JP7278412B2 - 汚染及び／又は浸食を測定するためのセンサ配設及び方法、並びに汚染及び／又は浸食を監視する機械 - Google Patents

Description

本明細書に開示される主題は、汚染及び／又は浸食を測定するためのセンサ配設及び方法、並びに汚染及び／又は浸食を監視する機械に関する。

一般に、機械は、その動作中に汚染及び／又は浸食を受ける。

これは、動作中の汚染及び／又は浸食が、機械の内部流路内の作動流体の流れに少なくとも部分的に起因する、ターボ機械、具体的には、単段又は多段遠心圧縮機に、特に当てはまる。汚染及び浸食の両方は、流動性作動流体によって運ばれる材料によるものであり、流速が低い場合には、浸食も低い。流速が低下すると、汚れがより付着する傾向がある。

汚染（機械の１つ以上の内部位置での）が過剰なレベルに達すると、機械は、停止、洗浄、及び再開されるべきであり、実際に、機械内部の汚染は、例えば、機械の効率の損失を引き起こし得る。洗浄は、複雑で時間がかかり、したがって高価である機械を分解する必要があることが多い。したがって、少なくとも理想的には、このようなメンテナンス動作は、必要に応じて常に実行されるべきであるが、好ましくは必要な場合にのみ実行されるべきである。

浸食（機械の１つ以上の構成要素の）が過剰なレベルに達すると、機械は、停止、修理、及び再開されるべきであり、実際に、侵食された構成要素が破断しなければならない場合、機械への多大な損傷が発生し得る。いずれの場合も、機械内の浸食は、例えば、機械の効率の損失を引き起こし得る。修復は、複雑で時間がかかり、したがって高価である機械の分解を常に必要とする。したがって、少なくとも理想的には、このようなメンテナンス動作は、必要に応じて常に実行されるべきであるが、好ましくは必要な場合にのみ実行されるべきである。

したがって、過度に考慮される所定のレベルに到達するときに適切な工程を取るように、機械の１つ以上の内部場所での汚染及び／又は浸食を監視することが望ましいであろう。

一態様によれば、本明細書に開示される主題は、機械内の汚染及び／又は浸食を測定するためのセンサ配設に関する。センサ配設は、第１の圧電変換器及び第１のプレートを含み、第１のプレートは、第１の圧電変換器に固定連結されて、それによって第１の単一振動質量を形成する。第１の圧電変換器は、センサ配設に印加された電気信号によって刺激されるように配設される。第２の圧電変換器及び第２のプレートであって、第２の圧電変換器に固定連結されて、それによって第２の単一振動質量を形成する、第２のプレートを備える。第２の圧電変換器は、センサ配設に印加された電気信号によって刺激されるように配設される。センサ配設は、第１のプレートが機械内の作動流体の流れ（すなわち、機械の流路内）に露出される一方で、第２のプレートが作動流体に露出されるが、その流れには露出されない（すなわち、流体が静止しており、流速がゼロである）ように、機械内に設置されるように配設される。

別の態様によれば、本明細書に開示される主題は、機械の内部流路内を流れる作動流体を通って動作するように配設されている機械に関する。機械は、少なくとも１つのセンサ配設を含む。センサ配設は、第１の圧電変換器及び第１のプレートを含み、第１のプレートは、第１の圧電変換器に固定連結されて、それによって第１の単一振動質量を形成する。第１の圧電変換器は、センサ装置に印加された電気信号によって刺激されるように配設される。第２の圧電変換器及び第２のプレートであって、第２の圧電変換器に固定連結されて、それによって第２の単一振動質量を形成する、第２のプレートを備える。第２の圧電変換器は、センサ配設に印加された電気信号によって刺激されるように配設される。センサ配設は、第１のプレートが機械内の作動流体の流れ（すなわち、機械の流路内）に露出される一方で、第２のプレートが作動流体に露出されるが、その流れには露出されない（すなわち、流体が静止しており、流速がゼロである）ように、機械内に設置されるように配設される。第１のプレートは、流路の壁の一部分を形成する。

更に別の態様によれば、本明細書に開示される主題は、機械の内部流路の壁上の汚染及び／又は浸食を測定するための方法に関し、本方法は、Ａ）第１の圧電変換器が第１の電気共振振動を生成するように、第１の刺激電気信号によって第１の圧電変換器を繰り返し刺激する工程であって、第１の圧電変換器が、当該壁に組み込まれた第１の振動質量の一部分である、刺激する工程と、Ｂ）第１の電気共鳴振動の共振周波数を繰り返し測定する工程と、Ｃ）第２の圧電変換器が第２の電気共振振動を生成するように、第２の刺激電気信号によって第２の圧電変換器を繰り返し刺激する工程であって、第２の圧電変換器が、当該第１の振動質量部に近接しているが、当該壁から離れて位置決めされた第２の振動質量の一部分である、刺激する工程と、Ｄ）当該第２の電気共鳴振動の共振周波数を繰り返し測定する工程と、Ｅ）当該第１の電気共鳴振動の当該共振周波数と当該第２の電気共鳴振動の当該共振周波数とを繰り返し比較する工程と、を含む。

