(57)【要約】  システムは、羽根車（１００ａ〜１００ｈ）の１つまたは複数の特性を測定するように構成された複数のセンサ（４２２〜４２４）を含む。このシステムは、羽根車の少なくとも１つの段階に関連する入力信号をセンサから受け取るように構成された複数のセンサインターフェース（４２０）を備える羽根車の状態指標デバイス（４００）も含む。羽根車の状態指標デバイスは、入力信号を使用して羽根車の故障を特定するように構成されたプロセッサ（４４０）、および故障を特定する指標を提供するように構成された出力インターフェース（４７０）も含む。プロセッサは、羽根車の少なくとも１つの故障モードに関連する周波数群（５２０）を決定し、周波数群を使用して入力信号を分解し、分解した入力信号を使用して羽根車信号を復元し、復元した羽根車信号をベースライン信号（４３０）と比較することによって、故障を特定するように構成される。周波数群は、羽根通過周波数、およびその高調波を含む。
2012522929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車（１００ａ〜１００ｈ）の少なくとも１つの段階に関連する入力信号を受け取るように構成された入力インターフェース（４２０）と、
前記入力信号を使用して前記羽根車の故障を特定するように構成されたプロセッサ（４４０）と、
前記故障を特定する指標を提供するように構成された出力インターフェース（４７０）とを備え、
前記プロセッサが、
前記羽根車の少なくとも１つの故障モードに関連し、羽根通過周波数および前記羽根通過周波数の高調波を含む周波数群（５２０）を決定し、
前記周波数群を使用して前記入力信号を分解し、
前記分解した入力信号を使用して羽根車信号を復元し、
前記復元した羽根車信号をベースライン信号（４３０）と比較することによって前記故障を特定するように構成される、装置（４００）。
【請求項２】
前記復元された羽根車信号が、
前記羽根通過周波数および前記羽根通過周波数の高調波に関連する信号、
前記羽根車の回転軸（１２５）に関連する信号、
軸側波帯に関連する信号、および
暗雑音に関連する信号のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プロセッサが前記入力信号を複数の帯域通過フィルタ（６０５ａ〜６０５ｃ）を通して分解することによって前記入力信号を分解するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記プロセッサが、
前記帯域通過フィルタの出力の最大と最小の周波数および振幅を決定し、
前記最大の周波数と振幅を統合して第１のユニオンを生成し、
前記最小の周波数と振幅を統合して第２のユニオンを生成し、
前記第１および第２のユニオンを使用して複数の羽根車信号を復元することによって前記羽根車信号を復元するように構成される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記プロセッサがさらに、
前記復元信号を前記ベースライン信号で正規化し、
特徴融合技法を適用して前記指標によって使用するための値を得るように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
羽根車（１００ａ〜１００ｈ）の１つまたは複数の特性を測定するように構成された複数のセンサ（４２２〜４２４）と、
羽根車の状態指標デバイス（４００）であって、
前記羽根車の少なくとも１つの段階に関連する入力信号を前記センサから受け取るように構成された入力インターフェース（４２０）、
前記入力信号を使用して前記羽根車の故障を特定するように構成されたプロセッサ（４４０）、および
前記故障を特定する指標を提供するように構成された出力インターフェース（４７０）を備える羽根車の状態指標デバイス（４００）とを含み、
前記プロセッサが、
前記羽根車の少なくとも１つの故障モードに関連し、羽根通過周波数および前記羽根通過周波数の高調波を含む周波数群（５２０）を決定し、
前記周波数群を使用して前記入力信号を分解し、
前記分解した入力信号を使用して羽根車信号を復元し、
前記復元した羽根車信号をベースライン信号（４３０）と比較することによって前記故障を特定するように構成される、システム。
【請求項７】
前記プロセッサが前記入力信号を複数の帯域通過フィルタ（６０５ａ〜６０５ｃ）を通して分解することによって前記入力信号を分解するように構成される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記プロセッサが、
前記帯域通過フィルタの出力の最大と最小の周波数および振幅を決定し、
前記最大の周波数と振幅を統合して第１のユニオンを生成し、
前記最小の周波数と振幅を統合して第２のユニオンを生成し、
前記第１および第２のユニオンを使用して複数の羽根車信号を復元することによって前記羽根車信号を復元するように構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記プロセッサがさらに、前記羽根車の正常な動作に対応する前記入力信号の一部を前記ベースライン信号として格納するように構成される、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
羽根車（１００ａ〜１００ｈ）の少なくとも１つの段階に対応する振動および速度の情報の少なくとも１つを含む入力信号を受け取るステップ（７０５）と、
前記羽根車の少なくとも１つの故障モードに対応し、羽根通過周波数および前記羽根通過周波数の高調波を含む周波数群（５２０）を決定するステップ（７１５）と、
前記周波数群を使用して前記入力信号を分解するステップ（７２０〜７２５）と、
前記分解した入力信号を使用して羽根車信号を復元するステップ（７３０）と、
