(57)【要約】【課題】シール油システムに関連する異常をより早く識別し、解決する能力を提供すること。【解決手段】シール油システムに関連する異常を診断するシステムを有する水素冷却発電機（１０）。タービン端部（３０）およびコレクタ端部（３２）を有するシャフト（１４）と、タービン端部（３０）でシャフトの周りに配置された第１のシャフトシール（１６）と、コレクタ端部（３２）でシャフトの周りに配置された第２のシャフトシール（１６）と、両シャフトシール（１６）の両端間のシール油圧力差を測定する第１の組のセンサ（２２Ａ、２２Ｃ）と、両シャフトシール（１６）の両端間のシール油温度差を測定する第２の組のセンサ（２４Ａ、２６Ａ）と、水素側（１８）シール油流量を測定する第３のセンサ（３４Ａ、３４Ｂ）と、少なくとも２つのセンサから収集されたデータを分析して、シャフトシールを診断するシステム（４８）とが含まれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シール油システムを診断するシステム（４０）であって、
シャフトシール（１６）の両端間のシール油圧力差を測定する第１の組のセンサ（２２Ａ、２２Ｃ）と、
前記シャフトシール（１６）の両端間のシール油温度差を測定する第２の組のセンサ（２４Ａ、２６Ａ）と、
水素側（１８）シール油流量を測定する第３のセンサ（３４Ａ、３４Ｂ）と、
前記シール油システムを診断するために、前記第１の組のセンサ、第２の組のセンサ、および第３のセンサのうち、少なくとも２つから収集されたデータを分析するシステム（４８）と
を備えるシステム（４０）。
【請求項２】
第２のシャフトシール（１６）の両端間のシール油圧力差を測定するセンサ（２２Ｂ、２２Ｃ）と、前記第２のシャフトシール（１６）の両端間のシール油温度差を測定するセンサ（２４Ｂ、２４Ｃ）とをさらに備える、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記水素側（１８）シール油流量を測定する前記第３のセンサ（３４Ａ、３４Ｂ）が、前記システムの脱気タンク（２０）内の排出部に配置される、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
データを分析する前記システム（４８）が、演算装置（４０）を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記演算装置（４）が、ルックアップテーブル（６０）を用いて前記シール油システムを診断する、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記シール油システムが、水素冷却発電機（１０）内に含まれる、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
診断（５６）が、潜在的異常を識別することを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
タービン端部（３０）およびコレクタ端部（３２）を有するシャフト（１４）と、
前記タービン端部（３０）で前記シャフト（１４）の周りに配置された第１のシャフトシール（１６）と、
前記コレクタ端部（３２）で前記シャフト（１４）の周りに配置された第２のシャフトシール（１６）と、
両シャフトシールの両端間のシール油圧力差を測定する第１の組のセンサ（２２Ａ、２２Ｃ）と、
両シャフトシール（１６）の両端間のシール油温度差を測定する第２の組のセンサ（２４Ａ、２６Ａ）と、
水素側（１８）シール油流量を測定する第３のセンサ（３４Ａ、３４Ｂ）と、
少なくとも２つのセンサから収集されたデータを分析して、前記シャフトシール（１６）を診断するシステム（４８）と
を備える発電機（１０）。
【請求項９】
前記水素側（１８）シール油流量を測定する前記第３のセンサ（３４Ａ、３４Ｂ）が、脱気タンク（２０）内の排出部に配置される、請求項８記載の発電機。
【請求項１０】