本発明の開示された実施形態、及びその付随する利点の多くのより完全な理解は、添付図面と関連して考慮されるときに、以下の詳細な説明を参照することによって、より良く理解されるように、容易に取得されるであろう。
図１は、機械、特に多段遠心圧縮機の実施形態の概略縦断面図を示す。 図２は、汚染又は浸食を測定するためのセンサ配設の実施形態の簡略化された変形例の概略横断面図を示す。 図３は、機械内の汚染又は浸食を測定するためのセンサ配設の実施形態の概略断面図を示す。 図４は、機械内の汚染又は浸食を測定する方法の実施形態の簡略化された変形例のフローチャートを示す。 図５は、機械内の汚染又は浸食を測定する方法の一実施形態のフローチャートを示す。

本出願人は、機械内の汚染及び浸食が機械内部の質量変化を意味し、汚染の場合、材料の質量が、機械のある特定の場所（特に、機械の構成要素のある特定の場所）に付着される（すなわち、追加される）ことを考慮している。浸食の場合、材料の質量は、機械のある特定の場所（特に、機械の構成要素のある特定の場所）から除去される（すなわち減算される）。

したがって、出願人は、これらの現象のうちの１つ以上が発生する可能性が高い機械の１つ以上の場所での質量測定を繰り返すことによって、汚染及び／又は浸食を監視すると考えている。質量変化が検出された場合、これは、いくらかの汚染又は浸食が発生したことを意味する。

質量を測定する様々なアプローチがあるが、特に機械の作動流体が流れている内部位置において、動作機械内でそれを行うことは非常に困難である。

本出願人は、このような状況において特に効果的なアプローチ、すなわち、以下に簡単に説明するセンサ配設を介して実施される慣性バランス測定を特定した。

圧電変換器及びプレートは、振動質量を形成するように互いに固定される。圧電変換器を電気的に刺激した後、振動質量は、機械的に振動し始め、これは「自然共鳴」と呼ばれ、その結果、圧電変換器は、電気共鳴振動を発生させ、電気共鳴振動は、「自然共鳴周波数」と呼ばれる振動質量の全体質量に応じた周波数である。振動質量の全体的な質量が、例えば、機械内の汚染又は浸食に起因して変化する場合、また、電気振動周波数が変化し、すなわち、「自然共振周波数」が変化する。このような周波数変化を測定することができ、対応する質量変化を決定することができる。

上述の原理に従って動作するセンサ配設は、（機械のステータ構成要素又は機械のロータ構成要素のいずれかで）機械内に設置され得る。汚染が対象となる場合、センサ配設は、汚れ（作動流体流による）がプレート上に付着し、振動質量の全体的な質量を変化させるように位置決めされる。浸食が対象となる場合、センサ配設は、（作動流体の流れによる）浸食がプレートに作用し、振動質量の全体的な質量を変化させるように位置決めされる。

ここで、本開示の実施形態を詳細に参照し、これらのうちの１つ以上の実施例が図面に例解されている。各実施例は、本開示を限定するものではなく、本開示の説明によって提供される。実際に、本開示の範囲又は趣旨から逸脱することなく、本開示において様々な変更及び変形が行われることができることが、当業者にとって明らかであろう。本明細書全体を通して「一実施形態」又は「実施形態」又は「いくつかの実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、又は特性が、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、本明細書全体を通して様々な場所における「一実施形態では」又は「実施形態では」又は「いくつかの実施形態では」という句の出現は、必ずしも同じ実施形態を指すものではない。更に、特定の特徴、構造、又は特性は、１つ以上の実施形態において、任意の好適な様式で組み合わされ得る。

様々な実施形態の要素を提示する際、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、要素のうちの１つ以上があることを意味することを意図している。「備える（comprising）」、「含む（including）」、及び「有する（having）」という用語は、非排他的であり、挙げられた要素以外に更に要素があってもよいと意味することを意図している。

ここで図面を参照すると、図１は、機械１００、特に多段遠心圧縮機の実施形態の概略縦断面図を示す。機械１００は、ロータ１２０と、ステータ１１０と、を備える。特に、ステータ１１０はロータ１２０を取り囲む。内部流路１３０は、ステータ１１０とロータ１２０との間に画定され、機械１００の入口（図１の左側）から機械１００の出口（図１の右側）に展開する。機械１００の運転中、流路１３０は、機械１００の入口に作動流体を受容し、機械１３０の出口から排出するように配設される。図１の実施形態では、特に、例えば、ロータ１２０の３つのインペラの流れチャネル内部の流路１３０に沿って流れることにより、作動流体はロータ１２０の回転を引き起こす。

流路１３０内の作動流体の流れにより、汚染及び／又は浸食は、ステータ１１０及び／又はロータ１２０の１つ以上の部分に生じ得る。

図１の実施形態では、汚染及び／又は浸食は、例えば、第１のセンサ配設２００及び第２のセンサ配設３００を通じて監視される。一般的に、このようなセンサ配設の数は、１つから、例えば、１００まで変動し得る。

