少なくとも１つのロータ巻線を含む。少なくとも１つのロータ巻線は、交互に励磁および非励磁し、電気機械に対する補正トルクをそれぞれ交互に適用および除去してターボ機械システムの高調波振動を減衰させるように構成される。
【０００６】
別の態様では、電気機械が提供される。電気機械は、キャビティを内部に画定するステータと、シャフトと、シャフトに結合されたロータとを含み、ロータおよびシャフトは、キャビティに少なくとも部分的に配置されるように構成される。ロータは、ロータ電力変換器に結合された少なくとも１つのロータ巻線を含む。少なくとも１つのロータ巻線は、交互に励磁および非励磁し、電気機械に対する補正トルクをそれぞれ交互に適用および除去して高調波振動を減衰させるように構成される。
【０００７】
さらに別の態様では、ターボ機械システムの振動を減衰させる方法が提供される。ターボ機械システムは、その間に延びるシャフトによってターボ機械に結合された電気機械を含む。電気機械は、キャビティを内部に画定するステータと、シャフトに結合され、キャビティ内に少なくとも部分的に配置されるように構成されたロータとを含む。ロータは、少なくとも１つのロータ巻線を含む。方法は、ターボ機械システムに結合されたセンサを介して、振動を表すターボ機械システムの物理的特性を検出することを含む。方法はまた、センサによって送信されたデータを介して、振動の存在を判定することを含む。方法はさらに、少なくとも１つのロータ巻線を励磁し、補正トルクを電気機械に適用してターボ機械システムの振動を減衰させることを含む。
【０００８】
本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的なターボ機械システムの概略図である。
【図２】代替のターボ機械システムの概略図である。
【図３】図１および図２に示すターボ機械システムで使用され得る、ターボ機械システムの電気機械の振動を減衰させる例示的な方法のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
特に明記のない限り、本明細書で提供する図面は、本開示の実施形態の特徴を例示することを意味する。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムで適用可能であると考えられる。したがって、本図面は、本明細書で開示する実施形態を実施するために必要とされる、当業者には既知の、従来の特徴をすべて含むことを意味しない。
【００１１】
以下の明細書および特許請求の範囲において、いくつかの用語に言及するが、それらは以下の意味を有すると規定する。
【００１２】
単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。
【００１３】
「任意の」または「任意に」は、後で述べられる事象または状況が、起こる場合も起こらない場合もあることを意味し、この記述は、その事象が起こる事例と、起こらない事例とを含むことを意味する。
【００１４】
本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、近似を表す文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動できる任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈および文言が他に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。
【００１５】
本明細書で用いられる「プロセッサ」および「コンピュータ」という用語および関連する用語、例えば「処理デバイス」、「コンピューティングデバイス」、および「コントローラ」は、従来技術においてコンピュータと呼ばれているそれらの集積回路に限定されず、広く、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＩＳＣ）、および他のプログラム可能な回路を意味し、これらの用語は、本明細書において互換的に用いられる。本明細書に記載の実施形態では、メモリは、限定はしないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのコンピュータ可読媒体、およびフラッシュメモリなどのコンピュータ可読不揮発性媒体を含むことができる。あるいは、フロッピーディスク、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、および／またはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）もまた、使用することができる。また、本明細書に記載の実施形態では、追加の入力チャネルは、限定はしないが、マウスおよびキーボードなどのオペレータインターフェースに関係するコンピュータ周辺機器であってもよい。あるいは、例えば、限定はしないが、スキャナを含むことができる他のコンピュータ周辺機器も使用することができる。さらに、例示的な実施形態では、追加の出力チャネルは、限定はしないが、オペレータインターフェースモニタを含むことができる。
【００１６】
さらに、本明細書で用いられる「リアルタイム」という用語は、関連する事象が発生する時、所定のデータを測定および収集する時、データを処理する時、ならびに事象および環境に対するシステム応答の時の少なくとも１つを意味する。本明細書に記載の実施形態では、これらの動作および事象は、実質的に同時に起こる。
【００１７】
本明細書に記載のターボ機械システムおよび関連するシステムならびに方法における振動の低減のための電気機械ロータ巻線は、回転設備列のシャフトおよび電気機械を含む回転機械の準同期ねじれ相互作用（ＳＳＴＩ）を低減する。本明細書に記載の実施形態はまた、ターボ機械システムにおけるＳＳＴＩおよびそれから生じる異常トルクの望ましくない影響を軽減する。本明細書に記載の実施形態はさらに、ターボ機械システムに用いられる電気機械のトルクの不均衡を低減する。本明細書に記載のターボ機械システムおよび関連するシステムならびに方法における振動の低減のための電気機械ロータ巻線はまた、運転および維持費を削減し、ターボ機械システムの運転効率を高める。本明細書に記載の実施形態はさらに、既存のプラント設計での運転および統合が容易な、複雑でなく安価なＳＳＴＩ軽減デバイス、システム、および方法を提供する。本明細書に記載の実施形態はまた、ターボ機械システムの運転を停止することなくＳＳＴＩ軽減デバイスおよびシステムの設置および維持を可能にする。
【００１８】
図１は、例示的なターボ機械システム１００の概略図である。例示的な実施形態では、ターボ機械システム１００は、ターボ機械機関１０１に配置され、限定はしないが、圧縮機と、燃焼器と、タービンとを含むガスタービンエンジンを含むターボ機械１０２を含む。ターボ機械システム１００はまた、限定はしないが、ギアボックスを含む補助機械１０４を含む。補助機械１０４は、第１のシャフト１０６を介してターボ機械１０２に回転可能に結合される。ターボ機械システム１００は、第２のシャフト１１０を介して補助機械１０４に回転可能に結合された電気機械１０８をさらに含む。例示的な実施形態では、電気機械１０８は、限定はしないが、二重給電誘導発電機（ＤＦＩＧ）を含む発電機１１２に組み込まれる。ターボ機械１０２は、発電機１１２の原動機として機能し、ターボ機械機関１０１は、３相電力線１１６を介して電気をグリッド１１４に供給するように構成された電力発電機関に組み込まれる。ターボ機械システム１００はまた、ターボ機械１０２に結合された電源１１８を含む。電源１１８は、この例示的な実施形態では、限定はしないが、ターボ機械１０２の回転を駆動する天然ガス供給源を含む燃料供給源に組み込まれる。不図示の他の実施形態では、ターボ機械システム１００は、補助機械１０４および第２のシャフト１１０を含まず、ターボ機械１０２は、第１のシャフト１０６を介して発電機１１２に回転可能に結合される。
