【手続補正書】
【提出日】令和3年2月12日(2021.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械に配置され、時間応答性が高く前記ターボ機械の非定常変動を観測する１又は２以上のセンサを有する検出部と、
前記１又は２以上のセンサから出力信号を時々刻々と入力し、所定期間分の時系列データを蓄積し、前記ターボ機械の不安定作動を検知するパラメータをリアルタイムに算出する演算部と、
前記不安定作動を検知するパラメータに基づき、前記不安定作動の予兆又は発生を判定する判定部と
を具備する観測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の観測装置であって、
前記判定部により前記不安定作動の予兆又は発生の判定結果が出力されたとき、前記ターボ機械の運転制御装置に作動条件を変更する信号及び／又は前記ターボ機械の運転操作に対して警告を発するための信号を出力する制御部
を更に具備する観測装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の観測装置であって、
前記演算部は、前記不安定作動を検知するパラメータを、前記時系列データから乱雑さと回帰性の変化を定量的に評価することにより算出する
観測装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の観測装置であって、
前記１又は２以上のセンサは、前記ターボ機械の回転部、静止部、流路中又は流路に接する壁面に配置されている
観測装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の観測装置であって、
前記検出部、前記演算部及び前記判定部を２系統以上有する観測装置。
【請求項６】
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の観測装置であって、
前記検出部、前記演算部及び前記判定部を２種類以上有する観測装置。
【請求項７】
ターボ機械に時間応答性が高く前記ターボ機械の非定常変動を観測する１又は２以上のセンサを取り付け、
前記１又は２以上のセンサから出力信号を時々刻々と入力し、所定期間分の時系列データを蓄積し、前記ターボ機械の不安定作動を検知するパラメータをリアルタイムに算出し、
前記不安定作動を検知するパラメータに基づき、前記不安定作動の予兆又は発生を判定する
観測方法。
【請求項８】
ターボ機械に配置され、時間応答性が高く前記ターボ機械の非定常変動を観測する１又は２以上のセンサから出力信号を時々刻々と入力し、所定期間分の時系列データを蓄積し、前記ターボ機械の不安定作動を検知するパラメータをリアルタイムに算出するステップと、
前記不安定作動を検知するパラメータに基づき、前記不安定作動の予兆又は発生を判定するステップと
をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項９】
請求項１に記載の観測装置であって、
前記演算部は、前記パラメータを、前記時系列データの乱雑さを定量評価する指標であるサンプルエントロピーとして算出する
観測装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の観測装置であって、
前記時系列データを｛ｘ（ｔｉ）｝，ｉ＝１，２，・・・，Ｎとしたとき、前記時系列データ｛ｘ（ｔｉ）｝をＤとＤ＋１次元の位相空間に埋め込み、Ｄ次元で近傍であった点がＤ＋１次元においても近傍である条件付確率を負の自然対数で定義し、
前記サンプルエントロピーをＳＥとしたとき、前記サンプルエントロピーＳＥを以下の式により算出する
2019183810.tif 000001
ここで、
ｒは所定の閾値
2019183810.tif 000002
観測装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の観測装置であって、
前記演算部は、前記パラメータを、前記時系列データを粗視化し、前記粗視化した時系列データの乱雑さを定量評価する指標である、マルチスケール性を考慮に入れたサンプルエントロピーとして算出する
観測装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の観測装置であって、
前記時系列データをｘ（ｔｉ）としたとき、以下の式を用いた非重複平均によって前記時系列データｘ（ｔｉ）の時間平均をとり、時系列データｙ（ｔｊ）を得て、
2019183810.tif 000003
ここで、
2019183810.tif 000004
前記時系列データｙ（ｔｊ）を用いてサンプルエントロピーを算出する
観測装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の観測装置であって、
前記演算部は、前記パラメータを、前記時系列データを位相空間に埋め込み、前記位相空間内の前記時系列データの各点の相関関係を視覚化した指標であるリカレンスプロットとして算出する
観測装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の観測装置であって、
前記時系列データをｘ（ｔｉ）とし、前記相空間内の前記時系列データの各点の相関関係を下記の式による演算を行い、演算結果をプロットして可視化してリカレンスプロットを得る
2019183810.tif 000005
2019183810.tif 000006
ここで、
Θ：ヘビサイド関数
ε：位置ベクトル間の距離の閾値
Np ：位相空間内の総データ点数
D：位相空間の次元
τ：遅れ時間
観測装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の観測装置であって、
