CH703224B1 - Anordnung aus einem Gasturbinenmotor und einer Steuerung. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem Gasturbinenmotor und einer Steuerung (200) zur Steuerung des Gasturbinenmotors. Die Steuerung enthält eine Vielzahl von Sensoren, die geeignet sind, um Betriebsfrequenzinformationen, die einem jeweiligen Rohr zugeordnet sind, zu erhalten. Die Steuerung enthält auch ein Steuergerät, das geeignet ist, um die Schwankung zwischen Betriebsfrequenzinformationen von mindestens zwei Rohren, mindestens teilweise auf den Betriebsfrequenzinformationen basierend, zu bestimmen. Zudem ist das Steuergerät geeignet, um einen Medianwert, mindestens teilweise auf der Schwankung basierend, zu bestimmen. Zudem ist das Steuergerät geeignet zu bestimmen, ob der Medianwert mindestens eine Betriebsschwelle überschreitet. Zusätzlich ist das Steuergerät geeignet, um mindestens eine Motorsteuerungsaktion durchzuführen, um mindestens eine Betriebsfrequenz zu ändern, wenn mindestens eine Betriebsschwelle überschritten wird.

Description

Gebiet der Erfindung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem Gasturbinenmotor und einer Steuerung nach Anspruch 1.

Allgemeiner Stand der Technik

[0002] Entwicklung und Betrieb eines Verbrennungssystems in einer Drehmaschine, wie etwa einem Gasturbinenmotor, können aufwändig sein. Um derartige Motoren zu betreiben, können herkömmliche Algorithmen zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik einen oder mehrere Sensoren verwenden, die diversen Motorbestandteilen zugeordnet sind, um Leistungs- und Betriebsmerkmale des Motors zu erhalten. Z.B. kann eine Einzelrohrbrennkammer Ausgaben von mehreren Verbrennungsdynamiksensoren verwenden, um die Brennkammer unter Verwendung eines herkömmlichen Algorithmus zum Abstimmen der Dynamik abzustimmen. Bei einem anderen Beispiel kann eine Rohr-Ring-Brennkammer, die mehrere Rohre umfassen kann, die in einer ringförmigen Konfiguration angeordnet sind, Eingaben von mehreren Verbrennungsdynamiksensoren verwenden, jeweils einen für jedes Rohr, um die Brennkammer unter Verwendung eines anderen herkömmlichen Algorithmus zum Abstimmen der Dynamik abzustimmen. Um Schwankungen von Rohr zu Rohr zu berücksichtigen, kann diese Art von Algorithmus zum Abstimmen der Dynamik überprüfen, ob jeder der Sensoren sich in einem vorgegebenen Bereich befindet, und die Sensoren können dann auf einen mittleren Leistungswert eingestellt werden, oder alternativ können Ausgaben von allen Sensoren gemittelt werden, um ein Dynamiksignal zu bestimmen, um dementsprechend vorzugehen.

[0003] In einigen Fällen können ein oder mehrere Sensoren, die einer Brennkammer, wie etwa einer Einzelrohrbrennkammer oder einer Rohr-Ring-Brennkammer zugeordnet sind, falsche oder erratische Daten bzw. Messungen liefern. Zum Beispiel kann ein Sensor während des Brennkammerbetriebs ausfallen, und Daten vom Sensor können aufhören oder anderweitig als erratisch oder falsch angesehen werden. Wenn mehr als ein Sensor falsche oder erratische Daten bzw. Messungen liefert, können derartige Daten oder Messungen in den herkömmlichen Algorithmus zum Abstimmen der Dynamik eingegeben werden, und es kann sich daraus eine verringerte Leistungsfähigkeit der Brennkammer ergeben. In anderen Fällen kann eine falsche Abstimmung oder eine verringerte Leistungsfähigkeit zu übermässigen Vibrationen in oder zu Schäden an der Brennkammer führen.

[0004] Somit besteht ein Bedarf an einer Anordnung aus einem Gasturbinenmotor und einer Steuerung zur Steuerung des Gasturbinenmotors.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0005] Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem Gasturbinenmotor und einer Steuerung zur Steuerung des Gasturbinenmotors, wobei der Motor mehrere Rohre umfasst. Die Steuerung enthält eine Vielzahl von Sensoren, die geeignet sind, um Betriebsfrequenzinformationen, die einem jeweiligen Rohr zugeordnet sind, zu erhalten. Die Steuerung enthält auch ein Steuergerät, das geeignet ist, um die Schwankung zwischen Betriebsfrequenzinformationen von mindestens zwei Rohren, mindestens teilweise auf den Betriebsfrequenzinformationen basierend, zu bestimmen.

[0006] Zudem ist das Steuergerät geeignet, um einen Medianwert, mindestens teilweise auf der Schwankung basierend, zu bestimmen. Zudem ist das Steuergerät geeignet zu bestimmen, ob der Medianwert mindestens eine Betriebsschwelle überschreitet. Zusätzlich ist das Steuergerät geeignet, um mindestens eine Motorsteuerungsaktion durchzuführen, um mindestens eine Betriebsfrequenz zu ändern, wenn mindestens eine Betriebsschwelle überschritten wird.

[0007] Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0008] Nachdem die Erfindung somit allgemein beschrieben wurde, soll nun Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen werden, die nicht unbedingt massstabsgetreu sind. Es zeigen: <tb>Fig. 1<sep>eine schematische Darstellung, welche die Anordnung eines beispielhaften Gasturbinenmotors zeigt. <tb>Fig. 2<sep>ein Blockdiagramm, das die Bestandteile eines Motorsteuerungssystems abbildet. <tb>Fig. 3<sep>ein Blockdiagramm, das ein beispielhaftes Modell zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik abbildet. <tb>Fig. 4 und 5<sep>beispielhafte Flussdiagramme für einen Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik und einen Gasturbinenmotor. <tb>Fig. 6 bis 9<sep>beispielhafte Flussdiagramme für einen aktiven Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik und einen Gasturbinenmotor. <tb>Fig. 10<sep>beispielhafte Betriebsfrequenzdaten für einen Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik und einen Gasturbinenmotor.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

[0009] Die Erfindung soll nun nachstehend ausführlicher mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen Beispiele gezeigt werden. Beispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf schematische Abbildungen beschrieben. Gasturbinenmotoren sind Luft atmende Motoren, die Arbeit auf dem thermodynamischen Kreisprozess nach Brayton basierend produzieren. Einige nicht einschränkende Beispiele von Gasturbinenmotoren umfassen: Flugtriebwerke, Stromversorgungsanlagen, Triebwerke für Schiffsanwendungen, als Pumpen verwendete Turbinen, in Kombikraftwerken verwendete Turbinen und für andere industrielle Anwendungen verwendete Turbinen. Bei Gasturbinenmotoren wird die Wärmeenergie aus der Verbrennung von Brennstoff mit Luft, der Verbrennung von Brennstoff mit einem Oxidationsmittel, chemischen Reaktionen und/oder einem Wärmeaustausch mit einer Wärmequelle gewonnen. Die Wärmeenergie wird dann in nutzbare Arbeit umgesetzt. Diese Arbeit kann in Form von Schub, Leistungsaufnahme oder Strom ausgegeben werden. Die Leistung oder Wirkung dieser Motoren wird durch die Verwendung von Aktuatoren gesteuert. Einige nicht einschränkende Beispiele von Aktuatoren bei Gasturbinenmotoren umfassen Brennstoffmessventile, Einlassleitschaufeln, variable Statorschaufeln, variable Geometrie, Anzapfventile, Anlassventile, Totraumsteuerventile, Einlassanzapfwärme, variable Auslassdüsen und dergleichen. Einige nicht einschränkende Beispiele von abgetasteten Motorwerten umfassen Temperaturen, Drücke, Rotorgeschwindigkeiten, Aktuatorpositionen und/oder Strömungen.