【００１９】
発電機１１２は、環状キャビティ１２２を内部に画定する環状ステータ１２０に組み込まれたステータ１２０を含む。発電機１１２はまた、第２のシャフト１１０に結合されたロータ１２４を含む。ロータ１２４は、例示的な実施形態では、環状ロータ１２４に組み込まれ、ロータ１２４の周りに延びる少なくとも１つのロータ巻線１２６を含む。
【００２０】
ターボ機械システム１００は、例示的な実施形態では、少なくとも１つのロータ電気線１３０を介してロータ巻線１２６に結合されたロータ電力変換器１２８を含む。ロータ巻線１２６は、第１の相ロータ巻線１２６と、第２の相ロータ巻線１２６と、第３の相ロータ巻線１２６とを含む複数のロータ巻線１２６に組み込まれる。複数のロータ巻線１２６の各ロータ巻線１２６は、複数のロータ電気線１３０のそれぞれのロータ電気線１３０に結合される。不図示の他の実施形態では、ロータ巻線１２６は、単相ロータ巻線１２６、２つのロータ巻線１２６相、および３つ以上のロータ巻線１２６相の少なくとも１つに組み込まれる。ロータ電力変換器１２８は、例示的な実施形態では、少なくとも１つの変換器電気線１３２を介して３相電力線１１６に結合された交流（ＡＣ）／ＡＣ電力変換器に組み込まれる。ロータ巻線１２６は、多相ＡＣロータ巻線１２６に組み込まれる。不図示の他の実施形態では、ロータ電力変換器１２８は、変換器電気線１３２を介して、限定はしないが、直流（ＤＣ）源を含む３相電力線１１６以外の電力源にさらに結合される。不図示のさらなる他の実施形態では、ロータ電力変換器１２８は、ＤＣ／ＡＣ電力変換器に組み込まれる。
【００２１】
ターボ機械システム１００はまた、ロータ巻線１２６に結合され、ロータ電力変換器１２８および変換器電気線１３２の少なくとも１つに結合されたロータコントローラ１３４を含む。不図示の他の実施形態では、複数のロータ巻線１２６の１つのロータ巻線１２６が、複数のロータコントローラ１３４の１つのそれぞれのロータコントローラ１３４に結合される。ターボ機械システム１００はさらに、ロータコントローラ１３４に結合され、第１のシャフト１０６および第２のシャフト１１０の少なくとも１つに結合された少なくとも１つのセンサ１３６を含む。センサ１３６はまた、発電機１１２に近接して第２のシャフト１１０に結合される。不図示の他の実施形態では、センサ１３６は、限定はしないが、補助機械１０４に近接して発電機１１２の遠位で第２のシャフト１１０に結合される。少なくとも１つのセンサ１３６は、ターボ機械１０２、補助機械１０４、電源１１８、および変換器電気線１３２の少なくとも１つにさらに結合される。不図示の他の実施形態では、少なくとも１つのセンサ１３６は、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、ターボ機械１０２、補助機械１０４、電源１１８、および変換器電気線１３２の少なくとも１つ以外のターボ機械システム１００内の他の場所にさらに結合される。不図示のさらなる他の実施形態では、複数のセンサ１３６の１つのセンサ１３６が、複数のロータコントローラ１３４の２つ以上のロータコントローラ１３４に結合される。
【００２２】
運転中、例示的な実施形態では、ステータ１２０のキャビティ１２２は、ロータ１２４および第２のシャフト１１０を受け入れるようなサイズおよび構成とされ、ロータ１２４および第２のシャフト１１０の少なくとも一部がキャビティ１２２内で回転するのを容易にする。ステータ１２０は、例示的な実施形態では、３相ＡＣ電流をグリッド１１４に供給するように構成されたＡＣステータに組み込まれる。キャビティ１２２内の第２のシャフト１１０およびロータ１２４の回転は、限定はしないが、ロータ１２４とステータ１２０との間に画定された不図示のエアギャップにわたる磁束相互作用、すなわち、発電機１１２の「発電機作用」を含むロータ１２４とステータ１２０との間の電磁気相互作用を介して３相ＡＣ電流をステータ１２０に誘導する第１の回転磁界を生じさせる。
【００２３】
また、運転中、電気機械１０８、すなわち、発電機１１２は、ターボ機械システム１００の運転中に高調波振動の影響を受けやすい。センサ１３６は、高調波振動を表すターボ機械システム１００の第１の物理的特性を検出し、制御信号１３８をロータコントローラ１３４に送信するように構成される。発電機１１２およびターボ機械システム１００の少なくとも１つの高調波振動を表す第１の物理的特性は、限定はしないが、ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、ならびにターボ機械１０２、発電機１１２、および補助機械１０４の少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトの少なくとも１つの軸方向たわみの大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含む。発電機１１２およびターボ機械システム１００の少なくとも１つの高調波振動を表す第１の物理的特性はまた、限定はしないが、ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、ならびにターボ機械１０２、発電機１１２、および補助機械１０４の少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトの少なくとも１つの回転の方向および角速度の少なくとも１つを含む。発電機１１２およびターボ機械システム１００の少なくとも１つの高調波振動を表す第１の物理的特性はさらに、限定はしないが、ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、ならびにターボ機械１０２、発電機１１２、および補助機械１０４の少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトの少なくとも１つの高調波振動に関連するトルクの大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含む。発電機１１２およびターボ機械システム１００の少なくとも１つの高調波振動を表す第１の物理的特性はまた、限定はしないが、発電機１１２の不図示のステータ巻線からグリッド１１４およびロータ電力変換器１２８の少なくとも１つに送信される電流の大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含む。発電機１１２およびターボ機械システム１００の少なくとも１つの高調波振動を表す第１の物理的特性はさらに、限定はしないが、発電機１１２の不図示のステータ巻線およびロータ電力変換器１２８の少なくとも１つの不図示の電気端子間の電圧の大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含む。発電機１１２およびターボ機械システム１００の少なくとも１つの高調波振動を表す第１の物理的特性はまた、限定はしないが、発電機１１２、ターボ機械１０２、補助機械１０４、ロータ巻線１２６、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、ターボ機械１０２、発電機１１２、および補助機械１０４の少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフト、ならびにターボ機械システム１００の任意の他の構成要素の少なくとも１つに関連する震動および加速度の少なくとも１つの大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含み、震動および加速度の少なくとも１つの発生は、発電機１１２およびターボ機械システム１００の少なくとも１つの高調波振動を表す。
