(57)【要約】      （修正有）【課題】マルチ缶型燃焼器に対して燃焼ダイナミックス調整アルゴリズムを用いるためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】ガスタービンエンジン２１０をエンジンモデル２３０を用いて制御するための方法２００は、複数の缶を備えたエンジン２１０に実施でき、エンジンの複数の缶に関連する動作周波数情報Ｙを得る段階を含むことができる。少なくとも２つの缶の動作周波数情報Ｙ間のばらつきを求める段階を含むことができる。更に、そのばらつきに少なくとも部分的に基づいてメジアン値を求める段階を含むことができる。更に、メジアン値が少なくとも１つの動作閾値を超えるかどうかを判断する段階を含むことができる。また、少なくとも１つの動作閾値を超える場合には、少なくとも１つのエンジン制御動作を実施して、少なくとも１つの動作周波数Ｙを修正する段階を含むことができる。【選択図】図２
2009008077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の缶（１０２〜１１２）を有するガスタービンエンジン（１００）を制御するための方法（３００、４００）であって、前記方法が、
前記エンジンの複数の缶（１０２〜１１２）に関連する動作周波数情報（３２８）を得る段階（３０２、４０２）と、
前記動作周波数情報（３２８）に少なくとも部分的に基づいて少なくとも２つの缶の動作周波数情報（３２８）間のばらつきを求める段階（３４６）と、
前記ばらつきに少なくとも部分的に基づいてメジアン値（３３４）を求める段階（３５４）と、
前記メジアン値（３３４）が少なくとも１つの動作閾値を超えるかどうかを判断する段階（４２２）と、
少なくとも１つの動作閾値を超える場合に、前記動作周波数の少なくとも１つを修正するために少なくとも１つのエンジン制御動作を実施する段階（４２８）と、
を含む方法。
【請求項２】
複数の缶（１０２〜１１２）を有するガスタービンエンジン（２１０）を制御するためのシステム（２００）であって、前記システム（２００）が、
それぞれの缶に関連する動作周波数情報（Ｙ）を得るための複数のセンサと、
前記動作周波数情報（Ｙ）に少なくとも部分的に基づき少なくとも２つの缶の動作周波数情報（Ｙ）間のばらつきを求め、
前記ばらつきに少なくとも部分的に基づいてメジアン値を求め、
前記メジアン値が少なくとも１つの動作閾値を超えるかどうかを判断し、
少なくとも１つの動作閾値を超える場合、前記動作周波数（Ｙ）の少なくとも１つを修正するために少なくとも１つのエンジン制御動作を実施する、
ためのコントローラ（２４０）と、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項３】
前記動作周波数情報（３２８）が、動作振幅又は動的作動圧力の少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法（３００、４００）又は請求項２に記載のシステム（２００）。
【請求項４】
前記メジアン値（３３４）が、前記複数の缶の少なくとも一部に関連する前記動作周波数情報の少なくとも一部の標準偏差及び平均に少なくとも部分的に基づく、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法（３００、４００）又は請求項２に記載のシステム（２００）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの動作閾値が、ピーク間動的振幅値、予測動的振幅値、最大動的振幅値の少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法（３００、４００）又は請求項２に記載のシステム（２００）。
【請求項６】
前記少なくとも１つのエンジン制御動作（Ｕ）が、負荷減少、燃料分割制御、又はガスタービンエンジンのトリップの少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法（３００、４００）又は請求項２に記載のシステム（２００）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの動作閾値が、イエロー閾値又はレッド閾値の少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法（３００、４００）又は請求項２に記載のシステム（２００）。
【請求項８】
複数の缶（１０２〜１１２）を有するガスタービンエンジン（２１０）を制御するためのモデルベース制御システム（２００）であって、
前記システム（２００）が、
それぞれの缶に関連する動作周波数情報（Ｙ）を得るための複数のセンサと、
前記複数のセンサから情報（Ｙ）を受け取るためのモデル（２３０）と、
を備え、
前記モデルが、
少なくとも２つの缶の動作周波数情報（Ｙ）間のばらつきを求めるステップと、
前記ばらつきに少なくとも部分的に基づいてメジアン値を求めるステップと、
前記メジアン値に少なくとも部分的に基づいて出力を求めるステップと、
前記メジアン値が少なくとも１つの動作閾値を超えるかどうかを判断するステップと、
少なくとも１つの動作閾値を超える場合、前記エンジンのそれぞれの缶に関連する前記動作周波数（Ｙ）の少なくとも１つを修正するように適合された出力を求めるステップと、
を行うように適合されており、
前記エンジンモデルからの出力に少なくとも部分的に基づいてエンジン制御動作を求めるように適合され、更に、前記エンジン制御動作を実施する制御指令（Ｕ）を出力するためのコントローラ（２４０）が設けられている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項９】
前記モデル（２３０）が更に、前記ステップの少なくとも一部を繰り返すように適合されており、エンジン制御を改善するために追加の動作周波数情報が入力される、
ことを特徴とする請求項８に記載のシステム（２００）。
【請求項１０】
前記モデル（２３０）が、コンピュータにより自動的に実施される、
ことを特徴とする請求項８に記載のシステム（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼ダイナミックス制御に関し、より詳細には、マルチ缶型燃焼器に対し燃焼ダイナミックス調整アルゴリズムを用いるためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンのような回転機械の燃焼器システムの設計及び運転は複雑になる可能性がある。このようなエンジンを運転するために、従来の燃焼ダイナミックス調整アルゴリズムでは、エンジンの性能特性及び運転特性を得るために種々のエンジン構成要素に付随する１つ又はそれ以上のセンサを用いることができる。例えば、ゼネラルエレクトリックモデルＧＥ−１０シングル缶型燃焼器は、複数の燃焼ダイナミックスセンサからの出力を利用して、従来のダイナミックス調整アルゴリズムを用いた燃焼器の調整を行うことができる。別の実施例では、環状構成で配列された複数の缶を含むことができる缶型環状式燃焼器は、各缶について１つある複数の燃焼ダイナミックスセンサからの入力を利用して、別の従来のダイナミックス調整アルゴリズムを用いて燃焼器を調整することができる。缶毎のばらつきを考慮するために、前記のタイプのダイナミックス調整アルゴリズムでは、前記センサの各々が予め定義された範囲内にあるかどうかをチェックすることができ、次いで、センサをメジアン性能値に設定することもでき、或いは代替として、センサ全てからの出力を平均し、適切に対処するためにダイナミックス信号を決定することができる。
【０００３】
場合によっては、シングル缶型燃焼器又は缶型環状式燃焼器のような燃焼器に付随する１つ又はそれ以上のセンサは、不良又は逸脱したデータもしくは測定値を提供する可能性がある。例えば、センサは、燃焼器の運転中に機能しなくなる可能性があり、センサからのデータが停止されるか、或いは逸脱又は不良とみなされる場合がある。２つ以上のセンサが不良又は逸脱したデータもしくは測定値を提供する場合には、このようなデータ又は測定値が従来のダイナミックス調整アルゴリズムに入力される恐れがあり、その結果、燃焼器の効率が低下することになる可能性がある。別の例では、調整不良又は効率低下が生じると、燃焼器の過大振動又は燃焼器への損傷を生じる可能性がある。
【０００４】
