DE102014118698A1

DE102014118698A1 - Verfahren und Systeme zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit von Laufschaufeln

Info

Publication number: DE102014118698A1
Application number: DE102014118698.2A
Authority: DE
Inventors: Mahesh Raveendranatha Panicker; Ajay Kumar Behera; Venkatesh Rajagoplalan; Venkatarao Ryali; Vivek Venugopal Badami; Budhaditya Hazra
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2015-07-02
Also published as: CH709087A8; US20150184536A1; JP2015125146A; CN104748953A; CH709087A2; US9657588B2

Abstract

Es wird ein System zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit eines Rotors präsentiert. Das System enthält ein Verarbeitungssubsystem, das eine Messmatrix auf der Basis mehrerer erster Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren, die einer Laufschaufel und einer ersten Sensorvorrichtung entsprechen, und mehrerer zweiter Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren generiert, die der Laufschaufel und einer zweiten Sensorvorrichtung entsprechen, eine Resonanzmatrix auf der Basis der Messmatrix derart generiert, dass Einträge in der Resonanzmatrix im Wesentlichen linear unkorreliert und linear unabhängig sind, und ein Resonanzsignal unter Verwendung eines ersten Teilsatzes der Einträge der Resonanzmatrix generiert, wobei das Resonanzsignal im Wesentlichen gemeinsame Beobachtungen und Komponenten der mehreren ersten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren und der mehreren zweiten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren aufweist.

Description

HINTERGRUND
Laufschaufeln oder Schaufelblätter werden in vielen Vorrichtungen verwendet, wobei einige Beispiele Axialverdichter, Turbinen, Motoren oder andere Turbomaschinen umfassen. Zum Beispiel weist ein Axialverdichter einen oder mehrere Rotoren mit einer Reihe von Stufen auf, wobei jede Stufe eine Reihe von Laufschaufeln oder -schaufelblättern aufweist, der eine Reihe von Leitschaufeln oder Leitschaufelblättern folgt. Demgemäß weist jede Stufe ein Paar Laufschaufeln oder -schaufelblätter und Leitschaufeln auf. Gewöhnlich erhöhen die Laufschaufeln oder -schaufelblätter die kinetische Energie eines Fluids, das in den Axialverdichter durch einen Einlass eintritt. Außerdem wandeln die Leitschaufeln oder Leitschaufelblätter allgemein die erhöhte kinetische Energie des Fluids durch Ausbreitung in statischen Druck um. Demgemäß erhöhen die Laufschaufeln oder -schaufelblätter und die Leitschaufeln den Druck des Fluids.
Während eines Betriebs schwingen die Laufschaufeln im Allgemeinen mit synchronen und asynchronen Frequenzen. Während die Laufschaufeln z.B. allgemein aufgrund der Rotordrehzahl/-frequenz mit den synchronen Frequenzen schwingen können, können die Laufschaufeln aufgrund von aerodynamischen Instabilitäten, wie beispielsweise rotierender Abreißströmung und Flattern, mit den asynchronen Frequenzen schwingen. Die Laufschaufeln haben eine natürliche Neigung dazu, bei bestimmten synchronen Frequenzen der Laufschaufeln mit größeren Amplituden zu schwingen. Derartige synchrone Frequenzen werden als Resonanzfrequenzen der Laufschaufeln bezeichnet. Die synchronen Frequenzen der Laufschaufeln werden gewöhnlich bei festen Rotordrehzahlen der Rotoren angeregt. Außerdem kann die Anregung der Resonanzfrequenzen die Schwingungsamplituden der Laufschaufeln erhöhen. Derartige erhöhte Schwingungsamplituden können die Laufschaufeln beschädigen oder zu Rissen in den Laufschaufeln führen.
Die Laufschaufeln arbeiten über viele Stunden hinweg unter extremen und variierenden Betriebsbedingungen, wie beispielsweise hoher Drehzahl, hohem Druck und hoher Temperatur, die die Funktionstüchtigkeit der Schaufelblätter beeinflussen. Zusätzlich zu den extremen und variierenden Betriebsbedingungen führen bestimmte weitere Faktoren zur Ermüdung und Beanspruchung der Schaufelblätter. Zum Beispiel können die Faktoren Trägheitskräfte, einschließlich der Zentrifugalkraft, des Drucks, Resonanzfrequenzen der Schaufelblätter, Schwingungen in den Schaufelblättern, Schwingungsbeanspruchungen, Temperaturbeanspruchungen, der Neubestückung der Schaufelblätter, der Belastung durch das Gas oder anderes Fluid oder dergleichen enthalten. Eine lang anhaltende Erhöhung der Belastung und Ermüdung über einen Zeitraum hinweg beschädigt die Laufschaufeln, was Defekte oder Risse in den Laufschaufeln zur Folge hat. Derartige Defekte, Beschädigungen oder Risse in den Laufschaufeln können die Rotordrehzahlen, die die Resonanzfrequenzen der Laufschaufeln anregen, verändern. Wenn z.B. in einer funktionstüchtigen Lauschaufel die Resonanzfrequenzen bei einer Rotordrehzahl R angeregt werden, dann können die Resonanzfrequenzen, wenn die Laufschaufel einen Riss hat, bei einer Rotordrehzahl von R ± r angeregt werden. Diese Abweichungen der Rotordrehzahlen, die die Resonanzfrequenzen der Laufschaufeln anregen, können folglich zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit von Laufschaufeln nützlich sein.
Demgemäß ist es erwünscht, Rotordrehzahlen zu bestimmen, die Resonanzfrequenzen von funktionstüchtigen Laufschaufeln anregen. Außerdem ist es erwünscht, bestehende Abweichungen der Rotordrehzahlen, die Resonanzfrequenzen anregen, festzustellen, um die Funktionstüchtigkeit der Laufschaufeln zu überwachen und zu beurteilen.
KURZDARSTELLUNG
Diese und weitere Nachteile, die mit herkömmlichen Methoden verbunden sind, werden hier bewältigt, indem in verschiedenen Ausführungsformen ein System zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit eines Rotors präsentiert wird. Das System enthält ein Verarbeitungssubsystem, das eine Messmatrix auf der Basis mehrerer erster Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren, die einer Laufschaufel und einer ersten Sensorvorrichtung entsprechen, und mehrerer zweiter Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren, die der Laufschaufel und einer zweiten Sensorvorrichtung entsprechen, generiert, eine Resonanzmatrix auf der Basis der Messmatrix derart generiert, dass Einträge in der Resonanzmatrix im Wesentlichen linear unkorreliert und linear unabhängig sind, und ein Resonanzsignal unter Verwendung eines ersten Teilsatzes der Einträge der Resonanzmatrix generiert, wobei das Resonanzsignal im Wesentlichen gemeinsame Beobachtungen und Komponenten der mehreren ersten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren und der mehreren zweiten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren aufweist.
In dem zuvor erwähnten System kann das Verarbeitungssubsystem Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Laufschaufel auf der Basis des Resonanzsignals bestimmen.
Zusätzlich kann das Verarbeitungssubsystem ferner feststellen, ob eine Abweichung der Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Laufschaufel in Bezug auf historische Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Schaufel vorliegt, und ein Vorhandensein eines Risses, ein Fehlen eines Risses oder eine Wahrscheinlichkeit der Existenz eines Risses in der Schaufel auf der Basis der Abweichung der Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Laufschaufel feststellen.
Insbesondere kann das Verarbeitungssystem feststellen, ob eine Abweichung der Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen vorliegt, indem es eine Korrelationsfunktion auf das Resonanzsignal und historische Resonanzsignale anwendet.
In dem System einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann das Verarbeitungssubsystem ferner die Funktionstüchtigkeit der Laufschaufel überwachen, indem es einen Indexwert und einen Korrelationswert durch Anwendung einer Korrelationsfunktion auf historische Resonanzsignale und das Resonanzsignal bestimmt und eine Gegenwart eines Risses, ein Fehlen eines Risses oder eine Wahrscheinlichkeit der Existenz eines Risses in der Laufschaufel auf der Basis des Indexwertes, des Korrelationswertes und eines Korrelationsdiagramms bestimmt.
Zusätzlich oder alternativ kann das Verarbeitungssubsystem ferner ein Rauschsignal auf der Basis eines zweiten Teilsatzes der Resonanzmatrix generieren, wobei das Rauschsignal Rauschen der mehreren ersten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren und der mehreren zweiten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren aufweist.
In dem System einer beliebigen vorstehend erwähnten Art können die mehreren ersten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren einen Teilsatz von ersten Delta-AZ-Vektoren aufweisen, die Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Laufschaufel entsprechen.
Zusätzlich oder alternativ können die mehreren zweiten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren einen Teilsatz von zweiten Delta-AZ-Vektoren aufweisen, die Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Laufschaufel entsprechen.
In einer Ausführungsform generiert das Verarbeitungssubsystem die Messmatrix durch Generierung einer Anfangsmatrix auf der Basis der mehreren ersten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren und der mehreren zweiten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren und Generierung der Messmatrix durch Anwendung wenigstens einer der Techniken, zu denen eine polynomiale Kurvenanpassung oder eine waveletbasierte Kurvenanpassung gehören, um einen Trend aus der Anfangsmatrix zu beseitigen.
In einer Ausführungsform generiert das Verarbeitungssubsystem die Resonanzmatrix, indem es wenigstens eine Technik auf die Messmatrix anwendet, wobei die wenigstens eine Technik eine Weißmachungstechnik (Whitening-Technik), eine Kumulantenmatrix-Schätztechnik und eine Matrixrotationstechnik aufweist.
In einer Ausführungsform generiert das Verarbeitungssubsystem die Resonanzmatrix durch Bestimmung einer geweißten Matrix auf der Basis der Messmatrix im Wesentlichen durch Beseitigung von Korrelation zwischen Einträgen in der Messmatrix, Bestimmung einer Kumulantenmatrix auf der Basis der geweißten Matrix, Bestimmung einer Rotationsmatrix auf der Basis der Kumulantenmatrix im Wesentlichen durch Beseitigung von Korrelation zwischen Einträgen in der Kumulantenmatrix, Generierung einer unitären Matrix durch Drehung der Rotationsmatrix auf der Basis der unitären Matrix und einer bestimmten Rotationsmatrix und Generierung der Resonanzmatrix durch Bestimmung eines Produktes aus der unitären Matrix und der geweißten Matrix.
