(57)【要約】【課題】ガスタービンに使用される燃料のための燃料組成を決定する。【解決手段】燃料流を受け取る燃焼器アセンブリ（１４）を含むシステムは、燃料供給部（２０）から燃料ノズル（１８）への燃料流の圧力を測定する圧力センサ（４８，５０）と、圧力センサ（４８，５０）に通信可能に連結されたコントローラ（４０）を含む。圧力測定値は、燃焼器アセンブリ（１４）の現状の動作パラメータである。コントローラ（４０）は、圧力測定値に基づいて予測燃料流を決定し（１１０）、予測燃料流（１１０）と指令された燃料流（１１２）との比較（１１６）に基づいて燃料組成因子を決定し（１１８）、燃料組成因子（１１８）に基づいて燃焼器アセンブリ（１４）の制御を調整する（１２０）。燃料組成因子（１１８）は、燃料流の燃料組成の変化を示す。【選択図】図１
2018091331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料流を受け取るように構成された燃焼器アセンブリ（１４）と、
前記燃焼器アセンブリ（１４）内に配置され、前記燃焼器アセンブリ（１４）の１つまたは複数の動作パラメータを測定する（１０２）ように構成された１つまたは複数のセンサ（４８）と、
前記１つまたは複数のセンサ（４８）の各々に通信可能に連結されたコントローラ（４０）と
を備えるシステムであって、前記コントローラ（４０）は、
前記１つまたは複数のセンサ（４８）から前記１つまたは複数の動作パラメータを受信し（１０２）、
前記１つまたは複数の動作パラメータ（１０２）に少なくとも部分的に基づいて予測燃料流を決定し（１１０）、
前記予測燃料流（１１０）と指令された燃料流（１１２）との比較（１１６）に基づいて燃料組成因子を決定し（１１８）、前記燃料組成因子（１１８）は前記燃料流の燃料組成の変化を示し、
前記燃料組成因子（１１８）に基づいて前記燃焼器アセンブリ（１４）の制御を調整する（１２０）
ように構成される、システム。
【請求項２】
前記１つまたは複数のセンサ（４８）が、前記燃焼器アセンブリ（１４）の燃料供給部（２０）から燃料ノズル（１８）への前記燃料流の圧力を測定するように構成された圧力センサ（４８，５０）を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記１つまたは複数のセンサ（４８）が、前記燃焼器アセンブリ（１４）の燃料供給部（２０）から燃料ノズル（１８）への前記燃料流の温度を測定するように構成された温度センサ（４８）を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記１つまたは複数の動作パラメータ（１０２）が、圧縮機吐出圧力または圧縮機吐出温度を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラ（４０）が、前記燃焼器アセンブリ（１４）内に配置された構成要素の形状に少なくとも部分的に基づいて前記予測燃料流を決定する（１１０）ように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記コントローラ（４０）が、前記燃料ノズル（１８）の上流に配置されたバルブから前記指令された燃料流を受け取る（１１２）ように構成され、前記バルブは前記燃料流の速度を制御する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記コントローラ（４０）が、前記燃料流、燃料分割、燃焼ダイナミクスパラメータ、排出パラメータ、または負荷を調整することによって、前記燃焼器アセンブリ（１４）の前記制御を調整する（１２０）、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
燃焼器アセンブリのコントローラ（４０）を介して、燃焼器アセンブリ内に配置された１つまたは複数のセンサ（４８）からの１つまたは複数の動作パラメータを受信するステップと、
前記コントローラ（４０）を介して、前記１つまたは複数の動作パラメータに少なくとも部分的に基づいて予測燃料流を決定するステップと、
前記予測燃料流と指令された燃料流とを比較して、前記燃焼器アセンブリの燃料供給部（２０）から燃料ノズル（１８）への燃料流の燃料組成の変化を示す燃料組成因子を決定するステップと、
前記燃料組成因子に基づいて前記燃焼器アセンブリの制御を調整するステップと
を含む、方法。
【請求項９】
前記１つまたは複数の動作パラメータに少なくとも部分的に基づいて、基準燃料の前記予測燃料流を決定するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記燃焼器アセンブリの構成要素の形状に少なくとも部分的に基づいて前記予測燃料流を決定するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記燃焼器アセンブリの制御を調整するステップが、前記燃料流、燃料分割、燃焼ダイナミクスパラメータ、排出パラメータ、または負荷を調整するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記１つまたは複数のセンサ（４８）が圧力センサ（４８，５０）を備え、前記１つまたは複数の動作パラメータ（１０２）が、前記燃焼器アセンブリ（１４）の前記燃料供給部（２０）から前記燃料ノズル（１８）への前記燃料流の圧力を含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、ガスタービンシステムに関し、より詳細には、ガスタービンシステムの燃料組成を決定するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンシステムは、典型的には、圧縮機、燃焼器、およびタービンを有する少なくとも１つのガスタービンエンジンを含む。燃焼器は、燃焼室に燃料を受け入れて噴射するための１つまたは複数の燃料ノズルを有することができる。ある種の燃料ガスは、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）などの望ましくない排気排出を生じさせる可能性がある。特定の状況では、排出レベルは、ガスタービンシステムの最低排出コンプライアンスレベルなどの閾値を超える場合がある。残念なことに、燃焼器に供給される燃料の特定の組成は未知であり得るため、燃焼器を所望の動作パラメータ内に維持するための制御が複雑になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８１８５２９３号明細書
