(57)【要約】      （修正有）【課題】軸受メタル温度（ＢＭＴ）を評価して、電気機械のロータミスアライメントおよび／または軸受ワイプを診断するシステムおよび方法を提供する。【解決手段】タービン（１２）に近接して位置する第１のＢＭＴセンサ、および発電機（１０）に近接して位置する第２のＢＭＴセンサから軸受メタル温度（ＢＭＴ）示度を得ると共に、潤滑油入口温度、速度およびパワーを含む動作データを得るための入力システムと、不良の入力データを除去するフィルタシステムと、ＢＭＴセンサの一方が温度の増加を報告し、他方のＢＭＴセンサが温度の減少を報告していることに応答してミスアライメントの警告を発するミスアライメント解析システムとを含む第１のシステム。【選択図】図１
2012093354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン（１２）および発電機（１０）を有する電気機械（１１）のシャフト（１４）のミスアライメントを識別するシステム（４）であって、
前記タービン（１２）に近接して位置する第１のＢＭＴセンサ（２６ａ、２６ｂ）、および前記発電機（１０）に近接して位置する第２のＢＭＴセンサ（２８ａ、２８ｂ）から軸受メタル温度（ＢＭＴ）示度を得ると共に、潤滑油入口温度、速度およびパワーを含む動作データ（６４）を得るための入力システム（５０）と、
前記ＢＭＴセンサの一方が温度の増加を報告し、他方のＢＭＴセンサが温度の減少を報告していることに応答してミスアライメントの警告（６０）を発するミスアライメント解析システム（５４）と
を含むシステム（４）。
【請求項２】
前記ミスアライメント解析システム（５４）が、ＢＭＴセンサごとにＢＭＴ上昇（８２）を計算するシステムをさらに含み、ＢＭＴ上昇（８２）が、ＢＭＴと前記潤滑油入口温度の間の差として計算される、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記ミスアライメント解析システム（５４）が、ＢＭＴ上昇値（８２）の初期のセットに基づいてベースラインＢＭＴ（８０）を計算するシステムをさらに含む、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
ＢＭＴセンサの前記温度の増加および減少が、報告したＢＭＴと前記ベースラインＢＭＴ（８０）の間の差に基づいている、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
不良の入力データ（６２）を除去するフィルタシステム（５２）をさらに備える、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記フィルタシステム（５２）が、前記動作データ（６４）を評価することによって非定常状態データを除去する、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記第１のＢＭＴセンサ（２６ａ、２６ｂ）が前記タービン（１２）の結合端に位置し、前記第２のＢＭＴセンサ（２８ａ、２８ｂ）が前記発電機（１０）の結合端に位置する、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
タービン（１２）および発電機（１０）を有する電気機械（１１）のシャフト（１４）を支持する軸受の軸受ワイプを識別するシステム（４０）であって、
前記発電機（１０）およびタービン（１２）に近接して位置する複数のＢＭＴセンサ（２４ａ、２４ｂ、２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂ）それぞれから軸受メタル温度（ＢＭＴ）示度を得ると共に、潤滑油入口温度、速度およびパワーを含む動作データ（６４）を得るための入力システムと、
前記ＢＭＴセンサのうちの１つが温度の増加を報告していることに応答して軸受ワイプ警告（６０）を発する定常状態軸受ワイプ解析システム（５６）と
を備えるシステム。
【請求項９】
