JP2015049246A - 回転部品を監視するためのシステムおよび方法 - Google Patents

回転部品を監視するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

【課題】回転部品を監視するためのシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】方法が提示される。方法は、回転部品および回転部品を囲む固定ケーシングとの間のクリアランスを表すクリアランス信号から信号の第１のウィンドウおよび信号の第２のウィンドウを選択すること、信号の第１のウィンドウに対応する第１の符号付き平均電力値および信号の第２のウィンドウに対応する第２の符号付き平均電力値を決定すること、第１の符号付き平均電力値および第２の符号付き平均電力値に基づいて結果の値を決定すること、および結果の値に基づいて回転部品内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥を決定することを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転部品を監視するためのシステムおよび方法に関する。
ガスタービンおよび蒸気タービンなどのような回転機械が多くの用途で使用されている。典型的には、ガスタービンおよび蒸気タービンはロータを含む。ロータは複数のブレードおよびシャフトを含む。いくつかの例において、流体の移動はシャフトの回転をもたらす複数のブレードの回転を誘導してもよい。代替的に、シャフトの回転が流体の移動をもたらす複数のブレードの回転を誘導してもよい。
典型的にはタービンエンジン内のタービンのロータは、相互に係合するシュラウドから形成されたシュラウドアセンブリを含む。典型的なシュラウドはブレードの先端に形成されるおよび／または装着されるブロックまたはプレートであり、および隣接するブレードにマウントされた実質的に同一のシュラウドと相互に係合するように構成される。複数のブレードの先端にマウントされた複数のシュラウドは、複数のブレードの周りに環状の回転部品を形成するために相互に係合する。一例では、環状の回転部品はシュラウドアセンブリである。複数のブレードの動作中に、シュラウドアセンブリはまたブレードと共に回転する。
シュラウドアセンブリの一部またはシュラウドアセンブリ内の１つ以上のシュラウドが金属疲労または他の理由のために損傷を受けることある。損傷はシュラウドアセンブリにギャップを生じることがある。例えば、シュラウドアセンブリの一片が脱落するおよび／または位置合わせがずれる、シュラウドアセンブリの一部が望ましくない方向に撓む、および／または他のタイプの望ましくない作用が起こることがある。従来のシステムはシュラウドアセンブリおよびシュラウドアセンブリを囲む外側ケーシングとの間のクリアランスを監視するために存在するが、そのような監視システムはシュラウドアセンブリにおける損傷や欠陥を考慮していない。
米国特許第８２７２２４６号明細書
方法が提示される。方法は、回転部品および回転部品を囲む固定ケーシングとの間のクリアランスを表すクリアランス信号から信号の第１のウィンドウおよび信号の第２のウィンドウを選択すること、信号の第１のウィンドウに対応する第１の符号付き平均電力値および信号の第２のウィンドウに対応する第２の符号付き平均電力値を決定すること、第１の符号付き平均電力値および第２の符号付き平均電力値に基づいて結果の値を決定すること、および結果の値に基づいて回転部品の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥を決定することを含む。
さらに、別の方法が提示される。方法は、回転部品および回転部品を囲む固定ケーシングとの間のクリアランスを表すクリアランス信号から信号の第１のウィンドウおよび信号の第２のウィンドウを選択すること、信号の第１のウィンドウに対応する第１の符号付き平均電力値および信号の第２のウィンドウに対応する第２の符号付き平均電力値を決定すること、第１の符号付き平均電力値および第２の符号付き平均電力値に基づいて第１の結果の値を決定すること、後続の第１の符号付き平均電力値および後続の第２の符号付き平均電力値を決定するために信号の第１のウィンドウおよび信号の第２のウィンドウを繰り返しシフトすること、後続の第１の符号付き平均電力値および後続の第２の符号付き平均電力値に基づいて複数の後続の結果の値を決定すること、第１の結果の値および複数の後続の結果の値に基づいて結果の値信号を生成すること、および結果の値信号に基づいて回転部品内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥を決定することを含む。
システムが提示される。システムは、回転部品および回転部品を囲む固定ケーシングとの間のクリアランスを表すクリアランス信号から信号の第１のウィンドウおよび信号の第２のウィンドウを選択する、信号の第１のウィンドウに対応する第１の符号付き平均電力値および信号の第２のウィンドウに対応する第２の符号付き平均電力値を決定する、第１の符号付き平均電力値および第２の符号付き平均電力値に基づいて結果の値を決定する、および結果の値に基づいて回転部品内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥を決定する処理サブシステムを含む。
本発明の実施形態のこれらおよび他の特徴および態様は、図面を通して同様の文字が同様の部分を表す添付の図面を参照して以下の詳細な説明が読まれる際によりよく理解されるようになるであろう。
