KR101266891B1 - 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 측정하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 발전기에서 고정자 어셈블리의 전기자 슬롯 내의 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 측정하기 위한 방법이다. 상기 고정자 코일은 자신에서 진동 응답을 생성하기 위하여 여자된다. 상기 고정자 코일의 진동 응답은 검출되고 그리고 상기 진동 응답의 주파수 응답 함수는 결정된다. 상기 전기자 슬롯 내의 상기 고정자 코일의 접선 방향의 견고성은 상기 고정자 코일의 진동 응답의 주파수 응답 함수에 기초하여 추정된다.

Description

고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 측정하기 위한 방법{METHOD FOR MEASURING A TANGENTIAL-TIGHTNESS OF A STATOR COIL}

본 발명은 일반적으로 전기 발전기들에 관한 것으로, 더욱 특정하게는 터빈 발전기의 전기자(armature) 슬롯 내의 고정자(stator) 코일의 접선 방향의 견고성을 측정하기 위한 방법에 관한 것이다.

거대한 전기 발전기들에서, 고정자 어셈블리는 전기자 슬롯 내에서 유지되는 고정자 코일들을 포함한다. 상기 고정자 코일들은 각각의 전기자 슬롯 상에 한 쌍의 마주 보는 나란한 홈들 내에 전형적으로 삽입되는 고정자 웨지(wedge)들에 의하여 제자리에 고정될 수 있다. 상부의 물결모양의 스프링들은 상기 고정자 코일들 상에 양의 부하를 유지하고 그리고 이에 의하여 상기 고정자 코일 상에 일관된 압력 또는 프리로드(preload)를 유지하기 위하여 상기 고정자 웨지들 및 상기 고정자 코일들 사이에 삽입될 수 있다. 게다가, 측면의 물결모양의 스프링들은 접선 방향에서 상기 고정자 코일들의 진동을 감소시키기 위하여 상기 전기자 슬롯 벽들과 맞물리는 상기 고정자 코일들의 측면을 따라 삽입될 수 있다.

고정자 코일들에 연관되는 공통의 문제점은 상기 전기자 슬롯들 내에서 고정자 코일들이 느슨해질 수 있다는 것이다. 상기 전기자 슬롯들 내에서의 상기 고정자 코일들의 느슨함은 상기 고정자 코일들 및 상기 전기자 슬롯 사이의 상대적인 이동 및 상기 고정자 코일들의 진동의 레벨들의 증가를 야기할 수 있다는 것이 발견되어 왔다. 이런 조건들은 고정자 코어 연철판(lamination)들 및 고정자 코일 절연의 실패 및 저하를 초래할 수 있다. 더욱이, 상기 전기자 슬롯 내의 상기 고정자 코일들의 접선 방향의 진동은 이런 컴포넌트들의 스파크 침식을 가져올 수 있는 상기 고정자 코일들 및 상기 고정자 코어 사이의 전기적인 방전들을 초래할 수 있다. 이런 요구되지 않는 결과들은 이를 테면, 고정자 코일 리와인딩(rewind) 프로세스와 같은 어려운 수리 절차들 및 시간 소비 또는 대체를 필요로 할 수 있다.

테스트들은 고정자 어셈블리들 내의 상부의 물결모양의 스프링들 및 고정자 웨지들의 견고성을 추정하기 위하여 발전된다. 미국 특허 제 6,631,335호에 개시되는, 하나의 이러한 테스트는, 전기자 슬롯 내에 배치되는, 고정자 웨지, 하나 이상의 고정자 코일들 및 선택적으로 물결모양의 스프링들을 포함하는 고정자 어셈블리의 고정자 웨지 내 진동을 여자하는(exciting) 것을 포함한다. 상기 고정자 어셈블리의 진동 응답은 상기 전기자 슬롯 내의 고정자 어셈블리의 견고성을 추정하기 위하여 측정되고 고정자 어셈블리들의 이전에 저장되는 진동 응답들과 비교된다.

미국 특허 제 5,012,684호에 개시되는, 다른 이러한 테스트는, 수압(hydraulic) 실린더를 갖는 웨지 블록을 개시하고, 상기 웨지 블록은 전기자 슬롯 또는 고정자 슬롯 내의 한 쌍의 평행한 홈들 중 상부 홈 내에 설치된다. 상기 수압 실린더는 상기 평행의 홈들의 나머지 다른 홈들 내의 슬롯 웨지와 차례로 접촉하는, 부하(load) 판 상에 압력을 가하기(press down) 위하여 활성화된다. 이는 상기 슬롯 웨지 및 상기 고정자 와인딩(winding)들 사이의 상부의 물결모양의 스프링을 차례로 압축한다. 부하 셀은 상기 상부의 물결모양의 스프링을 압축하기 위하여 요구되는 힘을 측정하고, 반면에 네 개의 선형 변수 차동 변압기들은 상기 슬롯 웨지의 변위 량을 측정한다. 이런 두 개의 측정들은 그리고 나서 상기 슬롯 웨지 및 상기 상부의 물결모양의 스프링의 결합되는 구조에 대한 견고성에 대한 측정을 유도하기 위하여 이용된다.

