(57)【要約】      （修正有）【課題】機械部品内における軸割れなどの故障のタイプを識別するのを可能にする計算装置を提供する。【解決手段】計算装置１２０は、機械部品の第１の観察面上に位置付けられた第１のプローブおよび機械部品の第２の観察面上に位置付けられた第２のプローブから、機械部品からのデータを表す複数の信号を受信する通信インターフェース２３０を含む。通信インターフェースに結合されたプロセッサ２１４は、第１のおよび第２のプローブから受信した信号を組み合わせて、機械部品の速度の複数の周波数に相当する複数の変位応答を生成するようにプログラムされる。プロセッサ２１４はまた、信号を変換して、複数の分割共振効果を除去するようにプログラムされる。プロセッサ２１４はまた、機械部品内の少なくとも１つの故障のタイプを識別するため、信号から受信したデータの出力を表すデータを生成してもよい。【選択図】図１
2013213817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械部品（１０４）の第１の観察面（１１１）上に位置付けられた第１のプローブ（１１０）および前記機械部品の第２の観察面（１１２）上に位置付けられた第２のプローブから、前記機械部品からのデータを表す複数の信号を受信するように構成された通信インターフェース（２３０）と、
前記通信インターフェースに結合されたプロセッサ（２１４）とを備える計算装置（１２０）であって、前記プロセッサが、
前記第１のプローブおよび前記第２のプローブから受信した前記複数の信号を組み合わせて、前記機械部品の速度の複数の周波数に相当する複数の変位応答を生成し、
前記第１のプローブおよび前記第２のプローブそれぞれから受信した前記複数の信号を変換して、複数の分割共振効果を除去し、
前記複数の信号から受信した前記データの出力を生成して、前記機械部品内の少なくとも１つの故障のタイプを識別するようにプログラムされた、計算装置（１２０）。
【請求項２】
前記プロセッサ（２１４）が、さらに、
前記複数の信号から受信した前記データのグラフ出力を表すデータを生成し、
前記グラフ出力において少なくとも１つのピークを識別し、
前記少なくとも１つのピークに対するピーク振幅周波数およびピーク振幅値のうち少なくとも１つを計算し、
前記ピーク振幅周波数の変化および前記ピーク振幅値の変化のうち少なくとも１つを識別して、前記機械部品（１０４）内の前記少なくとも１つの故障の前記タイプを識別するようにプログラムされた、請求項１記載の計算装置（１２０）。
【請求項３】
前記プロセッサ（２１４）が、前記機械部品（１０４）内の割れが識別されるように、前記ピーク振幅周波数の減少を識別するようにプログラムされた、請求項２記載の計算装置（１２０）。
【請求項４】
前記プロセッサ（２１４）が、前記機械部品（１０４）のミスアライメントが識別されるように、前記ピーク振幅周波数が一定のままであるか、前記ピーク振幅周波数が増加するかの少なくとも１つであるときを識別するようにプログラムされた、請求項２記載の計算装置（１２０）。
【請求項５】
前記プロセッサ（２１４）が、さらに、前記ピーク振幅周波数における位相遅れ値および前記ピーク振幅周波数における前記位相遅れの傾きのうち少なくとも１つを計算するようにプログラムされた、請求項２記載の計算装置（１２０）。
【請求項６】
前記プロセッサ（２１４）が、さらに、前記傾きに少なくとも部分的に基づいて、前記少なくとも１つの故障の前記タイプを識別するのに使用されるＱを計算するようにプログラムされた、請求項５記載の計算装置（１２０）。
【請求項７】
前記プロセッサ（２１４）が、さらに、
前記複数の変位応答のうち前記機械部品（１０４）の動作速度に相当する第１の変位応答を識別し、
前記複数の変位応答のうち前記機械部品の非動作速度に相当する第２の変位応答を識別するようにプログラムされた、請求項１記載の計算装置（１２０）。
【請求項８】
部品を備える少なくとも１つの機械（１０２）と、
前記部品の第１の観察面（１１１）上に位置付けられた第１のプローブ（１１０）および前記部品の第２の観察面（１１２）上に位置付けられた第２のプローブを備える監視システム（１０９）と、
前記監視システムに結合された計算装置（１２０）とを備えるシステム（１００）であって、前記計算装置（１２０）が、
前記第１のプローブおよび前記第２のプローブから、前記部品からのデータを表す複数の信号を受信するように構成された通信インターフェース（２３０）と、
前記通信インターフェースに結合されたプロセッサ（２１４）とを備え、前記プロセッサ（２１４）が、
前記第１のプローブおよび前記第２のプローブから受信した前記複数の信号を組み合わせて、前記部品の速度の複数の周波数に相当する複数の変位応答を生成し、
前記第１のプローブおよび前記第２のプローブそれぞれから受信した前記複数の信号を変換して、複数の分割共振効果を除去し、
前記複数の信号から受信した前記データの出力を生成して、前記部品内の少なくとも１つの故障のタイプを識別するようにプログラムされた、システム（１００）。
【請求項９】
前記プロセッサ（２１４）が、さらに、
前記複数の信号から受信した前記データのグラフ出力を表すデータを生成し、
前記グラフ出力において少なくとも１つのピークを識別し、
前記少なくとも１つのピークに対するピーク振幅周波数およびピーク振幅値のうち少なくとも１つを計算し、
