KR102651968B1 - 베어링 모니터링/분석 시스템 - Google Patents

베어링 모니터링/분석 시스템 Download PDF

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KR102651968B1
KR102651968B1 KR1020197037920A KR20197037920A KR102651968B1 KR 102651968 B1 KR102651968 B1 KR 102651968B1 KR 1020197037920 A KR1020197037920 A KR 1020197037920A KR 20197037920 A KR20197037920 A KR 20197037920A KR 102651968 B1 KR102651968 B1 KR 102651968B1
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워케샤 베어링즈 코퍼레이션
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Abstract

베어링 모니터링/분석 시스템은 음향 방출 센서가 베어링으로부터 신호를 수집할 수 있도록 유체막 베어링에 인접하게 위치된 음향 방출 센서, 그 구성 요소, 및/또는 인접한 구조를 포함할 수 있으며, 여기서 신호는 사용자가 유체막 베어링에 관한 정보를 얻을 수 있도록 분석될 수 있다.

Description

베어링 모니터링/분석 시스템
관련 출원에 대한 상호 참조
본 PCT 특허 출원은 2017년 5월 22일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/509,229호로부터 우선권을 주장하며, 이는 그 전체로 본원에 참조로 통합된다.
본 발명은 회전 장비에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 유체막 베어링 및 다른 회전 장비에 대한 비침입적 손상 검출을 위한 모니터링/분석 시스템 및 방법에 관한 것이다.
베어링의 손상을 검출하고 및/또는 성능을 평가하기 위한 비침입적 방법은, 장비가 여전히 동작하는 동안 이러한 방법이 직원으로 하여금 베어링에 관한 중요한 정보를 수집할 수 있게 하므로 매우 바람직하다. 베어링을 검사 또는 수리하기 위한 비싼 유지 보수 사건 및/또는 고가의 셧다운을 방지하는 것은 단일 시설에서 매년 수천 달러를 절약할 수 있게 한다.
무제한 수명을 위해 설계된 유체막 베어링과 관련하여, 유체막 베어링 표면 마모는 기동/셧다운, 충격 부하, 오정렬, 에지 부하, 잔해, 침식, 부식 등과 같은 이유로 발생한다. 패드, 로브(lobe) 및 페이스(베어링 표면)는 스케줄링되거나 스케줄링되지 않은 유지 보수 동안 마모에 대해 시각적으로 검사되어야 한다. 동작 중 고객의 중요한 어플리케이션 및 기계류에 대해 유체막 베어링 마모가 비침입적으로 검출될 수 있다면, 장비 신뢰성 및 가동 시간이 증가될 수 있고, 유지 보수 사이클 시간이 연장될 수 있으며, 스케줄링되지 않은 셧다운, 생산 손실, 증가된 유지 보수 시간 및 노력과 같은 뜻밖의 일이 회피될 수 있다.
음향 방출은 외부에서 가해지는 자극에 의해 강제되는 재료 내에서 소스로부터의 신속한 에너지 방출의 결과로서 생성되는 탄성파이다. 음향 방출 신호는 5 kKz 내지 1000 kHz의 범위에 있는 탄성파 또는 신호에 대응할 수 있으며, 주파수 범위는 진동 분석 범위보다 높고 초음파 테스트 범위보다 낮을 수 있다.
특정 유형의 장비의 고장을 검출하기 위해 다양한 분야에서 음향 방출 모니터링 및 분석이 적용되었다. 예를 들어, 미국 특허 제4,884,449호; WO 2015178821호; 및 WO 2013159840호는 모두 롤링 요소 베어링의 고장을 검출하기 위해 음향 방출을 사용하는 것을 개시하고 있다. 그러나, 음향 방출 모니터링 및 분석은 음향 방출 검출 및 분석이 유체막 베어링의 회전 요소와 정지 요소 사이의 유체의 지속적인 존재로 인해 롤링 요소 베어링의 그것과는 전혀 다른 분야인 유체막 베어링에는 아직 적용되지 않았다.
본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 실시예를 나타내고 설명과 함께 방법 및 시스템의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 베어링 모니터링/분석 시스템의 예시적인 실시예의 개략도를 제공한다.
도 2는 베어링 모니터링/분석 시스템의 예시적인 실시예의 사시도를 제공한다.
도 3은 베어링 모니터링/분석 시스템의 다른 예시적인 실시예의 사시도를 제공한다.
도 3a는 베어링 모니터링/분석 시스템의 다른 예시적인 실시예의 사시도를 제공한다.
도 4는 베어링 모니터링/분석 시스템의 다른 예시적인 실시예의 사시도를 제공한다.
도 5는 베어링 모니터링/분석 시스템의 다른 예시적인 실시예의 사시도를 제공한다.
도 6은 베어링 모니터링/분석 시스템의 다른 예시적인 실시예의 사시도를 제공한다.
상세한 설명 - 요소들의 목록
본 방법 및 장치가 개시 및 설명되기 전에, 본 방법 및 장치는 특정 방법, 특정 구성 요소, 또는 특정 구현으로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 또한 본원에서 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며 제한적인 것으로 의도되지 않았음을 이해해야 한다.
