(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンシステムであって、
発電用のガスタービンエンジン（１０１）と、
前記ガスタービンエンジン（１０１）を制御するための制御ユニット（１０２）と、
熱力学的モデルユニット（１０４）およびテストシーケンスユニット（１０５）を含むデータ収集システム（１０８）と、
前記ガスタービンエンジン（１０１）の性能パラメータ（１１５）を測定するために、前記ガスタービンエンジン（１０１）に接続されたセンサ装置（１０３）と、
比較ユニット（１０９）と、
を含み、
前記熱力学的モデルユニット（１０４）は、前記ガスタービンエンジン（１０１）の機械的モデル（１０６）と、前記ガスタービンエンジン（１０１）の熱力学的モデル（１０７）と、に基づいて、計算された性能パラメータ（１１３）を生成し、
前記テストシーケンスユニット（１０５）は、前記ガスタービンエンジン（１０１）のテストサイクルを実施するために使用されるタイムスケジュールデータと、設定点動作データと、を含むテストシーケンスデータ（１１４）を生成し、
前記データ収集システム（１０８）は、前記テストシーケンスデータ（１１４）と、前記計算された性能パラメータ（１１３）と、測定された動作パラメータ（１１１）と、に基づいて、テスト制御データ（１１２）を生成し、
前記データ収集システム（１０８）は、前記ガスタービンエンジン（１０１）を、前記テスト制御データ（１１２）に基づいて制御することが可能となるように、前記制御ユニット（１０２）に接続され、前記テスト制御データ（１１２）を前記制御ユニット（１０２）へと供給しており、
前記比較ユニット（１０９）は、前記センサ装置（１０３）によって測定された性能パラメータ（１１５）と、前記計算された性能パラメータ（１１３）と、を比較することが可能となるように、前記データ収集システム（１０８）に接続されている、
ガスタービンシステム。
【請求項２】
前記計算された性能パラメータ（１１３）は、計算された負荷、計算された効率、計算された排出量、前記ガスタービンエンジン（１０１）を通流する流体の計算された流れ特性、計算された燃料消費量、計算されたラムダ値、計算された出力曲線、のうちの少なくとも１つを示す、
請求項１記載のガスタービンシステム。
【請求項３】
前記測定された性能パラメータ（１１５）は、測定された温度、測定された圧力、測定された速度、測定された排出量、測定された燃料消費量、測定された負荷、のうちの少なくとも１つを示す、
請求項１または２記載のガスタービンシステム。
【請求項４】
前記設定点動作データは、前記ガスタービンエンジン（１０１）の設定点加速度データ、前記ガスタービンエンジン（１０１）の設定点速度、前記ガスタービンエンジン（１０１）が使用する燃料種類、のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１から３のいずれか一項記載のガスタービンシステム。
【請求項５】
前記テストシーケンスユニット（１０５）は、前記テストサイクルを自動的に開始することが可能となるように、前記制御ユニット（１０２）に接続されている、
請求項１から４のいずれか一項記載のガスタービンシステム。
【請求項６】
前記テストシーケンスユニット（１０５）は、前記テストサイクルをオペレータによって手動で開始することが可能となるように、前記制御ユニット（１０２）に接続されている、
請求項１から５のいずれか一項記載のガスタービンシステム。
【請求項７】
前記制御ユニット（１０２）に接続された制御装置（１１０）をさらに含み、
前記制御装置（１１０）は、前記ガスタービンエンジン（１０１）を、前記テスト制御データ（１１２）に基づいて調整することが可能となるように、前記制御ユニット（１０２）によって制御される、
請求項１から６のいずれか一項記載のガスタービンシステム。
【請求項８】
前記制御装置（１１０）は、前記ガスタービンエンジン（１０１）を制御可能に制動するための制御ブレーキ、および／または、前記ガスタービンエンジン（１０１）への燃料供給を制御するための燃料弁を含む、
請求項７記載のガスタービンシステム。
【請求項９】
前記データ収集システム（１０８）は、テスト制御データを生成し、
