JP2003027961A - エンジン性能をモニタする方法、そのシステム及びプログラム記録媒体 - Google Patents
エンジン性能をモニタする方法、そのシステム及びプログラム記録媒体Info
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Abstract
3)における温度状態から、エンジン性能をモニタする
方法及びシステム(10)を提供する。 【解決手段】 複数のセンサ(20、21)を用いてガ
スタービンエンジン(12、13)の運転及び性能に関
連するデータを感知する。感知データからの選択データ
パラメータは、エンジン始動シーケンスの完了に先立っ
て連続してサンプリングされる。次に、選択データパラ
メータは、規定の基準が満たされたかどうかを判定する
ために評価され、基準が満たされているときはいつでも
評価データが捕捉される(108、110)。評価デー
タは、エンジンの特定の温度状態に対してエンジン性能
データを正規化するために用いられる(114)。次
に、正規化したエンジン性能データは、それをガスター
ビンエンジン(12、13)のパラメータ基準線と比較
することにより傾向をみられる(116)。
Description
ービンエンジンに関し、より具体的には、かかるエンジ
ンにおける温度状態をモニタすることに関する。
船舶、及び産業の用途に用いられる。一般的に、ガスタ
ービンエンジンは、加圧空気を燃焼器に供給する圧縮機
を含み、燃焼器中で空気は燃料と混合され、混合気が点
火されて高温の燃焼ガスを発生する。これらのガスは、
下流のタービンセクションに流れ、該タービンセクショ
ンがガスからエネルギーを取り出して、圧縮機を駆動し
有用な仕事を行なう。多くの用途において、ガスタービ
ンエンジンは、その通常運転の一部として様々な保守作
業が日常的に行なわれる。かかる保守サービスの提供に
役立つようにするために、多くの場合、モニタシステム
を用いて、ガスタービンエンジンのモニタリング診断が
行なわれる。一般的に、これらのシステムは、傾向を診
断するために用いられる関連する傾向及び故障データを
収集する性能モニタ装置を含む。傾向分析診断におい
て、エンジン性能及び/又は状態全体を表わす所定のプ
ロセスデータ(排気ガス温度、燃料流量、ロータ速度、
及びこれに類するものなど)が、ガスタービンエンジン
のパラメータ基準線と比較される。生の傾向データのパ
ラメータ基準線からの偏りが少しでもあれば、保守を必
要とする現在又は将来の状態を示している可能性があ
る。
る最新の航空機は、一般的に、モニタリング診断で用い
るために飛行デジタルデータを収集するための機載のデ
ータ取得システムを用いている。かかるシステムにおい
ては、航空機及びエンジン全体にわたって配置されてい
る多くのセンサが、航空機及びそのエンジンの性能を表
わすデータ信号を提供する。それらのデータは、機中で
記録され、後で地上の整備要員によりアクセスすること
が可能であり、又はそれに代えてリアルタイム処理のた
めに飛行運航中に地上位置に遠隔送信することも可能で
ある。
にスクリーニング処理を用いて、様々な運転段階を識別
し、次に関心のある飛行段階の間の特定のデータを取り
出す。現在、データ収集は、離陸、上昇、及び安定した
巡航のような飛行段階の間に行なわれているが、その理
由は、これらの段階がエンジンの異常が検知される可能
性が最も高い段階だからである。離陸段階の間に収集さ
れるデータは、エンジンの始動時におけるエンジンの温
度状態に強く影響を受けている可能性がある。例えば、
軸受及びロータ間隙は、一般的に高温の始動(例えば、
ごく最近終了した飛行の後の始動)の間よりも低温のロ
ータ始動(例えば、当日の最初の始動)の間の方が多く
開いている。このことは、擦れ合い及びロータ湾曲が高
温始動の間に起こり易いということを意味する。
するために、エンジン始動に先立ってガスタービンエン
ジンにおけるエンジン温度状態の特性をモニタできるこ
とが望ましい。
ガスタービンエンジンの運転及び性能に関連するデータ
を感知する、ガスタービンエンジンにおけるエンジン性
能をモニタするための方法及びシステムを提供する本発
明により満たされる。感知データからの選択データパラ
メータが、エンジン始動シーケンスの完了に先立って連
続してサンプリングされる。次に、選択データパラメー
