KR100296672B1 - 축류압축기의오염을검출하기위한프로세스및장치 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 압력 감지장치(32)에 의하여 압축기 하우징(24)의 영역내에서 압축기(10)의 압축단들(12,14)중 적어도 하나 내의 압력변동을 측정하고, 압력감지장치(32)로부터 도출된 신호로부터 진동수 신호를 도출하고, 각 진동수 신호들이 압축단들(12,14)중 하나에 할당된 특성진동수의 영역내의 적어도 하나의 특성피크(70)를 구비하는지를 검사하고, 특성피크(70)의 형태를 나타내는 피크 파라메터에 의존하는 오염 파라메터를 진동수 신호로부터 도출하고 압축기(10)의 오염상태를 나타내는 축류압축기(10)의 오염을 검출하기 위한 프로세스 및 장치.

Description

[발명의 명칭]

축류 압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스 및 장치

[도면의 간단한 설명]

제1도는 가스 터어빈의 일부분인 축류 압축기의 개략도면으로서, 동적인 압력프루브의 위치를 도시하고 있다.

제2도는 제1도 압축기의 개략적인 도면으로서, 압축기의 저압단부에서 첫 번째 압축단을 도시하고 있다.

제3도는 평가유니트에 연결된 동적인 압력프루브의 블록 다이어그램이다.

제4도는 특성피크를 가지는 진동수신호를 나타낸다.

제5a,b,c도는 제5a도를 시작으로, 오염이 증가하는 상태에서 얻어진 제4도의 특성피크의 3가지 연속적인 형태를 나타낸다.

제6도는 압축기의 주행시간의 함수로서 특성피크의 진폭이 전개되는 것을 나타낸다.

제7도는 오염에 의해 진동수신호가 이동되는 것을 나타낸다.

제8도는 압축기의 출력으로 나누어진 진동수신호의 적분값이 압축기의 주행시간의 함수로서 전개되는 것을 나타낸다.

[발명의 상세한 설명]

[발명의 분야]

본 발명은 축류 압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스 및 장치에 관한 것으로, 상기 압축기는 회전자와 하우징을 구비하고, 상기 회전자는 일정 또는 가변회전속도로 회전축에 대하여 회전하도록 상기 하우징내에 회전가능하게 장착되고, 상기 압축기는 적어도 하나의 압축단을 가지며, 상기 적어도 하나의 압축단 각각은 상기 회전자 상에 장착되며 상기 회전축에 대하여 원주방향으로 줄지어 배열된 회전자 블레이드의 열과 상기 하우징에 장착되며 상기 회전축에 대하여 원주방향으로 줄지어 배열된 고정자 블레이드의 열을 구비한다.

본 발명은 다단 또는 단일단 압축기의 오염검출을 위하여 제공된다. 압축기는 별개의 유니트로 작동되거나 또는 파워터빈 엔진과 연계하여 작동될 수 있는데, 이는 발전설비에서 동작되는 경우일 수 있다. 또한, 압축기는 항공기, 선박 또는 대형 수송수단을 구동하기 위하여 사용되는 가스 터빈의 한 부분일 수 있다.

[발명의 배경]

압축기는 고정자(원형 고정 블레이드열)와 회전자(원형 회전 블레이드열)의 조합이 하나의 압축단을 형성하게 되는 일련의 회전 또는 고정 블레이드 열로 구성된다. 회전자 내부에서, 운동에너지는 개별적인 날개 블레이드들에 의해 가스흐름(통상적으로 공기임)에 전달된다. 이어지는 고정자에서, 이 에너지에 의해 기체상의 공기흐름이 감속되면서 기체상 공기의 압력이 상승된다. 이와 같은 기체상의 공기흐름의 감속은 고정자 부분의 설계의 결과로서 발생된다. 단일 압축단의 압력비(출구압력/입구압력)는 고유한 공기역학인자에 의해 제한되므로, 단일 압축단에 의해 달성될 수 있었던 것보다 더 높은 압력비를 없도록 몇개의 압축단이 많은 터보압축기내에 함께 연결된다.

축류 압축기가 작동되는 경우, "오염(fouling)"의 문제가 발생하는바, 이는 특히 압축기의 입구에 있는 첫 번째 압축단의 회전자와 고정자 블레이드의 표면이 기름과 먼지에 의해 연속적으로 오염되기 때문이다.

오염 문제의 초기 양상에 있어서, 블레이드들의 표면 거칠기 증가가 관찰될수 있는데, 이 블레이드들과 연관된 경계층 공기의 행동에 영향을 미치게 된다. 각 블레이드 주위의 공기 유체의 흐름은 각 블레이드를 덮어서 그 블레이드에 들러붙는 연관된 흐름 경계층을 가진다. 회전 블레이드와 연관된 흐름 경계층은 블레이드 자체가 회전함에 따라 블레이드의 연관된 실재물로서 회전할 것이다. 각 블레이드의 하류 가장자리에서, 이 흐름 경계층은 흐름속도와 압력 모두의 국소적인 감소에 의해 특성지워지는 "델브(delve) 영역 또는 웨이크(wake) 영역"으로 알려진 연관된 흐름 경계 실재물에 섞인다. 흐름 경계층의 경우에서와 같이, 연관된 웨이크 영역은 그 회전자 블레이드와 함께 회전한다. 일정한 시간에 걸쳐 오염이 블레이드에 모이게 됨에 따라, 결과적으로 표면 거칠기도 증가하게 되는데, 이에 따라 흐름 경계층의 두께도 증가하게 된다. 결과적으로 웨이크 영역은 점점 더 광범위해지며 분명해진다. 따라서, 경계층의 두께 증가는 블레이딩을 통한 전압력의 높은 손실을 야기시켜, 압축기의 효율을 감소시킨다.

