(57)【要約】【課題】ロータブレードの健全性をモニターする。【解決手段】ロータの健全性をモニターするためのシステムを提供する。システムは、ロータのブレードに対応するデルタ到着時刻信号に沿って２つ以上のそれぞれの信号ウィンドウを反復的にシフトすることによって、２つ以上のそれぞれの信号ウィンドウに対応する複数の振動数ピーク値を生成し、複数の振動数ピーク値のサブセットに対応するロータ速度を識別することにより、ブレードの１つまたは複数の共振振動数ロータ速度範囲を決定し、共振振動数ロータ速度領域の間に、ブレードの１つまたは複数の欠陥の存在を決定するために、ブレードをモニターする処理サブシステムを含む。【選択図】図１
2015125147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ（１１）の健全性をモニターするためのシステム（１０）であって、
処理サブシステム（２２）、メモリ、および通信セクションを含み、
前記ロータ（１１）のブレード（１２）に対応するデルタ到着時刻信号（２８、３０）に沿って２つ以上のそれぞれの信号ウィンドウ（３０２）を反復的にシフトすることによって、前記２つ以上のそれぞれの信号ウィンドウ（３０２）に対応する複数の振動数ピーク値（３１０）を生成し、
前記複数の振動数ピーク値（３１０）のサブセットに対応するロータ速度を識別することにより、前記ブレード（１２）の１つまたは複数の共振振動数ロータ速度領域（２２０）を決定し、
前記共振振動数ロータ速度領域（２２０）の間に、前記ブレード（１２）の１つまたは複数の欠陥の存在を決定するために、前記ブレード（１２）をモニターするシステム（１０）。
【請求項２】
前記１つまたは複数の共振振動数ロータ速度領域（２２０）は、前記複数の振動数ピーク値（３１０）の前記サブセットに対応する前記ロータ速度の極大値である、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記処理サブシステム（２２）は、前記ブレード（１２）の前記共振振動数ロータ速度範囲の間に、前記ブレード（１２）の前記健全性をさらにモニターする、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記処理サブシステム（２２）は、前記ロータ（１１）の始動状態、前記ロータ（１１）の過渡状態、前記ロータ（１１）の定常状態、前記ロータ（１１）の速度超過状態、またはこれらの組み合わせの間に生成される到着時刻に基づいて、前記デルタ到着時刻信号（２８、３０）をさらに決定する、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記２つ以上の信号ウィンドウ（３０２）の第１の信号ウィンドウ（４１０）の幅は、前記２つ以上の信号ウィンドウ（３０２）の第２の信号ウィンドウ（４１２）の幅より大きい、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記処理サブシステム（２２）は、
前記信号ウィンドウ（３０２）に含まれる前記デルタ到着時刻信号（２８、３０）の第１のサブセットを選択することと、
前記デルタ到着時刻信号（２８、３０）の前記第１のサブセットに基づいて、前記複数の第１の振動数ピーク値の第１の振動数ピーク値を生成することと、
シフトされた第１の信号ウィンドウを決定するために、前記デルタ到着時刻信号（２８、３０）に沿って前記第１の信号ウィンドウ（４１０）をシフトすることと、
前記シフトされた第１の信号ウィンドウに含まれる前記デルタ到着時刻信号（２８、３０）の第２のサブセットを選択することと、
前記デルタ到着時刻信号（２８、３０）の前記第２のサブセットに基づいて、前記複数の第１の振動数ピーク値の次の第１の振動数ピーク値を生成することと、
前記第１の信号ウィンドウ（４１０）を前記デルタ到着時刻信号（２８、３０）に沿って反復的にシフトし、前記デルタ到着時刻のそれぞれのサブセットを選択することによって、前記複数の第１の振動数ピーク値を決定することと、によって、前記２つ以上のそれぞれの信号ウィンドウ（３０２）の第１の信号ウィンドウ（４１０）に対応する複数の第１の振動数ピーク値を生成し、
前記複数の第１の振動数ピーク値は、前記複数の振動数ピーク値（３１０）のサブセットである、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記シフトされた第１の信号ウィンドウは、前記第１の信号ウィンドウ（４１０）に完全には重ならない、請求項６に記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記処理サブシステム（２２）は、
前記デルタ到着時刻信号（２８、３０）の前記第１のサブセットのフーリエ変換を決定することによって、前記デルタ到着時刻信号（２８、３０）の前記第１のサブセットに対応する振動数信号を決定することと、
前記振動数信号から同期振動数を選択することと、
前記同期振動数の最も高い振幅を有する振動数を選択することと、
前記同期振動数の前記最も高い振幅に等しい前記第１の振動数ピーク値を決定することと、によって、前記デルタ到着時刻信号（２８、３０）の前記第１のサブセットに基づいて、前記複数の第１の振動数ピーク値の前記第１の振動数ピーク値を生成する、請求項６に記載のシステム（１０）。
【請求項９】
ロータ（１１）の健全性をモニターするための方法であって、
前記ロータ（１１）のブレード（１２）に対応するデルタ到着時刻信号（２８、３０）に沿って第１の信号ウィンドウ（４１０）を反復的にシフトすることによって、複数の第１の振動数ピーク値を生成するステップと、
ブレード（１２）に対応する前記デルタ到着時刻信号（２８、３０）に沿って第２の信号ウィンドウ（４１２）を反復的にシフトすることによって、複数の第２の振動数ピーク値を生成するステップと、
前記複数の第１の振動数ピーク値および前記複数の第２のピーク値に基づいて複数の初期結果値を処理するステップと、
前記複数の初期結果値の１つまたは複数が決定値より小さいか否かを決定するステップと、
前記複数の結果値の前記１つまたは複数が前記決定値より小さい場合には、前記複数の第２の振動数ピーク値に対応するロータ速度を識別することによって、前記ロータ（１１）の１つまたは複数の共振振動数ロータ速度領域（２２０）を処理するステップと、を含む方法。
【請求項１０】
前記１つまたは複数の共振振動数ロータ速度領域（２２０）は、前記複数の第２の振動数ピーク値の前記サブセットに対応する前記ロータ速度の極大値である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の結果値の前記１つまたは複数が前記決定値より大きい場合には、前記デルタ到着時刻信号（２８、３０）に沿って次の信号ウィンドウを反復的にシフトすることによって、複数の次の振動数ピーク値を生成するステップと、
前記複数の次の振動数ピーク値および以前の信号ウィンドウを用いて決定された複数の以前の振動数ピーク値に基づいて、複数の次の結果値を生成するステップと、
前記複数の次の結果値の１つまたは複数が前記決定値より小さいか否かを決定するステップと、
前記複数の次の結果値の１つまたは複数が前記決定値より小さい場合には、前記複数の次のピーク値に対応するロータ速度を識別することによって前記ロータ（１１）の前記共振振動数ロータ速度を処理するステップと、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記以前のウィンドウは前記第２のウィンドウを含み、前記複数の以前のピーク値は前記複数の第２のピーク値を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ロータ（１１）の複数のロータ速度の間に生成される到着時刻に基づいて、前記デルタ到着時刻信号（２８、３０）を決定することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記デルタ到着時刻信号（２８、３０）は、前記ロータ（１１）のそれぞれのロータ速度にマップされるデルタ到着時刻を含むデルタ到着時刻ベクトル（３２、３４）を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のウィンドウの幅は前記第１のウィンドウの幅より大きく、前記次のウィンドウの幅は前記以前のウィンドウより大きい、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のウィンドウの前記幅、前記第２のウィンドウの前記幅、前記以前のウィンドウの前記幅、および前記次のウィンドウの前記幅は、ロータ速度帯域を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記複数の第１のピーク値から前記複数の第２の振動数ピーク値を減算することによって、前記複数の第１の振動数ピーク値および前記複数の第２のピーク値に基づいて複数の結果値を決定するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１８】
