JP2014528589A - 加速度計 - Google Patents

Abstract

加速度計（１４）は、金属ハウジングと、ハウジング内の集積化圧電センサおよび集積化電子圧電（ＩＥＰＥ）増幅式センサの少なくとも一方とを含む。金属ブーツ（３６）は、ハウジングから延在し、複数のセンサワイヤは、センサからブーツ内に延在する。加速度計はまた、シースによって収容される金属酸化物粉末によって絶縁された複数のケーブルワイヤを有するブーツに接続された金属ケーブルシース（３８）を含む。複数のセンサワイヤの少なくとも１つは、ブーツ内の複数のケーブルワイヤの少なくとも１つに接続される。ハウジング、ブーツ、および金属ケーブルシースは、少なくとも１つのセンサ、複数のセンサワイヤ、および複数のケーブルワイヤ用の密封式格納容器を提供する。【選択図】図１

Description

本明細書で開示される主題の実施形態は、一般に、変換器に関し、より詳細には、過酷な環境で使用することが可能な加速度計に関する。

過去何年もの間、化石燃料の価格の上昇と共に、化石燃料の処理に関連する多くの態様への関心が高まってきた。化石燃料の処理中に、流体が、その後で使用するために、オンショアまたはオフショアの場所から処理用プラントに輸送される。他の用途では、エンドユーザへの配給を容易にするために、流体をより局在的に、たとえば、炭化水素処理用プラントのサブシステム間で輸送することができる。

少なくともいくつかの流体輸送ステーションは、ガスタービンによって駆動される、圧縮機、ファン、および／またはポンプなどの回転機械を使用する。これらのタービンの一部は、ガスタービン出力駆動シャフト速度を所定の装置駆動シャフト速度まで増加させるかまたは減少させるギアボックスを介して関連する流体輸送装置を駆動する。他の回転機械では、電動式駆動モータまたは電気式駆動装置が、機械式駆動装置（すなわち、ガスタービン）の代わりに（または、それと共に）使用されて、回転機械を動作させる。

産業で使用されることが多い１つのターボ機械は、電気モータによって駆動される圧縮機を含む。こうしたターボ機械を、たとえば、メタン、天然ガス、および／または液化天然ガス（ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ）（ＬＮＧ）を回収するために使用することができる。こうしたガスの回収は、エミッションを低減し、船にＬＮＧを積載する間のフレア処理（ｆｌａｒｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）を低減することができる。この種類のターボ機械の他の使用は当技術分野では公知であり、ここでは論じられない。

こうした回転機械の例が図７に示される。回転機械５０２は圧縮機５０６に接続された電気モータ５０４を含む。２つの機械のシャフト間の接続は機械継手５０８によって達成されうる。モータ外部ケーシング５１０を、たとえばボルト５１４によって圧縮機外部ケーシング５１２に取り付けることができる。圧縮機５０６は、圧縮機シャフト５１８に取り付けられる１つまたは複数の翼車（ｉｍｐｅｌｌｅｒ）５１６を含むことができる。圧縮機シャフト５１８は、長手方向軸Ｘの周りで回転するように構成される。圧縮機シャフト５１８の回転は、圧縮機シャフト５１８の両端部の能動型磁気軸受５２０および５２２を使用することによって強化される。

特定の設定、すなわち、オンショア、オフショア、海中（ｓｕｂｓｅａ）などによらず、また、回転機械がタービン駆動式であるかモータ駆動式であるかによらず、化石燃料処理の、特に、こうした処理に関わる回転機械の、効率を増加させ、コストを減少させ、環境影響を減少させる必要性が常に存在する。

この必要性が常に存在する結果として、回転機械の性能は、改善され続ける。今日の回転機械は、効率的でかつ環境に優しいだけではなく、以前より高温かつ高圧でより多くの腐食性物質を処理することが可能である。

これらの改善は歓迎されるが、これらのプロセスを制御するための既存の解決策は、こうした改善によってもたらされる過酷な環境で働く要求を満たすのに不適切であることが多い。

１つの特に関心のあるエリアは変換器である。変換器は、回転機械によって実施されるプロセスに関する情報だけでなく、回転機械自体に関する情報も提供する重要な役割を果たす。加速度計などの一部の変換器は、回転機械によって実施されるプロセスの効率に関する洞察だけでなく、軸受またはシャフトなどの回転機械自体のコンポーネントの健全性に関する洞察も得るために使用することができる。

プロセス情報および／または機械情報が生成される場所に対する加速度計の配置は、加速度計がこうした情報を測定する能力にとって重要である。しばしば、これは、たとえば回転機械内で、こうした情報が生成される地点に近接して加速度計を位置付けることを必要とする。

