(57)【要約】      （修正有）【課題】トルクコンバータを使用してタービン速度を制御するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】有形の非一時的なコンピュータ可読媒体は、タービンシステム１０の速度を示す第１の信号を解析し、第１の信号を第２の信号に変換する命令を含み得る。有形の非一時的なコンピュータ可読媒体はまた、第２の信号を送信して、フィールドデバイスを作動させることによってタービンシステムの速度を制御する命令を含み得る。フィールドデバイスを作動させることは、タービンシステムに機械的に結合されたトルクコンバータ１４内の流体レベルを制御することを含み、速度はタービンシステム１０の最小設定点未満であり得る。【選択図】図１
2015212540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力を生成するように構成されるタービンシステムと、
前記タービンシステム内に含まれる第１のシャフトを回転させるように構成される始動モータと、
前記第１のシャフトに機械的に結合され、前記タービンシステムに機械的に結合されるトルクコンバータと、
最小設定点未満の第１のタービンシステム速度に達するよう前記トルクコンバータ内の流体レベルを制御することによって前記タービンシステムの速度を制御するように構成されるプロセッサを備える制御システムとを備える、システム。
【請求項２】
前記トルクコンバータは、複数のガイドベーンを備え、前記最小設定点は、前記ガイドベーンが全て閉鎖し、前記トルクコンバータが流体で充填されるときの前記タービンシステムの速度を含み、前記トルクコンバータ内の前記流体レベルを制御することは、前記トルクコンバータ内の前記流体の実質的に全てを排出することを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記トルクコンバータ内の前記流体レベルを制御することは、前記トルクコンバータ内の流体の一部分を排出することを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記プロセッサは、前記トルクコンバータ内の前記流体のドレインレートを制御するように構成される、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記制御システムは、バング／バングコントローラ、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラ、モデルベースコントローラ（ＭＢＣ）、設定点コントローラ、又はその組合せの少なくとも１つを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記タービンシステムは、ガスタービンシステム、蒸気タービンシステム、水力タービンシステム、風力タービンシステム、ターボエキスパンダシステム、又は遠心ポンプシステムの少なくとも１つを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記プロセッサは、前記タービンシステムの動力に基づいて前記トルクコンバータ内の前記流体レベルを決定するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記トルクコンバータは、ガイドベーン及び前記ガイドベーン上に配設された位置センサを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記始動モータは、電気モータ、空気圧モータ、油圧モータ、又はその組合せを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記トルクコンバータ内の前記流体レベルを制御することは、前記トルクコンバータ内の流体を排出し、その後、前記トルクコンバータを前記流体で再充填することを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
プロセッサを備えるコントローラを備え、前記プロセッサは、
タービンシステムの速度を示す第１の信号を受信し、
前記第１の信号を第２の信号に変換し、
前記第２の信号を送信して、フィールドデバイスを作動させることによって前記タービンシステムの所望の速度を制御するように構成され、前記フィールドデバイス作動は、前記所望の速度に達するように、前記タービンシステムに機械的に結合されたトルクコンバータ内の流体レベルを制御するように構成され、前記所望の速度は最小設定点未満の第１速度を含む、システム。
【請求項１２】
