JP2005507056A

JP2005507056A - ターボ機械のサージング限界またはブレード損傷の警告

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Publication number: JP2005507056A
Application number: JP2003540528A
Authority: JP
Inventors: グラウアー，フランク
Original assignee: エムテーウー・アエロ・エンジンズ・ゲーエムベーハー
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2002-09-07
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2022-09-07
Also published as: WO2003038282A1; DE50206768D1; DE10152026A1; EP1474610B1; EP1474610A1; US20050038570A1; US7108477B2; JP4174031B2

Abstract

ターボコンプレッサのサージング限界警告（Ｗ）、またはブレード損傷の警告を判定する方法において、少なくとも２つの測定信号（ｐ_１、ｐ_２；ｐ〜_１、ｐ〜_２）、例えば圧力測定信号を決定し、周期性値（Ｗ_１；Ｗ〜_１）を、測定信号（ｐ_１、ｐ_２；ｐ〜_１、ｐ〜_２）のうち少なくとも１つから計算して、所定の第１時間オフセット（ｔ_１）について、少なくとも１つの測定信号（ｐ_１、ｐ_２；ｐ〜_１、ｐ〜_２）の周期的信号レベル変化が発生する尺度を示し、相関値（Ｗ_２；Ｗ〜_２）が少なくとも２つの測定信号（ｐ_１、ｐ_２；ｐ〜_１、ｐ〜_２）から計算され、所定の第２時間オフセット（ｔ_２）について、相互に対する少なくとも２つの測定信号（ｐ_１、ｐ_２；ｐ〜_１、ｐ〜_２）の類似性の尺度を示し、サージング限界警告（Ｗ）またはブレード損傷の警告（Ｗ）を、周期性値（Ｗ_１；Ｗ〜_１）および相関値（Ｗ_２；Ｗ〜_２）から判定する。ガス・タービンまたはターボ機械、さらにターボコンプレッサおよびガス・タービンの運転方法は、対応する特徴を有する。本発明は、サージングを回避するか、修理するためになお適切な措置を執れるよう、適時にターボコンプレッサまたはブレード損傷のポンプ状態の前兆を識別するための計算方法を提示する。
（図３）

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は概ね、エネルギーを生成するガス・タービン（特に飛行機のエンジンとして）または化学産業で使用するようなターボコンプレッサ機の分野に関する。本発明は特に、適切な措置を取ることができるよう、適時にコンプレッサのサージングの前兆の識別を行う分野に関する。本発明は、また、蒸気タービンまたはガス・タービンなど、ターボ機械のロータへのブレード損傷にも関する。ガス・タービンは、航空機エンジンまたは固定ガス・タービンでよく、これらはコンプレッサおよびタービンの両方にロータを有する。
【背景技術】
【０００２】
ターボコンプレッサは一般的に、その出力特性に依存する安定限界を有する。ターボコンプレッサの運転中に、（例えば入口擾乱、温度変化または汚れの結果として）この安定限界を意図せずに超えてしまった場合、深刻な非定常擾乱（回転分離（ｒｏｔａｔｉｎｇｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）、サージング）が発生し、これは急速な機械の破壊に至ることがある。したがって、ターボコンプレッサの設計時には、サージング限界マージンを減少させるようなすべての妨害を安全マージンとして考慮に入れ、作動線と安定限界との間に十分なマージンを設けることが普通である。しかし、このような固定された安全マージンの結果、効率が良好なコンプレッサでは運転範囲が大幅に失われる。
【０００３】
従来の最新な設計において効率および／または出力密度をさらに改善するため、ターボコンプレッサを安定限界付近で安全に運転できる方法について解決すべく研究が実施されてきた。サージングの前兆が発生したら（所定の最小サージング限界マージンに及んだら）、コンプレッサの作動線が急速に低下するか、サージング限界が移行することがある。これは、例えば放風弁を開放した結果および／または案内翼の調節の結果および／または燃料供給の減少の結果として発生することがある。サージング限界に近づいていることを判定するため、既に様々な方法が採用されている。
【０００４】
特許文献１は、コンプレッサ・ステージ内の圧力変動を測定し、その周波数成分を分析するコンプレッサの監視および制御方法を開示している。ブレードの回転速度および回転数に依存する周波数範囲で、少なくとも１つの特徴的なスパイクが発生した場合、発生した少なくとも１つのスパイクの形状の関数として警告信号が生成される。警告信号は、臨界状態の前兆を回避するため、例えば負荷を減少させるか、燃料噴射速度を減少させるなどして、閉ループおよび開ループ制御目的に使用することができる。
【０００５】
特許文献２は、ターボコンプレッサの流れの分離を防止する制御システムを開示している。関連する周波数範囲の振幅の２乗の平均値は、圧力センサによって決定された測定信号から計算される。平均値を正規化し、閾値と比較する。閾値を超えていたら、放風弁を開放するか、案内翼の位置を変更する。
【０００６】
特許文献３は、エンジンの排ガス温度およびエンジン・コンプレッサの回転速度を評価するサージングの識別方法を開示している。
【０００７】
センサ・システムおよび信号処理に必要な信頼性および／または複雑性に関して、既知の方法をさらに改善する必要がある。
【０００８】
【特許文献１】
独国特許発明第６９３２５３７５号明細書
【特許文献２】
米国特許第６２３１３０６号明細書
【特許文献３】
独国特許発明第６９４１１９５０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、サージングを回避するために、なお適切な措置を取れるよう、適時にターボコンプレッサのサージングの前兆を確実に識別するための演算方法を提示することである。さらなる目的は、ターボ機械のロータに対するブレード損傷を可能な限り早期に識別することである。本発明の好ましい実施形態の１つの目的は、可能な限り少ない追加のセンサで、つまりいかなる場合でもターボコンプレッサに既に設けたものではないセンサを可能な限り少なくして、この目的を達成することである。本発明の好ましい実施形態のさらなる目的は、この方法にて比較的少ない演算出力で迅速な反応速度（リアルタイムでのデータ処理）を達成するため、複雑な演算操作を回避することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によると、これらの目的は、請求項１の特徴を有する警告の判定方法によって、それぞれ請求項１０または１４に記載のガス・タービンまたはターボ機械の操作方法、請求項１１に記載のターボコンプレッサ、および請求項１３に記載のガス・タービンによって達成される。従属請求項には、本発明の好ましい改良点が記載される。
【００１１】
本発明は、コンプレッサの安定限界に近づくにつれ発生する回転擾乱（ｒｅｖｏｌｖｉｎｇｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ）を識別する基本的概念に基づく。コンプレッサをサージング限界までゆっくりチョークさせる実験では、このような回転擾乱を、コンプレッサ安定性の主要要因として観察することができた。コンプレッサの環状空間での回転速度は、コンプレッサに依存し、状況によっては回転速度にも依存する。擾乱は、長波（モード）でも短波（いわゆるスパイクの形態）でもよい。
【００１２】
