(57)【要約】【課題】ガスタービンを作動させるシステム及び方法を提供すること。【解決手段】ガスタービンを通じて供給される冷却媒体の冷却流パラメータを決定する方法が開示される。本方法は、全体的に、ガスタービンの燃焼ゾーン内の位置における燃焼生成物パラメータの第１の値に関連する信号を受け取るステップと、燃焼ゾーンの下流側の位置にて燃焼生成物パラメータの第２の値に関連する信号を受け取るステップと、燃焼生成物パラメータの第１及び第２の値を比較するステップと、第１及び第２の値の比較に基づいて冷却媒体の冷却流パラメータを決定するステップと、を含むことができる。【選択図】      図１
2013142389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンを通って供給される冷却媒体の冷却流パラメータを決定する方法であって、
ガスタービンの燃焼ゾーン内の位置における燃焼生成物パラメータの第１の値に関連する信号を受け取るステップと、
燃焼ゾーンの下流側の位置にて燃焼生成物パラメータの第２の値に関連する信号を受け取るステップと、
燃焼生成物パラメータの第１及び第２の値を比較するステップと、
第１及び第２の値の比較に基づいて冷却流パラメータを決定するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
燃焼生成物パラメータの第１及び第２の値を比較するステップが、燃焼生成物パラメータの第１及び第２の値の間の差分値を計算するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
燃焼生成物パラメータの第１及び第２の値の比較に基づいて、冷却流パラメータを修正するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
第１及び第２の値の比較に基づく冷却流パラメータを決定するステップが、ガスタービンのタービンセクションを通る冷却媒体の測定流量を決定するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
測定流量を設計ベースライン冷却媒体流量と比較して流量差分値を計算し、冷却流パラメータを調整するステップをさらに含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
燃焼生成物パラメータが、酸素濃度、二酸化炭素濃度、窒素濃度、又は水濃度の少なくとも１つを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
冷却流パラメータが、流量、温度、又は水含有量のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
ガスタービンの燃焼ゾーン内の位置にて燃焼生成物パラメータの第１の値に関連する信号を受け取るステップが、燃焼ゾーンにて又は燃焼ゾーンに隣接したガスタービン内に装着された第１のセンサから信号を受け取るステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
ガスタービンの燃焼ゾーン内の位置にて燃焼生成物パラメータの第１の値に関連する信号を受け取るステップが、ガスタービンの燃焼ゾーン内に装着された複数のセンサから複数の信号を受け取るステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
複数の信号から第１の値の平均を生成するステップをさらに含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
燃焼ゾーンの下流側の位置にて燃焼生成物パラメータの第２の値に関連する信号を受け取るステップが、ガスタービンのタービン内又はタービンの下流側の位置にて装着された第２のセンサから信号を受け取るステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
燃焼ゾーンの下流側の位置にて燃焼生成物パラメータの第２の値に関連する信号を受け取るステップが、ガスタービンのタービン内又はタービンの下流側の位置にて装着された複数のセンサから複数の信号を受け取るステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
複数の信号からの第２の値の平均を生成するステップをさらに含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
ガスタービンを通って供給される冷却媒体の冷却流パラメータを決定するシステムであて、