본 명세서 및 첨부된 청구항에 사용된 바와 같이, 단수 형태 "어느(a)", "어떤(an)" 및 "그(the)"는 문맥상 명백하게 다르게 지시되지 않는 한 복수 지시 대상을 포함한다. 범위는 본원에서 "대략" 하나의 특정값으로부터, 및/또는 "대략" 다른 특정값까지로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 다른 실시예는 하나의 특정값으로부터 및/또는 다른 특정값까지를 포함한다. 유사하게, 값이 선행하는 "대략"의 사용에 의해 근사로 표현될 때, 특정값은 다른 실시예를 형성한다는 것이 이해될 것이다. 각 범위의 종점은 다른 종점과 관련하여, 그리고 다른 종점과 독립적으로 중요하다는 것이 추가로 이해될 것이다.
"임의 선택적인" 또는 "임의 선택적으로"는 후속적으로 설명되는 이벤트 또는 상황이 발생할 수 있거나 발생하지 않을 수 있음을 의미하여, 그 설명은 상기 이벤트 또는 상황이 발생하는 경우 및 그렇지 않은 경우를 포함한다.
본 명세서의 설명 및 청구 범위 전반에서, "포함하다"라는 단어 및 "포함하는" 및 "포함하다"와 같은 그 단어의 변형은 "포함하지만 이에 한정되지 않는"을 의미하며, 예를 들어, 다른 구성 요소, 정수 또는 단계를 배제하는 것으로 의도되지 않는다. "예시적인"은 "그 예"를 의미하며 바람직하거나 이상적인 실시예의 표시를 전달하는 것으로 의도되지 않는다. "와 같은"은 제한적인 의미로 사용되지 않으며, 설명의 목적으로 사용된다.
개시된 방법 및 장치를 수행하기 위해 사용될 수 있는 구성 요소가 개시된다. 이들 및 다른 구성 요소가 본원에 개시되어 있으며, 이들 구성 요소의 조합, 하위 집합, 상호 작용, 그룹 등이 개시될 때, 이들 각각의 다양한 개별 및 집합적 조합 및 치환의 특정 참조가 명시적으로 개시되지 않을 수 있지만, 모든 방법 및 장치에 대해 각각 구체적으로 고려되고 본원에 설명되는 것으로 이해된다. 이는 개시된 방법의 단계를 포함하지만 이로 제한되지 않는 본 출원의 모든 양태에 적용된다. 따라서, 수행될 수 있는 다양한 추가 단계가 존재하는 경우, 이들 추가 단계 각각은 개시된 방법의 임의의 특정 실시예 또는 실시예의 조합으로 수행될 수 있는 것으로 이해된다.
본 방법 및 장치는 바람직한 양태 및 그에 포함된 예의 후속하는 상세한 설명 및 도면과 그 이전 및 이후의 설명을 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.
본 개시의 다양한 양태가 상세하게 설명되기 전에, 본 개시는 그 응용에서 다음의 설명에서 개진되거나 도면에 나타내어진 구성 요소의 구성 및 배열의 상세 사항으로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 본 개시는 다른 실시예가 가능하고 다양한 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 디바이스 또는 요소의 배향을 참조하여 본원에서 사용되는 어구 및 용어("전방", "후방", "위쪽", "아래쪽", "최상부", "바닥" 등과 같은 용어)는 설명을 단순화하기 위해서만 사용되며, 참조된 디바이스 또는 요소가 특정 배향을 가져야 한다는 것을 단독으로 나타내거나 암시하지는 않는다. 또한, "제1", "제2" 및 "제3"과 같은 용어는 설명의 목적으로 본원 및 첨부된 청구항에 사용되며 상대적인 중요성 또는 중요도를 나타내거나 암시하도록 의도되지 않는다.
이하 도면을 참조하면, 유사한 참조 번호는 여러 도면에 걸쳐 동일하거나 대응하는 부분을 나타내며, 도 1은 베어링 모니터링/분석 시스템의 예시적인 실시예의 개략도를 제공한다. 일반적으로, 베어링 모니터링/분석 시스템은 유체막 베어링에 음향 방출("AE: acoustic emission") 기술을 적용하도록 구성될 수 있다. 베어링 모니터링/분석 시스템은 베어링(또는 제1 표면이 유체 매체를 그 사이에 두고 제2 표면에 대해 이동하는 다른 기계류 구성 요소)에 관한 상태, 동작 파라미터, 성능, 나머지 유용한 동작 기간 및/또는 다른 정보에 관한 데이터를 비침입적인 방식으로 수집할 수 있도록 구성될 수 있으며, 베어링과 연관된 장비는 동작 중이고 및/또는 동작하지 않는 조립된 상태에 있다. 현재, 이러한 유형의 데이터 및/또는 정보는 스케줄링되거나 응급 유지 보수 중에 침입적 방식으로(베어링과 연관된 장비의 전원을 끄고 동작하지 않아야 함) 수집되어야 한다. 이 점에서 베어링 및/또는 다른 연관된 구성 요소에 대한 손상이 심각할 수 있으며 생산성의 손실로 귀결될 수 있다. 본 개시에 따른 베어링 모니터링/분석 시스템을 통해 수집된 베어링 및/또는 그 구성 요소에 관한 특정 데이터/정보는 임의의 유용한 정보를 포함할 수 있고, 본 개시의 범위는 이하의 청구항에서 그렇게 지시되지 않는 한, 임의의 특정 정보 및/또는 정보의 세트로 절대로 한정되지 않는다.
