(57)【要約】【課題】本発明は、ターボ機械への空気供給部用のフィルタアセンブリを設計および／または制御するための方法に関する。【解決手段】方法は、フィルタアセンブリのフィルタ段の入口に存在する空気中の粒子の現在の濃度および／または推定すべき濃度ｎが、粒子の平均粒径ｄの関数として算出されるステップと、粒子の平均粒径ｄに依存して粒子の所与の濃度がターボ機械の出力および／または寿命にどの程度悪影響を及ぼすかを示す感度スペクトルＳが算出されるステップと、フィルタ段に使用可能でかつ／または接続可能もしくは接続解除可能なフィルタ候補に対して、濃度ｎとフィルタ候補のフィルタ特性とから、フィルタ段の出口における推定すべき粒子の濃度ｎ’が算出されるステップと、濃度ｎ’と感度スペクトルＳとから、品質基準が算出され、フィルタ候補および／またはフィルタアセンブリに割り当てられるステップと、を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械（３）への空気供給部（２）用のフィルタアセンブリ（１）を設計および／または制御するための方法（１００）であって、前記方法（１００）は、
・前記フィルタアセンブリ（１）の少なくとも１つのフィルタ段（１１〜１３）の入口に存在する空気中の粒子（４）の現在の濃度および／または推定すべき濃度ｎ（ｄ）が、前記粒子（４）の平均粒径ｄの関数として算出されるステップ（１１０）と、
・前記粒子（４）の平均粒径ｄに依存して前記粒子（４）の所与の濃度が前記ターボ機械（３）の出力および／または寿命にどの程度悪影響を及ぼすかを示す感度スペクトルＳ（ｄ）が算出されるステップ（１２０）と、
・前記フィルタ段（１１〜１３）に使用可能かつ／または接続可能もしくは接続解除可能な少なくとも１つのフィルタ候補（１４）に対して、前記濃度ｎ（ｄ）と前記フィルタ候補（１４）のフィルタ特性とから、前記フィルタ段（１１〜１３）の出口における推定すべき粒子の濃度ｎ’（ｄ）が算出されるステップ（１３０）と、
・前記濃度ｎ’（ｄ）と前記感度スペクトルＳ（ｄ）とから、品質基準（１ａ，１４ａ）が算出され、前記フィルタ候補（１４）および／または前記フィルタアセンブリ（１）に割り当てられるステップ（１４０）と、
を含む方法（１００）。
【請求項２】
前記フィルタ段（１１〜１３）の出口における推定すべき前記粒子（４）の前記濃度ｎ’（ｄ）を算出するために、付加的に、前記フィルタ段（１１〜１３）の入口における空気の圧力ｐが、前記粒子（４）の平均粒径ｄに依存して使用される（１３１）、
請求項１記載の方法（１００）。
【請求項３】
前記フィルタ段（１１〜１３）の出口における推定すべき前記粒子（４）の前記濃度ｎ’（ｄ）に対して付加的に、前記フィルタ段（１１〜１３）の出口における推定すべき前記空気の圧力ｐ’も算出される（１３２）、
請求項２記載の方法（１００）。
【請求項４】
前記感度スペクトルＳ（ｄ，Ｍ）および／または前記濃度ｎ（ｄ，Ｍ）、ｎ’（ｄ，Ｍ）は、付加的に前記粒子（４）の材料Ｍにも依存する、
請求項１から３までのいずれか１項記載の方法（１００）。
【請求項５】
前記フィルタアセンブリ（１）が、前記空気の通流方向に相前後して接続された複数の前記フィルタ段（１１〜１３）から選択される（１０５）、
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法（１００）。
【請求項６】
前記フィルタアセンブリ（１）の通流抵抗が、前記品質基準（１ａ，１４ａ）に対する所定の境界条件のもとで最適化されるように、前記フィルタアセンブリ（１）が、１つ以上のフィルタ候補（１４）から形成される（１５０）、
請求項１から５までのいずれか１項記載の方法（１００）。
【請求項７】
最適化が付加的な境界条件のもとで少なくとも１つの前記フィルタ段（１１〜１３）の停止時間に関して実施される（１５１）、
請求項６記載の方法（１００）。
【請求項８】
ターボ機械（３）への空気供給部（２）用のフィルタアセンブリ（１）からなるシステムを動作させるための方法（２００）であって、前記方法（２００）は、
・前記フィルタアセンブリ（１）の少なくとも１つのフィルタ段（１１〜１３）の入口に存在する空気中の粒子（４）の現在の濃度および／または推定すべき濃度ｎ（ｄ）が、前記粒子（４）の平均粒径ｄの関数として算出されるステップ（２１０）と、
・前記フィルタ段（１１〜１３）に存在する少なくとも１つのフィルタに対して、前記濃度ｎ（ｄ）と前記フィルタのフィルタ特性とから、前記フィルタ段（１１〜１３）の出口における推定すべき前記粒子（４）の濃度ｎ’（ｄ）が算出されるステップ（２２０）と、
