CN107893682A - 用于检测润滑轴承状态的系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种监测系统，其包括连接到发动机系统的传感器的分析机系统。所述分析机系统被配置成：接收对应于所述发动机系统的操作的数据；确定对应于所述发动机系统的所述操作参数的距离度量；将所监测润滑剂温度的所述距离度量与模型阈值进行比较；以及在所述所监测润滑剂温度的所述距离度量大于所述模型阈值时产生润滑剂警报信号。所述所接收数据包括轴承的所述所监测润滑剂温度和所述发动机系统的操作参数。所述距离度量至少部分地基于相对于润滑剂温度统计模型的所述所监测润滑剂温度，所述润滑剂温度统计模型至少部分地基于所述发动机系统的所述操作参数。

Description

用于检测润滑轴承状态的系统的方法
技术领域
本发明涉及轴承，尤其涉及用于检测涡轮机系统的润滑轴承的状态的系统和方法。
背景技术
涡轮机可以包括例如涡轮、压缩机或泵的设备。涡轮机的一个或多个组件绕轴旋转。涡轮机的轴承可以促进一个或多个组件绕轴旋转。此外，轴承可以支撑涡轮机上的或由涡轮机产生的载荷。轴承上大于设计能力的载荷可能会增加轴承上的磨损。此外，轴承的元件可随时间、在所述涡轮机的操作期间或其任何组合而退化。在轴承具有相当长的可用寿命时对轴承的维护或更换可能会增加成本且降低涡轮机的效率。相反，对已磨损轴承的延迟维护或延迟更换可能会增加轴承故障的可能，或增加涡轮机损坏的可能。
发明内容
在范围方面与初始要求保护的发明相一致的某些实施例总结如下。这些实施例不意图限制要求保护的发明的范围，相反，这些实施例意图仅提供本发明的可能形式的简短总结。实际上，本发明可包括可类似于或不同于下文所述实施例的各种形式。
本发明的一方面提供一种监测系统，其包括连接到发动机系统的传感器的分析机系统。分析机系统被配置成：接收对应于发动机系统的操作的数据；确定对应于发动机系统的操作参数的距离度量；将所监测润滑剂温度的距离度量与模型阈值进行比较；以及在所监测润滑剂温度的距离度量大于模型阈值时产生润滑剂警报信号。所接收数据包括轴承的所监测润滑剂温度和发动机系统的操作参数。距离度量至少部分地基于相对于润滑剂温度统计模型的所监测润滑剂温度，润滑剂温度统计模型至少部分地基于发动机系统的操作参数。
根据本发明的一个实施例，润滑剂温度统计模型包括霍特林的T2统计或朗格尔U2统计。
根据本发明的一个实施例，分析机系统包括存储器，存储器被配置成存储润滑剂温度统计模型和对应于发动机系统的操作的所接收数据。
根据本发明的一个实施例，分析机系统被配置成至少部分地基于所接收数据是否对应于发动机系统的稳态操作来过滤所接收数据，其中发动机系统的稳态操作至少部分地基于发动机系统的操作参数。
根据本发明的一个实施例，传感器包括温度传感器，且所监测温度至少部分地基于来自温度传感器的传感器反馈。
根据本发明的一个实施例，所监测温度包括供应润滑剂温度、返回润滑剂温度或其组合。
根据本发明的一个实施例，分析机系统被配置成至少部分地基于来自发动机系统的一个或多个位置的压力反馈来确定轴承上的计算出的载荷，其中操作参数包括压力反馈。
根据本发明的一个实施例，分析机系统被配置成：将计算出的载荷与载荷阈值进行比较；以及当计算出的载荷大于载荷阈值时，产生载荷警报信号，其中载荷警报信号独立于润滑剂警报信号。
根据本发明的一个实施例，分析机系统被配置成将润滑剂警报信号传输到网络，网络连接到多个燃气涡轮系统，且多个燃气涡轮系统包括发动机系统。
本发明的另一方面提供一种非暂时性计算机可读媒体，其包括被配置成由控制系统的处理器执行的指令。指令包括被配置成使处理器进行以下操作的指令：接收对应于第一涡轮机系统的操作的第一数据集合；确定对应于发动机系统的操作参数的距离度量；将所监测润滑剂温度的距离度量与模型阈值进行比较；以及在所监测润滑剂温度的距离度量大于模型阈值时产生润滑剂警报信号。第一所接收数据集合包括第一轴承的所监测润滑剂温度和第一涡轮机系统的操作参数。距离度量至少部分地基于相对于润滑剂温度统计模型的所监测润滑剂温度，润滑剂温度统计模型至少部分地基于第一涡轮机系统的操作参数。
根据本发明的一个实施例，指令包括被配置成使处理器进行以下操作的指令：至少部分地基于来自第一涡轮机系统的一个或多个位置的压力反馈来确定第一轴承上的计算出的载荷，其中操作参数包括压力反馈；将计算出的载荷与载荷阈值进行比较；以及当计算出的载荷大于载荷阈值时，产生载荷警报信号，其中载荷警报信号独立于润滑剂警报信号。
根据本发明的一个实施例，指令包括被配置成使处理器进行以下操作的指令：至少部分地基于处理器是否已经产生润滑剂警报信号及处理器是否已经产生载荷警报信号来将报警代码指配到第一所接收数据集合。