ガスタービンの燃焼ゾーンに又は該燃焼ゾーンに隣接して配置され、ガスタービンの燃焼生成物パラメータの第１の値を検出するよう構成された第１のセンサと、
燃焼ゾーンの下流側に配置され、燃焼生成物パラメータの第２の値を検出するよう構成された第２のセンサと、
第１及び第２のセンサに通信可能に結合されたコントローラと
を備え、コントローラが、燃焼生成物パラメータの第１及び第２の値を比較して、第１及び第２の値の比較に基づいてガスタービンを通って供給される冷却媒体の冷却流パラメータを決定するよう構成されている、システム。
【請求項１５】
第１及び第２のセンサが、酸素センサ、二酸化炭素センサ、一酸化炭素センサ、窒素センサ、又は水センサの少なくとも１つを含む、請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
燃焼ゾーンに隣接して又はその内部に複数の第１のセンサをさらに備える、請求項１４記載のシステム。
【請求項１７】
燃焼ゾーンから下流側に複数の第２のセンサをさらに備える、請求項１４記載のシステム。
【請求項１８】
冷却流パラメータが、ガスタービンの高温ガス経路内への冷却媒体の流量を含む、請求項１４記載のシステム。
【請求項１９】
コントローラは、燃焼生成物パラメータの第１及び第２の値間の差分値を計算し、該差分値に基づいて冷却流パラメータの１以上を決定するよう構成されている、請求項１４記載のシステム。
【請求項２０】
コントローラがさらに、差分値に基づいてガスタービンのタービンを通る冷却媒体の流量を操作するための出力信号を生成するよう構成されている、請求項１９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主題は、全体的にガスタービンに関し、より詳細には、ガスタービンを通じて供給される冷却媒体の冷却流パラメータを決定するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最新のガスタービンは一般に、長期間の間高温で作動される。このような高温は、ガスタービン内の個々の構成要素の寿命を大幅に短くする可能性があり、従って、予定又は予定外の高コストの運転停止を生じる場合がある。そのため、ガスタービン内、具体的にはガスタービンの高温ガス経路領域内の熱的及び機械的応力は、ガスタービン設計において重要な考慮事項である。
【０００３】
ガスタービンの作動中、圧縮機は、空気などの加圧作動流体の安定した供給源となり、ガスタービンの燃焼器に送ることができ、該加圧作動流体は、燃焼器内の種々の機械的構成要素を冷却するのに利用することができる。加えて、加圧作動流体は、燃料と混合され、該混合気が燃焼室において点火されて、その結果高温ガスを提供することができ、該高温ガスは、燃焼器を通って急速に膨張し、ガスタービンのタービンセクションに入る。高温ガスは、ロータシャフトに接続された一連の固定ベーン及び回転ブレードを越えて流れ、ここで運動エネルギーが高温ガスから回転ブレードの１以上の段に伝達され、その結果、ロータシャフトを転回させて仕事を産出する。結果として、タービンセクションは、過酷な作動温度に曝される。タービンセクション内の温度を低下させる既存の方法は、加圧作動流体の一部のような冷却媒体をタービンセクション全体にわたって位置する複数の冷却通路に流すことを含む。このようにして、冷却媒体は、一般に、混合気がタービンセクションからガスタービンの排気出口まで流れるときに高温ガスと混合する。
【０００４】
現行のガスタービン設計では、冷却媒体の流量は、一般に、設計計算及びガスタービンモデルに基づいた推定値である。設計妥当性確認試験の間、圧力及び温度などの種々のガスタービン作動パラメータが測定され、設計計算値及びモデルと比較される。測定値が特定の制限値の範囲内にある場合には、冷却媒体の推定流量が適正であると仮定される。しかしながら、多くのガスタービンの実際の冷却媒体の流量は仮定よりも遙かに大きく、従って、ガスタービン効率を低下させることが報告されている。
【０００５】
従って、ガスタービンのタービンセクションを通る冷却媒体の実際の流量のような冷却媒体のパラメータを決定する方法及びシステムが当該技術分野において望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７７４２９０４号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の態様及び利点は、その一部を以下の説明に記載しており、又はその説明から自明なものとすることができ、或いは本発明を実施することにより知ることができる。
【０００８】