In der zuletzt erwähnten Ausführungsform kann das Verarbeitungssubsystem eine geweißte Matrix durch Generierung einer Kovarianzmatrix durch Bestimmung einer Kovarianz einer Zu-weißenden-Matrix, Bestimmung einer Eigenvektor-Matrix und von Eigenwerten für die Kovarianzmatrix durch Anwendung einer Eigenvektorzerlegungstechnik auf die Kovarianzmatrix, Bestimmung einer Quadratwurzel der Eigenwerte, Bestimmung einer Produktmatrix durch Multiplikation der Eigenvektormatrix mit der Quadratwurzel der Eigenwerte und Bestimmung der geweißten Matrix durch Multiplikation der Produktmatrix mit der Messmatrix bestimmen, wobei die geweißte Matrix die geweißte Matrix ist, wenn die Zu-weißende-Matrix die Messmatrix ist, und wobei die geweißte Matrix die geweißte Rotationsmatrix ist, wenn die Zu-weißende-Matrix die Kumulantenmatrix ist.
Ferner können in der zuletzt erwähnten Ausführungsform Einträge in der geweißten Matrix im Wesentlichen linear unkorreliert sein, und eine Kovarianz der Einträge in der geweißten Matrix kann etwa 0 betragen.
Noch weiter kann eine Kovarianz der Einträge in der unitären Matrix in etwa 0 betragen.
Das System einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner die erste Sensorvorrichtung zur Generierung erster Ankunftszeitsignale, die der Laufschaufel entsprechen, und die zweite Sensorvorrichtung zur Generierung zweiter Ankunftszeiten, die der Laufschaufel entsprechen, aufweisen.
In dem System der zuletzt erwähnten Art kann das Verarbeitungssubsystem ferner vorverarbeitete erste Ankunftszeitsignale und vorverarbeitete zweite Ankunftszeitsignale durch Anwendung wenigstens entweder einer Glättungsfilterungstechnik und/oder einer Medianfilterungstechnik, um asynchrone Signale aus den ersten Ankunftszeitsignalen und den zweiten Ankunftszeitsignalen zu entfernen, generieren.
Zusätzlich kann das Verarbeitungssubsystem ferner erste Deltaankunftszeiten auf der Basis der vorverarbeiten ersten Ankunftszeiten und einer erwarteten Ankunftszeit bestimmen, zweite Deltaankunftszeiten auf der Basis der vorverarbeiteten zweiten Deltaankunftszeiten und der erwarteten Ankunftszeit bestimmen, mehrere erste Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeiten aus den ersten Deltaankunftszeiten, die der Laufschaufel entsprechen, auf der Basis der jeweiligen Resonanzfrequenzdrehzahlen des Rotors extrahieren, mehrere zweite Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeiten aus den zweiten Delta-Ankunftszeiten, die der Laufschaufel entsprechen, auf der Basis der jeweiligen Resonanzfrequenzdrehzahlen des Rotors extrahieren, die mehreren ersten Delta-Ankunftszeitvektoren auf der Basis der ersten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeiten und der jeweiligen Resonanzfrequenzen bestimmen und die mehreren zweiten Delta-Ankunftszeitvektoren auf der Basis der zweiten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeiten und der jeweiligen Resonanzfrequenzen bestimmen.
Es wird ein Verfahren präsentiert. Das Verfahren enthält die Schritte des Erzeugens einer Messmatrix auf der Basis mehrerer erster Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren, die einer Laufschaufel und einer ersten Sensorvorrichtung entsprechen, und mehrerer zweiter Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren, die der Laufschaufel und einer zweiten Sensorvorrichtung entsprechen, Generierens einer Resonanzmatrix auf der Basis der Messmatrix, so dass Einträge in der Resonanzmatrix im Wesentlichen linear unkorreliert und linear unabhängig sind, und Generierens eines Resonanzsignals unter Verwendung eines ersten Teilsatzes der Einträge der Resonanzmatrix, wobei das Resonanzsignal im Wesentlichen gemeinsame Beobachtungen und Komponenten der mehreren ersten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren und der mehreren zweiten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren aufweist.
ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, worin zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Schaufelfunktionstüchtigkeitsüberwachungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Systeme;
2 ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zur Identifizierung von Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlregionen der Schaufel auf der Basis von Delta-AZen gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Techniken veranschaulicht;
3 ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung mehrerer Frequenzspitzenwerte durch Verschiebung eines Fensters von Signalen entlang von Delta-AZ-Signalen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Techniken veranschaulicht;
4 eine graphische Darstellung eines simulierten Delta-AZ-Vektorsignals, das einer Laufschaufel in einem Rotor entspricht, um die Bestimmung mehrerer Frequenzspitzenwerte und Ergebniswerte zu zeigen;
5 eine simulierte graphische Darstellung eines Frequenzsignals zur Erläuterung der Bestimmung eines ersten Frequenzspitzenwertes auf der Basis des Frequenzsignals und des bestimmten Synchronfrequenzschwellenwertes;
6 eine simulierte graphische Darstellung von Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlregionen einer Schaufel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Techniken;
7 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Überwachen der Funktionstüchtigkeit eines Rotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Techniken;
8 ein Korrelationsdiagramm eines Indexwertes und eines Korrelationswertes, die verwendet werden können, um die Existenz eines Risses festzustellen oder eine Wahrscheinlichkeit eines Risses in einer Schaufel zu bestimmen;
9(a) eine simulierte Aufzeichnung eines historischen Resonanzsignals einer Schaufel;
9(b) eine simulierte Aufzeichnung eines Resonanzsignals einer Schaufel;
10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Generierung einer Messmatrix auf der Basis erster Resonanzfrequenz-Delta-AZen und zweiter Resonanzfrequenz-Delta-AZen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Techniken;
11 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Generierung einer Resonanzmatrix auf der Basis einer Messmatrix gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Techniken.
12(a) eine simulierte Aufzeichnung eines ersten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektorsignals, das einer Laufschaufel und einer ersten Sensorvorrichtung entspricht;
12(b) eine simulierte Aufzeichnung eines zweiten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektorsignals, das einer Laufschaufel und einer zweiten Sensorvorrichtung entspricht;
12(c) eine simulierte Aufzeichnung eines sub-gereinigten Resonanzfrequenz-Delta-AZ-Vektorsignals, das unter Verwendung einer Reihe einer geweißten Matrix generiert wurde;
12(d) eine simulierte Aufzeichnung eines Halb-Rauschsignals, das unter Verwendung einer anderen Reihe der geweißten Matrix generiert wurde, auf die in 12(c) Bezug genommen ist;
12(e) eine simulierte Aufzeichnung eines Resonanzsignals;
12(f) eine simulierte Aufzeichnung eines Rauschsignals; und
13 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Generierung einer geweißten Matrix gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Techniken.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wenn Elemente verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die Artikel „ein“, „eine“, „der“, „die“ und „das“ bedeuten, dass es ein oder mehrere der Elemente gibt. Die Ausdrücke „aufweisen“, „enthalten“ und „haben“ sollen im einschließlichen Sinne verstanden werden und bedeuten, dass es außer den aufgeführten Elementen weitere Elemente geben kann. In dem hierin verwendeten Sinne enthält der Ausdruck „und/oder“ ein beliebiges und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Elemente.
Eine Näherungssprache, wie sie hierin überall in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, kann angewandt werden, um jede beliebige quantitative Darstellung zu modifizieren, die in zulässiger Weise variieren könnte, ohne zu einer Änderung der Grundfunktion zu führen, mit der sie verbunden sein kann. Demgemäß ist ein Wert, der durch den Ausdruck, wie beispielsweise „etwa“ modifiziert ist, nicht auf den genauen angegebenen Wert beschränkt. In einigen Fällen kann die Näherungssprache der Genauigkeit eines Instrumentes zur Messung des Wertes entsprechen.
In dem hierin verwendeten Sinne kann der Ausdruck „erwartete Ankunftszeit (AZ)“ verwendet werden, um eine AZ einer Laufschaufel während einer Rotation an einer Bezugsposition zu bezeichnen, wenn keine Defekte oder Risse in der Schaufel vorhanden sind und die Schaufel in einer idealen Situation arbeitet, die Lastbedingungen optimal sind und die Schwingungen in der Schaufel minimal sind. In dem hierin verwendeten Sinne bezeichnet der Ausdruck „Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen“ Drehgeschwindigkeiten eines Rotors einer Vorrichtung, die zur Anregung einer oder mehrerer Resonanzfrequenzen der Laufschaufeln in dem Rotor führen.
Im Betrieb werden Eigenfrequenzen oder Resonanzfrequenzen von Laufschaufeln in einem Rotor bei bestimmten Rotordrehzahlen eines Rotors in einer Vorrichtung, wie beispielsweise einem Axialverdichter, angeregt. Hier nachstehend bezieht sich der Ausdruck „Geschwindigkeiten des Rotors, die zu einer Anregung der Resonanzfrequenzen der Schaufeln führen“ auf Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen. Wie nachstehend im Einzelnen erläutert, identifizieren die vorliegenden Systeme und Verfahren Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Laufschaufeln auf der Basis der Ankunftszeiten (AZen) (hier nachstehend als tatsächliche AZen bezeichnet) der Schaufeln an einer Bezugsposition in dem Rotor. Ein oder mehrere Risse in den Schaufeln können die Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Laufschaufel verändern. Ein technischer Effekt des vorliegenden Systems und Verfahrens gemäß einer Ausführungsform besteht darin, dass eine oder mehrere Abweichungen der Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen bestimmt werden und die Existenz von Rissen oder die Wahrscheinlichkeit einer Existenz von Rissen in den Schaufeln auf der Basis der Abweichungen bestimmt wird. Dieser technischer Effekt ermöglicht eine verbesserte Wartungsprognose und einen geringeren Anteil unplanmäßiger Stillstandszeiten.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaufelfunktionstüchtigkeitsüberwachungssystems 10 gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden Systems. Wie in 1 veranschaulicht, enthält das System 10 eine oder mehrere Laufschaufeln oder Schaufelblätter in einem Rotor 11, die durch das System 10 überwacht werden, um die Existenz von Rissen oder Wahrscheinlichkeit einer Existenz von Rissen in den Schaufeln zu bestimmen. Es wird erwähnt, dass 1 einen Teil des Rotors 11 zeigt. Der Rotor 11 kann z.B. eine Komponente einer Vorrichtung, wie beispielsweise ein Verdichter, ein Axialverdichter, eine landgestützte Gasturbine oder dergleichen, sein. Der Rotor 11 enthält z.B. eine Laufschaufel 12. Zur Erleichterung des Verständnisses werden die vorliegenden Systeme und Techniken unter Bezugnahme auf die Laufschaufel 12 erläutert, wobei jedoch die vorliegenden Systeme und Techniken auf jede der Schaufeln in dem Rotor 11 anwendbar sind. Wie in der derzeit vorgesehenen Konfiguration veranschaulicht, enthält das System 10 einen oder mehrere Sensoren 14, 16, die eine Ankunft der Schaufel 12 an einem Bezugspunkt erfassen, um Schaufelpassiersignale SPS 18, 20 zu generieren, die Ankunftszeiten (AZen) 24, 26 der Schaufel 12 an dem Bezugspunkt repräsentieren. Hier nachstehend bezieht sich der Ausdruck „AZen einer Schaufel an einem Bezugspunkt“ auf tatsächliche AZen. Z.B. generiert die erste Sensorvorrichtung 14 das erste SPS 18, das erste tatsächliche AZen 24 der Schaufel 12 an dem Bezugspunkt repräsentiert. Z.B. generiert die zweite Sensorvorrichtung 16 das zweite SPS 20, das zweite tatsächliche AZen 26 der Schaufel 12 an dem Bezugspunkt repräsentiert. Der Bezugspunkt kann z.B. unterhalb der Sensoren 14, 16 oder neben den Sensoren 14, 16 liegen. Die tatsächlichen AZen können z.B. in Zeiteinheiten oder Grad gemessen werden. Das SPS 18, 20 kann z.B. während eines Anlaufzustands des Rotors, eines Übergangszustands des Rotors 11, eines stationären Zustands des Rotors 11, eines Übergeschwindigkeitszustands des Rotors 11 oder Kombinationen von diesen generiert werden.