[0010] Ein schematisches Beispiel eines beispielhaften Gasturbinenmotors 100 ist in Fig. 1gezeigt. Mehrere Rohre 102, 104, 106, 108, 110, 112, auch als Nummer 1 bis 14 bezeichnet, sind in einer ringförmigen Konfiguration ausgerichtet. Jedes Rohr 102 bis 112 umfasst mindestens einen Sensor, wie etwa einen dynamischen Drucksensor, der in der Lage ist, eine Betriebsfrequenz des Rohrs oder Motorbestandteils zu messen oder anderweitig zu erfassen. Bei anderen Gasturbinen können unterschiedliche Anzahlen von Rohren und Sensoren verwendet werden. In einem Beispiel können die Betriebsfrequenzdaten von jedem Rohr 102 bis 112, wie etwa dynamische Druckmessungen, unter Verwendung einer schnellen Fouriertransformierten verarbeitet werden, um den Frequenzgehalt und die Amplituden der Frequenzen, wie etwa Betriebsamplituden, zu bestimmen. Anhand dieser Informationen kann eine Frequenzverteilung, wie etwa ein Histogramm, erzeugt werden. Mindestens teilweise auf dem Histogramm basierend kann man eine repräsentative Betriebsfrequenz für das spezifische Rohr bzw. den Motorbestandteil wählen. Wie in Fig. 3 gezeigt können die Betriebsfrequenzdaten oder ausgewählte repräsentative Betriebsfrequenzen für jedes Rohr 102 bis 112 als Eingabe, wie etwa 330, für ein beispielhaftes Modell und einen Algorithmus zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik verwendet werden. Es versteht sich, dass die Begriffe «Betriebsfrequenzinformationen» und «Betriebsfrequenzdaten» austauschbar sind, und dass die beiden Ausdrücke Betriebsdaten, Betriebsdrücke, dynamische Betriebsdrücke und Betriebsamplitudendaten umfassen können, ohne darauf beschränkt zu sein.

[0011] Der Fachmann wird verstehen, dass die hier beschriebenen Beispiele auf verschiedene Systeme anwendbar und nicht auf Motoren oder andere Vorrichtungen ähnlich wie die in Fig. 1 beschriebenen beschränkt sind.

[0012] Fig. 2 bildet eine Steuerungsanordnung ab, die ein beispielhaftes Modell einsetzt. Das in Fig. 2 gezeigte Steuerungssystem 200 ist dazu geeignet, die physikalische Maschinenanlage bzw. den Gasturbinenmotor 210 zu überwachen und zu steuern, um im Wesentlichen optimale Leistung unter verschiedenen Bedingungen bereitzustellen. Die Anlage bzw. der Motor 210 kann Sensoren umfassen, die Werte Y bestimmter Parameter abtasten oder messen. Diese Parameter können Gebläsegeschwindigkeit, Betriebsfrequenzen, dynamische Drücke, Betriebsdrücke, Betriebsdruckverhältnisse und Temperaturen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Anlage bzw. der Motor 210 kann auch einen oder mehrere Aktuatoren umfassen, die von einer oder mehreren Befehlseingaben U gesteuert werden können. Die Anlage bzw. der Motor 210 kann z.B. ähnlich wie der in Fig. 1 abgebildete Motor 100 sein.

[0013] Die Werte Y der abgetasteten oder gemessenen Parameter werden einer Zustandsschätzfunktion 220 zugeführt. Die in die Zustandsschätzfunktion 220 eingegebenen Werte, wie etwa Sensoreingaben, Betriebsfrequenzen oder dynamische Drücke, können verwendet werden, um einen oder mehrere Werte in der Zustandsschätzfunktion 220 zu initialisieren. Die Zustandsschätzfunktion 220 kann ein Modell 230 der Anlage bzw. des Motor 210 umfassen. Das Modell 230 kann von der Zustandsschätzfunktion 220 verwendet werden, um einen oder mehrere Zustandsparameter zu erzeugen, die Schätzungen von Leistungsparametern umfassen können. Ein Beispiel eines geeigneten Modells ist ausführlicher bei 300 in Fig. 3beschrieben.

[0014] Die Zustandsparameter aus der Zustandsschätzfunktion 220 und das dazugehörige Modell 230 können an ein prädiktives Steuerungsmodul auf Modellbasis bzw. Steuerungsmodul 240 übertragen werden. Bei einem Beispiel kann das Steuerungsmodul ein Steuergerät mit einer dazugehörigen Ausgabevorrichtung oder einem Display, wie etwa eine graphische Benutzeroberfläche, sein. Das Steuerungsmodul 240 kann die Zustandsparameter verwenden, um eine Optimierung vorzunehmen, um Befehle für einen oder mehrere Aktuatoren der Anlage bzw. des Motors 210 zu bestimmen. Z.B. kann das Steuerungsmodul 240 eine Optimierung vornehmen, um eine oder mehrere Motorsteuerungsaktionen und entsprechende Steuerungsbefehle für einen oder mehrere Aktuatoren eines Gasturbinenmotors zu bestimmen. In dieser Hinsicht kann das Steuerungsmodul 240 einen Optimierer 250 und ein Modell 260 umfassen. Das dem Steuerungsmodul 240 zugeordnete Modell 260 kann mit dem Modell 230, das der Zustandsschätzfunktion 220 zugeordnet ist, identisch sein. Der Fachmann wird erkennen, dass ein Modell entweder als Zustandsschätzfunktion 220 oder als Steuerungsmodul 240 oder beide eingesetzt werden kann. Die Verwendung eines oder beider Modelle 230, 260 ermöglicht eine schnelle Konvergenz der Optimierung des Motors 210.

[0015] Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, die ein beispielhaftes Modell während der ursprünglichen Konfiguration und auch während der normalen Ausführung beispielhaft abbildet. Dieses Diagramm bildet die Datenverarbeitung durch diverse Module ab, die einem Modell 300, wie etwa einem Algorithmusmodell zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik, zugeordnet sind. Wie gezeigt kann das Modell 300 einige oder alle der folgenden Module umfassen: Sensorallgemeinzustandsblock 302; Medianblock 304; Übertragungsfunktion-(TF)Abstimmungsblock 306; einen Speicherblock 308; Mediandynamikblock 310; Steueralgorithmusblock auf Modellbasis 312; Standardabweichungsblock 314; Mittelwertblock 316; Kovarianzblock 318, Konstantenblock 320; Mediandynamikblock 322; Medianzielblock 324; und einen Speicherblock 326. Die Modulblöcke 302 bis 326 stehen für diverse «Laufzeit»-artige Module, für die diverse Parameter für jedes der Module 302 bis 326 eingegeben werden können, und jeweilige entsprechende Ausgaben von den Modulen 302 bis 326 empfangen werden können. Der Fachmann wird erkennen, dass diverse Ein- und Ausgaben beispielsweise unter Zuhilfenahme von Dateneingaben, Vektoren, Matrizen, Funktionen und andere rechnerische Vorrichtungen konfiguriert werden können. Das gezeigte Beispielmodell 300 kann beispielsweise Modellprädiktionen bestimmen und Verbrennungsmodellprädiktionen auf gemessene Leistungen in einer Echtzeitumgebung für einen Gasturbinenmotor, wie etwa 100 in Fig. 1, oder eine ähnliche Vorrichtung dynamisch abstimmen. Das Beispielmodell 300 kann als der in Fig. 1bei 100 gezeigte Gasturbinenmotor und das in Fig. 2 bei 200 gezeigte System eingesetzt werden.

[0016] Der Sensorallgemeinzustandsblock 302 empfängt eine oder mehrere Eingaben 328 von einem Motor 330, ähnlich wie der in Fig. 1 gezeigte Motor 100. Die Eingaben können z.B. Betriebsfrequenzinformationen oder dynamische Druckinformationen von einem oder mehreren Sensoren, die jeweiligen, in einer ringförmigen Konfiguration ausgerichteten Rohren zugeordnet sind, sein. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel kann man Eingaben von 6 Sensoren, einen für jedes Rohr eines Rohr-Ring-Motors, erhalten. Zusätzlich kann der Sensorallgemeinzustandsblock 302 bestimmen, ob einige oder alle Eingaben 328 sich in einem vorgegebenen Bereich befinden, indem er die Eingaben 328 mit einem zuvor gespeicherten Datensatz vergleicht.

[0017] Bei anderen Beispielen kann eine beliebige Anzahl von Eingaben vom Motor oder einer beliebige Anzahl von Rohren, die dem Motor zugeordnet sind, in den Sensorallgemeinzustandsblock 302 eingegeben werden.

[0018] Bei einem Beispiel kann eine Bestimmung vorgenommen werden, ob einige oder alle Eingaben 328 zu verwenden sind, je nachdem ob einige oder alle Eingaben 328 sich in einem vorgegebenen Bereich befinden. Falls einige oder alle Eingaben 328 sich nicht in einem vorgegebenen Bereich befinden, können einige oder alle Eingaben 328 abgewiesen werden, und es werden keine weiteren Massnahmen bezüglich einiger oder aller Eingaben 328 getroffen. Alternativ können zusätzliche Daten verwendet werden, um einige oder alle Eingaben 328 zu ersetzen. Falls einige oder alle Eingaben 328 sich innerhalb eines vorgegebenen Bereichs befinden, können einige oder alle Eingaben 328 von anderen Komponenten des Modells 300 weiterverarbeitet werden.

