JP3973203B2 - 発電機ステータ・バーのくさび圧力試験のための方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の実施形態は、試験手順に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、圧力の試験に関連して収集されたデータの分析に関する。
【０００２】
【発明の背景】
発電機のステータ・バーは、くさびシステムによって、ステータのスロット内における動きが拘束されている。くさびシステムが緩くなると、ステータ・バーは、スロットに対して動くことができるようになる。この相対的な動きは、バーの絶縁材の磨耗と、接地への短絡によるバーの損傷の可能性を生じさせる。現在のところ、くさびシステムは、技術装置の拘束（圧力、即ち単位長さ当たりの力）を目標として設計されているが、要求される保守を正確に評価する目的で、該くさびシステムの緊密度の評価をこれらの技術設計装置の拘束と関係づけることはできない。
【０００３】
現在、発電機のくさびシステムの緊密度を半定量的に評価するための２つの方法が存在する。その第１は、ブリネル／ロックウェル硬度試験の変形であり、ばね付きピン又はアームの跳ね返り速度を用いるものである。第２は、くさびにマルチタップ押し付け機能を適用し、１０００Ｈｚより下の３つの別個の周波数帯における振動応答の絶対量を測定する技術である。
【０００４】
【発明の概要】
本発明の実施形態は、部材にかかる圧力を測定するための方法を含み、この方法では、部材が励振されて該部材に現在振動応答を生じさせ、該現在振動応答が検知される。現在振動応答は、部材の予め記録された複数の振動応答の少なくとも１つと比較される。次いで、現在振動応答と予め記録された複数の振動応答の少なくとも１つとの比較に基づいて、部材にかかる圧力が推定される。
【０００５】
本発明の実施形態は、部材にかかる圧力を測定するためのシステムを含む。このシステムは、部材を励振して部材に現在振動応答を生じさせる振動励振器と、現在振動応答を検知するセンサと、予め記録された振動応答を含むデータ保存装置とを有する。現在振動応答は、予め記録された複数の振動応答のうちの少なくとも１つと比較され、部材にかかる圧力は、現在の振動応答と予め記録された複数の振動応答のうちの少なくとも１つとの比較に基づいて推定される。
【０００６】
本発明の実施形態は、振動応答を部材にかかる圧力と関係づける方法を含む。この方法は、部材が複数の異なる圧力に曝されている間に該部材を励振し、複数の異なる圧力の各々についての振動応答スペクトルを検知し、スペクトル対圧力の相関表を生成する段階を含む。スペクトル対圧力の相関表において、複数の異なる圧力の各々についての振動応答スペクトルは、振動応答が検知されたときに部材が曝された圧力と関連づけられる。
【０００７】
本発明の実施形態は、振動応答を部材にかかる圧力に関連づけるためのシステムを含む。このシステムは、部材が複数の異なる圧力に曝されている間に該部材を励振させる振動励振器と、複数の異なる圧力の各々に対する該部材内の振動応答スペクトルを検知するセンサと、スペクトル対圧力の相関表を生成するプロセッサとを有する。このシステムはまた、スペクトル対圧力の相関表を格納するためのデータ格納装置を有する。このスペクトル対圧力の相関表は、振動応答のスペクトルが検知されたときに部材が曝された圧力に関連する、複数の異なる圧力の各々についての振動応答スペクトルを少なくとも含む。
【０００８】
本発明のこれら及び他の特徴は、添付の図面に関連したこの開示を読むことにより当業者には容易に明らかとなるであろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上で説明した発電機のくさびシステムの緊密度を半定量的に評価するための２つの方法が、数年にわたって用いられてきた。しかしながら、これらの方法のいずれも、くさびの圧力を正確に評価するのに必要とされる測定についての解法を有していない。更に、いずれの方法も、上部リップルばねシステムに対するくさび圧力の全作用範囲にわたり、くさびの緊密度を正確に評価するものではない。