こうした場所は、特に過酷な環境内、たとえば高圧、高温、および／または腐食性プロセス流体内あるいはそれに近接する場合がある。先に論じた図７の回転機械５０２に関して、磁気軸受５２０および５２２は圧縮機によって処理される媒体に露出される。この流体、たとえば、メタンは、腐食性である場合があり、たとえば２０００ｐｓｉの高圧およびたとえば１６０℃の温度を有する可能性がある。さらに、特に強い電磁場を、能動型磁気軸受５２０および５２２が呈する。回転機械５０２内で軸受５２０および／または軸受５２２に近接して１つまたは複数の加速度計あるいは／または他の変換器を配置することが望ましい。したがって、こうした環境内で有効に動作することができる、変換器、特に加速度計についての必要性が存在する。

英国特許第２３１４６３１号公報

例示的な実施形態によれば、加速度計（または加速度変換器）は、金属ハウジングと、ハウジング内の集積化圧電加速度センサおよび集積化電子圧電（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）（ＩＥＰＥ）増幅式加速度センサの少なくとも一方とを含む。金属ブーツはハウジングから延在し、複数のセンサワイヤはセンサからブーツ内に延在する。加速度計はまた、シースによって収容される金属酸化物粉末によって絶縁された複数のケーブルワイヤを有するブーツに接続された金属ケーブルシースを含む。複数のセンサワイヤの少なくとも１つは、ブーツ内の複数のケーブルワイヤの少なくとも１つに接続される。ハウジング、ブーツ、および金属ケーブルシースは、少なくとも１つのセンサ、複数のセンサワイヤ、および複数のケーブルワイヤ用の密封式格納容器を提供する。

別の実施形態によれば、回転機械用の変換器組立体は、回転機械内の軸受に近接して配置されたハウジングと、密封式格納容器を形成するためにハウジングに接続された金属シースとを含む。変換器はハウジング内にあり、金属シースから延在する少なくとも１つのワイヤは変換器に電気接続される。シース内に収容される金属酸化物粉末は少なくとも１つのワイヤを絶縁する。

別の実施形態によれば、加速度計用の密封式格納容器を提供する方法は、金属ブーツ伸張部を有する金属ハウジングを設けること、ハウジング内に集積化圧電加速度センサおよび集積化電子圧電（ＩＥＰＥ）増幅式加速度センサの少なくとも一方を配置することであって、それにより、少なくとも１つのセンサから延在する複数のワイヤが金属ブーツ伸張部から出るように延在する、配置すること、金属酸化物粉末によって絶縁される複数のワイヤを有する金属シースを配置することであって、それにより、ワイヤが、シースの端部からセンサから延在するワイヤまで延在する、配置すること、少なくとも１つのセンサから延在する複数のワイヤをブーツから延在する複数のワイヤに電気接続すること、金属ブーツ伸張部内に電気接続されたワイヤを配置すること、および、金属シースをブーツに接続することであって、それにより、少なくとも１つのセンサ、複数のセンサワイヤ、および複数のケーブルワイヤ用の密封式格納容器を提供する、接続することを含む。

本明細書に組込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、１つまたは複数の実施形態を示し、説明と共に、これらの実施形態を説明する。

例示的な実施形態の斜視図である。 図１に示す例示的な実施形態の側面図である。 例示的な実施形態による金属ケーブルシースの断面図である。 図３に示す例示的な実施形態の端面図である。 別の例示的な実施形態によるブーツの断面図である。 例示的な実施形態による方法のフローチャートである。 回転機械を示す図である。

例示的な実施形態の以下の説明は添付図面を参照する。異なる図面の同じ参照数字は同じまたは同様の要素を特定する。以下の詳細な説明は本発明を限定しない。代わりに、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。以下の実施形態は、簡潔にするために、ハウジングおよびセンサを有する変換器の用語および構造に関して論じられる。しかし、次に論じられる実施形態は、これらの例示的なシステムに限定されるのではなく、他のシステムに適用することができる。

「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「ある実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」に対して本明細書を通して参照することは、ある実施形態に関連して述べる特定の特徴、構造、または特性が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通して種々の場所にフレーズ「一実施形態において（ｉｎ ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「ある実施形態において（ｉｎ ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」が現れることは、必ずしも同じ実施形態を参照しない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は１つまたは複数の実施形態において任意の適した方法で組み合わすことができる。

