JP5903223B2

JP5903223B2 - ブレード監視システム

Info

Publication number: JP5903223B2
Application number: JP2011116415A
Authority: JP
Inventors: ヴィヴェク・ヴェニュゴパル・バダミ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2031-05-25
Also published as: JP2011247260A; EP2390471A3; EP2390471A2; US20110293403A1; US9045999B2; EP2390471B1

Description

本明細書で開示される主題は、ブレード監視システムに関する。具体的には、本明細書で開示される主題は、圧縮機ブレードの正常性を監視するシステムに関する。

ガスタービン圧縮機などの圧縮機は、空気源から入口空気を受け取り、燃焼室において燃料と後で混合できるように当該空気を加圧する。次いで、加圧空気及び燃料混合気の燃焼により生成されるガスを用いてガスタービン内でブレードの回転を生じさせ、これに応じて、これらブレードに結合されたシャフトに対して機械的仕事を行う。時間の経過と共に、ガスタービン圧縮機の一部は損傷を受ける可能性がある。ガスタービン圧縮機ブレードは、例えば、入口空気中のパーティクル、異物、及び／又は腐食要素、並びに圧縮機作動中の過度の高サイクル及び低サイクル疲労により損傷を受ける可能性がある。ガスタービン圧縮機ブレードに対する損傷は、ガスタービンの作動効率の悪化及び／又は圧縮機の望ましくない振動を引き起こす可能性がある。場合によっては、圧縮機ブレードの損傷は、１つ又はそれ以上のブレードの遊離を引き起こし、結果として圧縮機に壊滅的損傷をもたらす可能性がある。

米国特許公開第２００９０１７７３６３号公報

圧縮機を監視するためのシステムが開示される。１つの実施形態において、本システムは、通過する圧縮機ブレードのブレード通過信号（ＢＰＳ）を検知するセンサシステムと、センサシステムに接続されたブレード監視システムと、を備え、該ブレード監視システムが、ＢＰＳを取得して圧縮機ブレードの到達時間（ＴＯＡ）を示す到達時間（ＴＯＡ）信号をＢＰＳから抽出すること、ＴＯＡ信号を圧縮機ブレードについての予定到達時間（ＴＯＡ）信号と比較することによって到達時間（ＴＯＡ）偏差信号を算出すること、
圧縮機の負荷変化に応答してＴＯＡ偏差信号の動的成分を抽出すること、動的成分を用いて、負荷変化の間の圧縮機ブレードの固有周波数、負荷変化の間の圧縮機ブレードのオーバーシュート、負荷変化の間の圧縮機ブレードの立ち上がり時間、負荷変化の間の圧縮機ブレードの減衰係数、又は負荷変化後の圧縮機ブレードのセトリング時間のうちの少なくとも１つを算出すること、固有周波数、オーバーシュート、立ち上がり時間、減衰係数、又はセトリング時間のうちの少なくとも１つに基づいて圧縮機ブレードが損傷を受けたか否かを判定すること、を含む動作を実施する。

圧縮機を監視するためのシステムを含む本発明の第１の態様が開示される。１つの実施形態において、本システムは、通過する圧縮機ブレードのブレード通過信号（ＢＰＳ）を検知するセンサシステムと、センサシステムに接続されたブレード監視システムと、を備え、該ブレード監視システムが、ＢＰＳを取得して圧縮機ブレードの到達時間（ＴＯＡ）を示す到達時間（ＴＯＡ）信号をＢＰＳから抽出すること、ＴＯＡ信号を圧縮機ブレードについての予定到達時間（ＴＯＡ）信号と比較することによって到達時間（ＴＯＡ）偏差信号を算出すること、圧縮機の負荷変化に応答してＴＯＡ偏差信号の動的成分を抽出すること、動的成分を用いて、負荷変化の間の圧縮機ブレードの固有周波数、負荷変化の間の圧縮機ブレードのオーバーシュート、負荷変化の間の圧縮機ブレードの立ち上がり時間、負荷変化の間の圧縮機ブレードの減衰係数、又は負荷変化後の圧縮機ブレードのセトリング時間のうちの少なくとも１つを算出すること、固有周波数、オーバーシュート、立ち上がり時間、減衰係数、又はセトリング時間のうちの少なくとも１つに基づいて圧縮機ブレードが損傷を受けたか否かを判定すること、を含む動作を実施する。

本発明の第２の態様は、少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体において具現化されたプログラムコードを含むコンピュータプログラムを含み、実行時にコンピュータシステムが負荷変化の間に圧縮機を監視する方法を実施可能にし、本方法が、
圧縮機ブレードの到達時間（ＴＯＡ）の偏差を示すブレードＴＯＡ偏差信号の動的成分を圧縮機に対する負荷変化に応答して抽出する段階と、
動的成分を用いて、負荷変化の間の圧縮機ブレードの固有周波数、負荷変化の間の圧縮機ブレードのオーバーシュート、負荷変化の間の圧縮機ブレードの立ち上がり時間、負荷変化の間の圧縮機ブレードの減衰係数、又は負荷変化後の圧縮機ブレードのセトリング時間のうちの少なくとも１つを算出する段階と、
固有周波数、オーバーシュート、立ち上がり時間、減衰係数、又はセトリング時間のうちの少なくとも１つに基づいて圧縮機ブレードが損傷を受けたか否かを判定する段階と、
を含む。