축류 압축기는 적어도 전방단들의 블레이드들을 클리닝하는 임의의 작동구간이후에 "세정된다".

연속적인 클리닝 동작 사이의 시간간격은 너무 길지 않아야 하는데, 그렇지 않으면 압축기는 효율이 매우 감소된 상태에서 동작되기 때문이다. 어떤 환경하에서는, 압축기의 스톨(stall) 또는 압축기의 써지(surge)와 같은 위험이 증가한다. 효율이 감소되면, 출구압을 유지하기 위하여 압축기의 부하가 증가되어야 한다 (동작점이 안정성 라인에 더 근접하게 이동함).

한편, 클리닝에 의해 동작상의 방해를 받기 때문에 압축기가 비교적 짧게 작동된 후에 클리닝이 이루어지면 상당히 비경제적이다.

따라서, 상기 "세정"을 위한 적절한 시간을 결정하기 위하여 압축기의 실제오염상태를 측정하는 것이 요구된다.

현재의 터보엔진은 일반적으로 전체 엔진에 대한 다양한 동작 파라메터를 측정하여 출력하는 연료 제어시스템 또는 에너지 제어시스템을 가지고 있다. 매우 정밀한 압력감지장치 또는 압력감지시스템이 이러한 제어시스템에 포함되어 있다. 예컨대, 압력측정시스템은 로버트 씨 젤(Robert C, Shell) 들의 이름으로 1980년 3월 27일에 출원된 미국특허 제4,322,977호(발명의 명칭 : "압력측정시스템")와, 프랭크 제이 안토나찌(Frank J. Antonazzi)의 이름으로 1984년 3월 6일에 발행된 미국특허 제4,434,644호(발명의 명칭 : "압력비 측정시스템")와, 1983년 12월 27일에 출원된 미국특허 제4,422,355호(발명의 명칭 : "압력변환기")와, 프랭크 제이 안토나찌(Frank J. Antonazzi)의 미국특허 제4,449,409호(발명의 명칭 : "일정거주시간을 갖는 압력측정시스템")와, 제이 블루이쉬(J. Bluish) 들의 이름으로 1984년 7월 3일에 발행된 미국특허 제4,457,719호(발명의 명칭 : "차동압력 측정시스템"), 및 프랭크 제이 안토나찌(Frank J. Antonazzi) 들의 이름으로 1983년 12월 20일에 발행된 미국특허 제4,422,125호(발명의 명칭 : "불변기준커패시터를 구비한 압력변환기")에 개시되어 있다.

다양한 압력측정장치가 본 발명과 연계하여 사용될 수 있는데, 본 발명에 따른 작동을 완전히 이해하도록 하기 위하여 상기 특허들과 다음에 언급될 문헌들이 본 명세서에 합체된다.

처음에 설명하였듯이, 축류 압축기의 효율은 그 오염상태에 의존한다. 그러나, 압축기 효율은 단지 오염상태의 간접적인 표시일 뿐이며 오염상태에 관한 직접적인 결론을 도출하는데 사용될 수 없다. 압축기의 고압 압축단에서의 공기흐름의 특성과 그리고 그 압축단들의 효율에 영향을 주는 다른 파라메터들이 많이 있는바, 이러한 다른 파라메터들은 측정하기 곤란하다.

벨기에의 브뤼셀에서 1990년 6월 11일부터 14일까지 열린 "가스 터빈과 항공 엔진 회의 및 박람회"에서 발표된 케이. 메시오우다키스들의 "가스터빈 블레이드의 오류인식 수단으로서 고속 응답형 벽 압력측정"이라는 제목의 ASME논문 제90-GT-341는 블레이드의 고장인식에 관한 것이다. 회전자의 오염을 시뮬레이션하기 위하여, 압축기의 하나의 회전자의 블레이드 모두에 텍스쳐 페인트로 코팅하였는데, 이 페인트 층은 블레이드 표면을 거칠어지게 하며 블레이드의 윤곽(contour)에 약간의 변형이 있게 한다. 회전자 주위의 동압계(dynamic pressure field)는 회전자 하우징의 내주면에서 고속 응답형 압력변환기로 측정되었다. 시간에 의존하는 압력 감지신호로부터, 각각의 진동수 신호들(파워 스팩트럼)이 도출되어 손대지 않은 (블레이드 페인팅이 없는) 압축기의 각 진동수 신호와 비교되었다. 각각의 테스트는 구부러지거나 휘어진 블레이드들이 있었는지 등의 다른 블레이드 고장에 대하여 수행되었는데, 회전자에는 (페인팅에 의해 시뮬레이트된) 2개의 고장난 블레이드들만이 있었다. 이러한 고장은 각각의 파워 스펙트럼을 비교함으로써 다소 명백하게 확인될 수 있다. 이를 위하여, 어떤 지수 즉 스팩트럼 진폭들의 비와 그 로그값이 비교될 파워 스팩트럼으로부터 도출되었다. 이러한 테스트에 따르면 상술한 고장을 판별하는 것이 기본적으로 가능한데, 복잡한 시뮬레이션-계산이 수행되어야 한다는 것을 보여준다.

상기 문헌은 하나의 블레이드 고장, 즉 블레이드 오염을 실제로 결정하는 문제를 취급하지 않는다. 모든 회전자 블레이드를 페인트 처리한 상태에서의 실험은 단지 실제 오염 프로세스의 대략적인 시뮬레이션에 불과한바, 실제의 오염 프로세스에서는 압축기가 작동하는 동안에 블레이드들의 표면 거칠기가 더 민감하게 증가한다.

