(57)【要約】【課題】タービン空力モデルの検証及び較正の手段を提供し、また排気冷却機構の混合を検証するために、排ガス速度プロファイルの測定のための計装を提供する。吸入口調整手段の混合の検証を可能にするために、タービン・エンジン圧縮機吸入口流れの質量流れプロファイルの測定のための計装を提供する。圧縮機抽気質量流量のレベルを能動的に制御する能力を提供するために、圧縮機抽気管での流れ密度を正確に測定する計装を提供する。【解決手段】タービン・エンジンにおいて流路の一部での流れプロファイルを測定する方法及びシステムが提供される。このシステムは、複数の熱線式質量流れセンサを有しており流路の上述の一部において流れプロファイルが測定されるべき位置に配設された質量流れセンサ・アセンブリを含んでいる。このシステムはまた、温度センサ、圧力センサ、及び複数の熱線式質量流れセンサからの信号を流れプロファイル測定へ変換する制御器を含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン・エンジンにおいて流路の一部でのガス質量流れを測定するシステムであって、
複数の熱線式質量流れセンサを有し、前記流路の前記一部において流れプロファイルが測定されるべき位置に配設される質量流れセンサ・アセンブリと、
前記複数の熱線式質量流れセンサからの信号を質量流れ測定へ変換する制御器と
を備えたシステム。
【請求項２】
前記質量流れセンサ・アセンブリはレーキを含んでおり、前記複数の熱線式質量流れセンサは前記レーキに分配されている、請求項１に記載のガス質量流れを測定するシステム。
【請求項３】
前記質量流れセンサ・アセンブリは、前記複数の熱線式質量流れセンサを配設したグリッドを含んでいる、請求項１に記載のガス質量流れを測定するシステム。
【請求項４】
前記流れプロファイルは質量流れプロファイルである、請求項１に記載のガス質量流れを測定するシステム。
【請求項５】
前記流れプロファイルは速度流れプロファイルである、請求項１に記載のガス質量流れを測定するシステム。
【請求項６】
前記ガス質量流れは空気流を含んでいる、請求項１に記載のガス質量流れを測定するシステム。
【請求項７】
前記流路の前記一部は、吸入口プレナム、排気管、及び圧縮機抽気管から成る群から選択される前記流路の一つの部分を含んでいる、請求項１に記載のガス質量流れを測定するシステム。
【請求項８】
タービン・エンジンの流路の一部での流れプロファイルを測定する方法であって、
前記タービン・エンジンの前記流路の前記一部に配設された複数の線の物理的変化であって、前記流路の前記一部における複数の位置の各々での流れ属性に関係している物理的変化を感知するステップと、
前記複数の線からの信号を流れプロファイル測定へ変換するステップと
を備えた方法。
【請求項９】
前記流れプロファイル測定は速度流れプロファイルを含んでいる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記流れプロファイル測定は質量流れプロファイルを含んでいる、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記流路の前記一部は、吸入口プレナム、排気管、及び圧縮機抽気管から成る群から選択される前記流路の一つの部分を含んでいる、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記流路は圧縮機吸入口流路であり、
前記流れプロファイル測定から平均圧縮機吸入口質量流れを算出するステップと、
該平均圧縮機吸入口質量流れの値を制御器に与えるステップと、
前記平均圧縮機吸入口質量流れの前記値に基づいて前記タービン・エンジンを動作させるステップと
をさらに含んでいる請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記流路は排気流路であり、
前記流れプロファイル測定から平均排気質量流れを算出するステップと、
燃料質量流れを算出するステップと、
該燃料質量流れに基づいて前記タービン・エンジンを動作させるステップと
をさらに含んでいる請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記流路は圧縮機抽気管であり、