前記プロセッサは、前記トルクコンバータの出力動力を示す第３の信号を受信し、前記第１及び第３の信号を前記第２の信号に変換して、前記タービンシステムの前記所望の速度を制御するように構成される、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記プロセッサは、前記トルクコンバータに機械的に結合された始動モータの入力トルクを示す第４の信号を受信し、前記第１、第３、及び第４の信号を前記第２の信号に変換して、前記タービンシステムの前記所望の速度を制御するように構成される、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記フィールドデバイス作動は、前記トルクコンバータ内の流体の実質的に全てを排出するように構成される、請求項１１記載のシステム。
【請求項１５】
前記フィールドデバイス作動は、前記トルクコンバータ内の流体の一部分を排出するように構成される、請求項１１記載のシステム。
【請求項１６】
前記フィールドデバイス作動は、前記トルクコンバータ内の流体を排出し、その後、前記トルクコンバータを前記流体で再充填するように構成される、請求項１１記載のシステム。
【請求項１７】
命令を含む有形の非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記命令は、
タービンシステムの速度を示す第１の信号を解析し、
前記第１の信号を第２の信号に変換し、
前記第２の信号を送信して、フィールドデバイスを作動させることによって前記タービンシステムの速度を制御するように構成され、前記フィールドデバイス作動は、前記タービンシステムに機械的に結合されたトルクコンバータ内の流体レベルを制御するように構成され、前記速度は最小設定点未満の第１速度を含む、有形の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１８】
前記フィールドデバイス作動は、前記トルクコンバータ内の流体の全てを排出するように構成される、請求項１７記載の有形の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
前記フィールドデバイス作動は、前記トルクコンバータ内の流体の一部分を排出するように構成される、請求項１７記載の有形の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
前記フィールドデバイス作動は、前記トルクコンバータ内の流体を排出し、その後、前記トルクコンバータを前記流体で再充填するように構成される、請求項１７記載の有形の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、ターボ機械システムに関する。詳細には、本明細書で説明される実施形態は、ターボ機械システム内のタービンの速度を制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンシステム等のターボ機械システムでは、始動モータ及びトルクコンバータは、例えば、タービンを加速するためタービンに直列に結合され得る。始動モータは、トルクコンバータに入力トルクを提供し、トルクコンバータは、入力トルクを出力トルクに変換し、出力トルクは、タービンに提供され、タービンシャフトを回転させる。トルクコンバータは、ガイドベーンを含み、ガイドベーンの位置は、変換されるトルクの量、その後、タービンの速度を決定する。ターボ機械システム内の制御システムは、始動モータ及びトルクコンバータを制御して、所望の加速度プロファイル又は定常状態条件に応じてタービン速度を管理し得る。
【０００３】
始動モータ及びトルクコンバータを採用する現行のターボ機械システムでは、システムが運転を始動し、トルクコンバータが流体で充填されると、タービン速度について最小閾値が存在し得る。この最小速度は、タービンのドライブライン機械的制限によって規定され、トルクコンバータのガイドベーンが閉鎖して最小位置（例えば、最小設定点）になるときに満たされ得る。しかし、タービンの速度を、最小設定点より更に低く減少させることが有利であることになる状況が存在し得る。例えば、緊急事態において、ターボ機械システムの完全なシャットダウンを実行する代わりに、タービン速度を最小未満に減少させることが有用である場合がある。別の例では、タービン速度を最小設定点未満に減少させることは、情報に基づいた決定を行うときにオペレータ及び技術者にとって有用であり得る検証及び試験データ（例えば、ストール検証及び圧縮機マッピング）を集める機会を提供し得る。加えて、タービン速度を最小設定点未満に減少させることは、ターボ機械システムの運転範囲を拡張でき、それにより、ターボ機械システムが、低負荷から中庸負荷をサポートするか又はオフデューティ状況で使用される可能性がある。
【０００４】
最初に特許請求される発明と範囲が一致する幾つかの実施形態が以下で要約される。これらの実施形態は、特許請求される発明の範囲を制限することを意図されるのではなく、むしろ、これらの実施形態は、発明の考えられる形態の簡潔な要約を提供することだけを意図される。実際には、本発明は、以下で記載される実施形態と同様であるか又は異なり得る種々の形態を包含し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／００６１６０１号明細書
