(57)【要約】      （修正有）【課題】回転ロータブレード健全性を監視するためのシステムを提供する。【解決手段】本システム１００は、到着時間ＴＯＡセンサ１１、１１１、２１１、１２と、制御装置とを含み、制御装置は、回転ロータブレード３１１の到着時間を表すＴＯＡ信号をそれぞれのＴＯＡセンサ１１、１１１、２１１、１２から得るようにかつ該ＴＯＡ信号から初期特徴を決定するように構成されたプロセッサ１３と、回転ロータブレードの健全性を評価するのに使用するために、プロセッサ１３から受けた初期特徴を統合するように構成された特徴レベルフューザ１５とを含む。【選択図】図１
2010144727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
到着時間（ＴＯＡ）センサ（１１、１１１、２１１、１２）と、
制御装置と、
を含み、前記制御装置が、
回転ロータブレード（３１１）の到着時間を表すＴＯＡ信号を前記それぞれのＴＯＡセンサから得るようにかつ該ＴＯＡ信号から初期特徴を決定するように構成されたプロセッサ（１３）と、
前記回転ロータブレードの健全性を評価するのに使用するために、前記プロセッサから受けた前記初期特徴を統合するように構成された特徴レベルフューザ（１５）と、を含む、
システム。
【請求項２】
前記制御装置が、前記ＴＯＡセンサから得たＴＯＡ信号を統合することによって結合特徴を得るようになったセンサレベルフューザ（１４）をさらに含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記特徴レベルフューザが、前記回転ロータブレードの健全性を評価するのに使用するために、前記初期特徴に加えて前記結合特徴を統合するようにさらに構成される、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記センサが、前縁センサ（１１、１１１、２１１）、後縁センサ（１２）又はそれらの組合せを含む、請求項１乃至３のいずれか１項記載のシステム。
【請求項５】
前記初期特徴が、過渡運転時における静的撓み、動的撓み、間隙、ブレード捩れプロファイル、振動数離調又はそれらのいずれかの組合せを含む、請求項１乃至４のいずれか１項記載のシステム。
【請求項６】
前記プロセッサが、前記ＴＯＡ及び所定のＴＯＡを使用してデルタＴＯＡを決定し、前記回転ロータブレードの作動パラメータにおける変動に対して前記デルタＴＯＡを正規化することによって補正デルタＴＯＡを決定し、かつ前記補正デルタＴＯＡを使用して前記初期特徴を決定するようにさらに構成される、請求項１乃至５のいずれか１項記載のシステム。
【請求項７】
システムであって、
到着時間（ＴＯＡ）センサ（１１、１１１、２１１、１２）と、
制御装置と、
を含み、前記制御装置が、
回転ロータブレードの到着時間を表すＴＯＡ信号を得るようにかつ該ＴＯＡ信号を統合して結合特徴を得るように構成されたセンサレベルフューザ（１４）と、
前記回転ロータブレードの健全性を評価するのに使用するために、前記到着時間センサから得た到着時間信号と前記センサレベルフューザからの結合特徴とを統合するように構成されたプロセッサ（１３）と、を含む、
システム。
【請求項８】
システムであって、
到着時間（ＴＯＡ）センサ（１１、１１１、２１１、１２）と、
制御装置と、
を含み、前記制御装置が、
回転ロータブレードの健全性を評価するのに使用するために、該回転ロータブレードの到着時間を表すＴＯＡ信号を前記それぞれのＴＯＡセンサから得るようにかつ該ＴＯＡ信号から初期特徴を決定するようになったプロセッサ（１３）と、
前記ＴＯＡセンサから得たデータを統合することによって結合特徴を得るようになったセンサレベルフューザ（１４）と、
前記到着時間センサからの到着時間信号と前記結合特徴とを統合するようになった特徴レベルフューザ（１５）と、
前記プロセッサから前記初期特徴を受けかつロータブレード割れ長さ及びロータブレード割れ伝播時間に関するデータを推定するようになった物理モデラ（１７）と、
前記ロータブレード割れの確率に関するデータを推定するようになった信頼性モデラ（１８）と、
前記特徴レベルフューザ、物理モデラ及び信頼性モデラから受けたデータを統合して、該統合データから前記回転ロータブレードの健全性を判定するようになった判定レベルフューザ（１９）と、を含む、
システム。
【請求項９】
前記制御装置が、前記回転ロータブレードの作動パラメータデータを求めかつ該作動パラメータデータを前記特徴レベルフューザ及び物理モデラに与えるようになったオンサイトモニタ（１６）をさらに含む、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
回転ロータブレードの到着時間（ＴＯＡ）及び作動パラメータを求めるステップと、
前記ＴＯＡ及び所定のＴＯＡを使用してデルタＴＯＡを決定するステップと、
前記回転ロータブレードの作動パラメータにおける変動に対して前記デルタＴＯＡを正規化することによって補正デルタＴＯＡを決定するステップと、
前記補正デルタＴＯＡから初期特徴を得るステップと、