상기와 같은 테스트들은 상기 고정자 웨지들과 함께 적절하게 수행되고, 그리고 슬롯 내에서 상부의 물결모양 스프링들 및 고정자 웨지들의 견고성을 결정하는 것에 효과적일 수 있다. 하지만, 이런 타입들의 테스트들은 좌우로 또는 접선 방향의 고정자 코일 견고성에 관하여 결정적이지 않을 수 있고, 그리고 상기 전기자 슬롯들 내의 상기 고정자 코일들 자신들의 진동에 특정한 측정치를 제공하지 않는다. 게다가, 현재 발전기 설계들에서 구현되는 고정자 코일들은 접선 방향에서의 탄력성의 관련된 증가로 점점 얇아지게 되는 것과 같이, 상기 슬롯들 내의 컴포넌트 견고성이 추정될 때, 상기 슬롯 내에 설치되는 물결모양의 스프링 및 상기 고정자 웨지의 진동 응답에 기초하는 테스팅은 덜 정확해질 수 있다.

고정자 슬롯들 내의 고정자 코일들의 상대적인 접선 방향의 견고성을 결정하는 현재의 방법들은 상기 전기자 슬롯을 정의하는 벽면 및 상기 고정자 코일 사이의 공간에서 탐침되는(probe) "필러 게이지들"(feeler gauges)의 이용을 포함한다. 상기 필러 게이지는 상기 공간의 대략적인 폭에 대한 감지(feel)를 갖는 테스터를 제공한다. 상기 전기자 슬롯 내의 상기 고정자 코일의 접선 방향의 견고성의 직접적인 판독(reading)이 측정되는 것이 아니기 때문에, 상기 필러 게이지들에 의하여 지원되는 판독들의 정밀도는 낮다.

본 발명의 제 1 양상에 따라, 전기 발전기 내의 고정자 어셈블리의 전기자 슬롯 내에 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 측정하기 위한 방법은 상기 고정자 코일의 진동 응답을 생성하기 위하여 고정자 코일을 여자하는 단계, 상기 고정자 코일의 진동 응답을 검출하는 단계, 상기 고정자 코일의 진동 응답의 주파수 응답 함수를 결정하는 단계, 그리고 상기 고정자 코일의 상기 진동 응답의 주파수 응답 함수에 기초하여 상기 전기자 슬롯 내의 상기 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 추정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제 2 양상에 따라, 전기 발전기 내의 고정자 어셈블리의 전기자 슬롯 내에 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 추정하기 위하여 고정자 코일의 진동 응답을 측정하기 위한 방법은 상기 전기자 슬롯으로부터 상부의 물결모양의 스프링, 상부의 슬롯 필터 및 고정자 웨지 중 적어도 하나를 제거하는 단계, 방사형(radial) 진동 응답 및 접선 방향의 진동 응답 중 하나를 포함하는 상기 진동 응답, 상기 고정자 코일의 진동 응답을 생성하기 위하여 부하 셀을 갖는 여자기(exciter)로 상기 고정자 코일의 내측을 방사상으로 직접적으로 충돌시킴으로써 상기 고정자 코일을 여자하는 단계, 상기 고정자 코일의 상기 진동 응답을 검출하는 단계, 상기 고정자 코일의 상기 진동 응답의 주파수 응답 함수를 결정하는 단계, 그리고 상기 고정자 코일의 상기 진동 응답의 주파수 응답 함수에 기초하여 상기 전기자 슬롯 내의 상기 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 추정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제 3 양상에 따라, 전기 발전기의 전기자 슬롯 내에서 고정자 코일의 스파크 침식을 감소시키기 위한 방법은 상기 고정자 코일의 진동 응답을 생성하기 위하여 상기 고정자 코일을 여자하는 단계, 상기 고정자 코일의 진동 응답을 검출하는 단계, 상기 고정자 코일의 진동 응답의 주파수 응답 함수를 결정하는 단계, 상기 고정자 코일의 진동 응답의 주파수 응답 함수에 기초하여 상기 전기자 슬롯 내의 상기 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 추정하는 단계, 그리고 만약 상기 전기자 슬롯 내의 상기 고정자 코일의 추정되는 접선 방향의 견고성이 미리결정되는 범위 내에 있지 않다면, 상기 고정자 코일 및 상기 전기자 슬롯을 정의하는 벽면 사이에 적어도 하나의 필러 부재(filler member)를 삽입하는 단계를 포함한다.

본 명세가 특히 거론되는 청구항들로 귀결하고 본 발명이 명백하게 청구하더라도, 본 발명은 같은 참조 번호들이 같은 엘리먼트들을 식별하는, 첨부되는 도면들에 관한 이하의 기술들로부터 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 고정자 어셈블리 내에 설치되는 회전자를 갖는 전기 발전기의 횡단면의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시되는 상기 전기 발전기의 일부의 부분적인 같은 크기의 도이다.
도 3은 도 1에 도시되는 상기 전기 발전기의 일부의 부분적인 같은 크기의 도이다 － 상기 전기 발전기의 컴포넌트들은 상기 발명의 실시예에 따른 테스팅을 위한 고정자 슬롯에 부분적으로 설치됨 － .
도 4는 본 발명에 따라 발생되는 세 개의 상이한 고정자 코일 견고성 상태들에 대응하는 방사형 진동 테스트 데이터를 도시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따라 발생되는 세 개의 상이한 고정자 코일 견고성 상태들에 대응하는 접선 방향의 진동 테스트 데이터를 도시하는 그래프이다.