前記ピーク振幅周波数の変化および前記ピーク振幅値の変化のうち少なくとも１つを識別して、前記部品（１０４）内の前記少なくとも１つの故障の前記タイプを識別するようにプログラムされた、請求項８記載のシステム（１００）。
【請求項１０】
前記プロセッサ（２１４）が、前記部品（１０４）内の割れが識別されるように、前記ピーク振幅周波数の減少を識別するようにプログラムされた、請求項９記載のシステム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、一般に、機械を含むシステムに関し、より詳細には、機械部品内における軸割れなどの故障のタイプを識別するのを可能にする計算装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力システムなど、少なくともいくつかの既知のシステムは、タービンなどの機械を含む。機械は、ベアリング、ギア、および／または回転軸などの部品を含む。部品は、時間の経過につれて摩耗または疲労し、部品内の割れおよび／もしくは部品のミスアライメントなどの損傷または故障を引き起こすことがある。部品が損傷した機械を継続して操作することによって、他の部品に損傷を引き起こすことがあり、または部品の初期故障に結び付くことがある。
【０００３】
機械内の損傷を検出するため、少なくとも一部の既知の機械の操作は、監視システムによって維持される。例えば、少なくとも一部の既知の監視システムは、センサを使用して、機械の少なくとも一部の部品の振動特性を測定する。変位、近接度、および／または振動の測定は、渦電流センサ、磁気抵抗ピックアップセンサ、マイクロ波センサ、および／または容量センサを使用して行うことができる。これらのセンサによって検出されたデータは、監視システムによって分析され、次に表示装置に送信される。機械または部品内に軸割れなどの損傷がある場合にユーザがそれを識別できるように、分析の出力がユーザに対して提示されてもよい。データは、測定値および／または様々な変数を含むことがあり、それらを合計および／または照合して、損傷があるかが判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７８０５９９７号明細書
【発明の概要】
【０００５】
しかし、かかる監視システムは検出された損傷のタイプを区別することができない。その結果、検出された損傷が、別のタイプの損傷ではなく実際に部品内の割れであるか否かを突き止めるため、ユーザが大量のデータを手作業でふるい分けることを求められることがある。特に、軸割れは、正確に診断し、他のタイプの故障と区別するのが最も困難な故障の１つであると考えられる。例えば、ロータ軸の場合、軸割れを表すデータは軸の他の多くの不具合と共通し、したがって、軸割れが存在することを突き止めるために追加のデータおよび／または試験が必要とされる。かかる方法論は時間を要するとともに冗長なことがある。
【０００６】
一実施形態では、計算装置が提供される。計算装置は、機械部品の観察面上にそれぞれ位置付けられた２つのプローブから、機械部品からのデータを表す複数の信号を受信するように構成された通信インターフェースを含む。プロセッサは、通信インターフェースに結合され、第１のプローブおよび第２のプローブから受信した信号を組み合わせて、機械部品の速度の複数の周波数に相当する複数の変位応答を生成するようにプログラムされる。プロセッサはまた、第１のプローブおよび第２のプローブそれぞれから受信した複数の信号を変換して、複数の分割共振効果（ｓｐｌｉｔ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｅｆｆｅｃｔｓ）を除去するようにプログラムされる。プロセッサはまた、機械部品内の少なくとも１つの故障のタイプを識別するため、信号から受信したデータのグラフ出力を表すデータを生成してもよい。
【０００７】
別の実施形態では、システムが提供される。システムは、部品を含む少なくとも１つの機械と、部品の観察面上にそれぞれ位置付けられた２つのプローブを含む監視システムとを含む。計算装置は、監視システムに結合され、第１のプローブおよび第２のプローブから、部品からのデータを表す複数の信号を受信するように構成された通信インターフェースを含む。プロセッサは、通信インターフェースに結合され、第１のプローブおよび第２のプローブから受信した複数の信号を組み合わせて、部品の速度の複数の周波数に相当する複数の変位応答を生成するようにプログラムされる。プロセッサはまた、第１のプローブおよび第２のプローブそれぞれから受信した複数の信号を変換して、複数の分割共振効果を除去するようにプログラムされる。プロセッサはまた、部品内の少なくとも１つの故障のタイプを識別するため、複数の信号から受信したデータのグラフ出力を表すデータを生成してもよい。
【０００８】
さらに別の実施形態では、機械部品内の少なくとも１つの故障のタイプを識別する方法が提供される。機械部品からのデータを表す複数の信号は、通信インターフェースを介して、機械の観察面上にそれぞれ位置付けられた２つのプローブから受信される。第１のプローブおよび第２のプローブから受信した複数の信号は、機械部品の速度の複数の周波数に相当する複数の変位応答を生成するため、プロセッサを介して組み合わされる。第１のプローブおよび第２のプローブそれぞれから受信した複数の信号は、複数の分割共振効果を除去するため、プロセッサを介して変換される。複数の信号から受信したデータのグラフ出力を表すデータは、機械部品内の少なくとも１つの故障のタイプを識別するため、プロセッサを介して生成される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的なシステムのブロック図である。