前記初期特徴と前記作動パラメータとを統合することによって前記回転ロータブレードの割れ長さ及び割れ伝播時間を得るステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはロータブレードの健全性を監視するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータブレード又は回転ブレードは、多くの装置内で使用されており、その幾つかの例には、圧縮機、タービン及びエンジンが含まれる。例えば、軸流圧縮機は、一連の段を有しており、各段は、ロータブレードの列と後続するステータブレードの列とを含む。
【０００３】
軸流圧縮機は、多数の装置内で使用されており、その一例には、地上設置式ガスタービンが含まれる。地上設置式ガスタービンは一般的に、空気を加速する吸気セクションと、流入空気を加圧する圧縮機と、加圧空気及び燃料を燃焼させるための燃焼器と、熱エネルギーを機械エネルギーに変換して、必要な電力を生成するために発電機を駆動するタービンとを含む。燃焼のために適切な圧力を発生させるために、圧縮機は、約１８段を有しており、各段は、ステータブレード及びロータブレードを有する。圧縮機の各ブレードは、異なる固有振動数を有する。
【０００４】
様々な要因が、ロータブレードの健全性に悪影響を及ぼし、かつロータブレードの疲労、応力及び最終的には割れを生じさせる。ロータブレードの割れが伝播しかつ危険限度に達した時、ロータブレードは、破壊してロータから離脱する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４，９２２，７５７  Ａ号公報
【特許文献２】米国特許第４，９５５，２６９  Ａ号公報
【特許文献３】米国特許第４，９６７，１５３  Ａ号公報
【特許文献４】米国特許第４，９９６，８８０  Ａ号公報
【特許文献５】米国特許第５，０１５，９４９  Ａ号公報
【特許文献６】米国特許第５，２０６，８１６  Ａ号公報
【特許文献７】米国特許第５，２１１，５３９  Ａ号公報
【特許文献８】米国特許第５，５１１，４２６  Ａ号公報
【特許文献９】米国特許第５，７３６，６４３  Ａ号公報
【特許文献１０】米国特許第５，７６１，９５６  Ａ号公報
【特許文献１１】米国特許第５，８６５，５９９  Ａ号公報
【特許文献１２】米国特許第６，４４５，９９５  Ｂ１号公報
【特許文献１３】米国特許第６，５９４，６１９  Ｂ１号公報
【特許文献１４】米国特許第６，７２９，１８６  Ｂ１号公報
【特許文献１５】米国特許第６，７５５，６１７  Ｂ２号公報
【特許文献１６】米国特許第６，７６８，９３８  Ｂ２号公報
【特許文献１７】米国特許第６，９２７，５６７  Ｂ１号公報
【特許文献１８】米国特許第７，０２７，９５３  Ｂ２号公報
【特許文献１９】米国特許出願公開第２００２／００４６００６  Ａ１号公報
【特許文献２０】米国特許出願公開第２００２／０１７７９７９  Ａ１号公報
【特許文献２１】米国特許出願公開第２００３／００６０９８６  Ａ１号公報
【特許文献２２】米国特許出願公開第２００３／０１２５８９０  Ａ１号公報
【特許文献２３】米国特許出願公開第２００４／００６０３４７  Ａ１号公報
【特許文献２４】米国特許出願公開第２００５／０１４９２９０  Ａ１号公報
【特許文献２５】米国特許出願公開第２００５／０２２２７４７  Ａ１号公報
【特許文献２６】米国特許出願公開第２００５／０２０９８１４  Ａ１号公報
【特許文献２７】米国特許出願公開第２００５／０２４０２８９  Ａ１号公報
【特許文献２８】米国特許出願公開第２００６／００００２８３  Ａ１号公報
【特許文献２９】米国特許出願公開第２００６／００４８５８１  Ａ１号公報
【特許文献３０】米国特許出願公開第２００６／００７８１９３  Ａ１号公報
【特許文献３１】米国特許出願公開第２００６／０１７１８０６  Ａ１号公報
【特許文献３２】米国特許出願公開第２００６／０２６７５９４  Ａ１号公報
【特許文献３３】米国特許出願公開第２００７／００４３４９７  Ａ１号公報
【特許文献３４】米国特許出願公開第２００７／０１３２４６１  Ａ１号公報
【特許文献３５】米国特許出願公開第２００７／０２７１０２３  Ａ１号公報
【特許文献３６】国際特許出願第１９９９／０２０９９２  Ａ２号公報
【特許文献３７】国際特許出願第２００７／０７１９１２  Ａ２号公報
【特許文献３８】英国特許出願第２４１６８４８  Ａ号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Watoson, Matt; Sheldon, Jeremy; Sanket; Lee, Hyungdae; Byington, Carl; Begin, Michael; "A comprehensive high frequency vibration monitoring system for incipient fault detection and isolation of gears, bearings and shafts/couplings in turbine engines and accessories", Proceedings of the ASME Turbo Expo, v 5, Proceedings of the ASME Turbo Expo 2007-Power for Land, Sea, and Air, 2007, p 885-894.