[0019] Falls einige oder alle Eingaben sich in einem vorgegebenen Bereich befinden, können einige oder alle Eingaben über 332 an den Medianblock 304 übertragen werden. Der Medianblock 304 kann auf einigen oder allen übertragenen Eingaben 330 basierend einen Medianwert 334 bestimmen. Der Medianwert 334 kann an den Übertragungsfunktion-(TF) Abstimmungsblock 306 zum Speichern im Speicherblock 308 und späteren Zurückholen daraus übertragen werden. Zusätzlich kann der Medianwert 334 in den Mediandynamik-Übertragungsfunktion-(TF)Block 310 eingegeben werden.

[0020] Der Mediandynamik-Übertragungsfunktion-(TF)Block 310 verwendet den Medianwert 334 mit einer Mediandynamik-Übertragungsfunktion, um eine Eingabe «M Hut» 336 an den Steueralgorithmusblock auf Modellbasis 312 zu bestimmen. Wie durch mehrere Eingabepfeile zum Mediandynamik-Übertragungsfunktion-(TF)Block 310 gezeigt, können zusätzliche Medianwerte für andere Betriebsfrequenzen eingegeben und gleichzeitig verarbeitet werden.

[0021] Wird nur der Medianwert 334, welcher der Eingabe «M Hut» 336 zugeordnet ist, verwendet, so kann die Steuerung des Motors 330 durch den Steueralgorithmusblock auf Modellbasis 312 zu Problemen neigen, wenn die Schwankungen zwischen den Betriebsfrequenzen von Rohr zu Rohr des Motors 330 relativ gross sind.

[0022] Noch einmal mit Bezug auf den Sensorallgemeinzustandsblock 302 werden einige oder alle Eingaben 328, wie etwa Betriebsfrequenzinformationen, in den Standardabweichungsblock 314 über 338 eingegeben, in dem eine Standardabweichung 340 bestimmt werden kann. Ferner werden einige oder alle Eingaben 328, wie etwa Betriebsfrequenzinformationen, in den Mittelwertblock 316 über 342 eingegeben, in dem ein Mittelwert 344 bestimmt werden kann. Mindestens teilweise auf der Standardabweichung 340 und dem Mittelwert 344 basierend, die in den Kovarianzblock 318 eingegeben werden, kann der Kovarianzblock 318 die Kovarianz zwischen den Eingaben 328 bestimmen, die den Rohren des Motors 330 zugeordnet sind. Z.B. kann der Mittelwert 344 durch die Standardabweichung 340 dividiert werden, um einen Kovarianzwert 346 zu bestimmen, der für den Betrieb des Motors 330 repräsentativ ist.

[0023] In einem Beispiel kann der Kovarianzwert 346 von einer motorabhängigen Funktion, wie etwa 348, geändert werden. Eine motorabhängige Funktion kann z.B. auf vorherigen Daten basierend bestimmt werden, die mit der Zeit von einem oder mehreren einer Reihe von ähnlichen Motoren aufgenommen wurden. Mit Bezug auf den Konstantenblock 320 kann nun der Kovarianzwert 346 von der motorabhängigen Funktion 348 multipliziert oder anderweitig angepasst werden, um ein «Maximum/Median»-Dynamikverhältnis 350 zu bestimmen, das für den Betrieb des Motors 330 repräsentativ ist.

[0024] In Abhängigkeit von der vorherigen Betriebsleistung des Motors 330 kann eine obere Spezifikationsgrenze (USL) 352, die auf der höchsten bzw. maximalen Betriebsfrequenz oder einem dynamischen Druck basiert, bei dem der Motor 332 sicher funktionieren kann, oder eine beliebige andere erwünschte obere Betriebsgrenze vorgegeben werden. Wie durch den Mediandynamikblock 322 repräsentiert, kann das «Maximum/Median»-Dynamikverhältnis 350 durch die USL 352 angepasst oder anderweitig geändert werden. In diesem Fall kann das «Maximum/Median»-Dynamikverhältnis 350 durch die USL 352 dividiert werden, um ein Medianziel 354 bzw. einen Medianwert zu erhalten.

[0025] Das Medianziel 354 kann vom Medianzielblock 324 übertragen werden, um im Speicherblock 326 für späteres Zurückholen gespeichert zu werden. Letztendlich kann das Medianziel 354 in den Steueralgorithmusblock auf Modellbasis 312 eingegeben werden.

[0026] Unter Verwendung des Medianziels 354 kann die Steuerung des Motors 330 durch den Steueralgorithmusblock auf Modellbasis 312 verbessert werden, da Schwankungen zwischen den Rohren des Motors 330 berücksichtigt werden können. Die Steuerung des Motors 330 auf diese Art und Weise kann den Einfluss von falschen Sensormessungen durch das Einhalten einer maximalen Verbrennungsdynamikgrenze bei einigen oder allen dem Motor 330 zugeordneten Rohren minimieren. Da das Medianziel 354 fortlaufend berechnet und in den Steueralgorithmusblock auf Modellbasis 312 eingegeben wird, ist die Steuerschleife 302 bis 310, 314 bis 328, 332 bis 354 fortlaufend «geschlossen», und es kann sich daraus eine verbesserte Steuerung des Motors 330 ergeben. Bei anderen Beispielen kann eine gleichzeitige oder andere Echtzeitverarbeitung anderer Betriebsfrequenzen ausgeführt und von dem gezeigten Modell 300 verarbeitet werden.

[0027] Im Gebrauch können einige oder alle der obigen Vorgänge und Anweisungen verwendet und nach Bedarf wiederholt werden, um automatisch und dynamisch die Verbrennung in mehreren Rohren eines Motors, wie etwa eines Rohr-Ring-Verbrennungsmotors, während der Modellausführung jederzeit abzustimmen. Auf diese Art und Weise kann der Motor konfiguriert werden, damit er der gemessenen dynamischen Leistung des Motors oder einer anderen betreffenden Vorrichtung entspricht.

[0028] Fig. 4 bis 9 bilden beispielhafte Flussdiagramme für Vorgänge zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik für einen Gasturbinenmotor ab. Insbesondere bildet Fig. 4 einen beispielhaften Vorgang zum Abstimmen der Startverbrennungsdynamik ab; Fig. 5 und 6 bilden beispielhafte grundlegende Vorgänge zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik ab; und Fig. 7, 8 und 9bilden beispielhafte aktive Vorgänge zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik ab. Einige oder alle Vorgänge aus Fig. 4 bis 9 können mit dem Beispielsteuerungssystem 200 in Fig. 2und dem Beispielmodell 300 in Fig. 3verwendet werden. Bei einem Beispiel kann ein Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik einige oder alle Vorgänge in Fig. 4bis 9 in Abhängigkeit von den gemessenen dynamischen Betriebsfrequenzen für einen bestimmten Gasturbinenmotor durchführen.

[0029] In Fig. 4 ist ein beispielhafter Vorgang zum Abstimmen der Startverbrennungsdynamik 400 gezeigt. Im Allgemeinen kann der Startvorgang aus Fig. 4 beim Starten eines Gasturbinenmotors verwendet werden. Insbesondere testet der Beispielvorgang 400, ob die einem Gasturbinenmotor zugeordneten Sensoren funktionstüchtig sind, und ob einige oder alle Sensormessungen in einem vorgegebenen Bereich liegen, wie etwa zwischen einer oberen Betriebsgrenze und einer unteren Betriebsgrenze, für eine geeignete Steuerung des Gasturbinenmotors. Dieser spezifische Vorgang 400 kann mit dem Beispielgasturbinenmotor 100 in Fig. 1, dem Steuerungssystem auf Modellbasis 200 in Fig. 2 und dem Modell 300 zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik in Fig. 3 verwendet werden. Der Startvorgang 400 beginnt bei Block 402. Bei Block 402 werden Betriebsfrequenzinformationen von mindestens einem Sensor, der einem jeweiligen Rohr zugeordnet ist, empfangen. Bei diesem Beispiel kann mindestens ein Signal aus einem Drucksender, von einem Steuergerät, wie etwa einem Steuerungsmodul auf Modellbasis 240 in Fig. 2, empfangen werden.

