JP2019023617A - ターボ機械潤滑油分析器システム、コンピュータプログラム製品および関連する方法 - Google Patents

ターボ機械潤滑油分析器システム、コンピュータプログラム製品および関連する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】潤滑油を監視するように構成された少なくとも1つのコンピューティングデバイスを有するシステムを提供する。【解決手段】少なくとも1つのコンピューティングデバイス(124)は、潤滑油(300)の最初の理想的残存寿命を決定することと、潤滑油(300)の温度測定値に基づいて潤滑油(300)の温度準拠残存寿命を決定することと、潤滑油(300)の非粒子数サンプルに基づいて潤滑油(300)の汚染係数を計算することと、汚染係数、最初の理想的残存寿命、および温度準拠残存寿命に基づいて潤滑油(300)の更新した理想的残存寿命を決定することと、潤滑油(300)の更新した理想的残存寿命および実際の損失寿命に基づいて潤滑油(300)の実際の残存寿命を決定することとを含む行為を実行することによって、潤滑油(300)を監視するように構成される。【選択図】図3

Description

本明細書に開示される主題は、ターボ機械システムに関する。より具体的には、本明細書に開示される主題は、ターボ機械システム、例えばガスターボ機械または蒸気ターボ機械の潤滑油の分析に関する。
ターボ機械、例えばガスタービンおよび/または蒸気タービンは、機械構成要素間の摩擦係数を低減するために潤滑油を使用する。多くのターボ機械は、製造および/または販売者によって配送および設置されるが、これらのターボ機械は、ターボ機械を購入する顧客によって(生涯にわたり)管理されることが多い。ターボ機械の潤滑油が潤滑を行うのに十分な品質レベルを維持することができるようにするために、顧客は従来、油のサンプルを採取して試験のために検査室に送る。しかし、一部の顧客は油サンプルの採取を適切に行っておらず、これは試験の精度を損なうことがある。また他の顧客は、油の状態を適切に監視するのに十分な頻度でサンプルを採取していない。
他の産業、例えば自動車産業では、潤滑油の品質は、自動車の性能パラメータに基づいて油の予想される寿命に結びつく経験的データを使用して推定される。このような場合、自動車の監視システムは、車両の性能、例えば速度、加速度、制動などを監視し、車両の性能に基づいて、潤滑油の品質が劣化する時間を推定する。しかし、これらの自動車システムは、潤滑油の品質を決定するために潤滑油を試験するものではない。
より現代的な従来のシステムは、ターボ機械の潤滑油のサンプリングおよび分析用の特定のハードウェアを含むが、そのハードウェアは、調達および維持に費用がかかることがある。さらに、これらのハードウェアベースのシステムは、ターボ機械の潤滑油の将来の品質を正確に評価(例えば、予測)するのに苦労する可能性がある。
米国特許第9354221号明細書
本開示の様々な実施形態は、潤滑油の最初の理想的残存寿命を決定することと、潤滑油の温度測定値に基づいて潤滑油の温度準拠残存寿命を決定することと、潤滑油の非粒子数サンプルに基づいて潤滑油の汚染係数を計算することと、汚染係数、最初の理想的残存寿命、および温度準拠残存寿命に基づいて潤滑油の更新した理想的残存寿命を決定することと、潤滑油の更新した理想的残存寿命および実際の損失寿命に基づいて潤滑油の実際の残存寿命を決定することとを含む行為を実行することによって、潤滑油を監視するように構成された少なくとも1つのコンピューティングデバイスを有するシステムを含む。
本開示の別の態様は、プログラムコードを含むコンピュータプログラム製品を含み、該プログラムコードは、1つのコンピューティングデバイスによって実行されたとき、少なくとも1つのコンピューティングデバイスに、潤滑油の最初の理想的残存寿命を決定することと、潤滑油の温度測定値に基づいて潤滑油の温度準拠残存寿命を決定することと、潤滑油の非粒子数サンプルに基づいて潤滑油の汚染係数を計算することと、汚染係数、最初の理想的残存寿命、および温度準拠残存寿命に基づいて潤滑油の更新した理想的残存寿命を決定することと、潤滑油の更新した理想的残存寿命および実際の損失寿命に基づいて潤滑油の実際の残存寿命を決定することとを含む行為を実行することによって、潤滑油を監視させる。
本開示の別の態様は、プロセッサおよびメモリを有する少なくとも1つのコンピューティングデバイスで実行される、ターボ機械からの潤滑油を監視するコンピュータ実装方法を含み、方法は、潤滑油の最初の理想的残存寿命を決定することと、潤滑油の温度測定値に基づいて潤滑油の温度準拠残存寿命を決定することと、潤滑油の非粒子数サンプルに基づいて潤滑油の汚染係数を計算することと、汚染係数、最初の理想的残存寿命、および温度準拠残存寿命に基づいて潤滑油の更新した理想的残存寿命を決定することと、潤滑油の更新した理想的残存寿命および実際の損失寿命に基づいて潤滑油の実際の残存寿命を決定することとを含む。
本開示のこれらのおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて、本発明の様々な態様の以下の詳細な説明からより容易に理解されよう。
本開示の様々な実施形態に従って実行される方法を示すフロー図である。 本開示の様々な実施形態による、理想的な推定値に従った油寿命の予測値を示すグラフである。 本開示の様々な実施形態によるシステムを含む環境を示す図である。 本開示の様々な実施形態による装置の前面概略図である。 本開示の実施形態による図4の装置の部分斜視図である。
本開示の図面は、必ずしも一定の比率ではないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様だけを示すことを目的としており、したがって、本開示の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面において、同じ符号は、図面を通して同じ要素を表している。
上述したように、本明細書に開示される主題は、ターボ機械の潤滑油に関する。より具体的には、本明細書に開示される主題は、測定された粒子数データを除いて、その油から抽出された試験データを使用して潤滑油を分析するためのアプローチに関する。
本明細書で述べるように、ターボ機械システムの潤滑油の品質を効果的に監視することは困難なことがあり、これにより油の望ましくない劣化を生じさせ、最終的には、潤滑をその油に依存しているターボ機械を損傷することがある。
