JP2004232643A - ガスタービンシステムの性能を監視する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガスタービンシステム（２０）の性能を監視する方法。
【解決手段】 この方法は、複数の燃焼器カン（３０）を準備する段階と、複数の温度センサ（４０）を複数の燃焼器カンの排気面の周りに円周方向に配置する段階と、運転中に複数の燃焼器カンのうちの各燃焼器カンから排気ガスが排出されている状態で、複数のガスタービン運転パラメータを変えながら該複数の燃焼器カンを運転する段階と、複数の温度センサを用いて排気面内の排気ガスの温度を測定して、複数の個々の温度測定値を取得する段階と、排気ガス温度の個々の温度測定値と排気ガスを排出している複数の燃焼器カンのうちの対応する個々の燃焼器カンとの相関関係を求める段階と、該相関関係を用いて運転パラメータの関数として排気面内の旋回値を予測する旋回モデル（７０）を開発する段階とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般的にガスタービンシステムに関し、より具体的には、ガスタービンシステムの性能を監視する方法及び装置に関する。

ガスタービンは一般的に、空気を加圧するための圧縮機と、該圧縮機からの加圧空気とガス燃料とを混合して燃焼させる燃焼器とを含む。燃焼器からの高温のガスは、タービン段を駆動して動力を生成する。設置したタービンの場合、性能監視は、通常は日常の点検及び測定並びに定期性能試験を通じて行われる。その結果は、後に保守及び修理診断プロセスに用いられる。例えば、故障が発生した後に、以前に記録された機械の傾向が分析されて故障の原因が特定され、特定された故障を修復するのに必要な保守措置がとられる。そのような監視システムは故障が発生した後にのみ問題を特定するため、それらのシステムには限界がある。従って、上述した現在の方法では、通常、タービンの損傷を予測しかつ防止することはできない。更に、故障を分析する段階、故障の原因を判定する段階、及び是正措置の手順を特定する段階と関連する固有の時間遅延により、多くの場合、現在の方法を利用することが、重要なタービン部品にとって望ましくない修理時間の長さを必要とすることになる。

一部のガスタービン監視装置においては、システムモデリング技術により、エンジン性能パラメータを用いて、ガスタービン内の熱力学的過程の近似値を求めている。そのようなシステムの１つにおいては、ガスタービンエンジンについてエンジン圧力比（ＥＰＲ）を監視し、それを独立変数として用いて、監視されているタイプの適切運転中の理論的エンジンに対する、燃料流量、排気ガス温度、及び高圧圧縮機段の回転速度の予測値を求める。ダイオードネットワークを配置して、ＥＰＲと例えば理論的エンジン内の燃料流量のような独立変数の１つとの間のパラメータ関係に近似する電圧伝達特性を生じさせる。ダイオードネットワークは、理想状態における運転パラメータの予測値を提供する。実際のエンジンからの信号及び予測値は、異常を検出するための手段として実際値の予測値からの偏差を計算するために、アナログ計算回路に送られる。そのようなシステムは、監視中のエンジンの運転全体にわたってエンジン性能を精密に監視することができないという欠点に直面している。多くのシステムモデリング技術は、エンジン性能パラメータ値が様々な運転状態において一定したままであるという非現実的な仮定をしており、ほとんどのシステムが、エンジンの作動寿命の間における性能の漸進的劣化を考慮に入れていない。

ガスタービンにおいては、高温により燃焼器要素、高温ガス経路部品、ロータブレード、及びそれらの類似物に損傷が引き起こされる可能性があるため、排気温度を監視することが望ましい。高温の排気ガス温度はまた、窒素酸化物のような特定の規制された化合物のエミッションレベルを許容限界を超えて上昇させる可能性がある。先行技術のシステムにおいては、例えば熱電対のような温度センサが、タービン燃焼器内の吐出ガス温度を測定するために用いられてきた。温度監視は、タービンの信頼性を高めるのに重要な情報を提供するが、この技術のみでは一般的に、異常状態で作動しているか又は異常状態で作動する危険性がある特定の部品を識別するのに十分でない。

従って、異常運転の原因となっている特定の部品を識別することができ、また保守処置及び修理処置が必要となるまでのタービンが運転可能な時間に関して、情報に基づく予測を行うことができるように、ガスタービンシステムの性能を監視する改良された機構に対する必要性がある。

