(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンの性能を維持し、且つ／又は最大にするために、ガスタービン性能の劣化を考慮に入れたモデリング改良システムを提供する。【解決手段】システムは、圧縮機１６と、燃焼器１８と、タービン２２とを含むタービンシステム１０を含んでいる。システムは又、タービンシステム１０に通信可能に結合され、タービンシステム１０の動作を制御するように構成されたコントローラ３８を含んでいる。システムは更に、タービンシステム１０の１つ又は複数のコンポーネントの健全性状態と、ガスタービンシステム１０の動作状態とに基づいてタービンシステム１０の動作寿命を判定するように構成された寿命消費モデルを含んでいる。コントローラ３８は、少なくとも寿命消費モデルを利用してタービンシステム１０の制御動作を引き出すように構成されている。【選択図】図１
2015017606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、燃焼器、及びタービンを備えるガスタービンシステムと、
前記ガスタービンシステムに通信可能に結合され、前記ガスタービンシステムの動作を
制御するように構成されたコントローラと、
前記ガスタービンシステムの１つ又は複数のコンポーネントの健全性の状態、及び前記
ガスタービンシステムの動作状態の両方に基づいて前記ガスタービンシステムの動作寿命
を判定するように構成された寿命消費モデルと、を備え、コントローラは、前記ガスター
ビンシステムの制御動作を引き出すために少なくとも前記寿命消費モデルを利用するよう
に構成されたシステム。
【請求項２】
前記寿命消費モデルが、前記ガスタービンシステムの１つ又は複数のコンポーネントの
健全性の状態、及び前記ガスタービンシステムの動作状態の両方に基づいて前記ガスター
ビンシステムの実際の寿命消費率を計算するように構成された請求項１に記載のシステム
。
【請求項３】
前記寿命消費モデルが、前記ガスタービンシステムの目標寿命消費率と前記実際の寿命
消費率の両方を利用して前記ガスタービンシステムの前記動作寿命を判定するように構成
された請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記寿命消費モデルが、前記実際の寿命消費率に基づいて前記目標寿命消費率を調整す
るように構成された請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラが、前記寿命消費モデルを利用して前記ガスタービンシステムの少な
くとも１つの目標性能動作状態を調整するように構成された請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記コントローラが、前記ガスタービンシステムの１つ又は複数の消費境界モデルを利
用して前記ガスタービンシステムの前記制御動作を引き出すように構成された請求項５に
記載のシステム。
【請求項７】
前記コントローラが、前記ガスタービンシステムの少なくとも１つの調整された目標性
能動作状態と動作限度とを利用して前記ガスタービンシステムの前記制御動作を引き出す
ように構成された請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラが、前記ガスタービンシステムの１つ又は複数のコンポーネントの性
能健全性を利用して前記ガスタービンシステムの前記制御動作を引き出すように構成され
、前記性能健全性が、１つ又は複数のコンポーネントが新品である場合の１つ又は複数の
コンポーネントの健全性の状態に対する、１つ又は複数のコンポーネントの現在の性能健
全性を表す請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記動作状態が、実際の動作状態、最も可能性が高い動作状態の統計的に導出された推
定値、又はその組み合わせを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ガスタービンシステムに結合されたアクチュエータを備え、前記制御動作が前記ア
クチュエータを制御する動作を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
ガスタービンシステムの少なくとも１つのタービン動作状態を受信するステップと、
前記ガスタービンシステムの少なくとも１つのコンポーネントの健全性の状態を受信す