또한, 베어링 모니터링/분석 시스템은 베어링의 다른 구성 요소(또는 아래에 추가로 상세히 설명되는 회전 장비 및/또는 기계류 구성 요소의 다른 단편)의 상태를 모니터링할 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 다른 구성 요소는 베어링 패드, 패드 피벗(pivot) 표면(활성 표면(32)의 반대 또는 다른 패드(30)의 표면 상), 또는 베어링의 구성 요소 상의 다른 구성 요소 및/또는 표면(예를 들어, 캐리어 링, 피스톤, 패드 홀딩 및/또는 지지 구조 등) 및/또는 이하의 청구항에서 그렇게 지시하지 않는 한 2개의 표면 사이의 상대적인 이동이 제한 없이 존재하는 회전 장비의 베어링 또는 단편의 다른 표면을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
베어링 모니터링/분석 시스템은 종래 기술에서 이용할 수 없었던 베어링에 관한 정보를 제공하기 위해 초기 단계로부터 (다른 데이터 중에서) 베어링의 활성 표면의 변화를 추적하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 히트 피구동 데이터(신호가 특정 임계치를 초과할 때 수집된 데이터), 시간 피구동 신호(특정 시간 간격으로 수집된 데이터) 및 파형 신호(특정 간격으로 주어진 시간 길이 동안 하나 초과의 소스로부터 수집된 데이터) 및/또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는, AE를 통해 수집된 데이터는 베어링 표면 손상의 상이한 정도 및/또는 유형, 손상의 유형 및/또는 특정 위치, 성능, 상태 등을 검출하기 위해 해석 및/또는 분석될 수 있으며, 예방 조치가 그에 따라 권고될 수 있도록 베어링의 잔여 수명을 예측하는 데 사용될 수 있다.
일반적으로, 베어링 모니터링/분석 시스템은 베어링으로부터 음향 방출 신호(들)를 수집하고, 베어링 및/또는 그 구성 요소에 관한 유용한 정보를 얻기 위해 신호(들)를 분석하고, 획득된 정보를 고려하는 제시된 액션 과정을 제공하도록 구성될 수 있다. 하나의 응용에서, 베어링 및/또는 그 구성 요소에 관한 정보는 베어링 및/또는 그 구성 요소(예를 들어, 베어링의 활성 표면이며, 활성 표면은 패드 상에 위치될 수 있음)에 대한 손상의 유형, 심각성 및/또는 위치일 수 있다. 다른 응용에서, 대안적으로 또는 부가적으로, 베어링 및/또는 그 구성 요소에 대한 정보는 베어링 및/또는 그 구성 요소의 예측된 잔여 수명일 수 있다. 다시, 본 개시의 범위는 이하의 청구항에서 그렇게 지시되지 않는 한 제한 없이 AE를 통해 수집될 수 있는 베어링 및/또는 그 구성 요소에 관한 모든 유용한 정보로 확장된다.
베어링 모니터링/분석 시스템은 고정 지오메트리 및 틸트 패드 저널 베어링; 고정 지오메트리 및 틸트 패드 스러스트 베어링; 활성 표면 상에 또는 이에 인접하여 비교적 단단한 코팅을 갖는 유체막 베어링(이러한 베어링은 비교적 얇은 막 및 더 높은 동작 온도를 허용할 수 있음) 및/또는 비교적 단단한 코팅을 갖는 회전 구성 요소와 함께 사용하도록 구성된 유체막 베어링; 폴리머 베어링(고체 폴리머 패드 또는 고체 폴리머 베어링 중 어느 하나); 배빗(babbitt) 베어링; 하나 이상의 잭킹 그루브(jacking groove)(및/또는 유체 정역학적 리프트 포켓)을 갖는 패드로 구성된 베어링; Flexure Pivot®베어링; 임의의 유형의 윤활(예를 들어, 직접 윤활, 침수, 배출 등)을 채용하는 유체막 베어링; 임의의 유형의 윤활제(예를 들어, 오일, 물, 공기, 프로세스 유체 등); 패드에 대체 재료를 부착하기 위해 사용되는 방법/구조와 관계 없이 패드 또는 베어링 표면 상에 위치된 대체 재료(들)를 갖는 임의의 유체막 베어링; 임의의 수의 패드(틸트 또는 고정); 임의의 베어링 등급 재료 패드; 베어링의 임의의 크기; 및 패드의 임의의 형상 및/또는 스타일(예를 들어, 고정 또는 틸트)을 포함하지만 이에 한정되지 않는 거의 모든 상이한 유형의 유체막 베어링에 대해 구성될 수 있다. 따라서, 본 개시의 범위는 이하의 청구항에서 그렇게 지시되지 않는 한 특정 유형의 유체막 베어링에 의해 결코 한정되지 않는다. 또한, 베어링 모니터링/분석 시스템은 초음파를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다른 기술과 연계하여 사용될 수 있다. 마지막으로, 베어링 모니터링/분석 시스템의 개념은 시일, 밸브 및 슬라이딩 표면 및/또는 회전 표면 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 기계류 구성 요소와 같은 베어링 외의 다른 유체와 접촉하는 기계류 구성 요소에 적용될 수 있다. 따라서, 본 개시의 범위는 이하의 청구항에서 그렇게 지시되지 않는 한 제한 없이 기계류 구성 요소의 동작 중에 서로에 대해 이동하는 2개 이상의 인접 표면 중 적어도 하나의 상태/파라미터를 검출하기 위한 베어링 모니터링/분석 시스템의 임의의 사용으로 확장된다.
