JP2022519640A - バイパスターボ機械の少なくとも２つの振動センサの健全性の状態の監視 - Google Patents

Abstract

本発明は、低圧ボディと高圧ボディを有するターボ機械の少なくとも２つの振動センサの健全性の状態の監視プロセスに関し、振動センサがターボ機械の前部に配置され、振動センサがターボ機械の後部に配置され、センサの各々はターボ機械の前部及び後部の低圧及び高圧ボディの振動を測定するように構成され、プロセスは、各センサと通信するターボ機械の処理ユニット（２０）で実行され、以下のステップを含む：－ ターボ機械の低圧（ＮＢＰ）及び高圧（ＮＨＰ）速度、及び当該速度が同時に所定の範囲内にある場合の受信； － 各センサによって記録される低圧ボディ及び高圧ボディの前部及び後部の振動レベルの受信； － 所定の受信期間にわたって受信される低圧ボディ及び高圧ボディの振動レベルの値の平均値の決定；－ 所定の閾値で決定された低圧ボディ及び高圧ボディの振動レベルの平均値の比較からの前記少なくとも第１及び第２の振動センサの健全性の状態の決定。

Description

本発明は、航空機のバイパスターボ機械の健全性の状態（state of health）の監視に関し、特にターボ機械の振動レベルの監視によるものである。そして、本発明は、特に、この目的のために使用される振動センサの監視に関する。

ターボ機械の健全性の状態は、伝統的に、あらゆる種類のセンサによって監視されている。これらのうち、振動センサは、部品の破損、クリアランスの増加及びターボ機械を危険にさらす可能性のあるその他の故障を迅速に検出するので、不可欠である。

空気流の循環方向において、バイパスターボ機械は、従来、ファン、低圧圧縮機、高圧圧縮機、燃焼室、高圧タービン及び低圧タービンを含む。

ターボ機械の振動を監視するための既知の解決策は、ターボ機械の前部に振動センサを配置し、ターボ機械の後部に別の振動センサを配置することである。

このように配置された各センサは、低圧及び高圧の振動レベル（すなわち、ターボ機械の低圧ボディと高圧ボディ）を、低圧及び高圧の速度で制御されたフィルタによって監視する。

この振動レベルの監視の信頼性を確保するために、振動センサが正しく動作し、ターボ機械の異常振動レベルを直ちに上昇させることを確実にすべきである。

この検証を行うために、離陸及び飛行後のフェーズの間に検出された振動レベルの安定性基準上で振動センサの健全性の状態を監視することが知られている。

しかしながら、このような検出の理論的根拠には限界があり、誤った振動センサの故障が誤って宣言されている。
－ 監視フェーズは最適ではなく、これらのフェーズの振動レベルは、しばしばセンサ故障の検出レベルを下回る；
－ 高温での運転中、ターボ機械の速度は、公称温度での運転中よりも高いので、ターボ機械は監視フェーズにあり、提供されたフェーズの間にレベルが記録されていないことを示す可能性があり、センサの故障の検出レベルを下回る可能性もあるため、なおさらそうである。

本発明の少なくとも1つの目的は、実際に故障しているセンサのみがそのようなものとして宣言されることを確実にすることを目的とする振動センサの故障の検出の理論的根拠を定義することである。

この目的を達成するために、本発明は、低圧ボディと高圧ボディを備えるバイパスターボ機械の少なくとも２つの振動センサの健全性の状態の監視プロセスに関し、振動センサはターボ機械の前部に配置され、振動センサはターボ機械の後部に配置され、センサの各々は、ターボ機械の前部及び後部において低圧ボディと高圧ボディの振動を測定するように構成され、プロセスは、センサの各々と通信するターボ機械の処理ユニット（２０）で実行され、以下のステップを含む：
－ ターボ機械の低圧（ＮＢＰ）及び高圧（ＮＨＰ）速度、及びいつ当該速度が同時に所定の範囲内にあるかの受信；
－ 各センサに記録されている低圧ボディ及び高圧ボディの前部及び後部振動レベルの受信；
－ 所定の受信期間にわたって受信された低圧ボディ及び高圧ボディの振動レベルの平均値の決定；
－ 所定の閾値での決定された低圧ボディ及び高圧ボディの振動レベルの平均値の比較からの前記少なくとも第１及び第２の振動センサの健全性の状態の決定。