【００２４】
例示的な実施形態の運転中、ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、ならびにターボ機械１０２、発電機１１２、および補助機械１０４の少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトの少なくとも１つは、ターボ機械システム１００の運転中にねじり振動の影響を受けやすい。センサ１３６は、ねじり振動を表すターボ機械システム１００の第２の物理的特性を検出し、制御信号１３８をロータコントローラ１３４に送信するようにさらに構成される。ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つのねじり振動を表す第２の物理的特性は、限定はしないが、ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つの軸方向たわみの大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含む。ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つのねじり振動を表す第２の物理的特性はまた、限定はしないが、ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つの回転の方向および角速度の少なくとも１つを含む。ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つのねじり振動を表す第２の物理的特性はさらに、限定はしないが、ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つのねじり振動に関連するトルクの大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含む。ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つのねじり振動を表す第２の物理的特性はまた、限定はしないが、発電機１１２の不図示のステータ巻線からグリッド１１４およびロータ電力変換器１２８の少なくとも１つに送信される電流の大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含む。ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つのねじり振動を表す第２の物理的特性はさらに、限定はしないが、発電機１１２の不図示のステータ巻線およびロータ電力変換器１２８の少なくとも１つの不図示の電気端子間の電圧の大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含む。ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つのねじり振動を表す第２の物理的特性はまた、限定はしないが、発電機１１２、ターボ機械１０２、補助機械１０４、ロータ巻線１２６、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、存在する場合には上述の追加のシャフト、およびターボ機械システム１００の任意の他の構成要素の少なくとも１つに関連する震動および加速度の少なくとも１つの大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含み、震動および加速度の少なくとも１つの発生は、ターボ機械システム１００のねじり振動を表す。
【００２５】
例示的な実施形態では、センサ１３６は、限定はしないが、たわみセンサ、角速度センサ、トルクセンサ、電流センサ、電圧ポテンシャルセンサ、電気周波数センサ、震動センサ、および加速度センサを含む上述の第１の物理的特性および第２の物理的特性を検出および測定するように構成されたセンサタイプを含む。上述の第２の物理的特性は、上述の第１の物理的特性と同じタイプのセンサ１３６で検出可能な物理的特性である。不図示の他の実施形態では、上述の第２の物理的特性は、上述の第１の物理的特性とは異なるタイプのセンサ１３６で検出可能な物理的特性である。センサ１３６は、第２の物理的特性と第１の物理的特性の両方を検出するようにさらに構成される。不図示の他の実施形態では、第２の特性を検出するように構成されたセンサ１３６のタイプは、第１の物理的特性を検出するように構成されたセンサ１３６のタイプとは異なる。
【００２６】
例示的な実施形態の運転中、ロータ巻線１２６は、交互に励磁および非励磁し、ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、ならびにターボ機械１０２、発電機１１２、および補助機械１０４の少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトの少なくとも１つに対する補正トルクをそれぞれ交互に適用および除去するように構成される。限定はしないが、ロータコントローラ１３４によるリアルタイムでの制御信号１３８の受信を含む制御信号１３８の受信は、高調波振動およびねじり振動の少なくとも１つが発電機１１２およびターボ機械システム１００の少なくとも１つの中に存在することを示す。例示的な実施形態では、制御信号１３８は、高調波振動およびねじり振動の少なくとも１つが発電機１１２およびターボ機械システム１００の少なくとも１つに存在する場合に第１の値を有するデータを含み、制御信号１３８は、高調波振動およびねじり振動の少なくとも１つが発電機１１２およびターボ機械システム１００の少なくとも１つに存在しない場合に第１の値とは異なる第２の値を有するデータを含む。
【００２７】
例示的な実施形態の運転中、ロータコントローラ１３４による第１の値を有する制御信号１３８の受信は、ロータ電力変換器１２８からロータ巻線１２６への電流の流れを可能にし、それにより、ロータ巻線１２６を励磁することによってロータ巻線１２６による補正トルクの適用を可能にする。ロータ巻線１２６を励磁することにより、高調波振動およびねじり振動の少なくとも１つを減衰させるための補正トルクの適用を容易にする。さらに、ロータコントローラ１３４による第２の値を有する制御信号１３８の受信は、ロータ電力変換器１２８からロータ巻線１２６への電流の流れを無効にし、それにより、ロータ巻線１２６を非励磁することによってロータ巻線１２６による補正トルクを除去する。不図示の他の実施形態では、制御信号１３８は、発電機１１２およびターボ機械システム１００の少なくとも１つの高調波振動およびねじり振動の少なくとも１つを示すデータの第１の値のみを含む。不図示のさらなる他の実施形態では、制御信号１３８は、高調波振動およびねじり振動の少なくとも１つが発電機１１２およびターボ機械システム１００の少なくとも１つに存在しない場合は存在せず、データを含まない。不図示のさらに他の実施形態では、制御信号１３８は、高調波振動およびねじり振動の少なくとも１つが発電機１１２およびターボ機械システム１００の少なくとも１つに存在することを示すだけでなく、例えば、運転傾向を目的としてその特性を定量化する一連の変動データ値を含む。不図示のさらなる他の実施形態では、ロータコントローラ１３４は、０（ゼロ）アンペアを含む値の範囲の間でロータ電力変換器１２８からロータ巻線１２６への電流の流れを調整し、補正トルクを必要とする高調波振動およびねじり振動の少なくとも１つの強度に応じて、０ニュートンメートルを含む値の範囲の間でロータ巻線１２６による補正トルクの量の適用を可能にするように構成される。
【００２８】