従来のアプローチとは対照的に、本開示の様々な実施形態は、測定された粒子数データを除いて、その油から抽出された試験データを使用して潤滑油を分析するシステム、コンピュータプログラム製品および関連する方法を含む。すなわち、本開示の様々な実施形態によるアプローチは、その油から測定された粒子数データなしに潤滑油を分析するように構成される。いくつかの特定の場合には、アプローチは、シミュレーションデータ、サンプル油の測定値、および数学モデルに基づいて潤滑油を分析するためのシステムを訓練および配置することを含むことができる。
以下の記載において、その一部を形成する添付の図面が参照されるが、これは本教示を実施することができる特定の実施形態の例証として示されるものである。これらの実施形態は、当業者が本教示を実施することができるように十分に詳しく記載され、本教示の範囲から逸脱することなく他の実施形態が使用されてもよいこと、および変更が行われてもよいことは理解されるはずである。したがって、以下の説明は、単なる例示である。
図1は、本開示の様々な実施形態による潤滑油(例えば、図3のターボ機械118の潤滑油)を監視するプロセスを示すフロー図を示す。これらのプロセスは、例えば、本明細書で説明するように、少なくとも1つのコンピューティングデバイスによって実行することができる。例えば、これらのプロセスは、潤滑油監視システム114(または単に、図3の監視システム114)によって実行されてもよい。他の場合には、これらのプロセスは、潤滑油を監視するコンピュータ実装方法に従って実行することができる。さらに他の実施形態では、これらのプロセスは、コンピュータプログラムコードを少なくとも1つのコンピューティングデバイスで実行し、少なくとも1つのコンピューティングデバイスに潤滑油を監視させることによって実行することができる。一般に、プロセスは、以下のサブプロセスを含むことができる。
プロセスP1:監視システム114は、潤滑油の最初の理想的残存寿命(L)を決定する。様々な実施形態では、これは、油の種類についての情報を得ることと、油が清浄であり(汚染物がない)、その設計温度(最適な条件)で動作していると仮定して、油の種類についてのアレニウス反応速度(ARR)を計算することとを含む。最初の理想的残存寿命は、潤滑油が全寿命にわたってこれらの最適な条件下で動作した場合に予想される潤滑油の寿命である。
ARRは、鉱油における酸化による寿命低下(L)を計算するために使用される既知の技術である。ARRは、特定の実施形態では、以下の式に従って計算することができる。
k=Ae−Ea/(RT) (式1)
ここで、k=化学反応の速度定数;T=潤滑油の絶対温度(単位ケルビン);A=前指数因子;Ea=潤滑油の活性化エネルギ;およびR=一般ガス定数である。あるいは、一般ガス定数(R)は、ボルツマン定数(kB)と置き換えることができる。鉱油の場合に簡略化すると、ARRは、油の酸化寿命(L)、化学反応の速度定数(k)、および理想的速度定数k=4750で、次のように表すことができる。
Log(L)=k+(k/T) (式2)
プロセスP2:監視システム114は、潤滑油の温度測定値に基づいて潤滑油の温度準拠残存寿命(L)を決定する。温度準拠残存寿命は、潤滑油の測定された温度値に基づいて予測されるような推定残存寿命を表すことができる。これは、潤滑油の温度の測定値を得ることを含むことができる。潤滑油がターボ機械からのものである場合、温度測定値は、ターボ機械内かまたはターボ機械の外のいずれかで、潤滑油に接触する温度センサから得ることができる。プロセスP1の場合と同様に、温度準拠残存寿命は、ARRに従って計算することができる。しかし、他のいくつかの場合には、所与の基準温度Tに対する温度準拠残存寿命(OL)は、以下の式に従って計算することができる。
(式3)
ここで、kは、試験される油の種類に起因する一定値であり、Tは、油の設計基準温度(単位ケルビン)である。温度準拠残存寿命(OL)は、基準温度(例えば、潤滑油が動作するように設計されている温度)での潤滑油の寿命サイクルを表す。油が微粒子もしくは他の汚染物質を含む場合、または粘度が低下する場合、温度準拠残存寿命(OL)は、短くなる。
プロセスP3:監視システム114は、潤滑油の非粒子数サンプルに基づいて潤滑油の汚染係数を計算する。様々な実施形態では、計算することは、質的重み付き汚染係数を本明細書に述べる複数の測定された油特性の各々に割り当てることを含む。様々な実施形態では、第1の油特性Aに重み付き汚染係数Xを割り当て、第2の油特性Bに異なる重み付き汚染係数Y×Xを割り当て、ここで、Yは、係数、例えば、1、2、3、0.1、0.2、0.3、負の係数、百分率の係数などである。様々な実施形態では、非粒子数サンプルは、温度測定値の場合と実質的に同様の潤滑油のサンプルから得ることができ、潤滑油の圧力測定値、潤滑油の頻度測定値および/または潤滑油の温度準拠粘度計算を含むことができる。様々な実施形態では、非粒子数サンプルは、潤滑油のサンプルであり、これは、汚染係数を計算するために従来の粒子数係数、例えば、鉄粒子数、水分、誘電率、および/または国際標準化機構(ISO)粒子レベルについて分析されない。すなわち、本明細書に記載の様々な実施形態に従って利用される油センサシステム150(図3)は、粒子数を分析するための構成要素を含まないか、または構成要素と係合しなくてもよい。いくつかの特定の場合には、汚染係数(TCF)は、潤滑油の測定された温度、頻度および/または圧力に基づいて、以下の式に従って計算される。
粘度
(式4)
ここで、Tは、例えば温度センサでの潤滑油の温度読取値であり、μnominalは、正規化された潤滑油粘度であり、μは、測定された実際の潤滑油粘度であり、μは、基準潤滑油粘度である。
圧力
(式5)
ここで、Pnormは、正規化された圧力であり、Pは、油ポンプでのポンプ定格圧力であり、Ppumpは、潤滑油ポンプ圧力(ポンド/平方インチ(psi)単位)である。
総汚染係数(TCF)
(式6)
ここで、ΔPfilterは、潤滑油フィルタ差圧(psid単位)であり、k、k、k、kおよびkは、潤滑油で動作する機械(例えば、ターボ機械118)から油センサシステム150(図3)によって収集された経験的データおよび/または予め収集された経験的データから潤滑油の動作をシミュレートするように構築されたモデルに基づいて動的に割り当てられる重みである。これらの重みは、潤滑油が設置時(設置条件)および/または動作中(動作条件)に曝される条件に基づいて更新することができる。
様々な実施形態では、総汚染係数(TCF)は、潤滑油の更新した理想的残存寿命(ROL)をモデル化するのに有用であり得る、潤滑油損失寿命係数(LLF)を決定するために使用することができる。損失寿命係数(LLF)は、以下に従って計算することができる。
