(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンシステム（１０）の劣化を経時的にモデル化するように構成されるターボ機械劣化モデルを記憶するメモリ（４３）と、
前記メモリ（４３）に通信可能に接続され、かつ前記タービンシステム（１０）からの少なくとも１つの入力信号および前記ターボ機械劣化モデルに基づいてターボ機械洗浄タイミングを導出するように構成されたコントローラ（３８）であって、前記ターボ機械劣化モデルが、前記タービンシステム（１０）のモデル出力、前記タービンシステム（１０）のモデル発熱率、またはこれらの両方を推定することによって所望の洗浄点（７２）を導出するように構成され、前記コントローラ（３８）が、稼働時洗浄または非稼働時洗浄のどちらがより適切であるかを判定するために、前記タービンシステム（１０）の構成要素を洗浄する時点を判定し、かつ洗浄モードにおいて前記タービンシステム（１０）を制御し、前記時点が超えられたときに前記洗浄モードにおいて前記タービンシステム（１０）への水の噴射を制御して前記タービンシステム（１０）の構成要素を洗浄するために前記所望の洗浄点（７２）を使用するように構成されたコントローラ（３８）と
を備え、
前記コントローラ（３８）が、前記タービンシステム（１０）の持続的出力が、もはや一定出力を維持することができなくなる局面を測定することにより、前記所望の洗浄点（７２）を導出するように構成されている、システム。
【請求項２】
前記コントローラ（３８）が、前記タービンシステム（１０）の前記構成要素を洗浄する前記時点が超えられるまで前記タービンシステム（１０）の安定した出力、前記タービンシステム（１０）の安定した発熱率、またはこれらの両方を経時的に維持するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記洗浄モードが、前記タービンシステム（１０）の稼働状態に実行される、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの入力信号が、燃焼温度（５６）、入口ガイドベーン（ＩＧＶ）（３２）の角度、燃焼器（１８）の温度上昇、排気温度、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１乃至３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記ターボ機械劣化モデルが、前記モデル出力を推定することおよび前記タービンシステム（１０）のモデル燃焼熱を推定することによって前記洗浄点（７２）を導出するように構成される、請求項１乃至４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記ターボ機械劣化モデルが、前記タービンシステム（１０）からの前記少なくとも１つの入力信号に基づいて経時的に調整されるように構成される、請求項１乃至５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記ターボ機械劣化モデルが、物理学ベースのモデル、統計モデル、ヒューリスティックモデル、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１乃至６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラ（３８）が、複数の前記タービンシステム（１０）の構成要素を洗浄する複数の時点を判定し
前記複数のタービンシステム（１０）のうちの第１のタービンシステム（１０）の構成要素の洗浄が、他のタービンシステム（１０）の構成要素のより最適化された洗浄時間の前にスケジューリングされている場合、前記第１のタービンシステム（１０）の運転条件は、出力値がベース出力のターゲット値を上回るように優先順位リストに基づいて改善され、前記他のタービンシステム（１０）の構成要素のより最適化された洗浄スケジュールの実現が犠牲される、請求項１乃至７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラ（３８）に通信可能に接続され、かつ前記少なくとも１つの入力信号を伝送するように構成されたセンサを備え、前記少なくとも１つの入力信号が、測定された出力、測定された発熱率、またはこれらの組み合わせを表す、請求項１乃至８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
方法であって、
ターボ機械劣化モデルをメモリ（４３）に記憶するステップであって、前記ターボ機械劣化モデルが、タービンシステム（１０）の劣化を経時的にモデル化するように構成されるステップと、
１つ以上のセンサから入力信号を受信するステップと、
ターゲット出力を受信するステップと、
稼働時洗浄または非稼働時洗浄のどちらがより適切であるかを判定するために、前記ターボ機械劣化モデルおよび前記ターゲット出力を用いて洗浄点（７２）を導出するステップであって、前記洗浄点（７２）の導出が、前記タービンシステム（１０）の持続的出力が、もはや一定出力を維持することができなくなる局面を測定することを含む、前記ステップと、
前記タービンシステム（１０）が前記洗浄点（７２）に達したか否かを前記入力信号に基づいて判定するステップと、
洗浄モードに入るように前記タービンシステム（１０）を制御するステップと
を含む方法。
【請求項１１】
前記１つ以上のセンサからの前記入力信号に基づいて前記ターボ機械劣化モデルを調整するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記非稼働時洗浄が、前記タービンシステム（１０）のベース負荷（５８）を解除することおよび前記タービンシステム（１０）の冷却を可能にすることを含む、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記稼働時洗浄および前記非稼働時洗浄が、前記タービンシステム（１０）の圧縮機（２６）に水を噴射することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
