JP6291161B2 - ロータ異常の検出 - Google Patents

Description

本発明は一般にロータ監視に関し、より詳細にはロータの異常を監視するための抽出した振動特性の使用に関する。

振動監視はしばしば、ロータのタービンの異常を監視するために用いられる。通常は異常検出のためのタービンロータの振動監視は、最高速度動作時にタービンから取得した振動測定結果の専門家による精査を要する。専門家は通常は、異常の存在を判定するために振動の変化に対して振動測定結果を精査する。異常の重大度をさらに徹底して調べるためには専門家は、タービンの最高速度動作時に取得した情報およびデータのすべてを手作業で取り上げ、解析しなければならない。これは異常条件を解析するための非常に時間のかかるプロセスであり、結果としてリアルタイムの解決策にはならない。時にはこのプロセスは、専門家がタービンから取得した振動測定結果に関連する周波数データを調べる必要があると判断した場合は、より一層時間がかかるものとなり得る。一般にタービン装置には振動測定結果に関連する周波数のリアルタイム監視を行う機器が配備されておらず、したがって振動測定結果の全周波数スペクトルを記録できる機器を用いて改装することが必要になる。適切な機器を用いてタービンを改装した後に、振動測定結果に関連する周波数データを記録し、精査のために専門家に送ることができる。次いで専門家は、初めに異常の検出を急ぐことになった振動測定結果と共にこの新しいデータを解析することができる。このプロセスをもとにするいずれの解決策も、やはりリアルタイムの解決策にはならない。これらの振動監視プロセスのもう１つの欠点は、最高速度動作で動作するタービンから取得した振動測定結果のみを用いていることである。結果として異常を生じる一部の故障事象は、最高速度動作でのタービンから取得したデータを用いて検出することはできない。

米国特許第７８６６２１３号明細書

本発明の一態様ではシステムが提供される。このシステムは、過渡速度動作時にロータから振動測定結果を取得する少なくとも１つの振動センサを備える。少なくとも１つの振動センサおよびロータの場所にあるオンサイト監視装置は、過渡速度動作時の振動測定結果を監視する。オンサイト監視装置は、振動測定結果を過渡速度動作時のロータ速度の複数の所定の範囲の１つに分類し、過渡速度動作時のロータ速度の複数の所定の範囲のそれぞれに対して最大振動データを確定し、ロータが過渡速度動作を完了した後に最大振動データを、過渡速度動作時に取得した振動測定結果のスナップショットに編集する。少なくとも１つの振動センサ、ロータ、およびオンサイト監視装置から離れた遠隔監視装置は、オンサイト監視装置によって生成された振動測定結果のスナップショットからロータ異常を検出する。

本発明の第２の態様では、リアルタイムにロータ異常を検出するシステムが開示される。システムはロータを備える。ロータの周囲に配置された１つまたは複数の動作センサは、ロータの過渡速度動作時の動作データを測定する。動作データはロータ速度を含む。少なくとも１つの振動センサは、過渡速度動作時にロータから振動測定結果を取得する。監視装置は、過渡速度動作時に取得した振動測定結果および動作データに基づいてロータ異常を検出する。監視装置は振動測定結果を、過渡速度動作時のロータ速度の複数の所定の範囲の１つに分類し、過渡速度動作時のロータ速度の複数の所定の範囲のそれぞれに対して最大振動データを確定し、ロータが過渡速度動作を完了した後に最大振動データを、過渡速度動作時に取得した振動測定結果のスナップショットに編集し、振動測定結果のスナップショットを解析して過渡速度動作時に取得した振動測定結果が潜在的なロータ異常を示すかどうかを判定する。

本発明の第３の態様では、実行されたときにコンピュータシステムがロータ異常を検出する方法を行うことを可能にするコンピュータ命令を記憶したコンピュータ可読記憶装置が開示される。この実施形態では方法は、過渡速度動作時にロータから取得した振動データを受け取るステップと、振動データを、過渡速度動作時のロータ速度の複数の所定の範囲の１つに分類するステップと、過渡速度動作時のロータ速度の複数の所定の範囲のそれぞれに対して最大振動データを確定するステップと、ロータが過渡速度動作を完了するのに応答して、最大振動データを過渡速度動作時に取得した振動データのスナップショットに編集するステップと、過渡速度動作時に取得した振動測定結果がロータ異常を示すかどうかを判定するために振動データのスナップショットを解析するステップであって、振動データのスナップショットがロータ異常検出の可能性を示すかどうかを確かめ、ロータ異常検出の可能性の確定に応答して、過渡速度動作時に取得した振動データのスナップショットを、ロータによって行われた所定の数の以前の過渡速度動作から取得した履歴の振動測定スナップショットと比較すること、および過渡速度動作時に取得した振動データのスナップショットを、ロータによって行われた所定の数の以前の過渡速度動作から取得した履歴の振動測定スナップショットと比較し、振動測定結果のスナップショットが、所定の数の以前の過渡速度動作から取得した履歴の振動測定スナップショットと比較して非再現性挙動を示すかどうかを判定することのうちの１つを行う、解析するステップとを含む。

本発明の一実施形態によるタービンロータ監視システムの概略図である。 本発明の一実施形態による、ロータ異常の存在を検出するための図１のタービンロータ監視システムの使用に関連する処理動作を表すフロー図である。