１つの態様において、本発明の主題は、ガスタービンを通って供給される冷却媒体の冷却流パラメータを決定する方法を開示する。本方法は、全体的に、ガスタービンの燃焼ゾーン内の位置における燃焼生成物パラメータの第１の値に関連する信号を受け取るステップと、燃焼ゾーンの下流側の位置にて燃焼生成物パラメータの第２の値に関連する信号を受け取るステップと、燃焼生成物パラメータの第１及び第２の値を比較するステップと、第１及び第２の値の比較に基づいて冷却媒体の冷却流パラメータを決定するステップと、を含むことができる。
【０００９】
別の態様において、本発明の主題は、ガスタービンを通って供給される冷却媒体の冷却流パラメータを決定するシステムを開示する。本システムは、全体的に、ガスタービンの燃焼ゾーンに又は該燃焼ゾーンに隣接して配置された第１のセンサを含むことができ、該第１のセンサは、ガスタービンの燃焼生成物パラメータの第１の値を検出するよう構成することができる。本システムはさらに、燃焼ゾーンの下流側に配置された第２のセンサを含み、該第２のセンサは、燃焼生成物パラメータの第２の値を検出するよう構成することができる。本システムはまた、第１及び第２のセンサに通信可能に結合されたコントローラを含むことができ、該コントローラが、燃焼生成物パラメータの第１及び第２の値を比較して、第１及び第２の値の比較に基づいてガスタービンを通って供給される冷却媒体の冷却流パラメータを決定するよう構成することができる。
【００１０】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照するとより理解できるであろう。本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例証しており、本明細書と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。添付図を参照した本明細書において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態による、ガスタービンの概略図。
【図２】本発明の主題の１以上の実施形態による、ガスタービンの拡大断面図。
【図３】本発明の主題による方法のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、その１以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似した要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似した表示を使用している。本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。加えて、用語「上流側」及び「下流側」は、流体経路における構成要素の相対的位置を示している。例えば、流体が構成要素Ａから構成要素Ｂに流れる場合、構成要素Ａは、構成要素Ｂの上流側にある。逆に、構成要素Ｂが構成要素Ａから流体を受け取る場合、構成要素Ｂは構成要素Ａの下流側にある。
【００１３】
各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、種々の修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、一実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用してさらに別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。
【００１４】
本発明の種々の実施形態は、ガスタービンのタービンセクションを通って供給される冷却媒体の流量など、冷却媒体の１以上の冷却流パラメータを決定する方法を含む。一般に、燃料及び空気混合気は、ガスタービン燃焼器の燃焼ゾーンにおいて点火され、その結果、様々な濃度の酸素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、アルゴン、二酸化硫黄、及び／又は燃焼プロセスの他の生成物を含有する高温ガスを生成する。ガスタービンコントローラは、燃焼器の燃焼ゾーン内に配置されたセンサから燃焼生成物パラメータ（酸素の濃度などの）の第１の値に関連する第１の信号を受け取る。コントローラは、燃焼ゾーンから下流側に配置された第２のセンサからの燃焼生成物パラメータの第２の値に関連する第２の信号を受け取る。コントローラは、燃焼器生成物パラメータの第１及び第２の値を比較し、燃焼生成物パラメータの第１の値及び燃焼生成物パラメータの第２の値の変動に基づいて、冷却流量などの冷却媒体の冷却流パラメータを決定する。
【００１５】