タは、規定の基準が満たされたかどうかを判定するため
に評価され、基準が満たされているときはいつでも評価
データが捕捉される。評価データは、エンジンの特定の
温度状態に対してエンジン性能データを正規化するため
に用いられる。次に、正規化したエンジン性能データ
は、それをガスタービンエンジンのパラメータ基準線と
比較することにより傾向がみられる。
付図面を参照して以下の詳細な説明及び添付の特許請求
の範囲を読むことにより明らかになるであろう。
頭部分に具体的に示しまた明確に請求している。しかし
ながら、本発明は、添付の図面の図に関連してなされる
以下の説明を参照することにより最も良く理解すること
ができる。
て同じ要素を表わしている図面を参照すると、図1は、
航空機14に搭載されたガスタービンエンジン12、1
3の性能をモニタするためのシステム10のブロック線
図を示す。図1には、2つのエンジン12、13を示して
いるが、航空機14はそれに搭載される追加のエンジン
を設けることができることに注目されたい。以下の説明
から明らかなように、かかる追加のエンジンに対するデ
ータ収集は、エンジン12、13に対するデータ収集と
全く同じ方法で達成される。従って、エンジン12、1
3及び関連の装置のみをここでは説明することにする。
さらに、システム10は、単に実施例として、航空機に
関して説明していることに注目されたい。航空用途に加
えて、本発明は、船舶及び産業用途を含むガスタービン
エンジンの他の用途に適用可能である。
制御装置(FADEC)のような電子制御装置(EC
U)16を含むが、各エンジン12、13及び機載の航
空機データボックス18と組み合わせて他の制御装置を
用いることも可能である。通常のエンジンデータセンサ
20及び航空機データセンサ21が、エンジン12、1
3及び/又は航空機14の運転及び性能に関連する選択
データパラメータを感知するために設けられる。エンジ
ンデータセンサ20及び航空機データセンサ21は、関
心のあるデータパラメータをモニタする任意のセンサ群
を含むことができる。周囲温度、空気速度、及び高度の
ような航空機パラメータに加えて、エンジンパラメータ
には、一般的に、排気ガス温度、オイル温度、高圧ター
ビンシュラウド温度などの構成部品温度、エンジン燃料
流量、コア速度、圧縮機吐出圧力、タービン排気圧力、
ファン速度等が含まれるであろう。
対応するエンジンデータセンサ20及び航空機データセ
ンサ21からの信号を受ける。各ECU16はまた、航
空機パイロットにより制御される対応するスロットル2
2からの推力要求信号を受ける。これらの入力に応じ
て、ECU16は、それぞれのエンジン12、13への
燃料流量を計量する油圧機械式装置(HMU)24のよ
うなエンジンアクチュエータを作動させる指令信号を発
生する。HMU24は、当業者には周知の装置である。
各ECU16はまた、データ信号を航空機データボック
ス18に出力する。航空機データボックス18は、飛行
データ記録装置、高速アクセス記録装置、又は任意の他
の形式の飛行中データ蓄積装置のような任意の通常の装
置とすることができ、データ信号を記憶するための比較
的大きなデータ記憶容量を有する。航空機データボック
ス18はまた、飛行中のデータを分析して必要な保守メ
ッセージを航空機の集中保守コンピュータ(図示せず)
に単に送るだけの処理能力を備えるものとしてもよい。
航空機データボックス18はまた、航空機データセンサ
21から信号を受ける。
13は、エンジンの歯車装置に取り付けられたエンジン
のタービンスタータを有するエンジン始動装置を含む。
エンジン始動シーケンスの間、高圧の補助空気がスター
タに供給されて、歯車装置によってエンジンコアを回転
させる。各ECU16は、燃料供給及び可変装置の調節
をスケジュールして、エンジン始動シーケンスを完了さ
せ、それぞれのエンジン12、13をアイドリング運転
状態にする。一般的に、補助空気源は、航空機14の尾
部に通常設置される補助動力装置(APU)、地上のカ
ート又は別のエンジンからのクロス抽気である。
タするための、データ信号を処理するアルゴリズムを含
む。モニタリング・アルゴリズムは、多くの方法で実行
されることができる。例えば、モニタリング・アルゴリ
ズムは、データ信号がECU16により受信されるとそ
