專利名稱：用于確定推進(jìn)器的狀況指示器的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容一般涉及推進(jìn)器(impeller)裝置，并且更具體地，涉及用于確定推進(jìn)器的狀況指示器(health indicator)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
推進(jìn)器常規(guī)地用在各種行業(yè)中。一種類型的推進(jìn)器包括用于增加汽缸、管道或其它管路內(nèi)的流體的壓力和流動(dòng)的轉(zhuǎn)子。推進(jìn)器通常用在例如過程(process)控制工業(yè)中。 然而，推進(jìn)器常規(guī)地遭受各種故障。推進(jìn)器的示例故障模式可以包括葉片(vane)破損、推進(jìn)器中的一個(gè)或多個(gè)破裂以及推進(jìn)器中的磨損。通常，需要或期望監(jiān)測(cè)過程控制系統(tǒng)或其它系統(tǒng)中的推進(jìn)器的狀況，以便適當(dāng)?shù)匕才磐七M(jìn)器的維護(hù)。然而，由于使用的推進(jìn)器的多樣性，因此通常難以監(jiān)測(cè)推進(jìn)器的狀況。

發(fā)明內(nèi)容
本公開內(nèi)容提供了一種用于確定推進(jìn)器的狀況指示器的系統(tǒng)和方法。在第一實(shí)施例中，一種設(shè)備包括輸入接口，該輸入接口被配置成接收與推進(jìn)器的至少一個(gè)級(jí)(stage)相關(guān)聯(lián)的輸入信號(hào)。該設(shè)備還包括處理器，該處理器被配置成使用輸入信號(hào)識(shí)別推進(jìn)器中的缺陷。該設(shè)備還包括輸出接口，該輸出接口被配置成提供識(shí)別缺陷的指示器。處理器被配置成通過如下方式來識(shí)別缺陷確定與推進(jìn)器的至少一種故障模式相關(guān)的頻率族，使用頻率族分解輸入信號(hào)，使用分解后的輸入信號(hào)重構(gòu)推進(jìn)器信號(hào)，以及將重構(gòu)的推進(jìn)器信號(hào)與基線信號(hào)進(jìn)行比較。頻率族包括葉片通過(pass)頻率及其諧波。在第二實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括被配置成測(cè)量推進(jìn)器的一個(gè)或多個(gè)特性的多個(gè)傳感器。該系統(tǒng)還包括推進(jìn)器情況指示器裝置，該推進(jìn)器情況指示器裝置包括多個(gè)傳感器接口，這多個(gè)傳感器接口被配置成從傳感器接收與推進(jìn)器的至少一個(gè)級(jí)相關(guān)聯(lián)的輸入信號(hào)。 推進(jìn)器條件指示器裝置還包括處理器，被配置成使用輸入信號(hào)識(shí)別推進(jìn)器中的缺陷；以及輸出接口，被配置成提供識(shí)別缺陷的指示器。處理器被配置成通過如下方式識(shí)別缺陷確定與推進(jìn)器的至少一種故障模式相關(guān)的頻率族，使用頻率族分解輸入信號(hào)，使用分解后的輸入信號(hào)重構(gòu)推進(jìn)器信號(hào)，以及將重構(gòu)后的推進(jìn)器信號(hào)與基線信號(hào)進(jìn)行比較。頻率族包括葉片通過頻率及其諧波。在第三實(shí)施例中，一種方法包括接收輸入信號(hào)，該輸入信號(hào)具有與推進(jìn)器的至少一個(gè)級(jí)對(duì)應(yīng)的振動(dòng)和/或速度信息。該方法還包括確定與推進(jìn)器的至少一種故障模式對(duì)應(yīng)的頻率族，其中頻率族包括葉片通過頻率及其諧波。該方法還包括使用頻率族分解輸入信號(hào)以及使用分解后的輸入信號(hào)重構(gòu)推進(jìn)器信號(hào)。另外，該方法包括將重構(gòu)后的推進(jìn)器信號(hào)與基線信號(hào)進(jìn)行比較，以及當(dāng)重構(gòu)后的推進(jìn)器信號(hào)與基線信號(hào)相差閾值量時(shí)，輸出識(shí)別缺陷的指示器。從以下附圖、描述以及所附權(quán)利要求，其它技術(shù)特征對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)是容易明白的。


為了更完整地理解本公開內(nèi)容，現(xiàn)在參考以下結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，其中 圖IA至IG示出了示例推進(jìn)器配置；
圖2A和2B示出了示例氣穴現(xiàn)象(cavitation)位置； 圖3示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的推進(jìn)器故障模式規(guī)則的示例表； 圖4示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的示例推進(jìn)器情況指示器(ICI)裝置； 圖5示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的用于監(jiān)測(cè)推進(jìn)器的狀況的示例ICI第一級(jí)操作的更詳細(xì)視圖6示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的用于監(jiān)測(cè)推進(jìn)器的狀況的示例ICI第二級(jí)操作的更詳細(xì)視圖7示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的用于監(jiān)測(cè)推進(jìn)器的示例過程；以及圖8和9示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的示例推進(jìn)器狀況指示器。
