DE102021200210A1

DE102021200210A1 - Frühanzeichenerfassungsvorrichtung und Frühanzeichenerfassungsverfahren

Info

Publication number: DE102021200210A1
Application number: DE102021200210.2A
Authority: DE
Inventors: Tomohito Nakamori; Keisuke Matsuyama; Yuki Mitsui
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2021-01-12
Publication date: 2021-07-22
Also published as: CN113139244B; JP7406382B2; US11686649B2; CN113139244A; JP2021113695A; US20210223141A1

Abstract

Aufgabe
Erfassen einer plötzlichen veränderlichen Vibration lange im Voraus vor einem Auftreten der plötzlichen veränderlichen Vibration.
Mittel zur Lösung
Eine Frühanzeichenerfassungsvorrichtung schließt ein eine Mehrzahl von Sensoren, eine Datenerfassungseinheit, die konfiguriert ist, um Zeitreihenvariationsdaten einer physikalischen Größe aus jedem der Mehrzahl von Sensoren zu erfassen, eine Recheneinheit, die konfiguriert ist, um eine Auftrittswahrscheinlichkeit eines Vibrationsmodus, der an einer plötzlichen veränderlichen Vibration eines Erfassungsgegenstands beteiligt ist, aus einer Amplitude oder einer Phase der Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe an jeder der Mehrzahl von Positionen zu berechnen, und eine Erfassungseinheit, die konfiguriert ist, um ein Frühanzeichen der plötzlichen veränderlichen Vibration auf der Basis der Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus zu erfassen. Die Mehrzahl von Sensoren sind jeweils an einer Mehrzahl von Positionen des Erfassungsgegenstands angeordnet und sind jeweils konfiguriert, um die physikalische Größe an einer entsprechenden Position der Mehrzahl von Positionen zu messen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Frühanzeichenerfassungsvorrichtung und ein Frühanzeichenerfassungsverfahren zum Erfassen eines Frühanzeichens einer plötzlichen veränderlichen Vibration.
Stand der Technik
In Maschinen wie Gasturbinen, Dampfturbinen, Motoren, Kesseln, Flugzeugen und Kompressoren können Verbrennungsvibrationen, Wellenvibrationen und dergleichen in Kompressoren, Laufschaufeln oder dergleichen auftreten. Unter diesen Vibrationen erreicht eine instabile Vibration, die dazu neigt, sich plötzlich zu ändern (plötzliche veränderliche Vibration), in kurzer Zeit nach dem Auftreten eines Vibrationsanstiegs einen Grenzzyklus. Das Erreichen des Grenzzyklus kann zu einer Schnellabschaltung führen und stellt eine starke Belastung für Vorrichtungen dar.
Entsprechend ist es wünschenswert, eine solche plötzliche veränderliche Vibration frühzeitig zu vermeiden. Da jedoch ein Vibrationsanstieg auf den Grenzzyklus in kurzer Zeit erfolgt, ist eine plötzliche veränderliche Vibration möglicherweise durch eine nach Erfassung des Vibrationsanstiegs ausgeführte Steuerung nicht vermeidbar. Um eine plötzliche veränderliche Vibration zu vermeiden, ist es notwendig, ein Frühanzeichen lange im Voraus vor dem Auftreten der plötzlichen veränderlichen Vibration zu erfassen.
In den letzten Jahren wurden Erfassungstechniken zu dem Zweck vorgeschlagen, eine plötzliche veränderliche Vibration im Voraus zu erfassen. Zum Beispiel offenbart Patentdokument 1 eine Vorrichtung, die eine Verbrennungsvibration mittels eines Werts erfasst, der einem Druck innerhalb einer Brennkammer einer Gasturbine zugeordnet ist. Diese Vorrichtung ist konfiguriert, um einen Wert zu erfassen, der dem Druck innerhalb der Brennkammer der Gasturbine zugeordnet ist, um eine Netzentropie zu analysieren und das Auftreten der Verbrennungsvibration zu erfassen, wenn die Netzentropie unter eine Schwelle fällt.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur
Patentdokument 1: JP 2018-80621 A
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Als ein Ergebnis sorgfältiger Forschung durch die betreffenden Erfinder wurde festgestellt, dass, bevor eine Vibrationserfassungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um eine plötzliche veränderliche Vibration (Vibration mit einem hohen Risiko der Verursachung von Vorrichtungsschäden) auf der Basis einer Amplitude einer bestimmten physikalischen Größe (zum Beispiel Druck) zu erfassen, das Auftreten einer plötzlichen veränderlichen Vibration erfasst, ein Vibrationsmodus besteht, in dem eine Auftrittswahrscheinlichkeit ansteigt. Unter Verwendung der Auftrittswahrscheinlichkeit eines solchen Vibrationsmodus kann ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration erfasst werden.
Jedoch ist es auch dann, wenn Zeitreihenvariationsdaten einer physikalischen Größe (auf den Druck innerhalb der Brennkammer bezogener Wert) an einer einzigen Position erfasst werden und die Netzwerkentropie wie in Patentdokument 1 analysiert wird, schwierig, die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus zu ermitteln. Ferner ist es auch dann, wenn der Fokus auf die Zeitreihenvariationsdaten einer einzigen physikalischen Größe gelegt wird, schwierig, ein Frühanzeichen lange im Voraus vor dem Auftreten der plötzlichen veränderlichen Vibration zu erfassen.
Angesichts des Vorstehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine plötzliche veränderliche Vibration lange im Voraus vor einem Auftreten der plötzlichen veränderlichen Vibration zu erfassen.
Lösung des Problems
Eine erfindungsgemäße Frühanzeichenerfassungsvorrichtung schließt ein
eine Mehrzahl von Sensoren, die jeweils an einer Mehrzahl von Positionen eines Erfassungsgegenstands angeordnet sind und jeweils konfiguriert sind, um eine physikalische Größe an einer entsprechenden Position der Mehrzahl von Positionen zu messen,
eine Datenerfassungseinheit, die konfiguriert ist, um Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe aus jedem der Mehrzahl von Sensoren zu erfassen,
eine Recheneinheit, die konfiguriert ist, um eine Auftrittswahrscheinlichkeit eines Vibrationsmodus, der an einer plötzlichen veränderlichen Vibration des Erfassungsgegenstands beteiligt ist, aus einer Amplitude oder einer Phase der Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe an jeder der Mehrzahl von Positionen zu berechnen, und
eine Erfassungseinheit, die konfiguriert ist, um ein Frühanzeichen der plötzlichen veränderlichen Vibration auf der Basis der Auftrittswahrscheinlichkeit zu erfassen.
Ein Frühanzeichenerfassungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung schließt ein
Messen, durch jeden einer Mehrzahl von Sensoren, die jeweils an einer Mehrzahl von Positionen eines Erfassungsgegenstands angeordnet sind, einer physikalischen Größe an einer entsprechenden Position der Mehrzahl von Positionen,
Erfassen von Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe aus jedem der Mehrzahl von Sensoren,
Berechnen einer Auftrittswahrscheinlichkeit eines Vibrationsmodus, der an einer plötzlichen veränderlichen Vibration des Erfassungsgegenstands beteiligt ist, aus einer Amplitude oder einer Phase der Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe an jeder der Mehrzahl von Positionen und
Erfassen eines Frühanzeichens der plötzlichen veränderlichen Vibration auf der Basis der Auftrittswahrscheinlichkeit.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine plötzliche veränderliche Vibration lange im Voraus vor einem Auftreten der plötzlichen veränderlichen Vibration erfasst werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Frühanzeichenerfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist eine schematische Darstellung, die ein Anordnungsbeispiel von Sensoren der Frühanzeichenerfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
3 ist eine Umrissquerschnittsansicht, die das Anordnungsbeispiel der Sensoren der Frühanzeichenerfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
4 ist eine konzeptionelle Ansicht zum Erläutern normalisierter Amplituden physikalischer Größen an einer Mehrzahl von Positionen, die durch die Frühanzeichenerfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform berechnet werden.
5(a) ist eine konzeptionelle Ansicht zum Erläutern eines Phasensynchronisationsparameters, der durch die Frühanzeichenerfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform berechnet wird.