前記定常状態軸受ワイプ解析システム（５６）が、ＢＭＴセンサごとにＢＭＴ上昇（８２）を計算するシステムをさらに含み、前記ＢＭＴ上昇（８２）が、ＢＭＴと前記潤滑油入口温度の間の差として計算される、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記定常状態軸受ワイプ解析システム（５６）が、ＢＭＴ上昇値（８２）の初期のセットに基づいてベースラインＢＭＴ（８０）を計算するシステムをさらに備える、請求項９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、発電機など電気機械の軸受の熱異常を診断することに関し、より詳細には、軸受メタル温度（ＢＭＴ）を評価して軸受ミスアライメントおよび軸受ワイプの問題を診断することに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機ロータのアライメントの変化は、ロータ振動の主要な原因であり、タービンおよび発電機の軸受の垂直荷重に不均衡をもたらす。これによりしばしば、バビット故障（ｂａｂｂｉｔ  ｆａｉｌｕｒｅ）となり、これは軸受故障をもたらす。軸受故障の別の原因は、「軸受ワイプ（ｂｅａｒｉｎｇ  ｗｉｐｅ）」であり、軸受ワイプは、十分に油冷されないことまたは十分な油の流れがないことにより生じる。多くの場合、軸受故障の最終的な結果は、発電機が強制停止することであり、これは、時間および金銭の点でコストがかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７，６５２，５８７号公報
【発明の概要】
【０００４】
軸受故障を早期に検出することを可能にするために、軸受メタル温度（ＢＭＴ）の傾向を評価するための技法が本明細書に記載されている。
【０００５】
本発明の一態様では、タービンおよび発電機を有する電気機械のシャフトのミスアライメントを識別するシステムが提供され、このシステムは、タービンに近接して位置する第１のＢＭＴセンサ、および発電機に近接して位置する第２のＢＭＴセンサから軸受メタル温度（ＢＭＴ）示度を得ると共に、潤滑油入口温度、速度、およびパワーを含む動作データを得るための入力システムと、ＢＭＴセンサの一方が温度の増加を報告し、他方のＢＭＴセンサが温度の減少を報告していることに応答してミスアライメントの警告を発するミスアライメント解析システムとを含む。
【０００６】
本発明の別の態様では、タービンおよび発電機を有する電気機械のシャフトを支持する軸受の軸受ワイプを識別するシステムが提供され、このシステムは、発電機およびタービンに近接して位置する複数のＢＭＴセンサそれぞれから軸受メタル温度（ＢＭＴ）示度を得ると共に、潤滑油入口温度、速度、およびパワーを含む動作データを得るための入力システムと、ＢＭＴセンサのうちの１つが温度の増加を報告していることに応答して軸受ワイプ警告を発する定常状態軸受ワイプ解析システムとを備える。
【０００７】
本発明のさらなる態様では、タービンおよび発電機を有する電気機械のシャフトを支持する軸受の軸受ワイプを識別するシステムが提供され、このシステムは、発電機およびタービンに近接して位置する複数のＢＭＴセンサそれぞれから軸受メタル温度（ＢＭＴ）示度を得ると共に、潤滑油入口温度、速度、およびパワーを含む動作データを得るための入力システムと、電気機械の始動またはコーストダウン中に、検出されたスパイクがＢＭＴセンサのうちの１つから来たことに応答して軸受ワイプ警告を発する過渡状態軸受ワイプ解析システムとを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態による発電機ユニットの簡潔な概略図である。
【図２】本発明の一実施形態によるＢＭＴ解析システムを有するコンピュータシステムの概略図である。
【図３】本発明の一実施形態によるロータミスアライメントを検出するためのグラフである。
【図４】本発明の一実施形態による軸受ワイプを検出するためのグラフである。
【図５】本発明の別の実施形態による軸受ワイプを検出するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の様々な実施形態は、電気機械のロータ軸受の軸受メタル温度（ＢＭＴ）の傾向を評価して、ロータミスアライメントおよび軸受ワイプの問題に関連した異常を検出することに関する。本発明の様々な実施形態の技術的効果には、ＢＭＴデータを用いて早期段階でそのような問題を識別することができ、したがって非常に早い段階で修正措置をとることが可能になることを含む。
【００１０】
図１は、シャフト１４に動作可能に結合された発電機１０およびタービン１２を含む簡略化した発電機ユニット１１を示す。ロータ軸受１６、１８、２０、２２のセットは、シャフト１４を回転可能にしつつ、このシャフト１４を支持する。各ロータ軸受１６、１８、２０、２２は、軸受メタルから温度データを収集する１つまたは複数の軸受温度センサを備える。この例では、軸受１６は、一対のタービンコレクタ端センサ２４ａおよび２４ｂを備え、軸受１８は、一対のタービン結合端センサ２６ａおよび２６ｂを備え、軸受２０は、一対の発電機結合端センサ２８ａおよび２８ｂを備え、軸受２２は、一対の発電機コレクタ端センサ３０ａおよび３０ｂを備える。
