JPH08503041A

JPH08503041A - 軸流圧縮機のファウリングを検出する方法

Info

Publication number: JPH08503041A
Application number: JP6505282A
Authority: JP
Inventors: アー．バルター，ヒルガー; ヘーネン，ヘルバルト; エー．ガルス，ハインツ
Original assignee: ダウ、ドイチュラント、インコーポレーテッド．
Priority date: 1992-08-10
Filing date: 1993-06-16
Publication date: 1996-04-02
Also published as: DE69325376D1; EP0654162A1; AU4637393A; EP0654162B1; ATE181401T1; WO1994003863A1; DE69325376T2; EP0654162A4; MX9304821A; CA2141542A1; ES2132244T3; US5479818A

Abstract

(57)【要約】軸流圧縮機（10）の段（12、14）の少なくとも１つの段内部で、圧縮機ハウジング（24）の領域における圧力変動を少なくとも１つの圧力感知装置（32）によって測定し、圧力感知装置（32）から供給された信号から周波数信号を取り出し、周波数信号の各々が圧縮機段（12、14）の１つに割り当てられている特性周波数の領域の中に少なくとも１つの特性ピーク（70）を含むか否かを検査し、周波数信号から、特性ピーク（70）の形態を示すピークパラメータに依存するファウリングパラメータを取り出し且つ圧縮機のファウリングの状態を示すことにより、軸流圧縮機（10）のファウリングを検出する方法及び装置。

Description

【発明の詳細な説明】軸流圧縮機のファウリングを検出する方法発明の分野本発明は軸流圧縮機のファウリングを検出する方法及び装置に関し、前記圧縮機はロータと、ハウジングとを具備し、前記ロータは可変回転速度又は一定の回転速度をもって回転軸に関して回転すべく前記ハウジングの内部に回転自在に取り付けられ、前記圧縮機は少なくとも１つの圧縮機段をさらに具備し、前記少なくとも１つの段の各々は前記ロータに取り付けられ且つ前記回転軸に関して円周方向に順次配列される一列の動翼と、前記ハウジングに取り付けられ且つ前記回転軸に関して円周方向に順次配列される一列の静翼とを具備する。本発明は多段圧縮機又は一段圧縮機のいずれかに関してファウリングの検出を提供する。圧縮機は独立した装置として動作されても良く、あるいは、発電所での稼働の場合と同様に、動力タービンエンジンと関連して動作されても良い。さらに、圧縮機は航空機、船舶又は大型車両を駆動するために使用されるガスタービンの一部であっても良い。発明の背景一連の動翼列又は静翼列から成り、ロータ（円形動翼列）とステータ（円形静翼列）との組み合わせが１つの段を形成するような圧縮機がある。ロータでは、個々の翼形ブレードによって運動エネルギーをガス流（通常は空気）へ伝達する。続くステータでは気体状の気流の減速の結果としてこのエネルギーは気体状の空気の圧力上昇として現われる。気体状の気流の減速は、ステータ部の設計の結果を示す。単一段の圧力比（流出圧力／吸込圧力）は固有空力係数のために限定されるので、多くのターボ圧縮機においては、単一段により実現し得るよりも高い圧力比を得るためにいくつかの段を一体に結合している。軸流圧縮機を動作させるとき、特に圧縮機の入口の第１の圧縮機段の動翼及び静翼の表面の油と塵による継続的な汚染、すなわち、「ファウリング」、の問題が起こる。ファウリングの問題の初期の段階では、ブレード表面の粗さの増加が観測され、これはブレードと関連する境界層の空気の作用に影響を及ぼすであろう。各々のブレードの周囲の空気流体流れと関連して、各ブレードを覆い且つそのブレードに密着する流れ境界層がある。動翼と関連する流れ境界層は、そのブレード自体が回転するにつれて、ブレードと関連する部分として回転する。各々のブレードの下流側縁部では、この流れ境界層は、圧力と流速双方の局所的な低下を特徴とする「ウェーク（wake）領域又はデルブ（delve）領域」として知られる関連流れ境界部分へと融合する。流れ境界層の場合と同様に、関連ウェーク領域はその動翼と共に回転する。ある期間にわたってブレード上に汚染物質が集積して行くと、その結果として表面の粗さはさらに増し、それにより、流れ境界層の厚さも増す。その結果、ウェーク領域はさらに範囲を広げ、目立ってくる。従って、境界層の厚さの増加はブレード動作全般について総圧力の損失を増大させ、圧縮機の効率低下を招く。そのため、ある動作間隔の後に少なくとも前方の段のブレードをクリーニングすることにより軸流圧縮機を「洗浄」する。クリーニング作業から次のクリーニング作業までの時間間隔は余り長くすべきではなく、長すぎる場合には圧縮機の動作の効率はあまりに大きく低下する。状況によっては、圧縮機の失速又は圧縮機サージの危険が大きくなる。効率低下によって、吐出し圧力を維持するためには圧縮機負荷を増加させなければならなくなる（動作ポイントは安定性ラインにさらに近付く）。一方、相対的に短い動作期間をおいて圧縮機をクリーニングする場合には、特にクリーニングによって動作が明らかに中断されるために、きわめて不経済である。従って、前記「洗浄」に関する最適の時間を判定するためには、圧縮機の実際のファウリング状態を測定することが望ましい。現在のターボエンジンは、通常、エンジン全体について多様な動作パラメータを測定し且つ出力する燃料制御又はエネルギー制御のシステムを具備する。そのような制御システムの中にはきわめて正確な圧力感知装置又は圧力感知システムが含まれている。たとえば、Robert C．Shell 他の名のもとに1980年５月27日に出願された名称「Pressure Measuring System」の米国特許第4，322，977 号；F rank J ．