In einer Ausführungsform können die Sensoren 14, 16 eine Ankunft der Vorderkante der Laufschaufel 12 erfassen, um das SPS 18, 20 zu generieren. In einer weiteren Ausführungsform können die Sensoren 14, 16 eine Ankunft der Hinterkante der Laufschaufel 12 erfassen, um das SPS 18, 20 zu generieren. In einer noch weiteren Ausführungsform kann der Sensor 14 eine Ankunft der Vorderkante der Laufschaufel 12 erfassen, um das SPS 18 zu generieren, und der Sensor 16 kann eine Ankunft der Hinterkante der Laufschaufel 12 erfassen, um das SPS 20 zu generieren, oder umgekehrt. Die Sensoren 14, 16 können z.B. benachbart zu der Schaufel 12 auf einem stationären Objekt in einer Position montiert sein, so dass eine Ankunft der Schaufel 12 effizient erfasst werden kann. In einer Ausführungsform ist wenigstens einer der Sensoren 14, 16 an einem (nicht veranschaulichten) Gehäuse der Schaufeln montiert. Als ein nicht beschränkendes Beispiel können die Sensoren 14, 16 magnetostriktive Sensoren, magnetische Sensoren, kapazitive Sensoren, Wirbelstromsensoren oder dergleichen sein.
Wie in der derzeit vorgesehenen Konfiguration veranschaulicht, werden die SPS 18, 20 von einem Verarbeitungssystem 22 empfangen. Das Verarbeitungssubsystem 22 bestimmt die ersten tatsächlichen AZen 24 und die zweiten tatsächlichen AZen 26 der Schaufel 12 auf der Basis der SPS 18, 20. Insbesondere bestimmt das Verarbeitungssubsystem die ersten tatsächlichen AZen 24 auf der Basis des ersten SPS 18, und das Verarbeitungssubsystem 22 bestimmt die zweiten tatsächlichen AZen 26 auf der Basis des zweiten SPS 20. In bestimmten Ausführungsformen verarbeitet das Verarbeitungssubsystem 22 die ersten tatsächlichen AZen 24 und die zweiten tatsächlichen AZen 26 vor, um Rauschen und asynchrone Frequenzen aus den ersten tatsächlichen AZen 24 und den zweiten tatsächlichen AZen 26 zu entfernen. Das Verarbeitungssubsystem 22 kann z.B. die ersten tatsächlichen AZen 24 und die zweiten tatsächlichen AZen 26 durch Anwenden wenigstens entweder einer Glättungsfilterungstechnik und/oder einer Medianfilterungstechnik auf die ersten tatsächlichen AZen 24 und die zweiten tatsächlichen AZen 26 vorverarbeiten. In einem Beispiel enthält das Verarbeitungssubsystem 22 wenigstens einen Prozessor, der mit einem Speicher und einem Kommunikationsabschnitt verbunden ist. Die Informationen, wie beispielsweise Sensordaten, können durch drahtgebundene oder drahtlose Mechanismen über den Kommunikationsabschnitt übertragen und in dem Speicher für eine nachfolgende Verarbeitung gespeichert werden. Der Speicher kann in einem Beispiel auch die ausführbaren Programme und zugehörigen Dateien zur Ausführung der Anwendung enthalten.
Außerdem überwacht das Verarbeitungssubsystem 22 die Funktionstüchtigkeit der Laufschaufel 12 auf der Basis der ersten tatsächlichen AZen 24 und der zweiten tatsächlichen AZen 26. Das Verarbeitungssubsystem 22 bestimmt erste Delta-AZen 28, die der Schaufel 12 entsprechen und der ersten Sensorvorrichtung 14 entsprechen, auf der Basis der ersten tatsächlichen AZen 24 und einer erwarteten AZ der Laufschaufel 12. Zusätzlich bestimmt das Verwaltungssubsystem 22 zweite Delta-AZen 30, die der Schaufel 12 entsprechen und der zweiten Sensorvorrichtung 16 entsprechen, auf der Basis der zweiten tatsächlichen AZen 26 und der erwarteten AZ der Schaufel 12. Die ersten Delta-AZen 28 entsprechen der ersten Sensorvorrichtung 14, da die ersten Delta-AZen auf der Basis der ersten tatsächlichen AZen 24 bestimmt werden, die auf der Basis des ersten SPS 18 bestimmt werden, das durch die erste Sensorvorrichtung 14 generiert wird. Die zweiten Delta-AZen 30 entsprechen der zweiten Sensorvorrichtung 16, da die zweiten Delta-AZen 30 auf der Basis der zweiten tatsächlichen AZen 26 bestimmt werden, die auf der Basis des zweiten SPS 20 bestimmt werden, das durch die zweite Sensorvorrichtung 16 generiert wird. Die ersten Delta-AZen 28 oder die zweiten Delta-AZen 30 können unter Verwendung der folgenden Gleichung (1) bestimmt werden: Delta-AZ = tatsächlicheAZ – erwarteteAZ (1).
In einer Ausführungsform können die ersten Delta-AZen 28 als erste Delta-AZen-Vektoren 32 dargestellt werden, indem die ersten Delta-AZen 28 auf entsprechende Rotordrehzahlen des Rotors 11 abgebildet werden. In einer weiteren Ausführungsform können die zweiten Delta-AZen als zweite Delta-AZen-Vektoren 34 dargestellt werden, indem die zweiten Delta-AZen 30 auf entsprechende Rotordrehzahlen des Rotors 11 abgebildet werden. Falls z.B. eine erste tatsächliche AZ auf der Basis eines SPS generiert wird, das zu einem Zeitpunkt T₁ generiert wird, wenn die Rotordrehzahl R₁ beträgt, dann wird eine erste Delta-AZ auf der Basis der ersten tatsächlichen AZ bestimmt; und die erste Delta-AZ wird als ein erster Delta-AZ-Vektor dargestellt, indem die erste Delta-AZ auf die Rotordrehzahl R₁ abgebildet wird. Hier nachstehend werden die Ausdrücke „erste Delta-AZen“ und „erstes Delta-AZen-Signal“ gegeneinander austauschbar verwendet, da die ersten Delta-AZen eine digitale Darstellung des analogen ersten Delta-AZen-Signals sind. Außerdem werden die Ausdrücke „zweite Delta-AZen“ und „zweites Delta-AZen-Signal“ gegeneinander austauschbar verwendet, da die zweiten Delta-AZen eine digitale Darstellung des analogen zweiten Delta-AZen-Signals sind. Zusätzlich werden die Ausdrücke „erste Delta-AZen-Vektoren“ und „erstes Delta-AZen-Vektorsignal“ gegeneinander austauschbar verwendet, da die ersten Delta-AZen-Vektoren eine digitale Darstellung des analogen ersten Delta-AZen-Vektorsignals sind. Außerdem werden die Ausdrücke „zweite Delta-AZen-Vektoren“ und „zweites Delta-AZen-Vektorsignal“ gegeneinander austauschbar verwendet, da die zweiten Delta-AZen-Vektoren eine digitale Darstellung des analogen ersten Delta-AZen-Vektorsignals sind.
Es wird erwähnt, dass der Rotor 11 bei mehreren Rotordrehzahlen arbeitet. Eine Teilmenge der Rotordrehzahlen regt die Resonanzfrequenzen der Laufschaufeln in dem Rotor 11 an. Die „Rotordrehzahlen des Rotors, die die Resonanzfrequenzen der Schaufeln anregen“ werden hier nachstehend als Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen bezeichnet. Es sei erwähnt, dass die Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Schaufeln in einem Rotor sich von den Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Schaufeln in einem anderen Rotor unterscheiden können. Außerdem sei erwähnt, dass sich die Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen einer Schaufel in dem Rotor 11 von den Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen einer anderen Schaufel in dem Rotor 11 unterscheiden können.
In der Ausführungsform nach 1 extrahiert das Verarbeitungssubsystem 22 erste Resonanzfrequenz-Delta-AZen/erste Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren aus den ersten Delta-AZen 28 bzw. den ersten Delta-Azen-Vektoren 32. Die ersten Resonanzfrequenz-Delta-AZen/ersten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren sind ein Teilsatz der ersten Delta-AZen 28 bzw. der ersten Delta-AZen-Vektoren 32. Zusätzlich extrahiert das Verarbeitungssubsystem 22 zweite Resonanzfrequenz-Delta-AZen/zweite Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren aus den zweiten Delta-AZen 30 bzw. den zweiten Delta-AZen-Vektoren 34. Die zweiten Resonanzfrequenz-Delta-AZen/zweiten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren sind ein Teilsatz der zweiten Delta-AZen 30 bzw. der zweiten Delta-AZen-Vektoren 34. In einer Ausführungsform bestimmt das Verarbeitungssubsystem 22 Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Schaufel 12 auf der Basis der ersten Resonanzfrequenz-Delta-AZen und der zweiten Resonanzfrequenz-Delta-AZen. In einer anderen Ausführungsform bestimmt das Verarbeitungssystem 22 Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Schaufel 12 auf der Basis der ersten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren und der zweiten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren.
Zusätzlich bestimmt das Verarbeitungssubsystem 22 die Existenz irgendwelcher Abweichungen der Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen in Bezug auf historische Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen, um die Existenz eines Risses in der Schaufel 12 oder eine Wahrscheinlichkeit der Existenz eines Risses in der Schaufel 12 zu bestimmen. Wenn das Verarbeitungssubsystem 22 feststellt, dass eine oder mehrere Abweichungen in den Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Schaufel 12 existieren, stellt das Verarbeitungssystem 22 fest, dass ein Riss in der Schaufel 12 existiert, oder es stellt fest, dass eine Wahrscheinlichkeit eines Risses in der Schaufel 12 besteht. Die Feststellung des Risses in der Schaufel 12 ist in größeren Einzelheiten in Bezug auf 7 erläutert.
