(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンの起動時間を短縮する方法を提供する。【解決手段】本発明の実施形態は、起動工程全体にわたって、ターボ機械の空燃比を能動的に決定する閉ループ制御原理４００を使用する。この閉ループ制御原理４００によって、多くの利点が得られる。この原理４００は、ターボ機械をパージ速度で動作させながら、点火工程を実施し、それに伴うコーストダウン期間がなくなる。ウォームアップタイマを低減またはなくすことができる。原理４００によってまた、ターボ機械の加速率を主要動作速度まで増大させることができる。これらの利点によって、ターボ機械の起動時間を全体的に低減させることができる。【選択図】図４Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機部（１１０）、燃料システム（１２５）、および燃焼システム（１２０）を備えるターボ機械（１００）を用意するステップと、
前記ターボ機械（１００）のパージ速度を選択するステップ（４１０）と、
前記ターボ機械（１００）を前記パージ速度まで加速するステップ（４１５）と
を含み、
前記パージ速度を選択する前記ステップ（４１０）によって、前記ターボ機械（１００）の起動時間を低減させることができる、ターボ機械（１００）の起動方法（４００）。
【請求項２】
パージサイクルが完了したかどうかを判定するステップ（４２０）をさらに含む、請求項１記載の方法（４００）。
【請求項３】
前記燃焼システム（１２０）の点火工程のための空燃比を決定するステップ（４２５）をさらに含む、請求項２記載の方法（４００）。
【請求項４】
前記点火工程の前記空燃比を決定する前記ステップ（４２５）が、
前記圧縮機部（１１０）によって取り込まれた空気の周囲条件に関するデータを受け取るステップと、
前記圧縮機部（１１０）の物理的条件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（１２５）によって前記燃焼システムに送達された少なくとも１つの燃料の物理的特性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（１２５）に関するデータを受け取るステップと、
前記燃焼システムの前記点火工程のための前記空燃比を決定するステップ（４２５）と
をさらに含む、請求項３記載の方法（４００）。
【請求項５】
前記燃料システム（１２５）の燃料流量を制御して、前記点火工程のための前記空燃比を実現するステップをさらに含む、請求項４記載の方法（４００）。
【請求項６】
前記点火工程が完了したかどうかを決定するステップ（４３０）をさらに含む、請求項５記載の方法（４００）。
【請求項７】
前記ターボ機械（１００）の加速工程のための加速率を選択するステップ（４３５）をさらに含む、請求項２記載の方法（４００）。
【請求項８】
前記ターボ機械（１００）の前記加速率のための空燃比を決定するステップ（４４０）をさらに含む、請求項７記載の方法（４００）。
【請求項９】
前記ターボ機械（１００）の前記加速工程のための前記空燃比を決定する前記ステップ（４４０）が、
前記圧縮機部（１１０）によって取り込まれた空気の周囲条件に関するデータを受け取るステップと、
前記圧縮機部（１１０）の物理的条件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（１２５）によって前記燃焼システム（１２０）に送達された少なくとも１つの燃料の物理的特性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（１２５）に関するデータを受け取るステップと、
前記ターボ機械（１００）の前記加速工程のための前記空燃比を決定するステップと
をさらに含む、請求項８記載の方法（４００）。
【請求項１０】
前記燃料システム（１２５）の燃料流量を制御して、前記加速率を維持するように前記加速工程のための前記空燃比を実現するステップをさらに含む、請求項９記載の方法（４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ターボ機械の動作に関し、より具体的には、ターボ機械の起動時間を低減させる方法に関する。本願は、本発明の譲受人に譲渡された２００８年１２月１０日出願の米国特許出願第１２／３３１８２４号［ＧＥ登録番号２３０４６５−２］に関する。
【背景技術】
【０００２】
「高速起動（Ｆａｓｔ  Ｓｔａｒｔ）」とは、オペレータがターボ機械の起動を開始した後、ある時間内で、排ガス適合動作を可能としながら、そのターボ機械によって、負荷を出力（ｅｘｐｏｒｔ）させる動作モードと考えることができる。変動するエネルギー需要は、ターボ機械をいつ動作させるか判定する際の主要な要因である。ターボ機械は、通常、十分な需要によって動作が必要になるまでアイドリング状態にある。需要によって動作が必要になると、ターボ機械は、所望のエネルギー（電気、機械トルク、蒸気など）を出力する前に、起動工程を実施する。
【０００３】
