JP2018059505A - 可聴音出力を用いたガスタービンにおける異常の検出 - Google Patents

Abstract

【課題】可聴音出力を用いた、ガスタービンにおける異常、事象、または問題を検出する。【解決手段】一実施形態では、タービンシステムは、いくつかのセンサとコントローラとを含む。いくつかのセンサの各々は、タービンシステムのそれぞれの位置に配置され、コントローラは、１以上のプロセッサ実行可能ルーチンを記憶するメモリと、プロセッサとを含む。プロセッサは、メモリによって符号化された１以上のルーチンにアクセスして実行するように構成され、１以上のルーチンは、実行されると、プロセッサに、タービンシステムの運転の任意の段階中に、いくつかのセンサから１以上の信号を受信させ、１以上の信号を可聴音出力に変換させる。【選択図】図１

Description

本明細書で開示される主題は、ターボ機械に関し、より詳細には、可聴音出力を用いた、ガスタービンにおける異常、事象、または問題を検出することに関する。

機器が稼動している間、プラント内の機器（例えば、ガスタービン）の物理的なノイズから、プラントオペレータを除外することができる。例えば、オペレータは、プラントから離れた位置でプラントの運転を監視することができ、プラント内で運転する機器の防音は、放出される可聴ノイズ等を低減することができる。したがって、オペレータはしばしば、制御システムによって作成されたアラームを頼りに機器を保護する。しかしながら、オペレータは、かなりの時間にわたってアラームに鈍感になったり、アラームを無視したりすることがあり、これは、機器の望ましくない運転状態を引き起こす可能性がある。

米国特許第４５４３８３０号明細書

出願時に特許請求する主題の範囲に相応する特定の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求される実施形態の範囲を限定しようとするものではなく、これらの実施形態は本発明の主題の、可能性がある形式の概要を提供することのみを意図するものである。実際、本発明の主題は、以下に記載した実施形態と同様の、または異なる様々な形態を包含することができる。

一実施形態では、タービンシステムは、いくつかのセンサとコントローラとを含む。いくつかのセンサの各々は、タービンシステムのそれぞれの位置に配置され、コントローラは、１以上のプロセッサ実行可能ルーチンを記憶するメモリと、プロセッサとを含む。プロセッサは、メモリによって符号化された１以上のルーチンにアクセスして実行するように構成され、１以上のルーチンは、実行されると、プロセッサに、タービンシステムの運転の任意の段階中に、いくつかのセンサから１以上の信号を受信させ、１以上の信号を可聴音出力に変換させる。

一実施形態では、コントローラは、１以上のプロセッサ実行可能ルーチンを記憶するメモリと、メモリによって符号化された１以上のルーチンにアクセスして実行するように構成されたプロセッサとを含み、１以上のルーチンが、実行されると、プロセッサに、タービンシステムの運転の任意の段階中に、いくつかのセンサであって、それぞれがタービンシステムのそれぞれの位置に配置されているいくつかのセンサから１以上の信号を受信させ、１以上の信号を可聴音出力に変換させる。

一実施形態では、１以上の有形の非一時的なコンピュータ可読媒体は命令を有し、前記命令が、１以上のプロセッサによって実行されると、前記１以上のプロセッサに、タービンシステムの運転の任意の段階中に、いくつかのセンサであって、それぞれが前記タービンシステムのそれぞれの位置に配置されている前記いくつかのセンサから、それぞれの位置の内部の動圧を示す１以上の信号を受信させ、前記１以上の信号を可聴音出力に変換させる。

本発明の主題のこれらの特徴、態様、および利点、ならびに他の特徴、態様、および利点が、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を検討することによって、よりよく理解されると考えられ、添付の図面において、類似の文字は、図面の全体を通して類似の部分を表している。

一実施形態による、１以上のセンサを用いて可聴音出力を介して異常、事象、または問題を検出することを可能にするタービンシステムのブロック図である。 一実施形態による、センサが配置され得るタービンシステムの例示的な位置の概略図である。 一実施形態による、タービンシステムからの可聴音出力を聞くために用いられるグラフィカルユーザインタフェースのスクリーンショットである。 一実施形態による、可聴音出力を介して異常、事象、または問題を検出する方法を示すフローチャートである。

本発明の主題の１以上の具体的な実施形態を説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようとするため、実際の実装形態のすべての特徴部を本明細書に記載しないこともある。エンジニアリングまたは設計プロジェクト等における実際の実装形態の開発においては、開発者の特定の目的を達成するために、例えばシステム関連およびビジネス関連の制約条件であって、実装形態ごとに異なる制約条件への対応等、実装形態に特有の決定を数多くしなければならないことを理解されたい。さらに、このような開発努力は複雑で時間がかかる場合があるが、それでも、このような開発努力は、本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を理解されたい。

本発明の様々な実施形態の要素を導入する際、単数の表現は、その要素が１以上あることを意味するものとする。「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。

前述したように、プラントオペレータは、プラントから離れた制御ステーションで発せられるガスタービンの健全性に関連する特定のアラームを無視したり、アラームに鈍感になったりする場合がある。したがって、プラントにおいて、ガスタービン機器に問題が生じる場合があり、その結果、かなりの機器停止時間（例えば、機器が動作可能でない）または整備費が生じる。したがって、現在、ガスタービンの異常、事象、または問題を検出するための改良された技術が望ましいことが一般的に認識されている。