本発明は、有利には、単独で、又はそれらの技術的に可能な組み合わせのいずれか１つでとられる以下の特徴によって、完成される。

受信ステップの間、プロセスは、低圧速度及び高圧速度の検証ステップを含み、プロセスは、速度が所定の範囲内に同時にない場合に、処理ユニットによる振動レベルの受信の中断を含む。

決定された平均値は、所定の受信期間に対応する、いくつかの受信値に対して決定された低圧ボディと高圧ボディの振動レベルの受信値の平均であり、その平均は、受信中に瞬時に決定されることができる。

２つのセンサ監視プロセスは、ターボ機械の前部において低圧ボディ及び高圧ボディの振動レベルを測定するように構成された1つのセンサを有し、他のセンサは、ターボ機械の後部において低圧ボディ及び高圧ボディの振動レベルを測定するように構成され、センサの健全性の状態は、低圧ボディ及び高圧ボディの振動レベルの平均値が所定の閾値より小さい場合、及び他のセンサについては、低圧ボディ及び高圧ボディの振動レベルの平均値が所定の閾値より大きい場合は、劣るとみなされる。

４つのセンサ監視プロセスは、低圧ボディ及び高圧ボディの振動レベルを前部においてそれぞれ測定するように構成されたターボ機械の前部の２つのセンサと、低圧ボディ及び高圧ボディの振動レベルを後部においてそれぞれ測定するように構成されたターボ機械の後部の２つのセンサとを有し、振動レベルの平均値が所定の閾値より小さい場合、及び他のセンサについて、振動レベルの平均値が所定の閾値より大きい場合は、低圧ボディの振動レベルのセンサの健全性の状態が劣るとみなされ、高圧ボディの振動レベルのセンサの健全性の状態は、振動レベルの平均値が所定の閾値より小さい場合、及び他のセンサについて、振動レベルの平均値が所定の閾値より大きい場合は、劣るとみなされる。

このプロセスは、センサが３回連続して同じ健全性の状態を示すと、センサの健全性の状態が良好又は不良であることの確認を含む。

例として、低圧ボディについての所定の振動閾値は、0.1から0.2cm/sの間、典型的には0.16cm/sである。

例として、高圧ボディについての所定の振動閾値は、0.05から0.15cm/sの間、典型的には0.10cm/sである。

低圧速度についての所定の範囲は、10500rpmから13500rpmの間であり、高圧速度についての所定の範囲は、14500rpmから17500rpmの間である。

本発明はまた、本発明によるプロセスを実行するように構成された処理ユニットを備えるバイパスターボ機械に関する。

本発明は、多くの利点を有する。

故障の検出は、既知の解決策よりもロバストである。

実際、検出はより高速で行われ（従って、より「敏感」であり）、平均値の計算を数回確認する必要があることはまた、センサ故障について、実態をよりロバストにする。

したがって、誤った故障は限られる。

故障と判明したセンサを修理することができる。

本発明の他の特徴、目的、及び利点は、純粋に例示的かつ非限定的であり、添付の図面と併せて考慮されなければならない以下の説明から明らかになる。

バイパスターボ機械を概略的に示す。 本発明によるプロセスを実行するためのアーキテクチャを示す。 本発明によるプロセスのステップを示す。

すべての図において、類似の要素には同一の参照番号が付されている。

図１は、（エンジン軸ＡＡに従う）ガス流の方向の上流から下流へ、ダクトファン１と、一次（主）環状フロー空間Ｉと、外部ケーシング２と内部ハブ３とで区切られた二次環状フロー空間ＩＩ（二次ダクト）とを備える、航空機のバイパスターボ機械を示す。一次ダクトＩにおいて、ターボ機械は、低圧圧縮機１１、高圧圧縮機１２、燃焼室１３、高圧タービン１４及び低圧タービン１５を有する。

