KR20230002789A

KR20230002789A - 회전 기계 속력 추정

Info

Publication number: KR20230002789A
Application number: KR1020227040048A
Authority: KR
Inventors: 미할 오르키시; 야메스 오테빌; 요헨 트라우프
Original assignee: 터보 시스템즈 스위츠랜드 엘티디.
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2021-04-19
Publication date: 2023-01-05
Also published as: CN115698728A; EP4139694A1; US20230152178A1; EP3901635A1; WO2021213982A1; JP2023522909A

Abstract

회전 구성요소의 회전 속력을 추정하기 위한 프로세스, 및 회전 구성요소의 수용 가능한 회전자 불균형을 추정하기 위한 프로세스의 실시형태가 본원에서 제공된다. 차징 시스템용 회전 구성요소의 회전 속력을 추정하기 위한 프로세스는 센서에 의해서 회전 구성요소의 진동 신호를 측정하는 단계; 및 진동 신호의 복수의 피크 성분으로부터 고조파 열 구성원을 식별하는 단계를 포함한다. 또한, 프로세스는 고조파 열 구성원으로부터 후보 기본 주파수를 결정하는 단계; 및 진동 신호로부터 도출 진동 진폭 값을 결정하는 단계를 포함한다. 이러한 결정은 진동 신호의 필터링, 큰 진폭을 가지는 주기적 기여의 제거를 포함한다. 이어서, 스칼라 값이 필터링된 신호로부터 도출 진동 진폭 값으로서 도출되고, 이는 현재 속력에서의 필터링된 신호의 적분된 총 진동 진폭을 나타낸다. 프로세스는, 속력 값을 그 각각의 도출 진동 진폭 값과 연관시키는, 미리 결정된 속력-진폭 맵을 사용하여, 도출 진동 진폭 값과 후보 기본 주파수 사이의 일관성 조건을 검증하는 단계를 포함한다. 수용 가능한 회전자 불균형을 결정하기 위해서, 불균형이 수용 가능할 때 동시에 획득된 속력-진폭 맵을 추후의 시점에서의 속력-진폭 맵과 비교한다. 이러한 맵들 사이의 오프셋은 수용할 수 없는 불균형을 나타낼 수 있다.

Description

회전 기계 속력 추정

실시형태는 회전 구성요소의 회전 속력을 추정하기 위한 프로세스, 및 회전 구성요소의 회전자 불균형을 추정하기 위한 프로세스에 관한 것이다.

회전 기계를 이용하는 적용예에서, 회전 기계의 회전 구성요소가 동작되는 속력을 정확하게 결정하는 것이 종종 중요하다. 예를 들어, 회전 속력을 이용하여, 회전 구성요소가 받는 부하를 평가할 수 있고, 이는 이어서 시스템의 유지 보수가 필요한 때를 추정하기 위해서 이용될 수 있다.

회전 속력을 측정하기 위한 몇몇 접근 방식이 종래 기술에 알려져 있다. 종래 기술의 접근 방식은 일반적으로 속력 측정 장치, 예를 들어 태코미터(tachometer) 또는 자기 또는 유도 센서를 기초로 하는 블레이드 선단부 타이밍 센서를 포함한다.

이러한 접근 방식은 다양한 단점을 갖는다. 태코미터 및 블레이드 선단부 타이밍 센서 모두는, 예를 들어 제한된 공간 또는 회전 구성요소에 대한 제한된 접근성으로 인해서, 장착이 어려울 수 있다. 또한, 모든 알려진 접근 방식은 손상에 취약할 수 있고 고온 및 더러운 환경에서 부정확한 측정 결과를 초래한다. 예를 들어, 태코미터 또는 블레이드 선단부 타이밍 센서는 레이저를 포함할 수 있고, 고온 및 더러운 환경에서 시간 경과에 따라 점점 더 부정확한 측정 또는 심지어 완전한 실패를 초래할 수 있다.

다른 접근 방식은 기록된 진동 신호의 스펙트럼 분석을 기초로 하는 속력 추정 알고리즘을 이용한다. 파워 스펙트럼 내의 단일 피크 또는 신호로부터 회전 속력을 추정하는 것은 문제가 될 수 있는데, 이는 회전 속력의 잘못된 할당이 발생될 수 있기 때문이다. 속력 추정 알고리즘은 일반적으로 고조파 열(harmonic train), 즉 진동 신호의 파워 스펙트럼 내의 피크들의 시퀀스를 식별하는 것을 포함한다. 일반적으로, 진폭이 가장 큰 고조파 열의 구성원(member of harmonic train)을 이용하여 회전 기계의 회전 속력을 이용한다.

회전 구성요소가 복수의 블레이드 또는 기타를 포함하는 경우, 고조파 열의 가장 큰 진폭의 구성원은 회전 구성요소의 블레이드-통과 주파수로 나타날 것으로 예상된다. 블레이드-통과 주파수는 (블레이드의 수로 나누는 것에 의해서) 회전 속력과 용이하게 연관될 수 있다.

그러나, 종래 기술의 속력 추정 알고리즘은 또한 상당한 단점을 갖는다. 알고리즘은 작은 정수의 인수 또는 몫만큼 회전 속력을 잘못 식별하기 쉽다. 구체적으로, 회전 구성요소의 회전 속력에 관한 사전 지식을 이용할 수 없는 경우에, 스펙트럼에서 가장 큰 진폭 성분을 갖는 주파수(또는 주파수의 그룹)를 식별하는 것만을 기초로 하는 접근 방식은 회전 속력의 고조파를 자체적인 회전 속력으로 잘못 식별할 수 있다. 이는, 센서 및/또는 회전 기계, 및/또는 회전 기계(예를 들어, 케이싱)에 부착 또는 커플링될 수 있는 다른 구성요소의 주파수 응답이 더 큰 주파수에서보다 더 작은 주파수에서 성분을 감쇠시키는 경우에, 특히 그러하다. 다시 말해서, 예를 들어 주파수(f)의 1, 2, 또는 3배의 고조파 열이 주파수(f/2)의 2, 4, 6배의 고조파 열로부터 구별되지 못할 수 있다. 이러한 문제가 '옥타브 오류(Octave Error)'로도 지칭될 수 있다.

또한, 기록된 진동 신호의 스펙트럼 분석에서 추가적인 문제가 발생될 수 있고, 예를 들어 진동 신호의 노이즈가 너무 많아서 고조파 열을 신뢰 가능하게 식별할 수 없고 및/또는 다수의 고조파 열이 식별될 수 있고 및/또는, 파워 스펙트럼 내의 신호들/피크들 사이의 우발적인 상관 관계가 다른 것과 간섭할 수 있다.

간략히, 전술한 한계의 적어도 일부를 극복하기 위해서, 회전 구성요소의 회전 속력을 추정하기 위한 프로세스, 및 회전 구성요소의 회전자 불균형을 추정하기 위한 프로세스가 제공된다. 이러한 목적은, 제1항에 따른 회전 구성요소의 회전 속력을 추정하기 위한 프로세스, 및 제12항에 따른 회전 구성요소의 회전자 불균형을 추정하기 위한 프로세스에 의해서 달성된다. 특히, 본 발명의 목적은, 특히 고온 및 더러운 환경을 포함하는 까다로운 동작 조건에서, 회전 기계의 회전 속력의 추정의 정확성 및/또는 견고성을 개선하는 것이다.