(式7)
ここで、TCFは、総汚染係数(式6)であり、Tは、潤滑油温度読取値(単位ケルビン)である。
プロセスP4:監視システム114は、汚染係数、最初の理想的残存寿命、および温度準拠残存寿命に基づいて潤滑油の更新した理想的残存寿命を決定する。様々な実施形態では、潤滑油の更新した理想的残存寿命は、最初の理想的残存寿命から失われた(潤滑油の)実際の寿命を減算することによって計算される。方程式で表すと:更新した理想的残存寿命(ROL)=最初の理想的残存寿命(OL)−実際の損失寿命(ALL)、または:
ROL=OL−ALL (式8)
実際の損失寿命は、時間(t)の関数としての総汚染係数(TCF)および時間(t)の関数としての測定された潤滑油排出温度(図3のターボ機械118の排出位置で測定される)に基づいて計算することができる。方程式で表すと:
(式9)
ここで、Tは、潤滑油の基準温度であり、TCF(t)は、所与の時間(t)での総汚染係数(式6)であり、T(t)は、時間(t)での測定された潤滑油排出温度である。
プロセスP5:監視システム114は、更新した理想的残存寿命および実際の損失寿命に基づいて潤滑油の実際の残存寿命を決定する。様々な実施形態では、実際の残存寿命は、平均時間にわたる更新した理想的残存寿命(ROL)と実際の損失寿命(ALL)の関数との間の差に基づいて計算される。方程式で表すと:
次の場合:
(式10)
そして、油は、時間(t)で変化する必要があり、ここで、Taveは、以下によって定義される平均潤滑油温度である:
(式11)
多くの実施形態では、潤滑油のサンプルは、ターボ機械の様々な位置で得られる。これらの場合、残存寿命を決定するために、サンプルデータを平均しまたは他の方法で正規化することができることが理解されよう。
いくつかの場合には、得られた第1のサンプルデータ(例えば、図3の温度データ60、圧力データ80、頻度データ90など)について、損失寿命係数(LLF)に、サンプルを得る間の時間を乗算し、その値を、最適な条件下での流体の寿命から減算することができる。上述したように、この特定の例は、得られた第1のサンプル(または、ターボ機械およびリザーバから油が交換された後の第1のサンプル)の場合に適用される。第1のデータサンプルが利用可能になった後、後続のサンプルは、以前に得られたサンプルの一部またはすべてを考慮する移動平均の一部を形成する。
特定の実施形態では、損失寿命係数(LLF)は、潤滑油を含む機械(例えば、ターボ機械)の動作の期間に基づいて移動平均として計算することができる。いくつかの場合には、損失寿命係数(LLF)は、ターボ機械の動作の最後の1〜3週間のような最近の(例えば、最も最近の)期間にわたって取られた移動平均である。
様々な実施形態では、プロセスP1〜P5は、潤滑油の実際の残存寿命を監視するために周期的に(例えば、y期間にx回のスケジュールに従って、および/または連続的に)反復する(繰り返す)ことができる。いくつかの場合には、プロセスP2〜P5は、例えば、潤滑油の新しいサンプルを得て、本明細書に記載の関連するプロセスを実行することによって繰り返すことができる。これらの場合、プロセスP1は、最初の理想的残存寿命(L)がいくつかの試験間隔の間は実質的に変更されないことがあるので、繰り返す必要がないことがある。
様々な追加の実施形態では、潤滑油のモデルは、総汚染係数(TCF)が潤滑油データの傾向、例えば、温度読取値の傾向、圧力読取値の傾向などに基づいてモデル化され得るように構成することができる。TCFは、潤滑油がその使用可能な耐用年数を失う原因となる粒子濃度レベルおよび粒子の種類の定量化を実現する。様々な実施形態によれば、TCFは、以下に従ってモデル化することができる。
TCF(t)=w+w・t+w・t (式12)
ここで、tは、将来の時間であり、w、w、およびwは、データのコーパスから取られた潤滑油データの傾向で動的に更新される重みである。様々な実施形態では、例えば、図3に関して示され説明されるように、潤滑油モデル300は、1つまたは複数のターボ機械118の周りのデータ(コーパス)310およびこれらの機械の潤滑油のコーパスを使用して構成することができる。例えば、いくつかの場合には、潤滑油モデル300は、本明細書に記載のプロセスによって収集されたデータ(例えば、油温データ60、油圧データ80、油頻度データ90)に基づいて構成することができ、その記憶されたデータと予想される油の残存寿命との間の関係を計算することができる。潤滑油モデル300は、本明細書に開示される1つまたは複数の数学的関係、例えば、式1から式12に従ってコーパス310を分析するための制御論理を含むことができる。いくつかの場合には、コーパス310は、潤滑油の測定された特性(例えば、温度、圧力、頻度、分解時間など)と油の種類との間の既知の関係と、これらの油を使用するターボ機械の種類と、潤滑油が不足したかまたはメンテナンスを必要とした時間とを含む。潤滑油モデル300は、1つまたは複数のターボ機械118から収集されたデータに基づいてそれ自体が更新され得る、コーパス310からのデータで連続的または定期的に更新され得る。潤滑油モデル300はまた、例えば、式12の重みw、w、wを連続的に更新して所与の潤滑油の総汚染係数(TCF)を動的に計算することによって将来の潤滑油の不足または交換時間を予測するために、コーパス310からのデータ間の新しい関係を導き出すための自己学習エンジン320を含むことができる。
本明細書に示され記載されるフロー図において、図示していない他のプロセスを実行することができ、様々な実施形態に応じてプロセスの順序を再配列することができることを理解されたい。加えて、1つまたは複数の記載のプロセスの間に中間プロセスを実行してもよい。本明細書に示され記載されるプロセスの流れは、様々な実施形態の限定とみなすべきではない。
図2は、A)理想的な条件に基づいた油の残存寿命の理論計算;B)本開示の様々な実施形態によるアプローチを使用する油の予測される残存寿命;およびC)油の残存寿命の予測下限による、予測される油の残存寿命の曲線を示す一例のグラフである。年数で表した時間(残存寿命)がY軸に示され、かつサンプリング時間がY軸に示される。
図3は、本発明の様々な実施形態による本明細書に記載の機能を実行するための、監視システム114を含む例示的な環境101を示す。これに関して、環境101は、例えば、1つまたは複数のターボ機械118からの潤滑油を監視するために、本明細書に記載の1つまたは複数のプロセスを実行することができるコンピュータシステム102を含む。具体的には、コンピュータシステム102は、監視システム114を含むものとして示されており、これによりコンピュータシステム102は、本明細書に記載のプロセスのいずれか/すべてを実行することによって、および本明細書に記載の実施形態のいずれか/すべてを実装することによって、潤滑油を監視するように動作可能となる。本明細書で説明するように、監視システム114は、ターボ機械118の潤滑油の不足および/または交換時間を予測するための潤滑油モデル300を含むことができる。