例示的な実施形態の運転中、第１の相ロータ巻線１２６、第２の相ロータ巻線１２６、および第３の相ロータ巻線１２６は各々、交互に励磁および非励磁し、上述の補正トルクをそれぞれ独立して適用および除去して発電機１１２およびターボ機械システム１００の少なくとも１つの高調波振動、ならびにロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つのねじり振動の少なくとも１つを減衰させるように構成される。第１の相ロータ巻線１２６、第２の相ロータ巻線１２６、および第３の相ロータ巻線１２６を交互に励磁および非励磁することにより、独立してロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つに対する補正トルクを微調節して適用することを容易にする。例えば、第２の相ロータ巻線１２６および第３の相ロータ巻線１２６に対する第１の相ロータ巻線１２６の電流の流れを増加させることは、限定はしないが、上述の回転補正トルクに加えて、半径方向および軸方向の少なくとも１つへを含む電気機械力の適用を容易にする。さらに、例示的な実施形態では、ロータ巻線１２６を交互に励磁および非励磁することにより、限定はしないが、ロータ１２４の第１の回転磁界と同じ回転方向およびロータ１２４の第１の回転磁界と反対方向の第２の回転磁界を含む第２の回転磁界を誘導することを容易にする。不図示の他の実施形態では、第１の相ロータ巻線１２６、第２の相ロータ巻線１２６、および第３の相ロータ巻線１２６は、独立して交互に励磁および非励磁するのではなく、むしろセットとしてほぼ同時に交互に励磁および非励磁する。
【００２９】
図２は、代替のターボ機械システム２００の概略図である。この代替の実施形態では、ターボ機械システム２００は、ターボ機械機関２０１に配置され、限定はしないが、圧縮機およびポンプの少なくとも１つを含むターボ機械１０２を含む。ターボ機械システム２００はまた、限定はしないが、圧縮機およびポンプの少なくとも１つを含む少なくとも１つの補助機械１０４を含む。第１の補助機械１０４は、第１のシャフト１０６を介してターボ機械１０２に回転可能に結合される。第２の補助機械１０４は、第２のシャフト１１０を介してターボ機械１０２に結合される。ターボ機械システム２００は、第２のシャフト１１０を介して第２の補助機械１０４に回転可能に結合された電気機械１０８をさらに含む。電気機械１０８は、この代替の実施形態では、限定はしないが、二重給電誘導モータ（ＤＦＩＭ）を含むモータ２０２に組み込まれる。ターボ機械１０２は、モータ駆動のターボ機械として機能し、ターボ機械機関２０１は、モータ駆動の回転機械列に組み込まれる。
【００３０】
ターボ機械システム２００は、この代替の実施形態では、モータ２０２に結合されたグリッド１１４に組み込まれた電源１１８を含む。モータ２０２は、３相電力線１１６を介してグリッド１１４に結合された３相ＡＣモータに組み込まれる。不図示の他の実施形態では、限定はしないが、モータ電力変換器を含む他の電気デバイスが、グリッド１１４とモータ２０２との間に結合される。モータ２０２は、環状キャビティ１２２を内部に画定する環状ステータ１２０に組み込まれたステータ１２０を含む。モータ２０２はまた、第３のシャフト２０４に結合されたロータ１２４を含む。第３のシャフト２０４は、第２の補助機械１０４にさらに結合される。この代替の実施形態では、ロータ１２４は、ロータ１２４の周りに延びる少なくとも１つのロータ巻線１２６を含む環状ロータ１２４に組み込まれる。
【００３１】
ターボ機械システム２００はまた、少なくとも１つのロータ電気線１３０を介してロータ巻線１２６に結合されたロータ電力変換器１２８を含む。ロータ巻線１２６は、この代替の実施形態では、第１の相ロータ巻線１２６と、第２の相ロータ巻線１２６と、第３の相ロータ巻線１２６とを含む複数のロータ巻線１２６に組み込まれる。複数のロータ巻線１２６の各ロータ巻線１２６は、複数のロータ電気線１３０のそれぞれのロータ電気線１３０に結合される。不図示の他の実施形態では、ロータ巻線１２６は、単相ロータ巻線１２６、２つのロータ巻線１２６相、および３つ以上のロータ巻線１２６相の少なくとも１つに組み込まれる。ロータ電力変換器１２８は、この代替の実施形態では、少なくとも１つの変換器電気線１３２を介して３相電力線１１６に結合されたＡＣ／ＡＣ電力変換器に組み込まれる。ロータ巻線１２６は、多相ＡＣロータ巻線１２６に組み込まれる。不図示の他の実施形態では、ロータ電力変換器１２８は、変換器電気線１３２を介して、限定はしないが、直流（ＤＣ）源を含む３相電力線１１６以外の電力源にさらに結合される。不図示のさらなる他の実施形態では、ロータ電力変換器１２８は、ＤＣ／ＡＣ電力変換器に組み込まれる。
【００３２】
ターボ機械システム２００は、ロータ巻線１２６に結合され、ロータ電力変換器１２８および変換器電気線１３２の少なくとも１つに結合されたロータコントローラ１３４をさらに含む。不図示の他の実施形態では、複数のロータ巻線１２６の１つのロータ巻線１２６が、複数のロータコントローラ１３４の１つのそれぞれのロータコントローラ１３４に結合される。少なくとも１つのセンサ１３６が、ロータコントローラ１３４に結合され、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、および第３のシャフト２０４の少なくとも１つに結合される。センサ１３６はまた、モータ２０２に近接して第３のシャフト２０４に結合される。不図示の他の実施形態では、センサ１３６は、限定はしないが、第２の補助機械１０４に近接してモータ２０２の遠位で第３のシャフト２０４に結合される。少なくとも１つのセンサ１３６は、ターボ機械１０２、少なくとも補助機械１０４、電源１１８、および変換器電気線１３２の少なくとも１つにさらに結合される。不図示の他の実施形態では、少なくとも１つのセンサ１３６は、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、ターボ機械１０２、少なくとも１つの補助機械１０４、電源１１８、および変換器電気線１３２の少なくとも１つ以外のターボ機械システム２００内の他の場所にさらに結合される。不図示のさらなる他の実施形態では、複数のセンサ１３６の１つのセンサ１３６が、複数のロータコントローラ１３４の２つ以上のロータコントローラ１３４に結合される。
【００３３】
運転中、この代替の実施形態では、ステータ１２０のキャビティ１２２は、ロータ１２４および第３のシャフト２０４を受け入れるようなサイズおよび構成とされ、ロータ１２４および第３のシャフト２０４の少なくとも一部がキャビティ１２２内で回転するのを容易にする。ステータ１２０は、この代替の実施形態では、３相ＡＣ電流をグリッド１１４から受信するように構成されたＡＣステータに組み込まれる。ステータ１２０に誘導された第１の回転磁界は、限定はしないが、ロータ１２４とステータ１２０との間の不図示のエアギャップにわたる磁束相互作用、すなわち、モータ２０２の「モータ作用」を含むロータ１２４とステータ１２０との間の電磁気相互作用を介して、トルクを誘導してロータ１２４および第３のシャフト２０４をキャビティ１２２内で回転させる。
【００３４】