前記判定部は、前記得られたリカレンスプロットにおいて、前記不安定作動の予兆又は発生を判定する指標をＤＥＴとしたとき、以下の式により指標ＤＥＴを算出する
2019183810.tif 000007
ここで、
l：リカレンスプロットでの斜線の長さ
lmin：リカレンスプロットでの斜線と定義する最小長さ
P(l)：リカレンスプロットでの長さlの斜線の度数分布関数
観測装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の観測装置であって、
前記演算部は、前記パラメータを、前記時系列データの乱雑さを定量評価する指標である順列エントロピーとして算出する
観測装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の観測装置であって、
前記時系列データを所定の順列パターンに分類し、各前記順列パターンの存在確率をシャノンの情報エントロピーに適用し、前記順列エントロピーを算出する
観測装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の観測装置であって、
前記シャノンの情報エントロピーを、事象の確率変数の離散確率分布ｐを用いて以下の式で表し、
2019183810.tif 000008
ここで、
Ｎ＝Ｄ！
Ｄ：位相空間の次元
前記順列エントロピーをｈｐとしたとき、前記順列エントロピーｈｐを以下の式により算出する
2019183810.tif 000009
観測装置。
【請求項１９】
請求項１に記載の観測装置であって、
前記判定部は、前記不安定作動を検知するパラメータを所定の閾値と比較し、前記不安定作動の予兆又は発生の判定結果をリアルタイムに出力する
観測装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
【非特許文献１】第４９期定時社員総会および年会講演会講演集、(一社)日本航空宇宙学会、2018.4.19発行予定、「サポートベクトルマシンを用いた低圧タービン部における翼列フラッタの検知」、八條貴誉、小林大晃、林優人、後藤田浩、西澤敏雄、賀澤順一.
【非特許文献２】第４７回燃焼シンポジウム講演論文集、日本燃焼学会、2009.12.2、希薄予混合ガスタービン燃焼の圧力変動の非線形時系列解析、新木本寛之、後藤田浩、 宮野尚哉、 立花繁.
【非特許文献３】関西支部講演会講演論文集、No.1120、日本機械学会、2013.3、希薄予混合ガスタービンモデル燃焼器で発生する振動燃焼の検知手法の開発:力学系理論の導入、小林 将紀, 浮田 遼, 篠田 雄太, 奥野 佑太, 後藤田 浩, 立花 繁.
【非特許文献４】日本燃焼学会誌、第５７巻１８１号、日本燃焼学会、2015.8、力学系理論を用いた燃焼不安定の非線形特性の解明と工学的応用、後藤田浩.
【非特許文献５】日本燃焼学会誌、第５７巻１８１号、日本燃焼学会、2015.8、ガスタービンエンジンの燃焼不安定に関する研究、立花繁.
【非特許文献６】Proceedings of the International Gas Turbine Congress 2003 Tokyo, TS-038、日本ガスタービン学会、2003.11.2、Prediction and Active Control of Surge Inception of a Centrifugal Compressor、Naoto HAGINO, Kazufumi UDA and Yasushige KASHIWABARA.
【非特許文献７】Journal of Fluid Engineering, Transaction of the ASME, Vol.9, 米国機械学会、2007.6、Observation of Centrifugal Compressor Stall and Surge in Phase Portraits of Pressure Time Traces at Impeller and Diffuser Wall、Chunwei GU, Kazuo YAMAGUCHI, Toshio NAGASHIMA, Hirotaka HIGASHIMORI.
【非特許文献８】RTO AVT Symposium on "Active Control Technology for Enhanced Performance Operational Capabilities of Military Aircraft, Land Vehicles and Sea Vehicles（RTO MP-051）、2000.5.8、PERSPECTIVES of PHASE-PORTRAITS in the DETECTION of COMPRESSOR INSTABILITIES - INCEPTION of STALL、M. D'ISCHIA, F.A.E. BREUGELMANS.
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
ここで、不安定作動の一つであるフラッタは、正常な稼動状態では翼の振動は微小な振幅のままであったり、直ぐに減衰したりするのに対し、翼自体の固有振動数と流体から受ける外力とが連成することにより、振幅が急激に増幅し、翼の強度限界を超えると破損に至る危険のある現象である。フラッタ発生時には、ターボ機械において環状に配置された翼（回転翼、静止翼）はそれぞれ固有振動数で振動しつつ、隣接翼とほぼ一定の位相差（0度を含む）を持っており、翼振動の位相が円周方向に伝わりながら増幅するのが特徴である。翼取り付け部などによる構造的な減衰などを十分大きくできれば、フラッタの発生を防ぐことができる。一定の振幅で増幅が止まったリミットサイクルに至る場合もあるが、長時間の振動により翼が疲労破壊する危険性があるので、安全性の問題は解決されない。フラッタは、圧縮機では流量の少ない側（高負荷側）の安定作動限界付近で発生しやすく、タービンでは流量の多い側（低負荷側）の安定作動限界付近で発生しやすい。