(57)【要約】      （修正有）【課題】回転機械の静止部品の割れ欠陥をリアルタイムで検出するための改善されたシステムおよび方法を提供する。【解決手段】少なくとも１つのプロセッサ１２０により実施される方法は、過渡状態で運転する回転機械のケーシング１０２における所定の位置に配置されたアコースティックエミッションセンサ１１２からアコースティック信号１２４を受信することを含む。この方法は、信号包絡線抽出技術をアコースティック信号１２４に適用して、変換されたアコースティック信号１３０を生成することを更に含む。また、この方法は、変換されたアコースティック信号１３０に基づいて、アコースティックシグネチャ信号を生成することと、アコースティックシグネチャ信号に基づいて、回転機械の静止部品の割れ欠陥を判断することと、を含む。【選択図】図１
2017096922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過渡状態で運転する回転機械（１３２）のケーシング（１０２）の所定の位置に配置されたアコースティックエミッションセンサ（１１２）からアコースティック信号（１２４）を受信することと、
信号包絡線抽出技術を前記アコースティック信号（１２４）に適用して、変換されたアコースティック信号（３１２）を生成することと、
前記変換されたアコースティック信号（３１２）に基づいて、アコースティックシグネチャ信号（３２０）を生成することと、
前記アコースティックシグネチャ信号（３２０）に基づいて、前記回転機械（１３２）の静止部品（１０８）の割れ欠陥を判断することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記アコースティック信号（１２４）が、１０キロヘルツ〜１メガヘルツの周波数範囲の、複数のアコースティックエミッション信号を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アコースティックエミッションセンサ（１１２）が、圧電センサおよび光学センサのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記アコースティックシグネチャ信号（３２０）を生成することが、前記変換されたアコースティック信号（３１２）をバンドパスフィルタ（３０６）によってバンドパスフィルタリングすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記バンドパスフィルタ（３０６）が、前記静止部品（１０８）の振動周波数に対応する中心周波数を有する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記割れ欠陥を判断することが、前記アコースティックシグネチャ信号（３２０）のピーク値（４３４）を判断することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記アコースティックシグネチャ信号（３２０）に基づいて、前記割れ欠陥の長さおよび位置のうちの少なくとも１つを判断することを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記割れ欠陥の長さを判断することが、
前記アコースティックシグネチャ信号（３２０）に対応する共振周波数を判断することと、
前記共振周波数に基づいて、前記割れ欠陥の長さをルックアップテーブル（６００）から判断することと、
を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記アコースティックエミッションセンサ（１１２）から前記アコースティック信号（１２４）を受信することが、前記回転機械（１３２）の前記ケーシング（１０２）の複数の所定の位置に配置された複数のアコースティックエミッションセンサ（１１２）から複数のアコースティック信号（１２４）を受信することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記割れ欠陥の位置を判断することが、音源定位技術を用いて、前記複数のアコースティック信号（１２４）を処理することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ケーシング（１０２）内に配置された静止部品（１０８）を含む回転機械（１３２）用のモニタリングシステム（１００）であって、
前記ケーシング（１０２）の所定の位置に配置されたアコースティックエミッションセンサ（１１２）であって、前記回転機械（１３２）が過渡状態で運転しているときに、アコースティック信号（１２４）を測定するように構成されたアコースティックエミッションセンサ（１１２）と、
前記アコースティックエミッションセンサ（１１２）に通信可能に接続され、前記アコースティック信号（１２４）を受信するように構成された信号取得ユニット（１１６）と、
前記信号取得ユニット（１１６）に通信可能に接続され、
信号包絡線抽出技術を前記アコースティック信号（１２４）に適用して、変換されたアコースティック信号（３１２）を生成し、