従って、ターボ機械は、（ガス流の方向において）前部及び後部に低圧ボディ及び高圧ボディを有する。

冒頭に述べたように、低圧及び高圧ボディの振動を計測するために、振動センサが前部及び後部に配置されている。

図２に概略的に示すように、一実施形態によれば、センサＣ１は、前部で低圧ボディ及び高圧ボディ振動Ｖ１ＢＰ、Ｖ１ＨＰを測定し、センサＣ２は、後部で低圧ボディ及び高圧ボディの振動Ｖ２ＢＰ、Ｖ２ＨＰを測定する。

この実施形態によれば、後部には単一のセンサが配置され、前部には単一のセンサが配置され、それぞれが低圧ボディ及び高圧ボディの振動を同時に測定する。これを達成するためには、低圧ボディから来る振動が高圧ボディから来る振動から分離されることできるように、受信した振動のフィルタリングを行わなければならない。

変形例として、４つのセンサを設けることができ、２つは前部に、２つは後部にある。この変形例では、センサＣ１1が前部で低圧ボディの振動Ｖ１ＢＰを測定し、センサＣ１２が前部で高圧ボディの振動Ｖ１ＨＰを測定し、センサＣ２１が後部で低圧ボディの振動Ｖ２ＢＰを測定し、センサＣ２２が後部で高圧ボディの振動Ｖ２ＨＰを測定する。

そのような振動センサは、例えば、加速度計を含む。

センサは、ターボ機械上のいくつかのポイントに配置することができる。例えば、低圧ボディの前部の振動を測定するために、センサを低圧圧縮機の領域に配置することができる。高圧ボディの前部の振動を測定するために、センサを高圧圧縮機の領域に配置することができる。高圧ボディの後部の振動を測定するために、センサを高圧タービンの領域に配置することができる。低圧ボディの後部の振動を測定するために、センサを低圧タービンの領域に配置することができる。

序章で述べたように、これらの振動センサは監視される必要がある。このような監視は、図３に関連して後述する振動センサの健全性の状態を監視するプロセスによって、処理ユニット２０で実行される。

振動センサの健全性の状態の監視は、振動レベルが関連する低圧及び高圧の速度範囲においてセンサから発生する振動測定値を利用することに基づいている。

利点として、振動レベルは、期間Ｔにわたって監視するために記録される。この期間Ｔは、（集積センサの場合）振動レベルの測定値が十分に高い平均を有するように、したがって、故障センサの検出閾値を上回るように十分に高いものでなければならない。実際、統計的には、平均の計算時間が長いほど、計算された平均最小値は高くなる。また、この期間Ｔは、飛行中に少なくとも３回の平均計算を確実に行うのに十分な長さでシステムを検出範囲内に収めるのに十分な低くなければならない。この期間は、好ましくは60～120秒（ｓ）の間であり、好ましくは90ｓに等しい。

プロセスの開始時に、計算ステップｎはｎ＝０で初期化され（ステップＥ０）、期間Ｔ＝ｎ・Δｔが振動レベルの記録期間Δｔを用いて計算される（ステップＥ１）。

これらの異なる初期化の後、処理ユニット２０は、Ｅ２で低圧ＮＢＰ及び高圧ＮＨＰ速度及びいつこれらの速度が同時に所定の範囲内にあるかを受信し、処理ユニット２０は、監視されることになる振動センサから発生する振動レベルＶ１ＢＰ、Ｖ２ＢＰ、Ｖ１ＨＰ、Ｖ２ＨＰを受信する（ステップＥ３）。

低圧ＮＢＰ及び高圧ＮＨＰ速度の範囲は、好ましくは以下の通りである：
－ ＮＢＰ＝［１０５００；１３５００］ｒｐｍ；
－ ＮＨＰ＝［１４５００；１７５００］ｒｐｍ。

このような速度は、例えば、エンジンによって異なる速度で実際に見られる振動レベルの統計的研究によって決定される。従って、速度の監視の理論的根拠は、閾値に対する振動値の関数として選択される、及び／又は、閾値は、統計的研究から生じる速度の適切性の関数として選択される。