根据本发明的一个实施例，指令包括被配置成使处理器在报警代码对应于所产生润滑剂警报信号和所产生载荷警报信号时关闭第一涡轮机系统的指令。
根据本发明的一个实施例，指令包括被配置成使处理器进行以下操作的指令：过滤第一所接收数据集合来产生对应于第一涡轮机系统的稳态操作的过滤数据；选择对应于第一涡轮机系统的正常操作的过滤数据的子集，其中子集至少部分地基于第一涡轮机系统上的载荷、压缩机排放压力或其任何组合而进行选择；以及至少部分地基于过滤数据的子集来修改模型。
根据本发明的一个实施例，指令包括被配置成使处理器进行以下操作的指令：接收对应于第二涡轮机系统的操作的第二数据集合，其中第二所接收数据集合包括第二轴承的第二所监测润滑剂温度和第二涡轮机系统的第二操作参数；过滤第一所接收数据集合和第二所接收数据集合来产生对应于第一涡轮机系统和第二涡轮机系统的稳态操作的过滤数据；选择对应于第一涡轮机系统和第二涡轮机系统的正常操作的过滤数据的子集，其中子集至少部分地基于第一涡轮机系统上的第一载荷、第一涡轮机系统的第一压缩机排放压力或其任何组合而选自第一所接收数据集合的过滤数据，且子集至少部分地基于第二涡轮机系统上的第二载荷、第二涡轮机系统的第二压缩机排放压力或其任何组合而选自第二所接收数据集合的过滤数据；以及至少部分地基于过滤数据的子集来修改模型。
根据本发明的一个实施例，所监测温度包括多个润滑剂温度，且多个润滑剂温度包括轴承润滑剂温度、供应润滑剂温度、返回润滑剂温度或其任何组合。
本发明的再一方面提供一种操作分析机系统的方法，其包括：接收对应于燃气涡轮系统的操作的数据；确定对应于燃气涡轮系统的操作参数的距离度量；将所监测润滑剂温度的距离度量与模型阈值进行比较；以及在所监测润滑剂温度的距离度量大于模型阈值时产生润滑剂警报信号。所接收数据包括轴承的所监测润滑剂温度和燃气涡轮系统的操作参数。距离度量至少部分地基于相对于润滑剂温度统计模型的所监测润滑剂温度，润滑剂温度统计模型至少部分地基于燃气涡轮系统的操作参数。
根据本发明的一个实施例，方法包括至少部分地基于来自燃气涡轮系统的一个或多个位置的压力反馈来确定轴承上的计算出的载荷，其中操作参数包括压力反馈。
根据本发明的一个实施例，方法包括：将计算出的载荷与载荷阈值进行比较；以及当计算出的载荷大于载荷阈值时，产生载荷警报信号，其中载荷警报信号独立于润滑剂警报信号。
根据本发明的一个实施例，方法包括经由网络将润滑剂警报信号传送到燃气涡轮系统的操作人员、燃气涡轮系统的服务商或燃气涡轮系统的制造商，或其任何组合。
附图说明
当参考附图阅读下面的详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有图中类似的标记表示类似的部件，在附图中：
图1是具有分析机系统的燃气涡轮涡轮机系统的实施例；
图2是用于构建或修改用于监测涡轮机系统的轴承状态的模型的方法的实施例；
图3是用于利用所述模型来监测涡轮机系统的润滑轴承的状态的方法的实施例；
图4是管理警报和操作连接到涡轮机系统的远程计算机的方法的实施例。
具体实施方式
下面将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要说明，可能无法在本说明书中描述实际实施方案的所有特征。应了解，在任何这种实际实施方案的开发(如在任意工程或设计项目中)中，大量的针对实施方案的决定都必须实现开发者的具体目标，例如遵守可能在各个实施方案中不同的与系统有关和与商业有关的约束。而且，应了解这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但对受益于本发明的有益效果的所属领域的技术人员来说，这些只是设计、制造和生产中的常规任务。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示这些元件中的一个或多个。术语“包括(comprising/including)”和“具有”意图为包括性的且意味着可能存在除了所列元件之外的其它元件。
润滑轴承可以支撑涡轮机和发动机系统(例如燃气涡轮系统)的旋转组件。时间和使用可能影响轴承的润滑剂和润滑元件。通过监测与润滑轴承或涡轮机相关联的参数，相信可以确定轴承的状态。轴承上载荷的改变可能影响轴承内的摩擦，且轴承内增大的摩擦可能增加润滑剂的温度。监测润滑剂的温度以及与润滑轴承或涡轮机相关联的其它参数可以实现对轴承状态的稳健模型的构建，如下文详细地论述。
现转而参照各图且首先参考图1，图1说明发动机系统10(例如燃气涡轮系统)的实施例的框图。所述框图包括燃料喷嘴12、燃料14和燃烧器16。如所描绘，通过燃料喷嘴12将燃料14(例如液体燃料和/或气体燃料，例如天然气)传送到涡轮系统10并进入燃烧器16中。燃烧器16点燃并燃烧空气燃料混合物34，且随后将热的加压废气36传送到涡轮18中。废气36通过涡轮18中的涡轮转子的涡轮叶片，进而驱动涡轮18旋转。涡轮18中的叶片和轴28之间的连接将使得轴28旋转，所述轴还连接到遍及涡轮系统10的若干组件(例如压缩机22、载荷26)。可以了解，虽然下文仅论述一个轴28，但是燃气涡轮系统10可以具有由涡轮18的叶片的旋转驱动的多个轴28(例如共轴的轴)。最后，燃烧过程的废气36可以经由排气口20离开涡轮系统10。