要約すると、本発明の１つの態様によれば、ガスタービンシステムの性能を監視する方法は、複数の燃焼器カンを準備する段階と、複数の温度センサを複数の燃焼器カンの排気面の周りに円周方向に配置する段階と、運転中に複数の燃焼器カンのうちの各燃焼器カンから排気ガスが排出されている状態で、複数のガスタービン運転パラメータを変えながら該複数の燃焼器カンを運転する段階と、複数の温度センサを用いて排気面内の排気ガスの温度を測定して、複数の個々の温度測定値を取得する段階と、排気ガス温度の個々の温度測定値と排気ガスを排出している複数の燃焼器カンのうちの対応する個々の燃焼器カンとの相関関係を求める段階と、該相関関係を用いて運転パラメータの関数として排気面内の旋回値を予測する旋回モデルを開発する段階とを含む。

本発明の別の態様によれば、ガスタービンシステムの性能を監視する方法は、複数の燃焼器カンを準備する段階と、複数の温度センサを複数の燃焼器カンの排気面の周りに円周方向に配置する段階と、運転中に複数の燃焼器カンのうちの各燃焼器カンから排気ガスが排出されている状態で、複数のガスタービン運転パラメータを変えながら該複数の燃焼器カンを運転する段階であって、複数のガスタービン運転パラメータを変えることが、複数の燃焼器カンに対して始動条件において用いられるそれぞれの値から該複数の燃焼器カンに対してベース負荷条件において用いられるそれぞれの値までの範囲にあるそれぞれの値の範囲内で、ガスタービン運転パラメータの各々を変えることを含み、またガスタービン運転パラメータが、吸気口ガイドベーンの角度、圧縮機の吐出圧力、燃料流量、圧縮機の吐出温度、補正質量流量、及び出力のうちの少なくとも１つを含んでいる段階と、複数の温度センサを用いて排気面内の排気ガスの温度を測定する段階であって、複数の燃焼器カンのうちの燃焼器カンの１つにその各々が対応する複数の極大点を含む排気面内の排気ガス温度プロフィールを作成することを含む段階と、排気ガス温度の個々の温度測定値と排気ガスを排出している対応する個々の燃焼器カンとの相関関係を求める段階であって、複数の極大点のうちの各極大点をその対応する燃焼器カンに関連づけることを含む段階と、該相関関係を用いてガスタービン運転パラメータの関数として排気面内の旋回値を求める旋回モデルを開発する段階と、複数の燃焼器カンを選択されたセットの所定の運転条件で運転するように設定する段階と、該選択されたセットの所定の運転条件で複数の燃焼器カンを運転中にリアルタイム排気ガス温度データを取得する段階と、該リアルタイム排気ガス温度データに基づいて実旋回値を計算する段階と、モデルを用いて選択されたセットの運転条件に対する予測旋回値を計算する段階と、実旋回値と予測旋回値とを比較して、該実旋回値と該予測旋回値との間の差でありかつ欠陥のある燃焼器カンの存在を示す少なくとも１つの故障検査統計値を生成する段階と、該差を基準値と比較する段階と、該差が基準値を超えた場合に、複数の燃焼器カン中に故障した燃焼器カンが存在することを示す少なくとも１つの故障フラグ信号を生成する段階と、複数の燃焼器カンの中から特定の故障した燃焼器カンを識別する少なくとも１つの故障分類信号を生成する段階とを含む。

本発明の更に別の態様によれば、ガスタービンシステム内の欠陥のある可能性がある燃焼器カンを識別する方法は、ガスタービンシステム内の複数の燃焼器カンを選択されたセットの所定の運転条件で運転するように設定する段階と、選択されたセットの運転条件で複数の燃焼器カンを運転中に、複数の温度センサを用いてリアルタイム排気ガス温度データを測定する段階と、該リアルタイム排気ガス温度データに基づいて実旋回値を計算する段階と、モデルを用いて選択されたセットの運転条件に対する予測旋回値を計算する段階とを含む。