前記変換されたアコースティック信号（３１２）に基づいて、アコースティックシグネチャ信号（３２０）を生成し、かつ
前記アコースティックシグネチャ信号（３２０）に基づいて、前記静止部品（１０８）の割れ欠陥を判断するように構成された健全性モニタリングユニット（１１８）と、
を備えるモニタリングシステム（１００）。
【請求項１２】
前記アコースティックエミッションセンサ（１１２）が、１０キロヘルツ〜１メガヘルツの周波数範囲の、複数のアコースティックエミッション信号を含む前記アコースティック信号（１２４）を測定するように構成されている、請求項１１に記載のモニタリングシステム（１００）。
【請求項１３】
前記アコースティックエミッションセンサ（１１２）が、圧電センサおよび光学センサのうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載のモニタリングシステム（１００）。
【請求項１４】
前記健全性モニタリングユニット（１１８）が、前記静止部品（１０８）の振動周波数に対応する中心周波数を有するバンドパスフィルタ（３０６）によって、前記変換されたアコースティック信号（３１２）をバンドパスフィルタリングすることにより、前記アコースティックシグネチャ信号（３２０）を生成するように更に構成されている、請求項１１に記載のモニタリングシステム（１００）。
【請求項１５】
前記健全性モニタリングユニット（１１８）が、前記アコースティックシグネチャ信号（３２０）のピーク値（４３４）を検出することにより、前記静止部品（１０８）の前記割れ欠陥を判断するように更に構成されている、請求項１１に記載のモニタリングシステム（１００）。
【請求項１６】
前記健全性モニタリングユニット（１１８）が、前記アコースティックシグネチャ信号（３２０）に基づいて、前記割れ欠陥の長さおよび位置のうちの少なくとも１つを判断するように更に構成されている、請求項１１に記載のモニタリングシステム（１００）。
【請求項１７】
前記健全性モニタリングユニット（１１８）が、
前記アコースティックシグネチャ信号（３２０）に対応する共振周波数を判断し、
前記共振周波数に基づいて、前記割れ欠陥の長さをルックアップテーブル（６００）から判断することにより、
前記割れ欠陥の長さを判断するように更に構成されている、請求項１６に記載のモニタリングシステム（１００）。
【請求項１８】
前記アコースティックエミッションセンサ（１１２）が、複数のアコースティックエミッションセンサ（１１２）を含み、前記所定の位置が、前記回転機械（１３２）の前記ケーシング（１０２）の複数の所定の位置を含む、請求項１６に記載のモニタリングシステム（１００）。
【請求項１９】
前記健全性モニタリングユニット（１１８）が、音源定位技術を用いて、複数のアコースティックエミッション信号を含む前記アコースティック信号（１２４）を処理することにより、前記割れ欠陥の位置を判断するように更に構成されている、請求項１８に記載のモニタリングシステム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、システムのモニタリングに関し、より詳細には回転機械の静止部品の割れ欠陥を判断するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステータベーン等の静止部品は、圧縮機、タービン、エンジン等の回転機械で用いられる。例えば、軸流圧縮機は、一連の段を有し、各段は、ロータブレードの列およびステータブレードの列を含む。ロータブレードは、軸流圧縮機の入口から入る流体の運動エネルギーを増加させる。ステータブレードは、一般に、流体の増加した運動エネルギーを、拡散を通じて静圧に変換する。
【０００３】
湿度および高温により、回転機械内のベーンが腐食することがある。更に、回転機械の運転中の低サイクル疲労および高サイクル疲労により、ベーンに応力腐食割れが生じることがある。ベーンは、異常共振または異物の衝撃を受けることがある。加えて、ベーンは、高速、高圧、および高温等の異なる運転条件下で、長時間運転されることがある。これらの運転条件は、ベーンの健全性に影響し得る。更にベーンは、遠心力、振動応力、流体の負荷等を受けることがある。一定時間にわたって応力および疲労の増加が長期的であることにより、機械のベーンに割れ欠陥がもたらされる場合がある。
【０００４】
複雑な部品および構造における割れおよび他の欠陥を検出するために、検査技術が一般に用いられる。ボアスコープ検査は、ベーンをモニタリングするために一般に用いられる技術の１つである。機械の状態に基づくメンテナンスは、このような検査から得られるデータに依拠する。ボアスコープ検査技術は、作業者のスキルに依存するので、非常に主観的である。割れ検出のための従来の検査技術のほとんどは、機械がオフラインであるときの静的検査プロセスを含む。言い換えると、これらの技術は、機械のシャットダウンを必要とする。
【０００５】
回転機械の静止部品の割れ欠陥をリアルタイムで検出するための改善されたシステムおよび方法が求められている。