Antonazzi の名のもとに1984年３月６日に発行された名称「Pressure Ratio Measurement System」の米国特許第4，434，644号；1983年12月27日に発行された名称「Pressure Transducer」の米国特許第4，422，355号；Frank J ．Antonazziの名のもとの名称「Pressure Measurement System With A Constant Settlement Time」の米国特許第4，449，409号；J ．Bluish 他の名のもとに 1984年７月３日に発行された名称「Differential Pressure Measuring System」の米国特許第4，457，179号；及びFrank J ．Antonazzi他の名のもとに1983年12 月20日に発行された名称「Pressure Transducer With An Invariable Reference Capacitor」の米国特許第4，422，125号の中に圧力測定システムは説明されている。本発明と関連させて多種多様な圧力測定装置を使用できるが、本発明の動作を十分且つ完全に理解するために、先に挙げた特許及び次に述べる文献の開示内容は本明細書中に参考として明確に取り入れられている。最初に述べた通り、前記軸流圧縮機の効率はそのファウリング状態によって決まる。ところが、前記圧縮機の効率のオンライン導出はファウリング状態の間接的な標識であるにすぎず、ファウリングの状態に関する直接的な結論を導き出すためにこれを使用することはできない；前記圧縮機の高圧段の中を流れている空気の特性と、それらの段の効率に影響を及ぼすパラメータは他にも多数あり、それらのパラメータを測定するのは困難である。ベルギーのブリュッセルで1990年６月11日から19日まで開催された「Gas Turb ine Blade and Aeroengine Congress and Exposition」において提示されたK．M athioudakis他の論文「Fast Response Wall Pressure Measurement as a Means of Gas Turbine Blade Fault Identification」（ASME Paper No． 90 −GT−3 41）はブレード故障の識別に関する。ロータのファウリングをシミュレートするために、圧縮機の１つのロータの全てのブレードを梨地加工塗料で被覆したが、前記塗料層は表面を粗くし、ブレードの輪郭をわずかに変化させる。ロータハウジングの内周面で、高速応答圧力変換器によってロータの周囲の動圧領域を測定した。時間依存圧力センサ信号から、それぞれの周波数信号（パワースペクトル）を取り出し、非損傷圧縮機（ブレードに塗料を塗布していない）のそれぞれの周波数信号と比較した。ブレードの湾曲又はねじれがあるので、その他のブレード故障、２枚のブレードのみ故障したロータ（それら２枚のブレードのみに塗料を塗布することによりシミュレートする）についてそれぞれの試験を実施した。２番目に挙げた故障はそれぞれのパワースペクトルの比較から多少なりとも明確に識別可能であろう。この目的のために、比較すべきパワースペクトルからいくつかの指標、すなわち、スペクトル振幅の比とその対数を取り出した。それらの試験は、複雑なシミュレーション−計算を実行しなければならないために、前述の試験の故障の判別は原理的には可能であることを示している。この論文は１つのブレード故障、すなわち、ブレードファウリングの実際の判定という問題を扱ってはいない。全ての動翼に塗料を塗布することによる実験構成は、圧縮機の動作時間中にブレードの表面の粗さがより微妙に増加して行くことを特徴とする実際のファウリングプロセスを大まかにシミュレートしているだけである。発明の概要本発明の目的は、ファウリングの監視を可能にするような軸流圧縮機のファウリングを検出する方法を提供することである。本発明の別の目的は、「洗浄」に最適の時間の判定を可能にするような軸流圧縮機のファウリングを検出する方法を提供することである。本発明の別の目的は、信号評価に際して共通の計算技法を使用して、オンライン監視を可能にするような軸流圧縮機のファウリングを検出する方法を提供することである。これらの目的の１つ又は２つ以上は本発明による方法によって解決されるが、前記方法は：ａ）それぞれがセンサ信号を供給する少なくとも１つの圧力感知装置によって、前記圧縮機段の少なくとも１つの内部で、前記ハウジングの領域における圧力変動を測定するステップと；ｂ）前記センサ信号の各々から、それぞれの周波数間隔における前記それぞれのセンサ信号の周波数成分の振幅を示す周波数信号を取り出すステップと；ｃ）前記周波数信号の各々が、前記圧縮機段の１つに割り当てられ、前記回転速度とそれぞれの圧縮機段の動翼のブレード数との積として定義されている特性周波数の領域の中で、特性ピークの形態を示している少なくとも１つの特性ピークを含むか否かを検査するステップと；ｄ）前記周波数信号から、前記特性ピークの形態を示すピークパラメータに依存するファウリングパラメータを取り出すステップとから成る。本発明によれば、特性ピークが観測される。このピークは流れ条件の変化を感知するものである。圧縮機が動作しているとき、圧力感知装置を通過して行く動翼のウェーク領域は圧力感知装置で特性周波数をもって圧力変化を発生させる。それぞれのセンサ信号から取り出される周波数信号はそれぞれ１つの特性ピークを示し、そのピークの形態はそれぞれのピークパラメータ（ピーク高さ、ピーク幅など）によって規定される。ロータ段のファウリングが増加するにつれて、各特性ピークはさらに明確（高さと幅が増す）になることがわかっているが、これはファウリングと共に増加しているウェーク領域に起因すると思われる。