前記流れプロファイル測定から平均圧縮機抽気流れを算出するステップと、
タービン・エンジン動作限度を保つように圧縮機抽気流れを変化させるステップと
をさらに含んでいる請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
圧縮機と、
燃焼器と、
タービンであって、前記圧縮機、前記燃焼器及び当該タービンは流路を画定している、タービンと、
前記流路の一部に配設されている質量流れセンサ・アセンブリであって、当該質量流れセンサ・アセンブリに配設された複数の熱線式質量流れセンサを含んでいる質量流れセンサ・アセンブリと、
前記複数の熱線式質量流れセンサからの信号を流れプロファイル測定へ変換する制御器と
を備えたタービン・エンジン。
【請求項１６】
前記質量流れセンサ・アセンブリはレーキを含んでおり、前記複数の熱線式質量流れセンサは前記レーキに分配されている、請求項１５に記載のタービン・エンジン。
【請求項１７】
前記質量流れセンサ・アセンブリは熱線式質量流れセンサのグリッドを含んでいる、請求項１５に記載のタービン・エンジン。
【請求項１８】
前記流路の前記一部は、吸入口プレナム、排気管、及び圧縮機抽気管から成る群から選択される前記流路の一つの部分を含んでいる、請求項１５に記載のタービン・エンジン。
【請求項１９】
前記流れプロファイル測定は質量流れプロファイル測定を含んでいる、請求項１５に記載のタービン・エンジン。
【請求項２０】
前記流れプロファイル測定は速度流れプロファイル測定を含んでいる、請求項１６に記載のタービン・エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本書に開示される主題は一般的には、タービン・エンジン用の計装に関し、さらに具体的には、タービン・エンジン流路において流れプロファイルを測定する流れセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のタービン・エンジン用の制御システムは、タービン・エンジンを流れる空気及びガスの流路の内部の様々な位置において内部状態を測定する。空気圧力及び温度の測定は、圧縮機及び他の箇所の内部に配置されたピトー管、熱電対、及び他の装置の利用を通じて行なわれ得る。適当なハードウェアが存在しない場合には、センサがレーキに搭載されて圧縮機又は他の位置の内部に投入される。レーキは一般的には、圧縮機及び他の箇所の内部の機械加工面に装着される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
現在、圧縮機吸入口の容積流れ測定が、連続運転中のタービン・エンジンの朝顔形吸入口での差圧測定と共に静圧を用いて採取されている。容積流れ測定からの圧縮機吸入口質量流れ計算は加えて、吸入口空気温度及び相対湿度の測定の組み合わせから導かれる吸入口空気密度を必要とする。この方法は、空気流量が大きくかなり安定であるような全負荷においては適度に良好に作用するが、このアプローチの精度は空気流量が減少するにつれて低下する。例えば無負荷全速度未満では、空気流を測定する現在の方法は不正確となることが知られており、ばらつきが大きい。加えて、各々の測定形式が、関連する測定不確実性を有し、不確実性が単一の測定よりも潜在的に高くなる。この著しい変動性のため、圧縮機空気流の正確な理解を得ることが難しく、従ってタービン・エンジン制御のための圧縮機吸入口空気流の利用は、制御及び診断の問題を呈する。
【０００４】
また、現在、排気速度プロファイルが、排気ダクトを横断して設けられた排気温度及び全圧レーキを用いることにより測定されている。次いで、これらの測定を用いて、物理学に基づく式を利用して排気速度プロファイルを算出している。この方法は、検証試験目的のためには適度に良好に作用し、現在は排気流速プロファイルに影響を与えるタービン空力設計変更の検証に適用されている。しかしながら、この方法は、二組の別個のレーキの設置を必要とし、試験中の機器の故障の確率が高まる。加えて、各々の測定形式が、関連する測定不確実性を有し、不確実性が単一の測定よりも潜在的に高くなる。新たなタービン空力翼型形状を検証する目的での検証試験以外では、排気速度及び／又は質量流れプロファイルの測定は現在は当業界内では標準的ではない。