【発明の概要】
【０００４】
最初に特許請求する発明の範囲に相応する特定の実施形態を、以下に要約する。これらの実施形態は特許請求される発明の範囲を限定しようとするものではなく、むしろ、これらの実施形態は本発明の可能性がある形態の概要を提供しようとするものにすぎない。実際、本発明は、以下に記載する実施形態に類似してもよく、あるいは異なってもよい様々な形態を含むことができる。
【０００５】
第１の実施形態では、システムは、燃料流を受け取る燃焼器アセンブリを含む。このシステムは、燃焼器アセンブリ内に配置され、燃焼器アセンブリの燃料供給部から燃料ノズルへの燃料流の圧力を測定する圧力センサを含む。システムは、圧力センサに通信可能に連結されたコントローラを含む。コントローラは、圧力センサから圧力測定値を受信するように構成される。圧力測定値は、燃焼器アセンブリの現状の動作パラメータである。コントローラは、圧力測定値に少なくとも部分的に基づいて予測燃料流を決定し、予測燃料流と指令された燃料流との比較に基づいて燃料組成因子を決定し、燃料組成因子に基づいて燃焼器アセンブリの制御を調整するように構成される。燃料組成因子は、燃料流の燃料組成の変化を示す。
【０００６】
第２の実施形態では、システムは、燃料流と１つまたは複数のセンサとを受け入れる燃焼器アセンブリを含む。１つまたは複数のセンサは、燃焼器アセンブリ内に配置され、燃焼器アセンブリの１つまたは複数の動作パラメータを測定するように構成される。システムは、１つまたは複数のセンサの各々に通信可能に連結されたコントローラを含む。コントローラは、１つまたは複数のセンサから１つまたは複数の動作パラメータを受信し、１つまたは複数の動作パラメータに少なくとも部分的に基づいて予測燃料流を決定し、予測燃料流と指令された燃料流との比較に基づいて燃料組成因子を決定し、燃料組成因子に基づいて燃焼器アセンブリの制御を調整するように構成される。燃料組成因子は、燃料流の燃料組成の変化を示す。
【０００７】
第３の実施形態では、方法は、燃焼器アセンブリのコントローラを介して、燃焼器アセンブリ内に配置された１つまたは複数のセンサから１つまたは複数の動作パラメータを受信するステップを含む。この方法はまた、コントローラを介して、１つまたは複数の動作パラメータに少なくとも部分的に基づいて予測燃料流を決定するステップを含む。この方法はまた、予測燃料流と指令された燃料流とを比較して、燃料組成因子を決定し、燃料組成因子に基づいて燃焼器アセンブリの制御を調整するステップを含む。燃料組成因子は、燃焼器アセンブリの燃料供給部から燃料ノズルへの燃料流の燃料組成の変化を示す。
【０００８】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。図面を通じて、同様の符号は、同様の部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】圧縮機、タービン、複数の燃焼器、および複数の燃料ノズルを有するガスタービンシステムの一実施形態の概略図である。
【図２】図１のガスタービンシステムの燃焼器への燃料流の燃料組成を決定するように構成された燃料組成決定システムの一実施形態のブロック図である。
【図３】燃料組成因子および決定された燃料組成に部分的に基づいて、図１のガスタービンシステムの制御を調整するための例示的な方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１つまたは複数の具体的な実施形態を以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実装のすべての特徴が本明細書に記載されていなくてもよい。エンジニアリングまたは設計プロジェクトのような実際の実施の開発においては、開発者の特定の目的を達成するために、例えばシステム関連および事業関連の制約条件への対応等実施に特有の決定を数多くしなければならないし、また、これらの制約条件は実施ごとに異なる可能性があることが理解されるべきである。さらに、このような開発作業は複雑で時間がかかるかもしれないが、にもかかわらず、この開示の利益を得る当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることが理解されるべきである。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素を導入するとき、「１つの（ａ、ａｎ）」、「この（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」という冠詞は、それらの要素が１つまたは複数存在することを意味するものである。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的なものであって、列挙された要素以外の付加的な要素が存在し得ることを意味している。
【００１２】
