(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボ機械の始動中の着火モードを制御する改良された方法が望まれている。現下の発熱量に基づいて燃料流量を調節する閉ループ方式を実現するべきであり、着火モードおよび始動が成功する確率を向上させなければならない。【解決手段】健全な着火モードに必要な燃料の質量流量を決定するために物理に基づく閉ループ制御方式による手法を適用する。タービン制御システム１９０は、複数の作動データを受け取る。タービン制御システム１９０は、受け取った作動データにエネルギーバランスを適用する少なくとも１つのアルゴリズムを使用する。作動データには、それに限定はされないが、空気流量データ、燃料システム１６０からのデータ、軸仕事に関するデータ、排気データ、および熱損失に関するデータを含めることができる。そのエネルギーバランスは、必要な質量流量を求めるために使用される。【選択図】図１
2011132957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械（１００）の始動プロセス中に燃焼システム（１２０）に流れる燃料を制御する方法（２００、３００）であって、
圧縮機部（１１０）、燃料システム（１６０）、燃焼システム（１２０）、および排気部（１４５）を備えるターボ機械（１００）を装備するステップと、
前記燃焼システム（１２０）の着火プロセスに必要なエネルギー量を求めるステップ（２２０）と、
前記燃焼システム（１２０）によって消費される燃料の発熱量を求め、前記燃料システム（１６０）が前記燃料を前記燃焼システム（１２０）へ送出するステップ（２１０）と、
前記燃料の必要質量流量を求めるために着火アルゴリズム（２３０）を使用するステップであって、前記着火アルゴリズム（２３０）が、前記着火プロセスに必要な前記エネルギー量に関するデータと前記燃料の前記発熱量に関するデータとを比較するステップと、
前記燃料の前記必要質量流量（２４０）に関するデータを用いて前記燃料システムのバルブ位置を決めるステップ（２５０）であって、位置決めされた前記バルブに応じて前記燃料を前記着火プロセスに使用するために前記燃料システムから前記燃焼システム（１２０）に流すことを可能にならしめル、前記ステップ（２５０）と、
を具備することにより、前記燃料の前記発熱量の変化を自動的に補正することを特徴とする燃料制御方法（２００、３００）。
【請求項２】
前記燃料の前記発熱量を求める前記ステップ（２１０）が、ターボ機械（１００）が運転停止プロセス中である間に実行されることを特徴とする請求項１記載の方法（２００、３００）。
【請求項３】
前記燃料の前記発熱量を求める前記ステップ（２１０）は、前記燃料の前記発熱量を計算するためにアルゴリズムを使用し、このアルゴリズムが、
前記燃焼システム（１２０）によって吸入される空気の質量流量および温度に関するデータと、
前記燃料システム（１６０）によって送出される前記燃料の質量流量および温度に関するデータと、
前記排気部（１４５）を通って流れる排気の排気温度に関するデータと、
前記ターボ機械（１００）が受ける熱損失に関するデータと、
前記ターボ機械（１００）が発生するエネルギーに関するデータと、
を受け取ることを特徴とする請求項２記載の方法（２００、３００）。
【請求項４】
前記燃料の前記発熱量を求める前記ステップ（２１０）が、前記燃料システム（１６０）の装置から前記発熱量に関するデータを受け取るステップを含むことを特徴とする請求項２記載の方法（２００、３００）。
【請求項５】
第２の発熱量が第１の発熱量と異なる場合に通知を行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項２記載の方法（２００、３００）。
【請求項６】
前記燃料システムのバルブの位置を決めるために前記燃料の前記必要質量流量を使用する前記ステップ（２５０）が、
前記バルブの上流の前記燃料の圧力に関するデータを受け取るステップと、
前記燃料システム（１６０）が前記燃料の前記必要質量流量を送出することができる前記バルブの位置を求めるために、前記圧力、およびバルブ位置決めアルゴリズムを使用するステップとを含む開ループ制御（２００、３００）を使用することを特徴とする請求項１記載の方法（２００、３００）。
【請求項７】
前記燃料の前記必要質量流量を使用して前記燃料システム（１６０）の前記バルブの位置を決めるステップ（２５０）が、
前記燃料の前記必要質量流量と前記燃料の実際の質量流量（３１０、３２０）との差を求めるステップと、
前記差を減少させる方向に前記バルブを調節するステップ（３３０）とを含む閉ループ制御方法を使用することを特徴とする請求項１記載の方法（２００、３００）。
【請求項８】
前記燃料の前記実際の質量流量が、燃料システムの計器によって求められることを特徴とする請求項７記載の方法（２００、３００）。
【請求項９】
ガスタービン（１００）の始動プロセスに伴う着火プロセスを強化するために構成されたシステムであって、