本発明の第２の態様は、複数のブレードを有する圧縮機を含むガスタービンと、負荷変化の間に圧縮機を監視するよう構成された少なくとも１つのコンピュータデバイスと、を備えたシステムを含み、該少なくとも１つのコンピュータデバイスが、複数のブレードのうちの１つの到達時間（ＴＯＡ）の偏差を示す到達時間（ＴＯＡ）偏差信号を取得すること、圧縮機に対する負荷変化に応答して到達時間（ＴＯＡ）偏差信号の動的成分を抽出すること、動的成分を用いて、負荷変化の間の圧縮機ブレードの固有周波数、負荷変化の間の圧縮機ブレードのオーバーシュート、負荷変化の間の圧縮機ブレードの立ち上がり時間、負荷変化の間の圧縮機ブレードの減衰係数、又は負荷変化後の圧縮機ブレードのセトリング時間のうちの少なくとも１つを算出すること、固有周波数、オーバーシュート、立ち上がり時間、減衰係数、又はセトリング時間のうちの少なくとも１つに基づいて圧縮機ブレードが損傷を受けたか否かを判定すること、を含む動作を実施することにより圧縮機を監視する。

本発明の第３の態様は、少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体において具現化されたプログラムコードを含むコンピュータプログラムを含み、実行時にコンピュータシステムが負荷変化の間に圧縮機を監視する方法を実施可能にし、該方法が、
圧縮機ブレードの到達時間（ＴＯＡ）の偏差を示すブレードＴＯＡ偏差信号の動的成分を圧縮機に対する負荷変化に応答して抽出する段階と、
動的成分を用いて、負荷変化の間の圧縮機ブレードの固有周波数、負荷変化の間の圧縮機ブレードのオーバーシュート、負荷変化の間の圧縮機ブレードの立ち上がり時間、負荷変化の間の圧縮機ブレードの減衰係数、又は負荷変化後の圧縮機ブレードのセトリング時間のうちの少なくとも１つを算出する段階と、
固有周波数、オーバーシュート、立ち上がり時間、減衰係数、又はセトリング時間のうちの少なくとも１つに基づいて圧縮機ブレードが損傷を受けたか否かを判定する段階と、
を含む。

本発明の第４の態様は、負荷変化の間の圧縮機を監視するためコンピュータに実装された方法を含み、該方法が、
圧縮機ブレードの到達時間（ＴＯＡ）の偏差を示すブレードＴＯＡ偏差信号の動的成分を圧縮機に対する負荷変化に応答して抽出する段階と、
動的成分を用いて、負荷変化の間の圧縮機ブレードの固有周波数、負荷変化の間の圧縮機ブレードのオーバーシュート、負荷変化の間の圧縮機ブレードの立ち上がり時間、負荷変化の間の圧縮機ブレードの減衰係数、又は負荷変化の間の圧縮機ブレードのセトリング時間のうちの少なくとも１つを算出する段階と、
固有周波数、立ち上がり時間、減衰係数、オーバーシュート、及びセトリング時間のうちの少なくとも１つに基づいて圧縮機ブレードが損傷を受けたか否かを判定する段階と、
を含む。

本発明のこれら及び他の特徴は、本発明の種々の実施形態を示した添付図面を参照しながら、本発明の種々の態様に関する以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。

例示的なガスタービン監視システムのブロック図及びガスタービンの一部の概略図。本発明の１つの実施形態による方法のプロセスフロー図。

本発明の図面は縮尺通りではない点に留意されたい。当該図面は、本発明の典型的な態様のみを描くことを意図しており、従って、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面では、同じ参照符号は、複数の図面にわたり同じ要素を示している。

本発明の態様は、ブレード監視システムを提供する。より具体的には、本発明の態様は、圧縮機の負荷状態が変化している間における圧縮機ブレード（例えば、ガスタービン圧縮機ブレード）の正常性の監視を提供する。このシステムは、例えば、可変（可動）入口ガイドベーン（ＩＧＶ）を有するガスタービン圧縮機と併せて機能することができる。

圧縮機、例えばガスタービン圧縮機は、空気源（例えば、周囲空気）から空気を取り込み、燃焼室にて燃料源と共に組み合わされる前に当該空気を加圧することによって作動する。ガスタービン圧縮機は、ガスタービンの用途（例えば、発電用途、ジェットエンジン用途、その他）、ガスタービンのサイズ／出力、及び入口状態（例えば、入口空気の圧力及び温度）に基づいて予め定められた作動速度で運転するよう設計される。発電要ガスタービン圧縮機は、始動、運転停止、及び「速度掃引」状態だけでなく、比較的一定の作動速度で運転される。発電用途におけるガスタービン圧縮機ブレードに対する損傷を検出する従来の試みは、こうしたブレードの固有周波数の変化を検出するために圧縮機の速度の変化（例えば、１つ又はそれ以上のブレードの回転速度の変化）に依存していた。これらの手法は、ベース負荷のガスタービンが比較的一定の作動速度で長い時間期間にわたって僅かな作動速度変化（例えば、始動及び運転停止）で稼働していることにより制限される。すなわち、ガスタービン圧縮機の速度変化中に集められたデータは、幾つかの状態（例えば、始動、運転停止、又は「速度掃引」）にのみ限定される。当該技術分野で周知のように、ガスタービン圧縮機の速度は、始動時に増大し、運転停止時に減少する。「速度掃引」は、ユニットを「オフライン」（供給されている電力網を切り離す）にして、ガスタービン圧縮機の速度を意図的に変化させて過速度保護安全措置などのパラメータをチェックすることによってガスタービンに対して実施される場合がある。速度変化を用いたこれらの手法は、ガスタービン圧縮機が一定速度（例えば、運転速度）で作動しているときには適用可能ではない。