従って、マルチ缶型燃焼器に対して燃焼ダイナミックス調整アルゴリズムを用いるためのシステム及び方法に対する必要性がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態は、上述の必要性の一部又は全てに対処することができる。本発明の実施形態は、一般に、マルチ缶型燃焼器に対して燃焼ダイナミックス調整アルゴリズムを用いるためのシステム及び方法に関する。本発明の１つの実施形態によれば、エンジンモデルを用いてガスタービンエンジンを制御する方法を複数の缶を備えたエンジンに実施することができる。本方法は、エンジンの複数の缶に関連する動作周波数情報を得る段階を含むことができる。加えて、本方法は、少なくとも２つの缶の動作周波数情報間のばらつきを求める段階を含むことができる。更に、本方法は、そのばらつきに少なくとも部分的に基づいてメジアン値を求める段階を含むことができる。更に、本方法は、メジアン値が少なくとも１つの動作閾値を超えるかどうかを判断する段階を含むことができる。また、本方法は、少なくとも１つの動作閾値を超える場合に、少なくとも１つのエンジン制御動作を実施して少なくとも１つの動作周波数を修正する段階を含むことができる。
【０００６】
本発明の別の実施形態によれば、ガスタービンエンジンを制御するためのシステムを実施することができる。本システムは、それぞれの缶に関連する動作周波数情報を得るための複数のセンサを含むことができる。また、本システムは、動作周波数情報に少なくとも部分的に基づいて少なくとも２つの缶の動作周波数情報の間のばらつきを求めるためのコントローラを含むことができる。更に、コントローラは、ばらつきに少なくとも部分的に基づいてメジアン値を求めるように適合することができる。加えて、コントローラは、少なくとも１つの動作閾値を超える場合、少なくとも１つのエンジン制御動作を実施して、少なくとも１つの動作周波数を修正するように適合することができる。
【０００７】
本発明の別の実施形態によれば、複数の缶を備えるガスタービンエンジンを制御するためのモデルベース制御システムを実施することができる。本システムは、それぞれの缶に関連する動作周波数情報を得るための複数のセンサを含むことができる。更に、本システムは、複数のセンサからの情報を受け取るためのモデルを含むことができる。モデルは、少なくとも２つの缶の動作周波数情報の間のばらつきを求めるように適合することができる。更に、モデルは、ばらつきに少なくとも部分的に基づいてメジアン値を求めるように適合することができる。加えて、モデルは、メジアン値に少なくとも部分的に基づいて出力を求めるように適合することができる。更に、モデルは、メジアン値が少なくとも１つの動作閾値を超えるかどうかを判断するように適合することができる。加えて、モデルは、少なくとも１つの動作周波数を修正するように適合された出力を求めるように適合することができる。更に、本システムは、エンジンモデルからの出力に少なくとも部分的に基づいてエンジン制御動作を求めるように適合され、更に、エンジン制御動作を実施するための制御指令を出力するためのコントローラを含むことができる。
【０００８】
本発明の他の実施形態及び実施形態の態様は、添付図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以上、本発明を総括的に説明したが、ここで添付図面について説明する。各図面は必ずしも縮尺通りに描かれていない。
【００１０】
次に、本発明の例示的な実施形態が示される添付図面を参照しながら、本発明を以下により詳細に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載される例示的な実施形態に限定されると解釈すべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示事項が当業者に本発明の範囲を伝えるように提供されるものである。全体を通じて同じ数字は同じ要素を意味する。
【００１１】
本発明の実施形態は、本発明の実施形態による方法及びシステムのブロック図及び概略図を参照しながら以下に記載される。図の各ブロック及び図中のブロックの組合せは、コンピュータプログラム命令により実施することができる点は理解されるであろう。これらのコンピュータプログラム命令は、１つ又はそれ以上の汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は他のプログラム可能なデータ処理装置にロードされ、コンピュータ又は他のプログラム可能なデータ処理装置上で実行される命令が、１つ又は複数のブロックで指定される機能を実施する手段をもたらすように機械を生成することができる。また、このようなコンピュータプログラム命令は、コンピュータ読み取り可能メモリ内に記憶することができ、これが、コンピュータ又は他のプログラム可能なデータ処理装置に命令して、特定の方式で機能し、コンピュータ読み取り可能メモリ内に記憶された命令が、１つ又は複数のブロックにおいて指定される機能を実施する命令手段を含む製造物品を生成するようにする。
【００１２】
本発明の実施形態では、限定ではないが、エンジン自体、ガス経路及びガス経路ダイナミックス；何らかのエンジン挙動を修正又は変化させるアクチュエータ、エフェクタ、又は他の制御装置；センサ、モニタ、又は感知システム；燃料調量システム；燃料供給システム；潤滑システム；及び／又は油圧システムを含む、エンジン又はエンジンサブシステムの何らかの物理的システム、制御システム又は特性は、モデル化することができる。これらの構成要素及び／又はシステムのモデルは、物理ベースモデル（線形近似を含む）とすることができる。これに加えて又は代替として、モデルは、線形及び／又は非線形システム識別、ニューラルネットワーク、及び／又はこれら全ての組合せに基づくことができる。
【００１３】
ガスタービンエンジンは、ブレイトン（Ｂｒａｙｔｏｎ）熱力学サイクルに基づいて仕事するエアブリージング・エンジンである。ガスタービンエンジンの幾つかの非制限的な実施例には、エアクラフトエンジン、電力系統、海洋用途の推進機関、ポンプとして用いられるタービン、複合サイクル発電プラントで用いられるタービン、及び他の産業用途に用いられるタービンが含まれる。ガスタービンエンジンでは、熱エネルギーは、空気と共に燃料が燃焼すること、酸化剤と共に燃料が燃焼すること、化学反応すること、及び／又は熱源と熱交換することにより引き出される。次に、熱エネルギーは、有効な仕事に変換される。この仕事は、推力、軸動力又は電気の形態で出力することができる。これらのエンジンの性能又は動作は、アクチュエータを用いることにより制御される。ガスタービンエンジンのアクチュエータの非制限的な幾つかの実施例には、燃料調量弁、入口ガイドベーン、可変ステータベーン、可変式形態、抽気弁、始動弁、クリアランス制御弁、入口抽気加熱、可変排気ノズル、及び同様のものが含まれる。感知エンジン値の非制限的な幾つかの実施例には、圧力、ロータ速度、アクチュエータ位置及び／又は流量が含まれる。
【００１４】
本発明の種々の実施形態では、燃焼ダイナミックス調整プロセスを提供することができる。１つの実施形態では、燃焼ダイナミックス調整プロセスは、ガスタービンエンジンの過渡運転の間は基本燃焼ダイナミックス調整プロセスを用い、定常状態運転の間はアクティブ燃焼ダイナミックス調整プロセスを用いることができる。ガスタービンエンジンが始動されると、基本燃焼ダイナミックス調整プロセスを用いて、ガスタービンエンジンの健全性を監視し診断することができる。始動中にガスタービンエンジンの挙動が特定の予め定義された基準に適合した後、アクティブ燃焼ダイナミックス調整プロセスを開始して、特定の動作周波数に対するアクティブ逆反応を起こし、引き続いてガスタービンエンジンの健全性を監視及び診断することができる。
【００１５】
本発明の実施形態と共に用いられる例示的なガスタービンエンジン１００の１つの実施例の概略図を図１に示す。図示の例示的なエンジン１００は、ＧＥ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｈｅａｖｙ  Ｄｕｔｙガスタービンシリーズのような缶型環状式燃焼器システムである。別の実施形態では、エンジン１００は、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｏｉｌ  ＆  Ｇａｓにより製造されるＧＥモデルＭＳ５００２Ｅガスタービンとすることができる。１〜１４の番号でも示された、複数の缶１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２はまた、環状構成で配向することができる。各缶１０２〜１１２は、缶又はエンジン構成要素の動作周波数を測定又は他の方法で検出することができる、動圧トランスデューサのような少なくとも１つのセンサを含むことができる。ガスタービンエンジンの他の実施形態では、異なる数の缶及び関連するセンサを用いることができる。適切なセンサの実施例は、Ｖｉｂｒｏｍｅｔｅｒ  ＣＰ２３３型動圧プローブである。各センサからの信号は、スペクトル分析又は同様の技術を用いて処理され、関心のある周波数を分離することができる。