圧縮機部（１１０）、燃料システム（１６０）、燃焼システム（１２０）、および排気部（１４５）を備えるガスタービン（１００）と、
前記ガスタービン（１００）を制御するようになされた制御システム（１９０）と
を備えるシステムにおいて、前記制御システム（１９０）が、
前記燃焼システム（１２０）の着火プロセスに使用する燃料の初期設定発熱量に関するデータを受け取るステップ（２１０）と、
前記ガスタービン（１００）の運転停止操作中に、前記燃焼システムによって消費される前記燃料の実際の発熱量を求め、前記燃料システム（１６０）が前記燃料を前記燃焼システム（１２０）に送出するステップ（２１０）と、
前記燃料の必要質量流量を求めるために着火アルゴリズム（２３０）を使用するステップであって、前記着火アルゴリズム（２３０）が、前記着火プロセスに必要な前記エネルギー量に関するデータと前記燃料の前記発熱量に関するデータとを比較するステップと、
前記燃料の前記必要質量流量に関するデータを使用して前記燃料システム（１６０）のバルブを動かし、このバルブによって、前記燃料を前記着火プロセスに使用するために前記燃料システム（１６０）から前記燃焼システム（１２０）に流すことを可能ならしめるステップ（２４０）と、
前記燃料の前記発熱量が変わったことを確認すると、前記必要質量流量を自動的に調節するステップと
を実行するシステム。
【請求項１０】
前記燃料の前記発熱量を求める前記ステップ（２１０）が、前記燃料の前記発熱量を計算するためにアルゴリズムを使用し、
このアルゴリズムが、
前記燃焼システム（１２０）によって吸入される空気の質量流量および温度に関するデータと、
前記燃料システム（１６０）によって送出される前記燃料の質量流量および温度に関するデータと、
前記排気部（１４５）を通って流れる空気の排気温度に関するデータと、
前記ガスタービン（１００）が受ける熱損失の量に関するデータと、
前記ガスタービン（１００）が発生するエネルギーの量に関するデータと
を受け取ることを特徴とする請求項９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ターボ機械の始動操作に関し、より詳細には、ターボ機械の始動操作に伴う着火モード中の燃料流量を増強する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
「急速始動」は、運用者がターボ機械の始動を開始した後ある時間内に、そのターボ機械が出力を送り出す必要があり、不良排気作動の可能性のある作動モードであると考えてよい。変動するエネルギー需要が、いつターボ機械を作動させるかを決定する主な要因である。ターボ機械は、需要が一杯になって運転する必要が生じる迄、通常、停止している。需要によって運転が必要になったとき、ターボ機械では、所望のエネルギー（電気、機械的トルク、蒸気等）を送り出す前に始動プロセスを実施する。
【０００３】
ピーキングまたは単純サイクル発電所が急速始動を行うことができ、次いで、長時間に亘る効率の良い発電に置き換わる。さらに、本願の現譲受人、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙは、それに限定されないが、米国特許第２７１１３５６２Ａ１号、表題「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｔａｒｔｉｎｇ  Ｕｐ  Ｃｏｍｂｉｎｅｄ  Ｃｙｃｌｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」に開示されたもののような複合サイクル（ＣＣ）発電所（ＣＣＰＰ）のポートフォリオを有する。さらに、米国特許第０４２０７８６４号、表題「Ｄａｍｐｅｒ」、米国特許第０４２０８８８２号、表題「Ｓｔａｒｔｕｐ  Ａｔｔｅｍｐｅｒａｔｏｒ」、米国特許第０４５９８５５１号、表題「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｓｔｅａｍ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ  Ｄｕｒｉｎｇ  Ｓｔａｒｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｌｏａｄｉｎｇ」がある。また、米国特許第０５３６１５８５号、表題「Ｓｔｅａｍ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｓｐｌｉｔ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｆｌｏｗ」、米国特許第０５４１２９３６号、表題「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｅｆｆｅｃｔｉｎｇ  Ｓｔａｒｔ−ｕｐ  ｏｆ  ａ  Ｃｏｌｄ  Ｓｔｅａｍ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｉｎ  ａ  Ｃｏｍｂｉｎｅｄ  Ｃｙｃｌｅ  Ｐｌａｎｔ」、米国特許第０６６２６６３５号、表題「Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｃｌｅａｒａｎｃｅ  Ｂｅｔｗｅｅｎ  Ｂｌａｄｅ  Ｔｉｐｓ  ａｎｄ  ａ  Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ  Ｃａｓｉｎｇ  ｉｎ  Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ」がある。これら本願の譲受人に譲渡された特許および特許出願を参照することによって、急速始動技術および本明細書の主題の領域をさらに深く知ることができる。