5(b) ist eine konzeptionelle Ansicht, die ein Beispiel veranschaulicht, in dem bestimmt wird, dass die Phasen der physikalischen Größen an zwei Positionen synchronisiert sind.
5(c) ist eine konzeptionelle Ansicht, die ein Beispiel veranschaulicht, in dem bestimmt wird, dass die Phasen der physikalischen Größen an zwei Positionen synchronisiert sind.
6(a) ist eine konzeptionelle Ansicht zum Erläutern eines Phasenverhältnisses zwischen der Mehrzahl von Positionen, wenn ein OND-Vibrationsmodus auftritt.
6(b) ist eine konzeptionelle Ansicht zum Erläutern eines Phasenverhältnisses zwischen der Mehrzahl von Positionen, wenn ein IND-Vibrationsmodus auftritt.
6(c) ist eine konzeptionelle Ansicht zum Erläutern eines Phasenverhältnisses zwischen der Mehrzahl von Positionen, wenn ein 2ND-Vibrationsmodus auftritt.
7 ist ein Graph, der ein Beispiel eines Übergangs in der Auftrittswahrscheinlichkeit eines Vibrationsmodus veranschaulicht, die auf der Basis der Amplituden der physikalischen Größen durch die Frühanzeichenerfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform berechnet wird.
8 ist ein Graph, der ein Beispiel eines Übergangs in der Auftrittswahrscheinlichkeit eines Vibrationsmodus veranschaulicht, die auf der Basis der Phasen der physikalischen Größen durch die Frühanzeichenerfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform berechnet wird.
9 ist ein Fließschema, das Prozeduren eines Frühanzeichenerfassungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsformen werden nachstehend in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass, sofern nicht besonders angegeben, Abmessungen, Materialien, Formen, relative Stellungen und dergleichen von in den Ausführungsformen beschriebenen Bestandteilen nur als veranschaulichend ausgelegt werden sollen und den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken sollen.
Zum Beispiel soll ein Ausdruck einer relativen oder absoluten Anordnung wie „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „senkrecht“, „mittig“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht so ausgelegt werden, dass er nur die Anordnung in einem strengen wörtlichen Sinne angibt, sondern schließt auch einen Zustand ein, in dem die Anordnung um eine Toleranz oder um einen Winkel oder einen Abstand relativ verschoben ist, wodurch die gleiche Funktion erzielt werden kann.
Zum Beispiel soll ein Ausdruck eines gleichen Zustands wie „selb(er, -e, -es)“, „gleich“ und „einheitlich“ nicht so ausgelegt werden, dass er nur den Zustand angibt, in dem das Merkmal streng gleich ist, sondern schließt auch einen Zustand ein, in dem eine Toleranz oder eine Differenz besteht, die noch die gleiche Funktion erzielen kann.
Ferner soll beispielsweise ein Ausdruck einer Form wie einer rechteckigen Form oder einer zylindrischen Form nicht nur als die geometrisch strenge Form ausgelegt werden, sondern so, dass er auch eine Form mit Unebenheit oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs einschließt, in dem die gleiche Wirkung erzielt werden kann.
Andererseits soll ein Ausdruck wie „umfassen“, „einschließen“, „aufweisen“, „enthalten“ und „bilden“ andere Bestandteile nicht ausschließen.
Frühanzeichenerfassungsvorrichtung
Nachstehend wird eine Frühanzeichenerfassungsvorrichtung 300 gemäß einer Ausführungsform beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Frühanzeichenerfassungsvorrichtung 300 gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
Wie in 1 veranschaulicht, schließt die Frühanzeichenerfassungsvorrichtung 300 eine Mehrzahl von
Sensoren 200 und eine Rechenverarbeitungsvorrichtung 100 ein, die konfiguriert ist, um eine Rechenverarbeitung zum Erfassen eines Frühanzeichens einer plötzlichen veränderlichen Vibration auszuführen. Der Sensor 200 ist ein Sensor, der konfiguriert ist, um eine physikalische Größe eines Erfassungsgegenstands zu messen.
Die Mehrzahl von Sensoren 200 sind jeweils an einer Mehrzahl von Positionen des Erfassungsgegenstands angeordnet und sind jeweils konfiguriert, um eine physikalische Größe an einer entsprechenden Position der Mehrzahl von Positionen zu messen. Die von dem Sensor 200 gemessene physikalische Größe ist zum Beispiel eines oder mehreres von Druck, Beanspruchung, Beschleunigung, Geschwindigkeit und Verschiebung. Es ist zu beachten, dass die von dem Sensor 200 gemessene physikalische Größe nicht auf diese physikalischen Größen beschränkt ist. Die von dem Sensor 200 gemessene physikalische Größe muss nur eine physikalische Größe sein, die für das Auftreten eines Vibrationsmodus in hohem Maße relevant ist.
Die Rechenverarbeitungsvorrichtung 100 ist ein Computer, der zum Beispiel eine Zentraleinheit (CPU), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und einen Festwertspeicher (ROM) einschließt. In der Rechenverarbeitungsvorrichtung 100 führt ein Prozessor (CPU) ein in einem Speicher (RAM oder ROM) gespeichertes Programm aus, um die verschiedenen nachfolgend beschriebenen Funktionen auszuführen.
Nachstehend wird eine funktionale Konfiguration der Rechenverarbeitungsvorrichtung 100 beschrieben. Wie in 1 veranschaulicht, fungiert die Rechenverarbeitungsvorrichtung 100 als eine Datenerfassungseinheit 110, eine Recheneinheit 120, eine Erfassungseinheit 130 und eine Ausgabeeinheit 140.
Die Datenerfassungseinheit 110 erfasst Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe aus jedem der Mehrzahl von Sensoren 200. Die Zeitreihenvariationsdaten sind Messdaten, die zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten in einer vorher festgelegten Zeit (zum Beispiel 1 Sekunde) in der unmittelbaren Vergangenheit abgetastet wurden.
Die Recheneinheit 120 berechnet eine Auftrittswahrscheinlichkeit eines Vibrationsmodus, der an einer plötzlichen veränderlichen Vibration des Erfassungsgegenstands beteiligt ist, auf der Basis der Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größen, die von der Datenerfassungseinheit 110 erfasst werden. Insbesondere ist die Recheneinheit 120 konfiguriert, um die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus aus den Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe, die an jeder der Mehrzahl von Positionen gemessen wird, zu berechnen.
Hier schließen Berechnungsverfahren für die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus ein Berechnungsverfahren, das auf einer Amplitude der Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe basiert, und ein Berechnungsverfahren, das auf einer Phase der Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe basiert, ein. In dem Rechenverfahren der Recheneinheit 120 kann eines dieser Berechnungsverfahren eingesetzt werden, oder es kann ein Verfahren eingesetzt werden, das beide Verfahren kombiniert. Die Amplitude der Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe kann ein Momentanwert der Amplitude sein, wenn eine Funktion eines variablen Bestandteils der sich zeitlich ändernden Amplitude bestimmt wird und eine bestimmte Zeit in die Funktion eingegeben wird. Es ist zu beachten, dass die Details der zwei Berechnungsverfahren der Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus später beschrieben werden.
Die Erfassungseinheit 130 ist konfiguriert, um auf der Basis der von der Recheneinheit 120 berechneten Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration zu erfassen. Insbesondere bestimmt die Erfassungseinheit 130 auf der Basis einer Größe der Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus oder einer Steigung der zeitlichen Änderung, die von der Recheneinheit 120 berechnet werden, ob ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration vorliegt, das erfasst werden sollte. Die Details dieses Bestimmungsverfahrens werden später beschrieben.
Die Ausgabeeinheit 140 ist konfiguriert, um ein vorher festgelegtes Signal auszugeben, wenn die Erfassungseinheit 130 ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration erfasst. Das vorher festgelegte Signal ist ein Signal, das zum Vermeiden der plötzlichen veränderlichen Vibration wirksam ist, wie beispielsweise ein Stoppsignal zum Stoppen des Betriebs des Erfassungsgegenstands, ein Ausgabesteuersignal zum Reduzieren einer Ausgabe des Erfassungsgegenstands oder ein Benachrichtigungssignal zum Benachrichtigen des Benutzers über ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration. Es ist zu beachten, dass die Ausgabeeinheit 140 weggelassen werden kann.
