JP2003525002A - 軸電圧および電流のモニタシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 回転機械用モニタは、回転機械（５０２）に進行中の問題の表示である警報を提供する。回転機械用モニタは、回転機械の軸接地電流を検出するための少なくとも１つの電流センサ（５１０）、回転機械（５０２）の軸電圧を検出するための少なくとも１つの電圧センサ（５０８）、軸接地電流の変化率を明らかにするための変化検出器（６０２）、および、軸電圧の変化率を明らかにするための変化検出器（６０４）を有し、軸接地電流の変化率、軸電圧の変化率、軸接地電流および軸電圧の関数として警報（５２６）を発する評価システム（５１８）である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 発明の分野 本発明は、回転機械に関し、より詳しくは、回転機械をモニタするための軸セン
サに関する。

【０００２】 発明の背景 発電機、モータ、およびタービン機器などの回転機械をモニタおよび管理する
方法は、現在、パワー伝達部品や支持部材のひび割れ、局部的な潤滑性の不足、
過度の磨耗、絶縁体の短絡、固定子巻線欠陥、およびその他の不具合などの重要
な所定の問題の存在を正確に表示することに関して十分な信頼性を欠いている。
回転機械の故障および不良は、不必要な出費につながるが、これは、適時の修理
または定期保守によって避けることができる。回転機械にしばしば生じる破壊的
な故障は、多額の修理およびシステム休止時間を生じさせ、プラント機器に依存
するビジネス、またはプラント機器によって発電する電力に変動をきたす。回転
機械の不良によって生じる休止時間は、生産性および利益を減少させる。

【０００３】 したがって、回転機械の動作が正常である場合には、そのことを明らかにする
ことはもちろん、不具合が進行中であることを信頼性を持って予測するためにも
、回転機械をモニタする必要性がある。

【０００４】 発明の要約 本発明は、回転機械について問題が進行中であること示す警告を発する回転機
械モニタである。回転機械モニタは、回転機械の軸接地電流を検出する少なくと
も一つの電流センサと、回転機械の軸電圧を検出する少なくとも一つの電圧セン
サと、軸接地電流における変化率を明らかにする変化検出器および軸電圧におけ
る変化率を明らかにする変化検出器と、軸接地電流の変化、軸電圧の変化率、軸
電流、および軸電圧の関数として警告を発するための評価システムと、を有する
。

【０００５】 図面の説明 本発明は、以下の図面と結びついて以下に説明される。

【０００６】 図１は、軸ライダーブラシの信号から求められた典型的な波形を示す。

【０００７】 図２ａ、２ｂ、および、２ｃは、解析および／または記録のための軸電圧／電
流の軌跡を示す。

【０００８】 図３は、大規模なタービン発電機に使用される本発明のＶＣＭの典型的な概略
構成図である。

【０００９】 図４は、工業用クラスの機器に使用される本発明のＶＣＭの典型的な概略図で
ある。

【００１０】 図５は、本発明の代表的な実施の形態についてのブロック図である。

【００１１】 図６は、チャネルインタフェースについての詳細なブロック図である。

【００１２】 図７は、ＣＰＵモジュールについての詳細なブロック図である。

【００１３】 詳細な説明 回転機械において、軸のアンバランス、巻線欠陥、シール不良、ベアリング不
良、および他の同様な不良は、回転軸上のピックアップを用いて検出可能な正常
な軸電圧／電流を変化させる。本発明、すなわち早期の警告および問題点検出の
ための軸電圧電流モニタシステムは、軸電圧および電流を追跡し、大抵の部材の
問題について前もっての通知を発する。モニタシステムは、軸電圧／電流モニタ
（ＶＣＭ）を用いるものであり、回転機械における問題の開始の表示を発する。
しかしながら、軸電圧／電流信号は、未処理な信号の意味を理解するために、観
察者が特別に訓練されていること、およびシステムの故障のプロファイルについ
ての詳細な知識を要求する。