本発明の１つの実施形態によれば、ガスタービンシステムの性能を監視するための装置は、複数の燃焼器カンを含むガスタービンシステムの運転中に複数のガスタービン運転パラメータ及び温度測定値を感知するようになっているセンサモジュールと、該複数のガスタービン運転パラメータ及び温度測定値を受信して少なくとも１つの実旋回値及び少なくとも１つの予測旋回値を生成するようになっているデータ分析モジュールと、該少なくとも１つの実旋回値及び少なくとも１つの予測旋回値を受信して少なくとも１つの故障検査統計値を生成するようになっている統計的計算モジュールと、該少なくとも１つの故障検査統計値を受信して、複数の燃焼器カン中に故障した燃焼器カンが存在することを示す少なくとも１つの故障フラグ信号を生成するようになっている故障検出モジュールとを含む。

本発明の別の実施形態によれば、コンピュータシステムにガスタービンシステムの性能を監視するように命令するためのコンピュータ可読媒体格納コンピュータ命令が提供され、該コンピュータ命令は、複数の排気ガス温度測定値のうちの個々の温度測定値と排気面内に排気ガスを排出している複数の燃焼器カンのうちの対応する個々の燃焼器カンとの相関関係を求めるための命令と、該相関関係を用いてガスタービン運転パラメータの関数として排気面内の旋回値を予測する旋回モデルを開発するための命令とを含む。

本発明の更に別の実施形態によれば、ガスタービンシステムの性能を監視するためのコンピュータ可読媒体格納コンピュータ命令が提供され、該コンピュータ命令は、複数の燃焼器カンのうちの燃焼器カンの１つにその各々が対応する複数の極大点を含む排気面内の排気ガス温度プロフィールを含む複数の排気ガス温度測定値のうちの個々の温度測定値と排気面内に排気ガスを排出している複数の燃焼器カンのうちの対応する個々の燃焼器カンとの相関関係を求める命令であって、該複数の極大点のうちの各極大点をその対応する燃焼器カンに関連づける命令と、該相関関係を用いてガスタービン運転パラメータの関数として排気面内の旋回値を求める旋回モデルを開発する命令と、リアルタイム排気ガス温度データに基づいて少なくとも１つの実旋回値を計算する命令と、モデルを用いて選択されたセットの運転条件に対する少なくとも１つの予測旋回値を計算する命令と、実旋回値と予測旋回値とを比較して少なくとも１つの故障検査統計値を生成する命令と、該故障検査統計値を基準値と比較する命令と、該故障検査統計値が基準値を超えた場合に、複数の燃焼器カン中に故障した燃焼器カンが存在することを示す少なくとも１つの故障フラグ信号を生成する命令と、複数の燃焼器カンの中から特定の故障した燃焼器カンを識別する少なくとも１つの故障分類信号を生成する命令とを含む。

本発明のこれら及びその他の特徴、態様、及び利点は、図面全体を通して同じ符号が同じ部品を表す添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、一層よく理解されるであろう。

図１を参照すると、本発明の１つの実施形態は、ガスタービンシステム２０の性能を監視するための装置１０である。一般的なガスタービンシステム２０は、空気を加圧して燃焼器１５に供給するための圧縮機５を含み、該燃焼器１５内で加圧空気と燃料ガスとが燃焼されてタービン１８を駆動する。燃焼器１５は、空気と燃料ガスを燃焼させるための複数の燃焼器カン３０（図２に示す）を含む。装置１０は、ガスタービンシステム２０の運転中に複数のガスタービン運転パラメータ及び温度測定値を感知するようになっているセンサモジュール５０を含む。この実施形態の例においては、熱電対が温度センサ４０として用いられる。運転パラメータセンサ４５は、燃焼器カンを運転させながら複数のガスタービン運転パラメータを感知するために用いられる。特定の実施形態において、複数の温度センサ４０は、図２に示すように、ガスタービンの排気口において複数の燃焼器カン３０の排気面内に円周方向に配列される。図２Ａは、圧縮機５と、燃焼器１５と、タービン１８とを含む図１のガスタービンシステム２０の概略図である。燃焼器１５は、燃焼器カン３０を含む。タービンの断面ＡＡを、タービン１８の排気口における温度センサ４０の配列を示す図２Ｂに詳細に示す。排気面は、排気ガスの流れに対して垂直な面として定められ、ガスタービンの排気口に配列された温度センサを含む。温度センサ４０は、特定の実施形態において、タービンシステム２０のオンライン制御システム２５の温度監視部分の部品である。