具體實(shí)施例方式以下討論的圖1至9以及用于描述該專利文獻(xiàn)中的本發(fā)明的原理的各個(gè)實(shí)施例僅作為說明并且不應(yīng)以任何方式解釋為限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本發(fā)明的原理可以以任何類型的適當(dāng)布置的裝置或系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。另外，應(yīng)理解，圖中的元件是為了簡(jiǎn)化和清楚而示出的并且不一定是按比例繪制的。例如，圖中的一些元件的尺寸可以相對(duì)于其它元件被放大，以幫助改進(jìn)對(duì)該專利文獻(xiàn)中描述的各個(gè)實(shí)施例的理解。圖IA至IG示出了示例推進(jìn)器配置。在圖IA至ID中，推進(jìn)器IOOa-IOOb包括汽缸、管道或其它管路105內(nèi)的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子用于增加管路105內(nèi)的流體的壓力和流動(dòng)。管路 105包括接受進(jìn)入流體的開放入口 110 (通常稱為“眼”)。葉片115徑向地推動(dòng)管路105內(nèi)的流體。葉片115可以例如表示向后彎曲刀片(blade) 115a、徑向刀片11 或向前傾斜刀片115c。花鍵的(splined)、帶鍵的或帶螺紋的孔120接受使得葉片115旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸125。 推進(jìn)器IOOa-IOOb可以由鐵、鋼、青銅、黃銅、鋁、塑料或其它適當(dāng)?shù)?多個(gè))材料制成。推進(jìn)器IOOa表示軸向流推進(jìn)器，并且推進(jìn)器IOOb表示混合流推進(jìn)器。如圖IE所示，推進(jìn)器IOOc還可以用作離心泵130的旋轉(zhuǎn)部件。推進(jìn)器IOOc通過對(duì)從旋轉(zhuǎn)中心向外的流體進(jìn)行加速，將來自驅(qū)動(dòng)泵130的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)和/或動(dòng)能轉(zhuǎn)變或轉(zhuǎn)換成泵送流體的勢(shì)能。當(dāng)泵外殼135限制流體的向外運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過推進(jìn)器IOOc實(shí)現(xiàn)的速度轉(zhuǎn)變成壓力。圖IF和IG示出了另外類型的推進(jìn)器。特別地，圖IF示出了開放推進(jìn)器100d、半開放推進(jìn)器IOOe以及封閉推進(jìn)器IOOf。圖IG示出了單抽吸推進(jìn)器IOOg和雙抽吸推進(jìn)器 IOOh0除了選擇特定類型的推進(jìn)器之外，可以改變特定推進(jìn)器的設(shè)計(jì)以改變其性能特性。例如，具有大量葉片或包括具有大角度的葉片的推進(jìn)器可以具有增大的流體的“頭部”。 另外，具有較小數(shù)量的葉片或具有大葉片出口角度的推進(jìn)器會(huì)在尖端具有差的振動(dòng)特性或較重的負(fù)載。此外，推進(jìn)器與其外殼之間的大空隙可以減小振動(dòng)，但是導(dǎo)致尺寸、重量和成本的增加。
與推進(jìn)器使用相關(guān)聯(lián)的一個(gè)液壓現(xiàn)象是圖2A和2B所示的氣穴現(xiàn)象。氣穴現(xiàn)象是如下現(xiàn)象其中，汽泡形成在液體壓力下降到其蒸氣壓力以下的區(qū)域中或該區(qū)域附近的流動(dòng)液體中。圖2A示出了位于推進(jìn)器的排放處的氣穴現(xiàn)象，而圖2B示出了位于推進(jìn)器的抽吸處的氣穴現(xiàn)象。氣穴現(xiàn)象可以分為兩類行為，即慣性(或瞬態(tài))氣穴現(xiàn)象和非慣性氣穴現(xiàn)象。慣性氣穴現(xiàn)象是如下過程其中，液體中的孔隙或泡迅速崩潰，從而產(chǎn)生沖擊波。非慣性氣穴現(xiàn)象是如下過程其中，流體中的泡由于某種形式的能量輸入(諸如聲場(chǎng))而被迫在尺寸或形狀方面振蕩。兩種類型的氣穴現(xiàn)象會(huì)在使用推進(jìn)器時(shí)發(fā)生。另外，由氣穴現(xiàn)象形成的沖擊波可以強(qiáng)到足以顯著損壞運(yùn)動(dòng)零件，這會(huì)有助于推進(jìn)器及其外殼的腐蝕或者對(duì)推進(jìn)器的其它損壞。通常尤其由于所使用的各種類型的推進(jìn)器而難以監(jiān)測(cè)多個(gè)推進(jìn)器的狀況。根據(jù)本公開內(nèi)容，提供了一種推進(jìn)器狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其可以監(jiān)測(cè)一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)器的狀況，并且可以提供當(dāng)特定推進(jìn)器遭受磨損或其它問題時(shí)的指示。