실시형태에 따라, 차징 시스템(charging system)을 위한 회전 구성요소의 회전 속력을 추정하는 프로세스가 제공된다. 프로세스는:

센서에 의해서 회전 구성요소의 진동 신호를 측정하는 단계;

진동 신호의 복수의 피크 성분으로부터 고조파 열의 구성원을 식별하고; 고조파 열의 구성원으로부터 후보 기본 주파수를 결정하는 단계;

도출 진동 진폭 값을 진동 신호로부터 결정하는 단계; 및

미리 결정된 속력-진폭 맵을 사용하여, 도출 진동 진폭 값과 후보 기본 주파수 사이의 일관성 조건을 검증하는 단계를 포함한다.

다른 실시형태에 따라, 회전 구성요소의 수용 가능 회전자 불균형을 추정하기 위한 프로세스가 제공된다. 이러한 프로세스는:

A) 제1의 복수의 회전 속력에서 회전 구성요소를 동작시키고;

도출 진동 진폭 값을 제1의 복수의 회전 속력의 각각에 대해서 결정하고;

제1 속력-진폭 맵을 설정하는, 단계; 그리고

단계 A) 이후에:

B) 제2의 복수의 회전 속력에서 회전 구성요소를 동작시키고;

도출 진동 진폭 값을 제2의 복수의 회전 속력의 각각에 대해서 결정하고;

제2 속력-진폭 맵을 설정하는, 단계; 및

C) 제1 속력-진폭 맵과 제2 속력-진폭 맵 사이의 비교를 기초로 회전 구성요소의 회전자 불균형을 추정하는 단계를 포함한다.

당업자는, 이하의 상세한 설명을 읽고 첨부 도면을 볼 때, 추가적인 특징 및 장점을 인지할 것이다.

도면의 구성요소가 반드시 실제 척도(scale)인 것은 아니고, 그 대신에 본 발명의 원리를 설명할 때 강조된다. 또한, 도면에서, 유사한 참조 부호는 상응하는 부품을 나타낸다.
도 1은 본 개시 내용의 실시형태에 따른 도출 진동 진폭의 예를 도시한다.
도 2는 본 개시 내용의 실시형태에 따른 속력-진폭 표 및 속력-진폭 맵 함수를 도시한다.
도 3은 본 개시 내용의 실시형태에 따른 상이한 레벨의 회전자 불균형에 대한 속력-진폭 맵의 예를 도시한다.

이하의 상세한 설명에서, 그 일부를 형성하는 첨부 도면을 참조하고, 도면에는 본 발명의 구체적인 실시형태가 예시적으로 도시되어 있다.

본원에서 사용된 바와 같이, "가지는", "함유하는", "포괄하는", "포함하는" 등의 용어는, 기술된 요소 또는 특징의 존재를 나타내나 부가적인 요소 또는 특징을 배제하지는 않는, 개방형 용어이다.

본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고도, 다른 실시형태가 이용될 수 있고, 구조적 또는 논리적 수정이 또한 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그에 따라, 이하의 구체적인 설명은 제한적인 의미로 간주되지 않아야 하고, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해서 규정된다. 본원에서 설명된 실시형태는, 첨부된 청구항의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는 특정 언어를 사용한다. 명백하게 반대로 기술되지 않는 한, 그렇게 규정된 각각의 실시형태 및 각각의 양태가 임의의 다른 실시형태 또는 임의의 다른 양태와 조합될 수 있다.

실시형태에 따라, 차징 시스템을 위한 회전 구성요소의 회전 속력을 추정하는 프로세스가 제공된다.

프로세스는 센서에 의해서 회전 구성요소의 진동 신호를 측정하는 단계를 포함한다. "진동 신호"라는 용어는 센서에 의해서 얻어진 측정의 시간 도메인 표현(time domain representation)을 구체적으로 포함한다(그리고 바람직하게 나타낸다). 센서로 얻어진 측정의 주파수 도메인 표현은 본원에서 "파워 스펙트럼"으로 지칭된다.

센서는 예를 들어 가속도계, 마이크로폰, 또는 속도 센서일 수 있다. 센서는 다수의 유형의 신호를 측정하도록 또는 다수의 축을 따라 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서는 3-축 가속도계일 수 있다.

프로세스는 진동 신호 내의, 특히 진동 신호의 스펙트럼 내의 피크 성분을 식별하는 단계를 더 포함할 수 있다. 피크 성분의 식별은 주파수 도메인 표현(즉, 파워 스펙트럼으로부터의 주파수 도메인 표현)에서 용이할 수 있지만, 마찬가지로 진동 신호로부터 결정될 수 있다. 프로세스는 각각의 피크 성분의 주파수를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 피크 성분은, 파워 스펙트럼을 계산하는 것; 선택적으로 배경 신호를 피팅하고(fitting) 배경 신호를 빼는 것; 그리고 각 피크 성분의 진폭에 대한 다항식 피팅에 기초하여 피크 성분을 식별하는 것에 의해서, 진동 신호로부터 추출될 수 있다. 이러한 단계는 또한 "피크 산술적" 접근 방식으로 지칭될 수 있다.

프로세스는 복수의 피크 성분으로부터 고조파 열 구성원을 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 고조파 열 구성원은, 각각의 고조파 열 구성원의 주파수가 고조파 열 구성원의 적어도 하나의 다른 구성원의 실질적으로 정수의 분수 또는 실질적으로 정수의 배수라는 점에서, 고조파 열 구성원이 아닌 다른 피크 성분으로부터 구별될 수 있다. 다시 말해서, 프로세스는, 정수의 분수 및 정수의 배수가 고조파 열 구성원의 나머지 구성원에 최적으로 피팅되는 고조파 열 구성원을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. "실질적으로"라는 용어가 센서의 측정이나 반올림만큼 정확한 것으로 해석되어서는 안되는 점을 이해할 수 있고, 대신에 허용 오차 문턱값이 방법에서 미리 정의될 수 있는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 허용 오차 문턱값은 예를 들어 각각의 피크 주파수의 1%일 수 있다. 정수의 분수 또는 정수의 배수 더하기/빼기 허용 오차 문턱값 내에 포함되지 않는 피크 성분은 이어서 고조파 열 구성원으로 간주되지 않을 수 있다. 예를 들어, 허용 오차 문턱값은 정수의 분수 또는 정수의 배수의 1%일 수 있다.

프로세스는 후보 기본 주파수를 고조파 열 구성원으로부터 결정하는 단계를 포함한다. 후보 기본 주파수는 작업 가설로서 회전 구성요소의 회전 속력에 상응하는 것으로 가정한다. 본 개시 내용에 따른 프로세스의 다른 단계 중 몇몇을 실행하여, 후보 기본 주파수가 회전 속력에 실제로 상응하는지의 여부를 검증한다. 본 개시 내용의 실시형태는 "옥타브 오류"를 방지하기 위한 것이고, 그에 따라 잘못된 회전 속력의 도출을 방지하기 위한 것이다. 후보 기본 주파수는 또한 가능(likely) 회전 속력으로도 지칭될 수 있다. 예시적으로, 후보 기본 주파수는, 모든 다른 고조파 열 구성원의 실질적으로 정수의 분수 또는 실질적으로 정수의 배수인 고조파 열 구성원으로서 결정될 수 있다.