したがって、本開示の実施形態は、一般に、タービンシステムが可聴音出力を用いて運転している間に、ガスタービンの異常、事象、または問題を検出するためのシステムおよび方法に関する。すなわち、いくつかの実施形態は、ガスタービンオペレータが、潜在的な異常、事象、または問題を、タービンシステムに含まれる、またはタービンシステムに取り付けられたセンサから得られる可聴ノイズによって監視することを可能にする。センサは、タービンシステムの任意の運転期間（例えば、始動、全運転、および／または停止）中にデータを取得することができる。以下に説明するように、センサは、可聴音を生成するのに適した任意のタイプのセンサとすることができ、センサは、オペレータが聴きたい任意の適切な位置に配置することができる。例えば、センサは、ガスタービンの燃焼システムに既に存在する燃焼動圧センサを含んでもよい。既存の燃焼動圧センサを活用することで、新たな計装コスト、設置コストを削減することができる。さらに、センサは、クリアランスプローブ、光学プローブ、マイク、加速度計または歪みゲージ、動圧センサ等を含んでもよい。センサは、入口、圧縮機、タービン、タービンシステムのケーシングの穴、ボアスコープポート等、ガスタービン上、またはガスタービン内の任意の位置に配置することができる。いくつかの実施形態では、センサは、ソフトウェアアプリケーションを実行するコントローラおよび／またはコンピューティングデバイスに信号を発することができる。ソフトウェアアプリケーションは、プロセッサに、信号を可聴音信号に変換させ、かつコントローラおよび／またはコンピューティングデバイスの可聴音出力装置を介して可聴音信号を出力させてもよい。プラントオペレータは、コントローラシステムのアラームのみに頼るのではなく、燃焼システムに耳を傾けて、タービンシステムの音の変化に基づいて異常、事象、または問題を検出することができる。異常、事象、または問題には、タービン内の圧縮機の抽気空洞および／もしくは様々な空洞、または車輪空間の共鳴、システムが運転しているときにタービンシステム内に残された物体（例えばボルト、デブリ等）等によって引き起こされるフラッタ、回転失速、風切り音が含まれ得る。

ここで図面を参照すると、図１は、本開示の一実施形態に係る、可聴音出力によって異常、事象、または問題の検出を可能にするタービンシステム１０のブロック図を示す。タービンシステム１０は、タービン１２および後処理システム１４を含む。特定の実施形態では、タービンシステム１０は、発電システムであってもよい。タービンシステム１０は、天然ガスおよび／または水素リッチ合成ガス等の液体燃料または気体燃料を用いて、タービンシステム１０を運転することができる。図示のように、タービンシステム１０は、吸気セクション１６、圧縮機１８、燃焼システム２０、およびタービン１２を含む。タービン１２は、シャフトを介して圧縮機１８に駆動可能に結合されていてもよい。運転中、空気は、吸気セクション１６を介してタービンシステム１０に入り（矢印１７によって示される）、圧縮機１８内で加圧される。吸気セクション１６は、入口を有していてもよい。圧縮機１８は、シャフトに結合されたいくつかの圧縮機ブレードを含んでもよい。シャフトの回転は、圧縮機ブレードの回転を引き起こし、それによって圧縮機１８内に空気を引き込み、燃焼システム２０に入る前に空気を圧縮する。

圧縮空気が圧縮機１８を出て燃焼システム２０に入るとき、圧縮空気１７は、１以上の燃焼カン２３内での燃焼のために燃料１９と混合され得る。例えば、燃焼カン２３は、燃焼、排気、燃料消費、動力出力等のために、燃焼カン２３に燃料−空気混合物を最適な燃焼に適切な比率で噴射することができる１以上の燃料ノズルを含んでもよい。空気１７および燃料１９の燃焼は、高温加圧排気ガスを生成し、高温加圧排気ガスはその後、タービン１２内の１以上のタービンブレードを駆動するために用いることができる。運転中、タービン１２内に流入する、またはタービン１２を通る燃焼ガスは、タービンブレードに対して、かつタービンブレードの間を流れ、それによってタービンブレードを駆動し、シャフトを回転させて、発電プラントの発電機等の負荷２１を駆動する。上述したように、シャフトの回転は、さらに、吸気セクション１６によって受けられた空気を圧縮機１８内のブレードが吸入し加圧するようにする。

タービン１２を通って流れる燃焼ガスは、排気ガスの流れとしてタービン１２の下流端１５から出てもよい。排気ガス流は、後処理システム１４に向かって下流方向に流れ続けてもよい。例えば、下流端１５は、後処理システム１４に流体的に結合されていてもよい。燃焼プロセスの結果として、排気ガスは、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、炭素酸化物（ＣＯｘ）、および未燃焼炭化水素等の一定の副生成物を含み得る。特定の規制に起因して、排気ガス流を大気中に放出する前に、そのような副生成物の濃度を低減または実質的に最小限にするために、後処理システム１４が採用されてもよい。