【図２】図１に示されるシステムとともに使用されてもよい例示的な計算装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に記載する例示的なシステムおよび方法は、タービンのロータ軸内の割れなど、機械部品内の損傷のタイプをユーザが容易に識別するのを可能にする。より具体的には、本明細書に記載する実施形態は計算装置を提供する。計算装置は、機械部品の異なる観察面上にそれぞれ位置付けられた２つのプローブから、機械部品からのデータを表す複数の信号を受信するように構成された通信インターフェースを含む。プロセッサは通信インターフェースに結合される。プロセッサは、第１のプローブおよび第２のプローブから受信した信号を組み合わせるようにプログラムされ、プロセッサは、機械部品の速度の複数の周波数に相当する複数の変位応答を生成する。プロセッサはまた、第１のプローブおよび第２のプローブそれぞれから受信した複数の信号を変換して、複数の分割共振効果を除去するようにプログラムされる。プロセッサはまた、機械部品内の少なくとも１つの故障のタイプを識別するため、信号から受信したデータのグラフ出力を表すデータを生成してもよい。プロセッサはまた、ピークに対するピーク振幅周波数および／またはピーク振幅値を計算するようにプログラムされる。プロセッサはさらに、ピーク振幅周波数の変化および／またはピーク振幅値の変化を識別して、機械部品内の少なくとも１つの故障のタイプを識別するようにプログラムされる。例えば、ピーク振幅周波数の減少は機械部品内の割れを表し、ピーク振幅周波数の増加および／または一定したピーク振幅周波数は、ミスアライメントもしくは摩擦など、機械部品の異なるタイプの損傷を表す。したがって、部品内の損傷を検出できるだけではなく、検出された損傷が軸割れなどの割れであるか、または異なるタイプの損傷であるかを、ユーザが容易に識別することができる。
【００１１】
図１は、少なくとも１つの機械１０２を含むシステム１００を示す。より具体的には、例示的な実施形態では、システム１００は電力システム１００である。例示的な実施形態は電力システムを示しているが、本開示は電力システムに限定されず、他の任意のタイプのシステムに、またはかかるシステムとともに使用されてもよい。例示的な実施形態では、機械１０２は、風力タービン、水力蒸気タービン、および／または可変速で動作する他の任意の機械などの可変速機械である。あるいは、機械１０２は同期定速機械であってもよい。機械１０２は少なくとも１つの機械部品１０４を含む。例示的な実施形態では、部品１０４は駆動軸であり、発電機などの負荷１０８に結合される。本明細書で使用するとき、「結合」という用語は、部品間の直接的な通信接続、機械接続、磁気接続、および／または電気接続に限定されず、多数の部品間の間接的な通信接続、機械接続、磁気接続、および／または電気接続も含んでもよいことに留意されたい。
【００１２】
例示的な実施形態では、部品１０４は、機械１０２内および／または負荷１０８内に収容された１つもしくは複数のベアリング（図示なし）によって少なくとも部分的に支持される。別の方法として、またはそれに加えて、ベアリングは、ギアボックスなどの別個の支持構造（図示なし）内に、あるいは電力システム１００を本明細書に記載するように機能させることができる他の任意の構造内に収容されてもよい。
【００１３】
電力システム１００はまた、部品１０４に結合された少なくとも１つのセンサまたはプローブ１１０を含む監視システム１０９を含む。より具体的には、例示的な実施形態では、電力システム１００は、一方のプローブ１１０がｘ観察面１１１上に位置し、他方のプローブ１１０が、ｘプローブとは何らかの角度差がある、ただし通常は直角であるｙ観察面１１２上に位置するようにして、部品１０４を直接感知、検出、または監視するように取り付けられた２つのプローブ１１０を含む。ｘ観察面１１１およびｙ観察面１１２はそれぞれ、任意の角度方向に回転させることができる。より具体的には、例示的な実施形態では、各プローブ１１０は、部品１０４に関連する様々なパラメータを測定する渦電流変位プローブである。例えば、各プローブ１１０は、部品１０４内の割れおよび／または部品１０４のミスアライメントなどの損傷を検出するため、部品１０４と各プローブ１１０との間の変位（図示なし）を測定および／または監視してもよい。各プローブ１１０はまた、部品１０４の速度を測定および／または監視してもよい。例えば、部品１０４は軸であるので、各プローブ１１０は毎分回転数単位で部品１０４の回転速度を測定する。あるいは、各プローブ１１０は、部品１０４の他の任意のパラメータを測定および／または監視することによって、部品１０４内の損傷を検出することができ、かつシステム１００が本明細書に記載するように機能することを可能にする、他の任意のタイプのプローブ、センサ、またはトランスデューサであってもよい。この変位のこのタイミングは、１回転に１回のタイミング信号を生成するのに使用される第３のプローブ１１０に対して測定されてもよい。
【００１４】