前記１つまたは複数の共振振動数ロータ速度範囲は、前記ブレード（１２）の少なくとも１つの共振振動数を活性化させる前記ロータ（１１）のロータ速度のサブセットを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１９】
前記ロータ（１１）の前記共振振動数ロータ速度範囲の間に生成される到着時刻に基づいて決定される前記デルタ到着時刻のサブセットを抽出することによって共振振動数デルタ到着時刻を生成するステップと、
前記共振振動数デルタ到着時刻に基づいて前記ブレード（１２）の１つまたは複数の欠陥を決定するステップと、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項２０】
前記ブレード（１２）に対応する到着時刻を受け取るステップと、
前記到着時刻信号から非同期信号を除去するために、円滑化フィルタリング技術およびメジアンフィルタリング技術の少なくとも一方を適用することによって、前処理された到着時刻信号を生成するステップと、
前記前処理された到着時刻信号および予想される到着時刻に基づいて前記デルタ到着時刻信号（２８、３０）を決定するステップと、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロータブレードの健全性をモニターする方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータブレードまたはエアフォイルは、軸流コンプレッサ、タービン、エンジン、または他のターボ機械を含むいくつかの例を有する多くの装置で用いられる。例えば、軸流コンプレッサは、静的ブレードまたは静的エアフォイルの列が後に続くロータブレードまたはエアフォイルの列を含む各段を有する一連の段を有する１つまたは複数のロータを備えている。したがって、各段は、一対のロータブレードもしくはエアフォイルおよび静的エアフォイルを含む。典型的に、ロータブレードまたはエアフォイルは、吸気口を通して軸流コンプレッサに入る流体の運動エネルギーを増加させる。さらに、静的ブレードまたは静的エアフォイルは、流体の増加した運動エネルギーを拡散により静圧に一般的に変換する。したがって、ロータブレードもしくはエアフォイルおよび静的エアフォイルは、流体の圧力を増加させる。
【０００３】
動作中には、ロータブレードは同期および非同期振動数で一般に振動する。例えば、ロータブレードは、ロータ速度／回転数により同期振動数で一般に振動することができるが、ロータブレードは、例えば旋回失速およびフラッターなどの空力的不安定性による非同期振動数で振動することができる。ロータブレードには、ロータブレードの特定の同期振動数においてより大きい振幅で振動する本来の傾向がある。このような同期振動数は、ロータブレードの共振振動数と呼ばれる。ロータブレードの同期振動数は、ロータの固定ロータ速度で典型的に活性化する。さらに、共振振動数の活性化は、ロータブレードの振動の振幅を増加させることができる。このような増加した振動の振幅は、ロータブレードに損傷を与え、または結果としてロータブレードの亀裂を生じさせるおそれがある。
【０００４】
ロータブレードは、例えば、エアフォイルの健全性に影響を及ぼす高速、圧力、および温度などの極端な変化する動作条件で長時間動作する。極端な変化する動作条件に加えて、特定の他の要因は結果としてエアフォイルの疲労および応力を生じさせる。要因としては、例えば、遠心力を含む慣性力、圧力、エアフォイルの共振振動数、エアフォイルの振動、振動性応力、温度応力、エアフォイルを装着し直すこと、ガスまたは他の流体の負荷などを挙げることができる。一定時間にわたる応力および疲労の長時間に及ぶ増加は、ロータブレードに損傷を与え、結果としてロータブレードの欠陥または亀裂を招く。ロータブレードのこのような欠陥、損傷、または亀裂は、ロータブレードの共振振動数を活性化させるロータ速度を変化させる可能性がある。例えば、健全なロータブレードでは共振振動数がロータ速度Ｒで活性化されるが、ロータブレードに亀裂が生じると、共振振動数はＲ＋ｒのロータ速度で活性化され得る。ロータブレードの共振振動数を活性化するロータ速度におけるこれらの変化は、したがって、ロータブレードの健全性をモニターすることに役立つ可能性がある。
【０００５】
したがって、健全なロータブレードの共振振動数を活性化するロータ速度を決定することが望ましい。さらに、ロータブレードの健全性をモニターし、評価するために、共振振動数を活性化するロータ速度の変化の存在を決定することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０２７８００４号明細書
【発明の概要】
【０００７】
このような従来のアプローチと関係するこれらのおよび他の欠点は、様々な実施形態において、ロータの健全性をモニターするためのシステムを提供することによって、ここで対処される。システムは、ロータのブレードに対応するデルタ到着時刻信号に沿って２つ以上のそれぞれの信号ウィンドウを反復的にシフトすることによって、２つ以上のそれぞれの信号ウィンドウに対応する複数の振動数ピーク値を生成し、複数の振動数ピーク値のサブセットに対応するロータ速度を識別することにより、ブレードの１つまたは複数の共振振動数ロータ速度を決定し、共振振動数ロータ速度領域の間に、ブレードの１つまたは複数の欠陥の存在を決定するために、ブレードをモニターする処理サブシステムを含む。
【０００８】
本発明のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、より良く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本システムの実施形態による、ブレード健全性モニタリングシステムの概略図である。
【図２】本技術の特定の態様による、デルタＴＯＡに基づいてブレードの共振振動数ロータ速度領域を識別するための例示的方法を示すフローチャートである。
【図３】本技術の一態様による、デルタＴＯＡ信号に沿って信号ウィンドウをシフトすることにより複数の振動数ピーク値を測定するための例示的方法を示すフローチャートである。
【図４】ロータのブレードに対応し、複数の振動数ピーク値および結果値の決定を示すシミュレーションされたデルタＴＯＡベクトル信号のプロットである。
【図５】振動数信号および決定された同期振動数しきい値に基づく第１の振動数ピーク値の決定を説明する振動数信号のシミュレーションされたプロットである。
【図６】本技術の一実施形態による、ブレードの共振振動数ロータ速度領域のシミュレーションされたプロットである。
【図７】本技術の一実施形態による、ロータの健全性をモニターするための方法のフローチャートである。
【図８】ブレードの亀裂の存在または亀裂の可能性を決定するために用いることができる指標値および相関値の相関チャートである。
【図９（ａ）】は、ブレードの過去の共振信号のシミュレーションされたプロットを示す図である。
【図９（ｂ）】ブレードの共振信号のシミュレーションされたプロットを示す図である
【図１０】本技術の一実施形態による、共振振動数の第１のデルタＴＯＡおよび共振振動数の第２のデルタＴＯＡに基づいて測定行列を生成する方法のフローチャートである。
【図１１】本技術の一実施形態による、測定行列に基づいて共振行列を生成する方法のフローチャートである。
【図１２（ａ）】は、ブレードおよび第１の検出装置に対応する共振振動数の第１のデルタ到着時刻ベクトル信号のシミュレーションされたプロットを示す図である。
【図１２（ｂ）】は、ブレードおよび第２の検出装置に対応する共振振動数の第２のデルタ到着時刻ベクトル信号のシミュレーションされたプロットを示す図である。