圖3示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的推進(jìn)器故障模式規(guī)則的示例表300。圖3所示的表 300的實(shí)施例僅用于說明。在不背離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，可以使用表300的其它實(shí)施例。在該示例中，表300包括五種故障情況。故障情況包括高流動(dòng)性氣穴現(xiàn)象302、低流動(dòng)性氣穴現(xiàn)象304、推進(jìn)器磨損306、推進(jìn)器破裂310以及推進(jìn)器葉片破損312。表300識(shí)別這些故障情況對(duì)與推進(jìn)器的操作相關(guān)聯(lián)的各個(gè)頻率的影響。推進(jìn)器頻率包括旋轉(zhuǎn)軸速度頻率(f；) 322、葉片通過頻率(fvane) 324、軸邊帶頻率(fvane-f；) 326和(fvane+f；) 328以及背景噪聲330。如果發(fā)生高流動(dòng)性氣穴現(xiàn)象302或低流動(dòng)性氣穴現(xiàn)象304，則頻率fvane 324、 fvane-fr 326和fvane+f； 328減小，并且背景噪聲330增加。如果發(fā)生推進(jìn)器磨損306，則頻率 fvane 324增加，而頻率fvane-fr 326和fvane+fr 328減小。推進(jìn)器破裂310導(dǎo)致頻率fr 322、 fvane"fr 3沈和仁_+& 3 中的每個(gè)的增加，并且頻率fvane 3 減小。推進(jìn)器葉片破損312 增加了頻率f； 322、fvane-fr 3 和fvane+f； 328，同時(shí)引起頻率fvane 3 減小。記住這些規(guī)則，推進(jìn)器狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)器的狀況，并且可以識(shí)別每個(gè)推進(jìn)器(如果有的話)的具體故障模式。圖4示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的示例推進(jìn)器情況指示器(ICI)裝置400。圖4所示的ICI裝置400的實(shí)施例僅用于說明。在不背離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，可以使用ICI 裝置400的其它實(shí)施例。在該示例中，ICI裝置400包括用戶配置部402。用戶配置部402提供便于與ICI 裝置400的操作者交互的用戶接口。例如，用戶配置部402可以使得操作者能夠輸入推進(jìn)器配置信息。作為特定示例，用戶配置部402可以允許操作者輸入機(jī)器配置404。機(jī)器配置 404可以包括泵額定值、一種或更多類型的泵、一種或更多類型的推進(jìn)器以及機(jī)器的一個(gè)或多個(gè)固有頻率。操作者還可以輸入濾波器規(guī)范406。濾波器規(guī)范406可以包括濾波器類型、濾波器的階、高頻限制以及低頻限制。數(shù)據(jù)獲取(DAQ)規(guī)范408還可以通過用戶配置部402中的操作來輸入。DAQ規(guī)范408可以包括采樣頻率、樣本數(shù)以及電壓范圍。另外，操作者可以輸入傳感器規(guī)范410和另外的用戶輸入412。傳感器規(guī)范410可以包括傳感器的類型、傳感器范圍和靈敏度以及傳感器動(dòng)態(tài)范圍和固有頻率。另外的用戶輸入412可以包括采樣頻率、 樣本數(shù)以及機(jī)器類別。ICI裝置400還包括傳感器信號(hào)部420。傳感器信號(hào)部420提供用于接收來自傳感器的輸入的接口，該傳感器耦合到推進(jìn)器和/或離心泵或包括推進(jìn)器的其它裝置或者以其它方式與之相關(guān)聯(lián)。在該示例中，傳感器信號(hào)部420包括到加速計(jì)422和轉(zhuǎn)速計(jì)424的接口。加速計(jì)422檢測(cè)、測(cè)量并記錄推進(jìn)器或包含推進(jìn)器的裝置的振動(dòng)426。轉(zhuǎn)速計(jì)4M可以是傳感器輸入裝置，諸如測(cè)速發(fā)電機(jī)或每轉(zhuǎn)一次(Once Per Revolution, 0PR)裝置。轉(zhuǎn)速計(jì)似4檢測(cè)、測(cè)量并記錄推進(jìn)器或包含推進(jìn)器的裝置的速度428。傳感器信號(hào)部420還可以存儲(chǔ)推進(jìn)器或包含推進(jìn)器的裝置的基線信號(hào)430。ICI裝置400還包括人工智能(Al)部或其它處理部440。在該示例中，AI部440 包括模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器441、預(yù)處理濾波器442以及振動(dòng)特征(vibration signature)處理器444。振動(dòng)特征處理器444可以包括一個(gè)或多個(gè)處理器或其它部件，其適配成執(zhí)行FFT分析446、頻率/頻率帶寬選擇(FFBS)448、信號(hào)重構(gòu)450、統(tǒng)計(jì)特征記錄452以及歸一化454。 AI部440還能夠執(zhí)行基于模糊規(guī)則的診斷456和基于規(guī)則的診斷458。基于模糊規(guī)則的診斷456包括模糊化、規(guī)則、聚合和去模糊化操作。以下更詳細(xì)地描述這些功能。另外，ICI裝置400包括輸出接口 470。