【００１０】
上部リップルばねくさびシステムを用いることにより、くさびシステムの保守の必要性を正確に評価するために、くさび圧力を測定することが必要条件となった。従って、いずれの既存方法も、現在の診断についての必要性を満たすものではない。
【００１１】
発電機ステータ・バーのくさび圧力を正確に求め得るようにすることは、該発電機の効果的な予測保守プログラムを実施するためには重要である。しかしながら、くさび圧力を正確に測定することが、現在、重大な問題となっている。この問題は、本発明の実施形態によって解決され、この実施形態により十分な正確さでくさび圧力を求める測定手法が提供される。
【００１２】
振動伝達と、ステータ・バーに対する異なるくさび（ウェッジ）圧力に関連する固有振動数の偏移とを用いる発電機のくさび緊密度評価システムを用いて、くさびの緊密度を正確に測定することができる。このシステムを種々の機械的励振に用いて、くさびに振動応答を生じさせる。この振動応答は、多数の方法により検知することができ、次いで、該振動応答は、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）又はその他の手段により、オンライン的に又は後処理的にスペクトル変形されることになる。独自の組のアルゴリズム及び分析技術を用いて、スペクトル分析をくさび圧力に関連づけることができる。
【００１３】
図１は、電動機のステータ１１０の一部と、該ステータ１１０のスロット１１２の１つに嵌まる関連部品の例を示す。外側ステータ・バー１２０と、内側ステータ・バー１３０と、１つ又はそれ以上のスロット充填材１４０、１５０と、上部リップルばね１６０が、ステータのくさび滑り材１７０及びステータのくさび１８０によって適所に保持される。ステータのくさび１８０に対してステータのくさび滑り材１７０を矢印Ａの方向に動かすこと、又はステータのくさび滑り材１７０に対してステータのくさび１８０を矢印Ｂの方向に動かすことによって、外側ステータ・バー１２０と内側ステータ・バー１３０には、該外側ステータ・バー１２０と内側ステータ・バー１３０をスロット１１２内に保とうとする方向に圧力がかけられる。
【００１４】
上部リップルばねのくさびシステムにかかる圧力が増加（又は減少）されるに従って、個々のくさびの周波数スペクトルは、くさび圧力の増加（又は減少）全体に対して周波数変調を引き起こす。この変調は、予測可能であり、測定可能でもある。本発明の実施形態は、所定のくさびシステムに対するスペクトルの偏移を圧力と相関させる方法（図５）と、この相関を適用するためのデータ収集及び分析手法の双方に及ぶものである。
【００１５】
特定のくさびシステムに対するスペクトル対圧力の相関関係を展開させるために、様々な圧力における当該くさびシステムの各々について、スペクトルを収集する。図５に示す例において、段階５１０では、各々のくさびが、様々な圧力において励振され、各くさびに振動応答を生じさせる。段階５２０において、各くさびのこれらの振動応答が、センサによって検知される。段階５３０において、検知された振動応答が、データ格納装置に格納される。段階５４０において、検知された振動応答のスペクトル分析が、例えば、記録された０から２０ＫＨｚまでのスペクトル（ｆ₁）の中心エネルギー帯を計算することによって行なわれる。次に段階５５０において、各くさびシステムの圧力は、特定のｆ₁に関連づけられる。くさび圧力の全範囲にわたって適用されると、段階５６０において、この手法は、機械的かつ一貫して当該くさびシステムに適用可能なスペクトル対圧力の相関表をもたらす。
【００１６】
図６は、振動応答データを収集し、この応答データを相関表と比較することによって、くさび圧力を測定する方法を示す。段階６１０において、各くさびが励振されて、そのくさびに振動応答を生じさせる。段階６２０において、段階６１０で生じた振動応答が検知される。段階６３０において、各くさびの振動応答は、予め用意されたスペクトル対圧力の相関表と比較されて、各くさびの圧力が求められる。
【００１７】