在涡轮系统10的实施例中，包括了压缩机轮叶或叶片作为压缩机22的组件。压缩机22内的叶片可以连接到轴28，且当轴28由涡轮18驱动而旋转时将旋转。压缩机22可以经由进气口24使空气30进入到涡轮系统10。此外，轴28可以连接到载荷26，所述载荷可以经由轴28的旋转来发动。如所了解，载荷26可以是可以经由涡轮系统10的旋转输出而产生功率的任何适合的装置，例如发电设备或外部机械载荷。举例来说，载荷26可以包括发电机、飞机的螺旋桨等等。进气口24经由适合的机构(例如冷空气进口)将空气30抽取到涡轮系统10中，以用于后续经由燃料喷嘴12将空气30与燃料14混合。可以通过旋转压缩机22内的叶片将进入涡轮系统10的空气30馈送和压缩到加压空气32中。接着可将加压空气32馈送到一个或多个燃料喷嘴12中。燃料喷嘴12接着可将加压空气32和燃料14混合，以产生适用于燃烧(例如使得燃料14更为完全地燃烧的燃烧)的空气燃料混合物34，以免浪费燃料14或造成废气36的过量排放。同样，涡轮18由废气36来驱动。
燃气涡轮系统10的一个或多个轴承40支撑轴28。一个或多个轴承40可以提供对轴28的径向支撑、对轴28的轴向支撑，或其任何组合。在一些实施例中，轴承40中的一个或多个是润滑轴承。轴承系统42可以经由一个或多个泵46将润滑剂38(例如油、润滑脂、气体)从储集器44供应到轴承40。储集器44可以包括但不限于一个或多个储罐、一个或多个储槽，或其任何组合。在一些实施例中，控制器48可以控制轴承系统42的一个或多个泵46。在一些实施例中，轴承系统42的控制器48控制或监测燃气涡轮系统10的组件。也就是说，控制器48可以是轴承系统42的专用控制器，或燃气涡轮系统10的多用途控制器。此外或在替代方案中，控制器48可以可拆卸方式连接到轴承系统42。举例来说，在检查或维护期间，当控制器48可以下载来自轴承系统42的记录数据时，控制器48可以连接到轴承系统42，如图1中所展示。
控制器48可以包括一个或多个处理器50以及存储器52。一个或多个处理器50可以通过可操作方式连接到存储器52以执行用于实施本发明所公开的技术的指令。这些指令可以编码到程序或代码中，程序或代码存储在有形的非暂时性计算机可读媒体，例如存储器52和/或其它存储器。处理器50可以是通用处理器(例如台式/笔记本电脑的处理器)、片上系统(SoC)装置或专用集成电路，或某一其它处理器配置。在实施例中，存储器52包括计算机可读媒体，例如(不限于)硬盘驱动器、固态驱动器、磁盘、闪存驱动器、压缩光盘、数字视频光盘、随机存取存储器(RAM)和/或使得处理器50能够存储、检索和/或执行指令和/或数据的任何适合的存储装置。存储器52可以包括一个或多个本地和/或远程存储装置。
控制器48经由多条数据线54(在图1中展示为虚线)连接到燃气涡轮系统10的组件。每一数据线54可以在控制器48与燃气涡轮系统10的组件之间传输数据信号。举例来说，遍及燃气涡轮系统10的一个或多个传感器56可以经由一个或多个相应的数据线54来与控制器48传送传感器数据。传感器56可以向控制器48提供关于燃气涡轮系统10的各种属性(例如操作参数)的反馈，所述属性包括但不限于温度(例如润滑剂温度、气体温度、环境温度、排气温度、组件操作温度)、压力(例如环境压力、燃料压力、压缩机排放压力、排气压力、润滑剂压力)、组成物(例如润滑剂组成物、进气组成物、燃料混合物组成物、废气组成物)、涡轮18上的载荷、液面(例如燃料14、润滑剂储集器44)，或其任何组合。也就是说，控制器48可以(经由存储器52)存储对应于燃气涡轮系统10的操作的数据以用于同时或随后检索(例如下载)。此外或在替代方案中，控制器48可以经由燃气涡轮系统10的一个或多个相应的数据线54将控制信号传送到组件(例如泵46、进口24、压缩机22、燃料喷嘴12)。
控制器48可以经由有线或无线连接而连接到网络58。在一些实施例中，控制器48从网络58接收指令或其它数据以存储在存储器52中。此外，控制器48可以将数据(例如控制历史、传感器反馈)传输到网络58。控制器48可连续地、当控制器48连接到网络58时按正常或预定时间间隔、在燃气涡轮系统10或网络58的操作人员的命令下按需求或其任何组合与网络58通信。网络58可以存储来自控制器48的数据以用于随后接入(例如备份、审查)。在一些实施例中，网络58可以利用来自控制器48的数据来构建或修改具有燃气涡轮系统10的性能的模型。此外或在替代方案中，所述网络可以利用来自控制器48的数据以构建或修改这类模型，所述控制器48具有来自其它燃气涡轮系统10的控制器48的数据。连接到网络58的计算机60可以促进多个燃气涡轮系统10的控制器48之间的通信。而且，计算机60可以将数据(例如指令、模型、阈值、系统更新)传输到多个燃气涡轮系统10的控制器48，且计算机60可以经由网络58从控制器48接收数据。在一些实施例中，远程计算机60产生或修改模型，且经由网络58将所述模型分布到多个控制器48。