輸出接口 470表示被配置成將信息發(fā)送到另一系統(tǒng)或裝置(諸如計(jì)算機(jī)或顯示器)的接口。輸出接口 470還可以表示單個(gè)顯示器(例如，監(jiān)視器)或多個(gè)顯示器。在該示例中，輸出接口 470包括推進(jìn)器磨損指示器472、推進(jìn)器破裂指示器474、氣穴現(xiàn)象指示器476以及推進(jìn)器狀況指示器478。這些指示器472-478識(shí)別被監(jiān)測(cè)的推進(jìn)器的狀況。ICI裝置400可以以任意適當(dāng)?shù)姆绞絹韺?shí)現(xiàn)。例如，ICI裝置400可以被實(shí)現(xiàn)為模擬/數(shù)字(A/D)卡、嵌入式系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、中央處理單元、個(gè)人計(jì)算機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器。ICI裝置400檢測(cè)和測(cè)量由各種類型的推進(jìn)器故障導(dǎo)致的影響。例如，ICI裝置 400測(cè)量圖3所示的頻率322-330的幅度的改變?；谶@些改變，ICI裝置400對(duì)推進(jìn)器故障進(jìn)行分類。在操作的一個(gè)方面，操作者可以經(jīng)由用戶配置部402輸入推進(jìn)器或具有推進(jìn)器的裝置的機(jī)器配置404。操作者還可以輸入泵額定值(如果有的話)、泵的類型(如果有的話)、 推進(jìn)器的類型以及一個(gè)或多個(gè)固有頻率。操作者還可以輸入與濾波器規(guī)范406、DAQ規(guī)范 408以及傳感器規(guī)范410有關(guān)的信息。另外。操作者可以輸入另外的用戶輸入412，諸如采樣頻率、樣本數(shù)以及機(jī)器的類別，ICI裝置400將其用于監(jiān)測(cè)推進(jìn)器。ICI裝置400接收來自傳感器的傳感器輸入信號(hào)，該傳感器經(jīng)由多個(gè)傳感器接口耦合到ICI裝置。ICI裝置400測(cè)量并記錄與推進(jìn)器的正常操作相關(guān)聯(lián)的傳感器輸入信號(hào)。 ICI裝置400存儲(chǔ)與推進(jìn)器的正常操作對(duì)應(yīng)的傳感器輸入信號(hào)作為基線信號(hào)集430。ICI裝置400繼續(xù)基于包括在另外的用戶輸入412中的采樣頻率監(jiān)測(cè)推進(jìn)器的性能。ICI裝置400使用濾波器422對(duì)來自傳感器的輸入信號(hào)進(jìn)行濾波。振動(dòng)特征處理器444 對(duì)濾波后的信號(hào)中的所有分量特性(例如，頻率)應(yīng)用FFT分析446。FFT分析446可以僅產(chǎn)生與被監(jiān)測(cè)的推進(jìn)器有關(guān)的相關(guān)頻率。FFBS 448對(duì)將用在信號(hào)重構(gòu)450中的一個(gè)或多個(gè)頻率和幅度進(jìn)行分離，以重構(gòu)信號(hào)。一旦使用這些所選擇的頻率和幅度重構(gòu)了信號(hào)，則振動(dòng)特征處理器444確定重構(gòu)的信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征452。在一些實(shí)施例中，統(tǒng)計(jì)特征452是均方根(RMS)值。此后，振動(dòng)特征處理器444通過相對(duì)于基線信號(hào)430對(duì)重構(gòu)的信號(hào)執(zhí)行歸一化妨4而產(chǎn)生歸一化的信號(hào)。ICI 裝置400然后可以對(duì)歸一化的信號(hào)應(yīng)用各種規(guī)則。這些規(guī)則可包括基于模糊規(guī)則的診斷 456和/或基于規(guī)則的診斷458。ICI裝置400經(jīng)由輸出接口 470呈現(xiàn)結(jié)果的輸出。在一些實(shí)施例中，輸出接口 470 僅在ICI裝置400確定了存在缺陷情況時(shí)(諸如，當(dāng)歸一化的信號(hào)與基線信號(hào)430相差一個(gè)或多個(gè)閾值時(shí))才提供輸出。在這些實(shí)施例中，輸出接口 470可以通過以下操作來提供輸出 對(duì)與故障相關(guān)聯(lián)的指示器進(jìn)行標(biāo)記、照明或以其它方式顯示(例如，經(jīng)由推進(jìn)器磨損指示器 472、推進(jìn)器破裂指示器474、氣穴現(xiàn)象指示器476或推進(jìn)器狀況指示器478)。圖5示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的用于監(jiān)測(cè)推進(jìn)器的狀況的示例ICI第一級(jí)操作500 的更詳細(xì)視圖。圖5所示的ICI第一級(jí)操作500的實(shí)施例僅用于說明。在不背離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，可以使用ICI第一級(jí)操作500的其它實(shí)施例。在配置階段期間，操作者輸入與要監(jiān)測(cè)的推進(jìn)器有關(guān)的數(shù)據(jù)，諸如濾波器規(guī)范 406、信號(hào)細(xì)節(jié)(例如，另外的用戶輸入412)、DAQ規(guī)范408、傳感器規(guī)范410以及推進(jìn)器規(guī)范 (例如，機(jī)器配置404)。