JP2016166609A - 状態に基づくエンジン部品のモニタリング - Google Patents
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Abstract
Description
リングに関し、より具体的には、エンジンの作動部品におけるクラックなどの状態をリア
ルタイムで検出する技術に関する。
いままであると、エンジンの望ましくないメンテナンス事象につながる可能性がある。た
とえば、ガスタービンエンジンのクラックが検出されないタービンブレードは、保持ディ
スクから外れる場合があり、それによって望ましくないメンテナンス事象が発生する可能
性がある。さらに、往復運動内燃エンジンのクラックが検出されない連結ロッドは、ばら
ばらに壊れて、そのキャップから外れる場合があり、それによって望ましくないメンテナ
ンス事象が発生する可能性がある。
結果を防止するために、オペレータは、エンジンに含まれる可動部品のスケジュールに基
づくモニタリングを用いる。スケジュールに基づくモニタリングは、可動部品の状態に関
わらず、一定期間が経過した後に可動部品を交換することを意味することができる。すな
わち、6ヶ月および1年など一定の使用期間の後に、いくつかの可動部品は可動部品の状
態を確認することなく交換される。これは、かなりの残存耐用寿命を有し得る可動部品を
交換することにより、資源を浪費することになり得る。また、スケジュールに基づくモニ
タリングは、望ましくないメンテナンス事象が生じる前に、クラックのある可動部品を遅
れずに見つけることができない。状態に基づくモニタリングが用いられるシナリオでは、
可動部品の種々の特性をモニターするコントローラにデータを伝達するために、センサを
エンジンの可動部品に配置することができる。しかし、センサは、通常、配線を介してコ
ントローラに接続される。可動部品に取り付けられたセンサの配線は、エンジンが動作す
るにつれて絡まって、配線がセンサおよび/またはコントローラから切り離されるおそれ
がある。したがって、クラックがさらに進行する前に、エンジンが動作している間にエン
ジンの内部可動部品の状態に基づくモニタリングを強化することが望ましい。
請求される開示の範囲を限定しようとするものではなく、むしろ、これらの実施形態は本
開示の可能性がある形式の概要を提供しようとするものにすぎない。実際、本開示は、以
下に記載する実施形態に類似してもよく、あるいは異なってもよい様々な形態を含むこと
ができる。
に構成された無線センサと、プロセッサを含むコントローラと、を含む。プロセッサは、
無線センサから内部可動部品の振動の周波数を示す無線信号を受信することにより、無線
センサとの通信を開始し、1つまたは複数のデータソースから内部可動部品の振動の許容
可能なしきい値範囲を取得し、振動の周波数が内部可動部品の振動の許容可能なしきい値
範囲内にあるかどうかを判定し、周波数が許容可能なしきい値範囲内にない場合には予防
措置を開始するように構成される。
波数を示す無線信号を受信することにより、機械の内部の可動部品に配置された無線セン
サとの通信を開始し、1つまたは複数のデータソースから内部可動部品の振動の許容可能
なしきい値範囲を取得し、振動の周波数が内部可動部品の振動の許容可能なしきい値範囲
内にあるかどうかを判定し、周波数が許容可能なしきい値範囲内にない場合には予防措置
を開始するように構成される。
。命令は、プロセッサによって実行された場合に、機械の内部の可動部品に配置された無
線センサとの通信を、無線センサから無線信号を受信することにより開始し、無線信号は
内部可動部品の振動の周波数を示し、1つまたは複数のデータソースから内部可動部品の
振動の許容可能なしきい値範囲を取得し、振動の周波数が内部可動部品の振動の許容可能
なしきい値範囲内にあるかどうかを判定し、周波数が許容可能なしきい値範囲内にない場
合には予防措置を開始するように構成される。
下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたっ
て、類似する符号は類似する部分を表す。
簡潔な説明を提供しようと努力しても、実際の実施のすべての特徴を本明細書に記載する
ことができるというわけではない。エンジニアリングまたは設計プロジェクトのような実
際の実施の開発においては、開発者の特定の目的を達成するために、たとえばシステム関
連および事業関連の制約条件への対応等実施に特有の決定を数多くしなければならないし
、また、これらの制約条件は実施毎に異なる可能性があることが理解されるべきである。
さらに、このような開発作業は複雑で時間がかかるかもしれないが、にもかかわらず、こ
の開示の利益を得る当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であるこ
とが理解されるべきである。
)」、「前記(the)」および「前記(said)」は1つまたは複数の要素があるこ
とを意味するものである。「備える」、「含む」、および「有する」という用語は、包括
的なものであって、列挙された要素以外の付加的な要素があり得ることを意味するもので
ある。
がある。たとえば、劣化が生じるおそれのある構成部品は、往復運動内燃エンジンの連結
ロッドおよびガスタービンエンジンのタービンブレードを含む。連結ロッドおよびタービ
ンブレードは、動作中に静的な力および動的な力、温度変化、ならびに他のストレス要因