【０００５】
また、非変調型タービン・エンジン・システムのための圧縮機抽気流れ測定が典型的には、オリフィス板に跨がる温度及び圧力降下を測定することにより算出されている。この方法は、抽気系統を流れる空気流量が大きくかなり安定であるような全負荷においては適度に良好に作用する。しかしながら、この方法の精度は、空気流量が少ないとオリフィスが過大寸法となるため低下し、低負荷又は低流れレベルでは不正確さが増大する。加えて、相対的に大きい流量では単純なオリフィスは抽気流れ系統の流れ制限成分となるため、抽気系統での固定オリフィス寸法の存在が変調型抽気流れ系統の作用範囲を限定する。
【０００６】
従って、タービン空力モデルの検証及び較正の手段を提供し、また排気冷却機構の混合を検証するために、排ガス速度プロファイルの測定のための計装が必要とされている。加えて、吸入口調整手段の混合の検証を可能にするために、タービン・エンジン圧縮機吸入口流れの質量流れプロファイルの測定のための計装が必要とされている。また、圧縮機抽気質量流量のレベルを能動的に制御する能力を提供するために、圧縮機抽気管を通した流れ密度を正確に測定する計装が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、タービン・エンジン吸入口質量流量、排気質量流量、及び抽気質量流量を正確に測定する方法を提供する。
【０００８】
非限定的な実施形態の一例によれば、本発明は、タービン・エンジンにおいて流路の一部でのガス質量流れを測定するシステムに関する。このシステムは、複数の熱線式質量流れセンサを有する質量流れセンサ・アセンブリを含んでいる。質量流れセンサ・アセンブリは、流路の上述の一部において流れプロファイルが測定されるべき位置に配設される。このシステムはまた、複数の熱線式質量流れセンサからの信号を質量流れ測定へ変換する制御器を含んでいる。
【０００９】
もう一つの実施形態では、タービン・エンジンの流路の一部での流れプロファイルを測定する方法が提供される。この方法はさらに、タービン・エンジンの流路の上述の一部に配設された複数の線の物理的変化であって、流路の上述の一部における複数の位置の各々での流れ属性に関係している物理的変化を感知するステップを含んでいる。この方法はさらに、複数の線からの信号を流れプロファイル測定へ変換するステップを含んでいる。
【００１０】
もう一つの実施形態では、タービン・エンジンが提供される。このタービン・エンジンは、圧縮機と、燃焼器と、タービンとを含んでいる。圧縮機、燃焼器、及びタービンは、流路を画定しており、質量流れセンサ・アセンブリが流路に配設される。質量流れセンサ・アセンブリには複数の熱線式質量流れセンサが設けられている。このタービン・エンジンはさらに、複数の熱線式質量流れセンサからの信号を流れプロファイル測定へ変換する制御器を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の他の特徴及び利点は、発明の幾つかの観点の原理を例として示す添付図面と併せて好適実施形態の以下のさらに詳細な説明から明らかとなろう。
【図１】流れプロファイル測定システムを有するタービン・エンジン・システムの一例の概略図である。
【図２】流れプロファイル測定システムの一例の概略図である。
【図３】流れプロファイル測定システムのための較正システムの一例の概略図である。
【図４】吸入口プレナム流れプロファイル測定システムの一実施形態の概略図である。
【図５】圧縮機吸入口流れプロファイルに基づいてタービン・エンジンを動作させる方法の一例の流れ図である。
【図６】排気流れプロファイル測定システムの一実施形態の概略図である。
【図７】算出された燃料質量流量に基づいてタービン・エンジンを動作させる方法の一例の流れ図である。
【図８】抽気流れプロファイル測定システムの一実施形態の概略図である。
