(57)【要約】【課題】不活性ガスを用いた入口空気流測定のための方法及びシステムを提供すること。【解決手段】不活性ガスを用いた入口空気流測定のための方法及びシステムが本明細書で開示される。一実施形態では、ガスメーターは、空気流に注入されるガスの濃度を測定することができる。プロセッサは、ガス濃度の測定値を受け取り、該測定濃度に基づいて空気質量流量を計算することができる。【選択図】      図１
2013186123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流にガスを注入するステップと、
前記ガスを空気と混合するステップと、
空気と混合した前記ガスの濃度を測定するステップと、
前記ガスの測定濃度に基づいて空気質量流量を計算するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記空気流に注入されたガスの量を記録するステップと、
前記ガスの測定濃度及び前記注入されたガスの記録した量に基づいて前記空気質量流量を計算するステップと
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記注入されたガスが不活性ガスである、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記不活性ガスがネオンである、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記計算した空気質量流量に基づいてデバイスを自動的に制御するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
空気と混合された前記ガスの測定濃度に基づいて自動的に制御するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記ガスが、タービン入口のフィルタの前に注入される、請求項１記載の方法。
【請求項８】
空気と混合された前記ガスの濃度の測定が圧縮機内で行われる、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記ガスが、フィルタによって空気と混合される、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
ガスメーターと、
前記ガスメーターからガスの濃度の測定値を受け取り、該測定濃度に基づいて空気質量流量を計算するプロセッサと
を備えるシステム。
【請求項１１】
前記ガスが不活性ガスである、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記プロセッサが、前記計算した空気質量流量に基づいてデバイスを自動的に制御する、請求項１０記載のシステム。
【請求項１３】
前記プロセッサが、前記濃度測定に基づいてデバイスを自動的に制御する、請求項１０記載のシステム。
【請求項１４】
前記不活性ガスが、フィルタの前のタービン入口に注入される、請求項１１記載のシステム。
【請求項１５】
前記ガスメーターが、圧縮機内で不活性ガスの濃度を測定する、請求項１１記載のシステム。
【請求項１６】
前記ガスを空気と混合するフィルタをさらに備える、請求項１０記載のシステム。
【請求項１７】
前記プロセッサが、前記測定濃度と、前記ガスメーターから上流側で注入された前記ガスの記録量とに基づいて前記空気質量流量を計算する、請求項１０記載のシステム。
【請求項１８】
前記デバイスがガスタービンである、請求項１２記載のシステム。
【請求項１９】
前記デバイスが燃焼器である、請求項１２記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不活性ガスを用いた入口空気流測定のための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
較正ノズル、固定圧力タップ、音響／ドップラー機器、その他など、空気の速度又は空気質量流量を直接測定可能な様々な測定装置がある。これらの方法に関連する問題には、コスト及び適応性が挙げられる。例えば、較正ノズルは、圧縮機に流入する空気の流量を測定できるが、ガスタービン入口の上流側でかなりの圧力低下を加える可能性がある。
【０００３】
入口流れ測定値は、ガスタービンの入口ベルマウスにおいて静圧測定を用いて取得することができる。この方法は、全負荷にて適度に良好に機能し、ここで空気流量は、高度に且つ適切に安定しているが、空気流速度が低下すると、この手法の精度は悪化する。全負荷未満では、上述の空気給料測定技術は、不正確であることが分かっており、極めて変動しやすく、これにより他のサイクル測定を用いて空気流量が推測される。ガスタービン及び他の同様のシステムにおける燃空比の正確な把握は、現行の空気流測定技術では達成するのが困難である可能性があり、制御上の問題及び運転上の変動をもたらす恐れがある。運転上の変動は、サイクル加熱及び冷却変動につながり、ハードウェア寿命を短くし、出力を低下させる可能性がある。