바람직한 실시예들의 이하의 상세한 설명에서, 참조는 본 명세의 부분을 형성하는 첨부되는 도면들로 만들어지고, 도시에 의하여 그리고 도시에 의하지 않고 보여지고, 본 발명에서 특정 바람직한 실시예들은 실시될 수 있다. 다른 실시예들은 활용될 수 있고 그리고 변경들이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남 없이 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

이제 도면들을 참조하면, 도 1은 회전자(14)를 둘러싸는 고정자 어셈블리(12)를 포함하는, 이를 테면 터빈으로 동력이 공급되는 발전기와 같은 공지의 전기 발전기(10)의 횡단면도를 도시한다. 좁은 방사형(radial) 갭(16) (상기 도면에서 다소 과장됨)은 상기 고정자 어셈블리(12) 및 상기 회전자(14) 둘레에 배치되는 리테이닝 링(18) 사이에 존재한다. 상기 고정자 어셈블리(12)는 축 상으로 연장되는 전기자 슬롯들(20)의 환상의(annular) 어레이를 포함한다. 각각의 전기자 슬롯(20)은 그것의 각각의 측면 상에 형성되는 고정자 톱니(22)를 갖는 고정자 어셈블리(12) 내에 형성될 수 있다.

도 2 및 3에 도시되는 바와 같이, 각각의 고정자 톱니(22)(도 2 및 도 3에는 하나가 도시됨)는 서로에 대하여 방사형으로 배치되는 한 쌍의 축 상으로 연장되는 홈들(24, 25)을 포함한다. 그러므로, 각각의 전기자 슬롯(20)은 거기에 형성되는 두 쌍의 일반적으로 평행한 홈들(24, 25)을 포함한다. 절연 층(27)에 싸일 수 있거나 부분적으로 싸일 수 있는 고정자 코일들(26A, 26B)은 상기 고정자 어셈블리 (12)의 상기 전기자 슬롯들(20)의 각각에 배치된다. 전형적인 고정자 어셈블리(12)에서, 고정자 코일들(26A, 26B)의 한 쌍은, 도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 하나가 방사형으로 나머지의 상부에 배치되는, 상기 전기자 슬롯(20)에 쌓인다(stack). 이를 테면, 상부의 슬롯 필러들(28) 또는 쐐기(shim)들과 같은 하나 이상의 필러 부재들은 전형적으로 상부의 고정자 코일(26A)로부터 안쪽으로 방사형으로 배치된다. 이를 테면, 상부의 물결모양의 스프링(30)과 같은 부가적인 필러 부재들은 상부의 슬롯 필러들(28)로부터 안쪽으로 방사형으로 상기 전기자 슬롯(20) 내에 배치될 수 있다.

도시되는 실시예에서, 이를 테면 제 1 측면 물결모양의 스프링(31A)과 같은 필러 부재는 상기 상부의 고정자 코일(26A) 및 상기 고정자 톱니(22) 사이의 상부의 물결모양의 스프링(30)과 직각을 이룬 상기 전기자 슬롯(20)에 배치되고, 그리고 이를 테면 제 2 측면 물결모양의 스프링(31B)과 같은 다른 필러 부재는 상기 가장 하층의 고정자 코일(26B) 및 상기 고정자 톱니(22) 사이의 상부의 물결모양의 스프링(30)과 직각을 이룬 상기 전기자 슬롯(20)에 배치된다. 선택적으로, 이를 테면 제 1 및 제 2 측면 슬롯 필러들(33A, 33B) 또는 쐐기들과 같은 하나 이상의 부가적인 필러 부재들은 상기 측면 물결모양 스프링들(31A, 31B) 및 상기 각각의 고정자 코일(26A, 26B) 사이에 배치될 수 있다. 대안적으로, 상기 측면 슬롯 필러들(33A, 33B)은 상기 측면 물결모양의 스프링들(31A, 31B) 없이, 상기 고정자 톱니(22) 및 상기 고정자 코일들(26A, 26B) 사이의 상기 전기자 슬롯(20)에 배치될 수 있다. 상기 측면 물결모양 스프링들(31A, 31B) 및 상기 측면 슬롯 필러들(33A, 33B)은 상기 고정자 코일들(26A, 26B) 및 상기 고정자 톱니(22) 사이에 생성되는 임의의 축의 갭을 채우고 그리고 접선 방향에서 상기 고정자 코일들(26A, 26B) 및 상기 고정자 톱니(22) 사이에서의 견고성을 증가시키기 위하여 설계된다.