を経験することがあり得る。構成部品が適正に保守されていないか、またはクラックが検
出されないままになっていると、劣化要因は、望ましくないメンテナンス事象を引き起こ
す可能性がある。したがって、状態が悪化する前にクラックなどの状態を検出するために
、可動部品の特定の特性をモニターすることが望ましい場合があり得る。
および/またはいつメンテナンスをエンジンに対して実行するべきかを予測するために、
リアルタイムのエンジン部品モニタリングを提供することに関する。一実施形態では、エ
ンジンが動作している間に内部可動部品のクラックを検出するために、無線ベースのセン
サ(たとえば、加速度計)をエンジンの内部可動部品に取り付けることができる。加速度
計は、部品が動く際の部品の周波数を連続的または周期的にモニターし、コントローラに
データを無線で送信することができる。コントローラは、振動周波数は、振動限界の知識
データベースから得られた許容可能なしきい値から外れているかどうか、あるいはその周
波数が基準から外れているかどうかを判定することができる。偏差が検出された場合には
、コントローラは、1つまたは複数の予防措置、たとえば、エンジンを停止するか、コン
トローラのユーザインターフェース画面(たとえば、ヒューマンマシンインターフェース
)に表示するために警告を送信するか、1つまたは複数のリモートワークステーションに
表示するために警告を送信するか、あるいはこれらの何らかの組み合わせなどを実行する
ことができる。いくつかの実施形態では、偏差が検出された場合には、偏差が一貫してい
ることを保証するために、1つまたは複数の測定値を再び取得することができる。後続の
チェックが一貫した偏差を示している場合には、コントローラは上述した1つまたは複数
の予防措置を実行することができる。開示される無線加速度計を用いた状態に基づくモニ
タリングの利点は、検出されたクラックのある可動部品を修理する際の時間とコストを節
約することを含み、本技術はまた、望ましくないメンテナンス事象を防止することができ
る。商業的には、これは、エンジンの信頼性を向上させる可能性により、エンジンオペレ
ータに対して価値を付加することができる。
ンジンシステム10の一実施形態のブロック図を示す。システム10は、1つまたは複数
の燃焼室14(たとえば、1、2、3、4、5、6、7、8、10、12、14、16、
18、または20以上の燃焼室14)を有するエンジン12(たとえば、往復運動内燃エ
ンジン)を含む。例示的なエンジン12は、たとえば、ゼネラルエレクトリック社のJe
nbacherエンジン(たとえば、Jenbacherタイプ2、タイプ3、タイプ4
、タイプ6、またはJ920FleXtra)またはWaukeshaエンジン(たとえ
ば、Waukesha VGF、VHP、APG,275GL)などの輸送用エンジンを
含むことができる。空気供給16は、空気、酸素、酸素を多くした空気、酸素を少なくし
た空気、またはこれらの任意の組み合わせ等の加圧酸化剤18を各燃焼室14に供給する
ように構成される。燃焼室14はまた、燃料供給22から燃料20(たとえば、液体およ
び/または気体燃料)を受け取るように構成され、空気燃料混合気は、各燃焼室14内で
点火され燃焼する。理解されるように、エンジン12は、液体燃料および気体燃料の組み
合わせを使用するように構成されたデュアル燃料エンジンであってもよい。いくつかの実
施形態では、加圧酸化剤18および燃料20を吸気マニホールドに供給し、その中で混合
することができ、吸気マニホールドは空気燃料混合気を燃焼室14に供給する。また、い
くつかの実施形態では、酸化剤18および燃料20の一部は、酸化剤18および/または
燃料20が燃焼室に直接供給される個別の供給に加えて、燃焼室14に供給するためにマ
ニホールド内で予備混合する(たとえば、早期点火のため)ことができる。高温加圧燃焼
ガスは、各燃焼室14に隣接するピストン24をシリンダ26内で直線的に動かし、ガス
によって加えられた圧力を、ピストン24をクランクに接続する連結ロッド28を介して
回転運動に変換し、シャフト30を回転させる。シャフト30は、負荷31に結合するこ
とができ、負荷31はシャフト30の回転によって駆動される。たとえば、負荷31は、
発電機などの、システム10の回転出力によって電力を発生することができる任意の適切
な装置であってもよい。さらにまたは代わりに、負荷31は、機械的駆動装置、圧縮機、
ポンプなどを含んでもよい。利用可能なエネルギーがシャフト30の回転に変換されると
、残りの燃料20および/または酸化剤18は、排気としてエンジン12から排出され、
除去される。
たは複数の取り付けられたセンサ32(たとえば、加速度計、電流センサ、温度センサ)
を含むことができる。コントローラ34は、エンジン制御部(ECU)であってもよく、
1つまたは複数のワークステーション36と通信するためにネットワークインターフェー
スに信号を送信するように構成された1つまたは複数のプロセッサ35を含むことができ
る。さらに、コントローラ34は、本明細書に開示する技術を実施するためにプロセッサ
35によって実行されるコンピュータ命令を記憶する1つまたは複数のメモリ37を含む
ことができる。図示するように、センサ32は、エンジン12の内部の任意の部品(たと
えば、可動部品)、とりわけ、連結ロッド28、燃焼室14、ピストン24、シリンダ2
6を含む部品に配置することができる。センサ32およびコントローラ34は、それぞれ
の通信構成要素を介して、Bluetooth(登録商標)、Dust Network