本発明の様々な実施形態は、過渡速度動作時に取得した振動測定結果を用いてロータ異常に対するタービンのリアルタイム監視を行うことを対象とする。一実施形態ではオンサイト監視装置は、タービンロータの周囲に配置された少なくとも１つの振動センサから振動測定結果を受け取る。オンサイト監視装置はまた、タービンの周囲に配置された様々な動作センサから取得した動作データ（たとえば速度、温度、圧力）を受け取ることができる。特にタービンの動作を監視するために装備された監視デバイス、またはタービンを監視するために用いられる制御装置の一部とすることができるオンサイト監視装置は、リアルタイムにてタービン、およびそのサイトに配置された他のタービンの動作を絶えず解析するアルゴリズムを実行する。具体的にはオンサイト監視装置は振動測定結果を、タービンロータ速度の複数の所定の範囲の１つに分類し、タービンロータ速度の複数の所定の範囲のそれぞれに対して最大振動データを確定し、過渡速度動作の完了にて最大振動データを、動作時に取得した動作データと共に、過渡速度動作時に取得した振動測定結果のスナップショットに編集する。次いでオンサイト監視装置は、潜在的な異常の存在を判定する解析のために、スナップショットを遠隔監視装置に送信する。オンサイト監視装置は振動データのスナップショットを、時系列データおよびトリガ事象ベースデータを含むフォーマットにて送信することができる。

遠隔監視装置は、潜在的な異常の存在を判定するために、時系列フォーマットの振動データのスナップショットを絶えず解析する別のアルゴリズムを実行する。これはスナップショットに具現化された振動データが非再現性挙動を示すかどうか、または所定の閾値を超えたかどうかの判定を含むことができる。本明細書で用いる非再現性挙動を示す振動データとは、以前のデータポイントに基づく正常な範囲外のものである。スナップショット内の振動データが非再現性挙動を示し始めた、または所定の閾値を超えたと遠隔監視装置が判定した場合は、段階的に拡大されたまたは強化されたスナップショットの精査が開始される。具体的には遠隔監視装置は、トリガ事象ベースデータフォーマットに具現化された振動データのスナップショットを用いそれを、遠隔監視装置内のトランザクションデータベースに記憶されたタービンロータによって行われた所定の数の以前の過渡速度動作から取得した履歴の振動測定スナップショットと比較するものである確認のタービンロータ異常解析を行う。確認のタービンロータ異常解析は、オンサイト監視装置から取得した振動測定結果のスナップショットが、所定の数の以前の過渡速度動作から取得した履歴の振動測定スナップショットと比較して非再現性挙動を示す場合は、タービンロータ異常の検出を確定する。次いで遠隔監視装置は、タービンロータ異常の検出の確定に応答して是正措置を推奨することができる。

他の実施形態では遠隔監視装置は、トリガ事象ベースデータフォーマットに具現化されたデータのスナップショットのみに基づいてロータ異常の存在を判定することができる。この実施形態は、時系列データフォーマットでのスナップショットを調べる代わりに、オンサイト監視装置から取得した振動測定結果のスナップショットが、トランザクションデータベースに記憶された所定の数の以前の過渡速度動作から取得した履歴の振動測定スナップショットと比較して非再現性挙動を示す場合に、タービンロータ異常の存在を確定することになる。

他の実施形態では遠隔監視装置は、時系列データフォーマットに具現化されたデータのスナップショットのみに基づいてロータ異常の存在を判定することができる。この実施形態では遠隔監視装置は、時系列スナップショットに具現化された振動データが非再現性挙動を示すか、または所定の閾値を超えたかどうかでタービンロータ異常の存在を判定することができる。

他の実施形態では、オンサイト監視装置および遠隔監視装置にて行われる上述の動作は、オンサイト監視装置または遠隔監視装置のいずれかの１つのサイトにて行われるように組み合わせることができる。

本発明の様々な実施形態の技術的効果は、異常の検出の可能性を判定し、速やかな処置または是正措置が行えるように、実際のロータ異常が存在するかどうかを確かめるために精査を強化された状態に段階的に拡大する、タービンロータのリアルタイム監視を達成するための効果的な解決策を提供することを含む。これによりロータ異常が重大になる前にそれを検出する確率が増す。他の技術的効果は、過渡速度動作のみを用いてロータ異常を検出するための効果的な解決策を提供することを含む。本発明の様々な実施形態に関連するさらなる技術的効果は、異常の検出の判定を補助するように振動測定結果の周波数を記録するための機器を用いてタービンを改装することが不要になることを含む。他の技術的効果は、様々な場所で動作するすべてのタービンを監視するサービス提供者およびタービン製造業者に対して、向上された遠隔監視および診断能力をもたらすことを含む。

図面を参照すると図１は、本発明の一実施形態によるタービンロータ監視システム１００の概略図である。本明細書で述べられる様々な実施形態は、ガスタービンおよび蒸気タービンでの使用に応用可能である。しかし当業者および本明細書での教示によって指導された者には、本発明は、機械の動作において生じ得る異常を検出するために振動測定結果を監視することが望ましい場合がある、ロータによって駆動される任意の産業機械にも同様に応用可能であることが明らかであろう。たとえば軸流圧縮機は、本発明の様々な実施形態が有用となる１つの領域である。

図１に示されるようにタービンロータ監視システム１００は、ロータ１１０を有するタービン１０５を含む。少なくとも１つの振動センサ１１５が、動作時の振動を測定するためにロータ１１０の周囲に配置される。明瞭にするために２つの振動センサ１１５のみが示されるが、当業者には、より多いまたはより少ないセンサを用い得ることが認識されよう。一実施形態では振動センサ１１５は、接触または非接触センサ（たとえば加速度計および近接センサ）を含むことができる。一実施形態では振動センサ１１５は、タービン１０５の動作時にロータ１１０の回転を容易にするベアリングを含んだベアリングキャップ内に配置することができる。