本発明の例示的な実施形態は、全体的に例証の目的で産業用ガスタービンの関連で説明しているが、本発明の実施形態は、特に請求項に記載のない限り産業用ガスタービンに限定されず、あらゆるガスタービンに適用できることは、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態による、ガスタービン１０の概略図であり、図２は、ガスタービン１０の拡大断面図である。図１に示すように、ガスタービン１０は、圧縮機１２、該圧縮機１２と流体連通した燃焼器１４、燃焼器１４及び／又は圧縮機１２の下流側で流体連通したタービンセクション１６、タービンシャフト１８、及びコントローラ２０を含むことができる。タービンセクションは一般に、排気ダクト２２にて終端する。加えて、ガスタービンは、タービンセクション１６及び／又は圧縮機１２に結合された１以上の発電機２４を含むことができる。単一の燃焼器１４が図示されているが、ガスタービン１０は、タービンセクション１６と流体連通した複数の燃焼器１４を含むことができる。例えば、ガスタービンは、再熱ガスタービンにおいて分かるように、タービンセクションに沿って位置付けられた１以上の燃焼器１４を含むことができる。図２に示すように、各燃焼器１４は、端部カバー３０と、燃焼器ケーシング３２と、端部カバー３０から下流側に延在する１以上の燃料ノズル３４と、を含むことができる。燃焼ライナ３６は、端部カバー３０から下流側に延在することができ、燃焼ライナ３６から下流側に延在するほぼ環状のトランジションピースに接続することができる。燃焼ライナ３６は、１以上の燃料ノズル３４を全体的に囲むことができる。トランジションピース３８は、タービンセクション１６の上流側端部にほぼ隣接して終端する下流側端部４０を含む。燃焼ライナ３６及びトランジションピース３８は、一般に、高温ガスが燃焼器１４からタービンセクション１６に流れる流路５０を提供する。
【００１７】
燃焼ライナ３６及びトランジションピース３８内に配置された燃焼ゾーン６０は、一般に、１以上の燃料ノズル３４の下流側の位置から延在して流路５０を通り、タービンセクション１６の上流側端部にて終端することができる。タービンセクション１６は、一般に、固定ベーン６２と回転ブレード６４の交互する段を含み、これらはタービンシャフト１８とほぼ同心で、固定ベーン６２の第１の段から始まる。交互する固定ベーン段の各固定ベーン６２は、固定ベーン６２の上流側点にほぼ配置された前縁６６を含むことができる。回転ブレード６４は、１以上のディスク６８に結合することができ、ディスク６８は、図１に示すタービンシャフト１８に結合することができる。タービンセクション１６は、圧縮機とタービンの間の流体連通を可能にする複数の通路を含み、タービンセクション１６に冷却流体を提供することができる。図２に示すように、詳細な実施形態では、タービンセクション１６の上流側端部は、固定ベーン６２の第１の段の１以上の固定ベーン６２の前縁６６から下流側の点として定義することができる。代替の実施形態では、タービンセクション１６の上流側端部は、トランジションピース３８の下流側端部から下流側の点として定義することができる。
【００１８】
コントローラ２０は、一般に、ガスタービン１０を本明細書で記載されるように制御及び／又は作動させることを可能にする、当該技術分野で公知のあらゆるタービン制御システムとすることができる。例えば、コントローラ２０は、Ｒｏｗｅｎ，  Ｗ．  Ｉ．，  ■ＳＰＥＥＤＴＲＯＮＩＣ  Ｍａｒｋ  Ｖ  Ｇａｓ  ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  
Ｓｙｓｔｅｍ■，  ＧＥ−３６５８Ｄ，  ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  ｂｙ  ＧＥ  Ｉｎｄｕｓ
ｔｒｉａｌ  ＆  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｏｆ  Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ，  Ｎ．Ｙに記載されるような、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＳＰＥＥＤＴＲＯＮＩＣ  Ｇａｓ  ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍを含むことができる。一般に、コントローラ２０は、センサ入力及び人間のオペレータからの指示を用いてガスタービン１０の作動を制御するため、コントローラのメモリ内に記憶されたコンピュータ可読命令などのプログラムを実行するプロセッサを有するあらゆるコンピュータシステムを備えることができる。