결국에는 하나 이상의 고정자 웨지들(32)은 상기 상부의 물결모양의 스프링(30)으로부터 안쪽으로 방사형으로 상기 전기자 슬롯(20) 내에 설치된다. 상기 고정자 웨지들(32)은 상기 고정자 웨지들(32)을 미끄러지게 함(slide)으로써 대응하는 평행의 홈들(24, 25) 중 적어도 하나에 설치된다. 상기 고정자 웨지들(32)은 상기 전기자 슬롯(20) 내에 방사형으로 상기 고정자 코일들(26A, 26B)을 단단하게 고정하기(secure) 위하여 상기 상부의 고정자 코일(26A)에 대항하여 차례로 압축되는, 상기 상부 슬롯 필러들(28)에 대항하여 상기 상부의 물결모양의 스프링(30)을 압축한다.

상기 전기자 슬롯(20) 내에 선택되는 고정자 코일(26A, 26B)의 접선 방향의 견고성을 측정하는 방법이 이제 기술될 것이다. 상기 고정자 웨지들(32)은 상기 상부의 물결모양의 스프링(30)을 노출시키기 위하여 상기 전기자 슬롯(20)으로부터 제거된다. 상기 고정자 웨지들(32)을 제거하는 임의의 방법은, 이를 테면 대응하는 평행의 홈들(24, 25)의 밖으로 상기 고정자 웨지들(32)을 미끄러지게 하기 위하여 타격 힘으로 상기 고정자 웨지들(32)을 충돌시킴과 같은 방법이 예컨대 사용될 수 있다. 상부의 물결모양의 스프링(30) 및 상부의 슬롯 필러들(28)은 도 3에 도시되는 바와 같이, 상기 상부의 고정자 코일(26A)을 노출시키기 위하여 그때에 상기 전기자 슬롯(20)으로부터 제거된다. 상기 가장 하층의 고정자 코일(26B)의 견고성을 측정하는 것이 바라던 대로 된다면, 상기 상부의 고정자 코일(26A)은 제거되지 않을 수 있다는 것에 주목해야한다.

본 발명의 실시예의 설명이 상기 상부의 고정자 코일(26A)과의 맞물림으로부터 상부의 슬롯 필러들(28), 상부의 물결모양의 스프링들(30) 및 상기 고정자 웨지들(32)을 포함하는 구조의 제거를 참조하더라도, 본 발명은 상부의 슬롯 필러들(28), 상부의 물결모양의 스프링들(30) 및 상기 웨지들(32)의 설치 전에 상기 고정자 코일들(26A, 26B)의 신규 설치들로 실시될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명은 상기 고정자 슬롯(20) 내에 노출되는 고정자 코일(26A)을 갖는 고정자 구조에 일반적으로 적용가능하다.

도 3에 도시되는 바와 같이, 상기 선택되는 고정자 코일(26A)은 노출되고(상기 상부의 고정자 코일(26A)은 이런 실시예에서 선택됨), 그리고 이를 테면 가속도계, 레이저 진동계 또는 에디(Eddy) 전류 탐침과 같은 제 1 진동 센서(34A)는 이를 테면, 상업적으로 이용가능한 New York, Depew 의 PCB Piezotronics, Inc.의 PCB 가속도계 부착 왁스 또는 도관 실링(seal) 퍼티와 같은 것으로 상기 선택되는 고정자 코일(26A1)의 내측(26A1)에 방사형으로 부착된다. 선택적으로, 이를 테면 가속도계, 레이저 진동계, 또는 에디 전류 탐침과 같은 제 2 진동 센서(34B)는 이를 테면, 도관 실링 퍼티, 또는 PCB 가속도계 부착 왁스와 같은 것으로 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 내측(26A1)에 방사형으로 부착된다. 이런 실시예에서, 상기 제 1 진동 센서(34A)는 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 접선 방향의 진동이 측정될 수 있는 방향으로 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 내측(26A1)에 부착되고, 그리고 상기 제 2 진동 센서(34B)는 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 방사형 진동이 측정될 수 있는 방향으로 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 내측(26A1)에 부착된다. 본 명세에서 사용되는 바와 같이, 접선 방향의 진동은 원주 방향에서의 진동이고 그리고 방사형(radial) 진동은 반지름 방향에서의 진동이다.

상기 선택되는 고정자 코일(26A)은 그리고 나서 상기 선택되는 고정자 코일(26A)에 적용되는 힘을 측정하기 위하여 도 3에 도시되는 바와 같이, 여자기 센서(36A)를 포함하는 부하 셀을 갖는 여자기(36)를 이용하여 여자된다. 상기 선택되는 고정자 코일(26A)을 여자하는 임의의 방법이 사용될 수 있고, 그리고 바람직한 실시예에서, 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 여자는 예컨대 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 내측(26A1) 상에서 방사형으로 해머로 직접 충돌시킴에 의하여 영향을 받는다. 다른 타입들의 여자기들이 이용될 수 있고, 그리고 상기 선택되는 고정자 코일(26A)을 임의의 방향으로 여자할 수 있다. 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 여자는 상기 노출되는 고정자 코일(26A)의 접선 방향의 진동 응답을 생성한다. 상기 접선 방향의 진동 응답은 상기 제 1 진동 센서(34A)를 이용하여 검출된다. 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 여자는 상기 노출되는 고정자 코일(26A)의 방사형 진동 응답을 또한 생성한다. 상기 방사형 진동 응답은 상기 제 2 진동 센서(34B)를 이용하여 검출된다. 상기 여자기 센서(36A)는 상기 선택되는 고정자 코일(26A) 상에서 상기 여자기(36)에 의하여 가해지는 여자 힘을 검출한다. 이런 프로세스들은 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 길이를 따라 몇 번이고 반복될 수 있다는 것이 이해되고, 상기 진동 센서들(34A, 34B)은 재배치되고 그리고 상기 여자기(36)는 다수의 진동 응답들이 검출되도록 상이한 위치에서 상기 선택되는 고정자 코일(26A)을 여자하기 위하여 이용된다.