本発明の様々な実施形態では、ロータ１１０から取得した振動測定結果は、過渡速度動作時に生じ得る。本明細書で用いられる過渡速度動作とは、タービン１０５の起動およびシャットダウンにおいて到達する速度にて生じる起動動作、シャットダウン動作、および保守動作を含むことができる。

図１に示されるタービン１０５はさらに、タービンに関連する動作データを測定するためにタービンロータの周囲に配置された１つまたは複数の動作センサ１２０を含む。明瞭にするために２つの動作センサ１２０のみが示されるが当業者には、典型的なタービンは、様々な動作パラメータを測定するためにその周囲に配置された、より多くのセンサを有し得ることが認識されよう。当業者には、センサ１２０の位置は変えることができ、いずれの１つの特定の場所に限定されないことが認識されよう。一実施形態では動作センサ１２０は、動作時にロータ１１０の速度を測定する速度センサを含むことができる。他のセンサとしては、温度センサ、圧力センサ、電流センサなどを含むことができる。

本発明の様々な実施形態の説明において明瞭にするために、本明細書ではタービン１０５に関連する数個の構成要素のみを示し、説明する。当業者にはタービン１０５は、本明細書で述べられない様々な他の構成要素を有し得ることが理解されよう。

図１に示されるようにタービンロータ監視システム１００はさらに、タービン１０５の過渡速度動作時に振動センサ１１５から取得した振動測定結果を監視するオンサイト監視装置１２５を含む。一実施形態ではオンサイト監視装置１２５は、振動センサ１１５によって送られる振動測定結果を連続して監視し処理するのを容易にするアルゴリズムを実行する。アルゴリズムは、オンサイト監視装置１２５が、振動測定結果を過渡速度動作時のタービンロータ速度の複数の所定の範囲の１つに分類し、過渡速度動作時のタービンロータ速度の複数の所定の範囲のそれぞれに対して最大振動データを確定し、過渡速度動作の完了にて最大振動データを、動作時に取得した振動測定結果のスナップショットに編集することを含む動作を行うのを可能にする。

振動測定結果をタービンロータ速度の複数の所定の範囲の１つに分類する動作は、動作センサ１２０を使用して過渡速度動作時に振動センサ１１５から取得した各振動測定に対するロータ１１０の速度を確定し、振動測定結果を分類のロータ速度範囲の１つに配置することを含む。タービンロータ速度の所定の範囲は、ロータ１１０がロータ自体の固有周波数により明瞭な振動挙動を示すようにさせるのに十分なロータ速度を表す。一実施形態ではタービンロータ速度の複数の所定の範囲は、２５％から４０％の速度、４０％から６５％の速度、６５％から９５％の速度、および９５％より上（すなわち無負荷での最高速度より上の最初のポイント）を含むことができる。当業者には、タービンロータ速度の分類のこれらの範囲は例示のみであり、他の多くの可能な範囲を用い得ることが認識されよう。したがって上述の範囲は、本明細書で述べられる本発明の様々な実施形態の範囲を限定するものではない。

タービンロータ速度の範囲のそれぞれに対して最大振動データを確定する動作は、一般にタービン１０５が過渡速度動作を繰り返すのに従って、あるロータ速度にて振動センサ１１５から得られる到来する振動データを、オンサイト監視装置１２５のメモリに現在記憶されている最大値と比較することを含む。到来する振動測定値がメモリに記憶された最大値を超えた場合は、その値を分類のその特定のロータ速度範囲に対して置き換える。一方、到来する振動測定値がメモリに記憶された最大値を超えない場合は、既存の値がメモリに残る。この振動測定値の処理は、ロータ１１０がロータ速度の様々な範囲を通過するのに従って、過渡速度動作時に絶えず行われる。

過渡速度動作が完了した後にオンサイト監視装置１２５は、タービン速度の所定の範囲のそれぞれに対する最大振動データをスナップショットに編集することができる。スナップショットは一般に、タービン１０５が過渡速度動作を行うのに従ってロータ１１０が示す振動特性を表すもの、すなわち振動の振動識別特性（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）である。スナップショットはまた、動作センサ１２０によって過渡速度動作時に取得された動作データを含むことができる。一実施形態では最大振動データをスナップショットに編集することは、過渡速度動作時に取得した最大振動データと、それが生じた関連速度と、動作データとを集め、このデータを時系列データおよびトリガ事象ベースデータの１つを含む形に配置することを含むことができる。振動スナップショットの時系列データは、過渡速度動作が起きた時間を含み得る。たとえばスナップショットの時系列データは、過渡速度動作を行った日付、およびその日に何回の動作が行われたかを含み得る。振動スナップショットのトリガ事象ベースデータは、それが取得された時間枠は含まず、過渡速度動作が起きた時間枠のみを含むことになる。いずれの場合も、いつ過渡速度動作がトリガされたかを示すためにタイムスタンプを用いることができる。基本的に時系列データとトリガ事象ベースデータの違いは、データがどのように記憶され、照会されるかということである。振動スナップショットをこの形で有することにより、以下で述べるように、以前に作動された過渡速度動作から取得したスナップショットを用いてデータの解析を行うことができる。次いで、時系列フォーマットおよびトリガ事象ベースフォーマットでの振動スナップショットを用いてオンサイト監視装置１２５は、さらなる処理および解析のためにこの情報を遠隔サイトに送ることができる。