在該示例中，操作者可以輸入推進(jìn)器的類型502、級(jí)數(shù)504、每個(gè)級(jí)的葉片數(shù)505、高通濾波器頻率!^506、數(shù)據(jù)獲取的最大采樣頻率f一 507和最大樣本數(shù)Ndaq 508、每個(gè)傳感器的最大采樣頻率f一 510以及采樣頻率fs 511和樣本數(shù)Ns 512。ICI裝置400還確定對(duì)于推進(jìn)器(或者如果監(jiān)測(cè)多個(gè)級(jí)，則對(duì)于推進(jìn)器的每個(gè)級(jí)) 的頻率族(FoF)520。例如，AI部440可以確定葉片通過頻率fvane 324和對(duì)于每個(gè)葉片通過頻率fvane 324的至少三個(gè)諧波。AI部440還可以確定軸頻率f, 322和圍繞葉片通過頻率 fvane 324的軸邊帶fvane-f； 326和fvane+f； 328。應(yīng)理解，盡管示出了每個(gè)葉片通過頻率fvane 324的三個(gè)諧波，但是可以使用具有除三個(gè)諧波之外的諧波的實(shí)施例。另外，AI部440可以確定推進(jìn)器的固有頻率。AI部440還確定操作者是否輸入了 I7h 506、fs 511和Ns 512的適當(dāng)值。例如，AI 部440在比較530期間比較仁511與& 506。如果fs 511小于兩倍的Fh 506 (fs<2!^H)，則 AI部440在ICI裝置400的輸出接口 470中觸發(fā)增加fs 511指示器532。增加fs指示器 532為操作者提供針對(duì)fs 511輸入的值過低并且應(yīng)該增加的視覺或聽覺提示。如果AI部440確定已輸入了足夠的fs 511(例如，fs 511不小于兩倍的I7h 506以使得fs彡2 )，則AI部440在比較536期間比較fs 511與fda(1 507。如果fs 511大約fda(1 507 (fs>fda(1)，則AI部440在輸出接口 470中觸發(fā)減小fs指示器534。減小fs指示器534 為操作者提供針對(duì)fs 511輸入的值過高并且應(yīng)該減小的視覺或聽覺提示。AI部440還在比較540期間比較Ns 512與Ndatl 508。如果Ns 512大于^iaq 508 (Ns)Ndaq),則AI部440在輸出接口 470中觸發(fā)減小Ns指示器M2。減小Ns指示器542為操作者提供針對(duì)Ns 512輸入的值過高且應(yīng)該減小的視覺或聽覺提示。如果Ns 512小于或等于Ndaq 508 (Ns ^ Ndaq),則AI部440禁用減小Ns指示器542 (如果減小Ns指示器542被啟用)或什么都不做(如果減小Ns指示器542未啟用)。圖6示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的用于監(jiān)測(cè)推進(jìn)器的狀況的示例ICI第二級(jí)操作600 的更詳細(xì)視圖。圖6所示的ICI第二級(jí)操作600的實(shí)施例僅用于說明。在不背離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，可以使用ICI第二級(jí)操作600的其它實(shí)施例。在AI部440計(jì)算出傳感器輸入信號(hào)的頻率族520之后，AI部440通過低通濾波器 442處理520并且應(yīng)用FFT分析446。低通濾波器442可以是巴特沃斯濾波器、基于小波的濾波器或任何其它低通濾波器。I^oF 520通過FFBS 448，F(xiàn)FBS 448在該示例中包括多個(gè)帶通濾波器路徑60fe-605c。2Hz頻帶(例如，從f+lHz到f-lHz)60fe被應(yīng)用于來自值小于 1000Hz (f ^ 1000Hz)的 FFT 分析 446 的信號(hào)。3Hz 頻帶(例如，從 f+1. 5Hz 到 f-1. 5Hz) 605b被應(yīng)用于來自值小于2000Hz但是大于或等于1000Hz (1000Hz ^ f<2000Hz)的FFT分析446的信號(hào)。4Hz頻帶(例如，從f+2Hz到f_2Hz)605c被應(yīng)用于來自值大于或等于2000Hz (f彡2000Hz)的FFT分析446的信號(hào)。AI部440計(jì)算每個(gè)頻帶60fe_605c的最小和最大幅度。AI部440然后組合來自頻帶60fe-605c的每個(gè)最大值，以生成最大幅度和頻率的矩陣610。AI部440還組合來自頻帶60fe-605c的每個(gè)最小值，以生成最小頻率和幅度的矩陣615。AI部440創(chuàng)建520 中的所有頻率的聯(lián)合(union) 620，以識(shí)別推進(jìn)器分量頻率。AI部440對(duì)聯(lián)合620和最小幅度和頻率的矩陣615應(yīng)用統(tǒng)計(jì)特征452。統(tǒng)計(jì)特征 452可以包括確定每個(gè)520的RMS或模(norm)。此后，AI部440對(duì)推進(jìn)器分量和噪聲頻率執(zhí)行信號(hào)重構(gòu)450，以生成推進(jìn)器的重構(gòu)信號(hào)。在該示例中，重構(gòu)信號(hào)表示加速度。特別地，AI部440可以重構(gòu)葉片和諧波的信號(hào)、軸和軸邊帶頻率的信號(hào)以及噪聲頻率的信號(hào)。每個(gè)重構(gòu)信號(hào)通過RMS水平檢測(cè)器630、歸一化RMS水平檢測(cè)器635以及三個(gè)模糊成員函數(shù)(membership function)640之一。