【発明の概要】
【０００６】
第１の実施形態では、システムは、動力を生成するように構成されるタービンシステムと、タービンシステム内に含まれる第１のシャフトを回転させるように構成される始動モータとを含み得る。システムはまた、第１のシャフトに機械的に結合され、タービンシステムに機械的に結合されるトルクコンバータを含み得る。最後に、システムは、最小設定点未満の第１のタービンシステム速度に達するようトルクコンバータ内の流体レベルを制御することによってタービンシステムの速度を制御するように構成されるプロセッサを含む制御システムを含み得る。
【０００７】
第２の実施形態では、システムは、タービンシステムの速度を示す第１の信号を受信し、第１の信号を第２の信号に変換するように構成されるプロセッサを含むコントローラを含み得る。プロセッサはまた、第２の信号を送信して、フィールドデバイスを作動させることによってタービンシステムの所望の速度を制御するように構成され得る。フィールドデバイスを作動させることは、所望の速度に達するように、タービンシステムに機械的に結合されたトルクコンバータ内の流体レベルを制御することを含むことができ、所望の速度はタービンシステムの最小設定点未満である。
【０００８】
第３の実施形態では、有形の非一時的なコンピュータ可読媒体は、タービンシステムの速度を示す第１の信号を解析し、第１の信号を第２の信号に変換する命令を含み得る。有形の非一時的なコンピュータ可読媒体はまた、第２の信号を送信して、フィールドデバイスを作動させることによってタービンシステムの速度を制御する命令を含み得る。フィールドデバイスを作動させることは、タービンシステムに機械的に結合されたトルクコンバータ内の流体レベルを制御することを含むことができ、速度はタービンシステムの最小設定点未満であり得る。
【０００９】
本発明のこれらのまた他の特徴、態様、及び利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明が読まれるときによりよく理解されるであろう。添付図面は、図面全体を通して同じ記号が同じ部品を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本アプローチの或る実施形態による、ターボ機械システムを示すブロック図である。
【図２】本アプローチの或る実施形態による、図１のターボ機械システム内に含まれる断面のトルクコンバータを示す図である。
【図３】本アプローチの或る実施形態による、図１のターボ機械システム内の制御システムを示すブロック図である。
【図４】本アプローチの或る実施形態による、図１のターボ機械システム内のタービンの速度を減少させるための方法を示すフローチャートである。
【図５】本アプローチの或る実施形態による、図４の方法における特定のステップを示すブロック図である。
【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が以下で述べられる。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようとして、実際の実装の全ての特徴は本明細書で述べられない場合がある。任意のエンジニアリング又は設計プロジェクトの場合と同様に、任意のこうした実際の実装の開発において、多数の実装固有の決定が、実装ごとに変動し得るシステム関連及びビジネス関連制約に関する遵守等の開発者の特定の目標を達成するために行われなければならないことが認識されるべきである。更に、こうした開発努力が複雑でかつ時間がかかる可能性があるが、それでも、本開示の利益を受ける当業者にとって設計、作製、及び製造の日常的な仕事であることになることが認識されるべきである。
【００１２】
本発明の種々の実施形態の要素を導入するとき、冠詞「ある（ａ）」、「ある（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、及び「前記（ｓａｉｄ）」は、要素の１つ又は複数が存在することを意味することを意図される。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包含的であることを意図され、挙げた要素以外の異なる要素が存在し得ること意味する。ガイドベーンのセットが閉鎖しているとして述べられるとき、それは、ガイドベーンのブレードが比較的小さい角度で配置（ｐｏｓｉｔｉｏｎ）されていることを意味することを意図される。ガイドベーンのセットが開口しているとして述べられるとき、それは、ガイドベーンのブレードが比較的大きい角度で配置されていることを意味することを意図される。フレーズ「最小ドライブライン機械的速度（ｍｉｎｉｍｕｍ  ｄｒｉｖｅ  ｌｉｎｅ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｐｅｅｄ）」、「最小設定点（ｍｉｎｉｍｕｍ  ｓｅｔｐｏｉｎｔ）」、及び「最小速度（ｍｉｎｉｍｕｍ  ｓｐｅｅｄ）」は全て、関連するガイドベーンが閉鎖しているときのタービンの最小速度を指し得る。