如本文中所描述，可以利用来自燃气涡轮系统10(或其它涡轮机)的传感器反馈来监测一个或多个轴承40的状态。控制器48、网络58、连接到网络58的一个或多个计算机60或其任何组合可以利用传感器反馈来监测一个或多个轴承40的状态。如本文中所论述，术语分析机(analytical engine)系统64可以理解为指代控制器48、网络58、一个或多个计算机60或其任何组合。润滑剂38的温度和轴承40上的载荷(例如轴向和/或径向)被认为在操作期间可用于识别轴承40上出现的状态(例如异常、磨损)，进而在节约成本的时候实现对轴承40的维护或更换(这可以缩短燃气涡轮系统10的停机时间)，同时保持燃气涡轮系统10的操作完整性。操作历史和来自其它传感器56的反馈还可以用于确定轴承40的状态。控制器48可以通过将传感器反馈与存储在存储器52中或网络58上的一个或多个模型进行比较来监测来自燃气涡轮系统10的传感器反馈。同样地，网络58、连接到网络58的一个或多个计算机60或其任何组合可以通过将传感器反馈与存储在存储器52中或网络58上的一个或多个模型进行比较来监测来自燃气涡轮系统10的传感器反馈。
图2说明对用于监测一个或多个轴承40的状态的模型的构建(例如建立、生成)和后续修改的方法80。分析机系统64接收数据以构建或修改所述模型(框82)。在一些实施例中，方法80可以由直接连接到一个或多个燃气涡轮系统10或连接到远离且未连接到燃气涡轮系统10的计算机(例如网络58、经由网络58连接到控制器48的计算机60)的计算机(例如控制器48)执行。也就是说，计算机可以接收用于构建或修改模型的直接来自涡轮机系统或来自数据输入(例如网络、存储器装置、手工输入)的数据(框82)。
所接收数据可包括但不限于传感器反馈、系统识别信息、操作历史、维护历史、检查数据或其任何组合。举例来说，传感器反馈可以包括以下中的一个或多个：润滑剂38在轴承40中的温度、润滑剂38在泵46中的温度、润滑剂38在储集器44中的温度、润滑剂38在储集器44中的液面、压缩机22(例如高压压缩机)的排放压力、废气36的压力、废气36的温度、轴速度、周围环境温度、周围环境压力和周围环境湿度。系统识别信息可包括但不限于型号、序列号、涡轮机(例如燃气涡轮系统10)的安装场所等等。操作历史可包括但不限于操作持续时间、基础载荷持续时间、最大载荷持续时间、空闲持续时间以及启动/关机循环。维护历史可包括但不限于最近服务日期、已完成的定期维护和维护技术员身份。检查数据可包括但不限于如由先前检查或维护服务所确定的一个或多个轴承的状态。可以了解，分析机系统64(例如控制器48、网络58、计算机60)可以从一个或多个涡轮机，例如分布式的一组燃气涡轮系统10，接收所述模型的数据(框82)。
分析机系统64(例如控制器48、网络58、计算机60)基于被确定为对建模来说为无效的数据来过滤所接收数据(框84)。在一些实施例中，分析机系统64可以至少部分地基于润滑剂温度，滤出或出于其它考虑因素移除并不对应于涡轮机的稳态操作的所接收数据。举例来说，润滑剂温度在涡轮机启动时可以比在稳态操作期间低得多。此外或在替代方案中，润滑剂温度可以至少部分地基于涡轮机上的载荷或涡轮机的转速而改变。因此，分析机系统64可以过滤所接收数据(框84)，从而使得用于构建或修改所述模型的数据并不包括对应于操作间隔的所接收数据，在所述操作间隔期间润滑剂温度是改变的。也就是说，来自稳态操作的数据可以比来自动态操作时期的数据更好地促进建模和比较。在一些实施例中，当润滑剂温度在操作时间间隔内改变超过1摄氏度、2摄氏度、3摄氏度、4摄氏度、5摄氏度、10摄氏度或更高摄氏度时，可以出于其它考虑因素移除(例如过滤)所接收数据。在一些实施例中，操作时间间隔大致为5分钟、10分钟、15分钟、30分钟、60分钟或更多分钟。
分析机系统64(例如控制器48、网络58、计算机60)选择用于构建或修改所述模型的过滤数据的子集(框86)。过滤数据的子集可以进行选择，因为它表示涡轮机在设计条件(design condition)内的正常操作。对来自过滤数据的子集的选择标准可以包括但不限于载荷是否与涡轮机接合、涡轮机上的载荷的数量(例如所测量的数量、所计算的数量)、压缩机排放压力或其任何组合。举例来说，当涡轮机载有最小载荷且压缩机排放压力超过大致3447kPa(500psi)时，对来自过滤数据的子集的选择标准可以是数据。此外或在替代方案中，压缩机排放压力可以单独用于选择过滤数据的子集。燃气涡轮系统10的压缩机排放压力被认为是与一个或多个轴承40上的载荷有关。
