(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンエンジン内のシリコンの揮発を制御するための新規の改良された方法およびシステムを提供する。【解決手段】ガスタービンエンジン１０内のシリコン系部材の揮発を制御する方法は、ガスタービンエンジン１０の動作に関連した変数を測定し、推定し、かつ／または予測するステップと、ガスタービンエンジン１０内のシリコン系部材の揮発を制御するシリコンの量を求めるように、この変数を相関させるステップと、シリコンをガスタービンエンジン１０の中へ注入して、シリコン系部材の揮発を制御するステップとを含む。圧縮機１２、燃焼室１４、タービン１６およびシリコン注入ライン２４を有するガスタービンエンジン１０は、この制御方法を実施するコントローラ３４によって制御され得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン内のシリコン系部材の揮発を制御する方法であって、
前記ガスタービンエンジンの動作に関連した変数を測定し、推定し、かつ／または予測するステップと、
前記ガスタービンエンジン内の前記シリコン系部材の揮発を制御するのに効果的なシリコンの量を求めるように、前記変数を相関させるステップと、
前記効果的なシリコンの量をシリコンの最大量と比較するステップと、
前記効果的なシリコンの量と前記シリコンの最大量のうち少ない方を前記ガスタービンエンジンに注入して、前記シリコン系部材の揮発を制御するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記変数が、タービン排気ガスの温度、入口ガイドベーンの位置、タービン負荷、燃料流量、前記タービン排気ガスのシリコンまたは水酸化シリコンの含有率、前記タービン排気ガスの含水率、前記ガスタービンエンジンの部材温度、前記タービン排気ガス中の金属粒子、前記タービン排気ガス中のレアアース粒子、前記ガスタービンエンジンと関連した摩擦ルミネセンスイベント、前記タービン排気ガス中のセラミック粒子、および前記ガスタービンエンジンの入口面の局部的な湿度のうち少なくとも１つを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記効果的なシリコンの量が、前記ガスタービンエンジンの動作中に、周期的に、または連続的に、再度相関される請求項１記載の方法。
【請求項４】
タービン排気ガスの温度、燃料流量、前記タービン排気ガスの含水率および前記ガスタービンエンジンの部材温度のそれぞれが、前記効果的なシリコンの量を求めるために測定され、かつ相関される請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記変数が前記ガスタービンの部材温度であり、前記相関が、前記効果的なシリコンの量と前記ガスタービンの前記部材温度の間の直線関係を有する請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記効果的なシリコンの量が、前記部材温度が所定の温度以下のときゼロであり、前記部材温度が前記所定の温度を上回るとき直線的に増加する請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記所定の温度が華氏８００度である請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記変数が前記タービン排気ガスの含水率であり、前記相関が、前記効果的なシリコンの量と前記含水率の間の指数関係を有する請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記指数関係が、別の測定された変数、推定された変数および／または予測された変数に基づいて調節される請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記変数が前記タービン排気ガスの温度であり、前記相関が、前記効果的なシリコンの量と前記タービン排気ガスの前記温度の間の直線関係を有する請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記変数が、前記変数に加えて前記ガスタービンエンジン外の周囲の条件に基づいて相関される請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記シリコンの最大量が、粒子排出要件を超過することなく前記ガスタービンエンジンに注入することができるシリコンの最大量である請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記シリコンの最大量が可変である請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記シリコンの最大量が、前記ガスタービンエンジンのパラメータに基づいてあらかじめ設定されている請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記効果的なシリコンの量が、前記ガスタービンエンジンの所定の運転上のイベントが起こるまで一定の量である請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記所定の運転上のイベントが、前記ガスタービンエンジンの非ゼロの累積動作期間である請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記所定の運転上のイベントが、前記ガスタービンエンジンの衝突イベントを検出することである請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記衝突イベントが、前記タービン排気ガス中の炭化シリコン粒子、前記タービン排気ガス中の金属粒子、前記タービン排気ガス中のレアアース粒子、および摩擦ルミネセンスイベントのうち少なくとも１つを検出することによって検出される請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
ガスタービンエンジン内のシリコン系部材の揮発を制御する方法であって、
タービン排気ガスの温度、燃料流量、前記タービン排気ガスの含水率、および前記ガスタービンエンジンの部材温度を測定するステップと、
前記ガスタービンエンジン内の、前記シリコン系部材の揮発を制御するのに効果的なシリコンの量を求めるために、前記タービン排気ガスの前記温度、前記燃料流量、前記含水率および前記部材温度のそれぞれを相関させるステップと、
前記効果的な量のシリコンを前記ガスタービンエンジンの中へ注入して、前記シリコン系部材の揮発を制御するステップとを含む方法。
【請求項２０】
圧縮機と、
燃焼システムと、
タービン部分と、
前記燃焼システムの中へシリコンを注入するように適合された注入器と、
コントローラであって、
前記ガスタービンエンジンの動作に関連した変数を測定し、推定し、かつ／または予測し、
前記ガスタービンエンジン内のシリコン系部材の揮発を制御するのに効果的なシリコンの量を求めるように、前記変数を相関させ、
前記効果的なシリコンの量をシリコンの最大量と比較し、
前記効果的なシリコンの量と前記シリコンの最大量のうち少ない方を前記ガスタービンエンジンに注入して前記シリコン系部材の揮発を制御するためのプログラムを含んでいるコントローラとを備えるガスタービンエンジンシステム。
【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内のシリコンの揮発を制御するための方法およびシステムに関するものである。本明細書に開示される主題は、シリコン部材の揮発を制御するためにガスタービンエンジンの中へシリコンを注入するための方法およびシステムに特に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セラミック部材は、より高いガスタービン効率を達成することが期待される次世代の材料である。ガスタービンにセラミック部材を適用することに伴う主な問題には、エンジンの流路の中に存在する熱水蒸気のために逓減することがある。この逓減により、部品が、必要なサービスインターバルのかなり前に故障しやすくなる。
【０００３】
シリコンセラミック部材には、高温および水蒸気を受けやすい環境に耐えることができるように、環境障壁コーティング（ＥＢＣ）が塗布されている。シリコンセラミック部材をコーティングするＥＢＣは、部品を包み、いかなる水蒸気も取り込むことのないように部品を効果的に密封する。これによって、その部品の逓減が防止される。セラミック部材の寿命は、そのサービスインターバルの間のＥＢＣの適切な機能に依拠するものである。サービスインターバルで、元のＥＢＣが除去され、新規のＥＢＣが塗布されてよい。セラミック部材の稼働中にＥＢＣが損なわれると、セラミック部材の寿命が損なわれる恐れがある。