また、運転中、電気機械１０８、すなわち、モータ２０２は、ターボ機械システム２００の運転中に高調波振動の影響を受けやすい。センサ１３６は、高調波振動を表すターボ機械システム２００の第１の物理的特性を検出し、制御信号１３８をロータコントローラ１３４に送信するように構成される。モータ２０２およびターボ機械システム２００の少なくとも１つの高調波振動を表す第１の物理的特性は、限定はしないが、ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、ならびにターボ機械１０２、モータ２０２、および補助機械１０４の少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトの少なくとも１つの軸方向たわみの大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含む。モータ２０２およびターボ機械システム２００の少なくとも１つの高調波振動を表す第１の物理的特性はまた、限定はしないが、ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、ならびにターボ機械１０２、モータ２０２、および補助機械１０４の少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトの少なくとも１つの回転の方向および角速度の少なくとも１つを含む。モータ２０２およびターボ機械システム２００の少なくとも１つの高調波振動を表す第１の物理的特性はまた、限定はしないが、ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、ならびにターボ機械１０２、モータ２０２、および補助機械１０４の少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトの少なくとも１つの高調波振動に関連するトルクの大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含む。モータ２０２およびターボ機械システム２００の少なくとも１つの高調波振動を表す第１の物理的特性はさらに、限定はしないが、グリッド１１４からステータ１２０およびロータ電力変換器１２８の少なくとも１つに送信される電流の大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含む。モータ２０２およびターボ機械システム２００の少なくとも１つの高調波振動を表す第１の物理的特性はまた、限定はしないが、モータ２０２の不図示のステータ巻線およびロータ電力変換器１２８の少なくとも１つの不図示の電気端子間の電圧の大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含む。モータ２０２およびターボ機械システム２００の少なくとも１つの高調波振動を表す第１の物理的特性はさらに、限定はしないが、モータ２０２、ターボ機械１０２、補助機械１０４、ロータ巻線１２６、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、ターボ機械１０２、モータ２０２、および補助機械１０４の少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフト、ならびにターボ機械システム２００の任意の他の構成要素の少なくとも１つに関連する震動および加速度の少なくとも１つの大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含み、震動および加速度の少なくとも１つの発生は、モータ２０２およびターボ機械システム２００の少なくとも１つの高調波振動を表す。
【００３５】
この代替の実施形態の運転中、ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、ならびにターボ機械１０２、モータ２０２、および補助機械１０４の少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトの少なくとも１つは、ターボ機械システム２００の運転中にねじり振動の影響を受けやすい。センサ１３６はさらに、ねじり振動を表すターボ機械システム２００の第２の物理的特性を検出し、制御信号１３８をロータコントローラ１３４に送信するようにさらに構成される。ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つのねじり振動を表す第２の物理的特性は、限定はしないが、ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つの軸方向たわみの大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含む。ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つのねじり振動を表す第２の物理的特性はまた、限定はしないが、ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つの回転の方向および角速度の少なくとも１つを含む。ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つのねじり振動を表す第２の物理的特性はさらに、限定はしないが、ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つのねじり振動に関連するトルクの大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含む。ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つのねじり振動を表す第２の物理的特性はまた、限定はしないが、グリッド１１４からモータ２０２の不図示のステータ巻線およびロータ電力変換器１２８の少なくとも１つに送信される電流の大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含む。ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つのねじり振動を表す第２の物理的特性はさらに、限定はしないが、モータ２０２の不図示のステータ巻線およびロータ電力変換器１２８の少なくとも１つの不図示の電気端子間の電圧の大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含む。ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つのねじり振動を表す第２の物理的特性はまた、限定はしないが、モータ２０２、ターボ機械１０２、補助機械１０４、ロータ巻線１２６、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、存在する場合には上述の追加のシャフト、およびターボ機械システム２００の任意の他の構成要素の少なくとも１つに関連する震動および加速度の少なくとも１つの大きさ、方向、および周波数の少なくとも１つを含み、震動および加速度の少なくとも１つの発生は、ターボ機械システム２００のねじり振動を表す。
【００３６】
この代替の実施形態では、センサ１３６は、限定はしないが、たわみセンサ、角速度センサ、トルクセンサ、電流センサ、電圧ポテンシャルセンサ、電気周波数センサ、震動センサ、および加速度センサを含む上述の第１の物理的特性および第２の物理的特性を検出および測定するように構成されたセンサタイプを含む。上述の第２の物理的特性は、上述の第１の物理的特性と同じタイプのセンサ１３６で検出可能な物理的特性である。不図示の他の実施形態では、上述の第２の物理的特性は、上述の第１の物理的特性とは異なるタイプのセンサ１３６で検出可能な物理的特性である。センサ１３６は、第２の物理的特性と第１の物理的特性の両方を検出するようにさらに構成される。不図示の他の実施形態では、第２の特性を検出するように構成されたセンサ１３６のタイプは、第１の物理的特性を検出するように構成されたセンサ１３６のタイプとは異なる。
【００３７】