分析机系统64(例如控制器48、网络58、计算机60)使用过滤数据的所选子集来生成概率分布模型(框88)。所生成的概率分布模型可以表示多变量高斯(Gaussian)度量，例如霍特林(Hotelling)T2统计或朗格尔(Runger)U2统计。用于生成所述模型的过滤数据的所选子集可以在由多个向量形成的矩阵(例如所选矩阵)中进行存储或处理。所述多个向量的每一向量可以包括传感器反馈和/或对应于已知时间或持续时间的估计载荷数据。举例来说，每一向量可以包括一个或多个润滑剂温度、一种或多种气体(例如氧气、废气)温度、流体(例如燃料、润滑剂)压力、轴上的载荷、转速或其任何组合。分析机系统64处理所选矩阵来生成具有所计算平均向量和所计算协方差矩阵的概率分布模型(框88)。可以了解，可以通过将向量添加到所选矩阵或从所选矩阵移除向量然后重新计算所选矩阵的平均向量和协方差矩阵来修改所述概率分布模型。如下文所详细论述，概率分布模型的平均向量和协方差矩阵可用于评估轴承的正常状态的距离度量的样本数据向量。可以了解，较小距离对应于正常状态的相对较高可信度(例如润滑剂温度)，且较大距离度量对应于正常状态或异常状态的相对较低可信度。
分析机系统64(例如控制器48、网络58、计算机60)确定模型阈值(框90)以在对应于涡轮机的正常操作的变化与对应于涡轮机的异常操作的变化之间进行区分。举例来说，分析机系统64可以通过将模型应用到对应于凭经验确定的异常操作状态(例如紧接在轴承故障或其它事件前的状态)的测试数据集合来确定模型阈值距离。此外，分析机系统64可以通过将模型应用到来自框84的过滤数据来确定模型阈值距离，其中所述模型阈值距离可以基于能接受的误报警率(例如低于百分之10、9、8、7、6、5、4、3、2或1)与最小覆盖率(例如检测百分比大于80、85、90或95)之间的所确定的平衡。也就是说，分析机系统64可以确定提供7％或更低的误报警率且利用91％检测率准确地确定异常情况的模型阈值距离。在一些实施例中，分析机系统64可以通过将模型应用到过滤数据且仅基于所述能接受的误报警率来确定模型阈值距离。在一些实施例中，所述模型阈值可以至少部分地基于所接收数据、过滤数据或所选数据的非参数直方图。在一些实施例中，模型阈值可以至少部分地基于涡轮机上的载荷、涡轮机的转速、涡轮机的操作(例如连续操作)的持续时间或其任何组合而变化。也就是说，较小载荷稳态操作状态的模型阈值可以不同于(例如大于)较大载荷稳态操作状态的模型阈值。
在构建所述模型后，如上文所描述和通过图2中的方法80所展示，分析机系统64(例如控制器48、网络58、计算机60)执行方法100以监测涡轮机系统的操作。举例来说，分析机系统64可以利用如图3中所展示的方法100来监测涡轮机系统例如燃气涡轮系统10的一个或多个润滑轴承40的状态。分析机系统64(例如控制器48、网络58、计算机60)从涡轮机系统接收数据(框102)。类似于上文方法80所描述的框82，所接收数据可包括但不限于传感器反馈、系统识别信息、操作历史、维护历史、检查数据或其任何组合。举例来说，传感器反馈可以包括以下中的一个或多个：润滑剂38在轴承40中的温度、润滑剂38在泵46中的温度、润滑剂38在储集器44中的温度、润滑剂38在储集器44中的液面、压缩机22(例如高压压缩机)的排放压力、废气的压力、废气的温度、轴速度、周围环境温度、周围环境压力和周围环境湿度。分析机系统64可以持续地或以规则间隔方式从涡轮机系统接收数据。举例来说，分析机系统64可以大致每隔1分钟、5分钟、10分钟、20分钟、60分钟、120分钟或240分钟接收数据样本。而且，所接收数据样本可以对应于一个样本时间(例如一个样本向量)，或对应于样本时间集合(例如多个样本向量)。
分析机系统64(例如控制器48、网络58、计算机60)基于确定对与所述模型比较来说无效的数据而过滤所接收数据(框104)。举例来说，分析机系统64可以至少部分地基于润滑剂温度的一个或多个测量值，滤出或出于其它考虑因素移除并不对应于涡轮机的稳态操作的所接收数据。分析机系统64然后确定相对于剩余的所接收数据(例如过滤数据)的模型的距离度量(框106)。如上文所描述，所述模型可包括但不限于霍特林的T2统计或朗格尔U2统计。可以使用以下方程1来确定霍特林的T2度量：
其中Xnew是过滤数据的向量，是多变量高斯模型的平均向量，Sx是协方差矩阵，且T2是距离度量。如上文所论述，距离度量T2的较小确定值表明对应于所述距离度量T2的数据表示正常操作行为的较高可信度。
