JP2014114806A5 - - Google Patents

Description

翼形部の健全性をモニタするためのシステム及び方法

開示内容の実施形態は一般的に、ロータブレード又は翼形部の健全性をモニタするためのシステム及び方法に関する。

ロータブレード又は翼形部は、多くの装置で重要な役割を演じている。いくつかの例を挙げれば、軸流式圧縮機、タービン、エンジン、ターボ機械などである。例えば、軸流式圧縮機には一連の段があり、各段は、ロータブレード又は翼形部の列と、それに続く静翼又は静止翼形部の列とを備えている。すなわち、各段は、一対のロータブレード又は翼形部と静止翼形部とを備えている。典型的には、ロータブレード又は翼形部によって、入口を通って軸流式圧縮機に入る流体の運動エネルギーが増加する。さらに、静翼又は静止翼形部によって一般的に、増加した流体の運動エネルギーが拡散を通して静圧に変換される。したがって、ロータブレード又は翼形部と静止翼形部とによって、流体の圧力が増加する。

さらに、ロータブレード又は翼形部と静止翼形部とを備える軸流式圧縮機の応用例は、多種多様である。軸流式圧縮機を、例えば、複数の装置で用いる場合がある。例えば、陸用ガスタービン、ジェットエンジン、高速船エンジン、小規模発電所などである。加えて、軸流式圧縮機には他の応用例がある場合がある。例えば、大規模空気分離装置、高炉空気、流動接触分解空気、プロパン脱水素などである。

翼形部は、翼形部の健全性に影響する極端かつ変動する動作条件、例えば、高速、圧力及び温度の下で長期間動作する。極端かつ変動する動作条件に加えて、他の特定の因子によって、翼形部の疲労及び応力を招くこともある。そのような因子としては、例えば、遠心力を含む慣性力、圧力、翼形部の共振周波数、翼形部内の振動、振動応力、温度応力、翼形部の再着座、ガスその他の流体の負荷などが挙げられる場合がある。応力及び疲労の長期的増加がある時間に渡って起こると、欠陥及び割れが翼形部内に生じる。割れの１以上が時間とともに広がって、翼形部又は翼形部の一部が遊離する場合がある。翼形部の遊離は、翼形部を備える装置にとって危険な場合があり、そのため、莫大な金銭的損失に至る場合がある。加えて、装置の付近にいる人達にとって安全ではない場合がある。

したがって、翼形部の健全性をリアルタイムで予測し得るシステム及び方法を開発することは非常に望ましい。より詳細には、割れ又は破砕をリアルタイムで検出及び予測し得るシステム及び方法を開発することは望ましい。

簡潔に述べると、本技術の一態様では、方法を提供する。本方法は、複数のブレードに対する実際の到着時間に基づいて複数のブレードに対する正規化Δ到着時間を決定するステップと、複数のブレードに対する正規化Δ到着時間から１以上の共通因子の影響を取り除くことによって複数のブレードの静的たわみを決定するステップとを含む。

一態様では、処理サブシステムを含むシステムを提供する。処理サブシステムは、複数のブレードに対する実際の到着時間に基づいて複数のブレードに対する正規化Δ到着時間を決定し、また複数のブレードに対する正規化Δ到着時間から１以上の共通因子の影響を取り除くことによって複数のブレードの静的たわみを生成する。

本システムの別の態様では、処理サブシステムを提供する。処理サブシステムは、複数ブレードに対する正規化Δ到着時間に基づいて複数のブレードに対する複数のモードを決定し、正規化Δ到着時間に基づいて複数のモードと複数のブレードとに対応する複数のブレード係数を決定し、複数のブレード係数のうち複数のモードの共通モードに対応する１以上のブレード係数を特定し、複数のブレード係数における１以上のブレード係数をゼロに等しくして再構成行列を生成し、正規化Δ到着時間と複数のモードとに基づいてブレードに対する静的たわみを決定する。

本発明の上記その他の特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明を、添付図面を参照して読むと理解を深めることができよう。図面の全体に渡って同様の文字は同様の部分を表す。

本システムの実施形態によるブレード健全性モニタリングシステムの典型的な概略図である。 本技術の実施形態による静的たわみを決定するための典型的な方法を表すフローチャートである。 本技術の実施形態による、図２で参照した正規化ΔＴＯＡを決定するための典型的な方法を表すフローチャートである。 本技術の一実施形態によるロバスト最小二乗法技術を用いて算出される実ＴＯＡの典型的なグラフ表示である。 本技術の実施形態による、図２で参照した複数のモード及び複数のブレード係数を決定するための典型的な方法を表すフローチャートである。 本技術の実施形態による、図２で参照した共通モードを決定するための典型的な方法を表すフローチャートである。 本技術の実施形態による、共通モードに対応する係数を特定するための２つのモードに対応する係数の典型的なグラフ表示である。 本技術の実施形態による、共通モードに対応する係数を特定するための２つのモードに対応する係数の典型的なグラフ表示である。 本技術の一実施形態による、正規化ΔＴＯＡ、共通モード又は共通モードに対応するブレード係数及び複数のブレードに対する静的たわみを表す信号のグラフ表示を、静的たわみの決定を説明するために示したものである。 ブレードの静的たわみを表す信号のグラフ表示を、ブレードの健全性のモニタリングを説明するために示したものである。