前記復元した羽根車信号をベースライン信号（４３０）と比較するステップ（７５０）と、
前記復元された羽根車信号が閾値により前記ベースライン信号と異なる場合に故障を特定する指標を出力するステップ（７５５）とを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本開示は、一般に、羽根車デバイスに関し、より詳細には羽根車の作動状態指標を決定するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]羽根車は様々な産業で日常的に使用される。羽根車の一タイプは、シリンダ、管、または他の管路内の流体の圧力および流量を増加させるために使用される回転子を含む。羽根車は、たとえば、プロセス制御産業で使用されることが多い。しかし、羽根車は日常的に様々な故障を起こす。羽根車の故障モードの例には、羽根の破損、羽根車の１つまたは複数の亀裂、および羽根車の摩耗が含まれ得る。
【０００３】
[0003]プロセス制御システム、あるいは他のシステムの羽根車の作動状態を監視して、羽根車の保守を適切に予定に入れることがしばしば必要とされ、または望ましい。しかし、多様な羽根車が使用されるため、羽根車の作動状態を監視することは難しいことが多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
[0004]本開示は、羽根車の作動状態指標を決定するためのシステムおよび方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[0005]第１の実施形態では、装置は、羽根車の少なくとも１つの段階に関連する入力信号を受け取るように構成された入力インターフェースを含む。この装置は、入力信号を使用して羽根車の故障を特定するように構成されたプロセッサも含む。この装置はさらに、故障を特定する指標を提供するように構成された出力インターフェースを含む。プロセッサは、羽根車の少なくとも１つの故障モードに関連する周波数群を決定し、その周波数群を使用して入力信号を分解し、分解した入力信号を使用して羽根車信号を復元し、復元した羽根車信号をベースライン信号と比較することによって故障を特定するように構成される。周波数群は、羽根通過周波数、およびその高調波を含む。
【０００６】
[0006]第２の実施形態では、システムは、羽根車の１つまたは複数の特性を測定するように構成された複数のセンサを含む。システムは、羽根車の少なくとも１つの段階に関連する入力信号をセンサから受け取るように構成された複数のセンサインターフェースを備える羽根車の状態指標デバイスも含む。羽根車の状態指標デバイスは、入力信号を使用して羽根車の故障を特定するように構成されたプロセッサ、および故障を特定する指標を提供するように構成された出力インターフェースも含む。プロセッサは、羽根車の少なくとも１つの故障モードに関連する周波数群を決定し、その周波数群を使用して入力信号を分解し、分解した入力信号を使用して羽根車信号を復元し、復元した羽根車信号をベースライン信号と比較することによって故障を特定するように構成される。周波数群は羽根通過周波数、およびその高調波を含む。
【０００７】
[0007]第３の実施形態では、方法は、羽根車の少なくとも１つの段階に対応する振動および／または速度の情報を有する入力信号を受け取るステップを含む。この方法は、羽根車の少なくとも１つの故障モードに対応する周波数群を決定するステップも含む。周波数群は、羽根通過周波数、およびその高調波を含む。この方法はさらに、周波数群を使用して入力信号を分解し、分解した入力信号を使用して羽根車信号を復元するステップを含む。また、この方法は、復元した羽根車信号をベースライン信号と比較し、復元された羽根車信号が閾値によりベースライン信号と異なる場合に故障を特定する指標を出力するステップを含む。
【０００８】
[0008]他の技術的特徴は、以下の図、説明、および特許請求の範囲から当業者には容易に明らかになるであろう。
[0009]本開示がより完全に理解されるために、次に、添付の図面と併せて、以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】[0010]例示の羽根車の構成を示す図である。
【図１Ｂ】例示の羽根車の構成を示す図である。
【図１Ｃ】例示の羽根車の構成を示す図である。
【図１Ｄ】例示の羽根車の構成を示す図である。
【図１Ｅ】例示の羽根車の構成を示す図である。
【図１Ｆ】例示の羽根車の構成を示す図である。
【図１Ｇ】例示の羽根車の構成を示す図である。
【図２Ａ】[0011]例示のキャビテーションの位置を示す図である。
【図２Ｂ】例示のキャビテーションの位置を示す図である。
【図３】[0012]本開示による羽根車の故障モードルールを示す例示の表である。
【図４Ａ】[0013]本開示による例示の羽根車の状態指標（ＩＣＩ）デバイスを示す図である。
【図４Ｂ】本開示による例示の羽根車の状態指標（ＩＣＩ）デバイスを示す図である。
【図５Ａ】[0014]本開示による羽根車の作動状態を監視するための例示のＩＣＩの第１段階の操作を示すさらに詳細な図である。
【図５Ｂ】本開示による羽根車の作動状態を監視するための例示のＩＣＩの第１段階の操作を示すさらに詳細な図である。
【図６Ａ】[0015]本開示による羽根車の作動状態を監視するための例示のＩＣＩの第２段階の操作を示すさらに詳細な図である。
【図６Ｂ】本開示による羽根車の作動状態を監視するための例示のＩＣＩの第２段階の操作を示すさらに詳細な図である。
【図７】[0016]本開示による羽根車を監視するための例示のプロセスを示す図である。
【図８】[0017]本開示による例示の羽根車の作動状態指標を示す図である。