可以使用以下方程2来确定朗格尔度量：
其中Znew是对应于Xnew值的子集的过滤数据的向量，是对应于的子集的相关联多变量高斯模型的平均向量，Sz是协方差矩阵，T2是霍特林的T2度量，且U2是朗格尔U2统计的距离度量。可以了解，尽管霍特林的T2度量的距离度量T2是从多变量高斯概率分布中直接获得，但距离度量U2在表示确定距离度量U2前的操作和环境状态的预定义变量值上调节。分析机系统64(例如控制器48、网络58、计算机60)可以通过统计过程而产生具有所选数据的模型数据集合(框88)。
在确定距离度量(例如U2、T2)后，分析机系统64(例如控制器48、网络58、计算机60)与适当阈值进行比较(节点108)。可以了解，适当阈值可以基于涡轮机上的载荷、涡轮机的转速、涡轮机的操作(例如连续操作)的持续时间或其任何组合。如果距离度量小于所述适当阈值，那么分析机系统64返回到框102以接收下一数据集合而不产生警报信号。如果距离度量大于所述适当阈值，那么分析机系统64(例如控制器48、网络58、计算机60)产生警报信号(框110)。所述警报信号可以是听觉信号、视觉信号、触觉信号、传输到电子装置(例如显示器、控制器、网络装置)的电子信号或其任何组合。在一些实施例中，分析机系统64产生供操作人员观察的警报信号(框110)。此外或在替代方案中，分析机系统64产生警报信号(框110)以与过滤数据一起存储于存储器中以供随后审查。举例来说，当来自控制器48、存储器52的数据由网络58或计算机60审查时，控制器48可以产生警报信号，所述警报信号随后被观察到或与网络58和/或计算机60通信。此外，在一些实施例中，当在预定时间段期间距离度量的预定量超出所述适当阈值时，分析机系统64产生警报(框110)或产生升级的警报。举例来说，当在四小时期间三个确定距离度量超出所述适当阈值时，分析机系统64可以产生警报。所述距离度量的预定量和所述预定时间段可以凭经验确定或经调整以减少或消除警报的错误指示。在一些实施例中，如果在已经过去的时间期间没有再次观察到警报，那么在所述已经过去的时间段后，警报可以终止。
上文所描述的方法100可用于监测燃气涡轮系统10的一个或多个参数。举例来说，方法100可用于通过监测润滑剂温度来监测轴承40中的一个或多个的状态。所监测润滑剂温度可以包括润滑轴承40中的轴承润滑剂温度、泵46中的供应润滑剂温度和储集器44(例如储槽)中的返回润滑剂温度中的至少一个。因此，上文所描述的所述模型和阈值可用于响应于一个或多个所监测润滑剂温度的异常而产生警报。
轴承40上的载荷(例如推力)可经计算或测量，且与模型或期望值相比较以响应于所述载荷的异常而产生警报。在一些实施例中，可以至少部分地基于燃气涡轮系统10的涡轮18(例如前部腔室、渗出路径腔室)中的一个或多个压力、压缩机22的叶片和涡轮18的叶片上的载荷以及燃气涡轮系统10的柔性连接应力来计算轴承40上的载荷。可以了解，所述前部腔室可以是涡轮内靠近接近涡轮的轴承40中的一个的腔室，且所述渗出路径腔室可以是涡轮内靠近接收压缩机渗出流体的轴承40中的一个的腔室。可以经由上文所描述的方法100或另一方法对轴承40上的载荷进行比较来产生模型。
所监测润滑剂温度可以与轴承40上的所监测载荷一起使用来确定轴承40的操作状态。独立于监测润滑剂温度且除了监测润滑剂温度之外，还监测轴承40上的载荷被认为是相对于仅监测轴承40上的载荷或仅监测润滑剂温度可以改善对轴承40的操作状态的诊断。举例来说，异常载荷警报可以归因于轴承40的异常状态、仪表问题或不当设置/校准，且异常润滑剂温度警报可以归因于所述轴承的异常状态、润滑剂温度传感器问题或不充分模型。如本文中所描述的对载荷警报和润滑剂温度警报的共同分析可以实现对轴承40和燃气涡轮系统10的经改善的诊断。
分析机系统64(例如控制器48、计算机60)可以通过将报警代码指配到载荷警报和润滑剂温度警报的各种组合来监测轴承40和燃气涡轮系统10的状态。分析机系统64可以将以下报警代码中的一个与燃气涡轮系统10在监测期间的操作状态相关联。在一些实施例中，分析机系统64可以持续确定载荷警报或轴承警报是否已经产生。此外或在替代方案中，分析机系统64可以周期性地确定载荷警报或轴承警报是否已经产生。举例来说，分析机系统64可以每隔大致5分钟、10分钟、15分钟、30分钟、45分钟、60分钟、120分钟、240分钟或更多分钟的时间间隔周期性地监测载荷警报和轴承警报。此外，在一些实施例中，警报或报警代码可以锁存，以使得每一锁存时间间隔(例如8小时、12小时、24小时或更多)可以仅指配一次用于除正常状态外的状态的报警代码。下方的表1列举分析机系统64(例如控制器48、网络58、计算机60)可以利用的报警代码(例如0、1、2、3)的实施例：
表1