るステップと、
前記少なくとも１つのタービン動作状態と、前記少なくとも１つのコンポーネントの健
全性の状態とに基づいて前記ガスタービンシステムの動作寿命をモデリングするステップ
と、
前記ガスタービンシステムを制御するために前記ガスタービンシステムの少なくとも１
つの動作寿命に基づいて制御動作を出力するステップと、を含む方法。
【請求項１２】
前記ガスタービンシステムの前記動作寿命をモデリングするステップが、前記少なくと
も１つのタービン動作状態と、前記少なくとも１つのコンポーネントの健全性状態とに基
づいて前記ガスタービンシステムの実際の寿命消費率を計算するステップを含む請求項１
１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ガスタービンシステムの前記動作寿命をモデリングするステップが、前記ガスター
ビンシステムの目標寿命消費率と実際の寿命消費率とを利用して前記ガスタービンシステ
ムの動作寿命をモデリングするステップを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ガスタービンシステムの前記動作寿命をモデリングするステップが、前記実際の寿
命消費率に基づいて前記目標寿命消費率を調整するステップを含む請求項１２に記載の方
法。
【請求項１５】
前記ガスタービンシステムの前記動作寿命に基づいて前記ガスタービンシステムの少な
くとも１つの目標性能動作状態を調整する請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ガスタービンシステムの前記少なくとも１つの調整された目標性能動作状態と動作
限度とに基づいて前記制御動作を引き出すステップを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのタービン動作状態が、実際の動作状態、又は最も可能性が高い動
作状態の統計的に導出された推定値を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
コンピュータ実行可能コードが格納された非一時的コンピュータ可読媒体であって、前
記コードが、
ガスタービンシステムの少なくとも１つのタービン動作状態を受信し、
前記ガスタービンシステムの少なくとも１つのコンポーネントの健全性の状態を受信し
、
前記少なくとも１つのタービン動作状態と、前記少なくとも１つのコンポーネントの健
全性の状態とに基づいて前記ガスタービンシステムの動作寿命をモデリングし、
前記ガスタービンシステムを制御するために前記ガスタービンシステムの少なくとも１
つの動作寿命に基づいて制御動作を出力するための命令を含む非一時的コンピュータ可読
媒体。
【請求項１９】
前記ガスタービンシステムの前記動作寿命をモデリングするための前記命令が、前記少
なくとも１つのタービン動作状態と前記少なくとも１つのコンポーネントの健全性状態と
に基づいて前記ガスタービンシステムの実際の寿命消費率を計算する命令を含む請求項１
８に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
前記ガスタービンシステムの前記動作寿命をモデリングするための前記命令が、前記ガ
スタービンシステムの目標寿命消費率と実際の寿命消費率とを利用して前記ガスタービン
システムの動作寿命をモデリングする命令を含む請求項１９に記載の非一時的コンピュー
タ可読媒体。
【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、ガスタービンエンジンに関し、特にガスタービンエンジ
ンを制御するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンシステムの性能は経時と共に劣化することがある。産業用制御シ
ステムなどのある種のシステムは、ガスタービンシステムの制御と分析とを可能にする能
力を備えてもよい。例えば、産業用制御システムは、コントローラ、フィールドデバイス
、及びタービンシステムを制御する際に使用されるデータを格納するセンサを含んでもよ
い。ある種の産業用制御システムは、産業用制御システムを向上させるためにモデリング
を使用してもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＵＳ１３８０１２５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガスタービンの性能を維持し、且つ／又は最大にするために、ガスタービン性能の劣化