【図１２（ｃ）】は、白色化行列の行を用いて生成される半クリーンな共振振動数デルタＴＯＡベクトル信号のシミュレーションされたプロットを示す図である。
【図１２（ｄ）】図１２（ｃ）の白色化行列の別の行を用いて生成される半雑音信号のシミュレーションされたプロットを示す図である。
【図１２（ｅ）】共振信号のシミュレーションされたプロットを示す図である。
【図１２（ｆ）】雑音信号のシミュレーションされたプロットを示す図である。
【図１３】本技術の一実施形態による、白色化行列を生成する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の様々な実施形態の要素を導入する場合に、単数の表現および「前記」は１つまたは複数の要素があることを意味している。「備える」、「含む」、および「有する」という用語は、包括的なものであって、列挙された要素以外の付加的な要素があり得ることを意味している。本明細書において、用語「および／または」は、関連する列挙された項目のいずれかおよび１つもしくは複数の全ての組み合わせを含む。
【００１１】
近似する文言は、本明細書および特許請求の範囲の全体にわたってここで用いられるように、それがおよそ関連し得る基本的機能の変更をもたらすことなく許容範囲で変化することができる定量的表現を修正するために適用することができる。したがって、例えば「およそ」という用語によって修正される値は、指定された正確な値に限定されない。場合によっては、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応してもよい。
【００１２】
本明細書において、「予想される到着時刻（ＴＯＡ）」という用語は、ブレードに欠陥または亀裂がなく、ブレードが理想的な状態で動作しており、負荷条件が最適であり、ブレードの振動が最小である場合に、回転中の基準位置におけるブレードのＴＯＡを意味するために用いることができる。本明細書において、「共振振動数ロータ速度」という用語は、ロータのブレードの１つまたは複数の共振振動数の活性化をもたらす、装置のロータの速度を意味する。
【００１３】
動作中には、ロータのブレードの固有振動数または共振振動数は、例えば軸流コンプレッサなどの装置のロータの特定のロータ速度で活性化される。以下では、「ブレードの共振振動数の活性化をもたらすロータの速度」というフレーズは、共振振動数ロータ速度と呼ぶ。以下に詳細に述べるように、本システムおよび方法は、ロータの基準位置におけるブレードの到着時刻（ＴＯＡ）（以下では実ＴＯＡと呼ぶ）に基づいて、ブレードの共振振動数ロータ速度を識別する。ブレードの１つまたは複数の亀裂は、ブレードの共振振動数ロータ速度を変化させる可能性がある。一実施形態による本システムおよび方法の技術的な効果は、共振振動数ロータ速度の１つまたは複数の変化を決定すること、および、その変化に基づいてブレードの亀裂の存在または亀裂の存在の可能性を決定することである。この技術的な効果は、強化された保守予測および計画されてない停止時間のより低い割合を提供する。
【００１４】
図１は、本システムの実施形態による、ブレード健全性モニタリングシステム１０の概略図である。図１に示すように、システム１０は、ロータ１１にあって、ブレードの亀裂の存在または亀裂の存在の可能性の存在を決定するためにシステム１０によってモニターされる１つもしくは複数のブレードまたはエアフォイルを含む。図１はロータ１１の一部を示していることに留意されたい。例えば、ロータ１１は、コンプレッサ、軸流コンプレッサ、地上ガスタービンなどの装置の構成要素であってもよい。例えば、ロータ１１はブレード１２を含む。理解を容易にするために、ブレード１２に関して本システムおよび技術を説明するが、本システムおよび技術はロータ１１のブレードの各々に適用することができる。ここで考察する構成に示すように、システム１０は１つまたは複数のセンサー１４、１６を含み、これらのセンサーは基準点におけるブレード１２の到着を検出して、基準点におけるブレード１２の到着時刻（ＴＯＡ）２４、２６を表すブレード通過信号ＢＰＳ１８、２０を生成する。以下では、「基準点におけるブレードのＴＯＡ」というフレーズを実ＴＯＡと呼ぶ。例えば、第１の検出装置１４は、基準点におけるブレード１２の第１の実ＴＯＡ２４を表す第１のＢＰＳ１８を生成する。例えば、第２の検出装置１６は、基準点におけるブレード１２の第２の実ＴＯＡ２６を表す第２のＢＰＳ２０を生成する。基準点は、例えば、センサー１４、１６の下にあってもよく、あるいは、センサー１４、１６に隣接してもよい。実ＴＯＡは、例えば、時間または度を単位にして測定することができる。ＢＰＳ１８、２０は、例えば、ロータの始動状態、ロータ１１の過渡状態、ロータ１１の定常状態、ロータ１１の速度超過状態、またはこれらの組み合わせの間に生成することができる。
【００１５】
一実施形態では、センサー１４、１６は、ブレード１２の前縁の到着を検出してＢＰＳ１８、２０を生成することができる。別の実施形態では、センサー１４、１６は、ブレード１２の後縁の到着を検出してＢＰＳ１８、２０を生成することができる。さらに別の実施形態では、センサー１４がブレード１２の前縁の到着を検出してＢＰＳ１８を生成することができ、センサー１６がブレード１２の後縁の到着を検出してＢＰＳ２０を生成することができる、あるいは、逆もまた同様である。センサー１４、１６は、例えば、ブレード１２の到着を効率的に検出することができるように、ある位置の静止した対象物上にブレード１２に隣接して取り付けることができる。一実施形態では、センサー１４、１６の少なくとも１つは、ブレードのケーシング（図示せず）に取り付けられる。非限定的な例として、センサー１４、１６は、磁気歪センサー、磁気センサー、容量性センサー、渦電流センサーなどとすることができる。
【００１６】
ここで考察する構成に示すように、ＢＰＳ１８、２０は、処理サブシステム２２によって受け取られる。処理サブシステム２２は、ＢＰＳ１８、２０に基づいて、ブレード１２の第１の実ＴＯＡ２４および第２の実ＴＯＡ２６を決定する。特に、処理サブシステム２２は第１のＢＰＳ１８に基づいて第１の実ＴＯＡ２４を決定し、処理サブシステム２２は第２のＢＰＳ２０に基づいて第２の実ＴＯＡ２６を決定する。特定の実施形態では、処理サブシステム２２は、第１の実ＴＯＡ２４および第２の実ＴＯＡ２６から雑音および非同期振動数を除去するために、第１の実ＴＯＡ２４および第２の実ＴＯＡ２６を前処理する。処理サブシステム２２は、例えば、円滑化フィルタリング技術およびメジアンフィルタリング技術の少なくとも一方を第１の実ＴＯＡ２４および第２の実ＴＯＡ２６に適用することによって、第１の実ＴＯＡ２４および第２の実ＴＯＡ２６を前処理することができる。一実施例では、処理サブシステム２２は、メモリおよび通信セクションに結合される少なくとも１つのプロセッサを含む。センサーデータなどの情報は、通信セクションを介して有線または無線メカニズムによって伝達することができ、後に続く処理のためにメモリに格納することができる。一実施例におけるメモリは、アプリケーションを実行するための実行可能プログラムおよび関連ファイルを含むこともできる。
【００１７】
さらにまた、処理サブシステム２２は、第１の実ＴＯＡ２４および第２の実ＴＯＡ２６に基づいてブレード１２の健全性をモニターする。処理サブシステム２２は、ブレード１２の第１の実ＴＯＡ２４および予想されるＴＯＡに基づいて、ブレード１２に対応し、第１の検出装置１４に対応する第１のデルタＴＯＡ２８を決定する。さらに、処理サブシステム２２は、ブレード１２の第２の実ＴＯＡ２６および予想されるＴＯＡに基づいて、ブレード１２に対応し、第２の検出装置１６に対応する第２のデルタＴＯＡ３０を決定する。第１の検出装置１４によって生成された第１のＢＰＳ１８に基づいて決定された第１の実ＴＯＡ２４に基づいて第１のデルタＴＯＡが決定されるので、第１のデルタＴＯＡ２８は第１の検出装置１４に対応する。第２の検出装置１６によって生成された第２のＢＰＳ２０に基づいて決定された第２の実ＴＯＡ２６に基づいて第２のデルタＴＯＡ３０が決定されるので、第２のデルタＴＯＡ３０は第２の検出装置１６に対応する。第１のデルタＴＯＡ２８または第２のデルタＴＯＡ３０は、以下の方程式（１）を用いて決定することができる。
【００１８】
デルタＴＯＡ＝実ＴＯＡ−予想されるＴＯＡ      （１）