【００１４】 時間に対するＶＣＭ信号の傾向は、それらが発生したときの特定の不具合の進
行具合を、それらの不具合に応答する標準的な装置およびモニタよりも、前に表
示する。従来の装置およびモニタは、表示および警告されるべき熱、振動、ノイ
ズ、または汚染が生じる程度に十分な時間にわたって異常が存在した後に、その
異常を表示および／または警告するものであり、その時には、すでに損傷が発生
してしまう。先行する警告は、このＶＣＭシステムによって与えられ、動作を要
求する定義された問題を表示し、すなわち、問題の潜在的な進行についての一般
的な装置やモニタの傾向に注意するようにオペレータに対して警告する。不具合
解決手段は、一般的には、損傷が発生する前に、その状況が報告されたときに実
現することができる。さらに、予測は、その回転機械における軸電圧および電流
の将来の状態として成される。この結果、ＶＣＭシステムが、予防装置、および
部材の動作およびメンテナンスにおける要素を確認するものとして動作する。

【００１５】 センサとして軸を使用するＶＣＭシステムは、複数の軸信号を発し、オペレー
タおよびエンジニアに所定の行動をとらせ、あるいは注意を及ぼすために、警告
を発する。このような予防装置は、示される状況を識別するとともにできるだけ
確認するために、一般的なセンサおよび装置の監視および傾向を含んでいてもよ
い。

【００１６】 代表的なＶＣＭシステムの一実施形態は、回路基板の設計において表面実装技
術を使用し、この結果、実効的に小さく、さらに機器／モータに集積化されて高
い機能性をもったシステムを提供する。ＶＣＭシステムは一般的に機器の近傍に
マウントされ、それは、スマートフィールドセンサと考えられる。このＶＣＭシ
ステムは、軸を接地するとともに軸電圧を検出するための絶縁された軸ライディ
ング型ブラシから得られる電流および電圧の複数の信号の内容を入力する。ＶＣ
Ｍシステムは、いかなる型の絶縁された軸ライディング型ブラシからも信号を得
ることができるが、高い信頼性の観点からは高性能型ブラシが好ましい。２つの
異なる軸ライディング型ブラシは、信頼性のある剛毛（bristle）型、およびブ
ラシとして使用される銅製のストラップとを含む。頻繁なメンテナンスがなされ
ていれば、ストラップは、かなりの良好な信頼性を有するが、もし頻繁に清浄さ
れなければ能力が弱まる傾向を示す。剛毛型ブラシは、リアルタイムに電圧およ
び電流の双方を表す信号をピックアップする。

【００１７】 ＶＣＭシステムは、未処理の軸の値、接地電流、および軸電圧のリアルタイム
な入力を使用する。信号は、信号処理および解析システムへ伝送するために調整
および変換される。信号は、いくつかのシリアルやパラレルデジタルインタフェ
ース用の他の標準的な形式へと変換されることも同様に可能である。これらのイ
ンタフェースの特定の形式については、複数の信号形式の変換と同様に、当業者
にとって周知である。

【００１８】 軸電圧および電流といった入力信号は、未処理の情報がＶＣＭシステムによっ
て圧縮され、処理しやすいデータ量となるように処理される。軸ライディング型
のブラシの信号から、時間に対してプロットされた軸信号をもつ一般的な波形が
図１に示されている。この未処理の軸信号は、信号処理および解析システムへと
送られる。本来の波形を表現可能に規格化および圧縮化された信号は、コンピュ
ータによるシステム、専用デジタル回路、アナルグ回路、あるいはハイブリッド
回路によって信号を評価し、部材の状況を明らかにするために利用可能である。

【００１９】 図２ａ、図２ｂ、および図２ｃを参照すると、解析のために供給されるＶＣＭ
信号の軌跡が示される。この一実施の形態において、リアルタイムの軌跡上にお
ける５ｍ秒の縮尺幅が、この出力軌跡においては１時間に相当し、データが７２
００００倍に縮小されていることに注意せねばならない。他のデータの縮小レベ
ルも、同様に適用することができ、それはインタフェースデバイスおよび解析の
実行方法に依存する。