コンピュータシステム102は、コンピューティングデバイス124を含むものとして示されており、処理構成要素104(例えば、1つまたは複数のプロセッサ)と、記憶構成要素106(例えば、記憶階層)と、入力/出力(I/O)構成要素108(例えば、1つまたは複数のI/Oインターフェースおよび/またはデバイス)と、通信経路110とを含むことができる。一般に、処理構成要素104は、記憶構成要素106に少なくとも部分的に固定される監視システム114のようなプログラムコードを実施する。プログラムコードを実施している間、処理構成要素104は、データを処理することができ、その結果、さらなる処理のために記憶構成要素106および/またはI/O構成要素108との間で変換されたデータの読み出しおよび/または書き込みを行うことができる。経路110は、コンピュータシステム102の構成要素の各々の間の通信リンクを提供する。I/O構成要素108は、ユーザ(例えば、人間および/またはコンピュータ化ユーザ)112がコンピュータシステム102および/または1つまたは複数の通信デバイスと相互作用できるようにする1つまたは複数の人的I/Oデバイスを備えることができ、これによりシステムユーザ112が任意の種類の通信リンクを使用してコンピュータシステム102と通信することができる。これに関して、監視システム114は、人間および/またはシステムユーザ112が監視システム114と相互作用できるようにする一組のインターフェース(例えば、グラフィカルユーザインターフェース、アプリケーションプログラムインターフェースなど)を管理することができる。さらに、監視システム114は、油温データ60(例えば、センサシステム150によって得られた、油の温度についてのデータ)、油圧データ80(例えば、センサシステム150によって得られた、油の圧力レベルについてのデータ)および/または油頻度データ90(例えば、センサシステム150によって得られた、油の頻度測定値についてのデータ)のようなデータを、任意の解決策を使用して管理(例えば、記憶、検索、生成、操作、編成、提供など)することができる。油温データ60、油圧データ80、および/または油頻度データ90は、いくつかの実施形態では、後の使用のためにコーパス310として記憶されてもよい。監視システム114はまた、無線および/または有線手段を介してターボ機械118および/または油センサシステム150と通信することができる。本明細書で述べるように、監視システム114はまた、監視システム114を使用して構成することができる潤滑油モデル300を含むことができ、コーパス310が更新されたときにモデル300を発展かつ向上させるための自己学習エンジン320を含むことができる。
いずれにしても、コンピュータシステム102は、インストールされた監視システム114などのプログラムコードを実施することができる1つまたは複数の汎用コンピューティング製品(例えば、コンピューティングデバイス)を備えることができる。本明細書で使用する場合、「プログラムコード」は、任意の言語、コードまたは表記法での任意の命令の集合であって、情報処理能力を有するコンピューティングデバイスに、特定の機能を、直接に、あるいは(a)別の言語、コードまたは表記法への変換、(b)異なる材料形態での再生、および/または(c)分解の任意の組み合わせの後に、実行させる命令の集合を意味することを理解されたい。これに関して、監視システム114は、システムソフトウェアおよび/またはアプリケーションソフトウェアの任意の組み合わせとして具現化することができる。さらに、監視システム114は、クラウド型コンピューティング環境で実装することができ、1つまたは複数のプロセスが、別個のコンピューティングデバイス(例えば、複数のコンピューティングデバイス24)で実行され、それらの別個のコンピューティングデバイスの1つまたは複数が、図4のコンピューティングデバイス124に関して示され説明した構成要素のいくつかのみを含んでもよいことを理解されたい。
さらに、監視システム114は、一組のモジュール132を使用して実装することができる。この場合、モジュール132は、コンピュータシステム102に、監視システム114によって使用される一組のタスクを実行させることができ、また監視システム114の他の部分から離れて別個に開発および/または実装することができる。本明細書で使用する場合、「構成要素」という用語は、任意の解決策を使用して、共に説明する機能を実装する、ソフトウェアを有するかもしくは有さない、任意の構成のハードウェアを意味し、一方、「モジュール」という用語は、コンピュータシステム102が、任意の解決策を使用して、共に説明する機能を実装することを可能にするプログラムコードを意味する。処理構成要素104を含むコンピュータシステム102の記憶構成要素106に固定される場合、モジュールは、機能を実装する構成要素の相当な部分を占める。いずれにしても、2つ以上の構成要素、モジュール、および/またはシステムは、そのそれぞれのハードウェアおよび/またはソフトウェアの一部/すべてを共有することができることを理解されたい。さらに、本明細書で説明する機能の一部は実装されない可能性があるか、または追加の機能がコンピュータシステム102の一部として含まれる可能性があることを理解されたい。
コンピュータシステム102が複数のコンピューティングデバイスを備える場合、各コンピューティングデバイスは、そこに固定された監視システム114(例えば、1つまたは複数のモジュール132)の一部のみを有してもよい。しかし、コンピュータシステム102および監視システム114は、本明細書に記載のプロセスを実行することができる様々な潜在的に同等なコンピュータシステムを表すだけであることを理解されたい。これに関して、他の実施形態では、コンピュータシステム102および監視システム114によって提供される機能は、プログラムコードを有するかまたは有さない汎用および/または特定用途ハードウェアの任意の組み合わせを含む1つまたは複数のコンピューティングデバイスによって少なくとも部分的に実装することができる。各実施形態では、ハードウェアおよびプログラムコードは、含まれている場合、標準的なエンジニアリングおよびプログラミング技術をそれぞれ使用して作成することができる。