【００１６】
１つの実施形態では、動圧測定値のような各缶１０２〜１１２からの動作周波数データは、高速フーリエ変換を用いて処理し、周波数成分と、動作振幅のような周波数振幅とを求めることができる。この情報を用いて、ヒストグラムのような周波数分布を生成することができる。少なくとも部分的にヒストグラムに基づいて、特定の缶又はエンジン構成要素に対して代表的な動作周波数を選択することができる。図３に示すように、各缶１０２〜１１２に対する動作周波数データ又は選択した代表的動作周波数は、例示的な燃焼ダイナミックス調整モデル及びアルゴリズムに３３０のような入力として用いることができる。「動作周波数情報」及び「動作周波数データ」は、同義的に用いることができ、両方の語句は、限定ではないが、動作データ、作動圧力、動的作動圧力、及び動作振幅データを含むことができることは理解されるであろう。
【００１７】
１つの実施形態では、時間領域での動作周波数データは、ＲＭＳ（二乗平均平方根）基準化ピーク型データを含むことができる。例えば、ＲＭＳ基準化ピーク型データは、等式：１．４１＊ＲＭＳを用いることにより求めることができる。
【００１８】
本明細書に記載する実施形態は、種々のシステムに適用することができ、エンジン又は図１に記載するのと同様の他の装置に限定されないことは、当業者には理解されるであろう。
【００１９】
図２は、本発明の実施形態による例示的なモデルを実施する制御構成を示す。図２に示す制御システム２００は、物理的エンジンプラント又はガスタービンエンジン２１０を監視及び制御して、種々の条件下で実質的に最適な性能を提供するように適合されている。プラント又はエンジン２１０は、特定のパラメータの値Ｙを感知又は測定するセンサを含むことができる。これらのパラメータには、限定ではないが、ファン速度、動作周波数、動圧、作動圧力、作動圧力比、及び温度を含むことができる。また、プラント又はエンジン２１０は、１つ又はそれ以上の指令入力Ｕにより制御することができる１つ又はそれ以上のアクチュエータを含むことができる。プラント又はエンジン２１０は、例えば図１に示すエンジン１００と同様のものとすることができる。
【００２０】
感知又は測定されたパラメータの値Ｙは、状態推定器２２０に供給される。センサ入力、動作周波数又は動圧のような状態推定器２２０に入力される値を用いて、状態推定器２２０の１つ又はそれ以上の値を初期化することができる。状態推定器２２０は、プラント又はエンジン２１０のモデル２３０を含むことができる。モデル２３０は、状態推定器２２０により用いられ、性能パラメータの推定値を含むことができる１つ又はそれ以上の状態パラメータを生成することができる。適切なモデルの１つの実施例は、図３の３００として更に詳細に説明される。
【００２１】
状態推定器２２０及び関連モデル２３０からの状態パラメータは、モデルベースの予想制御モジュール又は制御モジュール２４０に転送することができる。１つの実施形態では、制御モジュールは、グラフィカルユーザインタフェースのような関連出力装置又はディスプレイを備えるコントローラとすることができる。制御モジュール２４０は、状態パラメータを用いて最適化を行い、プラント又はエンジン２１０の１つ又はそれ以上のアクチュエータに対する指令を決定することができる。例えば、制御モジュール２４０は、最適化を行い、ガスタービンエンジンの１つ又はそれ以上のアクチュエータに対する１つ又はそれ以上のエンジン制御動作及び対応する制御指令を決定することができる。この点に関して、制御モジュール２４０は、オプティマイザ２５０及びモデル２６０を含むことができる。制御モジュール２４０に関連するモデル２６０は、状態推定器２２０に関連するモデル２３０と同一とすることができる。モデルは、状態推定器２２０及び制御モジュール２４０の何れか又は両方に実装することができる点は当業者には認識されるであろう。モデル２３０、２６０の何れか又は両方を用いることにより、迅速に収束するようエンジン２１０を最適化することが可能になる。
【００２２】
使用時には、本発明の実施形態を利用して、プラント又はエンジン２１０の始動時にモデル２３０、２６０を初期化することができる。更に、本発明の実施形態を利用して、負荷遮断又はセンサ故障のようなある事象発生時の後でモデル２３０、２６０の動的状態を再初期化することができる。本発明の他の実施形態を用いて、他の状況下で他のタイプの機械又は装置の動的状態を初期化することができる。
【００２３】
図３は、本発明の実施形態による初期構成の間及び通常実行の間の例示的なモデルを示す概略図である。この図は、燃焼ダイナミックス調整アルゴリズムモデルのような、モデル３００に関連する種々のモジュールによるデータ処理を示している。図示のように、モデル３００は、本発明の実施形態による以下のモジュール、すなわち、センサ健全性ブロック３０２；メジアン値ブロック３０４；伝達関数（ＴＦ）調整ブロック３０６；メモリブロック３０８；メジアン値ダイナミックスブロック３１０；モデルベース制御アルゴリズムブロック３１２；標準偏差ブロック３１４；平均ブロック３１６；共分散ブロック３１８、定数ブロック３２０；メジアン値ダイナミックスブロック３２２；メジアン値目標ブロック３２４；及びメモリブロック３２６の一部又は全てを含むことができる。モジュールブロック３０２〜３２６は、種々のパラメータを各モジュール３０２〜３２６に入力することができる種々の「ランタイム」型モジュールを表し、それぞれの対応する出力は、本発明の実施形態によるモジュール３０２〜３２６から受け取ることができる。当業者には、種々の入力及び出力が、データ入力、ベクトル、マトリクス、関数、及び他の数学型装置として構成することができる点は理解されるであろう。何れの場合でも、図示の例示的なモデル３００は、図１の１００のようなガスタービンエンジン又は同様の装置について測定した性能に対して実時間環境でモデル予想を求めて、燃焼モデル予想を動的に調整することができる。例示的なモデル３００は、図１の１００で示されるガスタービンエンジン、及び図２の２００に示されるシステムで実施することができる。
【００２４】
センサ健全性ブロック３０２は、図１に示すエンジン１００と同様のエンジン３３０から１つ又はそれ以上の入力３２８を受け取る。例えば、入力は、環状構成に配向されたそれぞれの缶に付随する１つ又はそれ以上のセンサからの動作周波数情報又は動圧情報とすることができる。図３に示す実施形態では、６つのセンサからの入力、すなわち缶型環状式エンジンの各缶に１つの入力を得ることができる。加えて、センサ健全性ブロック３０２は、入力３２８を前に記憶していたデータセットと比較することにより、入力３２８の一部又は全てが予め定義された範囲内にあるかどうかを判断することができる。
【００２５】
他の実施形態では、エンジン又はエンジンに関連するあらゆる数の缶からのあらゆる数の入力をセンサ健全性ブロック３０２に入力することができる。
【００２６】
１つの実施形態では、入力３２８の一部又は全てを用いるかどうかの判断は、入力３２８の一部又は全てが予め定義された範囲内にあるかどうかに応じて行うことができる。入力３２８の一部又は全てが予め定義された範囲内にない場合には、入力３２８の一部又は全てを拒否することができ、入力３２８の一部又は全てに関するそれ以上の動作は行わない。或いは、付加的なデータを用いて、入力３２８の一部又は全てを置換することができる。入力３２８の一部又は全てが予め定められた範囲内にある場合には、入力３２８の一部又は全ては、モデル３００の他の構成要素により更に処理することができる。
【００２７】
入力の一部又は全てが予め定められた範囲内にある場合には、入力の一部又は全ては、３３２を介してメジアン値ブロック３０４に転送することができる。メジアン値ブロック３０４は、転送された入力３３０の一部又は全てに基づいてメジアン値３３４を決定することができる。メジアン値３３４は、メモリブロック３０８内に記憶させ、後でメモリブロック３０８から読み出すために、伝達関数（ＴＦ）調整ブロック３０６に転送することができる。加えて、メジアン値３３４は、メジアン値ダイナミックス伝達関数（ＴＦ）ブロック３１０に入力することができる。
【００２８】
メジアン値ダイナミックス伝達関数（ＴＦ）ブロック３１０は、メジアン値ダイナミックス伝達関数にメジアン値３３４を用いて、モデルベース制御アルゴリズムブロック３１２への入力「Ｍ  ｈａｔ」３３６を決定する。メジアン値ダイナミックス伝達関数（ＴＦ）ブロック３１０への複数の入力矢印で示されているように、他の動作周波数に対する付加的なメジアン値を入力して同時に処理することができる。
【００２９】
入力「Ｍ  ｈａｔ」３３６に関連するメジアン値３３４のみを用いて、モデルベース制御アルゴリズムブロック３１２によるエンジン３３０の制御は、エンジン３３０の缶毎の動作周波数間のばらつきが比較的大きい場合に問題を生じ易い可能性がある。