【非特許文献２】Vivek V. Badami, dt al.; "SYSTEM AND METHOD FOR ARTICLE MONITORING"; Pending US Patent Application Sr. No. 15/262783 filed 10/31/2008; GE Docket No. 228169-1. 18 Pages.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、ロータブレードの健全性をリアルタイムに予測することが有益である。例えば、割れをリアルタイムに予測することによって、その中でブレードが作動する装置の故障を減少させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの実施形態によると、回転ロータブレードの健全性を監視するためのシステムを提供する。本システムは、到着時間（ＴＯＡ）センサと制御装置とを含む。制御装置は、回転ロータブレードの到着時間を表すＴＯＡ信号をそれぞれのＴＯＡセンサから得るようにかつ該ＴＯＡ信号から初期特徴を決定するように構成されたプロセッサと、回転ロータブレードの健全性を評価するのに使用するために、プロセッサから受けた初期特徴を統合するように構成された特徴レベルフューザとを含む。
【０００９】
本発明の別の実施形態によると、ロータブレードの健全性を監視するためのシステムは、到着時間（ＴＯＡ）センサと制御装置とを含む。制御装置は、回転ロータブレードの到着時間を表すＴＯＡ信号を得るようにかつ該ＴＯＡ信号を統合して結合特徴を得るように構成されたセンサレベルフューザと、回転ロータブレードの健全性を評価するのに使用するために、到着時間センサから得た到着時間信号とセンサレベルフューザからの結合特徴とを統合するように構成されたプロセッサとを含む。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態によると、本システムは、到着時間（ＴＯＡ）センサと制御装置とを含む。制御装置は、回転ロータブレードの健全性を評価するのに使用するために、回転ロータブレードの到着時間を表すＴＯＡ信号をそれぞれのＴＯＡセンサから得るようにかつ該ＴＯＡ信号から初期特徴を決定するようになったプロセッサと、ＴＯＡセンサから得たデータを統合することによって結合特徴を得るようになったセンサレベルフューザと、到着時間センサからの到着時間信号と結合特徴とを統合するようになった特徴レベルフューザと、プロセッサから初期特徴を受けかつロータブレード割れ長さ及びロータブレード割れ伝播時間に関するデータを推定するようになった物理モデラと、ロータブレード割れの確率に関するデータを推定するようになった信頼性モデラと、特徴レベルフューザ、物理モデラ及び信頼性モデラから受けたデータを統合して、該統合データから回転ロータブレードの健全性を判定するようになった判定レベルフューザとを含む。
【００１１】
本発明のさらに別の実施形態では、回転ロータブレードの健全性を監視する方法を開示する。本方法は、回転ロータブレードの到着時間（ＴＯＡ）及び作動パラメータを求めるステップと、ＴＯＡ及び所定のＴＯＡを使用してデルタＴＯＡを決定するステップと、回転ロータブレードの作動パラメータにおける変動に対してデルタＴＯＡを正規化することによって補正デルタＴＯＡを決定するステップと、補正デルタＴＯＡから初期特徴を得るステップと、初期特徴と作動パラメータとを統合することによって回転ロータブレードの割れ長さ及び割れ伝播時間を得るステップとを含む。
【００１２】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様及び利点は、その全体を通して同じ参照符号が同様な部分を表している添付図面を参照しながら以下の詳細な記述を読むことにより、一層よく理解されるようになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の１つの実施形態による、ロータブレードの健全性を監視するためのブロック図。
【図２】本発明の１つの実施形態による、回転ブレードの実ＴＯＡの求め方及び幾つかの実ＴＯＡから予測ＴＯＡを決定するモデルベース法をグラフで示す図。
【図３】本発明の１つの実施形態による、補正デルタＴＯＡの決定を示すブロック図。
【図４】本発明の１つの実施形態による、ガスタービンにおける運転モードを判定するためのフロー図。