データ分析モジュール６０は、複数のガスタービン運転パラメータ及び温度測定値をセンサモジュール５０から受信して、以下により詳細に説明する少なくとも１つの実旋回値及び少なくとも１つの予測旋回値を生成するようになっている。統計的計算モジュール８０は、少なくとも１つの実旋回値及び少なくとも１つの予測旋回値をデータ分析モジュール６０から受信して、少なくとも１つの故障検査統計値を生成するようになっている。本実施形態の１つの例における故障検査統計値は、実旋回値と予測旋回値との間の差である。故障検出モジュール９０は、少なくとも１つの故障検査統計値を統計的計算モジュール８０から受信して、少なくとも１つの故障フラグ信号を生成するようになっている。故障検出モジュール９０は、故障検査統計値を基準値と比較し、故障検査統計値がその絶対値で基準値を超えた場合に、故障フラグ信号を生成する。故障フラグ信号は、複数の燃焼器カン中に故障した燃焼器が存在することを示す。基準値と比較することは、各カンについて一定の時間にわたって実旋回値と予測旋回値との間の差すなわち故障検査統計値を観察することと、その後これらの故障検査統計値の選択された分布特性を該選択された特性に対応する基準値又は閾値と比較することとを含む。基準値の好適な例には、例えば、二乗平均平方根誤差、又は実旋回値と予測旋回値との間の差或いは実旋回値と予測旋回値との間の差に基づいて計算した標準偏差の平均値が含まれる。

一部の特定の実施形態においては、故障分類モジュール９５が含まれており、該故障分類モジュール９５は、少なくとも１つの故障フラグ信号を故障検出モジュール９０から受信して、少なくとも１つの故障分類信号を生成するようになっており、該故障分類信号は、旋回マップを用いて、複数の燃焼器カンの中から特定の故障した燃焼器カンを識別する。故障分類信号は、タービンシステム２０のオンライン制御システム２５に伝達され、適切な保守措置及び整備措置がとられる。

幾つかの実施形態において、データ分析モジュール６０は、所定の排気面内の排気ガス温度プロフィールを作成する。図３に示すように、該プロフィールは、複数の極大点を含む。各極大点は燃焼器カン３０（図２）の１つに対応し、図３のプロフィールは、６カン構成に対するものを示す。

幾つかの実施形態において、データ分析モジュール６０は、旋回モデル７０を更に含み、該旋回モデル７０は、少なくとも１つのガスタービン運転パラメータの関数として、少なくとも１つの温度測定値と対応する個々の燃焼器カンとの相関関係を求める。旋回モデル７０は、運転条件の全範囲にわたり、本明細書において上述した排気面内の各極大点をその対応する燃焼器カンに関連づける。図４は、燃焼器カン（ｃｎで示し、ここでｎは１から６とする）及び温度センサ配列（熱電対ｔｍで示し、ここでｍは０から２１とする）の１つの例を示し、ここで、２つの温度センサ間の角度は約１７度である。この相関関係が、排気ガスが燃焼器カンから排出されてタービンセクションを通って下流に移動する際にその範囲にわたって旋回する角度の測定値である旋回値をもたらす。基準点として排気ガス温度極大値を用いることは、旋回値測定に最高度の信頼性を与え、従って、温度プロフィールの他の点を用いることもできるが、焦点となるのは、極大値を用いてガスタービンパラメータと燃焼器カン４０の各々に対する熱電対番号との間の相関関係を開発することである。