コントローラ（３８）であって、
少なくとも１つのプロセッサ（４１）を備え、該少なくとも１つのプロセッサ（４１）が、前記コントローラ（３８）に、
タービンシステム（１０）の劣化を経時的にモデル化するように構成される、メモリ（４３）に記憶されるターボ機械劣化モデルにアクセスさせ、
１つ以上のセンサから入力信号を受信させ、
ターゲット出力を受信させ、
稼働時洗浄または非稼働時洗浄のどちらがより適切であるかを判定するために、前記ターボ機械劣化モデルおよび前記ターゲット出力を用いて洗浄点（７２）を導出させ、および
前記洗浄点（７２）で洗浄モードに入るように前記タービンシステム（１０）を制御させる
ように構成された命令を実行するように適合されており、
前記洗浄点（７２）の導出が、前記タービンシステム（１０）の持続的出力が、もはや一定出力を維持することができなくなる局面を測定することを含む、コントローラ（３８）。
【請求項１５】
前記入力信号が、燃焼温度（５６）、入口ガイドベーン（ＩＧＶ）（３２）の角度、燃焼器（１８）の温度上昇、排気温度、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１４に記載のコントローラ（３８）。
【請求項１６】
前記洗浄点（７２）を導出させることが、前記タービンシステム（１０）の効率の変化に基づいて前記洗浄点（７２）を調整させることを含む、請求項１５に記載のコントローラ（３８）。
【請求項１７】
前記命令が、前記１つ以上のセンサからの前記入力信号に基づいて前記ターボ機械劣化モデルを調整するように構成されている、請求項１４乃至１６のいずれかに記載のコントローラ（３８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示されている主題は、タービンエンジン、より具体的には、タービンエンジンの運転パラメータに基づく洗浄タイミングのためのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
一般にタービンエンジンは、圧縮機、燃焼器、およびタービンを含む。圧縮機は、空気取入口からの空気を圧縮し、その後、圧縮空気を燃焼器に送る。燃焼器では、圧縮機から受け入れられた圧縮空気が、燃料と混合され、燃焼ガスを生成するために燃焼される。燃焼ガスは、タービンに送られる。タービンでは、燃焼ガスは、タービンのブレードに当たるようにその周囲を流れ、その結果、タービンの回転および外部負荷を駆動する。外部負荷は、発電機を含む場合がある。タービンエンジンが運転されるとき、構成要素は、劣化し、および／または汚れ、システムの耐用期間にわたって性能の低下がもたらされる場合がある。性能の低下は、タービンエンジンの出力および／または効率の低下ならびに運転コストの増加の形をとる場合がある。性能の低下および運転コストの増加に対処するために、タービンは、タービンエンジンの出力および／または効率が所定のレベルを下回ったことが示されたときに洗浄される場合がある。
【発明の概要】
【０００３】
最初に特許請求される主題に相応する特定の実施形態が、以下に要約される。これらの実施形態は、特許請求される主題の範囲を限定するためのものではなく、正しくは、これらの実施形態は、特許請求される主題の可能な形態の簡単な概要を提供するためのものに過ぎない。実際、特許請求される主題は、以下に述べられる実施形態と同様である場合もあれば、異なる場合もある様々な形態を包含し得る。
【０００４】
第１の実施形態において、システムは、タービンシステムの劣化を経時的にモデル化するターボ機械劣化モデルを記憶するメモリを含む。さらに、システムは、メモリに通信可能に接続されるコントローラであって、タービンシステムからの少なくとも１つの入力信号およびターボ機械劣化モデルに基づいてターボ機械洗浄タイミングを導出するコントローラを含んでもよい。ターボ機械劣化モデルは、タービンシステムのモデル出力、システムのモデル発熱率、またはこれらの両方を推定することによって所望の洗浄点を導出してもよい。さらに、コントローラは、タービンシステムの構成要素を洗浄する時点を判定するために所望の洗浄点を使用してもよい。
【０００５】
第２の実施形態において、方法は、ターボ機械劣化モデルをメモリに記憶するステップを含む。ターボ機械劣化モデルは、タービンシステムの劣化を経時的にモデル化する。さらに、方法は、１つ以上のセンサから入力信号を受信するステップと、ターゲット出力を受信するステップと、ターボ機械劣化モデルおよびターゲット出力を用いて洗浄点を導出するステップとを含む。さらに、方法は、タービンシステムが洗浄点に達したか否かを入力信号に基づいて判定するステップおよび洗浄モードに入るようにタービンシステムを制御するステップを含む。
【０００６】
第３の実施形態において、コントローラは、命令を実行するように適合される少なくとも１つのプロセッサを含む。さらに、プロセッサは、コントローラに、タービンシステムの劣化を経時的にモデル化するターボ機械劣化モデルであって、メモリに記憶されるターボ機械劣化モデルにアクセスさせてもよい。また、プロセッサは、１つ以上のセンサから入力信号を受信し、ターゲット出力を受信し、ターボ機械劣化モデルおよびターゲット出力を用いて洗浄点を導出し、および洗浄点で洗浄モードに入るようにタービンシステムを制御してもよい。
【０００７】
本主題に関するこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明が読まれるときにより良く理解されるようになる。なお、添付図面では、同じ符号が、図面の全体にわたって同じ部分を示している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】タービンシステムの実施形態のブロック図を示している。