【００１３】
本実施形態は、ターボ機械システム内タービン速度を制御するためのシステム及び方法に関する。特に、本明細書で述べる実施形態は、タービンのドライブライン機械的制限によって決定される最小設定点未満にタービン速度を減少させることに関する。本明細書で述べる技法は、ターボ機械システム内のトルクコンバータであって、始動モータと連携して、タービンを加速させる、トルクコンバータからの流体の完全な又は部分的なドレインに関する。技法は、所望の速度に達すると、トルクコンバータ内の流体を、自動的に排出すること及び／又は再充填することを含み得る。タービン速度を関連する最小設定点未満に減少させるシステム及び方法を提供することによって、本実施形態は、例えば、緊急事態においてターボ機械システムの完全なシャットダウンに対する代替法を提供し、低速での検証及び試験データを得る機会を増やし、とりわけ、オフデューティ状況及び低負荷から中庸負荷を含むようにターボ機械システム運転速度範囲を拡張し得る。
【００１４】
上記を念頭に入れて、図１は、発電機、機械的負荷等のような負荷に動力を提供するために使用され得るターボ機械システム１０を示す。ターボ機械システムは、始動モータ１２、トルクコンバータ１４、タービン１６、制御システム１８、及び流体供給部２０を含み得る。始動モータ１２は、電気モータ、空気圧モータ、又は油圧モータ、或はシャフトを回転させるための任意の他の適したデバイスであり得る。トルクコンバータ１４は、ガイドベーン２２を含むことができ、ガイドベーン２２は、トルクコンバータ１４によって提供されるトルクの量及びタービン１６の速度等のターボ機械システム１０の或る態様を直接的に及び／又は間接的に制御するために使用され得る。タービン１６は、ガスタービンシステム、蒸気タービンシステム、水力タービンシステム、風力タービンシステム、ターボエキスパンダシステム、又は遠心ポンプシステムであり得る。例えば、図１は、可燃材料（例えば、炭素質燃料）の燃焼による動力及び／又は電気を生成するように構成されるガスタービン１６を示す。
【００１５】
図１に示すように、始動モータ１２は、トルクコンバータ（ｔｏｒｑｕｅ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）（ＴＣ）入力シャフト２４を介してトルクコンバータ１４に結合され、トルクコンバータ１４は、ＴＣ出力シャフト２６を介してタービン１６に結合され得る。始動モータ１２は、入力シャフト２４を介して入力トルクをトルクコンバータ１４に伝達し得る。示す実施形態では、トルクコンバータ１４が流体で充填された状態で、トルクコンバータ１４のガイドベーン２２の角度（例えば、ピッチ）は、トルクコンバータ１４が始動モータ１２から引き出す動力の量を決定し得る。特に、始動モータ１２は、ガイドベーン２２がほとんど閉鎖している場合、トルクコンバータ１４に比較的大きな入力トルクを伝達できない場合があるが、ガイドベーン２２が実質的に開口しているか又は完全に開口している場合、トルクコンバータ１４に比較的大きなトルクを伝達できる場合がある。制御システム１８は、ターボ機械システム１０に望ましくない影響をもたらし得る過剰の動力をトルクコンバータ１４が引き出さないように、ガイドベーン２２の角度を制御し得る。
【００１６】
トルクコンバータ１４は、始動モータ１２から入力トルクを受取り、入力トルクを、タービン１６に伝達される出力トルク変換し得る。トルクコンバータ１４は、ハウジング３４内に含まれた、インペラー２８、タービン３０、及びステータ３２を含み得る。トルクコンバータはまた、その流れが、トルクコンバータ１４が動作することを可能にする流体（例えば、オイル）を含み得る。したがって、トルクコンバータ１４は、導管３６を介して流体供給部２０に結合され、流体供給弁５４は、流体供給部２０からトルクコンバータ１４への流体流の量及び／又はレートを制御するために使用され得る。更に、以下で述べるように、トルクコンバータ１４はまた、流体ドレイン３８に結合され、流体ドレイン弁５６は、トルクコンバータ１４から流体ドレイン３８への流体流の量及び／又はレートを制御するために使用され得る。
【００１７】