Anordnungsbeispiel von Erfassungsgegenstand und Sensoren
Nachstehend wird ein Anordnungsbeispiel des Erfassungsgegenstands und der Sensoren 200 gemäß einer Ausführungsform beschrieben. 2 ist eine schematische Darstellung, die ein Anordnungsbeispiel der Sensoren 200 der Frühanzeichenerfassungsvorrichtung 300 gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Diese Zeichnung veranschaulicht einen Querschnitt einer Gasturbine 20 in einer Richtung senkrecht zu einer Turbinenwelle. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die das Anordnungsbeispiel der Sensoren 200 der Frühanzeichenerfassungsvorrichtung 300 gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Diese Zeichnung veranschaulicht einen Querschnitt der Gasturbine 20 entlang der Turbinenwelle.
In einer Ausführungsform kann der Erfassungsgegenstand der Frühanzeichenerfassungsvorrichtung 300 zum Beispiel die in 2 und 3 veranschaulichte Gasturbine 20 sein. Es ist zu beachten, dass der Erfassungsgegenstand anstatt der Gasturbine 20 zum Beispiel eine Maschine wie eine Dampfturbine, ein Motor, ein Kessel, ein Flugzeug oder ein Kompressor sein kann.
Wie in 2 und 3 veranschaulicht, schließt die Gasturbine 20 einen Kompressor 7, eine Brennkammer 8, eine Statorleitschaufel 4 und eine Rotorlaufschaufel 6 ein. Wie in 3 veranschaulicht, schließt die Brennkammer 8 acht Rohrbrennkammern ein, die jeweils mit einer Brennstoffdüse 9, einem Innenzylinder 2 und einem Übergangsstück 3 versehen sind. Der Sensor 200 ist ein Drucksensor zum Messen eines Drucks innerhalb der Brennkammer 8. Der Sensor 200 ist in jedem der acht Übergangsstücke 3 angeordnet.
Es ist zu beachten, dass in diesem Beispiel der Sensor 200 in dem Übergangsstück 3 der Brennkammer 8 der Gasturbine 20 angeordnet ist. Jedoch ist die Anordnung des Sensors 200 nicht auf ein solches Beispiel beschränkt. Der Sensor 200 muss nur an einer Position angeordnet sein, an welcher der Vibrationsmodus beobachtet werden kann, und kann je nach Art des Erfassungsgegenstands in einem Kompressor, einer Laufschaufel, einem Lager oder dergleichen angeordnet sein.
Amplitudenbasiertes Berechnungsverfahren für die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus
Nachstehend wird das Berechnungsverfahren zum Berechnen der Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus auf der Basis einer Amplitude beschrieben, die durch die Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größen angegeben wird. Die Recheneinheit 120 bestimmt auf der Basis der Amplituden der physikalischen Größen der Mehrzahl von Positionen, ob der Vibrationsmodus auftritt, wobei die Amplituden von einer selben Zeit sind. Die Recheneinheit 120 kann die Amplitude und Phase aus einer Wellenform der Zeitreihenvariationsdaten durch Hilbert-Transformation ermitteln und den Momentanwert der Amplitude verwenden. Zum Beispiel kann die Recheneinheit 120 die Amplituden der physikalischen Größen an der Mehrzahl von Positionen normalisieren und dann addieren, wobei die Amplituden von einer selben Zeit sind, und gemäß einem Gesamtwert bestimmen, ob der Vibrationsmodus auftritt.
Wenn die Amplituden von derselben Zeit in der Mehrzahl von Zeitreihenvariationsdaten addiert werden, ist der Gesamtwert der Amplituden in einem ND-Vibrationsmodus höherer Ordnung theoretisch null und in einem OND-Vibrationsmodus theoretisch ein endlicher Wert (Nicht-Null-Wert). Es ist zu beachten, dass sich der Knotendurchmesser (ND) auf die Anzahl von Knotendurchmessern bezieht, die in dem Vibrationsmodus nicht vibrieren.
Bei der Gasturbine 20 trägt nur der OND-Vibrationsmodus zu einer plötzlichen veränderlichen Vibration bei. 4 ist eine konzeptionelle Ansicht zum Erläutern der normalisierten Amplituden der physikalischen Größen an der Mehrzahl von Positionen, die durch die Frühanzeichenerfassungsvorrichtung 300 gemäß einer Ausführungsform berechnet werden. In 4 geben Diagramme, die #1 bis #8 entsprechen, die jeweiligen normalisierten Amplituden der acht Übergangsstücke 3 der Brennkammer 8 der in 2 veranschaulichten Gasturbine 20 an. Die normalisierte Amplitude, die von jedem Diagramm angegeben wird, kann ein Wert innerhalb eines Bereichs von 1 bis -1 sein. Da jedoch in diesem Beispiel dieselbe Phase und dieselbe Amplitude veranschaulicht sind, weisen alle Diagramme Werte nahe 1 auf. In diesem Fall beträgt der Gesamtwert der normalisierten Amplituden, die durch die Diagramme angegeben sind, die #1 bis #8 entsprechen, nicht null.
Die Recheneinheit 120 kann bestimmen, dass der Vibrationsmodus auftritt, wenn der Gesamtwert größer als eine erste Schwelle ist, die gemäß einer Anzahl der Mehrzahl von Sensoren 200 eingestellt ist. Zum Beispiel wird bei Verwendung normalisierter Momentanamplitudenwerte ein Wert, der durch Multiplizieren der Anzahl von Sensoren 200 (zum Beispiel 8) mit einem Koeffizienten von 1 oder weniger (zum Beispiel 0,5) erhalten wird, als die erste Schwelle (zum Beispiel 4) eingestellt. Der Koeffizient weist eine Größe auf, die einen Bestimmungsfehler berücksichtigt, und kann innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 0 und nicht größer als 1 geändert werden, wie jeweils geeignet. In dem in 4 veranschaulichten Beispiel ist der Gesamtwert größer als die erste Schwelle, und daher wird bestimmt, dass kein OND-Vibrationsmodus auftritt.
Gemäß einem solchen Bestimmungsverfahren wird durch den Gesamtwert der Amplituden bestimmt, ob ein OND-Vibrationsmodus auftritt, und ein solches Verfahren ist geeignet, wenn eine durch einen 0ND-Vibrationsmodus verursachte plötzliche veränderliche Vibration erfasst werden soll. Ferner kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Auftretens des Vibrationsmodus (0ND-Vibrationsmodus) durch Vergleich mit der ersten Schwelle leicht bestimmt werden. Ein solches Bestimmungsverfahren ist vorteilhaft, da bevorzugt ist, dass ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration schnell erfasst werden kann. Es ist zu beachten, dass gemäß einer solchen Bestimmung des Auftretens des Vibrationsmodus nach Amplitude die Genauigkeit höher sein kann als eine Bestimmung nach Phase, die später beschrieben wird.
Die Recheneinheit 120 kann konfiguriert sein, nach einer Scheitelauftrittszeit der Amplitude der Zeitreihenvariationsdaten an einer beliebigen der Mehrzahl von Positionen zu suchen und auf der Basis der Amplituden der physikalischen Größen an der Mehrzahl von Positionen zu der Scheitelauftrittszeit zu bestimmen, ob der Vibrationsmodus auftritt. Die Scheitelauftrittszeit der Amplitude ist die Zeit, zu welcher der Auftrittszustand des Vibrationsmodus leicht in der Vibration widergespiegelt wird. In dieser Hinsicht wird in der vorstehend beschriebenen Konfiguration bei der Bestimmung, ob der Vibrationsmodus auftritt, die Scheitelauftrittszeit der Amplitude der Zeitreihenvariationsdaten an einer beliebigen Position (spezifischen Position) der Mehrzahl von Positionen verwendet. Infolgedessen wird die Bestimmungsgenauigkeit verbessert.