【０００４】
ある一部の既知のターボ機械の始動プロセスは、通常、様々な作動速度で実効される複数のモードを含む。このモードは、それに限定はされないが、パージ、着火、暖機、および最初の作動速度への加速を含む。着火モードは、始動を成功させるために極めて重要である。
【０００５】
着火モードを制御する現在周知の方法では、燃料の想定発熱量によって予め決定された燃料流量が組み込まれる。この想定発熱量は、通常、ターボ機械の運用中に使用する燃料に基づく。これらの方法は、現下の発熱量が着火モード中に求められないので、開ループ方式で実行される。ある一部のターボ機械の運用者は、現下の発熱量を求めるためにガスクロマトグラフィ（ＧＣ）装置を使用する。しかし、ＧＣは極めて高価な装置であり、かつ定常的な較正および保守を必要とする。
【０００６】
現在周知の着火モードを制御する方法にはいくつかの問題点がある。想定／初期設定発熱量は、正確でない可能性がある。ターボ機械に供給される現下の燃料の発熱量が、運用プロセス中に使用する燃料とは異なる可能性がある。これにより、着火モードおよび始動プロセス全体を失敗させる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、ターボ機械の始動中の着火モードを制御する改良された方法が望まれている。その方法は、現下の発熱量に基づいて燃料流量を調節する閉ループ方式を実現するべきである。この方法は、着火モードおよび始動が成功する確率を向上させなければならない。これにより、ターボ機械が急速始動操作の要求に適合するように補助することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態では、ターボ機械（１００）の始動プロセス中に燃焼システム（１２０）に流れる燃料を制御する方法（２００、３００）であって、圧縮機部（１１０）、燃料システム（１６０）、燃焼システム（１２０）、および排気部（１４５）を備えるターボ機械（１００）を装備するステップと、燃焼システム（１２０）の着火プロセスに必要なエネルギーの量を求めるステップ（２２０）と、燃焼システム（１２０）によって消費される燃料の発熱量を求めるステップ（２１０）であって、燃料システム（１６０）が燃料を燃焼システム（１２０）へ送出するステップと、燃料の必要質量流量を求めるために着火アルゴリズム（２３０）を使用するステップであって、着火アルゴリズム（２３０）が、着火プロセスに必要なエネルギーの量に関するデータと燃料の発熱量に関するデータとを比較するステップと、燃料システムのバルブの位置を決めるために燃料の必要質量流量（２４０）に関するデータを使用するステップ（２５０）であって、バルブによって、着火プロセスに使用するために燃料を燃料システムから燃焼システム（１２０）に流すことが可能になるステップとを備える方法（２００、３００）において、燃料の発熱量の変化を自動的に補正する方法（２００、３００）を提供する。
【０００９】
本発明の代替実施形態では、ガスタービン（１００）の始動プロセスに伴う着火プロセスを強化するために構成されたシステムであって、圧縮機部（１１０）、燃料システム（１６０）、燃焼システム（１２０）、および排気部（１４５）を備えるガスタービン（１００）と、ガスタービン（１００）を制御するようになされた制御システム（１９０）とを備えるシステムにおいて、制御システム（１９０）が、燃焼システム（１２０）の着火プロセスに使用する燃料の初期設定発熱量に関するデータを受け取るステップ（２１０）と、ガスタービン（１００）の運転停止操作中に、燃焼システムによって消費される燃料の実際の発熱量を求めるステップ（２１０）であって、燃料システム（１６０）が燃料を燃焼システム（１２０）に送出するステップと、燃焼システム（１２０）に送出する燃料の必要質量流量（２４０）を求めるために着火アルゴリズム（２３０）を使用するステップであって、着火アルゴリズム（２３０）が、初期設定発熱量と燃料の実際の発熱量に関するデータとを比較するステップと、燃料システム（１６０）のバルブを動かすために燃料の必要質量流量（２４０）に関するデータを使用するステップであって、バルブによって、着火プロセスに使用するために燃料を燃料システム（１６０）から燃焼システム（１２０）に流すことが可能になるステップと、燃料の発熱量が変わったことを確認すると、必要質量流量を自動的に調節するステップとを実行するシステムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態が作動することができる環境の概略図である。