唯一つの信号パラメータ、すなわち、ファウリングパラメータを計算、監視するだけで良い。動翼のウェーク領域に起因する圧力変動は、それぞれの圧縮機段の動翼と静翼との間の前記ハウジングに配置されている前記圧力感知装置によって最も良く測定可能である。前記軸流圧縮機の低圧端部の付近に少なくとも１つの圧力感知装置を配置するのが好ましい。これにより、圧力感知装置は主にファウリングの影響を受ける第１の圧縮機段に対して最も高い感度を示すことになる。原理的には、特性周波数が異なる場合には、たとえば、第１の段の特性ピークを別の段で測定しても良い；しかしながら、測定されるピーク振幅は低くなるであろう。本発明による方法の場合、絶対圧力の時間変動分のみが重要である。それらの圧力変動は圧電圧力センサ又は圧抵抗圧力センサ、特に圧容量圧力センサによって直接に測定されても良い。それほど好ましくはないが、別の圧力感知装置としてはひずみ計圧力センサがある。検出器信号から共通の評価技法、たとえば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）又は高速ハートレー変換（ＦＨＴ）を使用して容易に周波数信号を取り出せるであろう。モデル計算は不必要である。それぞれの電子変換装置は容易に入手可能である。特性ピークの形態を示すピークパラメータはピーク高さ又はピーク幅であれば良い。いずれの場合にも、パラメータを判定するのは容易であり、また、限界値又は許容領域の限界と比較するのも容易である。正確さを向上させ及び／又は評価労力を軽減するために、周波数信号を評価しなければならない周波数間隔は4000Ｈｚ未満の狭い幅を有するように判定されている。特性周波数マイナス1000Ｈｚから特性周波数プラス1000Ｈｚの間だけで周波数信号を評価すれば良いように、好ましい幅は2000Ｈｚである。本発明によるファウリング検出の信頼性を向上させるために、前記圧縮機の動作条件を示す動作パラメータによって特性ピークのパラメータを除算することが提案されており、この商がファウリングパラメータを規定する。ピークパラメータは圧縮機のファウリング状態によって左右されるばかりでなく、圧縮機のそれぞれの動作条件によっても異なる。本質的には、定義される通り、ファウリングパラメータは圧縮機の動作条件とは無関係である。どの動作パラメータを選択するかは軸流圧縮機の制御の種類によって決まる。Ｔ44−制御（圧縮機タービン部のあるポイント、すなわち、低圧タービン入口における一定空気温度）の場合、圧縮機の測定動力出力を動作パラメータとして使用するのが好ましい。本発明の好ましい実施例では、前記ファウリングパラメータが判定されている値範囲を超える値を有する場合に、圧縮機の動作状態の変化を示す状態変化信号が発生される。先に挙げた目的の１つ又は２つ以上を解決する本発明の別の実施例は：ａ）それぞれがセンサ信号を供給する少なくとも１つの圧力感知装置によって、前記圧縮機段の少なくとも１つの内部で、前記ハウジングの領域における圧力変動を測定するステップと；ｂ）前記センサ信号の各々から、それぞれの周波数間隔における前記それぞれのセンサ信号の周波数成分の振幅を示す周波数信号を取り出すステップと；ｃ）前記周波数信号から、所定の積分間隔にわたる前記周波数信号の積分として定義されている前記周波数信号の積分値に依存するファウリングパラメータを取り出すステップとから成る。圧縮機のファウリングによって特性ピークのみならず、周波数スペクトル全体も影響を受けることがわかった。この現象は、ブレードのファウリングを伴う段に続く段における流れ摂動によるものと推定される。摂動する後続段は今度は先行する段の流れ状態を妨害するので、たとえば、第１の段で測定される周波数スペクトルの雑音レベルはそれぞれ増加する。周波数信号の積分値は単純な計算によって得られる。唯一つのパラメータ、すなわち、ファウリングパラメータを観測するだけで良いので、ファウリングの監視は容易に実行できる。好ましくは、周波数間隔は積分間隔と等しい。すなわち、周波数スペクトル全体を考慮に入れる。変化して行く動作条件を補正するために、積分値を１つの動作パラメータで除算したものとしてファウリングパラメータを定義しても良い。好ましくは、前記動作パラメータは圧縮機の動力出力を示す。本発明は、さらに、先に説明した軸流圧縮機のファウリングを検出する方法に従って、特性ピークの形態を示す少なくとも１つのピークパラメータ信号を判定することにより軸流圧縮機のファウリングを検出する装置に関する。本発明は、先に説明した方法に従って、所定の周波数間隔にわたり周波数信号を積分することにより積分値信号を判定して、軸流圧縮機のファウリングを検出する装置にも関する。図面の簡単な説明本発明をさらに良く理解するために、以下の説明及び図面を参照する。図１は、動圧プローブの場所を示すガスタービンの一部としての軸流圧縮機の簡略化図形表示である。図２は、圧縮機の低圧端部にある第１の圧縮機段を示す図１の圧縮機の概略図である。図３は、評価装置に接続する動圧プローブのブロック線図である。図４は、特性ピークを有する周波数信号を示す。図５ａ，図５ｂ及び図５ｃは、図５ａから始まって、ファウリングの増加に伴って得られる図４の特性ピークの３つの連続する形態を示す。図６は、特性ピークの振幅の推移と、圧縮機の動作時間との関係を示す。図７は、ファウリングを伴う周波数信号のシフトを示す。図８は、周波数信号の積分値を圧縮機の動力出力で除算した値の推移と、圧縮機の動作時間との関係を示す。好ましい実施例の説明図面を参照すると、図面中、同じ図中符号は終始同じ要素に対応しているが、まず、ガスタービンエンジンの典型的な圧縮機部分（本発明を含む）が示されている図１及び図２を参照する。圧縮機10は低圧部分12と、高圧部分14とから構成されている。圧縮機の動翼16はロータ20の軸18に取り付けられている。静翼22（案内羽根）は前記圧縮機10のハウジング（ケーシング）24の中に取り付けられており、従って、静止している。