本発明によると、警告には複合判定基準が適用される。この基準は、第１に、温度、圧力または流速センサの測定信号に特徴的な周期的外乱パターンが多大に発生するという基準のもとに、第２に、第１センサからの測定信号を、第２センサからの測定信号と相関を取るという基準で構成され、第２センサは、ターボコンプレッサまたはターボ機械の周方向において、第１センサに対して離角して配置される。さらなる温度、圧力または流速センサを設けてもよい。警告は、これらの基準を満足する程度の関数として生成される。
【００１３】
本発明は、作動点がサージング限界に近づいた場合、およびブレード損傷の場合に発生する上述した特徴的な信号構造の識別に基づき、サージングおよびブレード損傷を早期に確実に識別する。必要な少なくとも２つのセンサが、通常のコンプレッサでは他の理由で既に存在するか、少なくとも困難なく追加することができるので、計器の複雑度は低くて済む。更に、上述した２つの基準を決定するための演算の複雑度も、特に大きくはない。なぜなら、これは特に複雑な周波数分析が必要ないからである。本発明により、迅速に応答するサージング限界警告、またはブレード損傷の警告を比較的少ない計算出力で発生することができる。
【００１４】
本明細書で使用している「サージング」という表現は、最も広い意味で考えられたく、実際のサージングに加えて、コンプレッサの回転流分離（旋回失速）も含む。したがって、「サージング限界警告」という表現は、コンプレッサの流分離またはサージングの前兆に関する情報を提供するすべての警告信号と考えられたい。
【００１５】
本発明により設けた少なくとも２つの温度、圧力または流速センサは、ターボコンプレッサまたはターボ機械の周方向で相互に離角して偏って配置される。これは、１８０°以下、例えば９０°、６０°、４５°または３０°の周方向離角距離（ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）を有してよい。３つ以上の温度、圧力または流速センサを設ける場合でも、これは必ずしも、標準的な周方向離角距離で配置する必要がない。少なくとも２つのセンサは、ターボコンプレッサまたはターボ機械の共通軸方向平面に配置することが好ましい。これは例えば第１ロータの前方にある面でもよいが、他の面も同様に可能である。
【００１６】
本発明により決定した少なくとも２つの測定信号は、各ケースで、温度、圧力または流速センサのうち１つからの出力信号に対応する。「対応」という表現は、必ずしもこれが同一であるという意味ではなく、実際、センサの出力信号は、そこから適切な測定信号を獲得するため、例えばスケール変換する（定数または変数の係数で積算する）か、シフトする（例えば平均値を除去するために、定数または変数値に加算する）か、反転する（−１を積算するか、逆数を形成する）ことができる。さらに、測定信号は、アナログ／デジタル変換（および場合によってはさらなる処理ステップ）によってアナログ・センサの出力信号から取得したデジタル値のシーケンスであることが好ましい。
【００１７】
本発明によると、周期性値および相関値を決定するために、それぞれ第１時間オフセットおよび第２時間オフセットを使用する。本発明の異なる実施形態では、第１および／または第２時間オフセットは（場合によってはコンプレッサ・タイプの関数としての）定数であるか、個々の回転速度または他のパラメータ（例えばコンプレッサ圧力）に依存する。本発明は、各ケースで、唯一の周期性値および相関値の計算にも制限されず、実際、２つ以上のこれらの値を（通常は異なる時間オフセット値または異なる測定信号で）常に計算し、評価する実施形態も想定される。
【００１８】
本発明による方法のステップは、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などのプログラマブル・デバイスで実行することが好ましい。しかし、配線デジタル論理またはアナログ実装での実装も実現可能である。請求の範囲で列挙した方法のステップの順序は、これに限らず、実際、これらの方法のステップは、異なる順序で、または全体または部分的に並列または半並列（相互にインターリーブする）で実行してもよい。