대안적인 실시형태에서, 후보 기본 주파수는 작업 가설로서 블레이드-통과 주파수에 상응하는 것으로 가정된다. (예를 들어, 이하의 "일관성 조건"이라는 항목에서 개시된 바와 같은) 비교를 위해서, 후보 기본 주파수를 회전 구성요소의 블레이드의 수로 나누어, 회전 구성요소의 가정된 회전 속력을 획득할 수 있다.

프로세스는, 검증 단계의 긍정적인 검증 결과의 경우에만, 후보 기본 주파수로부터 회전 속력을 결정하는 단계를 더 포함한다.

도출 진동 진폭

본 발명자는, 측정된 진동 신호가, 회전 구성요소의 회전 속력의 추정을 개선하기 위해서 이용될 수 있는 추가적인 정보를 갖는다는 것을 발견하였다. 이를 설명하기 위해서, 도 1을 참조한다.

도 1은 진동 진폭을 회전 속력의 함수로서 도시한다. 도 1에 도시된 (곡선("1")으로 표시된) 상부 곡선은 회전 구성요소의 각각의 개별적인 회전 속력에 대한 평균 제곱근(RMS) 진동 진폭에 상응한다. 도 1을 위해서, 회전 구성요소는 가변적인 회전 속력의 범위에서 동작되었다. 경험적으로, 회전 속력의 증가에 따라 RMS 진동 진폭이 증가되는 경향을 나타내지만, 단조로운 증가는 관찰되지 않는다. 결과적으로, 일부 특정 RMS 진폭 값이 다수의 회전 속력에 상응할 수 있다(예를 들어, 도 1의 쇄선 참조). 또한, 공진 또는 피크가, 회전 속력의 함수로서, RMS 진동 진폭에서 확인될 수 있다. 예를 들어 300 Hz를 약간 초과하는 회전 속력에서 확인될 수 있는 바와 같이, RMS 진동 진폭의 급격한 증가 후의 급격한 감소가 관찰된다. 이러한 공진 또는 피크는 센서, 및/또는 회전 기계, 및/또는 회전 기계에 부착 또는 커플링될 수 있는 다른 구성요소의 주파수 응답의 결과일 수 있다. 도 1의 상부 곡선에 도시된 형태의 진동 신호의 RMS 진동 진폭을 이용하는 것은 시간이 많이 소요되고 비실용적인 것으로 보인다.

본 개시 내용의 실시형태에 따른 프로세스는 도출 진동 진폭 값을 진동 신호로부터 결정하는 단계를 포함한다. 도출 진동 진폭 값은 진동 신호를 기초로 하나, RMS 진동 진폭 또는 진동 진폭 값을 직접 계산하기 위한 임의의 유사한 수단에 상응하지 않는다.

도출 진동 진폭 값의 결정은 특정 수학적 동작 또는 기타로 제한되지 않는다. 결정 단계는, 도출 진동 진폭 값이, 사용되는 임의의 구성요소, 예를 들어 센서, 센서의 배향, 회전 기계, 및/또는 회전 기계에 부착 또는 커플링된 다른 구성요소의 주파수 응답과 실질적으로 또는 완전히 독립적이 되도록, 수행된다. 도출 진동 진폭 값은, 예를 들어 진동의 평균 제곱근과 같은, 다른 표준 통계 메트릭(metric)에 관련된다. 그러나, 다른 표준 통계 메트릭과 대조적으로, 도출 진동 진폭 값은 케이스 특정 시스템 응답에 의해서 영향을 받지 않거나 크게 받지 않는다. 도출 진동 진폭 값은 또한 "무피크(peakless) 진폭 값" 및/또는 "시스템 응답 독립 진폭 값"으로 지칭될 수 있다. 단순한 용어로, 도출 진동 진폭은, 케이스 특정 시스템 응답에서 비롯된 가장 큰 진폭을 갖는 스펙트럼 지점의 적어도 일부를 폐기함으로써 결정될 수 있다. 바람직하게, 도출 진동 진폭이 회전 속력의 증가에 따라 대략적으로 또는 완전히 단조로운 거동을 나타내도록, 결정 단계가 실행된다.

도 1의 하부 곡선은 도출 진동 진폭의 예(곡선("2")으로 표시됨), 즉 각각의 개별적인 회전 속력에 대한 도출 진동 진폭 값을 더 도시한다. 도출 진동 진폭은 회전 속력에 따라 매끄럽고 단조로운 증가를 나타낸다.

일 실시형태에 따라, 결정 단계는 적어도 2개의 단계를 포함한다. 진동 신호가 필터링된다. 필터링 단계는 (시간 도메인 표현 내의) 진동 신호로부터 직접적으로 실행될 수 있거나, 대안적으로 파워 스펙트럼이 계산될 수 있고 필터링 단계가 파워 스펙트럼으로부터 도출될 수 있다. 전형적으로, 진동 신호의 필터링은 진동 신호에 대한 하나 이상의 큰 진폭 기여(즉, 특정의 큰 진폭 기여), 특히 시스템 응답으로 인한 큰 진폭 기여, 예를 들어 공진 향상을 제거하거나 빼는 것을 포함한다. 바람직하게, 필터링은 전체 범위를 진동 신호로부터 제거하는 것을 포함하지 않는다. 예를 들어, 진동 신호의 저역 통과 또는 고역 통과 또는 대역 통과 필터링은 의도되지 않는다. 이어서, 도출 진동 진폭 값을 결정하는 단계는 필터링된 진동 신호의 총 진동 진폭을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 단계는 또한 시간 도메인 표현 내에서 수행되거나, 주파수 도메인 표현 내의 파워 스펙트럼으로부터 돌출될 수 있다. 총 진동 진폭은 바람직하게 (바람직하게 필터링된) 진동 신호로부터 결정된 적분 진폭 값(integrated amplitude value)이다. 총 진동 진폭은 바람직하게 스칼라 값이다.

예시적으로, 도출 진동 진폭 값을 시간 도메인 내에서 결정하는 단계는 진동 신호를 디지털 필터링하는 단계를 포함한다. 하나의 예시적인 실시형태에 따라, 가장 큰 진폭 주기 성분(N)이 버그 방법(Burg's method)을 이용하여 식별되고 진동 신호로부터 감산된다. 하나의 예에서, N=100이 선택된다. 이어서, 도출 진동 진폭 값을 결정하는 단계는 디지털 필터링된 진동 신호의 총 진동 진폭을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에 따라, 총 진동 진폭은 디지털 필터링된 시간 파형의 평균 제곱근으로 계산된다. 전형적으로, 총 진동 진폭은 도출 진동 진폭 값이다. 도 1에 도시된 도출 진동 진폭은 N=100으로 버그 방법을 이용하는 것, 상단 N 성분을 감산하는 것, 그리고 시간 파형의 RMS를 계산하는 것에 의해서 계산되었다.