【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２０１５／００００２４７号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の一態様によると、方法が開示される。この方法は、過渡状態で運転する回転機械のケーシングにおける所定の位置に配置されたアコースティックエミッションセンサからアコースティック信号を受信することを含む。この方法は、信号包絡線抽出技術をアコースティック信号に適用して、変換されたアコースティック信号を生成することを更に含む。この方法は、変換されたアコースティック信号に基づいて、アコースティックシグネチャ信号を生成することと、アコースティックシグネチャ信号に基づいて、回転機械の静止部品の割れ欠陥を判断することと、を更に含む。
【０００８】
本発明の別の態様によると、回転機械用のモニタリングシステムが開示される。モニタリングシステムは、ケーシング内に配置された静止部品と、ケーシングの所定の位置に配置されたアコースティックエミッションセンサと、を含む。アコースティックエミッションセンサは、回転機械が過渡状態で運転しているときに、アコースティック信号を測定するように構成されている。モニタリングシステムは、アコースティックエミッションセンサに通信可能に接続され、アコースティック信号を受信するように構成された信号取得ユニットを更に含む。また、モニタリングシステムは、信号取得ユニットに通信可能に接続され、信号包絡線抽出技術をアコースティック信号に適用して、変換されたアコースティック信号を生成するように構成された健全性モニタリングユニットも含む。健全性モニタリングユニットは、変換されたアコースティック信号に基づいて、アコースティックシグネチャ信号を生成するように更に構成されている。また、健全性モニタリングユニットは、アコースティックシグネチャ信号に基づいて、静止部品の割れ欠陥を判断するようにも構成されている。
【０００９】
本発明の実施形態のこれらのおよび他の特徴および態様は、下記の詳細な説明を、添付図面を参照して読むと、より良好に理解されるであろう。添付図面では、図面全体にわたって、同様の符号は同様の部分を表している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的な実施形態による回転機械用のモニタリングシステムのブロック図である。
【図２】例示的な実施形態によるキャンベル図のグラフ表現である。
【図３】図１の例示的な実施形態による健全性モニタリングユニット内の信号処理を表す概略図である。
【図４Ａ−４Ｄ】例示的な実施形態による、低い信号対ノイズ比を有するシミュレーションされたアコースティック信号からステータブレードの割れを検出するためのグラフ表現である。
【図５Ａ−５Ｄ】例示的な実施形態による、高い信号対ノイズ比を有するシミュレーションされたアコースティック信号からステータブレードの割れを検出するためのグラフ表現である。
【図６】例示的な実施形態による、割れ欠陥の長さを判断するために用いられるルックアップテーブルである。
【図７】例示的な実施形態による、回転機械のモニタリングに含まれる複数のステップを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の例示的な実施形態は、回転機械の静止部品の欠陥を検出するための方法およびシステムを含む。この方法は、回転機械のケーシングにおける所定の位置に配置されたアコースティックエミッションセンサからアコースティック信号を受信することを含む。アコースティック信号は、回転機械が過渡状態で運転している場合に取得される。変換されたアコースティック信号は、信号包絡線抽出技術をアコースティック信号に適用することにより生成される。アコースティックシグネチャ信号は、変換されたアコースティック信号を処理することにより、生成される。割れ欠陥は、アコースティックシグネチャ信号に基づいて、回転機械の静止部品で検出される。
【００１２】
本明細書で検討する場合、用語「回転機械」は、一般に、電気的または機械的な任意の回転機械を指す。回転機械という用語は、電気モータ、ディーゼル発電機、ガスタービンおよび圧縮機を含むが、これに限定されない。本明細書で検討する場合、用語「静止部品」、「ブレード」、「ベーン」、「翼形部」は、互換的に用いられ得る。用語「振動モード」は、特定の共振周波数において、回転機械のステータベーン等の静止部品のうちの少なくとも１つに生じる振動の固有の軸モード、屈曲モードおよびねじれモードを指す。用語「屈曲モード」は、少なくとも１つの静止部品の長手方向軸に垂直にかけられる外部負荷を受ける、静止部品のうちの少なくとも１つの挙動を指す。用語「ねじれモード」は、静止部品のうちの少なくとも１つの角振動を指す。用語「アコースティックエミッション」は、局在している応力エネルギーの急速な放出により生成される、静止部品のうちの少なくとも１つの中の過渡的弾性波を指す。具体的には、アコースティックエミッションは、割れの進展中、または部品が周期的に屈曲し、解放される間に部品の割れ面が互いにこすれ合う際のいずれかで生成される。用語「アコースティック信号」は、１０キロヘルツ（ｋＨｚ）〜１メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数を有するアコースティックエミッション（ＡＥ）信号を表す信号を指す。用語「割れ欠陥」は、回転機械の動作状態に影響し得る静止部品の任意の欠陥を指す。割れ欠陥は、応力および歪みレベルにより生じる、静止部品の材料を通る初期割れ、割れ、または割れの進展であってもよい。本明細書で検討する場合、用語「欠陥」および「割れ欠陥」は、互換的に用いられ得る。割れまたは割れの進展等の欠陥は、アコースティックエミッションの発生源として作用する。加えて、割れ欠陥は、対応する静止部品の機械的共振周波数および振動モードの他の特徴も変化させ得る。