前記テスト制御データは、前記制御装置（１１０）へとフィードバックされ、予め定められたテストシーケンスにおいて規定された値に相応するパラメータの値を供給するための、エンジンテストの動作点にセットするために、閉ループ制御において使用される、
請求項７または８記載のガスタービンシステム。
【請求項１０】
ガスタービンシステムの動作方法において、
ガスタービンエンジン（１０１）によって発電し、
制御ユニット（１０２）によって前記ガスタービンエンジン（１０１）を制御し、
データ収集システム（１０８）のセンサ装置（１０３）によって、前記ガスタービンエンジン（１０１）の性能パラメータ（１１５）を測定し、
熱力学的モデルユニット（１０４）によって、前記ガスタービンエンジン（１０１）の機械的モデル（１０６）と、前記ガスタービンエンジン（１０１）の熱力学的モデル（１０７）と、に基づいて、計算された性能パラメータ（１１３）を生成し、
テストシーケンスユニット（１０５）によって、前記ガスタービンエンジン（１０１）のテストサイクルを実施するために使用されるタイムスケジュールデータと、設定点動作データと、を含むテストシーケンスデータ（１１４）を生成し、
前記データ収集システム（１０８）によって、前記テストシーケンスデータ（１１４）と、前記計算された性能パラメータ（１１３）と、測定された動作パラメータ（１１１）と、に基づいて、テスト制御データ（１１２）を生成し、
前記制御ユニット（１０２）によって前記ガスタービンエンジン（１０１）を前記テスト制御データ（１１２）に基づいて制御することが可能となるように、前記テスト制御データ（１１２）を前記制御ユニット（１０２）へと供給し、
比較ユニット（１０９）によって、前記センサ装置（１０３）によって測定された性能パラメータ（１１５）と、前記計算された性能パラメータ（１１３）と、を比較する、
動作方法。
【請求項１１】
前記動作方法は、閉ループであり、前記ガスタービンエンジン（１０１）のために目標性能パラメータが達成されるまで実施される、
請求項１０記載のガスタービンシステムの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テストシステムを含むガスタービンと、テストプロシージャによるガスタービンシステムの動作方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ガスタービンは、機械的又は電気的な動力を生成するために設計されている。所定の動作時間の経過後、例えば修理後又は分解点検後には、産業用ガスタービンエンジンが依然として正常に動作するか否かをチェックするために、所定の動作点でガスタービンエンジンを動作させるテストシーケンスを実施しなければならない。それぞれの動作点は、エンジンの動作時に達成されるべき状態を表している複数の設定点の集合を規定している。
【０００３】
従来の産業用ガスタービンエンジンにおいては、ガスタービンエンジンのテストシーケンスは手動で開始される。オペレータは、制御装置によって産業用ガスタービンエンジンを手動で制御し、テストサイクルによって、ガスタービンエンジンが予め定められた設定点で動作するようにしている。例えば、産業用ガスタービンエンジンの確認テスト又は性能テストにおいて、予め定められたテストサイクルが生成されている。
【０００４】
従って、産業用ガスタービンエンジンのテストシーケンスを実施するためには、オペレータがテストサイクルを手動で開始及び制御する必要がある。さらには、確認テストに基づいて予め定められたテストシーケンスは、測定された動作パラメータの値や、ガスタービンエンジンが実際に置かれている環境パラメータとは一致しないことが多い。このずれの原因の１つは、産業用ガスタービンがテストされた場所と、産業用ガスタービンが日常的に使用されている場所との間における、気候（例えば温度又は標高）及び燃料組成の相違に見出すことができる。
【０００５】
米国特許出願公開第４８２１２１７号明細書は、ジェット航空機エンジンの電気空気式システムの静的テストを自動的に実施する、プログラム可能なテストステーションを開示している。テストステーションは、それぞれのエンジンにおけるテストすべきシステムを自動的に刺激して、その応答を測定する。プログラム可能なデータ収集コンピュータは、刺激と測定の両方を制御して、データを生成する。テストステーションは、複数のエンジンに同時に作動的に接続されており、それぞれのエンジンにおける所定のシステムを、ステーションのユーザのコマンドに応じてテストする。
