(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンを長期間動作させると、部品の性能が劣化することがあり、その結果、動作条件が当初想定された条件から変化し、所望の動作条件とは異なる状態で動作することがあるため、状態を監視し、所望の動力出力が得られるようにする必要がある。【解決手段】制御モジュール３２は、シミュレーションモデルから生成されたモデル化データと測定データとを受け取り、モデル化データと測定データとの差を判定し、この差をフィルタリングして補正値を決定する補正係数モジュールと、補正値を分析し、分析に基づいて部品に関する警報を発生する性能監視モジュールとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シミュレーションモデル（４２）から生成されたモデル化データ（４４）と測定されたデータ（５２）とを受け取り、前記モデル化データ（４４）と前記測定データ（５２）との差を判定し、前記差をフィルタリングして補正値（５４）を決定する補正係数モジュール（３６）と、
前記補正値（５４）を分析し、前記分析に基づいて部品に関する警報（５６）を発する性能監視モジュール（３８）とを備えるシステム。
【請求項２】
別の測定データ（４０ａ〜４０ｎ）を受け取り、前記別の測定データ（４０ａ〜４０ｎ）及び前記シミュレーションモデル（４２）に基づいてモデル化データ（４４）を生成するデータモデリングモジュール（３４）を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記データモデリングモジュール（３４）が更に、前記シミュレーションモデル（４２）に基づいてモデル化された制御データ（４６）を生成する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記補正係数モジュール（５４）が、前記モデル化データ（４４）と前記測定データ（５２）の少なくとも１つを正規化し、
前記正規化されたモデル化データ（４４）と前記測定データ（５２）の少なくとも１つに基づいて、前記モデル化データ（４４）と前記測定データ（５２）との前記差が判定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記補正値（５４）の前記分析に、１以上の所定の条件との比較、及び補正値履歴との比較の少なくとも１つが含まれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記補正値履歴との前記比較に、前記補正値の変化率と所定の閾値との比較が含まれる、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
ガスタービンエンジンシステム（１０）の性能を監視するシステムであって、
リアルタイムのガスタービンエンジンのシミュレーションモデル（４２）から生成されたモデル化データ（４４）と、リアルタイムでガスタービンエンジンから検知された測定データ（５２）とを受け取り、前記モデル化データ（４４）と前記測定データ（５２）との差を判定し、前記差をフィルタリングして補正値（５４）を決定する補正係数モジュール（３６）と、
前記補正値（５４）を分析し、前記分析に基づいて部品に関する警報（５６）を発する性能監視モジュール（３８）とを有するシステム。
【請求項８】
前記ガスタービンエンジン（１０）からリアルタイムで検知された別の測定データ（４０ａ〜４０ｎ）を受け取り、前記シミュレーションモデル（４２）と前記別の測定データ（４０ａ〜４０ｎ）とに基づいて前記モデル化データ（４４）を生成するデータモデリングモジュール（３４）を更に備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記データモデリングモジュール（３４）が更に、前記シミュレーションモデル（４２）に基づいてモデル化制御データ（４６）を生成する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記モデル化制御データ（４６）を受け取り、前記モデル化制御データ（４６）に基づいて、前記ガスタービンエンジン（１０）の部品とサブ部品の少なくとも１つを制御する部品制御モジュール（３２）を更に備える、請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンの性能を監視するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、例えば航空機、列車、船舶、発電機、及び戦車の動力源として用いられる。ガスタービンエンジンは、基本的に、圧縮機、燃焼器、及びタービンの３つの主要な部品を含んでいる。制御システムにより、ガスタービンエンジンの状態を監視し、これらの部品の１以上のアクチュエータを制御することで、所望の動力出力が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６３４３２５１号明細書