【００１３】
図１は、例示的な実施形態による回転機械１３２用のモニタリングシステム１００のブロック図である。モニタリングシステム１００は、回転機械１３２のケーシング１０２の複数の所定の位置に配置された複数のアコースティックエミッションセンサ１１２を含む。複数のアコースティックエミッションセンサ１１２のそれぞれは、規定の帯域幅および感度特性を有する。一実施形態では、少なくとも１つのアコースティックエミッションセンサ１１２は、狭い帯域幅を有する共振モデルを含む。別の実施形態では、少なくとも１つのアコースティックエミッションセンサ１１２は、広い帯域幅のモデルを含む。更に別の実施形態では、少なくとも１つのアコースティックエミッションセンサ１１２は、非常に高い信号対ノイズ比を有する感度の高いモデルを含む。このような実施形態では、アコースティックエミッションセンサ１１２は、圧電センサであってもよい。代替の実施形態では、アコースティックエミッションセンサ１１２は、ファイバブラッググレーティングセンサ等の光学センサであってもよいが、これに限定されない。複数のアコースティックエミッションセンサ１１２は、回転機械１３２が過渡状態で運転しているときに、アコースティックエミッションを表す１つ以上のアコースティック信号を生成するように構成されている。アコースティックエミッションセンサ１１２の数は、用途に応じて異なってもよい。モニタリングシステム１００は、通信バス１２６経由で互いに通信可能に接続された、信号取得ユニット１１６、プロセッサ１２０、メモリユニット１２２、および健全性モニタリングユニット１１８を有する処理システム１１４を更に含む。処理システム１１４は、複数のアコースティックエミッションセンサ１１２から１つ以上のアコースティック信号１２４を受信し、割れ欠陥を示す出力信号１２８を生成する。また、処理システム１１４は、例えば回転機械の電子制御装置から、または、光学／電磁シャフト速度エンコーダおよび関連する電子装置によって、回転速度情報も受信してもよい。回転機械１３２は、ケーシング１０２に配置された、複数のステータベーン（「静止部品」とも称される）１０８を有するステータ１０４、および複数のロータベーン１１０を有するロータ１０６を含む。
【００１４】
信号取得ユニット１１６は、複数のアコースティックエミッションセンサ１１２に通信可能に接続されており、回転機械１３２が過渡状態で運転しているときに、少なくとも１つのアコースティック信号１２４を受信するように構成されている。用語「過渡状態」は、回転機械１３２の始動状態およびシャットダウン状態のうちの少なくとも１方を指す。始動状態は、回転機械１３２の回転速度が、アイドル状態から安定な運転速度まで増加するときの状態を示す。シャットダウン状態は、回転機械１３２の回転速度が、安定な運転速度からアイドル状態まで減少するときの状態を示す。過渡状態の間に、回転機械１３２が複数の回転速度で運転することにより、ステータベーン１０８の複数の振動モードが発生する。回転機械１３２の回転速度が危険速度に達するとき、危険速度に対応する振動モードがステータベーン１０８に発生する。結果として、複数のステータベーン１０８のうちの少なくとも１つが割れ欠陥を有するか否かに応じて、振動モード周波数に対応する振幅変調を有するアコースティック信号が生成され得る。過渡状態の間に、回転機械１３２は複数の危険速度で運転し得る。結果として、複数のステータベーン１０８のうちの少なくとも１つが割れ欠陥を有するか否かに応じて、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数範囲における複数の周波数、および複数の振動モードに対応する振幅変調を有する複数のアコースティック信号が生成され得る。
【００１５】
少なくとも１つのアコースティック信号１２４は、ケーシング１０２内に配置された１つ以上のステータベーン１０８における割れ欠陥の存在に関する情報を表す。「ステータベーン」は、本明細書において、例示の目的のために言及されるが、加えて、または代わりに、振動モードを受ける他の静的構造であって、ケーシング１０２内に配置された静的構造をモニタリングしてもよい。一実施形態では、信号取得ユニット１１６は、ノイズフィルタリングおよび信号正規化等の処理ステップにより、アコースティック信号１２４をサンプリングして、信号内容を改善し、処理されたアコースティック信号１３０を健全性モニタリングユニット１１８に提供するように更に構成されている。特定の実施形態では、受信されたアコースティック信号１２４が高い信号対ノイズ比を有する場合、追加の処理を不要とすることができ、受信されたアコースティック信号１２４が健全性モニタリングユニット１１８に送信される。