【０００６】
米国特許出願公開第４３８９７１０号明細書は、航空機の制動システムにおける、アンチスキッド制御回路及び自動制動制御回路の操作性を訓練及びテストするためのテスト回路を開示している。デジタルプロセッサは、各アンチスキッド制御回路と、自動制動制御システムのバルブドライバとに接続されたインタフェース回路と通信する。このようなインタフェース回路は、それぞれ１つのアナログスイッチを含み、このアナログスイッチは、プロセッサから電気刺激を受けると、対応するアンチスキッド制御回路又は対応する自動制動制御システムのバルブドライバにおける種々のテスト点へと同じ電気刺激を加える。アンチスキッド制御回路及び自動制動制御システムのバルブドライバにおける種々のテスト点にはアナログセレクタが接続されており、電気刺激に対する応答を感知してこの応答をプロセッサに転送し、アンチスキッド制御システム及び自動制動制御システムの操作性を決定する。
【０００７】
米国特許出願公開第５５２１８２４号明細書は、リード・ラグ制御を使用したエンジンテスト装置を開示している。オペレーティングインターフェースは、制御モード信号と、複数の設定点とを生成する。オペレーティングインターフェースはテスト制御器も含み、このテスト制御器は、制御モード信号と複数の設定点とを受信し、これに応答してエンジンテスト装置を動作させる。テスト制御器は、エンジンテスト装置の動作特性を感知する。テスト制御器はまた、制御モード信号に応じて、エンジンテスト装置のパラメータを選択的に操作する。
【０００８】
米国特許第８１６１８０６号明細書は、航空機のガスタービンエンジンの動作中におけるエンジン性能パラメータを監視するための方法を開示している。この方法は、性能パラメータを感知することと、アナログセンサ出力を生成することと、エンジンの近傍に取り付けられた少なくとも１つのハブユニットを用いてアナログセンサ出力を調整することによってデジタルデータを生成することとを含む。
【０００９】
米国特許出願公開第４２１５４１２号明細書は、航空機のガスタービンエンジンの実時間における性能監視を開示している。監視システムはデジタルプロセッサを含み、このデジタルプロセッサは、スカラー係数の集合と、種々のエンジン動作パラメータの現在値とを使用して、エンジン性能パラメータの集合の現在値を予測する。これらの性能パラメータの現在値は、監視され、予測値と比較され、エアロ信号の偏差が監視ロジックへと供給されると、監視ロジックがデジタルプロセッサの故障を知らせる。
【００１０】
欧州特許出願公開第１２８８６４４号明細書は、ガスタービンのための診断方法及び診断システムを開示している。このシステムは、ガスタービンエンジンのテスト中に検出された故障が、エンジンの性能上の問題に関係しているのか、又は、エンジン性能とは関係ない他の何らかの異常に関連しているかを評価する。現在のエンジンデータの第１集合を生成するために、１つの性能条件下において１つのエンジン性能パラメータが評価され、その後、異常が存在するか否かを判断するために、この現在のエンジンデータの第１集合と、先行するエンジンデータの第１集合とが比較される。
【００１１】
欧州特許出願公開第２１７５３３６号明細書は、所定の期間に亘ってガスタービンエンジンの性能を監視し、最も満足のいく性能を維持するために、長期間の動作中に進んだ劣化を補償するための方法を開示している。
【００１２】
欧州特許出願公開第２２４９００４号明細書は、時間の経過と共に発生し得る劣化を補償するために、ガスタービンエンジンの推力出力を自動的に制御するための方法及びシステムを記載している。
【００１３】
欧州特許出願公開第２１７５３３６号明細書及び欧州特許出願公開第２２４９００４号明細書はそれぞれ、公称又は基準エンジンによって達成され得る性能を、燃料入力のような基準パラメータとエンジン入口条件とに基づいて計算する予測モデルを開示している。動作中のエンジンからの測定値は、その後、モデルから予測された同等のパラメータと比較され、燃料システムのゲイン又は圧力比の限界値のような１つ以上の制御パラメータを調整するための基礎として使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の課題は、実時間条件下における産業用ガスタービンエンジンの自動テストを提供することである。