【図９】本開示による例示の羽根車の作動状態指標を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[0018]以下で論じる図１から９、および本特許文書の本発明の原理の記述に使用される様々な実施形態は、単なる例であり、決して本発明の範囲を限定するものではないと考えられたい。当業者には理解されるように、本発明の原理を任意のタイプの適した構成のデバイス、またはシステムで実施することができる。また、理解されるように、図の要素は簡単かつ明瞭にするために示されており、必ずしも縮尺に比例するものではない。たとえば、図の幾つかの要素の寸法は、本特許文書に記載された様々な実施形態の理解の向上を助けるために、他の要素と比較して誇張されていることがある。
【００１１】
[0019]図１Ａから１Ｇは例示の羽根車の構成を示すものである。図１Ａから１Ｄでは、羽根車１００ａ〜１００ｂは、シリンダ、管、または他の管路１０５内部の回転子を含む。回転子は、管路１０５内の流体の圧力および流量を増加させるために使用される。管路１０５は、流入流体を受ける（「目」と呼ばれることが多い）開放入口１１０を含む。羽根１１５は管路１０５内で流体を半径方向に押し出す。羽根１１５は、たとえば、後方に湾曲したブレード１１５ａ、半径方向のブレード１１５ｂ、または前方に傾斜したブレード１１５ｃでもよい。スプライン付き、キー付き、またはねじ付きの穴１２０は、羽根１１５を回転させる駆動軸１２５を受ける。羽根車１００ａ〜１００ｂを、鉄、鋼、青銅、黄銅、アルミニウム、プラスチック、または他の適した１つまたは複数の材料で作製することができる。羽根車１００ａは軸流羽根車、羽根車１００ｂは斜流羽根車である。
【００１２】
[0020]図１Ｅに示したように、羽根車１００ｃを渦巻ポンプ１３０の回転構成要素として使用することもできる。羽根車１００ｃは、流体を回転の中心から外側に加速することによって、ポンプ１３０を駆動するモータからの回転および／または運動エネルギをポンプで送り出された流体の位置エネルギに転換または変換する。羽根車１００ｃによって得られる速度は、ポンプケーシング１３５が流体の外向きの移動を制限するときに、圧力に変わる。
【００１３】
[0021]図１Ｆおよび１Ｇは他のタイプの羽根車を示すものである。具体的には、図１Ｆは、開放羽根車１００ｄ、半開放羽根車１００ｅ、および閉鎖羽根車１００ｆを示している。図１Ｇは、単一吸込羽根車１００ｇ、および二重吸込羽根車１００ｈを示している。
【００１４】
[0022]特定のタイプの羽根車を選択する他に、特定の羽根車の設計を変えて、羽根車の性能特性を変更することもできる。たとえば、多数の羽根を有する、または大きい角度が付けられた羽根を有する羽根車は、増加した流体「ヘッド」を有することがある。また、少数の羽根を有する、または大きい羽根出口角を有する羽根車は、乏しい振動特性、あるいは先端に重負荷を有することがある。さらに、羽根車と羽根車ケーシングの間の比較的大きい間隙によって、振動を低減することができるが、それによって、サイズ、重量、およびコストが増加することになる。
【００１５】
[0023]羽根車の使用に関連する一水理現象はキャビテーションであり、図２Ａおよび２Ｂに示されている。キャビテーションは、液圧が蒸気圧未満に低下する領域内またはその周辺の流動液体中に蒸気泡が形成される現象である。図２Ａは、羽根車の排出部に位置するキャビテーションを示し、図２Ｂは、羽根車の吸込部に位置するキャビテーションを示している。
【００１６】
[0024]キャビテーションを挙動の２つのクラス、すなわち慣性（または過渡的）キャビテーションと非慣性キャビテーションに分けることができる。慣性キャビテーションは、液体中の空隙または気泡が急速に崩壊して、衝撃波が生成されるプロセスである。非慣性キャビテーションは、流体中の気泡が、音場など、何らかの形態のエネルギ入力によって、サイズまたは形状が振動するように強制されるプロセスである。羽根車を使用する場合、両タイプのキャビテーションが発生することがある。さらに、キャビテーションによって形成される衝撃波は、運動する部品にかなりの損傷を与えるほど十分強い可能性があり、それによって、羽根車および羽根車のケーシングの浸食、または他の羽根車の破損が促進される恐れがある。
【００１７】
[0025]幾つかの羽根車の作動状態を監視することは、とりわけ、使用される羽根車が多様なタイプであるために難しいことが多い。本開示により、１つまたは複数の羽根車の作動状態を監視し、特定の羽根車が摩耗または他の問題を有する場合に表示することができる羽根車作動状態監視システムが提供される。
【００１８】
[0026]図３は、本開示による羽根車の故障モードルールのための例示の表３００を示すものである。図３で示した表３００の実施形態は、単なる例である。本開示の範囲から逸脱することなく、表３００の他の実施形態を使用することができる。
【００１９】
[0027]この例では、表３００は５つの故障状態を含む。故障状態は、大流量のキャビテーション３０２、小流量のキャビテーション３０４、羽根車の摩耗３０６、羽根車の亀裂３１０、および羽根車の羽根の破損３１２を含む。表３００では、羽根車の動作に関連する様々な周波数に関するこうした故障状態の影響が特定される。羽根車の周波数は、回転軸速度周波数（ｆｒ）３２２、羽根通過周波数（ｆｖａｎｅ）３２４、軸側波帯周波数（ｆｖａｎｅ−ｆｒ）３２６、および（ｆｖａｎｅ＋ｆｒ）３２８、ならびに暗騒音３３０を含む。
【００２０】