トルクコンバータ１４の更なる動作を述べることが有益である場合がある。したがって、ここで図２に移ると、図は、図１に示すトルクコンバータ１４の或る実施形態の更なる詳細を示す。示す実施形態では、図２の断面図に示すように、インペラー２８は、ＴＣ入力シャフト２４に結合され、一方、タービン３０は、ＴＣ出力シャフト２６に結合され得る。ステータ３２は、インペラー２８とタービン３０との間に配設され得るが、要素のいずれにも直接結合されないとすることができる。トルクコンバータ１４の動作中、インペラー２８は、タービン３０に対して流体を回転させかつ「押す（ｐｕｓｈ）」又は偏倚させ、タービン３０及びＴＣ出力シャフト２６を回転させる。ガイドベーン２２のそれ自身のセットを含むステータ３２は、インペラー２８がタービン３０に対して偏倚させる流体の量を制御し得る。ステータ３２の移動は、ガイドベーン２２がどれだけの流体をインペラー２８に戻るように方向転換させるかを決定し得る。流体がタービン３０に対して「押される（ｐｕｓｈｅｄ）」と、ステータ３２が移動して、流体がインペラー２８に逆流することを可能にする。
【００１８】
制御システム１８（図１に示す）は、ガイドベーン２２の角度を制御して、トルクコンバータ１４内で流体流を方向付けることによってトルクコンバータ１４によって変換されるトルクの量を設定し得る。例えば、ガイドベーン２２の角度が広いとき、流体流は、流体の比較的かなりの割合の流体がインペラー２８からタービン３０に流れるように許容されることができ、それにより、かなりの割合の入力トルクが出力トルクに変換される。しかし、ガイドベーン２２の角度が浅いとき、流体流は、比較的小さな割合の流体だけがインペラー２８からタービン３０に流れるように制限されることができ、それにより、比較的小さな割合の入力トルクだけが出力トルクに変換される。出力トルクは、制御システム１８によって制御されて、ＴＣ出力シャフト２６の速度を制御し得る。
【００１９】
再び図１のターボ機械システムを参照すると、追加の始動モータ及びトルクコンバータが、幾つかの実施形態では、始動モータ１２に直列に結合され得る。追加の始動モータは、最初の始動モータ１２より実質的に低い定格を有し得る。結果として、追加の始動モータ及びトルクコンバータは、主に、低負荷から中庸負荷の（例えば、ターボ機械システム１０を始動する）ために使用され得る。
【００２０】
ここで図３に移ると、制御システム１８は、一般に、ガイドベーン２２の角度を制御すること等、ターボ機械システム１０の種々の面を管理し得る。したがって、制御システム１８は、図３の実施形態に示すように、プロセッサ４０、メモリ４２、ディスプレイ４４、ユーザ入力デバイス４６、及び、センサ５０及びアクチュエータ５２と通信するためプロセッサ４０によって使用されるハードウェアインタフェース４８を含み得る。示すように、プロセッサ４０及び／又は他のデータ処理回路は、メモリ４２に動作可能に結合されて、ターボ機械システム１０を管理するための命令を取出し実行し得る。例えば、これらの命令は、有形の非一時的なコンピュータ可読媒体に一例であり得るメモリ４２に記憶されるプログラムになるよう符号化され、プロセッサ４０によってアクセスされ実行されて、今開示される技法が実施されることを可能にし得る。メモリ４２は、大容量記憶デバイス、ＦＬＡＳＨメモリデバイス、取外し可能メモリ、又は任意の他の非一時的コンピュータ可読媒体であり得る。加えて及び／又は代替的に、命令は、これらの命令又はルーチンを上述したメモリ４２と同様の方法で少なくともひとまとめに記憶する少なくとも１つの有形の非一時的コンピュータ可読媒体を含む追加の適した製造品に記憶され得る。制御システム１８はまた、ユーザがターボ機械システム１０に関する種々のデータを観察するためのディスプレイ４４及びユーザが制御システム１８と相互作用することを可能にするユーザ入力デバイス４６（例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーン、ジェスチャ入力デバイス等）を含み得る。
【００２１】
制御システム１８はまた、ハードウェアインタフェース４８を介してセンサ５０及びアクチュエータ５２と通信し得る。制御システム１８は、始動モータ１２、入力シャフト２４、トルクコンバータ１４、出力シャフト２６、及びタービン１６上の回転速度センサ；トルクコンバータ１４、流体供給部２０、及び流体ドレイン３８内の流体レベルセンサ；並びにガイドベーン２２上の位置センサ等の種々のセンサ５０を使用してターボ機械システム１０の現在の状態をモニターし得る。他のセンサ５０は、圧力センサ、温度センサ、クリアランスセンサ（例えば、固定部品と回転部品との間の距離）、流体流量センサ、及び同様なものを含み得る。制御システム１８は、アクチュエータ５２を使用することによってターボ機械システム１０の部品の状態を変更し得る。これらの部品は、制御動作を実行するときに有用な、弁、ポンプ、ポジショナ、入口ガイドベーン、スイッチ等を含み得る。例えば、再び図１を参照すると、制御システム１８は、流体供給部２０及び流体ドレイン３８にそれぞれ結合された流体供給弁５４及び流体ドレイン弁５６を介してトルクコンバータ１４に入る／から出る流体流量を制御し得る。流体供給弁５４及び流体ドレイン弁５６は、ソレノイド又は調節弁であり得る。代替的に又は加えて、制御システム１８は、アクチュエータ５２を使用して、流体供給部２０からの又は流体ドレイン３８への流体流量の加速及び減速レートを制御し得る。更に、制御システム１８はまた、流体供給弁５４及び流体ドレイン弁５６上の位置センサ５０を使用して、弁の現在の位置をモニターし得る。
