(57)【要約】      （修正有）【課題】電動機械の構成要素の熱膨張に起因した位置及び位置変化を正確に測定することができる構成要素監視システムを提供する。【解決手段】機械ケーシング３０内のターゲット１０を検出するよう適合されたシステム１００を含む。システムは、電動機械のケーシング３０内で構成要素２０に取り付けられたターゲット１０と、電動機械ケーシング３０の外側表面から電動機械ケーシング３０の内側表面まで延在する導管４０と、電動機械ケーシング３０の外側表面の外部にあり且つ導管４０を通って構成要素２０に取り付けられたターゲット１０を検出するように構成された光学的検出デバイス７０とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機械のケーシング内で構成要素に取り付けられたターゲットと、
電動機械ケーシングの外側表面から電動機械ケーシングの内側表面まで延在する導管と、
電動機械ケーシングの外側表面の外部にあり且つ導管を通って構成要素に取り付けられたターゲットを検出するように構成された光学的検出デバイスと、
を備える、システム。
【請求項２】
前記導管が、実質的に透明のウィンドウを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記導管が、電動機械ケーシングの外側表面上の第１の端部と、電動機械ケーシングの表面に近接し又は半径方向内寄りにある第２の端部とを含み、光学的検出デバイスが、第１の端部に近接して位置し、ターゲットが第２の端部に近接している、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記導管が、少なくとも１つの排出孔を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記光学的検出デバイスが、レーザベースの光学的検出デバイスを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
構成要素が、電動機械のロータ軸受を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記導管が、実質的に半径方向に適合した通路を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
実質的に半径方向に適合した通路が、外側表面５０及び内側表面６０間の光学的に遮られない見通し線を提供する、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記光学的検出デバイスが、ターゲットの移動を検出するよう構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
ターゲットの移動が、電動機械の作動中に構成要素の熱拡張によって少なくとも部分的に引き起こされる、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
ターゲットの移動が、電動機械のロータの主軸の方向の長手方向移動である、請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
前記光学的検出デバイスと結合された監視システムを更に備え、監視システムが、
ターゲットの位置を示すデータを閾値と比較すること、及びターゲットの位置を示すデータの閾値からの逸脱の判定に応答して警告を提供することを実施するよう構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項１３】
システムであって、
電動機械のケーシング内で構成要素に取り付けられたターゲットと、
電動機械ケーシングの外側表面から電動機械ケーシングの内側表面まで延在する導管と、
電動機械ケーシングの外側表面の外部にあり且つ導管を通って構成要素に取り付けられたターゲットを検出するように構成された光学的検出デバイスと、
を備え、光学的検出デバイスが、ターゲットの移動を検出するよう構成されており、該ターゲットの移動が、電動機械の作動中に構成要素の熱拡張によって少なくとも部分的に引き起こされ、
システムが更に、光学的検出デバイスと結合された監視システムを備え、監視システムが、ターゲットの位置を示すデータを閾値と比較すること、及びターゲットの位置を示すデータの閾値からの逸脱の判定に応答して警告を提供することを実施するよう構成されている、システム。
【請求項１４】