예시적으로, 주파수 시간 도메인에서 도출 진동 진폭 값을 결정하는 단계는 진동 신호에 대해서 큰 진폭 신호의 적어도 일부를 감산하는 것(제거하는 것)에 의해서 필터링하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 파워 스펙트럼의 가장 큰 진폭 신호의 상단의 적어도 10% 또는 적어도 15%가 제거될 수 있다. 이어서, 도출 진동 진폭 값의 결정은 필터링된 파워 스펙트럼의 총 진동 진폭을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에 따라, 총 진동 진폭은 디지털 필터링된 시간 스펙트럼의 평균 제곱근으로 계산된다. 전형적으로, 총 진동 진폭은 도출 진동 진폭 값이다. 유리하게, 주파수 도메인 계산은 시간 도메인 계산보다 적은 연산 비용으로 수행될 수 있다. 또한, 고조파 열 구성원을 식별하기 위해서 파워 스펙트럼이 계산되는 경우에, 파워 스펙트럼은 이미 이용 가능하다.

속력-진폭 맵

본 개시 내용의 실시형태는 회전 구성요소의 특성을 검증 또는 추정하기 위해서 미리 결정된 속력-진폭 맵을 이용한다. 미리 결정된 속력-진폭 맵은 회전 구성요소의 예상된 거동 또는 예상된 특성을 예측하는 것을 포함한다. 미리 결정된 속력-진폭 맵은, 회전 구성요소가 동작된 이전의 측정에 상응할 수 있거나 그로부터 도출될 수 있다. 미리 결정된 속력-진폭 맵은 바람직하게 회전 구성요소에 관한 정보를 포함하는 표(속력-진폭 표)이거나, 속력-진폭 표로부터 도출될 수 있다.

속력-진폭 표는 또한 저장소 등으로 지칭될 수 있고, 즉, 표는 몇몇 엔트리(entry)를 포함하는 정보 저장부에 상응한다. 속력-진폭 표 내의 엔트리는, 회전 구성요소가 동작된 회전 속력 및 각각의 도출 진동 진폭 값을 포함한다. 속력-진폭 표는 또한 "회전 속력-도출된 진동 진폭 값-표"로 지칭될 수 있으나, 간결함을 위해서 이하에서 그렇게 표시하지는 않는다. 속력-진폭 맵은 또한 "회전 속력-도출 진동 진폭 값-맵"으로도 지칭될 수 있다. 속력-진폭 표는 또한 추가적인 정보, 예를 들어 각각의 시간 및 날짜를 포함할 수 있으나, 회전 속력 및 각각의 도출 진동 진폭 값 이외의 모든 추가적인 엔트리는 선택적이다.

실시형태에 따라, 미리 결정된 속력-진폭 맵을 설정하는 단계는 회전 구성요소를 복수의 회전 속력에서 동작시키는 단계, 및 각각의 회전 속력에 대해서 각각의 도출 진동 진폭 값을 결정하는 단계를 포함한다. 도출 진동 진폭 값은 본원에서 개시된 실시형태 중 하나에 따라 결정된다. 속력-진폭 표는 미리 결정된 회전 속력 및 각각의 도출 진동 진폭 값을 더하는 것에 의해서 설정될 수 있다. 미리 결정된 속력-진폭 맵은 바람직하게 속력-진폭 표이거나, 속력-진폭 표로부터 도출될 수 있다.

예를 들어, 속력-진폭 표가 많은 수의 엔트리를 포함하는 경우에, 속력-진폭 맵이 속력-진폭 표로서 취해질 수 있다. (이하에서 구체적으로 설명되는 바와 같은) 후보 기본 주파수 및/또는 도출 진동 진폭 값과 속력-진폭 맵의 비교는 속력-진폭 표 내의 엔트리에 대한 "가장 가까운 이웃"의 탐색을 기초로 수행될 수 있다.

다른 실시형태에서, 프로세스는, 속력-진폭 표 내의 엔트리를 기초로, 속력-진폭 맵 함수, 즉 최적-피팅 함수를 결정하는 단계를 포함한다. 본 발명자는, 도출 진동 진폭 값의 십진 로그 또는 도출 진동 진폭 값의 세제곱근의 함수로서 회전 속력으로부터 도출된 맵 함수가 특히 적합하다는 것을 경험적으로 발견하였다. 두 유형 모두에서, 대략적으로 선형인 거동이 넓은 범위의 회전 속력에 걸쳐 관찰되었고, 그에 따라 단 두 개의 매개변수(기울기 및 절편)로 맵 함수를 공식화할 수 있다. 전형적으로, 속력-진폭 맵 함수는 속력-진폭 맵일 수 있다.

속력-진폭 맵의 다른 실시형태도 가능하다. 예를 들어, 프로세스는, 신경망 또는 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine)과 같은, 최적-피팅 모델 함수를 찾기 위한 속력-진폭 표 내의 엔트리를 기초로 하는 학습 알고리즘을 이용하는 단계를 포함할 수 있다.

도 2는 속력-진폭 표 및 속력-진폭 맵 함수의 예를 도시한다. 속력-진폭 표의 엔트리는 개방형 원으로 도시된 한편, 도 2에 도시된 정사각형은 이상값(outlier)으로 간주된다. 속력-진폭 맵 함수의 하나의 예시적인 실시형태가, 백색 선으로 도시된, 선형 함수로서 도 2에 도시되어 있다. 고차 다항식 속력-진폭 맵 함수가 또한 유리할 수 있다.

속력-진폭 맵을 설정하는 단계는 몇몇 상이한 방식으로 실행될 수 있다. 예시적인 실시형태에 따라, 속력-진폭 표의 엔트리가 교정 단계에서 생성된다. 이를 위해서, 미리 결정된 속력-진폭 맵을 설정하는 단계는 회전 구성요소를 복수의 미리 결정된 회전 속력에서 동작시키는 단계, 및 각각의 미리 결정된 회전 속력에 대해서 각각의 도출 진동 진폭 값을 결정하는 단계를 포함한다.

그러나, 본 개시 내용에 따른 교정 단계를 반드시 수행할 필요는 없다. 다른 예시적인 실시형태에 따라, 속력-진폭 표의 엔트리가 회전 구성요소의 정상 동작의 일부로서 생성된다. 회전 속력의 범위를 실질적으로 변화시켜 속력-진폭 표의 엔트리를 생성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 회전 구성요소를 작동시키는 동안, 즉 웜-업 위상 중에, 또는 회전 구성요소의 "속력 증가" 또는 "감속" 동작 중에, 속력-진폭 표에 대한 엔트리를 생성하는 것으로 충분할 수 있다.

일관성 조건

본 개시 내용의 실시형태는 미리 결정된 속력-진폭 맵을 사용하여, 도출 진동 진폭 값과 후보 기본 주파수 사이의 일관성 조건을 이용한다. 앞서 개시된 바와 같이, "후보 기본 주파수"는 작업 가설로서 회전 구성요소의 회전 속력인 것으로 가정한다. 프로세스는, 이러한 작업 가설이 신뢰 가능한지의 여부를 추정하기 위해서 일관성 조건을 검증하는 단계를 포함한다. 가장 넓은 의미에서, 일관성 조건은, 한편으로 도출 진동 진폭 값과 측정된 진동 신호로부터 결정된 후보 기본 주파수, 및 다른 한편으로 속력-진폭 맵으로부터의 하나 이상의 엔트리를 항목을 사용하는 비교로 이해될 것이다.

속력-진폭 맵은 주어진 도출 진동 진폭 값에 대한 예상 회전 속력을 결정하는 것을 가능하게 하고/하거나 주어진 회전 속력에 대한 예상 도출 진폭 값을 결정하는 것을 가능하게 한다. 일관성 조건은, 진동 신호로부터 결정된 값(도출 진동 진폭 값, 후보 기본 주파수)이 속력-진폭 맵으로부터 예상되는 범위 내에 있는 경우에, 후보 기본 주파수가 회전 구성요소의 회전 속력에 상응하는지의 여부를 검증할 수 있게 한다.