【００２０】 図２ａは、部材が良好であることを表す軸電圧および接地電流における変動を
示している。図２ｂは、電圧が降下するとともに電流が徐々に増加する一部の期
間を除いて、同様な他の軌跡を示しており、問題が進行中であるとの疑いを喚起
するものである。図２ｃは、激しい振幅であって、この期間の前後の数日間に見
られる直線的な低レベルの特性からの大きな逸脱を示している。この振る舞いの
原因は、未だに知られていないが、問題が進行中であることを示すものである。
この種の特性を生じさせる問題は、固定子鉄心の積層短絡、回転子界磁巻線の短
絡、または固定子巻線転位部の短絡を含む。これらの問題のすべては、欠陥のあ
る部品が互いに溶融した後には、安定した状態を示すので、この事象を見逃さな
いためには、連続的なモニタリングが重要であることが強調される。これらの損
傷のいずれも、その進行の初期段階の際には従来の装置では示されないものであ
る。

【００２１】 軸接地電流および電圧は、その機械における変化に高感度であるので、問題が
進行中であることは、損傷が発生するよりかなり前であって、従来のモニタおよ
び／または組み込み装置によって示されるよりかなり前に、検出が可能となる。
たとえば、軸摩擦の発生である。この瞬間的な金属と金属の摩擦が存在しても、
振動および温度センサは、損傷が発生するほどに十分な長期間にわたって摩擦が
生じ、過剰な熱や振動が生じるまで、異常の兆候を示さないのに対して、このＶ
ＣＭシステムは、軸接地電流の増加および軸電圧の減少を検出する。ただし、こ
のＶＣＭシステムの警告は、温度、振動、および他の装置とともに使用すること
もできる。

【００２２】 ＶＣＭ出力信号の判断は、接地ブラシおよび電圧検出ブラシの連結の配置に強
く依存する。タービン発電機のような接続物においては、各ブラシまたはブラシ
の群の一つに、デュアルのＶＣＭが使用される。複数のブラシおよびＶＣＭのも
のは、高い接地電流を流し、ブラシをメンテナンスする間にも途切れることなく
軸の短絡を確実にするための重複性を提供する。

【００２３】 図３は、複数の第１接地ブラシ３０２、複数の第２接地ブラシ３０４、第１軸
電圧検出ブラシ３０６、および第２軸電圧検出ブラシ３０８を大規模なタービン
発電機３００へ適用した一例を示す。大規模タービン発電機３００は、実質的に
タービン３１６が発電機へ接続されているものである。タービン３１６は、一般
的に、低圧タービン３２２と、これに接続されている中圧タービン３２０と、こ
れに接続されている高圧タービン３１８とを含む。電流を制限することが要求さ
れる場合には、接地ブラシの配線は、電流分流器またはタップ付き抵抗器に接続
されることに注意すべきである。ここから、接地用配線は、発電機３１４に示さ
れる下側のベアリングのハウジング３１２の近傍に接続される。タービンのベア
リングは、発電機の外枠と接地との間に電圧がかかるように選択されてもよい。
どのような場合であっても、発電機の外枠とタービンのケーシングに沿った下側
ベアリングのハウジングは、ステーション接地グリッドへ結合される。第１ＶＣ
Ｍ３２８および第２ＶＣＭ３３０は、第１および第２接地ブラシ３０２および３
０４と、第１および第２軸電圧検出ブラシ３０６および３０８と、電流分流器ま
たはタップ付き抵抗器と、接続される。第１ＶＣＭ３２８および第２ＶＣＭ３３
０は、データ信号と警告信号３３２を形成し、信号処理解析システム３２４へと
接続される。信号解析システム３２４は、専用回路、デジタル論理回路、プログ
ラマブル回路、時分割または時分離デバイス、デジタルプロセッサ、マイクロプ
ロセッサ、およびそれらと同様のデバイスであってよい。この回路は、固体素子
型のコンパレータ、変換機、電送機、および調整器であり、考え得るる進行中の
問題についての通知を発する。電圧スパイクおよび過渡の吸収器３２６は、必要
に応じて付加的に第２軸電圧検出ブラシ３０８に接続されてもよい。