燃焼システム２０、圧縮機１８、タービン１２、タービンシステム１０のケーシングの様々な穴、ボアスコープポート、吸気セクション１６の入口、またはタービンシステム１０の任意の適切な位置であって、オペレータが、ノイズを聞いて異常、事象、または問題を検出することを望む位置に、１以上のセンサ２２を含めることができる。いくつかの実施形態では、センサ２２の例には、任意のタイプの動圧センサ、加速度計、歪みゲージ等が含まれ得る。例えば、センサ２２は、音速または離散周波数を検出できるようするために、ロータダイナミクスを聴取するように構成された地震センサ（例えば、加速度計）またはロータ近接プローブであってもよい。いくつかの実施形態では、センサ２２は、圧縮機１８および／またはタービン１２内の特定のブレード段の上に配置されて、圧縮機１８および／またはタービン１２の空洞に起因するフラッタ、ストール、ホイッスル等の異常な挙動を検出することを可能にする。例えば、センサ２２は、流路内に配置された動圧センサであってもよく、またはセンサ２２は、圧縮機１８および／またはタービン１２のケーシングに配置された加速度計であってもよい。いくつかの実施形態では、センサ２２は組み立てられた燃焼システム２０に既に含まれていてもよく、本開示の特定の実施形態を実施するために燃焼システム２０に他の器具を追加しなくてもよい。いくつかの実施形態では、センサ２２は、圧縮機１８、燃焼システム２０、および／またはタービン１２内の任意の望ましい振幅および周波数範囲にある圧力信号または波形を感知するように構成してもよい。

センサ２２は、圧力から生じる電気信号を生成する圧電材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、センサ２２は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサ、ホール効果センサ、磁気抵抗センサ、または振動、圧力等を感知するように設計された任意の他のセンサを含んでもよい。さらに、センサ２２は、光学的に燃焼ダイナミクスを測定するように構成された光学センサを含んでもよい。センサ２２は、無線（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ＬｏｗＥｎｅｒｇｙ、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標））または有線接続（例えば、イーサネット（登録商標））を介してセンサ２２をコントローラ２４および／またはコンピューティングデバイス２５に通信可能に接続することを可能にする通信回路を含んでもよい。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス２５の例には、ラップトップ、スマートフォン、タブレット、パーソナルコンピュータ、ヒューマンマシンインタフェース等が含まれ得る。

いくつかの実施形態では、センサ２２は、燃焼システム２０に含まれ、かつ／または燃焼システム２０の外部のタービンシステム１０の部分に配置されたマイクまたはマイクアレイを含んでもよい。例えば、マイクまたはマイクアレイは、入口、排気筒、圧縮機１８、タービン１２等の内部またはその近傍に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、マイクまたはマイクアレイは、音量計または一連の音量計での使用のためにコントローラ２４に示す検出された音を送ることができる。いくつかの実施形態では、検出された音は、燃焼ダイナミクスを示すことができる。

運転中、センサ２２は、圧力（例えば、静的、動的）または振動を示す信号をコントローラ２４および／またはコンピューティングデバイス２５に送信することができる。センサ２２は、タービンシステム１０の運転の任意の段階（例えば、始動、全速運転での燃焼、停止）中に信号を送信することができる。いくつかの実施形態では、タービンシステム１０が停止しているときであっても、センサ２２はアクティブであり、任意の検出されたノイズの信号を送信することができる。コントローラ２４および／またはコンピューティングデバイス２５は、センサ２２から信号を受信し、その信号を（例えば、コンピューティングデバイス２５に関連付けられた可聴音出力装置を介して）出力することに適した可聴音信号に変換することができる。したがって、コントローラ２４および／またはコンピューティングデバイス２５はそれぞれ、コンピュータ命令を記憶する１以上の有形の非一時的なコンピュータ可読媒体（例えば、メモリ２６、２７）を含んでいてもよい。このコンピュータ命令は、コントローラ２４および／またはコンピューティングデバイス２５のプロセッサ２８、２９のそれぞれによって実行されたとき、プロセッサ２８、２９に信号を受信させ、信号を可聴音信号に変換させ、この可聴音信号を可聴音出力装置３０、３１（例えば、スピーカ、拡声器、メガホン、サイレン、ヘッドフォン、アンプ、パブリックアドレス（ＰＡ）システム等）のそれぞれを介して出力させる。非一時的なメモリとは、媒体が有形であり、信号ではないことを示しているに過ぎないことに留意されたい。さらに、コントローラ２４および／またはコンピューティングデバイス２５は、信号を受信し、信号をプロセッサ２８、２９に送信するように構成されたネットワークインタフェース等の通信回路を含んでいてもよい。

プロセッサ２８、２９は、コンピュータ実行可能コードを実行することができる任意のタイプのコンピュータプロセッサまたはマイクロプロセッサであってもよい。さらに、プロセッサ２８、２９は、複数のプロセッサもしくはマイクロプロセッサ、１以上の「汎用」プロセッサもしくはマイクロプロセッサ、１以上の専用プロセッサもしくはマイクロプロセッサ、および／または１以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣＳ）、またはそれらの何らかの組み合わせを含む。例えば、プロセッサ２８は、１以上の縮小命令セット（ＲＩＳＣ）プロセッサを含んでもよい。

メモリ２６、２７は、プロセッサ実行可能ルーチン、コード、データ等を記憶する媒体として機能することができる任意の適切な製品であってもよい。これらの製品は、本明細書で開示される技術を実行するためにそれぞれのプロセッサ２８、２９によって用いられるプロセッサ実行可能コードまたはルーチンを記憶することができるコンピュータ可読媒体（例えば、メモリまたは記憶装置の任意の適切な形態）を表すことができる。例えば、メモリ２６、２７は、揮発性メモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、不揮発性メモリ（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ））、フラッシュメモリ、ハードドライブ、または、光記憶媒体、磁気記憶媒体、もしくはソリッドステート記憶媒体、またはそれらの組み合わせを含むことができる。メモリ２６、２７はまた、任意のデータ（例えば、所望の時間量のセンサ位置ごとの可聴音出力の記録）、データの分析、ソフトウェアアプリケーション等を記憶するために用いられてもよい。