【００３０】
センサ健全性ブロック３０２を再度参照すると、動作周波数情報のような入力３２８の一部又は全ては、３３８を介して標準偏差ブロック３１４に入力され、ここで、標準偏差３４０を求めることができる。更に、動作周波数情報のような入力３２８の一部又は全ては、３４２を介して平均ブロック３１６に入力され、ここで平均３４４を求めることができる。共分散ブロック３１８に入力された標準偏差３４０及び平均３４４に少なくとも部分的に基づいて、共分散ブロック３１８は、エンジン３３０の缶に関連する入力３２８間の共分散を求めることができる。例えば、平均３４４を標準偏差３４０で除算して、エンジン３３０の動作を表す共分散値３４６を求めることができる。
【００３１】
１つの実施形態では、共分散値３４６は、３４８のようなエンジン依存関数により修正することができる。例えば、エンジン依存関数は、一連の同様のエンジンの１つ又はそれ以上のから長時間にわたって取られた以前のデータに基づいて求めることができる。ここで定数ブロック３２０を参照すると、共分散値３４６は、エンジン依存関数３４８を乗算又は他の方法で調節し、エンジン３３０の動作を表す「最大値対メジアン値」ダイナミックス比３５０を求めることができる。
【００３２】
エンジン３３０の以前の動作性能に応じて、エンジン３３２が安全に動作することができる最高又は最大動作周波数又は動圧、或いは他の何らかの望ましい動作上限に基づいて仕様上限（ＵＳＬ）３５２を予め定めることができる。メジアン値ダイナミックスブロック３２２で表されるように、「最大値対メジアン値」ダイナミックス比３５０は、ＵＳＬ３５２により調節又は他の方法で修正することができる。この事例では、「最大値対メジアン値」ダイナミックス比３５０をＵＳＬ３５２で除算し、メジアン値目標３５４又はメジアン値を得ることができる。
【００３３】
メジアン値目標３５４は、メジアン値目標ブロック３２４により転送され、後で読み出すためにメモリブロック３２６内に記憶することができる。最終的に、メジアン値目標３５４は、モデルベース制御アルゴリズムブロック３１２に入力することができる。
【００３４】
メジアン値目標３５４を用いると、エンジン３３０の缶間のばらつきを考慮することができるので、モデルベース制御アルゴリズムブロック３１２によるエンジン３３０の制御を改善することができる。このようにエンジン３３０を制御すると、エンジン３３０に関連する缶の一部又は全てに関して最大燃焼ダイナミックス限界を維持することにより、不良のセンサ測定値の影響を最小限にすることができる。１つの実施形態では、前記メジアン値目標３５４が連続して計算されてモデルベース制御アルゴリズムブロック３１２に入力されると、制御ループ３０２〜３１０、３１４〜３２８、３３２〜３５４が連続的に「閉鎖」され、エンジン３３０の制御の改善を得ることができるようになる。別の実施形態では、図示のモデル３００により、他の動作周波数の同時又は他の実時間処理を実施し処理することができる。
【００３５】
使用時には、上記の処理及び命令の一部又は全てを用い、必要に応じてこれを繰り返し、ある特定の時のモデル実行中、缶型環状式燃焼エンジンのようなエンジンの複数の缶の燃焼を自動的及び動的に調整することができる。このように、エンジンは、燃焼ダイナミックスアルゴリズムモデルの動作状態を「調整」して、エンジン又は他の関心のある装置の測定した動的性能に一致するように構成することができる。
【００３６】
図４〜図９は、本発明の実施形態によるガスタービンエンジンの燃焼ダイナミックス調整プロセスのための例示的なフローチャートを示す。詳細には、図４は、例示的な始動燃焼ダイナミックス調整プロセスを示し、図５及び図６は、例示的な基本燃焼ダイナミックス調整プロセスを示し、図７、図８、及び図９は、例示的なアクティブ燃焼ダダイナミックス調整プロセスを示す。図４〜図９のプロセスの一部又は全ては、図２の例示的な制御システム２００及び図３の例示的なモデル３００に用いることができる。１つの実施形態では、燃焼ダイナミックス調整プロセスは、特定のガスタービンエンジンに対して測定した動的動作周波数に応じて、図４〜図９のプロセスの一部又は全てを実施することができる。
【００３７】
図４では、例示的な始動燃焼ダイナミックス調整プロセス４００が示される。一般に、図４の始動プロセスは、ガスタービンエンジンの始動時に用いることができる。詳細には、例示的なプロセス４００は、ガスタービンエンジンを適切に制御するために、ガスタービンエンジンに関連するセンサが健全であるかどうか、及びセンサ測定値の一部又は全てが動作上限と動作下限との間のような、予め定義された範囲内にあるかどうかを試験する。この特定のプロセス４００は、図１の例示的なガスタービンエンジン１００、図２のモデルベース制御システム２００、及び図３の動的燃焼調整モデル３００で実施することができる。始動プロセスの他の実施形態は、他のタイプのガスタービンエンジン、モデルベース制御又は他のタイプの制御システム、及び動的燃焼調整又は他の燃焼調整モデルで実施することができる。
【００３８】
始動プロセス４００は、ブロック４０２で開始される。ブロック４０２では、それぞれの缶に関連する少なくとも１つのセンサから動作周波数情報が受け取られる。この実施形態では、モデルＡ９６ＫＦ圧力トランスミッタのような、圧力トランスミッタからの少なくとも１つの信号を図２のモデルベース制御モジュール２４０のようなコントローラが受け取ることができる。
【００３９】
ブロック４０２の後に判断ブロック４０４が続き、ここでは、特定のセンサが健全であるかどうかの判断が行われる。この実施形態では、判断は、２秒のような予め定義された時間の間少なくとも１つのセンサから信号が受け取られるかどうかに基づいて、２４０のようなコントローラが行うことができる。予め定義された時間の間少なくとも１つのセンサから信号が受け取られない場合には、「はい」分岐４０６からブロック４０８に辿ることができる。
【００４０】
ブロック４０８では、故障表示をユーザに転送することができる。この実施形態では、２４０のようなコントローラは、グラフィック表示のように、適切なユーザインタフェースを介して故障表示をユーザに転送することができる。例示的な故障表示は、少なくとも１つのセンサ故障が検出されたこと、又は燃焼器動圧入力故障アラームが存在することを示すメッセージとすることができる。故障を示す特定のセンサからの測定値は、その後の動作周波数情報の統計的計算又は処理から除外することができる。例えば、特定のセンサからの測定値は、図３のセンサ健全性ブロック３０２への入力から除外され、更に、メジアン値の計算を含む図３のモデル３００を用いたその後の計算から除外することができる、例えば、単一のセンサだけが故障した場合には、メジアン値の計算からその後のセンサ入力を除外して、７００、８００、９００のようなアクティブ燃焼ダイナミックス調整プロセスを開始することができる。
【００４１】
判断ブロック４０４に戻り、少なくとも１つのセンサから健全であるという信号が受け取られると、「いいえ」分岐４１０から判断ブロック４１２に辿ることができる。判断ブロック４１２では、少なくとも１つのセンサの測定値が動作下限を下回るかどうかが判断される。この実施形態では、２４０のようなコントローラが、少なくとも１つのセンサの測定値が動作下限を下回るかどうかを判断する。例示的な動作下限は、ピーク間でほぼ３ＫＰａのような動作周波数情報の物理的下限とすることができる。センサ測定値が動作下限を下回る場合には、「はい」分岐４１４から上述のブロック４０８まで辿ることができる。
【００４２】
判断ブロック４１２に戻り、少なくとも１つのセンサ測定値が動作下限を下回らない場合には、「いいえ」分岐４１６から判断ブロック４１８に辿ることができる。判断ブロック４１８では、センサ測定値が動作上限を上回るかどうかを判断する。この実施形態では、２４０のようなコントローラが、センサ測定値が動作上限を上回るかどうかを判断する。例示的な動作限界は、ピーク間でほぼ１００Ｋｐａピーク間のような動作周波数情報の物理的上限とすることができる。センサ測定値が閾値上限を上回る場合には、「はい」分岐４２０から判断ブロック４２２に辿ることができる。
【００４３】
判断ブロック４２２では、他のセンサ測定値が下限又はグリーン閾値を下回るかどうかを判断する。この実施形態では、２４０のようなコントローラは、他のセンサ測定値が下限又はグリーン閾値を下回るかどうかを判断することができる。他のセンサ測定値が下限又はグリーン閾値を下回る場合には、単一のセンサのみが故障している可能性が高く、「はい」分岐４２４から上述のブロック４０８に辿る。
【００４４】