空気はガスタービンエンジンの入口26で流入し、圧力を増しながら圧縮機の後続する圧縮機段へ軸方向に搬送されて、出口28に至る。前記圧縮機の軸30はロータ 20の回転軸として定義されている。上記の圧縮機段の各々は、ブレードの数が等しい二列のブレード、すなわち、一列の動翼16と、一列の静翼22とから構成されている。各列のブレードは前記軸 30に関して円周方向に順次配列されている。図２は、動翼16及び静翼22を伴う入口26（圧縮機の低圧軸方向端部）側の圧縮機の第１の圧縮機段を示す。図１によれば、圧縮機10はそれぞれの段の負荷を変化させるためにブレードの向きの調整を可能にする付属の歯車装置30を具備する。図１は、低圧部分12と高圧部分14との間の抽気コレクタ31をさらに示している。本発明と関連して使用される圧縮機は共通の構成であるので、さらに詳細に踏み込む必要はない。本発明によれば、圧縮機10の入口26に最も近い圧縮機10の低圧部分にある第１の段の動翼16と静翼22との間の軸方向間隙に、動圧センサ32の形態をとる圧力感知装置が取り付けられている。センサ32の入口開口35は前記ハウジング24を規定している壁36の内周面34と同じ面に並んでいる。そのため、センサ32は内周面34で起こる第１の段の圧力変動を測定する。センサ32は動翼を下流側に従えた動翼16と静翼22の列の間の軸方向間隙の領域に配置されているので、センサ32は各々の動翼の下流側縁部38における軸方向気流により発生されているいわゆるウェーク領域（Dellenregionen）を感知する。それぞれの動翼16と共に回転するそれらのウェーク領域は、密度と流速が低く且つ流れの方向が変化する領域である。センサ32を開口40（ボアスコープの穴）に直接に取り付ける代わりに、一端部で開口40に取り付けられ、他端部ではセンサを支持する細長いアダプタ（図示せず）を使用することも可能である。図示するようにセンサ32を圧縮機10の低圧部分12の低圧軸方向端部に配置することは、圧縮機10の入口26の付近の段で軸流圧縮機の動作時間中に起こるファウリングの量が第１の段の下流側の段におけるファウリングの量より多くなるという理由により好ましい。さらに、他の段の圧力変動によって起こり、圧縮機のファウリングの量を判定するために使用される圧力変動の外乱は、入口26の付近の段で検出される圧力信号の特性ピーク（後に説明する）に最小限の影響しか与えない。図示されてはいないが、第１の段の下流側に続く段におけるファウリングの量に関する追加情報を得るために、それら他の段に別の圧力センサを配置しても良い。信頼でき、温度動作性にすぐれ且つ20000Ｈｚまでの高周波数の圧力変動に対し感度を示すという理由により、動圧センサ、好ましくは圧電圧力センサ（たとえば、Kistle r Pressure Sensor，Type 6031）を使用する。図２及び図３に示すように、センサには、それぞれのセンサ信号を増幅する増幅器42が設けられている。増幅器42は信号線44、46を介して評価装置48に接続している。図３に示すように、評価装置48は、増幅器42と高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）アナライザ50との間に接続するアナログ／デジタル変換器ＡＤＣ（又はマルチプレクサ）52を介して増幅器42から信号を受信するＦＦＴアナライザ50を含む。ＦＦＴアナライザからの信号はコンピュータユニット54へ送信されるが、このコンピュータユニットはいくつかのサブユニットを含み、その中に汚染検出器56 がある。この汚染検出器56の他に、圧縮機の状態に関わる別の検出器、たとえば、圧縮機10の動作状態を監視する失速検出器58及び圧縮機を損傷しかねない高振幅のブレード振動を引き起こす可能性のある圧力変動を検出するブレード励振検出器60などを設置しても良い。しかしながら、本発明によるファウリング検出を失速検出及びブレード励振検出とは別個に実行しても良い。ＦＦＴアナライザ50から出力される周波数信号の計算を容易にするために、ＦＦＴアナライザ50と検出器56、58、60との間に信号生成のための装置62を接続しても良い。装置62はＦＦＴアナライザから受信するデジタルデータを処理し且つ平滑化するフィルタアルゴリズムを含む。ＦＦＴアナライザから得られる周波数信号は、装置62を介して平滑化された後、それぞれの基準パターンとの比較のために前記検出器56、58、60へと送られる。比較アナライザが差の所定の許容閾値を越える偏差を指示した場合、計算された評価は汚染又は失速又はブレード励振を指示するために状態指示装置64へ送信される。このようにして、圧縮機10の動作と状態を監視することができる。検出器56、58、60では、平滑化された周波数信号を評価するが、前記周波数信号はそれぞれの周波数間隔におけるそれぞれのセンサ信号の周波数成分の振幅を示している。汚染検出器56は特定の周波数、いわゆる特性周波数Ｃを中心とする特定の周波数領域で周波数信号を検査し、前記特性周波数Ｃはロータ20の現在回転速度ｎと、それぞれの圧縮機段の動翼のブレード数ｚとの積として定義されている：Ｃ＝ｎ＊ｚＣを中心とする周波数間隔は4000Ｈｚ未満の幅を有していても良く、上限ＵＬがＣ＋1000Ｈｚとなり且つ下限ＬＬはＣ−1000Ｈｚとなるように周波数間隔は2000Ｈｚであるのが好ましい。一般に、動翼のブレード数は同じ段の中の静翼のブレード数と等しい。それぞれの圧縮機段の動翼16と共に回転するウェーク領域は特性周波数Ｃをもってセンサ32を通過して行く。従って、周波数信号はＣでそれぞれ１つの特性ピーク70を示す。それぞれの段のファウリングが圧縮機のクリーニング後のポイントから始まって増加して行くならば、特性ピークは特性に従って変化することがわかった。図５ｂに示すように、ピークはより特性的になる（ピーク70ｂ）。ピーク高さとピーク幅の双方が増加する。