を考慮に入れてモデリングを改良することが有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
原クレームで特許請求された発明の範囲に相当するある種の実施形態を以下に要約する
。これらの実施形態は、特許請求されている発明の範囲を限定することを意図するもので
はなく、本発明の可能な形態の簡単な要約を提示することだけを意図するものである。実
際に、本発明は以下に記載する実施形態と同様でもよく、異なっていてもよい多様な形態
を包含してもよい。
【０００６】
第１の実施形態によれば、システムは圧縮機、燃焼器、及びタービンを含むガスタービ
ンシステムを含む。システムは又、ガスタービンシステムに通信可能に接続され、ガスタ
ービンシステムの動作を制御するように構成されたコントローラを含む。システムは更に
、ガスタービンシステムの１つ又は複数のコンポーネントの健全性の状態、及びガスター
ビンシステムの動作状態の両方に基づいてガスタービンシステムの動作寿命を判定するよ
うに構成された寿命消費モデルを含む。コントローラは、ガスタービンシステムの制御動
作を引き出すための少なくとも寿命消費モデルを使用するように構成されている。
【０００７】
第２の実施形態によれば、方法は、ガスタービンシステムの少なくとも１つのタービン
動作状態を受信するステップと、ガスタービンシステムの少なくとも１つのコンポーネン
トの健全性の状態を受信するステップとを含む。方法は又、タービンの少なくとも１つの
動作状態と、少なくとも１つのコンポーネントの健全性の状態とに基づいてガスタービン
システムの動作寿命をモデリングするステップを含む。方法は更に、ガスタービンシステ
ムの少なくとも１つの動作状態に基づいて、ガスタービンシステムを制御するための制御
動作を出力するステップを含む。
【０００８】
第３の実施形態によれば、コンピュータ実行可能コードが格納される非一時的コンピュ
ータ可読媒体が備えられる。コードには、ガスタービンシステムの少なくとも１つのター
ビン動作状態を受信し、且つガスタービンシステムの少なくとも１つのコンポーネントの
健全性状態を受信するための命令を含む。命令には又、タービンの少なくとも１つの動作
状態と、少なくとも１つのコンポーネントの健全性状態とに基づくガスタービンシステム
の動作寿命のモデリングも含まれる。命令には更に、ガスタービンシステムの少なくとも
１つの動作寿命に基づいてガスタービンシステムを制御するための制御動作の出力も含ま
れる。
【０００９】
本発明の上記の、及びその他の特徴、態様、及び利点は、図面全体を通して同様の符号
が同様のコンポーネントを示す添付図面を参照した以下の詳細な説明を読むことによって
より明快に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本技術の態様による適応型リアルタイムエンジンシミュレータ（ＡＲＥＳ）モデル、及び寿命消費（ＬＣ）モデルを使用したモデルベース制御（ＭＢＣ）ユニットを有するタービンシステムのブロック図である。
【図２】図１のタービンシステム用のＬＣモデルを生成するプロセスの実施形態のフローチャートである。
【図３】図１のタービンシステムの制御に際して図２で生成されるＬＣモデルを使用するプロセスの実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の１つ又は複数の特定の実施形態を以下に記載する。これらの実施形態を簡潔に
記載する取り組みでは、実際の実装形態の全ての特徴が必ずしも本明細書に記載されない
ことがある。いずれかの工学又は設計プロジェクトなどの上記のようないずれかの実際の
実装形態の開発において、実装形態ごとに変化することがあるシステムに関連する制約、
及び業務に関連する制約の順守などの開発者特有の目標を達成するために、実装形態特有
の多くの決定がなされなければならないことを理解されたい。その上、そのような開発努
力は複雑で、時間がかかるであろうが、それにも関わらず、本公開の恩恵を得る当業者に
とってそれは設計、製作、及び製造の通常の業務であることを理解されたい。
【００１２】
本発明の様々な実施形態の要素を説明する際に、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、「前
記」という冠詞は、１つ又は複数の要素があることを意味することを意図するものである