判断ブロック４２２に戻ると、他のセンサ測定値が下限又はグリーン閾値を下回らない場合には、１つより多いセンサが故障している可能性が高く、「いいえ」分岐４２６からブロック４２８に辿る。ブロック４２８では、燃焼ダイナミックス調整プロセスを開始することができる。例示的な基本燃焼ダイナミックス調整プロセスは、以下に記載する図５及び図６に関して５００、６００として示されている。１つ又は２つのセンサのみが故障している場合には、７００、８００、９００のようなアクティブ燃焼ダイナミックス調整プロセスを開始することができる。２つよりも多いセンサが故障している場合には、５００、６００のような基本燃焼ダイナミックス調整プロセスを開始することができる。
【００４５】
判断ブロック４１８に戻ると、センサ測定値が動作上限を上回らない場合には、「いいえ」分岐４３０からブロック４３２に辿ることができる。ブロック４３２では、ユーザに故障なし表示を転送することができる。この実施形態では、２４０のようなコントローラは、センサ測定値が動作上限を上回るかどうかを判断することができる。例示的な故障なし表示は、センサの故障が検出されていないことを示すメッセージとすることができる。健全性センサの一部又は全てからの測定値は、後続の動作周波数情報の統計的計算又は処理に含めることができる。例えば、特定のセンサからの測定値は、図３のセンサ健全性ブロック３０２への入力に含めることができ、更に、メジアン値の計算を含む図３のモデル３００を用いた計算に含めることができる。センサの故障がない場合には、７００、８００、９００のようなアクティブ燃焼ダイナミックス調整プロセスを開始することができる。
【００４６】
必要に応じて、方法４００の要素の一部又は全ては、他のセンサの各々の必要性に応じて繰り返すことができる。
【００４７】
図５及び図６は、例示的な基本燃焼ダイナミックス調整プロセスを示す。一般に、５００、６００のような基本燃焼ダイナミックス調整プロセスは、動作周波数を監視し、必要に応じてアラームを出すことにより、ガスタービンエンジンの初期始動を監視するように適合されている。詳細には、図５は、ガスタービンエンジンの動的周波数を監視し、必要な場合に「トリップ」アラームを提供する方法５００を示している。
【００４８】
方法５００は、判断ブロック５０２で開始する。ブロック５０２では、センサ測定値の少なくとも１つがほぼ８ｐｓｉの閾値を超えるかどうかの判断が行われる。この実施形態では、モデルＡ９６ＫＦ圧力トランスミッタのようなそれぞれの圧力トランスミッタからの信号は、２４０のようなコントローラが受け取り、ほぼ８ｐｓｉのような閾値と比較することができる。
【００４９】
特定のセンサ測定値が閾値を超える場合には、「はい」分岐５０４からブロック５０６に進む。ブロック５０６では、センサ測定値の持続性が２４０のようなコントローラにより判断される。例えば、コントローラ２４０が、約６０秒間ほぼ５０％の持続性のような予め定義された時間量をセンサ測定値が持続していると判断すると、方法５００は、ブロック５０８に進むことができる。この実施例では、持続性測定は、ガスタービンエンジンが特定の動作周波数で又はそれよりも高い周波数で動作する時間量を制御することによってガスタービンエンジンの動作を保護するように定めることができる。他の実施形態では、必要に応じて持続性増分及びタイミングを調節することができる。
【００５０】
ブロック５０８では、トリップ指令を開始することができ、コントローラが対応するエンジン制御指令を転送することができる。この実施形態では、トリップ指令は、ガスタービンエンジンの特定の動作を終了させる、２４０のようなコントローラにより実施されるエンジン制御指令とすることができる。
【００５１】
ブロック５０８の後にブロック５１０が続き、ここでは、ユーザに表示を転送することができる。この実施例では、２４０のようなコントローラは、コントローラに関連するユーザインタフェースを介してユーザに表示を転送することができる。例えば、グラフィカルユーザインタフェース又はディスプレイを介して「機械を再始動する前に移行部品のボロスコープを推奨する−トラブルシューティングについてはＯＥＭに連絡」と述べるアラームメッセージを転送することができる。
【００５２】
判断ブロック５０２に戻ると、特定のセンサ測定値が閾値を超えない場合には、「いいえ」分岐５１２からブロック５１４に辿る。ブロック５１４では、付加的な基本燃焼ダイナミックス調整プロセスに進む前に、２４０のようなコントローラが１つ又はそれ以上のサブプロセス又は試験を実施することができる。
【００５３】
ブロック５１４の後にブロック５１６が続き、ここでは、図６の基本燃焼ダイナミックス調整プロセス６００が開始される。
【００５４】
図６では、方法６００は、ガスタービンエンジンの動的周波数を監視し、必要な場合付加的なアラームを提供することができる。方法６００は、ブロック６０２で開始される。
【００５５】
ブロック６０２では、センサ測定値の何れかがほぼ４ｐｓｉの閾値を超えるかどうかの判断を行う。この実施形態では、モデルＡ９６ＫＦ圧力トランスミッタのようなそれぞれの圧力トランスミッタからの信号は、２４０のようなコントローラが受け取り、ほぼ４ｐｓｉのような閾値と比較することができる。
【００５６】
特定のセンサ測定値が閾値を超える場合には、「はい」分岐６０４からブロック６０６に進む。ブロック６０６では、コントローラは、予め定義された時間量のタイマーカウントを開始することができる。この実施例では、２４０のようなコントローラは、ほぼ２４０秒間タイマーを開始することができる。他の実施形態では、タイマーは、他のカウント持続時間を開始することができる。
【００５７】
ブロック６０６の後にブロック６０８に続き、ここでは、センサ測定値の持続性が判断される。例えば、２４０のようなコントローラが、センサ測定値がほぼ５０％持続性で約２４０秒のような、予め定義された時間量を持続したと判断した場合には、方法６００はブロック６１０に進むことができる。他の実施形態では、必要に応じて持続性増分及びタイミングを調節することができる。
【００５８】
ブロック６１０では、ユーザに表示を転送することができる。この実施例では、２４０のようなコントローラは、グラフィカルユーザインタフェースを介してユーザに表示を転送することができる。例示的な表示は、「ダイナミックスの現在のレベルは、燃焼部品の寿命に影響を及ぼす可能性があり、次回に移行部品インピンジメントスリーブのボロスコープ検査を推奨する」というアラームメッセージとすることができる。
【００５９】
判断ブロック６０２に戻ると、特定のセンサ測定値が閾値を超えない場合には、「いいえ」分岐６１２から閾値ブロック「Ｂ」６１４に辿る。分岐ブロック「Ｂ」６１４の次は判断ブロック６１６である。判断ブロック６１６では、センサ測定値の何れかがほぼ２ｐｓｉの下方閾値を超えるかどうかを判断する。この実施形態では、モデルＡ９６ＫＦ圧力トランスミッタのようなそれぞれの圧力トランスミッタからの信号を２４０のようなコントローラが受け取り、ほぼ２ｐｓｉのような下方閾値と比較することができる。
【００６０】
特定のセンサ測定値が閾値を超える場合には、「はい」分岐６１８からブロック６２０に進む。ブロック６２０では、コントローラは、各缶に対して予め定義された時間量の間タイマーカウントを増大させることができる。この実施例では、タイマーは、ほぼ１０８０秒間開始することができる。他の実施形態では、タイマーカウントは、他のカウント持続時間の間増大させることができる。
【００６１】
判断ブロック６１６に戻ると、特定のセンサ測定値が閾値を超えない場合には、「いいえ」分岐６２２からブロック６２４に辿る。ブロック６２４では、ユーザにはアラームの表示は転送されない。
【００６２】
方法６００はブロック６２４で終了する。必要に応じて、方法６００の要素の一部又は全てを繰り返すことができる。
【００６３】
図７、図８、及び図９は、例示的なアクティブ燃焼ダダイナミックス調整プロセスを示す。一般に、７００、８００、９００のようなアクティブ燃焼ダイナミックス調整プロセスは、動的動作周波数を監視し、必要に応じてアラームを出し、特定の燃焼ダイナミックスを相殺して、ガスタービンエンジンに特定のエンジン制御指令を実施することによって、ガスタービンエンジンの定常状態動作を監視するように適合されている。この実施形態では、６００のような基本燃焼ダイナミックス調整プロセスを実施した後に、ガスタービンエンジンのコントローラにより７００のようなアクティブ燃焼ダイナミックス調整プロセスを実施することができる。詳細には、図７は、ガスタービンエンジンの動的周波数を監視し、必要な場合「トリップ」アラームを提供する方法７００を示している。
【００６４】