前部に１つ、後部に１つの２つのセンサの場合、各センサＣ１、Ｃ２は２つの振動レベルを取得する：
－ 前部のセンサＣ１は、低圧の振動レベルＶ１ＢＰ及び高圧の振動レベルＶ１ＨＰレベルを取得する；
－ 後部のセンサＣ２は、低圧の振動レベルＶ２ＢＰ及び高圧の振動レベルＶ２ＨＰを取得する。

前部に２つ、後部に２つの４つのセンサの場合、各センサＣ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、Ｃ２２は振動レベルを取得する：
－ 前部のセンサＣ１１は、低圧ボディの振動レベルＶ１ＢＰを取得する；
－ 前部のセンサＣ１２、は高圧ボディの振動レベルＶ１ＨＰを取得する；
－ 後部のセンサＣ２１は、低圧ボディの振動レベルＶ２ＢＰを取得する；
－ 後部のセンサＣ２２は、高圧ボディの振動レベルＶ２ＨＰを取得する。

受信した値から、処理ユニット２０は、各振動レベルの瞬間平均を次のように算出する（ステップＥ４）：

ここで、i={1,2）及びJ={BP,HP}である。

瞬間平均は、期間Ｔにわたって各ステップｎで計算され、各計算ステップにおいてｎは１だけインクリメントされる（ステップＥ８）。期間Ｔが完了すると、平均
－ 前部センサ又はセンサ（複数）で測定した低圧ボディ及び高圧ボディのレベルのＭ１ＢＰ、Ｍ１ＨＰ；
－ 後部センサ又はセンサ（複数）で測定した低圧ボディ及び高圧ボディのレベルのＭ２ＢＰ、Ｍ２ＨＰ；
が得られる。

代わりに、振動レベルのすべての値が全期間Ｔにわたって取得されると、平均値を計算することができ、これは、値が漸進的に記憶されることを意味する。

相補的な方法では、低圧速度及び高圧速度が同時に所定の範囲にあることを確実にするために、振動レベルの各受信の前に、処理ユニット２０は、低圧速度及び高圧速度の値を検証する（ステップＥ２）。そうでない場合、処理ユニット２０は、平均値を算出するための振動レベルの受信を中断する（ＩＮＴ）（ステップＥ９）。しかし、速度が所定の範囲に戻ると、処理ユニット２０は、直ちに停止した位置に戻る。

処理ユニット２０は、振動レベルの平均数が期間T=90sに対応する場合（ステップＥ５）、各センサの健全性の状態を判定する（ステップＥ６）。

センサの健全性の状態は、振動閾値での各平均Ｍ１ＢＰ、Ｍ１ＨＰ、Ｍ２ＢＰ、Ｍ２Ｈとの比較から得られる。

閾値低圧ＳＢＰは、典型的には0.1から0.2cm/sの間、好ましくは0.16cm/sである。

閾値高圧ＳＨＰは、典型的には0.05から0.15cm/sの間、好ましくは0.10cm/sである。

ここでも、これらの異なる閾値は統計的研究に由来する。

２つのセンサの場合、低圧ボディ及び高圧ボディの振動レベルの平均値がそれぞれ閾値ＳＢＰ、ＳＨＰより小さい場合、且つ他のセンサについて、低圧ボディ及び高圧ボディの振動レベルの平均値がそれぞれ閾値ＳＢＰ、ＳＨＰより大きい場合、センサの健全性の状態ＥＳｉｊは劣るとみなされる。

代替として、４つのセンサの場合、振動レベルの平均値が閾値ＳＢＰより小さい場合、且つ他のセンサについて、低圧ボディの振動レベルの平均値が閾値ＳＢＰより大きい場合、低圧ボディの振動レベルのセンサの健全性の状態ＥＳｉｊは、劣るとみなされ、高圧ボディの振動レベルの平均値が閾値ＳＨＰより小さい場合、且つ他のセンサについて、高圧ボディの振動レベルの平均値が閾値ＳＨＰより大きい場合、高圧ボディの振動レベルのセンサの健全性の状態は劣るとみなされる。

このようにして決定された健全性の状態から、処理ユニット２０は、センサが３回連続して同じ健全性の状態を示すと、センサの健全性の良否の状態の確認を実行する（ステップＥ７）。

従って、健全性の状態が劣ることが確認されたセンサを修復することが可能である。

Claims (10)