[0028]大流量のキャビテーション３０２、または小流量のキャビテーション３０４が発生した場合、周波数ｆｖａｎｅ３２４、ｆｖａｎｅ−ｆｒ３２６、およびｆｖａｎｅ＋ｆｒ３２８が低下し、暗騒音３３０が増加する。羽根車の摩耗３０６が生じた場合は、周波数ｆｖａｎｅ３２４が増加するが、周波数ｆｖａｎｅ−ｆｒ３２６およびｆｖａｎｅ＋ｆｒ３２８は低下する。羽根車の亀裂３１０の結果として、それぞれ周波数ｆｒ３２２、ｆｖａｎｅ−ｆｒ３２６、およびｆｖａｎｅ＋ｆｒ３２８が増加するが、周波数ｆｖａｎｅ３２４は低下する。羽根車の羽根の破損３１２により、周波数ｆｒ３２２、ｆｖａｎｅ−ｆｒ３２６、およびｆｖａｎｅ＋ｆｒ３２８は増加するが、周波数ｆｖａｎｅ３２４は低下する。こうしたルールを考慮し、羽根車作動状態監視システムは、１つまたは複数の羽根車の作動状態を監視し、羽根車ごとに特定の故障モードがあれば、それを特定することができる。
【００２１】
[0029]図４は、本開示による例示の羽根車の状態指標（ＩＣＩ）デバイス４００を示すものである。図４で示したＩＣＩデバイス４００の実施形態は単なる例である。本開示の範囲から逸脱することなく、ＩＣＩデバイス４００の他の実施形態を使用することができる。
【００２２】
[0030]この例では、ＩＣＩデバイス４００は、ユーザ構成部分４０２を含む。ユーザ構成部分４０２は、操作者がＩＣＩデバイス４００と対話しやすくするユーザインターフェースを提供する。たとえば、ユーザ構成部分４０２は、操作者が羽根車の構成情報を入力することができるようにする。特定の例として、ユーザ構成部分４０２は、操作者が機械構成４０４を入力することができるようにする。機械構成４０４は、ポンプの定格、１つまたは複数のポンプのタイプ、１つまたは複数の羽根車のタイプ、および１つまたは複数の機械の固有周波数を含むことができる。
【００２３】
[0031]操作者は、フィルタ仕様４０６を入力することもできる。フィルタ仕様４０６は、フィルタのタイプ、フィルタの次数、高周波数限界、および低周波数限界を含むことができる。さらにデータ収集（ＤＡＱ）仕様４０８を操作者によってユーザ構成部分４０２に入力することができる。ＤＡＱ仕様４０８は、サンプリング周波数、サンプルの数、および電圧範囲を含むことができる。さらに、操作者は、センサ仕様４１０、および追加のユーザ入力４１２を入力することができる。センサ仕様４１０は、センサのタイプ、センサの範囲および感度、ならびにセンサのダイナミックレンジおよび固有周波数を含むことができる。追加のユーザ入力４１２は、サンプリング周波数、サンプルの数、および機械のクラスを含むことができる。
【００２４】
[0032]ＩＣＩデバイス４００は、センサ信号部分４２０を含むこともできる。センサ信号部分４２０は、羽根車、および／または渦巻ポンプ、あるいは羽根車を含む他のデバイスに結合された、もしくは他の方法で関連するセンサからの入力を受けるためのインターフェースを提供する。この例では、センサ信号部分４２０は、加速度計４２２、および回転速度計４２４を含む。加速度計４２２は、羽根車、または羽根車を含むデバイスの振動４２６を検出し、測定し、記録する。回転速度計４２４は、タコジェネレータ、またはＯｎｃｅ  Ｐｅｒ  Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＯＰＲ）デバイスなど、センサ入力デバイスでもよい。回転速度計４２４は、羽根車、または羽根車を含むデバイスの速度４２８を検出し、測定し、記録する。センサ信号部分４２０は、羽根車、または羽根車を含むデバイスに関するベースライン信号４３０を格納することもできる。
【００２５】
[0033]ＩＣＩデバイス４００は、さらに、人工知能（ＡＩ）部分、または他の処理部分４４０を含む。この例では、ＡＩ部分４４０は、アナログディジタル変換器４４１、前処理フィルタ４４２、および振動シグネチャプロセッサ４４４を含む。振動シグネチャプロセッサ４４４は、ＦＦＴ分析４４６、周波数／周波数帯域幅選択（ＦＦＢＳ）４４８、信号復元４５０、統計的特徴の記録４５２、および正規化４５４を行うように適合された１つあるいは複数のプロセッサ、または他の構成要素を含むことができる。ＡＩ部分４４０は、ファジィルールベース診断４５６、およびルールベース診断４５８を実行することもできる。ファジィルールベース診断４５６は、ファジィ化（Fuzzification）、ルール、集約、および非ファジィ化（De-fuzzification）演算を含む。こうした機能は以下にさらに詳細に記載される。
【００２６】
[0034]また、ＩＣＩデバイス４００は出力インターフェース４７０を含む。出力インターフェース４７０は、コンピュータ、またはディスプレイなど、他のシステム、あるいはデバイスに情報を送るように構成されたインターフェースである。出力インターフェース４７０は、単一のディスプレイ（たとえばモニタ）、または複数のディスプレイでもよい。この例では、出力インターフェース４７０は、羽根車の摩耗指標４７２、羽根車の亀裂指標４７４、キャビテーション指標４７６、および羽根車の作動状態指標４７８を含む。こうした指標４７２〜４７８は、監視される羽根車の作動状態を特定するものである。
【００２７】
[0035]ＩＣＩデバイス４００を任意の適した方法で実装することができる。たとえば、ＩＣＩデバイス４００をアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）カード、埋め込みシステム、ディスプレイシステム、中央処理装置、パーソナルコンピュータ、またはディジタル信号プロセッサとして実装することができる。
【００２８】
[0036]ＩＣＩデバイス４００は、多様なタイプの羽根車の故障による影響を検出し、測定する。たとえば、ＩＣＩデバイス４００は、図３で示した周波数３２２〜３３０の振幅の変化を測定する。ＩＣＩデバイス４００は、こうした変化に基づいて羽根車の故障を分類する。
【００２９】