如上文所说明，报警代码0对应于燃气涡轮系统10的正常状态。也就是说，既没产生计算出的载荷也没产生润滑剂温度警报。分析机系统64响应于仅润滑剂温度警报而无载荷警报来指配报警代码1。燃气涡轮系统10的操作可以在报警代码1的情况下继续，这是因为润滑剂温度警报可能是由于未必指示轴承问题的良性原因而产生。具体地说，报警代码1可以对应于不恰当地定位或校准的温度传感器或对于其当前所利用的模型不充分的正常操作状态。操作人员一般可以在报警代码1的情况下继续燃气涡轮系统10的操作；但是，如果频繁(例如每天大部分的监测时间间隔)出现具有报警代码1的操作，那么可能需要对润滑剂温度的根本原因进行进一步调查。报警代码1再现可能足以使操作人员调查和解决所述问题以减少报警代码1的出现。而且，由报警代码1引起的这种调查可以识别可能并不能以其它方式从计算出的载荷中检测到的轴承异常。
分析机系统64响应于仅载荷警报而无润滑剂温度警报来指配报警代码2。因此，报警代码2可以指示轴承40是在正常状态的情况下正常操作，但计算出的载荷的参数或输入问题可能产生载荷警报。因此，操作人员可以试图在下一次维护期间或在下一次维护之前调查非轴承问题以解决计算出的载荷问题从而减少报警代码2的出现。
分析机系统64响应于载荷警报以及润滑剂温度警报两者来指配报警代码3。因此，报警代码3可以指示轴承40的异常操作状态。如可能了解的，轴承40上增大的载荷可能增加轴承40上的摩擦，进而增加润滑剂温度。因此，报警代码3指示所述载荷和所述润滑剂温度都超出预定阈值从而产生对应的警报。报警代码3可能由将润滑剂供应到轴承40的不当孔口设置、轴承40上的磨损或遍及燃气涡轮系统10的流体渗漏导致。至少由于载荷警报和润滑剂温度警报至少部分地基于轴承40和燃气涡轮系统10的设计参数，操作人员可以响应于报警代码3而启动或安排燃气涡轮系统10的关闭。在一些实施例中，分析机系统64(例如控制器48)可以响应于报警代码3而自动启动关闭；但是，分析机系统64可以在通知延迟(例如1分钟、5分钟、10分钟、30分钟或60分钟)后启动关闭。
可以了解，上文表1中所呈现的信息是作为实例呈现，而并不一定是对潜在报警代码、可能的警报原因或推荐解决方法的穷尽性清单。分析机系统64(例如控制器48、网络58、计算机60)或操作人员可以利用除了报警代码之外的另外监测数据和/或操作历史来确定给定报警代码的可能原因和推荐解决方法。
在一些实施例中，指配报警代码的分析机系统64的计算机远离燃气涡轮系统10。举例来说，制造商可以经由网络48而与一组燃气涡轮的多个控制器通信。图4说明操作远程计算机和管理警报的方法120的实施例。分析机系统64的计算机60可以将数据加载到燃气涡轮系统10的控制器48上(框122)。加载的数据可包括但不限于用以确定所监测参数(例如润滑剂温度)的距离度量或所监测参数的阈值的模型。在燃气涡轮系统10的操作期间，分析机系统64的计算机60可以从燃气涡轮系统10的控制器48接收警报(框124)。所接收警报可以是载荷警报、润滑剂温度警报、报警代码或其任何组合。此外，分析机系统64的计算机60可以从分析机系统64的控制器48接收数据(框126)。所接收数据可以对应于与所述模型和产生所述警报的阈值进行比较的数据。所接收数据可包括但不限于传感器反馈、系统识别信息、操作历史、维护历史、检查数据或其任何组合。
在接收到所述数据后，计算机60审查从控制器48接收的数据(框128)。计算机60可以通过用与燃气涡轮系统10的控制器48所使用的产生了警报的模型相同或不同的模型重新评估所接收数据来审查所接收数据。由于计算机60经由分析机系统64的网络58连接到相应多个燃气涡轮系统10的多个控制器48，因此分析机系统64的计算机60可以利用从多个燃气涡轮系统10接收的数据来更新(例如修改)用于产生所述警报的一个或多个模型。此外或在替代方案中，分析机系统64的计算机60可以利用从多个燃气涡轮系统10接收的数据来更新(例如修改)用于产生所述阈值的一个或多个模型。因此，计算机60可以使用更新的模型和/或更新的阈值来审查产生所述警报的所接收数据(框128)。
分析机系统64的计算机60至少部分地基于对所接收数据的审查结果而验证(节点130)所接收的所述警报。也就是说，在由计算机60对所接收数据进行的审查证实所述警报的情况下，计算机60产生客户报告(框132)。如本文中所论述，产生所述报告可以包括将客户报告传输给客户或客户的责任代理。所述客户报告可包括但不限于报警代码、客户所规定的减少未来成本的动作、定期维护时间或其任何组合。此外或在替代方案中，客户报告可以是听觉信号、视觉信号或其任何组合。在由计算机60对所接收数据进行的审查未证实所述警报的情况下，计算机60记录所接收数据以用于模型和/或阈值增强(框134)。也就是说，分析机系统64的计算机60可以不断地修改模型和/或阈值以更好地解释新的数据集合。用所接收数据修改模型可以增加相应模型的稳健性以用于所述模型的未来应用。而且，分析机系统64的计算机60可以识别从产生无效警报的一个或多个控制器48接收的数据之中的趋向，使得可以改善所述模型以适当地解释所识别的趋向。以类似方式，可以至少部分地基于从无效警报的所接收数据识别的趋向来审查和修改阈值。