【００１１】
図２は、ロータ軸受センサから収集したＢＭＴデータ６２を解析して、ミスアライメントまたは軸受ワイプの問題が存在するかどうか判定するＢＭＴ解析システム４８を有するコンピュータシステム４０を示す。問題が存在する場合、１つまたは複数の警報６０を出力することができる。ＢＭＴデータ６２を入力することに加えて、潤滑油入口温度、速度、およびパワーのデータを含む動作データ６４も、例えば、関連したセンサから収集される。
【００１２】
一般的に、ＢＭＴ解析システム４８は、ＢＭＴデータ６２および動作データ６４を読み込むと共に管理するデータ入力システム５０と、不良または範囲外の入力データ６２、６４を識別および廃棄するフィルタシステム５２と、ＢＭＴデータ６２のミスアライメントを示す傾向を評価するミスアライメント解析システム５４と、定常状態動作中のＢＭＴデータ６２の軸受ワイプを示す傾向を評価する定常状態軸受ワイプ解析システム５６と、始動／シャットダウン動作中のＢＭＴデータ６２の軸受ワイプを示す傾向を評価する過渡的軸受ワイプ解析システム５８とを含む。ＢＭＴ解析システム４８は、ミスアライメント解析システム５４、定常状態軸受ワイプ解析システム５６、および過渡的軸受ワイプ解析システム５８のうちのいずれか１つまたは複数を含んでもよいことに留意されたい。
【００１３】
フィルタシステム５２は、例えば、ノイズを除去し、データ品質を評価し、不良センサを識別することができる。フィルタシステム５２は、特定のテストについて範囲外であるデータを廃棄することもできる。例えば、定常状態軸受ワイプ解析システム５６は、ロータが所定の動作速度範囲およびパワー出力範囲で回転しているときにＢＭＴデータ６２を評価するだけでもよい。
【００１４】
ミスアライメント解析システム５４は、垂直方向のアライメント変化を基本的に検出する。発電機またはタービンのロータに何らかの垂直方向のアライメント変化があればいつでも、結合端でタービンおよび発電機の軸受に不均等な荷重がある。このことは、発電機軸受におけるＢＭＴの増加、およびタービン軸受におけるＢＭＴの減少、あるいはその逆をもたらす。経時的に、軸受の１つは、温度増加の傾向を示し、軸受の１つは、温度減少の傾向を示す。軸受ＢＭＴのこの同時的な増加および減少の傾向は、ロータの何らかのミスアライメントの明らかな兆候である。
【００１５】
軸受油用の冷却媒体が、周囲条件に曝されるので、室温もＢＭＴに影響を与え得る。したがって、室温の影響を最小にするために、ミスアライメントを検出するためのパラメータのモニタリングが、本明細書においてＢＭＴ上昇と呼ばれるＢＭＴと潤滑油入口温度の間の差として、ＢＭＴ上昇計算システム５５によって実施することができる。
【００１６】
タービン軸受ＢＭＴと発電機軸受ＢＭＴについてのベースライン値は、例えばＢＭＴデータ６２を収集する第１週の間、ベースライン計算システム５７によって経時的に計算される。ベースラインからのＢＭＴ上昇の増加および／または減少をモニタおよび評価して、何らかのミスアライメント問題の兆候があるかどうか判定することができる。発電機結合端センサ２８ａ、２８ｂ（図１）からのＢＭＴがそのベースラインに対して増加し、タービン結合端センサ２６ａ、２６ｂ（図１）からのＢＭＴがそのベースラインに対して減少する（またはその逆である）とき、軸受ミスアライメントについての警報６０を発することができる。
【００１７】
図３は、発電機ＢＭＴベースライン７０およびタービンＢＭＴベースライン７２が確立され、点線で示されている例示的な一例を示す。発電機ＢＭＴ上昇７４およびタービンＢＭＴ上昇７６は、経時的にモニタされる。わかるように、各ベースラインに対して、発電機ＢＭＴ上昇７４は増加しており、タービンＢＭＴ上昇７６は減少している。いくつかの所定のセットの閾値で、（例えば、ＢＭＴ上昇＿１とＢＭＴ上昇＿２減少の積＞華氏−Ｙ度、ＢＭＴ上昇＿１＞ＰかつＢＭＴ上昇＿２＞−Ｑなど）、ミスアライメントを示す警報コンディションを発することができる。例示的な一実施形態では、ミスアライメント解析システム５４は、ＢＭＴの増減が検出され、かつ増減の積が閾値より大きい場合に、警報を発する。
【００１８】
