KR20160085331A - 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 방법 및 장치. 본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치에 관한 것이며, 데이터 검출- 및 처리 장치는 시간 영역 내에서 제시된 압력 신호를 시간적 불연속 주파수 스펙트럼으로서의 주파수 영역으로 변환 실행하기 위한 고속 푸리에 분석 장치를 포함하며(2), 또한, 데이터 검출- 및 처리 장치는 시간적 불연속 주파수 스펙트럼을 통합하는 시간-집합 유닛 및 공간-집합 유닛을 포함하며, 또한, 데이터 검출- 및 처리 장치는 시간적 공간적으로 집합된 불연속 주파수 스펙트럼으로부터 상이한 실제 캡스트럼 값을 갖는 캡스트럼의 생성을 위한 캡스트럼-분석 유닛을 포함하며(5), 또한, 데이터 검출- 및 처리 장치는 생성된 캡스트럼으로부터, 사전 규정된 시간 간격으로, 인접한 실제 캡스트럼 값을 포함하는 복수의 실제 캡스트럼 구간을 생성하는 컴퓨터 유닛을 포함하며, 이에 의해 3개 이상의 인접한 실제 캡스트럼 구간으로부터 결정될 수 있는 실제 캡스트럼 값이 생성될 수 있으며(6), 데이터 검출- 및 처리 장치는 생성된 실제 캡스트럼 값과 사전 결정된 목표 캡스트럼 값과의 목표-실제-비교를 연산하는 유닛을 포함한다(7).

Description

기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING THE CURRENT DAMAGED STATE OF A MACHINE}
본 발명은, 예를 들어 유동 기계, 가스 터빈, 압축기, 터보차저 또는 항공기 엔진과 같은 터보 기계로서 구성된 모든 통상적인 기계에 관한 것이다.
예를 들어 가스 터빈과 같은 터보 기계는, 다단(multi stage)의 압축기 부품 및 터빈 부품으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 경우에, 압축기 단 또는 터빈 단은 고정된 가이드 베인 열 및 회전되는 로터 블레이드 열로 구성된다. 가이드 베인 열 및 로터 블레이드 열은 복수의 개별 블레이드들로 구성된다. 이로써, 전체 기계가 수백 개의 가이드 베인 및 로터 블레이드로 구성된다. 이러한 블레이드들은 기계의 작동 중에 높은 기계적, 공기 역학적 그리고 열적 부하를 받는다.
이러한 부하들은 블레이드의 바람직하지 못한 손상을 야기할 수 있다. 이때 존재하는 특수 문제는, 먼저 단일 블레이드에서 단지 작은 손상이 기계의 추가의 작동의 진행 중에, 결국 전체 손상을 야기할 수 있다는 것이다. 이러한 손상 진행은 공지된 현상을 형성하며, 수 분(minute) 내지 며칠의 시기에 걸쳐 최소 초기 손상으로부터 전체 손상으로 발전될 수 있다. 따라서, 매우 다양한 원인 및 특색을 가질 수 있는 작은 초기 손상을 기계의 작동 중에 인식하여 경고를 도출할 수 있는 시급한 문제가 형성된다. 작은 초기 손상의 제거를 위한 수리 비용은, 모든 블레이드 및 부분적으로, 버너, 필터, 압력 센서 등과 같은 추가의 부품도 대체되어야 하는 기계의 전체 손상보다 훨씬 더 적다.
제1 과제는 상술된 문제를 해결하는 제1 장치를 제공하는 것이다. 제2 과제는 상술된 문제를 해결하는 방법을 제공하는 것이다.