[0037]操作の一態様では、操作者は、ユーザ構成部分４０２によって、羽根車、または羽根車を有するデバイスに関する機械構成４０４を入力することができる。操作者は、ポンプの定格があればポンプの定格、ポンプのタイプがあればポンプのタイプ、羽根車のタイプ、および１つまたは複数の固有周波数を入力することもできる。操作者は、さらに、フィルタ仕様４０６、ＤＡＱ仕様４０８、およびセンサ仕様４１０に関連する情報を入力することができる。また、操作者は、ＩＣＩデバイス４００が羽根車の監視に使用する、サンプリング周波数、サンプルの数、および機械のクラスなど、追加のユーザ入力４１２を入力することもできる。
【００３０】
[0038]ＩＣＩデバイス４００は、幾つかのセンサインターフェースによって、ＩＣＩデバイス４００に結合されたセンサからセンサ入力信号を受け取る。ＩＣＩデバイス４００は、羽根車の正常な動作に関連するセンサ入力信号を測定し、記録する。ＩＣＩデバイス４００は、羽根車の正常な動作に対応するセンサ入力信号を１組のベースライン信号４３０として格納する。
【００３１】
[0039]ＩＣＩデバイス４００は、追加のユーザ入力４１２に含まれたサンプリング周波数に基づいて、羽根車の性能を監視し続ける。ＩＣＩデバイス４００は、フィルタ４４２を使用して、センサからの入力信号をフィルタリングする。振動シグネチャプロセッサ４４４は、フィルタリングされた信号の全ての成分の特性（たとえば周波数）についてＦＦＴ分析４４６を行う。ＦＦＴ分析４４６は、監視される羽根車に関連する適切な周波数だけを生成することができる。
【００３２】
[0040]ＦＦＢＳ４４８は、信号を復元するための信号復元４５０で使用される１つまたは複数の周波数および振幅を分離する。この選択された周波数および振幅を使用して信号が復元された後、振動シグネチャプロセッサ４４４は復元された信号の統計的特徴４５２を決定する。一部の実施形態では、統計的特徴４５２は二乗平均（ＲＭＳ）値である。その後、振動シグネチャプロセッサ４４４は、ベースライン信号４３０に関して復元された信号の正規化４５４を行うことによって、正規化信号を生成する。ＩＣＩデバイス４００は、次いで、様々なルールを正規化信号に適用することができる。こうしたルールは、ファジィルールベース診断４５６、および／またはルールベース診断４５８を含むことができる。
【００３３】
[0041]ＩＣＩデバイス４００は、出力インターフェース４７０によって結果の出力を示す。一部の実施形態では、出力インターフェース４７０は、ＩＣＩデバイス４００が、（正規化信号が１つまたは複数の閾値についてベースライン信号４３０と異なる場合など）故障状態が存在することを決定した場合にのみ、出力を提供する。こうした実施形態では、出力インターフェース４７０は、フラグを立て、照明し、または他の方法で（たとえば、羽根車の摩耗指標４７２、羽根車の亀裂指標４７４、キャビテーション指標４７６、または羽根車の作動状態指標４７８による）故障に関連する指標を表示することによって、出力を提供することができる。
【００３４】
[0042]図５は、本開示による、羽根車の作動状態を監視するための例示のＩＣＩの第１段階の操作５００を示すより詳細な図である。図５で示したＩＣＩの第１段階の操作５００の実施形態は、単なる例である。本開示の範囲から逸脱することなく、ＩＣＩの第１段階の操作５００の他の実施形態を使用することができる。
【００３５】
[0043]構成段階中、操作者は、フィルタ仕様４０６、信号の詳細（たとえば、追加のユーザ入力４１２）、ＤＡＱ仕様４０８、センサ仕様４１０、および羽根車の仕様（たとえば、機械構成４０４）など、監視すべき羽根車に関連するデータを入力する。この例では、操作者は、羽根車のタイプ５０２、段階数５０４、段階ごとの羽根の数５０５、高域通過フィルタ周波数ＦＨ５０６、データ獲得についての最大サンプリング周波数ｆｄａｑ５０７とサンプルの最大数Ｎｄａｑ５０８、センサごとの最大サンプリング周波数ｆｄａｑ５１０、ならびにサンプリング周波数ｆｓ５１１およびサンプルの数Ｎｓ５１２を入力することができる。
【００３６】
[0044]ＩＣＩデバイス４００は、羽根車に関する（または複数の段階が監視される場合は、羽根車の段階ごとに関する）周波数群（ＦｏＦ）５２０も決定する。たとえば、ＡＩ部分４４０は、羽根通過周波数ｆｖａｎｅ３２４、および羽根通過周波数ｆｖａｎｅ３２４ごとに少なくとも３つの高調波を決定することができる。ＡＩ部分４４０は、羽根通過周波数ｆｖａｎｅ３２４の周辺の軸周波数ｆｒ３２２、ならびに軸側波帯ｆｖａｎｅ−ｆｒ３２６、およびｆｖａｎｅ＋ｆｒ３２８を決定することもできる。理解されるように、羽根通過周波数ｆｖａｎｅ３２４ごとの３つの高調波が示されているが、３つ以外の高調波を有する実施形態を使用することもできる。また、ＡＩ部分４４０は羽根車の固有周波数を決定することもできる。
【００３７】
[0045]ＡＩ部分４４０は、操作者が、ＦＨ５０６、ｆｓ５１１、およびＮｓ５１２に関する適切な値を入力したかどうかも判定する。たとえば、ＡＩ部分４４０は、比較５３０中にｆｓ５１１とＦＨ５０６を比較する。ｆｓ５１１がＦＨ５０６の２倍未満（ｆＳ＜２ＦＨ）の場合、ＡＩ部分４４０は、ＩＣＩデバイス４００の出力インターフェース４７０でｆｓを増加させる５１１指標５３２を起動させる。増加ｆｓ指標５３２は、ｆｓ５１１に入力された値が過剰に低く、増加すべきであることを示す可視または可聴のキューを操作者に与える。
【００３８】
[0046]ＡＩ部分４４０が、十分なｆｓ５１１が入力された（たとえば、ｆＳ≧２ＦＨなど、ｆｓ５１１がＦＨ５０６の２倍未満でない）と判定した場合、ＡＩ部分４４０は比較５３６中にｆｓ５１１とｆｄａｑ５０７を比較する。ｆｓ５１１がｆｄａｑ５０７よりも大きい場合（ｆｓ＞ｆｄａｑ）、ＡＩ部分４４０は出力インターフェース４７０でｆｓを減少させる指標５３４を起動させる。減少ｆｓ指標５３４は、ｆｓ５１１について入力された値が過剰に高く、減少すべきであることを示す可視または可聴のキューを操作者に与える。
【００３９】