図１に示されるように遠隔監視装置１３０は、通信ネットワーク１３５（たとえば有線接続または無線接続）を通じてオンサイト監視装置１２５と通信する。一実施形態では、過渡速度動作の完了の後に遠隔監視装置１３０は、異常の存在を判定するために、通信ネットワーク１３５を通じてオンサイト監視装置１２５から振動測定結果のスナップショットを受け取る。一実施形態では遠隔監視装置１３０は、スナップショットを時系列フォーマットおよびトリガ事象ベースフォーマットの両方で受け取る。遠隔監視装置１３０はトリガ事象ベースフォーマットでのスナップショットを、タービン１０５およびタービン１０５のサイトにある任意の他のタービンから取得した過渡速度動作の履歴スナップショットと、他の場所で動作している同様なタービンの履歴スナップショットとを含んだトランザクションデータベース１４０に記憶することができる。当業者には、遠隔監視装置１３０は、他の情報（たとえば異常を修理するためのルール、是正措置、タービンデータなど）を記憶する他のデータベースをもつことができ、またはこの情報と、トランザクションデータベース１４０内の情報とを、すべて１つのデータベースに記憶することもできることが認識されよう。この実施形態ではトリガ事象ベースフォーマットでのスナップショットがトランザクションデータベース１４０内に置かれるが、過渡速度動作時に取得した振動測定結果が何らかの潜在的な異常を含んでいるかどうかを判定するために、時系列フォーマットでの振動データのスナップショットを解析するアルゴリズムが実行される。

何らかの潜在的な異常の存在を判定するために遠隔監視装置１３０よって実行されるアルゴリズムは、スナップショットに具現化された振動データが非再現性挙動を示すか、または所定の閾値を超えたかどうかを判定することを含むことができる。上述のように、非再現性挙動を示す振動データは、以前のデータポイントに基づく正常な範囲外にあることによって特徴付けられる。遠隔監視装置１３０は、振動データが非再現性挙動を示す、または所定の閾値を超えた場合は、スナップショットの段階的に拡大されたまたは強化された精査を開始することができる。一実施形態ではアルゴリズムは、スナップショットでの振動測定結果が非再現性挙動を示す、または所定の閾値を超えたとの判定に応答して、タービンロータ異常の検出の可能性を示す段階的拡大警報を生成することができる。次いで遠隔監視装置１３０によって実行されるアルゴリズムは、確認のタービンロータ異常解析を行って実際の異常の存在を判定することができる。

一実施形態では確認のタービンロータ異常解析は、トランザクションデータベース１４０に記憶されたトリガ事象ベースデータフォーマットに具現化された振動データのスナップショットを用い、それをタービンロータ１０５によって行われた所定の数の以前の過渡速度動作から取得した履歴の振動測定スナップショット（たとえば１０回の以前の過渡速度動作から生成されたスナップショット用いた）と、比較することを伴うことができる。確認のタービンロータ異常解析は、オンサイト監視装置１２５から取得した振動測定結果のスナップショットが、選択された所定の数の以前の過渡速度動作から取得した履歴の振動測定スナップショットと比較して非再現性挙動を示す場合は、タービンロータ異常の検出を確定することができる。確認のタービンロータ異常解析が実際の異常の存在を確定した場合は、遠隔監視装置１３０は異常の原因を改善するためにとるべき推奨される是正措置を生成することができる。たとえば遠隔監視装置１３０は、次のシャットダウンの後でのタービンのボロスコープ検査を推奨することができる。これは単にとり得る是正措置の１つの例であり、当業者なら多くの他の選択肢があり、そのすべては異常の原因の重大度に応じることが理解され得ることに留意されたい。確認のタービンロータ異常解析が異常の存在を検出しなかった場合は、遠隔監視装置１３０は是正措置をとることを推奨しない。

代替実施形態では遠隔監視装置１３０は、時系列およびトリガ事象ベースデータでのスナップショットの両方を用いるのと対照的に、トリガ事象ベースデータフォーマットに具現化された振動測定結果のスナップショットのみを用いて異常の存在を判定することができる。この実施形態では遠隔監視装置１３０でのアルゴリズムは、上述の確認のタービンロータ異常解析を起動して、オンサイト監視装置１２５から受け取った振動測定結果のスナップショットを、タービン１０５によって行われた指定数の以前の過渡速度動作から取得した、トランザクションデータベースに記憶された所定の数の履歴の振動測定スナップショットと比較することができる。遠隔監視装置１３０は、オンサイト監視装置１２５から受け取ったスナップショットが、トランザクションデータベースから取り出した所定の数の履歴の振動測定スナップショットと比較して非再現性挙動を示す場合は、実際の異常の存在を確定することができる。確認のタービンロータ異常解析が実際の異常の存在を確定した場合は、遠隔監視装置１３０は異常を改善するためにとるべき推奨される是正措置を生成することができる。一方、確認のタービンロータ異常解析が異常の存在を検出しなかった場合は、遠隔監視装置１３０は是正措置をとることを推奨しない。