図１は、本技術の一実施形態による回転部品内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥を監視するためのシステムの概略図である。 図２は、本技術の特定の態様による回転部品内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥の決定のための例示的な方法を示すフローチャートである。 図３は、本技術の特定の態様による回転部品内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥の決定のための例示的な方法を示すフローチャートである。 図４（ａ）は、シュラウドアセンブリおよびシュラウドアセンブリを囲む固定ケーシングとの間のクリアランスを表すシミュレートされた信号のグラフ表示である。 図４（ｂ）は、シュラウドアセンブリおよびシュラウドアセンブリを囲む固定ケーシングとの間のクリアランスを表す初期信号のグラフ表示である。 図４（ｃ）は、シュラウドアセンブリおよびシュラウドアセンブリを囲む固定ケーシングとの間のクリアランスを表す２次信号のグラフ表示である。 図４（ｄ）は、結果の値の信号のグラフ表示である。 図５（ａ）は、本技術の一実施形態による回転部品内の１つ以上の欠陥を決定するための例示的な方法を示すフローチャートである。 図５（ｂ）は、本技術の一実施形態による回転部品内の１つ以上の欠陥を決定するための例示的な方法を示すフローチャートである。
本発明のさまざまな実施形態の要素を紹介する際、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」は、１つ以上の要素が存在することを意味することを意図している。「備える」、「含む」および「有する」という用語は、包括的であることを意図し列挙された要素以外の追加の要素が存在してもよいことを意味する。本明細書で使用する「および／または」という用語は列挙されたアイテムのうちの１つ以上の任意およびすべての組み合わせを含む。
本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される近似表現用語は、それが関連する程度であってもよい基本的な機能に変化をもたらすことなしに許容範囲内で変更する可能性のある任意の定量的表現を修飾するために適用されてもよい。依って、「約」のような用語で修飾された値は明記された厳密な値に限定されるものではない。いくつかの例において、近似表現用語は値を測定するための計器の精度に対応してもよい。
本システムおよび方法はタービンの回転部品内の１つ以上の欠陥、潜在的欠陥、および／またはタービンの潜在的障害を決定する。回転部品は例えばシュラウドアセンブリであってもよい。本明細書で使用されるように、「シュラウドアセンブリ」という用語は相互に係合したブロックまたはプレートにより形成された実質的に連続した環状体を指すために使用され、ブロックまたはプレートはロータのブレードまたはバケットの先端にマウントされる。例えば、各ブレードの先端は隣接して係合するおよび／または連結するように構成されたブロックまたはプレートである、実質的に同一の隣接するブレードのブロックまたはプレートを支持してもよい。係合するおよび／または連結するブロックまたはプレートは典型的にはシュラウドアセンブリの不均一な外面を形成する。
本明細書で使用される「ロータ」という用語は機械の別の部品に対して相対的に回転するように構成された機械の部品を意味する。例えば、ロータはハブまたはシャフトにマウントされた複数のブレードまたはバケットを含んでもよい。各ブレードは翼断面を有し、およびハブまたはシャフトは、ターボ機械で見られるように、ロータが使用されるハウジングまたは機械の別の部分の相対的な回転に対してマウントされる。ブレード上を通過する流体はハブまたはシャフトの回転を誘導してもよく、およびハブまたはシャフトの回転はブレードが浸漬される流体の運動および／または圧縮および／または膨張を誘導してもよい。
以下に詳細に説明するように、本システムおよび方法は回転部品の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥を検出するために回転部品を監視する監視システムを提供する。一例における監視はクリアランス信号の閾値を設定し、故障する前に回転部品がメンテナンスをすることになっているかどうかを評価することができる。本明細書で使用されるように、欠陥を監視することは回転部品の健全性を監視して処理すること、欠陥を検出することおよび予後予測を介して潜在的な障害を予測することを指す。監視システムは、例えば回転部品および回転部品を囲む固定ケーシングとの間のクリアランスを表すクリアランス信号を生成する１つ以上のセンサを含んでもよい。回転部品は、例えばシュラウドアセンブリである。クリアランス信号は回転部品の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥を決定するために処理サブシステムにより受信され処理される。処理サブシステムはクリアランス信号に基づいて動的閾値を決定する。さらに、処理サブシステムは動的閾値およびクリアランス信号に基づいて回転部品内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥を決定する。
図１は本技術の一実施形態による回転部品内の１つ以上の欠陥、潜在的欠陥、またはシステム障害を監視するシステム１０の概略図である。システム１０はロータ１２を含む。現在考慮中の構成において、ロータ１２はガスタービン（図示せず）におけるタービン（図示せず）の構成要素である。図１はタービン（図示せず）の部品であるロータ１２に関して説明するものではあるが、現在考慮中の実施形態はタービンに限定されるものではないことに留意されたい。
図１に示すように、ロータ１２はシャフト１４および複数のブレードまたはバケット１６（以下、ブレードと称する）を含む。この実施形態において、図示されるロータ１２は８つのブレード１６を含んではいるが、ロータ１２は任意の数のブレードを含んでもよいことに留意されたい。ブレード１６はシャフト１４にマウントされる。図１に示されるように、他のブレード（参照番号により参照されていない）中のブレード１６はブレード１８、２０、２２を含む。ブレード１６の先端は複数のシュラウド２４をマウントする。シュラウド２４の各々は、例えばブレード１６の各ブレードの先端に取り付けられたブロックまたはプレートであってもよい。現在考慮中の構成において、他のシュラウド（参照番号により参照されていない）中の複数のシュラウド２４はシュラウド２６、２８、３０を含む。例えば、ブレード１８の先端はシュラウド２６をマウントし、ブレード２０の先端はシュラウド２８をマウントし、ブレード２２の先端はシュラウド３０をマウントする。シュラウド２６、２８、３０を含むシュラウド２４の各々は前方端および後方端を有する。例えば、シュラウド２６は前方端３２および後方端３４を有する。