この代替の実施形態の運転中、ロータ巻線１２６は、交互に励磁および非励磁し、ロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、ならびに存在する場合にはターボ機械１０２、モータ２０２、および補助機械１０４の少なくとも１つに回転可能に結合された追加のシャフトの少なくとも１つに対する補正トルクをそれぞれ交互に適用および除去するように構成される。限定はしないが、ロータコントローラ１３４によるリアルタイムでの制御信号１３８の受信を含む制御信号１３８の受信は、高調波振動およびねじり振動の少なくとも１つがモータ２０２およびターボ機械システム２００の少なくとも１つの中に存在することを示す。この代替の実施形態では、制御信号１３８は、高調波振動およびねじり振動の少なくとも１つがモータ２０２およびターボ機械システム２００の少なくとも１つに存在する場合に第１の値を有するデータを含み、制御信号１３８は、高調波振動およびねじり振動の少なくとも１つがモータ２０２およびターボ機械システム２００の少なくとも１つに存在しない場合に第１の値とは異なる第２の値を有するデータを含む。
【００３８】
さらに、この代替の実施形態の運転中、ロータコントローラ１３４による第１の値を有する制御信号１３８の受信は、ロータ電力変換器１２８からロータ巻線１２６への電流の流れを可能にし、それにより、ロータ巻線１２６を励磁することによってロータ巻線１２６による補正トルクの適用を可能にする。ロータ巻線１２６を励磁することにより、高調波振動およびねじり振動の少なくとも１つを減衰させるための補正トルクの適用を容易にする。さらに、ロータコントローラ１３４による第２の値を有する制御信号１３８の受信は、ロータ電力変換器１２８からロータ巻線１２６への電流の流れを無効にし、それにより、ロータ巻線１２６を非励磁することによってロータ巻線１２６による補正トルクを除去する。不図示の他の実施形態では、制御信号１３８は、モータ２０２およびターボ機械システム２００の少なくとも１つの高調波振動およびねじり振動の少なくとも１つを示すデータの第１の値のみを含む。不図示のさらなる他の実施形態では、制御信号１３８は、高調波振動およびねじり振動の少なくとも１つがモータ２０２およびターボ機械システム２００の少なくとも１つに存在しない場合は存在せず、データを含まない。不図示のさらに他の実施形態では、制御信号１３８は、高調波振動およびねじり振動の少なくとも１つが発電機１１２およびターボ機械システム１００の少なくとも１つに存在することを示すだけでなく、例えば、運転傾向を目的としてその特性を定量化する一連の変動データ値を含む。不図示のさらなる他の実施形態では、ロータコントローラ１３４は、０アンペアを含む値の範囲の間でロータ電力変換器１２８からロータ巻線１２６への電流の流れを調整し、補正トルクを必要とする高調波振動およびねじり振動の少なくとも１つの強度に応じて、０ニュートンメートルを含む値の範囲の間でロータ巻線１２６による補正トルクの量の適用を可能にするように構成される。
【００３９】
この代替の実施形態の運転中、第１の相ロータ巻線１２６、第２の相ロータ巻線１２６、および第３の相ロータ巻線１２６は各々、交互に励磁および非励磁し、前述の補正トルクをそれぞれ独立して適用および除去してモータ２０２およびターボ機械システム２００の少なくとも１つの高調波振動、ならびにロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つのねじり振動の少なくとも１つを減衰させるように構成される。第１の相ロータ巻線１２６、第２の相ロータ巻線１２６、および第３の相ロータ巻線１２６を交互に励磁および非励磁することにより、独立してロータ１２４、第１のシャフト１０６、第２のシャフト１１０、第３のシャフト２０４、および存在する場合には上述の追加のシャフトの少なくとも１つに対する補正トルクを微調節して適用することを容易にする。例えば、第２の相ロータ巻線１２６および第３の相ロータ巻線１２６に対する第１の相ロータ巻線１２６の電流の流れを増加させることは、限定はしないが、上述の回転補正トルクに加えて、半径方向および軸方向の少なくとも１つへを含む電気機械力の適用を容易にする。さらに、ロータ巻線１２６を交互に励磁および非励磁することにより、限定はしないが、ロータ１２４の第１の回転磁界と同じ回転方向および第１の回転磁界と反対方向の第２の回転磁界を含む第２の回転磁界を誘導することを容易にする。不図示の他の実施形態では、第１の相ロータ巻線１２６、第２の相ロータ巻線１２６、および第３の相ロータ巻線１２６は、独立して交互に励磁および非励磁するのではなく、むしろセットとしてほぼ同時に交互に励磁および非励磁する。
【００４０】
図３は、図１および図２にそれぞれ示すターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００で使用され得る、ターボ機械システムの電気機械の振動を減衰させる例示的な方法３００のフローチャート図である。図１および図２を参照すると、方法３００は、ターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも１つに結合されたセンサ１３６を介して、振動、例えば、高調波振動およびねじり振動の少なくとも１つを表す、ターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも１つの第１の物理的特性および第２の物理的特性の少なくとも１つを検出すること３０２を含む。方法３００はまた、センサ１３６によって送信されたデータを介して、振動の存在を判定すること３０４を含む。方法３００はさらに、少なくとも１つのロータ巻線１２６を励磁し、補正トルクを電気機械１０８に適用してターボ機械システム１００およびターボ機械システム２００の少なくとも１つの振動を減衰させること３０６を含む。
【００４１】
ターボ機械システムおよび関連するシステムならびに方法における振動の低減のための上述の電気機械ロータ巻線は、回転設備列のシャフトおよび電気機械を含む回転機械の準同期ねじれ相互作用（ＳＳＴＩ）を低減する。上述の実施形態はまた、ターボ機械システムにおけるＳＳＴＩおよびそれから生じる異常トルクの望ましくない影響を軽減する。上述の実施形態はさらに、ターボ機械システムに用いられる電気機械のトルクの不均衡を低減する。ターボ機械システムおよび関連するシステムならびに方法における振動の低減のための上述の電気機械ロータ巻線はまた、運転および維持費を削減し、ターボ機械システムの運転効率を高める。上述の実施形態はさらに、既存のプラント設計での運転および統合が容易な、複雑でなく安価なＳＳＴＩ軽減デバイス、システム、および方法を提供する。上述の実施形態はまた、ターボ機械システムの運転を停止することなくＳＳＴＩ軽減デバイスおよびシステムの設置および維持を可能にする。
【００４２】
振動の低減のための上述の電気機械ロータ巻線および関連するシステムならびに方法の例示的な技術的効果は、（ａ）回転設備列のシャフトおよび電気機械を含む回転機械のＳＳＴＩを低減すること、（ｂ）ターボ機械システムにおけるＳＳＴＩおよびそれから生じる異常トルクの望ましくない影響を軽減すること、（ｃ）ターボ機械システムに用いられる電気機械のトルクの不均衡を低減すること、（ｄ）運転および維持費を削減し、ターボ機械システムの運転効率を高めること、（ｅ）既存のプラント設計での運転および統合が容易な、複雑でなく安価なＳＳＴＩ軽減デバイス、システム、および方法を提供すること、および（ｆ）ターボ機械システムの運転を停止することなくＳＳＴＩ軽減デバイスおよびシステムの設置および維持を可能にすることの少なくとも１つを含む。
【００４３】