【０００４】
米国特許第６，５１７，３４１号には、シリコン系セラミックから製作され得るガスタービン部材、そのシリコン系セラミック部材がどのように侵食される可能性のあるかのプロセス、前記燃焼ガス環境の中へ効果的な量のシリコンを注入することによって、燃焼ガス環境でシリコン含有セラミックおよびシリコン含有セラミック複合材料の材料損失を低減することが論じられている。しかしながら、米国特許第６，５１７，３４１号に説明されている方法は、シリコンの効果的な量を効果的に求めて塗布するのに必要な態様のすべてを認識しているわけではない。
【０００５】
前述の理由のために、ガスタービンエンジン内のシリコンの揮発を制御するための新規の改良された方法およびシステムに対する要求があり得る。
【０００６】
本明細書で説明される、ガスタービンエンジン内のシリコン系部材の揮発を制御するシステムおよび方法の態様は、従来技術に関連した１つまたは複数の問題または不都合に対する解決策を提供するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第８，１２３，８２１号明細書
【発明の概要】
【０００８】
限定的でない例示の一態様では、本開示は、ガスタービンエンジン内のシリコン系部材の揮発を制御する方法に関するものである。この方法は、ガスタービンエンジンの動作に関連した変数を測定し、推定し、かつ／または予測するステップと、ガスタービンエンジン内のシリコン系部材の揮発を制御するのに効果的なシリコンの量を求めるように、この変数を相関させるステップと、シリコンの効果的な量をシリコンの最大量と比較するステップと、シリコンの効果的な量と最大量のうち少ない方をガスタービンエンジンに注入して、シリコン系部材の揮発を制御するステップとを含む。
【０００９】
別の限定的でない例示の態様では、本開示は、ガスタービンエンジン内のシリコン系部材の揮発を制御する方法に関するものである。この方法は、タービン排気ガスの温度、燃料流量、タービン排気ガスの含水率、およびガスタービンエンジンの部材温度を測定するステップと、ガスタービンエンジン内の、シリコン系部材の揮発を制御するのに効果的なシリコンの量を求めるために、タービン排気ガスの温度、燃料流量、含水率および部材温度のそれぞれを相関させるステップと、効果的な量のシリコンをガスタービンエンジンの中へ注入して、シリコン系部材の揮発を制御するステップとを含む。
【００１０】
別の限定的でない例示の態様では、本開示はガスタービンシステムに関するものである。このガスタービンシステムは、圧縮機と、燃焼システムと、タービン部分と、燃焼システムの中へシリコンを注入するように適合された注入器と、コントローラとを備える。コントローラには、ガスタービンエンジンの動作に関連した変数を予測し、推定し、かつ／または測定し、ガスタービンエンジン内のシリコン系部材の揮発を制御するのに効果的なシリコンの量を求めるように、この変数を相関させ、シリコンの効果的な量をシリコンの最大量と比較し、シリコンの効果的な量と最大量のうち少ない方をガスタービンエンジンに注入して、シリコン系部材の揮発を制御するためのプログラムが含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】シリコン注入を伴うガスタービンエンジンの限定的でない例示の概略図である。
【図２】ガスタービンエンジン内のシリコンの注入量を制御するのに用いられ得る制御信号を示す限定的でない例示の図である。
【図３】シリコンの注入量と、１つまたは複数の、測定され、推定され、かつ／または予測された変数との間の関係を表す、限定的でない例示のグラフである。
【図４】シリコンの注入量と、１つまたは複数の、測定され、推定され、かつ／または予測された変数との間の関係を表す、限定的でない例示のグラフである。
【図５】シリコンの注入量と、１つまたは複数の、測定され、推定され、かつ／または予測された変数との間の関係を表す、限定的でない例示のグラフである。
【図６】シリコンの注入量と、１つまたは複数の、測定され、推定され、かつ／または予測された変数との間の関係を表す、限定的でない例示のグラフである。
【図７】シリコンの注入量と、１つまたは複数の、測定され、推定され、かつ／または予測された変数との間の関係を表す、限定的でない例示のグラフである。
【図８】シリコンの注入量と、１つまたは複数の、測定され、推定され、かつ／または予測された変数との間の関係を表す、限定的でない例示のグラフである。