【００１９】
好ましい実施形態では、周期性値と相関値との積が所定の閾値を超えた場合に、警告が発せられる。他の実施形態では、積を形成するのではなく、大きい周期的信号変化および／または高い信号の相関により警告が発せられるよう、上述した２つの値を連結する異なる関数を使用する。閾値の計算は、さらなる実施形態では、２つの値とは別個に実行することができ、警告は両方の閾値を超えた場合のみ発せられることが好ましい。
【００２０】
周期性値および／または相関値を計算するために、必要な測定信号は、所定の（固定された、または測定値に依存する）ウィンドウ幅を有するスライディング・ウィンドウ（ｓｌｉｄｉｎｇｗｉｎｄｏｗ）を使用して評価することが好ましい。ウィンドウ幅は、必要な計算の複雑度を決めるので、使用可能な計算能力に応じて変化させることができる。センサおよび信号評価のためのサンプリング周波数は、好ましい改良点では１ｋＨｚから２ｋＨｚの桁である。
【００２１】
周期性値を、各ケースで、一つの測定信号の相互に対して第１時間オフセットでシフトする２つの測定ポイント間の２乗誤差（ｓｑｕａｒｅｅｒｒｏｒ）の平均値（スケール変換するか、スケール変換しない）として計算するための準備を取ることが好ましい。評価された測定信号は、いくつかの実施形態では事前に平均値が除去されている。その他の実施形態では、２乗誤差の代わりに、絶対値の差または絶対値の差の３乗を形成する。その他の実施形態では（特にウィンドウ幅および／または第１時間オフセットが定数である場合）、平均値を計算する代わりに、純加算形成プロセス（ｐｕｒｅａｄｄｉｔｉｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ）を実行してもよい。全体として、周期性値は、測定信号中に強力な周期性信号の変化を有する構造がどの程度発生するかを示すよう意図されている。
【００２２】
相関値を計算するために、各ケースで、異なる２つの信号のうち相互に対して第２時間オフセットだけずれた２つの測定ポイントの積の平均値を、好ましい実施形態では計算する。このケースでも、その他の実施形態では、平均値を形成する代わりに、加算プロセスを実行し、積を計算する代わりに、異なる係数を使用することができる。全体的に、相関値は、考察中の２つの測定信号が、相互に対して第２時間オフセットずれた場合に、いかに正確に一致するかを示すよう意図されている。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態では、判定された警告は、パイロットまたは他のオペレータへと指示されるだけである。しかし、ターボコンプレッサの運転パラメータは、コンプレッサのサージングを回避するために、自動的に実行される方法のステップでのサージング限界警告に反応して変化することが好ましい。例えば、放風弁を開放するか、ターボコンプレッサのステータ・ブレードを調節することができる。
【００２４】
ターボコンプレッサがガス・タービンの構成要素である場合、コンプレッサが空力学的に不安定になる前に、サージング限界に近づいていることが識別されたら、スラスト・ノズルの調節、吹き込みまたは吹き出し、可変案内翼の調節または燃料の調整によって、流れを安定させることもできる。
【００２５】
上述の手段により、静止サージング限界のマージンで可能な状態より、多くの運転状態でサージング限界のより近くでガス・タービン（例えば航空機エンジン）を操作することが可能になる、ということを意味する。これにより、効率が改善され、燃料消費特性が改善される（スラスト燃料消費率（ＳＦＣ）が低くなる）。この選択肢がなくなった場合でも、調整しないと不安定になるような擾乱が前もって識別され、制御された方法でサージング限界のマージンを増加させることにより克服されるので、ガス・タービンの運転信頼性が改善される。
【００２６】