ピークまたは単純サイクルプラントでは、高速起動を実行することができ、次いで、より長い期間にわたって、効率のよい発電に置き代わる。さらに、本願の現在の譲受人であるＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙは、それだけに限定されるものではないが、米国特許第２７１１３５６２Ａ１号、名称「Method and Apparatus for Starting Up Combined Cycle Power Systems」に開示されているものなどの、複合サイクル（ＣＣ）発電プラント（ＣＣＰＰ）のポートフォリオを有する。さらに、米国特許第０４２０７８６４号、名称「Damper」、米国特許第０４２０８８８２号、名称「Startup Attemperator」、米国特許第０４５９８５５１号、名称「Apparatus and Method for Controlling Steam Turbine Operating Conditions During Starting and Loading」のポートフォリオも有する。また、米国特許第０５３６１５８５号、名称「Steam Turbine Split Forward Flow」、米国特許第０５４１２９３６号、名称「Method of Effecting Start-up of a Cold Steam Turbine System in a Combined Cycle Plant」、米国特許第０６６２６６３５号、名称「System for Controlling Clearance Between Blade Tips and a Surrounding Casing in Rotating Machinery」のポートフォリオも有する。本発明の譲受人に譲渡された上記特許および特許出願を参照すると、高速起動技術、および本明細書の主題の範囲のさらなる洞察を得ることができよう。
【０００４】
いくつかの既知のターボ機械の起動工程には、典型的には、異なる動作速度で生じる複数のモードが関与する。これらのモードには、それだけに限定されるものではないが、パージ、点火、ウォームアップ、および主要動作速度までの加速が含まれる。この起動工程には、パージ速度から点火速度までのコーストダウン期間が必要となる。このコーストダウン期間は、典型的には完了するのに数分かかる。高速起動技術では、ターボ機械が迅速に起動し、発電することが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第１２／３３１，８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、ガスタービンを起動する改善された方法が求められている。この方法は、起動時間を低減させなければならない。この方法はまた、コーストダウン期間およびウォームアップ期間に伴う時間を低減させるか、またはなくさなければならない。この方法はまた、ターボ機械を、それだけに限定されるものではないが、無負荷定格速度（ＦＳＮＬ）などの主要動作速度まで加速する時間を低減させなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態では、圧縮機部、燃料システム、および燃焼システムを備えるターボ機械を用意するステップと、ターボ機械のパージ速度を選択するステップと、ターボ機械をパージ速度まで加速するステップとを含み、パージ速度を選択するステップによって、ターボ機械の起動時間を低減させることができる、ターボ機械の起動方法が提供される。
【０００８】
本発明の代替実施形態は、圧縮機部、燃料システム、および燃焼システムを備えるターボ機械を用意するステップと、ターボ機械のパージ速度を選択するステップと、ターボ機械をパージ速度まで加速するステップと、パージサイクルが完了したかどうかを判定するステップと、ターボ機械の加速工程のための加速率を選択するステップとを含み、パージ速度を選択するステップによって、ターボ機械の起動時間を低減させることができ、ターボ機械が高速起動動作の要件を満たす可能性が増大する、ターボ機械の起動方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】既知のターボ機械の起動方法が動作する環境を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態を動作させることのできる環境を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態に従って、ターボ機械を起動するために使用する制御システムのアルゴリズムを示すブロック図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態による、ターボ機械の起動方法を示す流れ図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による、ターボ機械の起動方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