。「備える」、「含む」、及び「有する」は包括的な意味であり、記載の要素以外の追加
要素があり得ることを意味する。
【００１３】
ここに開示するシステムによって、モデル（例えば寿命消費（ＬＣ）モデル）を作成し
てガスタービンシステムの動作寿命（すなわちガスタービンシステムが交換前に動作する
期間の長さ）を判定し、ガスタービンシステムの動作を制御するためにこのモデルを使用
することが可能になる。例えば、ガスタービンシステムの動作を制御するコントローラは
、ガスタービンシステムに通信可能に結合されている。コントローラは、ガスタービンシ
ステム用の制御動作（例えばガスタービンシステムに結合されたアクチュエータの制御）
を引き出すために少なくともＬＣモデルを使用するように構成されている。コントローラ
は又、目標性能の動作状態、燃焼境界モデル、動作限度（例えば排ガス放出限度、圧縮機
のサージ保護限度など）、及び／又はガスタービンシステムの１つ又は複数のコンポーネ
ントの性能健全性を用いてもよい。コントローラが利用するＬＣモデルは、ガスタービン
システムの１つ又は複数のコンポーネントの健全性状態に基づいてガスタービンシステム
の動作寿命を判定し、且つ／又はガスタービンシステムの動作状態（例えば実際の動作状
態及び／又は可能性の高い動作状態の統計的に導出した推定値）を判定する。ＬＣモデル
は、ガスタービンシステムの実際の寿命消費率（すなわちガスタービンシステムが動作寿
命を消費する実際の比率）を計算してもよい。ＬＣモデルは又、動作寿命を判定するため
にガスタービンシステムの実際の寿命消費率と、目標の寿命消費率（すなわちガスタービ
ンシステムが動作寿命を消費する目標寿命消費率）の両方を用いてもよい。更に、ＬＣモ
デルは、実際の寿命消費率に基づいて目標の寿命消費率を調整してもよい。ある実施形態
では、コントローラは寿命消費率を用いてガスタービンシステムの１つ又は複数の目標性
能の動作状態を調整してもよい。ＬＣモデルは、少なくとも部分的にガスタービンシステ
ムの動作寿命に基づいて、ガスタービンシステムの向上した負荷動作状態を確立するため
に使用されてもよい。ＬＣモデルは、複数のガスタービンエンジンの設定で機械ごとの変
動の低減を促進し得る。
【００１４】
上記を念頭に入れ、図１はタービンシステム１０の動作寿命を判定し、タービンシステ
ム１０の性能を制御する際に動作寿命を用いるために本明細書に開示する技術を使用し得
るタービンシステム１０（例えばガスタービンシステム）の実施形態のブロック図である
。図示したタービンシステム１０は、発電機などの負荷１４に結合されたガスタービンエ
ンジン１２を含む。ガスタービンエンジン１２は、圧縮機１６、それぞれ少なくとも１つ
の燃料ノズル２０を有する複数の燃焼器１８、タービン２２、及び排気部２４を含む。図
示のように、１本以上のシャフト２６が負荷１４、圧縮機１６、及びタービン２２を接続
する。圧縮機１６とタービン２２とは、それぞれがステータ又はシュラウド内で回転する
ブレード付きロータを含む。動作時には、圧縮機１６は空気３０を受け、圧縮空気３２を
燃焼器１８及び／又は燃料ノズル２０に送り、このノズルは次いで噴射燃料３４（又は混
合気）を燃焼器１８内の燃焼領域内に送る。次に混合気は燃焼器１８内で燃焼して、ター
ビン１８内のブレードを駆動する高温燃焼ガス３６を生成する。タービン１８が駆動され
てシャフト２６を回転させると、圧縮機１６が駆動されて空気１６を燃焼器１８及び／又
は燃料ノズル２０内に圧入する。
【００１５】
加えて、図示したタービンシステム１０は、一般にタービンシステム１０の動作を制御
し得るコントローラ３８を含む。例えば、ある実施形態では、コントローラ３８はガスタ
ービンエンジン１２全体に配置された幾つかのセンサ４０（例えば、温度センサ、圧力セ
ンサ、隙間センサ、流量センサ、振動センサ、火炎センサ、又はその他の適宜なセンサ）
と結合されてもよい。コントローラ３８は、タービンエンジン１２に関する情報を受信す
るために（例えばネットワーク又はバスを介して）センサ４０と通信してもよい。例えば
、コントローラ３８は排気ガスの温度を受信するためにガスタービンエンジン１２の排気
部２４に結合された温度センサ４０と通信してもよい。更なる例では、ガスタービンエン
ジン１２の燃料ノズル２０に結合された流量センサ４０は、液体燃料が燃料ノズル２０に
供給される供給流量をコントローラ３８に通信してもよい。更に、ある実施形態では、コ