・前記フィルタ段（１１〜１３）の入口における空気の圧力ｐと前記フィルタのフィルタ特性とから、前記フィルタ段（１１〜１３）の出口における推定すべき空気の圧力ｐ’が算出されるステップ（２３０）と、
・前記粒子（４）の平均粒径ｄに依存して前記粒子（４）の所与の濃度が前記ターボ機械（３）の出力および／または寿命にどの程度悪影響を及ぼすかを示す感度スペクトルＳ（ｄ）が算出されるステップ（２３５）と、
・前記フィルタ段（１１〜１３）の出口における前記粒子（４）の前記濃度ｎ’（ｄ，）と、前記空気の前記圧力ｐ’ならびに前記感度スペクトルＳ（ｄ）と、から前記ターボ機械（３）の出力損失Ｌが算出されるステップ（２４０）と、
を含む方法（２００）。
【請求項９】
前記出力損失Ｌが所定の閾値を上回ったこと（２５０）に応答して、前記ターボ機械（３）のオンライン清掃過程がトリガされる（２６０）、かつ／または、前記ターボ機械（３）のメンテナンスが要求される（２７０）、
請求項８記載の方法（２００）。
【請求項１０】
ターボ機械（３）への空気供給部（２）用のフィルタアセンブリ（１）を動作させるための方法（３００）であって、
前記フィルタアセンブリ（１）の少なくとも１つのフィルタ段（１１〜１３）の効力（１１ａ〜１３ａ）および／またはフィルタタイプ（１１ｂ〜１３ｂ）は、前記フィルタ段（１１）の入口における粒子（４）の現在の濃度および／または推定すべき濃度ｎ（ｄ）の変化（３１０）に追従する、
方法（３００）。
【請求項１１】
前記フィルタ段（１１〜１３）の前記効力（１１ａ〜１３ａ）は、前記フィルタ段（１１〜１３）を迂回するバイパス管路（１５）の有効流路断面を増減するステップ（３２１）によって適合化される（３２０）、
請求項１０記載の方法（３００）。
【請求項１２】
フィルタの効果がフィルタへの電圧の印加によって、かつ／または、フィルタへの電流通流で動作させることによって活性化可能であるフィルタを有するフィルタ段（１１〜１３）が選択され、前記フィルタ段の前記効力（１１ａ〜１３ａ）は、電圧および／または電流を増減するステップ（３２２）によって適合化される（３２０）、
請求項１０または１１記載の方法（３００）。
【請求項１３】
前記フィルタ段（１１〜１３）の入口における前記粒子（４）の現在の濃度ｎ（ｄ）は、前記フィルタアセンブリの周辺空気中の前記粒子（４）の濃度の測定から算出される（１１１）、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法（１００〜３００）。
【請求項１４】
前記フィルタアセンブリ（１）の周辺空気中の前記粒子（４）の現在の濃度および／または推定すべき濃度は、外部データソースに関連させられ（１１２）、さらに、前記フィルタ段（１１〜１３）の入口における前記粒子（４）の現在の濃度および／または推定すべき濃度ｎ（ｄ）の算出のために使用される（１１３）、
請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法（１００〜３００）。
【請求項１５】
コンピュータプログラムであって、
コンピュータ上、および／または制御機器上、および／または組み込みシステム上で実行されるとき、前記コンピュータ、前記制御機器または前記組み込みシステムに、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法（１００〜３００）を実施させる機械可読命令を含んでいる、
コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばガスタービンまたは圧縮機などのターボ機械の空気供給部用のフィルタアセンブリを設計および／または制御するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気が圧縮されるガスタービン、圧縮機および他のターボ機械の機能は、供給された空気中の粒子によって障害を受ける可能性がある。多くの種類の粒子は、時間と共にターボ機械内に蓄積（汚損）する可能性があり、そのためタービンブレードの空気力学が変化し、これによって効率が悪化し、ターボ機械の定期的な清掃が必要になる。特定の種類の粒子は、機械的な浸食によって、かつ／または化学的な腐食によってタービンブレードに直接損傷を与える可能性もある。
【０００３】
ドイツ省エネルギー・環境保全ガス工業会（１９９１）のパンフレット「給気濾過」には、問題が詳細に説明されており、さらにターボ機械に供給される空気用のフィルタリングの適切な設計によって、停止時間とターボ機械の効率とがどのように改善され得るかが示されている。
【０００４】