【００１５】
本発明の方法は、基本的には顧客に納入する前に、ガスタービンエンジンをテストするための方法であり、発電出力、燃料消費量、又は、排出量のような目標性能パラメータを達成するために閉ループ制御によって自動的に実施することが可能である。本発明の方法は、動作中のエンジンから測定値が与えられた場合に、例えば燃焼器出口温度又は正規化速度（Ｎ／ルート（入口温度））のような直接測定できない熱力学的パラメータを計算する分析モデルである。これらのパラメータは、その後、制御器又は制御装置へとフィードバックされ、そこで、予め定められたテストシーケンスにおいて規定された値に相当する熱力学的パラメータの値を供給するための、エンジンテストの動作点にセットするために、閉ループ制御において使用される。
【００１６】
この課題は、独立請求項に記載したガスタービンシステムと、ガスタービンシステムの動作方法とによって解決される。
【００１７】
本発明の第１側面によれば、ガスタービンシステムが提供される。ガスタービンシステムは、発電用のガスタービンエンジンと、ガスタービンエンジンを制御するための制御ユニットと、センサ装置と、比較ユニットと、熱力学的モデルユニット及びテストシーケンスユニットを含むデータ収集システムとを含む。
【００１８】
ガスタービンエンジンの性能パラメータを測定するために、ガスタービンエンジンにセンサ装置が接続されている。
【００１９】
熱力学的モデルユニットは、ガスタービンエンジンの機械的モデルと、ガスタービンエンジンの熱力学的モデルとに基づいて、計算された性能パラメータを生成する。
【００２０】
テストシーケンスそのものは、有資格者又はテストシーケンスユニットによって設計し、有資格者によって制御ユニットに入力することが可能である。テストシーケンスデータは、ガスタービンエンジンのテストサイクルを実施するために使用されるタイムスケジュールデータと、設定点動作データとを含む。
【００２１】
データ収集システムは、テストシーケンスデータに基づいて、テスト制御データを生成する。データ収集システムは、ガスタービンエンジンをテスト制御データに基づいて制御することが可能となるように、制御ユニットに接続され、テスト制御データを制御ユニットへと供給している。
【００２２】
比較ユニットは、テストサイクルの実施中又は終了後にセンサ装置によって測定された性能パラメータと、計算された性能パラメータとを比較することが可能となるように、データ収集システムに接続されている。
【００２３】
ガスタービンエンジンは、例えば圧縮機セクションと、燃焼セクションと、タービンセクションとを含む。例えばガスタービンエンジンを動作させることによって、発電用の発電機を動作させるために使用可能な（機械的な）力が生成される。
【００２４】
ガスタービンエンジンを制御するために、制御ユニットが設置されている。制御ユニットは、例えば、ガスタービンエンジンの燃焼セクションへの燃料噴射を制御するための燃料弁を制御することができる。
【００２５】
さらには、例えばガスタービンエンジンから力を吸収するために、ガスタービンエンジンの軸を制動するためのブレーキユニットをガスタービンエンジンに接続させることができる。制御ユニットは、例えばガスタービンエンジンの軸の回転速度を制御するため、ひいてはガスタービンエンジンを通流する流体の質量を直接的又は間接的に制御するために、ブレーキユニットを制御することができる。制御ユニットは、ガスタービンエンジンの動作点にセットするために、軸の回転速度に加えてブレーキ負荷も制御することができる。
【００２６】
データ収集システムは、ガスタービンエンジンを適切に制御するため、及び、ガスタービンエンジンを制御及びテストするために必要となる全ての所定のパラメータを収集するために使用される。データ収集システムは、例えば熱力学的モデルユニットと、テストシーケンスユニットとを含む。
【００２７】
センサ装置は、動作パラメータを測定するため又は性能パラメータを測定するために、ガスタービンエンジンに接続されている。センサ装置は、例えば温度センサ、圧力センサ、酸素センサ、速度センサ、又は、所望のパラメータを測定するための他の任意の適当なセンサを含む。動作パラメータは、ガスタービンエンジンを動作させるためにガスタービンエンジンに入力されるパラメータを定めている。