これらのセンサ配設は、（以下でより良好に説明されるように）流路１３０に隣接して位置決めされ、具体的にはセンサ配設の一部は、流路の壁の一部分を形成し、これらのセンサ配設のいずれも、ステータ１１０又はロータ１２０に取り付けられ得る。センサ配設２００はロータ１２０に取り付けられ、その一部は壁１３２の一部分を形成する。センサ配設３００は、ステータ１１０に取り付けられ、その一部は壁１３４の一部分を形成する。図１の実施形態では、センサ配設は、機械１００の入口領域内に位置するが、代替的な実施形態では、センサ配設は、入口領域及び／又は出口領域内、及び／又は機械の中間領域内に位置し得ることを理解されたい。

例えば、センサ配設３００のようなセンサ配設が機械のステータに取り付けられる場合、有線接続は、例えば、機械の測定又は監視電子ユニットにそれを接続するために使用される。

例えば、センサ配設２００のようなセンサ配設が機械のロータに取り付けられる場合、無線接続は、例えば、機械の測定又は監視電子ユニットにそれを接続するために使用される。当業者であれば、無線接続が有線接続よりも複雑であることを理解する。

ここで図２を参照すると、センサ配設２００は、汚染又は浸食を測定するように配設され、少なくとも第１の圧電変換器２１０及び第１のプレート２２０を備える。第１の圧電変換器２１０及び第１のプレート２２０は、第１の単一の振動質量を形成するように互いに固定連結される。図２のセンサ配設２００は、図３のセンサ配設３００の簡略化された変形例と見なされるべきであることに留意されたい。以下の説明は、図３の実施形態を理解するために有用である。

図３の実施形態の簡略化された変形例である図２の解決策では、センサ配設は、第１の支持部材２３０を更に備える。第１の単一振動質量が、第１の圧電変換器２１０、第１のプレート２２０、及び第１の支持部材２３０の組み合わせによって形成されるように、第１の圧電変換器２１０及び第１のプレート２２０は、第１の支持部材２３０に固定連結される。有利には、第１の圧電変換器２１０は、機械の流路（図２の１３０）から離れて設計された第１の支持部材２３０の第１の側に固定され、第１のプレート２２０は、機械の流路（図２の１３０）に近接するように設計された第１の支持部材２３０の第２の側に固定される。

第１の圧電変換器２１０は、センサ配設２００に印加された電気信号によって刺激されるように配設される。例えば、図２は、第１の圧電変換器２１０の接点２１２に電気的に接続され、かつ第１の圧電変換器２１０に／から電気信号を供給するように配設されている、電気ケーブル２１４を示す。電気ケーブル２１４は、例えば、測定値から刺激電気信号を供給するように、又は電子ユニットを第１の圧電変換器２１０に監視するように配設されている。電気ケーブル２１４はまた、第１の圧電変換器２１０から、例えば、測定又は監視電子ユニットに、共振振動電気信号を供給するように配設されている。共振振動電気信号は、典型的には、以前の電気刺激の電気刺激の結果である。

図２に示すように、センサ配設２００は、第１プレート２２０が機械内の作動流体の流れＦ（すなわち、機械の流路内）に露出するように、機械内に設置されるように配設される。好ましくは、第１のプレートは、流路１３０の壁１３２の一部分を形成する。好ましくは、センサ配設２００の設置の直後（すなわち、任意の汚染及び／又は浸食前）、第１プレート２２０の表面は、壁１３２の周囲表面と位置合わせされる。

センサ配設２００は、壁１３２の凹部１３３の内側に位置決めされ、壁１３２に固定される。図２の解決策によれば、環状部材２８０は、センサ配設２００を壁１３２に固定するために使用される。例えば、第１の支持部材２３０の周辺部は、環状部材２８０によって保持され、環状部材２８０は、壁１３２の穴にねじ込まれるか、又は嵌合する。

図２に詳細に示されるセンサ配設２００は、機械１００の内部流路の壁上の汚染又は浸食を測定するために使用される。図２に示す解決策は、腐食を測定するためにも使用され得るが、しかしながら、この場合、正確には、図３の実施形態の簡略化された変形例ではない。図１では、センサ配設２００は、ロータ壁に取り付けられているが、代替的に、同様のセンサ配設がステータ壁に取り付けられ得る。

センサ配設２００又は同様のセンサ配設に基づいて汚染又は浸食を測定するための方法の一実施形態の簡略化された変形例、すなわち、図５の実施形態の簡略化された変形例を、図４のフローチャート４００を参照して以下に説明する。

フローチャート４００は、開始工程４１０及び終了工程４９０を含む。

フローチャート４００による方法は、少なくとも第１の圧電変換器（例えば、図２の第１の圧電変換器２１０）及び第１のプレート（例えば、図２の第１のプレート２２０）のアセンブリによって形成された第１の単一振動質量を位置決めする予備工程４２０を含み、第１のプレートは、流路壁の一部分を形成する。