一般に、プロセッサ２８、２９は、ユーザが、コントローラ２４および／またはコンピューティングデバイス２５の可聴音出力装置３０、３１を介して聞くタービンシステム１０内のいずれかのセンサ位置（またはすべてのセンサ位置）を選択することを可能にするグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を含むソフトウェアアプリケーションを実行することができる。ＧＵＩに関連する追加機能については以下で説明する。理解されるように、オペレータは、コントローラ２４および／またはコンピューティングデバイス２５を用いて実際のタービンシステム１０から離れた位置で、選択されたセンサ位置の圧力またはダイナミクスを表す可聴音を聞くことができる。いくつかの実施形態では、オペレータは、運転の任意の段階中、コントローラ２４および／またはコンピューティングデバイス２５を介して可聴音出力を聞きながら、タービンシステム１０に比較的近接している。

オペレータは、可聴音出力装置３０および／または３１を介して出力される可聴音出力に基づいて、ガスタービンシステム１０に異常、事象、または問題が発生していると判断することができる。実際に、ユーザは、開示された技術を用いることによって、タービンシステム１０のどの領域（例えば、燃焼カン２３、圧縮機１８、タービン１２、入口等）に異常、事象、または問題があるかを特定することができる。例えば、オペレータは、運転のある段階中に、運転のその段階中に圧縮機１８から放出されている現在のノイズが、圧縮機１８が予想通りに運転しているときの当該段階中に圧縮機１８から放出されるノイズと異なって（例えば異常）いることを、聞き分けることができる。したがって、オペレータは、タービンシステム１０の停止、圧縮機１８のチェック、圧縮機１８のメンテナンスの実行、圧縮機１８内の構成部品の交換の実行、メンテナンスおよび／または交換の予定等の予防行動をとることができる。

図２は、一実施形態によるセンサ２２が配置されるタービンシステム１０の例示的な位置の概略図である。センサ２２が配置される位置は、少なくとも圧縮機１８、タービン１２、燃焼システム２０の燃焼カン、入口、タービンシステム１０のケーシングの様々な穴、ボアスコープポート等であってもよい。いくつかの実施形態では、センサの組み合わせ（例えば、異なる軸方向位置または周方向位置、タービンシステム１０の異なる構成部品の監視）を用いて、異常な挙動が起きている位置を特定できることに留意されたい。例えば、燃焼および耐震におけるトーナル音出力が同じであることは、燃焼システム２０で異常事象が生じていることを示すことができる。図示のように、センサ２２は、加速度計、動圧センサ（例えば、プローブ）、歪みゲージ、光学プローブ等であってもよい。さらに、センサ２２は、タービン１２および／または圧縮機１８の周りに円周方向に配置されてもよい。

センサ２２からの信号はコントローラ２４に送信されるように示されているが、信号をコンピューティングデバイス２５に送信してもよいことに留意されたい。コンピューティングデバイス２５は、信号を可聴音に変換し、この可聴音を出力することに関するコントローラ２４と同様の機能を実行する。図示されているように、それぞれのセンサ２２は、タービン１２および／または圧縮機１８の少なくとも各ブレード段の上方に結合されていてもよい。したがって、圧縮機１８に６つのブレード段がある場合、６つのセンサ２２（例えば、各ブレード段に近接して配置された１つのセンサ２２）を用いてもよい。いくつかの実施形態では、センサ２２の数とブレード段の数との間に１対１の関係がない場合もあることに留意されたい。例えば、１つのセンサ２２を用いてブレード段のすべてを監視してもよいし、いくつかのセンサ２２を用いてブレード段のすべてを監視してもよいし、または２以上のセンサ２２を用いて１つのブレード段を（例えば周方向に）監視してもよい。同様に、入口を監視するために多数のセンサ２２を用いてもよいし、単一のセンサ２２だけが入口を監視してもよい。

いくつかの実施形態では、センサ２２は、タービン１２、圧縮機１８、燃焼システム２０の燃焼カン、ケーシングの穴、ボアスコープポート、および／または入口に部分的に挿入されたプローブであってもよい。センサ２２によって発せられた信号は、コントローラ２４および／またはコンピューティングデバイス２５に送信されてもよい。コントローラ２４および／またはコンピューティングデバイス２５は、信号を可聴音出力３４に変換し、可聴音出力３４を発するソフトウェアアプリケーションを含んでもよい。

ソフトウェアアプリケーションは、コントローラ２４および／またはコンピューティングデバイス２５にインストールされたアプリケーション配布プラットフォームからダウンロード可能であってもよいことに留意されたい。アプリケーション配布プラットフォームは、専有かつ非公開であってもよい。したがって、いくつかの実施形態では、運転中またはタービンシステム１０が停止している間にタービンシステム１０の圧力または振動を表す可聴音を聞くことを可能にするソフトウェアアプリケーションのダウンロードは、認可されたユーザに制限されてもよい。このように、アプリケーション配信プラットフォームは、ソフトウェアアプリケーションのダウンロードを要求するコントローラ２４および／またはコンピューティングデバイス２５の認証を実行してもよい。