U. Schirmeister、F. Mohrらによる刊行物「Impact of Enhanced GT Air Filtration on Power Output and Compressor Efficiency Degradation」（ASME Turbo Expo 2016、2016.06.13〜17、韓国、ソウル）では、給気濾過自体がターボ機械への空気供給の圧力損失を引き起こし、それによって、ターボ機械の出力が低下することが開示されている。それゆえ、粒子の最良の堆積を伴うフィルタは、経済的な観点から見ても自ずと最適なフィルタとはいえない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それゆえ、本発明の課題は、ターボ機械の空気供給のためのフィルタの設計および／または制御を体系化すると同時に自動化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は本発明により、独立請求項による方法ならびに並列的関係の独立請求項によるコンピュータプログラムによって解決される。さらなる好適な実施形態は、それらと従属関係にある従属請求項から明らかとなる。
【０００７】
本発明の枠内では、ターボ機械への空気供給部用のフィルタアセンブリを設計および／または制御するための方法が開発された。
【０００８】
この方法では、フィルタアセンブリの少なくとも１つのフィルタ段の入口に存在する空気中の粒子の現在の濃度および／または推定すべき濃度ｎ（ｄ）が、粒子の平均粒径ｄの関数として算出される。
【０００９】
この情報は、任意のやり方で得ることができる。例えば、フィルタアセンブリの設計の枠内では、ターボ機械の場所における、すなわちフィルタアセンブリの意図された使用場所における周辺空気において測定を実施することができる。同様に、フィルタアセンブリの周辺空気中の粒子の現在の濃度および／または推定すべき濃度は、例えば気象サービスまたは環境当局などの外部データソースから受け取ることができる。
【００１０】
ここでは、粒子の平均粒径ｄに依存して当該粒子の所与の濃度がターボ機械の出力および／または寿命にどの程度悪影響を及ぼすかを示す感度スペクトルＳ（ｄ）が算出される。この感度スペクトルは、経験値の大量のデータ量に基づいており、この場合、ターボ機械の出力データは、ターボ機械の入口における粒子の現在の濃度ｎ（ｄ）と相関している。
【００１１】
吸入された粒子による、動作障害あるいは損傷に対してでさえ実際のターボ機械の感受性は、一方では粒子の平均粒径に依存し、他方では実際のターボ機械に対しても大いに特異的であることが認識された。そのため、例えば、タービンブレードは、遮熱コーティングなどの薄い機能層で多重にコーディングされている。これらの層は、浸食攻撃では厚い基材よりも著しく早く破壊される。しかしながら、遮熱コーティングの破壊は、動作中に、その後の保護を失った高燃焼温度に晒された基材の直接の機能不全にもつながることになる。それゆえ、浸食を引き起こす可能性がある比較的大きな粒子の吸入は回避しなければならない。
【００１２】
また、例えば、粒子の蓄積（汚損）に対する感受性は、タービンブレードの幾何形状および材料にも大きく依存している。
【００１３】
最後に、タービンブレードの化学的腐食に対する感受性は、粒子の化学組成に依存し、この化学組成も粒子の平均粒径ｄと相関する。
【００１４】
したがって、感度スペクトルは、電離放射線に対する等価線量の生物学的有効性の評価と類似の機能を果たす。そこでは、放射線の種類に応じて、１つの同じ吸収線量の有効性は２０倍変動し得る。粒子の平均粒径ｄは、この類推において放射線の種類の機能を果たす。
【００１５】
ここにおいて、実際のターボ機械が、所定の粒径範囲の粒子による障害を受けやすいならば、これらの障害は、そのような粒子が実際に供給された空気中に含まれている場合にのみ発生する。つまり、空気濾過の種類および程度に応じた実際の必要性は、ターボ機械の場所において生じる粒径と、該粒径に依存する実際のターボ機械の感受性と、の相互作用において確定される。
【００１６】
そのため、例えば、ターボ機械の場所において出現する粒径の一部のみが、ターボ機械にそれなりの規模で障害を与えるかまたは損傷させるケースが起こり得る。したがって、これらの粒子のみを除去すれば十分である。他のすべての粒子は、フィルタアセンブリを通過させることができ、このことは複数の有利な効果をもたらす。このフィルタアセンブリは、より安価に製造することができると同時により少ない通流抵抗を有する。すなわち、ターボ機械の動作中に通流されるときの圧力損失がより僅かになる。最後に、フィルタアセンブリ内に蓄積される粒子の総数が少なくなるので、フィルタを交換しなければならなくなるまでより長期の動作時間が可能になる。
【００１７】