베어링 모니터링/분석 시스템의 범위는 이하의 청구항에서 달리 지시되지 않는 한, 임의의 배향, 임의의 수 또는 구성의 패드(30) 및/또는 활성 표면(32)으로 구성되고, 및/또는 다른 요소로부터 균등하게 또는 균등하지 않게 이격된 상이한 형상 및/또는 배향을 갖는 다양한 요소의 상이한 양을 갖는 임의의 유체막 베어링으로 확장된다. 또한, 본 개시의 범위는 이하의 청구항에서 달리 지시되지 않는 한, 상술한 요소의 특정 형상, 구성 및/또는 치수, 및/또는 그의 상대적인 양 및/또는 위치에 의해 결코 한정되지 않는다.
이하 도 2를 참조하면, 베어링 모니터링/분석 시스템은 상술한 바와 같이, 틸트 패드 저널 베어링(20)과 함께 사용되도록 구성될 수 있다. 틸트 패드 저널 베어링(20)은 이하의 청구항에서 그렇게 지시되지 않는 한, 제한 없이 임의의 수의 활성 표면(32)을 갖는 임의의 수의 패드(30)를 가질 수 있다. 이러한 구성에서, 제1 센서(10)는 본체(50)의 반경 방향 외부 표면 상에 위치될 수 있고 제2 센서(10)는 (틸트 패드 저널 베어링(20)의 축 방향 표면을 구성하는) 단부 플레이트(40) 상에 위치될 수 있다. 추가적으로 후술하는 바와 같이, 모니터링 시스템 능력을 증가시키고 리던던시를 추가하기 위해 추가 센서(10)가 또한 포함될 수 있다.
이하 도 3을 참조하면, 베어링 모니터링/분석 시스템은 상술한 바와 같이, Flexure Pivot 틸트 패드 저널 베어링(20a)과 함께 사용되도록 구성될 수 있다. Flexure Pivot 틸트 패드 저널 베어링(20a)은 이하의 청구항에서 그렇게 지시되지 않는 한, 제한 없이 임의의 수의 활성 표면(32)을 갖는 임의의 수의 패드(30)를 가질 수 있다. 이러한 구성에서, 제1 센서(10)는 본체(50)의 반경 방향 외부 표면 상에 위치될 수 있고, 제2 센서(10)는 본체(50)의 축 방향 표면 및/또는 Flexure Pivot 틸트 패드 저널 베어링(20a)의 다른 축 방향 표면 상에 위치될 수 있다. 다시, 모니터링 시스템 능력을 증가시키고 리던던시를 추가하기 위해 추가 센서(10)가 또한 포함될 수도 있다. 또한, 하나 이상의 센서가 패드 또는 하나 초과의 패드에 부착될 수 있다. 도 3a에서, 센서(10)는 패드 상에 위치된다. 추가 센서가 이러한 패드 또는 베어링의 임의의 다른 패드 상에 위치될 수 있다. 패드 상의 센서의 이러한 적용은 이하의 청구항에서 그렇게 지시되지 않는 한, 제한 없이 Flexure Pivot 실시예 이외에 모든 유형의 베어링에 적용 가능하다.
이하 도 4를 참조하면, 베어링 모니터링/분석 시스템은 상술한 바와 같이, 틸트 패드 스러스트 베어링(20b)과 함께 사용되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 제1 센서(10)는 본체(50)(및/또는 패드 캐리어 링)의 반경 방향 외부 표면 상에 위치될 수 있고 제2 센서(10)는 본체(50)의 축 방향 표면 및/또는 틸트 패드 스러스트 베어링(20a)의 다른 축 방향 표면(예를 들어, 패드 캐리어 링의 축 방향 표면) 상에 위치될 수 있다. 다시, 본 실시예에서 제2 센서(10)가 나타내어져 있지만, 단일 센서(10)가 사용될 수 있다.
스러스트 베어링(틸트 또는 고정)과 함께 사용하도록 구성된 베어링 모니터링/분석 시스템의 특정 응용에서, 그 구성이 도 4에 나타내어진 패드(30)와 대향되는 그 축 방향 표면 상의 베어링의 축 방향 표면과 연관된 센서(10)를 위치시키는 것이 유리할 수 있는 것으로 고려된다. 그러나, 임의의 패드(30) 및/또는 활성 표면(32)에 대한 임의의 센서(10)의 최적 위치는 베어링 모니터링/분석 시스템의 응용마다 다를 수 있고, 따라서 이하의 청구항에서 그렇게 지시되지 않는 한 금 범위를 결코 한정하지 않는다. 또한, 센서(10)의 수는 베어링 모니터링/분석 시스템 능력 및 정확성을 증가시키고 리던던시를 추가하기 위해 응용마다 다를 수 있으며, 따라서 이하의 청구항에서 그렇게 지시되지 않는 한 그 범위를 결코 한정하지 않는다.
이하 도 5를 참조하면, 베어링 모니터링/분석 시스템은 상술한 바와 같이, 플레인 저널 베어링(20c)과 함께 사용되도록 구성될 수 있다. 플레인 저널 베어링(20c)은 이하의 청구항에서 그렇게 지시되지 않는 한, 제한 없이 활성 표면(들)(32) 및 임의의 수의 로브, 페이스 등 위의 임의의 수의 표면 피처(그루브, 오목부 등)를 가질 수 있다. 이러한 구성에서, 제1 센서(10)는 본체(50)의 반경 방향 외부 표면 상에 위치될 수 있고, 제2 센서(10)는 본체(50)의 축 방향 표면 상에 위치될 수 있다. 다시, 추가 센서(10)가 모니터링 시스템 능력을 증가시키고 리던던시를 추가하기 위해 또한 포함될 수 있으며, 따라서 이하의 청구항에서 그렇게 지시되지 않는 한 그 범위를 결코 한정하지 않는다.