【００２８】
動作パラメータは、例えば燃料量、空気流量の質量流量、又は、ガスタービンエンジンから抽気される抽気量である。
【００２９】
測定された性能パラメータは、ガスタービンエンジンが動作パラメータに従って動作した場合に、当該ガスタービンエンジンによって出力されるパラメータを定めている。測定された性能パラメータはそれぞれ、例えばガスタービンエンジンの温度（例えば燃焼セクション又はタービンセクションのような、ガスタービンエンジンの所定の位置における温度）、ガスタービンエンジンの所定の位置における圧力、ガスタービンエンジンの排出量、燃料消費量、及び／又は、ガスタービンエンジンの負荷である。
【００３０】
熱力学的モデルユニットは、例えば記憶装置を含み、この記憶装置の中に、ガスタービンエンジンの機械的モデル（シミュレーション）のデータと、ガスタービンエンジンの熱力学的モデル（シミュレーション）のデータとが格納される。
【００３１】
ガスタービンエンジンの機械的モデルは、当該ガスタービンエンジンと同一の寸法及び幾何形状の制約を含むモデルであり、これによって機械的モデルのシミュレーションが可能となっている。
【００３２】
相応にして、熱力学的モデルは、所定のガスタービンエンジンの所定の動作条件のデータを含む。例えば、熱力学的モデルは、所定の入力パラメータ（すなわち動作パラメータ）に基づいて、所定の出力パラメータ（すなわち性能パラメータ）を計算し、これによってガスタービンエンジンの動作がシミュレートされる。例えば入力値、燃料量、注入空気量、抽気量は予め定められているので、熱力学的モデルは、例えばタービン段の出口におけるガスタービンエンジンの温度、圧力、又は排出量のような理論的にシミュレートされた性能パラメータを、（例えば機械的モデルを考慮して）計算することが可能である。
【００３３】
熱力学的モデルユニットは、機械的モデルと熱力学的モデルとに基づいて、計算された性能パラメータを生成する。
【００３４】
計算された性能パラメータは、ガスタービンエンジンのシミュレートされた動作の、シミュレートされた動作条件を定めている。計算された性能パラメータは、測定された又は予め定められた動作パラメータに基づいて、熱力学的モデルユニットによって算出及び計算されたパラメータである。特に、計算された性能パラメータは、計算（シミュレート）された負荷、計算（シミュレート）された効率、計算された排出量、ガスタービンエンジンを通流する流体の計算された流れ特性、計算された燃料消費量、計算されたラムダ値、及び／又は、計算された出力曲線を示している。
【００３５】
従って、計算された負荷のような、計算された性能パラメータは、シミュレートされた理論的な指標を与えるものであり、この指標に従って、計算された性能パラメータを出力する入力された動作パラメータ（燃料質量流量等のような）を、ガスタービンによって理論的に、すなわち公称条件及び／又はシミュレーション条件下で達成すべきである。
【００３６】
テストシーケンスユニットは、ガスタービンエンジンのテストサイクルを実施するために使用されるタイムスケジュールデータと、設定点動作データとを含むテストシーケンスデータを生成する。換言すると、テストシーケンスユニットには、予め定められたテストプロシージャ及びテストサイクルが格納されており、この予め定められたテストプロシージャ及びテストサイクルは、ガスタービンエンジンの故障のない正常な動作を保証するために、ガスタービンエンジンの所定の動作時間の経過後に達成すべきものである。
【００３７】
テストシーケンスデータは、設定点動作データを含み、この設定点動作データは、例えばガスタービンエンジンの設定点加速度データと、ガスタービンエンジンの設定点速度と、ガスタービンエンジンが使用する予め定められた燃料種類とを示している。換言すると、設定点動作データは、テストサイクルの実施時にガスタービンエンジンによって達成すべき設定点を定める制御データである。
【００３８】
タイムスケジュールデータは、テストサイクル中に、予め定められた設定点動作データによってガスタービンエンジンを動作させるべき期間の長さ（時間枠）を示したものである。
【００３９】