[0047]ＡＩ部分４４０は、比較５４０中に、Ｎｓ５１２とＮｄａｑ５０８も比較する。Ｎｓ５１２がＮｄａｑ５０８よりも大きい場合（ＮＳ＞Ｎｄａｑ）、ＡＩ部分４４０は出力インターフェース４７０でＮＳを減少させる指標５４２を起動させる。減少ＮＳ指標５４２は、Ｎｓ５１２について入力された値が過剰に大きく減少すべきであることを示す可視または可聴のキューを操作者に与える。Ｎｓ５１２がＮｄａｑ５０８よりも小さい、またはそれに等しい場合（ＮＳ≦Ｎｄａｑ）、ＡＩ部分４４０は、（減少ＮＳ指標５４２が起動可能な場合は）減少ＮＳ指標５４２を不能にし、または（減少ＮＳ指標５４２が起動可能でない場合は）何もしない。
【００４０】
[0048]図６は、本開示による羽根車の作動状態を監視するための例示のＩＣＩの第２段階の操作６００を示すより詳細な図である。図６で示したＩＣＩの第２段階の操作６００の実施形態は単なる例である。本開示の範囲から逸脱することなく、ＩＣＩの第２段階の操作６００の他の実施形態を使用することができる。
【００４１】
[0049]ＡＩ部分４４０がセンサ入力信号に関する周波数群５２０を計算した後、ＡＩ部分４４０は、低域通過フィルタ４４２を通してＦｏＦ５２０を処理し、ＦＦＴ分析４４６を適用する。低域通過フィルタ４４２は、バターワースフィルタ、ウェーブレットベースフィルタ、または任意の他の低域通過フィルタでもよい。ＦｏＦ５２０はＦＦＢＳ４４８を通過させられる。ＦＦＢＳ４４８は、この例では、幾つかの帯域通過フィルタ路６０５ａ〜６０５ｃを含む。２Ｈｚ帯域（たとえば、ｆ＋１Ｈｚからｆ−１Ｈｚまで）６０５ａは、その値が１０００Ｈｚ未満（ｆ＜１０００Ｈｚ）であるＦＦＴ分析４４６からの信号に与えられる。３Ｈｚ帯域（たとえば、ｆ＋１．５Ｈｚからｆ−１．５Ｈｚまで）６０５ｂは、その値が２０００Ｈｚ未満であるが、１０００Ｈｚより大きい、またはそれに等しい（１０００Ｈｚ≦ｆ＜２０００Ｈｚ）ＦＦＴ分析４４６からの信号に与えられる。４Ｈｚ帯域（たとえば、ｆ＋２Ｈｚからｆ−２Ｈｚ）６０５ｃは、その値が２０００Ｈｚよりも大きい、またはそれに等しい（ｆ≧２０００Ｈｚ）ＦＦＴ分析４４６からの信号に与えられる。
【００４２】
[0050]ＡＩ部分４４０は、帯域６０５ａ〜６０５ｃごとに最大と最小の振幅を計算する。次いで、ＡＩ部分４４０は、それぞれ帯域６０５ａ〜６０５ｃからの最大振幅を組み合わせて、最大振幅および周波数のマトリックス６１０を生成する。ＡＩ部分４４０は、また、それぞれ帯域６０５ａ〜６０５ｃからの最小振幅を組み合わせて、最小振幅および周波数のマトリックス６１５も生成する。ＡＩ部分４４０は、ＦｏＦ５２０の全ての周波数のユニオン６２０を生成して、羽根車の構成要素の周波数を特定する。
【００４３】
[0051]ＡＩ部分４４０は、統計的特徴４５２をユニオン６２０および最小振幅および周波数のマトリックス６１５に適用する。統計的特徴４５２は、各ＦｏＦ５２０のＲＭＳまたは基準の決定を含むことができる。その後、ＡＩ部分４４０は、羽根車構成要素および雑音周波数について信号復元４５０を実行して、羽根車に関する復元信号を生成する。この例では、復元信号は加速を表している。具体的には、ＡＩ部分４４０は、羽根および高調波に関する信号、軸および軸側波帯周波数に関する信号、および雑音周波数に関する信号を復元することができる。
【００４４】
[0052]それぞれ復元信号は、ＲＭＳレベル検出器６３０、正規化ＲＭＳレベル検出器６３５、および３つのファジィメンバーシップ関数６４０のうちの１つを通過させられる。ファジィメンバーシップ関数６４０の出力は、ファジィルール６４５を通過させられて、ファジィルール信号が生成される。ＡＩ部分４４０は、ファジィルール信号と、ＲＭＳまたは基準ベースライン信号６５０内の幾つかの指数を比較して、１つまたは複数の羽根車またはポンプの状態６５５を生成する。ファジィメンバーシップ関数６４０およびファジィルール６４５を、ルールベース診断４５８が使用される場合など、他の論理と置き換えることができることを留意されたい。
【００４５】
[0053]羽根車またはポンプの状態６５５は、この例では、感知された振動に基づいて、羽根車またはポンプの作動状態を示す表示を提供する。ＩＣＩデバイス４００は、出力インターフェース４７０を使用して、羽根車の摩耗、羽根車の亀裂、および／またはキャビテーションを特定する羽根車またはポンプの状態を出力することができる。
【００４６】
[0054]一部の実施形態では、ＩＣＩデバイス４００は、メモリに格納された幾つかの閾値を含み、ＩＣＩデバイス４００は、特定された状態６５５をメモリに格納された閾値と比較して、警報または他の行動を開始するかどうかを判定することができる。メモリは、データを含み、格納し、通信し、伝播し、または伝送することができる任意の電子、磁気、電磁、光、電子光学、電気機械、および／または他のメモリデバイスなど、任意のコンピュータ可読媒体でもよい。特定の実施形態では、閾値は、ＩＣＩデバイス４００によって計算される状態６５５ごとの警告閾値、および警報閾値を含むことができる。警告閾値は、羽根車の状態６５５が高いことを示す警告を起動させることができ、警報閾値は、羽根車に故障が検出されたことを示す警報を起動させることができる。
【００４７】
[0055]図７は、本開示による羽根車を監視するための例示のプロセス７００を示すものである。図７で示したプロセス７００の実施形態は単なる例である。本開示の範囲から逸脱することなく、プロセス７００の他の実施形態を使用することができる。また、説明を簡単にするため、ＩＣＩデバイス４００に関してプロセス７００が記載されているが、プロセス７００を任意の適したデバイスまたはシステムで使用することができる。
【００４８】
