(57)【要約】      （修正有）【課題】流体システム構成部品をモデル化するための方法およびシステムを提供する。【解決手段】流れ監視システム１３８が、構成部品の上流位置での流体の圧力および構成部品の下流位置での流体の圧力を示す信号を生成するように構成された１つまたは複数のセンサ１４６，１４８と、構成部品での流体の温度と、構成部品ならびにその温度を使用して構成部品での流体の密度を示す値を決定し、生成された信号および決定された密度を使用して構成部品で等価流れ抵抗を示す値を決定し、決定された等価流れ抵抗値を出力するようにプログラムされたプロセッサ６５を通る流れの測定値とを備える。【選択図】図１
2012155707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成部品の上流位置での流体の圧力、前記構成部品の下流位置での前記流体の圧力、前記構成部品での前記流体の温度、および前記構成部品を通る流れの測定値を示す信号を生成するように構成された１つまたは複数のセンサ（１４６，１４８）と、
前記温度を使用して前記構成部品での前記流体の密度を示す値を決定し、
前記生成された信号および前記決定された密度を使用して前記構成部品での等価流れ抵抗を示す値を決定し、
前記決定された等価流れ抵抗値を出力するようにプログラムされたプロセッサ（６５）と
を備える、流れ監視システム（１３８）。
【請求項２】
前記１つまたは複数のセンサが、前記構成部品の上流の圧力を示す信号を生成するように構成された圧力センサ（１４６）、前記構成部品の下流の圧力を示す信号を生成するように構成された圧力センサ（１４８）、および前記構成部品での温度を示す信号を生成するように構成された温度センサ（１４４，１５０）のうちの少なくとも１つを備える、請求項１記載のシステム（１３８）。
【請求項３】
前記１つまたは複数のセンサ（１４６，１４８）が、前記構成部品の上流の圧力を示す信号を生成するように構成された仮想センサ、前記構成部品の下流の圧力を示す信号を生成するように構成された仮想センサ、および前記構成部品での温度を示す信号を生成するように構成された仮想センサのうちの少なくとも１つを備える、請求項１記載のシステム（１３８）。
【請求項４】
前記プロセッサ（６５）が、前記受け取られた上流圧力と前記受け取られた下流圧力の比率を使用して等価流れ抵抗を示す値を決定するようにさらにプログラムされている、請求項１記載のシステム（１３８）。
【請求項５】
前記プロセッサ（６５）が、前記受け取られた値の品質を示す品質インデックスを決定するようにさらにプログラムされている、請求項１記載のシステム（１３８）。
【請求項６】
前記プロセッサ（６５）が、受け取られた値の少なくとも１つが無効であると前記品質インデックスが示すとき無効出力を示すようにさらにプログラムされている、請求項５記載のシステム（１３８）。
【請求項７】
前記プロセッサ（６５）が、前記決定された等価流れ抵抗値が既定のしきい値を超えて増加したとき、流体の流れ通路の遮断を決定するようにさらにプログラムされている、請求項１記載のシステム（１３８）。
【請求項８】
前記プロセッサ（６５）が、前記決定された等価流れ抵抗値が既定のしきい値より下に減少したとき、故障した構成部品の要素を決定するようにさらにプログラムされている、請求項１記載のシステム（１３８）。
【請求項９】
構成部品の上流位置での流体の圧力、前記構成部品の下流位置での前記流体の圧力、および前記構成部品での前記流体の温度を示す信号を生成するように構成された複数のセンサ（１４６，１４８）と、
前記温度を使用して前記構成部品での前記流体の密度を示す値を決定し、
前記生成された信号および前記決定された密度を使用して前記構成部品での等価流れ抵抗を示す値を決定するようにプログラムされたプロセッサ（６５）と
を備える流れ監視システム（１３８）。
【請求項１０】