上記で論じたように、「高速起動」とは、発電プラント機械の動作モードと考えることができる。このモードでは、一般に、発電プラント機械の起動を開始した後、ある時間内で、排ガス適合で動作させながら、その発電プラント機械に負荷を出力させる。本明細書では、用語「高速起動」は、本発明の範囲内の全てのかかるモード、およびその均等物を含むものである。
【００１１】
本発明は、ターボ機械を起動する際に伴う起動時間を低減させる技術的効果を有する。本発明の実施形態は、それだけに限定されるものではないが、高速起動モードで動作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起動方法を提供する。ガスタービンには、それだけに限定されるものではないが、ヘビーデューティガスタービン、航空転用ガスタービンなどが含まれ得る。本発明の方法の実施形態は、ターボ機械を起動する新しい原理を提供する。本発明の実施形態を、ガスタービンに関して説明するが、本発明の用途は、ガスタービンに限定されるものではない。本発明の実施形態は、本明細書には記載されていないが、取り込まれた空気を、少なくとも１つの燃料を用いて燃焼させることができるその他の工業用機械にも応用することができる。
【００１２】
詳細な例示の実施形態を、以下で開示する。しかし、本明細書に開示する特定の構造および機能的詳細は、例示の実施形態を説明するために示す単なる代表例にすぎない。しかし、例示の実施形態は、多くの代替形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態だけに限定されるものと解釈すべきではない。
【００１３】
したがって、例示の実施形態には、様々な改変形態および代替形態が可能であるが、それらの実施形態を例によって図面に示し、本明細書で詳細に説明する。しかし、例示の実施形態を開示の特定の形態に限定する意図はなく、むしろ例示の実施形態は、例示の実施形態の範囲に含まれる全ての改変形態、均等物、および代替形態を網羅するものであることを理解されたい。
【００１４】
本明細書では、用語「第１の（ｆｉｒｓｔ）」、「第２の（ｓｅｃｏｎｄ）」などを用いて様々な要素を説明することがあるが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるものではないことが理解されよう。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別するために使用するにすぎない。例えば、例示の実施形態の範囲から逸脱することなく、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。本明細書では、用語「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」は、列挙された関連する品目の１つまたは複数の任意の組合せ、およびあらゆる組合せを含む。
【００１５】
本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、例示の実施形態を限定するものではない。本明細書では、数詞がないことや単数形、および冠詞は、文脈において別段の明白な指示がない限り、複数形も同様に含むものである。さらに、用語「備える」、「備えている」、「含む」、および／または「含んでいる」は、本明細書では、記載された機構、実体物、ステップ、動作、要素、および／または構成部品の存在を明示するが、１つまたは複数の他の機構、実体物、ステップ、動作、要素、構成部品、および／またはそれらの群の存在または追加を排除するものではないことが理解されよう。
【００１６】
また、いくつかの代替実施形態では、記載の機能／行為が、図に示す順序以外の順序で行われ得ることに留意されたい。例えば、連続する２つの図は、関与する機能性／動作に依存して、実質的に同時に実行すること、または、時には逆の順序で実行することができる。
【００１７】
次に、図を参照すると、いくつかの図を通して、様々な数字によって、同じ部品が示されている。図１は、既知のターボ機械の起動方法が動作する環境を示す概略図である。図１では、ガスタービンの形のターボ機械１００は、圧縮機部１１０、燃焼システム１２０、燃料供給システム１２５、タービン部１３０、およびタービン制御システム１５０を含む。燃焼システム１２０は、燃料システム１２５の燃料回路１２７から燃料を受け取ることができる。燃料システム１２５の実施形態は、複数の燃料回路１２７を備えることができる。ここでは、複数の燃料回路には、ガス燃料回路、液体燃料回路、または、混合もしくは合成ガス燃料を送達するように構成されたＩＧＣＣ回路のうちの少なくとも１つが含まれ得る。本発明の実施形態は、単一または複数の燃料回路１２７を備えた燃料システム１２５を有するガスタービン１００に応用することができる。
【００１８】
一般に、圧縮機部１１０は、複数の入口案内翼（ＩＧＶ）１１５と、複数の動翼および静翼とを含み、これらは、図１の大型矢印によって示す取込み空気を圧縮するように構築されている。燃焼システム１２０内で、圧縮空気と燃料とが混合され、点火され、作動流体が生成される。
【００１９】