れらを処理するECU16で実行されることができる。
若しくは、モニタリング・アルゴリズムは、航空機デー
タボックス18で実行されることができる。この場合に
は、データ信号は、航空機データボックス18に転送さ
れた後に処理されることになる。さらに別の方法は、パ
ーソナルコンピュータ又は作業端末コンピュータのよう
な地上ステーションのコンピュータ26でモニタリング
・アルゴリズムを実行することである。飛行中に航空機
データボックス18に記憶されたデータ信号は、処理す
るために地上ステーションのコンピュータにダウンロー
ドされる。この転送は、フロッピー(登録商標)ディス
ク、CD−ROM、又は他の光学式媒体、磁気テープ又
は類似のもののような取り外し可能なコンピュータ可読
媒体、或いは無線通信リンクの使用を含む任意の種類の
リンク28により、飛行後に行なうことができる。リア
ルタイム処理をするために飛行運航中に地上ステーショ
ンのコンピュータ26に直接データ信号を遠隔送信する
ことも可能である。いずれの実行の場合でも、モニタリ
ング・アルゴリズムは、装置(ECU、航空機データボ
ックス、又は地上ステーションのコンピュータ)に記憶
されており、その装置によりアクセスすることができる
か、又は別法としてモニタリング・アルゴリズムは、装
置の適当なドライブ中に挿入された取り外し可能なコン
ピュータ可読媒体(プログラム記録媒体)によりアクセ
スすることもできる。モニタリング・アルゴリズムは、
インターネット又は別のコンピュータネットワークを介
してアクセスすることも可能である。ここに用いられ
る、「コンピュータ可読媒体」の用語は、それから記憶
されたデータをコンピュータ又は類似の装置により読み
取ることができる任意の媒体のことを一般的にいう。こ
の用語には、前述のフロッピー(登録商標)ディスク及
びCD−ROMのような取り外し可能な媒体だけでな
く、各ECU16、航空機データボックス18、或いは
地上ステーションのコンピュータ26中のハードディス
ク又は集積回路記憶装置のような取り外しできない媒体
も含まれる。
アルゴリズムをより詳細に説明している。アルゴリズム
は、エンジン始動シーケンスが開始されるときはいつで
もスタートされる。ブロック100で示す第1の段階
は、エンジンデータセンサ20及び航空機データセンサ
21の出力を連続してモニタすることである。次に、ブ
ロック102において、データセンサ20及び航空機デ
ータセンサ21により感知された選択データパラメータ
が、連続してサンプリングされる。一般的に、データパ
ラメータは、15〜60ミリセカンド毎のような高い頻
度でサンプリングされて、大量のデータポイントを収集
する。いずれのデータパラメータをサンプリングするか
は、多くの要因に左右されて変わる可能性がある。ここ
では、単に実施例として、モニタリング・アルゴリズム
を、コア速度及び燃料流量を選択データパラメータとし
て説明する。しかしながら、本発明は、これらの特定の
データパラメータに限定されるのではなく、任意の適当
なデータパラメータのセットを用いることができること
に注目されたい。
うに、各データサンプルは、規定の基準が満たされたか
どうかを判定するために評価される。モニタリング・ア
ルゴリズムのこの部分の目的は、各エンジン12、13
について、エンジンの温度状態を判定しようとする、エ
ンジン始動シーケンスの完了に先立つ特定の時間を識別
することである。各場合において、基準がブロック10
4、106の両方において満たさていれば、その場合に
はモニタリング・アルゴリズムはブロック108に進
み、そこで選択エンジン及び航空機データと基準が満た
されるときの時間とが、捕捉され記憶される。つまり、
各特定の決定基準のセットが満たされると、その時のエ
ンジン及び航空機データは、今後は「評価データ」と呼
ばれ、対応するデータサンプリング時間と共に捕捉され
記憶される。基準がブロック104、106のいずれか
において満たされなければ、その場合にはモニタリング
・アルゴリズムはブロック102に戻るので、データパ
ラメータは各ブロック104、106に対する基準が満
たされるまで連続してサンプリングされる。
ンプルが決定基準のセットと対照して評価される2つの
区分を用いることにより、モニタリング・アルゴリズム
を説明する。データパラメータは、ブロック104にお