前記プロセッサ（６５）が、前記受け取られた値の品質を示す品質インデックスを決定するように、かつ前記受け取った値の少なくとも１つが無効であると前記品質インデックスが示すとき無効出力を示すようにさらにプログラムされている、請求項９記載のシステム（１３８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、一般に流体システム構成部品流れ解析に関し、より詳細には、流体システム構成部品をモデル化するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体システム構成部品を解析するための少なくともいくつかの既知の方法は、圧力損失に依拠して、現在の構成部品、システム状態だけでなく将来の結果を予測する。アルゴリズムを応用例に特化して使用することは、燃料システムの燃料フィルタ構成部品の状態を監視するのに役立つ。燃料フィルタを監視するためのこれらの方法はまた、燃料フィルタでの差圧（ｄＰ）が高すぎると決定されたレベルに近づいている、または制限された流れを示すレベルに近づいている場合、状態警告を生成する。低い差圧（ｄＰ）は、通常「良好な」範囲内にあり、正常作動が期待される。しかし、低い差圧（ｄＰ）が深刻な状況を示すことがある例は、劣化しばらばらになりつつあるフィルタの場合である。これは、使用されている従来の方法で診断することができるが通常見落とされる。
【０００３】
移動平均法を使用すること、または他の対策を論理に含めて、既知の高流量状態の間、差圧警報を止める、もしくは無視することなど、問題を解決するためにいくつかの試みがなされている。等価回路を通る圧力損失の和は総ポンプ圧に等しいので、目詰まりの分離は知られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，６５４，３１８号明細書
【発明の概要】
【０００５】
一実施形態では、流れ監視システムが、構成部品の上流位置での流体の圧力、構成部品の下流位置での流体の圧力、および構成部品での流体の温度を示す一組の信号を生成するように構成された１つまたは複数のセンサと、その温度を使用して構成部品での流体密度の変化を決定し、生成された信号および決定された密度を使用して構成部品での等価流れ抵抗を示す値を決定し、決定された等価流れ抵抗値を出力するようにプログラムされたプロセッサとを備える。
【０００６】
別の実施形態では、構成部品統合体を監視する方法が、構成部品の上流位置での流体の圧力を示す値を受け取るステップと、構成部品を通る流れで構成部品の下流位置での流体の圧力を示す値を受け取るステップと、構成部品での流体の温度を示す値を受け取るステップと、その温度を使用して構成部品での流体の密度を示す値を決定するステップと、受け取った上流の圧力、受け取った下流の圧力および構成部品を通る流れで決定された密度を使用して構成部品での等価流れ抵抗を示す値を決定するステップと、決定された等価流れ抵抗値を出力するステップとを備える。
【０００７】
別の実施形態では、流れを監視するシステムが、構成部品の上流位置での流体の圧力、構成部品を通る流れで構成部品の下流位置での流体の圧力、および構成部品での流体の温度を示す一組の信号を生成するように構成された複数のセンサと、その温度を使用して構成部品での流体の密度を示す値を決定し、生成された信号および決定された密度を使用して構成部品での等価流れ抵抗を示す値を決定するようにプログラムされたプロセッサとを備える。
【０００８】
図１および２は本明細書に説明される方法およびシステムの例示的実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の例示的実施形態によるガスタービンエンジン燃料システムの概略的図表である。
【図２】本発明の例示的実施形態による図１に示す燃料流監視システム用のデータ流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳しい説明は、例として本発明の実施形態を説明するものであり、限定として説明するものではない。本発明は、構成部品流れ解析、ならびに産業、市販および住宅用途でのモデル化に対する一般的用途を有すると考慮されている。
【００１１】
本明細書で使用されるものとして、単数で列挙され、「ａ」または「ａｎ」という語に先行される要素またはステップは、複数の要素またはステップの除外が明確に指定されない場合、複数の要素またはステップを除外するものではないと理解すべきである。加えて、本発明の「１つの実施形態」への参照は、指定された特徴をまた組み込む追加の実施形態の存在を除外するものではないと解釈されるように意図するものである。