【図２】図１のタービンシステムの運転時間の関数としての燃焼温度およびベース負荷出力の実施形態を示すグラフである。
【図３】入口ガイドベーン（ＩＧＶ：ｉｎｌｅｔ  ｇｕｉｄｅ  ｖａｎｅ）の度合いおよび燃焼温度の変化の関数としてのガスタービン出力の変化の実施形態を示すプロットである。
【図４】図１のタービンシステムの構成要素に関する洗浄タイミングを判定するための方法の実施形態のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では、本主題の１つ以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するために、本明細書では、実際の実施態様の特徴のすべてが説明されない場合もある。このような実際の実施態様の開発（工学または設計プロジェクトにおけるような）において、実施態様ごとに異なり得る、開発者の特定の目標（システム関連およびビジネス関連の制約の遵守など）を達成するために、実施態様に特有の多数の決定がなされなければならないことが理解されるべきである。さらに、このような開発の努力は、込み入っていて、時間がかかるものであるかもしれないが、本開示の利益を受ける当業者にとっては設計、製作、および製造に関する日常的な取り組みであることが理解されるべきである。
【００１０】
本主題の様々な実施形態の要素を導入するとき、冠詞「ある（ａ）」、「ある（ａｎ）」、「前記（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、その要素が１つ以上存在することを意味することが意図されている。用語「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「を有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包含的であり、列挙されている要素以外にも付加的な要素が存在し得ることを意味することが意図されている。
【００１１】
以下に詳細に述べられるように、開示されている実施形態は、タービンシステムの洗浄タイミングのためのシステムおよび方法を提供する。一般的に、新しい清浄な状態において、タービンエンジンは、ベース出力値と呼ばれ得る最も好適な出力（例えば、出力、効率、温度、圧力、質量流量）を生成する。タービンエンジンの効率および費用対効果を保つために、タービンエンジンの運転をベース出力値または何らかの他の所望のターゲット出力値に（またはおおよそこれらに）維持することが望ましい場合がある。例えば、一部の実施形態において、運転負荷は、劣化の影響に対応するために、より最適に洗浄をスケジューリングすることによって所望のレベルに維持されてもよい。しかしながら、タービンエンジンの効率の低下に遭ったとき、洗浄を受けたときにタービンエンジンの効率を増加させ得る圧縮機部、タービン部、排気セクション、またはタービンエンジンの任意の他の構成要素を洗浄または清掃することが望ましい場合がある。より最適化された洗浄タイミングおよび／またはスケジュールを求めるために、少なくとも１つのタービンエンジン運転パラメータが、本明細書で説明されている技術を用いて観察および／またはモデル化されてもよい。ターゲット出力値は、タービンエンジンの少なくとも１つの運転パラメータを調整することによって維持または変化されてもよく、タービンエンジンのモデルは、少なくとも１つの運転パラメータの調整に基づいて調整されてもよい。さらに、タービンエンジンのより最適な洗浄タイミングおよび／またはスケジュールが、モデルが調整されるときにタービンエンジンのモデルに基づいて生成されてもよい。
【００１２】
例えば、タービンエンジンに関するターゲット出力値は、ターゲット出力、ターゲット発熱率、またはこれらの組み合わせを含んでもよい。タービンエンジンの出力は、シャフトが回転するときに生成される電気出力であってもよく、メガワット（ＭＷ）で測定されてもよい。タービンの発熱率は、タービンに進入する燃料のエネルギー値とタービンによって出力される出力とを比較する効率測定と同様である（例えば、発熱率は、燃料流量掛ける燃料発熱値割るタービンの出力と等しい）。さらに、調整可能制御パラメータは、燃焼温度制御ターゲット、排気温度制御ターゲット、燃料流量、燃料組成（例えば、１種類以上の燃料の種類）、燃料発熱値、酸化剤（例えば、空気、酸素富化空気、酸素貧化空気、もしくは純酸素）の酸素含有量、燃料空気比、燃料温度、排出流量、入口ガイドベーンの角度、別の適切なパラメータ、またはこれらの組み合わせを含んでもよい。特定の実施形態において、調整は、目的（例えば、燃料効率、ターゲット出力など）の優先順位リストを用いて行われてもよい。例えば、タービンエンジン構成要素の洗浄が、他のタービンエンジン構成要素のより最適化された洗浄時間の前にスケジューリングされている場合、タービンエンジンの運転条件は、出力値がベース出力のターゲット値を上回るように優先順位リストに基づいて改善されてもよい。したがって、タービンエンジン構成要素の洗浄は、調整可能制御パラメータがその最大調整可能レベルを達成した後に行われてもよい。この改善は、他のタービンエンジン構成要素のより最適化された洗浄スケジュールの実現を犠牲にしてもい。他の実施形態において、タービンによって出力される出力は、タービンの特定の構成要素の洗浄スケジュールを延期するために、したがって、特定のタービン構成要素を洗浄するときに出力を低減する前の時間を延長するために低減されてもよい。実際、様々な優先順位付けが、システム出力の増加および洗浄のスケジューリングの改善などのために適用されてもよい。
【００１３】