ントローラ３８は又、ガスタービンエンジン１２の動作を制御し、又は変更するためにタ
ービンシステムのある特定のコンポ―ネント（例えば、圧縮機１６、燃焼器１８、タービ
ン２２、吸気口（例えば、入口ガイドベーン（ＩＧＶ））、バルブ、ポンプ、アクチュエ
ータ、又はその他の適宜のコンポーネント）と通信してもよい。例えば、コントローラ３
８は、圧縮機１６により多くの、又はより少ない空気３０を取り込むことを可能にするた
め吸気口を開閉するようにフィールドデバイスに命令するためにガスタービンエンジン１
２の圧縮機１６と通信してもよい。加えて、コントローラ３８は、燃料流量、燃料分割、
及び／又は燃料供給源３４と燃焼器１８との間で流される燃料のタイプを選択的に調整す
るためにガスタービンエンジン１２の燃料アクチュエータと通信してもよい。更に、コン
トローラ３８は、ＩＧＶの相対位置を調整し、入口抽気熱を調整し、又はガスタービンエ
ンジン１２のその他の制御設定を起動するために追加のアクチュエータと通信してもよい
。
【００１６】
加えて、コントローラ３８によって実行される動作には、動作パラメータの検出又はモ
デリング、システム１０の動作寿命のモデリング、動作境界のモデリング、動作境界モデ
ルの適用、又は（例えば動作限界、目標性能の動作状態、システム１０の動作寿命などに
基づく）燃焼器１８への燃料流量の調整などの、ガスタービンエンジン１２の動作を制御
するスケジューリングアルゴリズムの適用が含まれる。コントローラ３８は、上記のよう
な制御出力を制御するために、動作限界、目標性能の動作状態、燃焼境界モデル、及び／
又はシステム１０の動作寿命などを利用する。
【００１７】
更に、図示したタービンシステム１０はモデルベース制御（ＭＢＣ）ユニット４２を含
む。ＭＢＣユニット４２は、本明細書に開示する技術を実装するために機械可読媒体（例
えば、メモリ４１）に格納され、プロセッサ（例えば、プロセッサ４３）によって使用さ
れる非一時的コード、又は命令を含んでもよい。一般に、ＭＢＣユニット４２は、システ
ム（例えば、タービンシステム１０）の動作、及び／又はシステムの動作寿命をシミュレ
ートするために１つ又は複数のモデル（例えば、メモリ４１に格納されてもよい適応型リ
アルタイムエンジンシミュレータ（ＡＲＥＳ）モデル４４及び／又は寿命消費（ＬＣ）モ
デル４５）を使用してもよい。モデル（例えばＡＲＥＳモデル４４及び／又はＬＣモデル
４５）の出力に基づいて、ＭＢＣユニット４２は、変更のために（例えばタービンシステ
ム１０の性能を向上又は修正するために）推奨されるガスタービンエンジン１２の幾つか
のパラメータを決定してもよい。ある実施形態では、ＭＢＣユニット４２は、タービンシ
ステム１０の動作に関する情報を（例えばセンサ４０を介して）受信するためにコントロ
ーラ３８に通信可能に結合されてもよい。このような実施形態では、ＭＢＣユニット４２
は更に、ガスタービンシステム１０の動作を修正するため、モデル（例えばＡＲＥＳモデ
ル４４及び／又はＬＣモデル４５）の出力に基づいて、変更のために推奨されるガスター
ビンエンジン１２の１つ又は複数のパラメータに関する命令をコントローラ３８に提供し
てもよい。他の実施形態では、ＭＢＣユニット４２は（例えば、ハードウェア、ソフトウ
ェア、又はその組み合わせとしての）コントローラ３８の一部でよく、又はコントローラ
３８としての機能を果たし、ＭＢＣユニット４２がセンサ４０及び／又はタービンシステ
ム１０のコンポーネント（例えば、圧縮機１６、燃焼器１８、タービン２２、又はその他
の適切なコンポーネント）と直接通信して情報を受信し、タービンシステム１０の動作を
制御することを可能にしてもよい。
【００１８】
図１に示すタービンシステム１０では、ＡＲＥＳモデル４４は（例えば、タービンシス
テム１０をモデリングした）タービンシステムの動作をシミュレートしてもよい。例えば
、ＡＲＥＳモデル４４は、ガスタービンエンジン１２の動作に関する入力を（例えばネッ
トワークを介して）センサ４０から直接受信してもよく、又は（コントローラ３８を介し
て、又はオペレータから供給された）別のソースから間接的に受信してもよい。特定の実
施例では、ＡＲＥＳモデル４４は、排気部２４の温度、燃焼器１８の燃料ノズル２０に流
入する燃料３４の流量、圧縮機１６に流入する空気３０の流量、タービンシステム１０の
近傍の周囲条件、タービン２２の回転速度、タービンブレード及び／又は圧縮機ブレード
と周囲のシュラウドとの隙間、排出ガス放出量、振動、燃焼力学などを含む入力をセンサ