【特許文献２】米国特許第６４６６８５８号明細書
【特許文献３】米国特許第６５３２４１２号明細書
【特許文献４】米国特許第６８２３６７５号明細書
【特許文献５】米国特許第６９６２０４３号明細書
【特許文献６】米国特許第７２０３５４４号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００７／００７３５２５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガスタービンエンジンを長期間動作させると、１以上の部品の性能が劣化することがある。例えば、流量容量やその他の動作条件が当初想定された条件から変化することがある。劣化が進むにつれて、ガスタービンエンジンを制御し、調整することが困難になる。その結果、ガスタービンエンジンが所望の動作状態とは異なる状態で動作することがある。場合によっては、ガスタービンエンジンを所望ではない状態で動作させることにより、部品の耐久性に問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態では、システムは、シミュレーションモデルから生成されたモデル化データと測定データとを受け取り、モデル化データと測定データとの差を判定し、この差をフィルタリングして補正値を決定する補正係数モジュールと、補正値を分析し、この分析に基づいて部品に関する警報を発する性能監視モジュールとを有する。
【０００６】
本発明の別の実施形態では、ガスタービンエンジンの性能を監視するシステムを開示する。このシステムは、リアルタイムのガスタービンエンジンのシミュレーションモデルから生成されたモデル化データと、リアルタイムでガスタービンエンジンから検知された測定データとを受け取り、モデル化データと測定データとの差を判定し、この差をフィルタリングして補正値を決定する補正係数モジュールと、この補正値を分析し、この分析に基づいて部品に関する警報を発する性能監視モジュールとを有する。
【０００７】
本発明の更に別の実施形態では、ガスタービンエンジンの性能を監視する方法を開示する。この方法は、リアルタイムでガスタービンエンジンから検知された測定データを受け取るステップと、測定データと、リアルタイムのガスタービンエンジンのシミュレーションモデルから生成されたモデル化データとの差を判定するステップと、この差をフィルタリングして補正値を決定するステップと、分析に基づいて部品に関する警報を発するステップとを含む。
【０００８】
添付図面に関連して後述する詳細な説明により、上記その他の利点及び特徴が更に理解されよう。
【０００９】
添付図面に関連して、本発明に係る、上記その他の利点及び特徴を詳説する。本発明の企図は、添付の特許請求の範囲に明記されている。
【００１０】
以下に、本発明に係る、上記その他の目的、利点及び特徴を詳説する添付図面について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の例示的な実施形態に係るガスタービンエンジンシステムを示す機能ブロック図である。
【図２】例示的な実施形態に係る図１のガスタービンエンジンシステムの制御モジュールのデータ流れ図である。
【図３】例示的な実施形態に係る図２の制御モジュールによって実行可能な部品の性能を監視する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
添付図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。
【００１３】
図１に、本発明の例示的な実施形態に係る、部品のリアルタイム性能監視システムを含むガスタービンエンジンシステム１０を示す。様々な実施形態では、ガスタービンエンジンシステム１０には、圧縮機１２と、燃焼器１４と、タービン１６とが含まれる。タービン１６は、圧縮機軸（図示せず）を介して圧縮機１２に連結されている。燃焼器１４は、圧縮機１２とタービン１６との間に配置されている。