いて第1のエンジン12に対する決定基準と対照して、
またブロック106において第2のエンジン13に対す
る決定基準と対照して評価される。
準は、第1のエンジン12のエンジン始動シーケンスが
完了する前に、評価データが捕捉されるようになってい
る。例えば、決定基準は、1)始動弁が開いている、
2)燃料流量が停止されている、及び、3)コア速度が
最大コア速度の25%より大きいか又はそれに等しい、
とすることができる。これらの基準の全てが満たされ
(エンジン始動シーケンスが開始されたが、まだ完了し
ていないことを示す)ていれば、その場合にはその特定
の時間における関連するエンジン及び航空機データがブ
ロック108において捕捉され記憶される。
2のエンジン13のエンジン始動シーケンスが完了する
前に、評価データが捕捉されるようになっている。例え
ば、決定基準は、1)始動弁が開いている、2)燃料流
量が停止されている、及び、3)コア速度が最大コア速
度の25%より大きいか又はそれに等しい、とすること
ができる。これらの基準の全てが満たされ(エンジン始
動シーケンスが開始されたが、まだ完了していないこと
を示す)ていれば、その場合にはその特定の時間におけ
る関連するエンジン及び航空機データがブロック108
において捕捉され記憶される。
タパラメータは、ブロック102においてサンプリング
されたデータと必ずしも同じではないが、同じデータパ
ラメータの1つ又はそれ以上を両方の段階で用いること
ができる。データパラメータのセットが異なっていても
よい理由は、データが異なる理由で用いられるからであ
る。ブロック102においてデータをサンプリングする
目的は、その後の使用のための評価を収集する時間を識
別することである。ブロック108においては、その目
標は、エンジン温度状態を評価してエンジン性能データ
を正規化するのに用いられる評価データを捕捉すること
である。従って、ブロック108において捕捉される好
ましい評価データパラメータの実施例には、オイル温
度、高圧タービン(HPT)シュラウド温度、周囲温
度、排気ガス温度(EGT)、及びコア速度が含まれ
る。本発明は、これらのデータパラメータに限定され
ず、これらのデータパラメータは単に実施例として示し
ていることを指摘しておく。
は、捕捉したデータを用いて、エンジン始動シーケンス
の完了に先立ち各エンジンの温度状態を評価する。この
ことは、一組の論理を評価データに適用することにより
行われる。例えば、オイル温度が周囲温度に等しいこと
は、エンジンが長時間停止されていたということを示
す。従って、エンジンは始動時に低温の温度状態にあっ
たと判定される。同様に、高圧タービンシュラウド温度
が周囲温度に等しいことは、エンジンが長時間停止され
ていたことを示す。オイル及び高圧タービンシュラウド
温度が、周囲温度よりも高ければ、前回のエンジン停止
以来の時間を温度低下特性のモデルにより判定すること
ができる。同様の論理がEGT測定にも適用できる。
ンサ20及び航空機データセンサ21により感知された
エンジン性能データパラメータが、連続してサンプリン
グされる。これらのデータパラメータはまた、一般的
に、15〜60ミリセカンド毎のような高い頻度でサン
プリングされるので、大量のデータポイントを収集す
る。ブロック112においてサンプリングされるデータ
パラメータは、エンジン性能に関連しており、エンジン
性能をモニタするための傾向分析診断に最終的に用いら
れる。例えば、ブロック112においてサンプリングさ
れるデータパラメータには、ファン速度、コア速度、E
GT、エンジン燃料流量、高度、周囲圧力、全体温度、
マッハ数、圧縮機入口及び出口温度、圧縮機出口圧力、
エンジン圧力比、オイル温度、高圧タービンシュラウド
温度、アクティブ・クリアランス・コントロール弁位
置、エンジン顧客抽気設定、及びECUの内部で計算さ
れる全てのパラメータのようなデータを含むことができ
るが、この段階はこれらの特定のデータパラメータに限
定されるものではない。
各データサンプルは、ブロック114に示すように、特
定の温度状態に対して正規化される。正規化は、ブロッ
ク110においてなされた各エンジン12、13の温度
状態の評価に基づいている。特に、エンジン始動性能デ
ータが、始動に先立つ対応する温度状態に対して正規化
されるので、データは、エンジンが始動に先立ち異なる