例示的な実施形態では、監視システム１０９はまた、プローブ１１０に結合された診断システム１１６を含む。診断システム１１６は、プローブ１１０によって生成された１つもしくは複数の信号を処理および／または分析する。本明細書で使用するとき、「処理」という用語は、信号の少なくとも１つの特性の調整、フィルタ処理、バッファリング、および／または変更に関する動作を行うことを指す。例示的な実施形態では、プローブは、データ管路（ｄａｔａ  ｃｏｎｄｕｉｔ）１１７またはデータ管路１１８を介して診断システム１１６に結合される。あるいは、プローブ１１０は診断システム１１６に無線で結合されてもよい。例示的な実施形態では、データ管路１１７およびデータ管路１１８はそれぞれ金属ワイヤから作製される。あるいは、管路１１７および１１８は、システム１００が本明細書に記載するように機能することを可能にする、他の任意の物質または化合物から作製されてもよい。例示的な実施形態では、管路１１７および１１８はそれぞれ導電体であり、診断システム１１６とプローブ１１０との間の接続を可能にする。あるいは、推奨規格（ＲＳ）２３２もしくはＲＳ−４８５などの低レベルシリアルデータ接続、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）もしくは米国電気電子学会（ＩＥＥＥ（登録商標））１３９４などの高レベルシリアルデータ接続、ＩＥＥＥ（登録商標）１２８４もしくはＩＥＥＥ（登録商標）４８８などのパラレルデータ接続、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）などの狭域無線通信チャネル、および／または有線もしくは無線の私設（例えば、アクセス不能な外部発電システム１００）ネットワーク接続を含む他の接続が、診断システム１１６とプローブ１１０との間で利用可能であってもよい。ＩＥＥＥは、ニューヨーク州ニューヨークのＩｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｉｎｃ．の登録商標である。ＢＬＵＥＴＯＯＴＨは、ワシントン州カークランドのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ  ＳＩＧ，Ｉｎｃ．の登録商標である。
【００１５】
計算装置１２０は、データ管路１２２を介して診断システム１１６に結合される。あるいは、計算装置１２０は診断システム１１６に無線で結合されてもよい。例示的な実施形態では、データ管路１２２は金属ワイヤから作製される。あるいは、管路１２２は、システム１００が本明細書に記載するように機能することを可能にする、他の任意の物質または化合物から作製されてもよい。例示的な実施形態では、管路１２２は導電体であり、計算装置１２０と診断システム１１６との間の接続を可能にする。あるいは、推奨規格（ＲＳ）２３２もしくはＲＳ−４８５などの低レベルシリアルデータ接続、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）もしくは米国電子電気学会（ＩＥＥＥ（登録商標））１３９４などの高レベルシリアルデータ接続、ＩＥＥＥ（登録商標）１２８４もしくはＩＥＥＥ（登録商標）４８８などのパラレルデータ接続、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）などの狭域無線通信チャネル、および／または有線もしくは無線の私設（例えば、アクセス不能な外部発電システム１００）ネットワーク接続を含む他の接続が、計算装置１２０と診断システム１１６との間で利用可能であってもよい。
【００１６】
例示的な実施形態では、より詳細に後述するように、計算装置１２０は、診断システム１１６から受信したデータを処理および／または分析し、システム１００のオペレータなどのユーザに対してデータの出力を提示するように構成される。例示的な実施形態では、計算装置１２０は、履歴データおよび／または実時間データをユーザに対して提示するように構成される。
【００１７】
例示的な実施形態では、動作中、例えば部品１０４内の損傷により、プローブ１１０に対する部品１０４の位置が変化して、部品１０４に対する各プローブ１１０の変位（図示なし）をもたらすことがある。例示的な実施形態では、各プローブ１１０は、部品１０４内の割れおよび／または部品１０４のミスアライメントなど、部品１０４内の損傷を検出するため、各プローブ１１０に対する部品１０４の変位を測定する。各プローブ１１０はまた、部品１０４の速度を測定してもよい。あるいは、各プローブ１１０は、システム１００が本明細書に記載するように機能することを可能にする、部品１０４の他の任意のパラメータを測定してもよい。
【００１８】
各プローブ１１０は、部品１０４から受信したデータを表す少なくとも１つの信号を診断システム１１６に送信する。例示的な実施形態では、各プローブ１１０は、各プローブ１１０と部品１０４との間の変位を表す信号、および／または部品１０４の速度を表す信号を診断システム１１６に送信する。診断システム１１６は信号を分析および／または処理する。
【００１９】
より詳細に後述するように、次に、信号は、さらなる分析および／または処理のため、かつデータの出力をユーザに対して提示するため、計算装置１２０に送信される。例示的な実施形態では、計算装置１２０は、データのグラフ表現および／または文字表現を含む出力を提供する。例えば、例示的な実施形態では、計算装置１２０は、部品１０４内の損傷および／または部品１０４内の損傷のタイプを、計算装置１２０および／または計算装置のユーザによって識別できるように、データのグラフ表現を提供する。損傷が部品１０４内の割れであると判断された場合、計算装置１２０は、機械１０２の動作を停止するように制御システム（図示なし）に信号を送信してもよい。あるいは、ユーザが手動で機械１０２の動作を停止してもよい。