【００２４】 付加的に軸を接地することが、励磁器としての固体素子回路によって挿入され
る可能性のある高周波電圧のために、コレクタリング、または発電機のエキサイ
タ端部において、必要とされるかもしれない。高周波は、ベアリングが絶縁され
ている場合であっても、ベアリングを損傷することが知られており、この理由は
、絶縁体がキャパシタとして機能し、絶縁体を通して高周波の電流が通過するこ
とである。この電流は、第２電圧検出ブラシ３０８に取り付けられている同調フ
ィルタ３１６を通じて、容易に接地へと分流される。第２検出ブラシにおいて付
加的であるが重要な役目は、機外（アウターボード）のベアリング、水素シール
、またはカップリングにおける絶縁体の結合性の低下を検出することである。

【００２５】 タービン３１６に配置された第１検出ブラシ３０６は、タービン３１６におけ
る静電荷の増加を検出する。第１検出ブラシ３０６および第２検出ブラシ３０８
は、通常は、それ以前の１／２になるといった電圧における突発的な低下する場
合として、摩擦が進行中であることを信号化する。付加的な兆候は、以下のよう
なものを含む、第１検出ブラシ３０６における高電圧が蒸気温度にしたがって反
比例することは、タービン３１６における湿り蒸気を示す。接地ブラシ３０２お
よび３０４における高電流および第２検出ブラシ３０８における低電圧は、ベア
リングおよびシール絶縁性の低下を示す。第２検出ブラシ３０８の電圧および接
地電流の双方における急激な上昇は、固定子巻線故障が進行中であることを示す
。不安定かつパルス的な電圧および電流は、固定子の積層の短絡および融解を示
す。電圧および電流における長い期間にわたる緩やかな増加は、エアギャップの
変位を示す。軸電圧および電流における緩やかな増加に続くパルスは、回転子巻
線故障を示す。励磁変化に関係する軸電圧変化は、軸電圧高調波フィルタの必要
性を示す。低いブラシ電流は、ブラシまたは接地のメンテナンスが要求される。

【００２６】 図４を参照すると、ボイラ給水ポンプ、ファン、およびターボ圧縮器トレーン
などの工業用クラス機器４０２にＶＣＭシステムを適用した場合の典型的な実施
形態を示す。検出ブラシ４０４は、機器４０２の機外側の端部の軸とＶＣＭ４０
６との間に接続される。接地ブラシ４０８は、機器４０２の機内（インボード）
側の端部の軸に接続される。接地ブラシ４０８は、電流分流器４１０を通じてＶ
ＣＭ４０６に接続されているとともに、ＶＣＭ４０６に直接的に接続されている
。電流分流器４１０はベアリングのハウジング４１２に接続されている。ＶＣＭ
４０６は、データ信号およびアラーム信号４１４を供給し、信号処理解析システ
ム４１６に接続される。

【００２７】 図６および図７と関連する図５を参照すると、本発明の一実施の形態のブロッ
ク図が示される。本発明は、基板レベルの集積度によって実装することに適して
いるが、ハイブリッドアナログ／デジタルボード、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ
）、およびハイブリッドアナログ／デジタル集積回路を含むような更に高い集積
度にもうまく適合する。本発明の集積度を高いレベルにすることは、医療産業、
宇宙産業、および連続プロセス機器などのように使命が重大な応用分野における
モータの信頼性を増加する能力を提供する。