以下に詳細に説明するように、本システム及び技術の実施形態によって、１以上のブレード又は翼形部の健全性が評価される。より詳細には、本システム及び技術によって、ブレード又は翼形部の静的たわみが決定される。例えば、ブレードの静的たわみを用いてブレードの健全性をモニタしてもよい。以下、「翼形部」及び「ブレード」という用語は互換的に用いられる。静的たわみは、例えば、ブレードの予測又は原位置からのブレードの原位置又は予測位置の定常変化を示すのに用いることができる。

動作時には、ブレードの回転中に、ブレード内の１以上の割れ又は欠陥に起因して基準位置でのブレードの到着時間（ＴＯＡ）（以下、実ＴＯＡという）が予想ＴＯＡから変化する場合がある。したがって、ブレードのＴＯＡの変化を用いて、ブレードの静的たわみを決定することができる。本明細書で用いる「予想ＴＯＡ」という用語は、ブレード内に欠陥も割れも存在せずにブレードが理想的な状況で動作し、負荷状態が最適で、ブレード内の振動が最小であるときの基準位置でのブレードのＴＯＡをいう。

ブレードの割れ又は欠陥に加えて、実ＴＯＡは、１以上の共通因子の影響に起因して変化する場合もある。本明細書で用いる「共通因子」という用語は、装置内のブレードに共通する理由であって、ブレードに対する実ＴＯＡに影響（例えば、早着又は遅延）する理由をいう。共通因子としては、例えば、動作パラメータ、ブレードの再着座などが挙げられる。例えば、動作パラメータとしては、入口案内翼（ＩＧＶ）角度、負荷変化、ブレードの再着座、速度変化、温度、速度などが挙げられる。

本明細書で用いる「ブレードの再着座」という用語は、継手（例えば、ダブテール継手）内のブレードの原位置又は予想位置とは異なる位置にブレードがロックされることをいう。典型的に、ブレードはロータに、１以上の継手（例えばダブテール継手）を介して固定されている。ブレードを含む装置の起動中に、ブレードは、継手内のその原位置からシフトする場合があり、また継手内で、ブレードの原位置とは異なる位置にロックされる場合がある。例として、装置には、ガスタービン、圧縮機などが含まれていてもよい。ブレードの原位置とは異なる位置の継手内にブレードがロックされることを、ブレードの再着座という。ブレードの位置が変わることによって、ブレードの実ＴＯＡが変わる場合がある。

その結果、ブレードに対する実ＴＯＡに対応する共通因子及びブレード内の割れ又は欠陥の影響に起因して、ブレードの静的たわみは、正確又は精密な静的たわみから変化する。したがって、ブレードの健全性のモニタリング又はブレード内の割れ又は欠陥の決定に際しては、ブレードに対する実ＴＯＡに対する共通因子の影響を無効にすることが望ましい。本システム及び技術の特定の実施形態では、共通因子の影響を取り除いて、ブレードの静的たわみを決定する。

図１は、本システムの実施形態によるブレード健全性モニタリングシステム１０の概略図である。図１に示すように、システム１０は、１以上のブレード又は翼形部１２を備え、これらは、ブレードの静的たわみ１２を決定するためにシステム１０によってモニタされている。さらに、システム１０は、ブレードの静的たわみ１２に基づいてブレード１２の健全性を決定する。現在想定される構成で示すように、システム１０は１以上のセンサ１４、１６を備えている。各センサ１４、１６は、ブレード通過信号（ＢＰＳ）１８、２０をそれぞれ発生させる。これらは、基準点へのブレード１２の実際の到着時間（ＴＯＡ）を表す。一実施形態では、センサ１４、１６は、基準点への１以上のブレード１２の到着を検知して、ＢＰＳ１８、２０を発生させる。例えば、基準点は、センサ１４、１６の真下であってもよいし、或いはセンサ１４、１６に隣接していてもよい。一実施形態では、各ＢＰＳ１８及び２０は所定の時間サンプリング及び／又は測定され、ブレードの実ＴＯＡの決定に用いられる。例えば、実ＴＯＡは、時間単位又は度の単位で測定してもよい。

一実施形態では、センサ１４、１６は、１以上のブレード１２の前縁の到着を検知して、ＢＰＳ１８、２０を発生させてもよい。別の実施形態では、センサ１４、１６は、１以上のブレード１２の後縁の到着を検知して、ＢＰＳ１８、２０を発生させてもよい。さらに他の実施形態では、センサ１４は、１以上のブレード１２の前縁の到着を検知して、ＢＰＳ１８を発生させてもよく、センサ１６は、１以上のブレード１２の後縁の到着を検知してＢＰＳ２０を発生させてもよいし、その逆であってもよい。例えば、センサ１４、１６を、１以上のブレード１２に隣接して、静止物体上に、１以上のブレード１２の到着が効率的に検知され得るような位置に取り付けてもよい。一実施形態では、センサ１４、１６の少なくとも一方が、１以上のブレード１２のケーシング（図示せず）上に取り付けられている。非限定的な例として、センサ１４、１６は、磁気センサ、容量センサ、渦電流センサなどであってもよい。