【図２】本発明の実施形態による、着火モードを制御する方法を示すブロック図である。
【図３】本発明の代替実施形態による、着火モードを制御する方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
既述のように、「急速始動」は発電所機械の作動モードと考えることができる。このモードでは、一般に、発電所機械の始動が開始された後ある時間内に、その発電所機械は、排気規制を遵守しながら、出力を送り出す必要がある。本明細書に使用する限りにおいて、用語、急速始動は、本発明の範囲内のすべてのその種モードおよびそれと同等のものを含むものとする。
【００１２】
本発明は、それに限定はされないが、急速始動モードで作動するように設定されたガスタービンなどのターボ機械の始動プロセスに伴う着火モードを強化する技術的効果を有する。ガスタービンには、それに限定はされないが、ヘビーデューティガスタービン、航空派生型ガスタービンなどを含めることができる。本発明の実施形態はガスタービンに関して説明されるが、本発明の用途はガスタービンに限定されない。本発明の実施形態は、本明細書に記載されていなくても、吸入空気を少なくとも一種類の燃料と混合して燃焼することができる他の産業機械にも適用することができる。
【００１３】
詳細な例示的実施形態が本明細書に開示される。しかし、本明細書に開示される特定の構造および機能の詳細は、単に、例示的実施形態を説明する目的のための代表例である。その一方で、例示的実施形態は、多数の代替形態として実施することができ、本明細書に記述される実施形態のみに限定されると解釈するべきではない。
【００１４】
したがって、例示的実施形態には様々な変更および代替形態が可能であるが、その実施形態が図面に例として示され、本明細書に詳細に記載される。ただし、例示的実施形態は開示された特定の形態に限定されるものではなく、逆に、例示的実施形態は、例示的実施形態の範囲に含まれるすべての変更形態、同等物、代替形態を包含するものと理解するべきである。
【００１５】
用語、第１、第２などが、様々な要素を記述するのに本明細書で使用されることがあるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、単に１つの要素を別の要素から区別するために使用される。たとえば、例示的実施形態の範囲を逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素を第１の要素と呼ぶことができる。本明細書に使用される限りにおいて、「および／または」は、関連して列挙された１つまたは複数の項目のいかなる組合せをも、またすべての組合せを含む。
【００１６】
本明細書に使用される術語は、単に特定の実施形態を記述するためのものであり、例示的実施形態を限定するものではない。本明細書に使用される限りにおいて、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに他の場合を示さない限り、複数形もまた含むものとする。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、および／または「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」は、本明細書に使用されるとき、言及された特徴、完全体、ステップ、工程、要素、および／または構成部品が存在することを規定するが、１つまたは複数の他の特徴、完全体、ステップ、工程、要素、構成部品、および／またはそれらのグループが存在することまたは追加されることを排除するものではないことがさらに理解されよう。
【００１７】
いくつかの代替実装形態では、言及された機能／動作が図面に示された順序から外れて生じることがあることにもまた留意されたい。たとえば、連続する２つの図面が、関連する機能／作動に応じて、実質的に同時に実施され、または時には逆の順序で実施されることもある。
【００１８】
次いで図面を参照すると、それらでは、複数の図面を通して様々な番号が同様な部品を表すが、図１は、本発明の実施形態が作動することができる環境を概略的に示す。図１では、ガスタービンの形態のターボ機械１００が、圧縮機部１１０、燃焼システム１２０、タービン部１３０、排気部１４５、燃料システム１６０、およびタービン制御システム１９０を備える。燃焼システム１２０は、燃料システム１６０から燃料を受け取る。
【００１９】
一般に、圧縮機部１１０は、吸入空気を圧縮するように構成された複数の回転ブレードおよび静止ベーン（そのどちらも図示せず）を備える。燃焼システム１２０内で、圧縮空気および燃料が混合され、着火され、作動流体を生成する。
【００２０】