[0030] Auf Block 402 folgt der Entscheidungsblock 404, in dem bestimmt wird, ob der betreffende Sensor funktionstüchtig ist. Bei diesem Beispiel kann eine Bestimmung von einem Steuergerät, wie etwa 240, vorgenommen werden, je nachdem ob ein Signal von dem mindestens einen Sensor eine vorgegebene Zeit lang, wie etwa 2 Sekunden, empfangen wird. Wenn von dem mindestens einen Sensor während der vorgegebenen Zeit kein Signal empfangen wird, kann man der «Ja»-Verzweigung 406 zu Block 408 folgen.

[0031] In Block 408 kann eine Fehleranzeige an einen Benutzer übermittelt werden. Bei diesem Beispiel kann das Steuergerät, wie etwa 240, eine Fehleranzeige an einen Benutzer über eine geeignete Benutzeroberfläche, wie etwa ein Graphikdisplay, übermitteln. Eine beispielhafte Fehleranzeige kann eine Nachricht mit der Angabe sein, dass mindestens ein Sensorfehler erfasst wurde, oder dass ein Eingabefehleralarm für den dynamischen Druck der Brennkammer vorliegt. Messungen von dem betreffenden Sensor, der einen Fehler anzeigt, können von den nachfolgenden statistischen Berechnungen oder Verarbeitungen der Betriebsfrequenzinformationen ausgeschlossen werden. Z.B. können Messungen von einem bestimmten Sensor von den Eingaben in den Sensorallgemeinzustandsblock 302 in Fig. 3 ausgeschlossen werden, und ferner von den nachfolgenden Berechnungen unter Verwendung des Modells 300 aus Fig. 3, wozu die Berechnung eines Medianwerts gehört, ausgeschlossen werden. Wenn z.B. nur ein Sensor defekt ist, kann ein aktiver Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik, wie etwa 700, 800, 900, eingeleitet und dabei die nachfolgenden Sensoreingaben von der Berechnung des Medianwerts ausgeschlossen werden.

[0032] Noch einmal mit Bezug auf den Entscheidungsblock 404, wenn ein funktionstüchtiges Signal von dem mindestens einen Sensor empfangen wird, kann man der «Nein»-Verzweigung 410 zum Entscheidungsblock 412 folgen. Im Entscheidungsblock 412 wird bestimmt, ob die mindestens eine Sensormessung unterhalb einer unteren Betriebsgrenze liegt. Bei diesem Beispiel bestimmt ein Steuergerät, wie etwa 240, ob die mindestens eine Sensormessung unterhalb einer unteren Betriebsgrenze liegt. Eine beispielhafte untere Betriebsgrenze kann eine untere physikalische Grenze für die Betriebsfrequenzinformationen, wie etwa ungefähr 0,3 kPa von Spitze zu Spitze, sein. Liegt die Sensormessung unterhalb der unteren Betriebsgrenze, so kann man der «Ja»-Verzweigung 414 zum oben beschriebenen Block 408 folgen.

[0033] Noch einmal mit Bezug auf den Entscheidungsblock 412, wenn die mindestens eine Sensormessung nicht unterhalb der unteren Betriebsgrenze liegt, so kann man der «Nein»-Verzweigung 416 zum Entscheidungsblock 418 folgen. Im Entscheidungsblock 418 wird bestimmt, ob die Sensormessung sich oberhalb einer oberen Betriebsgrenze befindet. Bei einem Beispiel bestimmt ein Steuergerät, wie etwa 240, ob die Sensormessung oberhalb einer oberen Betriebsgrenze liegt. Eine beispielhafte Betriebsgrenze kann eine obere physikalische Grenze für die Betriebsfrequenzinformationen sein, wie etwa ungefähr 100 kPa von Spitze zu Spitze. Liegt die Sensormessung oberhalb der oberen Schwellengrenze, so kann man der «Ja»-Verzweigung 420 zum Entscheidungsblock 422 folgen.

[0034] Im Entscheidungsblock 422 wird bestimmt, ob andere Sensormessungen unterhalb einer unteren bzw. grünen Schwelle liegen. Bei diesem Beispiel kann ein Steuergerät, wie etwa 240, bestimmen, ob die anderen Sensormessungen unterhalb einer unteren bzw. grünen Schwelle liegen. Wenn die anderen Sensormessungen unterhalb einer unteren bzw. grünen Schwelle liegen, ist es wahrscheinlich, dass nur ein Sensor defekt ist, und man folgt der «Ja»-Verzweigung 424 zum oben beschriebenen Block 408.

[0035] Noch einmal mit Bezug auf den Entscheidungsblock 422, wenn die anderen Sensormessungen nicht unterhalb einer unteren bzw. grünen Schwelle liegen, ist es wahrscheinlich, dass mehr als ein Sensor defekt ist, und man folgt der «Nein»-Verzweigung 426 zu Block 428. In Block 428 kann ein Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik eingeleitet werden. Beispielhafte grundlegende Vorgänge zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik sind als 500, 600 mit Bezug auf die nachstehend beschriebenen Fig. 5 und 6 abgebildet. Falls nur 1 oder 2 Sensoren defekt sind, kann ein aktiver Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik, wie etwa 700, 800, 900, eingeleitet werden. Falls mehr als 2 Sensoren defekt sind, dann kann ein grundlegender Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik, wie etwa 500, 600, eingeleitet werden.

[0036] Noch einmal mit Bezug auf den Entscheidungsblock 418, wenn eine Sensormessung nicht oberhalb der oberen Betriebsgrenze liegt, kann man der «Nein»-Verzweigung 430 zu Block 432 folgen. In Block 432 kann eine fehlerfreie Anzeige an den Benutzer übermittelt werden. Bei diesem Beispiel kann ein Steuergerät, wie etwa 240, bestimmen, ob die Sensormessung oberhalb der oberen Betriebsgrenze liegt. Eine beispielhafte fehlerfreie Anzeige kann eine Nachricht mit der Angabe sein, dass kein Sensordefekt erfasst wurde. Messungen von einigen oder allen funktionstüchtigen Sensoren können zu den nachfolgenden statistischen Berechnungen oder Verarbeitungen der Betriebsfrequenzinformationen gehören. Z.B. können Messungen aus einem bestimmten Sensor zu den Eingaben in den Sensorallgemeinzustandsblock 302 in Fig. 3gehören, und ferner zu den nachfolgenden Berechnungen unter Verwendung des Modells 300 aus Fig. 3gehören, zu denen die Berechnung eines Medianwerts gehört. Falls kein Sensordefekt vorliegt, kann ein aktiver Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik, wie etwa 700, 800, 900, eingeleitet werden.

[0037] Je nach Bedarf können einige oder alle Elemente des Verfahrens 400 so wie für jeden der anderen Sensoren nötig wiederholt werden.

[0038] Fig. 5 und 6 bilden beispielhafte grundlegende Vorgänge zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik ab. Im Allgemeinen ist ein grundlegender Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik, wie etwa 500, 600, dazu geeignet, das ursprüngliche Starten eines Gasturbinenmotors durch Überwachung der dynamischen Betriebsfrequenzen und bedarfsmässiger Bereitstellung von Alarmen zu überwachen. Insbesondere bildet Fig. 5 ein Verfahren 500 zur Überwachung der dynamischen Frequenzen eines Gasturbinenmotors und zum bedarfsmässigen Bereitstellen eines «Auslöse»-Alarms ab.

[0039] Das Verfahren 500 beginnt am Entscheidungsblock 502. In Block 502 wird bestimmt, ob mindestens eine der Sensormessungen eine Schwelle von ungefähr 8 psi überschreitet. Bei einem Beispiel können Signale aus jeweiligen Drucksendern von einem Steuergerät, wie etwa 240, empfangen und mit einer Schwelle, wie etwa ungefähr 8 psi, verglichen werden.

[0040] Wenn eine betreffende Sensormessung die Schwelle überschreitet, dann folgt man der «Ja»-Verzweigung 504 zu Block 506. In Block 506 wird eine Persistenz der Sensormessung durch das Steuergerät, wie etwa 240, bestimmt. Wenn das Steuergerät 240 z.B. bestimmt, dass die Sensormessung eine vorgegebene Zeit lang fortdauert, wie etwa 50% Persistenz für ungefähr 60 Sekunden, kann das Verfahren 500 mit Block 508 fortfahren. Bei diesem Beispiel kann die Persistenzmessung definiert werden, um den Betrieb des Gasturbinenmotors abzusichern, indem gesteuert wird, wie lange der Gasturbinenmotor auf oder über einer bestimmten Betriebsfrequenz funktioniert. Bei einem Beispiel können Zunahmen und Zeitmessung der Persistenz nach Bedarf angepasst werden.