[0056]この例では、ＩＣＩデバイス４００は、処理され、閾値と比較した振動および速度の信号を使用して、操作者に羽根車の可能のある損傷を警告する。ステップ７０５で、振動および速度信号がＩＣＩデバイス４００によって受け取られる。ステップ７１０で、ＩＣＩデバイス４００は、羽根車の正常な動作中に獲得された振動および速度信号をベースライン信号として格納する。ステップ７１５で、ＩＣＩデバイス４００は、羽根車に関連する周波数群を決定する。これは、たとえば、それぞれ羽根車の故障モードに関するＦｏＦ５２０の決定を含むことができる。ＦｏＦ５２０は、羽根通過周波数およびその高調波、軸回転周波数、羽根通過周波数およびその高調波の周辺の軸回転周波数の側波帯、ならびに暗雑音を含むことができる。ＩＣＩデバイス４００は、振動信号を測定し、ＦＦＴ分析など任意の使用可能な技術を用いて、振動信号の周波数を推定することができる。
【００４９】
[0057]ＩＣＩデバイス４００は、振動および速度信号を継続して受信し、ステップ７２０で信号処理を行う。これは、たとえば、振動および速度信号の分解を含むことができる。信号処理は、低域通過フィルタ演算およびＦＦＴ分析を含むこともできる。一部の実施形態では、デコンストラクション（たとえば、分解）が、フーリエ級数、ラプラス変換、またはＺ変換を使用して行われる。ステップ７２５で、ＩＣＩデバイス４００は、処理された信号を使用して、周波数／周波数帯域の選択を行う。これは、たとえば、周波数の分離、ならびに、最小と最大の周波数および振幅の獲得を含むことができる。ステップ７３０で、ＩＣＩデバイス４００は、全体の信号の復元、および羽根通過周波数とその高調波、軸側波帯、ならびに暗雑音に関する信号の復元などによって、信号を復元する。ＩＣＩデバイス４００は、ステップ７３５で、復元された信号から１つまたは複数の特徴を特定する。たとえば、ＩＣＩデバイス４００は、ＲＭＳおよびとがり値など、特徴を決定することができる。ＩＣＩデバイス４００は、ステップ７４０で、ベースライン信号の対応する特徴、ステップ７４５で電流信号も特定する。ステップ７５０で、復元信号が、ベースライン信号、または他の指数の特徴に関して正規化される。たとえば、ステップ７４５で見つけられた電流信号から特徴を区分することによって、ステップ７５０で見つけられたベースラインからの特徴によって、復元信号を正規化することができる。正規化は、機械的システムのサイズおよびアプリケーションのタイプに関して、モデルを一般化する助けをする。復元信号が閾値の１つを超える場合、ステップ７５５で、ＩＣＩデバイス４００は適切な指標（たとえば、羽根車の摩耗指標、羽根車の亀裂指標、および／またはキャビテーション指標）を出力する。ＩＣＩデバイス４００はファジィルールベース診断を適用して、復元信号が閾値の１つを超えたかどうかを判定する。
【００５０】
[0058]一部の実施形態では、格納された振動および速度信号は、現在摩耗が生じている、または現在亀裂を含む羽根車に関するものである。こうした実施形態では、ＩＣＩデバイス４００は、羽根車のさらなる摩耗、またはさらなる亀裂から得られる信号の変化に基づいて警告または警報を与える。
【００５１】
[0059]図８および９は、本開示による、例示の羽根車の作動状態指標４７８を示すものである。図８および９で示した羽根車作動状態指標４７８の実施形態は、単なる例である。本開示の範囲から逸脱することなく、羽根車の作動状態指標４７８の他の実施形態を使用することができる。
【００５２】
[0060]こうした例では、羽根車作動状態指標４７８は、ファジィ、デンプスターシェファー、またはベイジアンの理論に基づく統計の特徴融合を使用して構築される。作動状態指標４７８は、値０と値１の間で変わる苛酷度指数を提供する。羽根車作動状態指標４７８は、時間８０５、ならびに２つの閾値８１０および８１５を含む。
【００５３】
[0061]上記の図は様々な実施形態を示したものであるが、こうした図に任意の数の修正を加えることができる。たとえば、任意の適したタイプの羽根車を監視することができ、任意の適したタイプの故障を検出することができる。また、特定の用途に応じて、ＩＣＩデバイス４００によって実行されるものとして示した様々な関数を組み合わせ、さらに再分割し、または省略し、追加の関数を加えることができる。また、図７は一連のステップを示すものであるが、図７の様々なステップを重ね、並行して行い、複数回行い、または異なる順序で行うことができる。
【００５４】
[0062]一部の実施形態では、コンピュータ可読プログラムコードから形成され、コンピュータ可読媒体に埋め込まれたコンピュータプログラムによって、上記の様々な機能が実行され、支持される。句「コンピュータ可読プログラムコード」は、ソースコード、オブジェクトコード、および実行可能コードを含む任意のタイプのコンピュータコードを含む。句「コンピュータ可読媒体」は、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、ディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、または任意の他のタイプのメモリなど、コンピュータによってアクセス可能な任意のタイプの媒体を含む。
【００５５】
[0063]本特許文書中で使用される幾つかの語および句の定義を述べることは有利であろう。用語「結合」およびその派生語は、２つ以上の要素が互いに物理的に接触しても、しなくても、これらの要素の間の全ての直接または間接的通信を指す。用語「含む」、および「備える」、ならびにその派生語は、限定的ではない包含を指す。用語「または」は、包括的であり、および／またはを指す。句「関連する」、および「それに関連する」、ならびにその派生語は、含む、含まれる、相互連結する、収容する、内部に収容される、連結する、結合する、通信可能、協働する、インターリーブする、並列する、近接する、結合する、有する、特性を有するなどを指すことができる。
【００５６】