【図９】図９の断面Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図１０】算出された抽気質量流れに基づいてタービン・エンジンを動作させる方法の一例の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の各実施形態は、タービン・エンジン・システムにおける流れプロファイルの直接測定を提供する。一実施形態では、圧縮機の吸入口プレナムでの流れプロファイルが、複数の熱線式質量流れセンサを設けたレーキを用いて測定される。もう一つの実施形態では、圧縮機の吸入口プレナムでの流れプロファイルは、複数の半径方向に配置された熱線式質量流れセンサによって測定されてもよい。この流れプロファイルを用いて、圧縮機の質量流れを制御することによりタービン・エンジン・システムを動作させることができる。もう一つの実施形態では、タービンへの排気入口での流れプロファイルが、複数の熱線式質量流れセンサを有するレーキによって測定され得る。排気流れプロファイルを用いて、測定された排気流れプロファイルから導かれる算出された燃料質量流量に基づいてタービン・エンジン・システムを動作させることができる。もう一つの実施形態では、圧縮機抽気管での流れプロファイルが、熱線式質量流れセンサのグリッドによって測定され得る。測定された流れプロファイルを用いて、算出された抽気質量流れに基づいてタービン・エンジン・システムを動作させることができる。
【００１３】
図１は、発明の一実施形態による一例のタービン・エンジン・システム１００の概略図を示す。タービン・エンジン・システム１００は、圧縮機２０５と、燃焼器２１０と、タービン２１５とを含んでいる。タービン２１５は、圧縮機２０５と当該タービン２１５とを接続するシャフト２２０に結合されている。図１に示す実施形態では、圧縮機２０５はガスを圧縮して排出し、燃焼器２１０は圧縮されたガスを受け入れて燃焼過程を開始する。燃焼器２１０からの燃焼ガスはタービン・ノズル２３０を通して運ばれてタービン２１５を駆動し、これによりシャフト２２０を回転させて発電機２３５を駆動する。次に発電機２３５は、電力を発生して電気グリッド２４０に出力する。図１に示す実施形態では、圧縮機２０５からの空気が、圧縮機２０５に関連する１又は複数の段から抽出されて抽気管２４５を流れ、タービン２１５の１又は複数の部分まで運ばれることができ、ここで空気はタービン２１５に付設されている相対的に高温のガス経路構成要素を冷却することができる。タービン・エンジン・システム１００はまた、圧縮機２０５に結合された吸入口プレナム２５０を含み得る。吸入口プレナム流れプロファイル測定システム２５５が吸入口プレナム２５０に結合され得る。燃焼器排ガス流れプロファイル測定システム２６０がタービン・ノズル２３０に結合され得る。また抽気流れプロファイル測定システム２６５が抽気管２４５に配設され得る。タービン排気流れプロファイル測定システム２６９がタービン排気ダクト２７０に配設され得る。吸入口プレナム２５０、抽気管２４５、タービン・ノズル２３０、及びタービン排気ダクト２７０は、特定の流れプロファイルを有するガスが運ばれる流路をそれぞれ画定する。
【００１４】
図２は、流路において質量流れプロファイル及び速度流れプロファイルを測定するのに用いられ得る流れプロファイル測定システム２７５の一実施形態の概略図である。流れプロファイル測定システム２７５は、吸入口プレナム流れプロファイル測定システム２５５（圧縮機吸入口流路に配設される）、排ガス流れプロファイル測定システム２６０（排気流路に配設される）、又は抽気流れプロファイル測定システム２６５（抽気流路に配設される）として具現化され得る。流れプロファイル測定システム２７５は、複数の質量流れセンサ２８０から入力（質量流れプロファイル測定又は速度流れプロファイル測定）を受け取る。流れプロファイル測定システム２７５は、測定モジュール２８５と、処理モジュール２９０と、較正モジュール２９５と、特徴評価モジュール３００とを含んでいる。測定モジュール２８５の作用は、複数の質量流れセンサ測定を集計することである。処理モジュール２９０の作用は、集計された質量流れ測定をフィルタ処理して調整することである。較正モジュールの作用は、特徴評価モジュール３００によって適用され得る較正データを与えることである。特徴評価モジュール３００は、データの特徴を評価して、流れプロファイル出力を与える。複数の質量流れセンサ２８０からの入力が測定モジュール２８５に伝達され、次に測定モジュール２８５は測定されたセンサ値を処理モジュール２９０へ伝える。処理モジュール２９０は、モデル方式制御、及び測定された電流を処理するカルマン・フィルタのような信号フィルタ処理手法を用いる。