【００１６】
健全性モニタリングユニット１１８は、信号取得ユニット１１６に通信可能に接続され、処理されたアコースティック信号１３０を受信するように構成されている。より詳細に図３に示されるように、健全性モニタリングユニット１１８は、処理されたアコースティック信号１３０に信号包絡線抽出技術を適用することにより、変換されたアコースティック信号を生成するように更に構成されている。一実施形態では、変換されたアコースティック信号を生成するために、ヒルベルト変換が用いられる。別の実施形態では、変換されたアコースティック信号を生成するために、半波整流後にローパスフィルタリングが用いられる。別の実施形態では、変換されたアコースティック信号を生成するために、全波整流後にローパスフィルタリングが用いられる。また、健全性モニタリングユニット１１８は、変換されたアコースティック信号に基づいて、アコースティックシグネチャ信号を生成するようにも構成されている。一実施形態では、複数のローパスフィルタによって、変換されたアコースティック信号をフィルタリングすることにより、アコースティックシグネチャ信号が生成される。別の実施形態では、複数のバンドパスフィルタによって、変換されたアコースティック信号をフィルタリングすることにより、アコースティックシグネチャ信号が生成される。各バンドパスフィルタの中心周波数は、ステータベーン１０８の対応する振動モードの振動周波数に対応している。一実施形態では、バンドパスフィルタは、５０ヘルツ〜１０キロヘルツの範囲のより低いカットオフ周波数、および５００ヘルツの帯域幅を有する。健全性モニタリングユニット１１８は、アコースティックシグネチャ信号に基づいて、割れ欠陥を検出するように更に構成されている。例示的な実施形態では、アコースティックシグネチャ信号のピーク値に基づいて、ステータベーンのうちの１つにおいて割れ欠陥が検出される。具体的な一実施形態では、アコースティックシグネチャ信号を、所定の閾値限界と比較してもよい。アコースティックシグネチャ信号の一部が所定の閾値限界を超える場合、割れ欠陥を示す出力信号１２８が生成される。
【００１７】
いくつかの実施形態では、健全性モニタリングユニット１１８はまた、複数のアコースティック信号１２４を処理して、割れ欠陥の長さおよび位置を判断するようにも構成されている。１つのこのような実施形態では、アコースティックシグネチャ信号の共振周波数が判断される。割れの長さは、共振周波数の値に基づいて、ルックアップテーブルから得られる。ルックアップテーブルは、メモリユニット１２２に記憶されてもよく、ルックアップテーブルの値は、履歴データおよび実験またはコンピュータシミュレーションから得られる複数の観察結果に基づいて事前に入力される。代替の実施形態では、割れの長さは、共振周波数の関数としての数式を評価することにより得られる。別のこのような実施形態では、音源定位技術を用いて、複数のアコースティック信号１２４を処理する。具体的な一実施形態では、音源定位技術は、ＭＵＳＩＣ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｓｉｇｎａｌ  ｃｌａｓｓｉｆｉｅｒ：多重信号分類）技術である。別の実施形態では、音源定位技術は、ＥＳＰＲＩＴ（ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｉｇｎａｌ  ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  ｖｉａ  ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ：回転不変技術による信号パラメータの推定）技術である。例示的な実施形態では、複数のアコースティックエミッションセンサの中のアコースティックエミッションセンサの各対では、アコースティックエミッションセンサの対応する対により検出されたアコースティック信号から、到達時間差（ＴＤＯＡ）が推定される。結果として、アコースティックエミッションセンサの複数の対についての、複数のこのようなＴＤＯＡ推定が決定される。割れ欠陥の位置は、複数のアコースティックエミッションセンサから受信される複数のアコースティック信号に対応するアコースティックエミッションの発生源の位置に基づいて判断される。他の実施形態では、三角測量技術を用いて、割れ欠陥の位置が判断される。
【００１８】
プロセッサ１２０は、所望の計算を実施し、またはコンピュータプログラムを実行するために、少なくとも１つの論理演算ユニットを有するサブプロセッサ、マイクロプロセッサ、汎用制御装置またはプロセッサアレイのうち、１つ以上を含んでもよい。一実施形態では、プロセッサ１２０の機能は、信号取得ユニット１１６によって実施されるタスクに限定されてもよい。別の実施形態では、プロセッサ１２０の機能は、健全性モニタリングユニット１１８によって実施される機能に限定されてもよい。プロセッサ１２０は、メモリに記憶されたプログラムを実行するように構成されている。