1. 低圧ボディ及び高圧ボディを有するバイパスターボ機械の少なくとも２つの振動センサの健全性の状態を監視するためのプロセスであって、振動センサが前記ターボ機械の前部に配置され、振動センサが前記ターボ機械の後部に配置され、前記センサの各々は、前記ターボ機械の前部及び後部において前記低圧ボディ及び前記高圧ボディの振動を測定するように構成され、前記プロセスは、前記センサの各々と通信する前記ターボ機械の処理ユニットで実行され：
   － 前記ターボ機械の低圧速度及び高圧速度を受信するステップであって、前記プロセスはさらに、いつ前記速度が同時に所定の範囲内にあるかを含む、受信するステップと；
   － 各前記センサにより記録された前記低圧ボディ及び前記高圧ボディの前部及び後部振動レベルを受信するステップと；
   － 所定の受信期間にわたって受信された前記低圧ボディ及び前記高圧ボディの前記振動レベルの平均値を決定するステップと；
   － 所定の閾値での決定された前記低圧ボディ及び前記高圧ボディの前記振動レベルの平均値の比較から、前記少なくとも第１及び第２の振動センサの健全性の状態を決定するステップと；を含む、
   プロセス。
2. 前記受信するステップの間に、前記低圧速度及び前記高圧速度の検証ステップを含み、前記プロセスは、前記速度が前記所定の範囲内に同時にない場合に、前記処理ユニットによる前記振動レベルの受信を中断するステップを含む、
   請求項１に記載のプロセス。
3. 前記決定された平均値は、前記所定の受信期間に対応するいくつかの受信値に対して決定された前記低圧ボディ及び前記高圧ボディの前記振動レベルの受信値の平均であり、前記平均値は、受信中に瞬時に決定され得る
   請求項１又は２に記載のプロセス。
4. ２つのセンサを備え、一方のセンサは、前記ターボ機械の前記前部において前記低圧ボディ及び前記高圧ボディの前記振動レベルを測定するように構成され、他方のセンサは、前記ターボ機械の前記後部において前記低圧ボディ及び前記高圧ボディの前記振動レベルを測定するように構成され、前記センサの健全性の状態は、前記低圧ボディ及び前記高圧ボディの前記振動レベルの平均値が所定の閾値より小さい場合、及び前記他方のセンサについて、前記低圧ボディ及び前記高圧ボディの前記振動レベルの平均値が所定の閾値より大きい場合、劣るとみなされる、
   請求項１に記載のプロセス。
5. ４つのセンサを有し、前記ターボ機械の前記前部における２つのセンサは、前記前部において前記低圧ボディ及び前記高圧ボディの前記振動レベルをそれぞれ測定するように構成され、前記ターボ機械の前記後部における２つのセンサは、前記後部において前記低圧ボディ及び前記高圧ボディの前記振動レベルをそれぞれ測定するように構成され、前記振動レベルの前記平均値が所定の閾値より小さい場合、及び前記他のセンサについて、前記振動レベルの前記平均値が所定の閾値より大きい場合、前記低圧ボディの前記振動レベルのセンサの健全性の状態は劣るとみなされ、前記振動レベルの前記平均値が所定の閾値より小さい場合、及び前記他のセンサについて、前記振動レベルの前記平均値が所定の閾値より大きい場合、前記高圧ボディの前記振動レベルのセンサの健全性の状態は劣るとみなされる、
   請求項１に記載のプロセス。
6. 前記センサが３回連続して同じ健全性の状態を示すと、前記センサの健全性の良好又は劣る状態を確認するステップを含む、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプロセス。
7. 前記低圧ボディについての所定の振動閾値は、0.1から0.2cm/sの間、典型的には0.16cm/sである
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプロセス。
8. 前記高圧ボディについての所定の振動閾値は、0.05から0.15cm/sの間、典型的には0.10cm/sである、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプロセス。
9. 前記低圧速度についての前記所定の範囲は、10500rpmから13500rpmの間であり、前記高圧速度についての前記所定の範囲は、14500rpmから17500rpmの間である、
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載のプロセス。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のプロセスを実行するように構成される処理ユニットを有するバイパスターボ機械。
    

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