ガス・タービン（特に航空機エンジン）が、本発明を使用して新たに開発されている場合、必要に応じてタービン・ステージの負荷を上げるために新しい開発を設計したり、要求の関数として必要なサージング限界マージンを最適化したりするため、本発明によって達成できる改良点を考慮に入れることができる。
【００２７】
好ましい改善点においては、ターボ機械、ターボコンプレッサおよびガス・タービンは、上述した特徴、または方法の従属請求項で言及した特徴に対応する特徴で開発される。
【００２８】
本発明のさらなる特徴、利点および目的は、実施形態に関する以下の詳細な説明、およびいくつかの実施形態から明白となるであろう。概略図を参照されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１に図示された２軸式ガス・タービン１０が特に知られ、これは多段低圧コンプレッサ１２および多段高圧コンプレッサ１４を有する。軸流方向の下流に向かって、燃焼室１６、高圧タービン１８および低圧タービン２０が配される。低圧コンプレッサ１２および低圧タービン２０は、共通（内部）シャフトによって連結され、高圧コンプレッサ１４および高圧タービン１８も同様に、共通（外部）シャフトによって連結される。
【００３０】
この実施形態では、ガス・タービン１０は航空機タービンの形態である。また、その他の実施形態として、本発明は、１軸式ガス・タービン、３軸又は３軸以上のガス・タービン、（例えば発電所の）定置型ガス・タービン、および他の目的（例えばプロセス技術、換気装置）のコンプレッサにも使用してよい。
【００３１】
２つのセンサ２２、２４が、高圧コンプレッサ１４の第１ロータの上流で、共通軸平面に配置される。センサ２２、２４は、前記第１ロータの周方向において相互に離角して配置され、この実施形態では正確には互いに１８０°で配置される。ここに記載された例示的実施形態において、センサ２２、２４は圧電式圧力センサであり、それ自体公知のものである。その他の実施形態として、これらのセンサの代わりに流速センサを設けることもできる。
【００３２】
センサ２２、２４からの出力信号ｓ_１、ｓ_２は、必要な追加回路を有するデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）の形態の制御ユニット２６に供給される。アナログ／デジタル変換器２８、３０が、アナログ・センサ出力信号ｓ_１、ｓ_２を約１ｋＨｚから２ｋＨｚのサンプリング周波数のデジタル測定信号ｐ_１、ｐ_２に変換する。
【００３３】
測定信号ｐ_１、ｐ_２は、以下でさらに詳細に説明する方法で、サージング限界警告判定モジュール３２によって処理される。臨界状態に近づくと、サージング限界警告判定モジュール３２がサージング限界警告Ｗを干渉モジュール３４へと発し、これ自体が、いくつかの制御信号ｃ_１、ｃ_２、ｃ_ｘによってガス・タービン１０の運転パラメータを変更することによりガス・タービン１０の運転状態が安定し、したがってサージングが回避される。この実施形態では、特に、放風弁（図１には図示せず）を起動する第１制御信号ｃ_１、燃料供給を短時間だけ減少させる第２制御信号ｃ_２、および例えばスラスト・ノズルまたは案内翼などを調節するさらなる制御信号ｃ_ｘがあり、これらは公知のものである。
【００３４】
この実施形態では、サージング限界警告判定モジュール３２および干渉モジュール３４は、制御ユニット２６を形成するデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）のプログラム・モジュールの形態である。また、その他の実施形態として、これらのモジュールは、アナログまたはデジタル回路でも実装することができる。本発明による評価方法は、比較的少ない計算能力しか必要としないので、制御ユニット２６にあるデジタル信号プロセッサは、特にガス・タービン１０の制御に関連可能な他の作業を実行することができる。
【００３５】