【００２０】
図２は、計算装置１２０のブロック図である。例示的な実施形態では、計算装置１２０は、少なくとも１つの入力をユーザから受信するユーザインターフェース２０４を含む。例示的な実施形態では、ユーザインターフェース２０４は、ユーザが関連情報を入力することを可能にするキーボード２０５を含む。例示的な実施形態では、ユーザインターフェース２０４はまた、ポインティングデバイス２０６およびマウス２０７を含む。あるいは、ユーザインターフェース２０４は、例えば、スタイラス、タッチセンサ式パネル（例えば、タッチパッドもしくはタッチスクリーン）、ジャイロスコープ、加速度計、位置検出器、および／または音声入力インターフェース（例えば、マイクロフォンを含む）を含んでもよい。
【００２１】
さらに、例示的な実施形態では、計算装置１２０は、入力イベント、データ出力、および／または確認結果などの情報をユーザに対して提示する、プレゼンテーションインターフェース２０８を含む。例示的な実施形態では、プレゼンテーションインターフェース２０８は、少なくとも１つの表示装置２１０に結合されたディスプレイアダプタ２０９を含む。より具体的には、例示的な実施形態では、表示装置２１０は、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、および／または「電子インク」ディスプレイなどの視覚表示装置である。あるいは、プレゼンテーションインターフェース２０８は、音声出力装置（例えば、オーディオアダプタおよび／もしくはスピーカー）、ならびに／またはプリンタを含んでもよい。
【００２２】
計算装置１２０はまた、プロセッサ２１４および記憶装置２１８を含む。例示的な実施形態では、プロセッサ２１４は、システムバス２２０を介して、ユーザインターフェース２０４、プレゼンテーションインターフェース２０８、および記憶装置２１８に結合される。例示的な実施形態では、プロセッサ２１４は、プレゼンテーションインターフェース２０８を介してユーザに入力要求することによって、かつ／またはユーザインターフェース２０４を介してユーザ入力を受信することによってユーザと通信する。さらに、例示的な実施形態では、プロセッサ２１４は、１つまたは複数の実行可能命令を使用して動作を符号化し、その実行可能命令を記憶装置２１８に提供することによってプログラムされる。例えば、例示的な実施形態では、プロセッサ２１４は、ｘ観察面１１１（図１に示される）上に位置するプローブ１１０（図１に示される）およびｙ観察面１１２（図１に示される）上に位置するプローブ１１０から受信した複数の信号を組み合わせて、例えば、部品１０４の稼働中の動作速度（ｒｕｎｎｉｎｇ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  ｓｐｅｅｄ）１ｘ、２ｘ、…ｎｘなど、機械部品１０４の速度の複数の周波数に相当する複数の変位応答を生成するようにプログラムされる。プロセッサ２１４はまた、複数の変位応答のうち機械部品１０４の動作速度に相当する第１の変位応答を識別するようにプログラムされ、かつ複数の変位応答のうち機械部品の非動作速度に相当する第２の変位応答を識別するようにプログラムされてもよい。
【００２３】
プロセッサ２１４はまた、データをグラフでプロットできるように、各プローブ１１０からの信号を変換して、複数の分割共振効果を除去するようにプログラムされてもよい。例えば、フィルタ周波数ｗで反対方向に回転する一対の順方向ベクトル（ｆｏｒｗａｒｄ  ｖｅｃｔｏｒ）および逆方向ベクトル（ｒｅｖｅｒｓｅ  ｖｅｃｔｏｒ）から、軌道（図示なし）を構築することができる。順方向ベクトルは、部品１０４（即ち、ロータ）の回転と同じ方向で回転する。共振よりも十分に低い速度では、順方向ベクトルはヘビースポット（ｈｅａｖｙ  ｓｐｏｔ）の方向を指すことがあるので、平衡化のための重要なツールになることが知られている。順方向／逆方向変換は、ｘ観察面１１１上に位置付けられたプローブ１１０およびｙ観察面１１２上に位置付けられたプローブ１１０それぞれに相当する一対の振動ベクトルｘinstおよびｙinstから始まって、複数の変位応答を生成する。振動ベクトルは、最初に、数学規約（ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ  ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ）（正の位相進み（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｐｈａｓｅ  ｌｅａｄ）およびゼロからピークまでの振幅）に変換される。これらのベクトルは、次式（Ａ５−５）に示されるような回転形式で表現することができる。
【００２４】
【数１】
2013213817.tif 000003
式（Ａ５−５）において、Ａ、Ｂ、α、およびβは、数学規約における振動ベクトルの振幅および位相であり、αはＸトランスデューサ軸（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  ａｘｉｓ）に対して測定され、βはＹトランスデューサ軸に対して測定される。したがって、フィルタ処理済み軌道上におけるロータ中心線の物理座標は、次式（Ａ５−６）に示されるような（ｘ，ｙ）である。