コントローラ２０によって生成されるコマンドは、ガスタービンに結合されてガスタービン１０を通る流体流れを調節するよう構成されたアクチュエータ及び／又は他の機械又は電気機械装置を操作し、ガスタービン１０の運転可能限界に適合しながら性能目標を満たすようにすることができる。作動時には、空気のような作動流体は、圧縮機１２を通って流れ、燃焼器１４に加圧作動流体を提供する。以下において「１次流れ」と呼ばれる加圧作動流体の最大の部分は、燃焼器１４に配向されて、燃焼ライナ３６及びトランジションピース３８などの種々の構成要素を冷却し、また、燃料と混合されて可燃混合気を生成する。以下において「２次流れ」と呼ばれる加圧作動流体の残りの部分は、ガスタービン１０の種々のセクションに送ることができる。例えば、２次流れは、補助プロセスをサポートするためにガスタービン１０から抽出され、及び／又は冷却流を提供するためにタービンに送ることができる。可燃混合気は、燃焼ゾーン６０内で点火され、これにより急激に膨張する高温ガスが生成される。高温ガスは一般に、限定ではないが、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、水、及び／又はアルゴンを含む、種々の濃度の燃焼生成物を含む。高温ガスは、流路５０に沿って燃焼ゾーン６０を通って流れ、トランジションピース３８の下流側端部４０にて燃焼器から流出し、高温ガス経路７０内に流れる。冷却用にタービンに送られる２次流れの一部は、複数の通路を通って高温ガス経路７０に流入して、タービンセクション１６を通って流れる高温ガスと混合し、タービンセクション１６から下流側に配置された排気ダクト２４を通ってタービンセクション１６から流出することができる。高温ガスが高温ガス経路７０を通って流れると、高温ガスからの運動エネルギーが回転ブレード６４に与えられ、その結果、タービンシャフト１８が回転し、機械的仕事を産出する。産出された機械的仕事は、図１に示すように、圧縮機１２、又は電気を生成する１以上の発電機２４のような他の外部負荷を駆動することができる。
【００１９】
図２に示すような１以上の実施形態では、ガスタービン１０は、ガスタービン１０を通って供給される冷却媒体の冷却流パラメータを決定するシステム８０を含むことができる。本明細書で使用される用語「パラメータ」は、温度、圧力、流体流量、ガス濃度、及び／又は水含有量など、ガスタービン１０の作動状態を定義するのに用いることができる要素を意味する点は理解されたい。詳細には、冷却流パラメータは、限定ではないが、２次及び／又は冷却流量、ガス濃度、温度、圧力、水含有量、及び／又は冷却流の他の何れかの流体パラメータを含むことができる。一部のパラメータは、センサを用いて測定でき、すなわち、直接的に認識することができる。他のパラメータは、設計計算及び／又はガスタービン１０のモデルを用いて推定することができる。測定及び／又は推定パラメータは、一般に、所与のガスタービン１０の作動状態を表すのに用いることができる。
【００２０】
図２に示すように、システム８０は、一般に、コントローラ２０に通信可能に結合され且つガスタービン１０の燃焼生成物パラメータを測定するよう構成された、少なくとも第１のセンサ８２及び第２のセンサ８４を含むことができる。各センサは、検知した燃焼生成物パラメータに関連する信号をカップリングによりコントローラに伝送するよう構成することができる。本明細書で使用される用語「燃焼生成物パラメータ」とは、燃焼プロセスの結果として、ガスタービン１０の燃焼器１４、燃焼ゾーン６０、高温ガス経路７０、及び／又は排気ダクト２２内に存在する成分及び／又は化合物の１以上を指す。例えば、特定の実施形態では、「燃焼生成物パラメータ」は、酸素、二酸化炭素、アルゴン、一酸化炭素、窒素、水、及び／又は同様のものの濃度に相当することができる。従って、第１及び第２のセンサ８２、８４はそれぞれ、限定ではないが、酸素センサ、二酸化炭素センサ、一酸化炭素センサ、窒素センサ、アルゴンセンサ、又は水センサの少なくとも１つを含むことができる。
【００２１】
種々の実施形態では、第１のセンサ８２は、燃焼ゾーン６０において又はこれに隣接して配置され、燃焼生成物パラメータの第１の値を検出するよう構成することができる。上記で開示されたように、燃焼ゾーンは、一般に、１以上の燃料ノズルの下流側の位置から延在して流路５０を通り、タービンセクション１６の上流側端部にて終端することができる。代替の実施形態では、燃焼ゾーンは、固定ベーン６２の第１の段の固定ベーン６２の前縁６６に延在することができる。詳細な実施形態では、第１のセンサ８２は、燃焼ライナ３６内の１以上の燃料ノズル３４から下流側の位置にて、トランジションピース３８内、トランジションピース３８の下流側端部４０にて、及び／又は第１の固定ベーン段の固定ベーンの１以上のうちの前縁６６に沿って配置することができる。別の実施形態では、第１のセンサ８２は、燃焼ライナ３６及び／又はトランジションピース３８ｋらほぼ半径方向内向きに燃焼ゾーン６０内に延在することができる。特定の実施形態では、システム８０はさらに、上述のように燃焼ゾーン全体にわたって種々の位置に配置される複数の第１のセンサ８２を含むことができる。