[0041] In Block 508 kann ein Auslösebefehl eingeleitet werden, und ein entsprechender Motorsteuerungsbefehl kann vom Steuergerät übermittelt werden. Bei diesem Beispiel kann ein Auslösebefehl ein von einem Steuergerät, wie etwa 240, durchgeführter Motorsteuerungsbefehl sein, der bestimmte Arbeitsvorgänge des Gasturbinenmotors anhält.

[0042] Auf Block 508 folgt Block 510, in dem eine Anzeige an einen Benutzer übermittelt werden kann. Bei diesem Beispiel kann ein Steuergerät, wie etwa 240, einem Benutzer über eine Benutzeroberfläche, die dem Steuergerät zugeordnet ist, eine Anzeige übermitteln. Es kann z.B. eine Warnmeldung mit der Angabe «Eine Endoskopie des Übergangsstücks empfiehlt sich vor dem Neustart der Maschine – Für die Fehlersuche Kontakt mit OEM-Hersteller aufnehmen» über eine graphische Benutzeroberfläche oder ein Display übermittelt werden.

[0043] Noch einmal mit Bezug auf den Entscheidungsblock 502, wenn die betreffende Sensormessung die Schwelle nicht überschreitet, dann folgt man der «Nein»-Verzweigung 512 zu Block 514. In Block 514 können ein oder mehrere Nebenvorgänge oder Tests von einem Steuergerät, wie etwa 240, durchgeführt werden, ehe es mit einem zusätzlichen grundlegenden Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik weitergeht.

[0044] Auf Block 514 folgt Block 516, in dem der grundlegende Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik 600 aus Fig. 6 beginnt.

[0045] In Fig. 6 kann das Verfahren 600 dynamische Frequenzen eines Gasturbinenmotors überwachen und bei Bedarf einen zusätzlichen Alarm bereitstellen. Das Verfahren 600 beginnt bei Block 602.

[0046] In Block 602 wird bestimmt, ob eine der Sensormessungen eine Schwelle von ungefähr 4 psi überschreitet. Bei diesem Beispiel können Signale aus jeweiligen Drucksendern, wie etwa Drucksender Modell A96KF, von einem Steuergerät, wie etwa 240, empfangen und mit einer Schwelle, wie etwa ungefähr 4 psi, verglichen werden.

[0047] Wenn eine betreffende Sensormessung die Schwelle überschreitet, dann folgt man der «Ja»-Verzweigung 604 zu Block 606. In Block 606 kann das Steuergerät eine Zeitgeberzählung für eine vorgegebene Zeitspanne auslösen. Bei diesem Beispiel kann ein Steuergerät, wie etwa 240, einen Zeitgeber für ungefähr 240 Sekunden auslösen. Bei anderen Beispielen kann der Zeitgeber für andere Zeitspannen ausgelöst werden.

[0048] Auf Block 606 folgt Block 608, in dem eine Persistenz der Sensormessung bestimmt wird. Wenn z.B. das Steuergerät, wie etwa 240, bestimmt, dass die Sensormessung für eine vorgegebene Zeitspanne fortdauert, wie etwa ungefähr 50% Persistenz für ungefähr 240 Sekunden, kann das Verfahren 600 mit Block 610 fortfahren. Bei anderen Beispielen können Zunahmen und Zeitmessung der Persistenz nach Bedarf angepasst werden.

[0049] In Block 610 kann einem Benutzer eine Anzeige übermittelt werden. Bei diesem Beispiel kann ein Steuergerät, wie etwa 240, einem Benutzer über eine graphische Benutzeroberfläche eine Anzeige übermitteln. Eine beispielhafte Anzeige kann eine Warnmeldung mit der Angabe «Das derzeitige Dynamikniveau kann die Lebensdauer des Verbrennungsteils beeinträchtigen. Es empfiehlt sich, bei nächster Gelegenheit eine Endoskopiekontrolle der Übergangsstückaufprallhülse vorzunehmen».

[0050] Noch einmal mit Bezug auf den Entscheidungsblock 602, wenn die betreffende Sensormessung die Schwelle nicht überschreitet, dann folgt man der «Nein»-Verzweigung 612 zum Verzweigungsblock «B» 614. Auf den Verzweigungsblock «B» 614 folgt der Entscheidungsblock 616. Im Entscheidungsblock 616 wird bestimmt, ob eine der Sensormessungen eine untere Schwelle von ungefähr 2 psi überschreitet. Bei diesem Beispiel können Signale aus jeweiligen Drucksendern von einem Steuergerät, wie etwa 240, empfangen und mit einer unteren Schwelle, wie etwa ungefähr 2 psi, verglichen werden.

[0051] Wenn eine betreffende Sensormessung die Schwelle überschreitet, dann folgt man der «Ja»-Verzweigung 618 zu Block 620. In Block 620 kann das Steuergerät eine Zeitgeberzählung für jedes Rohr für eine vorgegebene Zeitspanne heraufsetzen. Bei diesem Beispiel kann ein Zeitgeber für ungefähr 1080 Sekunden ausgelöst werden. Bei anderen Beispielen kann die Zeitgeberzählung für andere Zeitspannen heraufgesetzt werden.

[0052] Noch einmal mit Bezug auf den Entscheidungsblock 616, wenn die betreffende Sensormessung die Schwelle nicht überschreitet, dann folgt man der «Nein»-Verzweigung 622 zu Block 624. In Block 624 wird keine Alarmanzeige an den Benutzer übermittelt.

[0053] Das Verfahren 600 endet bei Block 624. Je nach Bedarf können einige oder alle Elemente des Verfahrens 600 wiederholt werden.

[0054] Fig. 7, 8 und 9bilden beispielhafte aktive Vorgänge zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik ab. Im Allgemeinen ist ein aktiver Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik, wie etwa 700, 800, 900, dazu geeignet, den Dauerbetrieb eines Gasturbinenmotors zu überwachen, indem er dynamische Betriebsfrequenzen überwacht, bedarfsmässig Alarme bereitstellt, einer bestimmten Verbrennungsdynamik entgegenwirkt und gewisse Motorsteuerungsbefehle für den Gasturbinenmotor durchführt. Bei diesem Beispiel kann ein aktiver Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik, wie etwa 700, von einem Steuergerät eines Gasturbinenmotors durchgeführt werden, nachdem ein grundlegender Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik, wie etwa 600, durchgeführt wurde. Insbesondere bildet Fig. 7 ein Verfahren 700 zur Überwachung der dynamischen Frequenzen eines Gasturbinenmotors und zur bedarfsmässigen Bereitstellung eines «Auslöse»-Alarms ab.

[0055] Das Verfahren 700 beginnt bei Entscheidungsblock 702. Im Entscheidungsblock 702 wird bestimmt, ob zwei oder mehrere Sensoren defekt sind. Bei diesem Beispiel können Signale aus jeweiligen Drucksendern von einem Steuergerät, wie etwa 240, empfangen werden, und das Steuergerät 240 überprüft, ob zwei oder mehrere Sensoren sich in einem fehlerhaften Zustand, wie etwa einem der in Fig. 4beschriebenen Zustände, befinden. Wenn ein fehlerhafter Zustand für zwei oder mehrere Sensoren vorliegt, sollte der Gasturbinenmotor wahrscheinlich nicht unter Verwendung eines aktiven Vorgangs zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik, wie etwa 700, betrieben werden, und man folgt der «Ja»-Verzweigung 704 zu Block 706.

[0056] In Block 706 wird ein grundlegender Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik, wie etwa 500 in Fig. 5, eingeleitet, und das Verfahren 700 ist beendet.

[0057] Noch einmal mit Bezug auf den Entscheidungsblock 702, wenn zwei oder mehrere Sensoren sich nicht in einem fehlerhaften Zustand befinden, dann folgt man der «Nein»-Verzweigung 708 zum Entscheidungsblock 710. Im Entscheidungsblock 710 wird bestimmt, ob ein Medianwert für die Betriebsfrequenzinformationen sich oberhalb einer oberen Logikschwelle befindet. Bei diesem Beispiel kann ein Steuergerät, wie etwa 240, bestimmen, ob der Medianwert für die Betriebsfrequenzinformationen, die den Rohren des Gasturbinenmotors zugeordnet sind, sich oberhalb einer oberen Schwelle von ungefähr 8 psi von Spitze zu Spitze befindet. Ein Medianwert kann ähnlich wie die Berechnungen für einen Medianwert in Fig. 3bestimmt werden.