상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 진동 응답들 및 상기 여자기(36)의 여자 힘은 상기 진동 센서들(34A, 34B) 및 상기 여자기 센서(36A)와 통신하는 데이터 분석 디바이스(38)로 전송된다. 제시되는 실시예에서, 다른 적절한 데이터 분석기들이 이용될 수 있더라도, 상기 데이터 분석 디바이스(38)는 스펙트럼 분석기이다. 상기 데이터 분석 디바이스(38)는 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 진동 응답들 및 상기 여자기(36)의 여자 힘, 즉 상기 진동 센서들(34A, 34B) 및 상기 여자기 센서(36A)로부터의 아날로그 신호들을 디지털 신호들로 변환한다. 상기 디지털 신호들은 그리고 나서 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 상기 방사형 진동 응답 및 상기 접선 방향의 진동 응답의 주파수 응답 함수들을 결정하고 플롯팅(plot)하기 위하여 이용된다. 이런 실시예에서, 상기 주파수 응답 함수들은 주파수(Hz) 대 접선 방향 및 방사형 방향에서의 가속도(g)/입력 힘(lbF)의 비율로 플롯팅된다. 이런 프로세스들은 예컨대, 푸리에 분석, 고속 푸리에 변환 또는 차수(order) 추적 분석을 포함하는 많은 수의 방법들에 의하여 성취될 수 있다. 이런 실시예에 따라 상기 접선 방향 및 방사형 진동 응답들 모두가 검출되고 플롯팅되는 반면에, 상기 접선 방향 및 방사형 진동 응답들 중 단지 하나만이 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 접선 방향의 견고성을 분석하기 위한 충분한 정보를 제공하기 위하여 검출되고 플롯팅될 필요가 있다는 것을 주목해야 한다. 상기 여자기(36)에 의하여 가해지는 여자 힘이 검출되고 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 접선 방향의 진동 응답의 주파수 응답 함수의 결정에 포함되기 때문에, 상기 여자기(36)에 의하여 가해지는 여자 힘은 각각의 결정에 대하여 일정할 필요가 없다.

일단 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 상기 진동 응답들의 상기 주파수 응답 함수가 플롯팅되면, 상기 주파수 응답 함수의 로컬 모드가, 이를 테면 대응하는 주파수 플롯 상에 걸쳐서 제로를 위치시킴으로써 결정된다. 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 상기 주파수 응답 함수의 상기 진동 응답의 로컬 모드를 결정하는 다른 방법들이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남 없이 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

하나의 실시예에서, 초기에는 데이터는 다양한 공지된 코일 접선 방향의 견고성들로 고정자 어셈블리들에 배치되는 다양한 고정자 코일들에 대하여 수집된다. 이런 데이터는 특정 고정자 어셈블리 내의 고정자 코일들에 대하여 주파수-대-견고성 상관 관계 데이터베이스들을 전개하기 위하여 이용될 수 있다. 예컨대, 공지의 접선 방향의 견고성을 갖는 고정자 코일(26A)을 포함하는 특정 고정자 어셈블리는 상기 고정자 코일(26A)의 접선 방향 및 방사형 진동 응답들을 생성하기 위하여 여자될 수 있다. 상기 고정자 코일(26A)의 진동 응답들은 상기 진동 센서들(34A, 34B)에 의하여 검출될 수 있고 상기 데이터 분석 디바이스(38)는 상기 고정자 코일(26A)의 진동 응답들을 상기 고정자 코일(26A)의 대응하는 진동 응답의 기준 주파수 응답 함수들로 변환할 수 있다. 상기 대응하는 진동 응답의 상기 기준 주파수 응답 함수의 로컬 모드는 그리고 나서 결정될 수 있다. 상기 고정자 코일(26A)의 공지된 접선 방향의 견고성에 대응하는, 상기 고정자 코일(26A)의 상기 대응하는 진동 응답의 기준 주파수 응답 함수의 로컬 모드는 그리고 나서 상기 대응하는 주파수-대-견고성 상관 관계 데이터베이스에 저장될 수 있다. 이런 프로세스는 상기 상관 관계 데이터베이스들을 완성하기 위하여 상이한 공지의 고정자 코일 접선 방향의 견고성들에 대하여 수회 반복될 수 있다. 상기 상관 관계 데이터베이스들에 포함되는 상기 저장되는 로컬 모드들은 알려지지 않은 접선 방향의 견고성을 갖는 다른 고정자 코일들의 접선 방향의 견고성들을 추정하기 위하여 이용될 수 있다.