開示された実施形態は、ガスタービンエンジンシステムに供給される燃料流の燃料組成を決定するためのシステムおよび方法に関する。具体的には、開示された実施形態は、他のより複雑で高価な測定システムを使用せずに、ガスタービンエンジンシステムに供給される燃料の圧力測定値（圧力センサを介して取得される）に少なくとも部分的に基づいて、燃料流の燃料組成を監視する燃料組成決定システムに関する。例えば、現在開示されている技術とは対照的に、他のシステムは、ガスタービンエンジンシステムに供給される燃料の燃料組成を決定するための様々なデバイス（例えば、熱量計、ウォッベメータ、ガスクロマトグラフ、ガス組成分析器など）を含み得る。例えば、これらの他のシステムでは、様々なデバイスが、燃料流の燃料組成を測定することができ、測定された燃料組成が所望の動作パラメータ（例えば、所望の燃焼ダイナミクス、所望の排出など）をもたらすと期待されない場合に、（必要に応じて）ガスタービンエンジンシステムに対して様々な制御調整を行うことができる。しかしながら、低コストのデバイスでより効率的にガスタービンエンジンシステムに供給される燃料流の燃料組成を決定するためのシステムおよび方法を提供することは有益であり得る。
【００１３】
開示された実施形態は、少なくとも１つの圧力センサを介して取得される燃料圧力測定値に少なくとも部分的に基づいて、ガスタービンエンジンシステムに供給される燃料流の燃料組成の変化を決定する燃料組成決定システムのためのシステムおよび方法に関する。具体的には、燃料組成決定システムは、燃料供給システム内で、燃料ノズル内で、燃焼器内で、またはそれらの任意の組み合わせで、燃料ラインに沿って取得される１つまたは複数の燃料圧力測定値を受信することができる。さらに、特定の実施形態では、燃料組成決定システムは、燃料温度測定値および／または様々なガスタービン動作条件（例えば、圧縮機吐出圧力、圧縮機吐出温度、燃焼フレームまたは焼成温度（例えば、ピーク焼成温度、ピーク焼成圧力などの燃焼火炎圧力、振動周波数、振動振幅、音響周波数、音響振幅など））、様々な燃焼ダイナミクス測定値、出力、排出レベルなどの追加の情報を受信することができる。特定の実施形態では、燃料組成決定システムは、基準燃料組成タイプについて予測燃料流を決定するために、受信した情報（例えば、燃料圧力測定値、燃料温度測定値、および／または様々なガスタービン動作条件）を利用することができる。換言すれば、基準燃料タイプは、ガスタービンエンジンシステムに供給される予測燃料流を決定するために燃料組成決定システムによって利用されてもよい。特定の実施形態では、燃料組成決定システムは、指令された燃料流を受け取り、指令された燃料流と予測燃料流とを比較して、燃料組成因子を決定することができる。特定の実施形態では、燃料組成因子を利用して、システムのコントローラ（例えば、プロセッサ、メモリ、および命令を備えた電子コントローラ）によって実施され得る様々な制御調整を決定することができる。例えば、特定の状況では、コントローラは、システム全体が所望の燃焼ダイナミクスまたは所望の排出をもたらすようにガスタービンシステムを制御してもよく、または様々なハードウェアの寿命を保護できるようにガスタービンシステムを制御してもよい。特定の状況では、コントローラは、ガスタービンシステムを制御して、他のタイプの動作パラメータを調節して制御することができる。このようにして、燃料組成決定システムは、燃料流の燃料組成の変化を監視および／または決定することができ、したがって、費用効果が高くかつ効率的な方法で燃料組成の変化を監視および／または制御することができる。
【００１４】
ここで図面を参照すると、図１は、ガスタービンシステム１０の一実施形態のブロック図を示している。ガスタービンシステム１０は、圧縮機１２、タービン燃焼器１４、およびタービン１６を含む。タービン燃焼器１４は、燃料２０（例えば、ガスおよび／または液体燃料）を受け入れてタービン燃焼器１４に送る燃料ノズル１８を含む。燃料２０は、ガス燃料（例えば、天然ガス）および／または混合燃料（例えば、天然ガスおよびプロセスガスの混合物）であってもよい。例えば、プロセスガスは、高炉ガス、コークス炉ガス、精製煙道ガスや、精製、化学プロセス、ガス化プロセスの結果として生成される合成ガス、またはそれらの組み合わせを含むことができる。さらなる例として、燃料２０は、ガス（例えば、天然ガス、ＬＮＧ、ＬＰＧ、精製ガス、石炭ガス、水素ガス）、液体（例えば、ディーゼル、灯油、ナフサ、エタノール、メタノール、原油）、または任意の他の適切な燃料源を含んでもよい。
【００１５】
特定の実施形態では、タービン燃焼器１４は、酸化剤−燃料混合物（例えば、空気−燃料混合物）を点火して燃焼させ、その後、得られた高温加圧燃焼ガス２２（例えば、排気）をタービン１６に送る。タービン１６内のタービンブレードは、ガスタービンシステム１０のシャフト２４に連結されており、これを、タービンシステム１０全体のいくつかの他の構成要素に連結することもできる。燃焼ガス２２がタービン１６のタービンブレードに対しておよびタービンブレード間を流れるとき、タービン１６は回転駆動され、これによりシャフト２４が回転する。最終的に、燃焼ガス２２は、排気出口２６を介してタービンシステム１０を出る。さらに、図示の実施形態では、シャフト２４は、シャフト２４の回転を介して動力を供給される負荷２８に連結されている。負荷２８は、発電機、飛行機のプロペラ、または他の負荷のようなタービンシステム１０の回転出力を介して電力を生成する任意の適切なデバイスであってもよい。
【００１６】
ガスタービンシステム１０の圧縮機１２は、圧縮機ブレードを含む。圧縮機１２内の圧縮機ブレードは、シャフト２４に連結されており、上述のようにシャフト２４がタービン１６によって回転駆動されると回転する。圧縮機ブレードが圧縮機１２内で回転すると、圧縮機１２は、空気取り入れ口３２から受け取った空気（または任意の適切な酸化剤３０）を圧縮して加圧空気３４を生成する。加圧空気３４は、その後、燃焼器１４の燃料ノズル１８に供給される。上述したように、燃料ノズル１８（例えば予混合燃料ノズル）は、加圧空気３４と燃料２０とを混合して、燃焼、例えば燃料をより完全に燃やす燃焼のための適切な混合比を生成し、燃料を無駄にしたり、過剰な排出を引き起こしたりしないようにする。いくつかの実施形態では、燃料ノズル１８（例えば、拡散燃料ノズル）は、燃料２０および空気３４を予混合し得ないので、拡散炎を生成するように構成されてもよい。