【００１９】
メモリユニット１２２は、信号取得ユニット１１６、健全性モニタリングユニット１１８、およびプロセッサ１２０のうちの少なくとも１つによりアクセスされるように構成されている。例示的な実施形態では、メモリユニット１２２は、１つ以上のメモリモジュールを含んでもよい。メモリユニット１２２は、非一時的記憶媒体であってもよい。例えば、メモリユニット１２２は、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）デバイス、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）デバイス、フラッシュメモリ、または他のメモリデバイスであってもよい。一実施形態では、メモリユニット１２２は、不揮発性メモリ、またはハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）デバイス、デジタル多用途ディスク読み取り専用メモリ（ＤＶＤ−ＲＯＭ）デバイス、デジタル多用途ディスクランダムアクセスメモリ（ＤＶＤ−ＲＡＭ）デバイス、デジタル多用途ディスク書き換え可能（ＤＶＤ−ＲＷ）デバイス、フラッシュメモリデバイス、または他の不揮発性記憶デバイス等の同様の永続的記憶デバイス、媒体を含んでもよい。具体的な一実施形態では、非一時的コンピュータ可読媒体には、少なくとも１つのプロセッサに、信号取得ユニット１１６および健全性モニタリングユニット１１８のうちの１つ以上の機能を実施させるよう指示するプログラムがコード化されてもよい。
【００２０】
図２は、例示的な実施形態によるキャンベル図を表すグラフ２００である。グラフ２００は、回転機械の速度を表す横軸２０２、および回転機械の複数のステータベーンの振動モードに対応する共振周波数を表す縦軸２０４を含む。グラフ２００は、ステータベーンの振動モードに対応する共振周波数を表す複数の水平線２０６、２０８を更に含む。図示される実施形態では、水平線２０６は、第１の屈曲振動モードに対応し、水平線２０８は、第２の屈曲振動モードに対応する。グラフ２００は、回転機械の回転速度の整数倍の傾きを有する複数の斜線２１０、２１２を更に含む。斜線２１０は、１０００ｒｐｍ未満の回転速度に対応する点で、水平線２０６、２０８の両方と交差する。複数の斜線２１２は、１８００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍの回転速度に対応する点で、水平線２０６と交差する。斜線２１０、２１２が水平線２０６と交差する、対応する回転速度は、第１の振動モードの危険機械速度を示す。更に、斜線２１０が水平線２０８と交差する、対応する回転速度は、第２の振動モードの危険機械速度を示す。一実施形態では、回転機械が、点２１６によって表される危険速度で運転するとき、第１の振動モードが発生し、ステータベーンが、約１３６ヘルツの周波数で振動する。複数の斜線２１２のうちの１つは、運転点２１６によって表される危険速度に対応する運転点２１４で、水平線２０６と交差する。
【００２１】
図３は、図１の例示的な実施形態による健全性モニタリングユニット１１８内の信号処理を表す概略図３００である。健全性モニタリングユニット１１８は、ヒルベルト変換部３０２、およびバンドパスフィルタ３０６を含む。ヒルベルト変換部３０２は、処理されたアコースティック信号１３０を受信して、実数成分信号および虚数成分信号を有する解析信号３２４を生成する。解析信号３２４の実数成分信号および虚数成分信号は、時間を表すｘ軸３０８および振幅を表すｙ軸を有するグラフによって示される。他の実施形態では、ハートレー変換およびケプストラム等であるが、これに限定されない他の信号変換を用いて、変換された信号を生成してもよい。変換されたアコースティック信号３１２は、大きさ抽出部３０４を用いて、解析信号３２４の大きさを抽出することにより生成される。変換されたアコースティック信号３１２は、時間を表すｘ軸３１４および振幅を表すｙ軸３１６を有するグラフによって示される。アコースティックシグネチャ信号３２０は、バンドパスフィルタ３０６を用いて、変換されたアコースティック信号３１２から生成される。バンドパスフィルタ３０６は、ステータベーンの振動信号に対応する中心周波数を有する。ステータベーンの振動周波数は、５０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの範囲の周波数である。バンドパスフィルタ３０６の帯域幅は、約５００ヘルツである。他の実施形態では、変換されたアコースティック信号３１２は、復調器を用いて更に処理され、周波数成分がベースバンドに変換される。
【００２２】
図４Ａは、時間を表すｘ軸４０２および振幅を表すｙ軸４０４を有するグラフ表現４００である。また、ｘ軸４０２は、回転／分（ＲＰＭ）で表される角速度も表す。曲線４０６は、割れのあるベーンを有しない機械からのバックグラウンド振動信号（すなわち、バックグラウンドアコースティックエミッションノイズ）を表す。
【００２３】