제1 과제는, 모니터링될 기계의 시간 영역에 걸쳐 압력을 검출하기 위한, 그리고 복수의 압력 신호를 출력하기 위한 복수의 압력 센서를 포함하며, 이때 압력 신호는 시간 영역 내에서 제시되며, 압력 센서의 압력 신호의 검출 및 압력 신호의 처리를 위한 데이터 검출- 및 처리 장치를 포함하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치의 제공에 의해 해결되며, 본 발명에 따라,
- 데이터 검출- 및 처리 장치는 시간 영역 내에서 제시된 압력 신호를 시간적 불연속 주파수 스펙트럼으로서의 주파수 영역으로 변환 실행하기 위한 고속 푸리에 분석 장치(fast Fourier analysis device)를 포함하며,
- 또한, 데이터 검출- 및 처리 장치는 시간적 불연속 주파수 스펙트럼을 통합하는 시간-집합 유닛(temporal aggregation unit) 및 공간-집합 유닛(spatial aggregation unit)을 포함함으로써,
시간적 공간적으로 집합된 불연속 주파수 스펙트럼이 생성될 수 있으며,
공간-집합 유닛의 사용뿐만 아니라, 시간-집합 유닛의 사용도 상이한 순서로 시간적 불연속 주파수 스펙트럼 내에서 수행될 수 있으며,
- 또한, 데이터 검출- 및 처리 장치는 시간적 공간적으로 집합된 불연속 주파수 스펙트럼으로부터 상이한 실제 캡스트럼(cepstrum) 값을 갖는 캡스트럼의 생성을 위한 캡스트럼-분석 유닛을 포함하며,
- 또한, 데이터 검출- 및 처리 장치는 생성된 캡스트럼으로부터 사전 규정된 시간 간격으로, 인접한 실제 캡스트럼 값을 포함하는 복수의 실제 캡스트럼 구간을 생성하는 컴퓨터 유닛을 포함하며, 이에 의해 3개 이상의 인접한 실제 캡스트럼 구간으로부터 결정될 수 있는 실제 캡스트럼 값이 생성될 수 있으며,
- 데이터 검출- 및 처리 장치는 생성된 실제 캡스트럼 값과 사전 결정된 목표 캡스트럼 값과의 목표-실제-비교를 연산하는 유닛을 포함한다.
본 발명에 의해, 간단한 손상, 특히 기계, 특히 가스 터빈의 블레이드에서의 초기 손상이 빨리 인식될 수 있다. 이로써, 이러한 초기 손상이 전체 손상으로 전개되는 것을 빠르고 신뢰성 있게 멈출 수 있다. 또한, 본 발명에 의해, 비용이 많이 드는 수리가 방지될 수 있는데, 그 이유는 더 작은 초기 손상이 통상 더 적은 노력으로 제거될 수 있기 때문이다. 상기 장치에 의해 실행되는 목표-실제-비교는, 설비의 프로세스 컨트롤 시스템에 전달될 수 있고 간단한 한계값 모니터링을 이용하여 관찰될 수 있는 간단한 아날로그 특성값을 공급한다. 바람직하게는, 다른 파라미터(예를 들어 부하, 주변 조건 등과 같은 기계의 작동 상태)에 따르지 않는, 본 발명에 따른 견실한 장치가 제공된다.
바람직하게는, 공간-집합 유닛은 시간적 불연속 주파수 스펙트럼을 공간적 가상 주파수 스펙트럼으로 통합하며, 이어서, 시간-집합 유닛은 공간적 가상 주파수 스펙트럼을 시간적-공간적 가상 목표-주파수 스펙트럼으로 통합하며, 이어서, 캡스트럼-분석 유닛이 시간적-공간적 가상 목표-주파수 스펙트럼으로부터 다양한 실제 캡스트럼 값을 갖는 캡스트럼을 생성한다.
바람직하게는, 데이터 검출- 및 처리 장치는 손상되지 않은 기계를 이용하여 목표 캡스트럼을 생성하며, 그로부터 실제 캡스트럼 값에 일치되는 목표 캡스트럼 값이 결정될 수 있다. 이에 의해, 매우 간단하게 바람직한 목표 캡스트럼 값이 결정될 수 있다.
바람직하게, 실제 캡스트럼 값은 모니터링되는 기계의 손상도와 상관 관계에 있을 수 있다. 이에 의해, 실제 캡스트럼 값으로부터 손상이 직접 인식/도출될 수도 있다.
바람직하게는, 목표-실제-비교의 사전 규정된 임계값이 초과되는 경우, 비상 작동을 개시하는 기계 유닛이 제공된다. 이에 의해, 비상 작동의 개시를 위한 시간이 절약된다. 이로써, 경우에 따라 전체 손상이 방지될 수 있다.
바람직하게는, 복수의 압력 센서는 동적 압력 센서이다. 이는 특히 회전 동적 시스템에 사용되기에 특히 더 적합한다.
바람직하게는, 기계는 로터 블레이드 및 로터를 구비한 압축기이다. 바람직한 구성에서, 압축기는 압축기 주연부 및 압축기 유출부를 포함하며, 복수의 압력 센서가 압축기 유출부에서 압축기 주연부 상에 제공된다. 이는, 주연부 좌표에 대해, 검출된 유동 파라미터의 평균 결정, 가용성의 개선 및 개연성에 사용된다.