【００１２】
本発明の実施形態は、燃料システム構成部品の物理的特性を定義し、状態に基づく監視、故障を遅らせるシステムおよび／または構成部品の分離のために燃料システム全体に適用される柔軟性を有し、一方では現在の方法に共通する「誤」警報を減少させるアルゴリズムを含む。
【００１３】
一実施形態では、アルゴリズムは、修正された差圧（ｄＰ）関数または燃料フィルタ抵抗値によって燃料フィルタｄＰを評価する。燃料フィルタ抵抗の大きな変化は、経時的燃料フィルタ汚染、劣化したフィルタ状態、異常に高い燃料密度または目詰まりによるものである。
【００１４】
アルゴリズムは、２つの主要なサブシステム、すなわち入力論理（入力パラメータ検証）および抵抗関数に分解される。入力には、燃料フィルタｄＰ、ＡＢ燃料流、主燃料流、燃料温度、コア速度、各入力パラメータ用システム故障（ｓｙｓｆａｉｌ）および各入力パラメータ用信頼水準が含まれる。
【００１５】
出力には、燃料フィルタ流れ抵抗が含まれる。アルゴリズムに対する調節には、基準日温度（ＳＴＤ  ｄａｙ  ｔｅｍｐ）での燃料密度（６．７３ｌｂｆ／ｇａｌ「重量ポンド／ガロン」）、基準に合った制御（ＡＳ１）信頼しきい値（０．２＜ｃｏｎｆｘ＝＜２）、アルゴリズムを実行するための最小コア速度要件（６０％）での最小燃料流、およびモジュール有効／無効が含まれる。
【００１６】
図１は、本発明の例示的実施形態によるガスタービンエンジン燃料システム５０の概略的図表である。例示的実施形態では、燃料システム５０は主燃料システム５２およびオーグメンタ燃料システム５４を含む。燃料供給５６は、航空機によって運搬される燃料タンク（図示せず）の中に設けられ、ブーストポンプ５８は、燃料がエンジンの複数の高圧燃料ポンプのいずれかに供給される前に、燃料供給５６から引き出される燃料の圧力を増加させるように設けられる。燃料は、ブーストポンプ５８から主燃料システム５２まで流れ、主燃料オイル冷却器７０の入口まで延在する燃料導管６０を通り、次いで導管６１を通って主燃料ポンプ６２まで流れる。
【００１７】
ポンプ６２は、適切な変速機を通って主エンジン駆動シャフトからの動力取出装置（図示せず）によって駆動されて、主燃料ポンプ６２に所望のトルク水準およびシャフト速度で回転力を提供する。主燃料ポンプ６２の作動は電子エンジン制御６４によって監視され、制御されるが、電子エンジン制御６４は、様々なエンジン作動パラメータを示す、エンジンからの入力信号およびエンジン電力要求など、機体からの入力信号をも受け取る全自動デジタル電子制御（ＦＡＤＥＣ）などである。エンジン制御６４は、二重の出力を可能にする二重の感知されたパラメータ入力を受け取る冗長なエンジン制御ループを提供する二重の回線を含む。メモリ６７に通信可能に接続されたプロセッサ６５は、本明細書に説明された機能を達成するようにプログラムされている。プロセッサ６５は、ＦＡＤＥＣ６４の一部として説明されているが、別のシステムまたは独立型システムの一部であってもよい。
【００１８】
主燃料ポンプ６２の出口からの燃料は、導管６６を通って、エネルギー迂回システムを有する主燃料フィルタ６８に進み、次いで逆止弁７２を通って、導管７４を介して主エンジン燃料制御弁７８まで進む。主エンジン燃料制御弁７８は、燃焼室３０の燃料ノズル３２に対する燃料流の比率を調節する。
【００１９】
推力オーグメンタ燃料システム５４は、主エンジン燃料システム５２に関連付けられるものとは異なる燃料流ループである。オーグメンタ燃料システム５４は、ブーストポンプ５８から導管９２を通る燃料を受け取り、燃料オイル冷却器１００の入口まで燃料を運搬し、次いで導管９３を通ってオーグメンタ燃料ポンプ９４の入口まで燃料を運搬する。オーグメンタ燃料ポンプ９４もまた、適切な駆動システムによってエンジン駆動シャフトに作動可能に結合されている動力取出装置によって駆動され、オーグメンタ燃料ポンプ９４は圧力調節された燃料を、導管９５を通って燃料フィルタ９６まで供給し、次いで導管９７を通ってサーボ作動される加圧式弁１０６まで供給する。
【００２０】