現在想定される構成で例示するように、ＢＰＳ１８、２０は、処理サブシステム２２によって受信される。処理サブシステム２２は、ＢＰＳ１８、２０に基づいて１以上のブレード１２の実ＴＯＡを決定する。さらに、処理サブシステム２２は、１以上のブレード１２の実ＴＯＡに基づいて１以上のブレード１２の静的たわみを決定する。より詳細には、処理サブシステム２２は、１以上のブレード１２の実ＴＯＡを処理することによってブレード１２の１以上の静的たわみを決定するように構成されている。ブレード１２の実ＴＯＡは、１以上の共通因子に起因して影響を受ける場合がある。本明細書で用いる「共通因子」という用語は、装置内のすべてのブレードに共通する理由であって、ブレードに対する実ＴＯＡに影響（例えば、早着又は遅延）する理由をいう。共通因子としては、例えば、動作パラメータ、ブレードの再着座などが挙げられる。

ブレードの静的たわみ１２を、共通因子の影響を取り除かずにこのような実ＴＯＡに基づいて決定した場合には、たとえブレード１２内に割れ又は欠陥が存在していなくても、このような静的たわみがブレード１２の１以上における割れを誤って示唆することがある。したがって、現在想定される技術では、処理サブシステム２２は、例えば、ブレード１２に対する実ＴＯＡから共通因子の影響を取り除くことによってブレードの静的たわみ１２を決定する。一実施形態では、例えば、処理サブシステム２２は、ブレード１２に対する実ＴＯＡに基づいて決定される正規化ΔＴＯＡから共通因子の影響を取り除くことによってブレード１２に対する静的たわみを決定することができる。例えば、主成分分析技術、特異値分解技術、独立成分分析技術又はそれらの組合せを含む技術を適用することによって共通因子の影響を取り除いてもよい。本明細書で用いる「正規化ΔＴＯＡ」という用語は、複数のブレードにおけるあるブレードの実ＴＯＡに対する数値であって、複数のブレードに対する実ＴＯＡと、ブレード間隔パラメータとに基づいて決定される数値をいう。正規化ΔＴＯＡとブレード間隔パラメータとの決定について、図２及び図３を参照して詳細に説明する。

一実施形態では、処理サブシステム２２は、ブレード１２に対する静的たわみを、主成分分析技術（ＰＣＡ）を実ＴＯＡ又は正規化ΔＴＯＡに適用することによって決定する。したがって、処理サブシステム２２は、主成分分析技術を実ＴＯＡに適用することによって、実ＴＯＡから共通因子の影響を取り除いてもよい。一実施形態では、処理サブシステムは、主成分分析技術、特異値分解技術、独立成分分析技術又はそれらの組合せを含む技術を用いて実ＴＯＡから共通因子の影響を取り除く。静的たわみの決定について、図２〜図６を参照してさらに詳しく説明する。一実施形態では、処理サブシステム２２は、データリポジトリ２４を有していてもよい。データリポジトリ２４は、データ、例えば静的たわみ、動的たわみ、ＴＯＡ、ΔＴＯＡ、任意の中間データなどを記憶する。

なお、現在想定される構成では、共通因子（例えば動作パラメータ）の影響は、共通因子（例えば動作パラメータ、ブレードの再着座など）に関係する任意のデータに依拠せずに、実ＴＯＡから除去される。したがって、現在想定される技術では、外部装置（例えばオンサイトのモニタリング装置その他の装置）からのデータは、実ＴＯＡ又は正規化ΔＴＯＡから共通因子の影響を除去するのに必要とされない。動作パラメータとしては、例えば、入口案内翼（ＩＧＶ）角度、負荷変化、ブレードの再着座、速度変化、温度、速度などが挙げられる。

次に、図２を参照すると、本技術の実施形態により複数のブレードの静的たわみを決定するための典型的な方法２００を表すフローチャートが示してある。複数のブレードは、例えば、ブレード１２（図１参照）であってもよい。以下、理解を促すため、ブレード１２を参照して静的たわみの決定について説明する。ステップ２０２において、ブレード１２に対するブレード通過信号（ＢＰＳ）を、処理サブシステム、例えば処理サブシステム２２（図１参照）で受信してもよい。図１を参照して既に説明したように、ＢＰＳは、センサ、例えばセンサ１４、１６（図１参照）によって発生させてもよい。ＢＰＳは、例えば、ＢＰＳ１８、２０（図１参照）であってもよい。