シュラウド２６、２８、３０を含むシュラウド２４の各々の前方端は、ブレード１６内の隣接する他のブレードにマウントされた実質的に同様の他のシュラウドの後方端に係合するために構成または製造される。同様に、シュラウド２６、２８、３０を含むシュラウド２４の各々の後方端は、隣接するブレードにマウントされた実質的に同様の他のシュラウドの前方端と係合するために構成または製造される。例えば、シュラウド２６の前方端３２はシュラウド２８の後方端３６と係合される。同様に、シュラウド２６の後方端３４はシュラウド３０の前方端３８に係合される。依って、シュラウド２６、２８、３０を含むシュラウド２４はシュラウドアセンブリ４０を形成するために相互に係合する。
図１に示すように、シュラウドアセンブリ４０はシュラウド２６、２８、３０を含む相互に係合したシュラウド２４により形成された環状体である。動作において、シュラウドアセンブリ４０はブレード１６と共に回転する。したがって、現在考慮中の構成においてシュラウドアセンブリ４０は回転部品４０である。しかしながら、「回転部品」という用語はシュラウドアセンブリに限定されるものではない。
回転部品４０は固定ケーシング４２により封入されるかまたは囲まれる。固定ケーシング４２は地面に対して固定されている。依って、固定ケーシング４２は回転しない。現在考慮中の構成において、固定ケーシング４２は回転部品４０を囲む環状体である。さらに、回転部品４０および固定ケーシング４２はギャップまたは間隔により分離される。
システム１０は１つ以上の感知デバイス４４、４６をさらに含む。感知デバイス４４、４６は、例えばレーザプローブ、レーダプローブ、マイクロ波プローブ、クリアランスプローブ、可変リラクタンス（磁気抵抗）プローブ、渦電流プローブ、超音波プローブ、動的圧力プローブ等であってもよい。システム１０で使用されるいくつかの感知デバイスはシステム１０から予期される感度、および他のいくつかの要因に基づいてもよい。感知デバイス４４、４６は固定ケーシング４２にマウントされる。現在考慮中の構成において、感知デバイス４４、４６は固定ケーシング４２の内面上にマウントされる。感知デバイス４４、４６は、例えば回転部品４０の外面上に面する。現在考慮中の構成において、感知デバイス４４、４６は９０度の角度間隔をおいてマウントされる。感知デバイス４４、４６は回転部品４０および固定ケーシング４２との間のクリアランスを表す生信号４８、５０を生成する。特に、感知デバイス４４は生信号４８を生成し、感知デバイス４６は生信号５０を生成する。
一実施形態において、生信号４８、５０は感知デバイス４４、４６の各々の下側の先端および回転部品４０の外面との間のクリアランスを表す。例えば、生信号４８は感知デバイス４４の下側の先端および回転部品４０の外面との間のクリアランスｄを表す。感知デバイス４４、４６のサイズが無視できる際には、生信号４８、５０は回転部品４０および固定ケーシング４２との間のクリアランスを表すものであることに留意されたい。特に、感知デバイス４４、４６のサイズが無視できる際には、生信号４８、５０は回転部品４０の外面および固定ケーシング４２の内面との間のクリアランスを表す。以下、「回転部品と固定ケーシングとのクリアランス」という句は「感知デバイスの下側の先端（感知デバイスは回転部品を囲む固定ケーシングにマウントされている）および回転部品の外面とのクリアランス」を含むこととする。
システム１０は感知デバイス４４、４６に作動的に結合された処理サブシステム５２をさらに含む。一実施形態において、処理サブシステム５２は、例えば感知デバイス４４、４６と無線または有線通信するものであってもよい。処理サブシステム５２は感知デバイス４４、４６から生信号４８、５０を受信する。さらに、処理サブシステム５２は生信号４８、５０からノイズを除去するために生信号４８、５０を処理する。さらに、処理サブシステム５２は回転部品４０内の欠陥または潜在的欠陥を決定するために生信号４８、５０を処理する。欠陥または潜在的欠陥は、例えば回転部品４０内の１つ以上の屈曲または回転部品４０の断片の単体遊離を含んでもよい。一実施形態において、欠陥または潜在的欠陥はシュラウド２４、２６、２８、３０のうちの１つの断片の単体遊離を含んでもよい。
処理サブシステム５２は生信号４８、５０からノイズを除去し処理された信号（図示せず）を生成するために生信号４８、５０を処理する。さらに、処理サブシステム５２は生信号４８、５０から信号の第１のウィンドウおよび信号の第２のウィンドウを選択する。信号の第２のウィンドウは信号の第１のウィンドウのサブセットである。さらに、信号の第１のウィンドウは信号の第２のウィンドウに対してより広い。以下、「信号の第１のウィンドウ」という用語は「信号のより広いウィンドウ」と呼ぶこととする。以下、「信号の第２のウィンドウ」という用語は「信号のより狭いウィンドウ」と呼ぶこととする。続いて、処理サブシステム５２は信号のより広いウィンドウに対応する第１の符号付き平均電力値、および信号のより狭いウィンドウに対応する第２の符号付き平均電力値を決定する。処理サブシステム５２は第１の符号付き平均電力値および第２の符号付き平均電力値に基づいて結果の値を決定する。加えて、処理サブシステム５２は結果の値に基づいて回転部品４０内の欠陥を決定する。回転部品内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥の決定は図２および図３を参照してより詳細に説明される。