【００１７】
特定の実施形態では、ガスタービンシステム１０は、燃料組成決定システム４２（または燃料組成決定回路４２）を備えたコントローラ４０を含む。具体的には、コントローラ４０は、メモリ４６に連結されたプロセッサ４４を含むことができ、ガスタービンシステム１０の構成要素に通信可能に連結されることができる。プロセッサ４４は、ガスタービンシステム１０の動作を監視および／または制御するために、メモリ４６に格納された命令を実行するように構成されてもよい。メモリ４６は、プロセッサ４４上にロード可能かつ実行可能な命令を格納するように構成されてもよい。特定の実施形態では、メモリ４６は、図２に関してさらに説明するように、システム１０の物理的配置または構成に関する情報を格納するように構成されてもよい。特定の実施形態では、メモリ４６は、揮発性（ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）など）および／または不揮発性（リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリなど）であってもよい。コントローラ４０は、磁気記憶装置、光ディスク、および／またはテープ記憶装置を含むが、これらに限定されない、追加の取り外し可能な記憶装置および／または取り外し不可能な記憶装置を含んでもよい。いくつかの実施では、メモリ４６は、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、またはＲＯＭなどの複数の異なるタイプのメモリを含んでもよい。
【００１８】
特定の実施形態では、コントローラ４０は、システム１０の動作パラメータ（例えば、圧力、温度、流量、燃焼ダイナミクスなど）を測定するために利用され得る、システム１０内に配置された１つまたは複数のセンサ４８からの情報を受信することができる。例えば、システム１０は、燃料供給部２０と燃料ノズル１８との間の燃料流ライン５２に沿って配置された圧力センサ５０を含むことができる。他の実施形態では、センサ４８は、燃料供給部内の上流、燃焼器１４内の下流、燃料ノズル１８、バルブなどのような他の場所に配置されてもよい。圧力センサ５０は、コントローラ４０に通信可能に連結されてもよく、図２を参照してさらに説明するように、燃料組成決定システム４２によって利用されて燃料２０の燃料組成の変化を決定することができる燃焼器１４への燃料流の燃料圧力を提供することができる。さらに、コントローラ４０は、（ユーザインタフェース５４を介して）ユーザからのオペレータ入力を受信することができ、システム１０の動作条件を調整するための動作コマンドを生成し、燃料ライン５２に沿って燃料流の速度を調整するなどのために受信した入力を利用することができる。
【００１９】
特に、特定の実施形態では、燃料組成決定システム４２は、燃焼器１４に供給される燃料２０の燃料組成を監視するように構成されてもよく、システム１０の動作に影響を及ぼし得るガスタービン１６の動作中の燃料組成の変化を決定することができる。例えば、特定の状況において、燃料組成の変化は、燃焼ダイナミクスおよび／またはガスタービンシステム１０の排出の変化をもたらし得る。特定の実施形態では、燃料組成決定システム４２は、燃焼器１４に供給される燃料２０の燃料圧力に少なくとも部分的に基づいて燃料組成の１つまたは複数の変化を決定することができる。さらなる例として、燃料組成決定システム４２は、燃料圧力、燃料温度、および／または様々なガスタービン動作条件（例えば、圧縮機吐出圧力、圧縮機吐出温度、焼成温度、様々な燃焼ダイナミクス測定値など）を利用して、以下にさらに説明するように、燃料流の燃料組成の変化を監視および／または決定することができる。
【００２０】
例えば、特定の実施形態では、燃料組成決定システム４２は、既存の燃料圧力センサ５０（例えば、１つまたは複数）からの情報を利用して、燃料流の燃料組成の変化を決定することができる。さらなる例として、特定の実施形態では、燃料組成決定システム４２は、システム１０内に改良された燃料圧力センサ５０からの情報を利用して、燃料流の燃料組成の変化を決定することができる。実際、特定の状況では、システム１０は、コスト効率の良い方法で燃料組成の変化を決定するために、１つまたは複数のセンサ４８（例えば、燃料圧力センサ５０）および／または燃料組成決定システム４２で改良され得る。
【００２１】
図２は、ガスタービンシステム１０の燃焼器１４に供給される燃料２０の燃料組成の変化を監視および／または決定するように構成された、図１の燃料組成決定システム４２の一実施形態のブロック図である。具体的には、上述したように、燃焼器１４は、燃料２０を受け取り、燃料２０を伴う圧縮機１２からの加圧空気３４で燃料２０を燃焼させ、発生した燃焼ガス２２をタービン１６に送る。燃焼器１４に供給される燃料２０は、天然ガス、プロセスガス、および／または天然ガスとプロセスガスとの混合物であってもよい。例えば、プロセスガスは、高炉ガス、コークス炉ガス、精製煙道ガスや、精製、化学プロセス、ガス化プロセスの結果として生成される任意の合成ガス、またはそれらの組み合わせを含むことができる。実際、燃料２０は、任意の種類のガス（例えば、天然ガス、ＬＮＧ、ＬＰＧ、精製ガス、石炭ガス、水素ガス）、不活性ガス、液体（例えば、ディーゼル、灯油、ナフサ、エタノール、メタノール、原油）を含んでもよく、他の適切な燃料供給源であってもよく、またはガスの任意の混合物または組成物を含んでもよい。
【００２２】