2 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 200 zur Identifizierung von Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlsregionen 220 der Schaufel 12 auf der Basis von Delta-AZen 220 gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Techniken veranschaulicht. Die Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlsregionen 220 sind weite Bereiche von Rotordrehzahlen der Schaufel 12, die eine Anregung einer oder mehrerer Resonanzfrequenzen der Schaufel 12 zur Folge haben. Z.B. können Resonanzfrequenzen der Schaufel 12 bei Rotordrehzahlen in dem Bereich von 1200 Umdrehungen pro Minute bis 1400 Umdrehungen pro Minute angeregt werden, so dass folglich 1200 Umdrehungen pro Minute bis 1400 Umdrehungen pro Minute ein Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlbereich der Schaufel ist.
Das Bezugszeichen 202 repräsentiert Delta-AZen, die der Schaufel 12 entsprechen. Die Delta-AZen 202 werden auf der Basis der tatsächlichen AZen bestimmt, die durch die erste Sensorvorrichtung 14 oder die zweite Sensorvorrichtung 16 generiert werden, wenn keine Defekte oder Risse in der Schaufel 12 vorhanden sind; die Schaufel 12 und der Rotor 11 arbeiten in einer idealen Situation, wobei die Lastbedingungen optimal sind und die Schwingungen in der Schaufel 12 minimal sind. In einer Ausführungsform können die Delta-AZen 202 die ersten Delta-AZen 28 (vgl. 1) sein, falls die ersten tatsächlichen AZen 24 durch die erste Sensorvorrichtung 14 generiert werden, wenn keine Defekte oder Risse in der Schaufel 12 vorhanden sind; die Schaufel 12 und der Rotor 11 arbeiten in einer idealen Situation, wobei die Lastbedingungen optimal sind und die Schwingungen in der Schaufel 12 minimal sind. In einer weiteren Ausführungsform können die Delta-AZen 202 die zweiten Delta-AZen 30 (vgl. 1) sein, falls die zweiten tatsächlichen AZen 26 durch die zweite Sensorvorrichtung 16 generiert werden, wenn keine Defekte oder Risse in der Schaufel 12 vorhanden sind; die Schaufel 12 und der Rotor 11 arbeiten in einer idealen Situation, wobei die Lastbedingungen optimal sind und die Schwingungen in der Schaufel 12 minimal sind. In einer Ausführungsform können die Delta-AZen-Signale 202 als Delta-AZen-Vektorsignale dargestellt werden, indem die Delta-AZen-Signale 202 auf jeweilige Rotordrehzahlen abgebildet werden. Ein beispielhaftes Delta-AZen-Vektorsignal ist in 3 veranschaulicht. In der Ausführungsform nach 2 wird jeder Block des Verfahrens 200 durch das Verarbeitungssubsystem 22 nach 1 ausgeführt.
Im Block 204 werden ein erste Fenster von Signalen und ein zweites Fenster von Signalen ausgewählt. Das erste Signalfenster und das zweite Signalfenster sind Rotordrehzahlbänder. Zusätzlich weist jedes von dem ersten Signalfenster und dem zweiten Signalfenster eine jeweilige Breite auf. Z.B. ist in der Ausführungsform nach 2 das erste Signalfenster ein Rotordrehzahlband von 25 Umdrehungen pro Minute, und eine Breite des ersten Signalfensters beträgt 25 Umdrehungen pro Minute. Wieder in der Ausführungsform nach 2 ist das zweite Signalfenster ein Rotordrehzahlband von 50 Umdrehungen pro Minute, und eine Breite des zweiten Signalfensters beträgt 50 Umdrehungen pro Minute. Die Breite des zweiten Signalfensters ist größer als die Breite des ersten Signalfensters.
Im Block 206 werden mehrere erste Frequenzspitzenwerte durch iteratives Verschieben des ersten Signalfensters entlang des Delta-AZen-Signals 202 generiert. Im Block 208 werden mehrere zweite Frequenzspitzenwerte durch iteratives Verschieben des zweiten Signalfensters entlang des Delta-AZen-Signals 202 generiert. Die Bestimmung der ersten Frequenzspitzenwerte und der zweiten Frequenzspitzenwerte ist in größeren Einzelheiten unter Bezugnahme auf 3 und 4 erläutert.
Im Block 210 werden mehrere resultierende Werte auf der Basis der ersten Frequenzspitzenwerte und der zweiten Frequenzspitzenwerte bestimmt. Insbesondere wird ein resultierender Wert durch Subtraktion eines zweiten Frequenzspitzenwertes von einem jeweiligen ersten Frequenzspitzenwert bestimmt. Ein resultierender Wert kann z.B. unter Verwendung der folgenden Gleichung (2) bestimmt werden: RW = erster_Frequenzspitzenwert – zweiter_Frequenzspitzenwert (2), wobei RW ein resultierender Wert ist.
Im Block 212 wird eine Überprüfung vorgenommen, um festzustellen, ob die resultierenden Werte kleiner als ein bestimmter Wert sind. Im Block 212 wird, wenn die resultierenden Werte kleiner als der bestimmte Wert sind, die Kontrolle zum Block 214 übergeben. Im Block 214 werden Rotordrehzahlen, die den zweiten Frequenzspitzenwerten entsprechen, bestimmt. Es werden lokale Maxima der Rotordrehzahlen, die den zweiten Frequenzspitzenwerten entsprechen, als die Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlregionen 220 bestimmt, wenn die resultierenden Werte kleiner sind als der bestimmte Wert. Wenn z.B. eine Rotordrehzahl, die einem zweiten Frequenzspitzenwert entspricht, 1200 Umdrehungen pro Minute beträgt, dann wird ein lokales Maximum von 1200 ± 50 als eine Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlregion bestimmt.
Unter erneuter Bezugnahme auf den Block 212 wird jedoch, wenn die resultierenden Werte nicht kleiner als der bestimmte Wert sind, die Kontrolle zum Block 216 übergeben. Im Block 216 wird ein nachfolgendes Signalfenster ausgewählt. Eine Breite des nachfolgenden Signalfensters ist größer als die Breite des ersten Signalfensters und die Breite des zweiten Signalfensters. Z.B. kann, um ein nicht beschränkendes Beispiel anzugeben, die Breite des nachfolgenden Signalfensters 75 Umdrehungen pro Minute oder mehr als 75 Umdrehungen pro Minute betragen. Außerdem werden im Block 218 mehrere nachfolgende Frequenzspitzenwerte durch iteratives Verschieben des nachfolgenden Signalfensters entlang der Delta-AZen 202 bestimmt. Die Bestimmung der nachfolgenden Frequenzspitzenwerte durch iteratives Verschieben des nachfolgenden Signalfensters entlang des Delta-AZen-Signals 202 ist unter Bezugnahme auf 3 und 4 erläutert. Ferner wird die Kontrolle zum Block 210 übergeben. Im Block 210 werden mehrere nachfolgende resultierende Werte auf der Basis der nachfolgenden Frequenzspitzenwerte und der vorherigen Frequenzspitzenwerte bestimmt. In einer Ausführungsform sind die vorherigen Frequenzspitzenwerte die zweiten Frequenzspitzenwerte. Erneut im Block 212 wird eine Überprüfung vorgenommen um festzustellen, ob ein oder mehrere der nachfolgenden resultierenden Werte kleiner als der bestimmte Wert sind. Wenn die nachfolgenden resultierenden Werte im Block 212 nicht kleiner als der bestimmte Wert sind, werden die Blöcke 216 bis 212 erneut ausgeführt. Wenn jedoch im Block 212 die nachfolgenden resultierenden Werte kleiner als der bestimmte Wert sind, wird die Kontrolle zum Block 214 übergeben. Im Block 214 wird ein lokales Maximum von jeder der Rotordrehzahlen, die den nachfolgenden Frequenzspitzenwerten entsprechen, als die Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlregion 220 identifiziert. Falls z.B. r eine Rotordrehzahl ist, die einem nachfolgenden Frequenzspitzenwert entspricht, dann kann r ± 50 als eine Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlregion ausgewählt werden. 6 zeigt simulierte Resonanzfrequenz-Drehzahlregionen einer Schaufel, die durch den Einsatz eines in Bezug auf 2 beschriebenen Prozesses identifiziert worden sind.
3 zeigt einen Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 300 zur Bestimmung mehrerer Frequenzspitzenwerte 310 durch Verschiebung eines Signalfensters 302 entlang der ersten Delta-AZen-Signale 202, auf die in 1 Bezug genommen ist, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Techniken veranschaulicht. Insbesondere erläutert 3 die Blöcke 206, 208 und 218 aus 2 in größeren Einzelheiten. Die mehreren Frequenzspitzenwerte 310 können z.B. die ersten Frequenzspitzenwerte sein, wenn das Signalfenster 302 das erste Signalfenster ist, auf das in 2 Bezug genommen wird. Ebenso können die mehreren Frequenzspitzenwerte 310 die zweiten Frequenzspitzenwerte sein, wenn das Signalfenster 302 das zweite Signalfenster ist, auf das in 2 Bezug genommen wird. Erneut können die mehreren Frequenzspitzenwerte 310 die nachfolgenden Frequenzspitzenwerte sein, wenn das Signalfenster 302 das nachfolgende Signalfenster ist. (Vgl. 2).
Im Block 304 wird das Signalfenster 302 auf den Delta-AZen 202 platziert, und es wird ein erster Teilsatz der Delta-AZen 202, der in dem Signalfenster 302 enthalten ist oder von diesem umfasst ist, ausgewählt. Außerdem wird im Block 306 ein Frequenzspitzenwert auf der Basis des ersten Teilsatzes des Delta-AZen-Signals 202 generiert. Z.B. wird der Frequenzspitzenwert durch Bestimmung eines Frequenzsignals generiert, indem eine schnelle Fouriertransformation des ersten Teilsatzes des Delta-AZen-Signals 202 gebildet und der Frequenzspitzenwert aus dem Frequenzsignal ausgewählt wird, wobei der Frequenzspitzenwert gleich oder kleiner als ein bestimmter Synchronfrequenzschwellenwert ist. In dem hierin verwendeten Sinne ist der Ausdruck „bestimmter Synchronfrequenzschwellenwert“ ein numerischer Frequenzwert, der derart gewählt ist, dass Frequenzen, die größer sind als der bestimmte Synchronfrequenzschwellenwert, im Wesentlichen asynchrone Frequenzen sind; und Frequenzen, die gleich oder kleiner als der bestimmte Synchronfrequenzschwellenwert sind, sind im Wesentlichen Synchronfrequenzen. Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann die Größe des bestimmten Synchronfrequenzschwellenwertes in etwa 2 Hertz betragen. Eine Bestimmung des Frequenzspitzenwertes ist in größeren Einzelheiten unter Bezugnahme auf 5 erläutert.