次に図面を参照すると、図１は、タービンエンジン１２を有するタービンシステム１０（例えば、ターボ機械）の実施形態のブロック図を示している。一部の実施形態において、タービンシステム１０は、ガスタービン、蒸気タービン、水力発電タービン、および／または他の同様のタービンシステムを含んでもよい。以下に述べられるように、システム１０は、制御システム１３であって、多くの目的を達成するために、劣化／性能損失に対応するために、ならびに／または具体的には監視フィードバックに応じて所望の負荷出力、発熱率、および／もしくは様々な他の出力を維持するためにタービンエンジン１２の態様を監視および制御するように構成された制御システム１３を含む。タービンシステム１０は、タービンシステム１０を駆動するために液体燃料または気体燃料（天然ガスおよび／もしくは合成ガス（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ｇａｓ）（例えば、合成ガス（ｓｙｎｇａｓ））など）を使用してもよい。描かれているように、一部の実施形態において、１つ以上の燃料ノズル１４は、燃料供給１６を受け入れてもよい。次に、燃料ノズル１４のそれぞれは、燃料と酸化剤（例えば、空気）とを混合し、燃料−空気混合気を燃焼器１８に供給してもよい。特定の実施形態において、燃料供給１６からの燃料は、タービンシステム１０に入る前に空気と混合されてもよい（例えば、予混合燃料）。多くの燃焼器１８が、タービンエンジン１２の周囲に配置されてもよい。さらに、燃料と空気との混合は、燃焼器１８内で行われる。燃料ノズル１４は、燃焼器１８の外部にあるように、または燃焼器１８から分離されているように模式的に示されているが、燃焼器１８の内部に配置されてもよい。燃料−空気混合気は、燃焼器１８内のチャンバで燃焼され、この結果、高温の加圧燃焼ガスが生成される。燃焼器１８は、燃焼ガスにタービン２０を通過させ、排気部２２に向かわせる。燃焼ガスが、タービン２０を通過するとき、ガスは、タービン２０内のブレードに、タービンシステム１０の長手方向軸線に沿ったシャフト２４を回転させる。
【００１４】
図示のように、シャフト２４は、タービンシステム１０の様々な構成要素（圧縮機２６を含む）に連結されている。圧縮機２６もまた、シャフト２４に結合された圧縮機ブレードを含む。シャフト２４が回転するとき、圧縮機２６内の圧縮機ブレードも回転し、この結果、空気取入口３０からの空気２８が圧縮される。空気取入口３０は、圧縮機２６に運ばれる空気２８の量を制御する一連の入口ガイドベーン（ＩＧＶ）３２を介して空気２８を送り込んでもよい。一部の実施形態において、空気２８は、予混合燃料、窒素、周囲空気、他の適切な流体、またはこれらの組み合わせを含んでもよい。ＩＧＶ３２は、より少ないまたはより多くの空気２８が圧縮機２６に流入することを可能にするために増加または低減され得る角度に配置されてもよい。さらに、タービンシステム１０は、圧縮機２６および／または排気部２２の出口からの圧縮空気の一部を圧縮機２６の入口に再び送るために使用され得る調整可能な入口抽気熱（ＩＢＨ：ｉｎｌｅｔ  ｂｌｅｅｄ  ｈｅａｔ）通路３３を含んでもよい。特定の実施形態において、この再び送られる空気は、圧縮機２６に取り入れられる周囲空気よりも幾分暖かくてもよい。したがって、再び送られる空気は、周囲空気を加熱して、空気を膨張させ、これにより、ＩＧＶ３２の角度変化の補助の有無に関係なく、システムを通って流れることを許される空気を低減し、タービンシステム１０が部分負荷で運転されることを可能にしてもよい。さらに、予混合燃料を使用する一部の実施形態において、ＩＢＨ通路３３は、空気２８中の燃料の濃度を希釈するために使用されてもよい。また、シャフト２４は、負荷３４に結合されてもよく、負荷３４は、乗り物の負荷または定置負荷（例えば、発電所の発電機または航空機のプロペラなど）であってもよい。負荷３４は、タービンシステム１０の回転出力によって動力供給されることが可能な任意の適切な装置を含んでもよい。
【００１５】
制御システム１３は、タービンシステム１０の運転効率または出力を高めるようにタービンエンジン１２の運転を制御するために使用されてもよい。例えば、制御システム１３は、タービンエンジン１２の様々なパラメータを監視および調整するために使用されてもよい。制御システム１３内において、コントローラ３８は、タービンエンジン１２の態様を監視するために多くのセンサ４０と通信してもよい。特定の実施形態において、コントローラ３８は、産業用コントローラ３８（２つ、３つ、またはそれ以上のプロセッサ４１を有する２重または３重モジュール冗長（ＴＭＲ：ｔｒｉｐｌｅ  ｍｏｄｕｌａｒ  ｒｅｄｕｎｄａｎｔ）コントローラなど）を含んでもよい。例えば、プロセッサ４１は、汎用マイクロプロセッサまたは特定用途向けマイクロプロセッサを含んでもよい。詳細には、一部の実施形態において、コントローラ３８は、任意の適切な計算装置（デスクトップコンピュータまたはサーバなど）に接続されてもよい。同様に、コントローラ３８に通信可能に接続されるメモリ４３は、揮発性および／もしくは不揮発性メモリ、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、リムーバブルディスクドライブおよび／もしくはリムーバブルディスク（例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢｌｕＲａｙディスク、ＵＳＢペンドライブなど）、またはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。さらに、特定の実施形態において、タービンシステム１０は、ディスプレイ（図示せず）を含んでもよい。一部の実施形態において、ディスプレイは、コントローラ３８に組み込まれてもよい（例えば、携帯機器のスクリーン）し、あるいはコントローラ３８から分離されてもよい（例えば、別個のモニタディスプレイ）。以下に述べられるように、ディスプレイは、使用者がグラフィカル・ユーザー・インターフェースを用いて様々な目的を選択することを可能にする情報を使用者に提示するために使用されてもよい。さらに、タービンシステム１０は、１人以上の使用者からの選択肢の選択を受信する１つ以上の入力装置を含んでもよい。特定の実施形態において、入力装置は、マウス、キーボード、タッチスクリーン、トラックパッド、またはコントローラ３８への入力を受信するための他の入力装置を含んでもよい。