導管１１１は、主燃料システム５２の中の導管７４からオーグメンタ燃料制御弁１０４まで延在して、オーグメンタ燃料ポンプ９４からの出力が不十分である場合、主燃料ポンプ６２からの圧力調節された燃料を利用することにより、オーグメンタの制限された作動を可能にする。
【００２１】
燃料は、加圧式弁１０６から導管１３０を通って、推力オーグメンタシステム内に典型的に設けられるいくつかの燃料導入領域１０８に燃料を分配するオーグメンタ燃料制御弁１０４まで流れる。
【００２２】
オーグメンタ燃料ポンプ９４およびオーグメンタ加圧式弁１０６は、電子エンジン制御６４によってそれぞれ制御される。それらの制御機能のための電子エンジン制御に対する入力パラメータには、ＲＰＭ、燃料圧力、ポンプ往復運動およびエンジン出力要求が含まれる。オーグメンタ燃料制御弁１０４はまた、電子エンジン制御６４によって制御され、それらの機能のための入力パラメータには、従来、出力レバー角度、オーグメンタ燃料流要求、主燃焼室圧力、エンジン入口温度、排出ノズルスロート領域、排出ノズル出口領域、排出ノズルスロート圧力および周囲の圧力が含まれる。
【００２３】
燃料システム５０はまた、主燃料ポンプ６２が故障した場合、オーグメンタ燃料ポンプ９４から主燃料システム５２まで予備燃料流を供給するための用意を含む。枝分かれ導管１１０は圧力調整された燃料をオーグメンタ燃料ポンプ９４から主燃料制御弁７８まで運搬する。したがって、主燃料ポンプ６２が故障した場合、制御された増強（ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）状態下ではあるが、燃料流をオーグメンタ燃料ポンプ９４から主燃料制御弁７８まで迂回させることによって、エンジンは作動し続けることができる。
【００２４】
燃料システム５０は、エンジンおよび他の燃料システム構成部品の作動を促進する機器も含む。燃料システム５０は、主燃料フィルタ６８の入口側にある圧力センサ１４０、主燃料フィルタ６８の出口側にある圧力センサ１４２、および主燃料フィルタ６８の温度センサ１４４を含む燃料流監視システム１３８を有する。燃料流監視システム１３８は、オーグメンタ燃料フィルタ９６の入口側にある圧力センサ１４６、オーグメンタ燃料フィルタ９６の出口側にある圧力センサ１４８、およびオーグメンタ燃料フィルタ９６の温度センサ１５０を有する。
【００２５】
図２は、本発明の例示的実施形態による燃料流監視システム１３８（図１に示す）用の流れ図である。例示的実施形態では、論理ブロック２００は燃料システム５０内のセンサから、スケーリング調整など、生の入力信号に対する調整を決定する調整モジュール２０２を含む。システム故障モジュール２０４は、センサからの入力が有効であること、例えば、故障の範囲内ではないことを保証する。信頼インデックスモジュール２０６は、入力の信頼レベルが既定のしきい値を超えていることを確認する。コア速度要件は、コア速度２０８が既定のしきい値、例えば、定格速度の６０％などを超えていることを確認する。等価流れ抵抗値用正常の出力は、正値である。入力パラメータが論理ブロック２００のテスト標準２１０に合致しない場合、ａ−１は、等価流れ抵抗値を信頼できないものにする故障を示す出力２１２である。
【００２６】
等価流れ抵抗のアルゴリズム２１４には、主燃料流２１６の測定、アフターバーナ流２１８、各燃料フィルタ２２０の差圧、燃料温度２２２、調整２２４が含まれ、調整２２４は、基準日温度（ＳＴＤ  ｄａｙ  ｔｅｍｐ）での燃料密度、基準に合った制御（ＡＳ１）信頼しきい値（０．２＜ｃｏｎｆｘ＝＜２）、アルゴリズムを実行するための最小コア速度要件（６０％）での最小燃料流、およびモジュール有効／無効などであるが、それらに限定されるわけではない。出力が生成され、操作者に表示され、または追加の処理に伝送される。
【００２７】