[0058] Wenn die obere Schwelle überschritten ist, dann folgt man der «Ja»-Verzweigung 712 zu Block 714. In Block 714 kann ein Steuergerät, wie etwa 240, eine Zeitgeberzählung für eine vorgegebene Zeitspanne auslösen. Bei diesem Beispiel kann ein Zeitgeber für ungefähr 60 Sekunden ausgelöst werden. Bei anderen Beispielen kann die Zeitgeberzählung ausgelöst oder anderweitig für andere Zeitspannen heraufgesetzt werden.

[0059] Auf Block 714 folgt Block 716, in dem eine Persistenz der Sensormessung bestätigt wird. Das Steuergerät 240 kann z.B. bestimmen, ob die Sensormessung eine vorgegebene Zeitspanne lang fortdauert, wie etwa 50% Persistenz für ungefähr 60 Sekunden. In diesem Fall kann das Steuergerät 240, wenn die Persistenz der Sensormessung bestimmt ist, die Dauer des Gasturbinenmotorbetriebs auf dieser Frequenz bestimmen, und das Verfahren 700 kann mit Block 718 fortfahren. Bei anderen Beispielen können Zunahmen und Zeitmessung der Persistenz nach Bedarf angepasst werden.

[0060] In Block 718 kann ein Auslösebefehl eingeleitet werden, und ein entsprechender Motorsteuerungsbefehl kann vom Steuergerät übermittelt werden. Bei diesem Beispiel kann ein Auslösebefehl ein Motorsteuerungsbefehl sein, der von einem Steuergerät, wie etwa 240, durchgeführt wird, das bestimmte Arbeitsgänge des Gasturbinenmotors anhält.

[0061] Auf Block 718 folgt Block 720, in dem eine Anzeige an einen Benutzer übermittelt werden kann. Bei diesem Beispiel kann ein Steuergerät, wie etwa 240, einem Benutzer über eine Benutzeroberfläche, die dem Steuergerät zugeordnet ist, eine Anzeige übermitteln. Es kann z.B. eine Warnmeldung mit der Angabe «Eine Endoskopie des Übergangsstücks empfiehlt sich vor dem Neustart der Maschine – Für die Fehlersuche Kontakt mit OEM-Hersteller aufnehmen» über eine graphische Benutzeroberfläche oder ein Display übermittelt werden.

[0062] Noch einmal mit Bezug auf den Entscheidungsblock 710, wenn die obere Schwelle nicht vom Medianwert überschritten wird, dann folgt man der «Nein»-Verzweigung 722 zu Block 724. In Block 724 kann ein zusätzlicher aktiver Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik, wie etwa 800 in Fig. 8, beginnen, und das Verfahren 700 ist beendet.

[0063] Fig. 8 bildet ein Verfahren 800 zur Überwachung der dynamischen Frequenzen eines Gasturbinenmotors und zur bedarfsmässigen Bereitstellung eines Alarms und Durchführung einer Motorsteuerung ab.

[0064] Das Verfahren 800 beginnt beim Entscheidungsblock 802. Im Entscheidungsblock 802 wird bestimmt, ob ein Medianwert für die Betriebsfrequenzinformationen sich oberhalb einer mittleren Logikschwelle befindet. Bei diesem Beispiel kann ein Steuergerät, wie etwa 240, bestimmen, ob der Medianwert für die Betriebsfrequenzinformationen, die den Rohren des Gasturbinenmotors zugeordnet sind, sich oberhalb einer mittleren Schwelle von ungefähr 4 psi von Spitze zu Spitze befindet.

[0065] Wenn die mittlere Schwelle überschritten wird, dann folgt man der «Ja»-Verzweigung 804 zu Block 806. In Block 806 kann das Steuergerät eine Zeitgeberzählung um eine vorgegebene Zeitspanne heraufsetzen. Bei diesem Beispiel kann ein Steuergerät, wie etwa 240, einen Zeitgeber für ungefähr 240 Sekunden auslösen. Bei anderen Beispielen kann die Zeitgeberzählung ausgelöst oder anderweitig für andere Zeitspannen heraufgesetzt werden.

[0066] Auf Block 806 folgt Block 808, in dem eine Persistenz der Sensormessung bestätigt wird. Z.B. kann das Steuergerät 240 bestimmen, ob die Sensormessung eine vorgegebene Zeitspanne lang fortdauert, wie etwa ungefähr 50% Persistenz für ungefähr 240 Sekunden. In diesem Fall kann das Steuergerät 240, wenn die Persistenz der Sensormessung bestimmt ist, die Dauer des Gasturbinenmotorbetriebs auf dieser Frequenz bestimmen, und das Verfahren 800 kann mit Block 810 fortfahren. Bei anderen Beispielen können Zunahmen und Zeitmessung der Persistenz nach Bedarf angepasst werden.

[0067] In Block 810 kann einem Benutzer eine Anzeige übermittelt werden, und es kann ein Motorsteuerungsbefehl vom Steuergerät durchgeführt werden. Bei diesem Beispiel kann ein Steuergerät, wie etwa 240, eine Anzeige an einen Benutzer über eine dem Steuergerät zugeordnete Benutzeroberfläche übermitteln. Eine beispielhafte Anzeige, die vom Steuergerät 240 über eine graphische Benutzeroberfläche oder ein Display übermittelt wird, kann eine Warnmeldung mit der Angabe «Das derzeitige Dynamikniveau kann die Lebensdauer des Verbrennungsteils beeinträchtigen – Betriebsanpassungen laufen» sein. Ferner kann ein Motorsteuerungsbefehl vom Steuergerät 240 übermittelt werden, um Brennstoffaufteilungen zwischen Brennern, die dem Gasturbinenmotor zugeordnet sind, anzupassen. Z.B. kann die PM1A Brennstoffaufteilung allmählich um einen vorgegebenen Betrag, wie etwa ungefähr 3%, erhöht werden. Bei anderen Beispielen kann die Brennstoffaufteilung um andere Beträge erhöht werden, oder es können andere Anzeigen oder Motorsteuerungsbefehle durchgeführt werden.

[0068] Während in Block 808 die Persistenz überprüft und in Block 810 der Motorsteuerungsbefehl durchgeführt wird, kann bei einem Beispiel der Medianwert für die Betriebsfrequenzinformationen fortlaufend von einem Steuergerät, wie etwa 240, gegenüber der oberen Schwelle, wie in Block 710 in Fig. 7 beschrieben, überprüft werden.

[0069] Auf Block 810 folgt Block 812, in dem eine Persistenz der neuen Sensormessung bestätigt wird. Nach der Durchführung des Motorsteuerungsbefehls durch das Steuergerät 240, wie etwa der Erhöhung der PM1A Brennstoffaufteilung, können sich die Betriebsfrequenzen entsprechend ändern und die Sensormessung sollte überprüft werden. Wenn z.B. die neue Sensormessung eine vorgegebene Zeitspanne lang fortdauert, wie etwa ungefähr 50% Persistenz für ungefähr 240 Sekunden, dann kann die Sensormessung bestätigt werden, und das Verfahren 800 kann mit dem Verzweigungsblock «C» 814 fortfahren, welcher der gleiche ist wie der Verzweigungsblock «C» 902 in Fig. 9. Bei anderen Beispielen kann die Persistenz nach Bedarf angepasst werden.

[0070] Noch einmal mit Bezug auf den Entscheidungsblock 802, wenn die mittlere Schwelle nicht vom Medianwert überschritten wird, dann folgt man der «Nein»-Verzweigung 816 zum Verzweigungsblock XXB» 818. Auf den Verzweigungsblock «B» 818 folgt der Entscheidungsblock 820.

[0071] Im Entscheidungsblock 820 wird bestimmt, ob eine der Sensormessungen eine untere bzw. grüne Logikschwelle von ungefähr 2 psi überschreitet. Bei diesem Beispiel können Signale aus jeweiligen Drucksendern von einem Steuergerät, wie etwa 240, empfangen und mit einer unteren Schwelle, wie etwa ungefähr 2 psi, verglichen werden.

[0072] Wenn eine betreffende Sensormessung die Schwelle überschreitet, dann folgt man der «Ja»-Verzweigung 822 zu Block 824. In Block 824 kann ein Steuergerät eine Zeitgeberzählung für jedes Rohr für eine vorgegebene Zeitspanne auslösen oder heraufsetzen. Bei diesem Beispiel kann das Steuergerät 240 einen Zeitgeber von ungefähr 1080 Sekunden auslösen oder heraufsetzen. Bei anderen Beispielen kann die Zeitgeberzählung für andere Zeitspannen ausgelöst oder heraufgesetzt werden.