作動流体は、一般に、燃焼システム１２０から移行部１４０の流路１３５を通ってタービン部１３０まで下流へ流れる。タービン部１３０は、作動流体を機械的トルクに変換する複数の回転および静止構成部品（そのどちらも図示せず）を備え、そのトルクは、それに限定はされないが発電機などの負荷１７０を駆動するのに使用することができる。次に、作動流体は、排気部１４５を通ってガスタービン１００から排出され得る。ガスタービン１００が作動するとき、機械的トルクによって生成される軸仕事１７０の一部は、圧縮機部１１０を駆動するために使用される。さらに、ガスタービン１００によって生成されたエネルギーの一部は、外側構成部品を通して散逸される。その散逸は、熱損失などと考えてよい。
【００２１】
本発明の実施形態は、健全な着火モードに必要な燃料の質量流量を決定するために物理に基づく手法を適用する。この手法は、閉ループ制御方式を使用する。この場合、タービン制御システム１９０は、複数の作動データを受け取る。タービン制御システム１９０は、受け取った作動データにエネルギーバランスを適用する少なくとも１つのアルゴリズムを使用する。作動データには、それに限定はされないが、空気流量データ１５０、燃料システム１６０からのデータ、軸仕事１７０に関するデータ、排気データ１８０、および熱損失に関するデータを含めることができる。図２、３に記載されるように、このエネルギーバランスは、必要な質量流量を求めるために使用される。
【００２２】
理解されるであろうが、本発明は、方法、システム、またはコンピュータプログラム製品として実現することができる。したがって、本発明は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、または、本明細書ではそのすべてを「回路」、「モジュール」、または「システム」と呼称するソフトウェアおよびハードウェアの態様を組み合わせた実施形態の形を取ることができる。さらに、本発明は、その媒体中に収録されたコンピュータ可使用プログラムコードを有するコンピュータ可使用記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態を取ることができる。本明細書に使用される限りにおいて、用語「ソフトウェア」および「ファームウェア」は交換可能であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、および不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含む、プロセッサによって実行されるメモリに記憶されたあらゆるコンピュータプログラムを含む。上記のメモリタイプは、単に例示であり、したがって、コンピュータプログラムを記憶するために使用可能なメモリのタイプに関して限定するものではない。
【００２３】
あらゆる適切なコンピュータ可読媒体を使用することができる。コンピュータ可使用またはコンピュータ可読媒体は、たとえば、それに限定はされないが、電気式、磁気式、光学式、電磁気式、赤外線式、または半導体式のシステム、装置、デバイス、または伝播媒体であってもよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例（非網羅的列挙）は、以下を含む。すなわち、１つまたは複数の配線を有する電気的結線、可搬コンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能なプログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、可搬コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶装置、インターネットまたはイントラネットをサポートするような伝送媒体、または磁気記憶装置である。コンピュータ可使用またはコンピュータ可読媒体は、その上にプログラムを印刷する紙または別の適切な媒体でもよいことに留意されたい。というのは、たとえば、紙または他の媒体を光学的にスキャンすることによって、プログラムを電子的に取り込み、次いでコンパイルし、翻訳し、または必要に応じて適切な方式で別の処理を行い、次いでコンピュータメモリに記憶ことができるからである。この文書の文脈では、コンピュータ可使用またはコンピュータ可読媒体は、命令実行システム、装置、またはデバイスによって、またはそれらに接続して使用するプログラムを収容し、記憶し、それと通信し、それを伝播し、伝送することができるいかなる媒体でもよい。
【００２４】
本明細書で使用する用語、プロセッサは、中央処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＣＳ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、および、本明細書に記載の機能を果たすことが可能な他のあらゆる回路またはプロセッサを意味する。
【００２５】