アルゴリズム２１４は、燃料システム構成部品用、例えば、例示的実施形態では、燃料フィルタ用流れ抵抗内の変化を評価する。フィルタ抵抗は、全任務時間の増加につれて、燃料のガロン当たりの残屑質量の関数として増加する。任務の間中、フィルタ抵抗は、燃料流または差圧（ｄＰ）に関わらず比較的一定であるように見えるであろう。抵抗の突然の増加は目詰まり、燃料密度（温度に依存）の増加を示すことがあり、一方突然の減少が、劣化したフィルタを示すことがある。有効な出力は正値である。無効入力パラメータまたはコアエンジン速度（Ｎ２）＜６０％である場合には、出力は「加重品質指数」−１になるであろう。アルゴリズム伝達関数は、差圧および流体流計測ならびに構成部品レベルでの燃料温度に依拠する。伝達関数は、一対の圧力測定値の２地点間の「等価流れ抵抗」を探し出す。燃料流に対するポンド／平方インチ差圧力の比率に、次元解析および転送単位に要求される適用可能な共通単位換算定数を掛けることにより、局所的燃料温度の関数としての燃料密度と組み合わされて、直接的な流れ抵抗の測定が可能になる。
【００２８】
このアルゴリズムは、２つの圧力が測定され、流れが既知である燃料システムの任意の場所に適用できるという点で技術的に有利な点を有する。このアルゴリズムは、直流（ＤＣ）回路特性方程式に燃料システムを実行することにより目詰まりを分離させる。分離の各位置に対して、その位置での抵抗が計測される。各分離地点が直流回路中で可変抵抗器として作動し、流れが目詰まりによって制限されると、抵抗が増加し、監視されることになる。漏れまたは劣化によるフィルタの損失の場合は、抵抗は下がり、上流または下流状態に関係なくその地点の状態を分離させる。
【００２９】
構成部品の抵抗は、何らかの物理的変化が構成部品に起こらない場合、流れ示度および圧力示度に関係なく一定のままであろう。同時に、構成部品全体の圧力示度は、構成部品を通る流れによって変化し、流れ示度および圧力示度の両方の値を生成し、正常なシステムの達成目標を変更させるであろう。例えば、アフターバーナ（ＡＢ）作動中に、実際はシステムが正常に作動している場合、燃料流が非常に増加し、正常に事故だと信号で知らせるであろう差圧を引き起こす。
【００３０】
例示的実施形態で使用され得る方程式では、ＲFは流れ抵抗を示す
【００３１】
【数１】
2012155707.tif 000003
であり、この方程式では、
【００３２】
【数２】
2012155707.tif 000004
は構成部品全体に亘る差圧を示し、
【００３３】
【数３】
2012155707.tif 000005
は１ｂｍ／ｉｎ3（ローカル変数）での燃料密度を示し、
【００３４】
【数４】
2012155707.tif 000006
はｉｎ3／ｓ燃料流換算（ローカル変数）に対する総（主、再燃焼（ＡＢ）、バイパス、漏出量）ｐｐｈを示し、
【００３５】
【数５】
2012155707.tif 000007
は（ローカル変数およびグローバル変数ＩＳＭＴｂｓｐＳＥＬ）摂氏℃での燃料温度を示し、
【００３６】
【数６】
2012155707.tif 000008
は温度変化（ローカル変数）による体積修正、
【００３７】
【数７】
2012155707.tif 000009
１５℃での燃料密度（ＪＰ−８＝６．６９ｐｐｇ）（ローカル変数）、
【００３８】
【数８】
2012155707.tif 000010
（ローカル変数）、
【００３９】
【数９】
2012155707.tif 000011
（ローカル変数）、
【００４０】
【数１０】
2012155707.tif 000012
（ローカル変数）、および
【００４１】
【数１１】
2012155707.tif 000013
（ローカル変数）である。
【００４２】
プロセッサという用語は、本明細書では、中央演算処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路および本明細書に記載された機能を実行することができる他の任意の回路またはプロセッサを指す。
【００４３】
本明細書では、「ソフトウェア」および「ファームウェア」という用語は、交換可能であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリおよび不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含む、プロセッサ６５によって実行するためのメモリに保存された任意のコンピュータプログラムを含む。上記のメモリの型は例示に過ぎず、したがって、コンピュータプログラムの記憶用に使用可能な型のメモリについて制限するものではない。
【００４４】