【図９】シリコンの注入量と、１つまたは複数の、測定され、推定され、かつ／または予測された変数との間の関係を表す、限定的でない例示のグラフである。
【図１０】シリコンの注入量と、１つまたは複数の、測定され、推定され、かつ／または予測された変数との間の関係を表す、限定的でない例示のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示の１つまたは複数の特定の実施形態を以下で説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供するために、本明細書は、実際の実装形態の特徴のすべてを説明しているわけではなくてよい。工学プロジェクトまたは設計プロジェクトなどの何らかの実際の実装形態の開発では、特定の目標を達成するために、実装形態ごとに変化する可能性のあるシステム関連および／または業務関連の制約の順守など、多数の実装時固有の判断がなされることを理解されたい。そのうえ、そのような努力は、複雑かつ時間のかかることであるが、それにもかかわらず、本開示の利益を有する当業者については、設計、組立て、製造の型通りの仕事になるはずであることを理解されたい。
【００１３】
詳細な例示的実施形態が本明細書に開示される。しかしながら、本明細書に開示される特定の構造および機能の詳細は、例示的実施形態を説明するためにのみ示されるものである。しかしながら、本開示の実施形態は、多くの代替形態で実施することができ、本明細書で説明される実施形態のみに限定されると解釈されるべきではない。
【００１４】
したがって、例示的実施形態は、様々な変更形態および代替形態が可能である一方、それらの実施形態が一例として図に示され、本明細書で詳細に説明されることになる。しかしながら、例示的実施形態を、開示された特定の形態に限定する意図はなく、その反対に、例示的実施形態は、本開示の範囲内に入るすべての変更形態、等価物、および代替形態を対象として含むことになるものと理解されたい。
【００１５】
本明細書に用いられる用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、例示的実施形態を限定するようには意図されていない。本明細書に用いられる単数形の「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「この（ｔｈｅ）」は、文脈が特に明確に示すのでなければ、複数形も含むように意図される。用語「備える」、「備えている」、「含む」および／または「含んでいる」は、本明細書で用いられたとき、明示された特徴、数、ステップ、動作、要素、および／または部材の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、数、ステップ、動作、要素、部材、および／またはそれらの群の存在または付加を排除するものではない。
【００１６】
本明細書では、様々な要素を説明するのに第１、第２などの用語を用いることがあるが、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ない。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別するためにのみ用いられる。たとえば、これだけに限定されるものではないが、例示的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の要素と称することが可能であり、同様に、第２の要素を第１の要素と称することも可能である。本明細書で用いられる「および／または」という用語は、列挙された関連する項目の１つまたは複数の、いずれかの組合せおよびすべての組合せを含む。
【００１７】
本明細書には、読者の便宜のためのみに特定の用語が用いられることがあるが、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。たとえば、「左の」「右の」、「水平な」、「垂直な」、「下流の」、「前方の」などの用語は、単に、図で示された構成を説明するものである。実際、本開示の一実施形態の１つまたは複数の要素は任意の方向に配向されてよく、したがって、このような用語は、別様に指定されなければ、そのような変形形態を包含するものと理解されたい。
【００１８】