それゆえ、フィルタ段に使用可能でかつ／または接続可能もしくは接続解除可能な少なくとも１つのフィルタ候補に対して、濃度ｎ（ｄ）と、フィルタ候補のフィルタ特性とから、フィルタ段の出口における推定すべき粒子の濃度ｎ’（ｄ）が算出される。この濃度ｎ’（ｄ）と、感度スペクトルＳ（ｄ）と、から品質基準が算出され、フィルタ候補および／またはフィルタアセンブリに割り当てられる。
【００１８】
この品質基準は、さまざまな方法で使用できる。例えば、フィルタアセンブリの設計の際には、可能なフィルタアセンブリのリストは、事前選択を行い、さらに別の基準を含むフィルタアセンブリの最終選択を容易にするために、品質基準の値に従って分類することができる。品質基準は、例えば、勾配降下法などの自動最適化法を用いて、品質基準に関して最適なフィルタアセンブリを見つけるために使用することもできる。そのような最適化を手動プロセスで見つけることは現実的ではない。なぜなら、利用可能なフィルタのカタログは、用途領域に応じて２，０００〜２０，０００の間のフィルタを含んでおり、多段フィルタの場合には可能な組み合わせの数が多すぎるからである。
【００１９】
フィルタアセンブリの自動評価は、流体力学の既知の法則に基づいて行うことができる。粒子の平均粒径ｄと流入速度にも依存した各フィルタの堆積レートは、フィルタが流通したときに標準で詳細に検査される。つまりそれは、考慮の対象になる各フィルタに対して、フィルタの後方における推定すべき粒子の濃度ｎ’（ｄ）の計算のために利用可能である。
【００２０】
しかしながら品質基準も、例えばフィルタアセンブリをオンラインで制御するために使用することができる。そのため、例えば、フィルタ段の入口に存在する粒子の粒径に依存する濃度ｎ（ｄ）は、天候状態または季節に依存して変化し得る。したがって、例えば、個々のフィルタ段を必要に応じて活動化または非活動化させること、もしくは電気的に動作するフィルタの駆動制御を変更することは有用であり得る。そのため、例えば、所定の季節に対しては飛翔花粉の増加が現れるが、ただしこれは雨が降ると再び大幅に減少する。
【００２１】
フィルタアセンブリの事前設計のための方法が使用されているか、あるいはフィルタアセンブリのオンライン制御のための方法が使用されているかにかかわらず、効果は同じである。すなわち、粒子の堆積は、動作もしくは寿命に対して最も障害的となる粒子に集中する可能性がある。その一方で、フィルタアセンブリは、ターボ機械が問題なく許容する粒子を妨げることなく通過させる。それにより、フィルタアセンブリ内で、いつかは除去されなければならないこれらの粒子が不必要に蓄積されることはなく、さらに不要な通流抵抗が空気供給部に導入されることもない。つまり、フィルタアセンブリによって引き起こされる圧力損失は、必要なものに限定される。
【００２２】
特に好適な実施形態では、フィルタ段の出口における推定すべき粒子の濃度ｎ’（ｄ）を算出するために、付加的に、フィルタ段の入口における空気の圧力ｐが、粒子の平均粒径ｄに依存して使用される。このようにして、粒子の１つの同じ平均粒径ｄに対する、１つの同じフィルタのフィルタ性能は、フィルタの入口における流入速度に依存することを考慮することができる。そのため、例えば、低い流入速度のもとでは、粒子の移送は拡散によるものが有利であるが、一方、所定の速度範囲では、慣性力が、フィルタ内の粒子の堆積を増加させる。圧力ｐには、フィルタ段の流入によって生じる動圧も含めることができる。
【００２３】
それゆえ、さらに特に好適な実施形態では、フィルタ段の出口における推定すべき粒子の濃度ｎ’（ｄ）に対して付加的に、フィルタ段の出口における推定すべき空気の圧力ｐ’も算出される。各フィルタ段の出口における圧力ｐ’からは、各フィルタ段の出口における濃度ｎ’（ｄ）と結び付けて、さらにフィルタ段を離れる粒子の平均粒径ｄに依存する粒子の質量流量も明らかになる。ここでは特に、最後のフィルタ段を離れてターボ機械に入る粒子の質量流量が重要である。そのため、例えばフィルタアセンブリに要求されるフィルタ性能は、粒子の最大許容質量流量の形態で特定されてもよい。そのような仕様の動機は、例えば、ターボ機械の２回の清掃もしくはメンテナンスの間の期間内に吸入された全粒子は、許容範囲内の所定の規模の汚損もしくは損傷しか引き起こさないことにあり得る。特に、フィルタ段の入口における圧力ｐと、当該フィルタ段の出口における圧力ｐ’と、の間の圧力差は、データベースから呼び出すことが可能である。なぜならそれは、フィルタに対する重要なパラメータのうちの１つであり、市場で利用可能な各フィルタに対して正規化された方法で適宜測定されるからである。
【００２４】