図３は、ある実施形態に従った、可聴音出力のために利用可能なセンサ位置のリスト４２を表示し、可聴音出力を提供するセンサ位置のユーザ選択を受信するグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）４０のスクリーンショットである。さらに、ＧＵＩ４０は、ユーザがタービンシステム１０に関連する制御アラームを受信したいか否かに関係する入力セレクタ４４を表示する。図示されているように、リスト４２は、燃焼システム２０の「カン１」、「カン２」…、タービン１２の「段１」、「段２」、…、圧縮機１８の「段１」、「段２」、…、ロータの「加速度計」、「近接プローブ」、…を選択するラジオボタンセレクタを含む。したがって、理解されるように、任意の数のセンサ２２を用い、ＧＵＩ４０を介して選択することができる。タービン１２および圧縮機１８の特定のブレード段に対してただ１つのラジオボタンが表示されているが、各段に多数のセンサ２２が配置され、追加のラジオボタンがユーザに選択可能に表示されてもよいことに留意すべきである。「すべて選択」ラジオボタンセレクタが、タービンシステム１０の各構成部品に含まれてもよいことに留意されたい。例えば、燃焼システム２０、タービン１２、圧縮機１８、ロータ等の各見出しの下に「すべて選択」ラジオボタンセレクタを含んでもよい。さらに、タービンシステム１０に含まれるすべてのセンサ２２を聞くことを可能にする「すべて選択」ラジオボタンセレクタが表示されてもよい。

さらに、ラジオボタンセレクタがリスト４２で使用されているが、ドロップダウンリスト、チェックボックス、入力テキストボックス等の任意の選択入力要素を使用できることに留意されたい。さらに、いくつかの実施形態では、リスト４２から、聞くセンサ位置を選択するために音声コマンドを用いることができる。したがって、コントローラ２４および／またはコンピューティングデバイス２５は、音を受信するように構成されたマイクを含んでもよく、プロセッサ２８、２９は、聞くことを望むセンサ位置を選択するために音を処理するように構成されていてもよい。

ユーザは、マウス等の入力周辺機器を用いて、ＧＵＩの周りで矢印または手の選択アイコンを動かすことができる。ユーザがマウスのボタンを押して離し、選択アイコンがラジオボタンセレクタの上にあるとき、ラジオボタンセレクタが非選択状態であれば選択状態にトグルし、既に選択状態にある場合には非選択状態にトグルする。さらに、入力周辺機器は、タッチスクリーンを含んでもよい。ラジオボタンセレクタが配置されているタッチスクリーンの部分にユーザが触れると、ラジオボタンセレクタが、非選択状態にあれば選択状態にトグルし、既に選択状態にある場合には非選択状態にトグルする。

いくつかの実施形態では、燃焼システム２０、タービン１２、圧縮機１８、および／またはロータ内のセンサ位置２２は、図２と同様に、ＧＵＩ４０上に図式的に表すことができる。このように、リスト４２からセンサ位置を選択する代わりに、またはこれに加えて、ユーザは、タービンシステム１０の視覚化上のセンサ位置の図式的表現を選択して、それらの特定のセンサ２２を含むタービンシステム１０の領域から可聴音出力３４を聞く。さらに、ユーザは、リスト４２から聞くセンサ位置を選択することができ、燃焼システム２０、タービン１２、圧縮機１８、および／またはロータの図式的表示は、ＧＵＩ４０に表示されたタービンシステム１０で強調表示される。これにより、ユーザは、各センサ２２がタービンシステム１０内で互いに対して物理的にどこに配置されているかを視覚化することができる。

ユーザが、聞く特定のセンサ位置を選択すると、ＧＵＩ４０は、センサ２２によって得られたタービンシステム１０のそれぞれの位置から発せられた可聴音を表す音波の視覚化４６を表示してもよい。したがって、ユーザは、コントローラ２４および／またはコンピューティングデバイス２５のディスプレイによって表示されている視覚化４６を介して、ＧＵＩ４０上に音波を視覚化することができる。いくつかの実施形態では、それぞれの視覚化４６は、選択されたそれぞれの位置についてのそれぞれの音波を含んでもよい。付加的に、または代替的に、１以上の視覚化４６は、重ねられるべき多くの音波を含んでもよい。すなわち、１つの視覚化４６は、複数の音波の描写を含み、ユーザが、より鮮明に、音波を互いに対して比較することを可能にする。視覚化４６に表示される情報は、可聴音出力３４とは独立して実行されてもよいことに留意されたい。例えば、可聴音出力３４は燃焼ノイズを発し、視覚化４６は燃焼と特定のタービン段の両方に重ね合わせた音波を表示する。

図示された視覚化４６の実施形態は、時間領域出力（振幅対時間）であるが、視覚化４６はスペクトル出力（周波数対振幅）であってもよいことを理解されたい。スペクトル出力は、検出された任意の異常に関連する周波数をユーザが特定できるようにし、とるべき行動を案内することができる。さらに、いくつかの実施形態では、ＧＵＩ４０は、表示されるべきプロットを選択／非選択するオプションを提供することができる。例えば、ドロップダウンリスト４８等のグラフィカルセレクタ要素を用いて、時間領域出力、スペクトル出力、またはその両方を表示するかを、ユーザが選択できるようにすることができる。