明細書および特許請求の範囲の全体にわたって用いられる「実質的に」には、製造公差、運用公差および／または検定公差の範囲内の、少なくとも理想値または公称値からのずれが含まれる。明細書の全体にわたって用いられる、推定は、現在の値を参照するものであり、予測は、将来の値を参照するものである。
【００１９】
本開示は、これらに限定されるものではないが、重構造ガスタービン、航空機転用ガスタービンなどの、吸入された空気を圧縮する様々なガスタービンエンジンに適用され得る。本開示の一実施形態は、単一のガスタービンエンジンまたは複数のガスタービンエンジンのいずれかに適用され得る。本開示の一実施形態は、単純サイクルまたは複合サイクルで動作するガスタービンエンジンに適用され得る。
【００２０】
本開示は、発電装置に含まれ得るガスタービンエンジンを制御し、かつ動作させるやり方を、シリコンドーピングとともに詳述するものである。シリコンドーピングは主燃料系統の一部分であり得る。シリコンがガスタービンエンジン内の適切な位置に供給される限り、シリコンドーピングは、主燃料系統から分離していてもよい。このシリコンドーピングは、燃焼プロセス中に形成された水分子とでシリコン水酸化種（ＳｉＯＨ）が形成されることにより、エンジンの高温部の燃焼流れの内部でセラミック材料（たとえばＳｉＣ−ＳｉＣセラミックマトリクス複合材などのシリコン系非酸化物）が逓減するのを遅らせるように行なわれるものである。燃料をシリコンでドーピングすると、流路にはＳｉＯＨ種が生成してその分子が飽和し、したがって、流路に露出したセラミック部材の反応速度（駆動力）が遅くなる。流路部分にとって必要なシリコンドーピングの量は、いくつかのエンジンパラメータに比例するので、ドーパントをよりよく利用するために、このように動作中に変化させることができ、これは米国特許第６，５１７，３４１号では認識されていないことである。
【００２１】
図１は、圧縮機１２、燃焼室１４、タービン１６、および発電機１８を有するガスタービンエンジン１０を含んでいる、限定的でない例示のシステムを示す。ガスタービンエンジン１０は、燃料配管２０を通って配送される燃焼性の燃料で動作する。燃料供給回路２２はいくつかのライン（燃料ライン、パージ用空気のラインなど）を含有し得るが、話を簡単にするために最小限のラインの数で示されている。燃焼室１４に入って行くラインの１つであるシリコン注入ライン２４は、有機化合物（たとえばシロキサン、シラン、シリカ、シリコーン、シリコンカーバイド、窒化シリコン、酸化シリコン、シリケート、砂、およびそれらの混合物）と混合されたシリコンを燃焼システムの中へ液体の形態で注入するための専用でよい。シリコンの注入は、必要に応じて、システムの必要性に基づいて、たとえば燃料ノズルまたは火炎の下流といったどんな場所にでも導入することができる。ガスタービンエンジン１０が液体燃料で動作している場合、シリコンは、装置に導入されている留出燃料と直接混合することによって導入され得る。しかしながら、シリコンを液体燃料とは別々に注入すると、シリコンの比較的優れた制御がもたらされ得、したがって、より巧みに調整され得る。
【００２２】
シリコン注入ライン２４に接続され得る付属のスキッド（図示せず）は、シリコンドーピング流体タンク２８に接続されたポンプ２６を含有しており、燃焼室１４への燃料流量および／またはシリコンを制御するための制御部３０、３２を有する。たとえば、制御部３０、３２は、（図示のように）燃料配管２０に関連した弁の形態、ポンプ２６および／または類似のポンプ（図示せず）を駆動する可変周波数駆動の電動機の形態でよい。制御部３０、３２およびポンプ２６は、主ガスタービン制御ユニット３４から制御入力を受け取ってよく、主ガスタービン制御ユニット３４が含み得るセンサまたはセンサからの制御ラインは、タービンエンジンの内部のセラミック部品の逓減率を制御していると見なされるいくつかの変数を読み取る。
【００２３】