図１および図２は、本発明による加速度計１４の例示的な実施形態を示す。加速度計１４は、五角形形状を画定する第１の側面１８（図１）および第２の側面２２（図２）を有する金属ハウジング１６を含む。五角形状のハウジング１６は、側面２８および３２の交差部ならびに側面２４の中心によって画定される平面に関して対称である。

ハウジング１６はまた、第１および第２の側面１８、２２の縁部間に延在する側面２４、２６、２８、３２、および３４を含む。図１および図２に示すように、側面２４、２６、２８、３２、および３４は同じ幅を有する。

少なくとも１つの軸に沿う加速度を検知し、検知された加速度に対応する信号を生成することが可能なセンサ（図示せず）がハウジング１６内に設けられる。図１および図２に示す実施形態では、変換器は３軸加速度変換器である。例示的な３軸加速度センサは、集積化圧電センサおよび集積化電子圧電（ＩＥＰＥ）増幅式センサを含む。

加速度計１４はまた、ハウジング１６の側面２４から延在する金属ブーツ３６を含む。図１、図２、および図５に示すように、金属ブーツ３６は、溶接によってハウジング１６の側面２４に接続された円筒チューブである。しかし、この接続を、接着性シーラントなどの他の化学的手段および／またはねじ込み式接続などの機械式手段によって形成することができる。代替的に、ハウジング１６およびブーツ３６を一体形成することができる。

図１、図２、および図５にさらに示すように、金属ケーブルシース３８がブーツ３６に接続される。金属シース３８は、エポキシシーラント４０によってブーツ３６に接続される。しかし、この接続を、溶接などの他の化学的手段および／またはねじ込み式接続などの機械式手段によって形成することができる。代替的に、金属シース３８およびブーツ３６を一体形成することができる。

金属ケーブルシース３８は４つのワイヤ４２、４４、４６、および４８を備える。ワイヤ４２、４４、および４６はそれぞれ加速度軸に対応し、ワイヤ４８はコモンワイヤである。ワイヤ４２、４４、４６、および４８は、金属シース３８によって収容される、金属酸化物粉末５２、たとえば酸化マグネシウム粉末および／または酸化シリコン粉末によって絶縁される。

図５に示すように、４つの変換器ワイヤ５４、５６、５８、および６２が、ハウジング１６内で加速度変換器からブーツ３６内へ延在する。ワイヤ５４、５６、および５８はそれぞれ加速度軸に対応し、ワイヤ６２はコモンワイヤである。

ワイヤ４２と５４、ワイヤ４４と５６、ワイヤ４６と５８、およびワイヤ４８と６２は、たとえばレーザはんだ付けによって接合部６４、６６、６８、および７２で電気接続される。非導電性シーラント７４が、ブーツ３６内のワイヤ間およびはんだ接合部間に設けられる。

図１〜５から認識することができるように、金属ハウジング１６、金属ブーツ３６、および金属ケーブルシース３８は、変換器、ワイヤ、およびはんだ接合部用の密封式格納容器を提供する。さらに、ケーブルシース３８内の金属酸化物絶縁材料もまた金属から作られる。したがって、加速度計１６は、従来の加速度計に比べて、腐食、高圧、高温、および強い電磁場に耐えることが可能である。

図６のフローチャートに示す実施形態によれば、加速度計用の密封式格納容器を提供する方法（１０００）は、金属ブーツ伸張部を有する金属ハウジングを設ける（１００２）こと、ハウジング内に集積化圧電加速度センサおよび集積化電子圧電（ＩＥＰＥ）増幅式加速度センサの少なくとも一方を配置することであって、それにより、少なくとも１つのセンサから延在する複数のワイヤが金属ブーツ伸張部から出るように延在する、配置する（１００４）こと、金属酸化物粉末によって絶縁される複数のワイヤを有する金属シースを配置することであって、それにより、ワイヤが、シースの端部からセンサから延在する複数のワイヤまで延在する、配置する（１００６）こと、少なくとも１つのセンサから延在する複数のワイヤをブーツから延在する複数のワイヤに電気接続する（１００８）こと、金属ブーツ伸張部内に電気接続されたワイヤを配置する（１０１０）こと、および、金属シースをブーツに接続することであって、それにより、少なくとも１つのセンサ、複数のセンサワイヤ、および複数のケーブルワイヤ用の密封式格納容器を提供する、接続する（１０１２）ことを含みうる。