いずれにしても、コンピュータシステム102が複数のコンピューティングデバイス124を含む場合、コンピューティングデバイスは、任意の種類の通信リンクで通信することができる。さらに、本明細書に記載のプロセスを実行しながら、コンピュータシステム102は、任意の種類の通信リンクを使用して1つまたは複数の他のコンピュータシステムと通信することができる。いずれの場合でも、通信リンクは、様々な種類の有線および/または無線リンクの任意の組み合わせを備えることができ、1つまたは複数の種類のネットワークの任意の組み合わせを備えることができ、および/または様々な種類の伝送技術およびプロトコルの任意の組み合わせを利用することができる。
コンピュータシステム102は、任意の解決策を使用して、油温データ60、油圧データ80および/または油頻度データ90などのデータを得るまたは提供することができる。コンピュータシステム102は、1つまたは複数のデータ記憶装置から油温データ60、油圧データ80および/または油頻度データ90を生成し、ターボ機械118、油センサシステム150および/またはユーザ112などの別のシステムから油温データ60、油圧データ80および/または油頻度データ90を受信し、油温データ60、油圧データ80および/または油頻度データ90を別のシステムなどに送ることができる。
本明細書では、潤滑油を監視するための方法およびシステムとして示され記載されているが、本発明の態様はさらに、様々な代替の実施形態を提供することを理解されたい。例えば、一実施形態では、本発明は、少なくとも1つのコンピュータ可読媒体に固定され、実施されると、コンピュータシステムが潤滑油を監視することを可能にするコンピュータプログラムを提供する。これに関して、コンピュータ可読媒体は、本明細書に記載のプロセスおよび/または実施形態の一部またはすべてを実装する監視システム114(図3)のようなプログラムコードを含む。「コンピュータ可読媒体」という用語は、現在公知のまたは今後開発される、プログラムコードのコピーがコンピューティングデバイスによって認識、複製、または通信され得る、任意の種類の有形媒体の表現の1つまたは複数を備えることを理解されたい。例えば、コンピュータ可読媒体は、1つまたは複数の携帯用記憶製品、コンピューティングデバイスの1つまたは複数のメモリ/記憶構成要素、紙などを備えることができる。
別の実施形態では、本発明は、本明細書に記載のプロセスの一部またはすべてを実装する、監視システム114(図3)などのプログラムコードのコピーをもたらす方法を提供する。この場合、コンピュータシステムは、本明細書に記載のプロセスの一部またはすべてを実装するプログラムコードのコピーを処理して、その特性の1つまたは複数が一組のデータ信号のプログラムコードのコピーを符号化するように設定および/または変更された一組のデータ信号を、第2の別個の位置で受信するために、生成および送信することができる。同様に、本発明の一実施形態は、本明細書に記載の一組のデータ信号を受信するコンピュータシステムを含む、本明細書に記載のプロセスの一部またはすべてを実装するプログラムコードのコピーを取得し、一組のデータ信号を少なくとも1つのコンピュータ可読媒体に固定されるコンピュータプログラムのコピーに送信する方法を提供する。いずれの場合でも、一組のデータ信号は、任意の種類の通信リンクを使用して送信/受信することができる。
さらに別の実施形態では、本発明は、潤滑油を監視する方法を提供する。この場合、コンピュータシステム102(図3)などのコンピュータシステムを得る(例えば、作成する、維持する、または利用可能にするなど)ことができ、本明細書に記載のプロセスを実行するための1つまたは複数の構成要素を得て(例えば、作成する、購入する、使用する、修正するなど)、コンピュータシステムに配置することができる。これに関して、配置することには、(1)プログラムコードをコンピューティングデバイスにインストールすること、(2)1つまたは複数のコンピューティングデバイスおよび/またはI/Oデバイスをコンピュータシステムに追加すること、(3)コンピュータシステムを組み込むおよび/または修正して、本明細書に記載のプロセスを実行することを可能にすることなどの、1つまたは複数を備えることができる。
いずれの場合も、例えば監視システム114を含む、本発明の様々な実施形態の技術的効果は、潤滑油、例えば、ターボ機械(例えば、ターボ機械118)からの潤滑油を監視することである。監視システム114は、複数の異なる用途において潤滑油を監視するように、例えば、自動車システムの潤滑油を監視するように、また大型機械などの潤滑油を監視するように実装することができることを理解されたい。
様々な追加の実施形態は、潤滑油監視装置500(図4および図5)を含むことができ、潤滑油監視装置500は、監視システム114の1つまたは複数の構成要素(および関連する機能)を、油センサシステム150(図3)と共に含むことができる。潤滑油監視装置500は、潤滑油の1つまたは複数の状態を非侵襲的に監視するように構成することができる。いくつかの場合には、潤滑油監視装置500(および特に、油センサシステム150)は、限定するものではないが、潤滑油の温度、潤滑油の圧力、および潤滑油の頻度を含む潤滑油の1つまたは複数のパラメータを監視することができる。
様々な実施形態では、潤滑油監視装置500は、これらのパラメータを連続的に監視し、これらのパラメータを許容閾値(例えば、レベルまたは範囲)と比較して、潤滑油が所望のレベルにあるかどうかを決定することができる。潤滑油監視装置500は、潤滑油の決定されたパラメータが許容できない閾値/範囲へ逸脱し、近づき、かつ/または向かう傾向があるときに、1つまたは複数の警報を供給するためのインターフェース、例えば、ヒューマンマシンインターフェース(HMI)を含むことができる。
いくつかの場合には、潤滑油監視装置500は、ターボ機械に装着されるか、または他の方法で結合され得る。他の場合には、潤滑油監視装置500は、ターボ機械に近接して配置され、潤滑油の状態のリアルタイム監視を行う。
様々な実施形態では、潤滑油監視装置500は、ターボ機械の既存の潤滑油リザーバと流体接続することができる。いくつかの特定の実施形態では、潤滑油監視装置500は、油リザーバの戻りライン排出セクションに流体接続される。いくつかの場合には、潤滑油監視装置500は、油をリザーバから抽出するための油供給ラインと、試験された油をリザーバに戻すように排出させるための排出ラインとを含む。装置500はまた、リザーバまたはターボ機械の近接部分に装着するためのマウントを含むことができる。