更に、フローチャート４００による方法は、以下の工程を更に含む。
Ａ）工程４３０：第１の圧電変換器（例えば、図２の第１の圧電変換器２１０）を第１の刺激電気信号によって繰り返し刺激し、そのため、第１の圧電変換器（例えば、図２の第１の圧電変換器２１０）が、第１の電気共振振動を生成すること。
Ｂ）工程４４０：当該第１の電気共鳴振動の共振周波数（「第１の共振周波数」と呼ばれ得る）を繰り返し測定すること。

工程４３０及び４４０で参照される繰り返しは、図４のフローチャート４００のループＬ１に対応する。ループは、汚染及び浸食の進行が非常に遅いとき、好ましくは１時間より長く、好ましくは１日より短い期間で、繰り返され得る。繰り返し期間は厳密に一定である必要はなく、例えば、最大１０％又は２０％（又は更にはより多く）の変動が許容可能であることに留意されたい。

工程４３０及び４４０が、機械１００の動作中に実施される（すなわち、それらが測定プロセスの一部である）間に、機械１００を組み立てるときに、工程４２０が実施されることに留意されたい。ループＬ１は、機械１００の始動から機械１００の停止まで連続的に繰り返され得る。したがって、有利には、機械１００が動作していないときにループＬ１が中断される。

好ましくは、第１の電気共鳴振動の共振周波数は、２０ＫＨｚ超である。

工程４３０及び４４０は、例えば、任意の図に示されておらず、かつセンサ配設２００の電気ケーブル２１４に電気的に接続され得る、機械１００の測定又は監視電子ユニットによって実施され得る。

上述の測定又は監視電子ユニットは、実施される周波数測定を処理し得る。例えば、周波数測定を行う任意の時間は、測定値を上限閾値及び／又は下限閾値と比較し得る。これらの閾値のうちのいずれかを超えた場合、そのような事象を、例えば、機械の電子制御ユニット及び／又はオペレータに信号伝達し得、そのような信号伝達は、電子指標（例えば、機械の電子制御ユニットに送信される電子メッセージ）及び／又は視覚的指標及び／又は音指標であり得る。周波数測定は、例えば、センサ配設の構成要素の現在の温度を考慮するために、閾値比較（複数可）の前に、いくらかの前処理を受けてもよいことに留意されたい。

ここで図３を参照すると、センサ配設３００は、汚染又は浸食を測定するように配設され、少なくとも第１の圧電変換器３１０及び第１のプレート３２０を備える。第１の圧電変換器３１０及び第１のプレート３２０は、第１の単一の振動質量を形成するように互いに固定連結される。

図３の実施形態では、センサ配設は、第１の支持部材３３０を更に備える。第１の単一振動質量が、第１の圧電変換器３１０、第１のプレート３２０、及び第１の支持部材３３０の組み合わせによって形成されるように、第１の圧電変換器３１０及び第１のプレート３２０は、第１の支持部材３３０に固定連結される。有利には、第１の圧電変換器３１０は、機械の流路（図３の１３０）から離れて設計された第１の支持部材３３０の第１の側に固定され、第１のプレート３２０は、機械の流路（図３の１３０）に近接するように設計された第１の支持部材３３０の第２の側に固定される。

第１の圧電変換器３１０は、センサ配設３００に印加された電気信号によって刺激されるように配設される。例えば、図３は、第１の圧電変換器３１０の接点３１２に電気的に接続され、かつ第１の圧電変換器３１０に／から電気信号を供給するように配設されている、電気ケーブル３１４を示す。電気ケーブル３１４は、例えば、測定値から刺激電気信号を供給するように、又は電子ユニットを第１の圧電変換器３１０に監視するように配設されている。電気ケーブル３１４はまた、第１の圧電変換器３１０から、例えば、測定又は監視電子ユニットに、共振振動電気信号を供給するように配設されている。共振振動電気信号は、典型的には、以前の電気刺激の電気刺激の結果である。

図３に示すように、センサ配設３００は、第１プレート３２０が機械内の作動流体流れＦ（すなわち、機械の流路内）に露出するように、機械内に設置されるように配設される。好ましくは、第１のプレートは、流路１３０の壁１３３の一部分を形成する。好ましくは、センサ配設３００の設置の直後（すなわち、任意の汚染及び浸食前）、第１プレート３２０の表面は、壁１３４の周囲表面と位置合わせされる。

センサ配設３００は、少なくとも第２の圧電変換器３４０及び第２のプレート３５０を更に備える。第２の圧電変換器３４０及び第２のプレート３５０は、第２の単一振動質量を形成するように互いに固定連結される。