データを分析する前記システムが、演算装置（４０）を備える、請求項８記載の発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の主題は、水素冷却発電機の分野に関し、より詳細には、シール油システムに関連する異常を診断するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素冷却発電機は、脱気タンク（ｄｅｔｒａｉｎｉｎｇ  ｔａｎｋ）を含む、シール油または潤滑油排出システムを含む。脱気タンクによって、同伴水素を潤滑油から逃がすことが可能となる。水素の除去後、潤滑油は発電機に再度導入される。動作に際しては、潤滑油は、発電機の回転構成部品に沿って流れ、水素を取り込んでから脱気タンク内に流れ込む。脱気タンク内で、水素は潤滑油から逃げる、または上昇する。潤滑油は蓄積し、最終的には立て管を越えて、または制御弁を介して回収タンクの方に流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５１８６２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水素冷却発電機の性質を考えると、シール油システムに関連する異常をより早く識別し、解決できることが重要となり得る。水素シールの損傷は、システムに障害が生じたまま、ユニットが長期間にわたって動作した後に初めて見つかることが多い。その理由の１つには、異常の診断が困難であることが挙げられる。例えば、水素消費量の増大は、シール異常の指標と考えることができる。しかし、水素消費量の増大はまた、静的シールの漏れなど、他の異常によって生じることもあり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の第１の態様は、シャフトシールの両端間のシール油圧力差を測定する第１の組のセンサと、シャフトシールの両端間のシール油温度差を測定する第２の組のセンサと、水素側シール油流量を測定する第３のセンサと、シール油システムを診断するために、第１の組のセンサ、第２の組のセンサ、および第３のセンサのうち、少なくとも２つから収集されたデータを分析するシステムとを備える、シール油システムを診断するシステムを提供する。
【０００６】
本開示の第２の態様は、タービン端部およびコレクタ端部を有するシャフトと、タービン端部でシャフトの周りに配置された第１のシャフトシールと、コレクタ端部でシャフトの周りに配置された第２のシャフトシールと、両シャフトシールの両端間のシール油圧力差を測定する第１の組のセンサと、両シャフトシールの両端間のシール油温度差を測定する第２の組のセンサと、水素側シール油流量を測定する第３のセンサと、少なくとも２つのセンサから収集されたデータを分析して、シャフトシールを診断するシステムとを備える発電機を提供する。
【０００７】
本開示の例示的な態様は、本明細書に記載の課題、および／または本明細書で論じられていない他の課題を解決するように設計されている。
【０００８】
本開示の上記およびその他の特徴は、以下の本開示の様々な態様の詳細な説明を、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面と併せ読めばよりよく理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な実施形態による温度センサ、圧力センサ、および流量センサを有する水素冷却発電機の断面図である。
【図２】センサデータを処理するコンピュータシステムを示すブロック図である。
【図３】シールシステムの潜在的異常を診断するためのルックアップテーブルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の図面は、原寸に比例して描かれてはいないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様を示すものにすぎず、したがって本開示の範囲を限定するものと考えるべきではない。図面中、図面を通して同じ番号は同じ要素を表す。
【００１１】
図面を参照すると、図１は、一般に本体１２、および回転部材または回転シャフト１４を含む水素冷却発電機１０の例示的な断面図を示す。回転シャフト１４は、第１の、またはタービン端部３０、および第２の、またはコレクタ端部３２を含む。タービン端部３０およびコレクタ端部３２はどちらも、水素シャフトシール１６を含む。各水素シャフトシール１６は、回転シャフト１４の表面周りに嵌合された１対のシールリング１９Ａ、１９Ｂを含む。各シールリング対１９Ａ、１９Ｂは、水素側シールリング１９Ａ、および外部側シールリング１９Ｂを含む。どちらの水素シャフトシール１６も、入口１７から潤滑油、すなわちシール油を受けるように適合されており、このシール油は、シールリング１９Ａ、１９Ｂを介して、回転シャフト１４の表面に送られる。シール油は、水素ガスが特に水素シャフトシール１６周りの領域で発電機本体１２から漏れるのを防止する。水素側１８の方に流れるシール油（破線矢印で示す）は、水素脱気タンク２０内に流れ込み、そこでシール油内の同伴水素ガスは除去される。したがって、シャフトシール１６、シール油、および脱気タンク２０によって、水素ガスの漏れを防止する「シール油システム」が形成される。