이하 도 6을 참조하면, 베어링 모니터링/분석 시스템은 도 6에 테이퍼 랜드 스러스트 플레이트로서 나타내어진 고정 지오메트리 스러스트 베어링(20d)과 함께 사용되도록 구성될 수 있다. 테이퍼 랜드 스러스트 베어링(20d)은 이하의 청구항에서 그렇게 지시되지 않는 한 제한 없이 활성 표면(32) 및 임의의 수의 피드 그루브, 페이스 등 위의 임의의 수의 표면 피처(그루브, 테이퍼, 플랫(flat), 랜드, 오목부 등)를 가질 수 있다. 이러한 구성에서, 제1 센서(10)는 본체(50)의 반경 방향 외부 표면 상에 위치될 수 있고, 제2 센서(10)는 본체(50)의 축 방향 표면 상에 위치될 수 있다. 추가 센서(10)가 또한 모니터링 시스템 능력을 증가시키고 리던던시를 추가하기 위해 포함될 수 있다.
비록 2개의 센서(10)가 도 2 내지 도 6에 도시된 베어링 모니터링/분석 시스템의 예시적인 실시예 각각에 나타내어져 있고, 여기서 2개의 센서(10)는 서로 비교적 근접하고 제1 센서는 반경 방향 표면과 결합되고 제2 센서는 축 방향 표면과 결합되지만, 본 개시의 범위는 이하의 청구항에서 지시되지 않는 한 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 베어링 모니터링/분석 시스템은 단지 하나의 센서(10)를 포함할 수 있고, 또 다른 실시예는 2개 초과의 센서(10)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 센서(10)는 제2 센서(10)로부터 180도로 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 베어링 모니터링/분석 시스템은 베어링의 원주 둘레에 균등하게 이격된 3개의 센서(10)(또는, 4개, 5개, 6개 등)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 제1 센서(10)는 제2 센서(10)로부터 90도로 위치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 축 방향으로 위치된 센서(10)는 제2 축 방향으로 위치된 센서(10)로부터 180도로 위치될 수 있고 제1 반경 방향으로 위치된 센서(10)는 제2 반경 방향으로 위치된 센서(10)로부터 180도로 위치될 수 있다.
또한, 패드(30), 활성 표면(32) 및/또는 베어링의 다른 구성 요소에 대한 센서(10)의 최적의 위치는 응용마다 다를 수 있으며, 이 위치는 적어도 채용된 센서(10)의 유형에 의존할 수 있다. 베어링 모니터링/분석 시스템의 일 실시예에서, 하나 이상의 센서가 베어링(또는 다른 회전 장비의 단편)과 연관된 장비 하우징과 결합될 수 있다. 따라서, 도 2 내지 도 6에서 비록 하나의 센서(10)가 베어링의 축 방향 표면 상에 배향되고, 제2 센서(10)가 베어링의 반경 방향 표면 상에 배향되지만, 본 개시의 범위는 이에 한정되지 않으며 이하의 청구항에서 지시되지 않는 한 제한 없이 베어링 및/또는 다른 센서(10)에 대한 임의의 배향의 임의의 개수의 센서(10)로 확장된다.
또한, 센서(10)는 특정 응용을 위해 베어링 자체에 부착될 필요는 없지만, 이하의 청구항에서 지시되지 않는 한 제한 없이 센서(10)가 관심 지점으로부터 적절한 AE를 검출/수집할 수 있도록 베어링에 대해 적절하게 위치된 임의의 구조와 결합될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 센서(10)는 베어링이 고정되는 고정구(fixture) 및/또는 장비 하우징 상의 베어링에 인접하게 위치될 수 있다.
센서(10)는 화학 접착제, 기계적 파스너(fastener), 자석 및/또는 이들의 조합을 사용하여 베어링(20, 20a, 20b, 20c), 그 구성 요소, 또는 다른 적절한 구조와 결합될 수 있는 것으로 고려된다. 그러나, 센서(10)는 이하의 청구항에서 그렇게 지시되지 않는 한 제한 없이 현재 알려져 있거나 장래에 개발될 임의의 적절한 방법 및/또는 구조를 사용하여 베어링(20, 20a, 20b, 20c), 그 구성 요소 또는 다른 적절한 구조와 결합될 수 있다.
출원인은 3-속도 및 3-부하 매트릭스를 사용하여 AE 신호에 대한 베어링 속도 및 부하의 영향을 평가하기 위해 15-인치 틸트 패드 저널 베어링(20) 상에서 베어링 모니터링/분석 시스템을 테스트하였다. 구체적인 장비 구성, 테스트 절차/파라미터, 결과 테스트 데이터 및 이들 실험에 관한 다른 정보는 간결성을 위해 포함되지 않았다.
출원인은 AE 신호에 대한 베어링 속도 및 부하의 영향을 평가하고 패드 손상에 대한 AE 신호의 감도를 평가하기 위해 틸트 패드 스러스트 베어링(20b)(모델 VSC 460) 상에서 베어링 모니터링/분석 시스템을 테스트하였다. 이 테스트에서, AE 신호에 대한 패드 손상의 영향을 비교하기 위해 모든 패드가 양호한 동작 상태에 있었을 때, 하나의 패드가 의도적으로 손상된 후, 그리고 2개의 패드가 의도적으로 손상된 후에 데이터가 수집되었다. 구체적인 장비 구성, 테스트 절차/파라미터, 결과 테스트 데이터 및 이들 실험에 관한 다른 정보는 간결성을 위해 포함되지 않았다.