[발명의 요약]

본 발명의 목적은 오염을 모니터링하도록 하는 축류 압축기의 오염검출공정을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 "세정"을 위한 최적의 타이밍을 결정하도록 축류 압축기의 오염검출공정을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 신호평가에 대한 일반적인 계산 기술을 사용하여 온라인 모니터링이 가능하도록 하는 축류 압축기의 오염을 검출하기 위한 공정을 제공하는 것이다.

상기 목적들중 하나 이상이 본 발명에 따른 공정에 의해 해결되는데, 본 발명에 따른 공정은, a) 각각이 감지신호를 송출하는 적어도 하나의 압력 감지장치에 의하여 상기 하우징의 영역내에서 상기 압축단중 적어도 하나 내의 압력변동을 측정하는 단계와, b) 각각의 진동수 구간 내에서 상기 각각의 감지신호의 진동수 성분의 진폭들을 나타내는 진동수 신호를 상기 각 감지신호들로부터 도출하는 단계와, c) 상기 각 진동수 신호들이 특성피크의 형태를 나타내는 상기 압축단들중 하나에 할당된 특성진동수의 영역내의 적어도 하나의 특성피크를 더 구비하는지를 검사하되, 상기 특성진동수는 각 압축단의 회전자 블레이드의 개수와 회전속도의 곱으로 정의되는 검사단계와, d) 상기 특성피크의 형태를 나타내는 피크 파라메터에 의존하는 오염 파라메터를 상기 진동수 신호로부터 도출하는 단계를 구비한다.

본 발명에 따르면, 특성피크가 관찰되어진다. 이 피크는 유동상태의 변화에 매우 민감하다. 압축기가 동작중일 때, 압력감지장치를 통과하는 회전블레이드의 웨이크 영역(wake region)에 의해 압력감지장치에는 특성진동수로 압력변화가 생긴다. 각 감지신호로부터 도출된 진동수 신호는 각각의 특성피크를 보이는데, 그 형태는 각각의 피크 파라메터(피크높이, 피크폭 등)에 의해 정의된다. 회전자 압축단의 오염이 증가함에 따라 각각의 특성피크가 더 뚜렷해지기 시작하는데 (피크의 높이와 폭이 증가함), 이는 오염과 함께 증가하는 웨이크 영역에 의해 야기될 수 있다. 하나의 파라메터, 즉 오염파라메터만이 계산되고 모니터되어야 한다.

회전블레이드의 웨이크 영역에 의해 야기되는 압력변동은 각각의 압축단의 회전자 블레이드와 고정자 블레이드 사이에서 하우징에 배치된 압력감지장치에 의해 가장 잘 측정될 수 있다.

적어도 하나의 압력감지장치는 축류 압축기의 저압단부 근처에 위치되는 것이 바람직하다. 따라서, 압력감지장치는 일차적으로 오염에 노출되는 첫번째 압축단에 대하여 가장 민감하다. 원리적으로, 예컨대 첫 번째 압축단의 특성피크는 특성진동수가 다르다면 다른 압축단에서도 측정될 수 있지만, 측정된 피크 진폭은 더 낮다.

본 발명에 따른 공정의 경우, 절대압력의 시간변화부분만이 관심의 대상이다.

이 압력변동들은 압전 또는 압저항 압력센서, 특히 압용량성 압력센서에 의해 직접 측정되어질 수 있다. 덜 바람직한 압력감지장치로는 스트레인 게이지 압력센서를 들 수 있다.

진동수신호는 예를 들면 고속 푸리에변환(FET)이나 고속 하틀리변환(FHT)과 같은 일반적인 평가기술에 의해 검출신호로부터 용이하게 검출될 수 있다. 다른 모델계산은 불필요하다. 각각의 전자변환 유니트는 용이하게 입수할 수 있다.

특성피크의 형태를 표시하는 피크파라메터는 피크의 높이나 피크의 폭일 수 있다. 피크의 높과 폭의 경우, 파라메터는 판별하기 용이하며 한계치나 또는 허용영역의 한계와 용이하게 비교될 수 있다.

정확도를 높이고 및/또는 평가노력을 줄이기 위하여, 진동수 신호가 평가되어야 할 진동수 구간은 4000Hz 이하의 감소된 폭을 가지는 것으로 판명된다. 진동수신호가 특성진동수-1000Hz와 특성진동수+1000Hz 사이에서만 평가되도록 바람직한 폭은 2000Hz이다.

본 발명에 따른 오염검출의 신뢰성을 증진시키기 위하여, 특성피크의 파라메터를 압축기의 동작상태를 나타내는 동작 파라메터로 나누게 되는데, 그 몫이 오염파라메터로 정의된다. 피크파라메터는 압축기의 오염상태뿐만 아니라 압축기의 각각의 동작상태에도 의존한다. 본질적으로 정의된 바와 같은 오염파라메터는 압축기의 동작상태와는 무관하다.

동작파라메터의 선택은 축류 압축기의 제어종류에 의존한다. T44 제어(압축기터빈의 확어떤 지점, 즉 터빈의 저압측 입구에서 공기온도가 일정한)의 경우, 압축기의 측정된 출력을 동작 파라메터로 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 압축기의 동작상태의 변화를 나타내는 상태변화신호는 상기 오염 파라메터가 결정된 값의 범위를 벗어나는 값을 가지는 경우에 생성된다.