Weiterhin wird im Block 308 der Frequenzspitzenwert zu den mehreren Frequenzspitzenwerten 310 addiert, und die Kontrolle wird zum Block 312 übergeben. Im Block 312 wird eine Überprüfung vorgenommen um festzustellen, ob das Signalfenster 302 eine vorbestimmte Anzahl von Malen entlang der Deltazeiten der Signale 202 verschoben worden ist. Während in 3 eine Überprüfung vorgenommen wird um festzustellen, ob das Signalfenster 302 eine vorbestimmte Anzahl von Malen verschoben worden ist, kann in manche Ausführungsformen eine Überprüfung vorgenommen werden um festzustellen, ob das Signalfenster 302 über die Delta-Ankunftszeiten 202 hinweg verschoben worden ist. Wenn im Block 312 festgestellt wird, dass das Signalfenster 302 nicht entlang des ersten Delta-AZen-Signals 202 eine vorbestimmte Anzahl von Malen verschoben worden ist, wird die Kontrolle zum Block 314 übergeben. Im Block 314 wird ein verschobenes Fenster durch Verschiebung des Signalfensters 302 entlang des Delta-AZen-Signals 202 um ein bestimmtes Rotordrehzahlband bestimmt. Weiterhin wird im Block 316 ein nachfolgender Teilsatz des Delta-AZen-Signals 202, der in dem verschobenen Signalfenster enthalten oder durch dieses umfasst ist, ausgewählt. Im Block 318 wird ein nachfolgender Frequenzspitzenwert auf der Basis des nachfolgenden Teilsatzes des Delta-AZen-Signals 202 bestimmt. Der nachfolgende Frequenzspitzenwert wird z.B. generiert, indem eine schnelle Fouriertransformation von dem nachfolgenden Teilsatz des ersten Delta-AZen-Signals 202 gebildet wird, um ein entsprechendes Frequenzsignal zu generieren, dem eine Auswahl des nachfolgenden Frequenzspitzenwertes aus dem Frequenzsignal folgt, wobei der nachfolgende Frequenzspitzenwert gleich dem oder kleiner als der bestimmte Synchronfrequenzschwellenwert ist. Die Kontrolle von dem Block 318 wird zum Block 308 übergeben. Im Block 308 wird der nachfolgende Frequenzspitzenwert zu den mehreren Frequenzspitzenwerten 310 addiert. Anschließend wird im Block 312 die Überprüfung vorgenommen um festzustellen, ob das Signalfenster 302 eine vorbestimmte Anzahl von Malen entlang des Delta-AZen-Signals 202 verschoben worden ist. Wenn im Block 312 festgestellt wird, dass das Signalfenster 302 die vorbestimmte Anzahl von Malen verschoben worden ist, werden die mehreren Frequenzspitzenwerte 310 bestimmt.
4 zeigt eine Aufzeichnung 400 eines simulierten Delta-AZen-Vektorsignals 402, das einer Schaufel in einem Rotor entspricht, um die Bestimmung mehrerer Frequenzspitzenwerte und resultierender Werte zu zeigen. In einer Ausführungsform erläutert 4 die Schritte 206, 208 und 218 aus 2 in größeren Einzelheiten. Ferner erläutert 4 den Schritt 210 aus 2. Zusätzlich erläutert 4 den Schritt 306 aus 3 in größeren Einzelheiten. Das simulierte Delta-AZen-Vektorsignal 402 wird durch Abbildung der Delta-AZen einer Schaufel in einem Rotor auf jeweilige Rotordrehzahlen generiert. In einer Ausführungsform kann das Delta-AZen-Vektorsignal 402 das erste Delta-AZen-Vektorsignal 32 (vgl. 1) sein. In einer anderen Ausführungsform kann das Delta-AZen-Vektorsignal 402 das zweite Delta-AZen-Vektorsignal 34 (vgl. 1) sein.
Die X-Achse 406 der Aufzeichnung 400 repräsentiert Rotordrehzahlen des Rotors, und die Y-Achse 408 der Aufzeichnung 400 repräsentiert Delta-AZen, die der Schaufel entsprechen. Das Bezugszeichen 410 kennzeichnet ein erstes Signalfenster, das eine Breite W₁ aufweist, und das Bezugszeichen 412 kennzeichnet ein zweites Signalfenster, das eine Breite W₂ aufweist. Das erste Signalfenster 410 wählt einen ersten Teilsatz des Delta-AZen-Vektorsignals 402, der in dem ersten Signalfenster 410 enthalten oder von diesem umfasst ist, aus. Wie in 4 veranschaulicht, beginnt der erste Teilsatz des Delta-AZen-Vektorsignals 402 in einem Punkt 414, und er endet in einem Punkt 416. Weiterhin wird ein Frequenzsignal 502, das in 5 veranschaulicht ist, auf der Basis des ersten Teilsatzes des Delta-AZen-Vektorsignals 402 generiert. Das Frequenzsignal 502 wird bestimmt, indem eine Fouriertransformation oder eine schnelle Fouriertransformation von dem ersten Teilsatz des Delta-AZen-Vektorsignals 402 gebildet wird. Außerdem wird ein erster Frequenzspitzenwert 508 (wie in 5 veranschaulicht), der dem ersten Signalfenster 410 und dem ersten Teilsatz des Delta-AZen-Vektorsignals 402 entspricht, auf der Basis des Frequenzsignals 502 und eines bestimmten Synchronfrequenzschwellenwertes 510 (wie in 5 veranschaulicht) bestimmt. Die Bestimmung des ersten Frequenzspitzenwertes, der dem ersten Fenster und dem ersten Teilsatz der Delta-AZen entspricht, ist in größeren Einzelheiten unter Bezugnahme auf 5 erläutert.
Das zweite Signalfenster 412 wählt einen zweiten Teilsatz des Delta-AZen-Vektorsignals 402 aus, der in dem zweiten Signalfenster 412 enthalten oder von diesem umfasst ist. Wie in 4 veranschaulicht, beginnt der zweite Teilsatz des Delta-AZen-Vektorsignals 402 in einem Punkt 418, und er endet in einem Punkt 420. Ferner wird ein Frequenzsignal auf der Basis des zweiten Teilsatzes des Delta-AZen-Vektorsignals 402 generiert. Das Frequenzsignal wird bestimmt, indem eine Fouriertransformation oder eine schnelle Fouriertransformation von dem zweiten Teilsatz des Delta-AZen-Vektorsignals gebildet wird. Außerdem wird ein zweiter Frequenzspitzenwert, der dem zweiten Signalfenster 412 und dem zweiten Teilsatz der Delta-AZen entspricht, auf der Basis des Frequenzsignals und eines bestimmten Synchronfrequenzschwellenwertes bestimmt. Der zweite Frequenzspitzenwert kann z.B. bestimmt werden, indem das unter Bezugnahme auf 5 erläuterte Verfahren verwendet wird. Weiterhin wird ein erster resultierender Wert bestimmt, indem der zweite Frequenzspitzenwert von dem ersten Frequenzspitzenwert subtrahiert wird.
Anschließend wird das erste Signalfenster 410 um ein Rotordrehzahlband SB₁ verschoben, um ein verschobenes erstes Fenster SW₁ zu erzeugen, und das zweite Fenster 412 wird um das Rotordrehzahlband SB₁ verschoben, um ein verschobenes zweites Signalfenster SW₂ zu erzeugen. Erneut wird ein nachfolgender erster Frequenzspitzenwert, der dem verschobenen ersten Signalfenster SW₁ entspricht, auf der Basis eines Teilsatzes des Delta-AZen-Vektorsignals 402 bestimmt, der von dem verschobenen ersten Signalfenster SW₁ umfasst ist. Außerdem wird ein nachfolgender zweiter Frequenzspitzenwert, der dem verschobenen zweiten Signalfenster SW₂ entspricht, auf der Basis eines Teilsatzes des Delta-AZen-Vektorsignals 402 bestimmt, der von dem verschobenen zweiten Signalfenster SW₂ umfasst ist. Darüber hinaus wird ein zweiter resultierender Wert durch Subtraktion des nachfolgenden zweiten Frequenzspitzenwertes von dem nachfolgenden ersten Frequenzspitzenwert bestimmt.
Das erste Signalfenster 410 und das zweite Signalfenster 412 werden verschoben, bis das Delta-AZen-Vektorsignal 402 vollständig durchfahren worden ist. Weiterhin werden mehrere erste Frequenzspitzenwerte, mehrere zweite Frequenzspitzenwerte und mehrere resultierende Werte durch Verschiebung des ersten Signalfensters 410 und des zweiten Signalfensters 412 bestimmt. Die mehreren ersten Frequenzspitzenwerte enthalten den ersten Frequenzspitzenwert und den nachfolgenden ersten Frequenzspitzenwert. Die mehreren zweiten Frequenzspitzenwerte enthalten den zweiten Frequenzspitzenwert und den nachfolgenden zweiten Frequenzspitzenwert. Ferner enthalten die mehreren resultierenden Werte den ersten resultierenden Wert und den zweiten resultierenden Wert.
5 zeigt eine Aufzeichnung 500 des Frequenzsignals 502, auf das in 4 Bezug genommen wird, um die Bestimmung des ersten Frequenzspitzenwertes 508 auf der Basis des Frequenzsignals 502 und eines bestimmten Synchronfrequenzschwellenwertes 510 zu erläutern. Die X-Achse 504 der Aufzeichnung 500 repräsentiert die Frequenz des ersten Teilsatzes des Delta-AZen-Vektorsignals 402, und die Y-Achse 506 der Aufzeichnung 500 repräsentiert die Amplitude der Frequenz. Der erste Frequenzspitzenwert 508 wird z.B. durch das Verarbeitungssubsystem 22 bestimmt, auf das in 1 Bezug genommen wird. Das Verarbeitungssubsystem 22 wählt Frequenzen aus, die kleiner sind als der bestimmte Synchronfrequenzschwellenwert 510. Die ausgewählten Frequenzen sind synchrone Frequenzen. Es sei erwähnt, dass die Auswahl der Frequenzen, die kleiner als der bestimmte Synchronfrequenzschwellenwert 510 sind, aus dem Frequenzsignal 502 eine Auswahl von synchronen Frequenzen aus dem Frequenzsignal 502 zur Folge hat. Ferner wird eine Frequenz, die die höchste Amplitude aufweist, aus den synchronen Frequenzen oder den ausgewählten Frequenzen ausgewählt. In der Ausführungsform nach 5 weist eine Frequenz 512 die höchste Amplitude 508 auf. Die höchste Amplitude 508 wird als der erste Frequenzspitzenwert 508 bestimmt.