図２は、主ガスタービン制御ユニット３４との間でやりとりされる信号、または制御のための基礎として働く他の入力を示す。たとえば、これらの信号は、タービン排気ガスの温度３６、入口ガイドベーンの位置３８、タービン負荷４０、燃料流量４２、タービン排気ガスのシリコンまたは水酸化シリコンの含有率４４、タービン排気ガスの含水率４６、タービン排気ガスの成分の温度４８、タービン排気ガス中の金属粒子５０、タービン排気ガス中のレアアース粒子５２、ガスタービンエンジンと関連した摩擦ルミネセンスイベント５４、ガスタービンエンジンの入口面の局部的な湿度５６、およびタービン排気ガス中のセラミック粒子５８を表し得る。これらの信号は、測定、推定および／または予測に基づいて生成され得る。推定および／または予測は、モデルに基づいて行なわれてよい。結果として生じる出力信号６０は、何らかの便利なやり方で測定され得るシリコンの注入率を制御してよい。たとえば、シリコンの注入率を測定するのに、ポンド／秒または百万分率が用いられてよい。出力信号６０は、先の変数の１つもしくは複数または他の変数と、ガスタービンエンジン１０に注入すべき効果的なシリコンの量の間の相関を表し得る。効果的な量は、シリコンの流量および／またはバルク追加物であり得る。出力信号６０は、ガスタービンエンジン１０の動作中、連続的に、または周期的に相関されてよい。
【００２４】
これらの変数は、エンジンのガス流れ（入口ガイドベーンの角度位置および圧縮機速度）、流路の温度（排気温度センサ、燃焼システムへの燃料流量、高温計の温度読取り値）、流路の中にある水素または水の量（燃料流量、水蒸気注入、および用いられる燃料のタイプ）またはエンジン内の劣化しているセラミック材料の量（エンジンシステムの排気中のシリコンセンサ）に関連し得る。これらすべてのセンサは、主ガスタービン制御ユニット３４と調和して機能してよく、または主ガスタービン制御ユニット３４の一部分でもよく、逓減を防止する（または遅らせる）のに必要なシリコン（または他のドーパント）の量が計算されて、制御部３２の弁位置またはポンプ２６の速度設定によってガスタービンエンジン１０へのシリコン流れを制御するように、信号が送られる。システムの中に効果的な量のシリコン（または他のドーパント）があると、タービン部分のセラミック部材が逓減せず、したがって、より効率的なやり方で動作することができる。
【００２５】
図示のように、以下で詳細に論じられる様々な図の全体にわたって、注入されるシリコンの量は、限定的でない例示の具体例における超過しない最大量によって限定され、または制限されてよい。たとえば、注入されるシリコンの最大量は、ガスタービンエンジン１０の燃焼プロセスまたは他のプロセスに対して、注入されるシリコンによるいかなる有害作用もないように求められてよい。たとえば、注入されるシリコンの量は、エンジンの効率が実質的に劣化しないように、または測ることができるほど劣化することのないように限定されることがある。注入されるシリコンの量は、タービンの目詰まりに基づいて求められてよい。別の例では、注入されるシリコンの量は、ガスタービンエンジン１０が粒子排出要件を満たす能力に基づいて制限されてよく、粒子を除去するために設けられたシステム（たとえばフィルタ対静電気除去）に基づいて変化する可能性があり、かつ／または、ガスタービンエンジン１０の動作パラメータが、所与の粒子除去システムと相互作用する様子に基づいて変化する可能性がある。最大量は、固定された所定の量であり得、または連続的に、もしくは周期的に監視されるガスタービンエンジン１０の動作条件に基づいて可変であり得る。揮発を制御するのに必要な効果的なシリコンの量が最大量を超過する場合には、ガスタービンエンジン１０の、排出物、性能または効率などの出力を劣化させることのない何らかのレベルの揮発制御をもたらすように、２つの量のうち少ない方が注入されてよい。
【００２６】
図３は、シリコンの注入量と部材温度の間の関係を示す。縦軸６２は、注入されるシリコンの量をシリコンの最大量で割った無次元の変数であり、これらの量は、どちらも百万分率（ＰＰＭ）として示されているが、他の適切な任意のディメンションまたは単位で測ることができる。横軸６４は、華氏などの温度の単位を有する。図３は、シリコンの注入量と部材温度の間の、２つの部分からなる直線状の関係を示す。限定的でない例示の値として示された華氏８００度の所定の部材温度６６未満では、シリコンは注入されない。所定の部材温度６６を上回ると、部材温度とシリコンの注入量の間には直線的に増加する関係６８があって、その関係は縦軸６２が、限定的でない例示の値の華氏２５００度として示された、第２の所定の部材温度７０に相当する単位元（１．０）に達したときに終了する。部材温度は、部材上のあらゆる位置に対応してよいが、最高温度に達する、または達する可能性がある部材の位置を測定するのが有利であり得る。そのような位置は、タービン流れに対して部材の前方の面上にある可能性がある。部材温度は、たとえば高温測定学を手段として測定することができ、または他の公知の技法を用いて測定され、または推定されてよい。