温度状態を有していた飛行時に収集された基準データと
比較されることができる。従って、このことにより、始
動時の異なる軸受、ロータ間隙、又は類似の影響がその
後に収集されるエンジン性能データに及ぼすであろう影
響を排除する。
化したエンジン性能データは、エンジン性能をモニタす
るために基準データと対照して傾向をみられる。各エン
ジン12、13の正規化したデータは、以前の飛行から
得られた類似のデータから導き出されるパラメータ基準
線と比較される。エンジン性能データは正規化されてい
るので、履歴データが、エンジンが始動時に異なる温度
状態になっていた以前の飛行から得られたとしても問題
ない。現在の正規化したデータが過去の値から偏ること
は、エンジン性能が潜在的に劣化している徴候である可
能性がある。
ンジンの温度状態とは無関係にエンジン性能をモニタす
るための方法及びシステムを説明してきたものである。
本発明の特定の実施形態を説明してきたが、添付の特許
請求の範囲に記載するような本発明の技術思想及び技術
的範囲から逸脱することなく、実施形態に対する種々の
変更をなし得ることは、当業者には明らかであろう。な
お、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のた
めであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮する
ものではない。
特性をモニタするためのアルゴリズムを含む、ガスター
ビンエンジンにおけるエンジン性能をモニタするシステ
ムの概略線図。
特性をモニタするためのアルゴリズムを示すフローチャ
ート。
Claims (18)
- 【請求項1】 ガスタービンエンジン(12、13)に
おけるエンジン性能をモニタする方法であって、 前記ガスタービンエンジン(12、13)の運転及び性
能に関連するデータを感知する段階と、 エンジン始動シーケンスの完了に先立って、前記感知デ
ータから選択データパラメータを連続してサンプリング
する段階と、 規定の基準が満たされたかどうかを判定するために前記
データパラメータを評価する段階と、 前記規定の基準が満たされているとき評価データを捕捉
する段階と、 該評価データを用いて前記ガスタービンエンジン(1
2、13)の特定の温度状態に対してエンジン性能デー
タを正規化する段階と、を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記選択データパラメータは、コア速度
及び燃料流量のうちの1つ又はそれ以上を含むことを特
徴とする、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記ガスタービンエンジン(12、1
3)は始動弁を含み、前記基準は、前記始動弁が開いて
いることを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方
法。 - 【請求項4】 前記基準は、コア速度が所定の値を超え
ていることを含むことを特徴とする、請求項1に記載の
方法。 - 【請求項5】 前記基準は、燃料流量が停止されている
ことを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 前記評価データは、オイル温度、高圧タ
ービンシュラウド温度、周囲温度、排気ガス温度、及び
コア速度のうちの1つ又はそれ以上を含むことを特徴と
する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項7】 前記正規化したエンジン性能データを前
記ガスタービンエンジン(12、13)のパラメータ基
準線と比較することにより、前記正規化したエンジン性
能データの傾向をみる段階をさらに含むことを特徴とす
る、請求項1に記載の方法。 - 【請求項8】 特定の温度状態に対してエンジン性能を
正規化する前記段階は、前記評価データからエンジン始
動時における前記ガスタービンエンジン(12、13)
の温度状態を判定する段階を含むことを特徴とする、請
求項1に記載の方法。 - 【請求項9】 ガスタービンエンジン(12、13)に
おけるエンジン性能をモニタする方法であって、 複数のセンサ(20、21)を用いて前記ガスタービン
エンジン(12、13)の運転及び性能に関連するデー