一実施形態では、第１のデルタＴＯＡ２８は、第１のデルタＴＯＡ２８をロータ１１の対応するロータ速度にマップすることによって、第１のデルタＴＯＡベクトル３２として表現することができる。別の実施形態では、第２のデルタＴＯＡは、第２のデルタＴＯＡ３０をロータ１１の対応するロータ速度にマップすることによって、第２のデルタＴＯＡベクトル３４として表現することができる。例えば、ロータ速度がＲ１であるときにタイムスタンプＴ１で生成されたＢＰＳに基づいて第１の実ＴＯＡが生成された場合には、第１のデルタＴＯＡが第１の実ＴＯＡに基づいて決定され、第１のデルタＴＯＡをロータ速度Ｒ１にマップすることによって、第１のデルタＴＯＡは第１のデルタＴＯＡベクトルとして表現される。以下では、「第１のデルタＴＯＡ」および「第１のデルタＴＯＡ信号」というフレーズは、第１のデルタＴＯＡがアナログの第１のデルタＴＯＡ信号のデジタル表現であるから、相互に交換可能に用いられる。さらにまた、「第２のデルタＴＯＡ」および「第２のデルタＴＯＡ信号」というフレーズは、第２のデルタＴＯＡがアナログの第２のデルタＴＯＡ信号のデジタル表現であるから、相互に交換可能に用いられる。さらに、「第１のデルタＴＯＡベクトル」および「第１のデルタＴＯＡベクトル信号」というフレーズは、第１のデルタＴＯＡベクトルがアナログの第１のデルタＴＯＡベクトル信号のデジタル表現であるから、相互に交換可能に用いられる。さらに、「第２のデルタＴＯＡベクトル」および「第２のデルタＴＯＡベクトル信号」というフレーズは、第２のデルタＴＯＡベクトルがアナログの第２のデルタＴＯＡベクトル信号のデジタル表現であるから、相互に交換可能に用いられる。
【００１９】
ロータ１１は複数のロータ速度で動作することに留意されたい。ロータ速度のサブセットは、ロータ１１のブレードの共振振動数を活性化する。以下では、「ブレードの共振振動数を活性化するロータの速度」を共振振動数ロータ速度と呼ぶ。ロータのブレードの共振振動数ロータ速度は、別のロータのブレードの共振振動数ロータ速度と異なってもよいことに留意されたい。さらにまた、ロータ１１のブレードの共振振動数ロータ速度は、ロータ１１の別のブレードの共振振動数ロータ速度と異なってもよいことに留意されたい。
【００２０】
図１の実施形態では、処理サブシステム２２は、第１のデルタＴＯＡ２８／第１のデルタＴＯＡベクトル３２から、共振振動数の第１のデルタＴＯＡ／共振振動数の第１のデルタＴＯＡベクトルをそれぞれ抽出する。共振振動数の第１のデルタＴＯＡ／共振振動数の第１のデルタＴＯＡベクトルは、それぞれ第１のデルタＴＯＡ２８／第１のデルタＴＯＡベクトル３２のサブセットである。さらに、処理サブシステム２２は、第２のデルタＴＯＡ３０／第２のデルタＴＯＡベクトル３４から、共振振動数の第２のデルタＴＯＡ／共振振動数の第２のデルタＴＯＡベクトルをそれぞれ抽出する。共振振動数の第２のデルタＴＯＡ／共振振動数の第２のデルタＴＯＡベクトルは、それぞれ第２のデルタＴＯＡ３０／第２のデルタＴＯＡベクトル３４のサブセットである。一実施形態では、処理サブシステム２２は、共振振動数の第１のデルタＴＯＡおよび共振振動数の第２のデルタＴＯＡに基づいて、ブレード１２の共振振動数ロータ速度を決定する。別の実施形態では、処理サブシステム２２は、共振振動数の第１のデルタＴＯＡベクトルおよび共振振動数の第２のデルタＴＯＡベクトルに基づいて、ブレード１２の共振振動数ロータ速度を決定する。
【００２１】
さらに、ブレード１２の亀裂の存在またはブレード１２の亀裂の存在の可能性を決定するために、処理サブシステム２２は、過去の共振振動数ロータ速度に対する共振振動数ロータ速度の任意の変化の存在を決定する。処理サブシステム２２がブレード１２の共振振動数ロータ速度に１つまたは複数の変化が存在すると決定した場合には、処理サブシステム２２は、ブレード１２の亀裂が存在すると決定するか、あるいはブレード１２の亀裂の可能性が存在すると決定する。ブレード１２の亀裂の決定については、図７を参照してより詳細に説明する。
【００２２】
図２は、本技術の特定の態様による、デルタＴＯＡ２０２に基づいてブレード１２の共振振動数ロータ速度領域２２０を識別するための例示的方法２００を示すフローチャートである。共振振動数ロータ速度領域２２０は、ブレード１２の１つまたは複数の共振振動数の活性化をもたらすブレード１２のロータ速度の幅広い範囲である。例えば、ブレード１２の共振振動数は毎分１２００回転から毎分１４００回転までの範囲のロータ速度で活性化することができ、したがって毎分１２００回転から毎分１４００回転までがブレードの共振振動数ロータ速度範囲である。
【００２３】
符号２０２は、ブレード１２に対応するデルタＴＯＡを示す。ブレード１２には欠陥または亀裂がなく、ブレード１２およびロータ１１が理想的な状態で動作しており、負荷条件が最適であり、ブレード１２の振動が最小である場合には、第１の検出装置１４または第２の検出装置１６によって生成される実ＴＯＡに基づいて、デルタＴＯＡ２０２が決定される。一実施形態では、ブレード１２には欠陥または亀裂がなく、ブレード１２およびロータ１１が理想的な状態で動作しており、負荷条件が最適であり、ブレード１２の振動が最小である場合であって、第１の実ＴＯＡ２４が第１の検出装置１４によって生成される場合には、デルタＴＯＡ２０２は第１のデルタＴＯＡ２８（図１を参照）とすることができる。別の実施形態では、ブレード１２には欠陥または亀裂がなく、ブレード１２およびロータ１１が理想的な状態で動作しており、負荷条件が最適であり、ブレード１２の振動が最小である場合であって、第２の実ＴＯＡ２６が第２の検出装置１６によって生成される場合には、デルタＴＯＡ２０２は第２のデルタＴＯＡ３０（図１を参照）とすることができる。一実施形態では、デルタＴＯＡ信号２０２は、デルタＴＯＡ信号２０２をそれぞれのロータ速度にマップすることによって、デルタＴＯＡベクトル信号として表現することができる。例示的なデルタＴＯＡベクトル信号を図３に示す。図２の実施形態では、方法２００の各ブロックは、図１の処理サブシステム２２によって実行される。
【００２４】
ブロック２０４で、第１の信号ウィンドウおよび第２の信号ウィンドウを選択する。第１の信号ウィンドウおよび第２の信号ウィンドウは、ロータ速度帯域である。さらに、第１の信号ウィンドウおよび第２の信号ウィンドウの各々は、それぞれの幅を有する。例えば、図２の実施形態では、第１の信号ウィンドウは毎分２５回転のロータ速度帯域であり、第１の信号ウィンドウの幅は毎分２５回転である。また図２の実施形態では、第２の信号ウィンドウは毎分５０回転のロータ速度帯域であり、第２の信号ウィンドウの幅は毎分５０回転である。第２の信号ウィンドウの幅は、第１の信号ウィンドウの幅より大きい。
【００２５】
ブロック２０６で、デルタＴＯＡ信号２０２に沿って第１の信号ウィンドウを反復的にシフトすることによって、複数の第１の振動数ピーク値を生成する。ブロック２０８で、デルタＴＯＡ信号２０２に沿って第２の信号ウィンドウを反復的にシフトすることによって、複数の第２の振動数ピーク値を生成する。第１の振動数ピーク値および第２の振動数ピーク値の決定については、図３および図４を参照してより詳細に説明する。
【００２６】
ブロック２１０で、第１の振動数ピーク値および第２の振動数ピーク値に基づいて複数の結果値を決定する。特に、それぞれの第１の振動数ピーク値から第２の振動数ピーク値を減算することによって、結果値を決定する。結果値は、例えば、以下の方程式（２）を用いて決定することができる。
【００２７】
ＲＶ＝第１の振動数ピーク値−第２の振動数ピーク値      （２）
ここで、ＲＶは結果値である。
【００２８】
ブロック２１２で、結果値が決定値より小さいか否かを決定するためのチェックを実行する。ブロック２１２で、結果値が決定値より小さい場合には、制御はブロック２１４に移る。ブロック２１４で、第２の振動数ピーク値に対応するロータ速度を決定する。結果値が決定値より小さい場合には、第２の振動数ピーク値に対応するロータ速度の極大値を共振振動数ロータ速度領域２２０として決定する。例えば、第２の振動数ピーク値に対応するロータ速度が毎分１２００回転である場合には、極大値１２００±５０を共振振動数ロータ速度領域として決定する。
【００２９】