【００２７】
図４は、シリコンの注入量とタービン排気の含水率の間の関係を示す。縦軸７２は、注入されるシリコンの量をシリコンの最大量で割った無次元の変数であり、これらの量は、どちらも百万分率（ＰＰＭ）として示されているが、他の適切な任意のディメンションまたは単位で測ることができる。横軸７４は、ポンド／秒など、含水率を測定するのに適切な単位を含んでいる。図４は、シリコンの注入量と含水率の間の指数関係７６を示し、この関係は縦軸７２が単位元（１．０）に達したときに終了する。含水率の値は少なくともタービンエンジンのタイプによって変化するので、含水率の特定の数値は示されていない。たとえば、セラミック部材の表面積の合計は、タービンエンジンのタイプおよびモデルの間で変化し得、含水率の別々の値をもたらし得る。
【００２８】
図５は、シリコンの注入量とタービン排気ガスの温度の間の関係を示す。縦軸７８は、注入されるシリコンの量をシリコンの最大量で割った無次元の変数であり、これらの量は、どちらも百万分率（ＰＰＭ）として示されているが、他の適切な任意のディメンションまたは単位で測ることができる。横軸８０は、華氏などの温度の単位を有する。図５は、シリコンの注入量と部材温度の間の直線関係８２を示す。シリコンの注入量の単位元（１．０）の値は、ガスタービンエンジン１０のパラメータに基づいて（たとえばタービンの設計に基づいて）変化する所定の温度に相当することになり、限定的でない例示のやり方で、華氏１３００度として示されている。
【００２９】
図６は、シリコンの注入量とタービン排気の含水率の間の別の関係を示す。図６は、図４に類似しており、したがって同一の参照番号の説明は省略される。図６は、シリコンの注入量と含水率の間の指数関係が、別の変数に基づいて変化し得ることをさらに示す。限定的でない例示の具体例では、他の変数は排気温度であり得る。指数関係７６は、他の変数の通常の条件または公称の条件に対応するものである。指数関係７６は、他の変数の値に基づいてシフトされ得る。たとえば、他の変数が増加すると、指数関係７６は、第２の指数関係８４へと左にシフトし得、他の変数が減少すると、指数関係７６は、第３の指数関係８６へと右にシフトし得る。たとえば、排気温度が上昇するとき、シリコンの注入量とタービン排気の含水率の間の指数関係は、所与の量の含水率に対してより多くのシリコンが注入されるように増加してよく、排気温度が低下するとき、反対のことが起こり得る。したがって、図６は、変数と、変数がシリコンの注入量に及ぼすそれぞれの影響の間には相互作用があるという一般命題も示す。
【００３０】
図７は、図３に類似の、シリコンの注入量と部材温度の間の別の関係を示す。図６に類似し、図７は、関係が別の変数に基づいて変化し得る様子を示す。ここで、直線関係６８は、別の変数に基づいてシフトされ得る。たとえば、他の変数が増加すると、直線関係６８は第２の直線関係８８へとシフトアップし得、他の変数が減少すると、直線関係は第３の直線関係９０へとシフトダウンし得る。たとえば、室温が上昇するとき、所与の部材温度に対してより多くのシリコンが注入されるように、シリコンの注入量と部材温度の間の直線関係がシフトアップし得、室温が低下すると反対のことが起こり得る。したがって、図７は、変数と周囲の条件の間に相互作用があるという一般命題も示している。
【００３１】
図８は、シリコンの注入量とタービン排気の含水率の間の関係が示されるという点で図４および図６に類似であるが、指数関係７６は公称日（温度、圧力、湿度など）に基づくものであるという点でより一般的であり、一方、第２の指数関係８４および第３の指数関係８６は公称日からのずれを示す。
【００３２】
図９は、別々の変数が、同一の最大量のシリコン注入によって依然として制限され得る様子を示す。図９は、温度に関する関係９２および水に関する第２の関係９４を含んでいるが、どちらも、シリコンの最大の注入量に関して同一の制限を共有する。したがって、図９により、注入されるシリコンの最大量が、測定された各パラメータにわたって同一のままであることが明確になる。
【００３３】