モデル方式制御は、ガス・タービンの熱力学的応答の予測モデルから導かれる。モデル化のための一つのアプローチは、システム同定として公知である数値的工程を用いるものである。システム同定は、システムからデータを取得し、次いで、刺激及び応答データを数値的に解析してシステムのパラメータを推定するものである。処理モジュール２９０は、カルマン・フィルタ処理、トラッキング・フィルタ処理、回帰マッピング、神経マッピング、逆モデリング手法、又はこれらの組み合わせのようなパラメータ同定手法を用いてデータの変移を識別することができる。フィルタ処理は、修正カルマン・フィルタ、拡張カルマン・フィルタ、又は他のフィルタ処理アルゴリズムによって行なわれてもよいし、代替的には他の形態の正方（ｎ入力、ｎ出力）レギュレータ又は非正方（ｎ入力、ｍ出力）レギュレータによって行なわれてもよい。流れプロファイル測定システム２７５はまた較正モジュール２９５を含んでおり、較正モジュール２９５は、流れプロファイルを特徴評価する特徴評価モジュール３００に較正データを与える。
【００１５】
図３は、流れプロファイル測定システム２７５のための流れプロファイル較正システム３１０の一実施形態の概略図である。流れプロファイル較正システム３１０は、複数の質量流れセンサ２８０から入力を受け取る。これらの入力は測定モジュール２８５において受け取られて、次に測定モジュール２８５は、測定されたセンサ値を処理モジュール２９０へ伝える。流れプロファイル較正システム３１０はまた、特徴評価モジュール３００への入力を与える熱力学的モデル・モジュール３１５を含んでいる。熱力学的モデル・モジュール３１５は、タービン・エンジン・システム１００の幾つかの運転パラメータを実時間で電子的にモデル化し得る適応式実時間エンジン・シミュレーション・モデルを用いることができる。熱力学的モデル・モジュールの作用は、ガス・タービンの熱力学的応答を予測することである。
【００１６】
図４には、吸入口プレナム流れプロファイル測定システム２５５が示されている。吸入口プレナム流れプロファイル測定システム２５５は、レーキ３５０と、該レーキ３５０に配設された熱線式質量流れセンサ３５５のような複数の質量流れセンサとを有する質量流れセンサ・アセンブリを含んでいる。レーキ３５０は、着目領域、この場合には吸入口プレナム２５０を横断するように構成されて配置されている。着目領域を横断するために、レーキ３５０は、該レーキ３５０に沿った様々な距離に熱線式質量流れセンサ３５５を分配することができる。もう一つの実施形態では、圧縮機２０５（図１に示す）の吸入口プレナム２５０での流れプロファイルは、半径方向に配置された複数の熱線式質量流れセンサ３５５によって測定されてもよい。複数の熱線式質量流れセンサ３５５の出力は流れプロファイル測定システム２７５に与えられ、流れプロファイル測定システム２７５は、タービン・エンジン制御システム３６５と一体化されていても該システム３６５の一部を形成していてもよい。吸入口プレナム２５０に入る流れ（矢印３７０によって表わされている。圧縮機吸入口流路）は複数の熱線式質量流れセンサ３５５を通過して、ここで流れプロファイル３７５が測定されて、圧縮機に続く（矢印３７６によって表わす）。
【００１７】
タービン・エンジン制御システム３６５は、従来のGeneral Electric Speedtronic（商標）Mark VIガス・タービン制御システムであってよい。SpeedTronic制御器は、タービン・エンジンに付設されている様々なセンサ又は他の機器を監視する。燃料流量のような幾つかのタービン作用を制御することに加えて、SpeedTronic制御器は、付設のタービン・センサからデータを生成して、このデータをタービン操作者に表示するために提示する。データは、データ・グラフを生成するソフトウェア、及びGeneral Electric Cimplicity（商標）HMIソフトウェア・プロダクトのような他のデータ提示を用いて表示され得る。
【００１８】