s(登録商標)、Z−wave(登録商標)、ワイファイ(WiFi)、およびZigB
ee(登録商標)などの標準的なネットワークプロトコルを使用して通信することができ
る。使用可能な他の無線通信技術は、赤外線および無線である。いくつかの実施形態では
、センサおよびコントローラ34を含む部品間の距離は、一般に1〜5メートルとするこ
とができるので、Bluetooth(登録商標)はその短い送信範囲に対して好適であ
る。また、通信プロトコルとしてBluetooth(登録商標)を用いることにより、
各送信によって消費される電力量を低減することができ、それは内部電源(たとえば、電
池)を有するセンサ32を使用する場合に有益であり得る。であろうが、は、センサ32
からコントローラ34にデータを中継するために無線通信プロトコルを用いることにより
、配線を通すことが困難なエンジン12の内部の構成部品にセンサを配置することが可能
になることを理解されたい。さらに、Bluetooth(登録商標)ベースのセンサ3
2を用いることにより、連結ロッド28などの移動および/または回転することができる
エンジン12の部品にセンサ32を配置することが可能になる。たとえば、配線が可動部
品上のセンサに接続されていると、配線が絡まって、センサおよび/またはコントローラ
から切り離されるおそれがある。
センサ32との初期化およびハンドシェイク処理を行うことができる。たとえば、コント
ローラ34は、各センサ32に個別に連絡をとり、センサ32を起動するためのコマンド
命令を送信することができる。センサ32が起動すると、コントローラ34は、センサ3
2とのペアリングおよび認証ハンドシェイク処理を行うことができる。コントローラ34
およびセンサ32が無線で接続され、データを通信することができると、コントローラ3
4はセンサ32に特定の情報を要求することができ、あるいはセンサ32がデフォルトで
特定の情報を送信することができる。その情報は、センサ32の種類(たとえば、加速度
計、温度、電流)、センサ32により用いられる電源、センサ32が送信データのタイプ
(たとえば、種類、サイズ)、送信スケジュール、センサ32が取り付けられた部品等に
関するものとすることができる。
品の望ましくない状態を検出するために、エンジン12の可動部品の振動の周波数を測定
し、コントローラ34に連続的にまたは周期的に周波数信号を送信する加速度計とするこ
とができる。コントローラ34は、特定の可動部品の振動信号の受信周波数を、仕様に提
供されたまたは可動部品のテスト中に決定された可動部品の固有周波数または周波数の許
容可能な範囲を含む知識データベースと比較することができる。周波数がデータベース中
の許容可能な限界を超えている場合には、コントローラ34は、1つまたは複数の予防措
置、たとえば、エンジン12を停止させるか、コントローラに含まれるユーザインターフ
ェース画面に表示するための警告を送信するか、ワークステーション36で表示するため
の警告を送信するか、あるいはこれらの何らかの組み合わせを行うことができる。周波数
が許容可能なしきい値範囲内にある場合には、コントローラ34は、エンジン12の連続
運転を可能にし、可動部品の状態をモニタリングし続けることができる。
ーサネット(登録商標))することができ、ワークステーション36に長距離にわたって
データを送信することができる。ワークステーション36は、システム10と同じサイト
、プラント、工場など(「場所1」)に配置することができる。しかし、コントローラ3
4は、ネットワーク40(たとえば、インターネット)を介して、場所1の外部にあるワ
ークステーション36ならびに他の場所およびシステム38と通信することができる。コ
ントローラ34は、ワークステーション36、「場所2」42に配置された他の構成要素
、ならびに/または他の場所およびシステム38と無線通信することができる。様々なワ
ークステーション36、場所(42)、ならびに他の場所およびシステム38は、すべて
互いに通信することができ、各システムに関連するデータは、ネットワーク40を介して
企業レベル44に記憶することができる。たとえば、企業レベル44において、エンティ
ティは、コントローラ34およびワークステーション36などから受信したデータをモニ
タリングすることにより、任意の数の場所で動作するエンジンを保守することができる。
テム50の一実施形態のブロック図である。特定の実施形態では、ガスタービンエンジン
システム50は、ガスタービン52、コントローラ54(たとえば、エンジン制御部)、
および燃料供給システム56を含むことができる。図示するように、ガスタービン52は
、圧縮機58、燃焼システム60、燃料ノズル62、タービン64、および排気部66を
含むことができる。動作中、ガスタービン52は、気体(たとえば、空気)68を圧縮機
58内に取り入れ、空気68を圧縮して、燃焼システム60(たとえば、複数の燃焼器)
に移動させる。燃焼システム60では、燃料ノズル62(または複数の燃料ノズル62)
は、燃料を噴射し、圧縮空気と混合して、空気燃料混合気を生成する。空気燃料混合気は
、燃焼システム60で燃焼し、高温燃焼ガスを発生させることができ、それは下流側のタ
ービン64内に流入して1つまたは複数のタービン64段を駆動する。たとえば、燃焼ガ
スは、タービン64を通って移動し、タービン64のブレードの1つまたは複数の段を駆
動して、シャフト70を回転させる。シャフト70は、シャフト70のトルクを用いて電