【００２２】
第２のセンサ８４は、燃焼ゾーン６０のほぼ下流側に配置され、第１のセンサ８２によって提供される燃焼生成物パラメータの第２の値を検出するよう構成することができる。特定の実施形態では、第２のセンサ８４は、排出ダクト２２内で、回転ブレード６４の最終段に隣接し、固定ベーン６２の１以上の表面に隣接し、固定ベーン６２の１以上に隣接し、及び／又はタービンセクション１６の高温ガス経路７４内の任意の点にて配置することができる。代替の実施形態では、本システムはさらに、上述の位置の１以上にて燃焼ゾーン６０の下流側に配置された複数の第２のセンサ８４を含むことができる。例えば、複数の第２のセンサの少なくとも１つは、各固定ベーン６２段及び／又は排気ダクト２２内にて各回転ブレード段６４に隣接して配置することができる。
【００２３】
コントローラ２０は、第１及び第２のセンサ８２、８４それぞれにより提供される燃焼生成物パラメータの第１及び第２の値を比較し、ガスタービン１０を通って供給される冷却媒体の１以上の冷却流パラメータを決定するよう構成することができる。特定の実施形態では、冷却媒体の１以上のパラメータは、タービンセクション１６を通る冷却媒体の流量を含むことができる。特定の実施形態では、コントローラ２０は、第１及び第２の燃焼生成物パラメータ値の間の異なる値を計算することによって、冷却媒体の冷却流パラメータのうちの１以上を決定するよう構成することができる。加えて、又は代替として、コントローラは、ガスタービン１０を通る冷却媒体の流量など、冷却媒体の冷却流パラメータを制御するための出力信号を生成するよう構成することができる。
【００２４】
図１及び２に関して図示し説明した種々の実施形態はまた、図３に示すように、ガスタービン１０を通って供給される冷却媒体の冷却流パラメータを決定する方法１００を提供する。図３に示すように、本方法１００は、一般に、燃焼ゾーン内の位置にて燃焼生成物パラメータのうちの１以上のパラメータの第１の値に関連する信号を受け取るステップ（１０２）と、燃焼ゾーンから下流側の位置からの燃焼生成物パラメータのうちの１以上のパラメータの第２の値に関連する信号を受け取るステップ（１０４）と、燃焼生成物パラメータの第１及び第２の値を比較するステップ（１０６）と、第１及び第２の値の比較に基づいて冷却媒体の冷却流パラメータを決定するステップ（１０８）と、を含むことができる。従って、開示の方法は、冷却媒体の種々の冷却流パラメータ（冷却媒体の流量など）を推定ではなく測定することができて、設計過程の妥当性確認とガスタービン効率の改善を図ることができる。
【００２５】
図３に示すように、ステップ１０２において、燃焼ゾーン６０内の位置にて燃焼生成物パラメータのうちの１以上のパラメータの第１の値に関連する信号を受け取る。例えば、上記で開示したように、第１のセンサ８２の１以上は、燃焼ゾーン６０内に配置され、酸素濃度などの燃焼生成物パラメータの第１の値を検出するよう構成することができる。次いで、第１のセンサは、後続の処理及び／又は分析のために検知した第１の値をコントローラに通信することができる。特定の実施形態では、本方法はさらに、燃焼ゾーン６０内に配置された複数の第１のセンサ８２から燃焼生成物パラメータの第１の値に関連する複数の信号を受け取ることを含むことができる。複数の信号は、コントローラ２０によって受け取られ、コントローラ２０は、平均化した第１の値を生成し、第１の値のメジアン／平均を計算し、及び／又は第１の値を生成するための複数の信号に基づいて何れかの統計的又は解析的分析を提供することができる。特定の実施形態では、第１の値に関連する燃焼生成物パラメータは、酸素濃度、二酸化炭素濃度、窒素濃度、又は水濃度の少なくとも１つを含むことができる。
【００２６】