前記導管が、実質的に透明のウィンドウを含む、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記導管が、電動機械ケーシングの外側表面上の第１の端部と、電動機械ケーシングの表面に近接し又は半径方向内寄りにある第２の端部とを含み、光学的検出デバイスが、第１の端部に近接して位置し、ターゲットが第２の端部に近接している、請求項１３記載のシステム。
【請求項１６】
前記導管が、少なくとも１つの排出孔を含む、請求項１３記載のシステム。
【請求項１７】
前記光学的検出デバイスが、レーザベースの光学的検出デバイスを含む、請求項１３記載のシステム。
【請求項１８】
構成要素が、電動機械のロータ軸受を含む、請求項１３記載のシステム。
【請求項１９】
電動機械のケーシング内で構成要素に取り付けられたターゲットと、
電動機械ケーシングの外側表面から電動機械ケーシングの内側表面まで延在する導管と、
電動機械ケーシングの外側表面の外部にあり且つ導管を通って構成要素に取り付けられたターゲットを検出するように構成された光学的検出デバイスと、
を備える、電動機械システム。
【請求項２０】
前記光学的検出デバイスと結合された監視システムを更に備え、監視システムが、
ターゲットの位置を示すデータを閾値と比較すること、及びターゲットの位置を示すデータの閾値からの逸脱の判定に応答して警告を提供することを実施するよう構成されている、請求項１９記載の電動機械システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、全体的に、機械ケーシング内のターゲットを検出するよう適合されたシステムに関する。より具体的には、本明細書で提供される開示は、電動機械ケーシング内の構成要素に取り付けられたターゲットを検出するよう適合されたシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
機械内の構成要素の位置を検出することが要求されることが多い。構成要素は、熱拡張によって大きくなることがあり、この構成要素の増大は、機械性能の低下につながる可能性がある。特に、電動機械（例えば、タービン）内の軸受の熱膨張を検出及び測定する必要がある。タービンにおいて、ロータ軸受の熱膨張は、ロータの半径方向クリアランスに影響を及ぼす可能性があることから、監視を行うべきである。従来のシステムは、例えば、熱膨張に起因したロータの軸受位置及び位置変化を予測しようと試みている。適正なクリアランス及び整列を確保する助けとするために正確な予測が望まれる。適正なクリアランス及び整列は、良好な性能をもたらし、振動及び摩擦の低減につながる。更に、摩擦の回避及び振動の低減は、機械修復の頻度が少なくなり、タービン停止時間の短縮をもたらすことができる。従来のシステムにおいて、熱膨張の量を予測するが、正確な測定は実施可能ではないのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５２１０５９１号明細書
【発明の概要】
【０００４】
種々の実施形態は、機械ケーシング内のターゲットを検出するよう適合されたシステムを含む。一部の実施形態において、システムは、電動機械のケーシング内で構成要素に取り付けられたターゲットと、電動機械ケーシングの外側表面から電動機械ケーシングの内側表面まで延在する導管と、電動機械ケーシングの外側表面の外部にあり且つ導管を通って構成要素に取り付けられたターゲットを検出するように構成された光学的検出デバイスとを含む。
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、電動機械のケーシング内で構成要素に取り付けられたターゲットと、電動機械ケーシングの外側表面から電動機械ケーシングの内側表面まで延在する導管と、電動機械ケーシングの外側表面の外部にあり且つ導管を通って構成要素に取り付けられたターゲットを検出するように構成された光学的検出デバイスとを備えるシステムが提供される。
【０００６】
本発明の第２の態様は、電動機械のケーシング内で構成要素に取り付けられたターゲットと、電動機械ケーシングの外側表面から電動機械ケーシングの内側表面まで延在する導管と、電動機械ケーシングの外側表面の外部にあり且つ導管を通って構成要素に取り付けられたターゲットを検出するように構成された光学的検出デバイスとを備えるシステムを提供し、光学的検出デバイスが、ターゲットの移動を検出するよう構成されており、該ターゲットの移動が、電動機械の作動中に構成要素の熱拡張によって少なくとも部分的に引き起こされ、本システムが更に、光学的検出デバイスと結合された監視システムを備え、監視システムが、ターゲットの位置を示すデータを閾値と比較すること、及びターゲットの位置を示すデータの閾値からの逸脱の判定に応答して警告を提供することを実施するよう構成されている。