本発明の態様は、圧縮機ブレードが損傷を受けているか否かを判定するために、速度変化の代わりに、ガスタービン圧縮機負荷の変化を用いる。ガスタービン圧縮機負荷は、例えば、圧縮機の入口から出口までの圧力低下を求めることによって測定することができる。ガスタービンシステムの電力需要（負荷）が変化すると、ガスタービン圧縮機から必要とされる加圧空気の量も変化する。圧縮機により提供される加圧空気の量を修正するため、入口ガイドベーン（ＩＧＶ）の位置が操作され、より多く又はより少ない空気を圧縮機に導入する。ＩＧＶの位置を操作することにより、様々な容積のガスを圧縮機に流入させ、これにより圧縮機の出力に影響を及ぼすことが可能になる。圧縮機に流入する空気の容積が変化した（例えば、負荷が変化する間に）場合、ガスタービン圧縮機ブレードは、圧縮機ブレードの振動を引き起こす圧縮力の変化を生じさせる。本発明の態様は、圧縮機負荷変化の間に集められたデータに基づいて１つ又はそれ以上のガスタービン圧縮機ブレードが損傷を受けるか否かを判定可能にする。この手法は、発電ガスタービンの定期的及び正常のターンダウン作動を活用することができる。監視システムは、有意な負荷変化がある度に稼働するよう構成され、これにより定期的測定を可能にし、タービンの作動寿命にわたるブレード正常性の変化の長期的傾向を示すことができる。

図１を参照すると、１つの実施形態による、圧縮機４（例えば、ガスタービン圧縮機）及びブレード監視システム４０を含む例示的な概略的環境が示される。圧縮機４の作動（反時計周りの矢印で示される作動）中に動いている複数の圧縮機ブレード（又は単にブレード）を含む圧縮機４が示される。各ブレードの基準位置は、参照符号１０で示され、圧縮機４の作動中の各ブレードの実際の位置は、参照符号１２（又は「偏差位置」）で示される。基準位置１０は、圧縮機４（例えば、ガスタービン圧縮機）の幾何形状及び作動中の速度に基づいて予め定められる。実際の位置は、例えば、本明細書で更に説明されるように、１つ又はそれ以上のセンサによって測定される。本明細書で使用されるように、ブレードは、参照符号１０で表されることになる。更に図１には、従来的（例えば、無線又は有線）手段によって圧縮機４に作動可能に接続されたセンサシステム２０が示される。センサシステム２０は、第１のセンサ６及び／又は第２のセンサ８にリンク（例えば、無線又は有線手段によって）され、或いはこれらを含むことができる。第１のセンサ６及び第２のセンサ８は、圧縮機４の作動中の圧縮機ブレード１０の実際の（又は偏差）位置１２を求めるのを助けることができる。第１のセンサ６及び第２のセンサ８は単に、本発明の実施形態と共に作動できるセンサの１つの構成の例証である点は理解される。例えば、１つの実施形態において、単一のセンサ（例えば、センサ６又はセンサ８）を用いて、圧縮機４の作動中の圧縮機ブレード１０の実際の（又は偏差）位置１２を求めることができる。

図１を引き続き参照し、更に図２のプロセスフロー図を参照しながら、環境２内のブレード監視システム４０の作動を更に説明する。ブレード１０が圧縮機４内で回転する間、センサシステム２０は、ブレードがセンサの下を通過するときに各ブレード１０についてのブレード通過信号（ＢＰＳ）２２を検知する。例えば、１つ又はそれ以上のセンサ（例えば、第１のセンサ６及び／又は第２のセンサ８）は、レーザプローブ、磁気センサ、容量センサ、マイクロ波センサ、又は渦電流センサのうちの１つ又はそれ以上を用いてブレードの通過を検知するよう構成することができる。しかしながら、センサは、当該技術分野で公知の何らかの技術によりＢＰＳ２２を検知するよう構成してもよい。何れの場合においても、センサシステム２０は、通過ブレード１０のＢＰＳ２２を検知できる１つ又はそれ以上のセンサ（例えば、第１のセンサ６及び／又は第２のセンサ８）にリンクされ、又はこれらを含むことができる。

ＢＰＳ２２を取得した後、センサシステム２０は、ＢＰＳ２２をコンピュータシステム１２０（例えば、無線又は有線手段によって）に送信し、又はこれを外部メモリ（図示せず）に格納し、或いは、これをブレード監視システム（例えば、ブレード監視システム４０）によって得ることができる中間システムに送信することができる。コンピュータシステム１２０は、本明細書で説明されるプロセスを実施して、１つ又はそれ以上のブレード１０が損傷を受けているか否かを判定することができる。図１に示すように、コンピュータシステム１２０は、ブレード監視システム４０を含むことができ、これによりコンピュータシステム１２０は、圧縮機４の１つ又はそれ以上のブレード１０が損傷を受けているか否かを判定するよう作動可能になる。