気を生成する発電機などの負荷72に接続される。タービン64を通過した後、高温燃焼
ガスは、排気部66を通って、排気ガス74としてボトミングサイクルシステム(たとえ
ば、HRSG)内に排出される。
ータ82およびセンサ84とインターフェースするのに適したハードウェアインターフェ
ース(図示せず)、ならびにセンサ84と無線で通信するのに適した通信構成要素(図示
せず)を含むことができる。したがって、コントローラ54は、任意の適切な無線技術(
たとえば、Bluetooth(登録商標))を介してセンサ84に無線で通信可能に結
合することができ、そのようにして、コントローラ54は、センサ84からデータを受信
し、センサ84にコマンド命令を送信することができる。メモリ80は、本明細書に開示
する、状態に基づくモニタリング(たとえば、クラック検出)技術を実施する有形の非一
時的なコンピュータ可読媒体に格納されたコンピュータ命令を含むことができる。図示す
るように、無線センサ84は、システム50の多くの構成要素、たとえば、燃料供給シス
テム56、燃焼システム60、燃料ノズル62、圧縮機58および圧縮機の内部部品(た
とえば圧縮機ブレード)、タービン64およびタービンの内部部品(たとえば、タービン
ブレード)、負荷72、ならびに排気部66などに取り付けることができる。
度、加速度、または変位)信号をコントローラ54に送信するように構成された加速度計
を含むことができる。たとえば、以下に詳細に説明するように、無線ベースのセンサ84
は、タービンブレードなどのタービン64のケーシング内部の可動部品に取り付けること
ができ、センサ84は、エンジン運転中にタービンブレードが回転するにつれてタービン
ブレードの周波数を送信することができる。このようにして、コントローラ54は、セン
サ84のデータに基づいて、動作中にタービンブレードの周波数が許容可能なしきい値を
超えているかどうかを検出し、ブレードにクラックが発生している可能性があることを判
定することができる。その結果、コントローラ54は、予防措置、たとえば、エンジン5
0を停止させるか、コントローラに含まれるユーザインターフェース画面に表示するため
の警告を送信するか、ワークステーション88で表示するための警告を送信するか、ある
いはこれらの何らかの組み合わせを行うことができる。上述したように、無線ベースのセ
ンサ84を使用することにより、エンジン内部に配置された、移動および/または回転す
る部品などの、配線にアクセスできない、および/または配線と不適合であり得る特定の
部品に特有なデータをモニタリングすることが可能になる。さらに、開示する技術は、シ
ステム50が動作している間に特定の状態を検出することを可能にすることができ、それ
はその状態が悪化すること、および可能性のある望ましくないメンテナンス事象を引き起
こすことを防止することができる。
してガスタービンエンジンシステム50の構成要素(たとえば、燃料供給システム56)
を制御するために、メモリ80に記憶されているに命令を実行することができる。アクチ
ュエータ82は、制御動作を行う際に有用なバルブ、ポンプ、ポジショナ、入口案内ベー
ン、およびスイッチなどを含むことができる。センサ84は、たとえば、燃焼システム6
0に供給される燃料86の量、燃料86の温度、圧縮機58の圧力比、および圧縮機58
の入口温度を含む様々なデータをコントローラ54に提供することができる。
ジンシステムのコントローラ54は、1つまたは複数のワークステーション88と無線通
信または有線通信(たとえばイーサネット(登録商標))することができ、長距離にわた
ってワークステーション88にデータを送信することができる。ワークステーション88
は、システム50と同じサイト、プラント、工場など(「場所1」)に配置することがで
きる。しかし、コントローラ54は、ネットワーク92(たとえば、インターネット)を
介して、場所1の外部にあるワークステーション88ならびに他の場所およびシステム9
0と通信することができる。コントローラ54は、ワークステーション88、「場所2」
94に配置された他の構成要素、ならびに/または他の場所およびシステム90と無線通
信することができる。様々なワークステーション88、場所(94)、ならびに他の場所
およびシステム90は、すべて互いに通信することができ、各システムに関連するデータ
は、ネットワーク92を介して企業レベル96に記憶することができる。たとえば、企業
レベル96において、エンティティは、コントローラ54およびワークステーション88
などから受信したデータをモニタリングすることにより、任意の数の場所で動作するエン
ジンを保守することができる。
ック)を検出するのに適した処理100の一実施形態のフローチャートである。処理10
0についての以下の説明は、図1の要素を参照しているが、この説明は、同様の要素が同
様の機能を行う図2についても適用することに留意されたい。処理100は、1つまたは
複数の有形の非一時的なコンピュータ可読媒体(たとえば、メモリ37)に格納され、コ
ントローラ34に含まれる1つまたは複数のプロセッサ35により実行可能なコンピュー
タ命令として実現することができる。処理100は、加速度計から信号を受信すること(
処理ブロック102)、および受信した周波数を許容可能な振動限界の1つまたは複数の
データベース(データベース106)と比較することにより、振動周波数が特定の限界内