さらに、ＧＵＩに関連するソフトウェアアプリケーションは、コントローラ２４および／またはコンピューティングデバイス２５のそれぞれの可聴音出力装置３０および／または３１に、選択されたセンサ位置の可聴音の供給を生で出力することができる。したがって、いくつかの実施形態では、ユーザは、選択されたセンサ位置からの可聴音を聞き、および／または選択されたセンサ位置の可聴音に関連する音波を見ることができる。可聴音出力３４と視覚的表現４６の両方を組み合わせて用いることにより、ユーザは、異常、事象、または問題が存在するか否かの判断を二重チェックすることができる。例えば、音波の視覚化４６を用いて、タービンシステム１０の運転中にセンサ２２によって大音量または予期しないノイズが検出され、このノイズが、コンピューティングデバイス２５を使用するオペレータの近くの何らかの事象によるものではないことを確認することができる。すなわち、可聴音出力３４および音波視覚化４６は、互いに対するチェックとして使用されてもよい。

ＧＵＩ４０上のリスト４２を用いて、ユーザは、聞くセンサ位置を選択することができる。例えば、ユーザは、ただ１つのセンサ位置を聞くことを選択してもよく、特定の構成部品（例えば、圧縮機１８、タービン１２の１以上の段等）を聞くことを選択してもよく、またはすべてのセンサ位置を一度に聞くことを選択してもよい。このようにして、ユーザは、運転中に特定の構成部品内の圧力または振動を表す可聴音出力３４を聞くことによって、異常、事象、または問題がタービンシステム１０全般に存在するか、または個々の構成部品ごとに存在するかを検出することができる。前述したように、センサ２２は、タービンシステム１０の全速運転中、他の運転段階中、またはタービンシステム１０が停止している間でも信号を発することができる。可聴音出力３４は、運転（例えば、燃焼）が行われているときにリアルタイムまたはほぼリアルタイムで提供されてもよい。また、可聴音出力３４は、実際のタービンシステム１０から物理的に離れて（例えば、制御室または別の建物内に）配置されているコントローラ２４および／またはコンピューティングデバイス２５を介して提供されてもよい。

さらに、制御アラーム用の入力セレクタ４４を用いて、ＧＵＩ４０は、制御アラームを受信するか否かを選択するための入力選択をユーザに提供することができる。制御アラームに関する情報（例えば、アラームの種類、状態、パラメータ、タイムスタンプ）を、診断を実行するために、タービンシステム１０の運転中にセンサ２２の可聴音出力３４と共に使用することができる。例えば、ある制御アラームは、閾値を超える振動、閾値を下回る油圧、閾値を超える油圧、閾値を上回る軸受温度、冷却水の故障、停電等に関連し得る。ユーザは、現在アクティブになっている制御アラームを見て、選択されたセンサ位置の可聴音出力３４を聞いて、不規則な可聴音出力３４が制御アラームによって示された事象によって引き起こされたことを判断することができる。同様に、ユーザが運転中にセンサ位置から不規則な可聴音出力３４を聞き、制御アラームがトリガされず、またアクティブになっていない場合、ユーザは、制御アラームを再調整またはチェックして、適切に運転していることを確かめる必要があると判断してもよい。

図４は、一実施形態による、可聴音出力に従って異常、事象、または問題を検出する方法５０の実施形態を示すフローチャートである。方法５０の以下の説明は、コントローラ２４のプロセッサ２８を参照して説明されるが、方法５０は、センサ２２と通信することができる他のデバイス上に配置された他のプロセッサによって実行されてもよいことに留意されたい。他のプロセッサは、コンピューティングデバイス２５のプロセッサ２９またはタービンシステム１０に関連する他の構成要素等である。さらに、以下の方法５０は、実行され得るいくつかの動作を記載しているが、方法５０は様々な適切な順序で実行されてもよく、動作のすべてが実行されなくてもよいことに留意されたい。方法５０は、コントローラ２４によって全体が実行されてもよく、または実行がコントローラ２４とコンピューティングデバイス２５との間で分散されてもよいことを理解されたい。さらに、方法５０は、メモリ２６または２７に記憶されたソフトウェアアプリケーションに含まれるコンピュータ命令として実装されてもよい。前述したように、ソフトウェアアプリケーションはソフトウェア配布プラットフォームから入手可能である。

ここで方法５０を参照すると、プロセッサ２８は、可聴音出力３４を提供するセンサ位置の入力選択を受信することができる（ブロック５２）。入力選択は、上述のＧＵＩ４０を用いてユーザが入力することができる。例えば、ユーザは、リスト４２からセンサ位置を選択することができる。ユーザは、センサ位置のサブセット（すべてではない１以上）、またはセンサ位置のすべてを選択することができる。入力選択に基づいて、プロセッサ２８は、選択されたセンサ位置（例えば、圧縮機１８、入口、タービン１２、燃焼カン２３、穴３４、ボアスコープポート３６）に関連するそれぞれのセンサ２２にネットワークインタフェースを同調させることができる。追加的または代替的に、ネットワークインタフェースは、選択された位置に関連付けられたセンサ２２に既に通信可能に結合されていてもよい。

プロセッサ２８は、選択された位置のセンサ２２から信号を受信することができる（ブロック５４）。前述したように、各センサ２２は、特定の位置の圧力波もしくは振動波、または信号を感知して信号を発する燃焼動圧センサ、プローブ、ゲージ、加速度計等であってもよい。