本発明の操作を実行するコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ（商標）７、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、またはＣ＋＋などのオブジェクト指向プログラム言語で書くことができる。ただし、本発明の操作を実行するコンピュータプログラムコードは、「Ｃ」プログラム言語、または同様な言語など、従来の手続き型プログラム言語で書くこともできる。プログラムコードは、完全にユーザのコンピュータ上で、部分的にユーザのコンピュータ上で、スタンドアローンのソフトウェアパッケージとして、部分的にユーザのコンピュータ上および部分的に遠隔コンピュータ上で、または完全に遠隔コンピュータ上で実行することができる。最後の場合は、遠隔コンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介してユーザのコンピュータに接続することができ、または、外部コンピュータ（たとえばインターネット接続業者を使用してインターネットを介して）に接続を行うこともできる。
【００２６】
本発明が、本発明の実施形態による方法、装置（システム）およびコンピュータプログラム製品のフローチャート図および／またはブロック図を参照して、以下に説明される。フローチャート図および／またはブロック図の各ブロック、ならびにフローチャート図および／またはブロック図のブロックの組合せは、コンピュータプログラムの命令によって実行することができることが理解されよう。これらのコンピュータプログラムの命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサに送られて、命令などの機械語を生成することができ、その機械語が、コンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサを介して実行され、フローチャートおよび／またはブロック図の１つまたは複数のブロックに指定された機能／動作を実行する手段を生成する。
【００２７】
これらコンピュータプログラムの命令もまた、コンピュータ可読メモリに記憶することができる。これらの命令は、コンピュータまたは他のプルグラマブルデータ処理装置に特定の態様で働くように指令することができる。すなわち、コンピュータ可読メモリに記憶された命令が、フローチャートおよび／またはブロック図の１つまたは複数のブロックに規定された機能／動作を実行する命令手段を含む製品を作り出す。コンピュータプログラムの命令もまた、コンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理装置にロードされる。これらの命令は、一連の動作ステップをコンピュータまたは他のプログラマブル装置上で遂行させて、コンピュータ実行プロセスを生成する。この場合、コンピュータまたは他のプログラマブル装置上で実行される命令は、フローチャートおよび／またはブロック図のブロックに規定される機能／動作を実現するステップを形成する。
【００２８】
再び図を参照すると、図２は、本発明の実施形態による、着火モードを制御する方法２００を示すブロック図である。本発明の実施形態では、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）などを介して方法２００の動作を監視し制御する制御システムを使用することができる。
【００２９】
ステップ２１０では、方法２００は、着火モードで使用される燃料の発熱量を求めることができる。方法２００の実施形態は、それに限定はされないが、熱力学の第１法則などの物理に基づく手法を適用して、発熱量を求めることができる。方法２００は、ガスタービン１００の複数の作動データを受け取り、次いで、そのデータにエネルギーバランスを適用することができる。作動データには、それに限定はされないが、圧縮機部に入る空気流れの質量流量および温度、燃焼部に入る燃料流れの質量流量および温度、排気温度、熱損失、および発生する軸仕事を含めることができる。この作動データは、最直近のターボ機械作動状態に対応する。方法２００は、この作動データを、燃料の発熱量を求めるアルゴリズムに使用することができる。この発熱量は、ガスタービンによって最直近に消費された燃料に対応する極めて正確な発熱量になり得る。さらに、この燃料は、現下の着火プロセス中に燃料システム内に最も存在し得る燃料である。
【００３０】
本発明の実施形態では、方法２００は、計算された発熱量の通知を行うことができる。この通知は、ＧＵＩ上の警報視覚表示などの形態を取り得る。ガスクロマトグラフ（ＧＣ）を有するガスタービン１００では、発熱量を、ＧＣによる測定値と比較することができる。この場合、方法２００は、ＧＣまたは同様なシステムを監視する手段を運用者に提供することができる。この監視は、発熱量を提供するＧＣまたは同様なシステムの作動に対する「ヘルスチェック」と考えてよい。
【００３１】
ステップ２２０では、方法２００は、適切な着火に必要なエネルギーを求めることができる。これは、初期設定の発熱量と考えることができる。既述のように、初期設定発熱量は、ガスタービンの運用中に消費される燃料に対応し得る。通常、初期設定発熱量は、ガスタービンを作動させる制御システム内に記憶され、方法２００の実施形態を実行することができる。