模糊成員函數(shù)640的輸出通過模糊規(guī)則645以產(chǎn)生模糊規(guī)則信號(hào)。AI部440比較模糊規(guī)則信號(hào)與RMS或模基線信號(hào)650內(nèi)的多個(gè)索引， 以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)器或泵情況655。注意，諸如當(dāng)使用基于規(guī)則的診斷458時(shí)，模糊成員函數(shù)640和模糊規(guī)則645可以由其它邏輯來替換。在該示例中，推進(jìn)器或泵情況655基于所感測(cè)的振動(dòng)提供反映推進(jìn)器或泵的狀況的指示。ICI裝置400可以使用輸出接口 470輸出識(shí)別推進(jìn)器磨損、推進(jìn)器破裂和/或氣穴現(xiàn)象的推進(jìn)器或泵情況。在一些實(shí)施例中，ICI裝置400包括存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的多個(gè)閾值，并且ICI裝置 400可以比較所識(shí)別的情況655與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的閾值，以確定是否啟動(dòng)警報(bào)或其它動(dòng)作。存儲(chǔ)器可以是任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，諸如可以包含、存儲(chǔ)、通信、傳播或傳送數(shù)據(jù)的任何電、磁、電磁、光、電光、電機(jī)械和/或其它存儲(chǔ)器裝置。在特定實(shí)施例中，閾值可以包括ICI 裝置400計(jì)算出的對(duì)于每個(gè)情況655的告警閾值和警報(bào)閾值。告警閾值可以觸發(fā)推進(jìn)器情況655較高的告警，而警報(bào)閾值可以觸發(fā)在推進(jìn)器中檢測(cè)到缺陷的警報(bào)。圖7示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的用于監(jiān)測(cè)推進(jìn)器的示例過程700。圖7所示的過程 700的實(shí)施例僅用于說明。在不背離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，可以使用過程700的其它實(shí)施例。另外，為了易于說明，關(guān)于ICI裝置400描述了過程700，但是過程700可以與任何適當(dāng)?shù)难b置或系統(tǒng)一起使用。在該示例中，ICI裝置400使用被處理并與閾值相比較的振動(dòng)和速度信號(hào)，以提醒操作者推進(jìn)器中可能的損壞。在步驟705，ICI裝置400接收振動(dòng)和速度信號(hào)。在步驟710， ICI裝置400存儲(chǔ)在推進(jìn)器的正常操作期間獲得的振動(dòng)和速度信號(hào)作為基線信號(hào)。在步驟 715，ICI裝置400確定推進(jìn)器的相關(guān)頻率族。這可以包括例如確定推進(jìn)器的每種故障模式的520。FoF 520可以包括葉片通過頻率及其諧波、軸旋轉(zhuǎn)頻率、圍繞葉片通過頻率及其諧波的軸旋轉(zhuǎn)頻率的邊帶以及背景噪聲。ICI裝置400可以測(cè)量振動(dòng)信號(hào)并且使用任何可用的技術(shù)(諸如FFT分析)估計(jì)振動(dòng)信號(hào)的頻率。在步驟720，ICI裝置400繼續(xù)接收振動(dòng)和速度信號(hào)并執(zhí)行信號(hào)處理。這可以包括例如分解振動(dòng)和速度信號(hào)。信號(hào)處理還可以包括低通濾波器操作和FFT分析。在一些實(shí)施例中，使用傅立葉級(jí)數(shù)、拉普拉斯變換或Z變換完成解構(gòu)(例如，分解)。在步驟725，ICI裝置400使用處理后的信號(hào)執(zhí)行頻率/頻率帶寬選擇。這可以包括例如分離頻率和獲得最小和最大頻率及幅度。在步驟730，ICI裝置400諸如通過重構(gòu)總體信號(hào)以及重構(gòu)葉片通過頻率及其諧波、軸邊帶以及背景噪聲的信號(hào)來重構(gòu)信號(hào)。在步驟735中，ICI裝置400從重構(gòu)的信號(hào)識(shí)別一個(gè)或多個(gè)特征。例如，ICI裝置400可以確定諸如RMS和峰度值的特征。ICI 裝置400還在步驟740中識(shí)別基線信號(hào)中的相應(yīng)特征并且在步驟745中識(shí)別當(dāng)前信號(hào)中的相應(yīng)特征。在步驟750，相對(duì)于其它索引或基線信號(hào)的特征對(duì)重構(gòu)后的信號(hào)進(jìn)行歸一化。例如，可以通過將在步驟745中得到的來自當(dāng)前信號(hào)的特征除以在步驟750中得到的來自基線的特征，對(duì)重構(gòu)后的信號(hào)進(jìn)行歸一化。歸一化有助于相對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)的尺寸和應(yīng)用類型而一般化模型。在重構(gòu)后的信號(hào)超過閾值之一的情況下，ICI裝置400在步驟755中輸出適當(dāng)?shù)闹甘酒?例如，推進(jìn)器磨損指示器、推進(jìn)器破裂指示器和/或氣穴現(xiàn)象指示器)。ICI 裝置400應(yīng)用基于模糊規(guī)則的診斷，以確定重構(gòu)后的信號(hào)是否超過閾值之一。