特定の状況では、燃焼器１４に供給される燃料２０の組成は、ガスタービンシステム１０の動作中に変化し得る。例えば、ガスタービンシステム１０の動作中、燃料２０では、燃料２０の発熱量の変化を引き起こす可能性がある不活性ガス（例えば、窒素）の量の増減が可能である。さらなる例として、特定の状況では、パイプラインガスは燃料組成が変化してもよく、またはタンクが変更されたときに燃料組成が変化してもよい。実際、特定の状況では、燃料２０の燃料組成の変化は、システム１０の所望の動作パラメータからの偏差を引き起こす可能性がある。例えば、特定の状況では、燃料２０の燃料組成の変化は、ガスタービンシステム１０の所望の燃焼ダイナミクスおよび／または所望の排出からの偏差につながる可能性がある。さらなる例として、燃料２０の燃料組成の変化は、システム１０の特定のハードウェア構成要素に対する早期摩耗または潜在的損傷を引き起こす可能性がある。したがって、燃料組成の変化を監視し、および／または燃料組成の変化に基づいてガスタービンシステム１０の制御を調整するシステムおよび方法を提供することが望ましい場合がある。特に、高価で複雑なデバイスを使用することなく、燃料組成の変化を監視しまたは決定するシステムおよび方法を費用効果が高く効率的な方法で提供することが有益であり得る。
【００２３】
上記で開示された実施形態は、コントローラ４０の燃料組成決定システム４２を利用して、燃焼器１４に供給される燃料２０の燃料組成の変化を監視および／または決定することを目的としている。例えば、特定の実施形態では、燃料組成決定システム４２は、システム１０を介して配置された１つまたは複数のセンサ４８から受信した情報に少なくとも部分的に基づいて、燃料２０の化学組成の変化を決定し、および／または燃料２０の異なる成分の濃度の変化（例えば、窒素、二酸化炭素などの不活性ガス、硫化水素などの酸性ガス、酸素、水分や湿気、粒子状物質などの量の変化）を決定するように構成されてもよい。コントローラ４０は、燃料２０の燃料組成（もしあれば）の決定された変化に基づいて、ガスタービンシステム１０の制御を調整して、ガスタービンシステム１０の動作を所望の動作パラメータまたは境界内に維持または調節することができる。
【００２４】
特定の実施形態では、燃料組成決定システム４２は、システム１０全体に配置された１つまたは複数のセンサ４８を介して、ガスタービンシステム１０の動作パラメータ（例えば、現状の動作パラメータ）に関する動作フィードバックを受け取ることができる。例えば、センサ４８は、燃料ライン５２に沿って燃料２０の様々な動作パラメータ（例えば、温度、圧力など）を測定してコントローラ４０に送信する、様々な圧力センサまたは温度センサ（例えば、圧力センサ５０）を含んでもよい。特定の実施形態では、センサ４８は、各燃焼器１４の燃焼ゾーン６０内から燃焼ダイナミクスに関する情報（例えば、燃焼ダイナミクスパラメータ）を測定することができる。例えば、各燃焼器１４のセンサ６２は、火炎検出器または音響プローブであってもよく、燃焼器１４内の火炎の火炎強度、周波数、またはトーンの振幅を測定してもよい。特定の実施形態では、センサ４８は、タービン１６および／または圧縮機１２に関する情報を測定することができる。例えば、センサ４８は、圧縮機１２から排出される加圧空気３４の温度または圧力、あるいはタービン１６に供給される燃焼ガス２２の温度または圧力に関する情報を測定してもよい。特定の実施形態では、センサ４８は、例えば光学センサ、機械センサ、振動センサ、電気センサ、またはガスタービンシステム１０の他の有用な動作パラメータを測定することができる任意のセンサなどの他のタイプのセンサを含むことができる。具体的には、センサ４８は、動作パラメータに関連する測定情報をコントローラ４０に送信することができ、コントローラ４０は、測定された情報を使用して、燃焼器１４に供給される燃料２０の燃料組成の変化を決定することができる。
【００２５】
特定の実施形態では、コントローラ４０の燃料組成決定システム４２は、燃焼器１４に供給される燃料２０の燃料組成内の変化を決定するために、メモリ４６内に格納された情報および／またはユーザ入力を介して受信した情報を利用することができる。例えば、特定の実施形態では、メモリ４６は、ガスタービンシステム１０内の燃焼器１４の形状または配置に関する情報を格納することができる。さらなる例として、メモリ４６は、燃料ノズル１８の数、位置、形状、配置、もしくは種類、および／または燃料回路の種類の数に関する情報を格納することができる。さらなる例として、メモリ４６は、燃料２０を燃料ノズル１８に送るための燃料ライン５２の直径、長さ、または幅などの燃料ライン５２の形状に関する情報を格納することができる。さらなる例として、メモリ４６は、ガスタービンシステム１０内の構成要素の任意の物理的構成の形状または配置に関する情報を格納することができる。特定の実施形態では、ガスタービンシステム１０内の構成要素の形状または配置に関する情報は、メモリ４６からアクセスされ（またはユーザ入力を介して受信され）、燃料組成決定システム４２によって利用され、燃焼器１４に供給される燃料２０の燃料組成内の変化を決定することができる。
【００２６】
特定の実施形態では、燃料組成決定システム４２は、予測燃料流を決定するために、動作フィードバック（例えば、センサ４８から受信した情報）および／またはメモリ４６からアクセスされる（またはユーザ入力を介して受信した）情報を利用することができる。具体的には、燃料組成決定システム４２は、上述したように、燃料圧力測定値、燃料温度測定値および／または様々なガスタービン動作条件（例えば、圧縮機吐出圧力、圧縮機吐出温度、焼成温度、様々な燃焼ダイナミクス測定値など）を受信することができる。さらに、燃料組成決定システム４２は、上述したように、ガスタービンシステム１０内の構成要素（例えば、燃料ライン５２）の形状／配置に関する情報を受信することができる。特定の実施形態では、燃料組成決定システム４２は、圧縮可能な流れ計算においてこの情報を利用して、基準燃料タイプの燃料ライン５２内の予測燃料流を決定することができる。予測燃料流は、ガスタービンシステム内の特定のセットの動作パラメータに対して、特定の組成を有する基準燃料タイプの燃料流の速度であってもよい。