図２は本技術の特定の態様による回転部品内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥の決定のための例示的な方法２００を示すフローチャートである。２０２で、回転部品および固定ケーシングとの間のクリアランスを表す生信号２０４が生成される。生信号２０４は、例えば生信号４８、５０であってもよい。生信号２０４は、例えば感知デバイス４４、４６（図１参照）により生成されてもよい。回転部品は、例えば回転部品４０であってもよい。固定ケーシングは、例えば固定ケーシング４２であってもよい。
２０６で、生信号２０４は処理サブシステムにより受信される。処理サブシステムは、例えば処理サブシステム５２（図１参照）であってもよい。さらに、２０８で、初期信号２１０は生信号２０４上で時間同期平均化技術を適用することにより生成されてもよい。生信号２０４上での時間同期平均化技術の適用は初期信号２１０を生成するために生信号２０４から非同期ノイズを除去するまたは平均値に近づける。初期信号２１０は回転部品および固定ケーシングとのクリアランスを表すものである。続いて２１２で、２次信号２１４は初期信号２１０に１つ以上のフィルタリング技術を適用することにより生成されてもよい。１つ以上のフィルタリング技術は、例えばサビツキー・ゴーレイ平滑化フィルタ、移動平均フィルタ、加重移動平均フィルタ、平均値フィルタ、メディアンフィルタ、ウィナーフィルタ、カルマンフィルタ等を含む。１つ以上のフィルタリング技術は他の平滑化技術を含んでもよい。１つ以上のフィルタリング技術の適用は２次信号２１４を生成するために初期信号２１０からノイズを除去する。２次信号２１４は回転部品および固定ケーシングとの間のクリアランスを再度表すものである。
本実施形態において、２１６で、少なくとも１つの動的閾値は２次信号２１４に基づいて生成される。一実施形態において、動的閾値は２次信号２１４のメディアン絶対偏差を決定することにより生成される。動的閾値は、例えば以下の式を使用して決定されてもよい。
ＤＴi＝Ｍｅｄｉａｎj（Ｘj）±３×１．４８２６（Ｍｅｄｉａｎi（｜Ｘi−Ｍｅｄｉａｎj（Ｘj）｜））
ここでＤＴiはタイムスタンプｉにおける動的閾値であり、Ｘiはタイムスタンプｉにおいて生成された２次信号２１４、または初期信号２１０または生信号２０４からのデータ点であり、Ｘjは時間周期ｊの間に生成された２次信号２１４、または初期信号２１０または生信号２０４からの複数のデータ点を表し、ここでｊはタイムスタンプｉを含む。現在考慮中の構成において、動的閾値は回転部品の欠陥の検出のために使用される生信号２０４、初期信号２１０、または２次信号２１４を使用して生成されることに留意されたい。依って、この例では動的閾値は過去の信号またはデータを使用して生成されない。
２１８で、回転部品内の欠陥または潜在的欠陥、または潜在的システム障害が決定される。一実施形態において、回転部品の欠陥または潜在的欠陥は動的閾値および２次信号２１４に基づいて決定される。例えば、２次信号２１４が動的閾値を交差する際に、回転部品内の１つ以上の欠陥が決定されてもよい。別の実施形態において、欠陥または潜在的欠陥は初期信号２１０および動的閾値に基づいて決定されてもよい。例えば、初期信号２１０が動的閾値を交差する際に、回転部品内の１つ以上の欠陥が決定されてもよい。さらに別の実施形態おいて、欠陥または潜在的欠陥は動的閾値および生信号２０４に基づいて決定されてもよい。例えば、生信号２０４が動的閾値を交差する際に、回転部品内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥が決定されてもよい。一実施形態による回転部品内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥の決定は図３を参照して示される。
図３は本技術の一実施形態による回転部品内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥、または潜在的システム障害を決定するための例示的方法３００を示すフローチャートである。一実施形態おいて、図３は図２の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥２１８の決定についてより詳細に説明する。処理はクリアランス信号３０２、および動的閾値３０４で始まる。クリアランス信号３０２は、例えば回転部品および固定ケーシングとの間のクリアランスを表す生信号４８、５０（図１参照）、または生信号２０４（図２参照）であってもよい。一実施形態において、クリアランス信号３０２は初期信号２１０（図２参照）であってもよい。さらに別の実施形態において、クリアランス信号３０２は２次信号２１４（図２参照）であってもよい。動的閾値３０４は、例えば図２のステップ２１６で生成された動的閾値であってもよい。
３０６で、信号の第１のウィンドウおよび信号の第２のウィンドウはクリアランス信号３０２から選択されてもよい。信号の第１のウィンドウおよび信号の第２のウィンドウは、例えばクリアランス信号３０２のサブセットである。信号の第１のウィンドウは、例えば信号の第２のウィンドウよりも広い。依って、信号の第１のウィンドウの長さまたは期間は信号の第２のウィンドウの長さまたは期間に対してより広い。以下、「信号の第１のウィンドウ」という用語は「信号のより広いウィンドウ」と呼ぶこととする。以下、「信号の第２のウィンドウ」という用語は「信号のより狭いウィンドウ」と呼ぶこととする。信号のより狭いウィンドウは、例えば信号のより広いウィンドウのサブセットである。一実施形態において、信号のより広いウィンドウは、回転部品の所定回転数中の回転部品および固定ケーシングとの間のクリアランスのサブセットを表すものである。別の実施形態において、信号のより広いウィンドウは回転部品の一回転中の回転部品および固定ケーシングとの間のクリアランスのサブセットを表すものである。信号のより広いウィンドウは、例えば回転部品の一回転のデータの長さに等しい長さを有するクリアランスデータを含んでもよい。キーフェーザ信号または他の同様の信号は回転部品の回転の完了を検出するために使用されてもよいことに留意されたい。さらに、信号のより狭いウィンドウは回転部品の周囲の一部および固定ケーシングとの間のクリアランスのサブセットを表すものである。回転部品の周囲の一部は、例えば回転部品により覆われた複数のブレードにおけるブレードの先端の長さに等しくてもよい。現在考慮中の構成においては、信号の単一のより狭いウィンドウが選択されるが、特定の実施形態においては、信号の複数のより狭いウィンドウが選択されてもよいことに留意されたい。信号のより狭いウィンドウが選択される１つの実施形態において、信号の１つ以上のより狭いウィンドウは信号のより広いウィンドウのサブセットである。