6 zeigt eine simulierte Aufzeichnung 600 von Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlregionen 602, 604 einer Laufschaufel, die unter Verwendung des unter Bezugnahme auf 2 erläuterten Verfahrens bestimmt worden sind. Die X-Achse 606 repräsentiert Rotordrehzahlen eines Rotors, und die Y-Achse repräsentiert Frequenzspitzenwerte. Die Frequenzspitzenwerte können die zweiten Frequenzspitzenwerte, die im Block 208 in 2 bestimmt werden, oder die nachfolgenden Frequenzspitzenwerte sein, die im Block 218 bestimmt werden, auf die in 2 Bezug genommen wird. Wie in 6 veranschaulicht, werden zwei Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlregionen 602, 604, identifiziert.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 700 zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit der Laufschaufel 12, auf die in 1 Bezug genommen wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Techniken. Das Bezugszeichen 202 repräsentiert Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlregionen der Laufschaufel 12 in dem Rotor 11 (vgl. 2). Das Bezugszeichen 32 repräsentiert die ersten Delta-AZen-Vektoren, die durch das Verarbeitungssubsystem 22 in 1 bestimmt werden. Ferner repräsentiert das Bezugszeichen 34 die zweiten Delta-AZen-Vektoren, die durch das Verarbeitungssubsystem 22 in 1 bestimmt werden. Im Block 702 werden erste Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren aus den ersten Delta-AZen-Vektoren 32 ausgewählt. In dem hierin verwendeten Sinne wird der Ausdruck „erste Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren“ verwendet, um einen Teilsatz der ersten Delta-AZen-Vektoren 32 zu bezeichnen, wobei der Teilsatz Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlregionen der Schaufel 12 entspricht. Im Block 704 werden zweite Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren aus den zweiten Delta-AZen-Vektoren 34 ausgewählt. In dem hierin verwendeten Sinne wird der Ausdruck „zweite Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren“ verwendet, um einen Teilsatz der zweiten Delta-AZen-Vektoren 34 zu bezeichnen, wobei der Teilsatz Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlregionen der Laufschaufel 12 entspricht.
Weiterhin wird im Block 706 eine Messmatrix auf der Basis der ersten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren und der zweiten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren generiert. Die Messmatrix kann z.B. generiert werden, indem die ersten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren und die zweiten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren angeordnet werden, um eine Anfangsmatrix zu generieren, und die Anfangsmatrix vom Trend bereinigt wird, um die Messmatrix zu generieren. Die Anfangsmatrix kann z.B. vom Trend bereinigt werden, indem eine oder mehrere Techniken verwendet werden, zu denen eine polynomiale Kurvenanpassungstechnik oder eine waveletbasierte Kurvenanpassungstechnik gehören. Desweiteren ist die Generierung des Matrix in größeren Einzelheiten unter Bezugnahme auf 10 erläutert.
Im Block 708 wird eine Resonanzmatrix auf der Basis der Messmatrix generiert, so dass Einträge in der Resonanzmatrix im Wesentlichen linear unkorreliert und linear unabhängig sind. Die Resonanzmatrix kann z.B. bestimmt werden, indem wenigstens eine Technik auf die Messmatrix angewandt wird, wobei die wenigstens eine Technik eine Whitening(Weißmachungs)-Technik, eine Kumulantenmatrix-Schätztechnik und eine Matrixrotationstechnik aufweist.
Die Resonanzmatrix weist bereinigte Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren 712 und Rauschdaten 710 auf. Insbesondere weist eine Reihe der Resonanzmatrix die Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren 712 auf, und eine andere Reihe der Resonanzmatrix weist die Rauschdaten 714 auf. Das bereinigte Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektorsignal 712 enthält übliche Beobachtungen oder Messungen der ersten Sensorvorrichtung 14 und der zweiten Sensorvorrichtung 16 nach dem Entfernen von Rauschen aus dem ersten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektorsignal und dem zweiten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektorsignal. Zur Erleichterung des Verständnisses wird der Ausdruck „bereinigte Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren“ als ein Resonanzsignal bezeichnet. Außerdem enthält das Rauschsignal 710 Rauschen des ersten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektorsignals und des zweiten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektorsignals. Zur Erleichterung des Verständnisses wird das „bereinigte Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektorsignal 712“ austauschbar als ein Resonanzsignal 712 bezeichnet. Ein Beispiel für ein Resonanzsignal unter Verwendung des Verfahrens nach 7 ist in 9(a) und 12(e) veranschaulicht. Ein Beispiel für ein Rauschsignal unter Verwendung des Verfahrens nach 7 ist in 12(f) veranschaulicht.
Das Bezugszeichen 714 repräsentiert historische Resonanzsignale der Laufschaufel 12, die generiert werden, wenn keine Defekte oder Risse in der Schaufel 12 vorhanden sind und die Schaufel 12 in einer idealen Situation arbeitet, die Lastbedingungen optimal sind und die Schwingungen in der Schaufel 12 minimal sind. Die historischen Resonanzsignale 714 zeigen historische Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Schaufel 12, die auf historische bereinigte Delta-AZen der Schaufel 12 abgebildet sind, wenn keine Defekte oder Risse in der Schaufel 12 vorhanden sind.
Im Block 716 wird festgestellt, ob eine Abweichung in den Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Schaufel 12 in Bezug auf historische Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Schaufel 12 existiert. Z.B. wird die Abweichung der Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Schaufel 12 in Bezug auf historische Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Schaufel 12 durch Anwendung einer Korrelationsfunktion auf das Resonanzsignal 712 und die historischen Resonanzsignale 714 bestimmt. Die Anwendung der Korrelationsfunktion hat eine Bestimmung eines Indexwertes und eines Korrelationswertes zur Folge. In dem hierin verwendeten Sinne ist der Ausdruck „Korrelationswert“ ein Maß für eine Korrelation oder Ähnlichkeit zwischen einem Resonanzsignal und einem historischen Resonanzsignal. In dem hierin verwendeten Sinne ist der Ausdruck „Indexwert“ ein Maß einer Phasenverschiebung zwischen einem Resonanzsignal und einem historischen Resonanzsignal. Je höher der Korrelationswert ist, desto höher ist die Ähnlichkeit zwischen dem Resonanzsignal 712 und den historischen Resonanzsignalen 712. Ferner ist eine Phasenverschiebung in dem Resonanzsignal 712 in Bezug auf die historischen Resonanzsignale 714 umso höher, je höher der Indexwert ist. Demgemäß können der Korrelationswert und der Indexwert verwendet werden, um die Abweichung des Resonanzsignals 712 in Bezug auf die historischen Resonanzsignale 714 zu bestimmen.
Außerdem kann im Block 718 eine Gegenwart eines Risses, ein Fehlen eines Risses oder eine Wahrscheinlichkeit eines Risses auf der Basis der Abweichung des Resonanzsignals 712 in Bezug auf die historischen Resonanzsignale 714 bestimmt werden. Wenn z.B. eine Abweichung in dem Resonanzsignal 712 in Bezug auf die historischen Resonanzsignale 714 existiert, kann festgestellt werden, dass ein Riss in der Schaufel 12 existiert. In einer Ausführungsform kann die Gegenwart eines Risses, das Fehlen eines Risses und die Wahrscheinlichkeit eines Risses auf der Basis des Indexwertes, des Korrelationswertes und eines Korrelationsdiagramms bestimmt werden. Die Bestimmung der Gegenwart des Risses, des Fehlens des Risses oder der Wahrscheinlichkeit des Risses auf der Basis des Indexwertes, des Korrelationswertes und des Korrelationsdiagramms ist in 8 veranschaulicht.
8 zeigt ein Korrelationsdiagramm 800, das verwendet werden kann, um eine Gegenwart eines Risses, ein Fehlen eines Risses oder eine Wahrscheinlichkeit eines Risses in der Schaufel 12 zu bestimmen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Techniken. In einer Ausführungsform erläutert 8 den Schritt 718 nach 7. Das Korrelationsdiagramm 800 weist vier Quadranten, einschließlich eines ersten Quadranten 802, eines zweiten Quadranten 804, eines dritten Quadranten 806 und eines vierten Quadranten 808, auf. Der erste Quadrant 802 repräsentiert einen niedrigen Indexwert und einen hohen Korrelationswert. Der zweite Quadrant 804 repräsentiert einen hohen Indexwert und einen hohen Korrelationswert. Der dritte Quadrant 806 repräsentiert einen hohen Indexwert und einen niedrigen Korrelationswert. Außerdem repräsentiert der vierte Quadrant 808 einen niedrigen Indexwert und einen niedrigen Korrelationswert.
Der Indexwert und der Korrelationswert, die in dem Block 716 in 7 bestimmt werden, werden in dem Korrelationsdiagramm 800 platziert, um die Existenz des Risses oder eine Wahrscheinlichkeit der Existenz des Risses in der Schaufel 12 zu bestimmen. Wenn z.B. der Indexwert und der Korrelationswert in den ersten Quadranten 802 des Korrelationsdiagramms 800 fallen, kann festgestellt werden, dass keine Risse in der Schaufel 12 existieren. Wenn der Indexwert und der Korrelationswert, die in dem Block 716 bestimmt werden, in den zweiten Quadranten 804 des Korrelationsdiagramms 800 fallen, kann außerdem festgestellt werden, dass ein oder mehrere Risse in der Schaufel 12 existieren. Außerdem kann, wenn der Indexwert und der Korrelationswert, die in dem Block 716 bestimmt werden, in den dritten Quadranten 806 des Korrelationsdiagramms 800 fallen, festgestellt werden, dass eine Wahrscheinlichkeit für die Existenz eines Risses in der Schaufel 12 besteht. Außerdem kann, wenn der Indexwert und der Korrelationswert, die in dem Block 716 bestimmt werden, in den vierten Quadranten 808 des Korrelationsdiagramms fallen, festgestellt werden, dass eine Wahrscheinlichkeit für die Existenz eines Risses in der Schaufel 12 besteht.
9(a) zeigt eine simulierte Aufzeichnung 900 eines historischen Resonanzsignals 902 einer Schaufel, und 9(b) zeigt eine simulierte Aufzeichnung 904 eines Resonanzsignals 906 der Schaufel, das unter Verwendung des in 7 erläuterten Verfahrens generiert wurde. Die X-Achse 908 der Aufzeichnung 900, 904 repräsentiert einen Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlbereich, und die Y-Achse 910 der Aufzeichnung 900, 904 repräsentiert bereinigte Resonanzfrequenz-Delta-AZen. Wie durch das historische Resonanzsignal 902 in 9(a) veranschaulicht, wird, wenn die Schaufel funktionstüchtig, ohne Risse und Schwingungen ist, die Resonanzfrequenz der Schaufel bei einer Resonanzfrequenz-Rotordrehzahl 912 angeregt. Wie jedoch aus dem Resonanzsignal 906 ersichtlich, werden die Resonanzfrequenzen der Schaufel bei einer verschobenen Resonanzfrequenz-Rotordrehzahl 914 angeregt. Aufgrund der Veränderung oder der Verschiebung der Resonanzfrequenz-Rotordrehzahl 912 der Schaufel, wie durch das historische Resonanzsignal 902 veranschaulicht, kann demgemäß festgestellt werden, dass die Schaufel einen Riss aufweist.