図１０は、シリコンの注入量と動作時間の間の関係を示す。縦軸９６は、注入されるシリコンの量をシリコンの最大量で割った無次元の変数であり、これらの量は、どちらも百万分率（ＰＰＭ）として示されているが、他の適切な任意のディメンションまたは単位で測ることができる。横軸９８は、動作時間などの時間の単位を有する。通常動作および／または初期動作の下では、一定のシリコンの量１００を注入することができる。何らかの所定のイベント１０２または動作の変化に達した後に、シリコンの注入量を変更してよい。所定のイベント１０２は、シリコンの注入量の変更を正当とする任意の所定のイベントであり得る。たとえば燃焼タービンエンジン１０の所定の動作時間の後、たとえば揮発の量がさらなるシリコンを必要とするレベルに達したために、シリコンの注入量が増加され得る。別の例では、注入量の増加を正当とする所定のイベント１０２が検出されることがあり得る。たとえば排気中の粒子は、たとえば衝突などのイベントの指標となるものであり、シリコンの注入量を増加することによる揮発制御の強化を正当とすることがある。限定的でない例示の粒子には、金属粒子、レアアース粒子、および／またはセラミック粒子が含まれ得る。また、所定のイベント１０２は、特定の温度を上回ることなどの温度変化であり得、シリコンの注入量を増加する直線関係１０４を適用してよい。あるいは、所定のイベント１０２は、特定の湿度を上回ることなどの湿度変化であり得、シリコンの注入量を増加する指数関係１０６を適用してよい。図１０は、所定のイベントの後に、シリコンの注入量と、測定された変数、推定された変数および／または予測された変数との間に、新規の相関または再度の相関があるという一般的な命題に関して考察されてよい。
【００３４】
上記の議論に基づいて、シリコンの注入量を求めるために２つの一般的な式を用いることができる。どちらの式も、注入される効果的なシリコンの量を求めるのに用いることができる。
【００３５】
第１の式は、それぞれの測定された変数もしくはパラメータの係数、推定された変数もしくはパラメータの係数および／または予測された変数もしくはパラメータの係数に対して、注入されたシリコンの実際量に達するように、シリコン注入の基底量を掛けるものであって、Ｓｉeffective＝Ｓｉbase（Ｃ1）（Ｃ2）．．．（Ｃn）となり、Ｓｉeffectiveは効果的なシリコンの量であり、Ｓｉbaseは注入されるシリコンの開始量であり、Ｃnは、それぞれの測定されたパラメータに基づく係数、または同パラメータに相関された係数である。
【００３６】
第２の式は、それぞれの変数またはパラメータに関してシリコンの量を求め、その合計を注入するものであって、Ｓｉeffective＝Σ（Ｓｉ1Ｃ1＋Ｓｉ2Ｃ2＋．．．＋ＳｉnＣn）となり、Ｓｉeffectiveは効果的なシリコンの量であり、Ｓｉnは所与のパラメータに関するシリコンの開始量であり、Ｃnは、それぞれの測定されたパラメータに基づく係数、または同パラメータに相関された係数である。
【００３７】
本発明を、現在最も実用的かつ好ましいと考えられている実施形態に関連して説明してきたが、本発明は、開示された実施形態に限定されるべきではなく、その反対に、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内に含まれる様々な変更形態および等価な機構を対象として含むように意図されていることを理解されたい。
【符号の説明】
【００３８】
１０  タービンエンジン
１２  圧縮機
１４  燃焼チャンバ
１６  タービン
１８  発電機
２０  燃料ライン
２２  燃料供給回路
２４  シリコン注入ライン
２６  ポンプ
２８  シリコンドーピング流体タンク
３０  制御部
３２  制御部
３４  主ガスタービン制御ユニット
３６  タービン排気ガスの温度
３８  入口ガイドベーンの位置
４０  タービン負荷
４２  燃料流量
４４  水酸化シリコンの含有率
４６  含水率
４８  成分の温度
５０  金属粒子
５２  レアアース粒子
５４  摩擦ルミネセンスイベント
５６  入口面の局部的な湿度
５８  セラミック粒子
６０  出力信号
６２  縦軸
６４  横軸
６６  部材温度
６８  直線関係
７０  所定の部材温度
７２  縦軸
７４  横軸
７６  指数関係
７８  縦軸
８０  横軸
８２  直線関係
８４  第２の指数関係
８６  第３の指数関係
８８  第２の直線関係
９０  第３の直線関係
９２  関係
９４  第２の関係
９６  縦軸
９８  横軸
１００  量
１０２  イベント
１０２  何らかの所定のイベント
１０４  直線関係
１０６  指数関係
【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】
2015183687000001.pdf