方法７００は、判断ブロック７０２で開始する。判断ブロック７０２では、２つ又はそれ以上のセンサが故障しているかどうかを判断する。この実施形態では、モデルＡ９６ＫＦ圧力トランスミッタのようなそれぞれの圧力トランスミッタからの信号は、２４０のようなコントローラが受け取ることができ、２つ又はそれ以上のセンサが図４に記載する状態の何れかのような故障状態にあるかどうかに関して、コントローラ２４０が検査する。２つ又はそれ以上のセンサに故障状態が存在する場合には、ガスタービンエンジンは、７００のようなアクティブ燃焼動的調整プロセスを用いて動作されない可能性が高く、「はい」分岐７０４からブロック７０６に辿る。
【００６５】
ブロック７０６では、図５の５００のような基本燃焼ダイナミックス調整プロセスを開始し、方法７００が終了する。
【００６６】
判断ブロック７０２に戻ると、２つ又はそれ以上のセンサが故障状態でない場合には、「いいえ」分岐７０８から判断ブロック７１０に辿る。判断ブロック７１０では、動作周波数情報に対するメジアン値が上方又はレッド論理閾値を超えるかどうかを判断する。この実施形態では、２４０のようなコントローラが、ガスタービンエンジンの缶に関連する動作周波数情報に対するメジアン値が、ピーク間でほぼ８ｐｓｉの上方閾値を超えるかどうかを判断することができる。図３のメジアン値の計算と同様のメジアン値を求めることができる。
【００６７】
上方閾値を超える場合には、「はい」分岐７１２からブロック７１４に辿る。ブロック７１４では、２４０のようなコントローラが予め定義された時間量の間タイマーカウントを開始することができる。この実施例では、タイマーは、ほぼ６０秒間開始することができる。他の実施形態では、タイマーカウントは、開始するか、或いは他のカウント持続時間の間増大することができる。
【００６８】
ブロック７１４の次はブロック７１６であり、ここでは、センサ測定値の持続性が確認される。例えば、コントローラ２４０は、センサ測定値が、約６０秒間ほぼ５０％の持続性のような予め定義された時間量を持続しているかどうかを判断することができる。この事例では、センサ測定値の持続性が判断されると、コントローラ２４０は、この周波数でのガスタービンエンジン動作の持続時間を判断することができ、方法７００はブロック７１８に進むことができる。他の実施形態では、必要に応じて持続性増分及びタイミングを調節することができる。
【００６９】
ブロック７１８では、トリップ指令を開始することができ、コントローラが対応するエンジン制御指令を転送することができる。この実施形態では、トリップ指令は、２４０のようなコントローラにより実施されるエンジン制御指令とすることができ、これは、ガスタービンエンジンの特定の動作を終了させる。
【００７０】
ブロック７１８の後にブロック７２０が続き、ここでは、ユーザに表示を転送することができる。この実施例では、２４０のようなコントローラは、コントローラに関連するユーザインタフェースを介してユーザに表示を転送することができる。例えば、グラフィカルユーザインタフェース又はディスプレイを介して「機械を再始動する前に移行部品のボロスコープを推奨する−トラブルシューティングについてはＯＥＭに連絡」と述べるアラームメッセージを転送することができる。
【００７１】
判断ブロック７１０に戻ると、上方閾値がメジアン値を超えない場合には、「いいえ」分岐７２２からブロック７２４に辿る。ブロック７２４では、図８の８００のような付加的なアクティブ燃焼ダイナミックス調整プロセスを開始することができ、方法７００が終了する。
【００７２】
図８は、ガスタービンエンジンの動的周波数を監視し、アラームを出し、必要な場合エンジン制御を実施する方法８００を示している。
【００７３】
方法８００は、判断ブロック８０２で開始する。判断ブロック８０２では、動作周波数情報のメジアン値が、中間又はイエロー論理閾値を上回るかどうかを判断する。この実施形態では、２４０のようなコントローラは、ガスタービンエンジンの缶に関連する動作周波数情報のメジアン値がピーク間でほぼ４ｐｓｉの中間閾値を上回るかどうかを判断することができる。
【００７４】
中間閾値を超える場合には、「はい」分岐８０４からブロック８０６に辿る。ブロック８０６では、コントローラは、予め定義された時間量のタイマーカウントを増大させることができる。この実施例では、２４０のようなコントローラは、ほぼ２４０秒間タイマーを開始することができる。他の実施形態では、タイマーカウントを開始することもでき、或いは別のカウント持続時間の間増大させることもできる。
【００７５】
ブロック８０６の後にブロック８０８が続き、ここでは、センサ測定値の持続性が確認される。例えば、コントローラ２４０は、センサ測定値が約２４０秒間ほぼ５０％持続性のような予め定義された時間量を持続しているかどうかを判断することができる。この事例では、センサ測定値の持続性が判断されると、コントローラ２４０がこの周波数でのガスタービンエンジン動作の持続時間を判断することができ、方法８００はブロック８１０に進むことができる。他の実施形態では、必要に応じて持続性増分及びタイミングを調節することができる。
【００７６】
ブロック８１０では、ユーザに表示を転送することができ、コントローラがエンジン制御指令を実施することができる。この実施例では、２４０のようなコントローラは、コントローラに関連するユーザインタフェースを介してユーザに表示を転送することができる。グラフィカルユーザインタフェース又はディスプレイを介してコントローラ２４０により転送される例示的な表示は、「ダイナミックスの現在のレベルが燃焼部品寿命に影響を及ぼす可能性がある−動作上の調節は進行中である」と述べるアラームメッセージとすることができる。更に、コントローラ２４０によりエンジン制御指令を転送し、ガスタービンエンジンに関連するバーナー間の燃料分割を調節することができる。例えば、ＰＭ１Ａ燃料分割は、ほぼ３％のような予め定義された量ずつ漸次的に増大させることができる。他の実施形態では、燃料分割は、他の量で増大させることもでき、他の表示又はエンジン制御指令を実施することもできる。
【００７７】
１つの実施形態では、ブロック８０８で持続性をチェックし、ブロック８１０でエンジン制御指令を実施する間、動作周波数情報に対するメジアン値は、図７のブロック７１０に記載するように、上方閾値に対して２４０のようなコントローラが連続的にチェックすることができる。
【００７８】
ブロック８１０の後にブロック８１２が続き、ここでは、新しいセンサ測定値の持続性が確認される。コントローラ２４０により、ＰＭ１Ａ燃料分割を増大させるような、エンジン制御指令を実施した後、これに応じて動作周波数を変化させることができ、センサ測定値をチェックする必要がある。例えば、新しいセンサ測定値が約２４０秒間ほぼ５０％持続性のような予め定義された時間量を持続する場合には、センサ測定値を確認することができ、方法８００は図９の分岐ブロック「Ｃ」９０２と同様の分岐ブロック「Ｃ」８１４に進むことができる。他の実施形態では、必要に応じて持続性を調節することができる。
【００７９】
判断ブロック８０２に戻ると、メジアン値が中間閾値を超えない場合には、「いいえ」分岐８１６から分岐ブロック「Ｂ」８１８に辿る。分岐ブロック「Ｂ」８１８の後に判断ブロック８２０が続く。
【００８０】
判断ブロック８２０では、センサ測定値の何れかがほぼ２ｐｓｉの下方又はグリーン論理閾値を超えるかどうかを判断する。この実施形態では、モデルＡ９６ＫＦ圧力トランスミッタのようなそれぞれの圧力トランスミッタからの信号を２４０のようなコントローラが受け取り、ほぼ２ｐｓｉのような下方閾値と比較することができる。
【００８１】
特定のセンサ測定値が閾値を超える場合には、「はい」分岐８２２からブロック８２４に辿る。ブロック８２４では、コントローラは、予め定義された時間量の間各缶に対してタイマーカウントを開始するか又は増大させることができる。この実施例のコントローラ２４０では、タイマーは、ほぼ１０８０秒間の間開始するか又は増大させることができる。他の実施形態では、タイマーカウントは、他のカウント持続時間の間開始又は増大させることができる。
【００８２】
判断ブロック８２０に戻ると、特定の測定値が下方閾値を超えない場合には、「いいえ」分岐８２の後にブロック８２８が続く。ブロック８２８では、コントローラによりユーザには何もアラーム表示が転送されず、どのような追加の動作もとる必要が無い。
【００８３】
方法８００は、ブロック８２８で終了する。
【００８４】
図９は、ガスタービンエンジンの動的周波数を監視し、アラームを出し、必要な場合にはエンジン制御を実施する方法９００を示している。
【００８５】
方法９００は、図９の分岐ブロック「Ｃ」９０２で開始する。分岐ブロック９０２の後に判断ブロック９０４が続く。
【００８６】
判断ブロック９０４では、動作周波数情報に対するメジアン値が、中間又はイエロー論理閾値を上回るかどうかを判断する。この実施形態では、２４０のようなコントローラは、ガスタービンエンジンの缶に関連する動作周波数情報のメジアン値がピーク間でほぼ４ｐｓｉの中間閾値を上回るかどうかを判断する。