【００２５】
【数２】
2013213817.tif 000004
順方向および逆方向への変換には、次式（Ａ５−７）に示される恒等式を使用する。
【００２６】
【数３】
2013213817.tif 000005
この恒等式を式Ａ５−６に代用して、次式（Ａ５−８）が得られる。
【００２７】
【数４】
2013213817.tif 000006
指数表現は、順方向歳差運動（ｆｏｒｗａｒｄ  ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ）と等価である数学的正方向（ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｌｙ  ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）ｅjwtと、逆方向歳差運動と等価である負方向ｅ-jwtとで回転しているベクトルを表す項を含むことに留意されたい。ここで、（Ａ５−８）の第２の式にｊを乗算することができ、２つの式を互いに加算し、順方向部分および逆方向部分を組み合わせて次式（Ａ５−９）を得ることができる。
【００２８】
【数５】
2013213817.tif 000007
これら４つの複雑な回転ベクトルの合計は、フィルタ処理済み軌道におけるロータ中心線（図示なし）の瞬間位置を表す。軌道は、今度は、Ｘトランスデューサと整列した実軸を有する複素平面（Ｘ＋ｊＹ）に存在する。左側の大括弧内にある２つのベクトルは順方向（＋ω）で回転し、右側の大括弧内にある２つは逆方向（−ω）である。ｔ＝０を設定することによって、次式（Ａ５−１０）に示すように、測定した振動ベクトルに関して参照イベント（即ち、Ｋｅｙｐｈａｓｏｒイベント）におけるフィルタ処理済み位置が提供される。
【００２９】
【数６】
2013213817.tif 000008
式（Ａ５−９）および（Ａ５−１０）は、この形式の複素数に対応したＭＡＴＬＡＢなどのコンピュータプログラムに使用することができる。しかし、順方向および逆方向ベクトルの振幅および位相に対する式を見つけるのが必要なことがある。式（Ａ５−９）は、次式（Ａ５−１１）に示されるように、２つの順方向および逆方向の回転ベクトルの合計によって記述することができる。
【００３０】
【数７】
2013213817.tif 000009
式（Ａ５−１１）において、ＡFおよびＡRは順方向および逆方向ベクトルの振幅であり、φFおよびφRは位相であり、両方ともＸ軸に対して測定される。次式（Ａ５−１２）に示されるように、式（Ａ５−９）および（Ａ５−１１）の右側をｔ＝０で比較することができる。
【００３１】
【数８】
2013213817.tif 000010
次式（Ａ５−１３）に示されるように、オイラーの恒等式を使用して指数関数を三角関数に拡張することができる。
【００３２】
【数９】
2013213817.tif 000011
式（Ａ５−１２）の右側にオイラーの恒等式を適用し、反復後に、いくつかの代数および１つまたは２つの三角恒等式などを適用することによって、次式を得ることができる。
【００３３】
【数１０】
2013213817.tif 000012
および、
【００３４】
【数１１】
2013213817.tif 000013
位相角は、関数アークタンジェント２を使用して、±１８０°（所望であれば、３６０を法として低減することができる）の間の角度を与えるように計算してもよく、データは、跳び不連続を防ぐようにアンラップしてもよい。これらの式は、位相角が両方とも、Ｘトランスデューサ受感軸と整列したＸ（実）軸に対して測定され、φFが正（反時計）方向で測定されるという数学規約に基づいている点に留意することが重要である。しかし、逆方向ベクトルに対する位相角を式（Ａ５−８）で定義した結果、正のφRは、既知の規約の反対である時計方向で測定される。プロット前に、順方向および逆方向ベクトルを、他のデータプロットと一致する計装規約（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ）（数学的位相の負）に変換すべきである。極座標プロット（図示なし）上にプロットすると、順方向応答の位相遅れが増加する（数学的位相が減少する）につれて、回転とは反対の（標準の振動ベクトルと同じ）方向で移動していく。ボードプロット（図示なし）上では、これは下方向へと移動していく。
【００３５】
逆方向応答の位相遅れが増加するにつれて、極座標プロット上での回転と同じ方向で移動していき、順方向応答とともにボードプロット上にプロットすると、上方向へと移動していく。全範囲も同じアルゴリズムを使用して計算してもよい。
【００３６】
プロセッサ２１４は、診断システム１１６（図１に示される）から送信された信号から受信したデータのグラフ出力を表すデータを生成するようにプログラムされてもよい。グラフ出力は、少なくとも１つのピーク（図示なし）を含んでもよい。プロセッサ２１４はまた、ピークに対するピーク振幅周波数および／またはピーク振幅値を計算するようにプログラムされる。プロセッサ２１４は、ピーク振幅周波数の変化および／またはピーク振幅値の変化を識別して、部品１０４（図１に示される）内の損傷のタイプを識別するようにプログラムされてもよい。プロセッサ２１４はさらに、ピーク振幅周波数における位相遅れ値、およびピーク振幅周波数における位相遅れの傾きを計算するようにプログラムされてもよい。例示的な実施形態では、プロセッサ２１４はまた、傾きに少なくとも部分的に基づくＱを計算するようにプログラムされてもよく、その場合、Ｑも損傷のタイプを識別するのに使用されてもよい。