상술한 목적들중 하나 이상을 해결하는 본 발명의 다른 실시예는, a) 각각이 감지신호를 송출하는 적어도 하나의 압력 감지장치에 의하여 상기 하우징의 영역내에서 상기 압축단중 적어도 하나 내의 압력변동을 측정하는 단계와, b) 각각의 진동수 구간 내에서 상기 각각의 감지신호의 진동수 성분의 진폭을 나타내는 진동수 신호를 상기 감지신호들로부터 도출하는 단계와, c) 소정 적분구간에 걸쳐 상기 진동수 신호의 적분으로 정의되는 상기 진동수 신호의 적분값에 의존하는 오염 파라메터를 상기 진동수 신호로부터 도출하는 단계를 구비한다.

특성피크 뿐만 아니라 전체 진동수 스팩트럼도 압축기 오염에 의해 영향을 받는다는 것이 발견되었다. 이 현상은 그 압축단에 이어지는 압축단들에서 블레이드 오염으로 유동이 동요하기 때문일 것으로 보인다. 동요현상이 발생한 연속된 압축단들은 이전 압축단들의 유동상태를 차례로 교란시켜 예컨대 첫 번째 압축단에서 측정된 진동수 스펙트럼의 노이즈 레벨이 각각 증가하게 된다. 진동수신호의 적분값은 단순한 계산에 의해서 얻어진다. 오염의 모니터링은 용이하게 수행될 수 있는데, 이는 하나의 신호 파라메터, 다시 말하면 오염 파라메터만이 관찰되기 때문이다.

진동수구간은 적분구간과 동일한 것이 바람직하다. 따라서, 전체 진동수 스펙트럼이 고려된다.

동작상태의 변화를 보상하기 위하여, 오염 파라메터는 적분값을 동작 파라메터로 나눈 값으로 정의될 수 있다. 바람직하게는, 상기 동작 파라메터는 압축기의 출력을 나타낸다.

본 발명은 또한 특성피크의 형태를 나타내는 적어도 하나의 피크 파라메터를 결정함으로써 축류 압축기의 오염을 검출하는 상술한 공정에 따른 축류 압축기의 오염을 검출하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 소정 진동수 구간에 걸쳐 진동수 신호를 적분함으로써 적분값 신호를 결정하는 상술한 공정에 따른 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 장치에 관한 것이다.

[실시예]

도면에서 동일한 부재에는 동일한 참조부호를 부여하였는바, 먼저 가스터빈엔진의 전형적인 압축기 부분이 도시되어 있는 제1도 및 제2도(본 발명을 포함)를 참조한다. 압축기(10)는 저압부(12)와 고압부(14)를 구비한다. 압축기의 회전자 블레이드(16)는 회전자(20)의 샤프트(18)에 장착된다. 고정자 블레이드(22)(가이드날개)는 상기 압축기(10)의 하우징(케이스)에 고정적으로 장착된다. 공기는 가스터빈엔진의 입구(26)로 들어가서 출구(28)까지 압력이 증가하는 상태로 압축기의 다음 압축단으로 축방향 이송된다. 상기 압축기의 축(30)은 회전자(20)의 회전축으로 정의되어진다.

상술한 각 압축단은 블레이드 개수가 동일한 2열의 블래이드로, 즉 회전자 블레이드(16)의 열과 고정자 블레이드(22)의 열로 구성된다. 각 열의 블레이드들은 상기 축(30)에 대하여 원주방향으로 줄지어 배열된다. 제2도는 회전자 블레이드(16)와 고정자 블레이드(22)를 구비한 입구(26)(압축기의 축방향 저압단부)에서의 압축기의 첫번째 압축단을 도시하고 있다. 제1도에 따른 압축기(10)는 각 압축단의 부하를 변화시키기 위하여 블레이드들의 방위를 조정하도록 하는 부속 기어박스(30)를 포함한다. 더욱이, 제1도는 저압부(12)와 고압부(14)사이의 추기수집기(31;bleed air collector)를 도시한다. 본 발명과 관련되어 사용되는 압축기는 일반적인 구조이므로, 더 상세한 설명은 하지 않는다.

본 발명에 따르면, 다이나믹 압력 감지기의 형태인 몇몇 압력 감지장치가 압축기(10) 입구에 가장 가까운 압축기(10) 저압부(14)의 첫 번째 압축단의 고정자블레이드(22)와 회전자 블레이드(16)사이의 축방향 간극에 장착된다. 각 감지기(32)의 입구개구(35)는 상기 하우징(24)을 형성하는 벽(36)의 내주면(34)과 같은 높이에 있다. 따라서, 감지기(32)는 내주면(34)에서 생기는 첫번째 압축단의 압력변동을 측정한다. 감지기(32)가 회전자 블레이드 하류에 이어지는 고정자 블레이드(22)와 회전자 블레이드(16)의 열 사이의 축방향 간극의 영역에 위치하기 때문에, 감지기(32)는 각 회전 블레이드의 하류 에지(38)에서 축방향 공기 흐름에 의해 전개되는 소위 웨이크 영역(Dellenregionen)에 대하여 민감하다. 각각의 회전 블레이드(16)와 함께 회전하는 이 웨이크 영역들은 낮은 밀도와 유동속도 및 변화하는 유동방향을 갖는 영역이다.

개구부(40;borescope hole)에 감지기(32)를 직접 장착하는 대신, 일단부는 개구부(40)에 장착되고 타단부는 감지기를 지지하는 기다란 어뎁터(도시되지 않음)를 사용할 수도 있다.