Die Recheneinheit 120 kann konfiguriert sein, um zu bestimmen, ob der Vibrationsmodus zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten (zum Beispiel 100) innerhalb einer vorher festgelegten Zeit (zum Beispiel 1 Sekunde) auftritt, und unter der Mehrzahl von Zeitpunkten einen Anteil einer Häufigkeit, für die bestimmt wird, dass der Vibrationsmodus auftritt, als die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus zu berechnen. Gemäß einer solchen Konfiguration wird bestimmt, ob der Vibrationsmodus zu der Mehrzahl von Zeitpunkten auftritt, und dies wird als die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus berechnet, wodurch es möglich ist, die Genauigkeit im Vergleich dazu zu verbessern, wenn die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus nur zu einem einzigen Zeitpunkt berechnet wird.
Phasenbasiertes Berechnungsverfahren für die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus
Nachstehend wird das Berechnungsverfahren zum Berechnen der Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus auf der Basis einer Phase beschrieben, die durch die Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe angegeben wird. Die Recheneinheit 120 bestimmt, ob der Vibrationsmodus auftritt, gemäß dem, ob die Phasen der physikalischen Größen an der Mehrzahl von Positionen synchronisiert sind. Die Berechnungseinheit 120 kann eine Phasendifferenz aus einer Wellenform der Zeitreihenvariationsdaten durch Hilbert-Transformation ermitteln. Zum Beispiel kann die Recheneinheit 120 einzige von einer Mehrzahl der Zeitreihenvariationsdaten, die aus der Mehrzahl von Sensoren 200 erfasst werden, als Vergleichsdaten einstellen, die Phasendifferenz zwischen der Phase der Vergleichsdaten und der Phase jeder der anderen der Mehrzahl von Zeitreihenvariationsdaten berechnen und auf der Basis, ob die berechneten Phasendifferenzen innerhalb eines gemeinsamen Phasenbereichs oder innerhalb eines entgegengesetzten Phasenbereichs liegen, bestimmen, ob die Phasen synchronisiert sind.
Bei der Bewertung, ob die Phasen synchronisiert sind, anhand der Phasendifferenz kann ein in der folgenden Formel (1) gezeigter Phasensynchronisationsparameter r_ij berechnet werden. Der Phasensynchronisationsparameter r_ij ist ein Parameter, der einen Wert innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 0 bis nicht mehr als 1 annehmen kann. θ_i(t) ist die Phase, die durch die Vergleichsdaten angegeben wird, und θ_j(t) ist die Phase, die durch andere Zeitreihenvariationsdaten als die Vergleichsdaten angegeben wird. Die Differenz zwischen diesen entspricht der Phasendifferenz. $r_{ij} = | lim_{Δ t \to \infty} \frac{1}{Δ t} \int e^{j [θ_{i} (t) - θ_{j} (t)]} dt |$
5(a) ist eine konzeptionelle Ansicht zum Erläutern des Phasensynchronisationsparameters r_ij, der durch die Frühanzeichenerfassungsvorrichtung 300 gemäß einer Ausführungsform berechnet wird. Der Phasensynchronisationsparameter r_ij kann aus dem Verhältnis zwischen der Phase θ_i(t) und der Phase θ_j(t) ermittelt werden, wie in 5(a) veranschaulicht.
Bei der Phasensynchronisationsbestimmung wird die Phasendifferenz innerhalb des gemeinsamen Phasenbereichs auf einen Bereich eingestellt, der zum Beispiel innerhalb von ±10° liegt. Die Phasendifferenz innerhalb des entgegengesetzten Phasenbereichs wird auf einen Bereich eingestellt, der zum Beispiel innerhalb von 180 ± 10° liegt. Es ist zu beachten, dass diese Bereiche unter Berücksichtigung des Bestimmungsfehlers breit sind und geändert werden können, wie jeweils geeignet. Ferner kann jeder von diesen nicht der Bereich der Phasendifferenzen selbst sein, sondern kann ein Bereich sein, der durch Umwandeln des Bereichs der Phasendifferenz in den vorstehend beschriebenen Phasensynchronisationsparameter erhalten wird.
5(b) ist eine konzeptionelle Ansicht, die ein Beispiel veranschaulicht, in dem bestimmt wird, dass die Phasen der physikalischen Größen an zwei Positionen synchronisiert sind. 5(c) ist eine konzeptionelle Ansicht, die ein Beispiel veranschaulicht, in dem bestimmt wird, dass die Phasen der physikalischen Größen an zwei Positionen synchronisiert sind. Wenn zum Beispiel, wie in 5(b) veranschaulicht, die Phasendifferenz zwischen der Phase θ_i(t) und der Phase θ_j(t) innerhalb von 180 ± 10° liegt, wird bestimmt, dass die Phasen synchronisiert sind, da die Phasendifferenz innerhalb des entgegengesetzten Phasenbereichs liegt. Wenn zum Beispiel, wie in 5(c) veranschaulicht, die Phasendifferenz zwischen der Phase θ_i(t) und der Phase θ_j(t) innerhalb von ±10° liegt, wird bestimmt, dass die Phasen synchronisiert sind, da die Phasendifferenz innerhalb des gemeinsamen Phasenbereichs liegt.
Die Recheneinheit 120 kann bestimmen, dass der Vibrationsmodus auftritt, wenn eine Anzahl der Mehrzahl von Zeitreihenvariationsdaten, welche die berechnete Phasendifferenz innerhalb des gemeinsamen Phasenbereichs oder innerhalb des entgegengesetzten Phasenbereichs aufweisen, größer als eine zweite Schwelle ist, die gemäß der Anzahl der Mehrzahl von Sensoren 200 eingestellt ist. Zum Beispiel wird ein Wert, der durch Multiplizieren der Anzahl von Sensoren 200 (zum Beispiel 8) mit einem Koeffizienten von 1 oder weniger (zum Beispiel 0,5) erhalten wird, als die zweite Schwelle (zum Beispiel 4) eingestellt. Der Koeffizient weist eine Größe auf, die einen Bestimmungsfehler berücksichtigt, und kann innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 0 und nicht größer als 1 geändert werden, wie jeweils geeignet.
6(a) ist eine konzeptionelle Ansicht zum Erläutern eines Phasenverhältnisses zwischen der Mehrzahl von Positionen, wenn ein OND-Vibrationsmodus auftritt. 6(b) ist eine konzeptionelle Ansicht zum Erläutern eines Phasenverhältnisses zwischen der Mehrzahl von Positionen, wenn ein IND-Vibrationsmodus auftritt. 6(c) ist eine konzeptionelle Ansicht zum Erläutern eines Phasenverhältnisses zwischen der Mehrzahl von Positionen, wenn ein 2ND-Vibrationsmodus auftritt.
Diese Zeichnungen veranschaulichen die Phasen der Zeitreihenvariationsdaten, die von der Mehrzahl von Sensoren 200 gemessen werden, die in einem Modusbildungsquerschnitt von 0ND-Vibrationsmodus und ND-(1ND-, 2ND-)Vibrationsmodi höherer Ordnung angeordnet sind. Zum Beispiel beträgt in 6(a) an jeder Position des Modusbildungsquerschnitts die Phase der Vibration 0°. In diesem Fall sind bei Vergleich der Positionen die Phasendifferenzen gemeinsame Phasen. Zum Beispiel sind in 6(b) die Phasen auf der linken und rechten Seite des Modusbildungsquerschnitts zwischen 0° und 180° aufgeteilt. In diesem Fall sind bei Vergleich der Positionen die Phasendifferenzen je nach der Position gemeinsame Phasen oder entgegengesetzte Phasen. Zum Beispiel sind in 6(c) die Phasen auf der oberen, unteren, linken und rechten Seite des Modusbildungsquerschnitts zwischen 0° und 180° aufgeteilt. In diesem Fall sind bei Vergleich der Positionen die Phasendifferenzen je nach der Position gemeinsame Phasen oder entgegengesetzte Phasen.
Anhand dieser Zeichnungen sind, wenn die Positionen unabhängig davon verglichen werden, welcher Vibrationsmodus dominiert, Phasendifferenzen gemeinsame Phasen oder entgegengesetzte Phasen. Es versteht sich daher, dass, wenn bestätigt wird, dass die Phasendifferenz, die durch die Zeitreihenvariationsdaten der Sensoren 200 an verschiedenen Positionen angegeben wird, eine gemeinsame Phase oder eine entgegengesetzte Phase ist, ein 0ND-Vibrationsmodus oder ein ND-Vibrationsmodus höherer Ordnung auftritt. Es ist zu beachten, dass Gleiches für ND-Vibrationsmodi höherer Ordnung von 3ND und höher gilt.