図２のデータ・フローチャートは、サージング限界警告判定モジュール３２の機能をさらに詳細に示すものである。第１に、処理ステップ４０および４２で、対応する信号ｐ〜_１またはｐ〜_２が２つの測定信号ｐ_１およびｐ_２からそれぞれ形成される。この実施形態では、測定信号ｐ_１およびｐ_２のスライディング平均値ｐ￣_１またはｐ￣_２が、この目的のため、測定信号ｐ_１およびｐ_２で決定される変動よりはるかに長い（例えば１０〜１００倍長い）時間ウィンドウ中に計算される。平均値信号ｐ￣_１およびｐ￣_２を、個々の測定信号ｐ_１またはｐ_２から引く。その結果、測定信号ｐ〜_１およびｐ〜_２になり、これはそれぞれ式ｐ〜_１＝ｐ_１−ｐ￣_１およびｐ〜_２＝ｐ_２−ｐ￣_２に従い平均値が除去されている。
【００３６】
図３は、平均値が除去されている２つの測定信号ｐ〜_１およびｐ〜_２のプロフィルの例を示す。これらの信号は、非常に周期的な信号レベルの変化（測定信号ｐ〜_１の最大差は、図３に示すように、コンプレッサが約０．６回転した時間オフセットｔ_１で生じる）を有することが明白である。さらに、コンプレッサの約１回転の時間オフセットｔ_２で相互に比較した場合に、２つの測定信号ｐ〜_１とｐ〜_２の間に大きな相関関係を見ることができる。図３の３本の傾斜した点線は、３つの信号の極大値に関する相関を示す。
【００３７】
図２に戻り、周期性値Ｗ_１を演算ステップ４４で決定し、これは平均値が除去されている測定信号ｐ〜_１の周期的信号レベル変化の発生の尺度を示す。その他の実施形態として、前記周期性値Ｗ_１は、平均値を除去していない測定信号ｐ_１から、または測定信号ｐ_２またはｐ〜_２の一方から計算するか、２つの周期性値を、測定信号ｐ〜_１およびｐ〜_２（または測定値ｐ_１およびｐ_２）について決定することもできる。
【００３８】
周期性値Ｗ_１を計算するために、各ケースで測定信号ｐ〜_１の２つの測定ポイントの信号差の２乗の平均値を、各ケースで所定の時間オフセットｔ_１だけ異なると考えられる測定ポイントｐ〜_１（ｉ＋ｔ_１）およびｐ〜_１（ｉ）でＮ個の測定ポイントのスライディング時間ウィンドウ内で計算する。演算ステップ４４は下式のように表すことができる。
【００３９】
【数１】

【００４０】
測定信号ｐ〜_１の所与のプロフィルについて、周期性値Ｗ_１の絶対値は、特に時間オフセット値ｔ_１の選択によって決定される。周期性値Ｗ_１は、図３に示すように、時間オフセットｔ_１が信号周期の約半分と等しい場合に最大になる。異なる実施形態では、時間オフセットｔ_１は事前に（特定のコンプレッサのタイプについて）固定するか、コンプレッサの運転パラメータ（例えば瞬間的回転速度）によって決定される。
【００４１】
図２の演算ステップ４６は、測定信号ｐ〜_１およびｐ〜_２からの相関値Ｗ_２の決定に関するものである。相関値Ｗ_２は、第２時間オフセットｔ_２を考慮に入れて、２つの測定信号ｐ〜_１およびｐ〜_２にどの程度の相関関係があるかを示す。この計算によって、回転擾乱を個々に識別することができる。このケースにおいても、その他の実施形態として、平均値が除去されている測定信号ｐ〜_１およびｐ〜_２ではなく、元の測定信号ｐ_１およびｐ_２を使用することができる。
【００４２】
相関値Ｗ_２の計算では、各ケースで第１測定信号ｐ〜_１の１つの測定ポイント、および第２測定信号ｐ〜_２の１つの測定ポイントから得た積の平均値を、ウィンドウ幅Ｎでスライディング時間ウィンドウ内で計算する。各ケースで２つの積算した測定ポイントｐ〜_１（ｉ＋ｔ_２）およびｐ〜_２（ｉ）は、時間オフセットｔ_２だけ異なる。この演算ステップ４６は下式のように表すことができる。
【００４３】
【数２】

【００４４】
第１時間オフセットｔ_１と同様の方法で、第２時間オフセットｔ_２は、任意選択で固定しても変動可能であってもよい。本明細書に記載された実施形態では、ウィンドウ幅Ｎは、２つの演算ステップ４４、４６で等しいが、その他の実施形態として、異なる（固定または変動可能な）ウィンドウ幅を設けることもできる。
【００４５】