【発明の概要】
【０００４】
不活性ガスを用いた入口空気流測定のための方法及びシステムが本明細書で開示される。一実施形態では、空気流にガスを注入するステップと、ガスを空気と混合するステップと、空気と混合したガスの濃度を測定するステップと、ガスの測定濃度に基づいて空気質量流量を計算するステップとを含む方法が提供される。
【０００５】
一実施形態では、本システムは、ガスメーターと、ガスメーターからガスの濃度の測定値を受け取り、該測定濃度に基づいて空気質量流量を計算するプロセッサとを含む。
【０００６】
この発明の概要は、発明を実施するための形態において以下でさらに説明される概念の中から選択された内容を簡単に紹介するために提供されている。この発明の概要は、請求項に記載された主題の主要な特徴又は基本的特徴を確認するためのものではなく、さらに、請求項に記載された主題の範囲を定める一助として使用されるものでもない。さらに、請求項に記載の主題は、本開示の何らかの部分に示される何らかの又は全ての欠点を解消する制限に限定されない。
【０００７】
添付図面と共に例証として与えられる以下の説明から、より詳細な理解が得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的なガスタービン入口流量測定システムの図。
【図２】不活性ガスを用いた空気流測定システムを実施する非限定的な例示の方法を示すフロー図。
【図３】本発明の態様を組み込むことができる汎用コンピュータシステムを表している例示的なブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、不活性ガスを用いた空気質量流量を実施することができる非現的な例示のシステムのグラフィック表現である。ガスタービン入口ハウジング１０５が存在し、ここで空気が流れる。不活性ガスコンテナ１１５、及び不活性ガスを入口ハウジング１０５に注入することができる注入ポイント１１０が存在する。注入ポイント１１０は可変とすることができる。フィルタ１２０は、注入ポイント１１０の下流側に配置される。１５０には、入口プレナムがあり、空気が圧縮機に移動するときに不活性ガスと空気が混合することができる。ガスメーター及びプローブ１２５を用いて、空気混合気に対する不活性ガスの組成を測定することができる。通信ライン１３０は、無線又は有線とすることができる。コントローラ１３５は、発電プラントにおける様々な装置を制御することができる。通信ライン１４０により、コントローラ１３５がガスタービン（ＧＴ）と通信することができる。通信ライン１４０は、無線又は有線とすることができる。
【００１０】
一実施形態では、不活性ガスは、フィルタ１２０の前の入口ハウジング１０５の前端部に注入ポイント１１０を有することができる。フィルタ１２０は、空気と不活性ガスの混合に役立つことができる。加えて、注入ポイント１１０及びガスメーター１２５をそれらの間の距離が最大になるように配置することで、測定までに不活性ガスと空気を十分に混合させる時間及びスペースが増えて空気と不活性ガスの混合に役立つ。
【００１１】
一実施形態では、既知の量の不活性ガスが、抽気加熱システムを介してガスタービンに流入する入口空気流ストリーム内に注入される。不活性ガスが空気と混合した後、ガスメーター１２５を用いて注入ポイント１１０の下流側でガス濃度を測定することができる。空気質量流量は、既知の量の注入ガスメーター及びガス濃度の測定値に基づいて計算することができる。
【００１２】
ガスメーター１２５は、空気又はガスの何らかの抽出の前にガス濃度レベルを測定するため、注入ポイント１１０から下流側に配置することができる。空気又はガスの何らかの抽出の前にガス濃度レベルを測定することで、不活性ガス濃度及び最終的には空気質量流量のより正確な測定値をもたらすことができる。一実施形態では、ガスタービンシステムに関連して、ガス濃度の測定は、圧縮機から抽出される何れかのタービン冷却空気のような何らかの空気がシステムから取り出される前の任意のポイントで実施することができる。ガスメーター１２５の位置は、図１に示すように圧縮機の前とすることができる。ガスメーター１２５はまた、圧縮機内部に位置付けることもできる。ガスメーター（又はガスメーターと通信可能に接続されたプローブ）を圧縮機自体の内部に位置付けることにより、圧縮機が不活性ガス及び空気を測定前に十分に混合するのに役立つことができるので、不活性ガス濃度及び最終的には空気質量流量のより正確な測定値を助けることができる。
【００１３】