일 실시형태에 따라, 일관성 조건을 검증하는 단계는, 후보 기본 주파수가 회전 속력에 상응하는지의 여부를 검증하기 위해, 도출 진동 진폭 값에 대한 예상 회전 속력을 속력-진폭 맵으로부터 결정하는 단계를 포함한다. 예시적으로, 예상 회전 속력은, 속력-진폭 표 내의 도출 진동 진폭 값에 가장 가까운 이웃을 식별하는 것을 기초로, 속력-진폭 맵으로부터 결정될 수 있다. 다른 예시적인 양태에 따라, 예상 회전 속력은 속력-진폭 맵 함수를 기초로 하는 계산에 의해서 결정될 수 있다.

일관성 조건은 이하의 사양 중 하나 이상을 포함할 수 있다:

a) 후보 기본 주파수가 예상 회전 속력과 실질적으로 동일한 경우, 후보 기본 주파수에 상응하도록 회전 속력이 결정된다. 이러한 경우, 후보 기본 주파수는 속력-진폭 맵으로부터 예상되는 범위 내에 있다는 것이 결정되고, 그에 따라 작업 가설이 확인될 수 있고, 즉, 후보 기본 주파수는 회전 속력에 상응하는 것으로 결정된다.

"실질적으로"라는 용어가 센서의 측정이나 반올림만큼 정확한 것으로 해석되어서는 안되는 점을 이해할 수 있고, 대신에 허용 오차 문턱값이 미리 정의될 수 있는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 예상 회전 속력의 ±10% 내에 있는 후보 기본 주파수는 실질적으로 동일한 것으로 간주된다고 정의할 수 있다. "실질적으로"라는 용어의 이러한 정의는 조건 a)뿐만 아니라 후술되는 조건 b) 및 c) 모두에 적용된다.

b) 후보 기본 주파수가 예상 회전 속력의 정수의 분수 또는 정수의 배수와 실질적으로 동일한 경우, 회전 속력은, 후보 기본 주파수를 정수의 분수 또는 정수의 배수 비율로 나눈 값에 상응하도록 결정된다. 이를 위해서, 후보 기본 주파수 및 예상 회전 속력의 비율을 계산하는 것이 유리할 수 있다. 이 경우, 후보 기본 주파수가 속력-진폭 맵으로부터 예상되는 범위 내에 있지 않다는 것이 결정되고, 그에 따라 작업 가설이 파기될 수 있다. 후보 기본 주파수의 결정에서, "옥타브 오류"가 발생하였다. 본 개시 내용의 실시형태에 따라, 그에 따라, 후보 기본 주파수의 결정에서 발생된 임의의 "옥타브 오류"의 보정이 의도된다.

예상 회전 속력과 정수의 배수 비율만큼 상이한 후보 기본 주파수의 예가 도 2에 도시되어 있다. 두꺼운 정사각형으로 표시된 데이터 점은 결정된 도출 진동 진폭 값과 각각의 후보 기본 주파수의 쌍에 상응한다. 이러한 후보 기본 주파수는 속력-진폭 맵 함수 또는 유사한 도출 진동 진폭 값을 갖는 속력-진폭 표 내의 엔트리로부터 제거된다. 도 2의 예시적인 후보 기본 주파수는 2의 인자만큼 예상 회전 속력과 상이하다(예를 들어, 도 2의 두꺼운 원과 비교). 일관성 조건 b)에 따라 회전 속력은 후보 기본 주파수를 2의 인자로 나누는 것에 의해서 결정된다. 또한, 도 2는 옥타브 오류가 발생된 몇몇 다른 예를 도시한다.

c) 후보 기본 주파수가 예상 회전 속력과 실질적으로 동일하지 않고 예상 회전 속력의 정수의 분수 또는 정수의 배수와 실질적으로 동일하지 않은 경우, 회전 속력은 예상 회전 속력에 상응하도록 결정된다. 예시를 위해서, 조건 c)는, 후보 기본 주파수가 예상 회전 속력과 예를 들어 1.4의 인자만큼 다른 경우에 적용될 수 있다. 이 경우, 후보 기본 주파수의 결정이 제한된 신뢰성을 갖는다는 것이 결정된다. 예를 들어, 이는, 진동 신호가 너무 노이즈가 많아서 고조파 열 구성원을 신뢰 가능하게 식별할 수 없는 경우 및/또는 파워 스펙트럼 내의 신호들/피크들 사이의 우발적인 상관 관계가 발생하여 다른 것과 간섭을 일으킬 수 있는 경우일 수 있다. 조건 c)에 따라, 회전 속력의 추정은 (예상 회전 속력을 결정하는 것에 의해서) 도출 진동 진폭 값을 기초로 결정되는 반면, 후보 기본 주파수는 무시된다. 대안적인 양태에 따라, 회전 속력은 프로세스의 선행 실행에서 결정된(즉, 이전 시간 간격으로부터 추정된) 추정 회전 속력에 상응하도록 결정될 수 있다.

다른 실시형태에 따라, 일관성 조건을 검증하는 단계는, 후보 기본 주파수가 회전 속력에 상응하는지의 여부를 검증하기 위해서, 미리 결정된 속력-진폭 맵으로부터 후보 기본 주파수에 대한 예상 도출 진동 진폭 값을 결정하는 단계를 포함한다. 이러한 실시형태는 이전 실시형태에 대한 대안이고, 즉 (전술한 바와 같이) 도출 진동 진폭 값에 대한 예상 회전 속력을 결정하는 대신, 이러한 실시형태는 후보 기본 주파수에 대한 예상 도출 진폭 진동 값을 결정하는 단계를 포함한다. 예시적으로, 예상 도출 진동 진폭 값은 속력-진폭 표에서 후보 기본 주파수에 가장 근접한 이웃을 식별하는 것을 기초로 하여 속력-진폭 맵으로부터 결정될 수 있거나, 또는 다른 예시적인 양태에 따라, 예상 도출 진동 진폭 값은 속력-진폭 맵 함수를 기초로 하는 계산에 의해서 결정될 수 있다.

일관성 조건은 이하의 조건을 포함할 수 있다:

a) 예상 도출 진동 진폭 값이 도출 진동 진폭 값과 실질적으로 동일한 경우에, 회전 속력은 후보 기본 주파수에 상응하도록 결정된다.

일관성 조건은 유사한 방식으로 대안적인 실시형태에 대해서 전술한 b) 및 c)와 같은 추가적인 조건을 포함할 수 있다.