Dementsprechend kann gemäß dem Bestimmungsverfahren zum Durchführen einer Bestimmung, wie vorstehend beschrieben, auf der Basis der Phasen der physikalischen Größen der Zeitreihenvariationsdaten sogar eine plötzliche veränderliche Vibration erfasst werden, die entweder durch einen OND-Vibrationsmodus oder durch einen ND-Vibrationsmodus höherer Ordnung verursacht wird. Das heißt, da der Vibrationsmodus, der mit einer plötzlichen veränderlichen Vibration verbunden ist, nicht auf den OND-Vibrationsmodus beschränkt ist, wird die Vielseitigkeit verbessert.
Wenn der Vibrationsmodus auftritt, wird ein synchronisierter Zustand der Phasen der Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größen hergestellt, und die Phasendifferenzen zwischen der Phase bestimmter Zeitreihenvariationsdaten und der Phase der anderen Zeitreihenvariationsdaten liegen innerhalb des gemeinsamen Phasenbereichs oder innerhalb des entgegengesetzten Phasenbereichs. Daher kann bei dem vorstehend beschriebenen Bestimmungsverfahren durch Fokussierung auf die Phasendifferenz leicht bestimmt werden, ob die Phasen synchronisiert sind.
Ferner kann gemäß dem vorstehend beschriebenen Bestimmungsverfahren das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Auftretens des Vibrationsmodus (0ND-Vibrationsmodus oder ein ND-Vibrationsmodus höherer Ordnung) durch Vergleich mit der zweiten Schwelle leicht bestimmt werden. Ein solche Konfiguration ist vorteilhaft, da bevorzugt ist, dass ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration schnell erfasst werden kann.
Die Recheneinheit 120 kann konfiguriert sein, um zu bestimmen, ob der Vibrationsmodus zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten (zum Beispiel 100) innerhalb einer vorher festgelegten Zeit (zum Beispiel 1 Sekunde) auftritt, und unter der Mehrzahl von Zeitpunkten einen Anteil einer Häufigkeit, für die bestimmt wird, dass der Vibrationsmodus auftritt, als die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus zu berechnen. Gemäß einer solchen Konfiguration wird bestimmt, ob der Vibrationsmodus zu der Mehrzahl von Zeitpunkten auftritt, und dies wird als die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus berechnet, wodurch es möglich ist, die Genauigkeit im Vergleich dazu zu verbessern, wenn die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus nur zu einem einzigen Zeitpunkt berechnet wird.
Es ist zu beachten, dass als eine Konfiguration zur Berechnung der Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus nur zu einem einzigen Zeitpunkt eine Konfiguration denkbar ist, bei der zum Beispiel, wenn das Auftreten des Vibrationsmodus phasenbasiert bestimmt wird, die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus durch den Prozentsatz der Mehrzahl von Zeitreihenvariationsdaten bestimmt wird, die in der gemeinsamen Phase oder der entgegengesetzten Phase vorliegen. Das heißt, anstelle eines Vergleichs mit der zweiten Schwelle kann die Recheneinheit 120 den Wert, der erhalten wird, indem die Anzahl von Sensoren 200, welche die Zeitreihenvariationsdaten in der gemeinsamen Phase oder der entgegengesetzten Phase angeben, durch eine Zahl geteilt wird, die um eins kleiner ist als die Anzahl von Sensoren 200 ist (das heißt, die Gesamtzahl mit Ausnahme der Vergleichsdaten ist der Nenner), mit 100 multiplizieren, um die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus zu berechnen.
Erfassungsverfahren für ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration
Nachstehend wird ein Erfassungsverfahren für ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration beschrieben. Die Erfassungseinheit 130 kann konfiguriert sein, um zum Beispiel auf der Basis einer Größe der von der Recheneinheit 120 berechneten Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus zu bestimmen, ob ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration vorliegt, das erfasst werden sollte.
7 ist ein Graph, der ein Beispiel eines Übergangs in der Auftrittswahrscheinlichkeit eines Vibrationsmodus veranschaulicht, die auf der Basis der Amplitude der physikalischen Größe durch die Frühanzeichenerfassungsvorrichtung 300 gemäß einer Ausführungsform berechnet wird. 8 ist ein Graph, der ein Beispiel eines Übergangs in der Auftrittswahrscheinlichkeit eines Vibrationsmodus veranschaulicht, die auf der Basis der Phase der physikalischen Größe durch die Frühanzeichenerfassungsvorrichtung 300 gemäß einer Ausführungsform berechnet wird. In diesen Zeichnungen gibt die horizontale Achse den Betrag der verstrichenen Zeit an, und die vertikale Achse gibt die Größe der von der Recheneinheit 120 berechneten Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus an.
Wie in 7 und 8 veranschaulicht, beträgt in einem Zustand einer plötzlichen veränderlichen Vibration die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus 100 %. In 7 und 8 versteht es sich, dass bei Fokussierung auf die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus vor dem Frühanzeichen die Auftrittswahrscheinlichkeit in 7 geringer ist als in 8. Dies bedeutet, dass das amplitudenbasierte Berechnungsverfahren genauer ist als das phasenbasierte Berechnungsverfahren.
Hier kann, wenn die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Vibrationsmodus nicht kleiner als eine dritte Schwelle ist, die Erfassungseinheit 130 dies als ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration erfassen. Wenn zum Beispiel die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus während des Normalbetriebs etwa 20 % beträgt, wird die dritte Schwelle auf 40 % eingestellt. Es ist zu beachten, dass die Größe der dritten Schwelle gemäß einem Erfassungsfehler geändert werden kann, wie jeweils geeignet.
Wenn die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus hoch ist, ist es wahrscheinlich, dass dies ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration ist. In dieser Hinsicht kann gemäß dem vorstehend beschriebenen Erfassungsverfahren durch Vergleichen der Größe der Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus mit der dritten Schwelle ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration leicht erfasst werden. Ein solches Erfassungsverfahren ist vorteilhaft, da bevorzugt ist, dass ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration schnell erfasst werden kann.
Die Erfassungseinheit 130 kann konfiguriert sein, um zum Beispiel auf der Basis einer Steigung einer zeitlichen Änderung der von der Recheneinheit 120 berechneten Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus zu bestimmen, ob ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration vorliegt, das erfasst werden sollte. Wenn die Steigung der zeitlichen Änderung der Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus nicht kleiner als eine vierte Schwelle ist, kann die Erfassungseinheit 130 dies als ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration erfassen. Wenn zum Beispiel die Steigung der zeitlichen Änderung der Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus während des Normalbetriebs nicht größer als 5 % pro Sekunde ist, wird die vierte Schwelle auf 10 % eingestellt. Die Zeit zum Berechnen der Steigung (das heißt der Nenner in der Steigungsberechnung) wird vorzugsweise auf eine Länge eingestellt, die nicht leicht durch Rauschen beeinflusst wird, das in kurzer Zeit variiert. Es ist zu beachten, dass die Größe der vierten Schwelle gemäß einem Erfassungsfehler geändert werden kann, wie jeweils geeignet.
Wenn die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus plötzlich ansteigt, ist es wahrscheinlich, dass dies ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration ist. In dieser Hinsicht kann gemäß dem vorstehend beschriebenen Erfassungsverfahren durch Vergleichen der Steigung der zeitlichen Änderung der Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus mit der vierten Schwelle ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration leicht erfasst werden. Ein solche Konfiguration ist vorteilhaft, da bevorzugt ist, dass ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration schnell erfasst werden kann.
Durch ein solches Erfassungsverfahren kann eine plötzliche veränderliche Vibration lange im Voraus vor dem Auftreten einer plötzlichen veränderlichen Vibration erfasst werden. Zum Beispiel wird, wie durch die gestrichelten Linien in 7 und 8 angezeigt, ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration zu Beginn des Anstiegs der Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus vor dem Übergang in den Zustand der plötzlichen veränderlichen Vibration erfasst.