【００２８】 一実施の形態において、このモータは、現存のモータの置き換えとして設計さ
れてもよく、一体化されたモニタリングおよびアラーム／警告は、通常の部材の
動作に対しては透過的であり、さらに、一体化されたモニタを有するモータは、
現存のモータに対する直接的な置き換えとして、取り付けることができる。他の
実施の形態においては、一体化されたモニタリングを有するモータ置換は、デジ
タル通信能力を有する装置に取り付けられてもよく、圧縮化されたデータおよび
／またはアラーム／警告 情報が、デジタル通信を通じて、統合化されてもよい
。

【００２９】 図５を再度参照すれば、斜線部分の軸５０２が、軸センサ５０４および５０６
を有していることが示されている。軸センサ５０４は、電圧モジュールおよび信
号調整器５０８に接続されている。軸センサ５０６は、アクティブ型の分流電器
モジュールおよび信号調整器５１０に接続されている。チャネルインタフェース
５１２は、本実施の形態において使用されている４つのうちの代表的な１つであ
る。チャネルインタフェース５１２は、プラグインモジュール／基板であっても
よく、あるいはＡＳＩＣとして集積化されていてもよい。アクティブ型の分流器
モジュールおよび信号調整器５１０の第１および第２の出力は、チャネルインタ
フェース５１２へと接続される。電圧モジュールおよび信号調整器５０８の第１
および第２の出力は、チャネルインタフェース５１２へと接続される。

【００３０】 チャネルインタフェース５１２の出力は、メインバスモジュール５１６へと接
続される。メインバスモジュール５１６のコントロールバスは、各チャネルイン
タフェース５１２、メモリモジュール５１４、およびアラームインタフェース５
２４へと接続される。メインバスモジュール５１６のデータバスは、各チャネル
インタフェース５１２、メモリモジュール５１４、およびアラームインタフェー
ス５２４へと接続される。アラームインタフェース５２４は、４〜２０ｍＡまた
は他の適切なインタフェースによって出力信号端子ブロック５２６へ接続される
。

【００３１】 ＣＰＵモジュール５１８は、メインバスモジュール５１６のコントロールバス
およびデータバスへと接続される。ＣＰＵモジュール５１８は、さらに、通信イ
ンタフェース５２０およびディスプレイモジュール５２２へと接続される。適切
なプログラムメモリを持つＣＰＵは、診断上のアルゴリズムを含んでいる。

【００３２】 図６を再度参照すれば、チャネルインタフェース５１２についての、さらに詳
細な模式的なブロック図を示している。アクティブ型の分流器モジュールおよび
信号調整器５１０の第１の出力は、第１ローパスフィルタ６０２に接続されてい
る。電圧モジュールおよび信号調整器の第１の出力は、第２ローパスフィルタ６
０４に接続されている。アクティブ型の分流器モジュールの第２の出力、および
電圧モジュールおよび信号調整器５０８の第２の出力は、電流／電圧選択ジャン
バ６０６に接続される。第１ローパスフィルタ６０２の出力は、ピーク電流回路
６０８および平均電流回路６１０に接続される。第２ローパスフィルタ６０４の
出力は、ピーク電圧回路６１２に接続されている。ピーク電流回路６０８、平均
電流回路６１０、およびピーク電圧回路６１２の各出力は、機能選択ジャンパ６
１２に接続されている。機能選択ジャンパ６１４の出力は、アナログデジタル変
換器６１６へ接続される。そのアナログデジタル変換器６１６の出力は、第１の
８ビットラッチ６２０、および第２の８ビットラッチ６２２の最下位ビットに接
続される。カード型選択ジャンパ６２４は、第２の８ビットラッチ６２２のＶ＋
および最上位ビットに接続される。電流／電圧選択ジャンパ６０６の出力は、ア
ナログデジタルエンコーダおよびラッチ６１８へ接続される。電流／電圧選択ジ
ャンパ６０６、機能選択ジャンパ６１４、およびカード型選択ジャンパ６２４は
、スイッチおよび回路を含む適切な複数の方法および装置によって実現され、こ
の記述によって制限されなるものではない。第１の８ビットラッチ６２０、第２
の８ビットラッチ６２２、ならびにアナログデジタルエンコーダおよびラッチ６
１８の出力は、メインバスモジュール５１８のデータバスに接続されている。