図３の実施形態では、センサ配設は、第２の支持部材３６０を更に備える。第２の単一振動質量が、第２の圧電変換器３４０、第２のプレート３５０、及び第２の支持部材３６０の組み合わせによって形成されるように、第２の圧電変換器３４０及び第２のプレート３５０は、第２の支持部材３６０に固定連結される。有利には、第２の圧電変換器３４０は、機械の流路（図３の１３０）に近接するように設計された第２の支持部材３６０の第１の側に固定され、第２のプレート３５０は、機械の流路（図３の１３０）から離れているように設計された第２の支持部材３６０の第２の側に固定される。

第２の圧電変換器３４０は、センサ配設３００に印加された電気信号によって刺激されるように配設される。例えば、図３は、第２の圧電変換器３４０の接点３４２に電気的に接続され、かつ第２の圧電変換器３４０に／から電気信号を供給するように配設されている、電気ケーブル３４４を示す。電気ケーブル３４４は、例えば、測定値から刺激電気信号を供給するように、又は電子ユニットを第１の圧電変換器３４０に監視するように配設されている。電気ケーブル３４４はまた、第２の圧電変換器３４０から、例えば、測定又は監視電子ユニットに、共振振動電気信号を供給するように配設されている。共振振動電気信号は、典型的には、以前の電気刺激の電気刺激の結果である。

図３に示されるように、第２のプレート３５０が機械の作動流体（すなわち、静止している、又はゼロの流速）に露出されるが、機械内（すなわち、機械の流路内）の作動流体の流れＦには露出されない（これは、汚染又は浸食を受けるべきではないことを意味する）ように、かつ、少なくとも第１の圧電変換器３１０、第１のプレート３２０、第２の圧電変換器３４０、及び第２のプレート３５０が、ほぼ同じ温度及び同じ圧力に露出されるように、センサ配設３００は、機械内に設置されるように配設される。図３の実施形態では、第１の支持部材３３０及び第２の支持部材３６０は、ほぼ同じ温度及び同じ圧力に露出される。

図３の実施形態によれば、センサ配設３００は、更に第１の空洞３７２を備え得る。第１の単一振動質量、すなわち、要素３１０＋３２０＋３３０の組み合わせは、第１の空洞３７２の第１の側に位置決めされ、一方、第２の単一振動質量、すなわち、要素３４０＋３５０＋３６０の組み合わせは、第１の空洞３７２の第２の側に位置決めされる。第２の側は、第１の側とは異なる。

好ましくは、図３に示されるように、第２の側は、第１の側と反対である。有利には、中空分離部材３７０は、第１の単一振動質量と第２の単一振動質量との間に嵌合し、部材３７０の横断面（図３には図示せず）は、円又は多角形の形状を有し得る。

有利には、分離壁構成要素（図３に図示せず）は、第１の空洞３７２の内側に位置し得る。このような分離壁構成要素は、望ましくない第１の振動質量と第２の振動質量との間の周波数相互作用を回避するか、又は少なくとも制限することを目的とする。このような分離壁構成要素は、例えば、ステンレス鋼で作製されたディスクの形態を採り得、中空分離部材３７０の境界に固定され得る。このようにして、第１の空洞３７２は、２つのサブ空洞に分割される。

図３の実施形態によれば、センサ配設３００は、更に第２の空洞３８２を備え得る。第２の単一振動質量、すなわち、要素３４０＋３５０＋３６０の組み合わせは、第２の空洞３８２の側にも位置決めされる。

有利には、第１の空洞３７２は、機械の作動流体流路（図３の１３０）と流体連通するように配設され、このようにして、特に第２の圧電変換器３４０は、第１の圧電変換器３１０とほぼ同じ温度及び同じ圧力に露出される。

有利には、第２の空洞３８２は、機械の作動流体を受容するように配設され、このようにして、特に第２プレート３５０は、第１プレート３２０とほぼ同じ温度及び同じ圧力に露出される。図３の実施形態では、作動流体は、最初に環状管３８４を通過し（その後に読み取られ）、次いで、複数の孔管３８６を通過する（その後に読み取られる）。作動流体は、管３８４及び管３８６を通過する空洞３８２内にゆっくりと拡散することに留意されたい。このようにして、空洞３８２内部の作動流体は静止（又はほぼ静止）しており、したがってプレート３５０を浸食しない。このようにして、作動流体によって運ばれた汚れは、（適切な距離にある）管３８４の壁上に徐々に付着し、作動流体が空洞３８２内に入ると、それは、プレート３５０を汚染しないように、汚れがない（又はほとんどない）。

機械的観点から、センサ配設３００は、機械の流路１３０の壁１３４の凹部１３５に嵌合するように配設されている管状シェル３８０を備え得る。管状シェル３８０は、第１の空洞３７２及び第２の空洞３８２の両方を取り囲む。分離部材３７０は、第１支持部材３３０の周辺部及び第２支持部材３６０の周辺部と共に、管状シェル３８０の内側環状凹部内に嵌合し得る。

有利には、管状シェル３８０は、内側凹部１３５を固定するように、その内側区域においてより大きな断面を有し、凹部１３５の内面と管状シェル３８０の外面との間に環状管３８４を画定するように、その外側区域において小さな断面を有する。更に、この場合、シェル３８０は、その外側区域において、環状管３８４から第２の空洞３８２まで延在する複数の孔管３８６を有する。