データ収集システムは、特に（測定された又は予め定められた）動作パラメータと、計算された性能パラメータと、テストシーケンスデータとを収集し、これらのパラメータに基づいてテスト制御データを生成する。
【００４０】
比較ユニットは、テストサイクルの実施中又は終了後にセンサ装置によって測定された性能パラメータと、計算された性能パラメータとを比較することが可能となるように、データ収集システムに接続されている。測定された性能パラメータが、計算された性能パラメータと類似している場合には、ガスタービンエンジンが適切に動作しているものと想定することができる。
【００４１】
従って、比較ユニットは、テストサイクルの実施後に測定された性能パラメータが、熱力学的モデルによって算出及び計算された性能パラメータに即しているか否かをチェックする。従って、計算された性能パラメータと、測定された性能パラメータとの間に大きな相違が生じている場合には、ガスタービンエンジンが正常に動作しない可能性が高い。
【００４２】
従って、本発明によれば、実験室及び理論的な条件下で予め定められたテストシーケンスデータを含むのみならず、ガスタービンエンジンの熱力学的モデルから計算された性能パラメータも考慮した、テスト制御データが生成される。従って、テスト制御データを、ガスタービンエンジンの環境条件及び実際の動作状態により厳密に適合させることができ、これによってガスタービンエンジンは、特に適合したテストサイクルを実施することが可能となる。
【００４３】
例えば、ガスタービンエンジンが最大発電量で動作する場合には、それぞれの最大出力テストを自動的に実施することができる。例えばセンサ装置は、最大発電量を測定し、この情報をデータ収集システムに供給する。次に、データ収集システムは、最大発電量で動作するガスタービンエンジンの熱力学的モデルを示している、計算された性能パラメータを、熱力学的モデルユニットから受信する。これに加えて、テストシーケンスユニットは、最大発電量におけるガスタービンエンジンをテストするために必要となるタイムスケジュールデータと、設定点動作データとを含むテストシーケンスデータを供給する。
【００４４】
従って、テスト制御データは、例えば最大出力テストのための、予め定められたテストシーケンスデータを含むのみならず、例えば最大出力での動作中において達成すべき、ガスタービンの計算された性能パラメータも含む。
【００４５】
これに加えて、さらなる別の実施例によれば、熱力学的モデルユニットは、追加的に、測定された動作パラメータに基づいて、計算された性能パラメータを生成するように、センサ装置に接続されている。従って、熱力学的モデルユニットは、燃料噴射量に関する情報を受信することができ、この場合には、熱力学的モデルユニットは、測定された燃料噴射量が噴射された場合にガスタービンエンジンが理論的に達成可能な、計算された性能パラメータ、例えば計算された負荷を生成することができる。
【００４６】
さらなる別の実施例によれば、テストシーケンスユニットは、テストサイクルを自動的に開始することが可能となるように、制御ユニットに接続されている。
【００４７】
上述したように、制御ユニットが、ガスタービンエンジンを最大発電量で動作させている場合には、テストシーケンスユニットは、ガスタービンエンジンの最大出力テストを自動的に開始することができる。オペレータが手動でテストサイクルを開始する必要はもはやない。
【００４８】
さらなる別の実施例によれば、テストシーケンスユニットは、テストサイクルがオペレータによって手動で開始されるように、制御ユニットに接続されている。
【００４９】
さらなる別の実施例によれば、制御ユニットに制御装置が接続されており、この制御装置は、ガスタービンエンジンを、テスト制御データに基づいて調整することが可能となるように、制御ユニットによって制御することができる。上述したように、制御装置は例えば、ガスタービンエンジンの出力軸に制御された負荷を加えるための制御ブレーキとすることができ、例えばガスタービンの出力軸の回転速度を制御すると共に、ガスタービンの動作点の予め定められた値にセットし、制御することができる。これに加えて又はこれに代えて、制御装置は、ガスタービンエンジンへの燃料供給を制御するための燃料弁を含むことができる。従って、例えば燃料量を、テスト制御データに基づいて厳密に調整することが可能である。
【００５０】