コンピュータシステム１２０は、センサシステム２０と通信するよう図示されており、該センサシステム２０がＢＰＳ２２を格納し、及び／又はＢＰＳ２２をコンピュータシステム１２０に送信することができる。更に、コンピュータシステム１２０はユーザ１３６と通信するよう図示されている。ユーザ１３６は、例えば、プログラマー又はオペレータとすることができる。加えて、コンピュータシステム１２０は、制御システム（ＣＳ）１３８と通信するよう図示されている。ＣＳ１３８は、例えば、ガスタービン圧縮機４の作動を制御するためのコンピュータ制御システムとすることができる。これらの構成要素とコンピュータシステム１２０との間の相互作用は、本明細書の他の場所で検討することにする。コンピュータシステム１２０は、処理構成要素１２２（例えば、１つ又はそれ以上のプロセッサ）、記憶構成要素１２４（例えば、記憶階層構造）、入力／出力（Ｉ／Ｏ）構成要素１２６（例えば、１つ又はそれ以上のＩ／Ｏインタフェース及び／又はデバイス）、及び通信経路１２８を含めて図示されている。１つ又はそれ以上の実施形態において、処理構成要素１２２は、記憶構成要素１２４において少なくとも部分的に具現化された、ブレード監視システム４０のようなプログラムコードを実行する。プログラムコードの実行中、処理構成要素１２２は、データの処理を行うことができ、該処理の結果として、更に処理するために記憶構成要素１２４及び／又はＩ／Ｏ構成要素１２６との間でデータの読み込み／書き込みを行うことができる。経路１２８は、コンピュータシステム１２０における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１２６は、１つ又はそれ以上のヒューマンＩ／Ｏデバイス又は記憶装置を含むことができ、これによりユーザ１３６及び／又はＣＳ１３８が、何れかのタイプの通信リンクを用いてコンピュータシステム１２０と通信できるように比較器５３及び／又は１つ又はそれ以上の通信デバイスと対話することができるようになる。この点に関して、ブレード監視システム４０は、人間及び／又はシステムのブレード監視システム４０との対話を可能にするインタフェースのセット（例えば、グラフィカルユーザインタフェース、アプリケーションプログラムインタフェース、及び／又は同様のもの）を管理することができる。

何れの場合においても、コンピュータシステム１２０は、インストールされているプログラムコードを実行することができる１つ又はそれ以上の汎用コンピュータ製品を含むことができる。本明細書で使用する場合、「プログラムコード」手段とは、あらゆる言語の命令、コード、又は表記法の何れかの集合を意味し、直接的か、或いは、（ａ）別の言語、コード、又は表記法への変換、（ｂ）異なるマテリアル形態の複製、及び／又は（ｃ）復元の何れかの組み合わせの後に情報処理機能を有するコンピュータデバイスに特定の機能を実行させるようにするものである点は理解される。この点に関して、ブレード監視システム４０は、システムソフトウェア及び／又はアプリケーションソフトウェアの何れかの組み合わせとして具現化することができる。何れの場合においても、コンピュータシステム１２０の技術的効果は、１つ又はそれ以上のブレード１０が損傷を受けているか否かを判定することである。

更に、ブレード監視システム４０は、モジュール１３２のセットを用いて実施することができる。この場合、モジュール１３２により、コンピュータシステム１２０は、ブレード監視システム４０により使用されるタスクのセットを実行可能にすることができ、ブレード監視システム４０の他の部分とは別に独立して開発及び／又は実装することができる。ブレード監視システム４０は、特定用途の機械／ハードウェア及び／又はソフトウェアを含むモジュール１３２を備えることができる。何れにしても、２つ又はそれ以上のモジュール及び／又はシステムは、それぞれのハードウェア及び／又はソフトウェアの一部／全部を共有することができる。更に、本明細書で検討される機能の一部は実装されない場合があり、或いは、コンピュータシステム１２０の一部として追加機能を含めてもよい点は理解される。

コンピュータシステム１２０が複数のコンピュータデバイスを含む場合、各コンピュータデバイスは、ブレード監視システム４０の一部だけを具現化することができる（例えば、１つ又はそれ以上のモジュール１３２）。しかしながら、コンピュータシステム１２０及びブレード監視システム４０は、単に、本明細書で説明されるプロセスを実行できる種々の実施可能な同等のコンピュータシステムを表しているに過ぎない点は理解される。この点に関して、他の実施形態において、コンピュータシステム１２０及びブレード監視システム４０により提供される機能は、プログラムコードを備えた又は備えていない汎用及び／又は特定用途のハードウェアの何れかの組み合わせを含む、１つ又はそれ以上のコンピュータデバイスによって少なくとも部分的に実施することができる。各実施形態において、ハードウェア及びプログラムコードが含まれる場合、これらは、標準的なエンジニアリング及びプログラミング技術をそれぞれ用いて作製することができる。

何れにしても、コンピュータシステム１２０が複数のコンピュータデバイスを含む場合、コンピュータデバイスは、あらゆるタイプの通信リンクを介して通信することができる。更に、本明細書で説明されるプロセスを実行する間、コンピュータシステム１２０は、あらゆるタイプの通信リンクを用いて１つ又はそれ以上の他のコンピュータシステムと通信することができる。何れの場合においても、通信リンクは、種々のタイプの有線及び／又は無線リンクの何れかの組み合わせを含み、１つ又はそれ以上のタイプのネットワークの何れかの組み合わせを含み、及び／又は種々のタイプの伝送技術及びプロトコルの何れかの組み合わせを利用することができる。