틸트 패드 저널 베어링(20) 및 틸트 패드 스러스트 베어링(20b)의 테스트로부터의 결과 및 결론은 간결성을 위해 포함되지 않았다. 테스트를 통해, 출원인은 특정 응용에 있어서, R15a 범용 AE 센서(10)로서 구성된 센서가 특정 베어링 모니터링/분석 시스템에 적절할 수 있음을 발견하였다. 그러나, 본 개시의 범위는 이에 한정되지 않으며, 이하의 청구항에서 그렇게 지시되지 않는 한 제한 없이 AE 신호를 검출하기 위한 임의의 구조 및/또는 방법으로 확장된다.
실험, 결과 및 예시적인 실시예는 파라미터, 장비 구성, 결과 등과 관련하여 상당히 구체적이지만, 이 정보는 본 개시의 범위를 결코 한정하려는 것이 아니며, 대신 본원에 개시된 보다 넓은 원리의 실시에 대한 축소를 예시하려는 것이다. 따라서, 본 개시의 범위는 이하의 청구항에서 달리 지시되지 않는 한 실험 파라미터 및/또는 결과에 관하여 본원에 개시된 한정 및/또는 구성에 의해 결코 한정되지 않는다.
베어링 모니터링/분석 시스템 및/또는 그 구성 요소를 구성하는 데 사용되는 재료는 그 특정 응용에 따라 달라질 것이지만, 폴리머, 합성 재료, 금속, 금속 합금, 세라믹, 천연 재료 및/또는 이들의 조합이 일부 응용에서 특별하게 유용할 수 있는 것으로 고려된다. 따라서, 상술한 요소는 이하의 청구항에서 그렇게 지시되지 않는 한 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고, 베어링 모니터링/분석 시스템의 특정 응용에 대해 적절한, 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려지거나 장래에 개발될 임의의 재료로 구성될 수 있다.
다양한 방법 및 장치의 바람직한 양태를 설명하였지만, 본 개시의 다른 특징은 그 모두가 본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 달성될 수 있는 실시예의 다수의 수정 및 변형 및/또는 본원에 나타내어진 양태와 같이 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 의심할 여지 없이 생각날 것이다. 따라서, 본원에 도시되고 설명된 방법 및 실시예는 단지 예시적인 목적이며, 본 개시의 범위는 이하의 청구항에서 그렇게 지시되지 않는 한 본 개시의 다양한 이점 및/또는 특징을 제공하기 위한 모든 방법 및/또는 구조로 확장된다. 또한, 본원에 도시되고 설명된 방법 및 실시예는 이하의 청구항에서 그렇게 언급되지 않는 한 본 개시의 범위를 결코 한정하지 않는다.
비록 도 2 내지 도 6은 정확한 스케일로 도시되어 있지만, 본원에서 제공된 임의의 치수는 단지 예시적인 목적을 위한 것이며, 이하의 청구항에서 그렇게 지시되지 않는 한 본 개시의 범위를 결코 한정하지 않는다. 본 개시에 따른 베어링 모니터링/분석 시스템, 그 구성 요소 및/또는 이를 사용하는 방법은 본원에 도시되고 설명된 특정 실시예로 한정되지 않고 오히려 본 개시에 따른 본 발명의 특징의 범위는 본원의 청구항에 의해 정의된다는 점에 유의해야 한다. 설명된 실시예로부터의 수정 및 변형은 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 생각날 것이다.
본 개시에 따른 베어링 모니터링/분석 시스템, 그 구성 요소 및/또는 이를 사용하는 방법의 임의의 다양한 특징, 구성 요소, 기능, 이점, 양태, 구성 등은 단독으로 또는 특징, 구성 요소, 기능, 이점, 양태, 구성 등의 양립성에 의존하여 서로 조합하여 사용될 수 있다. 따라서, 본 개시의 거의 무한한 수의 변형이 존재한다. 다른 것에 대한 하나의 특징, 구성 요소, 기능, 양태, 구성 등의 수정 및/또는 치환은 이하의 청구항에서 그렇게 지시되지 않는 한 본 개시의 범위를 결코 한정하지 않는다.
본 개시는 텍스트 및/또는 도면으로부터 명백하고 및/또는 내재적으로 개시된, 언급된 하나 이상의 개별 특징의 모든 대안적인 조합으로 확장되는 것으로 이해된다. 이들 상이한 조합 모두는 본 개시의 다양한 대안적인 양태 및/또는 그 구성 요소를 구성한다. 본원에 설명된 실시예는 본원에 개시된 장치, 방법 및/또는 구성 요소를 실시하기 위해 알려진 최상의 모드를 설명하고 본 기술 분야의 통상의 기술자 이를 이용할 수 있게 할 것이다. 청구항은 종래 기술에 의해 허용되는 정도로 대안적인 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 개시에 따른 베어링 모니터링/분석 시스템, 방법, 그 구성 요소 및/또는 이를 사용하는 방법이 바람직한 양태 및 특정 예와 연계하여 설명되었지만, 본원의 실시예 및/도는 양태로서 개진된 특정 실시예 및/또는 양태로 제한되는 범위는 이하의 청구항에서 달리 지시되지 않는 한 모든 측면에서 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된다.