タを感知する段階と、 前記ガスタービンエンジン(12、13)のエンジン始
動シーケンスを開始させる段階と、 該エンジン始動シーケンスの完了に先立って、前記感知
データから選択データパラメータを連続してサンプリン
グする段階と、 前記感知データからエンジン性能データパラメータを連
続してサンプリングする段階と、 規定の基準が満たされたかどうかを判定するために前記
選択データパラメータを評価する段階と、 前記規定の基準が満たされているとき評価データを捕捉
する段階と、 該評価データを用いてエンジン始動時における前記ガス
タービンエンジン(12、13)の温度状態を評価する
段階と、 該温度状態に対する前記エンジン性能データパラメータ
を正規化する段階と、 該正規化したエンジン性能データパラメータを前記ガス
タービンエンジン(12、13)のパラメータ基準線と
比較することにより、前記正規化したエンジン性能パラ
メータの傾向をみる段階と、を含むことを特徴とする方
法。 - 【請求項10】 前記選択データパラメータは、コア速
度及び燃料流量のうちの1つ又はそれ以上を含むことを
特徴とする、請求項9に記載の方法。 - 【請求項11】 前記ガスタービンエンジン(12、1
3)は始動弁を含み、前記基準は、前記始動弁が開いて
いることを含むことを特徴とする、請求項9に記載の方
法。 - 【請求項12】 前記基準は、コア速度が所定の値を超
えていることを含むことを特徴とする、請求項9に記載
の方法。 - 【請求項13】 前記基準は、燃料流量が停止されてい
ることを含むことを特徴とする、請求項9に記載の方
法。 - 【請求項14】 前記評価データは、オイル温度、高圧
タービンシュラウド温度、周囲温度、排気ガス温度、及
びコア速度のうちの1つ又はそれ以上を含むことを特徴
とする、請求項9に記載の方法。 - 【請求項15】 前記正規化したエンジン性能データを
前記ガスタービンエンジン(12、13)のパラメータ
基準線と比較することにより、前記正規化したエンジン
性能データの傾向をみる段階をさらに含むことを特徴と
する、請求項9に記載の方法。 - 【請求項16】 ガスタービンエンジン(12、13)
におけるエンジン性能をモニタするシステム(10)で
あって、 前記ガスタービンエンジン(12、13)の運転及び性
能に関連するデータを感知するための複数のセンサ(2
0、21)と、 エンジン始動シーケンスの完了に先立って、前記センサ
(20、21)から選択データパラメータを連続してサ
ンプリングするための手段(16、18、26)と、 規定の基準が満たされたかどうかを判定するために前記
データパラメータを評価するための手段(16、18、
26)と、 前記規定の基準が満たされているとき評価データを捕捉
するための手段(16、18、26)と、 前記評価データを用いて前記ガスタービンエンジン(1
2、13)の特定の温度状態に対してエンジン性能デー
タを正規化するための手段(16、18、26)と、を
含むことを特徴とするシステム(10)。 - 【請求項17】 前記評価データを用いて前記ガスター
ビンエンジン(12、13)の特定の温度状態に対して
エンジン性能データを正規化するための前記手段(1
6、18、26)は、前記ガスタービンエンジン(1
2、13)の温度状態を判定するための手段(16、1
8、26)を含むことを特徴とする、請求項16に記載
のシステム(10)。 - 【請求項18】 ガスタービンエンジン(12、13)
の運転及び性能に関連する所定のパラメータ値を感知す
るための複数のセンサ(20、21)を有するコンピュ
ータ利用システム(10)を制御して方法を実行するた
めの命令を含むプログラム記録媒体であって、該方法
は、 エンジン始動シーケンスの完了に先立って、前記センサ
(20、21)から選択データパラメータを連続してサ
ンプリングする段階と、 規定の基準が満たされたかどうかを判定するために前記
データパラメータを評価する段階と、 前記規定の基準が満たされているとき評価データを捕捉
する段階と、 該評価データを用いて前記ガスタービンエンジン(1
2、13)の特定の温度状態に対してエンジン性能デー
タを正規化する段階と、を含む、ことを特徴とするプロ
グラム記録媒体。
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