図５は、ガスタービンの運転条件が変化する際の排気ガス旋回の現われ方の１つの例を示す。図５に示す例において、カン＃１（ｃ１）からの排気ガスに対応する温度データ極大点は、ベース負荷条件において熱電対（ＴＣ）＃７（ｔ７）に対応し、同じ点が、低負荷条件において熱電対＃１２（ｔ１２）に対応する。すなわち、カン＃１に対応する旋回値は、約８５度である（２つのの熱電対間の角距離は約１７度である）。従って、旋回量が負荷に対して線形でないことが明らかである。同様に、図６は、９０ＭＷのベース負荷から１０ＭＷの低負荷までの全無負荷運転中における排気ガスの熱電対への衝突の仕方の１つの例を示す、旋回範囲のプロットを示す図である。この図は、カン＃１（ｃ１）の場合、完全無負荷サイクル全体にわたって旋回がＴＣ＃８（ｔ８）からＴＣ＃１３（ｔ１３）まで変化し、旋回値が約８５度であることを示している。カン・熱電対マップ（すなわち旋回マップ）を開発するために、排気口の熱電対データが分析されて、負荷／無負荷運転に沿った別個の点における極大値が特定される。時間、熱電対番号及びガスタービン運転パラメータが、負荷／無負荷運転中に極大値が１つの熱電対から隣接する熱電対へと移動するそれらの点について捕捉される。カン番号と熱電対番号との間の相関関係が記録される。次いで、該相関関係データが統計的に分析されて、ガスタービン運転パラメータの関数としてカン番号と熱電対番号との間の関係が求められる。全ての運転時点におけるガスタービン運転パラメータとカン・熱電対相関関係との間の関係を求めるための、例えば線形回帰法、主要成分分析（ＰＣＡ）法、及び部分潜在構造（ＰＬＳ）マッピングを含む幾つかの好適な統計的分析技術が、当該技術において知られている。

本明細書において上述した分析の結果を用いて、ガスタービン運転パラメータの関数として旋回値を求めるための旋回モデル７０が開発される。旋回モデル７０は、本実施形態の１つの例において線形モデルを含む。本実施形態の別の例において、旋回モデル７０は、非線形モデルを含む。モデルの性能は、当該技術において一般的に実施されているように、モデル値の観察値及び二乗平均平方根誤差からの最大偏差（絶対値）に基づいて評価される。図７は、カン＃１についての散布プロット図並びに最少二乗法を用いた結果及びＰＣＡ法の結果を示す。

ＰＣＡ法が、実際値（直線で示す）により近いより正確な結果をもたらしているのが観察される。１つの例において、約１７度の２つの熱電対間角距離を用いると、ＰＣＡ法を用いたモデルが妥当であることが確認され、温度センサ間の角距離の半分（約８．５度）よりも小さい二乗平均平方根誤差がＰＣＡ法により達成可能であることが分かった。

図８に示す本発明の別の態様は、ガスタービンシステムの性能を監視する方法であり、該方法は、前述の装置１０（図１）の用途に特に適している。該方法は、ブロック１００における、複数の燃焼器カンを準備する段階と、ブロック１１０における、複数の温度センサを複数の燃焼器カンの排気面の周りに円周方向に配置する段階と、ブロック１１５における、複数のガスタービン運転パラメータを変えながら複数の燃焼器カンを運転する段階とを含む。特定の実施形態におけるガスタービン運転パラメータを変えることは、ガスタービン運転パラメータの各々をそれぞれの値の範囲内で変えることを含む。それぞれの値の範囲は、複数の燃焼器カンに対して始動条件において用いられるそれぞれの値からベース負荷条件において用いられるそれぞれの値までの範囲とすることができる。始動条件及びベース負荷条件における異なる運転パラメータに対するそれぞれの値がタービンによって異なり、これらの値が所定のタービンに対して明確であることは、当業者には分かるであろう。本実施形態の１つの例におけるこれらのガスタービン運転パラメータには、吸気口ガイドベーンの角度、圧縮機の吐出圧力、燃料流量、圧縮機の吐出温度、補正質量流量、及び出力のうちの少なくとも１つが含まれる。燃焼器カンの運転中、排気ガスが複数の燃焼器カンのうちの各燃焼器カンから排出される。該方法は、ブロック１２０における、複数の温度センサを用いて排気面内の排気ガスの温度を測定する段階を含む。幾つかの実施形態において、温度センサは、タービンのオンライン制御システムの温度監視部分の部品である。本発明の一部の実施形態において、温度を測定する段階は、排気面内の排気ガス温度プロフィールを取得することを含む。このプロフィールは、燃焼器カンの１つにその各々が対応する複数の極大点を含む。ブロック１２５において、排気ガス温度の個々の温度測定値と排気ガスを排出している対応する個々の燃焼器カンとの間の相関関係が求められる。前述したように、この相関関係を求める段階は、複数の極大点のうちの各極大点をその対応する燃焼器カンに関連づけることを含む。ブロック１３０において、旋回モデル７０が開発され、該モデルは、該相関関係を用いてガスタービン運転パラメータの関数として個々の燃焼器カンから排出されている排気ガスの排気面内における旋回値を求める。本方法の１つの例におけるモデルは、線形モデルである。別の例において、モデルは非線形モデルである。