本明細書で検討されるように、ブレード監視システム４０によって、コンピュータシステム１２０は、１つ又はそれ以上のブレード１０が損傷を受けているか否かを判定することが可能になる。ブレード監視システム４０はロジックを含むことができ、該ロジックが、以下の機能部、すなわち、取得器４３（ブレード監視システム４０に任意選択的に含まれるので仮想線で示されている）、比較器５３（ブレード監視システム４０に任意選択的に含まれるので仮想線で示されている）、抽出器６３、算出器７３、及び決定器８３を含むことができる。１つの実施形態において、ブレード監視システム４０は、上述の機能を実行するロジックを含むことができる。構造的には、ロジックは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、マイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、或いは本明細書で記載される機能を実施できる他の何れかの特殊用途機械構造など、様々な形態の何れかをとることができる。ロジックは、ソフトウェア及び／又はハードウェアなどの様々な形態の何れをとってもよい。しかしながら、例示の目的で、ブレード監視システム４０及びこれに含まれるロジックは、特殊用途機械として本明細書で説明されることになる。本明細書から理解されるように、ロジックは、上述の機能の各々を含むものとして例示されているが、必ずしも機能の全てが添付の請求項に記載された本発明の教示によるものである必要はない。

引き続き図１から２を参照すると、作動中、センサシステム２０及びブレード監視システム４０は、共に機能して１つ又はそれ以上のブレード１０を監視し、１つ又はそれ以上のブレード１０が損傷を受けているか否かを判定することができる。１つの実施形態において、センサシステム２０は、ブレード監視システム４０にＢＰＳ２２を提供し、ここで取得器４３によりＢＰＳ２２を取得することができる。別の実施形態において、本明細書で説明されるように、取得器４３は、センサシステム２０以外のソース（例えば、記憶システム、又は中間システム／デバイスにより）からＢＰＳ２２を取得することができる。何れの場合においても、取得器４３はＢＰＳ２２を取得し、該ＢＰＳ２２から到達時間（ＴＯＡ）信号（図２、任意選択のプロセスＰ２）を抽出することができる。ＴＯＡ信号は、圧縮機ブレード１０の到着時間を示すことができる。例えば、圧縮機ブレードの到着時間は、当該技術分野で公知の１／回転数（１／ｒｅｖ）マーカーを参照しながら、ブレード１０がセンサ（例えば、第１のセンサ６又は第２のセンサ８）の下を通過するのに要する時間を計時することによって測定することができる。別の実施例では、ブレード１０の到達時間は、ブレード１０が第１のセンサ（例えば、第１のセンサ６）から第２のセンサ（例えば、第２のセンサ８）まで移動するのに要する時間を計時することによって測定することができる。ＴＯＡ信号は、例えば、エッジ閾値手法、中央値手法、又は他の従来の信号処理手法を介して取得器４３により抽出することができる。場合によっては、取得器４３は、ＢＰＳ２２を取得してＴＯＡ信号（図２、プロセスＰ２）を抽出する。次いで、比較器５３は、ＢＰＳ２２から抽出されたＴＯＡ信号をブレード１０の予定到達時間（ＴＯＡ）信号と比較する（図２、プロセスＰ３）。予定ＴＯＡ信号は、どのセンサ（例えば、第１のセンサ６又は第２のセンサ８）がＢＰＳ２２を検出しているかに基づいて予め定めることができる。すなわち、予定ＴＯＡ信号は、ガスタービン圧縮機４が作動している速度、ブレード１０間の距離、及び１つ又はそれ以上のセンサ（例えば、センサ６、８）の位置に基づいて算出することができる。何れの場合においても、比較器５３は、特定のブレード１０についてのＴＯＡ信号と予定ＴＯＡ信号とを比較することにより、到達時間（ＴＯＡ）偏差信号を算出することができる（図２、プロセスＰ３）。

図１に示すように、取得器４３及び比較器５３は、ブレード監視システム４０において任意選択の構成要素（又はモジュール）とすることができる。すなわち、取得器４３及び比較器５３は、本明細書で説明される機能を実施できる外部システム（例えば、センサシステム２０及び／又は制御システム１３８）の一部とすることができる。１つの実施形態において、制御システム１３８及び／又はセンサシステム２０は、例えば、ガスタービン作動パラメータ（例えば、ガスタービンシステムにおけるガスタービン圧縮機４又は他の構成要素の作動状態）を監視するよう構成することができる。１つの実施形態において、ブレード監視システム４０は、負荷変化が生じたときにはいつでも、タービン制御システム（例えば、制御システム１３８）から負荷情報及びＩＧＶ位置／角度情報にアクセスすることができる。