청구항에 달리 명시되지 않는 한, 본원에서 개진된 임의의 방법은 그 단계가 특정 순서로 수행되도록 요구하는 것으로 해석되도록 결코 의도되지 않는다. 따라서, 방법 청구항이 실제로 그 단계에 선행하는 순서를 인용하지 않거나, 단계가 특정 순서로 한정되어야 하는 청구항 또는 설명에서 달리 구체적으로 언급되지 않는 경우, 임의의 측면에서 순서가 추론되는 것으로 결코 의도되지 않는다. 이것은 단계의 배열 또는 동작 흐름에 관한 논리의 문제; 문법적 구성 또는 구두점으로부터 도출된 일반적인 의미; 본 명세서에서 설명된 실시예의 수 또는 유형을 포함하지만 이에 한정되지 않는 해석을 위한 임의의 가능한 비명시적인 기초에 대해 유효하다.
베어링 모니터링/분석 시스템의 실시예의 목록
1. 베어링 모니터링/분석 시스템으로서,
a. 유체막 베어링; 및
b. 상기 베어링에 인접하여 위치된 음향 방출 센서 - 상기 음향 방출 센서는 상기 유체막 베어링으로부터 데이터를 수집하도록 구성됨 - 를 포함하는, 베어링 모니터링/분석 시스템.
2. 실시예 1에 있어서,
본원에서 개별적으로 그리고 조합하여 개시된 모든 특징 및 구조를 갖고,
제2 음향 방출 센서를 더 포함하고, 상기 제2 음향 방출 센서는 상기 유체막 베어링으로부터 데이터를 수집하도록 구성되는, 베어링 모니터링/분석 시스템.
3. 실시예 1 또는 2에 있어서,
본원에서 개별적으로 그리고 조합하여 개시된 모든 특징 및 구조를 갖고,
상기 제1 음향 방출 센서는 상기 유체막 베어링의 반경 방향 표면과 결합되도록 추가로 규정되는, 베어링 모니터링/분석 시스템.
4. 실시예 1, 2 또는 3에 있어서,
본원에서 개별적으로 그리고 조합하여 개시된 모든 특징 및 구조를 갖고,
상기 제2 음향 방출 센서는 상기 유체막 베어링의 축 방향 표면과 결합되도록 추가로 규정되는, 베어링 모니터링/분석 시스템.
5. 실시예 1, 2, 3 또는 4에 있어서,
본원에서 개별적으로 그리고 조합하여 개시된 모든 특징 및 구조를 갖고,
상기 제2 음향 방출 센서는 상기 제1 음향 방출 센서에 대해 근사적으로 백팔십(180)도에 위치되도록 추가로 규정되는, 베어링 모니터링/분석 시스템.
6. 실시예 1, 2, 3, 4 또는 5에 있어서,
본원에서 개별적으로 그리고 조합하여 개시된 모든 특징 및 구조를 갖고,
상기 제1 음향 방출 센서는 R15a 범용 AE 센서로서 추가로 규정되는, 베어링 모니터링/분석 시스템.
7. 실시예 1, 2, 3, 4, 5 또는 6에 있어서,
본원에서 개별적으로 그리고 조합하여 개시된 모든 특징 및 구조를 갖고,
상기 유체막 베어링은 틸트 패드 저널(tilt pad journal) 베어링으로서 추가로 규정되는, 베어링 모니터링/분석 시스템.
8. 실시예 1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7에 있어서,
본원에서 개별적으로 그리고 조합하여 개시된 모든 특징 및 구조를 갖고,
상기 유체막 베어링은 굴곡 피벗(flexure pivot) 틸트 패드 저널 베어링으로서 추가로 규정되는, 베어링 모니터링/분석 시스템.
9. 실시예 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8에 있어서,
본원에서 개별적으로 그리고 조합하여 개시된 모든 특징 및 구조를 갖고,
상기 유체막 베어링은 틸트 패드 스러스트(thrust) 베어링으로서 추가로 규정되는, 베어링 모니터링/분석 시스템.
10. 실시예 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 9에 있어서,
본원에서 개별적으로 그리고 조합하여 개시된 모든 특징 및 구조를 갖고,
상기 유체막 베어링은 플레인 저널 베어링으로서 추가로 규정되는, 베어링 모니터링/분석 시스템.
11. 실시예 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10에 있어서,
본원에서 개별적으로 그리고 조합하여 개시된 모든 특징 및 구조를 갖고,
상기 유체막 베어링은 테이퍼 랜드 스러스트 페이스(taper land thrust face) 베어링으로서 추가로 규정되는, 베어링 모니터링/분석 시스템.
12. 기계류 구성 요소 모니터링/분석을 위한 방법으로서,
a. 기계류 구성 요소에 인접하게 음향 방출 센서를 위치시키는 단계 - 상기 기계류 구성 요소는 제1 표면 및 제2 표면을 포함하고, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면은 상기 기계류 구성 요소의 동작 중에 서로에 대해 이동함 -;
b. 상기 음향 방출 센서를 통해 신호를 수집하는 단계;
c. 상기 신호를 분석하는 단계;
d. 상기 기계류 구성 요소의 상태를 인식하는 단계; 및
e. 상기 상태에 기초하여 액션을 권고하는 단계를 포함하는, 방법.
13. 실시예 12에 있어서,
본원에서 개별적으로 그리고 조합하여 개시된 모든 특징 및 구조를 갖고,
상기 기계류 구성 요소는 밸브로서 추가로 규정되는, 방법.