この実施形態によると、第２の空洞３８２は、機械の作動流体を受容するように配設されているので、例えば、第２の空洞３８２から液体を排出するように配設されている管状シェル３８０の内側端部に排水チャネル３８８を提供することが好ましい。このような液体は、作動流体の部分的な凝縮に起因し得る。

この実施形態によれば、第２の空洞３８２は、機械の作動流体を受容するように配設されているので、第２の空洞３８２内に位置決めされ、かつ、例えば、第２の空洞３８２内の液体が所定の量又はレベルを超えるときに検出するように配設されている、液体検出器３９０を提供することが好ましい。図３は、液体検出器３９０に電気的に接続され、かつ液体検出器３９０から、例えば、測定又は監視電子ユニットに電気信号を供給するように配設されている電気ケーブル３９４を示す。

図３に詳細に示されるセンサ配設３００は、機械１００の内部流路の壁上の汚染又は浸食を測定するために使用される。図１では、センサ配設３００はステータ壁に取り付けられているが、代替的に、同様のセンサ配設がロータ壁に取り付けられ得る。

センサ配設３００又は同様のセンサ配設に基づいて汚染又は浸食を測定するための方法の一実施形態を、図５のフローチャート５００を参照して以下に説明する。

本実施形態による方法は、前述した方法と有意に類似している。実際には、前述した１つは、１つの振動質量を含むセンサ配設に基づくものであり、この実施形態は、２つの振動質量、すなわち、第１の振動質量及び第２の振動質量を含むセンサ配設に基づく。

フローチャート５００は、開始工程５１０及び終了工程５９０を含む。

第１の振動質量に関する限り、フローチャート５００による方法は、少なくとも第１の圧電変換器（例えば、図３の第１の圧電変換器３１０）及び第１のプレート（例えば、図３の第１のプレート３２０）のアセンブリによって形成された第１の単一振動質量を位置決めする予備工程５２０を含み、第１のプレートは、流路壁の一部分を形成する。

なお、第１の振動質量に関する限り、フローチャート５００による方法は、以下の工程を更に含む。
Ａ）工程５３０：第１の圧電変換器（例えば、図３の第１の圧電変換器３１０）を第１の刺激電気信号によって繰り返し刺激し、そのため、第１の圧電変換器（例えば、図３の第１の圧電変換器３１０）が、第１の電気共振振動を生成すること。
Ｂ）工程５４０：当該第１の電気共鳴振動の共振周波数（「第１の共振周波数」と呼ばれ得る）を繰り返し測定すること。

第２の振動質量に関する限り、フローチャート５００による方法は、少なくとも第２の圧電変換器（例えば、図３の第２の圧電変換器３４０）及び第２のプレート（例えば、図３の第１のプレート３５０）のアセンブリによって形成された第２の単一振動質量を位置決めする予備工程５５０を含み、第２のプレートは、第１のプレートに近接するが、流路壁から離れている。具体的には、第１のプレートが機械内の作動流体の流れ（すなわち、機械の流路内）に露出される一方で、第２のプレートが作動流体に露出されるが、その流れには露出されない（すなわち、流体が静止しており、流速がゼロである）。

なお、第２の振動質量に関する限り、フローチャート５００による方法は、以下の工程を更に含む。
Ｃ）工程５６０：第２の圧電変換器（例えば、図３の第２の圧電変換器３４０）を第２の刺激電気信号によって繰り返し刺激し、そのため、第２の圧電変換器（例えば、図３の第２の圧電変換器３４０）が、第２の電気共振振動を生成すること。
Ｄ）工程５７０：当該第２の電気共鳴振動の共振周波数（「第２の共振周波数」と呼ばれ得る）を繰り返し測定すること。

図５に示すように、上記の工程の好ましい順序は、工程５２０、工程５５０、工程５３０、工程５６０、工程５４０、工程５７０、及び工程５８０（以下に説明する）である。

工程５３０及び５６０及び５４０及び５７０が、機械１００の動作中に実施される（すなわち、それらが測定プロセスの一部である）間に、機械１００を組み立てるときに、工程５２０及び５５０が実施されることに留意されたい。

好ましくは、工程５２０における位置決め及び工程５５０における位置決めは、第１の単一振動質量及び第２の単一振動質量が、同じ温度（又はほぼ同じ温度）及び同じ圧力（又はほぼ同じ圧力）に露出されることにつながる。

有利には、フローチャート５００による方法は、以下の工程を更に含む。
Ｅ）工程５８０：共振周波数、特に、第１の電気共鳴振動の共振周波数及び第２の電気共鳴振動の共振周波数を繰り返し比較すること。