【００３３】 再び、ＣＰＵモジュール５１８のより詳細な概略ブロック図を示す図７を参照
する。ＣＰＵモジュール５１８は、メインバスモジュール５１６に接続される。
ＣＰＵモジュール５１８は、メインバスモジュール５１６のコントロールバスに
接続されるカード／デバイスセレクト７０４を含む。メインバスモジュール５１
６のコントロールバスとデータバスとは、シリアル通信インタフェース５２０、
グラフィクディスプレイコントローラ７０８および外部メモリ７０６と接続され
る、適切なプログラムメモリ（例えばフラッシュＥＥＰＲＯＭ）７０２を有する
デジタルマイクロコントローラに接続される。外部メモリ７０６とグラフィクデ
ィスプレイコントローラ７０８は、データバスを介してカード／デバイスセレク
ト７０４に接続される。グラフィクディスプレイコントローラ７０８は、ＬＣＤ
グラフィクディスプレイのような適切なディスプレイモジュール５２２に接続さ
れる。適切なプログラムメモリを有するデジタルマイクロコントローラ７０２は
、診断アルゴリズムを含む。

【００３４】 機能性回路素子の多くの実装はここで記述されるが、その詳細な設計は当業者
に周知である。機能性素子の他の具体例の多くは、同様によく適応される。本発
明のＶＣＭは理論上デジタル環境での使用に適しており、そのように記述してき
たが、基本的概念はアナログ環境でも適用できる。モニタされている実際の信号
は、多くの段階でデジタル化されるか、またはアナログ形式のままであって、問
題の検出と予測のために、あらかじめ決められたレベルと比較される。

【００３５】 問題の表示は、半分またはそれ以下への電圧の減少および電流の著しい増加が
軸の摩擦を表すこと、２倍までの電流と電圧の増加が蒸気、オイル、または生成
物の流れに基づく静電荷を表すこと、を含む。モニタされた機器が電気機械であ
れば、問題の表示は、電流の増加と電圧の減少がベアリング、シールまたはカッ
プリング絶縁部のロスを表すこと、６０Ｈｚでの電圧と電流の不安定な増加が固
定子鉄心/巻線の欠陥の進行中を表すこと、６０Ｈｚでの高い電圧と電流が磁気
回路の非対称またはエアギャップの位置ずれを表すこと、６０Ｈｚの電圧と電流
が徐々に増加する後のパルスが回転子巻線の欠陥を表すこと、を含む。付加ブラ
シとＶＣＭは、例えばモータと発電機のように、電気的に作用する項目を含むの
で、いくらかのつながりが必要とされる。これがまた、絶縁または歯車タイプで
あれば、例えば歯車とカップリングの反対側のように、保護を必要とする電気的
に分離した複数の軸である場合もある。必要なものは、設計者およびユーザーに
より決定されるべきであり、その機械に特有な特徴に基づいて決定されるべきで
ある。

【００３６】 ＶＣＭシステムから利用可能な予測情報は、性能およびオンライン動作時間を
改善する一つの方法は、問題の生じ得る進行を自動的に評価し診断するためのア
ルゴリズムをプログラム化してセットアップすることである。アルゴリズムは、
後述する表１、２、３、および、４の状態に基づくことができる。ＶＣＭシステ
ムによって軸電圧と接地電流をモニタすることは、部材状態を決定し、予測能力
を提供するために解析される。この解析のいくつかの代表する実例は次の通りで
ある。

【００３７】 電気機器の機外のベアリングおよびそこに適用されるカップリングとにおける
絶縁体の短絡すなわち絶縁不良は、モータの機外側の電圧検出ブラシの低電圧に
よって示され、機内側の接地ブラシにおける非常に高い電流によって生じる。