振動の低減のための電気機械ロータ巻線および関連するシステムならびに方法の例示的な実施形態は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書に記載の他の構成要素および／またはステップから独立に、かつ別個に利用することができる。例えば、方法、システム、および装置はまた、限定はしないが、様々なタイプの複数の電気機械を用いる回転機械列を含む、シャフトおよびこれに結合された回転機械の振動の低減を必要とする他のシステムと組み合わせて使用することができ、関連する方法は、本明細書に記載のシステムおよび方法のみを用いて実施することに限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、振動の低減のための電気機械ロータ巻線および関連するシステムならびに方法の上述の実施形態を使用することから利益を得ることができる他の多くの用途、設備、およびシステムに関連して実施および利用して、様々な用途における回転機械列および他の関連システムの運転の有効性および効率を向上することができる。
【００４４】
本開示の様々な実施形態の具体的な特徴を一部の図面には示してあって、他の図面には示していないが、これは単に便宜上のためである。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または特許請求することができる。
【００４５】
いくつかの実施形態は、１つまたは複数の電子またはコンピューティングデバイスの使用を含む。このようなデバイスは、典型的には、汎用中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理回路（ＰＬＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号処理（ＤＳＰ）デバイスなどのプロセッサ、処理デバイス、もしくはコントローラ、および／または本明細書で説明する機能を実行することができる任意の他の回路もしくは処理デバイスを含む。本明細書で説明する方法は、限定はしないが、記憶デバイスおよび／またはメモリデバイスを含むコンピュータ可読媒体に組み込まれた実行可能命令として符号化することができる。このような命令は、処理デバイスによって実行された場合に、本明細書で説明する方法の少なくとも一部を処理デバイスに実行させる。上記の例は例示的なものにすぎず、したがって、プロセッサおよび処理デバイスという用語の定義および／または意味を決して限定するものではない。
【００４６】
本明細書は、実施形態を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も実施形態を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有し、あるいは特許請求の範囲の文言から実質的には相違しない同等な構造要素を含む場合、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
［実施態様１］
ターボ機械システム（１００、２００）であって、
ターボ機械（１０２）と、
シャフト（１０６、１１０、２０４）と、
ロータ電力変換器（１２８）と、
その間に延びる前記シャフト（１０６、１１０、２０４）によって前記ターボ機械（１０２）に結合された電気機械（１０８）とを備え、前記電気機械（１０８）は、
キャビティ（１２２）を内部に画定するステータ（１２０）と、
前記シャフト（１０６、１１０、２０４）に結合されたロータ（１２４）とを備え、前記ロータ（１２４）および前記シャフト（１０６、１１０、２０４）は、前記キャビティ（１２２）内に少なくとも部分的に配置されるように構成され、前記ロータ（１２４）は、前記ロータ電力変換器（１２８）に結合され、交互に励磁および非励磁し、前記電気機械（１０８）に対する補正トルクをそれぞれ交互に適用および除去して前記ターボ機械システム（１００、２００）の高調波振動を減衰させるように構成された少なくとも１つのロータ巻線（１２６）を備える、ターボ機械システム（１００、２００）。
［実施態様２］
前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）が、第１の相ロータ巻線（１２６）と、第２の相ロータ巻線（１２６）と、第３の相ロータ巻線（１２６）とを備える複数のロータ巻線（１２６）を備え、前記複数のロータ巻線（１２６）の各前記ロータ巻線（１２６）が、交互に励磁および非励磁し、前記電気機械（１０８）に対する前記補正トルクをそれぞれ独立して適用および除去するように構成される、実施態様１に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
［実施態様３］
前記電気機械（１０８）が、発電機（１１２）を備える、実施態様１または２に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
［実施態様４］
前記発電機（１１２）が、二重給電誘導発電機を備える、実施態様３に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
［実施態様５］
前記電気機械（１０８）が、モータ（２０２）を備える、実施態様１乃至４のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
［実施態様６］
前記モータ（２０２）が、二重給電誘導モータを備える、実施態様５に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
［実施態様７］
前記ターボ機械（１０２）に結合された燃料供給源を備える電源（１１８）をさらに備える、実施態様１乃至６のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
［実施態様８］
前記電気機械（１０８）に結合された電力供給源を備える電源（１１８）をさらに備える、実施態様１乃至７のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
［実施態様９］
前記ロータ電力変換器（１２８）および前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）に結合されたロータコントローラ（１３４）と、
前記ロータコントローラ（１３４）に結合されたセンサ（１３６）とをさらに備え、前記センサ（１３６）が、高調波振動を表す前記ターボ機械システム（１００、２００）の第１の物理的特性を検出し、制御信号（１３８）を前記ロータコントローラ（１３４）に送信して前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）を介して前記電気機械（１０８）に対する前記補正トルクを交互に適用および除去するように構成される、実施態様１乃至８のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
［実施態様１０］
前記センサ（１３６）が、前記シャフト（１０６、１１０、２０４）のねじり振動を表す前記ターボ機械システム（１００、２００）の第２の物理的特性を検出するようにさらに構成され、前記第２の物理的特性が、前記第１の物理的特性と同じ物理的特性および前記第１の物理的特性とは異なる物理的特性の少なくとも１つであり、前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）が、交互に励磁および非励磁し、前記電気機械（１０８）に対する前記補正トルクをそれぞれ交互に適用および除去して前記シャフト（１０６、１１０、２０４）のねじり振動を減衰させるようにさらに構成される、実施態様９に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
［実施態様１１］