さらに、３０８で、信号のより広いウィンドウに対応する第１の符号付き平均電力値が決定される。第１の符号付き平均電力値は信号のより広いウィンドウに基づいて決定される。３１０で信号のより狭いウィンドウに対応する第２の符号付き平均電力値が決定される。第２の符号付き平均電力値は信号のより狭いウィンドウに基づいて決定される。第１の符号付き平均電力値および第２の符号付き平均電力値は、例えば以下の式を使用して決定されてもよい。
Ｓｉｇｎｅｄ Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ＝Ａｖｇ．（ｓｉｇｎ（ｖ（ｔ））*ｖ2（ｔ）））
ここでｖ（ｔ）は信号のより広いウィンドウまたは信号のより狭いウィンドウの瞬時電圧値を表すものである。信号の複数のより狭いウィンドウが選択された際には、複数の第２の符号付き平均電力値が決定されることに留意されたい。
３１２で、結果の値が決定される。一実施形態において、結果の値は第１の符号付き平均電力値および第２の符号付き平均電力値に基づいて決定される。結果の値は、例えば第２の符号付き平均電力値から第１の符号付き平均電力値を減算することにより決定される、またはその逆で決定される。結果の値は、例えば以下の式を使用して決定されてもよい。
Ｒｅｓｕｌｔａｎｔ Ｖａｌｕｅ＝Ａｖｇ．（ｓｉｇｎ（ｖ（ｔ）｜w1）*ｖ2（ｔ）｜w1−Ａｖｇ．（ｓｉｇｎ（ｖ（ｔ）｜w2）*ｖ2（ｔ）｜w2
ここで
ｖ（ｔ）｜w1は信号のより広いウィンドウの瞬時電圧値を表し、および
ｖ（ｔ）｜w2は信号のより狭いウィンドウの瞬時電圧値を表す。複数の第２の符号付き平均電力値が決定される際に、第１の符号付き平均電力値に基づいた複数の結果の値および複数の第２の符号付き平均電力値が決定されることに留意されたい。
続いて３１４で、回転部品内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥、または潜在的システム障害が決定される。一実施形態おいて、欠陥または潜在的欠陥は結果の値に基づいて決定される。例えば、結果の値が約ゼロである際には、回転部品内に欠陥がないことが決定されてもよい。別の実施形態において、欠陥は結果の値および動的閾値３０４に基づいて決定されてもよい。例えば、動的閾値３０４が結果の値を交差するまたは通過する際には、回転部品内に１つ以上の欠陥があることが決定されもよい。
図４（ａ）はシュラウドアセンブリおよびシュラウドアセンブリを囲む固定ケーシングとの間のクリアランスを表すシミュレートされた信号４０２のグラフ表示４００である。信号４０２は図１で参照される生信号４８、５０、および図２で参照される生信号２０４と同様である。グラフ４００のＸ軸４０４はタイムスタンプを表し、グラフ４００のＹ軸４０６は信号４０２の電圧を表す。信号４０２はノイズを含む。したがって、時間同期平均化技術が図４（ｂ）に示される初期信号４０８を生成するために信号４０２に適用される。
図４（ｂ）はシュラウドアセンブリおよびシュラウドアセンブリを囲む固定ケーシングとの間のクリアランスを表す初期信号４０８のグラフ表示４１０である。初期信号４０８から明らかなように、初期信号４０８は信号４０２と比較してより少ないノイズを有する。さらに、図４（ｃ）に示される２次信号４１２を生成するためにサビツキー・ゴーレイ・フィルタが初期信号４０８に適用される。初期信号４０８は、例えば初期信号２１０（図２参照）であってもよい。
図４（ｃ）はシュラウドアセンブリおよびシュラウドアセンブリを囲む固定ケーシングとの間のクリアランスを表す２次信号４１２のグラフ表示４１４である。２次信号４１２は、例えば図２で参照される２次信号２１４と同様である。２次信号４１２のＸ軸４１６はタイムスタンプを表し、および２次信号４１２のＹ軸４１８は２次信号４１２の電圧を表す。現在考慮中の構成において、信号４２０の第１のウィンドウ（以下、信号のより広いウィンドウと称する）が選択される。特に、時間周期長Ｔ1を有する２次信号４１２のサブセットが選択される。時間周期長Ｔ1は、例えば回転部品の回転中に生成されたクリアランス信号の長さに等しい。さらに、信号４２２の第２のウィンドウ（以下、信号のより狭いウィンドウと称する）が選択される。特に、時間周期長Ｔ2を有する２次信号４１２のサブセットが選択される。図４（ｃ）に示されるように、時間周期長Ｔ2は時間周期長Ｔ1未満である。依って、信号４２０のより広いウィンドウの時間周期長Ｔ1は信号４２２のより狭いウィンドウの時間周期長Ｔ2よりも大きい。図４（ｃ）に示されるように、信号４２２のより狭いウィンドウは信号４２０のより広いウィンドウのサブセットである。信号４２０のより広いウィンドウに対応する第１の符号付き平均電力値が決定され、および信号４２２のより狭いウィンドウに対応する第２の符号付き平均電力値が決定される。現在考慮中の構成において、第１の結果の値（図示せず）は第１の符号付き平均電力値および第２の符号付き平均電力値に基づいて決定される。
さらに、信号４２０のより広いウィンドウは決定された時間周期Ｔ3により移動／シフトされる。理解を容易にするために、信号のシフトされたより広いウィンドウは参照番号４２４により参照される。本実施形態において、信号４２０のより広いウィンドウのシフトまたは移動は信号の以前のより広いウィンドウの時間周期長と同様の時間周期長を有する信号の異なるサブセットの選択を含む。例えば、信号４２０のより広いウィンドウの時間周期長および信号４２４のシフトされたより広いウィンドウはＴ1である。さらに、信号４２２のより狭いウィンドウは時間周期Ｔ3だけ移動／シフトしている。理解を容易にするために、信号のシフトされたより狭いウィンドウは参照符号４２６により参照される。信号４２４のシフトされたより広いウィンドウに対応する後続の第１の符号付き平均電力値および信号４２６のシフトされたより狭いウィンドウに対応する後続の第２の符号付き平均電力値が決定される。さらに、後続の結果の値は信号４２４のシフトされたより広いウィンドウに対応する後続の第１の符号付き平均電力値および信号４２６のシフトされたより狭いウィンドウに対応する後続の第２の符号付き平均電力値に基づいて決定される。