추가적인 양태

일 양태에 따라, 회전 구성요소의 회전 속력을 추정하는 프로세스는 추정된 회전 속력 및 각각의 도출 진동 진폭 값으로 속력-진폭 맵을 업데이트하는 단계를 포함한다. 이는, 프로세스에 의해서 추정된 회전 속력 및 각각의 도출 진동 진폭 값을 속력-진폭 표에 추가하기 위한 것이다. 이러한 추가 단계는 속력-진폭 맵의 신뢰성 및 일관성 조건을 점점 개선할 수 있다. 이는 또한, 업데이트된 속력-진폭 표를 기초로 속력-진폭 맵 함수를 업데이트하거나 재-평가하기 위한 것일 수 있다. 전형적으로, 문턱값이 규정되고, 문턱값 보다 큰 추정된 회전 속력 및 각각의 도출 진동 진폭 값의 쌍은 속력-진폭 맵을 업데이트하는 데 사용되지 않고, 즉 무시된다. 문턱값은 속력-진폭 표의 하나 이상의 가장 근접한-이웃 엔트리로부터 특정 편차(예를 들어, 5% 또는 10%)로 규정될 수 있고/있거나, 속력-진폭 맵 함수가 사용되는 경우, 문턱값은 속력-진폭 맵 함수를 기초로 계산된 값(예상 회전 속력 또는 예상 도출 진동 진폭 값)으로부터 특정 편차(예를 들어, 5% 또는 10%)로 규정될 수 있다.

본 개시 내용의 일반적인 양태에 따라, 프로세스는 짧은 시간 스케일에서 센서를 이용한 측정을 기초로 회전 속력의 추정을 산출하도록 의도된다. 센서를 이용한 측정은 1초 미만에 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 각각의 데이터 점은 약 0.32초 동안 수집된 측정으로부터 결정되었다. 이러한 프로세스의 결과로 추정되는 회전 속력은 또한 "순간 회전 속력" 또는 "현재 회전 속력"으로 지칭될 수 있다. 프로세스는 유리하게 회전 속력의 신속하고 신뢰할 수 있는 결정을 가능하게 하고, 짧은 시간 스케일에서 회전 속력의 변화를 모니터링할 수 있게 한다. 그러나, 이러한 프로세스는 또한, 센서로 장기간 측정하는 경우, 회전 속력의 추정을 가능하게 한다.

일 양태에 따라, 회전 구성요소의 회전 속력을 추정하기 위한 프로세스는 온라인 프로세스이다. 본원에서 사용된 "온라인 프로세스"라는 용어는, 프로세스가 회전 구성요소의 동작 중에, 특히 회전 기계의 현재 동작 조건을 기초로 하는 실시간 프로세스로서 실행되는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 프로세스는 짧은 시간 스케일에서, 예를 들어 1초 미만 또는 몇 초 이내에 회전 속력을 추정하기 위한, 그리고 사용자에게 실시간으로 또는 거의 즉각적으로 결과를 제공하기 위한 것이다. 또한, 회전 구성요소의 동작은 프로세스의 영향을 받지 않고, 어떤 식으로든 동작을 방해하지 않으면서 프로세스를 수행하기 이전, 도중 및 이후에 연속적으로 실행될 수 있다. 또한, 프로세스는 속력-진폭 맵을 미리 결정 및/또는 업데이트하는 것, 및/또는 속력-진폭 맵 함수를 온라인으로 결정 및/또는 업데이트하는 것을 포함할 수 있다.

일 양태에 따라, 센서는 다수의 유형의 신호를 측정하도록 또는 다수의 축을 따라 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서는 3-축 가속도계일 수 있다. 프로세스는 각각의 축에 대해서 개별적으로 후보 기본 주파수 및 도출 진동 진폭 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이어서, 그리고 바람직하게 일관성 조건을 검증하기 전에, (각각의 축으로부터 초래된) 복수의 후보 기본 주파수 및 (각각의 축으로부터 초래된) 복수의 도출 진동 진폭 값이 평균화될 수 있다.

일 양태에 따라, 회전 구성요소는 터보차징 시스템 및/또는 터보컴파운드의 회전 구성요소이다. 예시적으로, 회전 구성요소는 터보차저 블레이드일 수 있고/있거나 회전 기계는 터보차저일 수 있다. 본 개시 내용의 실시형태는, 특히 고온 및 더러운 환경을 포함하는 까다로운 동작 조건에서, 원격 감지가 가능함에 따라, 특히 연소 엔진, 그리고 특히 터보차징 시스템 및/또는 터보컴파운드를 위한 차징 시스템에서 특히 유리하다.

본 개시 내용의 실시형태는, 온라인 업데이트 및 회전 속력의 연속적인 판독을 포함하는, 다양한 추가적인 장점을 가능하게 한다. 회전 속력의 추정은 회전 기계의 부하 프로파일을 결정할 수 있게 하고, 특히 부하 프로파일을 연속적으로 결정할 수 있게 한다. 프로세스는 또한 종래 기술의 방법에 비해서 회전 속력 추정의 신뢰성 및 견고성을 상당히 개선한다. 프로세스는, 시스템 수명 주기를 연장하면서, 최고 수준의 용량, 신뢰성, 유연성 및 안전성으로 회전 구성요소 및 회전 기계를 동작시킬 수 있게 한다.

수용 가능한 회전자 불균형을 추정하기 위한 프로세스

실시형태에 따라, 회전 구성요소의 수용 가능 회전자 불균형을 추정하기 위한 프로세스가 제공된다. 수용 가능한 회전자 불균형을 추정하기 위한 프로세스는 회전 속력을 추정하기 위한 프로세스와 연관되고, 대체로 후자와 동일한 특징을 포함한다. 수용 가능한 회전자 불균형을 추정하기 위한 프로세스는 바람직하게 또한 회전 구성요소의 회전 속력을 추정하는 단계를 포함하고, 특히 진동 신호로부터 도출 진동 진폭 값을 결정하는 단계 및 속력-진폭 맵을 이용하는 단계를 포함한다.

회전 구성요소의 수용 가능한 회전자 불균형을 추정하는 단계는 단계 A) 및 단계 B)를 포함한다. 단계 A) 및 B)는 상이한 시점들에서 실행되고, 단계 B)는 단계 A) 이후에 실행된다. 바람직하게, 단계 A)는, 회전 구성요소가 약간의 불균형을 나타내거나 불균형을 나타내지 않는 시점에, 예를 들어, 초기 동작 후 또는 유지 보수 후에 실행된다. 예를 들어, 단계 B)는 단계 A) 후 몇 시간, 며칠, 몇 달 또는 심지어 몇 년 후에 실행될 수 있다. 단계 A) 및 B)를 실행하여 얻은 결과는 각각 해당 시점에서 회전 구성요소의 상태 또는 조건을 특성화하는 것으로 간주될 수 있다. 회전 구성요소 조건의 상태 또는 조건의 변화는 일반적으로 몇 개월 또는 몇 년의 기간 내에 예상되지만, 이는 그러한 적용예에 따라 달라진다. 단계 A) 및 B) 사이의 비교를 용이하게 하기 위해서, 단계 A) 및 B)에 대해 동일한 하위-단계를 수행하는 것이 바람직하다. 그러나, 동일한 기술적 매개변수(예를 들어, 동일한 회전 속력)로 단계 A) 및 B)를 실행할 필요는 없다.

단계 A)는 이하의 하위-단계를 포함한다:

제1의 복수의 회전 속력에서 회전 구성요소를 동작시키는 하위-단계;

도출 진동 진폭 값을 제1의 복수의 회전 속력의 각각에 대해서 결정하는 하위-단계; 및

제1 속력-진폭 맵을 설정하는, 하위-단계.

바람직하게, 단계 A)는 센서에 의해서 회전 구성요소의 제1의 복수의 진동 신호를 측정하는 단계를 포함한다.