바람직하게는, 압축기는 압축기 주연부를 포함하며, 압력 센서는 압축기 주연부에서 로터 블레이드 하부에 제공되지 않는다. 이는, 장치에 바람직하지 못하게 작용할 수도 있는 너무 높은 압력 진폭을 야기할 수도 있다.
바람직한 구성에서, 로터는 회전 주파수를 포함한다. 바람직하게는, 데이터 검출- 및 처리 장치의 최소 대역 폭은 로터 블레이드의 최대 수와 로터의 두 배의 회전 주파수를 곱함으로써 형성된다. 이로써, 스펙트럼 및 캡스트럼이 정확히 검출될 수 있다.
바람직하게는, 기계는 압축기 유출부 수집 챔버 및 버너 영역을 포함하며, 압력 센서는 압축기 유출 수집 챔버 및/또는 버너 영역 내에 배열된다.
바람직하게는, 3개 이상의 인접한 실제 캡스트럼 구간으로부터 결정 가능한 실제 캡스트럼 값이 합산에 의해 생성될 수 있다. 모든 다른 유용한 연산 방법도 바람직하다.
제2 과제는 기계의 실제 손상 상태의 검출을 위한 방법의 제공에 의해 해결되며, 이 방법에서는 모니터링될 기계의 시간 영역에 걸쳐 복수의 압력 센서에 의해 압력이 검출되며, 상기 시간 영역 내에서 제시된 복수의 압력 신호가 출력되며, 상기 방법은 이하의 단계,
- 데이터 검출- 및 처리 장치 내에 제공된 고속 푸리에 분석 장치에 의해, 시간 영역 내에서 제시된 압력 신호가 시간적 불연속 주파수 스펙트럼으로서의 주파수 영역으로 변환되는 단계와,
- 데이터 검출- 및 처리 장치 내에 제공된 공간-집합 유닛 및 시간-집합 유닛에 의해, 시간적 불연속 주파수 스펙트럼이, 시간적 공간적으로 집합된 불연속 주파수 스펙트럼으로 공간적 그리고 시간적으로 통합되는 단계와,
- 캡스트럼-분석 유닛을 이용하여, 시간적 공간적으로 집합된 불연속 주파수 스펙트럼으로부터, 상이한 실제 캡스트럼 값을 갖는 캡스트럼이 생성되는 단계와,
- 컴퓨터 유닛을 이용하여, 상기 생성된 캡스트럼으로부터, 인접한 실제 캡스트럼 값을 포함하는 복수의 실제 캡스트럼 구간이, 사전 규정된 시간 간격으로 생성되는 단계와,
- 3개 이상의 인접한 실제 캡스트럼 구간으로부터 결정된 실제 캡스트럼 값이 생성되는 단계와,
- 생성된 실제 캡스트럼 값과 사전 결정된 목표 캡스트럼 값과의 목표-실제-비교가 연산되는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치는 초 범위 내지 분 범위 내의출력 지연을 갖는 리얼 타임 조건 하에 영구적으로 사용될 뿐만 아니라, 손상 분석을 위해 저장된 데이터의 후속 평가를 위해서도 사용될 수 있다.
바람직하게는, 공간-집합 유닛 내에서 시간적 불연속 주파수 스펙트럼이 공간적 가상 주파수 스펙트럼으로 통합되며, 이어서, 시간-집합 유닛 내에서 공간적 가상 주파수 스펙트럼이 시간적-공간적 가상 목표-주파수 스펙트럼으로 통합되며, 이어서, 캡스트럼-분석 유닛 내에서 다양한 실제 캡스트럼 값을 갖는 캡스트럼이 시간적-공간적 가상 목표-주파수 스펙트럼으로부터 생성된다.
바람직하게는, 공간적 가상 주파수 스펙트럼 또는 시간적 불연속 주파수 스펙트럼의 시간적 통합이 피크 홀드 알고리즘(peak-hold algorithm)을 이용하여 또는 평균값 형성을 통해 실행된다.
바람직하게는, 실제 캡스트럼 값이 최대 9개의 인접한 실제 캡스트럼 구간으로부터 생성된다. 실제 캡스트럼 값은 모든 존재하는 인접한 실제 캡스트럼 구간 또는 그 부분 집합으로부터 생성될 수도 있다. 바람직하게는, 3개 이상의 인접한 실제 캡스트럼 구간으로부터 결정 가능한 실제 캡스트럼 값이 가산을 통해 생성된다. 그러나 모든 다른 적절한 연산 방법이 적용될 수도 있다.