図4および図5は、本発明の様々な実施形態による潤滑油監視装置(装置)500の一実施形態の概略正面図および部分斜視図をそれぞれ示す。図4は、基板506および背部支持体508(図5)を覆うケーシング504を有するハウジングセクション502を含む装置500を示す。図4はまた、ハウジングセクション502と結合されたマウント510を示している。図5は、ケーシング504のない装置500の斜視図を示し、油取入れ導管512、油ポンプ514、内部導管516、油分析器518、および排出導管520を示している。装置500に関して記載された様々な構成要素は、例えば、鋼、銅、アルミニウム、合金のような金属、複合材など、当該技術分野で知られている従来の材料で形成することができる。
図4と図5の両方を参照すると、いくつかの特定の実施形態では、潤滑油監視装置(装置)500は、以下を含むことができる。
基板506および背部支持体508を含み、金属シートまたは他の適切な複合材で形成することができるハウジングセクション502。ハウジングセクション502はまた、図4に示すように、基板506および背部支持体508に結合されたケーシング504を含むことができる。様々な実施形態では、ケーシング504は、ディスプレイ528(例えば、タッチスクリーン、デジタルまたは他のディスプレイ)を含むことができる、インターフェース526、例えば、ヒューマンマシンインターフェース(HMI)を含むことができる。いくつかの場合には、インターフェース526は、1つまたは複数の警報表示器530を含むことができ、これは、試験された油の状態が不所望なレベル(例えば、範囲)に近づいていること、近づいたこと、または近づく可能性があることを表示するために1つまたは複数の表示灯(例えば、LED)、可聴表示器および/または振動表示器を含むことができる。
ハウジングセクション502はまた、基板506と接続され、基板506を通って延びる油取入れ導管512を含むことができる。油取入れ導管512は、ターボ機械油リザーバ(リザーバ)540と流体接続することができ、油をリザーバ540から抽出するように構成される。また、(図5に)示すように、ハウジングセクション502は、ケーシング504内に実質的に収容され、油取入れ導管512と流体接続された油ポンプ514を含むことができる。ポンプ514は、リザーバ540から油取入れ導管512に(および基板506より上方に)油を吸い上げるためにポンプ圧力を供給することができる。ハウジングセクション502はさらに、油ポンプ514(ポンプ514の出口)および取入れ導管512と流体接続された内部導管516を含むことができる。内部導管516は、取り入れた油をポンプ514から受け取るように構成される。ハウジングセクション502はまた、内部導管516と流体接続された油分析器518を含むことができ、油分析器518は、取り入れた油の特性(例えば、油温、油圧および/または油頻度)を測定する。また示すように、ハウジングセクション502は、油分析器518と流体接続され、基板506を通って延び、リザーバ540と流体接続された排出導管520を含むことができる。排出導管520は、試験された油をリザーバ540に戻すように排出させることを可能にする。
装置500はまた、ハウジングセクション502に結合されたマウント510を含むことができる。マウント510は、ターボ機械の油リザーバ540に結合するように設計することができる。
様々な実施形態では、基板506は、垂直方向下向きの面を持つように、例えば、垂直軸(y)に直角に延びるように構成される。これにより、排出導管560は、試験された潤滑油をリザーバ540へ戻すように排出させるために重力を利用することができる。これらの場合、基板506は、リザーバ540の上方に配置される。
いくつかの特定の実施形態では、マウント510は、L字形部材572を含み、これは、ハウジングセクション502と結合された垂直方向に延びる柱状部574と、水平方向に延びる基部576とを含む。水平方向に延びる基部576は、ターボ機械118の油リザーバ540に装着可能とすることができる。
装置500は、電源ユニット、例えば、蓄電池電源ユニットによって、および/またはターボ機械の1つまたは複数の電源との直接の交流(AC)接続によって給電され得ることを理解されたい。
動作中、装置500は、(リザーバ油を垂直方向上向きに吸い上げる圧力を供給するポンプ514により)取入れ導管512を介して油リザーバ540からリザーバ油を抽出し、その抽出された油を内部導管516内に送り込み、次いで油を試験のために分析器518に供給し、その後、排出導管520を介してリザーバ540へ戻すように油を放出するように構成される。様々な実施形態では、排出導管520は、取入れ導管512と結合されたセクション582よりリザーバ540の別個のセクション580に排出される。いくつかの場合には、リザーバ540は、抽出位置582から排出位置580へ向かう実質的に連続した流路を有し、これは、新しい油がターボ機械118からリザーバ540に連続的に入り、リザーバ540を通過し(かつ装置500によって試験され)、次いでターボ機械に再び入ることを意味する。
様々な実施形態では、互いに「結合される」ものとして記載された構成要素は、1つまたは複数のインターフェースに沿って接合されてもよい。いくつかの実施形態では、これらのインターフェースは、別個の構成要素間の接合部を含むことができ、他の場合には、これらのインターフェースは、強固におよび/または一体的に形成された相互接続を含むことができる。すなわち、いくつかの場合には、互いに「結合された」構成要素は、単一の連続した部材を画定するように同時に形成することができる。しかし、他の実施形態では、これらの結合された構成要素は、別々の部材として形成することができ、その後公知のプロセス(例えば、締結、超音波溶接、接着)により接合することができる。
本明細書は、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆるデバイスまたはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの実施例を用いている。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は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
[実施態様1]
潤滑油(300)の最初の理想的残存寿命を決定することと、
前記潤滑油(300)の温度測定値に基づいて前記潤滑油(300)の温度準拠残存寿命を決定することと、
前記潤滑油(300)の非粒子数サンプルに基づいて前記潤滑油(300)の汚染係数を計算することと、