図２に関して示すように、定常状態軸受ワイプ解析システム５６は、定常状態動作中のＢＭＴデータ６２の軸受ワイプを示す傾向を評価する。潤滑油の流れまたは冷却が十分でないことは、軸受ワイプをもたらし、ＢＭＴを大きく増加させ得る一因である。特定の軸受におけるＢＭＴのこの増加傾向は、ユニットの定常動作下で、軸受ワイプを検出するために取り込まれる。ここで、モニタリングパラメータも、ベースラインからの上昇であり、この上昇が所定の閾値を上回るときはいつでも、軸受ワイプについての警報を発することができる。そのため、定常状態軸受ワイプ解析システム５６も同様に、ＢＭＴ上昇計算システム５５、およびベースライン計算システム５７を含む。例示的な一実施形態では、軸受ワイプの問題は、図１に示す８個のセンサのいずれかで識別され得る。
【００１９】
図４は、ベースライン８０が確立され、点線で示されている例示的な一例を示す。１つまたは複数のセンサからのＢＭＴ上昇８２がトラックされる。ベースライン値からのＢＭＴ上昇８２が閾値を超えると、軸受ワイプが示され、警報を発することができる。
【００２０】
過渡状態軸受ワイプ解析システム５８（図２）は、過渡動作中のＢＭＴデータ６２の軸受ワイプの問題を示す傾向を評価する。ジャーナルが傷つけられると、軸受の長さにわたる油膜圧力プロファイルが、複数の部分に分割される。この結果、ジャーナルがバビット面に近づいて乗ることになる。これは、定格速度では必ずしも問題ではないが、定格速度未満では、コーストダウンまたは始動中、油膜厚さは、速度に比例して減少する。膜厚が減少するにつれて、流体力学的潤滑から境界層潤滑への移行が生じる。この移行中、油膜はより薄くなり、膜が、傷ついたジャーナルによってすでに減少していると、十分な支持を行うことができない。この結果、油膜の破れ（ｏｉｌ  ｆｉｌｍ  ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ）、金属間接触、および軸受のワイピングとなる。
【００２１】
図５は、コーストダウン中にＢＭＴがトラックされているグラフの例示的な一例を示す。わかるように、傷ついたジャーナル９０の場合、タービンがトリップした後間もなく生じるピークまたはスパイクがある。反対に、正常なジャーナル９２の場合、スパイクは生じない。ＢＭＴデータ中のスパイクを識別するための、任意の技法を利用することができる。
【００２２】
本発明の様々な実施形態では、本明細書に記載のシステムおよび方法の態様は、全てハードウェアの実施形態、全てソフトウェアの実施形態、またはハードウェア要素およびソフトウェア要素の両方を含む実施形態の形で実施することができる。一実施形態では、処理機能は、ソフトウェアで実施することができ、このソフトウェアには、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどが含まれるがこれらに限定されない。
【００２３】
さらに、これら処理機能は、コンピュータ、または任意の命令実行システム（例えば、処理装置）が使用するための、またはそれらと併せて使用するためのプログラムコードを与えるコンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムプロダクトの形態をとってもよい。本説明の目的では、コンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体は、コンピュータ、命令実行システム、装置が使用するための、またはそれらと併せて使用するためのプログラムを格納または記憶できる任意のコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。追加の実施形態を、コンピュータ、命令実行システム、装置、またはデバイスが使用するための、またはそれらと併せて使用するためのプログラムと通信できる、または前述のプログラムを伝播もしくは移送できるコンピュータ可読伝送媒体（または伝搬媒体）上で実施することができる。
【００２４】
コンピュータ可読媒体は、電子式、磁気式、光学式、電磁気、赤外線、または半導体のシステム（または装置もしくはデバイス）であり得る。コンピュータ可読媒体の例には、半導体メモリまたは固体メモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、固定磁気ディスク（ｒｉｇｉｄ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｄｉｓｋ）、および光ディスクが含まれる。現行の光ディスクの例には、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスクリード／ライト（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、およびデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）が含まれる。