この作動流体は、一般に、燃焼システム１２０からタービン部１３０へと下流に進む。タービン部１３０は、作動流体を機械トルクに変換する複数の回転構成部品および固定構成部品（どちらも図示せず）を含み、この機械トルクを用いて負荷を駆動することができる。
【００２０】
動作に関して、ガスタービン１００を起動する既知の方法では、以下のステップが実施される。制御システム１５０によって、ガスタービン１００を予め規定されたパージ速度まで加速する。次いで、この制御システムによって、予め規定されたタイマが完了するまでパージ速度を維持する。このタイマの長さは、予め定められた工場設定などである。このタイマは、十分な空気流量が排気システム（図示せず）を流れるように保証する働きをし、その後、パージ工程は完了する。
【００２１】
パージの完了後、制御システム１５０によって、ガスタービン１００を予め規定された点火速度まで減速する。この点火速度では、燃焼システム１２０のバルブ位置が、点火燃料流用に予め規定された位置に調整され、開ループ燃料流原理に基づいて制御される。点火後、予め規定されたウォームアップタイマが満了した後、制御システム１５０によって、開ループ燃料および空気スケジュールを用いて、ガスタービン１００を、それだけに限定されるものではないが、ＦＳＮＬなどの主要動作速度まで加速する。これらのスケジュールは固定され、典型的には、ガスタービン１００の性能、または入口条件における変化を補償するものではなく、したがって、起動時間に大きなばらつきが生じることになる。
【００２２】
理解されるように、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施することができる。したがって、本発明は、完全にハードウェア実施形態の形、完全にソフトウェア実施形態（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）の形、またはソフトウェア面とハードウェア面とを組み合わせた実施形態の形を取ることができ、本明細書では全て、「回路」、「モジュール」、または「システム」と概して呼ぶ。さらに、本発明は、媒体内に実装されたコンピュータ可用プログラムコードを有する、コンピュータ可用記憶媒体のコンピュータプログラム製品の形を取ることができる。本明細書では、用語「ソフトウェア」および「ファームウェア」は、互いに置き換え可能であり、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）メモリを含めたメモリ内に格納された、プロセッサによって実行されるいかなるコンピュータプログラムも含む。上記のメモリ種類は、単なる例示にすぎず、したがって、コンピュータプログラムの格納に使用できるメモリの種類を限定するものではない。
【００２３】
適切ないかなるコンピュータ可読媒体も使用することができる。コンピュータ可用またはコンピュータ可読媒体は、例えば、それだけに限定されるものではないが、電子、磁気、光学、電磁、赤外線、または半導体のシステム、装置、デバイスまたは伝播媒体でよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例（網羅したリストではない）には、１つまたは複数のワイヤを有する電気接続部、可搬式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）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、可搬式コンパクトディスク読取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶装置、インターネットもしくはイントラネットをサポートするものなどの伝送媒体、または磁気記憶装置が含まれ得る。コンピュータ可用またはコンピュータ可読媒体は、プログラムが印刷された紙または適切な別の媒体でもよく、こうしたプログラムは、例えば、紙または他の媒体を光学走査することによって電子的に取り込むことができ、次いで、コンパイルする、解釈実行する、または他の形で適切に処理し、必要であれば、その後コンピュータメモリ内に格納することができることに留意されたい。本明細書の例では、コンピュータ可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、またはそれらと関連付けて使用されるプログラムを含む、格納する、伝送する、伝播させる、またはトランスポートすることができるいかなる媒体でもよい。
【００２４】
用語「プロセッサ」は、本明細書では、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（ｒｅｄｕｃｅｄ  ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｓｅｔ  ｃｉｒｃｕｉｔ）（ＲＩＳＣ）、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実行することが可能な他のいかなる回路をも指す。
【００２５】