【０００７】
本発明の第３の態様は、電動機械のケーシング内で構成要素に取り付けられたターゲットと、電動機械ケーシングの外側表面から電動機械ケーシングの内側表面まで延在する導管と、電動機械ケーシングの外側表面の外部にあり且つ導管を通って構成要素に取り付けられたターゲットを検出するように構成された光学的検出デバイスとを備える電動機械システムを提供する。
【０００８】
本発明のこれら及び他の特徴は、本発明の種々の実施形態を示した添付図面を参照しながら、本発明の種々の態様に関する以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態によるシステムの３次元斜視図。
【図２】本発明の実施形態によるシステムの３次元斜視図。
【図３】本発明の態様による、監視システムにおり実施できるプロセスを示したフロー図。
【図４】本発明の実施形態による導管の図面。
【図５】本発明の実施形態によるウィンドウの図面。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の図面は縮尺通りではない点に留意されたい。当該図面は、本発明の典型的な態様のみを描くことを意図しており、従って、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。各図の間で同じ符号が付けられた要素は、互いに関して説明されるように実質的に同様とすることができる。更に、図１〜５に関して図示し説明いた実施形態において、同様の参照符号は同じ要素を表すことができる。これらの要素の冗長的な説明は、明確にするために省略している。最後に、図１〜５の構成要素及びこれらに付随する説明は、本明細書で記載される実施形態に適用できることは理解される。
【００１１】
本明細書で開示される主題は、全体的に、機械ケーシング内のターゲットを検出するよう適合されたシステムに関する。より具体的には、本明細書で提供される開示は、電動機械ケーシング内の構成要素に取り付けられたターゲットを検出するよう適合されたシステムに関する。
【００１２】
本明細書で示されるように、本発明の種々の態様によるシステムは機械ケーシング内の構成要素を監視するための光学的検出器及びターゲット構成を含む。例示的なシステムは、ターボ機械又は他の電動機械における軸受位置でのロータ軸受の膨張を監視するのに用いることができる。タービンなどの電動機械において本明細書で記載されるように、ロータ軸受の熱膨張の検出は、少なくともこの熱膨張がロータの半径方向クリアランスに影響を及ぼす可能性があることに起因して要求される。
【００１３】
電動機械内の構成要素の熱膨張を予測する現行のシステムとは異なり、本発明の態様は、例えば、熱膨張に起因した差違など、機械構成要素のサイズ及び位置の差違の正確な測定を可能にする。
【００１４】
本発明の種々の実施形態は、電動機械のベースからの絶対軸受膨張の測定を可能にすることができる。構成要素の熱膨張の正確な測定は、ロータを含む機械構成要素の良好なクリアランス及び整列の設定をする助けとすることができる。本発明の種々の実施形態は、良好な整列及び適正な構成要素クリアランスを可能にし、このような改善は、機械性能の向上及び摩擦低減をもたらすことができる。摩擦の回避及び振動低減を可能にする改善によって、電動機械の修復又は再構築の必要性が削減され、機械停止時間の短縮をもたらすことができる。また、本発明の態様はまた、ロータ動特性の重要な態様である軸受剛性の更に正確な測定を可能にする。
【００１５】
図１を参照すると、本発明の実施形態によるシステムの３次元斜視図を示す透視図が示されている。この透視図は、説明を分かりやすくするために、上側機械ケーシングセクションが取り外された状態のシステムを示している点は理解されたい。実際には、本システムは、実質的に対称の上側機械ケーシングセクションを含み、該上側機械ケーシングセクションは、当該技術分野で公知のように、下側機械ケーシングセクションと結合することができる。システム１００は、電動機械ケーシング３０の外側表面５０の外部にある光学的検出デバイス７０を含む。システム１００は、構成要素２０に取り付けられたターゲット１０を含む。光学的検出デバイス７０は、導管４０を通って構成要素２０に取り付けられたターゲット１０を検出するよう構成される。本発明の態様によれば、光学的検出デバイス７０は、ターゲット１０の移動を検出するよう構成することができ、このターゲット１０の移動は、少なくとも部分的には、電動機械の作動中の構成要素２０の熱拡張によって引き起こされる可能性がある。構成要素２０がロータである場合、ターゲット１０の移動は、電動機械（ロータは図示していない）のロータの主軸Ａの方向での長手方向移動とすることができる。システム１００と共に使用される電動機械はタービンとすることができ、構成要素２０は、ロータ軸受とすることができる。システム１００は、電動機械以外の機械と共に用いることもできることは企図される。また、１つのターゲット１０のみが例示されているが、ターゲットの数は１つに限定されない点に留意されたい。