【００１６】
特定の構成要素に関係なく、コントローラ３８に通信可能に接続されるメモリ４３に記憶される命令は、開示されている実施形態の様々な監視、解析、表示メニュー機能、および制御機能を実行するように設計されてもよい。描かれている実施形態において、コントローラ３８は、様々なセンサ４０と相互作用してもよく、様々なセンサ４０は、排気温度センサ４２、周囲空気温度センサ４４、周囲空気圧力センサ４６、周囲相対湿度センサ４７、ＩＧＶ角度センサ４８、燃焼温度推定器４９、ＩＢＨ温度センサ５０、および／またはＩＢＨ空気流量センサ５１を含んでもよい。センサ４０に加えてまたはセンサ４０の代わりに、モデルが、１つ以上のセンサ入力に基づいて測定可能量を推定するために使用されてもよい。さらに、コントローラ３８は、タービンエンジン１２の運転を調整するために作動弁５２、ＩＧＶアクチュエータ、ＩＢＨアクチュエータ、および／または他のアクチュエータと相互作用してもよい。
【００１７】
次に図２を参照すると、グラフ５４は、タービンエンジン１２の燃焼温度５６およびベース負荷出力５８を示している。図２に示されている燃焼温度５６は、タービンシステム１０に関する制御パラメータの例を提供しているが、燃焼温度５６は、上で言及した他の制御パラメータのいずれかに置き換えられてもよいことが理解され得る。したがって、燃焼温度５６は、タービンエンジン１２の一定のターゲット出力を生成するためにタービンシステム１０の運転中に調整されてもよい。例えば、グラフ５４は、運転時間６０にわたる燃焼温度５６およびベース負荷５８を示している。ベース負荷５８は、メガワット（ＭＷ）または出力表示の任意の他の許容可能な形式で示されてもよい。さらに、燃焼温度５６は、華氏温度、摂氏温度、ケルビン温度、または温度表示の任意の他の許容可能な形式で示されてもよい。
【００１８】
燃焼温度５６は、２つの線によって示されている。実線によって示されている固定燃焼温度６２は、燃焼温度５６の固定値を示している。例えば、タービンエンジン１２は、一定の温度で運転されるように制御されてもよい。このような状況において、燃焼温度５６は、固定燃焼温度６２によって示されているように一定のままである。さらに、破線によって示されている流動燃焼温度６４は、燃焼温度５６の流動温度を示し得る。流動燃焼温度６４は、ベース負荷５８の持続的出力を維持することに基づいて調整されてもよい。例えば、圧縮機２６（またはタービンシステム１０の何らかの他の構成要素）の劣化、汚染、またはこれらの両方が発生するにつれて、タービンシステム１０の効率も劣化し得る。したがって、一定の出力を維持するために、タービンエンジン１２は、タービンシステム１０の効率の劣化を補償するために過剰燃焼されてもよい。流動燃焼温度６４は、タービンエンジン１２が、タービンシステム１０の効率の劣化を補償するために過剰燃焼されるにつれて上昇する。
【００１９】
さらに、グラフ５４は、２つの線を用いてベース負荷５８を示している。実線によって示されている劣化出力６６は、タービンエンジン１２が経時的に一定の温度で（すなわち、固定燃焼温度６２で）運転される場合のベース負荷５８を示している。圧縮機２６（またはタービンシステム１０の何らかの他の構成要素）の劣化、汚染、またはこれらの両方が発生するにつれて、ベース負荷５８は、劣化出力６６の経路に従って下降する。タービンエンジン１２の効率の低下に対処するために、タービンエンジン１２のパラメータが、持続的出力６８を維持するために調整されてもよい（上述した流動燃焼温度６４を用いるなどして）。持続的出力６８は、グラフ５４において破線として示されている。したがって、流動燃焼温度６４が上昇するのに合わせて、ベース負荷５８は、持続的出力６８を維持する。
【００２０】
さらに、流動燃焼温度６４は、流動燃焼温度６４が最大運転温度７０に接近するまで上昇し続けてもよい。最大運転温度７０は、タービンエンジン１２を運転することが許容される好ましい最大温度であってもよい。同様に、他の制御パラメータは、制御パラメータを変更することがタービンエンジン１２の出力をもはや増加させ得ない同様の状況をもたらす最大出力レベルを有してもよい。例えば、燃料空気比を変更することは、出力の増加が次第に衰え得るか、または、さらには出力の低下がもたらされ得るまでに特定のレベルまでしか出力を増加させ得ない。
【００２１】
流動燃焼温度６４が、所望の最大運転温度７０に達したら、持続的出力６８は、もはや一定の出力を維持することができない。このような状況に関するタイミングは、より最適化された洗浄点７２で発生してもよい。より最適化された洗浄点７２は、持続的出力６８がもはや一定の出力を維持しなくなる局面を測定することによって、流動燃焼温度６４が最大運転温度７０に達した時点を測定することによって、またはこれらの両方によって計算されてもよい。さらに、タービンシステム１０が、より最適化された洗浄点７２が発生する、運転時間６０の時間数に達したら、タービンシステム１０は、タービンシステム１０の構成要素における劣化、汚染、またはこれらの両方に起因する効率の損失の一部を回復するために洗浄モードを経てもよい。したがって、洗浄モードは、流動燃焼温度６４を清浄燃焼温度７４に、持続的出力６８を清浄出力７６に戻そうとしてもよい。
【００２２】