さらに、ステップ２０４において、ブレード１２の実際の到着時間（ＴＯＡ）２０６を処理サブシステムによって決定する。処理サブシステムは、ＢＰＳのサンプリングによって実ＴＯＡを決定する。特に、処理サブシステムは、ブレードに対するＢＰＳを用いて、ブレードに対する１以上の実ＴＯＡを決定する。ステップ２０８において、ブレード１２に対する正規化ΔＴＯＡ２１０を決定してもよい。本明細書で用いる「正規化ΔＴＯＡ」という用語は、複数のブレード内のブレードの実ＴＯＡに対応する数値であって、複数のブレードに対する実ＴＯＡとブレード間隔パラメータとに基づいて決定される数値をいう。正規化ΔＴＯＡ２１０は、例えば、処理サブシステムによって決定してもよい。一実施形態では、正規化ΔＴＯＡ２１０は、ロバスト最小二乗法技術又は加重最小二乗法技術を実ＴＯＡ２０６に適用することによって決定される。ロバスト最小二乗法技術を用いて正規化ΔＴＯＡ２１０を決定すると、明確な正規化ステップがなくなる。ロバスト最小二乗法技術を用いて正規化ΔＴＯＡを決定すると、１以上の異常値実ＴＯＡ（１以上の異常値実ＴＯＡが存在するとき）例えば割れたブレードの実ＴＯＡに対する極端な感度が小さくなる。一実施形態では、ロバスト最小二乗法技術を用いて正規化ΔＴＯＡ２１０を決定することによって、負荷データに依拠せずに、負荷の影響に対して正規化された正規化ΔＴＯＡが得られる。正規化ΔＴＯＡの決定について、図３及び図４を参照してさらに詳しく説明する。ステップ２１２において、モード行列Ｍ又は複数のモード２１４を決定してもよい。さらに、ステップ２１２において、係数行列Ｕ又は複数のモード２１４に対応する複数のブレード係数２１５を決定してもよい。モード行列Ｍ２１４及び係数行列Ｕ２１５は、例えば、主成分分析技術を正規化ΔＴＯＡ２１０に適用することによって決定される。なお、現在想定される技術は、主成分分析技術を用いて静的たわみ及び／又はモード行列を決定するための一実施形態について説明しているが、他の技術、例えば、特異値分解技術、独立成分分析技術又はそれらの組合せを用いてもよい。特に、モード行列Ｍ２１４を、例えば、正規化ΔＴＯＡ２１０に基づいて決定してもよく、また固有ベクトル行列Ｖを、正規化ΔＴＯＡ２１０に基づいて決定してもよい。固有ベクトル行列Ｖの決定について、図５を参照してさらに詳しく説明する。モード行列Ｍ２１４は、ブレード１２に対する複数のモード２１４を表す。一実施形態では、モード行列Ｍ２１４内の各行が、複数のモード２１４におけるモードを表す。別の実施形態では、モード行列Ｍ２１４内の各列が、複数のモード２１４におけるモードを表す。一実施形態では、複数のモード２１４又はモード行列Ｍを、以下の等式を用いて決定してもよい。

Ｍ＝Ｘ×Ｖ （１）
式中、Ｍはモード行列であり、Ｘは正規化ΔＴＯＡの行列であり、Ｖは固有ベクトル行列である。

さらに、ステップ２１２において、複数のブレード係数又は係数行列Ｕ２１５を決定してもよい。係数行列Ｕ２１５は、例えば、固有ベクトル行列Ｖに基づいて決定することができる。係数行列Ｕ２１５は、複数のモード２１４に対応するブレード１２のブレード係数を表す。一実施形態では、モード行列Ｍ２１４内の行が複数のモード２１４を表すとき、係数行列Ｕ２１５内の列が、複数のモード２１４に対応するブレード１２のブレード係数を表すが、その逆であってもよい。例えば、係数行列Ｕ２１５内の行が、モード行列２１５内の列によって示されるモードに対応するブレード係数を表すこともあり、その逆であってもよい。例えば、係数行列Ｕの第１行が、モードに対応するブレード１２のブレード係数を表す場合がある。モードは、モード行列Ｍ２１４内の第１列によって示される。図７（ａ）及び図７（ｂ）はそれぞれ係数行列Ｕの２つの行の典型的なグラフ表示を示す。

さらに、ステップ２１６において、複数のモード２１４の共通モードに対応する係数行列Ｕ２１５内のブレード係数を決定する。本明細書で用いる「共通モード」という用語は、複数のブレードのブレード係数に対応するモードをいう。ブレード係数はある範囲に含まれる。一実施形態では、モードに対応するブレードのブレード係数に基づいて範囲をリアルタイムで決定する。別の実施形態では、共通モード選択閾値に基づいて範囲を決定する。別の実施形態では、例えば、対応する共通モード選択閾値に基づいて、共通モードに対応する係数行列Ｕ２１５内のブレード係数を特定する。本技術の一実施形態による共通モードに対応するブレード係数の特定及び共通モード選択閾値の決定について図６、図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照してさらに詳しく説明する。

さらに、ステップ２１８において、係数行列Ｕ２１５内の共通モードに対応するブレード係数をゼロに等しくすることによって再構成行列Ｕ ₁ を生成させる。その後、ステップ２２０において、再構成行列Ｕ₁ 及びモード行列Ｍを用いてブレード１２に対する静的たわみ２２２を決定する。静的たわみは、例えば以下の等式（２）を用いて決定することができる。

Ｙ＝Ｍ×Ｕ ₁ （２）
式中、Ｙは静的たわみを表し、Ｍはモード行列を表し、Ｕ₁は再構成行列を表す。その後、ステップ２２４において、静的たわみ２２２に基づいてブレード１２の健全性を分析してもよい。一実施形態では、ブレード１２の１以上に対する静的たわみ２２２の１以上が所定の閾値を超えるとき、ブレード１２の１以上における障害、欠陥又は割れを認定してもよい。なお、一実施形態では、モード行列Ｍ２１４を再構成行列Ｕ₁に乗じることによって、静的たわみ２２２の共通モードの影響が除去される。特に、モード行列Ｍと再構成行列とを乗じることによって、正規化ΔＴＯＡ２１０から共通因子の影響を除去して、ブレード１２の静的たわみ２２が決定される。