【００３７】
「プロセッサ」という用語は、全体として、システムおよびマイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理回路（ＰＬＣ）、および本明細書に記載する機能を実行することができる他の任意の回路またはプロセッサを含む、任意のプログラム可能システムを指す。上述の例は単なる例示に過ぎず、したがって、「プロセッサ」という用語の定義および／または意味をいかなる形でも限定しようとするものではない。
【００３８】
例示的な実施形態では、記憶装置２１８は、実行可能命令および／または他のデータなどの情報を格納し検索することを可能にする、１つまたは複数の装置を含む。さらに、例示的な実施形態では、記憶装置２１８は、非限定的に、動的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ソリッドステートディスク、および／またはハードディスクなど、１つまたは複数のコンピュータ可読媒体を含む。例示的な実施形態では、記憶装置２１８は、非限定的に、アプリケーションソースコード、アプリケーションオブジェクトコード、コンフィギュレーションデータ、追加の入力イベント、アプリケーション状態、アサートステートメント、検証結果、および／または他の任意のタイプのデータを格納する。より具体的には、例示的な実施形態では、記憶装置２１８は、ユーザインターフェース２０４を介してユーザから受信した入力データ、および／または診断システム１１６から受信したデータなど、電力システム１００の他の部品から受信した情報を格納する。
【００３９】
例示的な実施形態では、計算装置１２０はまた、システムバス２２０を介してプロセッサ２１４に結合された通信インターフェース２３０を含む。さらに、例示的な実施形態では、通信インターフェース２３０は、データ管路１２２（図１に示される）を介して診断システム１１６に結合され、診断システム１１６から信号を受信するように構成される。
【００４０】
例示的な実施形態では、動作中、ｘ観察面１１１上およびｙ観察面１１２上に位置するプローブ１１０それぞれから受信した信号を、診断システム１１６が分析および／または処理した後、信号は、さらなる分析および／または処理のため、かつデータの出力をユーザに対して提示するため、計算装置１２０に送信される。より具体的には、通信インターフェース２３０が信号を受信し、プロセッサ２１４にデータを送信する。プロセッサ２１４は、ｘ観察面１１１上に位置するプローブ１１０およびｙ観察面１１２上に位置するプローブ１１０から受信した複数の信号を組み合わせて、例えば、部品１０４の稼働中の動作速度０ｘ、１ｘ、２ｘ、…ｎｘなど、機械部品１０４の速度の複数の周波数に相当する複数の変位応答を生成する。プロセッサ２１４は、複数の変位応答のうち機械部品１０４の動作速度に相当する第１の変位応答を識別し、かつ複数の変位応答のうち機械部品の非動作速度に相当する第２の変位応答を識別してもよい。
【００４１】
プロセッサ２１４はまた、データをグラフでプロットできるように、各プローブ１１０からの信号を変換して、複数の分割共振効果を除去してもよい。次に、プロセッサ２１４は、少なくとも１つのピークを含む、データのグラフ出力を生成する。ピークのグラフ出力は、プレゼンテーションインターフェース２０８内の表示装置２１０を介して、ユーザに対して提示されてもよい。ピークのグラフ出力がユーザに対して提示されると、グラフ出力を標準のグラフ出力と比較できるとともに何らかの変動があればそれを識別できるように、損傷のない別の機械部品（図示なし）の標準のグラフ出力も提示されてもよい。
【００４２】
プロセッサ２１４はまた、ピークに対するピーク振幅周波数および／またはピーク振幅値を計算する。ピーク振幅周波数および／またはピーク振幅値は、プレゼンテーションインターフェース２０８内の表示装置２１０を介して、ユーザに対して提示されてもよい。プロセッサ２１４はさらに、ピーク振幅周波数の変化および／またはピーク振幅値の変化を識別して、部品１０４内の損傷のタイプを識別する。例えば、ピーク振幅周波数が減少しているときは、部品１０４内の割れが識別される。ピーク振幅周波数が一定のままであるとき、かつ／またはピーク振幅周波数が増加しているときは、部品１０４のミスアラインメントが識別される。損傷のタイプの文字表現および／またはグラフ表現が、表示装置２１０を介してユーザに対して提示されてもよい。あるいは、ユーザはまた、ピーク振幅周波数の変化および／またはピーク振幅値の変化を、表示装置２１０を介してユーザに対して提示されるグラフ出力から視覚的に識別して、部品１０４内の損傷のタイプを識別してもよい。
【００４３】
例示的な実施形態では、プロセッサ２１４はまた、ピーク振幅周波数における位相遅れ値、およびピーク振幅周波数における位相遅れの傾きを計算してもよい。次に、プロセッサ２１４は、傾きに少なくとも部分的に基づくＱを計算し、その場合、Ｑも損傷のタイプを識別するのに使用されてもよい。例えば、部品１０４内の損傷が割れである場合、標準のグラフ出力に由来するＱと比較すると、Ｑは比較的高い標準偏差を有するであろう。