【００３８】 テストの間、モータの軸電圧が前の値の１／２まで低下したときには、軸摩擦
が表示される。この電圧のオシロスコープの軌跡は、先の全波整流というよりも
むしろ、半波整流の外観を持つことが、言及されるべきである。このモータの分
解することによって、摩擦が進行していたを明らかにした。解決したときに、軸
電圧の全波特性が復活した。静電荷の発生は、ＶＣＭにおける軸接地電流が最大
３．０アンペアでありタービンへの水蒸気入口温度９７０°Ｆを有する７５０Ｍ
Ｗタービン発電機について、示される。この温度が９５０°Ｆに低下したとき、
接地電流は６．０アンペアに増加した。したがって、この表示は、静電圧の発生
についての知られた要素である、湿り蒸気が考えられる原因である。静電的な軸
電圧の発生が、部分的な環状入り口または開口を持ったタービンへ導入される乾
き蒸気による場合、数百ボルトにものぼる電圧が測定された。

【００３９】 軸における高調波と電圧ノイズは、軸接地または励磁源における信頼性のある
高調波抑圧回路によって減少される場合でなければ、数百ボルトにも到達するこ
とが見出される。

【００４０】 最小セッティング以下の電流におけるＶＣＭ回路の警報は、軸接地のロスを示
す。

【００４１】 高く、たぶんに増加する残留磁化は、高く、および／または増加する軸電圧お
よび接地電流、電圧状態の状況によって指示される消磁が要求されるべき状態、
ベアリングに対する損傷の原因となる。

【００４２】 電気機器の欠陥は、固定子の巻線欠陥、コアの積層短絡、誘導機における回転
子バー破損、同期機の界磁巻線ショート、固定子ギャップまたはセグメント位置
合せ不良、および、電源システムに誘導される不平衡または高調波が含まれるこ
と、を含む。すべてのものは、磁気回路または電子回路における非対称を発生し
、結果的に軸電圧と接地電流が増加または変化する。

【００４３】 軸接地ブラシにおける分流器および電圧検出ブラシは、ＶＣＭシステムが処理
するための未処理の信号を提供する。検出された複数の信号を処理および調整す
ることによって、それらの信号は解析および評価され、その結果、回転機械にお
ける問題が進行しつつあることについての警告を発する。表１は、電気的に絶縁
された回転機械器軸のための警報基準を提示する。表２は、誘導電動機と誘導発
電機のための警報基準を提示する。表３は、同期電動機と交流発電機のための警
報基準を提示する。表４は、直流電動機と直流発電機のための警報基準を提示す
る。特定の警報基準は進行しつつある問題に関する表示であり、これらの問題は
、夫々対応するカラムの最上欄で識別される。各表の端部に付加してあるのは、
一般的な機器のタイプと、傾向および確証または非確証についてのモニタ、表示
される問題の進行と、によって得ることができる情報である。一般的な機械とモ
ニタされる傾向によってからの情報は、選択的に、警報の値を高めるために、信
号処理と解析とに組み込まれることができる。表５は、表１，２、３、および４
を理解するのに有効な使用符号の説明と注釈の概要を含む。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】

【表３】

【００４７】

【００４８】

【表４】

【００４９】

【００５０】

【表５】

【００５１】 表１、２、３、および４の警報基準に基づく解析ルーチンは、機械および／ま
たはその連結において生じ得る問題の最も早期の発生を検出し表示するために設
定される。測定される変量の初期ベンチマーク設定が、新た強い機器または良好
な作動状態にある機器について設定であるときに、問題が進行しているについて
の表示は最も信頼できる。