本発明の動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き込むことができる。しかし、本発明の動作を実行するコンピュータプログラムコードはまた、「Ｃ」プログラム言語、または類似の言語などの従来の手続き型プログラム言語で書き込むこともできる。プログラムコードは、独立型ソフトウェアパッケージとして、ユーザのコンピュータで完全に実行すること、ユーザのコンピュータで部分的に実行することができ、また、ユーザのコンピュータで部分的に、かつ遠隔コンピュータで部分的に実行すること、あるいは遠隔コンピュータで完全に実行することもできる。後者のシナリオでは、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と接続することができ、あるいは（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用しインターネットを介して）外部コンピュータへの接続を行うこともできる。
【００２６】
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流れ図および／またはブロック図を参照しながら、本発明を以下で説明する。流れ図および／またはブロック図の各ブロック、ならびに流れ図および／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命令によって実施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命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または装置を作り出すための他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに供給することができ、こうした命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサによって実行され、こうした命令によって、流れ図および／またはブロック図の１つのブロックまたは複数のブロックに特定された機能／行為を実施する手段が構築されることになる。
【００２７】
これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ可読メモリ内に格納することができる。これらの命令によって、コンピュータ、または他のプログラム可能データ処理装置が、特定の様式で機能するように指示することができる。したがって、コンピュータ可読メモリ内に格納された命令によって、流れ図および／またはブロック図の１つのブロックまたは複数のブロックに特定された機能／行為を実施する命令手段を含む製造物品が形成されることになる。こうしたコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ、または他のプログラム可能データ処理装置にロードすることもできる。これらの命令によって、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ム可能装置で実施することができるようになり、それによってコンピュータ実施工程が形成されることになる。ここでは、命令は、コンピュータ、または他のプログラム可能装置で実行され、こうした命令によって、流れ図および／またはブロック図のブロックに特定された機能／行為を実施するステップが実現される。
【００２８】
本発明の実施形態は、閉ループ制御原理を使用しており、この原理は、起動工程全体にわたって、ガスタービン１００の空燃比を能動的に決定するものである。この閉ループ制御原理によって、以下の利点が得られる。ガスタービン１００をパージ速度で動作させながら、点火工程を実施することができ、したがって上述のコーストダウン期間がなくなる。ウォームアップタイマを低減またはなくすことができる。ガスタービン１００の加速率を主要動作速度まで増大させることができる。これらの利点によって、ガスタービン１００の起動時間を全体的に低減させることができる。さらに、起動工程中の空燃比を能動的に制御することによって、ガスタービン１００をほぼ最適に、かつ反復可能なスケジュールで動作させることができる。これらの利点によって、熱過渡現象を低減させることができ、場合によっては、部品寿命を延ばすことができ、起動時間のばらつきを抑えることができ、場合によっては、燃焼器のマージンが増大することになる。
【００２９】
再度図を参照すると、図２は、本発明の実施形態を動作させることのできる環境を示す概略図である。図１で論じたガスタービン１００の構成部品の大部分は、図２でも同じである。図２に関する考察は、ガスタービン１００に応用した本発明の実施形態を焦点としている。本発明の実施形態によって、改変された制御システム１５５を提供することができる。
【００３０】
制御システム１５５は、本発明の実施形態をガスタービン１００に応用するアルゴリズムを用いて構成することができる。このアルゴリズムは、実時間で空燃比を決定することができる。ここでは、制御システム１５５は、圧縮機１１０によって取り込まれた空気、および燃料供給システム１２５によって送達された燃料に対応した動作データ１６０を受け取ることができる。この動作データ１６０はまた、圧縮機１１０および燃料供給システム１２５の動作特性にも対応させることができる。