[0073] Noch einmal mit Bezug auf den Entscheidungsblock 820, wenn die betreffende Sensormessung die untere Schwelle nicht überschreitet, dann folgt man der «Nein»-Verzweigung 826 zu Block 828. In Block 828 wird keine Alarmanzeige von einem Steuergerät an den Benutzer übermittelt, und es sind keine weiteren Massnahmen notwendig.

[0074] Das Verfahren 800 endet bei Block 828.

[0075] Fig. 9 bildet ein beispielhaftes Verfahren 900 zur Überwachung der dynamischen Frequenzen eines Gasturbinenmotors und zur bedarfsmässigen Bereitstellung eines Alarms und Durchführung einer Motorsteuerung ab.

[0076] Das Verfahren 900 beginnt beim Verzweigungsblock «C» 902 in Fig. 9. Auf den Verzweigungsblock 902 folgt der Entscheidungsblock 904.

[0077] Im Entscheidungsblock 904 wird bestimmt, ob ein Medianwert für die Betriebsfrequenzinformationen sich oberhalb einer mittleren Logikschwelle befindet. Bei diesem Beispiel bestimmt ein Steuergerät, wie etwa 240, ob der Medianwert für die Betriebsfrequenzinformationen, die den Rohren des Gasturbinenmotors zugeordnet sind, sich oberhalb einer mittleren Schwelle von ungefähr 4 psi von Spitze zu Spitze befindet.

[0078] Wenn die mittlere Schwelle überschritten wird, dann folgt man der «Ja»-Verzweigung 906 zu Block 908. In Block 908 kann das Steuergerät eine Zeitgeberzählung um eine vorgegebene Zeitspanne heraufsetzen und die obere Schwelle überprüfen. Bei diesem Beispiel kann das Steuergerät 240 einen Zeitgeber für ungefähr 240 Sekunden auslösen oder heraufsetzen. Ferner wird der Medianwert für die Betriebsfrequenzinformationen verglichen, um zu bestimmen, ob die obere Logikschwelle überschritten wird. Bei anderen Beispielen kann die Zeitgeberzählung für andere Zeitspannen ausgelöst oder heraufgesetzt werden.

[0079] Auf Block 908 folgt Block 910, in dem eine Anzeige an einen Benutzer übermittelt wird und ein Motorsteuerungsbefehl vom Steuergerät durchgeführt werden kann. Bei diesem Beispiel kann ein Steuergerät, wie etwa 240, einem Benutzer eine Anzeige zuführen. Eine Beispielanzeige kann eine Warnmeldung mit der Angabe «Das derzeitige Dynamikniveau kann die Lebensdauer des Verbrennungsteils beeinträchtigen – Betriebsanpassungen laufen» sein. Ferner kann ein Motorsteuerungsbefehl vom Steuergerät 240 übermittelt werden, um die Last des Gasturbinenmotors zu reduzieren. Z.B. kann die Gasturbinenmotorlast allmählich um einen vorgegebenen Betrag verringert werden, wie etwa ungefähr 10%. Bei anderen Beispielen kann die Gasturbinenmotorlast um andere Beträge verringert werden oder andere Anzeigen oder Motorsteuerungsbefehle können durchgeführt werden.

[0080] Bei einem Beispiel kann eine ähnliche Anzeige mit der oben beschriebenen Warnmeldung an einen Benutzer übermittelt werden, und ein Motorsteuerungsbefehl, um die Reduzierung der Verbrennungsbezugstemperatur (TTRF) zu ermöglichen, kann durchgeführt werden.

[0081] Auf Block 910 folgt der Entscheidungsblock 912, in dem bestimmt wird, ob ein Medianwert für die Betriebsfrequenzinformationen sich oberhalb einer mittleren Logikschwelle befindet. Bei diesem Beispiel kann ein Steuergerät, wie etwa 240, bestimmen, ob der Medianwert für die Betriebsfrequenzinformationen, die den Rohren des Gasturbinenmotors zugeordnet sind, oberhalb einer mittleren Schwelle von ungefähr 4 psi von Spitze zu Spitze liegt.

[0082] Wenn die mittlere Schwelle nicht überschritten wird, dann folgt man der «Nein»-Verzweigung 914 zu Block 916. In Block 916 kann der Medianwert mit der unteren bzw. grünen Logikschwelle verglichen werden. Bei diesem Beispiel kann das Steuergerät 240 bestätigen, dass sich der Medianwert innerhalb der unteren Schwelle, wie etwa 2 psi von Spitze zu Spitze, befindet.

[0083] Auf Block 916 folgt Block 918, in dem eine Anzeige an einen Benutzer übermittelt wird. Bei diesem Beispiel kann das Steuergerät 240 einem Benutzer eine Anzeige zuführen. Eine Beispielanzeige kann eine Warnmeldung mit der Angabe «Reduzierte Last wegen Verbrennungsdynamik» sein. In diesem Fall kann ein Benutzer die Gasturbinenmotorlast allmählich erhöhen und dabei die Betriebsfrequenzen überwachen. Bei anderen Beispielen können andere Anzeigen eingesetzt werden.

[0084] Wenn ein Benutzer den Gasturbinenmotor nicht mit einer ausreichenden Last betreiben kann, kann der Benutzer in einem Beispiel um die Erlaubnis fragen, den Gasturbinenmotor unter Verwendung eines grundlegenden Vorgangs zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik, wie etwa 500 oder 600, zu betreiben.

[0085] Noch einmal mit Bezug auf den Entscheidungsblock 912, wenn die mittlere Schwelle überschritten wird, dann folgt man der «Ja»-Verzweigung 920 zu Block 922. In Block 922 kann das Steuergerät 240 eine Zeitgeberzählung um eine vorgegebene Zeitspanne heraufsetzen und die obere Schwelle überprüfen. Bei diesem Beispiel kann ein Steuergerät einen Zeitgeber für ungefähr 240 Sekunden auslösen oder heraufsetzen. Ferner wird der Medianwert für die Betriebsfrequenzinformationen verglichen, um zu bestimmen, ob die obere Logikschwelle überschritten wird. Bei anderen Beispielen kann die Zeitgeberzählung für andere Zeitspannen ausgelöst oder heraufgesetzt werden.

[0086] Auf Block 922 folgt Block 924, in dem ein Motorsteuerungsbefehl vom Steuergerät durchgeführt werden kann. Bei diesem Beispiel kann das Steuergerät 240 den Gasturbinenmotor in einer relativ sicheren Diffusionsbetriebsart oder einer anderen Betriebsart betreiben, um den Gasturbinenmotor abzusichern. Bei anderen Beispielen können andere Motorsteuerungsbefehle vom Steuergerät 240 durchgeführt werden.

[0087] Auf Block 924 folgt der Entscheidungsblock 926, in dem bestimmt wird, ob ein Medianwert für die Betriebsfrequenzinformationen sich oberhalb einer mittleren Logikschwelle befindet. Bei diesem Beispiel kann ein Steuergerät, wie etwa 240, bestimmen, ob der Medianwert für die Betriebsfrequenzinformationen, die den Rohren des Gasturbinenmotors zugeordnet sind, oberhalb einer mittleren Schwelle von ungefähr 4 psi von Spitze zu Spitze liegt.

[0088] Wenn die mittlere Schwelle überschritten wird, dann folgt man der «Ja»-Verzweigung 928 zu Block 930. In Block 930 kann das Steuergerät 240 eine Zeitgeberzählung für eine vorgegebene Zeitspanne auslösen oder heraufsetzen und die obere Schwelle überprüfen. Bei diesem Beispiel kann ein Zeitgeber für ungefähr 240 Sekunden ausgelöst oder heraufgesetzt werden. Ferner wird der Medianwert für die Betriebsfrequenzinformationen verglichen, um zu bestimmen, ob die obere Logikschwelle überschritten wird. Bei anderen Beispielen kann die Zeitgeberzählung für andere Zeitspannen ausgelöst oder heraufgesetzt werden.

[0089] Auf Block 930 folgt Block 932, in dem eine Anzeige an einen Benutzer übermittelt wird. Bei diesem Beispiel kann ein Steuergerät, wie etwa 240, einem Benutzer eine Anzeige zuführen. Eine Beispielanzeige kann eine Warnmeldung mit der Angabe «Persistente Dynamik bei Diffusion» sein. In diesem Fall muss ein Benutzer den Gasturbinenmotor in der Diffusionsbetriebsart betreiben, und das Verfahren 900 ist beendet.