【００１２】
水素冷却発電機１０はまた、水素消費量の増大など、より進行した症状が明らかになる前に、シール油システムを診断する１組の圧力センサ、温度センサ、および流量センサを含む。本開示では、用語「診断する」には、例えば、評価、分析、異常の識別および位置特定などが含まれる。センサのこの配置は、限定を意図するものではなく、図示の配置は、例示のためのものにすぎないことに留意されたい。この例示的な実施形態では、シール油システムは、シャフトシール１６の両端間の圧力差を測定する圧力センサ２２Ａ、２２Ｂ、および２２Ｃを含む。特に、圧力センサ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃは、水素側１８と外部側２１との間のシール油圧力差を測定する。例えば、圧力差は、圧力センサ２２Ａと２２Ｃとの間（Ｐ１−Ｐ３）で測定することができ、同様に、圧力センサ２２Ｂと２２Ｃとの間（Ｐ２−Ｐ３）でも測定することができる。
【００１３】
温度センサ２４Ａ／２６Ａ（Ｔ１−Ｔ３）、および２４Ｂ／２６Ｂ（Ｔ２−Ｔ４）によって、シャフトシール１６の両端間の（すなわち、水素側１８と外部側２１との間の）シール油温度差を測定する。この例では、温度センサ２６Ａ、２６Ｂで脱気タンク２０内のシール油温度を測定し、温度センサ２４Ａ、２４Ｂで外部側シールリング１９Ｂでのシール油温度を測定する。
【００１４】
１対の流量センサ３４Ａおよび３４Ｂによって、脱気タンク２０に流れるシール油流量を測定し、この流量は、シャフトシール１６を介して流れる水素側流量を反映する。この実施形態では、流量センサ３４Ａおよび３４Ｂは、制御弁３１および３３にそれぞれ配置されている。
【００１５】
これらのセンサによって、圧力、温度、および／または流量情報を継続的に、かつ／または同時に収集することが可能となり、これらの情報をまとめて分析して、シール油システムの異常を診断することができる。シャフトシール１６の両端間の圧力差、シャフトシール１６の両端間の温度上昇、およびシャフトシール１６を介して水素側１８に流れる油の流量によって、水素消費量の増大など、他の指標が現れる前に、システムハードウェアの損傷を示すことができる。例えば、シャフトシール１６の両端間の圧力差における変化によって、シール油圧力調整器の異常を示すことができる。油温上昇における変化、または水素側シール油流量における変化によって、シールリングの損傷、または位置異常を示すことができる。これらのパラメータの組合せを用いて、システムの健康状態をより詳細に監視し、確認すること、ならびに潜在的異常を診断することができる。コレクタ端部３２およびタービン端部３０はどちらも、独自のセンサ組を含むため、特定の端部での診断が可能となっていることに留意されたい。
【００１６】
一例として、圧力差が一定で入口油温が高い場合、シール油の粘度が低減するため、水素側での流量がより高くなる必要がある。したがって、この場合、流量の測定によってシステム異常が示唆されることがあるが、油温の読取り値に照らして分析すると、システムは適正に動作していると判定することができる。上記と同じ状況において、流量が増大し、かつ温度差が低減した場合には、シールリング１９Ａ、１９Ｂの損傷、または位置変動を示すことになる。例示の一実施形態では、所与の組のセンサ読取り値を制御システムに入力することができ、制御システムは、データをプログラムによって分析して、自動的に診断を生成することができる。例えば、コレクタ端部で流量が第１の所定の閾値を上回るまで増大し、コレクタ端部で温度差が第２の所定の閾値を下回るまで低減した場合、コレクタ端部のシールリングが損傷しているという診断結果が得られることになる。したがって、このシステムによって、オペレータは、機械を停止させる必要なく、シール油システムの異常をより早く識別し、位置特定することが可能となり、システムからガスを抜き、機械を開けて、根本的な原因を調査するために点検することができる。
【００１７】
図２は、１組のオイルシールセンサ５８からの温度読取り値５０、圧力読取り値５２、および流量読取り値５４を入力し、診断５６を生成するコンピュータシステム４０を示す。コンピュータシステム４０は、メモリ４６内に格納された診断システム４８を含む。診断システム４８は、例えば、コンピュータ可読媒体に格納されたコンピュータプログラム製品を備えることができ、こうしたプログラム製品は、プロセッサ４２によって実行されると、入力された読取り値５０、５２、５４に基づいて、診断５６を生成する。診断５６は、任意の形で、例えば、グラフィカルユーザインターフェイスの出力として生成することができ、任意の種類の情報、例えば、シール油システムに生じ得る１つまたは複数の潜在的異常を含むことができる。診断システム４８は、例えば、ルックアップテーブル６０、規則ベースのシステム、クラスタ化アプリケーションなどを含めた任意の技術を用いて、診断５６を決定することができる。例えば、ルックアップテーブル６０の場合、異なる３つのセンサのそれぞれから収集されたデータを、３次元の表（例えば、行列、データ構造、データベースなど）に入力して比較し、それによって特定の潜在的異常を識別することができる。状況に応じて、結果として得られる診断５６は、１組の潜在的異常、単一の潜在的異常、または異常なしという指示を含むことがある。