さらに他の代替実施形態では遠隔監視装置１３０は、時系列および／またはトリガ事象ベースデータでのスナップショットを用いるのと対照的に、時系列フォーマットに具現化された振動測定結果のスナップショットのみを用いて異常の存在を判定することができる。この実施形態では遠隔監視装置１３０でのアルゴリズムは、スナップショットを履歴データと比較して、振動データが非再現性挙動を示すかどうか、あるいは振動データが所定の閾値を超えたかどうかを判定することによって、異常の存在を判定することができる。この実施形態では異常が検出された場合は遠隔監視装置１３０は、異常を改善するためにとるべき推奨される是正措置を生成することができる。一方、異常が検出されなかった場合は遠隔監視装置１３０は、是正措置をとることを推奨しない。

一実施形態ではオンサイト監視装置１２５は、振動センサ１１５および動作センサ１２０からセンサデータを収集し、収集したデータに対して上述の処理動作を行うようにプログラムされたデータ収集システムとすることができる。オンサイト監視装置１２５として用いることができるこのようなデータ収集システムの一例は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙから提供されるＧＥ ＯＮ−ＳＩＴＥ ＭＯＮＩＴＯＲなどの市販の監視装置である。当業者にはオンサイト監視装置１２５は、タービン制御装置の一部として配備できることが認識されよう。たとえばオンサイト監視装置１２５によって行われるアルゴリズムは、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙによって提供されるＭＡＲＫ ＶＩ ＳＰＥＥＤＴＲＯＮＩＣ ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲ（登録商標）などの市販のタービン制御装置内に具現化することができる。

一実施形態では遠隔監視装置１３０は、オンサイト監視装置１２５とオンライン接続された中央ホストコンピューティング装置とすることができる。遠隔監視装置１３０はオペレータが、タービン１０５、ならびにその特定のサイトおよび他の遠隔サイトにある他のタービンの遠隔監視および診断を行うことを可能にするソフトウェアルゴリズム、複数のルール、およびデータベースを使用することができる。

図２は本発明の一実施形態による、ロータ異常の存在を検出するための図１のタービンロータ監視システム１００の使用に関連する処理動作を表すフロー図２００である。タービンロータ異常の存在を検出する処理動作は２０５で振動センサ１１５および動作センサ１２０からのそれぞれの振動測定結果および動作測定結果（たとえば圧力、ロータ速度、温度など）をタービン１０５より取得し、それらをオンサイト監視装置１２５に送信することによって開始する。

２１０でオンサイト監視装置１２５は、センサから受け取った測定結果が、タービン１０５が過渡速度動作を経験中に収集されたかどうかを判定する。オンサイト監視装置１２５が、タービン１０５は過渡速度動作を経験中ではないと判定した場合は、２１５でさらなる処置はとられない。本発明の様々な実施形態は、過渡速度動作にて異常を検出することを対象とするが、当業者にはオンサイト監視装置１２５は、最高速度定常状態動作時に、そのモードで生じるロータ異常を判定するように実行されるアルゴリズムを有し得ることが認識され得ることを留意されたい。この実施形態ではオンサイト監視装置１２５は、振動測定および動作測定結果を処理し、それらを遠隔監視装置１３０に送信し、遠隔監視装置１３０はロータ異常の存在を検出することができる。一実施形態では遠隔監視装置１３０は、より包括的なロータ異常の解析および検出を判定するために、過渡速度動作時および最高速度定常状態動作時の両方で取得した振動測定結果を解析することができる。

図２に戻ると２１０でタービン１０５が過渡速度動作にて動作していると判定された場合は、オンサイト監視装置１２５は、振動センサ１１５および動作センサ１２０から取得した振動および動作測定結果の、それ自体による処理を続行する。具体的には２２０で、オンサイト監視装置１２５は、振動センサ１１５および動作センサ１２０から生成されたデータのデータ品質チェックを行う。データ品質チェックは一般に、振動センサ１１５および動作センサ１２０から取得した測定結果が妥当であり健全である（すなわち一定の限界より高いまたは低い）かどうかを判定することを伴う。２２５でデータ品質チェックに基づいてオンサイト監視装置１２５は、センサが不良または故障したかどうかを判定する。一般にセンサは、データ品質チェックによって判定されるのに従って測定結果が妥当ではない場合に、不良または故障したと見なされる。オンサイト監視装置１２５がいずれかのセンサが不良または故障したと判定した場合は２３０で、それらが生成した測定結果は無視される。一実施形態では、不良または故障したと見なされたセンサから生成された測定結果には、遠隔監視装置１３０がこのようなデータの処理を避けることを認識できるようにフラグが立てられる。

２３５で振動測定結果および動作測定結果の処理が続行され、そこでは２３５でオンサイト監視装置１２５は、振動測定結果をタービンロータ速度の複数の所定の範囲の１つに分類する。２４０ではオンサイト監視装置１２５は、タービンロータ速度の範囲のそれぞれに対して最大振動データを確定する。上述のようにこの動作は、タービン１０５が過渡速度動作を繰り返すのに従って、あるロータ速度にて振動センサ１１５から取得した振動データを、メモリに記憶されている最大値と比較することを含む。到来する振動測定値がメモリに記憶された最大値を超えた場合は、その値を分類のその特定のロータ速度範囲に対して置き換える。到来する振動測定値がメモリに記憶された最大値を超えない場合は、既存の値がメモリに残る。

次に図２に示されるように２４５で、過渡速度動作が完了したかどうかの判定がなされる。タービン１０５が依然として過渡速度動作を経験中である場合は、過渡速度動作が完了したと判定されるまでブロック２０５〜２４５に関連する処理動作が繰り返される。