【００３２】
ステップ２３０では、方法２００は、着火アルゴリズムを組み込むことができる。ここで、方法２００は、ステップ２１０の測定発熱量をステップ２２０の初期設定発熱量と比較することができる。ステップ２４０では、方法２００は、この比較結果を燃料の必要質量流量を求めるために使用することができる。
【００３３】
ステップ２５０では、方法２００は、燃料システムが必要な質量流量を燃焼システムに送ることができるのに必要な要求バルブ位置を決定することができる。次いで、方法２００は、バルブをその位置に調節することができる。この場合、方法２００の実施形態は、バルブを動かすために様々な手法を使用することができる。第１の手法では、バルブの上流の燃料の圧力を使用する。第２の手法は、図３のステップ３１０〜３３０において以下に説明する閉ループ流れ方式を使用する。
【００３４】
第１の手法は、周知の従来の手法と考えてよい。この手法２００は、記憶されている、上流の燃料圧力の関数としてのバルブの流量特性を使用する。この場合、方法２００は、上流の燃料圧力を、燃料の必要質量流量を実現することができるバルブ位置に関連付けるルックアップ表などを組み込むことができる。
【００３５】
図３は、本発明の代替実施形態による、着火モードを制御する方法３００を示すブロック図である。方法３００の初期のステップ（ステップ２１０〜２４０）は、図２で説明したステップと同様でよい。したがって、本開示は、バルブを動かす第２の手法に焦点を当てる。この第２の手法では、図２のステップ２５０を実行するために閉ループ方式を使用することができる。この第２の手法では、燃料システムの構成部品にすることができる質量流量センサのフィードバックに基づいて、バルブの位置を決めることができる。
【００３６】
ステップ３１０では、方法３００は、最初は、初期設定フィードバック値に基づく位置にバルブを動かすことができる。この場合、たとえば、それに限定はされないが、燃料流量は極めて低くなり得る。バルブ位置の大きな変動を回避するために、方法３００では、最初に、初期設定地を最後に記憶した流量に基づいて設定することができる。
【００３７】
ステップ３２０では、方法３００は、ステップ３３０に示されるようにバルブを通って燃焼システムに流れる燃料の現下の質量流量を測定することができる。本発明の実施形態では、それに限定はされないが、メータなどの質量流量測定装置を、燃焼システムの燃料マニホルドの上流に隣接して配置することができる。本発明の代替実施形態では、燃料システムは、マニホルドの圧力を測定する圧力変換器などを備え得る。この場合、方法３００は、マニホルド圧力に基づいて実際の燃料流量を計算することができる。
【００３８】
測定流量に関するデータは、必要流量と実際の流量との差を求めることができるアルゴリズムなどに送ることができる。次に、方法３００は、その差を縮めることを目的としてバルブ位置を調節することができる。本発明の実施形態では、方法３００は、この閉ループプロセスを着火モードが完了するまで続けることができる。
【００３９】
既述のように、本発明の実施形態は、ターボ機械の始動に伴う着火モードを最適化することができる。本発明の実施形態は、急速始動操作下のターボ機械の始動に関する信頼性を著しく向上させることができる。
【００４０】
当業者が理解するであろうように、いくつかの例示的実施形態に関して上記に説明した多数の様々な特徴および構成は、本発明の他の可能な実施形態を形成するために、さらに選択的に適用することができる。当業者は、添付の複数の請求項によってまたは別様に包含されるすべての組合せおよび可能な実施形態は当出願の一部をなすものであるが、本発明のすべての可能な系列が提示され、詳細に説明されてはいないことをさらに理解するであろう。さらに、本発明のいくつかの例示的実施形態の上記の説明から、当業者は改良、変形、修正に気付くであろう。当技術分野の技術の範囲内のそのような改良、変形、および修正もまた、添付特許請求の範囲に包含されるものとする。さらに、前述の事項は本願に記載された実施形態のみに関するものであり、添付特許請求の範囲およびその同等物によって定義される本願の主旨および範囲から逸脱することなく多数の変形および修正を本明細書に施すことができることは明らかであるとするべきである。
【符号の説明】
【００４１】
１００  ターボ機械
１１０  圧縮機部
１２０  燃焼システム
１３０  タービン部
１３５  流路
１４０  移行部
１４５  排気部
１５０  空気流量データ
１６０  燃料システム
１７０  負荷、軸仕事
１８０  排気データ
１９０  タービン制御システム
２００  方法
３００  方法
【図１】
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【図２】
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【図３】
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