より最適化された洗浄点７２は、タービンシステム１０の効率損失に基づいて洗浄モードの前または後に調整されてもよいことが理解され得る。例えば、経時的に、タービンシステム１０は、長期間にわたってターゲット出力を維持しなくてもよく、または、タービンシステム１０の出力は、燃焼温度が最大運転温度７０に達したときに劇的に低下してもよい。このような状況において、ターゲット出力がもはや維持されない点の前に発生する点に洗浄点７２を調整することが望ましい場合がある。同様に、ターゲット出力がもはや維持されない予測時間をモデル化したモデル点に洗浄点７２を調整することが望ましい場合もある。このモデル点は、ターボ機械劣化モデルおよびタービンシステム１０の履歴データに基づいてもよい。このようにして、タービンシステム１０は、タービンシステム１０のターゲット出力の損失を回避するために、タービンシステム１０のターゲット出力を実際に損失したことに反応する代わりに能動的に調整されてもよい。
【００２３】
さらに、洗浄点７２において、タービンシステム１０は、洗浄モードに入ることに関していくつかの選択肢を有してもよい。例えば、タービンシステム１０の構成要素は、稼働時または非稼働時に洗浄されてもよい。稼働時洗浄の場合、水が、タービンシステム１０の構成要素に噴射されてもよく、その間、タービンエンジン１２は作動したままである。最初は、タービンエンジン１２は、ベース負荷５８未満で運転されてもよい。しかしながら、稼働時洗浄は、タービンエンジン１２が、場合によりベース負荷５８未満ではあるけれども何らかの形の出力を維持している間に行われる。稼働時洗浄は、タービンシステム１０のオペレータの選好に応じて毎時間、毎日、毎月、３ヶ月ごと、または任意の他の定期的な時期に行われてもよい。しかしながら、一般的に、稼働時洗浄は、１日につき１回に制限されてもよく、その間、タービンエンジン１２は稼働したままである。また、稼働時洗浄が行われ得る回数を制限することによって、オペレータは、タービンシステム１０が受け得る出力の低下量を制限してもよい。
【００２４】
非稼働時洗浄は、タービンエンジン１２の運転停止およびその後の冷却を伴ってもよい。タービンエンジン１２が冷却されたら、水が、タービンシステム１０の構成要素の１つ以上に噴射されてもよい。タービンエンジン１２のベース負荷５８を完全に解除することにより、構成要素のより徹底的な洗浄が可能となり得るが、タービンシステム１０の停止時間は、稼働時洗浄によって生じる停止時間を上回り得る。例えば、タービンシステム１０は、洗浄の徹底性、洗浄を受ける構成要素の数、および洗浄される特定のタービンシステム１０に応じて８〜２４時間にわたって停止したままでもよい。したがって、非稼働時洗浄は、稼働時洗浄に比べて低い頻度で行われてもよい（例えば、タービンシステム１０の劣化速度およびタービンシステム１０のオペレータの選好に応じて３ヶ月ごと、毎年、２年ごと、または任意の他の定期的な時期に）。
【００２５】
一例において、高圧洗浄が、手作業で遂行されてもよく（重炭素堆積物が、サンドブラストされてもよい）、また、タービンシステム１０の構成要素は、手で磨かれてもよい。手作業の清掃方法は、効率の損失の回復を向上させ得るが、手作業の清掃方法は、人時の増加およびタービンシステム１０の停止時間の増加という犠牲を払うことになり得る。別の例では、高圧洗浄は、自動的に遂行されてもよい。自動高圧洗浄は、タービンシステム１０の構成要素の１つ以上に高圧洗浄材を吹き付けることを含んでもよい。さらに、洗浄材は、水、研磨材（例えば、砂）、および洗浄溶液などまたはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
【００２６】
稼働時洗浄または非稼働時洗浄のどちらがより適切であるかを判定するために、コントローラ３８は、洗浄点７２が発生する時点を導出し、前の洗浄との間隔を比較するためにセンサ４０からデータを受信してもよい。例えば、タービンシステム１０が、前の洗浄の後ですぐに洗浄点７２に達した場合、コントローラ３８は、タービンシステム１０が損失したある程度の効率をより積極的に回復するために非稼働時洗浄が行われるべきであると判定してもよい。一方、前の洗浄の比較的ずっと後で洗浄点７２に達した場合、コントローラ３８は、タービンシステム１０の停止時間を制限するために稼働時洗浄が適切であると判定してもよい。したがって、洗浄点７２に加えて、コントローラ３８は、タービンシステム１０に関する適切な洗浄モードを判定するためにリソース効率、経済的考慮、および原価計算などを考慮してもよい。
【００２７】
図３は、新しい清浄なガスタービンエンジン１２における、ＩＧＶ３２の度合いまたは角度および燃焼温度５６の変化の関数としてのタービンエンジン１２の出力の変化を描いているプロット８０の実施形態を示している。プロット８０は、ＩＧＶ３２の角度および燃焼器１８内の燃焼温度５６の変化がタービンエンジン１２の出力にどのように影響し得るかを描いている。プロット８０のデータ点は、タービンエンジン１２のライブデータと比較されるモデルを形成し得る。比較は、より最適化された洗浄点７２を判定するための基礎の少なくとも一部を形成してもよい。さらに、経時的に、タービンエンジン１２のライブデータは、特定のタービンエンジン１２または特定のタービンシステム１０をより正確に表す目的でモデルを調整するために使用されてもよい。
【００２８】
プロット８０において、ｘ軸８２は、第１の変数（例えば、運転条件）（すなわち、ＩＧＶ３２の角度の変化（角度の変化は、ｘ軸８２の右端にかけて増加する（例えば、ＩＧＶ３２は、右にかけてより開き、空気流を増加させる）））を示している。第２の変数（例えば、運転条件）（すなわち、燃焼温度の変化）は、プロット８０内の一連の線によって示されている。実線８４は、低い燃焼温度５６を示し、点線８６は、中間の燃焼温度５６を示し、ｘの印が付けられた線８８は、高い燃焼温度５６を示している。ｙ軸９０は、変数の関数としてのタービンエンジン１２の出力の結果としての変化を示している。