過渡速度動作が完了した後に、２５０でオンサイト監視装置１２５は、タービン速度の所定の範囲のそれぞれに対する最大振動データをスナップショットに編集する。スナップショットは一般に、タービン１０５が過渡速度動作を行うのに従ってロータ１１０が示す振動特性を表すもの、すなわち振動の振動識別特性である。さらにスナップショットはまた、動作センサ１２０によって過渡速度動作時に取得された動作データを含むことができる。上述のように最大振動データをスナップショットに編集することは、過渡速度動作時に取得した最大振動データと、それが生じた関連速度と、動作データとを集め、このデータを時系列データおよびトリガ事象ベースデータを含む形に配置することを含むことができる。次いで、時系列フォーマットおよびトリガ事象ベースフォーマットでの振動スナップショットを用いてオンサイト監視装置１２５は、さらなる処理および解析のためにこの情報を遠隔サイトに送ることができる。

図２に示されるように、２６０でオンサイト監視装置１２５は、時系列フォーマットでのスナップショットを遠隔監視装置１３０に送信し、２６５でトリガ事象ベースフォーマットでのスナップショットを遠隔監視装置に送信する。図２は、遠隔サイトでのブロック２６５と２９０の間の動作のプロセスフローは点線内にあることを示す。これは上述のように遠隔監視装置１３０によって行われる処理動作は、トリガ事象ベースフォーマットでのスナップショットと時系列フォーマットでのスナップショットの併用した使用を含むことができ、またはそれ自体で使用されることを意味する。

一実施形態では遠隔監視装置１３０は、スナップショットを受け取った後に、２７０で時系列フォーマットに具現化されたスナップショットを解析して、潜在的な異常の存在を判定する。これは、スナップショットに具現化された振動データが非再現性挙動を示すか、または所定の閾値を超えたかどうかの判定を含むことができる。２７５での判定に従って潜在的な異常が検出されなかった場合は、２８０に示されるように遠隔監視装置１３０は処置をとらない。

一方、２７５で潜在的な異常が検出された（すなわち振動データのスナップショットが非再現性挙動を示す、または所定の閾値を超えた）場合は、遠隔監視装置１３０は、スナップショットの段階的に拡大されたまたは強化された精査を開始することができる。図２に示されるようにこれは２８５で、確認のタービンロータ異常解析を行って実際の異常の存在を判定することを伴う。一実施形態では確認のタービンロータ異常解析は、トリガ事象ベースデータフォーマットに具現化された振動データのスナップショット（２６５で送信された）を用い、それをタービンロータ１０５によって行われた所定の数の以前の過渡速度動作から取得した履歴の振動測定スナップショットと比較することになる。

２９０でオンサイト監視装置１２５から取得した振動測定結果のスナップショットが、履歴の振動測定スナップショットと比較して非再現性挙動を示すと判定された場合は、これはタービンロータ異常を示すものとなる。遠隔監視装置１３０は、実際の異常の存在を確定した場合は、２９５で異常を改善するためにとるべき推奨される是正措置を生成することができる。あるいは遠隔監視装置１３０は、異常の存在を検出しなかった場合は、２８０に示されるように是正措置をとることを推奨しない。

上述のように代替実施形態は遠隔監視装置１３０に、時系列フォーマットおよびトリガ事象ベースデータフォーマットでのスナップショットの両方を用いるのと対照的に、トリガ事象ベースデータフォーマットに具現化された振動測定結果のスナップショットのみを用いて異常の存在を判定させる。この実施形態では処理動作２６０〜２８５は行われない。

他の代替実施形態は遠隔監視装置１３０に、時系列フォーマットおよび／またはトリガ事象ベースデータフォーマットでのスナップショットの両方を用いるのと対照的に、時系列フォーマットに具現化された振動測定結果のスナップショットのみを用いて異常の存在を判定させることを含むことができる。この実施形態では処理動作２８５〜２９０を行う必要はなくなる。

上記のフローチャートは、タービンロータ異常の存在の検出に関連する処理機能のいくつかを示す。この点において各ブロックは、これらの機能を行うことに関連する処理処置を表す。またいくつかの代替実装形態では、ブロック内に記された処置は、必要な処置に応じて、図に記された順序に従わずに生じることができ、実際たとえば、ほぼ同時にまたは逆の順序で実行できることに留意されたい。また当業者には、処理機能を表す追加のブロックを追加できることが認識されよう。たとえば図２に示される処理動作は、ロータ異常を検出するために、ロータ状態を互いに比較することを含むことができる。このようなシナリオでは、以前に作動された動作から取得した過渡速度動作は、特定の動作（たとえばホイールスペース温度）によって値域ごとにまとめ、後に異常が存在するかどうかを確かめるためにタービンから取得した特定の動作と比較することができる。

本発明の様々な実施形態では、オンサイト監視装置１２５および遠隔監視装置１３０によって行われる処理動作の諸部分は、すべてハードウェアの実施形態、すべてソフトウェアの実施形態、またはハードウェアおよびソフトウェア要素の両方を含んだ実施形態の形にて実施することができる。一実施形態ではオンサイト監視装置１２５および遠隔監視装置１３０によって行われる処理機能は、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含むソフトウェアにて実現することができるが、それらに限定されない。

さらにオンサイト監視装置１２５および遠隔監視装置１３０によって行われる処理機能は、コンピュータまたは任意の命令実行システム（たとえば処理装置）によってまたはそれに関連して使用されるためのプログラムコードを供給する、コンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品の形をとることができる。この説明のために、コンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体は、コンピュータまたは命令実行システムによってまたはそれに関連して使用されるためのプログラムを含むまたは記憶することができる、任意のコンピュータ可読記憶媒体とすることができる。