【図５】本発明の１つの実施形態による、ロータブレードにおける補正デルタＴＯＡからの静的及び動的撓みの決定を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の１つの実施形態による、ロータブレード３１１の健全性を監視するためのシステム１００のブロック図である。システム１００は、基準キーフェーザに対するロータブレード３１１の到着を検知するようになった少なくとも１つのセンサ１１、１２を含む。この図示した実施形態では、前縁センサ（ＬＥ）１１と後縁センサ（ＴＥ）１２とを含む２つのタイプのセンサを示している。ブロック図において、本システムは、３つの前縁センサ（ＬＥ１、ＬＥ２及びＬＥ３）１１、１１１、２１１と１つの後縁センサ（ＴＥ）１２とを含んでいる。しかしながら、各タイプのセンサの数は、例えばロータブレード３１１の段数及びそれら段内のロータブレード３１１の数を含む多様な要因に応じて決まる。
【００１５】
本発明の１つの態様では、全てのセンサは、前縁センサ及び後縁センサとして互換的に使用することができる。前縁センサは、ロータブレード３１１の前縁の到着を検知し、他方、後縁センサは、ロータブレード３１１の後縁の到着を検知する。前縁センサ及び後縁センサは、同様の又は異なるタイプのものとすることができ、この図示した実施形態におけるそれらの異なる機能により単に異なる呼び方をしているに過ぎない。本発明の１つの態様では、前縁センサ及び後縁センサとして、容量センサ、渦電流センサ及び磁気センサが使用される。
【００１６】
センサ（ＬＥ、ＴＥ）は、ロータブレード３１１の到着を効率的に検知することができるように、ロータブレードに隣接して所定の位置において固定対象物上に取付けられる。本発明の１つの実施形態では、少なくとも１つのセンサが、ロータブレード３１１のケーシング上に取付けられる。前縁センサ１１及び後縁センサ１２は、ロータブレード３１１の各回転の完了を判定するための基準としてキーフェーザを採用することによって少なくとも１つのロータブレード３１１の到着を検知し、かつプロセッサ１３に信号を送る。
【００１７】
キーフェーザには、例えばロータブレード３１１の各回転の開始及び終了を識別するために使用する近接スイッチを含むことができる。キーフェーザの作動は、当業者にはよく知られており、ＴＨＥ  ＫＥＹＰＨＡＳＯＲ−Ａ  Ｎｅｃｅｓｉｔｙ  Ｆｏｒ  Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ  Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ（ネバダ州ベントレイ、１９７７年１１月）において一層詳細に論じられている。
【００１８】
本システム１００はまた、ロータブレード３１１の又はその中にロータブレード３１１が据付けられた装置の過渡状態を判定するようになった１つ又はそれ以上の過渡状態検出器（ＴＤ）１０を含むことができる。１つの実施形態では、過渡状態検出器（ＴＤ）１０は、どこであれロータ速度を測定することができるようなロータブレード３１１のロータの最適位置に取付けられる。例えば、過渡状態検出器１０は、ロータブレード３１１の始動及び停止のような過渡状態時に信号を送って、過渡状態時におけるＴＯＡ（到着時間）を求めるようにすることができる。１つの実施形態では、ロータブレードの始動は、ロータブレード速度が１３％から１００％まで増大した時であり、またロータブレード３１１の停止は、ロータブレード３１１の速度が１００％から１３％まで低下した時である。
【００１９】
プロセッサ１３は、センサから受けた信号を処理し、ロータブレード３１１のＴＯＡを求め、次に、以下に詳述するようにロータブレード３１１のＴＯＡからデルタＴＯＡを決定する。デルタＴＯＡは、予測ＴＯＡと実ＴＯＡとの間の差として定義することができる。本発明の１つの実施形態では、プロセッサはさらに、デルタＴＯＡとロータブレード及び／又はその中にロータブレード３１１が据付けられた装置の作動状態及び負荷状態に関する情報とを使用することによって補正デルタＴＯＡを決定する。ロータブレード３１１のデルタＴＯＡ又は補正デルタＴＯＡはさらに、プロセッサによって処理されて、各センサの初期特徴が決定される。初期特徴には、例えば静的撓み、動的撓み、間隙、ブレード捩れプロファイル及び振動数離調のような特徴を含むことができる。振動数離調は、始動、停止又は速度掃引、及びそれらの組合せのような過渡状態時に決定される。
【００２０】
１つの実施形態では、センサ及び任意選択的に過渡状態検出器の少なくとも幾つかは、センサフューザ１４に対して信号を送り、センサフューザ１４は、それら信号を統合しかつ結合信号を形成する。１つの実施形態では、センサレベルフューザ１４は、ロータブレードの前縁センサ及び後縁センサのＴＯＡを使用して、ロータブレード３１１におけるブレード捩れを決定する。ブレード捩れは、例えば前縁センサ及び後縁センサによって検知されたＴＯＡ信号間の差として定義することができる。さらに別の実施形態では、センサフューザによって決定された結合信号には、ブレード捩れ、静的撓み、動的撓み、全てのセンサの同期及び／又は非同期振動、或いはそれらの組合せを表す信号が含まれる。その他のセンサレベル統合の実施形態には、１つの前縁センサを使用して別の前縁センサを有効であると確認すること及び故障している可能性がある前縁センサを識別することを含むことができる。例えば、２つ又はそれ以上の前縁センサ信号が所定値よりも大きい静的撓みを生じている場合には、回転ロータブレード３１１の健全性を監視する必要があり、また警報を発することができる。別の実施例では、所定値よりも大きい静的撓みを生じている１つの前縁センサ信号及び所定の値よりも小さい静的撓みを生じている別の前縁センサ信号により、前縁センサのいずれか１つによる誤検知を表すことができる。