注入されて最終的にはガスメーターによって測定されるガスは、複数の特性を有することができる。一実施形態では、注入ガスは、入口に入ることができず、空気中に既に存在していないガスとすることができる。空気中に既に存在しているガスを注入すると、空気流の不正確な測定を生じる可能性がある。加えて、注入ガスはまた、特定のプロセス（例えば、不活性ガス）と悪い相互作用を生じない組成のものとすることができる。ガスタービンシステムに関連する一実施形態では、注入ガスは、燃焼プロセスを妨げない組成を有する不活性ガス（例えば、ネオン）とすることができる。一実施形態では、不活性ガスは、既知の成分のガス混合気（例えば、多重ガス）とすることができる。
【００１４】
図２は、不活性ガスを用いた空気流測定システムを実施する非限定的な例示の方法を示す。方法２００は、モバイルデバイス（例えば、タブレットコンピュータ）、サーバ、又は計算機能を実行できる他の何れかのデバイスを含む、コンピュータ機器の助けにより実施することができる。
【００１５】
一実施形態では、ブロック２０５では、ガスタービン入口の空気流に不活性ガスを注入することができる。ブロック２１０において、不活性ガスが空気流と混合することができる。ブロック２１５において、ガスメーター１２５が、不活性ガス及び空気の混合気を探知し、不活性ガスの濃度レベルを取得することができる。ブロック２２０において、空気質量流量は、不活性ガスの初期注入量と、注入ポイントから下流側で測定した不活性ガスの濃度レベルとに基づいて計算することができる。ブロック２２５において、計算した空気質量流量に基づいて、燃焼器などの装置を制御することができる。
【００１６】
空気質量流量が計算されると、空気質量流量に基づいて装置を自動的に制御することができる。例えば、燃焼プロセスにおいて、燃料対空気の比を分析し、燃焼器が失火しないようにすることができる。空気流の測定に不活性ガスを使用することで、燃焼器を失火限度近くで制御することが可能となり、例えば、圧縮機を失速限度に近づけることができる。
【００１７】
一実施形態では、注入した不活性ガスの様々なレベルに基づいて空気流量を計算する追加の処理ステップに進むのではなく、不活性ガス濃度測定値を用いて機器を直接制御することによって、処理時間を短縮することができる。例えば、不活性ガスがある時間フレームにわたって一定レベルで注入される場合、（空気質量流量を測定する後続のステップなしで）不活性ガス濃度測定の使用は、燃焼器又は圧縮機などの装置を安全且つ効率的に制御するには十分とすることができる。
【００１８】
本明細書で明らかにされる請求項の範囲、解釈、又は適用をどのようにも限定することなく、本明細書で開示される例示的な実施形態の１以上の技術的効果は、コントローラがシステム劣化を考慮しながら圧縮機及び燃焼器限度をより緊密に保持するのを可能にすることができる流量測定を提供することである。
【００１９】
図３及び以下の考察は、本明細書で記載される本発明の方法及びシステム及び／又はその一部を実施可能な好適なコンピュータ環境の概要を提供することを意図するものである。ガス濃度及びその後のガスタービン制御は共に、ガスタービン制御システム（例えば、Ｍａｒｋ  ＶＩｅなど）を通じて操作することができる。別個のコンピュータシステムをガスタービンコントローラと並列又は直列に使用して、ガス濃度計算及び情報の分散を操作することができる。
【００２０】
本方法及びシステムは、クライアントワークステーション、サーバ、又はパーソナルコンピュータなどのコンピュータによって実行される、プログラムモジュールのようなコンピュータ実行可能命令の一般的状況において説明することができる。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するか、又は特定の抽象データ型を実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、及び同様のものを含む。その上、本明細書で記載される本発明の方法及びシステム及び／又はその一部は、ハンドヘルドデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベース又はプログラム可能家電製品、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ及び同様のものを含む、他のコンピュータシステム構成で実施できる点を理解されたい。本明細書で記載される方法及びシステムはまた、通信ネットワークを通じてリンクされる遠隔の処理デバイスによってタスクが実施される分散コンピュータ環境において実施することができる。分散コンピュータ環境において、プログラムモジュールは、ローカル及び遠隔のメモリ記憶デバイスの両方に位置することができる。
【００２１】