【００１４】
周囲空気は、圧縮機１２に引き込まれ、その内部で圧縮される。この圧縮空気は、燃焼器１４に供給される。燃料は、燃料噴射システム１８から燃焼器１４内の圧縮空気へと供給される。空気／燃料の混合物が燃焼器１４内で燃焼され、圧縮ガスのエネルギ含有量が増大する。高エネルギガスは、タービン１６の第１組の羽根を通過し、タービン１６を回転させる。タービンの回転により、圧縮機軸を介して圧縮機１２に機械的に動力が供給される。
【００１５】
様々な実施形態では、創出された高圧、高速度の排ガスがノズル（図示せず）を通過し、膨張することで、熱排ガスが加速され、大気へと戻る推力を生ずる。様々な別の実施形態では、創出された排ガスが、第２のタービン羽根（図示せず）を通過し、それによってタービン１６に連結された出力軸（図示せず）が回転する。様々な実施形態では、出力軸が発電機（図示せず）に連結されている。出力軸の機械的エネルギは、発電機により、電気エネルギに変換される。
【００１６】
例示的なガスタービンエンジンシステム１０の動作は、１以上のセンサ３０ａ〜３０ｎによって監視される。センサ３０ａ〜３０ｎは、ガスタービンエンジンシステム１０、発電機及び／又は周囲環境から観察可能な様々な状態を検知し、測定する。一実施形態では、センサ３０ａ〜３０ｎとして、ガスタービンエンジンシステム１０の様々な位置において様々なパラメータを測定する温度センサ、圧力センサ、湿度センサ、燃料流量センサ、速度センサ、火炎検知センサ、バルブ位置センサ、案内翼角度センサ等が含まれる。１以上の冗長センサ３１も同様にガスタービンエンジンシステム１０から観察可能な様々な状態を検知し、測定する。
【００１７】
制御モジュール３２は、１以上のセンサ３０ａ〜３０ｎが発生する信号を受信する。この信号に基づいて、制御モジュール３２は、ガスタービンエンジンシステム１０の１以上の部品を制御する。開示の実施形態では、制御モジュール３２は更に、部品のリアルタイムの性能を監視して、部品の現在の状態を判定する。
【００１８】
図２に、本発明の例示的な実施形態に係る制御モジュール３２をより詳細に示す。制御モジュール３２には、１以上のサブモジュールとデータストアとが含まれる。本明細書において、モジュール及びサブモジュールという用語は、特定用途向けの集積回路（ＡＳＩＣ）、電子回路、プロセッサ（共用、専用又はグループ）、及び１以上のソフトウェア又はファームウェアプログラムを実行するメモリ、組み合わせ論理回路、及び／又はこれらの機能を実現可能なその他の適宜の部品を指す。
【００１９】
明らかなように、図２に示すサブモジュールは、ガスタービンエンジンシステム１０（図１）を同様に制御し、及び／又はガスタービンエンジンシステム１０（図１）の性能を監視するために組み合わせられ、及び／又は更に区分されてよい。この実施形態では、制御モジュール３２には、データモデリングモジュール３４、補正係数モジュール３６、性能監視モジュール３８、及び部品制御モジュール４０が含まれる。
【００２０】
データモデリングモジュール３４は、入力として、ガスタービンエンジンシステム１０（図１）の１以上のセンサ３０ａ〜３０ｎ（図１）が発生する１以上の測定データ信号４０ａ〜４０ｎと、所定のシミュレーションモデル４２とを受信する。
【００２１】
測定データ信号に基づいて、データモデリングモジュール３４は、所定のシミュレーションモデル４２の動作を実行する。シミュレーションモデル４２は、例えば物理ベースの空気熱力学コンピュータモデル、回帰適合モデル、ニューラルネットモデル、及び／又はガスタービンエンジンシステム１０（図１）の１以上の特徴をシミュレートするその他の適宜のモデルであってよい。所定のシミュレーションモデル４２の動作の実行に基づいて、データモデリングモジュール３４は、モデル化された比較データ４４と、ガスタービンエンジンシステム１０（図１）に対応するモデル化された制御データ４６とを生成する。
【００２２】
一実施形態では、モデル４２には、ガスタービンエンジンシステム１０（図１）のシミュレーションが含まれる。この実施形態では、測定データ信号４０ａ〜４０ｎには、周囲条件、入口案内翼の角度、燃料の量、及びタービンの回転速度が含まれる。データモデリングモジュール３４は、これらの測定データ信号４０ａ〜４０ｎに基づいて動作を実行し、モデル化された比較データ４４とモデル化された制御データ４６とを生成する。この実施形態では、モデル化された比較データ４４として、モデル化された電力出力、モデル化されたタービン排ガス温度、及び／又はモデル化された圧縮機の条件が含まれる。モデル化された制御データ４６として、所望の燃料流量等の所望の値を含めることができる。