図４Ｂは、時間を表すｘ軸４１０および振幅を表すｙ軸４１２を有するグラフ表現４０８である。曲線４１４は、割れのあるベーンの機械的振動に対応するアコースティックエミッション信号を表す。
【００２４】
図４Ｃは、時間を表すｘ軸４１８および振幅を表すｙ軸４２０を有するグラフ表現４１６である。曲線４２２は、割れ欠陥を有するベーンからの、シミュレーションされたアコースティック信号を表す。アコースティック信号は、機械のケーシングに配置されたセンサから記録される。曲線４２２は、図４Ａの曲線４０６によって表されるバックグラウンド振動信号、および図４Ｂの曲線４１４によって表される、割れ欠陥を有するベーンからのアコースティックエミッション信号を含む、シミュレーションされたアコースティック信号を表す。曲線４１４によって表されるアコースティックエミッション信号は、信号成分を表し、曲線４０６によって表されるバックグラウンド振動信号は、ノイズ成分を表す。曲線４２２によって表されるシミュレーションされたアコースティックエミッション信号は、低いＳＮＲ（信号対ノイズ比）を有する。
【００２５】
図４Ｄは、時間を表すｘ軸４２６および振幅を表すｙ軸４２８を有するグラフ表現４２４である。曲線４３０は、アコースティックシグネチャ信号を表す。図４Ｃの曲線４２２によって表されるシミュレーションされたアコースティック信号が処理されて、アコースティックシグネチャ信号が生成される。曲線４３０の部分４３２のピーク値（４３４）は、割れ欠陥を表す。図４Ａ〜図４Ｄを参照すると、割れ欠陥は、高いレベルのバックグラウンド振動信号が存在する場合に検出される。
【００２６】
図５Ａは、時間を表すｘ軸５０２および振幅を表すｙ軸５０４を有するグラフ表現５００である。また、ｘ軸５０２は、回転／分（ＲＰＭ）で表される角速度も表す。曲線５０６は、割れのあるベーンを有しない機械からのバックグラウンド振動信号を表す。
【００２７】
図５Ｂは、時間を表すｘ軸５１０および振幅を表すｙ軸５１２を有するグラフ表現５０８である。曲線５１４は、割れのあるベーンの機械的振動に対応するアコースティックエミッション信号を表す。
【００２８】
図５Ｃは、時間を表すｘ軸５１８および振幅を表すｙ軸５２０を有するグラフ表現５１６である。曲線５２２は、割れ欠陥を有するベーンからのシミュレーションされたアコースティック信号を表す。アコースティック信号は、機械のケーシングに配置されたセンサから記録される。曲線５２２によって表されるシミュレーションされたアコースティック信号は、図５Ａの曲線５０６によって表されるバックグラウンド振動信号、および図５Ｂの曲線５１４によって表される割れ欠陥を有するベーンからのアコースティックエミッション信号を含む。曲線５１４によって表されるアコースティックエミッション信号は、信号成分であり、曲線５０６によって表されるバックグラウンド振動信号は、ノイズ成分である。シミュレーションされたアコースティックエミッション信号は、良好なＳＮＲ（信号対ノイズ比）を有する。
【００２９】
図５Ｄは、時間を表すｘ軸５２６および振幅を表すｙ軸５２８を有するグラフ表現５２４である。曲線５３０は、アコースティックシグネチャ信号を表す。図５Ｃの曲線５２２によって表される、シミュレーションされたアコースティック信号が処理されて、アコースティックシグネチャ信号が生成される。曲線５３０の部分５３２のピーク値（５３４）は、割れ欠陥を表す。図５Ａ〜図５Ｄを参照すると、割れ欠陥は、低いレベルのバックグラウンド振動信号が存在する場合に検出される。
【００３０】
図６は、例示的な実施形態による、割れ欠陥の長さを判断するために用いられるルックアップテーブル６００である。ルックアップテーブル６００は、複数の縦列６０２、６０４、６０６を含む。縦列６０２は、複数のインデックスエントリを含み、縦列６０４は、複数の共振周波数の値を含み、縦列６０６は、複数の割れ欠陥長さを含む。一実施形態では、ルックアップテーブル６００はメモリユニットに記憶され、健全性モニタリングユニットによってアクセスされる。健全性モニタリングユニットは、アコースティックシグネチャ信号から得られる共振周波数の値に基づいて、ルックアップテーブル６００からインデックスエントリ値を読み出すように構成されている。更に、健全性モニタリングユニットは、インデックスエントリ値に基づいて、割れ欠陥の長さの値を読み出すように構成されている。例として、１９０Ｈｚの共振周波数では、割れ欠陥の長さは１インチと判断される。
【００３１】
図７は、例示的な実施形態による、回転機械をモニタリングするための複数のステップを示すフローチャート７００である。この方法は、ステップ７０２で示されるように、回転機械のケーシングにおける所定の位置に配置されたアコースティックエミッションセンサからアコースティック信号を受信することを含む。この方法は、ステップ７０４で示されるように、信号包絡線抽出技術をアコースティック信号に適用して、変換されたアコースティック信号を生成することを更に含む。また、この方法は、ステップ７０６で示されるように、変換されたアコースティック信号に基づいて、アコースティックシグネチャ信号を生成することも含む。
【００３２】