바람직한 구성에서, 실제 캡스트럼 값과, 모니터링될 기계의 손상도가 상관 관계에 있다.
바람직하게는, 목표-실제-비교의 사전 규정된 임계값이 초과될 경우, 제공된 기계에 의해 비상 작동이 개시된다.
본 발명의 다른 특징, 특성 및 장점이 첨부된 도면을 참조로 이하의 상세한 설명에서 설명된다. 도면이 개략 도시된다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 개략 도시한다.
도 2는 평가예를 참조하는 본 발명에 따른 방법을 도시한다.
도 1은 방법을 개략 도시한다. 기계 내의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 적합한 압력 센서가 배열된다. 일반성의 제한 없이, 이하 기계로서 압축기가 사용된다. 압축기, 특히 가스 터빈의 축방향 압축기에서, 유동 채널 내에 동적 압력 센서가 배열된다. 압력 센서의 위치 설정은 원하는 검출 감도에 따라 배향된다. 바람직하게는, 압축기의 유출부에서 그 주연부에는 동일한 길이 좌표에서 복수의 압력 센서, 즉, 측정점이 배열된다. 이는, 주연부 좌표에 대해, 검출된 유동 파라미터의 평균 결정, 가용성의 개선 및 개연성에 사용된다. 압력 센서가, 로터 블레이드가 직접 통과하는 벽 영역 내에 장착되지 않을 경우 바람직하다. 이는, 목적한 분석을 방해할 수도 있는 너무 높은 압력 진폭을 야기할 수도 있다. 하류에 배열되고 다른 목적을 위해 원래 또는 추가로 제공된 동적 압력 센서를 적용하는 것으로 충분할 수 있다. 이로써, 연소의 모니터링에 사용되는, 예를 들어 압축기 유출부 수집 챔버 내 또는 기계의 버너 영역 내의 동적 압력 센서가 고려된다. 이에 의해, 추가로 배열된 압력 센서가 바람직하게는 제거될 수 있다. 그러나 압축기의 방출 채널 내에 또는 그 외의, 유동을 통해 접촉되는 압축기의 벽 영역에 배열된 압력 센서가 사용될 수도 있다. 물론, 압력 센서가 다른 방식으로 배열될 수도 있다. 음속 더하기 유속에 의한 물리적으로 발생한 음향 확산을 통해, 손상 분석을 위해 그리고 손상 인식을 위해 블레이드에서 발생하는 유동 파라미터가 본 발명에 의해 하류에서 검출될 수도 있다.
바람직하게는, 동적 압력 센서는 적절한 감도, 예를 들어 10Pa의 감도 및 충분한 동적 대역폭을 포함한다. 전체 압력 측정 체인의 헤르츠 내의 최소 대역폭은 바람직하게는 축방향 압축기의 모든 관련 단의 로터 블레이드의 최대 수와 로터의 두 배의 회전 주파수의 곱의 결과보다 크다.
동적 압력 센서는 모니터링 될 기계, 여기서는 압축기의 시간 영역에 걸쳐 동적 압력을 검출하여 복수의 동적 압력 신호를 출력한다. 이 경우에, 동적 압력 신호는 개별 신호이다. 이러한 개별 신호, 즉, 동적 압력 센서의 압력 신호는 상기 시간 영역 내에서, 즉, 독립적인 파라미터로서의 시간을 갖는 가변적인 종속 변수로서 제시된다. 동적 압력 신호는 바람직한 데이터 검출- 및 처리 장치에 의해 검출되며 신호 처리된다(1). 데이터 검출- 및 처리 장치는 먼저, 시간 영역 내에서 제시된 압력 신호를 시간적 불연속 주파수 스펙트럼으로서의 주파수 영역 내로 변환 실행하기 위한 고속 푸리에 분석 장치를 포함한다(2). 이때, 변환은 바람직하게는 고속 푸리에 변환(fast Fourier trasform, FFT)이다.
FFT는 예를 들어 블록 크기, 윈도우 함수 및 오버랩과 같은 결정된 파라미터의 사용 하에 실행된다. 이러한 파라미터들은 원하는 정확도 및 원하는 주파수 해상도에 따라 최적으로, 그리고 구체적인 적용예에 따라 선택된다.