にあるかどうかを判断すること(判断ブロック104)を含むことができる。加速度計は
センサ32として使用できることに留意されたい。振動周波数が許容可能な限界内である
場合には、処理100は、加速度計32から次の信号を受信するために待ち受けに戻るこ
とができる(処理ブロック102)。振動周波数が許容可能な振動限界を超えている場合
には、コントローラ34は、エンジンを停止させるコマンド命令を実行することができる
(処理ブロック108)。さらに、コントローラ34は、ユーザインターフェースに表示
するための警告を送信、またはアラームをトリガすることができ(処理ブロック110)
、ワークステーション36などの1つまたは複数の遠隔モニタリングシステムに信号を送
信することができる(処理ブロック112)。
32は、取り付けられた可動部品の周波数信号を通信可能に結合されたコントローラ34
に連続的に送信するように構成することができる。他の実施形態では、加速度計32は、
設定可能な期間において所定の間隔または設定可能な間隔で周波数信号を送信するように
構成することができる。たとえば、加速度計32は、1時間、2時間、3時間などにわた
って、10秒、30秒、1分ごとなどにデータを送信することができる。いくつかの実施
形態では、コントローラ34はモニタリングスケジュールに基づいてデータを要求するこ
とができ、あるいは、コントローラ34が過去の測定値の傾向が限界に近づきつつあると
判断し、かつコントローラ34が可動部品の状態を緊密にモニターすることが望ましいと
判断した場合には、コントローラ34はより高速の送信を要求することができる。また、
いくつかの実施形態では、コントローラ34は無線加速度計32の電池寿命に関するデー
タを得ることができる。加速度計32の電池寿命が相対的に低い場合には、コントローラ
34は、加速度計の電力を維持するために、読み出し間隔を長くするように加速度計32
に命令することができる。
と(処理ブロック102)、コントローラ34は、振動周波数が許容可能な振動限界デー
タベース106から得られた許容可能なしきい値範囲内にあるかどうかを判定する。前に
述べたように、いくつかの実施形態では、1つまたは複数の許容可能な振動限界データベ
ース106があってもよい。たとえば、一実施形態では、データベース106は、コント
ローラ34に局所的に配置されている。他の実施形態では、コントローラ34が振動限界
データを取得するためにアクセスするいくつかのデータベース106があってもよい。す
なわち、たとえば、局所的なデータベース106が特定の専用の可動部品(たとえば、連
結ロッド)の振動限界を含んでもよく、外部のソースに配置された別のデータベース10
6が第三者の部品の振動限界を含んでもよい。データベース106のいずれも、多くの機
械の多くの部品の振動限界データを含むことができることに留意されたい。また、データ
ベース106のデータは、現在の振動限界データを取得するためにウェブサービスを呼び
出すことができる、コントローラのメモリ37に記憶されたソフトウェアアプリケーショ
ンによって、定期的に更新することができる。他の実施形態では、第三者サービスがデー
タベース106へのデータ更新を推進することができる。
前の設計知識(たとえば仕様)、クラックに関連した過去の観測された周波数、またはこ
れらの何らかの組み合わせに関するテストデータから得ることができる。データは、シス
テム10が起動される前にデータベース106に格納することができる。許容可能な振動
限界は、許容可能な周波数のしきい値範囲を意味することができる。加えて、データベー
ス106は、モニターされている各部品の正常な振動周波数のためのフィールドを含むこ
とができる。説明のために、データベース106は、連結ロッド28の固有周波数が20
ヘルツ(Hz)であり得ることを示すことができる。仕様により得られた、または連結ロ
ッド28の試験中に得られた周波数の許容可能な範囲は、20Hzから0〜2Hzの偏差
を含むことができる。その範囲外のいずれの周波数も、クラックが存在することを示すこ
とができる。クラックが生じた部品は、通常、その部品が完全である時の部品の固有周波
数とは異なる(たとえば、より高いかより低い)周波数を生成する。したがって、連結ロ
ッド28が25Hzの振動周波数を生成する場合には、コントローラ34は、クラックが
連結ロッド28に存在すると判定することができる。他の実施形態では、コントローラ3
4は、始動時に可動部品の振動周波数の基準を取得して、データベース106から得られ
た一定量のHzの基準からの偏差をモニターすることができる。いくつかの実施形態では
、基準偏差は、取り込まれた周波数間の位相差オフセットの測定を含むことができる。
または複数のセンサから受信した信号に基づいてコントローラ34により決定することが
できる。たとえば、位置センサは、角速度を示す信号を送信するために、加速度計32と
併せて用いることができる。コントローラ34は、位置センサおよび加速度計32からの
信号を受信して、信号を角速度に変換するために高速フーリエ変換(FFT)を実行する
ことができる。また、加速度計によって送信された周波数信号は、加速度およびHzの変
位を決定するために、コントローラ34によってFFTにおいて用いることができる。
した場合には、コントローラ34は、1つまたは複数の予防措置を実行することができる
。その措置は、エンジン12を停止すること(処理ブロック108)、コントローラ34