【００８７】
中間閾値を超える場合には、「はい」分岐９０６からブロック９０８に辿る。ブロック９０８では、コントローラは、予め定義された時間量のタイマーカウントを増大させ、上方閾値をチェックすることができる。この実施例では、コントローラ２４０は、ほぼ２４０秒間タイマーを開始するか増大させることができる。更に、動作周波数情報に対するメジアン値を比較して、上方又はレッド論理閾値を超えるかどうかを判断する。他の実施形態では、タイマーカウントは、別のカウント持続時間の間開始するか増大させることができる。
【００８８】
ブロック９０８の後にブロック９１０が続き、ここでは、ユーザに表示が転送され、コントローラによりエンジン制御指令を実施することができる。この実施例では、２４０のようなコントローラは、ユーザに表示を提供することができる。例示的な表示は、「ダイナミックスの現在のレベルは燃焼部品の寿命に影響を及ぼす可能性がある−動作調節は進行中である」と述べるアラームメッセージとすることができる。更に、コントローラ２４０によりエンジン制御指令を転送し、ガスタービンエンジンの負荷を低減することができる。例えば、ガスタービンエンジンの負荷は、ほぼ１０％のような予め定義された量ずつ漸次的に減少させることができる。他の実施形態では、ガスタービン負荷は、別の量で減少させることもでき、他の表示又はエンジン制御指令を実施することもできる。
【００８９】
機械駆動用途を含む１つの実施形態では、上述のアラームメッセージを備えた同様の表示をユーザに転送することができ、燃焼基準温度（ＴＴＲＦ）の低下を可能にするエンジン制御指令を実施することができる。
【００９０】
ブロック９１０の後に判断ブロック９１２が続き、ここでは、動作周波数情報に対するメジアン値が、中間又はイエロー論理閾値を上回るかどうかを判断する。この実施形態では、２４０のようなコントローラは、ガスタービンエンジンの缶に関連する動作周波数情報に対するメジアン値がピーク間でほぼ４ｐｓｉの中間閾値を上回るかどうかを判断することができる。
【００９１】
中間閾値を超えない場合には、「いいえ」分岐９１４からブロック９１６に辿る。ブロック９１６では、メジアン値は下方又はグリーン論理閾値と比較することができる。この実施形態では、コントローラ２４０は、メジアン値がピーク間で２ｐｓｉのような下方閾値内にあることを確認することができる。
【００９２】
ブロック９１６の後にブロック９１８が続き、ここでは、ユーザに表示が転送される。この実施例では、コントローラ２４０は、ユーザに表示を提供することができる。例示的な表示は、「燃焼ダイナミックスに起因して負荷が減少」というアラームメッセージとすることができる。この事例では、ユーザは、動作周波数を監視しながら、ガスタービンエンジン負荷を漸次的に増大させることができる。他の実施形態では、他の表示を実施することができる。
【００９３】
１つの実施形態では、ユーザが十分な負荷でガスタービンエンジンを動作することができない場合には、ユーザは、５００又は６００のような基本燃焼ダイナミックス調整プロセスを用いてガスタービンエンジンを動作する許可を要求することができる。
【００９４】
判断ブロック９１２に戻ると、中間閾値を超える場合には、「はい」分岐９２０からブロック９２２に辿る。ブロック９２２では、コントローラ２４０は、予め定義された時間量の間タイマーカウントを増大させ、上方閾値をチェックすることができる。この実施例では、コントローラは、ほぼ２４０秒間タイマーを開始又は増大させることができる。更に、動作周波数情報のためのメジアン値を比較し、上方又はレッド論理閾値を超えるかどうかを判断する。他の実施形態では、タイマーカウントを別のカウント持続時間の間開始又は増大させることができる。
【００９５】
ブロック９２２の後にブロック９２４が続き、ここでは、コントローラによりエンジン制御指令を実施することができる。この実施例では、コントローラ２４０は、ガスタービンエンジンを保護するために、ガスタービンエンジンを比較的安全な拡散モード又は他のモードで動作することができる。他の実施形態では、コントローラ２４０により他のエンジン制御指令を実施することができる。
【００９６】
ブロック９２４の後に判断ブロック９２６が続き、ここでは、動作周波数情報に対するメジアン値が中間又はイエロー論理閾値を上回るかどうかの判断を行う。この実施形態では、２４０のようなコントローラは、ガスタービンエンジンの缶に関連する動作周波数情報に対するメジアン値がピーク間でほぼ４ｐｓｉの中間閾値を上回るかどうかを判断することができる。
【００９７】
中間閾値を超える場合には、「はい」分岐９２８からブロック９３０に辿る。ブロック９３０では、コントローラ２４０は、予め定義された時間量の間タイマーカウントを増大させ、上方閾値をチェックすることができる。この実施例では、タイマーは、ほぼ２４０秒間開始するか又は増大させることができる。更に、動作周波数情報に対するメジアン値を比較し、上方又はレッド論理閾値を超えるかどうかを判断する。他の実施形態では、別のカウント持続時間の間タイマーカウントを開始するか又は増大させることができる。
【００９８】
ブロック９３０の後にブロック９３２が続き、ここでは、ユーザに表示が転送される。この実施例では、２４０のようなコントローラがユーザに表示を提供することができる。例示的な表示は、「拡散時の持続的ダイナミックス」と述べるアラームメッセージとすることができる。この事例では、ユーザは、拡散モードでガスタービンエンジンを動作する必要があり、方法９００が終了する。
【００９９】
判断ブロック９２６に戻ると、中間閾値を超えない場合には、「いいえ」分岐９３４からブロック９３６に辿る。ブロック９３６では、コントローラは、ユーザに表示を提供することができる。この実施例では、表示は、「トラブルシューティングについてはＯＥＭに連絡し、予混合ロックアウトを設定する」と述べるアラームメッセージとすることができる。他の実施形態では、多の表示を実施することができる。
【０１００】
ブロック９３６の後に分岐ブロック「Ｂ」９３８が続き、これは、方法６００が進む図６の分岐ブロック「Ｂ」６１４と同じである。
【０１０１】
判断ブロック９０４に戻ると、中間閾値を超えない場合には、「いいえ」分岐９４０からブロック９４２に辿る。ブロック９４２では、メジアン値を下方又はグリーン論理閾値と比較することができる。この実施形態では、コントローラ２４０は、メジアン値がピーク間で２ｐｓｉのような下方閾値内にあることを確認することができる。
【０１０２】
ブロック９４２の後にブロック９４４が続き、ここでは、ユーザに表示が転送され、コントローラによりエンジン制御指令を実施することができる。この実施例では、コントローラ２４０は、ユーザに表示を提供することができる。例示的な表示は、「エミッションが不適合である可能性がある」と述べるアラームメッセージとすることができる。更に、コントローラ２４０によりエンジン制御指令を転送し、ガスタービンエンジンに関連するバーナー間の燃料分割を元の設定に戻して調節することができる。例えば、燃料分割は、ほぼ３％／時のような予め定義された量ずつ元のＰＭＩＡ燃料分割に漸次的に戻すことができる。加えて、コントローラは、制御指令を実施する間に中間閾値を超えるかどうかを判断し、必要な場合には付加的なエンジン制御指令を開始することができる。例えば、中間閾値を超える各事例では、公称ＰＭＩＡ＋３％を限界にして、ほぼ０．５％ずつＰＭ１Ａ燃料分割を増大させることができる。他の実施形態では、燃料分割を別の量で増大又は減少させることもでき、コントローラにより他の表示又はエンジン制御指令を実施することもできる。
【０１０３】
１つの実施形態では、２４０のようなコントローラが、タイマーカウントを開始し、ＰＭ１Ａ燃料分割が通常量よりも多い持続時間を求めることができる。
【０１０４】
ブロック９４４の後に判断ブロック９４６が続き、ここでは、動作周波数情報に対するメジアン値が中間又はイエロー論理閾値を上回るかどうかの判断を行う。この実施形態では、２４０のようなコントローラが、ガスタービンエンジンの缶に関連する動作周波数情報に対するメジアン値が、ピーク間でほぼ４ｐｓｉの中間閾値を上回るかどうかを判断することができる。
【０１０５】
中間閾値を超えない場合には、「いいえ」分岐９４８から図６の分岐ブロック「Ｂ」６１４と同じ分岐ブロック「Ｂ」９５０に辿り、方法６００を開始する。
【０１０６】
判断ブロック９４６に戻ると、中間閾値を超える場合には、「はい」分岐９５２からブロック９５４に辿る。ブロック９５４では、コントローラ２４０は、予め定義された時間量の間タイマーカウントを増大させ、上方閾値をチェックすることができる。この実施例では、コントローラ２４０は、ほぼ２４０秒間タイマーを開始又は増大させることができる。更に、動作周波数情報に対するメジアン値を比較し、上方又はレッド論理閾値を超えているかどうかを判断する。他の実施形態では、別のカウント持続時間の間タイマーカウントを開始又は増大させることができる。