在一些實(shí)施例中，針對(duì)當(dāng)前正經(jīng)歷磨損或當(dāng)前包括破裂的推進(jìn)器存儲(chǔ)振動(dòng)和速度信號(hào)。在這樣的實(shí)施例中，ICI裝置400基于由推進(jìn)器的另外磨損或進(jìn)一步破裂而導(dǎo)致的信號(hào)改變，提供告警或警報(bào)。圖8和9示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的示例推進(jìn)器狀況指示器478。圖8和9所示的推進(jìn)器狀況指示器478的實(shí)施例僅用于說明。在不背離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，可以使用推進(jìn)器狀況指示器478的其它實(shí)施例。在這些示例中，推進(jìn)器狀況指示器478是使用基于模糊、Dempter-Shafer或貝葉斯理論的統(tǒng)計(jì)的特征融合而構(gòu)建的。狀況指示器478提供在值0與值1之間變化的嚴(yán)重性指標(biāo)。推進(jìn)器狀況指示器478包括時(shí)間805以及兩個(gè)閾值810和815。盡管以上的圖示出了各個(gè)實(shí)施例，但是可以對(duì)這些圖進(jìn)行任何數(shù)量的修改。例如， 可以監(jiān)測(cè)任何適當(dāng)類型的推進(jìn)器，并且可以檢測(cè)任何適當(dāng)類型的缺陷。另外，ICI裝置400 執(zhí)行的所示的各種功能可以被組合、進(jìn)一步再劃分或者省略，并且可以根據(jù)特定需要而增加另外的功能。另外，盡管圖7示出了一系列步驟，但是圖7中的各個(gè)步驟可以重疊、并行發(fā)生、多次發(fā)生或以不同的順序發(fā)生。在一些實(shí)施例中，上述各個(gè)功能由計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)或支持，該計(jì)算機(jī)程序由計(jì)算機(jī)可讀程序代碼構(gòu)成并且實(shí)施在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中。短語“計(jì)算機(jī)可讀程序代碼”包括任何類型的計(jì)算機(jī)代碼，包括源代碼、目標(biāo)代碼以及可執(zhí)行代碼。短語“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”包括能夠由計(jì)算機(jī)訪問的任何類型的介質(zhì)，諸如只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、 硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤(CD)、數(shù)字視頻盤(DVD)或任何其它類型的存儲(chǔ)器?？捎欣氖?，闡述了在本專利文獻(xiàn)中所使用的特定詞和短語的定義。術(shù)語“耦合” 及其衍生詞指的是兩個(gè)或更多個(gè)元件之間的任何直接或間接相通，而不管這些元件是否彼此物理接觸。術(shù)語“包括”和“包含”以及其衍生詞表示包括性而非限制。術(shù)語“或”是包括性的，表示和/或。短語“與…相關(guān)聯(lián)”和“與之相關(guān)聯(lián)”以及其衍生詞可以表示包括、包括在內(nèi)、與之互連、包含、包含在內(nèi)、連接到或與之連接、耦合到或與之耦合、與之可通信、與之配合、交織、并置、緊接、接合到或與之接合、具有、具有其屬性等。 盡管本公開內(nèi)容描述了某些實(shí)施例以及一般相關(guān)聯(lián)的方法，但是這些實(shí)施例和方法的變更和置換對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是明顯的。因此，示例實(shí)施例的以上描述沒有限定或限制本公開內(nèi)容。在不背離所附權(quán)利要求所限定的本公開內(nèi)容的精神和范圍的情況下，其它改變、替換以及變更也是可能的。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備(400)，包括輸入接口(420)，被配置成接收與推進(jìn)器(IOOa-IOOh)的至少一級(jí)相關(guān)聯(lián)的輸入信號(hào)； 處理器(440)，被配置成使用所述輸入信號(hào)識(shí)別所述推進(jìn)器中的缺陷；以及輸出接口(470)，被配置成提供識(shí)別所述缺陷的指示器； 其中，所述處理器被配置成通過以下操作來識(shí)別所述缺陷確定與所述推進(jìn)器的至少一種故障模式有關(guān)的頻率族(520)，所述頻率族包括葉片通過頻率及其諧波；使用所述頻率族分解所述輸入信號(hào)； 使用分解后的輸入信號(hào)重構(gòu)推進(jìn)器信號(hào)；以及比較重構(gòu)后的推進(jìn)器信號(hào)與基線信號(hào)(430)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述重構(gòu)后的推進(jìn)器信號(hào)包括以下至少之一 與所述葉片通過頻率及其諧波相關(guān)聯(lián)的信號(hào)；與所述推進(jìn)器的旋轉(zhuǎn)軸(125)相關(guān)聯(lián)的信號(hào)； 