【００２９】
プロット８０は、変数に対するタービンエンジン１２の出力の傾向を示している。例えば、ＩＧＶ３２の角度の変化が増加する（例えば、ＩＧＶが、完全に開いた位置に接近する）につれて、タービンエンジン１２によって供給される出力は増加する。同様に、燃焼器１８の燃焼温度が上昇するにつれて、タービンエンジン１２の出力は増加する。したがって、ＩＧＶ３２を開くことおよび燃焼器１８内の燃焼温度を上昇させることは、出力を維持する目的でタービンエンジン１２の劣化に経時的に対応する効果的な方法であり得る。
【００３０】
プロット８０の特定の点に注目することが望ましい場合がある。詳細には、点９２および９４は、タービンエンジン１２の運転に関して注目すべき特定の値を示す。点９２は、ベース燃焼温度５６およびＩＧＶ３２のベース角度に対応し、新しいおよび／または清浄な状態で最初に運転されるときのタービンエンジン１２のベース出力値（例えば、タービンエンジン１２の出力または効率）を示す。点９４は、新しい清浄な状態のタービンエンジン１２にとって潜在的な出力の増加をもたらす高い燃焼温度５６およびＩＧＶ３２の角度の大きな変化に対応する。一般に、タービンエンジン１２が、その製品耐用期間にわたって運転されるにつれて、変数（例えば、運転条件）は、ガスタービンエンジン１２の劣化および／または汚染に起因する出力損失に対応する目的でこの潜在的な出力を利用するために任意の組み合わせで調整されてもよい。さらに、付加的な運転条件が、先ほど説明したように調整されてもよい。
【００３１】
プロット８０を示すデータ点は、コントローラ３８に通信可能に接続されるメモリ４３内にモデルとして記憶されてもよい。一実施形態において、コントローラ３８は、タービンシステム１０の知られている運転パラメータ（例えば、燃焼温度５６および／またはＩＧＶ３２の角度）を用いて運転されるときのタービンシステム１０のライブ出力と、同じ知られている運転パラメータに関してメモリ４３内に記憶されているモデルのデータ点とを比較してもよい。この比較を用いて、コントローラ３８は、タービンシステム１０がより最適化された洗浄点７２に達したか否かを判定してもよい。さらに、別の実施形態において、コントローラ３８は、より最適化された洗浄点７２を判定するために、コントローラ３８に通信可能に接続されるメモリ４３内に記憶された履歴エンジンデータとライブエンジンデータとを比較してもよい。この実施形態において、より最適化された洗浄点７２は、ライブエンジンデータと履歴エンジンデータとを比較したときにライブエンジンデータが上回り得る閾値に基づいてコントローラ３８によって判定されてもよい。例えば、ライブエンジンデータが、タービンシステム１０がより最適化された洗浄点７２に達したことを履歴的に示す特定の出力、特定の燃焼温度における特定の発熱率、および／またはＩＧＶ３２の特定の角度に達したとき、コントローラ３８は同様に、タービンシステム１０がタービンエンジン１２の構成要素を洗浄するのに最適な時点に達したと判定してもよい。
【００３２】
図４は、タービンシステム１０のより最適化された洗浄点７２を判定するための工程９６の実施形態のフロー図である。特定の実施形態において、工程９６は、コントローラ３８に通信可能に接続されるメモリ４３に記憶された、コントローラ３８のプロセッサ４１によって実行可能な命令またはコードとして実施されてもよい。したがって、工程９６の各ステップは、このような命令またはコードを含んでもよく、また、センサフィードバック、数学的アルゴリズム、コンピュータ／数学的モデル、履歴データおよび傾向、ルックアップテーブル、知識ベースのデータ、専門データ、市場／価格データなどを用いてもよい。例えば、タービンエンジン１２の出力が、出力を増加させるために運転パラメータ値を増加させているにもかかわらず劣化し始めた場合、コントローラ３８は、洗浄モードに入るようにタービンシステム１０に命令してもよい。コントローラ３８は、コントローラ３８に通信可能に接続されるメモリ４３内に記憶された、タービンシステム１０の履歴データまたはエンジン１２の予測データのモデルと、タービンシステム１０によって生成されるエンジン１２のライブデータとの比較に基づかずにこの判定を行ってもよい。さらに、一部の実施形態において、工程９６は、顧客要求（出力要求など）の増加、電気の時価、他の発電所の停止などに基づいて単に洗浄スケジュールを調整するためにタービンエンジン１２のオペレータによって用いられてもよい。あるいは、工程９６は、停止を先に延ばす目的でタービンエンジン１２の製品耐用期間を延ばすために用いられてもよい。このような実施形態において、タービンエンジン１２は、可能な限り劣化を回復するためにより頻繁に洗浄モードに入るように制御されてもよい。例えば、タービンエンジン１２の非稼働時洗浄が、発電所全体の停止の数週間前にスケジューリングされている場合、タービンエンジン１２の構成要素は、タービンエンジン１２の使用可能な耐用期間を延ばして発電所全体のそれと等しくするために毎日、稼働中に洗浄されてもよい。
【００３３】
タービンシステム１０は、コントローラ３８において、タービンシステム１０の様々な構成要素の周囲に配置されたセンサ４０からの入力を最初に受信してもよい（ブロック９８）。上述したように、センサ４０は、排気温度センサ４２、周囲空気温度センサ４４、周囲空気圧力センサ４６、周囲相対湿度センサ４７、ＩＧＶ角度センサ４８、燃焼温度推定器４９、ＩＢＨ温度センサ５０、および／またはＩＢＨ空気流量センサ５１を含んでもよい。さらに、センサ４０によって提供される情報は、タービンシステム１０のライブステータスを判定するためにデータを提供する。
【００３４】