前記汚染係数、前記最初の理想的残存寿命、および前記温度準拠残存寿命に基づいて前記潤滑油(300)の更新した理想的残存寿命を決定することと、
前記潤滑油(300)の前記更新した理想的残存寿命および実際の損失寿命に基づいて前記潤滑油(300)の実際の残存寿命を決定することと
を含む行為を実行することによって、前記潤滑油(300)を監視するように構成された少なくとも1つのコンピューティングデバイス(124)を備える、システム(102)。
[実施態様2]
前記実際の損失寿命が、前記潤滑油(300)の損失寿命係数(LLF)の関数であり、前記LLFが、以下の式:
に従って計算され、ここで、TCFは、前記計算された汚染係数であり、Tは、前記潤滑油(300)の前記温度測定値であり、Tは、前記潤滑油(300)の基準温度である、実施態様1に記載のシステム(102)。
[実施態様3]
前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(124)が、前記潤滑油(300)のサンプリング頻度に基づいて前記潤滑油(300)のサンプリング間の経過時間を決定するようにさらに構成される、実施態様1に記載のシステム(102)。
[実施態様4]
前記実際の残存寿命を前記決定することが、時間の関数としての前記汚染係数および時間の関数としての前記潤滑油(300)の前記温度測定値に基づいて前記実際の損失寿命を決定することを含む、実施態様1に記載のシステム(102)。
[実施態様5]
前記潤滑油(300)の前記更新した理想的残存寿命を前記決定することが、以下の式:
更新した理想的残存寿命=最初の理想的残存寿命−実際の損失寿命
に従って前記更新した理想的残存寿命を計算することを含む、実施態様4に記載のシステム(102)。
[実施態様6]
前記潤滑油(300)の前記実際の残存寿命を前記決定することが、以下の式:
の場合:
に従って前記実際の残存寿命を計算することを含み、そして、潤滑油(300)を時間(t)で変化させ、
ここで、Taveは、経時的に測定された平均潤滑油温度であり、TCFは、前記汚染係数であり、Tは、前記潤滑油(300)の基準温度である、実施態様1に記載のシステム(102)。
[実施態様7]
前記Taveが、以下の式:
に従って計算される、実施態様6に記載のシステム(102)。
[実施態様8]
前記潤滑油(300)の前記温度準拠残存寿命が、前記潤滑油(300)のアレニウス反応速度に基づいて計算される、実施態様1に記載のシステム(102)。
[実施態様9]
前記汚染係数が、以下の式:
に従って計算され、
ここで、ΔPfilterは、測定された潤滑油フィルタ差圧であり、k、k、k、kおよびkは、前記潤滑油(300)の設置条件または前記潤滑油(300)の動作条件に基づいて動的に割り当てられる重みである、実施態様1に記載のシステム(102)。
[実施態様10]
プログラムコードを含むコンピュータプログラム製品であって、該プログラムコードは、1つのコンピューティングデバイス(124)によって実行されたとき、前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(124)に、
潤滑油(300)の最初の理想的残存寿命を決定することと、
前記潤滑油(300)の温度測定値に基づいて前記潤滑油(300)の温度準拠残存寿命を決定することと、
前記潤滑油(300)の非粒子数サンプルに基づいて前記潤滑油(300)の汚染係数を計算することと、
前記汚染係数、前記最初の理想的残存寿命、および前記温度準拠残存寿命に基づいて前記潤滑油(300)の更新した理想的残存寿命を決定することと、
前記潤滑油(300)の前記更新した理想的残存寿命および実際の損失寿命に基づいて前記潤滑油(300)の実際の残存寿命を決定することと
を含む行為を実行することによって、前記潤滑油(300)を監視させる、コンピュータプログラム製品。
[実施態様11]
前記実際の損失寿命が、前記潤滑油(300)の損失寿命係数(LLF)の関数であり、前記LLFが、以下の式:
に従って計算され、ここで、TCFは、前記計算された汚染係数であり、Tは、前記潤滑油(300)の前記温度測定値であり、Tは、前記潤滑油(300)の基準温度である、実施態様10にコンピュータプログラム製品。
[実施態様12]
前記プログラムコードが、前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(124)に、前記潤滑油(300)のサンプリング頻度に基づいて前記潤滑油(300)のサンプリング間の経過時間を決定させる、実施態様11に記載のコンピュータプログラム製品。
[実施態様13]
前記実際の残存寿命を前記決定することが、時間の関数としての前記汚染係数および時間の関数としての前記潤滑油(300)の前記温度測定値に基づいて前記実際の損失寿命を決定することを含む、実施態様10に記載のコンピュータプログラム製品。
[実施態様14]
前記潤滑油(300)の前記更新した理想的残存寿命を前記決定することが、以下の式:
更新した理想的残存寿命=最初の理想的残存寿命−実際の損失寿命
に従って前記更新した理想的残存寿命を計算することを含む、実施態様13に記載のコンピュータプログラム製品。
[実施態様15]
前記潤滑油(300)の前記実際の残存寿命を前記決定することが、以下の式:
場合:
に従って前記実際の残存寿命を計算することを含み、そして、潤滑油(300)を時間(t)で変化させ、
ここで、Taveは、経時的に測定された平均潤滑油温度であり、TCFは、前記汚染係数であり、Tは、前記潤滑油(300)の基準温度である、実施態様10に記載のコンピュータプログラム製品。
[実施態様16]
前記汚染係数が、以下の式:
に従って計算され、
ここで、ΔPfilterは、測定された潤滑油フィルタ差圧であり、k、k、k、kおよびkは、前記潤滑油(300)の設置条件または前記潤滑油(300)の動作条件に基づいて動的に割り当てられる重みである、実施態様10に記載のコンピュータプログラム製品。
[実施態様17]
プロセッサおよびメモリを有する少なくとも1つのコンピューティングデバイス(124)で実行される、ターボ機械(118)からの潤滑油(300)を監視するコンピュータ実装方法であって、
潤滑油(300)の最初の理想的残存寿命を決定することと、
前記潤滑油(300)の温度測定値に基づいて前記潤滑油(300)の温度準拠残存寿命を決定することと、
前記潤滑油(300)の非粒子数サンプルに基づいて前記潤滑油(300)の汚染係数を計算することと、