さらに特に好適な実施形態では、感度スペクトルＳ（ｄ，Ｍ）、および／または濃度ｎ（ｄ，Ｍ）、ｎ’（ｄ，Ｍ）は、付加的に粒子の材料Ｍ、すなわち粒子の化学組成にも依存する。このようにして、粒子とフィルタもしくはターボ機械との相互作用が材料依存性であることが考慮されるならば、その後のフィルタ内の堆積、もしくは通過粒子のターボ機械への障害作用をより正確に決定することができる。そのため、例えば砂粒のような硬い粒子は、ターボ機械内ではより多くの浸食を引き起こすが、一方、塩の結晶のような反応性粒子は、ターボ機械内でより大きな腐食に寄与する。フィルタ内では、粒子が例えば静電気力またはファンデルワールス力のような物理的な力作用によってフィルタ材料に結合されると粒子は堆積する。これらの力作用は材料依存性である。
【００２５】
好適には、フィルタアセンブリは、空気の通流方向に相前後して接続された複数の段から選択される。したがって、上述したように、特に、各フィルタ段がその通流抵抗によって圧力差を生じる結果として生じるフィルタ段の間の相互作用を考慮することができる。
【００２６】
好適には、フィルタアセンブリは、当該フィルタアセンブリの通流抵抗が、品質基準に対する所定の境界条件のもとで最適化されるように、１つ以上のフィルタ候補から形成される。通流抵抗が小さいほど、圧力損失も少なくなり、ターボ機械の効率が改善される。同時に、空気供給部内に必要量のフィルタ材料のみが存在することにより、当該空気供給部内にも必要量の粒子のみが堆積することが引き起こされる。このことは、フィルタの受け入れ容量が使い果たされてフィルタを交換しなければならない、避けられない時点を先に延ばす。
【００２７】
それゆえ、別の好適な実施形態では、最適化が付加的な境界条件のもとで少なくとも１つのフィルタ段の停止時間に関して実施される。このようにして、この停止時間と、ターボ機械の出力と、ターボ機械の寿命と、の間の目標対立に対する適切な妥協的解決手段を得ることもできる。フィルタがより効果的ならば、ターボ機械の出力は、通流抵抗の増加によって低下する。それと引き替えに、ターボ機械の寿命は延び、メンテナンスコストが低減される。なぜならターボ機械に作用する粒子がより少なくなるからである。しかしながらこれもまた、フィルタがより早期にいっぱいになり交換しなければならないこととの引き替えによって獲得されるものである。さほど効果的ではないフィルタは、後でいっぱいになり、より小さな通流抵抗により、ターボ機械は、今やここではより多くの出力を供給する。それと引き替えに、このターボ機械は早めに清掃または修理する必要がある。なぜならより多くの粒子が入り込んで付着しているからである。
【００２８】
前述の考察から続いて、本発明は、事前設計とは切り離されて全般的に、ターボ機械への空気供給部用のフィルタアセンブリを動作させるための方法にも関している。
【００２９】
この方法では、少なくとも１つのフィルタ段の入口に存在する空気中の粒子の現在の濃度および／または推定すべき濃度ｎ（ｄ）が、粒子の平均粒径ｄの関数として算出される。フィルタ段に存在する少なくとも１つのフィルタに対して、濃度ｎ（ｄ）と、フィルタのフィルタ特性と、からフィルタ段の出口における推定すべき粒子の濃度ｎ’（ｄ）が算出される。フィルタ段の入口における空気の圧力ｐと、フィルタのフィルタ特性と、からフィルタ段の出口における推定すべき空気の圧力ｐ’が算出される。ここでは、粒子の平均粒径ｄに依存して当該粒子の所与の濃度がターボ機械の出力および／または寿命にどの程度悪影響を及ぼすかを示す感度スペクトルＳ（ｄ）が算出される。
【００３０】
フィルタ段の出口における粒子の濃度ｎ’（ｄ）と、空気の圧力ｐ’および感度スペクトルＳ（ｄ）と、からターボ機械の出力損失Ｌが算出される。
【００３１】
この出力損失Ｌは、例えば、ターボ機械に入る粒子の量Ｑと結び付けられてもよい。濃度ｎ’（ｄ）と圧力ｐ’とから質量流量が生じ、時間に関する積分によって量Ｑが提供される。例えば、汚損の結果としてのターボ機械の効率の損失は、特にターボ機械内に堆積した粒子の総量に依存することが認識された。例えば浸食および／または腐食による損傷の程度も、決定的には、最後のメンテナンス以降の粒子の総分量によって決定され得る。したがって、出力損失Ｌの算出は、好適には、ターボ機械内に入る粒子の量Ｑの算出を含む。
【００３２】
出力損失Ｌが決定されると、ターボ機械の清掃またはメンテナンスが必要とされる時点が状態に依存して決定され得る。もはや一定の動作時間毎にこの清掃またはメンテナンスを行うことは必ずしも必要ではなく、この場合、所要の安全上の余裕度に基づいて、常に、ある程度の残留動作時間が「贈呈」されている。
【００３３】
それゆえ、特に好適な実施形態では、出力損失Ｌが所定の閾値を上回ったことに対する応答ステップにおいて、ターボ機械のオンライン清掃過程がトリガされ、かつ／またはターボ機械のメンテナンスが要求される。