次の任意選択のステップ４８および５０では、周期性値Ｗ_１および相関値Ｗ_２を、コンプレッサの入口および／または出口圧力に関してスケール変換する。この目的で使用する圧力値は、さらなるセンサから生成するか、上述した平均値信号ｐ￣_１およびｐ￣_２から導出することができる。スケール変換プロセスの結果、スケール変換した周期性値Ｗ〜_１およびスケール変換した相関値Ｗ〜_２が得られ、これを次のステップ５２で相互に積算する。積Ｗ〜_１・Ｗ〜_２を、ステップ５４で閾値比較する。積Ｗ〜_１・Ｗ〜_２が所定の閾値を超えた場合は、サージング限界警告Ｗが開始され、干渉モジュール３４（図１）への入力信号として供給される。
【００４６】
スケール変換ステップ４８、５０は、絶対的に必須ではなく、実際、値Ｗ_１およびＷ_２をステップ５２で相互に積算してもよい。ステップ５４で使用する閾値は固定値でも変数でもよく、特に閾値の対応する変化によって、値Ｗ_１およびＷ_２のスケール変換の場合と同じ結果を得ることも可能である。さらなる他の実施形態では、ステップ５２で、例えば合計または２乗の合計など、積ではなく異なる関数を計算することもできる。
【００４７】
以上に記載された方法により、サージング限界に近い（優れた効率で）経済的効率に関連する運転区域で、コンプレッサをより安全に運転することができ、特に入口擾乱に関して、コンプレッサの擾乱許容範囲を改善することができる。
【００４８】
同様の方法で、コンプレッサのロータまたは図１に示したガス・タービン１０などのターボ機械のタービン区域１２、１４または１８、２０へのブレード損傷も、上述した方法によって警告（Ｗ）として表示することができ、例えば航空機のエンジンのようなターボ機械を停止することにより、さらなる悪い結果、および損傷した１つまたは複数のブレードの修理または交換を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】航空機エンジンの形態において、該航空機エンジンに接続された制御ユニットを有するガス・タービンの概略断面図を示す。
【図２】本願発明の実施形態の評価方法のデータ・フローチャートを示す。
【図３】平均値が除去された２つの測定信号の時間プロフィルの図の例を示す。

Claims

ターボコンプレッサ（１２、１４）のサージング限界警告（Ｗ）またはターボ機械のロータ（１２、１４）のブレード損傷の警告（Ｗ）を判定する方法で、
各ケースでターボコンプレッサまたはロータ（１２、１４）の周方向に相互に離角して配置された少なくとも２つの圧力、流速または温度センサ（２２、２４）のうち１つの出力信号（ｓ_１、ｓ_２）に対応する少なくとも２つの測定信号（ｐ_１、ｐ_２；ｐ〜_１、ｐ〜_２）を決定するステップと、
測定信号（ｐ_１、ｐ_２；ｐ〜_１、ｐ〜_２）のうち少なくとも１つから、所定の第１時間オフセット（ｔ_１）で少なくとも１つの測定信号（ｐ_１、ｐ_２；ｐ〜_１、ｐ〜_２）に周期的信号レベル変化の発生の尺度を示す周期性値（Ｗ_１；Ｗ〜_１）を計算するステップと、
少なくとも２つの測定信号（ｐ_１、ｐ_２；ｐ〜_１、ｐ〜_２）から、所定の第２時間オフセット（ｔ_２）について少なくとも２つの測定信号（ｐ_１、ｐ_２；ｐ〜_１、ｐ〜_２）の相互に対する類似性の尺度を示す相関値（Ｗ_２；Ｗ〜_２）を計算するステップと、
周期性値（Ｗ_１；Ｗ〜_１）および相関値（Ｗ_２；Ｗ〜_２）から警告（Ｗ）を判定するステップとを有する方法。
周期性値（Ｗ_１；Ｗ〜_１）と相関値（Ｗ_２；Ｗ〜_２）との積が所定の閾値を超えた場合に、警告（Ｗ）を発生する、請求項１に記載の方法。
測定信号（ｐ_１、ｐ_２）のうち少なくとも１つが、平均値を除去した測定信号（ｐ〜_１、ｐ〜_２）である、請求項１または２に記載の方法。
周期性値（Ｗ_１、Ｗ〜_１）が、所定のウィンドウ幅（Ｎ）のスライディング時間ウィンドウにて、測定信号（ｐ_１、ｐ_２；ｐ〜_１、ｐ〜_２）のうち少なくとも１つから計算される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