この動きは、動翼のウェーク領域（Dell enregionen）が増加して、センサ32の場所で特性周波数を持つより特性的な圧力変化を発生させることによるものである。ファウリングがさらに増すと、特性ピークの高さと幅も一層増加する（図５ｃのピーク70ｃ）。すなわち、特性ピークの観測はそれぞれの圧縮機段のファウリングの量を検出する感度の良いツールである。特性ピーク70の形態の変化を検出する可能性の１つはパターン認識による所定のピーク形態の比較であろう。ところが、完全なピーク形態ではなく、１つのピークパラメータのみが観測されて、限界値と比較されるのであれば、評価は簡単になる。このピークパラメータを図４に示すように背景線72の上のピーク高さａ max又はピーク幅2-1として定義しても良い。図６は、特性ピークの振幅の推移と、圧縮機の動作時間との関係を示す。この図では、第１の変化範囲74を判定している。特性ピークの振幅が前記範囲74の中にあるとき、圧縮機は清浄であると定義される。圧縮機がクリーニングされた後の時間から始めて、特性ピークの振幅の増加を観測すべきであり、それにより、それぞれの時間に測定された前記特性ピークの振幅は第２の変化範囲77の中の傾斜した変化帯76の中に入ることになる。圧縮機の動作時間が継続するにつれて第３の範囲78に到達したならば、圧縮機状態は汚染されているとみなす。この状態では圧縮機は効率よく動作できず、圧縮機をクリーニングしなければならない。クリーニング（破線79）後、特性ピークの振幅は再び第１の変化範囲74の中に入る。圧縮機の動作時間が増すにつれて、先に述べた特性ピークの形態の変化の他にも、完全周波数信号の雑音レベルがより高い値へシフトすることも観測される。図７には、圧縮機をクリーニングした後に得られた第１の周波数信号80を示す（破線の曲線）。この信号80は、周波数信号の周波数依存雑音成分を表わすある基準線81より上の特性ピーク84、86、88を示す。特性ピークは異なる段（ブレード数が異なる）に対応する。図７は、信号80の場合と同じ圧力感知装置からではあるが、洗浄後のある動作時間にわたり圧縮機を動作させた後に得られた第２の周波数信号82をさらに示す。信号82は、信号80の全般的形態を維持しつつ、信号80に対して上方へシフトしている。このシフトは、周波数信号の周波数依存雑音成分が相対的に増加するためである。このシフトを信号80と信号82のそれぞれの積分値の差（図７の領域Ｄ）として計算しても良く、その積分値はそれぞれの周波数信号の全周波数間隔にわたるその信号の積分として定義されている。従って、周波数信号80の積分値と周波数信号82の積分値との差によって、圧縮機のファウリング状態を判定できる。圧縮機の動作時間の継続につれて積分値が図６の第３の範囲に対応する閾値に達した場合、圧縮機の状態を汚染されているとみなし、圧縮機の効率よい動作を可能にするために、圧縮機をクリーニングしなければならない。ところが、圧縮機の動作中に計算される積分の値は圧縮機の動作条件によっても左右される。すなわち、圧縮機の動作条件とは無関係に圧縮機のファウリング状態の判定を可能にするためには、積分値を前記圧縮機の動作パラメータと関連付けなければならない。前記動作パラメータは圧縮機の動作条件を示しており、たとえば、前記圧縮機の動力出力であっても良い。図８には、圧縮機の動力出力と関連付けた積分値と、圧縮機の動作時間との関係を示す。圧縮機をクリーニングした後の時間から始まって、曲線84は、まず、圧縮機の動力出力で除算した相対的に一定の積分値を示す。圧縮機の動作時間が伸びるにつれて（ここでは30日後）、この商の明確な増加が観測されるはずであり、これは圧縮機のファウリングの量の増加を示している。図６の第３の範囲78に従って、閾値を設定しても良い（たとえば、この図の任意単位で280）。この値を越えた後、圧縮機の効率よい動作を得るためには、圧縮機の少なくとも最も汚染されている段をクリーニングしなければならない。このように、特性ピークの推移及び／又は積分値の推移の観測は圧縮機のファウリング状態を判定するための感度の良いツールとなる。それらのパラメータを動作状態と比較することにより、動作状態とは無関係の観測を実行することができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９４年８月９日【補正内容】請求の範囲１．ロータと、ハウジングとを具備し、前記ロータは可変回転速度又は一定の回転速度をもつて回転軸に関して回転すべく前記ハウジングの内部に回転自在に取り付けられており、さらに少なくとも１つの圧縮機段を具備し、前記少なくとも１つの圧縮機段の各々は前記ロータに取り付けられ且つ前記回転軸に関して円周方向に順次配列されている一列の動翼と、前記ハウジングに取り付けられ且つ前記回転軸に関して円周方向に順次配列されている一列の静翼とを具備するような軸流圧縮機のファウリングを検出する方法において、ａ）それぞれがセンサ信号を供給する少なくとも１つの圧力感知装置によって、前記圧縮機段の少なくとも１つの内部で、前記ハウジングの領域における圧力変動を測定するステップと；ｂ）前記センサ信号の各々から、それぞれの周波数間隔における前記それぞれのセンサ信号各々の一組の複数の周波数成分から成り、各々がそれぞれの周波数間隔における前記それぞれのセンサ信号の周波数成分の各々の振幅を示す周波数信号を取り出すステップと；ｃ）前記周波数信号の少なくとも１つの中の少なくとも１つの周波数成分が、前記圧縮機段の１つに割り当てられ、前記回転速度とそれぞれの圧縮機段の動翼の数との積として定義されている特性周波数の領域の中に特性ピークをさらに含むか否かを検査するステップと；ｄ）前記周波数信号から、前記特性ピークの形態を示すピークパラメータに依存するファウリングパラメータを取り出すステップとから成る方法。２．前記圧力感知装置は前記ハウジングにおいて、前記圧縮機段のうちの１つの圧縮機段の動翼と静翼との間に配置されている請求項１記載の方法。３．