Speedtronic（商標）制御システムは、センサ入力及び操作者からの命令を用いてタービン・エンジンの動作を制御するためのプログラムを実行するマイクロプロセッサを含むコンピュータ・システムである。この制御システムは、サンプル・アンド・ホールドや和及び差分ユニットのような論理ユニットを含んでおり、これらのユニットはソフトウェアとして又は結線論理回路によって具現化され得る。制御システムのプロセッサによって発生される命令によって、タービン・エンジンに設けられたアクチュエータが、例えば燃料を燃焼室に供給する燃料制御システムを調節したり、吸入口案内翼を圧縮機へ向けて設定したり、タービン・エンジンに対する他の制御設定を調節したりする。
【００１９】
タービン・エンジン制御システム３６５は、プロセッサによって実行される様々なアルゴリズムを用いてセンサ指示値をデータへ変換するコンピュータ・プロセッサ及びデータ記憶部を含んでいる。アルゴリズムによって生成されるデータは、タービン・エンジンの様々な動作状態を指示している。データは、操作者表示器に電子的に結合されているコンピュータ・ワークステーションのような操作者表示器２２に提示され得る。表示器及び／又は制御器は、General Electric Cimplicity（商標）データ監視及び制御ソフトウェア・アプリケーションのようなソフトウェアを用いてデータ表示及びデータ印字出力を生成することができる。
【００２０】
熱線式質量流れセンサ３５５は、システムに流入する空気又はガスの質量を決定する。熱線式質量流れセンサ３５５の動作理論は、熱線式流速計（空気速度を決定する）のものと同様である。質量流れセンサは、ガス流に懸吊された線を電流で加熱することにより動作する。線の電気抵抗は、線の温度が高まるにつれて増大し、これにより回路を流れる電流を制限する。ガスが線を通過して流れると、線は冷却して、抵抗が下がり、すると回路にさらに多くの電流が流れるようになる。多くの電流が流れるほど線の温度は高まって、抵抗が再び平衡に到達するまで高まる。線の温度を保つのに必要とされる電流の量は、線を通過して流れる空気の質量に比例する。圧力上昇又は温度降下のため空気密度が増大するが空気容積は一定に留まる場合には、さらに高密度の空気が線からさらに多くの熱を奪って、さらに高い質量空気流を示す。熱線式流速計とは異なり、熱線式質量流量計は空気密度に直接応答する。
【００２１】
代替的な実施形態は、流れの方向に平行に整列した板の形態の抵抗金属膜を用いる。レーキの前縁に堆積物があっても質量流れセンサの抵抗金属板は影響を受けないように、板の流れに面する側（すなわち狭い側）は断熱材料で被覆される。この代替的実施形態は、抵抗材料に堆積する材料による影響を減らし、従って連続運転時に頻繁な較正を行なう必要性を少なくする。
【００２２】
性能モデル化の観点からは、圧縮機吸入口質量流量プロファイルの測定は、平均圧縮機吸入口質量流量を算出する手段を提供する。次いで、平均圧縮機吸入口質量流量は様々なタービン・エンジン動作モードの制御のためにタービン・エンジン制御システム３６５に伝達され得る。圧縮機吸入口流れの正確な理解をタービン・エンジン排気状態の正確な理解と併せて用いると、モデル方式制御法を通してタービン・エンジンの全体性能レベルを設定することができる。加えて、圧縮機吸入口流れの正確な理解を用いると、タービン・エンジンの内部での燃焼過程のための空燃比をさらに正確に制御することができ、このようにして希薄立ち消えのような燃焼限界に近い動作を可能にする。
【００２３】
機械的な観点からは、圧縮機吸入口での流速及び／又は質量流れプロファイルの測定は、吸入口調整手段の混合を検証する能力を提供する。一例は、圧縮機サージ保護のための吸入口抽熱（inlet bleed heat）の注入である。吸入口抽熱注入口の下流に圧縮機吸入口流れレーキ（１又は複数）を配置すると、圧縮機への注入の前の流れの内部での吸入口抽熱の混合を定量化する能力に加えて、注入される吸入口抽熱の量を吸入口抽熱を行なわない基準に対して定量化する能力を提供する。この方法論を拡張して、出力増強のための水蒸気の注入すなわち湿り圧縮等のような他の吸入口調整手段の量及び混合を定量化することもできる。
【００２４】
図５には、圧縮機吸入口流れプロファイルに基づいてタービン・エンジン・システムを動作させる方法４２０の流れ図を示す。
【００２５】
ステップ４３５では、方法４２０は、吸入口流れ質量流れセンサを用いて圧縮機吸入口質量空気流を測定する。
【００２６】