Frühanzeichenerfassungsverfahren
Nachstehend wird ein spezifisches Beispiel eines Frühanzeichenerfassungsverfahrens unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. 9 ist ein Fließschema, das Prozeduren des Frühanzeichenerfassungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass ein Teil oder alle der nachfolgend beschriebenen Prozeduren manuell von dem Benutzer durchgeführt werden können. Ferner kann bei dem nachfolgend beschriebenen Frühanzeichenerfassungsverfahren jede Prozedur geändert werden, wie jeweils geeignet, um der Verarbeitung zu entsprechen, die von der vorstehend beschriebenen Frühanzeichenerfassungsvorrichtung 300 ausgeführt wird. In der folgenden Beschreibung werden Beschreibungen, die sich mit den Beschreibungen der Frühanzeichenerfassungsvorrichtung 300 überschneiden, weggelassen.
Wie in 9 veranschaulicht, misst zuerst jeder der Mehrzahl von Sensoren 200, die jeweils an der Mehrzahl von Positionen in dem Erfassungsgegenstand angeordnet sind, eine physikalische Größe an der entsprechenden Position (Schritt S1). Aus der Mehrzahl von Sensoren 200 werden die Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größen, die von jedem der Sensoren 200 gemessen werden, erfasst (Schritt S2). Als Nächstes wird die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus berechnet, der an einer plötzlichen veränderlichen Vibration des Erfassungsgegenstands beteiligt ist (Schritt S3). Insbesondere wird die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus aus der Amplitude oder der Phase der Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe an jeder der Mehrzahl von Positionen berechnet. Ein Frühanzeichen der plötzlichen veränderlichen Vibration wird auf der Basis der in Schritt S3 berechneten Auftrittswahrscheinlichkeit erfasst (Schritt S4).
Diese Schritte S1 bis S4 können periodisch und wiederholt ausgeführt werden. Dadurch kann ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration überwacht werden. Es ist zu beachten, dass, wenn ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration erfasst wird, das vorstehend beschriebene vorher festgelegte Signal (ein Stoppsignal, ein Benachrichtigungssignal oder dergleichen) ausgegeben werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und schließt auch eine Weiterbildung der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sowie geeignete Kombinationen dieser Modi ein.
Wenn zum Beispiel der Erfassungsgegenstand ein Kompressor ist, kann die Frühanzeichenerfassungsvorrichtung 300 konfiguriert sein, um die Auftrittswahrscheinlichkeit eines sprunghaft ansteigenden Vibrationsmodus mit der Mehrzahl von Sensoren 200 zum Messen des Drucks, die an einer Mehrzahl von Positionen auf dem Kompressor angeordnet sind, zu berechnen. Wenn der Erfassungsgegenstand ein Axialströmungskompressor ist, kann die Frühanzeichenerfassungsvorrichtung 300 konfiguriert sein, um die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus mit der Mehrzahl von Sensoren 200, die in einer Umfangsrichtung eines Auslassteils davon angeordnet sind, zu berechnen. Wenn der Erfassungsgegenstand ein Zentrifugalkompressor ist, kann die Mehrzahl von Sensoren 200 in einer ringförmigen Richtung angeordnet sein. Wenn ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration in einer Laufschaufelvibration erfasst werden soll, kann die Mehrzahl von Sensoren 200 in einer Basis einer Laufschaufel angeordnet sein. Wenn ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration in einer Axialvibration erfasst werden soll, kann die Mehrzahl von Sensoren 200 an verschiedenen Lagerpositionen angeordnet sein.
Wenn der Erfassungsgegenstand eine Dampfturbine ist, kann ein Dehnungsmessstreifen als der Sensor 200 verwendet werden. Zum Beispiel kann die Mehrzahl von Sensoren 200 in einer Basis einer Laufschaufel der Dampfturbine angeordnet sein, die in der Umfangsrichtung in derselben Stufe angeordnet ist.
Wenn der Erfassungsgegenstand ein Raketentriebwerk ist, ist möglicherweise nur eine Brennkammer vorhanden. Jedoch kann auch in diesem Fall die Frühanzeichenerfassungsvorrichtung 300 konfiguriert sein, um ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration mit der Mehrzahl von Sensoren 200, die in der Umfangsrichtung des Auslassteils der Brennkammer angeordnet sind, zu erfassen. Wenn der Erfassungsgegenstand ein Flugzeug ist, kann das Erfassungsverfahren für ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration durch die Frühanzeichenerfassungsvorrichtung 300 auf das Triebwerk angewendet werden oder kann auf die Laufschaufel angewendet werden. Durch derartiges Anordnen der Mehrzahl von Sensoren 200 in der Umfangsrichtung eines Querschnitts, in dem der Modus ausgebildet ist, kann ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration bei verschiedenen Erfassungsgegenständen erfasst werden.
Zusammenfassung
Der Inhalt der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann zum Beispiel wie folgt ausgelegt werden.
(1) Eine Frühanzeichenerfassungsvorrichtung (300) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt ein
eine Mehrzahl von Sensoren (200), die jeweils an einer Mehrzahl von Positionen eines Erfassungsgegenstands angeordnet sind und jeweils konfiguriert sind, um eine physikalische Größe an einer entsprechenden Position der Mehrzahl von Positionen zu messen,
eine Datenerfassungseinheit (110), die konfiguriert ist, um Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe aus jedem der Mehrzahl von Sensoren (200) zu erfassen,
eine Recheneinheit (120), die konfiguriert ist, um eine Auftrittswahrscheinlichkeit eines Vibrationsmodus, der an einer plötzlichen veränderlichen Vibration des Erfassungsgegenstands beteiligt ist, aus einer Amplitude oder einer Phase der Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe an jeder der Mehrzahl von Positionen zu berechnen, und
eine Erfassungseinheit (130), die konfiguriert ist, um ein Frühanzeichen der plötzlichen veränderlichen Vibration auf der Basis der Auftrittswahrscheinlichkeit zu erfassen.
Gemäß der in (1) oben beschriebenen Konfiguration werden Zeitreihenvariationsdaten einer physikalischen Größe (zum Beispiel einer physikalischen Größe, die sich aufgrund von Vibration ändert, wie Druck, Beanspruchung, Beschleunigung, Geschwindigkeit oder Verschiebung) an jeder der Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen erfasst, wodurch es möglich ist, aus einem Gleichgewichtsverhältnis zwischen diesen Amplituden oder Phasen die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus, der an der plötzlichen veränderlichen Vibration des Erfassungsgegenstands beteiligt ist, zu berechnen. Ferner wird ein Frühanzeichen der plötzlichen veränderlichen Vibration auf der Basis der Auftrittswahrscheinlichkeit erfasst, wodurch eine plötzliche veränderliche Vibration lange im Voraus vor dem Auftreten der plötzlichen veränderlichen Vibration erfasst werden kann.
(2) In einigen Ausführungsformen ist in der in (1) oben beschriebenen Konfiguration die Recheneinheit (120) konfiguriert, um auf der Basis der Amplituden der physikalischen Größen an der Mehrzahl von Positionen zu bestimmen, ob der Vibrationsmodus auftritt, wobei die Amplituden von einer selben Zeit sind.
Gemäß der in (2) oben beschriebenen Konfiguration wird auf der Basis der Amplituden der physikalischen Größen an der Mehrzahl von Positionen bestimmt, ob der Vibrationsmodus auftritt, wobei die Amplituden von derselben Zeit sind, wodurch eine Bestimmungsgenauigkeit des Auftretens des Vibrationsmodus verbessert wird.
(3) In einigen Ausführungsformen ist in der in (1) oder (2) oben beschriebenen Konfiguration die Recheneinheit (120) konfiguriert, um die Amplituden der physikalischen Größen an der Mehrzahl von Positionen zu normalisieren und dann zu addieren, wobei die Amplituden von einer selben Zeit sind, und gemäß einem Gesamtwert zu bestimmen, ob der Vibrationsmodus auftritt.