によって提供されたユーザインターフェースに信号を送信すること(処理ブロック110
)、遠隔モニタリングシステム(たとえば、ワークステーション36)に信号を送信する
こと、またはこれらの何らかの組み合わせを行うことを含むことができる。エンジン12
を停止すること(処理ブロック108)によって、クラックが成長して、可動部品が分離
し、これにより望ましくないメンテナンス事象につながるおそれがあることを防止するこ
とができる。コントローラ34のユーザインターフェース(たとえば、ヒューマンマシン
インターフェース)に信号を送信すること(処理ブロック110)は、クラックが検出さ
れた可動部品を表示することを含み、フラグを付した部品を交換するためにオペレータに
警告することができる。また、信号は、コントローラ34の音声サイレンアラームをトリ
ガすることができる。さらに、ワークステーション36に信号を送信することは、システ
ム10および影響を受ける可動部品(たとえば、連結ロッド28)を表示することを含み
、それは、オペレータが、エンジン12が停止することによって影響される他の機械また
はシステムを停止することを可能にすることができる。また、ワークステーション36に
警告を送信することは、所有者エンティティがシステムの停止時間を追跡することを保持
し、交換部品を注文し、メンテナンスをスケジュールし、およびシステムのフリートをよ
り効率的に管理することを可能にする。いくつかの実施形態では、コントローラ34は、
システムの停止時間を低減するために、クラックが生じた可動部品のメンテナンスを行う
時間を自動的にスケジュールすることができる。予防措置がコントローラ34により行わ
れた後に、処理100をリセットすることができる。
を含む連結ロッド28を示す。図示する実施形態では、センサ32は、振動周波数を測定
するために使用される加速度計とすることができる。近位端部120は、ピストン24の
ピンに接続することができ、ピンは連結ロッド28内に圧入することができる。連結ロッ
ドの近位端部120は、ピストン24において旋回することができる。連結ロッド28の
遠位端部122は、クランクスローの軸受ジャーナルに接続することができる。近位端部
120および遠位端部122は、シャンク124によって接続され、分離することができ
る。連結ロッド28は、動作中に伸長および圧縮などの大きな応力を受けることがある。
近位端部120、遠位端部122、またはシャンク124などの連結ロッド28のいずれ
の部品がクラックした場合でも、連結ロッド28はばらばらに壊れて、それによって望ま
しくないメンテナンス事象が発生する可能性がある。図示するように、ロッド28の振動
の周波数をモニターするために、加速度計32をシャンク124の中心に取り付けること
ができる。上述したように、許容可能なしきい値範囲を超える振動周波数、周波数シフト
、または他のパラメータ(たとえば、速度、加速度、変位)は、ロッド28のクラックを
示すことができる。加速度計32は、ロッド28に沿ってどこに配置してもよく、シャン
ク124の中心の配置に限定されないことに留意されたい。さらに、連結ロッド28が配
線を通すことが困難であり得るエンジンの内部に配置されており、連結ロッド28が動作
中に複数の方向に急速に移動して、接続された配線が外れたり絡まったりするおそれがあ
るので、無線加速度計を使用することが望ましい。すなわち、連結ロッド28は、エンジ
ン12が動作している時に任意に(非直線的に)移動することができる。
ある。加速度計は、センサ32およびセンサ84のいずれかまたは両方として使用できる
ことに留意されたい。加速度計128は、プロセッサ130、トランスデューサ132、
通信構成要素134、および電源136を含むことができる。加速度計128は、往復運
動エンジンおよびガスタービンエンジンなどの機械に含まれる可動部品の振動の周波数を
検出し測定することを可能にすることができる。トランスデューサ132は、1つの形態
から別の形態にエネルギーを変換することができる。たとえば、トランスデューサ132
は、振動を電気信号に変換するように構成された圧電材料を含むことができる。すなわち
、振動の周波数は、圧電材料132により取得することができ、圧電材料132が振動す
ると、圧電材料132は周波数を示す電気信号を生成する。圧電材料132が機械的応力
(たとえば、振動)を受けると、正および負の電荷中心が材料132内でシフトし、それ
によって外部電気信号を生成させる。上述したように、プロセッサ130は、その信号を
受信して、通信構成要素134がコントローラ(たとえば、符号34または54)に周波
数を表す信号を送信するようにさせることができる。通信構成要素134は、上述したよ
うに、任意の適切な無線技術(たとえば、Bluetooth(登録商標)、WiFi(
登録商標)、ZigBee(登録商標)、無線、赤外線)を介して通信可能な無線カード
を含むことができる。いくつかの実施形態では、電源136は、電池、キャパシタ、また
は他の内部電源であってもよく、圧電材料132により生成された電荷を蓄積することが
できてもよい。
可動部品の状態に基づくモニタリングを用いて、クラックなどの特定の状態を検出するこ
とを含むことができる。本技術は、モニターされた可動部品の振動の周波数を示す、無線
加速度計からの信号を受信するコントローラを含むことができる。コントローラは、その
周波数が許容可能なしきい値範囲内にあるかどうかを判定し、そうでない場合には、特定