上述の明細書に基づいて理解されるように、上記に記載の開示の実施形態は、コンピュータプログラミングあるいはコンピュータソフトウェア、ファームウェア、ハードウェアまたは任意のその組合せ、もしくはそのサブセットを含む工学技術を使用して実行され得るが、技術的効果は燃料システム構成部品について流れ抵抗の変化を評価するためである。もたらされた任意のそのようなプログラムは、コンピュータ可読のコード手段を有し、１つまたは複数のコンピュータ可読メディア内で具体化され、提供されることが可能であり、それにより、考察された開示の実施形態によって、コンピュータプログラム製品、すなわち製造物品を作製する。コンピュータ可読メディアは、例えば、固定（ハード）ディスク装置、ディスケット、光ディスク、磁気テープ、半導体、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）などのメモリ、および／またはインターネット、他の通信網もしくはリンクなどの任意の送信／受信メディアであってよいが、それらに限定されるわけではない。コンピュータコードを含む物品製造は、１つのメディアから直接コードを実行することにより、１つのメディアから他のメディアにコードをコピーすることにより、またはコードをネットワーク全体に送信することにより、作製および／または使用されることが可能である。
【００４５】
燃料システム構成部品について流れ抵抗の変化を評価する方法およびシステムの上記の実施形態は、正常に作動する構成部品に対して誤警報を減少させるための費用効果が高く、信頼性のある手段を提供する。より具体的には、本明細書で説明された方法およびシステムは、増加した燃料流による高い差圧（ｄＰ）から目詰まりしたフィルタに起因する高いフィルタ差圧（ｄＰ）を識別することを促進する。その結果、本明細書で説明された方法およびシステムは、費用効果が高く、信頼性のある方法で、ガスタービンエンジンの作動を促進する。
【００４６】
本書は、最良の形態を含めて本発明を開示するために、また、任意の装置またはシステムを作製し、使用すること、および任意の組み込まれた方法を実行することを含めて、任意の当業者が本発明を実施することができるように、例を使用している。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い付く他の例を含むことができる。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言とは異ならない構造的要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の文言とわずかに異なるだけの等価の構造的要素を含む場合、本発明の特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４７】
３０  燃焼室
３２  燃料ノズル
５０  燃料システム
５２  主燃料システム
５４  オーグメンタ燃料システム
５６  燃料供給
５８  ブーストポンプ
６０  燃料導管
６１  導管
６２  ポンプ
６４  電子エンジン制御
６５  プロセッサ
６６  導管
６７  メモリ
６８  主燃料フィルタ
７０  燃料オイル冷却器
７２  逆止弁
７４  導管
７８  エンジン燃料制御弁
９２  導管
９３  導管
９４  オーグメンタ燃料ポンプ
９５  導管
９６  オーグメンタ燃料フィルタ
９７  導管
１００  燃料オイル冷却器
１０４  オーグメンタ燃料制御弁
１０６  加圧式弁
１０８  燃料導入領域
１１０  枝分かれ導管
１１１  導管
１３０  導管
１３８  燃料流監視システム
１４０  圧力センサ
１４２  圧力センサ
１４４  温度センサ
１４６  圧力センサ
１４８  圧力センサ
１５０  温度センサ
２００  論理回路
２０２  調節モジュール
２０４  システム故障モジュール
２０６  信頼インデックスモジュール
２０８  コア速度
２１０  テスト
２１２  出力−１
２１４  アルゴリズム
２１６  主燃料流
２１８  アフターバーナ流
２２０  燃料フィルタ
２２２  燃料温度
２２４  調節
【図１】
2012155707.tif 000014
【図２】
2012155707.tif 000015
【外国語明細書】
2012155707000001.pdf