４０から受信してもよい。更に、ある実施形態では、ＡＲＥＳモデル４４は、オペレータ
又はユーザーからタービンシステム１０に関する入力を受信してもよい。例えば、ある実
施形態では、オペレータは、センサ４０によって収集され得ない情報などのタービンシス
テム１０に関するその他の入力をＭＢＣユニット４２に提供してもよい。
【００１９】
図１に示すタービンシステム１０では、ＬＣモデル４５はシステム１０（例えば、ガス
タービンエンジン１２）の動作寿命を判定してもよい。例えば、ＬＣモデル４５は、ガス
タービンエンジン１２の動作に関する入力を（例えばネットワークを介して）センサ４０
から直接受信してもよく、又は（コントローラ３８を介して、又はオペレータから供給さ
れた）別のソースから間接的に受信してもよい。これらの入力には、ガスタービンシステ
ム１０の１つ又は複数のコンポーネント（例えば、圧縮機１６、燃焼器１８、タービン２
２、排気部２４など）の健全性の状態が含まれてもよい。加えて、入力は実際の動作状態
を含んでもよい。又、入力には最も可能性がある動作状態の統計的に導出された推定値が
含まれてもよい。動作状態は、ガスタービンエンジン１２の電力（例えば負荷電力）、圧
縮機入口での流れ、圧力、温度、及び／又は比湿、圧縮機出口での圧力、及び／又は温度
、タービン出口での圧力、及び／又は温度、（例えば窒素酸化物、炭素などの）排出レベ
ル、振幅、振動数、隙間、場合によっては生じる摩擦状態、及びその他の動作状態に関す
るものでよい。その他の動作状態には火炎の温度、燃焼力学、金属部品（例えば、タービ
ンケーシング、燃焼器など）の温度が含まれてもよい。入力は、システム１０の実際の寿
命消費率を計算するためにＬＣモデル４５によって使用されてもよい。ある実施形態では
、システム１０の寿命時間数に基づいてＬＣモデル４５に目標寿命消費率が提供されても
よい。ＬＣモデル４５は、ガスタービンシステム１０の動作寿命を判定するために、目標
寿命消費率と実際の寿命消費率の両方を用いる。ある実施形態では、ＬＣモデル４５は実
際の寿命消費率に基づいて目標寿命消費率を調整してもよい。例えば、システム１０が過
度に早急に寿命を消費している場合は、ＬＣモデル４５は目標寿命消費率を調整（例えば
低減）してもよい。以下に更に詳細に記載するように、コントローラ３８はＬＣモデル４
５（例えば、動作寿命）を使用して、ガスタービンシステム１０（例えば、制御アクチュ
エータ）の制御動作を引き出し、ガスタービンシステム１０の向上した負荷動作状態を確
立する。
【００２０】
図２は、図１のタービンシステム１０の寿命消費デル４５を生成するためのプロセス６
６の一実施形態のフローチャートである。プロセス６６は、上記のメモリ４１などの非一
時的有形コンピュータ可読能媒体に格納された実行可能コード命令として実装されてもよ
い。プロセス６６は、ガスタービンシステム１０の１つ又は複数のタービンの動作状態６
８を（例えば、プロセッサ４３で）受信するステップ（ブロック７０）を含む。動作状態
６８は、上記のように実際の動作状態、及び／又は最も可能性が高い動作状態の統計的に
導出された推定値でよい。例えば、動作状態６８の幾つかには、ガスタービンエンジン１
２の電力（例えば負荷電力）、圧縮機入り口での流れ、圧力、温度、及び／又は比湿、圧
縮機出口での圧力及び／又は温度、タービン出口での圧力及び／又は温度、（例えば、窒
素酸化物、炭素など）の排出レベル、及びその他の動作状態などの動作パラメータが含ま
れてもよい。ある実施形態では、動作状態６８には、発火温度及び／又は排気温度などの
運転パラメータに関するサイクル情報が含まれてもよい。プロセス６６は又、タービンシ
ステム１０の１つ又は複数のコンポーネント（例えば、圧縮機１６、圧縮機のブレード及
び／又はベーン、燃焼器１８、燃料ノズル２０、タービン２２、タービンブレード及び／
又はベーン、排気部２４など）の健全性の状態７２（例えば、動作状態、物理的状態など
）を（例えばプロセッサ４３で）受信するステップを含んでもよい（ブロック７４）。プ
ロセス６６は、システムの１つ又は複数のコンポーネントの健全性の状態７２と、１つ又
は複数の動作状態６８とに基づいて、（例えば、プロセッサ４３を介して）実際の寿命消
費率７６（例えば、システム１０、及び／又はシステム１０のコンポーネントの劣化率）
を判定するステップを含む。プロセス６６は、実際の寿命消費率７６とシステム１０の寿
命時間数に基づく目標寿命消費率７９の両方を用いてシステム１０の動作寿命をモデリン