【００２１】
本システム１００は、ロータブレード３１１の作動データを収集するようになったオンサイトモニタ１６（以下では「ＯＳＭ」）を含むことができる。例えば、作動データには、ロータブレード３１１を有する装置に加わる負荷、入口ガイドベーン（ＩＧＶ）角度、燃料ストローク比、ロータブレード３１１の速度、又はそれらの組合せを含むことができる。本発明の１つの実施形態では、ＯＳＭは、例えばロータブレード３１１における異常振動、ロータブレードを含む圧縮機の性能、段効率、並びに温度及び圧力偏差のような作動特徴を求める。
【００２２】
１つの実施形態では、センサフューザ１４によって決定された結合特徴、プロセッサ１３によって決定された初期特徴、オンサイトモニタ１６からの作動データ、及び過渡状態検出器１０からの信号は、特徴レベルフューザ１５によって統合されて過渡状態データが得られる。特徴レベルフューザは、本システムのロータブレード３１１及び／又はロータブレード３１１を含む装置の状況及び負荷状態を考慮する。ロータブレード３１１に加わる負荷及びロータブレード３１１の作動状態は、その実施形態を後述する様々な方法を使用することによって判定することができる。本発明の１つの実施形態では、ロータブレード３１１又はその中にロータブレード３１１が据付けられた装置の状況又は作動モードは、図４を参照しながら詳述するような作動モードアルゴリズムによって判定することができる。
【００２３】
特徴レベルフューザ１５は、ロータブレード３１１の状況、負荷及び作動状態と同時にセンサの作動状態を判定する。センサに関して、例えば１つのセンサが静的撓みを表す信号を示している時に、このセンサのデータは、他のセンサのデータと比較して、そのセンサの適正な作動状態を検出することができる。また、初期特徴及びその後のセンサの精度は、異なるセンサにおけるプロセッサにより決定した初期特徴を比較することによって検出することができる。例えば、センサの１つがロータブレード３１１の１つの共振振動数におけるずれを示す時、特徴レベルフューザ１５は、その共振振動数を静的撓みに関係付け、従ってそのセンサから受けた信号の精度を判定することができる。本発明の１つの実施形態では、特徴レベルフューザ内でルールベース法を使用して、初期特徴、結合特徴、作動パラメータ及び過渡状態データの１つ又はそれ以上が統合される。本発明のさらに別の実施形態では、例えばベイズ法、デムスタ法、デムスタ−シェーファ法、ニューラルネットワーク法、ツリー論理法及び多数決論理法のような統計学的方法を使用して、特徴レベルフューザ１５内で特徴を統合するようにすることができる。
【００２４】
さらに別の実施形態では、特徴レベルフューザ１５によって決定された特徴は次に、判定レベルフューザ１９内で、物理モデル１７によって決定された予測又は特徴並びに／或いは信頼性モデル１８によって決定された予測又は特徴と統合される。
【００２５】
例えば、信頼性モデル１８は、１つ又はそれ以上の信頼性モデルを使用することによって、プロセッサ、ＯＳＭ及び特徴レベルフューザにより為された予測の信頼性を評価するために使用することができる。本発明の１つの実施形態では、回転ロータブレード３１１の健全性を判定するための機能は、限定されており、その機能は、回転ロータブレード３１１の健全性に影響を与える要因に応じて決まる。回転ロータブレード３１１の健全性に影響を与える要因には、例えば始動及び停止の回数、運転時間数、入口ガイドベーン角度、回転ロータブレード３１１に加わる負荷、並びに当業者には公知のその他の要因が含まれる。１つの実施形態では、この機能により、回転ロータブレードの健全性に影響を与える要因の様々な組合せ及び部分的組合せに対して、回転ロータブレードの既知の健全性がマッピングされる。回転ロータブレードの既知の健全性には、例えば回転ロータブレード３１１内の既知の割れ及びその長さのような要因を含むことができる。次にマッピングを使用して、プロセッサ１３、特徴レベルフューザ及びＯＳＭ１６によって為された予測が評価される。１つの実施形態では、信頼性モデルにはまた、過渡状態に対してプロセッサ及びＯＳＭによって決定された初期特徴が組込まれる。
【００２６】