ステップ４４０では、方法４２０は、平均圧縮機吸入口質量流れの値をタービン・エンジン制御システム３６５に与える。
【００２７】
ステップ４４５では、方法４２０は、算出された圧縮機吸入口空気流に基づいてタービン・エンジン・システムを動作させる。
【００２８】
図６には、排ガス流れプロファイル測定システム２６０を示す。複数の熱線式質量流れセンサ３５５を設けたレーキ３５０が、排ガス経路４６０に配設されている。燃焼器２１０（図１に示す）からの排ガス（矢印４６５によって示す）が複数の熱線式質量流れセンサ３５５を通って流れ、排ガス（矢印４７０によって示す）はタービン２１５（図１に示す）に続けて流れる。複数の熱線式質量流れセンサ３５５の出力は流れプロファイル測定システム２７５に伝達され、流れプロファイル測定システム２７５は、タービン・エンジン制御システム３６５と一体化されていても該システム３６５の一部を形成していてもよい。複数の熱線式質量流れセンサ３５５は、排ガス流れプロファイル４７５を測定する。排ガスの速度及び／又は質量流れプロファイルの測定は、機械的観点及び性能モデル化に関して多くの利益を与える。機械的な観点からは、排ガス速度プロファイルの測定は、タービン空力モデルの検証及び較正の手段を提供する。加えて、排ガス質量流れプロファイルの測定は、排気冷却機構、例えば排気フレーム・ブロワ冷却の混合を検証する能力を提供する。性能モデル化の観点からは、排ガス質量流量の測定は、平均排ガス質量流量を算出する手段を提供する。次いで、平均排ガス質量流量を用いて、圧縮機吸入口空気流量、燃料流量、及び／又はフレーム・ブロワ流量の何れかを分離することができ、三つの変数のうち二つの適当な理解によって、排気システムの全体的なモデル化を改善する。公知の圧縮機吸入口流れ及びフレーム・ブロワ流の場合には、得られる平均排ガス質量流量を用いて、タービン・エンジン・システムにおいて最も不正確な測定の一つであるタービン・エンジンに流入する燃料質量流量を算出することができる。次いで、この算出された燃料質量流量をタービン・エンジン制御システム３６５に伝達して、タービン・エンジンを制御する、又は燃料質量流れ測定装置から受け取られる燃料質量流れを調整するの何れかを行なうことができる。
【００２９】
図７には、算出された燃料質量流量に基づいてタービン・エンジンを動作させる方法５００の流れ図を示す。
【００３０】
ステップ５１５では、方法５００は、平均排気質量流れを算出する。
【００３１】
ステップ５２０では、方法５００は、メイン・ブロワ流を測定する。
【００３２】
ステップ５２５では、方法５００は、圧縮機吸入口空気流を測定する。
【００３３】
ステップ５３０では、方法５００は、平均排気質量流れ、圧縮機吸入口空気流、及びフレーム・ブロワ空気流から燃料質量流れを算出する。
【００３４】
ステップ５３５では、方法５００は、燃料質量流れ値をタービン・エンジン制御システム３６５に与える。
【００３５】
ステップ５４０では、方法５００は、算出された燃料質量流量に基づいてタービンを動作させる。
【００３６】
図８には抽気流れプロファイル測定システム２６５を示し、図９には図８の線Ａ−Ａに沿った断面を示す。抽気流れプロファイル測定システム２６５は熱線式質量流れセンサ・グリッド５５５を含んでおり、熱電対５６０、圧力トランスデューサ５５０、及び流れプロファイル測定システム２７５を含み得る。抽気流れプロファイル測定システム２６５は、抽気管２４５から流れる空気流（矢印５７０によって示す）の流れプロファイルを測定する。空気流（矢印５７０によって示す）は圧縮機２０５（図１に示す）から抽出されて、タービン２１５（図１に示す）まで運ばれ得る（矢印５７５によって示すように）。流れプロファイル測定システム２７５は平均圧縮機抽気質量流量を算出することができ、次いで、この質量流量はタービン・エンジン制御システム３６５に伝達され得る。算出された平均圧縮機抽気質量流量は、圧縮機抽気システムに配置された弁のような計測装置を介して、タービン・エンジンの内部の予め画定されている動作限度まで圧縮機抽気質量流量のレベルを能動的に制御する能力を提供する。全体的な圧縮機抽気システムを動作限度まで能動的に制御する能力は、燃焼エンジン・システムに多くの性能利益及び保守利益を提供する。これらの利益としては、性能能力のための冷却流最適化、放出規制遵守のための冷却流最適化、改善された部品寿命管理のための冷却流最適化、及び圧縮機サージ又は失速までのマージンを制御する能力等がある。