しかし、ブロック２１２に戻って、結果値が決定値より小さくない場合には、制御はブロック２１６に移る。ブロック２１６で、次の信号ウィンドウを選択する。次の信号ウィンドウの幅は、第１の信号ウィンドウの幅および第２の信号ウィンドウの幅より大きい。例えば、非限定的な例として、次の信号ウィンドウの幅は、毎分７５回転または毎分７５回転より大きくてもよい。さらに、ブロック２１８で、デルタＴＯＡ２０２に沿って次の信号ウィンドウを反復的にシフトすることによって、複数の次の振動数ピーク値を決定する。デルタＴＯＡ信号２０２に沿って次の信号ウィンドウを反復的にシフトすることによる次の振動数ピーク値の決定については、図３および図４を参照して説明する。さらにまた、制御はブロック２１０に移る。ブロック２１０で、次の振動数ピーク値および以前の振動数ピーク値に基づいて複数の次の結果値を決定する。一実施形態では、以前の振動数ピーク値は、第２の振動数ピーク値である。またブロック２１２で、１つまたは複数の次の結果値が決定値より小さいか否かを決定するためのチェックを実行する。ブロック２１２で、次の結果値が決定値より小さくない場合には、ブロック２１６からブロック２１２までを再度実行する。しかし、ブロック２１２で、次の結果値が決定値より小さい場合には、制御はブロック２１４に移る。ブロック２１４で、次の振動数ピーク値に対応するロータ速度の各々の極大値を共振振動数ロータ速度領域２２０として識別する。例えば、ｒが次の振動数ピーク値に対応するロータ速度である場合には、ｒ±５０を共振振動数ロータ速度領域として選択することができる。図６は、図２に関して記載した処理を用いて識別された、ブレードのシミュレーションされた共振振動数速度領域を示す。
【００３０】
図３は、本技術の一態様による、図１に示す第１のデルタＴＯＡ信号２０２に沿って信号ウィンドウ３０２をシフトすることにより複数の振動数ピーク値３１０を測定するための例示的方法３００を示すフローチャートである。特に、図３は、図２のブロック２０６、２０８、および２１８をより詳細に説明する。複数の振動数ピーク値３１０は、例えば、信号ウィンドウ３０２が図２に示す第１の信号ウィンドウである場合には、第１の振動数ピーク値であってもよい。同様に、複数の振動数ピーク値３１０は、信号ウィンドウ３０２が図２に示す第２の信号ウィンドウである場合には、第２の振動数ピーク値であってもよい。また、複数の振動数ピーク値３１０は、信号ウィンドウ３０２が次の信号ウィンドウである場合には、次の振動数ピーク値であってもよい。（図２を参照のこと）
ブロック３０４で、信号ウィンドウ３０２をデルタＴＯＡ２０２に配置し、信号ウィンドウ３０２に含まれるかまたはカバーされるデルタＴＯＡ２０２の第１のサブセットを選択する。さらにまた、ブロック３０６で、デルタＴＯＡ信号２０２の第１のサブセットに基づいて振動数ピーク値を生成する。例えば、デルタＴＯＡ信号２０２の第１のサブセットの高速フーリエ変換を実行することにより振動数信号を決定すること、および振動数信号から振動数ピーク値を選択することによって、振動数ピーク値を生成する。ここで、振動数ピーク値は決定された同期振動数しきい値以下である。本明細書において、「決定された同期振動数しきい値」という用語は、決定された同期振動数しきい値より大きい振動数は実質的に非同期振動数であり、決定された同期振動数しきい値以下の振動数は実質的に同期振動数であるように選択された数値の振動数値である。非限定的な例として、決定された同期振動数しきい値の大きさは約２ヘルツであり得る。振動数ピーク値の決定については、図５を参照してより詳細に説明する。
【００３１】
さらにまた、ブロック３０８で、複数の振動数ピーク値３１０に振動数ピーク値を加えて、制御はブロック３１２に移る。ブロック３１２で、信号ウィンドウ３０２がデルタ時刻信号２０２に沿って決定された回数だけシフトされたか否かを決定するためのチェックを実行する。図３では、信号ウィンドウ３０２が決定された回数だけシフトされたか否かを決定するためのチェックを実行するが、特定の実施形態では、信号ウィンドウ３０２がデルタ到着時刻２０２にわたってシフトされたか否かを決定するためのチェックを実行してもよい。ブロック３１２で、信号ウィンドウ３０２が第１のデルタＴＯＡ信号２０２に沿って決定された回数だけシフトされなかったと決定された場合には、制御はブロック３１４に移る。ブロック３１４で、信号ウィンドウ３０２を決定されたロータ速度帯域だけデルタＴＯＡ信号２０２に沿ってシフトすることによって、シフトされたウィンドウを決定する。さらにまた、ブロック３１６で、シフトされた信号ウィンドウに含まれるかまたはカバーされるデルタＴＯＡ信号２０２の次のサブセットを選択する。ブロック３１８で、デルタＴＯＡ信号２０２の次のサブセットに基づいて次の振動数ピーク値を決定する。次の振動数ピーク値は、例えば、対応する振動数信号を生成するための第１のデルタＴＯＡ信号２０２の次のサブセットの高速フーリエ変換を実行することによって生成され、その後に振動数信号から次の振動数ピーク値を選択する。ここで、次の振動数ピーク値は決定された同期振動数しきい値以下である。制御はブロック３１８からブロック３０８に移る。ブロック３０８で、複数の振動数ピーク値３１０に次の振動数ピーク値を加える。続いて、ブロック３１２で、信号ウィンドウ３０２がデルタＴＯＡ信号２０２に沿って決定された回数だけシフトされたか否かを決定するためのチェックを実行する。ブロック３１２で、信号ウィンドウ３０２が決定された回数だけシフトされたと決定された場合には、複数の振動数ピーク値３１０を決定する。
【００３２】
図４は、ロータのブレードに対応し、複数の振動数ピーク値および結果値の決定を示すシミュレーションされたデルタＴＯＡベクトル信号４０２のプロット４００である。一実施形態では、図４は、図２のステップ２０６、２０８、および２１８をより詳細に説明する。さらにまた、図４は、図２のステップ２１０を説明する。さらに、図４は、図３のステップ３０６をより詳細に説明する。シミュレーションされたデルタＴＯＡベクトル信号４０２は、ロータのブレードのデルタＴＯＡをそれぞれのロータ速度にマップすることによって生成される。一実施形態では、デルタＴＯＡベクトル信号４０２は、第１のデルタＴＯＡベクトル信号３２（図１を参照）であってもよい。別の実施形態では、デルタＴＯＡベクトル信号４０２は、第２のデルタＴＯＡベクトル信号３４（図１を参照）であってもよい。
【００３３】
プロット４００のＸ軸４０６はロータのロータ速度を表し、プロット４００のＹ軸４０８はブレードに対応するデルタＴＯＡを表す。符号４１０は幅Ｗ１を有する第１の信号ウィンドウを示し、符号４１２は幅Ｗ２を有する第２の信号ウィンドウを示す。第１の信号ウィンドウ４１０は、第１の信号ウィンドウ４１０に含まれるかまたはカバーされるデルタＴＯＡベクトル信号４０２の第１のサブセットを選択する。図４に示すように、デルタＴＯＡベクトル信号４０２の第１のサブセットは、点４１４から始まり点４１６で終わる。さらにまた、図５に示す振動数信号５０２は、デルタＴＯＡベクトル信号４０２の第１のサブセットに基づいて生成される。振動数信号５０２は、デルタＴＯＡベクトル信号４０２の第１のサブセットのフーリエ変換または高速フーリエ変換を実行することによって決定される。さらにまた、第１の信号ウィンドウ４１０およびデルタＴＯＡベクトル信号４０２の第１のサブセットに対応する第１の振動数ピーク値５０８（図５に示す）は、振動数信号５０２および決定された同期振動数しきい値５１０（図５に示す）に基づいて決定される。第１のウィンドウおよびデルタＴＯＡの第１のサブセットに対応する第１の振動数ピーク値の決定については、図５を参照してより詳細に説明する。
【００３４】
第２の信号ウィンドウ４１２は、第２の信号ウィンドウ４１２に含まれるかまたはカバーされるデルタＴＯＡベクトル信号４０２の第２のサブセットを選択する。図４に示すように、デルタＴＯＡベクトル信号４０２の第２のサブセットは、点４１８から始まり点４２０で終わる。さらにまた、振動数信号は、デルタＴＯＡベクトル信号４０２の第２のサブセットに基づいて生成される。振動数信号は、デルタＴＯＡベクトル信号の第２のサブセットのフーリエ変換または高速フーリエ変換を実行することによって決定される。さらにまた、第２の信号ウィンドウ４１２およびデルタＴＯＡの第２のサブセットに対応する第２の振動数ピーク値は、振動数信号および決定された同期振動数しきい値に基づいて決定される。第２の振動数ピーク値は、例えば、図５を参照して説明する方法を用いて決定することができる。さらにまた、第１の振動数ピーク値から第２の振動数ピーク値を減算することによって、第１の結果値が決定される。