信号を受信すると、プロセッサ２８は信号を可聴音出力３４に変換する（ブロック５６）。いくつかの実施形態では、プロセッサ２８は、可聴音出力３４を出力する前に、変換中の信号に対する追加の処理または計算を実行することができる。例えば、プロセッサ２８は、Ａ特性周波数重み付け、Ｂ特性周波数重み付け、Ｃ特性周波数重み付け、Ｄ特性周波数重み付け、逆Ａ特性周波数重み付け、逆Ｂ特性周波数重み付け、逆Ｃ特性周波数重み付け、逆Ｄ特性周波数重み付け等を実行することができる。任意のタイプの適切な周波数依存性増幅またはフィルタリングが、プロセッサ２８によって実行されてもよいことを理解されたい。可聴音出力３４は、ユーザによって選択されたセンサ位置に応じて、センサ位置のサブセット（すべてではないが１以上）、またはセンサ位置のすべてから変換された信号を含むこともできることを理解されたい。

プロセッサ２８は、変換された可聴音出力３４を可聴音出力装置３０または３１を介して出力してもよい（ブロック５８）。ユーザは、一般的に、センサ２２またはタービンシステム１０全般の選択された位置に存在する異常、事象、または問題があるか否かを検出するために、可聴音出力３４を聞くことができる。すなわち、運転中に特定のセンサ２２から発せられる不規則なノイズは、センサ２２が取り付けられている構成部品、またはタービンシステム１０全体の問題を示すことができる。検出され得る異常には、タービン１２内の圧縮機の抽気空洞および／もしくは様々な空洞、または車輪空間の共鳴、および／またはタービンシステム１０の構成部品内に残された物体（例えばボルト、デブリ）等によって引き起こされるフラッタ、回転失速、風切り音が含まれ得る。

ユーザが単一のセンサ位置から可聴音を聞くことを選択し、可聴音出力３４が満足できるものである（例えば運転中の規則的な雑音）と判断した場合、方法５０は矢印５８で示すように繰り返され、ユーザは、聞くべき次のセンサ位置を選択する。方法５０は、ユーザがタービンシステム１０内のすべてのセンサ位置を聞くまで、またはユーザがタービンシステム１０内の異常、事象、または問題を特定し、上述したような予防行動をとるまで繰り返されてもよい。

主題の技術的効果には、可聴音出力を用いた、タービンシステム１０における異常、事象、または問題の検出が含まれる。可聴音出力３４は、タービンシステム１０の任意の望ましい位置における１以上のセンサ２２を介して取得されてもよい。いくつかの実施形態では、センサ２２は既にタービンシステム１０に設置されていてもよく、したがって、開示された技術を実行するために追加の計測器は設置されない。さらに、所望されれば、センサ２２をタービンシステム１０に追加してもよい（例えば、ケーシングの穴に配置する）。センサ２２は、圧力波または振動波を感知することができる。さらに、センサ２２は、可聴音出力装置３０、３１を介して信号を可聴音出力３４に変換して発するソフトウェアアプリケーションを実行することができるコントローラ２４および／またはコンピューティングデバイス２５に信号を発することができる。さらに、いくつかの実施形態は、ユーザが、ＧＵＩ４０を用いて、可聴音出力３４を提供するセンサ位置を選択することを可能にする。ＧＵＩ４０は、タービンシステム１０の構成部品の視覚化を含み、とりわけ、センサ２２が視覚化上どこに配置されているかを示すことができる。

この明細書は、ベストモードを含めて、本発明の主題を開示するため、ならびに、任意の装置もしくはシステムの製作および使用、組み込まれた任意の方法の実行を含めて、当業者が本発明を実施することも可能にするために例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、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請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない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。

１０ ガスタービンシステム
１２ タービン
１４ 後処理システム
１５ 下流端
１６ 吸気セクション
１７ 圧縮空気
１８ 圧縮機
１９ 燃料
２０ 燃焼システム
２１ 負荷
２２ センサ
２３ 燃焼カン
２４ コントローラ
２５ コンピューティングデバイス
２６ メモリ
２７ メモリ
２８ プロセッサ
２９ プロセッサ
３０ 可聴音出力装置
３１ 可聴音出力装置
３４ 可聴音出力
３６ ボアスコープポート
４２ リスト
４４ 入力セレクタ
４６ 視覚的表現

Claims (20)