この方法は、ステップ７０８で表されるように、アコースティックシグネチャ信号に基づいて、回転機械のステータベーンの割れ欠陥を判断することを更に含む。一実施形態では、アコースティックシグネチャ信号の複数のサンプルが、所定の閾値と比較される。アコースティックシグネチャ信号のサンプルが所定の閾値よりも大きい場合、アコースティックシグネチャ信号のピーク値が検出される。アコースティックシグネチャ信号のピークは、ステータベーンのうちの１つ以上の割れ欠陥を示す。複数のアコースティックシグネチャ信号を含む実施形態では、割れ欠陥は、複数のアコースティックシグネチャ信号のそれぞれから、独立して判断される。割れ欠陥の検出に関する、判断されたデータを組み合わせて、割れ欠陥の検出に関係するロバストな決定を判断してもよい。別の実施形態では、割れ欠陥に関するデータが、ステータベーンのうちの１つ以上の複数の割れ欠陥を示してもよい。
【００３３】
例示的な実施形態では、割れ欠陥を判断することは、アコースティックシグネチャ信号に基づいて、割れ欠陥の長さおよび位置のうちの少なくとも１つを判断することを含む。割れ欠陥の長さを判断することは、アコースティックシグネチャ信号に対応する共振周波数を判断することを含む。割れ欠陥の長さは、共振周波数を用いて、ルックアップテーブルから得られる。別の実施形態では、複数のアコースティック信号は、回転機械のケーシングにおける複数の所定の位置に配置された複数のアコースティックエミッションセンサから得られる。このような実施形態では、割れ欠陥の位置を判断することは、回転機械のケーシングにおいて複数の所定の位置に配置された複数のアコースティックエミッションセンサからの、複数のアコースティック信号を処理することを含む。割れ欠陥の位置は、音源定位技術に基づいて判断される。一実施形態では、音源定位技術は、少なくとも３つのアコースティック信号に基づく三角測量技術である。別の実施形態では、複数のアコースティック信号からアコースティック信号の対に対応する到達時間差（ＴＤＯＡ）が判断される。複数のこのようなＴＤＯＡ推定は、複数のアコースティック信号から、アコースティック信号の複数の対に対応して得られる。割れ欠陥の位置は、複数のＴＤＯＡ推定に基づいて得られる。一実施形態では、割れ欠陥の位置は、複数の変換されたアコースティック信号に基づいて判断される。別の実施形態では、割れ欠陥の位置は、複数のアコースティックシグネチャ信号に基づいて判断される。
【００３４】
開示された実施形態は、回転機械のステータベーン等の静止部品における発生位置で割れ欠陥を検出することを容易にする。ステータベーンの割れ欠陥の存在および成長をモニタリングすることは、ケーシングに配置されたアコースティックエミッション（ＡＥ）センサから得られるアコースティックエミッション信号を信号処理することにより可能となる。割れを検出するための例示的な検査技術は、機械が運転しているときに、リアルタイムで実施され得る。言い換えると、例示的な技術は、機械のシャットダウンを必要としない。
【００３５】
このような上記の目的または利点は、必ずしも全てが任意の特定の実施形態によって達成できるわけではないことが理解されるであろう。そのため、例えば、当業者は、本明細書で説明されるシステムおよび技術が、本明細書で教示される１つの利点または利点の群を達成または改善する方法で実現され、または実行されるが、その際、本明細書で教示または示唆され得る他の目的または利点を必ずしも達成されないことを認識するであろう。
【００３６】
限られた数の実施形態のみに関連して、技術を詳細に説明したが、明細書はこのような、開示された実施形態に限定されないことが容易に理解されるはずである。むしろ、先には説明していないが、特許請求の範囲の趣旨および範囲と同等の、任意の数の変形形態、変更形態、置換形態または均等の構成を組み込むよう、技術を変更してもよい。更に、技術の様々な実施形態を記載したが、明細書の態様は、記載された実施形態の一部のみを含んでもよいことが理解されるであろう。したがって、明細書は、前述の説明によって限定されるとは考えられず、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００３７】
１００  モニタリングシステム
１０２  ケーシング
１０８  ステータベーン（静止部品）
１１２  アコースティックエミッションセンサ
１１６  信号取得ユニット
１１８  健全性モニタリングユニット
１２０  プロセッサ
１２２  メモリユニット
１２４  アコースティック信号
１３２  回転機械
３０６  バンドパスフィルタ
３１２  変換されたアコースティック信号
３２０  アコースティックシグネチャ信号
４３４  ピーク値
６００  ルックアップテーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ−４Ｄ】
2017096922.tif 000006
【図５Ａ−５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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