이런 실시예에 따라, 도 4는 상이한 접선 방향의 견고성들을 갖는 다수의 고정자 코일들에 대하여 획득되는 방사형 진동 테스트 데이터의 그래프를 도시하고, 상기 방사형 진동에 대한 상기 주파수 응답 함수는 주파수의 함수로서 플롯팅된다. 실선(40)은 느슨한 접선 방향의 견고성을 갖는 코일의 주파수 응답 함수를 나타내고, 사선(dashed line)(42)은 중간 범위의 접선 방향의 견고성을 갖는 코일의 주파수 응답 함수를 나타내고, 점선(44)은 단단한 접선 방향의 견고성을 갖는 코일의 주파수 응답 함수를 나타낸다. 상기 느슨한 레벨의 고정자 코일 견고성(40)은 측면 물결모양의 스프링(31A) 및 측면 슬롯 필러(33A)가 제거되는 고정자 어셈블리에서 고정자 코일(26A)에 대응한다. 상기 중간-범위 레벨의 고정자 코일 견고성(42)은 측면 물결모양의 스프링(31A) 없이 측면 슬롯 필러(33A)는 적절한 고정자 어셈블리에서 고정자 코일에 대응한다. 상기 하이 레벨의 고정자 코일 견고성(44)은 측면 슬롯 필러(33A) 없이 측면 물결모양의 스프링(31A)은 적절한 고정자 어셈블리에서 고정자 코일에 대응한다.

도 4에 도시되는 바와 같이, 상기 느슨한 레벨의 고정자 코일 접선 방향의 견고성(40)에 대한 상기 주파수 응답 함수는 포인트 A에 의하여 식별되는, 대략 125 Hz의 로컬 모드(주파수 플롯의 제 1 제로 크로싱)를 포함하는 출력을 갖고, 상기 중간-범위 레벨의 고정자 코일 접선 방향의 견고성(42)에 대한 상기 주파수 응답 함수는 포인트 B에 의하여 식별되는, 대략 575 Hz의 로컬 모드를 포함하는 출력을 갖고, 그리고 상기 하이 레벨의 고정자 코일 접선 방향의 견고성(44)에 대한 상기 주파수 응답 함수는 포인트 C에 의하여 식별되는, 대략 2400 Hz의 로컬 모드를 포함하는 출력을 갖는다. 측면 슬롯 필러들(33A, 33B)은 증가된 고정자 코일 접선 방향의 견고성을 제공하고, 측면 물결모양의 스프링들(31A, 31B)은 더 많은 고정자 코일 접선 방향의 견고성을 제공한다는 것이 공지된다. 도 4에 도시되는 예시적인 결과들은 고정자 코일 접선 방향의 견고성이 고정자 코일의 방사형 진동 응답의 상기 주파수 응답 함수의 로컬 모드와 직접 관련 있고, 그리고 상기 로컬 모드는 상기 고정자 코일 접선 방향의 견고성의 함수로서 증가하는 것을 도시한다. 다시 말해, 전기자 슬롯 내에서 고정자 코일의 접선 방향의 견고성의 실질적으로 정밀한 측정은 상기 고정자 코일 상에서 직접적으로 로컬 진동 응답 측정을 취함으로써 획득될 수 있고, 방사형 진동 응답들의 상기 주파수 응답 함수들의 더 높은 고정자 코일 로컬 모드들은 전기자 슬롯들(20) 내의 고정자 코일 접선 방향의 견고성의 더 높은 레벨들을 표시한다.

도 5는 상이한 접선 방향의 견고성들을 갖는 다수의 고정자 코일들에 대하여 획득되는 접선 방향의 진동 테스트 데이터의 그래프를 도시하고, 상기 접선 방향의 진동에 대한 주파수 응답 함수는 주파수의 함수로서 플롯팅된다. 상기 실선(140)은 느슨한 접선 방향의 견고성을 갖는 코일의 주파수 응답 함수를 나타내고, 사선(dashed line)(142)은 중간 범위의 접선 방향의 견고성을 갖는 코일의 주파수 응답 함수를 나타내고, 점선(144)은 단단한 접선 방향의 견고성을 갖는 코일의 주파수 응답 함수를 나타낸다. 이런 측정들이 대응하는 고정자 어셈블리들의 상태들은 도 4에 관한 상기의 기술되는 것들과 실질적으로 유사하다.

포인트들 A1(대략 100 Hz), B1(대략 240 Hz) 및 C1(대략 2020 Hz)에 의하여 각각 명시되는, 상기 선들(140, 142 및 144)에 대응하는 로컬 모드들을 포함하는 출력들은 고정자 코일 접선 방향의 견고성은 상기 고정자 코일의 상기 접선 방향의 진동 응답의 주파수 응답 함수의 로컬 모드와 직접 관련된다는 것을 추가로 도시한다. 도 4의 플롯에 대하여 주목되는 바와 같이, 상기 방사형 진동 주파수 응답 함수에 대하여, 상기 전기자 슬롯 내의 고정자 코일의 접선 방향의 견고성은 상기 고정자 코일에 대한 직접적인 진동 측정을 획득함으로써 실질적으로 정밀하게 결정될 수 있고, 특히 도 5의 예시적인 실시예에 대하여는, 상기 고정자 코일의 접선 방향의 진동의 직접적인 측정을 획득함으로써 획득될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 방사형 진동 응답의 상기 주파수 응답 함수의 로컬 모드는 상기 고정자 코일(26A)의 상기 접선 방향의 견고성의 실질적으로 정밀한 결정을 제공한다. 하지만, 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 상기 접선 방향의 진동 응답의 상기 주파수 응답 함수의 로컬 모드는 상기 고정자 코일(26A)의 접선 방향의 견고성을 결정하기 위하여 또한 이용될 수 있다.