【００２３】
部品制御モジュール４０は、入力としてモデル化された制御データ４６、及び任意でその他の測定データ信号（入力は図示せず）を受信する。入力に基づいて、コンピュータ制御モジュール４０は、制御信号４８を介してガスタービンエンジンシステム１０（図１）の１以上の部品の動作を制御し、及び／又は１以上の部品の動作予告５０を生成する。
【００２４】
一実施形態では、部品制御モジュール４０には、所望の燃料流量が入力され、部品制御モジュール４０は、燃焼器１２（図１）への燃料システム１８（図１）の実際の燃料流量が所望の燃料流量になるように、又はそれに近くなるように制御する。
【００２５】
補正係数モジュール３６には、モデル化された比較データ４４と、モデル化された比較データ４４に関連する測定データ信号５２とが入力される。一実施形態では、測定データ信号５２は、冗長センサ３１の１つが生成した冗長測定信号であってよい。
【００２６】
補正係数モジュール３６は、モデル化された比較データ４４と測定データ信号５２とを正規化し、正規化されたモデル化比較データ４４と正規化された測定データとを比較してその差を判定する。次いで補正係数モジュール３６は、その差をフィルタリングして補正係数５４を決定する。一実施形態では、フィルタはカルマンフィルタであってよい。
【００２７】
様々な実施形態では、補正係数５４として、差がゼロ又はゼロに近い場合（例えば所定値未満）に値が１．０のデータ照合乗数（ＤＭＭ）が含まれる。関連する部品の性能が劣化し、差が増大（又は低減）すると、ＤＭＭの値は１．０未満又は１．０以上に調整される。
【００２８】
様々な実施形態では、シミュレーションモデル４２は、調整可能なパラメータを含むリアルタイムの適応型モデルである。調整可能なパラメータは、リアルタイムで自動的に調整可能であり、これによって、モデル４２を可変的な条件に適合させることができる。この場合、データモデリングモジュール３４には更に、補正係数５４が入力される。データモデリングモジュール３４は、補正係数５４に基づいて調整可能なパラメータを調整して、シミュレーションモデル４２を劣化した部品に適応させる。
【００２９】
性能監視モジュール３８には、補正係数５４が入力される。性能監視モジュール３８は、それぞれの部品についての補正係数５４の変化をトラッキングする。変化又は補正係数５４の直接分析に基づいて、性能監視モジュール３８は、部品に関する警報信号５６を生成する。一実施形態では、性能監視モジュール３８は、補正係数５４と所定の条件とを比較すること、補正係数５４又は変化とガスタービンエンジンシステム１０の履歴値とを比較すること、補正値の変化率と所定の閾値とを比較することの少なくとも１つを行うことによって、変化又は補正係数５４を分析する。
【００３０】
様々な実施形態では、部品に関する警報信号５６には、部品の状態に対応した所定の診断コードが設定される。様々な実施形態では、部品に関する警報信号５６には、診断コードが含まれる。診断コードを、制御モジュール３２（図１）に直接、又はワイヤレスで接続され、及び／又は例えばテレマティックスシステム等を介して遠隔地に送信されるサービスツールを用いて検索してもよい。様々な別の実施形態では、部品に関する警報信号５６として、表示ランプを点灯させて警報を発することで、部品の状態を示す。様々別の実施形態では、部品に関する警報信号５６として、音が鳴ると部品に関する警報を発する音響装置を起動させるオーディオ警報信号を含んでいてもよい。
【００３１】
明らかなように、部品に関する警報信号５６は、ガスタービンエンジンシステム１０（図１）の技術者及び／又はオペレータに認識可能である。部品に関する警報信号５６に基づいて、技術者及び／又はオペレータは、部品の保守を決定し、これをスケジューリングし、次の動作の前に部品の異物、異物による損傷又はその他のハードウェアの故障の検査を行ったり、部品に損傷が発生する前にガスタービンエンジンの動作を停止させたりすることができる。
【００３２】
図３を参照しながら、引き続き図２を参照されたい。この流れ図に、例示的な実施形態に係る図２の制御モジュール３２によって実行可能な部品の性能監視方法を示す。開示内容から明らかなように、この方法の動作の順序は、図３に示したものに限らず、本開示に基づいて１以上の異なる適宜のものであってよい。明らかなように、この方法の企図から逸脱することなく、この方法の１以上のステップを、図３に示す方法に追加しても、削除してもよい。
