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電気機械の軸受の熱異常の診断
説明

電気機械の軸受の熱異常の診断

【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。

【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

【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。

【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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【公開番号】特開2012−93354(P2012−93354A)
【公開日】平成24年5月17日(2012.5.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−232380(P2011−232380)
【出願日】平成23年10月24日(2011.10.24)
【出願人】(390041542)ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Fターム(参考)】