グして（ブロック８０）、ＬＣモデル４５を生成するステップを含む。ある実施形態では
、プロセス６６は、実際の寿命消費率７６に基づいて（例えばプロセッサ４３を介して）
目標寿命消費率７９を調整して（ブロック８２）、調整された目標寿命消費率８４を生成
するステップを含む。例えば、システム１０が過度に早急に寿命を消費している場合は、
ＬＣモデル４５は目標寿命消費率７９を調整（例えば低減）してもよい。しかし、システ
ム１０の寿命が予測通りに進行している場合は、目標寿命消費率７９は調整されなくても
よい。前述のように、（例えばＭＢＣユニット４２及び／又はコントローラ３８を介して
）ＬＣモデル４５（例えば、システム１０の動作寿命）を利用して、ガスタービンシステ
ム１０の制御動作（例えば、制御アクチュエータ）を引き出し、ガスタービンシステム１
０の向上した負荷動作状態が確立される。それによって、システム１０の全体的な制御戦
略における有効で適応性のある態様でシステム１０の性能と高温ガス経路の寿命消費目標
とを組み合わせた総合制御戦略を用いることが可能になる。ガスタービンの性能は使用劣
化するため、この総合制御戦略はシステム１０の性能を保持する。
【００２１】
図３は、図１のタービンシステム１０を制御する際に生成される図２のＬＣモデル４５
を利用するためのプロセス８６の実施形態のフローチャートである。プロセス８６は、前
述のメモリ４１などの非一時的な有形コンピュータ可読媒体に格納された実行可能コード
命令として実装されてもよい。プロセス８６は、目標性能動作状態８８、又は設計上の動
作状態の１つ又は複数を（例えばプロセッサ４３を使用した性能目標アルゴリズムを介し
て）判定するステップ（ブロック９０）を含む。しかし、動作状態８８（すなわち、特定
のパラメ−タでの予測される状態）には、それに限定されないが周囲の動作範囲にわたる
システム１０の予測電力能力が含まれてもよい。目標性能動作状態８８は、コントローラ
３８にプログラムされたスケジュールを介して、又はコントローラ３８に組み込まれたモ
デルを介して判定されてもよい。目標性能動作状態８８を判定する際の入力として境界状
態９２の上限が用いられてもよい。これらの境界状態９２は、タービンシステム１０の公
称の、又は設計上の動作パラメータ（例えば、温度、圧力、ガス流など）を表している。
動作境界モデルは、タービンシステム１０の１つ又は複数の物理的境界によって定義され
、境界状態９２の上限は、各境界でのタービンシステム１０の所望の状態を表す。
【００２２】
プロセス８６は又、図２のプロセス６６で前述したように、ＬＣモデル４５を生成する
ために（プロセッサ４３を介して）システム１０の動作寿命をモデリングするステップ（
ブロック９４）を含む。プロセス８６は、１つ又は複数の調整された目標性能動作状態９
８を生成するために、ＬＣモデル４５からのシステム１０の動作寿命に基づいて１つ又は
複数の目標性能動作状態８８（例えば、電力要求）を調整するステップ（ブロック９８）
を更に含む。
【００２３】
加えてプロセス８６は、（例えば、窒素酸化物や炭素などの排出、及び／又は燃焼力学
などの）燃焼境界モデル１００を決定するステップ（ブロック１０２）を含む。燃焼境界
モデル１００はＭＢＣユニット４２のＡＲＥＳモデル４４を介して判定されてもよい。又
、プロセス８６は、システム１０の１つ又は複数のコンポーネント（例えば、圧縮機１６
、圧縮機ブレード及び／又はベーン、燃焼器１８、燃料ノズル２０、タービン２２、ター
ビンブレード及び／又はベーン、排気部２４など）の性能健全性１０４を判定するステッ
プ（ブロック１０６）を含む。性能健全性１０４は、１つ又は複数の同一のコンポーネン
トが新品である場合の性能健全性の状態に対する、１つ又は複数のコンポーネントの現在
の性能健全性を表している。例えば、性能健全性１０４は、新品の性能健全性の状態（す
なわち基準値又は新品の健全性状態）に対する現在の性能健全性の比率として表されても
よい。したがって、性能健全性１０４の比率が１未満である場合は、１つ又は複数のコン
ポーネントの性能の損失又は低下を表すであろう。性能健全性１０４の比率が１：１であ
る場合は、コンポーネントの性能が低下していないことを表している。
【００２４】
更に、（例えば、プロセッサ４３を利用するスケジューリングアルゴリズムを介した）
プロセス８６は、ガスタービンシステム１０の制御動作を引き出すために動作限度１０８