【００３４】
冒頭において既に述べたように、フィルタ段の入口における粒子の濃度ｎ（ｄ）は、必ずしも静的でなければならないというわけではなく、むしろ例えば季節的にもしくは天候状態に基づいて変化し得る。それゆえ、本発明は、全般的に、ターボ機械への空気供給部用のフィルタアセンブリを動作させるための方法にも関している。この方法では、フィルタアセンブリの少なくとも１つのフィルタ段の効力および／またはフィルタタイプを、当該フィルタ段の入口における粒子の現在の濃度および／または推定すべき濃度ｎ（ｄ）の変化に追従させる。
【００３５】
その際、フィルタ段の出口における推定すべき粒子の濃度ｎ’（ｄ）および／またはフィルタ段の出口における推定すべき空気の圧力ｐ’に対するこの追従の効果は、特に、前記のフィルタアセンブリを設計および／または制御するための方法に対する説明と類似のやり方で決定され得る。つまり、これに関する開示の範囲は、動作させるための方法に対して完全に使用可能である。
【００３６】
既に上述したように、これによって、ターボ機械用の給気濾過を実際の要求に適合化させることが可能になる。例えば、周辺空気が大雨の後で非常にきれいであるならば、より多くの空気質量流量をターボ機械に通過させる著しく弱いフィルタリングを設定することができる。同様に、例えば花粉用もしくは黄砂用に特別に設けられたフィルタは、まさに、周辺空気においてこの種の粒子が実際に想定されているときに接続させることができる。したがって、この種の特別なフィルタは、一方では不必要に汚染されず、他方ではフィルタアセンブリの通流抵抗に常時寄与することはない。
【００３７】
例えば、フィルタ段の効力は、フィルタ段を迂回するバイパス管路の有効流路断面を増減することによって適合化され得る。この目的のために、例えば、方向制御弁または比例弁を使用することができる。
【００３８】
しかしながら、例えば、その効果がフィルタへの電圧の印加によって、かつ／またはフィルタへの電流通流で動作させることによって活性化可能であるフィルタを有するフィルタ段を選択することも可能である。その後のフィルタ段の効力は、電圧および／または電流を増減することによって適合化され得る。これに対する一例は、塵埃粒子が放電電極を介して帯電され、引き続きこれによって塵埃粒子が堆積電極に堆積する集塵器がある。
【００３９】
説明した方法のすべてにおいて、好適には、フィルタ段の入口における粒子の現在の濃度ｎ（ｄ）は、フィルタアセンブリの周辺空気中の粒子の濃度の測定から算出することができる。したがって、例えば降雨の結果としての減少、あるいはターボ機械の近傍における建設作業による増加などの変化に対しては、特に適時に反応することができる。
【００４０】
さらに、説明した方法のすべてにおいて、フィルタアセンブリの周辺空気中の粒子の現在の濃度および／または推定すべき濃度は、外部データソースに関連させることができ、さらに、フィルタ段の入口における粒子の現在の濃度および／または推定すべき濃度ｎ（ｄ）の算出のために使用することができる。例えば、気象サービスからの気象データを用いて、雨が降るか、あるいは黄砂がターボ機械の場所に吹き込むことが予測できる。
【００４１】
説明された方法は、特に完全にまたは部分的にコンピュータ制御されて実行することができる。対応するソフトウェアは、特に、例えば既存の設計または制御ソフトウェア用の更新またはアップグレードとして販売することができ、その限りでは独立した製品である。それゆえ、本発明は、それがコンピュータ上および／または制御機器上および／または組み込みシステム上で実行されるときに、当該コンピュータ、制御機器、もしくは組み込みシステムに、説明された方法のうちの１つ以上を実施させる機械可読命令を備えたコンピュータプログラムにも関する。同様に、本発明は、コンピュータプログラムを備えた機械可読データ媒体またはダウンロード製品にも関する。
【００４２】
本方法は、特にターボ機械として例えばガスタービンおよび圧縮機に適用可能であるが、これらに限定されるものではない。
【００４３】
詳細な説明部分
以下では、本発明の対象を図面に基づき説明するが、本発明の対象はこれによって限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】ターボ機械３への空気供給部２の上流のフィルタアセンブリ１の例示的な効果を示した図
【図２】フィルタアセンブリ１を駆動制御および／または設計するための方法１００の実施例を示した図
【図３】フィルタアセンブリ１を動作させるための方法２００の実施例を示した図
【図４】フィルタアセンブリ１を動作させるための方法３００の実施例を示した図