次に、図３を参照すると、本技術の実施形態により、ブレード１２に対する正規化ΔＴＯＡ２１０を決定するための典型的な方法３００を表すフローチャートが示してある。一実施形態では、図２におけるステップ２０８を図３でさらに詳しく説明する。前述したように、符号２０６は、ブレード１２に対する実際の到着時間（ＴＯＡ）を表す。ステップ３０２において、ラインを、ロバスト最小二乗法技術を用いて実ＴＯＡ２０６上にフィッティングしてもよい。図４に、ロバスト最小二乗法技術を用いた実ＴＯＡ上へのラインの典型的なフィッティングを示す。

ステップ３０４において、ブレード間間隔パラメータ及び負荷パラメータを決定してもよい。実ＴＯＡ２０６上にフィッティングされたラインを用いて、ブレード間間隔パラメータと負荷パラメータとを求めることができる。ブレード間間隔パラメータと負荷パラメータとの典型的な決定について、図４を参照して説明する。ステップ３０６において、ブレード間間隔パラメータ、実ＴＯＡ２０６及び負荷パラメータに基づいて、ブレード１２の１以上に対する正規化ΔＴＯＡ２１０を決定することができる。特に、対応する実際の到着時間（ＴＯＡ）、対応するブレード間間隔パラメータ及び負荷パラメータに基づいて、ブレードに対する正規化ΔＴＯＡを決定することができる。一実施形態では、以下の等式（３）を用いて、正規化ΔＴＯＡを決定することができる。

Ｎｏｒｍ．Δθ _j （ｋ）＝θ _A （ｋ）−［λ（ｋ）（ｊ−１）＋ζ（ｋ）］ （３）
式中、Δθ_jは、ブレードｊに対する正規化ΔＴＯＡであり、θ _Aは、ブレードｊに対する実際の到着時間であり、ｊはブレードの識別番号であり、λはブレード間間隔パラメータであり、ζは負荷パラメータであり、ｋはタイムスタンプである。

次に、図４を参照して、本技術の一実施形態によりロバスト最小二乗法技術を用いてライン４０６上にフィッティングされた実ＴＯＡ４０１の典型的なグラフ表示４００を示す。図４に示すように、Ｘ軸４０２はブレードの識別番号を表し、Ｙ軸４０４は、ブレードに対する実際の到着時間（ＴＯＡ）を表す。実ＴＯＡは、例えば、実ＴＯＡ２０６であってもよい。現在想定される構成で示すように、ライン４０６を実ＴＯＡ４０１上に、ロバスト最小二乗法技術を用いてフィッティングする。さらに、図４に示すように、符号４０８はライン４０６の切片である。現在想定される構成では、切片４０８は、ブレードに対する負荷パラメータである。さらに、符号４１０は、ブレードに対するブレード間間隔パラメータである。

次に、図５を参照して、本技術の実施形態により、図２におけるモード又はモード行列２１４とブレード係数又は係数行列Ｕ２１５とを決定するための典型的な方法５００を表すフローチャートを示す。一実施形態では、図２におけるステップ２１２を図５でさらに詳しく説明する。図２を参照して既に説明したように、符号２１０は、ブレード１２に対する正規化ΔＴＯＡを表す。一実施形態では、ステップ５０２において、正規化ΔＴＯＡ２１０を用いて、正規化ΔＴＯＡ行列Ｘを決定してもよい。ステップ５０４において、正規化ΔＴＯＡ行列Ｘの共分散を決定して、共分散行列を生成してもよい。さらに、ステップ５０６において、固有ベクトル行列Ｖを共分散行列に対して決定する。

ステップ５０８において、正規化ΔＴＯＡ行列Ｘと固有ベクトル行列Ｖとに基づいて、モード行列Ｍ２１４を決定する。一実施形態では、行列Ｘと固有ベクトル行列Ｖとを乗じることによってモード行列Ｍを決定する。モード行列Ｍ２１４が決定される結果、複数のモード２１４が決定される。特に、モード行列２１４内の各列は、複数のモード２１４におけるモードを表す。さらに、ステップ５１０において、固有ベクトル行列Ｖに基づいて係数行列Ｕ２１５を決定する。係数行列Ｕ２１５は、例えば、固有ベクトル行列Ｖの逆行列である。なお、現在想定される構成では、係数行列Ｕ２１５は、複数のモード２１４に対応する複数のブレード係数２１５を表す。特に、係数行列Ｕ２１５内の各行又は各列のいずれかが、複数のモード２１４におけるモードに対応するブレード係数を表す。なお、現在想定される構成では、複数のモード２１４と複数の係数２１５とを、正規化ΔＴＯＡ２１０を行列として表現及び使用することによって決定するが、ある実施形態では、正規化ΔＴＯＡ２１０の他の表現を用いて、複数のモード２１４と複数の係数２１５とを決定してもよい。

次に、図６を参照すると、本技術の実施形態により、モード２１４の共通モードに対応するブレード係数を決定するための典型的な方法６００を表すフローチャートが示してあ。一実施形態では、図２におけるステップ２１６を図６でさらに詳しく説明する。ステップ６０２において、１以上の共通モード選択閾値を決定してもよい。本明細書で用いる「共通モード選択閾値」という用語は、モードが共通モードであるか否かを判定するために、モードに対応するブレード係数に基づいて決定される数値をいう。一実施形態では、１以上の共通モード選択閾値は、モードに対応するブレード係数の標準偏差又は中央値を計算することによって決定することができる。