周期性値（Ｗ_１；Ｗ〜_１）が、各々、測定信号（ｐ_１、ｐ_２；ｐ〜_１、ｐ〜_２）のうちの１つの、第１時間オフセット（ｔ_１）だけ相互にずれた２つの測定ポイント間の２乗誤差の、場合によってはスケール変換した平均値として計算される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
スケール変換されていない周期性値（Ｗ_１）が、周期性値（Ｗ_１；Ｗ〜_１）を計算するために、下式の１つに従い決定され、

ここでｐ_１は、平均値が除去されていない評価済みの測定信号であり、ｐ〜_１は、平均値が除去されている評価済みの測定信号であり、Ｎは、スライディング評価時間ウィンドウのウィンドウ幅であり、ｔ_１は第１時間オフセットである、請求項４および５に記載の方法。
相関値（Ｗ_２；Ｗ〜_２）が、所定のウィンドウ幅（Ｎ）のスライディング時間ウィンドウにおいて、少なくとも２つの測定信号（ｐ_１、ｐ_２；ｐ〜_１、ｐ〜_２）から計算される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
相関値（Ｗ_２；Ｗ〜_２）が、各々、２つの異なる測定信号（ｐ_１、ｐ_２；ｐ〜_１、ｐ〜_２）の、第２時間オフセット（ｔ_２）だけ相互にずれた２つの測定ポイント積の、場合によってはスケール変換した平均値として計算される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
スケール変換されていない相関値（Ｗ_２）が、相関値（Ｗ_２；Ｗ〜_２）を計算するために、下式の１つに従い決定され、

ここでｐ_１は、平均値が除去されていない第１評価済み測定信号であり、ｐ〜_１は、平均値が除去されている第１評価済み測定信号であり、ｐ_２は平均値が除去されていない第２評価済み測定信号であり、ｐ〜_２は、平均値が除去されている第２評価済み測定信号であり、Ｎは、スライディング評価時間ウィンドウのウィンドウ幅であり、ｔ_２は第２時間オフセットである、請求項７および８に記載の方法。
ガス・タービン（１０）の運転方法であって、
請求項１から９のいずれか一項に記載の方法によってサージング限界警告（Ｗ）を判定するステップと、
コンプレッサのサージングを回避するため、サージング限界警告（Ｗ）に反応してガス・タービン（１０）の少なくとも１つの運転パラメータを変更するステップとを有する方法。
制御ユニット（２６）、およびターボコンプレッサ（１２、１４）の周方向に相互に離角して配置された少なくとも２つの圧力、流速または温度センサ（２２、２４）を有し、制御ユニット（２６）が、サージング限界警告（Ｗ）を判定するために、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法のステップを実行するよう設計されたターボコンプレッサ（１２、１４）。
制御ユニット（２６）が、サージング限界警告判定モジュール（３２）および干渉モジュール（３４）を有し、サージング限界警告判定モジュール（３２）を使用してサージング限界警告（Ｗ）を判定し、干渉モジュール（３４）が、サージング限界警告（Ｗ）に反応して、コンプレッサのサージングを回避するために少なくとも１つの制御信号（ｃ_１、ｃ_２、ｃ_ｘ）を出力することにより、ガス・タービン（１０）の少なくとも１つの運転パラメータに影響を及ぼすよう設計される、請求項１１に記載のターボコンプレッサ（１２、１４）。
請求項１１または１２に記載のターボコンプレッサを有するガス・タービン。
ターボ機械（１０）の運転方法であって、
ロータのブレード損傷の場合に、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法によって警告（Ｗ）を判定するステップと、
修理または交換のために警告（Ｗ）を記録し、記憶するステップとを有する方法。
損傷の程度が、警告（Ｗ）の種類から推定される、請求項１４に記載の方法。