FFT의 실행 후에, 주파수 영역 내의 개별 압력 신호들은 시간적 불연속 주파수 스펙트럼으로서 진폭 영역 또는 출력 진폭 영역 내에서 제시된다.
또한, 데이터 검출- 및 처리 장치는 공간-집합 유닛 및 시간-집합 유닛을 포함하며, 이들은 시간적 공간적으로, 주연부에 분배되어 배열된 센서로부터 공급되는 불연속 주파수 스펙트럼을 공간적 시간적으로, 시간적-공간적 가상 주파수 스펙트럼으로 통합한다(3, 4).
예를 들어, 공간-집합 유닛은 먼저, 시간적 불연속 주파수 스펙트럼에 대해 적용된다. 공간적 집합은 실제로, 복수의 측정점의 개별 스펙트럼의, 가상 신호 또는 가상 측정점의 스펙트럼으로의 통합이다(3). 이에 의해, 공간적 가상 주파수 스펙트럼이 생성된다. 이 경우에, 연산 방법으로서 평균 결정 또는 피크 홀드 방법이 사용될 수 있다.
또한, 데이터 검출- 및 처리 장치는 제시된 개별적인 공간적 가상 주파수 스펙트럼을 시간적으로, 시간적-공간적 가상 목표 주파수 스펙트럼으로 통합하는 시간-집합 유닛을 포함한다(시간적 집합)(4).
즉, 시간-집합 유닛은, 공간적 가상 측정점의 복수의 불연속 개별 스펙트럼 또는 주파수 스펙트럼이 시간적-공간적 가상 신호 또는 스펙트럼으로 통합되는 방식으로, 시간적 집합을 실행한다. 연산 방법으로서, 평균 결정 또는 피크 홀드 방법이 사용될 수 있다. 즉, 시간적 집합은 실제의 또는 공간적 가상의 측정점의 복수의 불연속 개별 스펙트럼을 가상 신호 또는 스펙트럼으로 통합한다.
물론, 시간적인 집합이 이전의 공간적 집합 없이 실행될 수 있다. 또한, 공간적 집합이 시간적 집합 없이, 그리고 시간적 집합이 공간적 집합 이전에 실행될 수 있다. 그러나 이는 여기서 더 상세히 설명되지 않는다. 바람직하게는, 시간적 집합이 피크 홀드 알고리즘에 따라 또는 평균값 형성에 의해 실행된다.
공간적 그리고 시간적 집합은, 정보 손실이 발생함 없이 후속되는 프로세스 단계에서 연산 복잡성이 감소되는 장점을 갖는다.
공간적 그리고 시간적 집합을 통해 획득된 신호 또는 스펙트럼은 시간적으로 마찬가지로 연속으로 실행되는 추가의 신호 처리를 받는다.
이를 위해, 데이터 검출- 및 처리 장치는, 시간적-공간적 가상 목표-주파수 스펙트럼으로부터 다양한 캡스트럼 값을 갖는 캡스트럼을 생성하기 위한 캡스트럼-분석 유닛(5)을 포함한다. 캡스트럼-분석 유닛 내에서, 캡스트럼 생성을 위해 복소수 범위 내에서 스펙트럼에 대한 로그 연산이 적용되고, 이어서 역(inverse) FFT 처리된다. 이 경우에, 자연 로그 또는 기수 10을 갖는 로그가 사용될 수 있다.
또한, 데이터 검출- 및 처리 장치는 생성된 캡스트럼으로부터, 사전 규정된 시간 간격(ΔT)으로 복수의 인접한 캡스트럼 값을 포함하는 3개 이상의 실제 캡스트럼 구간을 생성하는 컴퓨터 유닛을 포함하며, 이에 의해 적어도 3개의 인접한 실제 캡스트럼 구간을 포함하는 실제 캡스트럼 값이 생성된다(6). 이 경우에, 3개 이상의 인접한 실제 캡스트럼 구간이 바람직하게는 가산된다. 물론, 다른 연산 원칙도 적용될 수 있다. 이 경우에, 실제 캡스트럼 값이 4개 내지 9개의 인접한 캡스트럼 구간으로부터 생성될 수도 있다. 사전 규정된 시간 간격(ΔT)은 기계의 회전수에 따르고, 로터의 일 회전의 지속 주기를 나타낸다. 또한, 시간 간격(ΔT)이 사전에 고정 결정되는 것이 아니라, 연속으로, 실제 측정된 로터의 회전수로부터 계산되는 가능성도 있다.