【００２２】
幾つかの実施形態では、制御システム１８（センサ５０及びアクチュエータ５２を除く）は、バング／バングコントローラ（例えば、２つの状態間を切換えるヒステリシスコントローラ）、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラ、モデルベースコントローラ（ＭＢＣ）、及び／又は設定点コントローラ等の単一デバイスであり得る。これらの実施形態の場合、制御システム１８は、ターボ機械システム１０用の大規模分散制御システム内の自律的コントローラであり得る。他の実施形態では、制御システム１８（センサ５０及びアクチュエータ５２を含む）は、ターボ機械システム１０用の大規模分散制御システムの一部として指示され得る。
【００２３】
先に述べたように、とりわけ、制御システム１８は、トルクコンバータ１４が始動モータ１２から引き出す動力の量、トルクコンバータ１４によって変換されるトルクの量、及びタービン１６の速度を制御し得る。そうするため、制御システム１８は、ターボ機械システム１０の現在の状況データを受信し、始動モータ１２によって供給される現在の入力動力を決定し、トルクコンバータ１４によって供給される現在の出力動力を決定するように構成され得る。特に、制御システム１８は、入力トルクを示す制御信号を受信し、その信号を始動モータ１２の定格データと比較するように構成され得る。始動モータ１２の定格データは、メモリ４２上に記憶され得る。比較に基づくと、制御システム１８は、ガイドベーン２２の角度を調整して、タービン１６について所望の加速プロファイルを依然としてできる限り固守しながら、トルクコンバータ１４が始動モータ１２から望ましくない動力を引き出すことを防止し得る。幾つかの実施形態では、制御システム１８はまた、ガイドベーン２２の角度に対する調整量を決定するときに使用するため、出力トルクを示す制御信号及びタービン速度を示す制御信号を受信し得る。
【００２４】
始動モータ１２及びトルクコンバータ１４を含むターボ機械システム１０の場合、タービン１６の速度について最小設定点が存在し得る。タービン１６がターンオンされると、速度は、タービン１６を完全にシャットダウンすることなく、その設定点より低くないとすることができる。この最小設定点は、タービン１６のドライブライン機械的制限によって規定され、ガイドベーン２２が閉鎖しているときに満たされ得る。
【００２５】
しかし、タービン１６の速度を最小設定点未満に減少させることが有用であり得る幾つかのタイプの状況が存在し得る。例えば、ターボ機械システム１０を完全にシャットダウンさせるのではなく、タービン速度を最小設定点未満に減少させることが好ましい場合がある。タービン１６の速度を最小設定点未満に減少させることはまた、より多くの情報に基づいた決定を行うためオペレータ及び技術者に提供され得る検証及び試験データ（例えば、ストール検証及び圧縮機マッピング）を集める機会を提供し得る。加えて、タービン速度を最小設定点未満に減少できることは、オフデューティ状況及び低負荷から中庸負荷を含むためにターボ機械システム１０の運転範囲をオペレータが拡張することを可能にし得る。
【００２６】
タービン１６の速度を最小設定点未満に減少させるためには、制御システムは流体ドレイン３８を介してトルクコンバータ１４から流体を排出して、出力トルクを減少させ得る。これは、部分的な又は完全なドレインであり得る。一実施形態では、排出することは、ガイドベーン２２が閉鎖しているときにだけ起こり得る。使用され流体のタイプに応じて、トルクコンバータ１４から排出された流体は、「再利用される（ｒｅｃｙｃｌｅｄ）」、すなわち、流体供給部２０に送り返されることができる。
【００２７】
図４は、タービン速度を最小設定点未満に減少させるために制御システム１８が使用し得るプロセス６０の或る実施形態を示す。プロセス６０は、メモリ４２に記憶され、プロセス４０によって実行される実行可能コンピュータコードとして実装され得る。ブロック６２にて、プロセス６０は、タービン１６が最小速度になるようにガイドベーン２２を完全に閉鎖してしまっている場合がある。その後、意思決定６４にて、プロセス６０は、タービン速度が最小設定点未満に減少されるべきかどうかを判定し得る。タービン速度が最小設定点未満に減少されるべきでない場合、プロセス６０は、ブロック６２に戻るように進み得る。タービン速度が最小設定点未満に減少されるべきである場合、プロセス６０は、ブロック６６に進むことができ、所望の速度を達成するため、トルクコンバータ１４から流体の一部又は全てを排出する。
【００２８】