１つの実施形態において、取得器４３及び比較器５３は、本明細書で説明されるように（ブレード監視システム４０又は外部システムとして）連続的に作動することができ、ここで抽出器６３は、負荷変化（例えば、ガスタービン負荷変化）、或いは、ガスタービン圧縮機４上の１つ又はそれ以上の入口ガイドベーン（ＩＧＶ）の位置の変化に応答して、ＴＯＡ偏差信号の動的成分を抽出する（図２、プロセスＰ４）。具体的には、抽出器６３は、負荷変化情報（例えば、負荷変更命令２４）又はＩＧＶ角度の変化を示す情報の検出又は受け取りに応答して、ＴＯＡ偏差信号の動的成分を抽出することができる。負荷変更命令２４は、例えば、１つ又はそれ以上の入口ガイドベーン（ＩＧＶ）の位置を変更する命令を含むことができる。当該技術分野で周知のように、圧縮機（例えば、ガスタービン圧縮機）の負荷は、所望の出力に基づいて調整することができる。例えば、ガスタービンが電力発生において使用され、出力増大が必要とされる場合、オペレータ又はコンピュータシステムは、圧縮機（例えば、圧縮機４）への吸気量を増大させ、燃焼サイクルにおいてより大きな出力を提供することができる。圧縮機により提供される加圧空気の量を修正するために、１つ又はそれ以上のＩＧＶの位置を操作し、より多くの又はより少ない空気を圧縮機に導入するようにする。ＩＧＶの位置を操作することによって、様々な容積のガスが圧縮機に流入し、これにより圧縮機出力に影響を及ぼすことが可能になる。圧縮機に流入する空気の容積が変化した（例えば、負荷変化する間に）場合、ガスタービン圧縮機ブレードは、ブレードに振動を引き起こす圧縮力を生じさせることができる。これらの振動は、ＴＯＡ偏差信号の抽出した動的成分により検出可能にすることができる。

圧縮機４の負荷変化の間、ブレード１０は、入力外乱に対して不足減衰の応答において通常見られるような、リンギング又は振動を示す場合がある。圧縮機４の負荷変化の間における１つ又はそれ以上のブレード１０のＴＯＡ偏差信号は、（負荷変化の間のブレード１０の発振を示す）大きさの測定可能な変化を示すことになる。幾つかの実施形態において、強制関数の正確な大きさは、一般的には既知ではなく、この場合、ブレード（例えば、ブレード１０）の発振を標準負荷／ＩＧＶ角度シフトについて正規化することができる。立ち上がり時間、固有周波数、減衰係数、及びセトリング時間など、ブレード（例えば、ブレード１０）のこれらの正規化特徴を既知のシステム同定技術を用いて推定することができる。次に、正規化特徴は、本明細書で更に説明されるように、ＴＯＡ偏差信号の動的成分から得られた特徴と比較することができる。

図２に戻ると、ＴＯＡ偏差信号の動的成分を抽出した後、算出器７３は、負荷変化の間のブレード１０の固有周波数、負荷変化の間のブレード１０のオーバーシュート、負荷変化の間のブレード１０の立ち上がり時間、負荷変化の間のブレード１０の減衰係数、又は負荷変化の間のブレード１０のセトリング時間のうちの少なくとも１つを算出することができる（プロセスＰ５）。本明細書で使用する場合、ブレード１０の固有周波数は負荷変化の間にブレード１０が自由に振動する周波数に等しいとすることができ、ブレード１０のオーバーシュートはＴＯＡ偏差信号の動的成分が定常値を超える量に等しいとすることができ、ブレード１０の立ち上がり時間は当該ブレード１０のＴＯＡ偏差信号の大きさが変化している間に経過した時間に等しいとすることができ、ブレード１０の減衰係数（又は減衰比）はどれだけ迅速にブレードの発振が排除されるかを表しており、セトリング時間は負荷変化の開始後にブレード１０がほぼ定常状態位置に入るのに必要な時間である。これらの特徴は、当該技術分野で周知の何れかの従来技術を用いて算出することができる（例えば、グラフィカル及び／又は信号分析算出）。

算出されると、決定器８３は、負荷変化の間のブレード１０の固有周波数、オーバーシュート、立ち上がり時間、減衰係数、又はセトリング時間のうちの１つ又はそれ以上をこれらの特性値の期待値と比較することができる。これら全てのパラメータについての期待値は、ブレードが既知の正常な状態又は損傷を受けていない状態にあるときに事前に算出し記憶することができる。正常なブレードと損傷を受けたブレードとの偏差は、ブレードの幾何形状、並びに損傷のタイプ、位置、及び大きさに依存することができる。コンピュータモデルを用いて、負荷状態の変化に対する１つ又はそれ以上のブレードの期待応答（例えば、固有周波数、オーバーシュート、その他などの期待パラメータ値）を生成することができ、次いで、これらの期待応答は、障害が存在するか否かを判定するためにブレード監視システム４０（例えば、決定器８３）により実行時に用いられる。期待パラメータ値は、ガスタービン燃焼器４に固有とすることができ、格納され（例えば、記憶構成要素１２４内に）、ユーザ（例えば、ユーザ１３６）又は他の外部システムによりブレード監視システム４０に提供することができる。