本発明の１つの実施形態では、物理モデル１７は、ＯＳＭ１６及び／又はプロセッサ１３から受けたデータを処理することによって、ロータブレード振動の予測を行なう。別の実施形態では、物理モデル１７は、ロータブレード３１１に関する構造的予測を行なう。構造的予測には、例えば回転ロータブレード３１１内の割れ、割れの長さ及び割れ伝播時間が含まれる。例えば構造的予測には、割れを生じたブレードが離脱するまでの残留時間を含むことができる。物理モデル１７は、例えば破壊力学モデル及び／又は有限要素モデルを含む方法を使用することができる。物理モデル１７の１つの実施形態では、健全性監視機能は、回転ロータブレード３１１の構造的仕様に応じて決まる。構造的仕様には、例えば割れ、ブレードジオメトリ、回転ロータブレードのタイプ及び材料特性を含むことができる。本発明のさらに別の実施形態では、回転ロータブレード３１１の健全性が判定するために、初期特徴の組合せ間の関係が明らかにされる。例えば、特定振動モードでの回転ロータブレード３１１の振動数の変化の差における割れ寸法に対する関係を明らかにすることを含むことができる。
【００２７】
判定レベルフューザ１９は、センサレベルフューザ１４及び特徴レベルフューザ１５内で達成されたロータブレードの健全性の結果に信頼度を与える。本発明の１つの実施形態では、ルールベース法を使用して、判定レベルフューザ１９内で特徴を統合する。本発明のさらに別の実施形態では、例えばベイズ法、デムスタ法、デムスタ−シェーファ法、ニューラルネットワーク法、ツリー論理法及び多数決論理法のような統計学的方法を使用して、判定レベルフューザ１９内で特徴を統合することができる。１つの実施形態では、判定レベルフューザ１９は、ロータブレード３１１について割れを判定しかつ割れ及び割れの危険性を予測する。この危険性判定にはまた、割れを生じたロータブレード３１１が離脱するまでの残留時間を含むことができる。
【００２８】
図２は、回転ロータブレード３１１の実ＴＯＡの求め方及び実ＴＯＡからの予測ＴＯＡの決定法を示している。１つの実施形態では、予測ＴＯＡは、幾つかの実ＴＯＡを使用してモデルベース法によって決定される。別の実施形態では、予測ＴＯＡは、ロータの全ての回転ロータブレードの実ＴＯＡの平均値を取ることによって決定される。全ての回転ロータブレードの実ＴＯＡは、図１を参照して説明したような検知装置１１、１１１、２１１、１２によって求められる。
【００２９】
さらに、モデルベース法を用いた予測ＴＯＡの決定法を示している。実ＴＯＡ及び予測ＴＯＡは、プロセッサ１３によって使用することができる。図２は、ロータブレード３１１の到着を表すセンサから受けたシミュレーション信号の時間領域プロット図２００を示しており、これは、ブレード通過信号２０１（以下では「ＢＰＳ」）と呼ぶ。この時間領域図は、ロータブレード数を表すｘ軸と実ＴＯＡを表すｙ軸とを有する。ＢＰＳ２０１は、特定の時間にわたってサンプルされた正弦波であり、かつ実ＴＯＡを求めるために使用される。従って、正弦波は、電圧Ｖに関して次のように表すことができる。
【００３０】
Ｖ（ｋ）＝Ｘ０Ｓｉｎ（ωｋΔｔ）              （１）
ここで、Ｖは瞬間電圧、Ｘ０は最大振幅、ｋはサンプル数、ωは周波数、またΔｔはサンプリング間隔である。
【００３１】
ＢＰＳ２０１上の各パルスは、ロータブレード３１１の到着を示す。各パルスは、一定時間及び周波数ωの正弦波であると見なされ、またΔｔは、ＢＰＳのサンプリング間隔である。電圧Ｖが一定の閾値電圧ｚに維持されている時には、ＴＯＡｎ１、ＴＯＡｎ２、ＴＯＡｎ３、・・・、ＴＯＡｎｍで表された実ＴＯＡは、次のように検出される。
【００３２】
ＴＯＡｎｍ＝（τ（ｍ−１）＋β）              （２）
ここで、δｍはブレード振動特徴であり、またτはブレード間隔である。
【００３３】
ロータブレードの予測ＴＯＡを決定するために、予測ＴＯＡ決定モデル（以下では「モデル」）方程式２を使用して予測ＴＯＡを決定する。そのような決定では、ロータブレード３１１が理想的な状況で作動し、負荷状態が最適であり、かつロータブレード振動が最小であると仮定している。
【００３４】
本発明の１つの実施形態では、このモデルは、回転ロータブレード３１１の各回転並びに全ての発生可能速度及び負荷状態に対する予測ＴＯＡを決定する。ロータブレードの各回転に対する全ての発生可能負荷及び速度における予測ＴＯＡを決定することにより、ロータブレードの異なる作動状態に対する正確な予測ＴＯＡが得られる。このモデルは、異なるブレード数に対して実ＴＯＡをプロットした図２に示すようなグラフ２０２を形成する。グラフ２０２は、ｙ軸上の回転ロータブレード３１１の実ＴＯＡに対してｘ軸上の異なるブレード数ｎ１、ｎ２、ｎ３、・・・、ｎｍをプロットして予測ＴＯＡを決定することを示している。予測ＴＯＡは、グラフ上の実ＴＯＡ点の最小二乗適合プロット図から決定される。従って、実ＴＯＡのプロット図を使用することによって、予測ＴＯＡは、次のような直線方程式の形で表すことができる。
【００３５】
予測ＴＯＡ＝τ（ｍ−１）＋β              （３）