本发明的技术影响包括不仅仅使用轴承上计算出的载荷来确定轴承操作状态，这样可能遭受仪表误差。而且，至少部分地基于独立测量(例如计算出的载荷、润滑剂温度)来验证关于轴承的警报可以增加警报的可信度。增加警报可信度和减少错误指示数量可以减少维护成本和燃气涡轮系统的停机时间。此外，修改和更新用于润滑剂温度警报的模型和阈值的能力使监测系统的能力和可信度能够随时间推移而增加。模型和阈值可以基于每一系统或横跨多个系统而实施。
本书面描述使用实例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由权利要求书所限定，并且可包括所属领域的技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有与权利要求书的字面语言相同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，那么这种其它实例意图在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种监测系统，其包括：
连接到发动机系统的传感器的分析机系统，其中所述分析机系统被配置成：
接收对应于所述发动机系统的操作的数据，其中所述所接收数据包括轴承的所监测润滑剂温度和所述发动机系统的操作参数；
确定对应于所述发动机系统的所述操作参数的距离度量，其中所述距离度量至少部分地基于相对于润滑剂温度统计模型的所述所监测润滑剂温度，其中所述润滑剂温度统计模型至少部分地基于所述发动机系统的所述操作参数；
将所述所监测润滑剂温度的所述距离度量与模型阈值进行比较；以及
当所述所监测润滑剂温度的所述距离度量大于所述模型阈值时，产生润滑剂警报信号。
2.根据权利要求1所述的监测系统，其中所述润滑剂温度统计模型包括霍特林的T2统计或朗格尔U2统计。
3.根据权利要求1所述的监测系统，其中所述分析机系统包括存储器，所述存储器被配置成存储所述润滑剂温度统计模型和对应于所述发动机系统的操作的所述所接收数据。
4.根据权利要求1所述的监测系统，其中所述分析机系统被配置成至少部分地基于所述所接收数据是否对应于所述发动机系统的稳态操作来过滤所述所接收数据，其中所述发动机系统的稳态操作至少部分地基于所述发动机系统的所述操作参数。
5.根据权利要求1所述的监测系统，其中所述传感器包括温度传感器，且所述所监测温度至少部分地基于来自所述温度传感器的传感器反馈。
6.根据权利要求1所述的监测系统，其中所述所监测温度包括供应润滑剂温度、返回润滑剂温度或其组合。
7.根据权利要求1所述的监测系统，其中所述分析机系统被配置成至少部分地基于来自所述发动机系统的一个或多个位置的压力反馈来确定所述轴承上的计算出的载荷，其中所述操作参数包括所述压力反馈。
8.根据权利要求7所述的监测系统，其中所述分析机系统被配置成：
将所述计算出的载荷与载荷阈值进行比较；以及
当所述计算出的载荷大于所述载荷阈值时，产生载荷警报信号，其中所述载荷警报信号独立于所述润滑剂警报信号。
9.一种包括被配置成由控制系统的处理器执行的指令的非暂时性计算机可读媒体，其中所述指令包括被配置成使所述处理器进行以下操作的指令：
接收对应于第一涡轮机系统的操作的第一数据集合，其中所述第一所接收数据集合包括第一轴承的所监测润滑剂温度和所述第一涡轮机系统的操作参数；
确定对应于所述发动机系统的所述操作参数的距离度量，其中所述距离度量至少部分地基于相对于润滑剂温度统计模型的所述所监测润滑剂温度，其中所述润滑剂温度统计模型至少部分地基于所述第一涡轮机系统的所述操作参数；
将所述所监测润滑剂温度的所述距离度量与模型阈值进行比较；以及
当所述所监测润滑剂温度的所述距离度量大于所述模型阈值时，产生润滑剂警报信号。
10.一种操作分析机系统的方法，其包括：
接收对应于燃气涡轮系统的操作的数据，其中所述所接收数据包括轴承的所监测润滑剂温度和所述燃气涡轮系统的操作参数；
确定对应于所述燃气涡轮系统的所述操作参数的距离度量，其中所述距离度量至少部分地基于相对于润滑剂温度统计模型的所述所监测润滑剂温度，其中所述润滑剂温度统计模型至少部分地基于所述燃气涡轮系统的所述操作参数；
将所述所监测润滑剂温度的所述距离度量与模型阈值进行比较；以及
当所述所监测润滑剂温度的所述距离度量大于所述模型阈值时，产生润滑剂警报信号。
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