ここで図５を参照すると、プロセス６０は、図に示すように、種々の入力７４に基づいてトルクコンバータ１４から排出する流体の量を決定し得る。入力７４は、とりわけ、トルクコンバータ１４内の流体の特性（例えば、粘度、密度等）、トルクコンバータ１４の現在の流体レベル、流体の充填レート、流体のドレインレート、ガイドベーン２２の特性（例えば、ブレードの数及び／又はサイズ）、タービン１６の速度、及び始動モータ１２の速度を含み得る。これらの値は、メモリ４２に記憶され得る、又は、センサ５０からのデータを使用して決定され得る。例えば、トルクコンバータ１４内の種々のタイプの流体の特性がメモリに記憶され得る。別の例では、トルクコンバータ１４の現在の流体レベルは、タービン１６の動力をモニターすることによって（すなわち、動力がほぼ０ＭＷであるとき、トルクコンバータ１４は完全に排出される）、又は、流体レンベルセンサ又は流量計を使用することによって決定され得る。入力７４は、追加として又は代替的に、流体供給弁５４及び流体ドレイン弁５６の現在の位置を含み得る。制御システム１８は、入力７４を処理して、新しい流体供給弁位置７６及び新しい流体ドレイン弁位置７８を決定し、その後、流体供給弁５４及び流体ドレイン弁５６をそれらの新しい位置に移動させ得る。
【００２９】
再び図４を参照すると、ブロック６６にて、プロセス６０がトルクコンバータ１４から流体を排出し、ブロック６８にて、タービン１６が減速すると、意思決定７０にて、プロセス６０は、タービン１６が所望の速度に達したかどうかを判定し得る。タービン１６の速度が更に減少される必要がある場合、プロセス６０は、再びブロック６６に進んで、トルクコンバータ１４からより多くの流体を排出し得る。タービン１６の所望の速度に達した場合、プロセス６０は、ブロック７２に進むことができ、そこでブロック６２に進む前に、タービン１６を最小設定点速度に戻すためトルクコンバータ１４を自動的に充填する。幾つかの実施形態では、プロセス６０は、最小設定点以外の公称速度設定点に戻すようにトルクコンバータ１４を自動的に充填し得る。更に他の実施形態では、プロセス６０は、タービン１６の速度が増加されるべきであると判定するまで、トルクコンバータ１４を再充填しない場合がある。ガイドベーン２６を制御することに対する代替として又はそれに加えてトルクコンバータ１４を充填すること及び排出することによって、本明細書で述べる技法は、最小ドライブライン機械的速度未満へ運転を拡張し得る。
【００３０】
本発明の技術的効果は、ターボ機械システム内のタービンの速度を、タービンのドライブライン機械的制限によって規定される最小設定点未満に減少させるシステム及び方法を含む。本実施形態は、或る状況におけるターボ機械システムの完全なシャットダウンに対する代替法、検証及び試験データを得る機会、及び、オフデューティ状況及び低負荷から中庸負荷を含むためにターボ機械システム１０の運転範囲を拡張する方法を提供し得る。本明細書における技術的効果及び技術的問題は例示的であり、制限的でない。本明細書で述べる実施形態が、他の技術的効果を有することができ、他の技術的問題を解決する可能性があることが留意されるべきである。
【００３１】
この書面による説明は、最良モードを含む本発明を開示するために、また同様に、任意のデバイス又はシステムを作り使用すること、及び、組込まれる任意の方法を実行することを含む、本発明を当業者が実践することを可能にするために例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が思い付く他の例を含み得る。こうした他の例は、特許請求の範囲の逐語的言語と異ならない構造的要素を有する場合、又は、特許請求の範囲の逐語的言語とごくわずかな相違しかない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図される。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ターボ機械システム
１２  始動モータ
１４  トルクコンバータ
１６  ガスタービン
１８  制御システム
２０  流体供給部
２２  トルクコンバータガイドベーン
２４  ＴＣ入力シャフト
２６  ＴＣ出力シャフト
２８  インペラー
３０  タービン
３２  ステータ
３４  ハウジング
３６  導管３６
３８  流体ドレイン
５４  流体供給弁
５６  流体ドレイン弁
４０  プロセッサ
４２  メモリ
４４  ディスプレイ
４６  ユーザ入力デバイス
４８  ハードウェアインタフェース
５０  センサ
５２  アクチュエータ
【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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【外国語明細書】
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