の予防措置をとることができる。本明細書に開示した技術を用いることにより、エンティ
ティは、完全に分離する前にクラックおよび/または他の可能性のある故障を検出するこ
とが可能になり、それによって望ましくないメンテナンス事象を防止することができる。
クラックが検出された場合には、エンジンを停止し、部品を迅速に交換し、それによりシ
ステムの停止時間を低減することができる。このように、開示した技術は、機械の修理に
おける時間および費用を節約することができ、ならびに検出されない故障に起因する機械
への潜在的な損傷を防止することができる。また、可動部品の状態に基づいて可動部品を
モニターすることによって、スケジュールに基づくモニタリング管理で行われているよう
に部品の状態を考慮せずに部品を交換するのではなく、部品の全寿命を活用することが可
能になる。
。また、いかなる当業者も本技術を実施することができるように実施例を用いており、任
意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを
含んでいる。本開示の特許され得る範囲は、請求項によって定義され、当業者が想到する
他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が特許請求の範囲の文字通りの言
葉と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の文字通りの言
葉と実質的な差異がなく等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請
求の範囲内であることを意図している。
12 エンジン
14 燃焼室
16 空気供給
18 加圧酸化剤
20 燃料
22 燃料供給
24 ピストン
26 シリンダ
28 連結ロッド
30 シャフト
31 負荷
32 センサ、加速度計
34 コントローラ
35 プロセッサ
36 ワークステーション
37 メモリ
38 他の場所およびシステム
40 ネットワーク
42 場所2
44 企業レベル
50 エンジン、ガスタービンエンジンシステム
52 ガスタービン
54 コントローラ
56 燃料供給システム
58 圧縮機
60 燃焼システム
62 燃料ノズル
64 タービン
66 排気部
68 気体、空気
70 シャフト
72 負荷
74 排気ガス
78 プロセッサ
80 メモリ
82 アクチュエータ
84 センサ
86 燃料
88 ワークステーション
90 他の場所およびシステム
92 ネットワーク
94 場所2
96 企業レベル
100 処理
102 処理ブロック
104 判断ブロック
106 データベース
108 処理ブロック
110 処理ブロック
112 処理ブロック
120 近位端部
122 遠位端部
124 シャンク
128 加速度計
130 プロセッサ
132 トランスデューサ、圧電材料
134 通信構成要素
136 電源
Claims (20)
-
機械の内部の可動部品に配置され、無線で通信するように構成された無線センサ(32
、84)と、
プロセッサ(35、78、130)を備えるコントローラ(34、54)と、を含み、
前記プロセッサ(35、78、130)は、
前記無線センサ(32、84)から前記内部可動部品の振動の周波数を示す無線信号を
受信することにより、前記無線センサ(32、84)との通信を開始し、
1つまたは複数のデータソースから前記内部可動部品の振動の許容可能なしきい値範囲
を取得し、
前記振動の周波数が前記内部可動部品の振動の前記許容可能なしきい値範囲内にあるか
どうかを判定し、
前記周波数が前記許容可能なしきい値範囲内にない場合には予防措置を開始するように
構成される、システム(10、50)。
-
前記プロセッサ(35、78、130)は、前記周波数が前記許容可能なしきい値範囲
内である場合には、ネットワークインターフェースを用いて別の無線信号の待ち受けを開
始するように構成される、請求項1に記載のシステム(10、50)。
-
前記プロセッサ(35、78、130)は、前記1つまたは複数の予防措置として、前
記機械の動作を停止させるか、前記制御システムのユーザインターフェース画面に表示す
るために警告を送信するか、表示するために局所的または遠隔のワークステーション(3
6、88)に前記警告を送信するか、あるいはこれらの何らかの組み合わせを行うように
構成される、請求項1に記載のシステム(10、50)。
-
前記プロセッサ(35、78、130)は、予防措置を開始する前に前記周波数が前記
許容可能なしきい値範囲内にない場合には、前記無線センサ(32、84)から前記内部
可動部品の振動の第2の周波数を示す第2の無線信号を受信することにより前記無線セン
サ(32、84)との通信を開始し、振動の前記第2の周波数が前記内部可動部品の振動
の前記許容可能なしきい値範囲内にあるかどうかを判定し、前記第2の周波数が前記許容
可能なしきい値範囲内にない場合には、予防措置を開始するように構成される、請求項1
に記載のシステム(10、50)。
-
前記無線センサ(32、84)は、前記コントローラ(34、54)から受信した指示
に基づいて、前記無線信号を連続的に送信するか、周期的に送信するかを決定するように
構成される、請求項1に記載のシステム(10、50)。
-
前記プロセッサ(35、78、130)は、
前記無線センサ(32、84)から、前記内部可動部品の1つまたは複数の角速度、加
速度、変位、またはこれらの何らかの組み合わせを示す無線信号を受信することにより、