前記軸流圧縮機の低圧端部の付近に前記少なくとも１つの圧力感知装置が配置されている請求項１記載の方法。４．前記圧力感知装置は圧電圧力センサ又は圧抵抗圧力センサから構成されている請求項１記載の方法。５．前記周波数信号は高速フーリエ変換（ＦＴＴ）により得られる請求項１記載の方法。６．前記周波数信号は高速ハートレー変換（ＦＨＴ）により得られる請求項１記載の方法。７．前記ピークパラメータは特性ピークのピーク高さを示す請求項１記載の方法。８．ピーク高さは前記特性周波数の領域における１つの周波数信号の一組の周波数成分の最大値と、前記特性周波数を中心とする所定の周波数範囲の中における前記一組の周波数成分の平均値との差と、前記平均値との比として定義されている請求項７記載の方法。９．前記ピークパラメータは前記特性ピークのピーク幅を示す請求項１記載の方法。１０．前記ピーク幅は半波高全幅値として定義されている請求項９記載の方法。１１．前記所定の周波数間隔は4000Ｈｚ未満の幅を有する請求項１記載の方法。１２．前記ピーク周波数間隔は2000Ｈｚの幅を有する請求項１１記載の方法。１３．前記ファウリングパラメータは特性ピークのピークパラメータを前記圧縮機の動作条件を示す動作パラメータで除算したものとして定義されている請求項１記載の方法。１４．前記動作パラメータは圧縮機の動力出力を示す請求項１３記載の方法。１５．前記ファウリングパラメータが所定の値範囲を超える値を有する場合、前記圧縮機の動作状態の変化を示す状態変化信号が発生される請求項１記載の方法。１６．ロータと、ハウジングとを具備し、前記ロータは可変回転速度又は一定の回転速度をもって回転軸に関して回転すべく前記ハウジングの内部に回転自在に取り付けられており、さらに少なくとも１つの圧縮機段を具備し、前記少なくとも１つの圧縮機段の各々は前記ロータに取り付けられ且つ前記回転軸に関して円周方向に順次配列されている一列の動翼と、前記ハウジングに取り付けられ且つ前記回転軸に関して円周方向に順次配列されている一列の静翼とを具備するような軸流圧縮機のファウリングを検出する方法において、ａ）それぞれがセンサ信号を供給する少なくとも１つの圧力感知装置によって、前記圧縮機段の少なくとも１つの内部で、前記ハウジングの領域における圧力変動を測定するステップと；ｂ）前記センサ信号の各々から、それぞれの周波数間隔における前記それぞれのセンサ信号各々の一組の複数の周波数成分から成り、各々がそれぞれの周波数間隔における前記それぞれのセンサ信号の周波数成分の各々の振幅を示す周波数信号を取り出すステップと；ｃ）前記周波数信号から、所定の周波数間隔にわたる前記周波数信号の積分として定義されている前記周波数信号の積分値に依存するファウリングパラメータを取り出すステップとから成る方法。１７．前記圧力感知装置は前記ハウジングにおいて、前記圧縮機段のうちの１つの圧縮機段の動翼と静翼との間に配置されている請求項１６記載の方法。１８．前記軸流圧縮機の低圧端部の付近に前記少なくとも１つの圧力感知装置が配置されている請求項１６記載の方法。１９．前記圧力感知装置は圧電圧力センサ又は圧抵抗圧力センサから構成されている請求項１６記載の方法。２０．前記周波数信号は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により得られる請求項１６記載の方法。２１．前記周波数信号は高速ハートレー変換（ＦＨＴ）により得られる請求項１６記載の方法。２２．前記積分間隔は０から20000Ｈｚである請求項16記載の方法。２３．前記周波数間隔は前記積分間隔と等しい請求項１６記載の方法。２４．前記ファウリングパラメータは積分値を動作条件を示す動作パラメータで除算したものとして定義されている請求項１６記載の方法。２５．前記動作パラメータは圧縮機の動力出力を示す請求項２４記載の方法。２６．前記ファウリングパラメータが判定されている値範囲を超える値を有する場合、前記圧縮機の動作状態の変化を示す状態変化信号が発生される請求項１６記載の方法。２７．ロータと、ハウジングとを具備し、前記ロータは可変回転速度又は一定の回転速度をもって回転軸に関して回転すべく前記ハウジングの内部に回転自在に取り付けられており、さらに少なくとも１つの圧縮機段を具備し、前記少なくとも１つの圧縮機段の各々は前記ロータに取り付げられ且つ前記回転軸に関して円周方向に順次配列されている一列の動翼と、前記ハウジングに取り付けられ且つ前記回転軸に関して円周方向に順次配列されている一列の静翼とを具備するような軸流圧縮機のファウリングを検出する装置において、前記圧縮機段の少なくとも１つの内部で、前記ハウジングの領域における圧力変動をそれぞれがセンサ信号を供給する少なくとも１つの圧力感知装置によってそれぞれ測定する少なくとも１つの圧力感知装置と、前記センサ信号の各々から、それぞれの周波数間隔における前記それぞれのセンサ信号各々の一組の複数の周波数成分から成り、各々がそれぞれの周波数間隔における前記それぞれのセンサ信号の周波数成分の各々の振幅を示す周波数信号を取り出す少なくとも１つの変換装置と、前記周波数信号の少なくとも１つの中の少なくとも１つの周波数成分が、前記圧縮機段の１つに割り当てられ、前記回転速度とそれぞれの圧縮機段の動翼の数との積として定義されている特性周波数の領域の中に特性ピークをさらに含むか否かを検査するピーク評価装置と、前記周波数信号から、前記特性ピークの形態を示すピークパラメータに依存するファウリングパラメータを取り出すファウリングパラメータ取り出し装置とを具備する装置。２８．前記圧力感知装置は前記ハウジングにおいて、前記圧縮機段のうちの１つの圧縮機段の動翼と静翼との間に配置されている請求項２７記載の装置。２９．前記圧力感知装置は圧電圧力センサ又は圧抵抗圧力センサから構成されている請求項２７記載の装置。３０．前記軸流圧縮機の低圧端部の付近に前記少なくとも１つの圧力感知装置が配置されている請求項２７記載の装置。