共通モード選択閾値を決定した後に、ステップ６０４において、複数のブレード係数２１５の共通モードに対応するブレード係数を特定してもよい。共通モードに対応するブレード係数は、例えば、共通モード選択閾値を用いて特定することができる。図７（ａ）及び図７（ｂ）に、共通モードに対応するブレード係数を特定することを説明するための複数のブレード係数の典型的なグラフ表示７００を示す。特に、本技術の一実施形態により、図６におけるステップ６０２及び６０４を図７（ａ）及び７（ｂ）を用いてさらに詳しく説明する。現在想定される構成では、バープロット７０２は、モードＡに対応するブレード係数を表し、バープロット７０４は、モードＢに対応するブレード係数を表す。一実施形態では、モードＡに対応するブレード係数７０２及びモードＢに対応するブレード係数７０４は、複数のブレード係数２１５（図２及び図５参照）であってもよい。特に、モードＡに対応するブレード係数は、複数のブレード係数又は係数行列２１５内の行であってもよく、モードＢに対応するブレード係数７０４は、複数のブレード係数又は係数行列２１５内の別の行であってもよい（図２参照）。

図７（ａ）及び図７（ｂ）のそれぞれにおいて、Ｘ軸７０６は３４個のブレードのブレード番号を表し、Ｙ軸７０８は、対応するモード７０２、７０４における３４個のブレードのブレード係数を表す。したがって、現在想定される構成では、バープロット７０２において、Ｘ軸７０６は３４個のブレードのブレード番号を表し、Ｙ軸７０８は、モードＡに対応する３４個のブレードのブレード係数を表す。同様に、バープロット７０４において、Ｘ軸７０６は３４個のブレードのブレード番号を表し、Ｙ軸７０８は、モードＢに対応する３４個のブレードのブレード係数を表す。例えば、バープロット７０２におけるバー７１０は、モードＡに対応する第１のブレードのブレード係数を表す。

一実施形態では、共通モードに対応するブレード係数を、１以上の共通モード選択閾値に基づいて特定する。現在想定される構成では、モードＡ７０２に対応する３４個のブレードのブレード係数には、２つの共通モード選択閾値７１２、７１４がある。さらに、モードＢに対応するブレード係数７０４には、２つの共通モード選択閾値７１６、７１８がある。一実施形態では、共通モード選択閾値７１２、７１４は、例えば、モードＡに対応する３４個のブレードのブレード係数の標準偏差又は中央値を計算することによって決定される。同様に、共通モード選択閾値７１６、７１８は、モードＢに対応する３４個のブレードのブレード係数の標準偏差又は中央値を計算することによって決定される。

さらに、一実施形態では、モードに対応するブレード係数を、対応する１以上の共通モード選択閾値と対比することによって、共通モードに対応するブレード係数を特定する。したがって、共通モードに対応するブレード係数を決定するために、モードＡに対応するブレード係数７０２を共通モード選択閾値７１２、７１４と対比する。同様に、モードＢに対応するブレード係数７０４を、対応する共通モード選択閾値７１６、７１８と対比する。

図７（ａ）に示すように、モードＡにおける３４個のブレードのブレード係数は、共通モード選択閾値７１２、７１４を超えていない。したがって、モードＡに対応する各ブレード係数７０２は、共通モードに対応するブレード係数として特定される。すなわち、モードＡは共通モードであると認定できる。モードＡは共通モードであるので、モードＡ７０２に対応する３４個のブレードのブレード係数をゼロに等しくして、再構成行列（例えば、図２におけるステップ２１８において参照される再構成行列Ｕ₁）内の行又は列を生成する。しかし、図７（ｂ）では、モードＢに対応する１７番目のブレードのブレード係数７２０が、対応する共通モード選択閾値７１８を超えている。したがって、一実施形態では、モードＢは共通モードではないと認定できる。一実施形態では、モードＢは共通モードではないと認定した場合、モードＢ７０４に対応する３４個のブレードのブレード係数を保持して、ゼロには等しくしない。したがって、このような実施形態では、モードＢに対応するブレード係数７０４は、図２におけるステップ２１８において参照される再構成行列Ｕ₁内の行又は列を形成する。別の実施形態では、モードＢ７２０に対応する１７番目のブレード以外のすべてのブレードのブレード係数７０４を、ゼロに等しくしてもよい。したがって、この実施形態では、ブレード係数７２０を維持して、再構成行列Ｕ₁内の行又は列を生成する。

図８は、本技術の一実施形態により、複数のブレードの静的たわみを表す信号、正規化ΔＴＯＡを表す信号、共通モードを表す信号のグラフ表示である。図８に示すように、グラフ８０２は、３０個のブレードに対する正規化ΔＴＯＡを表す信号８０１のグラフ表示である。グラフ８０２におけるＸ軸８０４はタイムスタンプを表し、グラフ８０２におけるＹ軸８０６は、正規化ΔＴＯＡを表す。グラフ８０２に示す各ライン８０１は、正規化ΔＴＯＡを表す信号を表す。グラフ８０２は、３０個のブレードに対する正規化ΔＴＯＡを表す信号を、複数のタイムスタンプにおいて示している。グラフ８０２における正規化ΔＴＯＡ８０１は、例えば、正規化ΔＴＯＡ２１０（図２及び図３参照）であってもよい。