【００１８】
図３は、シール油システムの異常を診断する際に使用する例示的なルックアップテーブルを示す。図示の表は、圧力差（Ｐ）が一定としている。したがって、例えば、流量（Ｑ）が上昇し、かつ温度差（Ｔ）が上昇する場合、異常は示されない。しかし、流量が上昇し、かつ温度差が低減または一定である場合、シール異常が示される。
【００１９】
再度図２を参照すると、コンピュータシステム４０は、任意の種類の演算装置を用いて実施することができることが理解されよう。かかる演算装置は一般に、プロセッサ４２、入出力（Ｉ／Ｏ）４４、メモリ４６、およびバスを含む。プロセッサ４２は、単一の処理装置を備えることも、あるいは、１つまたは複数の位置で、例えば、クライアント側およびサーバ側で、１つまたは複数の処理装置にわたって分散配置することもできる。メモリ４６は、磁気媒体、光学媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、データキャッシュ、データオブジェクトなどを含めて、既知の任意の種類のデータ記憶装置を備えることができる。さらに、メモリは、１つまたは複数の種類のデータ記憶装置を備えた単一の物理的位置に留めることも、あるいは複数の物理的システムにわたって様々な形で分散配置することもできる。
【００２０】
Ｉ／Ｏ４４は、外部リソースに／から情報を交換する任意のシステムを備えることができる。外部装置／リソースは、モニタ／表示装置、スピーカ、記憶装置、別のコンピュータシステム、携帯式装置、キーボード、マウス、音声認識システム、音声出力システム、プリンタ、ファクシミリ、ページャなどを含めて、既知の任意の種類の外部装置を備えることができる。バスは、演算装置内の各構成要素間の通信リンクとなり、同様に、電気式、光学式、無線式のものなどを含めて、既知の任意の種類の通信リンクを備えることができる。図示してはいないが、キャッシュメモリ、通信システム、システムソフトウェアなどの追加の構成要素を組み込んでもよい。
【００２１】
アクセスは、インターネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、仮想私設ネットワーク（ＶＰＮ）などのネットワークを介して行うことができる。通信は、直接的な配線による接続（例えば、シリアルポート）を介して、あるいは有線および／または無線伝送方式の任意の組合せを利用することができるアドレス可能な接続を介して行うことができる。さらに、トークンリング（Ｔｏｋｅｎ  Ｒｉｎｇ）、イーサネット（商標）（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（商標））、ＷｉＦｉなどの従来のネットワーク接続、または他の従来の通信標準も使用することができる。さらに、接続は従来のＴＣＰ／ＩＰソケットベースプロトコルによって行うこともできる。
【００２２】
本発明の特徴は、システムおよび方法として実施できることに加えて、コンピュータ可読記憶媒体に格納された１つまたは複数のプログラム製品として実現することができ、こうしたプログラム製品は、実行すると、コンピュータシステム４０によって診断を生成することが可能となることが理解されよう。この点で、コンピュータ可読記憶媒体は、本明細書に記載の工程およびシステムを実施するプログラムコードを含むことができる。用語「コンピュータ可読記憶媒体」は、プログラムコードの物理的な実施形態の任意の種類の１つまたは複数を含むことが理解されよう。特に、コンピュータ可読記憶媒体は、１つまたは複数の可搬式記憶装置製品（例えば、コンパクトディスク、磁気ディスク、テープなど）で実施されるプログラムコード、メモリおよび／または記憶装置など、演算装置の１つまたは複数のデータ記憶部分で実施されるプログラムコードを含むことができる。
【００２３】