도시된 바와 같이, 압축기(10)의 저압부(12)의 축방향 저압단부에 검출기(32)가 위치하는 것이 바람직한데, 이는 많은 양의 오염이 압축기(10) 입구(26) 근방의 압축단에서 축류 압축기의 동작시간 동안 나타나며, 이 오염의 양은 첫번째 압축단의 하류에 있는 압축단에서의 오염의 양 보다도 더 높기 때문이다. 더욱이, 압축기의 오염정도를 결정하는데 사용되는 압력변동의 교란은 다른 압축단들에서의 압력변동에 의해 야기되는데, 이 압력변동의 교란은 입구(26) 근방의 압축단들에서 검출된 압력신호의 특성피크(후술함)에 최소의 영향을 주는 것으로 나타난다. 도시되지는 않았지만, 다른 압축단에서의 오염정도에 관한 추가정보를 얻기 위하여 첫 번째 압축단의 하류에 이어지는 압축단들에 압력감지기들이 추가로 설치될 수 있다.

다이나믹 압력 감지기, 바람직하게는 압전 압력 감지기(예컨대, 카이스틀러 압력감지기, 6031형)가 20,000Hz 까지의 고주파 압력 변동에 대한 민감성, 고온 작동성과 그 신뢰성 때문에 사용된다.

제2도와 제3도에 도시된 바와 같이, 감지기는 각 감지신호를 증폭하는 증폭기(42)를 구비한다. 이 증폭기(42)는 라인(44,46)을 거쳐 평가유니트(48)에 연결된다.

제3도에 도시된 바와 같이, 평가유니트(48)는 증폭기(42)와 FFT분석기(50) 사이에 연결된 아날로그-디지탈 변환기(ADC;52) (또는 멀티플렉서)를 통해 증폭기(42)로부터 신호를 수신하는 고속 푸리에 변환기(FFT)를 포함한다.

FFT분석기로부터의 신호는 몇몇 서브유니트를 구비하는 컴퓨터장치(54)에 전송되는데, 서브유니트중에는 오염 검출기(56)가 있다. 이 오염 검출기(56) 이외에, 압축기의 상태를 검출하는 검출기가 설치될 수 있는데, 예컨대 압축기(10)의 작동상태를 모니터링하는 스톨 검출기(58)와 압축기에 손상을 줄 수 있는 고진폭의 블레이드 진동을 야기시킬 수 있는 압력변동을 검출하는 블레이드 여기검출기(60)가 더 설치될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 오염검출은 스톨검출과 블레이드 여기 검출과는 무관하게 독립적으로 수행될 수 있다.

FFT분석기(50)로부터 출력된 진동수 신호의 계산을 실행하기 위해, 신호 준비를 위한 장치(62)가 검출기(56,58,60)와 FFT분석기(50) 사이에 연결될 수 있다. 이 장치(62)는 FFT분석기로부터 수신되는 것과 같은 디지탈 데이터를 취급하고 평활화(smoothing) 처리하는 필터 알고리즘을 포함한다. 장치(62)를 거치면서 평활화된후, FFT분석기로부터의 결과적인 진동수 신호는 각각의 참조패턴과 비교하기 위하여 상기 검출기(56,58,60)로 향한다. 만약 비교분석의 결과 소정의 허용할 수 있는 차이값의 문턱치를 벗어나 편차를 보인다면, 계산된 평가값이 스톨 또는 블레이드 여기 또는 오염을 나타내도록 상태표시장치(64)에 전송된다. 따라서, 압축기(10)의 동작과 상태가 모니터될 수 있다.

검출기(56,58,60)에서, 평활화처리된 진동수 신호가 평가되는데, 이 진동수신호는 각 진동수 구간에서 각기 감지신호의 진동수 성분의 진폭을 나타낸다. 오염검출기(56)는 소위 특성진동수(C)로 불리는 특정한 진동수 근처에서 특정한 진동수영역내의 진동수 신호를 검사하는데, 특성진동수(C)는 다음과 같이 각각의 압축단의 회전자 블레이드의 블레이드 개수(z)와 회전자(20)의 현재 회전속도(n)의 곱으로 정의된다.

C = n * z

특성진동수(C) 근처의 진동수 구간은 4000Hz보다 작은 폭을 가지며 바람직하게는 2000Hz이어서, 상한(UL)이 C+1000Hz이고 하한(LL)이 C-1000Hz일 수 있다 (제5도 참조). 일반적으로, 회전자 블레이드의 블레이드 개수는 같은 압축단내에서 고정자 블레이드 개수와 같다.

각각의 압축단의 회전자 블레이드(16)와 함께 회전하는 웨이크 영역은 특성진동수(C)로 감지기(32)를 통과한다. 그러므로, 진동수 신호는 특성 진동수 C에서 각기 특성피크(70)를 보인다. 각 압축단이 세정된 후의 시점으로부터 시작하여 각 압축단의 오염이 증가한다면, 특성피크의 형태는 특성적인 방법으로 변화한다는 것이 발견되었다. 피크는 제5(B)(피크(70b))에 도시된 바와 같이 보다 특성적이 된다. 특성피크의 높이와 폭이 증가한다. 이런 양상은 회전하는 블레이드의 웨이크 영역의 증가에 기인하고, 감지기(32)의 위치에서 특성진동수를 가진 더 특성적인 압력변화를 만든다.