その後、タービンシステム１０の状態が、タービンシステム１０のライブステータスとターボ機械劣化モデル１００とを比較することによって判定されてもよい（ブロック１０２）。ターボ機械劣化モデル１００は、コントローラ３８に通信可能に接続されるメモリ４３内に記憶されてもよく、また、ターボ機械劣化モデル１００は、タービンシステム１０のヒューリスティックデータ、タービンシステム１０の物理学ベースのデータ、タービンシステム１０の統計ベースのデータを示してもよいし、あるいは、ターボ機械劣化モデル１００は単に、タービンシステム１０が、ライブデータが閾値点を下回ったときにより最適化された洗浄点７２に達したことを示す閾値点であってもよい。例えば、ターボ機械劣化モデル１００は、タービンシステム１０のモデル出力を推定してもよく、および／または、ターボ機械劣化モデル１００は、タービンシステム１０のモデル発熱率を推定してもよい。モデル出力およびモデル発熱率から、ターボ機械劣化モデル１００は、より最適化された洗浄点７２を求めてもよい。さらに、ターボ機械劣化モデル１００はまた、タービンシステム１０からの少なくとも１つの入力信号に基づいて経時的に調整されてもよい。例えば、劣化モデル１００は、タービンシステム１０が実際に実施されるとき、タービンシステム１０に特有の入力信号に基づいて動的に調整されてもよい。
【００３５】
タービンシステム１０の状態が判定されたら、コントローラ３８は、タービンシステム１０の構成要素に関して洗浄の推奨を行ってもよい（ブロック１０４）。洗浄への推奨は、上で詳細に述べたように、コントローラ３８が、タービンシステム１０のライブデータがより最適化された洗浄点７２に達したと判定した場合に行われてもよい。さらに、タービンシステム１０のライブデータが、より最適化された洗浄点７２にまだ達していない場合、コントローラ３８は、ブロック９８から工程９６を再開してもよい。
【００３６】
ブロック１０４における判定が、洗浄が推奨されることであったならば、タービンシステム１０は、洗浄モードに入ってもよい（ブロック１０６）。洗浄モードにおいて、タービンエンジン１２の構成要素は、上で詳細に述べたように稼働時または非稼働時に洗浄されてもよい。稼働時の洗浄または非稼働時の洗浄の判定は、いくつかの要因（洗浄間のタイミング、現在の洗浄の直前に行われた洗浄の種類、および現在の消費者のエネルギー需要など）に基づいてコントローラ３８によって行われてもよい。例えば、消費者のエネルギー需要が高まる場合（夏季のように）、コントローラ３８は、タービンシステム１０の停止時間を最小にするために稼働時洗浄を行うようにタービンシステム１０に命令してもよい。
【００３７】
ブロック１０６の洗浄モードの完了時に、洗浄モードからのデータ（洗浄の種類、洗浄タイミング、および洗浄の直前の、タービンシステム１０のライブデータなど）が、記憶され、報告されてもよい（ブロック１０８）。このデータは、タービンシステム１０がより最適化された洗浄点７２に達したか否かについての未来の判定のためにターボ機械劣化モデル１００を調整するために実装されてもよいし、または、データは、稼働時洗浄または非稼働時洗浄のどちらが望ましいかについての未来の判定のために使用されてもよい。さらに、ブロック１０６における洗浄モードの完了時に、コントローラ３８は、ブロック９８から方法９６を再開してもよい。
【００３８】
開示されている実施形態の１つ以上は（単独でまたは組み合わせにおいて）、タービンシステム１０の構成要素の動作耐用期間を延ばすことおよびタービンシステム１０の計画されたまたは計画外の停止時間を低減することを含む１つ以上の技術的効果を提供し得る。本明細書における技術的効果および技術的問題は、例示であり、限定的なものではない。本明細書に説明されている実施形態は、他の技術的効果を有してもよく、他の技術的問題を解決し得ることに留意すべきである。
【００３９】
この記載された説明では、最良の態様を含めて本主題を開示するために、さらには、任意の当業者が任意の装置またはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込み方法の実行を含めて本主題を実施することを可能にするために、例が使用されている。本主題の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定されており、また、当業者によって想到される他の例を含み得る。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合または特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【符号の説明】
【００４０】
１０  タービンシステム
１２  タービンエンジン
１３  制御システム
１４  燃料ノズル
１６  燃料供給
１８  燃焼器
２０  タービン
２２  排気部
２４  シャフト
２６  圧縮機
２８  空気
３０  空気取入口
３２  入口ガイドベーン（ＩＧＶ）
３３  入口抽気熱（ＩＢＨ）通路
３４  負荷
３８  コントローラ
４０  センサ
４１  プロセッサ
４２  排気温度センサ
４３  メモリ
４４  周囲空気温度センサ
４６  周囲空気圧力センサ
４７  周囲相対湿度センサ
４８  ＩＧＶ角度センサ
４９  燃焼温度推定器
５０  ＩＢＨ温度センサ
５１  ＩＢＨ空気流量センサ
５２  作動弁
５４  グラフ
５６  燃焼温度
５８  ベース負荷、ベース負荷出力
６０  運転時間
６２  固定燃焼温度
６４  流動燃焼温度
６６  劣化出力
６８  持続的出力
７０  最大運転温度
７２  洗浄点
７４  清浄燃焼温度
７６  清浄出力
８０  プロット
８２  ｘ軸
８４  実線
８６  点線
８８  ｘの印が付けられた線
９０  ｙ軸
９２、９４  点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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