Wenn die Amplituden von derselben Zeit in der Mehrzahl von Zeitreihenvariationsdaten addiert werden, ist der Gesamtwert der Amplituden in einem ND-Vibrationsmodus höherer Ordnung theoretisch null und in einem OND-Vibrationsmodus theoretisch ein endlicher Wert. Daher wird gemäß der in (3) oben beschriebenen Konfiguration durch den Gesamtwert der Amplituden bestimmt, ob ein OND-Vibrationsmodus auftritt, und eine solche Konfiguration ist geeignet, wenn eine plötzliche veränderliche Vibration, die durch einen OND-Vibrationsmodus verursacht wird, erfasst werden soll. Es ist zu beachten, dass gemäß einer solchen Bestimmung des Auftretens des Vibrationsmodus nach Amplitude die Genauigkeit höher sein kann als eine Bestimmung nach Phase.
(4) In einigen Ausführungsformen ist in der in (2) oder (3) oben beschriebenen Konfiguration die Recheneinheit (120) konfiguriert, um zu bestimmen, dass der Vibrationsmodus auftritt, wenn der Gesamtwert größer als eine erste Schwelle ist, die gemäß einer Anzahl der Mehrzahl von Sensoren eingestellt ist.
Gemäß der in (4) oben beschriebenen Konfiguration kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Auftretens des Vibrationsmodus (0ND-Vibrationsmodus) durch Vergleich mit der ersten Schwelle leicht bestimmt werden. Ein solche Konfiguration ist vorteilhaft, da bevorzugt ist, dass ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration schnell erfasst werden kann.
(5) In einigen Ausführungsformen ist in der in einem von (1) bis (4) oben beschriebenen Konfiguration die Recheneinheit (120) konfiguriert, um nach einer Scheitelauftrittszeit der Amplitude der Zeitreihenvariationsdaten an einer beliebigen der Mehrzahl von Positionen zu suchen und auf der Basis der Amplituden der physikalischen Größen an der Mehrzahl von Positionen zu der Scheitelauftrittszeit zu bestimmen, ob der Vibrationsmodus auftritt.
Die Scheitelauftrittszeit der Amplitude ist die Zeit, zu welcher der Auftrittszustand des Vibrationsmodus leicht in der Vibration widergespiegelt wird. In dieser Hinsicht wird in der in (5) oben beschriebenen Konfiguration bei der Bestimmung, ob der Vibrationsmodus auftritt, die Scheitelauftrittszeit der Amplitude der Zeitreihenvariationsdaten an einer beliebigen Position (spezifischen Position) der Mehrzahl von Positionen verwendet. Infolgedessen wird die Bestimmungsgenauigkeit verbessert.
(6) In einigen Ausführungsformen ist in der in einem von (1) bis (5) oben beschriebenen Konfiguration die Recheneinheit (120) konfiguriert, um gemäß dem, ob die Phasen der physikalischen Größen an der Mehrzahl von Positionen synchronisiert sind, zu bestimmen, ob der Vibrationsmodus auftritt.
Gemäß der in (6) oben beschriebenen Konfiguration kann sogar eine plötzliche veränderliche Vibration erfasst werden, die entweder durch den OND-Vibrationsmodus oder durch einen ND-Vibrationsmodus höherer Ordnung verursacht wird. Das heißt, da der Vibrationsmodus, der mit einer plötzlichen veränderlichen Vibration verbunden ist, nicht auf den OND-Vibrationsmodus beschränkt ist, wird die Vielseitigkeit verbessert.
(7) In einigen Ausführungsformen ist in der in (6) oben beschriebenen Konfiguration die Recheneinheit (120) konfiguriert, um einzige von einer Mehrzahl der Zeitreihenvariationsdaten, die aus der Mehrzahl von Sensoren (200) erfasst werden, als Vergleichsdaten einzustellen, eine Phasendifferenz zwischen der Phase der Vergleichsdaten und der Phase jeder der anderen der Mehrzahl von Zeitreihenvariationsdaten zu berechnen und auf der Basis, ob die so berechnete Phasendifferenz innerhalb eines gemeinsamen Phasenbereichs oder innerhalb eines entgegengesetzten Phasenbereichs liegt, zu bestimmen, ob die Phasen synchronisiert sind.
Wenn der Vibrationsmodus auftritt, wird ein synchronisierter Zustand der Phasen der Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größen hergestellt, und die Phasendifferenzen zwischen der Phase bestimmter Zeitreihenvariationsdaten und der Phase der anderen Zeitreihenvariationsdaten liegen innerhalb des gemeinsamen Phasenbereichs oder innerhalb des entgegengesetzten Phasenbereichs. In der in (7) oben beschriebenen Konfiguration kann durch Fokussierung auf die Phasendifferenz leicht bestimmt werden, ob die Phasen synchronisiert sind.
(8) In einigen Ausführungsformen ist in der in (7) oben beschriebenen Konfiguration die Recheneinheit (120) konfiguriert, um zu bestimmen, dass der Vibrationsmodus auftritt, wenn eine Anzahl der Mehrzahl von Zeitreihenvariationsdaten, welche die so berechnete Phasendifferenz innerhalb des gemeinsamen Phasenbereichs oder innerhalb des entgegengesetzten Phasenbereichs aufweisen, größer als eine zweite Schwelle ist, die gemäß der Anzahl der Mehrzahl von Sensoren (200) eingestellt ist.
Gemäß der in (8) oben beschriebenen Konfiguration kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Auftretens des Vibrationsmodus (0ND-Vibrationsmodus oder ein ND-Vibrationsmodus höherer Ordnung) durch Vergleich mit der zweiten Schwelle leicht bestimmt werden. Ein solche Konfiguration ist vorteilhaft, da bevorzugt ist, dass ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration schnell erfasst werden kann.
(9) In einigen Ausführungsformen ist in der in einem von (1) bis (8) oben beschriebenen Konfiguration die Recheneinheit (120) konfiguriert, um zu bestimmen, ob der Vibrationsmodus zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten innerhalb einer vorher festgelegten Zeit auftritt, und unter der Mehrzahl von Zeitpunkten einen Anteil einer Häufigkeit, für die bestimmt wird, dass der Vibrationsmodus auftritt, als die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus zu berechnen.
Gemäß der in (9) oben beschriebenen Konfiguration wird bestimmt, ob der Vibrationsmodus zu der Mehrzahl von Zeitpunkten auftritt, und dies wird als die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus berechnet, wodurch es möglich ist, die Genauigkeit im Vergleich dazu zu verbessern, wenn die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus nur zu einem einzigen Zeitpunkt berechnet wird.
(10) In einigen Ausführungsformen ist in der in einem von (1) bis (9) oben beschriebenen Konfiguration die Erfassungseinheit (130) konfiguriert, um ein Frühanzeichen der plötzlichen veränderlichen Vibration zu erfassen, wenn eine Größe der so von der Recheneinheit (120) berechneten Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus nicht kleiner als eine dritte Schwelle ist.
Wenn die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus hoch ist, ist es wahrscheinlich, dass dies ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration ist. In dieser Hinsicht kann gemäß der in (10) oben beschriebenen Konfiguration durch Vergleichen der Größe der Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus mit der dritten Schwelle ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration leicht erfasst werden. Ein solche Konfiguration ist vorteilhaft, da bevorzugt ist, dass ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration schnell erfasst werden kann.
(11) In einigen Ausführungsformen ist in der in einem von (1) bis (10) oben beschriebenen Konfiguration die Erfassungseinheit (130) konfiguriert, um ein Frühanzeichen der plötzlichen veränderlichen Vibration zu erfassen, wenn eine Steigung einer zeitlichen Änderung der so von der Recheneinheit (120) berechneten Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus nicht kleiner als eine vierte Schwelle ist.
Wenn die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus plötzlich ansteigt, ist es wahrscheinlich, dass dies ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration ist. In dieser Hinsicht kann gemäß der in (11) oben beschriebenen Konfiguration durch Vergleichen der Steigung der zeitlichen Änderung der Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus mit der vierten Schwelle ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration leicht erfasst werden. Ein solche Konfiguration ist vorteilhaft, da bevorzugt ist, dass ein Frühanzeichen einer plötzlichen veränderlichen Vibration schnell erfasst werden kann.
(12) In einigen Ausführungsformen ist in der in einem von (1) bis (11) oben beschriebenen Konfiguration die physikalische Größe eines oder mehreres von Druck, Beanspruchung, Beschleunigung, Geschwindigkeit und Verschiebung.