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１は、ターボ機械３への空気供給部２の上流に配置されているフィルタアセンブリ１の効果を概略的に示しており、関与するサイズを明らかにしている。
【００４６】
フィルタアセンブリ１は、相前後して接続されたフィルタ段１１〜１３を含む。見やすくするために、図１では第１のフィルタ段１１の作用のみがより詳細に示されており、他のフィルタ段１２，１３の存在は単純に示されているだけである。
【００４７】
ターボ機械３は、第１のフィルタ段１１の通過前に圧力ｐを有する空気を吸入する。フィルタ段１１は、より低い圧力ｐ’に向かって圧力損失を引き起こす。フィルタ段１１の役割は、粒子４を空気から濾過することである。各粒子４は粒径ｄを有し、材料Ｍからなる。粒子４は、フィルタ段１１の通過前は濃度ｎ（ｄ，Ｍ）で存在し、この濃度ｎ（ｄ，Ｍ）は、粒子４の平均粒径ｄにも材料Ｍにも依存している。この濃度ｎ（ｄ，Ｍ）は、フィルタ段１１によって濃度ｎ’（ｄ，Ｍ）に低減される。
【００４８】
フィルタアセンブリ１の設計では、特にフィルタ段１１に対するさまざまなフィルタ候補１４を検査することができ、それに対しては図１には示されていない品質基準１４ａを用いて、それぞれのフィルタ性能がターボ機械３の要求に対してどの程度適合しているかを評価することができる。
【００４９】
フィルタ性能へのターボ機械３の要件は、感度スペクトルＳ（ｄ，Ｍ）にあり、これは、材料Ｍからなりかつ平均粒径ｄを有する粒子４がそれぞれターボ機械３の動作もしくは寿命に対してどのくらい障害的に悪影響を及ぼしているかを示す。図１中の対応する線図は、見やすくするために、二次元で示されている。この線図は、本来は、その高さＳ（ｄ，Ｍ）が座標ｄおよびＭに依存する三次元の起伏図でなければならないものであろう。
【００５０】
図１には、フィルタ段１１をバイパス管路１５によって迂回することができることが示されている。したがって、例えば、フィルタ性能は、供給空気中の粒子４の変動する濃度ｎ（ｄ，Ｍ）に適合化され得る。
【００５１】
図２は、フィルタアセンブリ１を設計および／または制御するための方法１００の一実施例を示す。任意選択的なステップ１０５では、複数のフィルタ段１１〜１３からなるフィルタアセンブリ１が選択される。
【００５２】
ステップ１１０では、少なくとも１つのフィルタ段１１〜１３の入口における粒子４の濃度ｎ（ｄ，Ｍ）が決定される。このことは、ステップ１１１に従って直接測定によって行うことができる。代替的にまたは組み合わせの中で、ステップ１１２に従って周辺空気中の粒子濃度を外部データソースから呼び出し、ステップ１１３に従って濃度ｎ（ｄ，Ｍ）を算出するために使用することができる。
【００５３】
ステップ１３０では、フィルタ段１１〜１３の出口における推定すべき粒子濃度ｎ’（ｄ，Ｍ）が決定される。その際は特にステップ１３１に従って、付加的に、フィルタ段の入口における空気の圧力ｐも使用することができ、さらにステップ１３２に従って、付加的に、フィルタ段１１〜１３の出口における推定すべき圧力ｐ’を算出することができる。
【００５４】
このことには依存せずに、ステップ１２０では、粒子４に対するターボ機械３の感度スペクトルＳ（ｄ，Ｍ）が算出される。ステップ１４０では、フィルタ段１１〜１３の出口における粒子の残留濃度ｎ’（ｄ，Ｍ）および圧力ｐ’と結び付けて、当該感度スペクトルＳ（ｄ，Ｍ）から、現在フィルタ段１１〜１３内で使用されているフィルタ候補１４に対する品質基準１４ａもしくは全体としてのフィルタアセンブリ１に対する品質基準１ａが算出される。ステップ１５０では、品質基準１ａ，１４ａに対する所定の境界条件を維持しながら、フィルタアセンブリ１の通流抵抗を最適化するフィルタ候補１４がここで見つけられ得る。ステップ１５１によれば、少なくとも１つのフィルタ段１１〜１３の停止時間が、さらなる境界条件を形成し得る。
【００５５】
図３は、フィルタアセンブリ１を動作させるための方法２００の一実施例を示す。ステップ２１０では、少なくとも１つのフィルタ段１１〜１３の入口における粒子４の濃度ｎ（ｄ，Ｍ）が算出される。ステップ２２０では、フィルタ段１１〜１３の出口における推定すべき粒子４の濃度ｎ’（ｄ，Ｍ）が算出される。さらに、ステップ２３０では、入口側の圧力ｐから出口側の圧力ｐ’までの圧力損失が算出される。ステップ２３５では、粒子４の平均粒径ｄに依存して当該粒子４の所与の濃度がターボ機械３の出力および／または寿命にどの程度悪影響を及ぼすかを示す感度スペクトルＳ（ｄ）が算出される。ステップ２４０では、濃度ｎ’（ｄ，Ｍ）と、出口側の圧力ｐ’ならびに感度スペクトルＳ（ｄ）と、から出力損失Ｌが算出される。
【００５６】