以下、本発明のさらなる側面によるガスタービンシステムの動作方法について説明する。ガスタービンエンジンによって発電し、制御ユニットによってガスタービンエンジンが制御される。データ収集システムのセンサ装置によって、ガスタービンエンジンの性能パラメータが測定される。次に、熱力学的モデルユニットによって、ガスタービンエンジンの機械的モデルと、ガスタービンの熱力学的モデルとに基づいて、計算された性能パラメータが生成される。テストシーケンスユニットによって、ガスタービンのテストサイクルを実施するために使用するタイムスケジュールデータと、設定点動作データとを含むテストシーケンスデータが作成される。次に、データ収集システムによって、テストシーケンスデータに基づいて、テスト制御データが生成される。制御ユニットによってガスタービンエンジンをテスト制御データに基づいて制御することが可能となるように、テスト制御データが制御ユニットへと供給される。比較ユニットによって、センサ装置によって測定された性能パラメータと、計算された性能パラメータとが比較される。
【００５１】
要約すると、本発明によれば、テスト制御データは、予め定められたテストデータを含むのみならず、ガスタービンエンジンの熱力学的モデルからの出力（計算された性能パラメータ及び／又は計算された動作パラメータ）も含む。
【００５２】
熱力学的モデルは、熱力学的モデルユニットによって、測定された動作条件を考慮して、ガスタービンエンジンの動作中に継続的に実行することができる。熱力学的モデルユニットの動作は、ガスタービンエンジンを制御する制御ユニットからは独立している。
【００５３】
熱力学的モデルユニットからの出力（計算された性能パラメータ）は、ガスタービンエンジンの機械的モデルと、ガスタービンエンジンの熱力学的モデルと、ガスタービンエンジンの測定された又は予め定められた動作パラメータとに基づく。
【００５４】
例えば動作点の集合を含んでいるテスト制御データが、制御ユニットにアップロードされる。動作点の集合（設定点動作データ）は、例えばガスタービンエンジンが所定の動作モードにある場合に達成されるべき、ガスタービンエンジンの所望の負荷（出力）を含む。所望の負荷は、熱力学的モデルの出力（計算された性能パラメータ）、又は、例えばセンサ装置の出力、のうちの選択されたいずれか一方として規定することができる。出力変化速度（ramp rate）を定めることもでき、これによって、ガスタービンエンジンの２つの所定の動作状態の間におけるクロスオーバー動作を制御することが可能となる。テスト制御データは、テストサイクル中にガスタービンエンジンが達成すべき設定点動作データとして、例えば所望の速度に関する情報を含むこともできる。所望の速度は、センサ装置によって測定された実際の速度（測定された動作パラメータ）から得られるか、又は、熱力学的モデルから出力された、計算された動作パラメータである補正された速度（計算された性能パラメータ）から得られる。
【００５５】
テスト制御データはさらに、テストサイクルにおいてガスタービンエンジンを動作させるために使用される燃料種類に関する情報、すなわちガスタービンエンジンが気体燃料によって動作するのか又は液体燃料によって動作するのかに関する情報を含むことができる。
【００５６】
テストシーケンスデータはさらに、ガスタービンエンジンを所定の動作点（設定点動作データ）に保持しておくべき期間の長さを定めたタイムスケジュールに関する情報を含む。テスト制御データはさらに、ガスタービンの動作条件を定め、かつ、保持期間の動作状態の増大、減少、又は除去を定める。
【００５７】
データ収集システムはさらに、分散型の閉ループ制御器の一部として機能することができ、テストサイクルを実施するためにテスト制御データを周期的に生成する。従って、データ収集システムと制御ユニットとは、協働することによって１つの閉ループ制御器のように機能する。本方法は、閉ループであり、ガスタービンのために目標性能パラメータが達成されるまで実施可能である。このようにして、顧客に納入される前に所望の性能パラメータが達成される。
【００５８】
データ収集システムは、テスト制御データ又はパラメータを生成又は収集し、その後、これらのテスト制御データ又はパラメータは、制御器又は制御装置／ユニットへとフィードバックされ、そこで、予め定められたテストシーケンスにおいて規定された値に相応するパラメータの値を供給するための、エンジンテストの動作点にセットするために、閉ループ制御において使用される。