本明細書では、用語「プログラムコード」と「コンピュータプログラムコード」とは同義であり、情報処理能力を有する演算装置が、特定の機能を直接、または（ａ）別の言語、コード、または記号への変換、（ｂ）異なる素材形態（ｍａｔｅｒｉａｌ  ｆｏｒｍ）での再生、および／または（ｃ）伸張の任意の組合せ後に実施するように指示する、任意の言語、コード、または記号の１組の命令の任意の表現を意味することが理解されよう。この点で、プログラムコードは、アプリケーション／ソフトウェアプログラム、コンポーネントソフトウェア／機能ライブラリ、オペレーティングシステム、特定の演算用のベーシックＩ／Ｏシステム／ドライバ、および／またはＩ／Ｏ装置など、１つまたは複数の種類のプログラム製品として実施することができる。さらに、本明細書では、「構成要素」、「サブシステム」、および「システム」などの用語は同義であり、何らかの機能（複数可）を実施することが可能なハードウェアおよび／またはソフトウェアの任意の組合せを表すことが理解されよう。
【００２４】
図のブロック図は、本発明の様々な実施形態に従って実現可能なシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品の実装形態の構成、機能性、および動作を示す。この点に関して、ブロック図の各ブロックは、モジュール、セグメント、またはコードの一部分を表すことがあり、特定の論理的機能（複数可）を実施するための１つまたは複数の実行命令を含む。また、ブロックに記載の機能は、図に示す順序以外でも行うことができる点に留意されたい。例えば、連続して示す２つのブロックは、実際には、関与する機能性に応じて、実質的に並行して実行しても、または時には逆の順序で実行してもよい。また、ブロック図の各ブロックは、特定の機能または行為を実施する特殊用途ハードウェアベースシステムによって、あるいは特殊用途ハードウェアおよびコンピュータ命令の組合せによって実施することができる点に留意されたい。
【００２５】
本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、本開示を限定するものではない。本明細書では、定冠詞や数詞が無いことは、文脈において別段の明白な指示がない限り、その複数形も同様に含むものである。また、用語「含む」や「備える」は、本明細書では、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を明示するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在あるいは追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。
【００２６】
以下の特許請求の範囲内の全てのミーンズ・プラス・ファンクションまたはステップ・プラス・ファンクション要素の対応する構造、材料、行為、および均等物は、具体的に特許請求されている他の特許請求要素と組み合わせてその機能を実施するいかなる構造、材料、または行為をも含むものである。本開示の説明は、例示および説明の目的で示したものであり、網羅的なものでも、開示の形態に本開示を限定するものでもない。本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく、多くの改変形態および変更形態が当業者には明白であろう。上記の実施形態は、本開示の原理および実際の用途を最もよく説明し、他の当業者が、様々な実施形態に関して、特定の企図された使用に適した様々な改変形態と共に本開示を理解することが可能となるように選択し、記載したものである。
【符号の説明】
【００２７】
１０  水素冷却発電機
１２  発電機本体
１４  回転部材、回転シャフト
１６  水素シャフトシール
１７  入口
１８  水素側
１９Ａ  水素側シールリング
１９Ｂ  外部側シールリング
１９Ａ、１９Ｂ  シールリング、シールリング対
２０  水素脱気タンク
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ  圧力センサ
２４Ａ、２６Ａ、２４Ｂ、２６Ｂ  温度センサ
３０  第１の、またはタービン端部
３１、３３  制御弁
３２  第２の、またはコレクタ端部
３４Ａ、３４Ｂ  流量センサ
４０  コンピュータシステム
４２  プロセッサ
４４  入出力（Ｉ／Ｏ）
４６  メモリ
４８  診断システム
５０  温度読取り値
５２  圧力読取り値
５４  流量読取り値
５６  診断
５８  オイルシールセンサ
６０  ルックアップテーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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