【００３３】
様々な実施形態では、この方法は所定の事象に基づいて、及び／又は選択された時間に実行されるようにスケジューリングされている。様々な別の実施形態では、この方法は、ガスタービンエンジンシステム１０（図１）の動作中に継続的に実行されるようにスケジューリングされている。
【００３４】
例示的な実施形態では、この方法はステップ２００から始まる。ステップ２１０で、測定データ信号４０ａ〜４０ｎを受信する。ステップ２３０で、測定データ信号４０ａ〜４０ｎに基づいてモデル４２の動作を実行し、モデル化された比較データ４４を生成する。ステップ２３０で、モデル化された比較データ４４及び対応する冗長測定データ５２を正規化する。ステップ２４０で、正規化されたデータ値を比較し、その差を判定する。ステップ２５０で、（上述のように）その差をフィルタリングして補正係数５４を決定する。
【００３５】
ステップ２６０で、補正係数５４を評価する。ステップ２６０で、補正係数５４が所定の判定基準に満ない場合（例えば所定範囲内にない、所定値に等しくない、所定値を上回ったり下回ったりする等）は、ステップ２７０で、部品に関する警報信号５６を生成し、測定された入力値を受け取ることによって、方法はステップ２１０に戻って継続される。或いは、ステップ２６０で、補正係数５４が所定の判定基準に満ない場合は、ステップ２８０で部品に関する警報信号５６をクリアし、測定された入力値を受け取ることによって、方法はステップ２１０に戻って継続する。
【００３６】
明らかなように、この方法は、ガスタービンエンジンシステム１０（図１）の各々の部品、及び／又はガスタービンエンジンシステム１０（図１）のサブ部品に対して個別に、又はまとめて適用可能である。
【００３７】
以上、本発明を一部の実施形態のみを取り上げて詳細に説明してきたが、本発明の実施形態はこれらに限られないことが容易に理解できよう。むしろ、本明細書に記載されていないものの、本発明の範囲および本質に準ずるあらゆる改変、変更、代替、または等価の措置を含めて本発明を修正することができる。更に、いくつかの実施形態を述べたが、本発明の態様として、本明細書に記載の実施形態の一部を含むだけで良いことも理解できよう。従って、本発明は上述の説明によって限定されることなく、添付の特許請求の範囲に基づいて解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００３８】
１０  タービンエンジンシステム
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  タービン
１８  燃料噴射システム
３０ａ  センサ
３０ｂ  センサ
３０ｃ  センサ
３０ｄ  センサ
３０ｅ  センサ
３０ｆ  センサ
３０ｇ  センサ
３０ｈ  センサ
３０ｉ  センサ
３０ｊ  センサ
３０ｋ  センサ
３０ｌ  センサ
３０ｍ  センサ
３０ｎ  センサ
３１  冗長センサ
３２  制御モジュール
３４  データモデリングモジュール
３６  補正係数モジュール
３８  性能監視モジュール
４０  部品制御モジュール
４０  測定データ信号
４０ａ  測定データ信号
４０ｂ  測定データ信号
４０ｃ  測定データ信号
４０ｄ  測定データ信号
４０ｅ  測定データ信号
４０ｆ  測定データ信号
４０ｇ  測定データ信号
４０ｈ  測定データ信号
４０ｉ  測定データ信号
４０ｊ  測定データ信号
４０ｋ  測定データ信号
４０ｌ  測定データ信号
４０ｍ  測定データ信号
４０ｎ  測定データ信号
４２  所定のシミュレーションモデル
４４  モデル化された比較データ
４６  モデル化された制御データ
４８  制御信号
５０  予告
５２  測定データ信号
５４  補正係数
５６  部品に関する警報信号
２００  開始する
２１０  受信する
２２０  生成する
２３０  データを正規化する
２４０  差を判定する
２５０  補正係数を決定
２６０  補正係数を評価する
２６０  所定の基準を満たしているか判定する
２７０  生成する
２８０  クリアする
【図１】
2010090896.tif 000003
【図２】
2010090896.tif 000004
【図３】
2010090896.tif 000005