一実施形態では、グラフ８０２における正規化ΔＴＯＡ８０１を表す信号を処理して、グラフ８０８に示す複数のモードの共通モード８１０、８１２を表す信号を特定する。共通モード８１０、８１２を表す信号は、例えば、図２〜図７を参照して説明した技術を用いて特定してもよい。ステップ２１８及び２２０において既に説明したように、正規化ΔＴＯＡから共通モードの影響を取り除くことによって複数のブレードに対する静的たわみを決定する。現在想定される構成では、共通モード８１０、８１２を表す信号の影響を、正規化ΔＴＯＡ８０１を表す各信号から除去して、グラフ８１６に示す静的たわみ８１４を表す信号を発生させる。共通モード８１０、８１２を表す信号の影響を除去することによって、正規化ΔＴＯＡ８０１を表す信号から共通因子の影響が除去されて、信号８１４が生成される。共通モード８１０、８１２を表す信号の影響の除去は、例えば、図２のステップ２１８を参照して説明した技術を用いることによって行ってもよい。現在想定される構成では、静的たわみ８１４を表す信号は、３０個のブレード内のどんな欠陥及び障害も示してはいない。現在想定される構成では、静的たわみ８１４を表す信号は、どんな欠陥も示してはいない。なぜならば、３０個のブレードすべてに対する信号８１４が同様の傾向に従っているからである。典型的な目的に対して、図９に、３０個のブレードの組に対する静的たわみ９０２を表す信号のグラフ表示を示して、３０個のブレードのうちの１つにおける欠陥を示す。図９において、各ラインは、３０個のブレードにおけるブレードに対する静的たわみを表す信号を表す。現在想定される構成で示すように、３０個のブレードは、ブレード（以下、ブレードＡという）に対する信号９０４以外は、それぞれ同様の傾向に従っている。言い換えれば、ブレードＡに対する静的たわみ９０４を表す信号は、残りの２９個のブレードに対する静的たわみを表す信号と比べて、固有の傾向を示している。ブレードＡに対する静的たわみ９０４を表す信号をさらに抽出及び処理して、欠陥又は割れがブレードＡ内に存在するか否かを判定してもよい。図２を参照して既に説明したように、ブレードに対する静的たわみを、対応する静的たわみ閾値と対比することによってブレード内の割れ又は欠陥を決定してもよい。

本技術の実施形態によって、ブレードの静的たわみがリアルタイムで決定される。ブレードの静的たわみを、例えば、ブレード内の障害又は欠陥を検出する際に用いてもよい。加えて、本技術では、実ＴＯＡ又は正規化ΔＴＯＡから共通因子の影響を差し引いて、静的たわみを決定する。なお、本システム及び技術では、共通因子に関する任意のデータ（例えば、動作パラメータ）に依拠せずに、ブレードに対する共通因子の影響を取り除くことによって静的たわみを決定する。本技術によって、静的たわみが、人が介入することなく自動化方式で及びリアルタイムで決定される。ブレードの静的たわみを用いてブレードの健全性を決定する。例えば、静的たわみを用いて、ブレード内の割れ、曲げその他の障害をリアルタイムで特定してもよい。

当然のことながら、必ずしも前述したこのような目的又は利点のすべてが、任意の特定の実施形態により実現されるわけではない場合がある。したがって、例えば、当業者であれば分かるように、本明細書で説明したシステム及び技術の具体化又は実施を、本明細書で教示した１つの優位点又は優位点の群を達成又は最適化するように行うことを、本明細書で教示又は示唆される場合がある他の目的又は優位点を必ずしも実現することなく、実行してもよい。

本発明を限られた数の実施形態に関してのみ詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことが容易に理解されるはずである。むしろ、これまで説明してはいないが本発明の趣旨及び範囲に見合う任意の数の変形、変更、置換又は均等な配置を取り入れるように、本発明を変更することができる。さらに加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様には、説明した実施形態の一部のみが含まれる場合があることを理解されたい。したがって本発明は、前述の説明によって限定されると考えるべきではなく、添付の請求項の範囲のみによって限定される。

Claims (18)