ここで、τはブレード間の間隔であり、またβは定数補正値である。従って、ＴＯＡｎｍが基準作動環境及び良好な健全性にあるロータブレードｍの実ＴＯＡである場合には、ロータブレードｍの予測デルタＴＯＡは、次式として決定することができる。
【００３６】
予測デルタＴＯＡ＝ＴＯＡｎｍ−（τ（ｍ−１）＋β）              （４）
図３は、本発明の１つの実施形態による補正デルタＴＯＡの決定を示すフロー図である。図２に説明したようなデルタＴＯＡは、例えば負荷、ＩＧＶ角度及び質量流量のような運転（作動）パラメータにおける変動によって影響を受ける可能性がある。デルタＴＯＡの正規化は、負荷及び作動変動に対してデルタＴＯＡを正規化し、また始動時のブレード復位によるずれに対してデルタＴＯＡを補正する。補正デルタＴＯＡを決定するために正規化デルタＴＯＡを使用することにより、図１のプロセッサ１３及びセンサレベルフューザ１４によって決定する初期特徴及び結合特徴の決定が一層正確になる。
【００３７】
ステップ３０において、全ての回転ロータブレードの実ＴＯＡが、センサによってリアルタイムに求められる。ステップ３０において求めた実ＴＯＡは次に、ステップ３１において、全てのロータブレードのデルタＴＯＡを決定するために使用される。ステップ３２において、その実ＴＯＡが所定の限界値外にあるロータブレードは、補正デルタＴＯＡを決定するプロセスから除かれる。所定の限界値外であるロータブレード３１１は、ロータブレード割れ又は捻れを有する可能性があり、従って補正デルタＴＯＡの誤った決定を生じるおそれがある。選択した実ＴＯＡは次に、τ及びβの値を決定するためにモデル化される。１つの実施形態では、このモデルは、選択したロータブレード及び対応する実ＴＯＡに対するグラフを描く。全てのロータブレードの実ＴＯＡが所定の限界値の範囲内にある場合には、実ＴＯＡを使用してグラフ内に描かれた線は、方程式（５）に示すように表現することができる。この方程式（５）において、ＴＯＡｎｍは、ブレードｍの実ＴＯＡである。ステップ３３において、方程式（５）の最小二乗法適合を使用して、τ及びβの値を決定する。さらに、ロータブレードｋのデルタＴＯＡが正規化される。１つの実施形態では、回転ロータブレードのデルタＴＯＡは、ステップ３４において、方程式（６）でτ及びβの値を使用して正規化される。
【００３８】
【数１】
2010144727.tif 000003
正規化デルタＴＯＡ＝ＴＯＡｎｋ−（τ＋（ｋ−１）β）              （６）
別の実施形態では、回転ロータブレード３１１のデルタＴＯＡは、該デルタＴＯＡから正規化オフセット値を減算することによって正規化される。正規化オフセット値は、極端なデルタＴＯＡ値を示す回転ロータブレードを除いた全ての回転ロータブレードのデルタＴＯＡの平均値である。例えば、極端な（極端に高い及び極端に低い）デルタＴＯＡ値を示す１０％の回転ロータブレードは、正規化オフセット値の計算から除外される。ステップ３５において、ベース負荷状態が、ロータブレードに加わる全ての負荷状態から除かれる。負荷状態は、ロータブレードに加わる負荷又はロータブレードが使用されている装置に加わる負荷を決定する作動モードブロック３８から取出される。従って、予測正規化デルタＴＯＡは、ステップ３６において、ベース負荷における予測正規化デルタＴＯＡを生じる基準におけるロータブレードのｎ回転に対するデルタＴＯＡを平均することによって決定される。次に、ステップ３６において決定した予測正規化デルタＴＯＡ及びステップ３４において決定した正規化デルタＴＯＡを使用して、ステップ３７において、補正係数が決定される。ロータブレード補正係数Ｃｋは、次の方程式を使用することによって決定することができる。
【００３９】
Ｃｋ＝予測正規化デルタＴＯＡ−正規化デルタＴＯＡｋ              （７）
ステップ３９において、各回転の正規化デルタＴＯＡから、方程式（７）において決定した補正係数Ｃｋを減算して、補正デルタＴＯＡが得られる。
【００４０】
図４は、本発明の１つの実施形態による、ガスタービンにおける運転モードを判定するためのフロー図である。運転モードの判定においては、ガスタービンの運転状況を分類するために、作動パラメータが利用される。ステップ４０において、オンサイトモニタ（ＯＳＭ）からの作動データ（図１を参照しながら説明したような）が、ステップ４１でガスタービンの運転状況をチェックするために受けられる。ステップ４１において、例えば燃料ストローク基準（ＦＳＲ）、負荷（ＤＷＡＴＴ）及び圧縮機吸入ガイドベーン角度（ＣＳＧＶ）のような作動パラメータが求められる。ステップ４２において、作動モードパラメータを使用して、ガスタービンに加わる負荷に関する判定が為される。本発明の１つの実施形態では、ＦＳＲ＞７５％及びＤＷＡＴＴ＞５メガワット（ＭＷ）である場合には、ガスタービンは、負荷状態であると断じられる。