コンピュータ可読媒体は、電子、磁気、光、電磁気、赤外線、または半導体システム（または装置、もしくはデバイス）とすることができる。コンピュータ可読媒体の例としては、半導体または固体メモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ハード磁気ディスクおよび光ディスクが含まれる。現在の光ディスクの例には、コンパクトディスク−リードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク−リード／ライト（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、およびデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）が含まれる。

当業者には、オンサイト監視装置が振動および動作測定結果をスナップショットに処理し、最終的にタービンロータ異常の存在を判定できるように、遠隔監視装置１３０によって行われる機能の一部をオンサイト監視装置１２５内に実現できることが認識されよう。同様に遠隔監視装置が、振動測定結果および動作測定結果を収集すること、測定結果を処理してスナップショットを生成すること、およびスナップショットを解析してタービンロータ異常の存在を判定することを含む動作を行うことができるように、オンサイト監視装置１２５によって行われる機能の一部を遠隔監視装置１３０内に実現することができる。

ここまでの説明は１つのタービンから異常を判定することを対象としてきたが、当業者には本発明の様々な実施形態は、１つの特定のサイトにて複数のタービンを有する動作を監視するのに適しており、さらには複数の場所にあるタービンの動作を監視するのにも適していることが認識されよう。たとえば２つ以上のタービン１０５があるサイトでは、オンサイト監視装置１２５はこれらのタービンのそれぞれに接続されることになり、様々な測定結果（振動測定結果、速度測定結果など）を受け取ることになる。このようなシナリオではオンサイト監視装置１２５は、振動測定結果をタービンロータ速度の複数の所定の範囲の１つに分類し、タービンロータ速度の複数の所定の範囲のそれぞれに対して最大振動データを確定し、および過渡速度動作の完了にて最大振動データを、動作時に取得した振動測定結果のスナップショットに編集することを含む動作を行うアルゴリズムを絶えず実行することになる。次いでオンサイト監視装置１２５は、サイトにある様々なタービンからのスナップショットを、潜在的な異常の存在を判定する解析のために、通信ネットワーク１３５を通じて遠隔監視装置１３０に送信することになる。

当業者には本発明の様々な実施形態は、存在し得るロータ異常のより包括的な検出を達成するために、過渡速度動作に対して用いられるタービンロータ異常検出方法を、最高速度動作データから検出される異常と共に結びつけるように変更できることが認識されよう。

他の実施形態では、本明細書で述べられた過渡速度動作異常検出と、最高速度動作異常検出プロセスと、振動測定結果から生じる周波数情報（たとえばフーリエ変換を用いて測定結果に関連する特定の振動振幅および周波数を判定する）とを組み合わせることによって、さらにより包括的なロータ異常の検出を得ることが考えられる。この実施形態では、振動測定結果に関連する周波数データを取得するのに必要な機器を用いてタービンを改装し、このような動作に対応するようにオンサイト監視装置および遠隔監視装置でのアルゴリズムを変更する必要がある。

本開示についてその好ましい実施形態に関連して具体的に示し述べてきたが、当業者なら変形形態および修正形態を思い付くであろうことが理解されよう。したがって添付の特許請求の範囲は、すべてのこのような修正形態および変更形態を、本開示の真の趣旨に含まれるものとして包含するものであることが理解されるべきである。

１００ タービンロータ監視システム
１０５ タービン
１１０ ロータ
１１５ 振動センサ
１２０ 動作センサ
１２５ オンサイト監視装置
１３０ 遠隔監視装置
１３５ 通信ネットワーク
１４０ トランザクションデータベース
２００〜２９５ 処理動作

Claims (9)