【００３１】
動作データを受け取ると、制御システムは、起動工程の点火モード用および加速モード用の空燃比を決定することができる。次に、制御システム１５５は、ＩＧＶ１１５および／または燃料システム１２５のバルブを調整し、特定の起動モードに最適の空燃比を実現または維持するために必要となる空気および／または燃料を割り当てることができる。図３および４で、この工程についてさらに詳細に論じる。
【００３２】
図３は、本発明の実施形態に従って、ガスタービン１００を起動するために使用する制御システム１５５のアルゴリズムを示すブロック図３００である。本発明の実施形態では、３つの主要アルゴリズム３１０、３２０、３３０によって、実時間で、起動工程の様々なモードにおける空燃比を決定することができる。次に、アルゴリズム３１０、３２０、３３０によって、ＩＧＶ１１５および燃料システム１２５の制御器に送信すべき、必要な燃料および空気のコマンドを決定することができ、それによって空燃比の最適化が可能となる。
【００３３】
ブロック３１０は、空燃比を決定することができるアルゴリズムを示している。上記で論じたように、このアルゴリズムは、圧縮機１１０によって取り込まれた空気の物理的特性、圧縮機１１０の物理的特性、燃料の物理的特性、および燃料供給システム１２５の物理的特性、ならびにガスタービン１００の現時点の動作パラメータに関する動作データ１６０を受け取ることができる。空気の物理的特性には、それだけに限定されるものではないが、温度、圧力、湿度、および他の周囲条件が含まれ得る。圧縮機１１０の物理的特性によって、圧縮機の清浄度およびファウリングに関するデータを得ることができる。これらの物理的特性には、それだけに限定されるものではないが、流量、圧力、差圧などが含まれ得る。燃料の物理的特性には、それだけに限定されるものではないが、燃料の発熱量、比重、温度、ウォッベ指数などが含まれ得る。燃料供給システム１２５の物理的特性は、燃料供給システム１６０の構成部品の精度に関することがある。このデータには、それだけに限定されるものではないが、バルブ基準とフィードバックとの差、圧力、流量などが含まれ得る。ガスタービン１００の現時点の動作パラメータには、それだけに限定されるものではないが、ターボ機械の速度および加速度が含まれ得る。データ１６０を受け取った後、ブロック３１０のアルゴリズムによって、ルックアップ表、物理学ベースモデルなどを用いて、矢印３１５で示す空燃比を決定することができる。
【００３４】
燃料コマンドブロック３２０は、燃料供給システム１２５のバルブ用の燃料コマンド３２５を決定するように機能する。ブロック３２０は、ルックアップ表、物理学ベースモデルなどを用いたアルゴリズムを組み込むことができ、それによって空燃比データ３１５を受け取った後、位置コマンド３２５を決定することができる。
【００３５】
空気コマンドブロック３３０は、ＩＧＶ１１５のバルブ用の空気コマンド３３５を決定するように機能する。ブロック３２０は、ルックアップ表、物理学ベースモデルなどを用いたアルゴリズムを組み込むことができ、それによって空燃比データ３１５を受け取った後、位置コマンド３２５を決定することができる。
【００３６】
図４Ａ、４Ｂ、集合的に図４は、本発明の実施形態による、ターボ機械の起動方法４００を示す流れ図である。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イス（ＧＵＩ）を提供し、方法４００によって実施されるステップをオペレータがナビゲートすることができる。
【００３７】
ステップ４０５で、方法４００はターボ機械を起動することができる。ここで、ターボ機械のオペレータは、発電要求を受け取っていたことになる。
【００３８】
ステップ４１０で、方法４００はＧＵＩを介して、オペレータにパージ速度を選択するように促すことができる。本発明の実施形態は、所与のパージ速度でパージサイクルを完了させるのに必要となる時間を計算することができる。ここでは、方法４００により、所望のパージ速度、現時点の周囲条件、および排気システムの寸法に基づいて、必要となるパージ時間を計算することができる。上記で論じたように、より高いパージ速度を選択することによって、ターボ機械の起動時間を大幅に低減させることができる。
【００３９】
ステップ４１５で、方法４００はターボ機械をステップ４１０で選択したパージ速度まで加速し、パージサイクルを開始することができる。本発明の実施形態では、方法４００に、ターボ機械を起動するために使用する起動システムを組み込むことができる。ここでは、起動システムにより、ターボ機械を、選択したパージ速度まで直接または間接的に加速する。
【００４０】
ステップ４２０で、方法４００はパージサイクルが完了したかどうかを判定することができる。上記で論じたように、方法４００によって、パージサイクルの時間を計算することができる。この時間計算の後、方法４００は、パージサイクルが完了するのに十分な時間が経過したかどうかを判定することができる。パージサイクルが完了した場合、方法４００はステップ４２５に進むことができ、そうでない場合には、方法４００は、ステップ４１５に戻ることができる。