ステップ２５０では、出力損失Ｌが所定の閾値を上回っているかどうかが検査される。閾値を上回っていない（真理値０）ならば、何もしない。閾値を上回っている（真理値１）ならば、ステップ２６０においてターボ機械３のオンライン清掃過程がトリガされ、かつ／またはステップ２７０においてターボ機械３のメンテナンスが要求される。
【００５７】
図４は、フィルタアセンブリ１を動作させるための方法３００の一実施例を示す。ステップ３１０では、フィルタ段１１〜１３の入口における粒子の現在の濃度および／または推定すべき濃度ｎ（ｄ，Ｍ）の変化が識別される。これに対してステップ３２０では、フィルタ段１１〜１３の効力１１ａ〜１３ａおよび／またはフィルタタイプ１１ｂ〜１３ｂの適合化によって反応する。この目的のために、ステップ３２１によれば、例えば弁の開閉によって、バイパス管路１５の有効流路断面を変更することができる。ステップ３２２によれば、フィルタ段１１〜１３の電気的駆動制御を変更することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１              フィルタアセンブリ
１ａ            フィルタアセンブリ１の品質基準
１１〜１３      フィルタアセンブリ１のフィルタ段
１１ａ〜１３ａ  フィルタ段１１〜１３の効力
１１ｂ〜１３ｂ  フィルタ段１１〜１３のフィルタタイプ
１４            フィルタ段１１〜１３のフィルタ候補
１４ａ          フィルタ候補１４の品質基準
１５            フィルタアセンブリ１内のバイパス管路
２              ターボ機械３への空気供給部
３              ターボ機械
４              粒子
１００          フィルタアセンブリ１を設計および／または制御するための方法
１０５          段１１〜１３を有するフィルタアセンブリ１の選択
１１０          粒子４の濃度ｎ（ｄ，Ｍ）の算出
１１１          濃度ｎ（ｄ，Ｍ）の測定
１１２          外部データソースへの濃度の問合せ
１１３          外部データを用いた濃度ｎ（ｄ，Ｍ）の算出
１２０          感度スペクトルＳ（ｄ，Ｍ）の算出
１３０          フィルタ段１１〜１３通過後の濃度ｎ’（ｄ，Ｍ）の算出
１３１          フィルタ段１１〜１３通過前の圧力ｐの考慮
１３２          フィルタ段１１〜１３通過後の圧力ｐ’の算出
１４０          品質基準１ａ，１４ａの算出
１５０          品質基準１ａ，１４ａに対する境界条件を用いた最適化
１５１          境界条件としてのフィルタ段１１〜１３の停止時間
２００          フィルタアセンブリ１を動作させるための方法
２１０          粒子４の濃度ｎ（ｄ，Ｍ）の算出
２２０          フィルタ段１１〜１３通過後の濃度ｎ’（ｄ，Ｍ）の算出
２３０          フィルタ段１１〜１３通過後の圧力ｐ’の算出
２３５          感度スペクトルＳ（ｄ）の算出
２４０          ターボ機械３の出力損失の算出
２５０          出力損失Ｌに対する閾値を上回ったかどうかの検査
２６０          ターボ機械３のオンライン清掃過程のトリガ
２７０          ターボ機械３のメンテナンスの要求
３００          フィルタアセンブリ１を動作させる方法
３１０          濃度ｎ（ｄ，Ｍ）の変化の識別
３２０          効力１１ａ〜１３ａおよび／またはフィルタタイプ１１ｂ〜１３ｂの適合化
３２１          バイパス管路１５の流路断面の変更
３２２          フィルタ段１１〜１３の電気的駆動制御の変更
ｄ              粒子４の粒径
Ｌ              ターボ機械３の出力損失
Ｍ              粒子４の材料
ｎ              フィルタ段１１〜１３通過前の粒子４の濃度
ｎ’            フィルタ段１１〜１３通過後の粒子４の濃度
ｐ              フィルタ段１１〜１３通過前の空気の圧力
ｐ’            フィルタ段１１〜１３通過後の空気の圧力
Ｑ              ターボ機械３内に入る粒子４の量
Ｓ              ターボ機械３の感度スペクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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