図３は、本明細書で記載される本発明の方法及びシステム及び／又はその一部を組み込むことができる汎用コンピュータシステムを表しているブロック図である。図示のように、例示的な汎用コンピュータシステムは、プロセッシングユニット３２１、システムメモリ３２２、及びシステムメモリを含む種々のシステムをプロセッシングユニット３２１に結合するシステムバス３２３を備えたコンピュータ３２０などを含む。システムバス３２３は、様々なバスアーキテクチャの何れかを用いた、メモリバス又はメモリコントローラ、周辺バス、及びローカルバスを含む、幾つかのタイプのバス構造の何れかとすることができる。システムメモリは、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）３２４及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３２５を含む。始動時など、コンピュータ３２０内の要素間で情報を伝達するのを助ける基本ルーチンを収容した基本入力／出力システム３２６（ＢＩＯＳ）がＲＯＭ３２４内に記憶される。
【００２２】
コンピュータ３２０はさらに、ハードディスク（図示せず）から読み出してハードディスクに書き込むためのハードディスクドライブ３２７と、リムーバブル磁気ディスク３２９から読み出してリムーバブル磁気ディスクに書き込むための磁気ディスクドライブ３２８と、ＣＤ−ＲＯＭ又は他の光学媒体などのリムーバブル光学ディスク３３１から読み出してリムーバブル光学ディスクに書き込むための光学ディスクドライブ３３０を含むことができる。ハードディスクドライブ３２７、磁気ディスクドライブ３２８、及び光学ディスクドライブ３３０は、ハードディスクドライブインタフェース３３２、磁気ディスクドライブインタフェース３３４、及び光学ディスクドライブインタフェース３３４それぞれによってシステムバス３２３に接続される。各ドライブ及び関連のコンピュータ可読媒体は、コンピュータ３２０に対してコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、及び他のデータの不揮発性記憶機構を提供する。
【００２３】
本明細書で記載される例示的な環境は、ハードディスク、リムーバブル磁気ディスク３２９、及びリムーバブル光学ディスク３３１を利用しているが、コンピュータがアクセス可能なデータを記憶することができる他のタイプのコンピュータ可読媒体を例示的な動作環境においても利用できる点は理解されたい。このような他のタイプの媒体は、限定ではないが、磁気カセット、フラッシュメモリカード、デジタルビデオ又はデジタル多用途ディスク、ベルヌーイ・カートリッジ（Bernoulli cartridge）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、及び同様のものを含む。
【００２４】
オペレーティングシステム３３５、１以上のアプリケーションプログラム３３６、他のプログラムモジュール３３７、及びプログラムデータ３３８を含む、幾つかのプログラムモジュールを、ハードディスク、磁気ディスク３２９、光学ディスク３３１、ＲＯＭ３２４、又はＲＡＭ３２５上に記憶することができる。ユーザは、キーボード３４０及びポインティングデバイス３４２などの入力デバイスを通じてコンピュータ３２０にコマンド及び情報を入力することができる。その他の入力デバイス（図示せず）には、マイクロフォン、ジョイスティック、ゲームパッド、サテライトディスク（satellite disk）、スキャナなどを挙げることもできる。これら及び他の入力デバイスは、システムバスに結合されたシリアルポートインタフェース３４６を介してプロセッシングユニット３２１に接続されていることが多いが、パラレルポート、ゲームポート、又はユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）などの他のインタフェースにより接続することもできる。モニタ３４７又は他のタイプのディスプレイデバイスもまた、ビデオアダプタ３４８などのインタフェースを介してシステムバス３２３に接続されている。モニタ３４７に加えて、コンピュータは、スピーカ及びプリンタなどの他の周辺出力デバイス（図示せず）を含むことができる。図３の例示的なシステムはまた、ホストアダプタ３５５、小型コンピュータ用周辺機器インタフェース（ＳＣＳＩ）バス３５６、及びＳＣＳＩバス３５６に接続された外部記憶デバイス３６２を含む。
【００２５】
コンピュータ３２０は、遠隔コンピュータ３４９などの１以上の遠隔コンピュータへの論理的接続を用いたネットワーク環境において動作することができる。遠隔コンピュータ３４９は、パーソナルコンピュータ、サーバ、ルータ、ネットワークＰＣ、ピアデバイス、又は他の共通ネットワークノードとすることができ、コンピュータ３２０に関して上述した要素のうちの多く又は全てを含むことができるが、図３にはメモリ記憶デバイス３５０だけが例示されている。図３に示された論理的接続は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）３５１及び広域エリアネットワーク（ＷＡＮ）３５２を含む。このようなネットワーク環境は、オフィス、企業規模のコンピュータネットワーク、イントラネット、及びインターネットにおいては一般的なものである。