前記センサ（１３６）が、前記ターボ機械（１０２）、前記電気機械（１０８）、前記ロータ電力変換器（１２８）、および前記シャフト（１０６、１１０、２０４）の少なくとも１つにさらに結合される、実施態様９または１０に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
［実施態様１２］
前記センサ（１３６）が、前記電気機械（１０８）に近接して前記シャフト（１０６、１１０、２０４）にさらに結合される、実施態様９乃至１１のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
［実施態様１３］
補助機械（１０４）と、
前記電気機械（１０８）、前記ターボ機械（１０２）、および前記補助機械（１０４）に結合された複数のシャフト（１０６、１１０、２０４）と、
前記複数のシャフト（１０６、１１０、２０４）の少なくとも１つのシャフト（１０６、１１０、２０４）、前記ターボ機械（１０２）、前記電気機械（１０８）、および前記ロータ電力変換器（１２８）の少なくとも１つに結合された複数のセンサ（１３６）と
をさらに備える、実施態様９乃至１２のいずれか１項に記載のターボ機械システム（１００、２００）。
［実施態様１４］
キャビティ（１２２）を内部に画定するステータ（１２０）と、
シャフト（１０６、１１０、２０４）と、
前記シャフト（１０６、１１０、２０４）に結合されたロータ（１２４）とを備え、前記ロータ（１２４）および前記シャフト（１０６、１１０、２０４）は、前記キャビティ（１２２）内に少なくとも部分的に配置されるように構成され、前記ロータ（１２４）は、交互に励磁および非励磁し、前記電気機械（１０８）に対する補正トルクをそれぞれ交互に適用および除去してその高調波振動を減衰させるように構成された少なくとも１つのロータ巻線（１２６）を備える、電気機械（１０８）。
［実施態様１５］
前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）が、第１の相ロータ巻線（１２６）と、第２の相ロータ巻線（１２６）と、第３の相ロータ巻線（１２６）とを備える複数のロータ巻線（１２６）を備え、前記複数のロータ巻線（１２６）の各前記ロータ巻線（１２６）が、交互に励磁および非励磁し、前記電気機械（１０８）に対する前記補正トルクをそれぞれ独立して適用および除去するように構成される、実施態様１４に記載の電気機械（１０８）。
［実施態様１６］
前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）が、交互に励磁および非励磁し、前記シャフト（１０６、１１０、２０４）に対する前記補正トルクをそれぞれ交互に適用および除去してそのねじり振動を減衰させるようにさらに構成される、実施態様１４または１５に記載の電気機械（１０８）。
［実施態様１７］
その間に延びるシャフト（１０６、１１０、２０４）によってターボ機械（１０２）に結合された電気機械（１０８）を含むターボ機械システム（１００、２００）の振動を減衰させる方法（３００）であって、前記電気機械（１０８）は、キャビティ（１２２）を内部に画定するステータ（１２０）と、前記シャフト（１０６、１１０、２０４）に結合され、前記キャビティ（１２２）内に少なくとも部分的に配置されるように構成されたロータ（１２４）とを含み、前記ロータ（１２４）は、少なくとも１つのロータ巻線（１２６）を含み、前記方法（３００）は、
前記ターボ機械システム（１００、２００）に結合されたセンサ（１３６）を介して、振動を表す前記ターボ機械システム（１００、２００）の物理的特性を検出すること（３０２）と、
前記センサ（１３６）によって送信されたデータを介して、振動の存在を判定すること（３０４）と、
前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）を励磁し、補正トルクを前記電気機械（１０８）に適用して前記ターボ機械システム（１００、２００）の振動を減衰させること（３０６）と
を含む、方法（３００）。
［実施態様１８］
振動の存在を判定すること（３０４）が、
前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）に結合されたロータコントローラ（１３４）において、前記データを制御信号（１３８）として受信することと、
前記データの値を振動の前記存在を示す所定の値と比較することと
を含み、
前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）を励磁することが、前記データの前記値が振動の前記存在を示す場合には前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）を励磁することを含む、実施態様１７に記載の方法（３００）。
［実施態様１９］
振動を表す前記ターボ機械システム（１００、２００）の物理的特性を検出すること（３０２）が、
その高調波振動を表す前記ターボ機械システム（１００、２００）の第１の物理的特性を検出することと、
前記シャフト（１０６、１１０、２０４）のねじり振動を表す前記ターボ機械システム（１００、２００）の第２の物理的特性を検出することとを含み、前記第２の物理的特性が、
前記第１の物理的特性と同じ物理的特性、および
前記第１の物理的特性とは異なる物理的特性の少なくとも１つであり、
前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）を励磁することが、
前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）を励磁し、前記補正トルクを前記電気機械（１０８）に適用して前記ターボ機械システム（１００、２００）の高調波振動を減衰させること、および
前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）を励磁し、前記補正トルクを前記シャフト（１０６、１１０、２０４）に適用してそのねじり振動を減衰させること
の少なくとも１つを含む、実施態様１７または１８に記載の方法（３００）。
［実施態様２０］
前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）が、第１の相ロータ巻線（１２６）と、第２の相ロータ巻線（１２６）と、第３の相ロータ巻線（１２６）とを含む複数のロータ巻線（１２６）を含み、
前記少なくとも１つのロータ巻線（１２６）を励磁することが、前記複数のロータ巻線（１２６）の各ロータ巻線（１２６）を独立して励磁し、前記補正トルクを前記電気機械（１０８）に適用することを含む、実施態様１７乃至１９のいずれか１項に記載の方法（３００）。
【符号の説明】
【００４７】
１００  ターボ機械システム
１０１  ターボ機械機関
１０２  ターボ機械
１０４  第１の補助機械、第２の補助機械
１０６  第１のシャフト
１０８  電気機械
１１０  第２のシャフト
１１２  発電機
１１４  グリッド
１１６  ３相電力線
１１８  電源
１２０  環状ステータ
１２２  環状キャビティ
１２４  環状ロータ
１２６  第１の相ロータ巻線、第２の相ロータ巻線、第３の相ロータ巻線、単相ロータ巻線、多相ＡＣロータ巻線、
１２８  ロータ電力変換器
１３０  ロータ電気線
１３２  変換器電気線
１３４  ロータコントローラ
１３６  センサ
１３８  制御信号
２００  ターボ機械システム
２０１  ターボ機械機関
２０２  モータ
２０４  第３のシャフト
３００  方法
【図１】
2019520021.tif 000003
【図２】
2019520021.tif 000004
【図３】
2019520021.tif 000005
【国際調査報告】
2019520021.tif 000006
2019520021.tif 000007
2019520021.tif 000008