上述した実施形態は、本発明をあらゆる点で例証することを意図しており、本発明を限定することを意図しない。こうした全ての変形および変更は、添付特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲および精神内にあると考えられる。本出願の説明で使用される要素、行為、指示は、明示的にそのように述べられない限り、本発明にとって重要または不可欠であると解釈されるべきではない。また、本明細書で使用されるように、冠詞「ある（ａ）」は、１つまたは複数のアイテムを含むことを意図される。

１４ 加速度計
１６ 金属ハウジング
１８、２２、２４、２６、２８、３２、３４ 側面
３６ 金属ブーツ
３８ 金属ケーブルシース
４０ エポキシシーラント
４２、４４、４６、４８ ワイヤ
５２ 金属酸化物粉末
５４、５６、５８、６２ 変換器ワイヤ
６４、６６、６８、７２ 接合部
７４ 非導電性シーラント

Claims (10)

1. 加速度計であって、
   金属ハウジングと、
   前記ハウジング内の集積化圧電加速度センサおよび集積化電子圧電（ＩＥＰＥ）増幅式加速度センサの少なくとも一方と、
   前記ハウジングから延在する金属ブーツと、
   前記センサから前記ブーツ内に延在する複数のセンサワイヤと、
   金属ケーブルシースであって、前記ブーツに接続され、前記シースによって収容される金属酸化物粉末によって絶縁された複数のケーブルワイヤを有する、金属ケーブルシースと、
   前記ブーツ内の前記複数のケーブルワイヤの少なくとも１つに接続される前記複数のセンサワイヤの少なくとも１つとを備え、
   前記ハウジング、前記ブーツ、および前記金属ケーブルシースは、前記少なくとも１つのセンサ、前記複数のセンサワイヤ、および前記複数のケーブルワイヤ用の密封式金属格納容器を提供する、加速度計。
2. 前記複数のケーブルワイヤは４つのワイヤを含む、請求項１記載の加速度計。
3. 前記複数のセンサワイヤは４つのワイヤを含み、第１のワイヤは第１の軸に対応する信号を運び、第２のワイヤは第２の軸に対応する信号を運び、第３のワイヤは第３の軸に対応する信号を運び、第４のワイヤはコモンに対応する、請求項１または請求項２記載の加速度計。
4. 前記第１のケーブルワイヤは前記第１のセンサワイヤにはんだ付けされ、前記第２のケーブルワイヤは前記第２のセンサワイヤにはんだ付けされ、前記第３のケーブルワイヤは前記第３のセンサワイヤにはんだ付けされ、前記第４のケーブルワイヤは前記第４のセンサワイヤにはんだ付けされる、請求項１乃至３のいずれか１項記載の加速度計。
5. 前記金属シースは前記ブーツに溶接される、請求項１乃至４のいずれか１項記載の加速度計。
6. 前記溶接はＴＩＧ溶接である、請求項１乃至５のいずれか１項記載の加速度計。
7. 前記溶接はレーザ溶接である、請求項１乃至６のいずれか１項記載の加速度計。
8. 前記金属シースは、接着性シーラントで前記ブーツに接続される、請求項１乃至７のいずれか１項記載の加速度計。
9. 回転機械用の変換器組立体であって、
   前記回転機械内の軸受に近接して配置されたハウジングと、
   密封式格納容器を形成するために前記ハウジングに接続された金属シースと、
   前記ハウジング内の変換器と、
   前記金属シースから延在し、前記変換器に電気接続される少なくとも１つのワイヤとを備え、
   前記シースは、前記少なくとも１つのワイヤを絶縁する金属酸化物粉末を収容する、変換器組立体。
10. 加速度計用の密封式格納容器を提供する方法であって、
    金属ブーツ伸張部を有する金属ハウジングを設けること、
    前記ハウジング内に集積化圧電加速度センサおよび集積化電子圧電（ＩＥＰＥ）増幅式加速度センサの少なくとも一方を配置することであって、それにより、前記少なくとも１つのセンサから延在する複数のワイヤが前記金属ブーツ伸張部から出るように延在する、配置すること、
    金属酸化物粉末によって絶縁される複数のワイヤを有する金属シースを配置することであって、それにより、前記ワイヤが、前記シースの端部から前記センサから延在する前記複数のワイヤまで延在する、配置すること、
    前記少なくとも１つのセンサから延在する前記複数のワイヤを前記ブーツから延在する前記複数のワイヤに電気接続すること、
    前記金属ブーツ伸張部内に前記電気接続されたワイヤを配置すること、および、
    前記金属シースを前記ブーツに接続することであって、それにより、前記少なくとも１つのセンサ、前記複数のセンサワイヤ、および前記複数のケーブルワイヤ用の密封式格納容器を提供する、接続することを含む、方法。