【００３７】
図８は、抽気管２４５において流れプロファイルに基づいてタービン・エンジン動作限度を保つように抽気流れを変化させる方法６００の流れ図を示す。
【００３８】
ステップ６１５では、方法６００は、平均圧縮機抽気流れを算出する。
【００３９】
ステップ６２０では、方法６００は、算出された平均圧縮機抽気流れ値をタービン・エンジン制御システム３６５に与える。
【００４０】
ステップ６２５では、方法６００は、タービン・エンジン動作限度を保つように圧縮機抽気流れを変化させる。
【００４１】
本書で用いられる術語は、具体的な実施形態を記述するのみの目的のためのものであって本発明の限定となるものではない。用語の定義が当該用語の一般的に用いられている意味から逸脱する場合には、出願者は、特に指示されていない限り本書に掲げられた定義を用いるものとする。不定冠詞及び定冠詞を伴う単数形は、文脈から明らかに指示されていない限り複数形を同様に包含するものとする。第一及び第二等の用語を用いて様々な要素を記述している場合があるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されないものとすることを理解されたい。これらの用語は一つの要素を他の要素から識別するために用いられているに過ぎない。「及び／又は」との用語は、関連する列挙項目の１又は複数の任意且つ全ての組み合わせを包含する。「…に結合されている」及び「…と結合されている」との表現は、直接的な結合又は間接的な結合を思量している。上に記載されている実施形態の全てについて、方法のステップは必ずしも順に実行されなくてもよい。
【００４２】
この書面の記載は、最適な態様を含めて発明を開示し、また任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めてあらゆる当業者が発明を実施することを可能にするように実例を用いている。特許付与可能な発明の範囲は特許請求の範囲によって画定されており、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造要素を有する場合、又は等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４３】
１００：タービン・エンジン・システム
２０５：圧縮機
２１０：燃焼器
２１５：タービン
２２０：シャフト
２３０：排気ノズル
２３５：発電機
２４０：電気グリッド
２４５：抽気管
２５０：吸入口プレナム
２５５：吸入口プレナム流れプロファイル測定システム
２６０：排ガス流れプロファイル測定システム
２６５：抽気流れプロファイル測定システム
２６９：タービン排気流れプロファイル測定システム
２７０：排気ダクト
２７５：流れプロファイル測定システム
２８０：質量流れセンサ
２８５：測定モジュール
２９０：処理モジュール
２９５：較正モジュール
３００：特徴評価モジュール
３１０：流れプロファイル較正システム
３１５：熱力学的モデル・モジュール
３５０：レーキ
３５５：熱線式質量流れセンサ
３６５：タービン・エンジン制御システム
３７０：吸入口プレナム２５０に入る流れ
３７５：流れプロファイル
３７６：圧縮機への流れ
４２０：圧縮機吸入口流れプロファイルに基づいてタービン・エンジン・システムを動作させる方法
４６０：排ガス経路
４６５：燃焼器２１０からの排ガス
４７０：タービン２１５への排ガス
４７５：排ガス流れプロファイル
５００：算出された燃料質量流量に基づいてタービン・エンジンを動作させる方法
５５０：圧力トランスデューサ
５５５：熱線式質量流れセンサ・グリッド
５６０：熱電対
５７０：抽気管２４５からの空気流
５７５：タービン２１５への空気流
６００：抽気管２４５において流れプロファイルに基づいてタービン・エンジン動作限度を保つために抽気流れを変化させる方法
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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