前記汚染係数、前記最初の理想的残存寿命、および前記温度準拠残存寿命に基づいて前記潤滑油(300)の更新した理想的残存寿命を決定することと、
前記潤滑油(300)の前記更新した理想的残存寿命および実際の損失寿命に基づいて前記潤滑油(300)の実際の残存寿命を決定することと
を含む、方法。
[実施態様18]
前記実際の残存寿命を前記決定することが、時間の関数としての前記汚染係数および時間の関数としての前記潤滑油(300)の前記温度測定値に基づいて前記実際の損失寿命を決定することを含む、実施態様17に記載のコンピュータ実装方法。
[実施態様19]
前記潤滑油(300)の前記実際の残存寿命を前記決定することが、以下の式:
場合:
に従って前記実際の残存寿命を計算することを含み、そして、潤滑油(300)を時間(t)で変化させ、
ここで、Taveは、経時的に測定された平均潤滑油温度であり、TCFは、前記汚染係数であり、Tは、前記潤滑油(300)の基準温度である、実施態様17に記載のコンピュータ実装方法。
[実施態様20]
前記汚染係数が、以下の式:
に従って計算され、
ここで、ΔPfilterは、測定された潤滑油フィルタ差圧であり、k、k、k、kおよびkは、前記潤滑油(300)の設置条件または前記潤滑油(300)の動作条件に基づいて動的に割り当てられる重みである、実施態様17に記載のコンピュータ実装方法。
60 油温データ、温度データ
80 油圧データ、圧力データ
90 油頻度データ、頻度データ
101 環境
102 コンピュータシステム
104 処理構成要素
106 記憶構成要素
108 入力/出力I/O構成要素
110 経路、通信経路
112 ユーザ、システムユーザ
114 監視システム、潤滑油監視システム
118 ターボ機械
124 コンピューティングデバイス
132 モジュール
150 センサシステム、油センサシステム
300 潤滑油、潤滑油モデル、モデル
310 コーパス
320 自己学習エンジン
500 装置、潤滑油監視装置
502 ハウジングセクション
504 ケーシング
506 基板
508 背部支持体
510 マウント
512 取入れ導管、油取入れ導管
514 ポンプ、油ポンプ
516 内部導管
518 分析器、油分析器
520 排出導管
526 インターフェース
528 ディスプレイ
530 警報表示器
540 リザーバ、油リザーバ
560 排出導管
572 L字形部材
574 柱状部
576 基部
580 排出位置、セクション
582 セクション、抽出位置

Claims (10)

  1. 潤滑油(300)の最初の理想的残存寿命を決定することと、
    前記潤滑油(300)の温度測定値に基づいて前記潤滑油(300)の温度準拠残存寿命を決定することと、
    前記潤滑油(300)の非粒子数サンプルに基づいて前記潤滑油(300)の汚染係数を計算することと、
    前記汚染係数、前記最初の理想的残存寿命、および前記温度準拠残存寿命に基づいて前記潤滑油(300)の更新した理想的残存寿命を決定することと、
    前記潤滑油(300)の前記更新した理想的残存寿命および実際の損失寿命に基づいて前記潤滑油(300)の実際の残存寿命を決定することと
    を含む行為を実行することによって、前記潤滑油(300)を監視するように構成された少なくとも1つのコンピューティングデバイス(124)を備える、システム(102)。
  2. 前記実際の損失寿命が、前記潤滑油(300)の損失寿命係数(LLF)の関数であり、前記LLFが、以下の式:
    に従って計算され、ここで、TCFは、前記計算された汚染係数であり、Tは、前記潤滑油(300)の前記温度測定値であり、Tは、前記潤滑油(300)の基準温度である、請求項1に記載のシステム(102)。
  3. 前記少なくとも1つのコンピューティングデバイス(124)が、前記潤滑油(300)のサンプリング頻度に基づいて前記潤滑油(300)のサンプリング間の経過時間を決定するようにさらに構成される、請求項1に記載のシステム(102)。
  4. 前記実際の残存寿命を前記決定することが、時間の関数としての前記汚染係数および時間の関数としての前記潤滑油(300)の前記温度測定値に基づいて前記実際の損失寿命を決定することを含む、請求項1に記載のシステム(102)。
  5. 前記潤滑油(300)の前記更新した理想的残存寿命を前記決定することが、以下の式:
    更新した理想的残存寿命=最初の理想的残存寿命−実際の損失寿命
    に従って前記更新した理想的残存寿命を計算することを含む、請求項4に記載のシステム(102)。
  6. 前記潤滑油(300)の前記実際の残存寿命を前記決定することが、以下の式:
    の場合:
    に従って前記実際の残存寿命を計算することを含み、そして、潤滑油(300)を時間(t)で変化させ、
    ここで、Taveは、経時的に測定された平均潤滑油温度であり、TCFは、前記汚染係数であり、Tは、前記潤滑油(300)の基準温度である、請求項1に記載のシステム(102)。
  7. 前記Taveが、以下の式:
    に従って計算される、請求項6に記載のシステム(102)。
  8. 前記潤滑油(300)の前記温度準拠残存寿命が、前記潤滑油(300)のアレニウス反応速度に基づいて計算される、請求項1に記載のシステム(102)。
  9. 前記汚染係数が、以下の式:
    に従って計算され、
    ここで、ΔPfilterは、測定された潤滑油フィルタ差圧であり、k、k、k、kおよびkは、前記潤滑油(300)の設置条件または前記潤滑油(300)の動作条件に基づいて動的に割り当てられる重みである、請求項1に記載のシステム(102)。
  10. プロセッサおよびメモリを有する少なくとも1つのコンピューティングデバイス(124)で実行される、ターボ機械(118)からの潤滑油(300)を監視するコンピュータ実装方法であって、
    潤滑油(300)の最初の理想的残存寿命を決定することと、
    前記潤滑油(300)の温度測定値に基づいて前記潤滑油(300)の温度準拠残存寿命を決定することと、
    前記潤滑油(300)の非粒子数サンプルに基づいて前記潤滑油(300)の汚染係数を計算することと、
    前記汚染係数、前記最初の理想的残存寿命、および前記温度準拠残存寿命に基づいて前記潤滑油(300)の更新した理想的残存寿命を決定することと、
    前記潤滑油(300)の前記更新した理想的残存寿命および実際の損失寿命に基づいて前記潤滑油(300)の実際の残存寿命を決定することと
    を含む、方法。
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