【００５９】
なお、本発明の各実施形態は、複数の異なるカテゴリに関連しながら説明されていることに留意しなければならない。特に、実施形態の中には、装置クレームに関連して説明したものもある一方で、装置クレームに関連して説明したものもある。しかしながら当業者は、上述した説明及び以下の説明から、特に断りがない限り、１つの種類のカテゴリに関連した特徴の任意の組み合わせのみならず、複数の異なるカテゴリに関連した特徴の任意の組み合わせ、特に装置クレームの特徴と方法クレームの特徴との組み合わせも、本明細書に開示されるものとして見なすことができることを理解するだろう。
【００６０】
本発明の上述した側面及びさらなる別の側面は、以下に説明する実施例から明らかであり、実施例を参照しながら説明される。以下、実施例を参照しながら本発明をより詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、本発明の１つの実施形態によるガスタービンシステムの概略図である。
【００６２】
図面は概略的に描かれている。類似した要素又は同じ要素には、同じ参照符号が付されている。
【００６３】
図１は、発電用のガスタービンエンジン１０１を含むガスタービンシステムを図示している。さらに、ガスタービンエンジン１０１を制御するための制御ユニット１０２が図示されている。これに加えて、熱力学的モデルユニット１０４及びテストシーケンスユニット１０５を含むデータ収集システム１０８が図示されている。
【００６４】
ガスタービンエンジン１０１の動作パラメータ１１１を測定するために、ガスタービンエンジン１０１にセンサ装置１０３が接続されている。
【００６５】
熱力学的モデルユニット１０４は、ガスタービンエンジン１０１の機械的モデル１０６と、ガスタービンエンジン１０１の熱力学的モデル１０７とに基づいて、計算された性能パラメータ１１３を生成する。テストシーケンスユニット１０５は、ガスタービンエンジン１０１のテストサイクルを実施するために使用されるタイムスケジュールデータと、設定点動作データとを含むテストシーケンスデータ１１４を生成する。
【００６６】
データ収集システム１０８は、測定された動作パラメータ１１１と、計算された性能パラメータ１１３と、テストシーケンスデータ１１４とに基づいて、テスト制御データ１１２を生成する。データ収集システム１０８は、制御ユニット１０２に接続されており、テスト制御データ１１２を制御ユニット１０２へと供給し、これによってガスタービンエンジン１０１をテスト制御データ１１２に基づいて制御することが可能となっている。
【００６７】
図示したように、熱力学的モデルユニット１０４は、センサ装置１０３に接続されており、これによって熱力学的モデルユニット１０４は、追加的に、測定された動作パラメータ１１１に基づいて、計算された性能パラメータ１１３を生成する。
【００６８】
さらには比較ユニット１０９が、データ収集システム１０８に接続されており、これによって、テストサイクルの実施中又は終了後にセンサ装置１０３によって測定された性能パラメータ１１５と、計算された性能パラメータ１１３とを比較することが可能となっている。
【００６９】
さらには、制御装置１１０、例えばガスタービンエンジン１０１への燃料供給を制御するための燃料弁、又は、ガスタービンエンジン１０１を制御可能に制動するための制御ブレーキが、ガスタービンエンジン１０１に接続されている。制御ユニット１０２は、制御装置１１０を制御し、これによってガスタービンエンジンの動作点を、データ収集システム１０８によって送信されたテスト制御データ１１２に基づいて調整することが可能となっている。
【００７０】
“含む（comprising）”なる表現が、他の要素又はステップを除外するものではなく、また“１つの（a又はan）”なる表現が、複数の存在を除外するものではないことに留意すべきである。複数の異なる実施形態に関連して説明したそれぞれの要素を、互いに組み合わせることも可能である。請求項に記載された参照符号は、特許請求の範囲を限定するものとして解釈すべきでないことにも留意すべきである。
【図１】
0006403690.tif 000002