３１．前記変換装置は高速フーリエ変換装置から構成されている請求項２７記載の装置。３２．前記変換装置は高速ハートレー変換装置（ＦＨＴ）から構成されている請求項２７記載の装置。３３．前記ファウリングパラメータ信号を受信し且つそれを示す状態指示装置が設けられている請求項２７記載の装置。３４．ロータと、ハウジングとを具備し、前記ロータは可変回転速度又は一定の回転速度をもって回転軸に関して回転すべく前記ハウジングの内部に回転自在に取り付けられており、さらに少なくとも１つの圧縮機段を具備し、前記少なくとも１つの圧縮機段の各々は前記ロータに取り付けられ且つ前記回転軸に関して円周方向に順次配列されている一列の動翼と、前記ハウジングに取り付けられ且つ前記回転軸に関して円周方向に順次配列されている一列の静翼とを具備するような軸流圧縮機のファウリングを検出する装置において、前記圧縮機段の少なくとも１つの内部で、前記ハウジングの領域における圧力変動をそれぞれがセンサ信号を供給する少なくとも１つの圧力感知装置によってそれぞれ測定する少なくとも１つの圧力感知装置と、前記センサ信号の各々から、それぞれの周波数間隔における前記それぞれのセンサ信号各々の一組の複数の周波数成分から成り、各々がそれぞれの周波数間隔における前記それぞれのセンサ信号の周波数成分の各々の振幅を示す周波数信号を取り出す少なくとも１つの変換装置と、所定の周波数間隔にわたり前記周波数信号を積分し且つ積分値信号を出力する積分装置と、前記積分値信号からファウリングパラメータ信号を取り出すファウリングパラメータ取り出し装置とを具備する装置。３５．前記圧力感知装置は前記ハウジングにおいて、前記圧縮機段のうちの１つの圧縮機段の動翼と静翼との間に配置されている請求項３４記載の装置。３６．前記圧力感知装置は圧電圧力センサ又は圧抵抗圧力センサから構成されている請求項３４記載の装置。３７．前記軸流圧縮機の低圧端部の付近に前記少なくとも１つの圧力感知装置が配置されている請求項３４記載の装置。３８．前記変換装置は高速フーリエ変換装置から構成されている請求項３４記載の装置。３９．前記変換装置は高速ハートレー変換装置（ＦＨＴ）から構成されている請求項３４記載の装置。４０．前記ファウリングパラメータ信号を受信し且つそれを示す状態指示装置が設けられている請求項３４記載の装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＲ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ (72)発明者ガルス，ハインツエー. ドイツ連邦共和国アーヒェン、イン、デル、ショーエナウエル、アウエ、３

Claims

【特許請求の範囲】１．ロータと、ハウジングとを具備し、前記ロータは可変回転速度又は一定の回転速度をもって回転軸に関して回転すべく前記ハウジングの内部に回転自在に取り付けられており、さらに少なくとも１つの圧縮機段を具備し、前記少なくとも１つの段の各々は前記ロータに取り付けられ且つ前記回転軸に関して円周方向に順次配列されている一列の動翼と、前記ハウジングに取り付けられ且つ前記回転軸に関して円周方向に順次配列されている一列の静翼とを具備するような軸流圧縮機のファウリングを検出する方法において、ａ）それぞれがセンサ信号を供給する少なくとも１つの圧力感知装置によって、前記少なくとも１つの圧縮機段の内部で、前記ハウジングの領域における圧力変動を測定するステップと；ｂ）前記センサ信号の各々から、それぞれの周波数間隔における前記各々のセンサ信号の周波数成分の振幅を示す周波数信号を取り出すステップと；ｃ）前記周波数信号の各々が、前記圧縮機段の１つに割り当てられ、前記回転速度とそれぞれの圧縮機段の動翼のブレード数との積として定義されている特性周波数の領域の中で、特性ピークの形態を示している少なくとも一つの特性ピークを含むか否かを検査するステップと；ｄ）前記周波数信号から、前記特性ピークの形態を示すピークパラメータに依存するファウリングパラメータを取り出すステップとから成る方法。２．前記圧力感知装置は前記ハウジングにおいて、前記圧縮機段のうちの１つの圧縮機段の動翼と静翼との間に配置されている請求項１記載の方法。３．前記軸流圧縮機の低圧端部の付近に前記少なくとも１つの圧力感知装置が配置されている請求項１記載の方法。４．前記圧力感知装置は圧電圧力センサ又は圧抵抗圧力センサから構成されている請求項１記載の方法。５．前記周波数信号は高速フーリエ変換（ＦＴＴ）により得られる請求項１記載の方法。６．前記周波数信号は高速ハートレー変換（ＦＨＴ）により得られる請求項１記載の方法。７．前記ピークパラメータは特性ピークのピーク高さを示す請求項１記載の方法。８．ピーク高さは、前記特性周波数の領域における前記周波数信号の最大値と前記所定の周波数間隔の中の前記周波数信号の平均値との差と、前記平均値との比として定義されている請求項７記載の方法。９．前記ピークパラメータは前記特性ピークのピーク幅を示す請求項１記載の方法。１０．前記ピーク幅は半波高全幅値として定義されている請求項９記載の方法。１１．前記所定の周波数間隔は4000Ｈｚ未満の幅を有する請求項１記載の方法。１２．前記ピーク周波数間隔は2000Ｈｚの幅を有する請求項１１記載の方法。１３．前記ファウリングパラメータは特性ピークのピークパラメータを前記圧縮機の動作条件を示す動作パラメータで除算したものとして定義されている請求項１記載の方法。１４．前記動作パラメータは圧縮機の動力出力を示す請求項１３記載の方法。１５．前記ファウリングパラメータが所定の値範囲を超える値を有する場合、前記圧縮機の動作状態の変化を示す状態変化信号が発生される請求項１記載の方法。１６．