ブレード監視システム４０を含む環境２として本明細書で図示され記載されているが、本発明の態様は更に、種々の代替の実施形態を提供する点は理解される。例えば、１つの実施形態において、本発明は、少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体で具現化されるコンピュータプログラムを提供し、これにより実行した時に、コンピュータシステム（例えば、コンピュータシステム１２０）は、１つ又はそれ以上のブレード１０、１２が損傷を受けたか否かを判定することが可能になる。この点に関して、コンピュータ可読記憶媒体は、ブレード監視システム４０（図１）のように、本明細書で説明されるプロセスの一部又は全てを実装するプログラムコードを含む。用語「コンピュータ可読記憶媒体」は、プログラムコードのコピーを具現化できる有形表現媒体の何れかのタイプの１つ又はそれ以上（例えば、物理的な実施形態）を含む。例えば、コンピュータ可読記憶媒体は、１つ又はそれ以上のポータブル記憶製品、コンピュータデバイスの１つ又はそれ以上のメモリ／記憶構成要素、紙、及び／又は同様のものを含むことができる。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、限定ではないが、電気、磁気、光学、電磁気、赤外線、又は半導体システム、装置、もしくはデバイス、或いはこれらの何れかの好適な組み合わせとすることができる。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な実施例（非網羅的リスト）は、１つ又はそれ以上のワイヤを有する電気接続、フロッピー（商標）ディスク、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能リードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、ポータブルコンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学記憶装置、磁気記憶装置、又はこれらの何れかの組み合わせを含むことになる。本明細書において、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、又はデバイスによって、又はこれらと接続して使用するプログラムを包含又は格納できる何れかの有形媒体とすることができる。

別の実施形態において、本発明は、ブレード監視システム４０（図１）のように、本明細書で説明されるプロセスの一部又は全てを実装するプログラムコードのコピーを与える方法を提供する。この場合、コンピュータシステムは、プログラムコードのコピーをデータ信号のセットで符号化するようにして設定及び／又は変更された特性の１つ又はそれ以上を有するデータ信号のセットを生成し送信して、第２の別個の位置にて受け取るようにすることができる。同様に、本発明の１つの実施形態は、本明細書で説明されるプロセスの一部又は全てを実装するプログラムコードのコピーを収集する方法を提供し、該方法は、コンピュータシステムが本明細書で説明されるデータ信号のセットを受け取り、該データ信号のセットを少なくとも１つのコンピュータ可読媒体において具現化されるコンピュータプログラムのコピーに翻訳することを含む。何れの場合においても、データ信号のセットは、何れかのタイプの通信リンクを用いて送信／受信を行うことができる。

更に別の実施形態において、本発明は、１つ又はそれ以上のブレード１０、１２が損傷を受けたか否かを判定するシステムを生成する方法を提供する。この場合、コンピュータシステム１２０（図１）のようなコンピュータシステムを得ることができ（例えば、作成する、維持する、利用可能にする、その他）、本明細書で説明されるプロセスを実施する１つ又はそれ以上のモジュールを得て（例えば、作成、購入、使用、修正、その他）、コンピュータシステムに配備することができる。この点に関して、配備は、（１）コンピュータ可読媒体からコンピュータデバイス上にプログラムコードをインストールすること、（２）１つ又はそれ以上のコンピュータデバイス及び／又は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み及び／又は修正し、本明細書で説明されるプロセスを実施可能にすること、の１つ又はそれ以上を含むことができる。

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、「含む」及び／又は「備える」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。

本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起され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、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

２：環境
４：圧縮機
６：第１のセンサ
８：第２のセンサ
１０：ブレード（基準位置）
１２：ブレード（作動位置）
２０：センサシステム
２２：ブレード通過信号（ＢＰＳ）
２４：負荷変化命令
４０：ブレード監視システム
４３：取得器
５３：比較器
６３：抽出器
７３：算出器
８３：決定器
１２０：コンピュータシステム
１２２：処理構成要素
１２４：記憶構成要素
１２６：Ｉ／Ｏ構成要素
１３２：モジュール
１３６：ユーザ
１３８：制御システム
Ｐ１：通過するガスタービン圧縮機ブレードのＢＰＳを検知する
Ｐ２：ＢＰＳを取得して、ＢＰＳから到達時間（ＴＯＡ）信号を抽出する
Ｐ３：ガスタービン圧縮機ブレードのデルタＴＯＡ信号を算出する
Ｐ４：デルタＴＯＡ信号の動的成分を抽出する
Ｐ５：ガスタービン圧縮機ブレードの固有周波数、オーバーシュート、立ち上がり時間、減衰係数、又はセトリング時間のうちの少なくとも１つを算出する
Ｐ６：ガスタービン圧縮機ブレードが損傷を受けたか否かを判定する