【０１０７】
ブロック９５４の後にブロック９５６が続き、ここでは、ユーザに表示が転送される。この実施例では、２４０のようなコントローラは、ユーザに表示を提供することができる。例示的な表示は、「予混合での持続性ダイナミックス、分割補正活性、及びエミッションが不適合である可能性」と述べるアラームメッセージとすることができる。この事例では、コントローラ２４０は、ガスタービンエンジンを元のＰＭ１Ａ燃料分割＋３％に維持する。
【０１０８】
ブロック９５６の後に分岐ブロック「Ｂ」９５０が続き、これは、図６の分岐ブロック「Ｂ」６１４と同じであり、方法６００を開始する。
【０１０９】
図１０は、特定のガスタービンエンジンのための燃焼ダイナミックス調整プロセスの実施形態の実施を示す。図１０では、例示的なガスタービンエンジンについての一連の例示的な定常状態型の動作周波数データ１０００が示されている。ほぼ２６０の動作周波数データ点１０００をｘ軸１００２に沿ってプロットし、データ点のピーク間動圧（ｐｓｉ）をｙ軸１００４に示す。動作周波数データの各々について、移動するイエロー閾値１００６もプロットされる。この図のデータを参照すると、イエロー閾値１００６は、３つの事例１００８、１０１０、１０１２でのみ超えられている。これらの事例では、アクティブ燃焼ダイナミックス調整プロセスによりエンジン制御指令を実施し、ガスタービンエンジンの動作周波数を減少させる。残りのデータに示されるように、動作周波数は、図示のデータ点の大多数にわたり移動イエロー閾値１００６未満に留まる。
【０１１０】
これらの発明に関連する当業者であれば、前述の説明及び関連する図面に提示された教示の利点を有する、本明細書に記載された本発明の多くの変更形態及び他の実施形態が想起されるであろう。従って、本発明は、多くの形態で具現化することができ、上述の実施形態には限定されないことは、当業者には理解されるであろう。従って、本発明は、開示される特定の実施形態に限定されるものでなく、変更形態及び他の実施形態は添付の請求項の範囲内に含まれるものする点は理解されるであろう。本明細書では特定の用語が使用されるが、これらは、一般的な説明的意味でのみ用いられ、限定の目的では用いられるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の実施形態により制御することができる例示的なガスタービンエンジンのレイアウトを示す概略図。
【図２】本発明の実施形態によるエンジン制御システムの構成要素を示すブロック図。
【図３】本発明の実施形態の１つによる実行中の例示的な燃焼ダイナミックス調整モデルを示すブロック図。
【図４】本発明の実施形態による基本燃焼ダイナミックス調整プロセス及びガスタービンエンジンのための例示的なフローチャートを示す図。
【図５】本発明の実施形態による基本燃焼ダイナミックス調整プロセス及びガスタービンエンジンのための例示的なフローチャートを示す図。
【図６】本発明の実施形態による基本燃焼ダイナミックス調整プロセス及びガスタービンエンジンのための例示的なフローチャートを示す図。
【図７】本発明の実施形態によるアクティブ燃焼ダイナミックス調整プロセス及びガスタービンエンジンのための例示的なフローチャートを示す図。
【図８】本発明の実施形態によるアクティブ燃焼ダイナミックス調整プロセス及びガスタービンエンジンのための例示的なフローチャートを示す図。
【図９】本発明の実施形態によるアクティブ燃焼ダイナミックス調整プロセス及びガスタービンエンジンのための例示的なフローチャートを示す図。
【図１０】本発明の実施形態による燃焼ダイナミックス調整プロセス及びガスタービンエンジンのための例示的な動作周波数データを示す図。
【符号の説明】
【０１１２】
１００  ガスタービンエンジン
１０２  缶
１０４  缶
１０６  缶
１０８  缶
１１０  缶
１１２  缶
２００  制御システム
２１０  プラント又はエンジン
２２０  状態推定器
２３０  モデル
２４０  モデルベース予想制御モジュール又は制御モジュール
２５０  オプティマイザ
２６０  モデル
Ｙ  動作周波数データ
Ｕ  エンジン指令入力
３００  モデル
３０２  モデルブロック
３０４  モデルブロック
３０６  モデル偏導関数ブロック
３０８  モデル偏導関数ブロック
３１０  フィルタブロック
３１２  ヒートソークブロック
３１４  性能パラメータ
３１６  モデルブロック３０２からの性能出力
３１８  モデルブロック３０４からの性能出力
３２０  位相外れ変数
３２２  乗算器
３２４  エンジンの予想熱伝達
３２６  乗算器
３３０  モデル偏導関数ブロック３０６からの出力
３３２  モデル偏導関数ブロック３０６からの出力
３３４  モデル偏導関数ブロック３０８からの出力
３３６  エンジンからの性能パラメータ
３３８  共分散出力
３４２  金属温度
４００  処理
４０２  ブロック４０２
４０４  判断ブロック４０４
４０６  はい分岐
４０８  ブロック４０８
４１０  いいえ分岐
４１２  判断ブロック４１２
４１４  はい分岐
４１６  いいえ分岐
４１８  判断ブロック４１８
４２０  はい分岐
４２２  判断ブロック４２２
４２４  はい分岐
４２６  いいえ分岐
４２８  ブロック４２８
４３０  いいえ分岐
４３２  ブロック４３２
５００  処理
５０２  判断ブロック５０２
５０４  はい分岐
５０６  ブロック５０６
５０８  ブロック５０８
５１０  ブロック５１０
５１２  いいえ分岐
５１４  ブロック５１４
５１６  ブロック５１６
６００  処理
６０２  ブロック６０２
６０４  はい分岐
６０６  ブロック６０６
６０８  ブロック６０８
６１０  ブロック６１０
６１２  いいえ分岐
６１４  分岐ブロックＢ
６１６  判断ブロック６１６
６１８  はい分岐
６２０  ブロック６２０
６２２  いいえ分岐
６２４  ブロック６２４
７００  処理
７０２  判断ブロック７０２
７０４  はい分岐
７０６  ブロック７０６
７０８  いいえ分岐
７１０  判断ブロック７１０
７１２  はい分岐
７１４  ブロック７１４
７１６  ブロック７１６
７１８  ブロック７１８
７２０  ブロック７２０
７２２  いいえ分岐
７２４  ブロック７２４
８００  処理
８０２  判断ブロック８０２
８０４  はい分岐
８０６  ブロック８０６
８０８  ブロック８０８
８１０  ブロック８１０
８１２  ブロック８１２
８１４  分岐ブロックＣ
８１６  いいえ分岐
８１８  分岐ブロックＢ
８２０  判断ブロック８２０
８２２  はい分岐
８２４  ブロック８２４
８２６  いいえ分岐
８２８  ブロック８２８
９００  処理
９０２  分岐ブロック９０２
９０４  判断ブロック９０４
９０６  はい分岐
９０８  ブロック９０８
９１０  ブロック９１０
９１２  判断ブロック９１２
９１４  いいえ分岐
９１６  ブロック９１６
９１８  ブロック９１８
９２０  はい分岐
９２２  ブロック９２２
９２４  ブロック９２４
９２６  判断ブロック９２６
９２８  はい分岐
９３０  ブロック９３０
９３２  ブロック９３２
９３４  いいえ分岐
９３６  ブロック９２６
９３８  分岐ブロックＢ
９４０  いいえ分岐
９４２  ブロック９４２
９４４  ブロック９４４
９４６  判断ブロック９４６
９４８  いいえ分岐
９５０  分岐ブロックＢ
９５２  はい分岐
９５４  ブロック９５４
９５６  ブロック９５６
１０００  動作周波数データ
１００２  ｘ軸
１００４  ｙ軸
１００６  移動イエロー閾値
１００８  動作データが移動イエロー閾値を超える点
１０１０  動作データが移動イエロー閾値を超える点
１０１２  動作データが移動イエロー閾値を超える点
【図１】
2009008077.tif 000003
【図２】
2009008077.tif 000004
【図３】
2009008077.tif 000005
【図４】
2009008077.tif 000006
【図５】
2009008077.tif 000007
【図６】
2009008077.tif 000008
【図７】
2009008077.tif 000009
【図８】
2009008077.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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