続いて、信号４２４のシフトされたより広いウィンドウおよび信号４２６のシフトされたより狭いウィンドウは繰り返しシフトされる。信号のより広いウィンドウおよび信号のより狭いウィンドウをシフトする処理は信号のシフトされたより広いウィンドウに対応する後続の第１の符号付き平均電力値および信号のシフトされたより狭いウィンドウに対応する後続の第２の符号付き平均電力値を決定するために複数回繰り返される。さらに、信号のシフトされたより広いウィンドウおよび信号のシフトされたより狭いウィンドウに対応する後続の結果の値が決定される。後続の結果の値は、例えば後続の第１の符号付き平均電力値および後続の第２の符号付き平均電力値に基づいて決定される。後続の結果の値はそれぞれの後続の第１の符号付き平均電力値およびそれぞれの後続の第２の符号付き平均電力値に基づいて決定される。第１の結果の値を含む後続の結果の値は、例えば結果の値信号４２６を生成するためにグラフにマッピングされる。第１の結果の値および後続の結果の値を使用して生成された結果の値信号４２６が図４（ｄ）に示される。
次に図４（ｄ）を参照すると、結果の値信号４２６のグラフ表示４２８が示される。グラフ４２８のＸ軸４３０はタイムスタンプを表すものであり、およびグラフ４２８のＹ軸４３２は結果の値信号４２６の電力を表すものである。さらに、参照符号４３４は動的閾値を表すものである。現在考慮中の構成において、動的閾値４３４は結果の値信号４２６のメディアン絶対偏差を決定することにより生成される。図４（ｄ）に示すように、動的閾値４３４は第１の点４３６および第２の点４３８で結果の値信号４２６を交差し、したがって、回転部品内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥、または潜在的システム障害が定義されてもよい。
図５（ａ）および図５（ｂ）は本技術の別の実施形態による回転部品内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥、または潜在的システム障害の決定のための例示的な方法５００を示すフローチャートである。一実施形態において、図５は図２の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥２１８の決定についてより詳細に説明する。クリアランス信号５０２は、例えば回転部品および固定ケーシングとの間のクリアランスを表す生信号２０４（図２参照）であってもよい。一実施形態において、クリアランス信号５０２は初期信号２１０（図２参照）であってもよい。さらに別の実施形態において、クリアランス信号５０２は２次信号２１４（図２参照）であってもよい。さらに別の実施形態において、クリアランス信号５０２はクリアランス信号３０２（図３、または生信号４８、５０（図２参照）参照）であってもよい。
５０４で、信号の第１のウィンドウおよび信号の第２のウィンドウはクリアランス信号５０２から選択されてもよい。５０６で、信号の第１のウィンドウに対応する第１の符号付き平均電力値および信号の第２のウィンドウに対応する第２の符号付き平均電力値が決定される。続いて５０８で、信号の第１のウィンドウに対応する第１の符号付き平均電力値および信号の第２のウィンドウに対応する第２の符号付き平均電力値に基づいた第１の結果の値が決定される。前述したように、第１の結果の値は信号の第２のウィンドウに対応する第２の符号付き平均電力値を信号の第１のウィンドウに対応する第１の符号付き平均電力値から減算することにより決定される。５１０で、第１の結果の値が結果の値リスト５１２に追加される。さらに、５１４で、信号の第１のウィンドウおよび信号の第２のウィンドウが決定された回数分シフト／移動されているかどうかを判定するためにチェックが行われる。５１４で、信号の第１のウィンドウおよび信号の第２のウィンドウが決定された回数分シフトされていないと判定された際に、制御は５１６に移行される。５１６で、信号の第１のウィンドウおよび信号の第２のウィンドウは決定された時間周期だけシフトされる。信号の第１のウィンドウおよび信号の第２のウィンドウは、例えば図４（ｃ）を参照して説明するように同様の方法でシフトされてもよい。
５１８で、信号のシフトされた第１のウィンドウに対応する後続の第１の符号付き平均電力値、および信号のシフトされた第２のウィンドウに対応する後続の第２の符号付き平均電力値が決定されてもよい。続いて５２０で、信号のシフトされた第１のウィンドウに対応する後続の第１の符号付き平均電力値および信号のシフトされた第２のウィンドウに対応する後続の第２の符号付き平均電力値に基づいた後続の結果の値が決定される。続いて５１０で、後続の結果の値が結果の値リスト５１２に追加される。さらに、制御は５１４に移行される。再び５１４で、信号の第１のウィンドウおよび信号の第２のウィンドウが決定された回数分シフトされているかどうかを判定するためにチェックが行われる。依って、５１６〜５２０および５１０は信号の第１のウィンドウおよび信号の第２のウィンドウが決定された回数分シフトされるまで決定された回数分繰り返される。依って５１６〜５２０および５１０の複数回の反復によって結果の値リスト５１２は第１の結果の値および後続の結果の値を含む複数の結果の値を含む。