【００２７】
特定の実施形態では、燃料組成決定システム４２は、予測燃料流を指令された燃料流と比較することができる。指令された燃料流は、コントローラ４０によって燃焼器１４、燃料供給部、燃料ノズルなどに指令された燃料流であってもよい。特定の実施形態では、指令された燃料流は、燃料ライン５２に沿って燃料ノズル１８に燃料２０を送るように構成されたバルブ５６に指令された燃料流の初期設定ポイントであってもよい。特定の実施形態では、指令された燃料流は、燃料ライン５２に沿ってバルブ５６に指令される、予め指令された燃料流であってもよい。特に、指令された燃料流は、燃料ライン５２の寸法、燃料ライン５２内の燃料２０の圧力もしくは温度、燃料２０の流量、および／または燃料２０の組成に部分的に基づいて変化してもよい。特定の実施形態では、指令された燃料流と予測燃料流との比較に基づいて、燃料組成決定システム４２は、燃料組成因子を決定することができる。
【００２８】
燃料組成因子は、図３に関してさらに説明するように、燃焼器１４に供給される燃料２０の組成における変化（もしあれば）を示す値（例えば、比率）であってもよい。特定の実施形態では、燃料組成因子は、ルックアップテーブル（例えば、燃料組成に対応する圧力および他の運転パラメータ）、コンピュータモデル、知識に基づくデータ、経験的データなどに基づいて決定されてもよい。特定の実施形態では、燃料組成因子は、予め決定された知識に基づいて決定されてもよい。例えば、基準燃料と動作パラメータとの間の相関を決定するために、システム１０は、基準燃料（特定の燃料）の様々な動作条件で運転されてもよく、決定された相関に基づいて様々な情報が記録されてもよい。さらに、コントローラ４０は、データをモデル化またはシミュレートしてもよく、および／またはモデル化されたデータに基づいて、燃料組成因子を決定、推定、もしくは外挿してもよい。特定の実施形態では、燃料２０の組成における変化（もしあれば）に基づいて、コントローラ４０は、図３に関してさらに説明するように、ガスタービンシステム１０の制御を調整して、システム１０の所望の動作パラメータまたは境界を維持または調節することができる。
【００２９】
このようにして、コントローラ４０は、燃焼器１４に供給される燃料２０の燃料組成の変化に基づいてガスタービンシステム１０の制御を監視および／または調整するためのフィードバック制御ループを調節することができる。具体的には、コントローラ４０は、ガスタービンシステム１０の動作中にガスタービンシステム１０を監視し制御することができ、それによって、燃焼器１４に供給される燃料２０の組成への変化（もしあれば）を考慮してシステム１０を動的に制御する。
【００３０】
図３は、予測燃料流と指令された燃料流との比較に基づいて決定された燃料組成因子に部分的に基づいて、図１のガスタービンシステム１０の制御を調整するための例示的な方法１００のフロー図である。図示の実施形態では、コントローラ４０は、方法１００の上述の動作を実行することができる。特定の実施形態では、コントローラ４０の燃料組成決定システム４２は、１つまたは複数のセンサ４８を介してガスタービンシステム１０から動作フィードバック（例えば、センサ測定値）を受信することができる（ブロック１０２）。例えば、燃料組成決定システム４２は、タービン１６および／または圧縮機１２に関連するセンサ４８からガスタービン状態を受信することができる（ブロック１０４）。様々なガスタービン条件の例には、圧縮機吐出圧力、圧縮機吐出温度、焼成温度、様々な燃焼ダイナミクス測定値などが含まれるが、これらに限定されない。さらなる例として、燃料組成決定システム４２は、燃料供給部２０と燃料ノズル１８との間の燃料ライン５２に沿って配置された圧力センサ５０から燃料圧力測定値を受信することができる（ブロック１０６）。さらなる例として、燃料組成決定システム４２は、燃料供給部２０と燃料ノズル１８との間の燃料ライン５２に沿って配置されたセンサ４８から燃料温度測定値を受信することができる（ブロック１０８）。
【００３１】
特定の実施形態では、コントローラ４０の燃料組成決定システム４２は、システム１０内の構成要素の形状または配置に関する情報を、ユーザ入力（またはメモリ４６からのアクセス）を介して受信することができる（ブロック１１１）。例えば、燃料組成決定システム４２は、動作フィードバックと組み合わせてこの情報を利用して、予測燃料流を決定することができる（ブロック１１０）。特に、予測燃料流は、特定の既知のガス組成を有する基準燃料について決定されてもよい。実際、コントローラ４０は、受信した情報を利用して、燃料回路の配置、燃料ライン５２の形状（例えば、直径、長さ、幅など）、燃料流の圧力および温度、燃料２０の種類および組成などに特化した予測燃料流を正確に決定することができる。
【００３２】
特定の実施形態では、方法１００は、予測燃料流を指令された燃料流と比較する（ブロック１１６）コントローラ４０の燃料組成決定システム４２を含む。特定の実施形態では、指令された燃料流は、ある量の燃料２０を燃料ノズル１８に送るように構成されたバルブ５６から受信した情報に基づくことができる。特定の実施形態では、指令された燃料流は、システム１０の初期設定値として、および／またはシステム１０に提供された以前の指令値として、バルブ５６に指令される所望の燃料流であってもよい。
【００３３】