工程５３０及び５６０及び５４０及び５７０及び５８０で参照される繰り返しは、図５のフローチャート５００のループＬ２に対応する。ループは、汚染及び浸食の進行が非常に遅いとき、好ましくは１時間より長く、好ましくは１日より短い期間で、繰り返され得る。繰り返し期間は厳密に一定である必要はなく、例えば、最大１０％又は２０％（又は更にはより多く）の変動が許容可能であることに留意されたい。

ループＬ２は、機械１００の始動から機械１００の停止まで連続的に繰り返され得る。したがって、有利には、機械１００が動作していないときにループＬ２が中断される。

好ましくは、第１の電気共鳴振動の共振周波数及び第２の電気共鳴振動の共振周波数は、第１の振動質量の質量と第２の振動質量の質量との間の相違により、常に同一でない場合であっても、２０ＫＨｚ超である。

第１の可能性によれば、第１のプレート（例えば、図３の第１のプレート３２０）が汚染を有しないか、又は侵食されていないとき、第１の電気共鳴振動の共振周波数と第２の電気共鳴振動の共振周波数とが同一（又はほぼ同一）である。周波数差が存在し、汚染又は浸食後に測定され得る。

第２の好ましい可能性によれば、第１のプレート（例えば、図３の第１のプレート３２０）が汚染を有しないか、又は侵食されていないとき、第１の電気共鳴振動の共振周波数と第２の電気共鳴振動の共振周波数とが異なる。この差は、好ましくは５００Ｈｚ超である。周波数差は増加又は減少し、汚染又は浸食後に測定され得る。

工程５３０及び５６０及び５４０及び５７０は、例えば、任意の図に示されておらず、かつセンサ配設３００の電気ケーブル３１４及び３４４に電気的に接続され得る、機械１００の測定又は監視電子ユニットによって実施され得る。

上述の測定又は監視電子ユニットは、実施される周波数測定を処理し、並びに、例えば、測定された共振周波数を比較し得る（工程５８０を参照されたい）。例えば、第１の電気共鳴振動の共振周波数と第２の電気共振振動の共振周波数との間の周波数減算を行う任意の時間では、減算値を上限閾値及び／又は下限閾値と比較してもよい。これらの閾値のうちのいずれかを超えた場合、そのような事象を、例えば、機械の電子制御ユニット及び／又はオペレータに信号伝達し得、そのような信号伝達は、電子指標（例えば、機械の電子制御ユニットに送信される電子メッセージ）及び／又は視覚的指標及び／又は音指標であり得る。

有利には、２つの振動質量（好ましくは同じ温度及び圧力）の使用は、周波数測定の自動補償を可能にすることに留意されたい。したがって、閾値比較（１つ又は複数）の前の一部の前処理は、不要であり得る。

既に説明したように、センサ配設２００及びセンサ配設３００と同一又は類似のセンサ配設は、有利には、機械、好ましくはターボ機械、より好ましくは単段又は多段遠心圧縮機において設置及び使用され得る。

任意の機械は、１つ以上のそのようなセンサ配設を含み得る。

更に、このような機械は、測定若しくは監視電子ユニットを含み得るか、又は測定若しくは監視電子ユニットに関連付けられ得、同じユニットは、１つ以上のそのようなセンサ配設に（有線及び／又は無線接続を介して）接続され得る。

これらの場合、好ましくは、センサ配設の第１のプレートは、作動流体が流れる機械の流路の壁の一部分を形成する。浸食が測定又は監視される場合、第１のプレートがプレート材料で作製され、壁が壁材料で作製され、かつプレート材料及び壁材料が同じ材料であることが有利であり、第１のプレート、第２のプレート、及び壁の材料が同じであることが更に有利である。

Claims (15)