ロータと、ハウジングとを具備し、前記ロータは可変回転速度又は一定の回転速度をもって回転軸に関して回転すべく前記ハウジングの内部に回転自在に取り付けられており、さらに少なくとも１つの圧縮機段を具備し、前記少なくとも１つの段の各々は前記ロータに取り付けられ且つ前記回転軸に関して円周方向に順次配列されている一列の動翼と、前記ハウジングに取り付けられ且つ前記回転軸に関して円周方向に順次配列されている一列の静翼とを具備するような軸流圧縮機のファウリングを検出する方法において、ａ）それぞれがセンサ信号を供給する少なくとも１つの圧力感知装置によって、前記圧縮機段の少なくとも１つの内部で、前記ハウジングの領域における圧力変動を測定するステップと；ｂ）前記センサ信号の各々から、それぞれの周波数間隔における前記各々のセンサ信号の周波数成分の振幅を示す周波数信号を取り出すステップと；ｃ）前記周波数信号から、所定の積分間隔にわたる前記周波数信号の積分として定義されている前記周波数信号の積分値に依存するファウリングパラメータを取り出すステップとから成る方法。１７．前記圧力感知装置は前記ハウジングにおいて、前記圧縮機段のうちの１つの圧縮機段の動翼と静翼との間に配置されている請求項１６記載の方法。１８．前記軸流圧縮機の低圧端部の付近に前記少なくとも１つの圧力感知装置が配置されている請求項１６記載の方法。１９．前記圧力感知装置は圧電圧力センサ又は圧抵抗圧力センサから構成されている請求項16記載の方法。２０．前記周波数信号は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により得られる請求項１６記載の方法。２１．前記周波数信号は高速ハートレー変換（ＦＨＴ）により得られる請求項１６記載の方法。２２．前記積分間隔は０から20000Ｈｚである請求項１６記載の方法。２３．前記周波数間隔は前記積分間隔と等しい請求項１６記載の方法。２４．前記ファウリングパラメータは積分値を動作条件を示す動作パラメータで除算したものとして定義されている請求項１６記載の方法。２５．前記動作パラメータは圧縮機の動力出力を示す請求項２４記載の方法。２６．前記ファウリングパラメータが判定されている値範囲を超える値を有する場合、前記圧縮機の動作状態の変化を示す状態変化信号が発生される請求項１６記載の方法。２７．ロータと、ハウジングとを具備し、前記ロータは可変回転速度又は一定の回転速度をもって回転軸に関して回転すべく前記ハウジングの内部に回転自在に取り付けられており、さらに少なくとも１つの圧縮機段を具備し、前記少なくとも１つの段の各々は前記ロータに取り付けられ且つ前記回転軸に関して円周方向に順次配列されている一列の動翼と、前記ハウジングに取り付けられ且つ前記回転軸に関して円周方向に順次配列されている一列の静翼とを具備するような軸流圧縮機のファウリングを検出する装置において、前記圧縮機段の少なくとも１つの内部における圧力変動を測定し、センサ信号を供給する少なくとも１つの圧力感知装置と、前記センサ信号の各々から、それぞれの周波数間隔における前記各々のセンサ信号の周波数成分の振幅を示す周波数信号を取り出す少なくとも１つの変換装置と、前記周波数信号の各々が前記圧縮機段の１つに割り当てられ、前記回転速度とそれぞれの圧縮機段の動翼のブレード数との積として定義されている特性周波数の領域の中に少なくとも１つの特性ピークをそれぞれ含むか否かを検査し、前記特性ピークの形態を示す少なくとも１つのピークパラメータ信号を判定するピーク評価装置と、前記ピークパラメータ信号からファウリングパラメータ信号を取り出すファウリングパラメータ取り出し装置とを具備する装置。２８．前記圧力感知装置は前記ハウジングにおいて、前記圧縮機段のうちの１つの圧縮機段の動翼と静翼との間に配置されている請求項27記載の装置。２９．前記圧力感知装置は圧電圧力センサ又は圧抵抗圧力センサから構成されている請求項２７記載の装置。３０．前記軸流圧縮機の低圧端部の付近に前記少なくとも１つの圧力感知装置が配置されている請求項２７記載の装置。３１．前記変換装置は高速フーリエ変換装置から構成されている請求項２７記載の装置。３２．前記変換装置は高速ハートレー変換装置（ＦＨＴ）から構成されている請求項２７記載の装置。３３．前記ファウリングパラメータ信号を受信し且つそれを示す状態指示装置が設けられている請求項27記載の装置。３４．ロータと、ハウジングとを具備し、前記ロータは可変回転速度又は一定の回転速度をもって回転軸に関して回転すべく前記ハウジングの内部に回転自在に取り付けられており、さらに少なくとも１つの圧縮機段を具備し、前記少なくとも１つの段の各々は前記ロータに取り付けられ且つ前記回転軸に関して円周方向に順次配列されている一列の動翼と、前記ハウジングに取り付けられ且つ前記回転軸に関して円周方向に順次配列されている一列の静翼とを具備するような軸流圧縮機のファウリングを検出する装置において、前記圧縮機段の少なくとも１つの内部における圧力変動を測定し、センサ信号を供給する少なくとも１つの圧力感知装置と、前記センサ信号の各々から、それぞれの周波数間隔における前記各々のセンサ信号の周波数成分の振幅を示す周波数信号を取り出す少なくとも１つの変換装置と、所定の周波数間隔にわたり前記周波数信号を積分し且つ積分値信号を出力する積分装置と、前記積分値信号からファウリングパラメータ信号を取り出すファウリングパラメータ取り出し装置とを具備する装置。３５．前記圧力感知装置は前記ハウジングにおいて、前記圧縮機段のうちの１つの圧縮機段の動翼と静翼との間に配置されている請求項３４記載の装置。３６．前記圧力感知装置は圧電圧力センサ又は圧抵抗圧力センサから構成されている請求項３４記載の装置。３７．前記軸流圧縮機の低圧端部の付近に前記少なくとも１つの圧力感知装置が配置されている請求項３４記載の装置。３８．前記変換装置は高速フーリエ変換装置から構成されている請求項３４記載の装置。３９．前記変換装置は高速ハートレー変換装置（ＦＨＴ）から構成されている請求項３４記載の装置。４０．前記ファウリングパラメータ信号を受信し且つそれを示す状態指示装置が設けられている請求項３４記載の装置。