또한, 데이터 검출- 및 처리 장치는 생성된 실제 캡스트럼 값 및 사전 결정된 목표 캡스트럼 값과의 목표-실제-비교를 결정하는 유닛을 포함한다(7).
목표 캡스트럼은 손상되지 않은 기계에 의해 생성되며, 목표 캡스트럼으로부터 실제 캡스트럼 값으로 일치되는 목표 캡스트럼 값이 결정될 수 있다.
생성된 실제 캡스트럼 값과 사전 결정된 목표 캡스트럼 값과의 상기 목표-실제-비교를 통해, 이하 임계값으로도 표시되는 목표-실제-값이 형성될 수 있다.
이렇게 결정된 실제 캡스트럼 값은, 예를 들어 가이드 베인 및 로터 블레이드로 형성된 압축기 배열체 또는 터빈 배열체의 손상 상태와의 직접적인 양의 상관 관계를 포함하는 특성값을 나타낸다. 이러한 실제 캡스트럼 값의 수치상 크기로부터 손상 상태가 직접 추정될 수 있다. 이는, 목표-실제-비교의 연산 후에, 임계값이 규정될 수 있고, 이러한 임계값 아래에서 손상된 압축기 또는 터빈이 추정될 수 있다는 것을 의미한다. 이에 반해, 연속되는 작동 중에 임계값의 초과 시에 손상이 발생한다. 마찬가지로, 한계값 이상에서 비상 작동이 개시되어야 하는 것이 규정될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 실시예 평가를 도시한다. 그래프는 가스 터빈의 동일한 압축기로부터 유래되나 상이한 손상 단계를 갖는 6개의 캡스트럼의 데이터를 포함한다. 그래프는 더 양호한 구별을 위해 등급화되며, 즉, 그래프 간격으로 차례로 표시되었는데, 그 이유는 그렇지 않으면 서로 중첩될 수도 있기 때문이다.
하부 라인(50)은 손상 없는 압축기, 즉 목표 캡스트럼이다. 하부 라인은 사전 규정된 시간 간격(ΔT, 70)에서 단지 낮은 피크 진폭, 즉, 작은 목표 캡스트럼 값만을 포함한다. 측정값 검출 시스템의 샘플 비율이 매우 일정하고, 기계의 회전수가 약간 변동될 수 있기 때문에, 도시된 실시예에 대해 계산된 시간 간격(70) 내에서, 캡스트럼(50 내지 55)의 실제 캡스트럼 값이 정확히 중첩되지 않는다. 따라서, (여기서 5개의) 실제-/목표 캡스트럼 구간(60, 61, 62, 63, 64)이 형성된다.
실제-/목표 캡스트럼 구간(60, 61, 62, 63, 64)이 라인으로 표시된다. 손상된 압축기로부터 유래되는 최상부 라인(55)에 비해, 최하부 라인(50)에 의해 표시된 목표 캡스트럼 구간 내에서 보다, 구간(61 내지 64) 내에서 현저히 더 높은 실제 캡스트럼 값을 나타낸다.
규정된 시간 간격(70) 내에서, 특정 수의 실제 캡스트럼 구간(여기서는 5개가 표시됨)이 규정된다. 이러한 시간 간격(70)은 기계의 회전수에 대해 직접적인 상관 관계에 있다.
캡스트럼은 불연속 수열로서 제시된다. 측정값 검출 시스템의 샘플 비율이 매우 일정하고, 기계의 회전수가 약간 변동될 수 있기 때문에, 계산된 시간 간격(70)이 캡스트럼(50 내지 55)의 불연속 시간 구간에 정확히 맞지 않는다.
다른 파라미터, 예를 들어, 부하, 주변 조건 등과 같은 기계의 작동 상태에 비교적 따르지 않는 강건한 방법이 획득되도록, 실제 캡스트럼 값 또는 목표 캡스트럼 값을 결정하기 위해 상기 실제-/목표 캡스트럼 구간 중 9개까지 사용된다. 실제-/목표 캡스트럼의 생성을 위한 바람직한 방법으로서, 규정된 시간 구간(60 내지 64) 내에 있는 모든 캡스트럼 값의 합이 적용될 수 있다. 그러나 예를 들어, 규정된 시간 구간(60 내지 64) 내에 있는 모든 캡스트럼 값의 평균값 형성과 같은 다른 방법도 적용될 수 있다. 그러나 모든 가능한 방법에 있어서, 규정된 시간 구간 내에 있는 캡스트럼 진폭의 진폭과 생성된 값의 확실한 상관 관계가 존재하는 특징이 있다.