【００１６】
導管４０は、電動機械ケーシングの外側表面５０から電動機械ケーシングの内側表面６０（図２に示す内側表面６０）内にまで延在するものとして示されている。幾つかの態様によれば、導管の第１の端部４４は、電動機械ケーシングの外側表面５０に存在することができる。本発明の幾つかの態様によれば、導管の第２の端部４６は、電動機械ケーシング３０の内側表面６０の内部又は半径方向内寄りＲに存在することができる。
【００１７】
一部の実施形態において、光学的検出デバイス７０は、電動機械ケーシングの外側表面５０の外部に位置し、導管の第１の端部４４に近接して位置することができ、ターゲット１０は、導管の第２の端部４６に近接することができる。機械ケーシング３０に対する導管２０の１つだけの構成が例示されているが、導管の第１及び第２の端部４４、４６は、内側及び外側機械ケーシング表面５０、６０に位置することができ、或いは、内側及び外側機械ケーシング表面５０、６０の何れか又は両方（例えば、半径方向内寄りＲ又は半径方向外寄り）を半径方向に越えて位置することができる点は理解されたい。
【００１８】
ターゲット１０は、構成要素２０に取り付けられ且つこれから外部に延びる付属物として図示されているが、ターゲット１０はこのような装置に限定されない。ターゲット１０は、構成要素２０に埋め込まれるか、又は構成要素２０の表面上に載置することができる。ターゲット１０は、光学的検出デバイス７０によって検出できるものとすることができることは企図される。ターゲット１０の材料は、電動機械の内部と適合しなければならない点でのみ制限される。光学的検出デバイス７０は、光学的検出法によりターゲット１０を検出できる何れかのデバイスとすることができる。本発明の態様によれば、光学的検出デバイス７０は、レーザベースの光学的検出システム、デジタルカメラ又はアナログカメラとすることができる。しかしながら、光学的検出デバイス７０は、他の実施形態における他の既知の光学的検出システムの形態をとることができる点は理解される。監視システム８０は、例えば、従来の無線及び／又は有線接続により光学的検出デバイス７０と結合されて図示されている。監視システム８０は、少なくとも１つのコンピュータデバイス、コンピュータプログラムコード、その他を含むことができ、これは本明細書で更に詳細に説明する。
【００１９】
図２は、本発明の実施形態による、システム１００の３次元斜視図を示している。図２は、機械ケーシング３０内部からのシステム１００の部品を例示し、機械ケーシング内部表面６０、導管の第２の端部４６、及びターゲット１０を示している。図で分かるように、導管４０は、光学的検出デバイス７０（図１に示す光学的検出デバイス７０）によるターゲット１０の検出を可能にするよう位置付けられる。
【００２０】
図３は、本発明の態様による、監視システム８０によって実施できるプロセスを示すフロー図である。上述のように、監視システム８０は、種々の実施形態に従って本明細書で記載された１以上の機能を実行するための少なくとも１つのコンピュータデバイス及び／又はプログラムコードを含むことができる。監視システム８０は、１以上の汎用コンピュータ、又は１以上の特定用途コンピュータ、或いはこのようなコンピュータデバイスの組み合わせにより実施することができる点は理解されたい。監視システム８０は、ターゲット１０の位置及び位置変化を監視するために光学的センサ７０に結合することができ、例えば、有線及び／又は無線など、監視システム８０と光学的検出デバイス７０との多くの結合方法が存在する点は理解されたい。監視システム８０は、光学的検出システム７０に近接して（例えば、同じ又は同様の物理位置内に）設置され、又は光学的検出システム７０の遠隔に設置することができ、更に、監視システム８０は、種々の実施形態による光学的検出デバイス７０に物理的に一体化することができる点は理解される。これらの場合、監視システム８０は、光学的検出デバイス７０内に物理的に収容された少なくとも１つのコンピュータデバイス（例えば、プロセッサ、メモリ、入力／出力、その他）において実施することができる。