【００５２】 発明の多数の改良と別の実施形態は、当業者にとっては前述の記述からみて明
らかである。信号の処理と解析の電気回路構成は、専用の集積回路上で実現する
ことができる。専用の集積回路は、専門のアナログ装置、デジタル装置またはハ
イブリッド型アナログ／デジタル装置である。調整と解析回路の削減により、早
期警報と問題検出のための軸電圧電流監視システムである本発明を、回転機械器
に一体的なものとすることができる。アラーム／警報インジケータは、一体的お
よび／または遠隔的なものである。従って、この記述は、図示されるような最良
の形態の実施発明を当業者に教示するためにのみ考慮される。その構成の詳細は
実質的に発明の精神から逸脱することなく変更され、記載された請求項の範囲内
で全ての改良の排他的な使用が確保される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、軸ライダーブラシの信号から求められた典型的な波形を
示す。

【図２】 図２ａ、２ｂ、および、２ｃは、解析および／または記録のため
の軸電圧／電流の軌跡を示す。

【図３】 図３は、大規模なタービン発電機に使用される本発明のＶＣＭの
典型的な概略構成図である。

【図４】 工業用クラスの機器に使用される本発明のＶＣＭの典型的な概略
図である。

【図５】 図５は、本発明の代表的な実施の形態についてのブロック図であ
る。

【図６】 図６は、チャネルインタフェースについての詳細なブロック図で
ある。

【図７】 図７は、ＣＰＵモジュールについての詳細なブロック図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０９／５６３，８１９ (32)優先日 平成12年５月３日(2000．5．3) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 明細書に開示および図示されているような発明。
2. 【請求項２】 回転機械の軸接地電流を検出する少なくとも１つの電流セン
   サと、 回転機械の軸電圧を検出する少なくとも１つの電圧センサと、 軸接地電流の変化率と軸電圧の変化率とを明らかにする変化検出器と、 軸接地電流の変化、軸電圧の変化率および平均軸接地電流の関数として警報を
   発する評価システムと、を含み、 その警報は、回転機械で進行中の問題の表示である、回転機械用モニタ。
3. 【請求項３】 少なくとも１つの電流センサと少なくとも１つの電圧センサ
   が電動機と一体である電動機をさらに含んでいる請求項２に記載のモニタ。
4. 【請求項４】 変化検出器は、軸電圧の１次導関数と軸接地電流の１次導関
   数とを決定する、請求項２または３に記載のモニタ。
5. 【請求項５】 リアルタイムの軸電流値とリアルタイムの軸電圧値とが時間
   に対して圧縮される、データ集約のためのサンプリング装置をさらに含む請求項
   ２、３または４に記載のモニタ。
6. 【請求項６】 回転機械の軸接地電流を検出するステップと、 回転機械の軸電圧を検出するステップと、 軸接地電流の変化率を明らかにするステップと、 軸電圧の変化率を明らかにするステップと、 軸接地電流の変化、軸電圧の変化率および軸接地電流の関数として警報を発す
   るステップと、を含み、 その警報は、回転機械に進行中の問題の表示である、回転機械のモニタ方法。
7. 【請求項７】 軸接地電流の変化率を明らかにするステップは、軸接地電流
   の１次導関数を決定するものである、請求項６に記載の方法。
8. 【請求項８】 軸電圧の変化率を明らかにするステップは、軸電圧の１次導
   関数を決定するものである、請求項６または７に記載の方法。
9. 【請求項９】 リアルタイム軸電流値とリアルタイム軸電圧値とを時間に対
   してサンプリングするステップをさらに含む、請求項６、７または８に記載の方
   法。
10. 【請求項１０】 その警報は、さらに波形周波数の関数である、請求項２、
    ３、４、５、６、７、８または９に記載の発明。
11. 【請求項１１】 その警報は、さらに回転子周波数の関数である、請求項２
    、３、４、５、６、７、８、９または１０に記載の発明。
12. 【請求項１２】 その警報は、さらに最大接地電流と平均接地電流との比率
    の関数である、請求項２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１に記載
    の発明。
13. 【請求項１３】 その関数は、表１、表２、表３または表４によって定義さ
    れる、請求項２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２に記載の
    発明。