변형되거나 파손된 블레이드를 갖는 손상된 기계에서, 집중적이고 회전수 동기적인 와류가 형성된다. 실제 손상 상태의 직접적인 판단을 위한 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에 의해, 작은 초기 손상이 실시간으로 인식될 수 있으며, 기계의 전체 손상이 방지될 수 있다. 이는, 직접적으로 수리 비용이 상당히 많이 절감되는 결과를 갖는다. 동시에, 수리 조치의 시간적인 기간이 감소됨으로써, 추가의 절감 효과가 달성된다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치는 초 범위 내지 분 범위 내의 출력 지연을 갖는 리얼 타임 조건 하에 영구적으로 사용될 뿐 아니라, 손상 분석을 위해 저장된 데이터의 후속 평가를 위해 사용될 수도 있다. 실제 손상의 경우의 진단은 장치 및 방법의 효과를 나타낸다.

Claims (19)

  1. 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치이며,
    상기 장치는, 모니터링될 기계의 시간 영역에 걸쳐 압력을 검출하기 위한, 그리고 복수의 압력 신호를 출력하기 위한 복수의 압력 센서를 포함하며, 이때 압력 신호는 시간 영역 내에서 제시되며, 압력 센서의 압력 신호의 검출 및 압력 신호(1)의 처리를 위한 데이터 검출- 및 처리 장치를 포함하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치에 있어서,
    - 데이터 검출- 및 처리 장치는 시간 영역 내에서 제시된 압력 신호를 시간적 불연속 주파수 스펙트럼으로서의 주파수 영역으로 변환 실행하기 위한 고속 푸리에 분석 장치(fast Fourier analysis device)를 포함하며(2),
    - 또한, 데이터 검출- 및 처리 장치는 시간적 불연속 주파수 스펙트럼을 통합하는 시간-집합 유닛 및 공간-집합 유닛을 포함함으로써,
    - 시간적 공간적으로 집합된 불연속 주파수 스펙트럼이 생성될 수 있으며(3, 4; 4, 3),
    - 공간-집합 유닛의 사용뿐만 아니라, 시간-집합 유닛의 사용도 상이한 순서로 시간적 불연속 주파수 스펙트럼 내에서 수행될 수 있으며,
    - 또한, 데이터 검출- 및 처리 장치는 시간적 공간적으로 집합된 불연속 주파수 스펙트럼으로부터 상이한 실제 캡스트럼(cepstrum) 값을 갖는 캡스트럼의 생성을 위한 캡스트럼-분석 유닛을 포함하며(5),
    - 또한, 데이터 검출- 및 처리 장치는 생성된 캡스트럼으로부터, 사전 규정된 시간 간격으로, 인접한 실제 캡스트럼 값을 포함하는 복수의 실제 캡스트럼 구간을 생성하는 컴퓨터 유닛을 포함하며, 이에 의해 3개 이상의 인접한 실제 캡스트럼 구간으로부터 결정될 수 있는 실제 캡스트럼 값이 생성될 수 있으며(6),
    - 데이터 검출- 및 처리 장치는 생성된 실제 캡스트럼 값과 사전 결정된 목표 캡스트럼 값과의 목표-실제-비교를 연산하는 유닛을 포함하는(7) 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 공간-집합 유닛은 시간적 불연속 주파수 스펙트럼을 공간적 가상 주파수 스펙트럼으로 통합하며(3),
    - 이어서, 시간-집합 유닛은 공간적 가상 주파수 스펙트럼을 시간적-공간적 가상 목표-주파수 스펙트럼으로 통합하며(4),
    - 이어서, 캡스트럼-분석 유닛이 시간적-공간적 가상 목표-주파수 스펙트럼으로부터 다양한 실제 캡스트럼 값을 갖는 캡스트럼을 생성하는(5) 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 데이터 검출- 및 처리 장치는 손상되지 않은 기계를 이용하여 목표 캡스트럼을 생성하며, 그로부터 실제 캡스트럼 값에 일치되는 목표 캡스트럼 값이 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 실제 캡스트럼 값은 모니터링되는 기계의 손상도와 상관 관계에 있을 수 있는 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 목표-실제-비교의 사전 규정된 임계값이 초과되는 경우, 비상 작동을 개시하는 기계 유닛이 제공되는 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 압력 센서는 동적 압력 센서인 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 기계는 로터 블레이드 및 로터를 갖는 압축기인 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치.