Gemäß der in (12) oben beschriebenen Konfiguration wird eine physikalische Größe, die für das Auftreten des Vibrationsmodus in hohem Maße relevant ist, für die Frühanzeichenerfassung verwendet, und daher ist die Erfassungsgenauigkeit hoch.
(13) Ein Frühanzeichenerfassungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt ein
Messen, durch jeden einer Mehrzahl von Sensoren (200), die jeweils an einer Mehrzahl von Positionen eines Erfassungsgegenstands angeordnet sind, einer physikalischen Größe an einer entsprechenden Position der Mehrzahl von Positionen,
Erfassen von Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe aus jedem der Mehrzahl von Sensoren (200),
Berechnen einer Auftrittswahrscheinlichkeit eines Vibrationsmodus, der an einer plötzlichen veränderlichen Vibration des Erfassungsgegenstands beteiligt ist, aus einer Amplitude oder einer Phase der Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe an jeder der Mehrzahl von Positionen und
Erfassen eines Frühanzeichens der plötzlichen veränderlichen Vibration auf der Basis der Auftrittswahrscheinlichkeit.
Gemäß dem in (13) oben beschriebenen Verfahren werden Zeitreihenvariationsdaten einer physikalischen Größe (zum Beispiel einer physikalischen Größe, die sich aufgrund von Vibration ändert, wie Druck, Beanspruchung, Beschleunigung, Geschwindigkeit oder Verschiebung) an jeder der Mehrzahl von unterschiedlichen Positionen erfasst, wodurch es möglich ist, aus einem Gleichgewichtsverhältnis zwischen diesen Amplituden oder Phasen die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus, der an der plötzlichen veränderlichen Vibration des Erfassungsgegenstands beteiligt ist, zu berechnen. Ferner wird ein Frühanzeichen der plötzlichen veränderlichen Vibration auf der Basis der Auftrittswahrscheinlichkeit erfasst, wodurch eine plötzliche veränderliche Vibration lange im Voraus vor dem Auftreten der plötzlichen veränderlichen Vibration erfasst werden kann.
Bezugszeichenliste

2: Brennkammerkorb
3: Übergangsstück
4: Statorleitschaufel
6: Rotorlaufschaufel
7: Kompressor
8: Brennkammer
9: Brennstoffdüse
20: Gasturbine
100: Rechenverarbeitungsvorrichtung
110: Datenerfassungseinheit
120: Recheneinheit
130: Erfassungseinheit
140: Ausgabeeinheit
200: Sensor
300: Frühanzeichenerfassungsvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018080621 A [0005]

Claims

Frühanzeichenerfassungsvorrichtung, umfassend: eine Mehrzahl von Sensoren, die jeweils an einer Mehrzahl von Positionen eines Erfassungsgegenstands angeordnet sind und jeweils konfiguriert sind, um eine physikalische Größe an einer entsprechenden Position der Mehrzahl von Positionen zu messen; eine Datenerfassungseinheit, die konfiguriert ist, um Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe aus jedem der Mehrzahl von Sensoren zu erfassen; eine Recheneinheit, die konfiguriert ist, um eine Auftrittswahrscheinlichkeit eines Vibrationsmodus, der an einer plötzlichen veränderlichen Vibration des Erfassungsgegenstands beteiligt ist, aus einer Amplitude oder einer Phase der Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe an jeder der Mehrzahl von Positionen zu berechnen; und eine Erfassungseinheit, die konfiguriert ist, um ein Frühanzeichen der plötzlichen veränderlichen Vibration auf der Basis der Auftrittswahrscheinlichkeit zu erfassen.
Frühanzeichenerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Recheneinheit konfiguriert ist, um auf der Basis der Amplituden der physikalischen Größen an der Mehrzahl von Positionen zu bestimmen, ob der Vibrationsmodus auftritt, wobei die Amplituden von einer selben Zeit sind.
Frühanzeichenerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Recheneinheit konfiguriert ist, um die Amplituden der physikalischen Größen an der Mehrzahl von Positionen zu normalisieren und dann zu addieren, wobei die Amplituden von einer selben Zeit sind, und gemäß einem Gesamtwert zu bestimmen, ob der Vibrationsmodus auftritt.
Frühanzeichenerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Recheneinheit konfiguriert ist, um zu bestimmen, dass der Vibrationsmodus auftritt, wenn der Gesamtwert größer als eine erste Schwelle ist, die gemäß einer Anzahl der Mehrzahl von Sensoren eingestellt ist.
Frühanzeichenerfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Recheneinheit konfiguriert ist, um nach einer Scheitelauftrittszeit der Amplitude der Zeitreihenvariationsdaten an einer beliebigen der Mehrzahl von Positionen zu suchen und auf der Basis der Amplituden der physikalischen Größen an der Mehrzahl von Positionen zu der Scheitelauftrittszeit zu bestimmen, ob der Vibrationsmodus auftritt.
Frühanzeichenerfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Recheneinheit konfiguriert ist, um gemäß dem, ob die Phasen der physikalischen Größen an der Mehrzahl von Positionen synchronisiert sind, zu bestimmen, ob der Vibrationsmodus auftritt.
Frühanzeichenerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Recheneinheit konfiguriert ist, um einzige von einer Mehrzahl der Zeitreihenvariationsdaten, die aus der Mehrzahl von Sensoren erfasst werden, als Vergleichsdaten einzustellen, eine Phasendifferenz zwischen der Phase der Vergleichsdaten und der Phase jeder der anderen der Mehrzahl von Zeitreihenvariationsdaten zu berechnen und auf der Basis, ob die so berechnete Phasendifferenz innerhalb eines gemeinsamen Phasenbereichs oder innerhalb eines entgegengesetzten Phasenbereichs liegt, zu bestimmen, ob die Phasen synchronisiert sind.
Frühanzeichenerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Recheneinheit konfiguriert ist, um zu bestimmen, dass der Vibrationsmodus auftritt, wenn eine Anzahl der Mehrzahl von Zeitreihenvariationsdaten, welche die so berechnete Phasendifferenz innerhalb des gemeinsamen Phasenbereichs oder innerhalb des entgegengesetzten Phasenbereichs aufweisen, größer als eine zweite Schwelle ist, die gemäß der Anzahl der Mehrzahl von Sensoren eingestellt ist.
Frühanzeichenerfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Recheneinheit konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob der Vibrationsmodus zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten innerhalb einer vorher festgelegten Zeit auftritt, und unter der Mehrzahl von Zeitpunkten einen Anteil einer Häufigkeit, für die bestimmt wird, dass der Vibrationsmodus auftritt, als die Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus zu berechnen.
Frühanzeichenerfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Erfassungseinheit konfiguriert ist, um ein Frühanzeichen der plötzlichen veränderlichen Vibration zu erfassen, wenn eine Größe der so von der Recheneinheit berechneten Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus nicht kleiner als eine dritte Schwelle ist.
Frühanzeichenerfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Erfassungseinheit konfiguriert ist, um ein Frühanzeichen der plötzlichen veränderlichen Vibration zu erfassen, wenn eine Steigung einer zeitlichen Änderung der so von der Recheneinheit berechneten Auftrittswahrscheinlichkeit des Vibrationsmodus nicht kleiner als eine vierte Schwelle ist.
Frühanzeichenerfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die physikalische Größe eines oder mehreres von Druck, Beanspruchung, Beschleunigung, Geschwindigkeit und Verschiebung ist.
Frühanzeichenerfassungsverfahren, umfassend: Messen, durch jeden einer Mehrzahl von Sensoren, die jeweils an einer Mehrzahl von Positionen eines Erfassungsgegenstands angeordnet sind, einer physikalischen Größe an einer entsprechenden Position der Mehrzahl von Positionen; Erfassen von Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe aus jedem der Mehrzahl von Sensoren; Berechnen einer Auftrittswahrscheinlichkeit eines Vibrationsmodus, der an einer plötzlichen veränderlichen Vibration des Erfassungsgegenstands beteiligt ist, aus einer Amplitude oder einer Phase der Zeitreihenvariationsdaten der physikalischen Größe an jeder der Mehrzahl von Positionen; und Erfassen eines Frühanzeichens der plötzlichen veränderlichen Vibration auf der Basis der Auftrittswahrscheinlichkeit.