【００２５】
図２は、バス１７を用いて共に結合されたプロセッサ４２、入出力４４、およびメモリ４６を有する例示的な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（図１）は、インストールしたプログラムコードを実行できる１つまたは複数の汎用コンピューティング製造品（例えば、コンピュータデバイス）を含んでもよい。本明細書において用いる場合、「プログラムコード」は、直接、または（ａ）別の言語、コード、また表記法への変換、（ｂ）異なるマテリアル形態での複製、および／または（ｃ）解凍を組み合わせた後で、情報処理能力を有するコンピュータデバイスに特定の機能を実行させる、任意の言語、コード、または表記法での命令の集まりを意味すると理解される。この点で、ＢＭＴ解析システム４８は、システムソフトウェアおよび／またはアプリケーションソフトウェアの任意の組み合わせとして実施することができる。ともかく、コンピュータシステム４０の技術的効果は、ロータミスアライメントおよび軸受ワイプの問題に関連した異常を検出することである。
【００２６】
本明細書において使用される専門用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定するものではない。本明細書において使用する場合、単数形「１つ、一（ａ、ａｎ）、この、前記（ｔｈｅ）」は、分脈上他の意味を明らかに示さない限り、複数形も含むものとする。用語「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、および／または「備えている／含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書で使用される場合、提示した特徴、整数、ステップ、操作、要素、および／または構成要素の存在を示すが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素および／またはそれらのグループの存在もしく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。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態に関連して、本開示を特に図示および説明してきたが、当業者は変更形態および修正形態に想到するであろうことは理解されよう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示の本来の精神の範囲内に入るようなそのような修正形態および変更形態の全てを対象として含むものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２８】
１０  発電機
１１  簡略化した発電機ユニット
１２  タービン
１４  シャフト
１６、１８、２０、２２  ロータ軸受
１７  バス
２４ａおよび２４ｂ  タービンコレクタ端センサ
２６ａおよび２６ｂ  タービン結合端センサ
２８ａおよび２８ｂ  発電機結合端センサ
３０ａおよび３０ｂ  発電機コレクタ端センサ
４０  コンピュータシステム
４２  プロセッサ
４４  入出力
４６  メモリ
４８  ＢＭＴ解析システム
５０  データ入力システム
５２  フィルタシステム
５４  ミスアライメント解析システム
５５  上昇計算システム
５６  定常状態軸受ワイプ解析システム
５７  ベースライン計算システム
５８  過渡的軸受ワイプ解析システム
６０  警報
６２  入力データ
６４  動作データ
７０  発電機ＢＭＴベースライン
７２  タービンＢＭＴベースライン
７４  発電機ＢＭＴ上昇
７６  タービンＢＭＴ上昇
８０  ベースライン
８２  ＢＭＴ上昇
９０  傷ついたジャーナル
９２  正常なジャーナル
【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】
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