일 양태에 따라, 회전 구성요소를 동작시키는 단계는 복수의 미리 결정된 회전 속력에서 수행될 수 있다. 이러한 경우에, 회전 속력은 알려져 있고, 프로세스는 회전 속력을 결정하는 단계를 필요로 하지 않는다. 이러한 양태는 또한 교정 단계로 지칭될 수 있다.

그러나, 본 개시 내용에 따른 교정 단계를 반드시 수행할 필요는 없다. 다른 양태에 따라, 회전 구성요소는 회전 구성요소의 정상 동작의 일부로서 동작될 수 있다. 이 경우, 프로세스는 본 개시 내용의 임의의 실시형태에 따른 진동 신호 스펙트럼의 복수의 피크 성분으로부터 고조파 열 구성원을 식별하는 단계, 및 본 개시 내용의 임의의 실시형태에 따른 고조파 열 구성원으로부터 후보 기본 주파수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

제1의 복수의 회전 속력 각각에 대한 도출 진동 진폭 값을 결정하는 단계, 및 제1 속력-진폭 맵을 설정하는 단계가 본 개시 내용의 임의의 실시형태에 따라 실행될 수 있다.

제1 속력-진폭 맵이 특정 수의 엔트리를 포함하면, 프로세스는 제1 속력-진폭 맵을 이용하여 도출 진동 진폭 값과 후보 기본 주파수 사이의 일관성 조건을 검증하는 단계를 더 포함할 수 있다. 도출 진동 진폭 값 및 각각의 후보 기본 주파수는 제1 속력-진폭 표에 추가될 수 있거나 무시될 수 있다.

제1 속력-진폭 맵을 설정하는 단계는 본 개시 내용의 임의의 실시형태에 따른 제1 속력-진폭 표를 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 속력-진폭 표는 제1의 복수의 회전 속력 및 각각의 도출 진동 진폭 값을 포함할 수 있다. 제1 속력-진폭 맵은 바람직하게 속력-진폭 표이거나, 속력-진폭 표로부터 도출될 수 있다. 또한, 제1 속력-진폭 맵을 설정하는 단계는 제1 속력-진폭 표 내의 엔트리를 기초로 제1 속력-진폭 맵 함수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 속력-진폭 맵 함수는 본 개시 내용의 임의의 실시형태에 따라 결정될 수 있다.

동일 고려 사항 및/또는 하위-단계가 단계 B)에 적용된다. 바람직하게, 단계 B)는 센서에 의해서 회전 구성요소의 제2의 복수의 진동 신호를 측정하는 단계를 포함한다.

프로세스는, 제1 속력-진폭 맵과 제2 속력-진폭 맵 사이의 비교를 기초로 회전 구성요소의 회전자 불균형을 추정하는 단계 C)를 더 포함한다. 본 발명자는, 놀랍게도, 회전 구성요소의 상태 또는 조건에 따라 속력-진폭 맵이 시간에 걸쳐 변화된다는 것을 발견하였다.

이러한 발견을 설명하기 위해서, 도 3은 제1 순간에 기록된 제1 속력-진폭 표("[1]"을 따른 지점) 내의 엔트리 및 제1 속력-진폭 맵 함수("[1]"을 따른 지점을 통한 선), 그리고 회전자에 불균형이 도입된 후에 기록된 제2 속력-진폭 표("[2]"를 따른 지점) 내의 엔트리 및 제2 속력-진폭 맵 함수("[2]"를 따른 지점을 통한 선)를 도시한다. 회전 속력은 두 곡선에 대한 도출 진동 진폭의 함수로서 다소 유사한 거동을 나타낸다. 그러나, 제1 및 제2 속력-진폭 맵들 사이의 이동이 확인될 수 있고, 이는 (유사한 회전 속력들에 대한) 도출 진동 진폭 값의 약 10배에 상응한다. 본 발명자는, 이러한 이동이 회전자 불균형으로부터 비롯되고 그와 함께 증가된다는 것을 관찰하였다.

제1 속력-진폭 맵과 제2 속력-진폭 맵을 비교하는 것은, 회전자 불균형이 수용 가능한 수준인지의 여부를 추정할 수 있게 한다. 프로세스는 유리하게 회전자 불균형 문제를 조기에 검출할 수 있게 한다. 프로세스는 회전 구성요소 또는 회전 기계에 대한 유지보수가 필요한지의 여부에 대해서 판단하는데 도움을 줄 수 있다. 그에 따라, 프로세스는 초기 단계에서의 회전 구성요소 또는 회전 기계의 서비스를 용이하게 할 수 있고, 그에 따라 정교한 유지 보수 또는 심지어 완전한 고장을 제거할 수 있다. 회전 구성요소의 동작은 프로세스의 영향을 받지 않고, 어떤 식으로든 회전 구성요소의 동작을 방해하지 않으면서 실행될 수 있다.

회전 구성요소의 불균형을 추정하는 단계는 제1 속력-진폭 맵과 제1 속력-진폭 맵 사이의 이동을 기초로 할 수 있다. 이동은, 예를 들어 제1 및 제2 속력-진폭 표의 엔트리들 사이의 도출 진동 진폭 값의 평균 이동을 기초로, 제1 속력-진폭 맵과 제2 속력-진폭 맵 사이의 도출 진동 진폭 값의 평균 이동으로서 정량화될 수 있다.

회전 구성요소의 불균형이 수용 가능한지 여부를 추정하는 단계는 미리 규정된 또는 사용자-규정된 매개변수, 특히 경험적으로 확립된 매개변수를 기초로 할 수 있다. 미리 규정된 또는 사용자-규정된 매개변수가 미리 결정된 불균형 문턱값을 초과하는 경우, 불균형은 수용 가능하지 않은 것으로 간주될 수 있다.

회전 구성요소의 불균형을 추정하는 단계는 속력-진폭 맵 함수를 규정하기 위해서 사용되는 매개변수를 기초로 할 수 있다. 예를 들어, 추정은 제1 속력-진폭 맵 함수와 제2 속력-진폭 맵 함수 사이의 회전 속력 오프셋 또는 도출 진폭 오프셋을 기초로 할 수 있다. 예를 들어, 도 3에서, 곡선("2")은 x-축을 따라 곡선("1")에 비해 주로 이동된 것(즉, 도출 진폭의 10진수 로그)으로 나타난다. 대안적으로, 오프셋은 또한 회전 속력 오프셋과 도출 진폭 오프셋의 조합으로 특정될 수 있다. 오프셋이 미리 결정된 불균형 문턱값보다 큰 경우, 불균형은 수용 가능하지 않은 것으로 간주될 수 있다.

일 실시형태에 따라, 회전 구성요소의 수용 가능 회전자 불균형을 추정하기 위한 프로세스는:

A) 본 개시 내용의 임의의 실시형태에 따라 제1의 복수의 회전 속력에서 회전 구성요소의 회전 속력을 추정하기 위한 프로세스를 수행하는 단계;

그리고, 단계 A) 이후에:

B) 본 개시 내용의 임의의 실시형태에 따라 제2의 복수의 회전 속력에서 회전 구성요소의 회전 속력을 추정하기 위한 프로세스를 수행하는 단계; 및

일 양태에 따라, 회전 구성요소는 터보차징 시스템 및/또는 터보컴파운드의 회전 구성요소이다. 예시적으로, 회전 구성요소는 터보차저 블레이드일 수 있고/있거나 회전 기계는 터보차저일 수 있다. 본 개시 내용의 실시형태는, 특히 고온 및 더러운 환경을 포함하는 까다로운 동작 조건에서, 원격 감지가 가능함에 따라, 차징 시스템, 그리고 특히 터보차징 시스템 및/또는 터보컴파운드에서 특히 유리하다. 본 개시 내용의 실시형태는, 온라인 업데이트 및 회전 속력의 연속적인 판독을 포함하는, 다양한 추가적인 장점을 가능하게 한다.