  8. 제7항에 있어서, 압축기는 압축기 주연부 및 압축기 유출부를 포함하며, 복수의 압력 센서가 압축기 유출부에서 압축기 주연부 상에 제공되는 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 압축기는 압축기 주연부를 포함하며, 압축 센서는 압축기 주연부에서 로터 블레이드 하부에 제공되지 않는 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 로터는 회전 주파수를 포함하며, 데이터 검출- 및 처리 장치의 최소 대역 폭은 로터 블레이드의 최대 수와 로터의 두 배의 회전 주파수를 곱함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 기계는 압축기 유출부 수집 챔버 및 버너 영역을 포함하며, 압력 센서는 압축기 유출 수집 챔버 및/또는 버너 영역 내에 배열되는 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 3개 이상의 인접한 실제 캡스트럼 구간으로부터 결정 가능한 실제 캡스트럼 값이 합산으로 생성될 수 있는 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 장치.
  13. 모니터링될 기계의 시간 영역에 걸쳐 압력이 복수의 압력 센서에 의해 검출되며, 상기 시간 영역 내에서 제시된 복수의 압력 신호가 출력되는(1), 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 방법에 있어서,
    - 데이터 검출- 및 처리 장치 내에 제공된 고속 푸리에 분석 장치에 의해, 시간 영역 내에서 제시된 압력 신호가 시간적 불연속 주파수 스펙트럼으로서의 주파수 영역으로 변환되는 단계(2)와,
    - 데이터 검출- 및 처리 장치 내에 제공된 공간-집합 유닛 및 시간-집합 유닛에 의해, 시간적 불연속 주파수 스펙트럼이, 시간적 공간적으로 집합된 불연속 주파수 스펙트럼으로 공간적 그리고 시간적으로 통합되는 단계(3, 4; 4, 3)와,
    - 캡스트럼-분석 유닛을 이용하여, 시간적 공간적으로 집합된 불연속 주파수 스펙트럼으로부터, 상이한 실제 캡스트럼 값을 갖는 캡스트럼이 생성되는 단계(5)와,
    - 컴퓨터 유닛을 이용하여, 상기 생성된 캡스트럼으로부터, 인접한 실제 캡스트럼 값을 포함하는 적어도 복수의 실제 캡스트럼 구간이, 사전 규정된 시간 간격으로 생성되는 단계(6)와,
    - 3개 이상의 인접한 실제 캡스트럼 구간으로부터 결정된 실제 캡스트럼 값이 생성되는 단계(6)와,
    - 생성된 실제 캡스트럼 값과 사전 결정된 목표 캡스트럼 값과의 목표-실제-비교가 연산되는 단계(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    - 공간-집합 유닛 내에서 시간적 불연속 주파수 스펙트럼이 공간적 가상 주파수 스펙트럼으로 통합되며(3),
    - 이어서, 시간-집합 유닛 내에서 공간적 가상 주파수 스펙트럼이 시간적-공간적 가상 목표-주파수 스펙트럼으로 통합되며(4),
    - 이어서, 캡스트럼-분석 유닛 내에서 다양한 실제 캡스트럼 값을 갖는 캡스트럼이 시간적-공간적 가상 목표-주파수 스펙트럼으로부터 생성되는(5) 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 공간적 가상 주파수 스펙트럼 또는 시간적 불연속 주파수 스펙트럼의 시간적 통합이 피크 홀드 알고리즘(peak-hold algorithm)을 이용하여 또는 평균값 형성을 통해 실행되는 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 방법.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 실제 캡스트럼 값이 최대 9개의 인접한 실제 캡스트럼 구간으로부터 생성되는 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 방법.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 3개 이상의 인접한 실제 캡스트럼 구간으로부터 결정 가능한 실제 캡스트럼 값이 가산을 통해 생성되는 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 방법.
  18. 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 실제 캡스트럼 값과, 모니터링될 기계의 손상도가 상관 관계에 있는 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 방법.
  19. 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 목표-실제-비교의 사전 규정된 임계값이 초과되는 경우, 제공된 기계 유닛에 의해 비상 작동이 개시되는 것을 특징으로 하는, 기계의 실제 손상 상태를 검출하기 위한 방법.
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