図７は、エネルギーｆ₁の中心を計算するのに用いることができるアルゴリズムの例を示す。このアルゴリズムの例は、スペクトル応答の周波数の加重平均である。図７のアルゴリズムを励振されたくさびの振動応答に適用して、記録されたスペクトルのエネルギー帯の中心を求めることができる。後処理的なスペクトル変形、例えば、高速フーリエ変換又はその他の手段によって応答を時間領域から周波数領域へと変換した後に、この例におけるアルゴリズムを適用する。後処理が行われると、スペクトルのデータは、周波数ビン割り当てと大きさを有するものとなる。エネルギー帯（ｆ₁）の中心は、これらの領域の特性を図７に示すアルゴリズムに適用することによって計算することができる。ｆ₁の値は、くさび圧力に関連づけられたものとなる。
【００１８】
更に、図７は、本発明の実施形態で用いることができるアルゴリズムの一例を示す。しかしながら、他のアルゴリズムを用いることができる。例えば、積分を用いてエネルギーの中心を計算してもよい（エネルギー帯の中心は、全体のスペクトル積分を、例えば、等しい大きさの２つの積分に分ける帯域となる）。
【００１９】
図８から図１１までは、緩いくさび状態と考えられるもの（図８）、及び、厚さが異なるスロット充填材を用いる、異なる水準の３つの制御された緊密度（図９から図１１まで）について得られた試験データを示す。図９及び図１０は、範囲中央の緊密度を表し、一方、図１１は、高い水準のくさび緊密度を表す。図８から図１１までに示されるスペクトルのプロットは、ＰＣベースのスペクトル分析器及び高周波数加速度計を用いて記録されたものである。このデータは、全体としてのエネルギー帯の加速が、くさびの緊密度の関数として増加することを示す。
【００２０】
多数の装置構成を用いて、データ収集を達成することができる。本発明の実施形態は、振動励振器、センサ、及びデータ保存装置を有する装置構成を含む。図２は、そのような構成の例を示す。振動励振器２１０は、先に展開した相関表で判断されるように、当該周波数帯を励振させることができる。励振技術は、ランダム衝撃、ピンクノイズ、多重ランダム衝撃、及び調和励振を含む（しかし、それに限定されない）。センサ２２０は、測定される特定のくさびに関して当該周波数帯にわたって直線又は直線に近い形で（３ｄＢの低下より少ない）記録することが可能である。センサは、マイクロホン、レーザー振動計、及び加速度計を含むことができる（しかし、それに限定されない）。データ保存装置２３０は、アナログ方式、或いはデジタル方式のいずれでもよい。（アナログ装置は、後処理的アナログ・デジタル変換と関連づけされるのが好ましい。）保存装置は、磁気デジタル保存、光学的デジタル保存、ｅ−ｐｒｏｍ、及びテープレコーダを含むことができる（しかし、それに限定されない）。保存前、又は保存後のいずれかで、振動応答データは、時間領域から周波数領域へ変換されるのが好ましい。この変換を、例えば、標準フーリエ分析、ＦＴＴ、又はオーダトラッキング分析を含む多くの一般的な方法によって達成することができる。図３及び図４は、この図３及び図４がデータ変換器を含むことを除いて、図２に示すものと同様のシステムの例を示す。図３において、データ変換器３４０は、センサ３２０とデータ保存装置３３０との間に配置される。図４において、データ変換器４４０は、データ保存装置４３０の下流側に配置される。
【００２１】
スペクトル対圧力の相関表が既に存在するくさびシステムから収集されたデータを分析するためのシステムの例が、図４に示す、プロセッサ４５０を含むシステムである。プロセッサ４５０は、振動応答データとスペクトル対圧力の相関表との比較を実行して、くさびに作用する圧力を求める。
【００２２】
所定のスペクトルについてｆ₁を識別する場合以外は、上述の同じ技術を用いてスペクトルを分析し、次いで、例えば、図５の段階５６０において生成した相関表を使用して、くさび圧力を求める。
【００２３】
本発明を、特定の実施形態及び例に関して説明してきたが、本発明の技術思想及び技術的範囲から大きく逸脱することなく種々の変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【００２４】