Claims

차징 시스템용 회전 구성요소의 회전 속력을 추정하기 위한 방법이며:
센서에 의해서 회전 구성요소의 진동 신호를 측정하는 단계;
진동 신호의 복수의 피크 성분으로부터 고조파 열의 구성원을 식별하고; 고조파 열의 구성원으로부터 후보 기본 주파수를 결정하는 단계;
상기 진동 신호로부터 도출 진동 진폭 값을 결정하는 단계로서, 상기 진동 신호에 대해서 큰 진폭 신호를 제거하는 것에 의해서 상기 진동 신호를 필터링하는 것을 포함하는, 단계; 및
미리 결정된 속력-진폭 맵을 사용하여, 상기 도출 진동 진폭 값과 상기 후보 기본 주파수 사이의 일관성 조건을 검증하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 일관성 조건을 검증하는 단계가:
상기 후보 기본 주파수가 상기 회전 속력에 상응하는지의 여부를 검증하기 위해, 상기 도출 진동 진폭 값에 대한 예상 회전 속력을 상기 속력-진폭 맵으로부터 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제2항에 있어서,
a) 상기 후보 기본 주파수가 상기 예상 회전 속력과 실질적으로 동일한 경우, 상기 후보 기본 주파수에 상응하도록 상기 회전 속력이 결정되고; 및/또는
b) 상기 후보 기본 주파수가 상기 예상 회전 속력의 정수의 분수 또는 정수의 배수와 실질적으로 동일한 경우, 상기 회전 속력은, 상기 후보 기본 주파수를 정수의 분수 또는 정수의 배수 비율로 나눈 값에 상응하도록 결정되고; 및/또는
c) 상기 후보 기본 주파수가 상기 예상 회전 속력과 실질적으로 동일하지 않고 상기 예상 회전 속력의 정수의 분수 또는 정수의 배수와 실질적으로 동일하지 않은 경우, 상기 회전 속력은 상기 예상 회전 속력에 상응하도록 결정되는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 회전 속력에서 상기 회전 구성요소를 동작시키는 것; 그리고
각각의 도출 진동 진폭 값을 상기 회전 속력의 각각에 대해서 결정하는 것; 그리고
회전 속력 및 각각의 도출 진동 진폭 값을 포함하는 속력-진폭 표를 설정하는 것에 의해서,
상기 미리 결정된 속력-진폭 맵을 설정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제4항에 있어서,
상기 속력-진폭 맵을 결정하는 단계는:
상기 속력-진폭 표 내의 엔트리를 기초로 속력-진폭 맵 함수를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 추정 회전 속력 및 각각의 도출 진동 진폭 값으로 상기 속력-진폭 맵을 업데이트하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도출 진동 진폭 값을 결정하는 단계는:
상기 필터링된 진동 신호의 총 진동 진폭을 결정하는 단계를 더 포함하고,
특히, 상기 총 진동 진폭은 상기 필터링된 진동 신호 스펙트럼의 루트-합-제곱(root-sum-square)을 기초로 하거나; 상기 총 진동 진폭은 상기 필터링된 진동 신호의 평균 제곱근을 기초로 하는, 방법.
제7항에 있어서,
상기 진동 신호를 필터링하는 단계가:
상기 진동 신호의 파워 스펙트럼의 가장 큰 진폭 신호의 적어도 10%를 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 온라인 프로세스이고, 특히 상기 속력-진폭 맵을 미리 결정하는 단계 및/또는 상기 속력-진폭 맵 함수를 결정하는 단계가 온라인으로 실행되는, 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전 구성요소가 터보차징 시스템 및/또는 터보컴파운드의 회전 구성요소인, 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고조파 열 구성원을 추출하는 단계가:
상기 진동 신호 내의 피크 성분을 식별하고 상기 피크 성분의 각각의 주파수를 결정하는 단계; 및
상기 복수의 피크 성분으로부터 고조파 열 구성원을 추출하는 단계로서, 상기 각각의 고조파 열 구성원의 주파수는 상기 고조파 열 구성원의 적어도 하나의 다른 구성원의 실질적으로 정수의 분수 또는 실질적으로 정수의 배수인, 단계를 포함하는, 방법.
회전 구성요소의 수용 가능한 회전자 불균형을 추정하기 위한 방법이며:
A) 상기 회전 구성요소를 제1의 복수의 회전 속력에서 동작시키고 상기 회전 구성요소의 제1의 복수의 진동 신호를 측정하며;
상기 제1의 복수의 회전 속력의 각각에 대해서 도출 진동 진폭 값을 결정하고; 이는, 상기 진동 신호에 대해서 큰 진폭 신호를 제거하는 것에 의해서 상기 제1의 복수의 진동 신호를 필터링하는 것을 포함하며;
제1 속력-진폭 맵을 설정하는, 단계; 그리고 단계 A)에 이어서:
B) 상기 회전 구성요소를 제2의 복수의 회전 속력에서 동작시키고 상기 회전 구성요소의 제2의 복수의 진동 신호를 측정하고;
제2의 복수의 회전 속력의 각각에 대해서 도출 진동 진폭 값을 결정하고; 이는, 상기 진동 신호에 대해서 큰 진폭 신호를 제거하는 것에 의해서 상기 제2의 복수의 진동 신호를 필터링하는 것을 포함하며;
제2 속력-진폭 맵을 설정하는, 단계;
C) 상기 제1 속력-진폭 맵과 상기 제2 속력-진폭 맵 사이의 비교를 기초로 상기 회전 구성요소의 회전자 불균형을 추정하는 단계를 포함하는, 방법.
제12항에 있어서,
A) 상기 제1의 복수의 회전 속력 및 상기 각각의 도출 진동 진폭 값을 포함하는 제1 속력-진폭 표를 설정하는 것;
상기 제1 속력-진폭 표 내의 엔트리를 기초로 제1 속력-진폭 맵 함수를 결정하는 것에 의해서;
상기 제1 속력-진폭 맵을 설정하는 단계;
B) 상기 제2의 복수의 회전 속력 및 상기 각각의 도출 진동 진폭 값을 포함하는 제2 속력-진폭 표를 설정하는 것;
상기 제2 속력-진폭 표 내의 엔트리를 기초로 제2 속력-진폭 맵 함수를 결정하는 것에 의해서;
상기 제2 속력-진폭 맵을 설정하는 단계; 및
C) 상기 제1 속력-진폭 맵과 제2 속력-진폭 맵 사이의 이동을 기초로, 그리고 특히 상기 제1 속력-진폭 맵 함수와 제2 속력-진폭 맵 함수 사이의 회전 속력 오프셋 또는 도출 진폭 오프셋을 기초로, 상기 회전 구성요소의 불균형을 추정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 회전 구성요소가 터보차징 시스템 및/또는 터보컴파운드의 회전 구성요소인, 방법.