14. 실시예 12 또는 13에 있어서,
본원에서 개별적으로 그리고 조합하여 개시된 모든 특징 및 구조를 갖고,
상기 기계류 구성 요소는 회전 시일(seal)로서 추가로 규정되는, 방법.
15. 실시예 12, 13 또는 14에 있어서,
본원에서 개별적으로 그리고 조합하여 개시된 모든 특징 및 구조를 갖고,
상기 기계류 구성 요소는 유체막 베어링으로서 추가로 규정되는, 방법.
16. 실시예 12, 13, 14 또는 15에 있어서,
본원에서 개별적으로 그리고 조합하여 개시된 모든 특징 및 구조를 갖고,
상기 음향 방출 센서는 장비 하우징과 결합되도록 추가로 규정되며, 상기 장비 하우징은 상기 기계류 구성 요소와 결합되는, 방법.
17. 실시예 12, 13, 14, 15 또는 16에 있어서,
본원에서 개별적으로 그리고 조합하여 개시된 모든 특징 및 구조를 갖고,
상기 상태는 상기 유체막 베어링의 손상된 패드로서 추가로 규정되는, 방법.
18. 실시예 12, 13, 14, 15, 16 또는 17에 있어서,
본원에서 개별적으로 그리고 조합하여 개시된 모든 특징 및 구조를 갖고,
상기 유체막 베어링은 틸트 패드 스러스트 베어링으로서 추가로 규정되는, 방법.
19. 실시예 12, 13, 14, 15, 16, 17 또는 18에 있어서,
본원에서 개별적으로 그리고 조합하여 개시된 모든 특징 및 구조를 갖고,
상기 센서는 상기 틸트 패드 스러스트 베어링의 패드와 결합되도록 추가로 규정되는, 방법.
20. 베어링 모니터링/분석을 위한 방법으로서,
a. 유체막 베어링에 인접하게 하우징 상에 음향 방출 센서를 위치시키는 단계;
b. 상기 음향 방출 센서를 통해 신호를 수집하는 단계;
c. 상기 신호를 분석하는 단계;
d. 상기 신호의 분석으로부터 상기 유체막 베어링의 상태를 인식하는 단계; 및
e. 상기 상태에 기초하여 액션을 권고하는 단계를 포함하는, 방법.

Claims (20)

  1. 베어링 모니터링/분석 시스템으로서,
    a. 둘 이상의 패드들을 포함하는 유체막 베어링; 및
    b. 상기 베어링에 인접하여 위치된 음향 방출 센서 - 상기 음향 방출 센서는 상기 유체막 베어링으로부터 상기 유체막 베어링의 둘 이상의 패드들 중 적어도 하나의 상태에 관련한 데이터를 수집하도록 구성됨 -
    를 포함하고, 그리고
    상기 유체막 베어링은 반경 방향 표면을 포함하며, 상기 음향 방출 센서는 상기 유체막 베어링의 반경 방향 표면과 결합되도록 추가로 규정되고,
    c. 제2 음향 방출 센서를 더 포함하고, 상기 제2 음향 방출 센서는 상기 유체막 베어링으로부터 데이터를 수집하도록 구성되며,
    상기 제2 음향 방출 센서는 상기 유체막 베어링의 축 방향 표면과 결합되도록 추가로 규정되는, 베어링 모니터링/분석 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 음향 방출 센서는 상기 음향 방출 센서에 대해 백팔십(180)도에 위치되도록 추가로 규정되는, 베어링 모니터링/분석 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 음향 방출 센서는 R15a 범용 AE 센서로서 추가로 규정되는, 베어링 모니터링/분석 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유체막 베어링은 틸트 패드 저널(tilt pad journal) 베어링으로서 추가로 규정되는, 베어링 모니터링/분석 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유체막 베어링은 굴곡 피벗(flexure pivot) 틸트 패드 저널 베어링으로서 추가로 규정되는, 베어링 모니터링/분석 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유체막 베어링은 틸트 패드 스러스트(thrust) 베어링으로서 추가로 규정되는, 베어링 모니터링/분석 시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 둘 이상의 패드들 중 적어도 하나의 패드의 상태는 상기 유체막 베어링의 손상된 패드로서 추가로 규정되는,
    베어링 모니터링/분석시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 음향 방출 센서는 유체막 베어링의 단부 플레이트 또는 유체막 베어링의 캐리어 링에 위치하는,
    베어링 모니터링/분석 시스템.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 베어링 모니터링/분석을 위한 방법으로서,
    a. 둘 이상의 틸트 패드들을 포함하는 유체막 베어링에 인접하게 하우징 상에 음향 방출 센서를 위치시키는 단계;
    b. 상기 음향 방출 센서를 통해 신호를 수집하는 단계;
    c. 상기 신호를 분석하는 단계;
    d. 상기 신호의 분석으로부터 상기 유체막 베어링의 상기 둘 이상의 틸트 패드들 중 적어도 하나의 상태를 인식하는 단계; 및
    e. 상기 상태에 기초하여 액션을 권고하는 단계를 포함하고,
    제2 음향 방출 센서를 더 포함하고, 상기 제2 음향 방출 센서는 상기 유체막 베어링으로부터 데이터를 수집하도록 구성되며, 상기 음향 방출 센서는 상기 유체막 베어링의 반경 방향 표면과 결합되고, 상기 제2 음향 방출 센서는 상기 유체막 베어링의 축 방향 표면과 결합되도록 추가로 규정되는, 방법.
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