【００３５】
続いて、シフトされた第１のウィンドウＳＷ１を生成するために第１の信号ウィンドウ４１０がロータ速度帯域ＳＢ１だけシフトされ、シフトされた第２の信号ウィンドウＳＷ２を生成するために第２のウィンドウ４１２がロータ速度帯域ＳＢ１だけシフトされる。再び、シフトされた第１の信号ウィンドウＳＷ１に対応する次の第１の振動数ピーク値が、シフトされた第１の信号ウィンドウＳＷ１にカバーされるデルタＴＯＡベクトル信号４０２のサブセットに基づいて決定される。さらに、シフトされた第２の信号ウィンドウＳＷ２に対応する次の第２の振動数ピーク値が、シフトされた第２の信号ウィンドウＳＷ２にカバーされるデルタＴＯＡベクトル信号４０２のサブセットに基づいて決定される。さらにまた、次の第１の振動数ピーク値から次の第２の振動数ピーク値を減算することによって、第２の結果値が決定される。
【００３６】
デルタＴＯＡベクトル信号４０２が完全に横断されない限り、第１の信号ウィンドウ４１０および第２の信号ウィンドウ４１２はシフトされる。さらにまた、複数の第１の振動数ピーク値、複数の第２の振動数ピーク値、および複数の結果値は、第１の信号ウィンドウ４１０および第２の信号ウィンドウ４１２をシフトすることにより決定される。複数の第１の振動数ピーク値は、第１の振動数ピーク値および次の第１の振動数ピークを含む。複数の第２の振動数ピーク値は、第２の振動数ピーク値および次の第２の振動数ピークを含む。さらにまた、複数の結果値は、第１の結果値および第２の結果値を含む。
【００３７】
図５は、振動数信号５０２および決定された同期振動数しきい値５１０に基づく第１の振動数ピーク値５０８の決定について説明するための、図４に示す振動数信号５０２のプロット５００である。プロット５００のＸ軸５０４はデルタＴＯＡベクトル信号４０２の第１のサブセットの振動数を表し、プロット５００のＹ軸５０６は振動数の振幅を表す。第１の振動数ピーク値５０８は、例えば、図１に示す処理サブシステム２２により決定される。処理サブシステム２２は、決定された同期振動数しきい値５１０より小さい振動数を選択する。選択された振動数が同期振動数である。振動数信号５０２から決定された同期振動数しきい値５１０より小さい振動数を選択することが、結果として振動数信号５０２から同期振動数を選択することになることに留意されたい。さらにまた、最も高い振幅を有する振動数が同期振動数または選択された振動数から選択される。図５の実施形態では、振動数５１２は最も高い振幅５０８を有する。最も高い振幅５０８は、第１の振動数ピーク値５０８として決定される。
【００３８】
図６は、図２を参照して説明した方法を用いて決定されたブレードの共振振動数ロータ速度領域６０２、６０４のシミュレーションされたプロット６００である。Ｘ軸６０６はロータのロータ速度を表し、Ｙ軸６０８は振動数ピーク値を表す。振動数ピーク値は、図２のブロック２０８で決定された第２の振動数ピーク値、または図２のブロック２１８で決定された次の振動数ピーク値であってもよい。図６に示すように、２つの共振振動数ロータ速度領域６０２、６０４が識別される。
【００３９】
図７は、本技術の一実施形態による、図１に示すブレード１２の健全性をモニターするための方法７００のフローチャートである。符号２２０は、ロータ１１（図２を参照）のブレード１２の共振振動数ロータ速度領域を示す。符号３２は、図１の処理サブシステム２２により決定される第１のデルタＴＯＡベクトルを示す。さらにまた、符号３４は、図１の処理サブシステム２２により決定される第２のデルタＴＯＡベクトルを示す。ブロック７０２で、第１のデルタＴＯＡベクトル３２から共振振動数の第１のデルタＴＯＡベクトルを選択する。本明細書において、「共振振動数の第１のデルタＴＯＡベクトル」というフレーズは、第１のデルタＴＯＡベクトル３２のサブセットを指すために用いる。ここで、サブセットはブレード１２の共振振動数ロータ速度領域に対応する。ブロック７０４で、第２のデルタＴＯＡベクトル３４から共振振動数の第２のデルタＴＯＡベクトルを選択する。本明細書において、「共振振動数の第２のデルタＴＯＡベクトル」というフレーズは、第２のデルタＴＯＡベクトル３４のサブセットを指すために用いる。ここで、サブセットはブレード１２の共振振動数ロータ速度領域に対応する。
【００４０】
さらにまた、ブロック７０６で、共振振動数の第１のデルタＴＯＡベクトルおよび共振振動数の第２のデルタＴＯＡベクトルに基づいて測定行列を生成する。例えば、初期行列を生成するために共振振動数の第１のデルタＴＯＡベクトルおよび共振振動数の第２のデルタＴＯＡベクトルを配列すること、および測定行列を生成するために初期行列をトレンド除去することによって、測定行列を生成することができる。初期行列は、例えば、多項式曲線フィッティング技術、またはウェーブレットに基づく曲線フィッティング技術を含む１つまたは複数の技術を用いてトレンド除去することができる。さらにまた、測定行列の生成については、図１０を参照してより詳細に説明する。
【００４１】
ブロック７０８で、共振行列の成分が実質的に線型無相関かつ線型独立になるように、測定行列に基づいて共振行列を生成する。共振行列は、例えば、少なくとも１つの技術を測定行列に適用することによって決定することができ、少なくとも１つの技術は白色化技術、キュムラント行列推定技術、および行列回転技術を含む。
【００４２】
共振行列は、クリーンな共振振動数デルタＴＯＡベクトル７１２および雑音データ７１０を含む。特に、共振行列の行は共振振動数デルタＴＯＡベクトル７１２を含み、共振行列の別の行は雑音データ７１０を含む。クリーンな共振振動数デルタＴＯＡベクトル信号７１２は、共振振動数の第１のデルタＴＯＡベクトル信号および共振振動数の第２のデルタＴＯＡベクトル信号から雑音を除去した後に、第１の検出装置１４および第２の検出装置１６の共通の観察または測定を含む。理解を容易にするために、「クリーンな共振振動数デルタＴＯＡベクトル」という用語を共振信号と呼ぶ。さらにまた、雑音信号７１０は、共振振動数の第１のデルタＴＯＡベクトル信号および共振振動数の第２のデルタＴＯＡベクトル信号の雑音を含む。理解を容易にするために、「クリーンな共振振動数デルタＴＯＡベクトル信号７１２」は、共振信号７１２と相互に交換可能である。図７の方法を用いる共振信号の一例を図９（ａ）および図１２（ｅ）に示す。図７の方法を用いる雑音信号の一例を図１２（ｆ）に示す。
【００４３】
符号７１４は、ブレード１２には欠陥または亀裂がなく、ブレード１２およびロータ１１が理想的な状態で動作しており、負荷条件が最適であり、ブレード１２の振動が最小である場合に生成されるブレード１２の過去の共振信号を表す。過去の共振信号７１４は、ブレード１２に欠陥または亀裂がない場合のブレード１２の過去のクリーンなデルタＴＯＡにマップされるブレード１２の過去の共振振動数ロータ速度を示す。
【００４４】
ブロック７１６で、ブレード１２の過去の共振振動数ロータ速度に対するブレード１２の共振振動数ロータ速度の変化が存在するか否かについて決定する。例えば、相関関数を共振信号７１２および過去の共振信号７１４に適用することによって、ブレード１２の過去の共振振動数ロータ速度に対するブレード１２の共振振動数ロータ速度の変化を決定する。相関関数を適用することにより、結果として指標値および相関値を決定する。本明細書において、「相関値」共振信号と過去の共振信号との相関または類似度の目安である。本明細書において、「指標値」という用語は、共振信号と過去の共振信号との間の位相ずれの目安である。相関値が高いほど、共振信号７１２と過去の共振信号７１４との類似度が高くなる。また指標値が高いほど、過去の共振信号７１４に対する共振信号７１２の位相ずれが高くなる。したがって、相関値および指標値は、過去の共振信号７１４に対する共振信号７１２の変化を決定するために用いることができる。
【００４５】
さらにまた、ブロック７１８で、過去の共振信号７１４に対する共振信号７１２の変化に基づいて、亀裂の存在、亀裂の不存在、または亀裂の可能性を決定することができる。例えば、過去の共振信号７１４に対して共振信号７１２に変化が存在する場合には、亀裂がブレード１２に存在すると決定することができる。一実施形態では、亀裂の存在、亀裂の不存在、または亀裂の可能性は、指標値、相関値、および相関チャートに基づいて決定することができる。指標値、相関値、および相関チャートに基づく亀裂の存在、亀裂の不存在、または亀裂の可能性の決定について、図８に示す。