오염이 더 증가하면 특성피크의 높이와 폭은 더 증가한다(도 5c의 피크 70c). 따라서, 특성 피트의 관찰은 각각의 압축단의 오염정도를 검출하기 위한 민감한 도구로 된다. 특성피크(70)의 형태 변화를 검출하는 가능한 방법중 하나는 소정의 피크 형태를 패턴인식에 의해 비교하는 것이다. 그러나, 완전한 형태가 아니고 하나의 피크 파라메터 만이 관찰된다면 그 평가는 단순해지며 한계값과 비교된다. 이 피크파라메터는 제 4도에 도시된 바와 같이 백그라운드 라인(72)이나 피크폭(2-1)보다 위쪽의 피크높이(Amax)로 정의되어질 것이다.

제6도는 압축기의 주행시간의 함수로서 특성피크의 진폭이 전개되는 것을 도시하고 있다. 이 도면에서, 제1 변화범위(74)가 결정된다. 특성피크의 진폭이 이 제1 범위(74) 내에 있다면, 압축기는 깨끗한 것으로 정의된다. 압축기가 세정되어진 후의 시점에서 시작하면, 특성피크의 진폭 증가가 관찰되어지는데, 각각의 시점에서 측정된 상기 특성피크의 진폭들은 제2 변화범위(77) 내에서 경사진 변화밴드(76)에 있게 된다. 만약 압축기가 연속적으로 주행하면서 제3 범위(78)에 도달한다면, 압축기의 상태는 오염된 것으로 등급지워진다. 이러한 상태는 압축기가 효율적으로 작동하지 않도록 하며 압축기는 세정되어야 한다. 세정된 후에 (점선 79), 특성피크의 진폭은 다시 제1 범위(74)에 있게 된다.

압축기의 주행시간이 증가함에 따라, 상술한 특성피크 형태의 변화 이외에 완전한 진동수 신호의 노이즈 레벨이 더 높은 값쪽으로 이동된다. 제7도에 제1 진동수 신호(80)가 (점선으로) 도시되는데, 이 신호는 압축기의 세정 후에 얻어진 것이다. 이 신호(80)는 진동수 신호의 진동수 의존 노이즈 성분을 나타내는 베이스 라인(81) 위쪽의 특성피크(84,86,88)를 보여주고 있다. 특성피크들은 (다른 블레이드 개수를 가진) 다른 압축단들에 대응한다. 도 7은 추가로 신호(80)의 경우에서와 동일한 압력감지장치로부터 얻어지지만 세정 후의 임의의 주행시간동안 압축기가 주행한 후의 제2 진동수 신호(82)를 보여주고 있다. 신호(82)는 그 일반적인 형태를 유지하면서 신호(80)에 비하여 위쪽으로 이동된다.

이러한 이동은 진동수 신호의 진동수 의존 노이즈 성분의 전체적인 증가에 기인한 것이다. 이 이동은 신호들(80,82)의 각각의 적분값들의 차이(도 7의 면적 D)로서 계산될 수 있는데, 여기에서 적분값은 이 신호의 전체 진동수 구간에 걸친 각각의 진동수 신호의 적분으로서 정의된다. 따라서, 진동수 신호(80)의 적분값과 진동수 신호(82)의 적분값 사이의 차이는 압축기의 오염상태를 결정하게 한다.

압축기가 연속적으로 주행하는 시간동안에 적분값이 도 6의 제3범위(78)에 대응하는 문턱치에 도달하는 경우, 압축기 상태는 오염된 것으로서 분류되며 압축기는 효율적으로 작동되도록 세정되어야 한다.

그러나, 압축기가 작동하는 동안에 계산된 적분값은 추가로 압축기의 작동상태에 의존한다. 따라서, 작동상태와는 무관하게 압축기의 오염상태를 결정할 수 있도록 적분값은 압축기의 작동 파라메터와 관련되어야 한다. 이 작동 파라메터는 압축기의 작동상태를 표시하는 것으로서, 예컨대 압축기의 출력일 수 있다.

제8도에 압축기의 출력과 연관된 적분값이 압축기의 주행시간의 함수로서 도시되어 있다. 압축기가 세정된 후의 시점으로부터 시작하여, 커브(84)는 먼저 비교적 일정한 적분값을 보여주고 있는데, 이 값은 압축기의 출력으로 나눈 값이다. 압축기의 주행시간이 증가함에 따라 (본 명세서에서는 30일 후에), 이 나누어진 몫이 증가하는 것을 명백히 알 수 있는데, 이는 압축기의 오염정도가 증가한다는 것을나타낸다. 제6도의 제3범위(78)에 따라서,(예컨대 제6도의 임의 단위로 280인) 문턱값이 설정될 수 있다. 이 값을 초과한 후에는, 압축기의 효율적인 작동을 위하여, 압축기의 적어도 가장 오염된 압축단들이 세정되어야 한다.

따라서, 특성피크의 전개 및/또는 적분값의 전개를 관찰하는 것은 압축기의 오염상태를 결정하는 민감한 도구로서 작용한다. 이 파라메터들을 작동상태와 비교함으로써, 작동상태와 무관한 관찰이 이루어질 수 있다.