Claims

圧縮機（４）を監視するためのシステム（１２０）であって、
通過する圧縮機ブレード（１０）のブレード通過信号（ＢＰＳ）（２２）を検知するセンサシステム（２０）と、
前記センサシステム（２０）に接続されたブレード監視システム（４０）と、
を備え、
前記ブレード監視システム（４０）が、
前記ＢＰＳ（２２）を取得して、前記圧縮機ブレード（１０）の到達時間（ＴＯＡ）を示す到達時間（ＴＯＡ）信号を前記ＢＰＳ（２２）から抽出すること、
前記ＴＯＡ信号を前記圧縮機ブレード（１０）についての予定到達時間（ＴＯＡ）信号と比較することによって到達時間（ＴＯＡ）偏差信号を算出すること、
前記圧縮機（４）の少なくとも１つの入口ガイドベーンの位置の変更を命令する負荷変更命令を検出すること、
前記圧縮機（４）の負荷変化に応答して、前記ＴＯＡ偏差信号の動的成分を抽出すること、
前記動的成分を用いて、前記負荷変化の間の前記圧縮機ブレード（１０）の固有周波数、前記負荷変化の間の前記圧縮機ブレード（１０）のオーバーシュート、前記負荷変化の間の前記圧縮機ブレード（１０）の立ち上がり時間、前記負荷変化の間の前記圧縮機ブレード（１０）の減衰係数、又は前記負荷変化後の前記圧縮機ブレード（１０）のセトリング時間のうちの少なくとも１つを算出すること、
前記固有周波数、前記オーバーシュート、前記立ち上がり時間、前記減衰係数、又は前記セトリング時間のうちの少なくとも１つに基づいて、前記圧縮機ブレード（１０）が損傷を受けたか否かを判定すること、
前記負荷変化が生じていることを判定し、前記ＴＯＡ偏差信号の前記動的成分を抽出する命令を送信すること、
を含む動作を実施し、
前記圧縮機（４）の前記負荷変化は、前記圧縮機（４）の前記少なくとも１つの入口ガイドベーンの位置の変更を命令する前記負荷変更命令によって示され、
前記抽出することは、前記負荷変更命令の前記検出によって動作する、
システム（１２０）。
前記ＴＯＡ信号が、エッジ閾値抽出又は中央値抽出のうちの１つを用いて前記ＢＰＳ（２２）から抽出される、請求項１に記載のシステム（１２０）。
複数のブレード（１０）を有する圧縮機（４）を含むガスタービンと、
負荷変化の間に前記圧縮機（４）を監視するよう構成された少なくとも１つのコンピュータデバイス（１２０）と、
を備えたシステムであって、
前記少なくとも１つのコンピュータデバイス（１２０）が、
前記複数のブレード（１０）のうちの１つの到達時間（ＴＯＡ）の偏差を示す到達時間（ＴＯＡ）偏差信号を取得すること、
前記圧縮機（４）の少なくとも１つの入口ガイドベーンの位置の変更を命令する負荷変更命令を検出すること、
前記圧縮機（４）に対する前記負荷変化に応答して、前記到達時間（ＴＯＡ）偏差信号の動的成分を抽出すること、
前記動的成分を用いて、前記負荷変化の間の前記圧縮機ブレード（１０）の固有周波数、前記負荷変化の間の前記圧縮機ブレード（１０）のオーバーシュート、前記負荷変化の間の前記圧縮機ブレード（１０）の立ち上がり時間、前記負荷変化の間の前記圧縮機ブレード（１０）の減衰係数、又は前記負荷変化後の前記圧縮機ブレード（１０）のセトリング時間のうちの少なくとも１つを算出すること、
前記固有周波数、前記オーバーシュート、前記立ち上がり時間、前記減衰係数、又は前記セトリング時間のうちの少なくとも１つに基づいて、前記圧縮機ブレード（１０）が損傷を受けたか否かを判定すること、
を含む動作を実施することにより前記圧縮機（４）を監視し、
前記圧縮機（４）の前記負荷変化は、前記圧縮機（４）の前記少なくとも１つの入口ガイドベーンの位置の変更を命令する前記負荷変更命令によって示され、
前記抽出することは、前記負荷変更命令の前記検出によって動作する、
システム。
前記ブレード（１０）の実際の到達時間（ＴＯＡ）信号を得るためのセンサシステム（２０）を更に備える、請求項３に記載のシステム。
前記少なくとも１つのコンピュータデバイス（１２０）が更に、前記負荷変化に応答して前記実際の到達時間（ＴＯＡ）信号を得るよう前記センサシステム（２０）を開始させるよう構成されている、請求項４に記載のシステム。
前記少なくとも１つのコンピュータデバイス（１２０）が更に、前記負荷変化の発生を判定し、この判定に応答して、前記ＴＯＡ偏差信号の動的成分を抽出する命令を送信するよう構成されている、請求項３または４に記載のシステム。
少なくとも１つのコンピュータ可読不揮発性記憶媒体において具現化されたプログラムコードを含むコンピュータプログラムであって、実行時にコンピュータシステム（１２０）が負荷変化の間に圧縮機（４）を監視する方法を実施可能にし、
前記方法が、
前記圧縮機（４）の少なくとも１つの入口ガイドベーンの位置の変更を命令する負荷変更命令を検出する段階と、
圧縮機ブレード（１０）の到達時間（ＴＯＡ）の偏差を示すブレードＴＯＡ偏差信号の動的成分を前記圧縮機（４）に対する負荷変化に応答して抽出する段階と、
前記動的成分を用いて、前記負荷変化の間の前記圧縮機ブレード（１０）の固有周波数、前記負荷変化の間の前記圧縮機ブレード（１０）のオーバーシュート、前記負荷変化の間の前記圧縮機ブレード（１０）の立ち上がり時間、前記負荷変化の間の前記圧縮機ブレード（１０）の減衰係数、又は前記負荷変化後の前記圧縮機ブレード（１０）のセトリング時間のうちの少なくとも１つを算出する段階と、
前記固有周波数、前記オーバーシュート、前記立ち上がり時間、前記減衰係数、又は前記セトリング時間のうちの少なくとも１つに基づいて、前記圧縮機ブレード（１０）が損傷を受けたか否かを判定する段階と、
を含み、
前記圧縮機（４）の前記負荷変化は、前記圧縮機（４）の前記少なくとも１つの入口ガイドベーンの位置の変更を命令する前記負荷変更命令によって示され、
前記抽出することは、前記負荷変更命令の前記検出によって動作する、
コンピュータプログラム。