監視システム８０は、構成要素２０の位置に関する情報を１回以上受け取るよう構成することができ、監視システム８０は、例えば、構成要素２０の位置に関する１以上のデータ要素を構成要素２０の期待される既知の及び／又は計算された位置と比較することにより、構成要素２０の位置に関する情報に基づいて構成要素２０についての瞬時位置値を分析することができる。更に、監視システム８０は、構成要素２０の位置情報を格納し、傾向及び／又は比較目的でこのようなデータを編集することができる。本発明の態様によれば、プロセスS１０を参照して説明するように、監視システム８０は、ターゲット１０の位置を示すデータを閾値と比較するよう構成することができる。監視システム８０は更に、プロセスS２０を参照して説明するように、ターゲットの位置を示すデータの閾値からの逸脱の判定に応答して警告を提供するよう構成することができる。このような閾値は、例えば、位置ずれ又は摩擦の可能性を低減するために、電動機械の動作パラメータに基づいて決定することができる。
【００２１】
図４は、本発明の種々の実施形態による導管４０の図を示している。電動機械は、機械作動中にケーシング内にオイル蒸気又は他のタイプの蒸気を有することができるので、導管４０は、導管４０に流入する可能性がある蒸気又は流体の排出を可能にする少なくとも１つの排出孔９０を含むことができる。排出重力の結果とすることができ、図４では、導管４０の側部に位置付けられた排出孔９０を有すように見えるが、排出孔９０の配置は、導管４０の最も低い面に存在することができる。排出孔９０の位置は、導管４０に流入する可能性がある流体の排出を可能にすることができる。また、導管４０は、排出を助けるために導管の第２の端部４６が導管の第１の端部４４よりも低くなるように傾けることができる。導管４０に傾きがない場合、或いは、又は導管４０がターゲット１０に向かって上向きに傾いている場合を含む、他の構成も実施可能であり、排出孔９０は、導管４０に流入する可能性がある流体又は他の材料の排出を容易にするよう適切に配置される。導管４０は、機械ケーシング３０の外側表面５０及び内側表面６０（図１及び２にそれぞれ示される外側及び内側表面５０、６０）それぞれの間の光学的に遮られない又は実質的に遮られない見通し線を提供することができる実質的に半径方向に適合する通路４２を含むことができる。
【００２２】
図５は、本発明の態様によるウィンドウ４８を示す。ウィンドウ４８は、機械ケーシングの外側表面５０での位置を含む、導管４０内に位置することができ、ウィンドウ４８は、光学的検出デバイス７０に近接することができる。ウィンドウ４８は、ターゲット１０を検出する検出デバイス７０（図５には図示せず）を可能にすることができ、ウィンドウ４８は、本発明の異なる態様に従って透明又は実質的に透明とすることができる。ウィンドウ４８は、ガラス、テーパ付きガラス、或いは、透明又は実質的に透明で電動機械と共に用いるように適合された材料を含むことができる。
【００２３】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、「含む」及び／又は「備える」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１以上の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。
【００２４】
本明細書で使用される用語「軸の」及び／又は「軸方向」とは、電動機械がターボ機械ロータを含む場合にターボ機械ロータの主軸に実質的に平行である軸線Ａに沿った対象物の相対位置／方向を意味する。本明細書で使用される用語「半径の」及び／又は「半径方向」とは、軸線Ａに実質的に垂直で且つ１つの位置だけで軸線Ａに交差する半径（Ｒ）に沿った対象物の相対位置／方向を意味する。加えて、用語「円周」及び／又は「円周方向」は、軸線Ａを囲むがどの位置でも軸線Ａと交差しない円周に沿った対象物の相対位置／方向を意味する。本明細書で使用される用語「第１」、「第２」などは、いかなる順序を示すものではなく、ある２つの別個の要素を区別するために使用され、互換可能である。
【００２５】
本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００２６】
１０  目標
２０  電動機械構成要素
３０  機械ケーシング
４０  導管
４２  通路
４４  導管の第１の端部
４６  導管の第２の端部
４８  ウィンドウ
５０  外側表面
６０  内側表面
７０  光学的検出デバイス
８０  監視システム
９０  排出孔
１００  システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015017982.tif 000007