[0064]本開示は、幾つかの実施形態および全般的に関連する方法を記載したものであるが、こうした実施形態および方法の変更および置換が当業者には明らかであろう。したがって、例示の実施形態の上記の説明は、本開示を限定または制限しないものである。以下の特許請求の範囲に記載されるように、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、他の変更形態、代替形態、および修正形態も可能である。
【図１Ａ】
2012522929.tif 000003
【図１Ｂ】
2012522929.tif 000004
【図１Ｃ】
2012522929.tif 000005
【図１Ｄ】
2012522929.tif 000006
【図１Ｅ】
2012522929.tif 000007
【図１Ｆ】
2012522929.tif 000008
【図１Ｇ】
2012522929.tif 000009
【図２Ａ】
2012522929.tif 000010
【図２Ｂ】
2012522929.tif 000011
【図３】
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【図４Ａ】
2012522929.tif 000013
【図４Ｂ】
2012522929.tif 000014
【図５Ａ】
2012522929.tif 000015
【図５Ｂ】
2012522929.tif 000016
【図６Ａ】
2012522929.tif 000017
【図６Ｂ】
2012522929.tif 000018
【図７】
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【図８】
2012522929.tif 000020
【図９】
2012522929.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月1日(2011.12.1)
【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】
羽根車（１００ａ〜１００ｈ）の少なくとも１つの段階に関連する入力信号を受け取るように構成された入力インターフェース（４２０）と、
前記入力信号を使用して前記羽根車の故障を特定するように構成されたプロセッサ（４４０）と、
前記故障を特定する指標を提供するように構成された出力インターフェース（４７０）とを備え、
前記プロセッサが、
前記羽根車の少なくとも１つの故障モードに関連し、羽根通過周波数および前記羽根通過周波数の高調波を含む周波数群（５２０）を決定し、
前記周波数群を使用して前記入力信号を分解し、
前記分解した入力信号を使用して羽根車信号を復元し、
前記復元した羽根車信号をベースライン信号（４３０）と比較することによって前記故障を特定するように構成される、装置（４００）。
【請求項２】
前記復元された羽根車信号が、
前記羽根通過周波数および前記羽根通過周波数の高調波に関連する信号、
前記羽根車の回転軸（１２５）に関連する信号、
軸側波帯に関連する信号、および
暗雑音に関連する信号のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プロセッサが前記入力信号を複数の帯域通過フィルタ（６０５ａ〜６０５ｃ）を通して分解することによって前記入力信号を分解するように構成され、
前記プロセッサが、
前記帯域通過フィルタの出力の最大と最小の周波数および振幅を決定し、
前記最大の周波数と振幅を統合して第１のユニオンを生成し、
前記最小の周波数と振幅を統合して第２のユニオンを生成し、
前記第１および第２のユニオンを使用して複数の羽根車信号を復元することによって前記羽根車信号を復元するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
羽根車（１００ａ〜１００ｈ）の１つまたは複数の特性を測定するように構成された複数のセンサ（４２２〜４２４）と、
羽根車の状態指標デバイス（４００）であって、
前記羽根車の少なくとも１つの段階に関連する入力信号を前記センサから受け取るように構成された入力インターフェース（４２０）、
前記入力信号を使用して前記羽根車の故障を特定するように構成されたプロセッサ（４４０）、および
前記故障を特定する指標を提供するように構成された出力インターフェース（４７０）を備える羽根車の状態指標デバイス（４００）とを含み、
前記プロセッサが、
前記羽根車の少なくとも１つの故障モードに関連し、羽根通過周波数および前記羽根通過周波数の高調波を含む周波数群（５２０）を決定し、
前記周波数群を使用して前記入力信号を分解し、
前記分解した入力信号を使用して羽根車信号を復元し、
前記復元した羽根車信号をベースライン信号（４３０）と比較することによって前記故障を特定するように構成される、システム。
【請求項５】
羽根車（１００ａ〜１００ｈ）の少なくとも１つの段階に対応する振動および速度の情報の少なくとも１つを含む入力信号を受け取るステップ（７０５）と、
前記羽根車の少なくとも１つの故障モードに対応し、羽根通過周波数および前記羽根通過周波数の高調波を含む周波数群（５２０）を決定するステップ（７１５）と、
前記周波数群を使用して前記入力信号を分解するステップ（７２０〜７２５）と、
前記分解した入力信号を使用して羽根車信号を復元するステップ（７３０）と、
前記復元した羽根車信号をベースライン信号（４３０）と比較するステップ（７５０）と、
前記復元された羽根車信号が閾値により前記ベースライン信号と異なる場合に故障を特定する指標を出力するステップ（７５５）とを含む方法。
【国際調査報告】
2012522929.tif 000022
2012522929.tif 000023
2012522929.tif 000024