상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 진동 응답들의 주파수 응답 함수들 및 선택되는 이전에 저장된 대응하는 주파수-대-견고성 상관 관계 데이터베이스에 기록되는 상기 고정자 코일들의 진동 응답들의 주파수 응답 함수들은 상기 주파수 응답 함수들의 로컬 모드들을 위치시킴 없이 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 접선 방향의 견고성을 추정하기 위하여 직접적으로 비교될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이런 경우에서, 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 주파수 응답 함수는 대응하는 이전에 저장된 주파수-대-견고성 상관 관계 데이터베이스에서 하나 이상의 기준 주파수 응답 함수들과 직접적으로 비교될 수 있다. 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 상기 주파수 응답 함수를 가장 근접하게 매칭하는 상기 대응하는 이전에 저장된 주파수-대-견고성 상관 관계 데이터베이스에서 상기 기준 주파수 응답 함수는 상기 선택되는 고정자 코일(26A)의 접선 방향의 견고성과 유사한 접선 방향의 견고성을 가질 수 있다.

본 발명은 고정자 어셈블리(12)의 전기자 슬롯(20) 내의 고정자 코일(26A, 26B)의 접선 방향의 견고성의 직접적인 측정을 제공하고, 상기 접선 방향의 견고성은 상기 고정자 코일(26A)의 진동 응답에 기초한다. 상기 측정들은 상기 고정자 웨지(32), 상부의 물결모양의 스프링들(30) 및 상부의 필러들(28)로부터의 압력 없이 상기 고정자 코일들(26A, 26B) 중 선택되는 것 상에서 직접적으로 수행되기 때문에, 상기 선택되는 고정자 코일들(26A, 26B)의 로컬 모드들은 마치 상기 선택되는 고정자 코일들(26A, 26B)이 탄력 있는 토대 상에 있는 것처럼 측정된다. 즉, 상기 고정자 코일들(26A, 26B), 측면 슬롯 필러들(33A, 33B) 및/또는 측면 물결모양의 스프링들(31A, 31B)을 포함하는 상기 구조의 진동 응답은 상기 고정자 웨지들(32), 상부의 물결모양의 스프링들(30), 및/또는 상부의 슬롯 필러들(28)과 함께 존재할 수 있는 다른 영향들 또는 감쇠 없이 결정될 수 있다.

일단 상기 고정자 코일(26A, 26B)의 접선 방향의 견고성이 추정되면, 상기 고정자 어셈블리(12)는 필요에 따라 변경될 수 있다. 예컨대, 상기 고정자 코일(26A, 26B)이 충분히 단단하지 않다면, 상기 전기자 슬롯(20) 내의 상기 고정자 코일(26A, 26B)의 접선 방향의 견고성을 증가시키기 위하여 요구되는 만큼 부가적인 측면 슬롯 필러들(33A, 33B) 및/또는 측면 물결모양의 스프링들(31A, 31B)이 상기 고정자 어셈블리(12)에 부가될 수 있다. 상기 전기자 슬롯(20) 내의 상기 고정자 코일(26A, 26B)의 견고성이 증가됨에 따라, 상기 고정자 코일 절연 층(27)의 실패 및 저하의 감소를 달성하기 위한, 상기 고정자 코일(26A, 26B) 및 상기 전기자 슬롯(20) 사이의 상대적인 이동은 감소된다. 특히, 상기 고정자 코일들(26A, 26B) 및 상기 고정자 코어 사이의 전기적 방전들의 감소를 달성하고, 그러므로 스파크 침식을 감소시키는 상기 전기자 슬롯(20) 내의 상기 고정자 코일(26A, 26B)의 접선 방향의 진동 레벨들이 감소된다. 따라서, 고정자 어셈블리(12) 교체 및 수리 절차들에 대한 요구를 감소시키며, 상기 고정자 코일들(26A, 26B)의 접선 방향의 이동으로부터 초래되는 상기 고정자 어셈블리(12)에의 손상은 감소될 수 있다.

본 발명의 특정 실시예들이 도시되고 기술되었지만, 다양한 다른 변화들 및 변경들은 본 발명의 사상 및 범위에 벗어남 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위 내에 존재하는 모든 이러한 변화들 및 변경들을 청구범위에서 포괄하는 것이 의도된다.