５１４で、信号の第１のウィンドウおよび信号の第２のウィンドウが決定された回数分シフトされたと判定された際に、制御は５２２に移行される。次に図５（ｂ）を参照すると、５２２で、結果の値信号は結果の値リスト５１２を使用して生成される。特に、結果の値信号は結果の値リスト５１２内の複数の結果の値を使用することにより生成される。結果の値信号は、例えば図４（ｄ）に示される結果の値信号４２６と同様である。続いて５２４で、回転部品内の欠陥または潜在的欠陥、またはシステム障害は結果の値信号および動的閾値５２６に基づいて決定されてもよい。現在考慮中の構成において、動的閾値５２６は、例えば結果の値信号のメディアン絶対偏差を決定することにより生成される。特定の実施形態において、動的閾値５２６はクリアランス信号５０２のメディアン絶対偏差を決定することにより生成されてもよい。動的閾値５２６は、例えば動的閾値４３４（図４（ｄ）参照）または図２の２１６で生成される動的閾値と同様であってもよい。図５（ａ）および図５（ｂ）は方法が５２４で終了する例示的な方法５００を示しているが、しかしながら、方法５００は回転部品の動作中に連続的に実行されてもよい。依って、方法５００は回転部品内の１つ以上の欠陥、潜在的欠陥またはシステム障害をリアルタイムで監視するために連続的に実行されてもよい。
本明細書では本発明の特定の特徴のみを例示し説明してきたが、多くの修正および変更が当業者には思い浮かぶであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は本発明の真の趣旨内に入るこのようなすべての修正および変更を網羅することを意図していることを理解されたい。
１０ システム
１２ ロータ
１４ シャフト
１６ ブレードまたはバケット
１８ ブレード
２０ ブレード
２２ ブレード
２４ シュラウド
２６ シュラウド
２８ シュラウド
３０ シュラウド
３２ 前方端
３４ 後方端
３６ 後方端
３８ 前方端
４０ シュラウドアセンブリ（回転部品）
４２ 固定ケーシング
４４ 感知デバイス
４６ 感知デバイス
４８ 生信号
５０ 生信号
５２ 処理サブシステム
２０４ 生信号
２１０ 初期信号
２１４ ２次信号
２１６ ステップ
２１８ 潜在的欠陥
３００ 例示的方法
３０２ クリアランス信号
３０４ 動的閾値
４００ グラフ、グラフ表示
４０２ 信号
４０４ Ｘ軸
４０６ Ｙ軸
４０８ 初期信号
４１０ グラフ表示
４１２ ２次信号
４１４ グラフ表示
４１６ Ｘ軸
４１８ Ｙ軸
４２０ 信号
４２２ 信号
４２４ 信号
４２６ 信号、結果の値信号
４２８ グラフ、グラフ表示
４３０ Ｘ軸
４３２ Ｙ軸
４３４ 動的閾値
４３６ 第１の点
４３８ 第２の点
５０２ クリアランス信号
５１２ 結果の値リスト
５２６ 動的閾値
Ｔ１ 時間周期長
Ｔ２ 時間周期長
Ｔ３ 時間周期
ｄ クリアランス
ｉ タイムスタンプ
ｊ 時間周期

Claims (21)

  1. 信号（４２０）の第１のウィンドウおよび信号（４２２）の第２のウィンドウを回転部品（４０）および前記回転部品（４０）を囲む固定ケーシング（４２）との間のクリアランスを表すクリアランス信号（３０２、５０２）から選択するステップと、
    前記信号（４２０）の第１のウィンドウに対応する第１の符号付き平均電力値および前記信号（４２２）の第２のウィンドウに対応する第２の符号付き平均電力値を決定するステップと、
    前記第１の符号付き平均電力値および前記第２の符号付き平均電力値に基づいて結果の値を決定するステップと、
    前記結果の値に基づいて前記回転部品（４０）内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥（２１８）を決定するステップと、
    を備える方法。
  2. 前記信号（４２２）の第２のウィンドウは前記信号（４２０）の第１のウィンドウのサブセットである請求項１に記載の方法。
  3. 前記信号（４２０）の第１のウィンドウおよび前記信号（４２２）の第２のウィンドウは前記クリアランス信号（３０２、５０２）のサブセットである請求項１に記載の方法。
  4. 前記信号（４２０）の第１のウィンドウは前記回転部品（４０）の一回転中の前記回転部品（４０）および前記固定ケーシング（４２）との間の前記クリアランスのサブセットを表すものである請求項１に記載の方法。
  5. 前記信号（４２０）の第１のウィンドウは前記回転部品（４０）の所定回転数中の前記回転部品（４０）および前記固定ケーシング（４２）との間の前記クリアランスのサブセットを表すものである請求項１に記載の方法。
  6. 前記信号（４２２）の第２のウィンドウは前記回転部品（４０）の周囲の一部および前記固定ケーシング（４２）との間の前記クリアランスのサブセットを表すものである請求項１に記載の方法。
  7. 前記クリアランス信号（３０２、５０２）に基づいて動的閾値（３０４、４３４、５２６）を生成するステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
  8. 前記動的閾値（３０４、４３４、５２６）を生成するステップは前記クリアランス信号（３０２、５０２）のメディアン絶対偏差を決定するステップを備える請求項７に記載の方法。
  9. 前記結果の値および前記動的閾値（３０４、４３４、５２６）に基づいて１つ以上の欠陥を決定するステップをさらに備える請求項７に記載の方法。
  10. 前記回転部品（４０）および前記回転部品（４０）を囲む前記固定ケーシング（４２）との間の前記クリアランスを表す生信号（４８、５０、２０４）を少なくとも１つの感知デバイス（４４、４６）から受信するステップと、
    前記生信号（４８、５０、２０４）に時間同期平均化技術を適用することにより初期信号（２１０、４０８）を生成するステップと、
    前記初期信号（２１０、４０８）に平滑化フィルタを適用することにより２次信号（２１４、４１２）を生成するステップであって、前記２次信号（２１４、４１２）は前記クリアランス信号（３０２、５０２）である、２次信号（２１４、４１２）を生成するステップと、
    をさらに備える請求項１に記載の方法。
  11. 後続の第１の符号付き平均電力値および後続の第２の符号付き平均電力値を決定するために前記信号（４２０）の第１のウィンドウおよび前記信号（４２２）の第２のウィンドウを繰り返しシフトするステップと、
    前記後続の第１の符号付き平均電力値および前記後続の第２の符号付き平均電力値に基づいて複数の後続の結果の値を決定するステップと、