特定の実施形態では、指令された燃料流と予測燃料流との比較に基づいて、燃料組成決定システム４２は燃料組成因子を決定する（ブロック１１８）ように構成されることができる。特に、燃料組成決定因子は、システム１０の動作中の燃料２０の燃料組成の変化を示す値（例えば、比率）であってもよい。特に、指令された燃料流と予測燃料流との比較により、燃料流の変化をもたらすことができ、この燃料流の変化は、燃料２０の燃料組成の変化を示し得る燃料の発熱量の変化を示すことができる。特定の実施形態では、この比較により、燃料流の変化をもたらすことができ、この燃料流の変化は、燃料２０の燃料組成の変化を示し得る燃料２０のエネルギー容量の変化を示すことができる。したがって、燃料組成因子は、システム１０の動作中の燃料２０の燃料組成の変化を示すことができる。
【００３４】
特定の実施形態では、コントローラ４０は、決定された燃料組成因子に基づいてガスタービンシステム１０の制御を調整する（ブロック１２０）ように構成されることができる。具体的には、燃料組成因子に基づいて、コントローラ４０は、燃料２０の燃料組成の変化のタイプを決定することができる。例えば、特定の状況では、燃料組成因子は、燃焼器１４に供給される燃料２０内のより多くの不活性ガス（例えば、窒素）を示すことができる。したがって、燃料組成因子に基づいて、コントローラ４０は、システム１０の動作パラメータを特定の境界内に維持するようにシステム１０への制御コマンドを調整することができる。例えば、特定の状況では、コントローラ４０は、システム１０が所望の燃焼ダイナミクス、所望の排出を生成し、特定のハードウェア構成要素を保護し、および／またはシステム１０の他の所望の動作パラメータを生成するように、制御コマンドを調整することができる。例えば、特定の実施形態では、コントローラ４０は、負荷２８を増減することができ、各燃焼器１４、各燃料回路、および／または各燃料ノズル１８に供給される燃料２０を調整する（例えば、燃料分割を調整する）ことができ、オペレータに警告するために警報を鳴らすことができ、あるいは、システム１０の１つまたは複数の動作パラメータ（例えば、燃焼ダイナミクスパラメータなど）を調整することができる。
【００３５】
本発明の技術的効果は、圧力センサ５０を介して取得された燃料圧力測定値に少なくとも部分的に基づいて、ガスタービンエンジンシステム１０に供給される燃料２０の燃料組成の変化を決定する燃料組成決定システム４２のためのシステムおよび方法を含む。より具体的には、燃料組成決定システム４２は、燃料圧力、燃料温度、および／または様々なガスタービン動作条件（例えば、圧縮機吐出圧力、圧縮機吐出温度、焼成温度、様々な燃焼ダイナミクス測定値など）を受信し利用することができ、システム１０の構成要素の様々な形状配置情報は、燃料２０の燃料組成の変化を監視し調節する。特定の実施形態では、燃料組成決定システム４２は、受信した情報を利用して、基準燃料組成タイプの予測燃料流を決定することができる。さらに、燃料組成決定システム４２は、予測燃料流と指令された燃料流との比較に基づいて燃料組成因子を決定することができる。特定の実施形態では、燃料組成因子は、システム１０の動作中の燃料２０の組成の変化を示すことができ、システム１０の制御調整（もしあれば）を決定するためにコントローラ４０によって利用されることができる。
【００３６】
この明細書は、最良の形態を含んだ本発明の開示のために、また、任意のデバイスまたはシステムの製作および使用、ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含んだ本発明の実施がいかなる当業者にも可能になるように、実施例を用いている。本発明の特許され得る範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の例が特許請求の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と実質的な差異のない等価な構造要素を含む場合には、このような他の例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
燃料流を受け取るように構成された燃焼器アセンブリと、
前記燃焼器アセンブリ内に配置され、前記燃焼器アセンブリの燃料供給部（２０）から燃料ノズル（１８）への燃料流の圧力を測定するように構成された圧力センサ（５０）と、
前記圧力センサ（５０）に通信可能に連結されたコントローラ（４０）と、
を備えるシステムであって、
前記コントローラ（４０）は、
前記燃焼器アセンブリの現状の動作パラメータである圧力測定値を前記圧力センサ（５０）から受信し、
前記圧力測定値に少なくとも部分的に基づいて予測燃料流を決定し、
前記予測燃料流と指令された燃料流との比較に基づいて燃料組成因子を決定し、前記燃料組成因子は前記燃料流の燃料組成の変化を示し、
前記燃料組成因子に基づいて前記燃焼器アセンブリの制御を調整する
ように構成される、システム。
［実施態様２］
前記燃焼器アセンブリ内に配置され、１つまたは複数の現状の動作パラメータを測定するように構成された１つまたは複数のセンサ（４８）を備える、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様３］
前記１つまたは複数のセンサ（４８）が、温度センサ、流量センサ、火炎検出器、音響プローブ、機械センサ、振動センサ、光センサ、電気センサ、またはそれらの組み合わせを含む、実施態様２に記載のシステム。
［実施態様４］
前記コントローラ（４０）が、温度測定値、圧縮機吐出圧力、または圧縮機吐出温度に少なくとも部分的に基づいて前記予測燃料流を決定するように構成される、実施態様２に記載のシステム。
［実施態様５］
前記コントローラ（４０）が、前記燃焼器アセンブリ内に配置された構成要素の形状に少なくとも部分的に基づいて前記予測燃料流を決定するように構成される、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様６］