【００２６】
ＬＡＮネットワーク環境において使用する場合、コンピュータ３２０は、ネットワークインタフェース又はアダプタ３５３を通じてＬＡＮ３５１に接続される。ＷＡＮネットワーク環境において使用する場合、コンピュータ３２０は、インターネットなどの広域エリアネットワーク３５２上での通信を確立するためのモデム３５４又は他の手段を含むことができる。内部又は外部のものとすることができるモデム３５４は、シリアルポートインタフェース３４６を介してシステムバス３２３に接続される。ネットワーク環境において、コンピュータ３２０に関して示されたプログラムモジュール又はその一部は、遠隔のメモリ記憶デバイスに記憶することができる。図示のネットワーク接続は例証であり、コンピュータ間の通信リンクを確立する他の手段を用いることができる点は理解されるであろう。
【００２７】
コンピュータ３２０は、様々なコンピュータ可読記憶媒体を含むことができる。コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ３２０がアクセスできるあらゆる利用可能な媒体とすることができ、揮発性及び不揮発性媒体の両方、並びにリムーバブル及び非リムーバブル媒体を含む。限定ではなく例証として、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体を含むことができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、又は同様のデータなどの情報を記憶するためのあらゆる方法又は技術で実施される、揮発性及び不揮発性媒体の両方、並びにリムーバブル及び非リムーバブル媒体を含む。コンピュータ可読媒体は、限定ではないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリもしくは他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）もしくは他の光学記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶デバイス、或いは、所望の情報を記憶するのに用いることができ且つコンピュータ３２０によってアクセス可能な他の何れかの媒体を含む。上記の何れかの組み合わせもまた、本明細書で記載される方法及びシステムを実施するソースコードを記憶するのに用いることができるコンピュータ可読媒体の範囲内に含めるべきである。本明細書で開示される特徴又は要素の何れかの組み合わせを１以上の実施形態では用いることもできる。
【００２８】
図面に示す本開示の主題の好ましい実施形態の説明において、明瞭化のために特定の用語が使用される。しかしながら、請求項に記載の主題は、選択された特定の用語に限定されることは意図されておらず、各要素は、同様に機能して同じ目的を達成する技術的な均等物を含むことを理解されたい。
【００２９】
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】
【００３０】
１０５  ガスタービン入口ハウジング
１１０  注入ポイント
１１５  不活性ガスのコンテナ
１２０  フィルタ
１２５  ガスメーター
１３０  通信ライン
１３５  コントローラ
１４０  通信ライン
１５０  入口プレナム
２０５  方法２００のブロック
２１０  方法２００のブロック
２１５  方法２００のブロック
２２０  方法２００のブロック
２２５  方法２００のブロック
３２０  コンピュータ
３２１  プロセッシングユニット
３２２  システムメモリ
３２３  システムバス
３２４  ＲＯＭ
３２５  ＲＡＭ
３２６  ＢＩＯＳ
３２８  フロッピードライブ
３２９  記憶装置
３３０  光学ドライブ
３３１  記憶装置
３３２  ハードディスクドライブインタフェース
３３３  磁気ドライブインタフェース
３３４  光学ドライブインタフェース
３３５  オペレーティングシステム
３３６  アプリケーションプログラム
３３７  他のプログラム
３３８  プログラムデータ
３４０  キーボード
３４２  マウス
３４６  シリアルポートインタフェース
３４７  モニタ
３４８  ビデオアダプタ
３４９  リモートコンピュータ
３５０  メモリ
３５１  ローカルエリアネットワーク
３５２  広域エリアネットワーク
３５３  ネットワークインタフェース
３５４  モデム
３５５  ホストアダプタ
３５６  ＳＣＳＩバス
３６２  記憶デバイス
【図１】
2013186123.tif 000003
【図２】
2013186123.tif 000004
【図３】
2013186123.tif 000005