特許請求の範囲において示される参照番号は、本発明の技術的範囲を狭めるためのものではなく、それらを容易に理解することを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 発電機のステータの部分分解図。
【図２】 本発明の実施形態のシステムの例を示すブロック図。
【図３】 本発明の実施形態のシステムの例を示すブロック図。
【図４】 本発明の実施形態のシステムの例を示すブロック図。
【図５】 本発明の実施形態の方法の例を示す流れ図。
【図６】 本発明の実施形態の方法の例を示す流れ図。
【図７】 本発明の実施形態において用いられるアルゴリズム。
【図８】 緩いくさびの試験結果を示すグラフ。
【図９】 制御された緊密度−１２０ミルの充填材の試験結果を示すグラフ。
【図１０】 制御された緊密度−１５０ミルの充填材の試験結果を示すグラフ。
【図１１】 制御された緊密度−１６５ミルの充填材の試験結果を示すグラフ。
【符号の説明】
５１０ 各くさびを様々な圧力で励振し、各くさびに振動応答を生じさせる。
５２０ 各くさびの振動応答を検知する。
５３０ 振動応答データを格納する。
５４０ 応答データのスペクトル分析を行う。
５５０ スペクトル分析をくさび圧力に関連づける。
５６０ スペクトル対圧力の相関表を生成する。

Claims (6)

1. 部材（１８０）にかかる圧力を測定するための方法であって、
   前記部材を励振して該部材に振動応答を生じさせ（６１０）、
   該振動応答を検知し（６２０）、
   該振動応答を、前記部材の予め記録された複数の振動応答のうちの少なくとも１つと比較し（６３０）、
   前記振動応答と前記予め記録された複数の振動応答のうちの少なくとも１つとの前記比較（６３０）に基づいて、前記部材にかかる圧力を推定し、
   前記振動応答を前記予め記録された振動応答と比較する前に、該振動応答のスペクトル分析を行う、段階を含み、
   前記スペクトル分析が、アルゴリズムを前記振動応答に適用して、該振動応答のスペクトルのエネルギー帯の中心を求める段階を含むことを特徴とする方法。
2. 前記予め記録された複数の振動応答の各々が、前記部材にかかる特定の圧力に対応していることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記部材にかかる前記圧力が、前記予め記録された複数の振動応答のうちのどれが前記振動応答と最もほぼ一致するかを判断することによって推定されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 部材（１８０）にかかる圧力を測定するためのシステムであって、
   前記部材を励振して該部材に振動応答を生じさせる振動励振器（２１０）と、
   前記振動応答を検知するセンサ（２２０）と、
   予め記録された振動応答を含むデータ保存装置（２３０）と、
   を備え、
   前記振動応答が、前記予め記録された複数の振動応答のうちの少なくとも１つと比較され、
   前記部材にかかる圧力が、前記振動応答と前記予め記録された複数の振動応答のうちの少なくとも１つとの前記比較に基づいて推定され、
   プロセッサが更に設けられ、該プロセッサは、前記振動応答が前記予め記録された振動応答と比較される前に、該振動応答のスペクトル分析を行い、
   前記スペクトル分析が、アルゴリズムを前記振動応答に適用して、該振動応答のスペクトルのエネルギー帯の中心を求めることを含むことを特徴とするシステム。
5. 前記予め記録された振動応答の各々が、前記部材にかかる特定の圧力に対応していることを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
6. 前記部材にかかる前記圧力が、前記予め記録された複数の振動応答のうちのどれが前記振動応答と最もほぼ一致するかを判断することによって推定されることを特徴とする、請求項４に記載のシステム。

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