1. 過渡速度動作時にロータから振動測定結果を取得する少なくとも１つの振動センサと、
   前記少なくとも１つの振動センサおよび前記ロータの場所にある、前記過渡速度動作時の前記振動測定結果を監視するオンサイト監視装置であって、前記振動測定結果を前記過渡速度動作時のロータ速度の複数の所定の範囲の１つに分類し、前記過渡速度動作時のロータ速度の前記複数の所定の範囲のそれぞれに対して最大振動データを確定し、前記ロータが前記過渡速度動作を完了した後に前記最大振動データを、前記過渡速度動作時に取得した前記振動測定結果のスナップショットに編集する、オンサイト監視装置と、
   前記少なくとも１つの振動センサ、前記ロータ、および前記オンサイト監視装置から離れた遠隔監視装置であって、前記オンサイト監視装置によって生成された前記振動測定結果のスナップショットからロータ異常を検出する、遠隔監視装置と
   を備える、システムであって、
   前記オンサイト監視装置が、時系列データおよびトリガ事象ベースデータを含む形にて、前記振動測定結果のスナップショットを前記遠隔監視装置に送信し、
   前記遠隔監視装置が、時系列データの形の前記振動測定結果のスナップショットを解析して前記過渡速度動作時に取得した前記振動測定結果が基準レベルからの非再現性挙動を示すかどうか或いは所定の閾値を超えたかどうかを判定することにより、前記過渡速度動作時に取得した前記振動測定結果が潜在的なロータ異常を示すかどうかを判定し、
   前記遠隔監視装置は、潜在的なロータ異常の存在の確定に応答して、前記過渡速度動作時に取得したトリガ事象ベースデータの形の前記振動測定結果のスナップショットを、前記ロータによって行われた所定の数の以前の過渡速度動作から取得した履歴の振動測定スナップショットと比較することにより、確認のロータ異常解析を行う、
   システム。
2. 前記オンサイト監視装置は、前記少なくとも１つの振動センサが正しく動作しているかどうかを判定するために、前記振動測定結果に対してデータ品質チェックを行う、請求項１記載のシステム。
3. 前記遠隔監視装置が、前記トリガ事象ベースデータを記憶するためのトランザクションデータベースを備える、請求項１記載のシステム。
4. 前記遠隔監視装置が、潜在的なロータ異常の存在の確定に応答して請求項１記載のシステム。
5. 前記確認のロータ異常解析は、トリガ事象ベースデータの形の前記振動測定結果のスナップショットが前記所定の数の以前の過渡速度動作から取得した履歴の振動測定スナップショットと比較して非再現性挙動を示すとの判定に応答して、ロータ異常の検出を確定する、請求項１記載のシステム。
6. 前記遠隔監視装置が、ロータ異常の検出の確定に応答して是正措置を推奨する、請求項５記載のシステム。
7. リアルタイムにロータ異常を検出するシステムであって、
   ロータと、
   前記ロータの過渡速度動作時の動作データを測定するように前記ロータの周囲に配置された１つまたは複数の動作センサであって、前記動作データはロータ速度を含む、動作センサと、
   前記過渡速度動作時に前記ロータから振動測定結果を取得する少なくとも１つの振動センサと、
   前記過渡速度動作時に取得した前記振動測定結果および前記動作データに基づいてロータ異常を検出する監視装置であって、前記振動測定結果を前記過渡速度動作時のロータ速度の複数の所定の範囲の１つに分類し、前記過渡速度動作時のロータ速度の前記複数の所定の範囲のそれぞれに対して最大振動データを確定し、前記ロータが前記過渡速度動作を完了した後に、前記最大振動データを、時系列データおよびトリガ事象ベースデータを含む形にて、前記過渡速度動作時に取得した前記振動測定結果のスナップショットに編集し、時系列データの形の前記振動測定結果のスナップショットを解析して前記過渡速度動作時に取得した前記振動測定結果が基準レベルからの非再現性挙動を示すかどうか或いは所定の閾値を超えたかどうかを判定することにより、前記過渡速度動作時に取得した前記振動測定結果が潜在的なロータ異常を示すかどうかを判定し、前記監視装置は前記潜在的なロータ異常の検出の確定に応答して確認のロータ異常解析を行い、前記確認のロータ異常解析は、前記過渡速度動作時に取得したトリガ事象ベースデータの形の前記振動測定結果のスナップショットを、前記ロータによって行われた所定の数の以前の過渡速度動作から取得した履歴の振動測定スナップショットと比較することを含み、前記確認のロータ異常解析は、前記振動測定結果のスナップショットが前記所定の数の以前の過渡速度動作から取得した前記履歴の振動測定スナップショットと比較して非再現性挙動を示すとの判定に応答してロータ異常の検出を表示する、監視装置と
   を備える、システム。
8. 前記監視装置は前記過渡速度動作時に取得したトリガ事象ベースデータの形の前記振動測定結果のスナップショットを、前記ロータによって行われた所定の数の以前の過渡速度動作から取得した履歴の振動測定スナップショットと比較し、前記監視装置はトリガ事象ベースデータの形の前記振動測定結果のスナップショットが前記所定の数の以前の過渡速度動作から取得した前記履歴の振動測定スナップショットと比較して非再現性挙動を示すとの判定に応答してロータ異常の検出を表示する、請求項７記載のシステム。
9. 実行されたときにコンピュータシステムがロータ異常を検出する方法を行うことを可能にするコンピュータ命令を記憶したコンピュータ可読記憶装置であって、前記方法が、
   過渡速度動作時にロータから取得した振動データを受け取るステップと、
   前記振動データを、前記過渡速度動作時のロータ速度の複数の所定の範囲の１つに分類するステップと、
   前記過渡速度動作時のロータ速度の前記複数の所定の範囲のそれぞれに対して最大振動データを確定するステップと、
   前記ロータが前記過渡速度動作を完了するのに応答して、前記最大振動データを、時系列データおよびトリガ事象ベースデータを含む形にて、前記過渡速度動作時に取得した前記振動データのスナップショットに編集するステップと、
   前記過渡速度動作時に取得した前記振動測定結果がロータ異常を示すかどうかを判定するために前記振動データのスナップショットを解析するステップであって、時系列データの形の前記振動測定結果のスナップショットを解析して前記過渡速度動作時に取得した前記振動測定結果が基準レベルからの非再現性挙動を示すかどうか或いは所定の閾値を超えたかどうかを判定することにより、前記振動データのスナップショットがロータ異常検出の可能性を示すかどうかを確かめ、ロータ異常検出の可能性の確定に応答して、前記過渡速度動作時に取得したトリガ事象ベースデータの形の前記振動データのスナップショットを、前記ロータによって行われた所定の数の以前の過渡速度動作から取得した履歴の振動測定スナップショットと比較すること、および前記過渡速度動作時に取得した前記振動データのスナップショットを、前記ロータによって行われた所定の数の以前の過渡速度動作から取得した履歴の振動測定スナップショットと比較し、前記振動測定結果のスナップショットが、前記所定の数の以前の過渡速度動作から取得した前記履歴の振動測定スナップショットと比較して非再現性挙動を示すかどうかを判定することのうちの１つを行う、解析するステップと
   を含む、コンピュータ可読記憶装置。