    前記結果の値および前記複数の後続の結果の値に基づいて結果の値信号（４２６）を生成するステップと、
    前記結果の値信号（４２６）に基づいて前記回転部品（４０）内の前記１つ以上の欠陥または潜在的欠陥（２１８）を決定するステップと、
    をさらに備える請求項１に記載の方法。
  12. 前記結果の値は前記第１の符号付き平均電力値および前記第２の符号付き平均電力値との差分である請求項１に記載の方法。
  13. 信号（４２０）の第１のウィンドウおよび信号（４２２）の第２のウィンドウを回転部品（４０）および前記回転部品（４０）を囲む固定ケーシング（４２）との間のクリアランスを表すクリアランス信号（３０２、５０２）から選択するステップと、
    前記信号（４２０）の第１のウィンドウに対応する第１の符号付き平均電力値および前記信号（４２２）の第２のウィンドウに対応する第２の符号付き平均電力値を決定するステップと、
    前記第１の符号付き平均電力値および前記第２の符号付き平均電力値に基づいて第１の結果の値を決定するステップと、
    後続の第１の符号付き平均電力値および後続の第２の符号付き平均電力値を決定するために前記信号（４２０）の第１のウィンドウおよび前記信号（４２２）の第２のウィンドウを繰り返しシフトするステップと、
    前記後続の第１の符号付き平均電力値および前記後続の第２の符号付き平均電力値に基づいて複数の後続の結果の値を決定するステップと、
    前記第１の結果の値および前記複数の後続の結果の値に基づいて結果の値信号（４２６）を生成するステップと、
    前記結果の値信号（４２６）に基づいて前記回転部品（４０）内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥（２１８）を決定するステップと、
    を備える方法。
  14. 前記回転部品（４０）内の前記１つ以上の欠陥または潜在的欠陥（２１８）を決定するステップは前記結果の値および動的閾値（３０４、４３４、５２６）に基づいて前記回転部品（４０）内の前記１つ以上の欠陥または潜在的欠陥（２１８）を決定するステップをさらに備える請求項１３に記載の方法。
  15. 前記結果の値信号（４２６）のメディアン絶対偏差を決定することにより前記動的閾値（３０４、４３４、５２６）を決定するステップさらに備える請求項１４に記載の方法。
  16. 信号（４２０）のより広いウィンドウおよび信号（４２２）のより狭いウィンドウを回転部品（４０）および前記回転部品（４０）を囲む固定ケーシング（４２）との間のクリアランスを表すクリアランス信号（３０２、５０２）から選択するステップと、
    前記信号（４２０）のより広いウィンドウに対応する第１の符号付き平均電力値および前記信号（４２２）のより狭いウィンドウに対応する第２の符号付き平均電力値を決定するステップと、
    前記第１の符号付き平均電力値および前記第２の符号付き平均電力値に基づいて第１の結果の値を決定するステップと、
    後続の第１の符号付き平均電力値および後続の第２の符号付き平均電力値を決定するために前記信号（４２０）のより広いウィンドウおよび前記信号（４２２）のより狭いウィンドウを繰り返しシフトするステップと、
    前記後続の第１の符号付き平均電力値および前記後続の第２の符号付き平均電力値に基づいて複数の後続の結果の値を決定するステップと、
    前記第１の結果の値および前記複数の後続の結果の値に基づいて結果の値信号（４２６）を生成するステップと、
    前記結果の値信号（４２６）のメディアン絶対偏差を決定することにより動的閾値（３０４、４３４、５２６）を生成するステップと、
    前記結果の値信号（４２６）および前記動的閾値（３０４、４３４、５２６）に基づいて前記回転部品（４０）内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥（２１８）を決定するステップと、
    を備える方法。
  17. 処理サブシステム（５２）であって、
    回転部品（４０）および前記回転部品（４０）を囲む固定ケーシング（４２）との間のクリアランスを表すクリアランス信号（３０２、５０２）から信号（４２０）の第１のウィンドウおよび信号（４２２）の第２のウィンドウを選択し、
    前記信号（４２０）の第１のウィンドウに対応する第１の符号付き平均電力値および前記信号（４２２）の第２のウィンドウに対応する第２の符号付き平均電力値を決定し、
    前記第１の符号付き平均電力値および前記第２の符号付き平均電力値に基づいて結果の値を決定し、
    前記結果の値に基づいて前記回転部品（４０）内の１つ以上の欠陥または潜在的欠陥（２１８）を決定する、処理サブシステム（５２）、
    を備えるシステム（１０）。
  18. 前記回転部品（４０）はシュラウドアセンブリ（４０）であり、および複数のシュラウド（２６、２８、３０）は前記回転部品（４０）の不均一な連続外面を形成するように相互に係合する請求項１７に記載のシステム（１０）。
  19. 前記回転部品（４０）および前記固定ケーシング（４２）との間のクリアランスを表す生信号（４８、５０、２０４）を生成する少なくとも１つの感知デバイス（４４、４６）をさらに備え、および前記少なくとも１つの感知デバイス（４４、４６）は前記固定ケーシング（４２）の内面上に配置される請求項１７記載のシステム（１０）。
  20. 前記処理サブシステム（５２）は前記クリアランス信号（３０２、５０２）を生成するため前記生信号（４８、５０、２０４）からノイズを除去するために前記生信号（４８、５０、２０４）を処理する請求項１９に記載のシステム（１０）。
  21. 前記少なくとも１つの感知デバイス（４４、４６）はレーザプローブ、レーダプローブ、マイクロ波プローブ、クリアランスプローブ、可変リラクタンスプローブ、渦電流プローブ、超音波プローブ、動的圧力プローブ、またはこれらの組み合わせを備える請求項１９に記載のシステム（１０）。
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