又は制約、ＬＣモデル４５からのシステムの動作寿命、燃焼境界モデル１０２、及び／又
は１つ又は複数のコンポーネントの性能健全性１０４を利用してもよい（ブロック１１０
）。動作限度１０８には、圧縮機のサージ保護限度、タービンの出口マッハ数限度、流量
限度、排出限度、火炎温度限度、燃料力学限度、出力又は排気状態に基づくプラントレベ
ル限度、又はその他の限度が含まれてもよい。プロセス８６は又、タービンシステム１０
の制御動作を出力するステップ（ブロック１１２）を含む。制御動作は、燃料の流れ、燃
料分割、及び／又は燃料供給源３４と燃焼器１８との間に流される燃料のタイプを選択的
に調整するためにタービンシステム１０のアクチュエータ（例えば燃料バルブアクチュエ
ータ）を制御する動作を含んでもよい。制御動作は又、アクチュエータを制御して、ＩＧ
Ｖの相対位置を調整し、入口抽気熱を調整し、又はタービンシステム１０のその他の制御
設定を起動する動作を含んでもよい。ある実施形態では、制御動作はタービンシステム１
０の目標動作要求を修正する動作を含む。目標動作要求の修正は、タービンシステム１０
を動作する目標と限界に対応するエフェクタ（例えば、アクチュエータ）の位置の要求を
選択する動作を含んでもよい。あるいは、目標動作要求の修正は、特定の限界を満たすよ
うに目標（例えば、目標レベルへの電力）を修正する動作を含んでもよい。特定の限界を
満たすための目標の修正には、機械の健全性及び関連する境界状態の知識に基づいて修正
された目標値を推定するために、タービンシステム１０のオンボードのコンピュータ使用
モデルを利用してもよい。ガスタービンシステム１０（例えば、制御アクチュエータ）が
ガスタービンシステム１０の改良された負荷動作状態を確立するようにガスタービンシス
テム１０の制御動作を引き出すために、上記のその他の要素と共に、（例えばＭＢＣユニ
ット４２及び／又は、コントローラ３８を介して）ＬＣモデル４５（例えば、システム１
０の動作寿命）が使用される。それによって、システム１０の全体的な制御戦略における
有効で適応性のある態様でシステム１０の性能と高温ガス経路の寿命消費目標とを組み合
わせた総合制御戦略を用いることが可能になる。ガスタービンの性能は使用劣化するため
、この総合制御戦略はシステム１０の性能を保持する。ＬＣモデル４５は、複数のガスタ
ービンエンジン１２の設定で機械ごとの変動の低減を促進し得る。
【００２５】
開示された実施形態の技術的効果には、タービンシステム１０の動作寿命を判定し、タ
ービンシステム１０の性能を制御する際にその他の要因と共に動作寿命を利用する技術の
提供が含まれる。開示された実施形態は、モデル（例えば、ＬＣモデル４５）を生成して
、タービンシステム１０の動作寿命を判定し、ガスタービンシステム１０の動作を制御す
る際にこのモデル４５を使用することを可能にする。ＬＣモデル４５はタービンシステム
１０の動作寿命に少なくとも部分的に基づいて、タービンシステム１０の向上した負荷動
作状態を確立するために使用されてもよい。ＬＣモデル４５は、複数のガスタービンエン
ジン１２の設定の機械ごとの変動の低減を促進し得る。開示された実施形態によって、シ
ステム１０の全体的な制御戦略における有効で適応性のある態様でシステム１０の性能と
高温ガス経路の寿命消費目標とを組み合わせた総合制御戦略を用いることが可能になる。
ガスタービン性能は使用劣化するため、この総合制御戦略はシステム１０の性能を保持す
る。
【００２６】
本明細書は、最良の形態を含めて実施例を用いて本発明を開示すると共に、あらゆる当
業者がいずれかのデバイス又はシステムを製造し、使用し、組み込まれたいずれかの方法
を実施することを可能にする。本発明の特許可能な範囲は特許請求の範囲で定義され、当
業者が想到する別の実施例を含んでもよい。このような別の実施例は、特許請求の範囲の
文字言語と異ならない構造要素を有している場合、又は特許請求の範囲の文字言語と非実
質的な相違しかない等価な構造要素を含む場合には特許請求の範囲に含まれるものとする
。
【符号の説明】
【００２７】
１４  負荷
１６  圧縮機
１８  燃焼器
２０  燃料ノズル
２２  タービン
２４  排気部
３０  空気
３４  燃料
３８  コントローラ
４２  モデルベース制御ユニット（ＭＢＣ）
４４  ＡＲＥＳモデル
４５  ＬＣモデル
【図１】
2015017606.tif 000003
【図２】
2015017606.tif 000004
【図３】
2015017606.tif 000005