Claims (40)

1. (정정) 회전자와 하우징을 구비한 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스로서, 상기 회전자는 일정 또는 가면 회전속도로 회전축에 대하여 회전하도록 상기 하우징내에 회전가능하게 장착되고, 상기 압축기는 적어도 하나의 압축단을 가지며, 상기 적어도 하나의 압축단 각각은 상기 회전자 상에 장착되며 상기 회전축에 대하여 원주방향으로 줄지어 배열된 회전자 블레이드의 열과 상기 하우징에 장착되며 상기 회전축에 대하여 원주방향으로 줄지어 배열된 고정자 블레이드의 열을 구비하고서, 상기 프로세스는

   a) 각각이 감지신호를 송출하는 적어도 하나의 압력 감지장치에 의하여 상기 하우징의 영역내에서 상기 압축단중 적어도 하나 내의 압력변동을 측정하는 단계;

   b) 각각의 진동수 구간 내에서 상기 각각의 감지신호의 복수개의 진동수 성분 세트를 구비하는 진동수 신호를 상기 감지신호들로부터 도출하되, 여기서 각 진동수 신호는 각각의 진동수 구간에서 상기 각각의 감지신호의 각 진동수 성분의 진폭들을 표시하는 도출단계;

   c) 상기 진동수 신호들중 적어도 하나에 존재하는 적어도 하나의 진동수 성분이 상기 압축단들중 하나에 할당된 특성진동수의 영역내의 특성피크를 더 구비하는지를 검사하되, 상기 특성진동수는 각 압축단의 회전자 블레이드의 개수와 회전속도의 곱으로 정의되는 검사단계;

   d) 상기 특성피크의 형태를 나타내는 피크 파라메터에 의존하는 오염 파라메터를 상기 진동수 신호로부터 도출하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
2. (정정) 제1항에 있어서, 상기 압력감지장치는 상기 압축단중 하나의 단의회전자 블레이드들과 고정자 블레이드들 사이에서 상기 하우징에 배치되는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
3. (정정) 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압력감지장치는 상기 축류압축기의 저압단부 근처에 위치하는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
4. (정정) 제1항에 있어서, 상기 압력감지장치는 압전 또는 압저항 압력센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
5. (정정) 제1항에 있어서, 상기 진동수신호는 고속 푸리에변환(FFT)에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
6. 제1항에 있어서, 상기 진동수신호는 고속의 하틀리변환에 의해 얻어지는것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
7. 제1항에 있어서, 상기 피크파라메터는 특성피크의 피크높이를 나타내는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
8. (정정) 제7항에 있어서, 상기 피크높이는 상기 특성진동수 영역에서의 진동수신호의 진동수성분 세트의 최대값과 상기 특성진동수와 관련한 소정 진동수영역내의 상기 진동수성분 세트의 평균값의 차와 상기 평균값의 비율로서 정의되는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
9. (정정) 제1항에 있어서, 상기 피크파라메터는 상기 특성피크의 피크폭을 나타내는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
10. (정정) 제9항에 있어서, 상기 피크폭은 반치전폭(FWHM)으로 정의되는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
11. (정정) 제1항에 있어서, 상기 소정 진동수 구간은 4000Hz 이하의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
12. (정정) 제11항에 있어서, 상기 피크진동수 구간은 2000Hz의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
13. (정정) 제1항에 있어서, 상기 오염파라메터는 특성피크의 피크파라메터를상기 압축기의 동작상태를 나타내는 동작파라메터로 나눈 값으로 정의되는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
14. 제13항에 있어서, 상기 동작 파라메터는 압축기의 출력을 나타내는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
15. (정정) 제1항에 있어서, 상기 압축기의 동작상태의 빈화를 나타내는 상태변화신호는 상기 오염파라메터가 소정값 범위를 벗어나는 값을 가지는 경우에 생성되는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
16. (정정) 회전자와 하우징을 구비한 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스로서, 상기 회전자는 일정 또는 가빈 회전속도로 회전축에 대하여 회전하도록 상기 하우징내에 회전가능하게 장착되고, 상기 압축기는 적어도 하나의 압축단을 가지며, 상기 적어도 하나의 압축단 각각은 상기 회전자 상에 장착되며 상기 회전축에 대하여 원주방향으로 줄지어 배열된 회전자 블레이드의 열과 상기 하우징에 장착되며 상기 회전축에 대하여 원주방향으로 줄지어 배열된 고정자 블레이드의 열을 구비하고서, 상기 프로세스는

    a) 각각이 감지신호를 송출하는 적어도 하나의 압력 감지장치에 의하여 상기 하우징의 영역내에서 상기 압축단중 적어도 하나 내의 압력면동을 측정하는 단계;

    b) 각각의 진동수 구간 내에서 상기 각각의 감지신호의 복수개의 진동수 성분 세트를 구비하는 진동수 신호를 상기 감지신호들로부터 도출하되, 여기서 각 진동수 신호는 각각의 진동수 구간에서 상기 각각의 감지신호의 각 진동수 성분의 진폭들을 표시하는 도출단계;