従って、ステップ４２において運転状態が負荷状態であると判定された場合には、プロセスは、ステップ４３ではなくステップ４４に移行する。ステップ４３においては、運転モードＯＰＭＯＤＥは、ガスタービンに加わる無負荷又は最小負荷を示すゼロに等しくされる。ステップ４４においてガスタービンが負荷状態であると判定された場合には、その負荷はさらに、負荷、ＣＳＧＶ及び水洗状況に応じて３つのモードに分類される。ステップ４５において、ＤＷＡＴＴ及びＣＳＧＶの最大最小の広がりが３０分間測定され、またＣＳＧＶの最大最小の広がりが５分間測定される。ステップ４５において行なったＤＷＡＴＴ及びＣＳＧＶの最大最小の広がりに基づいて、ステップ４６において、ガスタービンの状況の判定が行なわれる。本発明の１つの実施形態では、以下の４つの条件、すなわち１．最後の３０分間にわたる負荷の最大範囲（最大−最小）が５ＭＷよりも小さい、２．最後の３０分間にわたるＣＳＧＶの最大範囲（最大−最小）が３°よりも小さい、３．最後の５分間にわたるＣＳＧＶの最大範囲（最大−最小）が０．５°よりも小さい、４．最後の３０分内に水洗が行なわれないという４つの条件が満たされる場合には、ステップ４６において、ガスタービンは、定常状態にあると断じられる。
【００４１】
定常状態の条件は、ロータブレードが使用されている装置のタイプに応じて変化させることができる。全ての上記条件が満たされているとはいえない場合には、ガスタービンの状況は、ステップ４９において過渡状態（ＯＰＭＯＤＥ＝１）と分類される。全ての上記条件が満たされている場合には、ガスタービンは、定常状態で運転していると判定され、その運転モードはさらに、ベース負荷と部分負荷とを含む２つのモードに分類される。本発明の１つの実施形態では、ベース負荷及び部分負荷を判定した場合には、ステップ４８においてＣＳＧＶが判定される。ＣＳＧＶが所定の値（ＰＶ）よりも大きい場合には、ガスタービンの状況は、ステップ５１において定常状態ベース負荷と判定されるか、或いはステップ５０において定常状態部分負荷と判定される
図５は、本発明の１つの実施形態による、ロータブレードにおける補正デルタＴＯＡから静的撓み及び動的撓みを決定するためのフロー図を示している。ステップ５４において、補正デルタＴＯＡが、図３に関して詳述したように決定される。ステップ５５において、補正デルタＴＯＡは、中央値フィルタリングされ、その後ステップ５６において平均値フィルタリングされる。ステップ５６の平均値フィルタリングデータは次に、ステップ５７において所定の時間量にわたり平均されて、ステップ５８において静的撓みが得られる。
【００４２】
動的撓みを決定するために、中央値フィルタリングデータの最大及び最小値は、ステップ５９において所定の時間量にわたって求められる。１８０秒毎にわたる最大値及び最小値間の差により、ステップ６０において動的撓みを決定することができる。
【００４３】
本明細書では、本発明の一部の特徴のみについて例示しかつ説明してきたが、当業者には多くの修正及び変更が想起されるであろう。従って、特許請求の範囲は、全てのそのような修正及び変更を本発明の技術思想の範囲内に属するものとして保護しようとするものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００４４】
１０  過渡状態検出器
１１  前縁センサ
１２  後縁センサ
１３  プロセッサ
１４  センサフューザ
１００  システム
１１１  前縁センサ
２１１  前縁センサ
３１１  ロータブレード
１５  特徴レベルフューザ
１６  オンサイトモニタ
１７  物理モデル
１８  信頼性予測器
１９  判定レベルフューザ
２００  時間領域プロット図
２０１  ブレード通過信号
２０２  グラフ
３０  ＴＯＡ（ブレード到着時間）
３１  デルタＴＯＡ
３２  限界値外ブレードを除く
３３  デルタＴＯＡの各回転に対して正規化パラメータを推定する
３４  正規化デルタＴＯＡを計算する
３５  ベース負荷をフィルタリングする
３６  Ｎ回転（ベース負荷）を平均する
３７  ブレード復位のための補正係数を計算する
３８  ＯＰ（作動）モードアルゴリズム
３９  補正デルタＴＯＡを計算する
４０  ＯＳＭ（オンサイトモニタ）データ
４１  ＧＴ（ガスタービン）運転状態チェック
４２  運転状態
４３  運転していないＯＰＭＯＤＥ＝０
４４  ＧＴ負荷状態である
４５  最大／最小
４６  定常状態チェック
４７  定常状態＝１であるか？
４８  ＣＳＧＶ＞ＰＶ（所定の値）であるか？
４９  過渡状態ＯＰＭＯＤＥ＝１
５１  定常状態ベース負荷ＯＰＭＯＤＥ＝３
５０  定常状態部分負荷ＯＰＭＯＤＥ＝２
【図１】
2010144727.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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