10 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1000 zur Generierung einer Messmatrix auf der Basis von ersten Resonanzfrequenz-Delta-AZen und zweiten Resonanzfrequenz-Delta-AZen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Techniken. In einer Ausführungsform erläutert 10 den Block 706 aus 7 in größeren Einzelheiten. Die ersten Resonanzfrequenz-Delta-AZen werden aus den ersten Delta-AZen 32 in dem Block 702 in 7 ausgewählt. Außerdem werden die zweiten Resonanzfrequenz-Delta-AZen aus den zweiten Delta-AZen 34 im Block 704 in 7 ausgewählt. Im Block 1002 wird eine Anfangsmatrix auf der Basis der ersten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren und der zweiten Resonanzfrequenz-Delta-AZen generiert. In einer Ausführungsform kann in dem Fall, dass LE₁ die ersten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren repräsentiert und LE₂ die zweiten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren repräsentiert, die Anfangsmatrix I wie folgt dargestellt werden:
Weiterhin kann im Block 1004 eine Messmatrix durch Trendbereinigung der Anfangsmatrix I generiert werden. Die Anfangsmatrix kann z.B. vom Trend bereinigt werden, indem wenigstens eine Technik auf die Anfangsmatrix I angewandt wird. Die Technik enthält z.B. eine polynomiale Kurvenanpassung, eine waveletbasierte Kurvenanpassung oder Kombinationen von diesen.
11 zeigt ein Flussidagramm eines Verfahrens 1100 zur Generierung einer Resonanzmatrix auf der Basis einer Messmatrix gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Techniken. In einer Ausführungsform erläutert 11 den Schritt 708 in 7. Im Block 1102 wird eine geweißte Matrix auf der Basis der Messmatrix bestimmt. Die geweißte Matrix wird bestimmt, indem eine lineare Korrelation zwischen Einträgen in der Messmatrix im Wesentlichen beseitigt wird. Insbesondere wird die geweißte Matrix bestimmt, indem eine lineare Korrelation zwischen Einträgen in einer ersten Reihe der Messmatrix und Einträgen in einer zweiten Reihe der Messmatrix im Wesentlichen beseitigt wird. Demgemäß sind Einträge in einer ersten Reihe der geweißten Matrix und Einträge in einer zweiten Reihe der geweißten Matrix linear unkorreliert. Es sei erwähnt, dass zwei Signale „x“ und „y“ oder zwei Einträge „x“ und „y“ linear unkorreliert sind, wenn E{xy^T} = 0, wobei „E“ der Erwartungswert oder Mittelwert ist und xy^T die Korrelationsoperation ist. Eine Bestimmung einer geweißten Matrix durch Transformation der Messmatrix auf die geweißte Matrix ist in größeren Einzelheiten unter Bezugnahme auf 13 erläutert. In einer Ausführungsform weist die geweißte Matrix zwei Reihen auf, wobei eine erste Reihe im Wesentlichen gemeinsame Beobachtungen/Komponenten der ersten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren und der zweiten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren aufweist und eine zweite Reihe im Wesentlichen Rauschen der ersten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren und der zweiten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren aufweist. Demgemäß kann die erste Reihe der geweißten Matrix verwendet werden, um ein sub-bereinigtes Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektorsignal 1104 zu erzeugen, das im Wesentlichen gemeinsame Beobachtungen/Komponenten der ersten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren und der zweiten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren aufweist. Außerdem kann die zweite Reihe der geweißten Matrix verwendet werden, um ein Halb-Rauschsignal 1106 zu generieren, das im Wesentlichen das Rauschen der ersten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren und der zweiten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektoren aufweist.
Weiterhin wird im Block 1108 eine Kumulantenmatrix auf der Basis der geweißten Matrix bestimmt, indem eine kumulantenerzeugende Funktion auf die geweißte Matrix angewandt wird. In einer Ausführungsform ist die Kumulantenmatrix eine Kumulantenmatrix vierter Ordnung. In einer Ausführungsform ist die Kumulantenmatrix ein Maß für die Unabhängigkeit der Einträge in der geweißten Matrix. Im Block 1110 kann eine Rotationsmatrix auf der Basis der Kumulantenmatrix bestimmt werden. Die Rotationsmatrix wird bestimmt, indem die lineare Korrelation zwischen Einträgen in der Kumulantenmatrix im Wesentlichen beseitigt wird. Insbesondere wird die Rotationsmatrix durch Beseitigung der linearen Korrelation zwischen Einträgen in einer ersten Reihe der Kumulantenmatrix und Einträgen in einer zweiten Reihe der Kumulantenmatrix bestimmt. Demgemäß sind Einträge in einer ersten Reihe der Rotationsmatrix und Einträge in einer zweiten Reihe der Rotationsmatrix linear unkorreliert. Eine Bestimmung einer Rotationsmatrix ist in größeren Einzelheiten unter Bezugnahme auf 13 erläutert.
Im Block 1112 wird eine unitäre Matrix durch Drehung der Rotationsmatrix auf der Basis der Rotationsmatrix und einer bestimmten Rotationsmatrix im Wesentlichen durch Beseitigung einer linearen Abhängigkeit zwischen Einträgen in der Rotationsmatrix bestimmt. Im Block 1114 wird die Resonanzmatrix durch Bestimmung eines Produktes aus der unitären Matrix und der geweißten Matrix bestimmt. Die Einträge in der Resonanzmatrix sind linear unkorreliert und linear unabhängig. Außerdem sind die Einträge in der unitären Matrix linear unkorreliert. In einer Ausführungsform sind die Einträge in einer ersten Reihe der Resonanzmatrix und die Einträge in einer zweiten Reihe der Resonanzmatrix linear unkorreliert und linear unabhängig. Die Resonanzmatrix ist beispielsweise die Resonanzmatrix, die im Block 708 in 8 bestimmt wird. Die Resonanzmatrix weist die bereinigten Delta-AZen-Vektoren 712 und die Rauschdaten 710 auf, auf die in 7 Bezug genommen wird.
12(a) zeigt eine simulierte Aufzeichnung 1200 eines ersten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektorsignals 1202, das der Schaufel 12 und der ersten Sensorvorrichtung 14 entspricht. Das erste Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektorsignal 1202 kann z.B. die ersten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren sein, die aus den ersten Delta-AZen 32 im Block 702 in 7 ausgewählt werden. Außerdem zeigt 12(b) eine simulierte Aufzeichnung 1204 eines zweiten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektorsignals 1206, das der Schaufel und der zweiten Sensorvorrichtung 16 entspricht. Das zweite Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektorsignal 1206 kann beispielswiese die zweiten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren sein, die aus den zweiten Delta-AZen 34 im Block 704 in 7 ausgewählt werden. Die X-Achse 1208 der Aufzeichnung 1200 repräsentiert einen Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlbereich der Laufschaufel. Die Y-Achse 1210 der Aufzeichnung 1200 repräsentiert erste Resonanzfrequenz-Delta-AZen 1202. In ähnlicher Weise repräsentiert die X-Achse 12012 der Aufzeichnung 1204 einen Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlbereich der Schaufel. Die Y-Achse 1214 der Aufzeichnung 1204 repräsentiert zweite Resonanzfrequenz-Delta-AZen 1206.
Das erste Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektorsignal 1202 und das zweite Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektorsignal 1206 werden verarbeitet, um eine Messmatrix zu erzeugen, indem das in Block 706 in 7 und in 10 erläuterte Verfahren verwendet wird. Außerdem wird eine geweißte Matrix durch Transformation der Messmatrix bestimmt. Die geweißte Matrix wird verwendet, um ein sub-bereinigtes Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektorsignal 1216 und ein Halb-Rauschsignal 1218 zu generieren, wie sie in 12(c) bzw. 12(d) veranschaulicht sind. Das sub-bereinigte Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektorsignal 1216 und das Halb-Rauschsignal 1218 werden unter Verwendung eines Verfahrens generiert, das im Block 1102 in 11 erläutert ist. Wie in dem sub-bereinigten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektorsignal 1216 veranschaulicht, sind gemeinsame Beobachtungen der Signale 1202, 1206 (vgl. 12(a), 12(b)) in dem sub-bereinigten Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektorsignal 1216 erfasst. Jedoch weist das sub-bereinigte Resonanzfrequenz-Delta-AZen-Vektorsignal 1216 dennoch ein minimales verbleibendes Rauschen auf. Außerdem enthält das Rauschsignal 1218, wie in 12(d) veranschaulicht, wesentliches Rauschen der Signale 1202, 1204.
Weiterhin wird die geweißte Matrix oder werden die Signale 1216, 1218 unter Verwendung der Blöcke 1108–1112 in 11 verarbeitet, um ein Resonanzsignal 1220, das in 12(e) veranschaulicht ist, und ein Rauschsignal 1222 zu generieren, das in 12(f) veranschaulicht ist. Das Resonanzsignal 1220 und das Rauschsignal 1222 werden unter Verwendung des in Bezug auf den Block 708 in 7 und 11 erläuterten Verfahrens generieren. Wie in 12(e) veranschaulicht, werden gemeinsame Beobachtungen der Signale 1202, 1206 (vgl. 12(a), 12(b)) in dem Resonanzsignal 1220 erfasst, und das Rauschsignal 1222 weist kein Rauschen oder null Rauschen auf. Weiterhin enthält das Rauschsignal 1222, wie in 12(f) veranschaulicht, das Rauschen der Signale 1202, 1204.
13 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Generierung einer geweißten Matrix 1314 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Techniken. In einer Ausführungsform erläutert 13 den Block 1102 aus 11 in größeren Einzelheiten. In einer weiteren Ausführungsform erläutert 13 den Block 1110 aus 11 in größeren Einzelheiten. Das Bezugszeichen 1302 repräsentiert eine Zu-weißende-Matrix. Die Zu-weißende-Matrix 1302 kann z.B. die Messmatrix sein, auf die in Block 1202 in 11 Bezug genommen wird, oder die Zu-weißende-Matrix 1302 kann die Kumulantenmatrix sein, auf die in Block 1108 in 11 Bezug genommen wird. Wenn die Zu-weißende-Matrix 1302 die Messmatrix ist, ist die geweißte Matrix 1314 die geweißte Matrix, auf die im Block 1102 aus 11 Bezug genommen wird. Wenn die Zu-weißende-Matrix 1302 die Kumulantenmatrix ist, ist die geweißte Matrix die unitäre Matrix, auf die im Block 1110 aus 11 Bezug genommen wird.