【００４１】
ステップ４２５で、方法４００は点火工程のための空燃比を決定することができる。上述のように、本発明の実施形態は、アルゴリズムを用いて、点火工程に必要となる空燃比を計算することができる。例えば、それだけに限定されるものではないが、このアルゴリズムは、以下のステップを実施することができる。圧縮機部によって取り込まれた空気の物理的特性に関するデータを受け取る。圧縮機部の物理的条件に関するデータを受け取る。燃料システムによって燃焼システムに送達された燃料の物理的特性に関するデータを受け取る。燃料システムの条件に関するデータを受け取る。次いで、このアルゴリズムによって、点火工程のための空燃比を決定する。方法４００の実施形態は、選択されたパージ速度での点火に必要となる空燃比を計算することができる。方法４００は、現時点の周囲条件および装置条件を補償することができ、任意の速度で点火工程を行うことが可能となる。
【００４２】
ステップ４３０で、方法４００は点火工程を完了することができる。ここでは、例えば、それだけに限定されるものではないが、ＧＵＩによって、燃焼システムが、ガスタービンの各燃焼缶内に火炎を有しているという指示を得ることができる。上記で論じたように、本発明の実施形態は、ウォームアップサイクルを不要とすることができる。このため、ターボ機械の起動時間を全体的に低減させることができる。
【００４３】
ステップ４４０で、方法４００は加速モードのための空燃比を決定することができる。上述のように、本発明の実施形態は、アルゴリズムを用いて、加速モードに必要となる空燃比を計算することができる。例えば、それだけに限定されるものではないが、このアルゴリズムは、以下のステップを実施することができる。圧縮機部によって取り込まれた空気の物理的特性に関するデータを受け取る。圧縮機部の物理的条件に関するデータを受け取る。燃料システムによって燃焼システムに送達された燃料の物理的特性に関するデータを受け取る。燃料システムの条件に関するデータを受け取る。次いで、このアルゴリズムによって、加速モードに必要となる空燃比を決定する。
【００４４】
ステップ４４５で、方法４００は前述のアルゴリズムを用いて、ターボ機械が加速する際に必要となる空燃比を継続的に決定することができる。ここでは、方法４００には、先に論じたように、周囲条件、入口条件などにおける変動を動的に補償する閉ループ制御原理が組み込まれている。
【００４５】
ステップ４５０で、方法４００はターボ機械が、それだけに限定されるものではないが、ＦＳＮＬなどの主要動作速度に達するまで、必要となる空燃比を能動的に決定し続けることができる。ステップ４４５と同様に、方法４００には、先に論じたように、周囲条件、入口条件などにおける変動を動的に補償する閉ループ制御原理が組み込まれている。
【００４６】
上記で論じたように、本発明の実施形態は、ターボ機械を起動するのに必要となる時間をかなり低減させることができる。本発明の実施形態は、タービンシステムの空燃比を実時間で計算することにより、パージ、点火、および加速の全てを、遙かに高速で実現することができるため、起動時間を大幅に低減させることができる。
【００４７】
いくつかの例示的な実施形態に関して上記で説明した多数の様々な特徴および構成を、さらに選択的に応用して、本発明の他の実施可能な実施形態を形成することができることが当業者には理解されよう。本発明の考えられ得る全ての反復については示しても、詳細に論じてもいないが、以下のいくつかの特許請求の範囲、またはその他の形で包含される全ての組合せ、および実施可能な実施形態は、本願の一部となるものであることが当業者にはさらに理解されよう。さらに、本発明のいくつかの例示的な実施形態の上記説明から、当業者には改善形態、変形形態、および改変形態が認識されよう。当技術分野に含まれるかかる改善形態、変形形態、および改変形態もやはり、添付の特許請求の範囲に包含されるものである。さらに、上記記述は、本願の上記記載の実施形態のみに関するものであり、以下の特許請求の範囲、およびその均等物によって規定される本願の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に多くの変更および改変を行うことができることが明白であろう。
【符号の説明】
【００４８】
１００  ターボ機械
１１０  圧縮機部
１１５  入口案内翼（ＩＧＶ）
１２０  燃焼システム
１２５  燃料供給システム
１２７  燃料回路
１３０  タービン部
１５０  タービン制御システム
１５５  タービン制御システム
１６０  動作データ
３００  ブロック図
３１０  燃料／空気比ブロック
３１５  燃料／空気比出力
３２０  燃料コマンドブロック
３２５  燃料コマンド出力
３３０  空気コマンドブロック
３３５  空気コマンド出力
４００  方法
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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