1. 複数のブレードに対応する規格化デルタ到着時間を、前記複数のブレードに対応する実際の到着時間に基づいて決定するステップと、
   前記複数のブレードの静的たわみを、１または複数の共通因子の影響を前記複数のブレードに対応する前記規格化デルタ到着時間から取り除くことによって決定するステップと、
   を含み、
   前記複数のブレードの前記静的たわみを決定するステップが、
   複数のモードと複数のブレード係数とを、前記規格化デルタ到着時間に基づいて決定するステップと、
   前記複数のブレード係数のうち前記複数のモードにおける共通モードに対応するブレード係数を、前記複数のブレード係数に基づいて特定するステップと、
   再構成行列を、前記共通モードに対応する前記ブレード係数をゼロに等しくすることによって生成するステップと、
   前記複数のブレードの前記静的たわみを、前記複数のモードと前記再構成行列とに基づいて決定するステップと、
   を含む、
   方法。
2. 前記規格化デルタ到着時間を決定するステップが、
   ブレード間間隔パラメータと負荷パラメータとを、前記実際の到着時間に基づいて決定するステップと、
   前記規格化デルタ到着時間を、前記実際の到着時間、前記ブレード間間隔パラメータ、および前記負荷パラメータに基づいて決定するステップと、
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数のブレードの前記静的たわみを決定するステップが、前記１または複数の共通因子の前記影響を、前記１または複数の共通因子に関するデータを用いることなく取り除くステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記複数のブレードの前記静的たわみを分析して前記複数のブレードの調子を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記規格化デルタ到着時間を決定するステップが、ロバスト最小二乗法技術、加重最小二乗法技術、またはそれらの組み合わせを前記実際の到着時間に適用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記複数のモードを決定するステップが、
   共分散行列を、前記規格化デルタ到着時間に基づいて決定するステップと、
   前記共分散行列に対する固有ベクトル行列を決定するステップと、
   前記複数のモードを、前記規格化デルタ到着時間と前記固有ベクトル行列とに基づいて決定するステップと、
   を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記複数のブレード係数を決定するステップが、前記固有ベクトル行列の逆行列を決定するステップを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記複数のブレード係数のうち前記共通モードに対応するブレード係数を特定するステップが、
   前記複数のモードにおけるモードに対応する個別のブレード係数に基づいて１または複数の共通モード選択閾値を決定するステップと、
   前記ブレード係数を、前記１または複数の共通モード選択閾値に基づいて特定するステップと、
   を含む、請求項１に記載の方法。
9. 複数のブレードに対応する規格化デルタ到着時間を、前記複数のブレードに対応する実際の到着時間に基づいて決定し、
   前記複数のブレードの静的たわみを、１または複数の共通因子の影響を前記複数のブレードに対応する前記規格化デルタ到着時間から取り除くことによって生成する、
   処理サブシステムを含み、
   前記生成は、
   複数のモードと複数のブレード係数とを、前記規格化デルタ到着時間に基づいて決定し、
   前記複数のブレード係数のうち前記複数のモードにおける共通モードに対応するブレード係数を、前記複数のブレード係数に基づいて特定し、
   再構成行列を、前記共通モードに対応する前記ブレード係数をゼロに等しくすることによって生成し、
   前記複数のブレードの前記静的たわみを、前記複数のモードと前記再構成行列とに基づいて決定する
   ことにより、生成される、
   システム。
10. 前記処理サブシステムは、前記規格化デルタ到着時間を、最小二乗法技術、ロバスト最小二乗法技術、加重最小二乗法技術、またはそれらの組み合わせを前記実際の到着時間に適用することによって決定する、請求項９に記載のシステム。
11. 前記１または複数の共通因子には、動作パラメータ、前記複数のブレードの再設置、またはそれらの組み合わせが含まれる、請求項９に記載のシステム。
12. 前記処理サブシステムは、前記１または複数の共通因子の前記影響を、前記１または複数の共通因子に関するデータを用いずに取り除く、請求項９に記載のシステム。
13. 前記処理サブシステムと動作通信状態にある複数の検知装置をさらに備え、前記複数の検知装置は、前記複数のブレードの前記実際の到着時間を表わすブレード通過信号を発生させる、請求項９に記載のシステム。
14. 前記処理サブシステムは、前記１または複数の共通因子の前記影響を前記規格化デルタ到着時間から取り除き、主成分分析技術、特異値分解技術、独立成分分析技術、またはそれらの組み合わせを含む技術を適用することを含む、請求項９に記載のシステム。
15. 複数のブレードに対応する複数のモードを、前記複数ブレードに対応する規格化デルタ到着時間に基づいて決定し、
    前記複数のモードと前記複数のブレードとに対応する複数のブレード係数を、前記規格化デルタ到着時間に基づいて決定し、
    前記複数のブレード係数のうち前記複数のモードにおける共通モードに対応する１または複数のブレード係数を特定し、
    前記複数のブレード係数における前記１または複数のブレード係数をゼロに等しくして再構成行列を生成し、
    前記複数のブレードに対応する静的たわみを、前記規格化デルタ到着時間と前記複数のモードとに基づいて決定する
    ように構成された処理サブシステムを含む、システム。
16. 前記処理サブシステムはさらに、前記複数のブレードに対応する前記規格化デルタ到着時間を、ロバスト最小二乗法技術を実際の到着時間に適用することによって決定するように構成された、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記処理サブシステムはさらに、前記複数のブレードに対応する前記規格化デルタ到着時間の決定を、
    ブレード間間隔パラメータと負荷パラメータとを、前記実際の到着時間に基づいて決定し、
    前記規格化デルタ到着時間を、前記実際の到着時間、前記ブレード間間隔パラメータ、および前記負荷パラメータに基づいて決定する
    ことによって行なうように構成された、請求項１５に記載のシステム。
18. 前記処理サブシステムは、前記複数のブレードに対応する前記複数のモードの決定を、
    規格化デルタ到着時間行列を、前記複数のブレードに対応する前記規格化デルタ到着時間に基づいて決定し、
    共分散行列を、前記規格化デルタ到着時間行列の共分散を決定することによって決定し、
    前記共分散行列に対する固有ベクトル行列を決定し、
    前記複数のモードを、前記規格化デルタ到着時間行列と前記固有ベクトル行列とに基づいて決定する、
    ことによって行なうように構成された、請求項１５に記載のシステム。