Im Block 1304 wird eine Kovarianzmatrix durch Bestimmung einer Kovarianz der Zu-weißenden-Matrix 1302 generiert. Im Block 1306 werden eine Eigenwertmatrix und Eigenwerte durch Anwendung einer Eigenvektorzerlegungstechnik auf die Kovarianzmatrix bestimmt. Im Block 1308 wird eine Quadratwurzel der Eigenwerte bestimmt. Außerdem wird im Block 1310 eine Produktmatrix durch Multiplikation der Eigenvektormatrix mit der Quadratwurzel der Eigenwerte bestimmt. Im Block 1312 wird die geweißte Matrix 1314 durch Multiplikation der Produktmatrix mit der Messmatrix bestimmt.
Die vorliegenden Systeme und Verfahren überwachen die Funktionstüchtigkeit von Rotorschaufeln durch Identifikation von Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Rotorschaufeln, wenn die Rotorschaufeln, ein Rotor, der die Rotorschaufeln enthält, und eine die Rotorschaufel und den Rotor enthaltende Vorrichtung gesund sind. Außerdem bestimmen die vorliegenden Systeme und Verfahren Abweichungen in den Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Rotorschaufeln. Die vorliegenden Systeme und Verfahren bestimmen die Gegenwart oder das Fehlen von Rissen in den Rotorschaufeln auf der Basis der Abweichungen in der Resonanzfrequenz der Rotorschaufeln.
Während lediglich bestimmte Merkmale der Erfindung hierin veranschaulicht und beschrieben sind, werden Fachleuten auf dem Gebiet viele Modifikationen und Veränderungen einfallen. Es sollte deshalb verstanden werden, dass die beigefügten Ansprüche dazu bestimmt sind, all derartige Modifikationen und Veränderungen, wie sie in den wahren Rahmen der Erfindung fallen, zu umfassen.
Es wird ein System zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit eines Rotors präsentiert. Das System enthält ein Verarbeitungssubsystem, das eine Messmatrix auf der Basis mehrerer erster Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren, die einer Laufschaufel und einer ersten Sensorvorrichtung entsprechen, und mehrerer zweiter Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren generiert, die der Laufschaufel und einer zweiten Sensorvorrichtung entsprechen, eine Resonanzmatrix auf der Basis der Messmatrix derart generiert, dass Einträge in der Resonanzmatrix im Wesentlichen linear unkorreliert und linear unabhängig sind, und ein Resonanzsignal unter Verwendung eines ersten Teilsatzes der Einträge der Resonanzmatrix generiert, wobei das Resonanzsignal im Wesentlichen gemeinsame Beobachtungen und Komponenten der mehreren ersten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren und der mehreren zweiten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren aufweist.

Claims

System zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit eines Rotors, das ein Verarbeitungssubsystem, einen Speicher und einen Kommunikationsabschnitt aufweist und das: eine Messmatrix auf der Basis mehrerer erster Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren, die einer Laufschaufel und einer ersten Sensorvorrichtung entsprechen, und mehrerer zweiter Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren, die der Laufschaufel und einer zweiten Sensorvorrichtung entsprechen, generiert; eine Resonanzmatrix auf der Basis der Messmatrix derart generiert, dass Einträge in der Resonanzmatrix im Wesentlichen linear unkorreliert und linear unabhängig sind; und ein Resonanzsignal unter Verwendung eines ersten Teilsatzes der Einträge der Resonanzmatrix generiert, wobei das Resonanzsignal im Wesentlichen gemeinsame Beobachtungen und Komponenten der mehreren ersten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren und der mehreren zweiten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren aufweist.
System nach Anspruch 1, wobei das Verarbeitungssubsystem Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Laufschaufel auf der Basis des Resonanzsignals bestimmt; wobei das Verarbeitungssubsystem vorzugsweise ferner: feststellt, ob eine Abweichung in den Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Laufschaufel in Bezug auf historische Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Schaufel existiert; und eine Gegenwart eines Risses, ein Fehlen eines Risses oder eine Wahrscheinlichkeit einer Existenz eines Risses in der Schaufel auf der Basis der Abweichung in den Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Laufschaufel bestimmt; wobei das Verarbeitungssubsystem feststellen kann, ob eine Abweichung in den Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen existiert, indem es eine Korrelationsfunktion auf das Resonanzsignal und die historischen Resonanzsignale anwendet.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verarbeitungssubsystem ferner die Funktionstüchtigkeit der Laufschaufel überwacht durch: Bestimmung eines Indexwertes und eines Korrelationswertes durch Anwendung einer Korrelationsfunktion auf historische Resonanzsignale und das Resonanzsignal; und Bestimmung einer Gegenwart eines Risses, eines Fehlens eines Risses oder einer Wahrscheinlichkeit für die Existenz eines Risses in der Laufschaufel auf der Basis des Indexwertes, des Korrelationswertes und eines Korrelationsdiagramms.
System nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verarbeitungssubsystem ferner ein Rauschsignal auf der Basis eines zweiten Teilsatzes der Resonanzmatrix generiert, wobei das Rauschsignal Rauschen der mehreren ersten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren und der mehreren zweiten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren aufweist.
System nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren ersten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren einen Teilsatz von ersten Delta-AZen-Vektoren aufweisen, die Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Laufschaufel entsprechen; und/oder wobei die mehreren zweiten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren einen Teilsatz von zweiten Delta-AZen-Vektoren aufweisen, die Resonanzfrequenz-Rotordrehzahlen der Laufschaufel entsprechen.
System nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verarbeitungssubsystem die Messmatrix generiert durch: Generierung einer Anfangsmatrix auf der Basis der mehreren ersten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren und der mehreren zweiten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren; und Generierung der Messmatrix durch Anwendung wenigstens einer der Techniken, die eine polynomiale Kurvenanpassung oder eine waveletbasierte Kurvenanpassung umfassen, um einen Trend aus der Anfangsmatrix zu beseitigen; und/oder wobei das Verarbeitungssubsystem die Resonanzmatrix generiert durch: Anwendung wenigstens einer Technik auf die Messmatrix, wobei die wenigstens eine Technik eine Whitening-Technik, eine Kumulantenmatrix-Schätztechnik und eine Matrixrotationstechnik aufweist; und/oder wobei das Verarbeitungssubsystem die Resonanzmatrix generiert durch: Bestimmung einer geweißten Matrix auf der Basis der Messmatrix, indem eine Korrelation zwischen Einträgen in der Messmatrix im Wesentlichen beseitigt wird; Bestimmung einer Kumulantenmatrix auf der Basis der geweißten Matrix; Bestimmung einer Rotationsmatrix auf der Basis der Kumulantenmatrix, indem eine Korrelation zwischen Einträgen in der Kumulantenmatrix im Wesentlichen beseitigt wird; Generierung einer unitären Matrix durch Drehung der Rotationsmatrix auf der Basis der unitären Matrix und einer bestimmten Rotationsmatrix; und Generierung der Resonanzmatrix durch Bestimmung eines Produktes aus der unitären Matrix und der geweißten Matrix.
System nach Anspruch 6, wobei das Verarbeitungssubsystem eine geweißte Matrix bestimmt durch: Generierung einer Kovarianzmatrix durch Bestimmung einer Kovarianz einer Zu-weißenden-Matrix; Bestimmung einer Eigenvektormatrix und von Eigenwerten für die Kovarianzmatrix durch Anwendung einer Eigenvektorzerlegungstechnik auf die Kovarianzmatrix; Bestimmung einer Quadratwurzel der Eigenwerte; Bestimmung einer Produktmatrix durch Multiplikation der Eigenvektormatrix mit der Quadratwurzel der Eigenwerte; und Bestimmung der geweißten Matrix durch Multiplikation der Produktmatrix mit der Messmatrix, wobei die geweißte Matrix die geweißte Matrix ist, wenn die Zu-weißende-Matrix die Messmatrix ist, und wobei die geweißte Matrix die geweißte Rotationsmatrix ist, wenn die Zu-weißende-Matrix die Kumulantenmatrix ist.
System nach Anspruch 6 oder 7, wobei Einträge in der geweißten Matrix im Wesentlichen linear unkorreliert sind und eine Kovarianz der Einträge in der geweißten Matrix in etwa null beträgt; und/oder wobei eine Kovarianz der Einträge in der unitären Matrix in etwa null beträgt.
System nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, das ferner aufweist die erste Sensorvorrichtung zur Generierung erster Ankunftszeitsignale, die der Laufschaufel entsprechen; und eine zweite Sensorvorrichtung zur Generierung zweiter Ankunftszeitsignale, die der Laufschaufel entsprechen; wobei das Verarbeitungssubsystem vorzugsweise ferner vorverarbeitete erste Ankunftszeitsignale und vorverarbeitete zweite Ankunftszeitsignale durch Anwendung wenigstens einer von einer Glättungsfilterungstechnik und einer Medianfilterungstechnik, um asynchrone Signale aus den ersten Ankunftszeitsignalen und den zweiten Ankunftszeitsignalen zu entfernen, generiert; und wobei das Verarbeitungssubsystem vorzugsweise ferner: erste Delta-Ankunftszeiten auf der Basis der vorverarbeiteten ersten Ankunftszeiten und einer erwarteten Ankunftszeit bestimmt; zweite Delta-Ankunftszeiten auf der Basis der vorverarbeiteten zweiten Delta-Ankunftszeiten und der erwarteten Ankunftszeit bestimmt; mehrere erste Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeiten aus den Delta-Ankunftszeiten, die der Laufschaufel entsprechen, auf der Basis der jeweiligen Resonanzfrequenz-Drehzahlen des Rotors extrahiert; mehrere zweite Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeiten aus den zweiten Delta-Ankunftszeiten, die der Laufschaufel entsprechen, auf der Basis der jeweiligen Resonanzfrequenz-Drehzahlen des Rotors extrahiert; die mehreren ersten Delta-Ankunftszeitvektoren auf der Basis der ersten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeiten und der jeweiligen Resonanzfrequenzen bestimmt; und die mehreren zweiten Delta-Ankunftszeitvektoren auf der Basis der zweiten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeiten und der jeweiligen Resonanzfrequenzen bestimmt.
Verfahren, das aufweist: Generieren einer Messmatrix auf der Basis mehrerer erster Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren, die einer Laufschaufel und einer ersten Sensorvorrichtung entsprechen, und mehrerer zweiter Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren, die der Laufschaufel und einer zweiten Sensorvorrichtung entsprechen; Generieren einer Resonanzmatrix auf der Basis der Messmatrix, so dass Einträge in der Resonanzmatrix im Wesentlichen linear unkorreliert und linear unabhängig sind; und Generieren eines Resonanzsignals unter Verwendung eines ersten Teilsatzes der Einträge der Resonanzmatrix, wobei das Resonanzsignal im Wesentlichen gemeinsame Beobachtungen und Komponenten der mehreren ersten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren und der mehreren zweiten Resonanzfrequenz-Delta-Ankunftszeitvektoren aufweist.