Claims (20)

1. 전기 발전기에서 고정자 어셈블리의 전기자 슬롯 내의 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 측정하기 위한 방법으로서,
   상기 고정자 코일의 진동 응답을 생성하기 위하여 상기 고정자 코일을 여자하는(excite) 단계;
   상기 고정자 코일의 상기 진동 응답을 검출하는 단계;
   상기 고정자 코일의 상기 진동 응답의 주파수 응답 함수를 결정하는 단계; 및
   상기 고정자 코일의 상기 진동 응답의 상기 주파수 응답 함수에 기초하여 상기 전기자 슬롯 내의 상기 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 추정하는 단계
   를 포함하고,
   상기 고정자 코일의 진동 응답을 생성하기 위하여 상기 고정자 코일을 여자하는 단계는, 상기 고정자 코일의 진동 응답을 생성하기 위하여 상기 고정자 코일의 내측에 방사형으로 직접적으로 충돌하는 부하 셀을 갖는 여자기(exciter)를 이용하는 단계를 포함하는,
   전기 발전기에서 고정자 어셈블리의 전기자 슬롯 내의 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 측정하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전기자 슬롯 내의 상기 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 추정하는 단계는, 상기 고정자 코일의 상기 진동 응답의 상기 주파수 응답 함수와 주파수-대-견고성 상관관계 데이터베이스에서의 데이터를 비교하는 단계를 포함하는,
   전기 발전기에서 고정자 어셈블리의 전기자 슬롯 내의 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 측정하기 위한 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 주파수-대-견고성 상관관계 데이터베이스에서의 상기 데이터는 기지의(known) 고정자 코일 접선 방향 견고성들을 갖는 고정자 어셈블리들 내의 이전에 측정된 고정자 코일들의 특정 기준 주파수 응답 함수들에 대응하는,
   전기 발전기에서 고정자 어셈블리의 전기자 슬롯 내의 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 측정하기 위한 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 전기자 슬롯 내의 상기 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 추정하는 단계는, 기지의 고정자 코일 접선 방향의 견고성들을 갖는 고정자 어셈블리들 내의 상기 이전에 측정된 고정자 코일들 중 어떠한 것이 상기 고정자 코일의 상기 진동 응답의 상기 주파수 응답 함수의 출력에 가장 근접하게 매칭하는 기준 주파수 응답 함수의 출력에 대응하는지를 결정하는 단계를 더 포함하는,
   전기 발전기에서 고정자 어셈블리의 전기자 슬롯 내의 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 측정하기 위한 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 기준 주파수 응답 함수의 상기 출력은 상기 주파수 응답 함수의 로컬 모드를 포함하고,
   상기 고정자 코일의 상기 진동 응답의 상기 주파수 응답 함수의 상기 출력은 상기 고정자 코일의 상기 진동 응답의 상기 주파수 응답 함수의 로컬 모드를 포함하는,
   전기 발전기에서 고정자 어셈블리의 전기자 슬롯 내의 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 측정하기 위한 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 고정자 코일의 진동 응답을 생성하기 위하여 상기 고정자 코일을 여자하는 단계는, 상기 고정자 코일의 접선 방향의 진동 응답 및 방사형 진동 응답 중 하나를 생성하기 위하여 상기 고정자 코일을 여자하는 단계를 포함하는,
   전기 발전기에서 고정자 어셈블리의 전기자 슬롯 내의 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 측정하기 위한 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 고정자 코일의 상기 진동 응답을 검출하는 단계는, 가속도계를 상기 고정자 코일에 일시적으로 부착하는 단계를 포함하고,
   상기 가속도계는 상기 고정자 코일의 상기 진동 응답을 검출하는,
   전기 발전기에서 고정자 어셈블리의 전기자 슬롯 내의 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 측정하기 위한 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 고정자 코일을 여자하는 단계 이전에 상기 전기자 슬롯으로부터 적어도 하나의 고정자 웨지(wedge)를 제거하는 단계를 더 포함하는,
   전기 발전기에서 고정자 어셈블리의 전기자 슬롯 내의 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 측정하기 위한 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 고정자 코일을 여자하는 단계 이전에 상기 전기자 슬롯으로부터 상부의 슬롯 필러 및 상부의 물결모양의(ripple) 스프링 중 적어도 하나를 제거하는 단계를 더 포함하는,
   전기 발전기에서 고정자 어셈블리의 전기자 슬롯 내의 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 측정하기 위한 방법.
10. 제1항에 있어서,
    상기 전기자 슬롯 내의 상기 고정자 코일의 상기 추정되는 접선 방향의 견고성이 미리결정된 범위 내에 있지 않으면, 상기 전기자 슬롯을 정의하는 벽과 상기 고정자 코일 사이에 적어도 하나의 필러 부재(filler member)를 삽입하는 단계를 더 포함하는,
    전기 발전기에서 고정자 어셈블리의 전기자 슬롯 내의 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 측정하기 위한 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 전기자 슬롯을 정의하는 벽과 상기 고정자 코일 사이에 적어도 하나의 필러 부재를 삽입하는 단계는, 상기 전기자 슬롯을 정의하는 상기 벽과 상기 고정자 코일 사이에 측면 슬롯 필러 및 측면 물결모양의 스프링 중 하나를 삽입하는 단계를 포함하는,
    전기 발전기에서 고정자 어셈블리의 전기자 슬롯 내의 고정자 코일의 접선 방향의 견고성을 측정하기 위한 방법.
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