1. 機械（１００）内の汚染及び／又は浸食を測定するためのセンサ配設（２００、３００）であって、
   第１の圧電変換器（２１０、３１０）と、
   第１のプレート（２２０、３２０）であって、前記第１のプレート（２２０、３２０）が、前記第１の圧電変換器（２１０、３１０）に固定連結されて、それによって第１の単一振動質量（２１０＋２２０＋２３０、３１０＋３２０＋３３０）を形成する、第１のプレート（２２０、３２０）と、
   第２の圧電変換器（３４０）と、
   第２のプレート（３５０）であって、前記第２のプレート（３５０）が、前記第２の圧電変換器（３４０）に固定連結されて、それによって第２の単一振動質量（３４０＋３５０＋３６０）を形成する、第２のプレート（３５０）と、を備え、
   前記第１の圧電変換器（２１０、３１０）が、前記センサ配設（２００、３００）に印加された電気信号（２１４、３１４）によって刺激されるように配設され、
   前記センサ配設（２００、３００）が、前記第１のプレート（２２０、２３０）が前記機械（１００）内の作動流体の流れ（Ｆ）に露出されるように、前記機械（１００）内に設置されるように配設され、
   前記第２の圧電変換器（３４０）が、前記センサ配設（３００）に印加された電気信号（３４４）によって刺激されるように配設され、
   前記センサ配設（３００）が、前記第２のプレート（３５０）が前記機械（１００）の作動流体に露出され、かつ前記機械（１００）内の前記作動流体の流れ（Ｆ）に露出されないように、前記機械（１００）内に設置されるように配設され、
   前記第２の単一振動質量（３４０＋３５０＋３６０）が、前記第１の単一振動質量（３１０＋３２０＋３３０）に等しく、
   前記センサ配設（３００）が、前記第１の圧電変換器（３１０）、前記第１のプレート（３２０）、前記第２の圧電変換器（３４０）、前記第２のプレート（３５０）が同じ温度及び同じ圧力に露出されるように、前記機械（１００）内に設置されるように配設されている、センサ配設（２００、３００）。
2. 第１の空洞（３７２）を更に備え、
   前記第１の単一振動質量（３１０＋３２０＋３３０）が、前記第１の空洞（３７２）の第１の側に位置決めされ、
   前記第２の単一振動質量（３４０＋３５０＋３６０）が、前記第１の空洞（３７２）の第２の側に位置決めされ、
   前記第２の側が、前記第１の側とは異なる、請求項１に記載のセンサ配設（３００）。
3. 前記第２の側が、前記第１の側と反対であり、
   中空部材（３７０）が、前記第１の単一振動質量（３１０＋３２０＋３３０）と前記第２の単一振動質量（３４０＋３５０＋３６０）との間に嵌合する、請求項２に記載のセンサ配設（３００）。
4. 第２の空洞（３８２）を更に備え、
   前記第２の単一振動質量（３４０＋３５０＋３６０）が、前記第２の空洞（３８２）の側にも位置決めされ、
   前記第２の空洞（３８２）が、前記機械（１００）の前記作動流体を受容するように配設されている（３８４＋３８６）、請求項２又は３に記載のセンサ配設（３００）。
5. 前記第１の空洞（３７２）が、前記機械（１００）の作動流体流路と流体連通するように配設されている、請求項４に記載のセンサ配設（３００）。
6. 排水チャネル（３８８）を更に備え、
   前記排水チャネル（３８８）が、前記第２の空洞（３８２）に流体連結され、前記第２の空洞（３８２）から液体を排出するように配設されている、請求項４又は５に記載のセンサ配設（３００）。
7. 液体検出器（３９０）を更に備え、
   前記液体検出器（３９０）が、前記第２の空洞（３８２）内に位置決めされている、請求項４から６のいずれか１項に記載のセンサ配設（３００）。
8. 前記機械（１００）の流路（１３０）の壁（１３４）の凹部（１３５）に嵌合するように配設されている管状シェル（３８０）を更に備える、請求項１から７のいずれか１項に記載のセンサ配設（３００）。
9. 機械の内部流路（１３０）内を流れる作動流体を通じて動作するように配設されている機械（１００）であって、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の少なくとも１つのセンサ配設（２００、３００）を備え、
   前記第１のプレート（２２０、３２０）が、前記機械の内部流路（１３０）の壁（１３２、１３４）の一部分を形成する、機械（１００）。
10. 前記第１のプレート（２２０、３２０）が、プレート材料で作製され、
    前記壁（１３２）が、壁材料で作製され、
    前記プレート材料及び前記壁材料が、同じ材料である、請求項９に記載の機械（１００）。
11. 単段又は多段遠心圧縮機である、請求項９又は１０に記載の機械（１００）。
12. 請求項１から８のいずれか１項に記載のセンサ配設を用いて、前記機械の内部流路の壁上の汚染及び／又は浸食を測定するための方法であって、
    Ａ）第１の圧電変換器が第１の電気共振振動を生成するように、第１の刺激電気信号によって前記第１の圧電変換器を繰り返し刺激する工程（４３０、５３０）であって、前記第１の圧電変換器が、前記壁に組み込まれた第１の振動質量の一部分である、刺激する工程（４３０、５３０）と、
    Ｂ）前記第１の電気共振振動の共振周波数を繰り返し測定する工程（４４０、５４０）と、
    Ｃ）第２の圧電変換器が第２の電気共振振動を生成するように、第２の刺激電気信号によって前記第２の圧電変換器を繰り返し刺激する工程（５６０）であって、前記第２の圧電変換器が、前記第１の振動質量に近接しているが、前記壁から離れて位置決めされた第２の振動質量の一部分である、刺激する工程（５６０）と、
    Ｄ）前記第２の電気共振振動の共振周波数を繰り返し測定する工程（５７０）と、
    Ｅ）前記第１の電気共振振動の前記共振周波数と前記第２の電気共振振動の前記共振周波数とを繰り返し比較する工程（５８０）と、を含む、方法。
13. 前記第１の電気共振振動の前記共振周波数が、２０ＫＨｚ超である、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第２の電気共振振動の前記共振周波数が、２０ＫＨｚ超である、請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 前記第１の電気共振振動の前記共振周波数及び前記第２の電気共振振動の前記共振周波数が異なり、前記第１の電気共振振動の前記共振周波数と前記第２の電気共振振動の前記共振周波数との間の差が、５００Ｈｚ超である、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の方法。

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