図３に示すように、ステップ１０４において、燃焼ゾーン６０から下流側の位置での１以上の燃焼生成物パラメータの第２の値に関連する信号を受け取る。例えば、上記で開示されたように、第２のセンサ８４の１以上は、排気ダクト２４内、回転ブレード６４の最終段に隣接して、固定ベーン６２の１以上の表面に、固定ベーン６２の１以上に隣接して、及び／又はタービンセクション１６の高温ガス経路７４内の任意の点にて配置することができる。第２のセンサ８４は、第１のセンサ８２によって検出された燃焼生成物パラメータの第２の値を検出するよう構成することができる。次いで、第２のセンサ８４は、後続の処理及び／又は分析のために検知した第２の値をコントローラ２０に通信することができる。特定の実施形態では、本方法はさらに、燃焼ゾーン６０から下流側に装着された複数の第２のセンサ８４から燃焼生成物パラメータの第２の値に関連する複数の信号を受け取ることを含むことができる。複数の信号は、コントローラ２０によって受け取られ、コントローラ２０は、平均化した第２の値を生成し、第２の値のメジアン／平均を計算し、及び／又は第２の値を生成するための複数の信号に基づいて何れかの統計的又は解析的分析を提供することができる。特定の実施形態では、第２の値に関連する燃焼生成物パラメータは、酸素濃度、二酸化炭素濃度、窒素濃度、又は水濃度の少なくとも１つを含むことができる。
【００２７】
図３に示すように、ステップ１０６において、燃焼生成物パラメータの第１及び第２の値の間の差分値を計算することにより、ステップ１０２及び１０４からの第１及び第２の燃焼生成物パラメータ値を比較することができる。このステップはまた、コントローラ２０が実施することができる。例えば、特定の実施形態では、コントローラ２０は、第１及び第２のセンサ８２、８４それぞれからの酸素濃度のような燃焼生成物パラメータの第１の値及び第２の値に関連する信号を受け取ることができる。次いで、コントローラ２０は、例えば、Ｘパーセント酸素濃度の第１の値とＸ＋１パーセント酸素濃度の第２の値とを加算するか、又はＸパーセント酸素濃度の第１の値をＸ＋１パーセント酸素濃度の第２の値から減算し、従って、タービンセクション１６を通過するときの高温ガスの酸素濃度の増加を反映することにより、差分値を計算することができる。次いで、コントローラ２０は、計算した差分値を、タービンセクション１６の高温ガスと混合する前の冷却媒体の測定、予測、又は既知の酸素濃度レベルと比較し、冷却媒体の測定流量のような冷却流パラメータの１以上を決定するようにすることができる。
【００２８】
本方法はさらに、燃焼生成物パラメータの第１及び第２の値の比較に基づいて冷却流パラメータを修正し及び／又は測定流量を設計ベースライン冷却媒体流量と比較し、流量パラメータ差分値を計算して、１以上のガスタービン作動パラメータを適宜調整することを含むことができる。例えば、コントローラ２０は、第１及び第２の値の比較、流量パラメータの差分値、及び／又は冷却流パラメータの結果として得られる値に基づいて出力信号を生成することができる。特定の実施形態では、コントローラ２０は、燃焼器１４、タービンセクション１６、及び／又は冷却流パラメータに影響を及ぼす可能性のあるガスタービンの何れかの部品と流体連通したアクチュエータ及び／又は流量調整器のような、１以上の流体流量制御装置に通信可能に結合することができる。このようにして、１以上の流体制御装置は、コントローラ２０からの出力信号を受け取り、これにより流体制御装置を起動及び／又は操作し冷却流パラメータを修正することができる。
【００２９】
本発明の技術的作用は、ガスタービンの性能及び／又は作動を改善することである。詳細には、測定した燃焼生成物パラメータの比較に基づいて流量のような冷却媒体のパラメータを決定することによって、ガスタービンの設計妥当性を検証することができ、ガスタービンの性能及び／又は作動を向上させることができる。例えば、冷却媒体流量が、設計推定値を超えるか、又は設計推定値未満である場合、ガスタービンは、冷却媒体流量を調節するよう操作し、すなわち、通常は過酷な熱応力に曝されるガスタービン内の種々の構成要素の過熱リスクを低減することができる。加えて、作動可能なガスタービンに対する冷却媒体流量の妥当性検証により、エンジニア及び／又は設計者が、ガスタービン内の熱応力に起因するハードウェア寿命に関する可能性のある問題について予測することを可能とすることができる。
【００３０】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、さらに、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ガスタービン
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  タービンセクション
１８  タービンシャフト
２０  コントローラ
２２  排気ダクト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
2013142389000001.pdf