    c) 소정 진동수 구간에 걸쳐 상기 진동수 신호의 적분으로 정의되는 상기 진동수 신호의 적분값에 의존하는 오염 파라메터를 상기 진동수 신호로부터 도출하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
17. (정정) 제16항에 있어서, 상기 압력감지장치는 상기 압축단중 하나의 단의 회전자 블레이드들과 고정자 블레이드들 사이에서 상기 하우징에 배치되는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
18. (정정) 제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압력감지장치는 상기 축류압축기의 저압단부 근처에 위치하는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출 하기 위한 프로세스.
19. (정정) 제16항에 있어서, 상기 압력감지장치는 압전 또는 압저항 압력센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
20. (정정) 제16항에 있어서, 상기 진동수신호는 고속 푸리에변환(FFT)에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
21. 제16항에 있어서, 상기 진동수신호는 고속 하틀리변환(FHT)에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
22. (정정) 제16항에 있어서, 상기 적분구간은 0 내지 20000Hz인 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
23. (정정) 제16항에 있어서, 상기 진동수 구간은 상기 적분구간과 동일한 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
24. (정정) 제16항에 있어서, 상기 오염파라메터는 상기 적분값을 동작상태를 나타내는 동작파라메터로 나눈 값으로 정의되는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
25. (정정) 제24항에 있어서, 상기 동작 파라메터는 압축기의 출력을 나타내것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
26. (정정) 제16항에 있어서, 상기 압축기의 동작상태의 변화를 나타내는 상태변화신호는 상기 오염파라메터가 소정값 범위를 벗어나는 값을 가지는 경우에 생성되는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 프로세스.
27. (정정) 회전자와 하우징을 구비한 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 장치로서, 상기 회전자는 일정 또는 가변회전속도로 회전축에 대하여 회전하도록 상기 하우징내에 회전가능하게 장착되고, 상기 압축기는 적어도 하나의 압축단을 가지며, 상기 적어도 하나의 압축단 각각은 상기 회전자 상에 장착되며 상기 회전축에 대하여 원주방향으로 줄지어 배열된 회전자 블레이드의 열과 상기 하우징에 장착되며 상기 회전축에 대하여 원주방향으로 줄지어 배열된 고정자 블레이드의 열을 구비하고, 상기 검출장치는 적어도 하나의 압력감지장치에 의하여 상기 하우징 영역 내에서 상기 압축단 중 적어도 하나내의 압력면동을 측정하고 각각 감지신호를 송출하는 적어도 하나의 압력감지장치와, 각각의 진동수 구간 내에서 상기 각각의 감지신호의 복수개의 진동수 성분 세트를 구비하는 진동수 신호를 상기 각 감지신호들로부터 도출하되 여기서 각 진동수 신호는 각각의 진동수 구간에서 상기 각각의 감지신호의 각 진동수 성분의 진폭들을 표시하는 적어도 하나의 변환유니트와, 상기 진동수 신호중 적어도 하나내의 적어도 하나의 진동수 성분이 상기 압축단중 하나에 할당된 특성진동수의 영역내의 특성피크를 더 구비하는지를 검사하되, 상기 특성진동수는 각각의 압축단의 회전자 블레이드의 개수와 상기 회전속도의 곱으로 정의되는 피크 평가장치, 및 상기 특성피크의 형태를 나타내는 피크 파라메터에 의존하는 오염 파라메터를 상기 진동수 신호로부터 도출하는 오염 파라메터 도출장치를 구비하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 장치.
28. (정정) 제27항에 있어서, 상기 압력감지장치는 상기 압축단중 하나의 단의 회전자 블레이드들과 고정자 블레이드들 사이에서 상기 하우징에 배치되는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 장치.
29. (정정) 제27항에 있어서, 상기 압력감지장치는 압전 또는 압저항 압력센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 장치.
30. (정정) 제27항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압력감지장치는 상기 축류 압축기의 저압단부 근처에 위치하는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 장치.
31. (정정) 제27항에 있어서, 상기 변환 유니트는 고속 푸리에 변환장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 장치.
32. (정정) 제27항에 있어서, 상기 변환유니트는 고속 하틀리 변환장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 장치.
33. (정정) 제27항에 있어서, 상태표시 유니트가 상기 오염 파라메터신호를 수신하고 이를 나타내도록 하기 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 장치.
34. (정정) 회전자와 하우징을 구비한 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 장치로서, 상기 회전자는 일정 또는 가빈회전속도로 회전축에 대하여 회전하도록 상기 하우징내에 회전가능하게 장착되고, 상기 압축기는 적어도 하나의 압축단을 가지며, 상기 적어도 하나의 압축단 각각은 상기 회전자 상에 장착되며 상기 회전축에 대하여 원주방향으로 줄지어 배열된 회전자 블레이드의 열과 상기 하우징에 장착되며 상기 회전축에 대하여 원주방향으로 줄지어 배열된 고정자 블레이드의 열을 구비하고, 상기 검출장치는 적어도 하나의 압력감지장치에 의하여 상기 하우징 영역 내에서 상기 압축단중 적어도 하나내의 압력빈동을 측정하고 각각 감지신호를 송출하는 적어도 하나의 압력감지장치와, 각각의 진동수 구간 내에서 상기 각각의 감지신호의 복수개의 진동수 성분 세트를 구비하는 진동수 신호를 상기 각 감지신호들로부터 도출하되 여기서 각 진동수 신호는 각각의 진동수 구간에서 상기 각각의 감지신호의 각 진동수 성분의 진폭들을 표시하는 적어도 하나의 변환유니트와, 소정의 진동수 구간에 걸쳐 상기 진동수 신호를 적분하고 적분값 신호를 출력하는 적분 유니트, 및 상기 적분값 신호로부터 오염 파라메터 신호를 도출하는 오염 파라메터 도출 장치를 구비하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 장치.
35. (정정) 제34항에 있어서, 상기 압력감지장치는 상기 압축단중 하나의 단의 회전자 블레이드들과 고정자 블레이드들 사이에서 상기 하우징에 배치되는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 장치.
36. (정정) 제34항에 있어서, 상기 압력감지장치는 압전 또는 압저항 압력센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 장치.
37. (정정) 제34항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압력감지장치는 상기 축류압축기의 저압단부 근처에 위치하는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 장치.
38. (정정) 제34항에 있어서, 상기 변환 유니트는 고속 푸리에 변환 유니트를 구비하는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 장치.
39. (정정) 제34항에 있어서, 상기 변환유니트는 고속 하틀리 변환유니트를 구비하는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 장치.
40. (정정) 제34항에 있어서, 상태표시 유니트가 상기 오염 파라메터신호를 수신하고 이를 나타내도록 하기 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 축류압축기의 오염을 검출하기 위한 장치.