【００４４】
機械部品内の損傷を識別するのに使用される既知のシステムおよび方法と比較すると、本明細書に記載する例示的なシステムおよび方法は、タービンのロータ軸内の割れなど、機械部品内の損傷のタイプをユーザが容易に識別するのを可能にする。より具体的には、本明細書に記載する実施形態は計算装置を提供する。計算装置は、機械部品の第１の観察面上に位置付けられた第１のプローブおよび機械部品の第２の観察面上に位置付けられた第２のプローブから、機械部品からのデータを表す複数の信号を受信するように構成された通信インターフェースを含む。プロセッサは、通信インターフェースに結合され、第１のプローブおよび第２のプローブから受信した信号を組み合わせて、機械部品の速度の複数の周波数に相当する複数の変位応答を生成するようにプログラムされる。プロセッサはまた、第１のプローブおよび第２のプローブそれぞれから受信した複数の信号を変換して、複数の分割共振効果を除去するようにプログラムされる。プロセッサはまた、機械部品内の少なくとも１つの故障のタイプを識別するため、信号から受信したデータのグラフ出力を表すデータを生成してもよい。プロセッサはまた、ピークに対するピーク振幅周波数および／またはピーク振幅値を計算するようにプログラムされる。プロセッサはさらに、ピーク振幅周波数の変化および／またはピーク振幅値の変化を識別して、機械部品内の少なくとも１つの故障のタイプを識別するようにプログラムされる。例えば、ピーク振幅周波数の減少は機械部品内の割れを表し、ピーク振幅周波数の増加および／または一定したピーク振幅周波数は、機械部品のミスアライメントなど、異なるタイプの故障を表す。したがって、部品内の故障を検出できるだけではなく、検出された故障が軸割れなどの割れであるか、または異なるタイプの故障であるかを。ユーザが容易に識別することができる。
【００４５】
本明細書に記載するシステムおよび方法の技術的効果は、（ａ）機械部品の第１の観察面上に位置付けられた第１のプローブおよび機械部品の第２の観察面上に位置付けられた第２のプローブから、機械部品からのデータを表す複数の信号を、通信インターフェースを介して受信すること、（ｂ）第１のプローブおよび第２のプローブから受信した複数の信号を、プロセッサを介して組み合わせて、機械部品の速度の複数の周波数に相当する複数の変位応答を生成すること、（ｃ）第１のプローブおよび第２のプローブそれぞれから受信した複数の信号を、プロセッサを介して変換して、複数の分割共振効果を除去すること、ならびに、（ｄ）複数の信号から受信したデータのグラフ出力を表すデータを、プロセッサを介して生成して、機械部品内の少なくとも１つの故障のタイプを識別することのうち少なくとも１つを含む。
【００４６】
システムおよび方法の例示的な実施形態を詳細に上述している。システムおよび方法は、本明細書に記載する特定の実施形態に限定されず、むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書に記載する他の構成要素および／またはステップとは独立して別個に利用されてもよい。例えば、システムはまた、他の装置、システム、および方法と組み合わせて使用されてもよく、本明細書に記載するようなシステムのみを用いて実施することに限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、他の多くの用途と関連して実現し利用することができる。
【００４７】
本発明の様々な実施形態の特定の特徴が、一部の図面には図示され他の図面には図示されないことがあるが、これは単に便宜上のものである。本発明の原理にしたがって、ある図面の任意の特徴が、他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求されてもよい。
【００４８】
本書は、最良の形態を含めて本発明を開示するために、かつ任意のデバイスまたはシステムの作成および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含めて、当業者が本発明を実施できるようにするため、例を使用している。本発明の特許可能な範囲は請求項によって定義され、また、当業者には想起される他の例を含んでもよい。かかる他の例は、請求項の文言と異ならない構造的要素を有する場合、または請求項の文言と実質的に異ならない等価の構造的要素を含む場合、請求項の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４９】
１００  システム
１０２  機械
１０４  機械部品
１０８  負荷
１０９  監視システム
１１０  プローブ
１１１  Ｘ観察面
１１２  Ｙ観察面
１１６  診断システム
１１７  管路
１１８  データ管路
１２０  計算装置
１２２  管路
２０４  ユーザインターフェース
２０５  キーボード
２０６  ポインティングデバイス
２０７  マウス
２０８  プレゼンテーションインターフェース
２０９  ディスプレイアダプタ
２１０  表示装置
２１４  プロセッサ
２１８  記憶装置
２２０  システムバス
２３０  通信インターフェース
【図１】
2013213817.tif 000014
【図２】
2013213817.tif 000015
【外国語明細書】
2013213817000001.pdf