【００４６】
図８は、本技術の一実施形態による、ブレード１２の亀裂の存在、亀裂の不存在、または亀裂の可能性を決定するために用いることができる相関チャート８００を示す。一実施形態では、図８は図７のステップ７１８を説明する。相関チャート８００は、第１象限８０２、第２象限８０４と、第３象限８０６、第４象限８０８を含む４つの象限を含む。第１象限８０２は、低い指標値および高い相関値を表す。第２象限８０４は、高い指標値および高い相関値を表す。第３象限８０６は、高い指標値および低い相関値を表す。さらにまた、第４象限８０８は、低い指標値および低い相関値を表す。
【００４７】
ブレード１２の亀裂の存在または亀裂の存在の可能性を決定するために、図７のブロック７１６で決定された指標値および相関値を相関チャート８００に配置する。例えば、指標値および相関値が相関チャート８００の第１象限８０２に入る場合には、ブレード１２には亀裂が存在しないと決定することができる。さらにまた、ブロック７１６で決定された指標値および相関値が相関チャート８００の第２象限８０４に入る場合には、１つまたは複数の亀裂がブレード１２に存在すると決定することができる。さらに、ブロック７１６で決定された指標値および相関値が相関チャート８００の第３象限８０６に入る場合には、亀裂の存在の可能性がブレード１２にあると決定することができる。さらに、ブロック７１６で決定された指標値および相関値が相関チャート８００の第４象限８０８に入る場合には、亀裂の存在の可能性がブレード１２にあると決定することができる。
【００４８】
図９（ａ）はブレードの過去の共振信号９０２のシミュレーションされたプロット９００を示し、図９（ｂ）は図７で説明した方法を用いて生成されたブレードの共振信号９０６のシミュレーションされたプロット９０４を示す。プロット９００、９０４のＸ軸９０８は共振振動数ロータ速度範囲を表し、プロット９００、９０４のＹ軸９１０はクリーンな共振振動数デルタＴＯＡを表す。図９（ａ）の過去の共振信号９０２に示すように、ブレードが亀裂および振動がなく健全である場合には、ブレードの共振振動数は共振振動数ロータ速度９１２で活性化される。しかし、共振信号９０６から明白であるように、ブレードの共振振動数はシフトされた共振振動数ロータ速度９１４で活性化される。したがって、過去の共振信号９０２によって示されるブレードの共振振動数ロータ速度９１２の変化またはシフトにより、ブレードが亀裂を有すると決定することができる。
【００４９】
図１０は、本技術の一実施形態による、共振振動数の第１のデルタＴＯＡおよび共振振動数の第２のデルタＴＯＡに基づいて測定行列を生成する方法１０００のフローチャートである。一実施形態では、図１０は図７のブロック７０６をより詳細に説明する。共振振動数の第１のデルタＴＯＡは、図７のブロック７０２で第１のデルタＴＯＡ３２から選択される。さらにまた、共振振動数の第２のデルタＴＯＡは、図７のブロック７０４で第２のデルタＴＯＡ３４から選択される。ブロック１００２で、共振振動数の第１のデルタＴＯＡベクトルおよび共振振動数の第２のデルタＴＯＡに基づいて、初期行列を生成する。一実施形態では、ＬＥ１が共振振動数の第１のデルタＴＯＡベクトルを表し、ＬＥ２が共振振動数の第２のデルタＴＯＡベクトルを表す場合には、初期行列Ｉは以下のように表すことができる。
【００５０】
【数１】
2015125147.tif 000003
さらにまた、ブロック１００４で、初期行列Ｉをトレンド除去することによって測定行列を生成することができる。例えば、少なくとも１つの技術を初期行列Ｉに適用することによって、初期行列をトレンド除去することができる。その技術は、例えば、多項式曲線フィッティング、ウェーブレットに基づく曲線フィッティング、またはこれらの組み合わせを含む。
【００５１】
図１１は、本技術の一実施形態による、測定行列に基づいて共振行列を生成する方法１１００のフローチャートである。一実施形態では、図１１は図７のステップ７０８を説明する。ブロック１１０２で、測定行列に基づいて白色化行列を決定する。白色化行列は、測定行列の成分間の線型相関を実質的に除去することにより決定される。特に、白色化行列は、測定行列の第１行の成分と測定行列の第２行の成分との間の線型相関を実質的に除去することにより決定される。したがって、白色化行列の第１行の成分および白色化行列の第２行の成分は線型無相関である。２つ信号「ｘ」および「ｙ」、または、２つの成分「ｘ」および「ｙ」は、Ｅ｛ｘｙT｝＝０である場合には線型無相関である。ここで「Ｅ」は期待値または平均値であり、ｘｙTは相関演算である。測定行列を白色化行列に変換することによる白色化行列の決定については、図１３を参照してより詳細に説明する。一実施形態では、白色化行列は２つの行を含み、第１行は共振振動数の第１のデルタＴＯＡベクトルおよび共振振動数の第２のデルタＴＯＡベクトルの共通の観察／構成要素を実質的に含み、第２行は共振振動数の第１のデルタＴＯＡベクトルおよび共振振動数の第２のデルタＴＯＡベクトルの雑音を実質的に含む。したがって、白色化行列の第１行は、共振振動数第１のデルタＴＯＡベクトルおよび共振振動数第２のデルタＴＯＡベクトルの共通の観察／構成要素を実質的に含む半クリーンな共振振動数デルタＴＯＡベクトル信号１１０４を生成するために用いることができる。さらにまた、白色化行列の第２行は、共振振動数第１のデルタＴＯＡベクトルおよび共振振動数第２のデルタＴＯＡベクトルの雑音を実質的に含む半雑音信号１１０６を生成するために用いることができる。
【００５２】
さらにまた、ブロック１１０８で、白色化行列にキュムラント生成関数を適用することにより、白色化行列に基づいてキュムラント行列を決定する。一実施形態では、キュムラント行列は４次のキュムラント行列である。一実施形態では、キュムラント行列は白色化行列の成分の独立性の目安である。ブロック１１１０で、キュムラント行列に基づいて回転行列を決定することができる。回転行列は、キュムラント行列の成分間の線型相関を実質的に除去することにより決定される。特に、回転行列は、キュムラント行列の第１行の成分とキュムラント行列の第２行の成分との間の線型相関を除去することにより決定される。したがって、回転行列の第１行の成分および回転行列の第２行の成分は線型無相関である。回転行列の生成については、図１３を参照してより詳細に説明する。
【００５３】
ブロック１１１２で、回転行列および回転行列の成分間の線型従属を実質的に除去することにより決定された回転行列に基づいて、回転行列を回転させることによって、ユニタリー行列を決定する。ブロック１１１４で、ユニタリー行列および白色化行列の積を決定することにより共振行列を決定する。共振行列の成分は線型無相関かつ線型独立である。さらにまた、ユニタリー行列の成分は線型無相関である。一実施形態では、共振行列の第１行の成分および共振行列の第２行の成分は、線型無相関かつ線型独立である。共振行列は、例えば、図７のブロック７０８で決定される共振行列である。共振行列は、図７に示すクリーンなデルタＴＯＡベクトル７１２および雑音データ７１０を含む。
【００５４】
図１２（ａ）は、ブレード１２および第１の検出装置１４に対応する共振振動数の第１のデルタ到着時刻ベクトル信号１２０２のシミュレーションされたプロット１２００を示す図である。共振振動数の第１のデルタ到着時刻ベクトル信号１２０２は、例えば、図７のブロック７０２で第１のデルタＴＯＡ３２から選択される共振振動数の第１のデルタ到着時刻ベクトルであってもよい。さらに、図１２（ｂ）は、ブレードおよび第２の検出装置１６に対応する共振振動数の第２のデルタ到着時刻ベクトル信号１２０６のシミュレーションされたプロット１２０４を示す図である。共振振動数の第２のデルタ到着時刻ベクトル信号１２０６は、例えば、図７のブロック７０４で第２のデルタＴＯＡ３４から選択される共振振動数の第２のデルタ到着時刻ベクトルであってもよい。プロット１２００のＸ軸１２０８は、ブレードの共振振動数ロータ速度範囲を表す。プロット１２００のＹ軸１２１０は、共振振動数の第１のデルタＴＯＡ１２０２を表す。同様に、プロット１２０４のＸ軸１２１２は、ブレードの共振振動数ロータ速度範囲を表す。プロット１２０４のＹ軸１２１４は、共振振動数の第２のデルタＴＯＡ１２０６を表す。
【００５５】