[0090] Noch einmal mit Bezug auf den Entscheidungsblock 926, wenn die mittlere Schwelle nicht überschritten wird, dann folgt man der «Nein»-Verzweigung 934 zu Block 936. In Block 936 kann ein Steuergerät einem Benutzer eine Anzeige zuführen. Bei diesem Beispiel kann eine Anzeige eine Warnmeldung mit der Angabe «Zur Fehlersuche Kontakt mit OEM-Hersteller aufnehmen und Vormischungssperre einrichten». Bei anderen Beispielen können andere Anzeigen eingesetzt werden.

[0091] Auf Block 936 folgt der Verzweigungsblock «B» 938, welcher der gleiche ist wie der Verzweigungsblock «B» 614 in Fig. 6, wo das Verfahren 600 fortfährt.

[0092] Noch einmal mit Bezug auf den Entscheidungsblock 904, wenn die mittlere Schwelle nicht überschritten wird, dann folgt man der «Nein»-Verzweigung 940 zu Block 942. In Block 942 kann der Medianwert mit der unteren bzw. grünen Logikschwelle verglichen werden. Bei diesem Beispiel kann das Steuergerät 240 bestätigen, dass der Medianwert innerhalb der unteren Schwelle, wie etwa 2 psi von Spitze zu Spitze, liegt.

[0093] Auf Block 942 folgt Block 944, in dem eine Anzeige an einen Benutzer übermittelt wird und ein Motorsteuerungsbefehl vom Steuergerät durchgeführt werden kann. Bei diesem Beispiel kann das Steuergerät 240 einem Benutzer eine Anzeige zuführen. Eine Beispielanzeige kann eine Warnmeldung mit der Angabe «Mögliche Nichtkonformität der Emissionen». Ferner kann ein Motorsteuerungsbefehl vom Steuergerät 240 übermittelt werden, um Brennstoffaufteilungen zwischen Brennern, die dem Gasturbinenmotor zugeordnet sind, auf eine ursprüngliche Einstellung zurückzusetzen. Z.B. können die Brennstoffaufteilungen allmählich auf die ursprüngliche PM1A-Brennstoffaufteilung um einen vorgegebenen Betrag, wie etwa ungefähr 3% pro Stunde, zurückgeführt werden. Zusätzlich kann das Steuergerät bestimmen, ob die mittlere Schwelle überschritten wird, während der Steuerungsbefehl durchgeführt wird, und bei Bedarf einen zusätzlichen Motorsteuerungsbefehl auslösen. Z.B. jedes Mal, wenn die mittlere Schwelle überschritten wird, kann die PM1A-Brennstoffaufteilung um ungefähr 0,5% mit dem PM1A-Nennwert +3% als Grenze erhöht werden. Bei anderen Beispielen kann die Brennstoffaufteilung um andere Beträge erhöht oder verringert werden, oder es können andere Anzeigen oder Motorsteuerungsbefehle vom Steuergerät durchgeführt werden.

[0094] Bei einem Beispiel kann das Steuergerät, wie etwa 240, eine Zeitgeberzählung auslösen, um zu bestimmen, dass die Dauer der PM1A-Brennstoffaufteilung grösser als ein normaler Betrag ist.

[0095] Auf Block 944 folgt der Entscheidungsblock 946, in dem bestimmt wird, ob ein Medianwert für die Betriebsfrequenzinformationen sich oberhalb einer mittleren Logikschwelle befindet. Bei diesem Beispiel kann ein Steuergerät, wie etwa 240, bestimmen, ob der Medianwert für die Betriebsfrequenzinformationen, die den Rohren des Gasturbinenmotors zugeordnet sind, sich oberhalb einer mittleren Schwelle von ungefähr 4 psi von Spitze zu Spitze befindet.

[0096] Wenn die mittlere Schwelle nicht überschritten wird, dann folgt man der «Nein»-Verzweigung 948 zum Verzweigungsblock «B» 950, welcher der gleiche ist wie der Verzweigungsblock «B» 614 in Fig. 6, und das Verfahren 600 beginnt.

[0097] Noch einmal mit Bezug auf den Entscheidungsblock 946, wenn die mittlere Schwelle überschritten wird, dann folgt man der «Ja»-Verzweigung 952 bis Block 954. In Block 954 kann das Steuergerät 240 eine Zeitgeberzählung für eine vorgegebene Zeitspanne heraufsetzen und die obere Schwelle überprüfen. Bei diesem Beispiel kann das Steuergerät 240 einen Zeitgeber für ungefähr 240 Sekunden auslösen oder heraufsetzen. Ferner wird der Medianwert für die Betriebsfrequenzinformationen verglichen, um zu bestimmen, ob die obere Logikschwelle überschritten wird. Bei anderen Beispielen kann die Zeitgeberzählung für andere Zeitspannen ausgelöst oder heraufgesetzt werden.

[0098] Auf Block 954 folgt Block 956, in dem eine Anzeige an einen Benutzer übermittelt wird. Bei diesem Beispiel kann ein Steuergerät, wie etwa 240, einem Benutzer eine Anzeige zuführen. Eine Beispielanzeige kann eine Warnmeldung mit der Angabe «Persistente Dynamik bei Vormischung, Aufteilungsberichtigung aktiv und mögliche Nichtkonformität der Emissionen». In diesem Fall hält das Steuergerät 240 den Gasturbinenmotor bei der ursprünglichen PM1A-Brennstoffaufteilung +3%.

[0099] Auf Block 956 folgt der Verzweigungsblock «B» 950, welcher der gleiche ist wie der Verzweigungsblock «B» 614 in Fig. 6, und das Verfahren 600 beginnt.

[0100] Fig. 10 bildet einen beispielhaften Einsatz von einem Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik für einen bestimmten Gasturbinenmotor ab. In Fig. 10 wird eine Reihe von beispielhaften Dauerbetriebsfrequenzdaten 1000 für einen beispielhaften Gasturbinenmotor gezeigt. Ungefähr 260 Betriebsfrequenzdatenpunkte 1000 sind an der X-Achse 1002 entlang aufgetragen, und die dynamischen Drücke von Spitze zu Spitze (psi) der Datenpunkte werden auf der Y-Achse 1004 gezeigt. Für alle Betriebsfrequenzdaten ist auch eine Schwelle 1006 eingetragen. Mit Bezug auf die Daten in dieser Figur wird die Schwelle 1006 nur dreimal 1008, 1010, 1012 überschritten. In diesen Fällen führt der aktive Vorgang zum Abstimmen der Verbrennungsdynamik einen Motorsteuerungsbefehl durch, um die Betriebsfrequenz des Gasturbinenmotors zu reduzieren. Wie in den restlichen Daten gezeigt, bleiben die Betriebsfrequenzen unter der Schwelle 1006 für einen Grossteil der gezeigten Datenpunkte.

Claims (4)

1. Anordnung aus einem Gasturbinenmotor (100) und einer Steuerung (200) zur Steuerung des Gasturbinenmotors (100), wobei der Motor (100) mehrere Rohre (102 bis 112) umfasst, wobei die Steuerung (200) gekennzeichnet ist durch: eine Vielzahl von Sensoren, die geeignet sind, um Betriebsfrequenzinformationen (Y) zu erhalten, die einem jeweiligen Rohr zugeordnet sind; ein Steuergerät (240), das für Folgendes geeignet ist: Bestimmen der Schwankung zwischen Betriebsfrequenzinformationen (Y) von mindestens zwei Rohren, mindestens teilweise auf den Betriebsfrequenzinformationen (Y) basierend; Bestimmen eines Medianwerts, mindestens teilweise auf der Schwankung basierend; Bestimmen ob der Medianwert mindestens eine Betriebsschwelle überschreitet; und Durchführen mindestens einer Motorsteuerungsaktion, um mindestens eine der Betriebsfrequenzen (Y) zu ändern, wenn mindestens eine Betriebsschwelle überschritten wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Betriebsfrequenzinformationen (Y) mindestens entweder Betriebsamplituden oder dynamische Betriebsdrücke umfassen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Medianwert mindestens teilweise auf einer Standardabweichung und einem Mittelwert von mindestens einem Teil der Betriebsfrequenzinformationen (Y), die mindestens einem Teil der mehreren Rohre zugeordnet sind, basiert.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Betriebsschwelle mindestens einen der folgenden Werte umfasst: einen von Spitze zu Spitze dynamischen Amplitudenwert, einen erwarteten dynamischen Amplitudenwert und einen maximalen dynamischen Amplitudenwert.