與軸邊帶相關(guān)聯(lián)的信號(hào)；以及與背景噪聲相關(guān)聯(lián)的信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述處理器被配置成通過經(jīng)由多個(gè)帶通濾波器 (605a-605c )分解所述輸入信號(hào)來對(duì)所述輸入信號(hào)進(jìn)行解構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述處理器被配置成通過以下操作來重構(gòu)所述推進(jìn)器信號(hào)確定所述帶通濾波器的輸出中的最大和最小頻率及幅度； 聯(lián)合所述最大頻率和幅度以產(chǎn)生第一聯(lián)合； 聯(lián)合所述最小頻率和幅度以產(chǎn)生第二聯(lián)合；以及使用所述第一和第二聯(lián)合來重構(gòu)多個(gè)推進(jìn)器信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述處理器進(jìn)一步被配置成 利用所述基線信號(hào)歸一化重構(gòu)后的信號(hào)；以及應(yīng)用特征融合技術(shù)以獲得用于供所述指示器使用的值。
6.一種系統(tǒng)，包括多個(gè)傳感器(422-4M)，被配置成測(cè)量推進(jìn)器(IOOa-IOOh)的一個(gè)或多個(gè)特性；以及推進(jìn)器情況指示器裝置(400)，包括輸入接口(420)，被配置成從所述傳感器接收與所述推進(jìn)器的至少一級(jí)相關(guān)聯(lián)的輸入信號(hào)；處理器(440)，被配置成使用所述輸入信號(hào)識(shí)別所述推進(jìn)器中的缺陷；以及輸出接口(470)，被配置成提供識(shí)別所述缺陷的指示器； 其中，所述處理器被配置成通過以下操作來識(shí)別所述缺陷確定與所述推進(jìn)器的至少一種故障模式有關(guān)的頻率族(520)，所述頻率族包括葉片通過頻率及其諧波；使用所述頻率族分解所述輸入信號(hào)； 使用分解后的輸入信號(hào)重構(gòu)推進(jìn)器信號(hào)；以及比較重構(gòu)后的推進(jìn)器信號(hào)與基線信號(hào)(430)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器被配置成通過經(jīng)由多個(gè)帶通濾波器 (605a-605c )分解所述輸入信號(hào)來解構(gòu)所述輸入信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器被配置成通過以下操作重構(gòu)所述推進(jìn)器信號(hào)確定所述帶通濾波器的輸出中的最大和最小頻率及幅度； 聯(lián)合所述最大頻率和幅度以產(chǎn)生第一聯(lián)合； 聯(lián)合所述最小頻率和幅度以產(chǎn)生第二聯(lián)合；以及使用所述第一和第二聯(lián)合以重構(gòu)多個(gè)推進(jìn)器信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器進(jìn)一步被配置成存儲(chǔ)所述輸入信號(hào)的與所述推進(jìn)器的正常操作對(duì)應(yīng)的部分作為所述基線信號(hào)。
10.一種方法，包括接收(705)輸入信號(hào)，所述輸入信號(hào)包括與推進(jìn)器(IOOa-IOOh)的至少一級(jí)對(duì)應(yīng)的振動(dòng)和速度信息中的至少一個(gè)；確定(715)與所述推進(jìn)器的至少一種故障模式對(duì)應(yīng)的頻率族(520)，所述頻率族包括葉片通過頻率及其諧波；使用所述頻率族分解(720-725)所述輸入信號(hào)； 使用分解后的輸入信號(hào)重構(gòu)(730)推進(jìn)器信號(hào)； 比較(750)重構(gòu)后的推進(jìn)器信號(hào)與基線信號(hào)(430)；以及當(dāng)所述重構(gòu)后的推進(jìn)器信號(hào)與所述基線信號(hào)相差閾值量時(shí)，輸出(755)識(shí)別缺陷的指不器。
全文摘要
一種系統(tǒng)，包括被配置成測(cè)量推進(jìn)器(100a-100h)的一個(gè)或多個(gè)特性的多個(gè)傳感器(422-424)。該系統(tǒng)還包括推進(jìn)器情況指示器裝置(400)，該推進(jìn)器情況指示器裝置(400)包括多個(gè)傳感器接口(420)，這多個(gè)傳感器接口(420)被配置成從傳感器接收與推進(jìn)器的至少一級(jí)相關(guān)聯(lián)的輸入信號(hào)。推進(jìn)器情況指示器裝置還包括處理器(440)，被配置成使用輸入信號(hào)識(shí)別推進(jìn)器中的缺陷；以及輸出接口(470)，被配置成提供識(shí)別缺陷的指示器。處理器被配置成通過如下操作來識(shí)別缺陷確定與推進(jìn)器的至少一種故障模式有關(guān)的頻率族(520)，使用頻率族分解輸入信號(hào)，使用分解后的輸入信號(hào)重構(gòu)推進(jìn)器信號(hào)，以及比較重構(gòu)后的推進(jìn)器信號(hào)與基線信號(hào)(430)。頻率族包括葉片通過頻率及其諧波。
文檔編號(hào)F04B51/00GK102449309SQ201080024078
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
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