共振振動数の第１のデルタ到着時刻ベクトル信号１２０２および共振振動数の第２のデルタ到着時刻ベクトル信号１２０６は、図７のブロック７０６および図１０で説明した方法を用いて測定行列を形成するために処理される。さらにまた、測定行列を変換することによって、白色化行列を決定する。白色化行列は、図１２（ｃ）および図１２（ｄ）にそれぞれ示す半クリーンな共振振動数デルタＴＯＡベクトル信号１２１６および半雑音信号１２１８を生成するために用いられる。半クリーンな共振振動数デルタＴＯＡベクトル信号１２１６および半雑音信号１２１８は、図１１のブロック１１０２で説明した方法を用いて生成される。半クリーンな共振振動数デルタＴＯＡベクトル信号１２１６に示すように、信号１２０２、１２０６（図１２（ａ）および図１２（ｂ）を参照）の共通の観察は、半クリーンな共振振動数デルタＴＯＡベクトル信号１２１６において取り込まれる。しかし、依然として、半クリーンな共振振動数デルタＴＯＡベクトル信号１２１６は、最小の残留雑音を有する。さらにまた、図１２（ｄ）に示すように、雑音信号１２１８は信号１２０２、１２０４の実質的な雑音を含む。
【００５６】
さらに、図１２（ｅ）に示す共振信号１２２０および図１２（ｆ）に示す雑音信号１２２２を生成するために、図１１のブロック１１０８〜１１１２を用いて白色化行列または信号１２１６、１２１８を処理する。共振信号１２２０および雑音信号１２２２は、図７のブロック７０８および図１１を参照して説明した方法を用いて生成される。図１２（ｅ）に示すように、信号１２０２、１２０６（図１２（ａ）および図１２（ｂ）を参照）の共通の観察は、共振信号１２２０において取り込まれ、雑音信号１２２２は無またはゼロ雑音を有する。さらにまた、図１２（ｆ）に示すように、雑音信号１２２２は信号１２０２、１２０４の雑音を含む。
【００５７】
図１３は、本技術の一実施形態による、白色化行列１３１４を生成する方法のフローチャートである。一実施形態では、図１３は図１１のブロック１１０２をより詳細に説明する。別の実施形態では、図１３は図１１のブロック１１１０をより詳細に説明する。符号１３０２は白色化される行列を表す。白色化される行列１３０２は、例えば、図１１のブロック１１０２に示す測定行列であってもよく、あるいは、白色化される行列１３０２は図１１のブロック１１０８に示すキュムラント行列であってもよい。白色化される行列１３０２が測定行列である場合には、白色化行列１３１４は図１１のブロック１１０２に示す白色化行列である。白色化される行列１３０２がキュムラント行列である場合には、白色化行列は図１１のブロック１１１０に示すユニタリー行列である。
【００５８】
ブロック１３０４で、白色化される行列１３０２の共分散を決定することにより共分散行列を生成する。ブロック１３０６で、共分散行列に固有ベクトル分解技術を適用することによって、固有値行列および固有値を決定する。ブロック１３０８で、固有値の平方根を決定する。さらにまた、ブロック１３１０で、固有ベクトル行列および固有値の平方根を乗算することによって、積行列を決定する。ブロック１３１２で、積行列および測定行列を乗算することによって、白色化行列１３１４を決定する。
【００５９】
本システムおよび方法は、ロータブレード、ロータブレードを含むロータ、ロータブレードを含む装置、およびロータが健全である場合に、ロータブレードの共振振動数ロータ速度を識別することによって、ロータブレードの健全性をモニターする。さらにまた、本システムおよび方法は、ロータブレードの共振振動数ロータ速度の変化を決定する。本システムおよび方法は、ロータブレードの共振振動数の変化に基づいて、ロータブレードの亀裂の有無を決定する。
【００６０】
本発明の特定の特徴だけを本明細書に図示し記載しているが、多くの改変および変形が当業者に想到されるであろう。したがって、添付した特許請求の範囲は、本発明の真の要旨に含まれるこのような全ての改変および変形を包含することを意図していると理解すべきである。
【符号の説明】
【００６１】
１０  システム
１１  ロータ
１２  ブレード
１４  第１の検出装置（センサー）
１６  第２の検出装置（センサー）
１８  第１のブレード通過信号
２０  第２のブレード通過信号
２２  処理サブシステム
２４  第１の実ＴＯＡ
２６  第２の実ＴＯＡ
２８  第１のデルタＴＯＡ
３０  第２のデルタＴＯＡ
３２  第１のデルタＴＯＡベクトル信号
３４  第２のデルタＴＯＡベクトル信号
２００  方法
２０２  第１のデルタＴＯＡ信号
２０４  ブロック（ステップ）
２０６  ブロック（ステップ）
２０８  ブロック（ステップ）
２１０  ブロック（ステップ）
２１２  ブロック（ステップ）
２１４  ブロック（ステップ）
２１６  ブロック（ステップ）
２１８  ブロック（ステップ）
２２０  共振振動数ロータ速度領域
３００  方法
３０２  信号ウィンドウ
３０４  ブロック（ステップ）
３０６  ブロック（ステップ）
３０８  ブロック（ステップ）
３１０  振動数ピーク値
３１２  ブロック（ステップ）
３１４  ブロック（ステップ）
３１６  ブロック（ステップ）
３１８  ブロック（ステップ）
４００  プロット
４０２  シミュレーションされたデルタＴＯＡベクトル信号
４０６  Ｘ軸
４０８  Ｙ軸
４１０  第１の信号ウィンドウ
４１２  第２の信号ウィンドウ
４１４  点
４１６  点
４１８  点
４２０  点
５００  プロット
５０２  振動数信号
５０４  Ｘ軸
５０６  Ｙ軸
５０８  第１の振動数ピーク値
５１０  決定された同期振動数しきい値
５１２  振動数
６００  シミュレーションされたプロット
６０２  共振振動数ロータ速度領域
６０４  共振振動数ロータ速度領域
６０６  Ｘ軸
６０８  Ｙ軸
７００  方法
７０２  ブロック（ステップ）
７０４  ブロック（ステップ）
７０６  ブロック（ステップ）
７０８  ブロック（ステップ）
７１０  雑音データ（雑音信号）
７１２  クリーンな共振振動数デルタＴＯＡベクトル
７１４  過去の共振信号
７１６  ブロック（ステップ）
７１８  ブロック（ステップ）
８００  相関チャート
８０２  第１象限
８０４  第２象限
８０６  第３象限
８０８  第４象限
９００  シミュレーションされたプロット
９０２  過去の共振信号
９０４  シミュレーションされたプロット
９０６  共振信号
９０８  Ｘ軸
９１０  Ｙ軸
９１２  共振振動数ロータ速度
９１４  シフトされた共振振動数ロータ速度
１０００  方法
１００２  ブロック（ステップ）
１００４  ブロック（ステップ）
１１００  方法
１１０２  ブロック（ステップ）
１１０４  半クリーンな共振振動数デルタＴＯＡベクトル信号
１１０６  半雑音信号
１１０８  ブロック（ステップ）
１１１０  ブロック（ステップ）
１１１２  ブロック（ステップ）
１１１４  ブロック（ステップ）
１２００  プロット（ステップ）
１２０２  共振振動数の第１のデルタ到着時刻ベクトル信号
１２０４  シミュレーションされたプロット
１２０６  共振振動数の第２のデルタ到着時刻ベクトル信号
１２０８  Ｘ軸
１２１０  Ｙ軸
１２１２  Ｘ軸
１２１４  Ｙ軸
１２１６  半クリーンな共振振動数デルタＴＯＡベクトル信号
１２１８  半雑音信号
１２２０  共振信号
１２２２  雑音信号
１３０２  白色化される行列
１３０４  ブロック（ステップ）
１３０６  ブロック（ステップ）
１３０８  ブロック（ステップ）
１３１０  ブロック（ステップ）
１３１２  ブロック（ステップ）
１３１４  白色化行列
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２（ａ）】
2015125147.tif 000016
【図１２（ｂ）】
2015125147.tif 000017
【図１２（ｃ）】
2015125147.tif 000018
【図１２（ｄ）】
2015125147.tif 000019
【図１２（ｅ）】
2015125147.tif 000020
【図１２（ｆ）】
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【図１３】
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