前記構成要素の前記形状が、前記燃料ライン（５２）の直径および長さを含む、実施態様５に記載のシステム。
［実施態様７］
前記コントローラ（４０）が、圧縮可能な流れ計算に基づいて前記予測燃料流を決定するように構成される、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様８］
前記コントローラ（４０）が、前記燃料ノズル（１８）の上流に配置されたバルブから前記指令された燃料流を受け取るように構成され、前記バルブは前記燃料流の速度を制御する、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様９］
前記燃焼器アセンブリの前記制御を調整することは、燃料流、燃料分割、燃焼ダイナミクスパラメータ、排出パラメータ、または負荷を調整することを含む、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様１０］
燃料流を受け取るように構成された燃焼器アセンブリと、
前記燃焼器アセンブリ内に配置され、前記燃焼器アセンブリの１つまたは複数の動作パラメータを測定するように構成された１つまたは複数のセンサ（４８）と、
前記１つまたは複数のセンサ（４８）の各々に通信可能に連結されたコントローラ（４０）と
を備えるシステムであって、前記コントローラ（４０）は、
前記１つまたは複数のセンサ（４８）から前記１つまたは複数の動作パラメータを受信し、
前記１つまたは複数の動作パラメータに少なくとも部分的に基づいて予測燃料流を決定し、
前記予測燃料流と指令された燃料流との比較に基づいて燃料組成因子を決定し、前記燃料組成因子は前記燃料流の燃料組成の変化を示し、
前記燃料組成因子に基づいて前記燃焼器アセンブリの制御を調整する
ように構成される、システム。
［実施態様１１］
前記１つまたは複数のセンサ（４８）が、前記燃焼器アセンブリの燃料供給部（２０）から燃料ノズル（１８）への前記燃料流の圧力を測定するように構成された圧力センサ（５０）を備える、実施態様１０に記載のシステム。
［実施態様１２］
前記１つまたは複数のセンサ（４８）が、前記燃焼器アセンブリの燃料供給部（２０）から燃料ノズル（１８）への前記燃料流の温度を測定するように構成された温度センサを備える、実施態様１０に記載のシステム。
［実施態様１３］
前記１つまたは複数の動作パラメータが、圧縮機吐出圧力または圧縮機吐出温度を含む、実施態様１０に記載のシステム。
［実施態様１４］
前記コントローラ（４０）が、前記燃焼器アセンブリ内に配置された構成要素の形状に少なくとも部分的に基づいて前記予測燃料流を決定するように構成される、実施態様１０に記載のシステム。
［実施態様１５］
前記コントローラ（４０）が、前記燃料ノズル（１８）の上流に配置されたバルブから前記指令された燃料流を受け取るように構成され、前記バルブは前記燃料流の速度を制御する、実施態様１０に記載のシステム。
［実施態様１６］
前記燃焼器アセンブリの前記制御を調整することは、前記燃料流、燃料分割、燃焼ダイナミクスパラメータ、排出パラメータ、または負荷を調整することを含む、実施態様１０に記載のシステム。
［実施態様１７］
燃焼器アセンブリのコントローラ（４０）を介して、燃焼器アセンブリ内に配置された１つまたは複数のセンサ（４８）からの１つまたは複数の動作パラメータを受信するステップと、
前記コントローラ（４０）を介して、前記１つまたは複数の動作パラメータに少なくとも部分的に基づいて予測燃料流を決定するステップと、
前記予測燃料流と指令された燃料流とを比較して、前記燃焼器アセンブリの燃料供給部（２０）から燃料ノズル（１８）への燃料流の燃料組成の変化を示す燃料組成因子を決定するステップと、
前記燃料組成因子に基づいて前記燃焼器アセンブリの制御を調整するステップと
を含む、方法。
［実施態様１８］
前記１つまたは複数の動作パラメータに少なくとも部分的に基づいて、基準燃料の前記予測燃料流を決定するステップを含む、実施態様１７に記載の方法。
［実施態様１９］
前記燃焼器アセンブリの構成要素の形状に少なくとも部分的に基づいて前記予測燃料流を決定するステップを含む、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２０］
前記燃焼器アセンブリの制御を調整するステップが、前記燃料流、燃料分割、燃焼ダイナミクスパラメータ、排出パラメータ、または負荷を調整するステップを含む、実施態様１７に記載の方法。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ガスタービンシステム
１２  圧縮機
１４  タービン燃焼器
１６  ガスタービン
１８  燃料ノズル
２０  燃料供給部
２２  高温加圧燃焼ガス
２４  シャフト
２６  排気出口
２８  負荷
３０  酸化剤
３２  空気取り入れ口
３４  加圧空気
４０  コントローラ
４２  燃料組成決定システム
４４  プロセッサ
４６  メモリ
４８  センサ
５０  燃料圧力センサ
５２  燃料流ライン
５４  ユーザインタフェース
５６  バルブ
６０  燃焼ゾーン
６２  センサ
１００  方法
１０２  測定値を受信するブロック
１０４  ガスタービン条件ブロック
１０６  燃料圧力ブロック
１０８  燃料温度ブロック
１１０  予測燃料流を決定するブロック
１１１  形状情報ブロック
１１２  指令された燃料流を受け取るブロック
１１４  指令された燃料流ブロック
１１６  予測燃料流と指令された燃料流とを比較するブロック
１１８  燃料組成因子を決定するブロック
１２０  ガスタービン制御調整を決定するブロック
【図１】
2018091331.tif 000003
【図２】
2018091331.tif 000004
【図３】
2018091331.tif 000005
【外国語明細書】
2018091331000001.pdf