前記無線センサ(32、84)との通信を開始し、
1つまたは複数のデータソースから、前記内部可動部品の角速度、加速度、変位、また
はこれらの何らかの組み合わせの許容可能なしきい値範囲を取得し、
前記角速度、前記加速度、前記変位、またはこれらの何らかの組み合わせが前記内部可
動部品の前記許容可能なしきい値範囲内にあるかどうかを判定し、
前記角速度、前記加速度、前記変位、またはこれらのいくつかの組み合わせが前記許容
可能なしきい値範囲内にない場合には予防措置を開始するように構成される、請求項1に
記載のシステム(10、50)。
-
前記プロセッサ(35、78、130)は、振動の前記周波数が振動の前記許容可能な
しきい値範囲を超えた場合には、前記内部可動部品にクラックがあるという表示を生成す
るように構成される、請求項1に記載のシステム(10、50)。
-
前記無線センサ(32、84)は、振動の前記周波数を示す電気信号を生成するために
用いられる圧電材料(132)を含む加速度計を含む、請求項1に記載のシステム(10
、50)。
-
プロセッサ(35、78、130)を含み、前記プロセッサ(35、78、130)は
、
機械の内部の可動部品に配置された無線センサ(32、84)との通信を、前記内部可
動部品の振動の周波数を示す無線信号を受信することにより開始し、
1つまたは複数のデータソースから前記内部可動部品の振動の許容可能なしきい値範囲
を取得し、
前記振動の周波数が前記内部可動部品の振動の前記許容可能なしきい値範囲内にあるか
どうかを判定し、
前記周波数が前記許容可能なしきい値範囲内にない場合には予防措置を開始するように
構成される、装置。
-
前記プロセッサ(35、78、130)は、前記周波数が前記許容可能なしきい値範囲
内である場合には、ネットワークインターフェースを用いて別の無線信号の待ち受けを開
始するように構成される、請求項9に記載の装置。
-
前記プロセッサ(35、78、130)は、前記無線信号が最初に受信された場合に振
動の前記周波数の基準値を設定し、続いて受信された無線信号について、振動の前記周波
数の位相が前記基準値の位相からずれているかどうかを判定するように構成される、請求
項9に記載の装置。
-
前記許容可能なしきい値範囲を取得することは、前記内部可動部品に関して予め記憶さ
れたテストデータ、設計仕様、またはこれらの何らかの組み合わせにアクセスすることを
含む、請求項9に記載の装置。
-
前記プロセッサ(35、78、130)は、前記1つまたは複数の予防措置として、前
記機械の動作の停止を開始するか、前記制御システム(10、50)のユーザインターフ
ェース画面に表示するために警告の送信を開始するか、表示するために局所的または遠隔
のワークステーション(36、88)に前記警告の送信を開始するか、あるいはこれらの
何らかの組み合わせを行うように構成される、請求項9に記載の装置。
-
コンピュータ命令を記憶した非一時的なコンピュータ可読媒体(37、80)であって
、前記命令は、プロセッサ(35、78、130)によって実行された場合に、
機械の内部の可動部品に配置された無線センサ(32、84)との通信を、前記無線セ
ンサ(32、84)から無線信号を受信することにより開始し、前記無線信号は前記内部
可動部品の振動の周波数を示し、
1つまたは複数のデータソースから前記内部可動部品の振動の許容可能なしきい値範囲
を取得し、
前記振動の周波数が前記内部可動部品の振動の前記許容可能なしきい値範囲内にあるか
どうかを判定し、
前記周波数が前記許容可能なしきい値範囲内にない場合には予防措置を開始するように
構成される、コンピュータ可読媒体(37、80)。
-
前記1つまたは複数の予防措置を開始することは、前記機械の停止動作を開始するか、
コントローラ(34、54)のユーザインターフェース画面に表示するために警告の送信
を開始するか、表示するためにワークステーション(36、88)に前記警告の送信を開
始するか、あるいはこれらの何らかの組み合わせを行うことを含む、請求項14に記載の
コンピュータ可読媒体(37、80)。
-
前記命令は、前記周波数が前記許容可能なしきい値範囲内である場合には、ネットワー
クインターフェースを用いて別の無線信号の待ち受けを開始するように構成される、請求
項14に記載のコンピュータ可読媒体(37、80)。
-
前記通信を開始することは、Bluetooth(登録商標)、無線、赤外線、WiF
i、またはZigBeeを含む無線技術を用いて前記無線信号を受信するためにネットワ
ークインターフェースを用いることを含む、請求項14に記載のコンピュータ可読媒体(
37、80)。
-
前記許容可能なしきい値範囲を取得することは、前記1つまたは複数のデータソースと
して局所的または遠隔のデータソースから前記許容可能なしきい値範囲を取得することを
含む、請求項14に記載のコンピュータ可読媒体(37、80)。
-
前記許容可能なしきい値範囲を取得することは、前記内部可動部品に関して予め記憶さ
れたテストデータ、設計仕様、またはこれらの何らかの組み合わせを読み出すことを含む
、請求項14に記載のコンピュータ可読媒体(37、80)。
-
前記命令は、振動の周波数が振動の前記許容可能なしきい値範囲を超えた場合には、前
記内部可動部品にクラックがあると判定するように構成される、請求項14に記載のコン
ピュータ可読媒体(37、80)。
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