1. 複数のセンサであって、各々がタービンシステム（１０）のそれぞれの位置に配置された複数のセンサ（２２）と、
   コントローラ（２４）とを備えるタービンシステム（１０）であって、
   前記コントローラ（２４）が、
   １以上のプロセッサ実行可能ルーチンを記憶するメモリ（２６）と、
   前記メモリ（２６）によって符号化された前記１以上のルーチンにアクセスして実行するように構成されたプロセッサ（２８）であって、前記１以上のルーチンが実行されると、前記プロセッサ（２８）に、
   前記タービンシステム（１０）の運転の任意の段階中に前記複数のセンサ（２２）から１以上の信号を受信させ、
   前記１以上の信号を可聴音出力に変換させる、プロセッサ（２８）とを備える、タービンシステム（１０）。
2. 前記１以上のルーチンが、実行されると、前記プロセッサ（２８）に、１以上の可聴音出力装置（３０）を介して前記変換された可聴音出力を出力させる、請求項１に記載のタービンシステム（１０）。
3. 前記複数のセンサ（２２）が、１以上の燃焼動圧センサ（２２）、マイク、クリアランスプローブ、光学プローブ、加速度計、歪みゲージ、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載のタービンシステム（１０）。
4. 前記複数のセンサ（２２）が、圧力波または振動波を感知するように構成されている、請求項１に記載のタービンシステム（１０）。
5. 前記１以上のルーチンが、実行されると、前記プロセッサ（２８）に、可聴音出力を提供するべき前記複数のセンサ（２２）の１以上の位置を選択するグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）からの入力選択を受信させる、請求項１に記載のタービンシステム（１０）。
6. 前記入力選択が、前記複数のセンサ（２２）の位置のサブセットまたは前記複数のセンサ（２２）のすべての位置の選択を提供するリストを介して受信される、請求項５に記載のタービンシステム（１０）。
7. 前記ＧＵＩが、前記タービンシステム（１０）に関連する制御アラームを受信するための入力セレクタ（４４）を提供する、請求項５に記載のタービンシステム（１０）。
8. 前記複数のセンサ（２２）の前記１以上の位置の前記入力選択が、前記１以上の位置のそれぞれについて前記ＧＵＩ上に表示される前記可聴音出力を表す音波の視覚化を引き起こす、請求項５に記載のタービンシステム（１０）。
9. 前記それぞれの位置が、前記タービンシステム（１０）の外部の領域または前記タービンシステム（１０）の内部の構成部品を含み、前記構成部品が、入口、圧縮機、燃焼カン（２３）、燃焼システム（２０）、タービン、前記タービンシステム（１０）のケーシングの穴、またはボアスコープポート（３６）を含む、請求項１に記載のタービンシステム（１０）。
10. 前記変換された可聴音出力が、前記それぞれの位置に存在する異常、事象、または問題の検出を可能にし、前記異常、事象、または問題が、圧縮機抽気空洞もしくはタービン内の空洞の共鳴、前記位置に残された物体、またはそれらの何らかの組み合わせによって引き起こされるフラッタ、回転失速、風切り音を含む、請求項１に記載のタービンシステム（１０）。
11. １以上のプロセッサ（２８）実行可能ルーチンを記憶するメモリ（２６）と、
    前記メモリ（２６）によって符号化された前記１以上のルーチンにアクセスして実行するように構成されたプロセッサ（２８）とを備えるコントローラ（２４）であって、
    前記１以上のルーチンが、実行されると、前記プロセッサ（２８）に、
    タービンシステム（１０）の運転の任意の段階中に、複数のセンサ（２２）であって、それぞれが前記タービンシステム（１０）のそれぞれの位置に配置されている前記複数のセンサ（２２）から１以上の信号を受信させ、
    前記１以上の信号を可聴音出力に変換させる、コントローラ（２４）。
12. 前記１以上のルーチンが、実行されると、前記プロセッサ（２８）に、１以上の可聴音出力装置（３０）を介して前記変換された可聴音出力を出力させる、請求項１１に記載のコントローラ（２４）。
13. 前記１以上のルーチンが、実行されると、前記プロセッサ（２８）に、可聴音出力を提供するべき前記複数のセンサ（２２）の１以上の位置を選択するグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）上のリストからの入力選択を受信させる、請求項１１に記載のコントローラ（２４）。
14. 前記複数のセンサ（２２）の前記１以上の位置の前記入力選択が、前記ＧＵＩ上に表示された前記タービンシステム（１０）の視覚化において前記１以上の位置を強調表示させる、請求項１３に記載のコントローラ（２４）。
15. 前記複数のセンサ（２２）の前記１以上の位置の前記入力選択が、前記１以上の位置のそれぞれについて前記ＧＵＩ上に表示される前記可聴音出力を表す音波の視覚化を引き起こす、請求項１３に記載のコントローラ（２４）。
16. 前記変換された可聴音出力が、前記それぞれの位置に存在する異常、事象、または問題の検出を可能にする、請求項１１に記載のコントローラ（２４）。
17. 命令を有する１以上の有形の非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記命令が、１以上のプロセッサ（２８）によって実行されると、前記１以上のプロセッサ（２８）に、
    タービンシステム（１０）の運転の任意の段階中に、複数のセンサ（２２）であって、それぞれが前記タービンシステム（１０）のそれぞれの位置に配置されている前記複数のセンサ（２２）から、それぞれの位置の内部の動圧を示す１以上の信号を受信させ、
    前記１以上の信号を可聴音出力に変換させる、１以上のコンピュータ可読媒体。
18. 前記命令が、前記プロセッサ（２８）によって実行されると、前記プロセッサ（２８）に、１以上の可聴音出力装置（３０）を介して前記変換された可聴音出力を出力させる、請求項１７に記載の１以上のコンピュータ可読媒体。
19. 前記命令が、前記プロセッサ（２８）によって実行されると、前記プロセッサ（２８）に、可聴音出力を提供するべき前記複数のセンサ（２２）の１以上の位置を選択するグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）からの入力選択を受信させ、前記入力選択が、前記複数のセンサ（２２）の前記１以上の位置のサブセット、または前記複数のセンサ（２２）の前記１以上の位置のすべてを含む、請求項１８に記載の１以上のコンピュータ可読媒体。
20. 前記１以上のコンピュータ可読媒体が、前記タービンシステム（１０）から物理的に離れて配置されたスマートフォン、ラップトップ、またはパーソナルコンピュータに含まれている、請求項１７に記載の１以上のコンピュータ可読媒体。