本明細書において上述した方法に又は独立して用いることができる別の実施形態は、ブロック１３５における、複数の燃焼器カンを選択されたセットの所定の運転条件で運転するように設定する段階と、ブロック１４０における、該選択されたセットの所定の運転条件でのこの運転中にリアルタイム排気ガス温度データを測定する段階とを含む。該リアルタイム排気データは、ブロック１４５において、ガスの実旋回値を計算するのに用いられる。ブロック１５０において、予測旋回値もまた、旋回ガスモデルを用いて、選択されたセットの運転条件に対して計算される。ブロック１５５において、該２つの値が比較され、値間の差が故障検査統計値として計算される。ブロック１６０において、該故障検査統計値が基準値と比較される。故障検査統計値が基準値を超えた場合に、ブロック１６５において、燃焼器中に欠陥のあるカンが存在することを示す故障フラグ信号が生成される。次いで、ブロック１７０において、旋回マップを用いることにより特定のカンを故障したカンとして識別する故障分類信号が生成される。ブロック１７５において、該故障分類信号がタービンのオンライン制御システムに送信され、適切な是正措置がとられる。

図８のフローチャートは、ガスタービンの性能を監視する方法及び装置の機能性及び動作を示す。これに関し、各ブロック／構成要素は、モジュール、セグメント、又は特定の論理機能を実施するための１つ又はそれ以上の実行可能命令を含むコードの一部を表す。幾つかの別の実施においては、含まれる機能性に応じて、ブロックに示す機能が数字で示す順序とは異なって発生することができ、例えば、実際には実質的に並行して又は逆の順序で実行されることができることにも留意されたい。また、当業者には、付加的なブロックを追加することができることが理解されよう。更に、該機能は、Ｃ＋＋又はＪＡＶＡ(登録商標)のようなプログラミング言語で実施することができる。しかしながら、他の言語を用いることもできる。

上述した本発明の種々の実施形態及び態様は、論理機能を実施するための実行可能命令の順序リストを含む。該順序リストは、命令を読出してそれらを実行することができるコンピュータベースのシステムにより用いられるか又は該システムに関連して用いられるための任意のコンピュータ可読媒体に組み込むことができる。この用途に関して、コンピュータ可読媒体は、命令を収容、格納、伝達、伝播、送信又は転送することができる任意の手段とすることができる。コンピュータ可読媒体は、電子式、磁気式、光学式、電磁式、又は赤外線式のシステム、装置、もしくはデバイスとすることができる。例示的なものではあるがそれに限定するものではないコンピュータ可読媒体の一覧は、１つ又はそれ以上のワイヤを有する電気的接続（電子式）、携帯用コンピュータディスケット（磁気式）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）（磁気式）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）（磁気式）、消去可能プログラム可能読出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はＦｌａｓｈメモリ）（磁気式）、光ファイバ（光学式）、及び携帯用コンパクトディスク型読出し専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）（光学式）を含むことができる。

コンピュータ可読媒体は、命令が印刷された紙又は別の好適な媒体を含むことができることに留意されたい。例えば、命令は、紙その他の媒体の光学式走査により電子的に捕捉することができ、必要であれば、その後好適な方法で編集、解釈又は別の処理を施し、次いでコンピュータメモリに格納することができる。

本発明の特定の特徴のみを本明細書に例示し説明してきたが、多くの修正及び変更が当業者が想到できるであろう。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。

ガスタービン監視装置の概略図。 燃焼器内の燃焼器カンの配置及びタービンの排気口における断面ＡＡを示す、図１に用いられるガスタービンシステムの概略図。 温度センサの配列を示す、図２Ａの断面ＡＡの詳細図。 ６個のカンに対する排気面内の排気ガス温度プロフィールを示す図。 カン・熱電対の幾何学的構成を示す図。 ベース負荷から低負荷まで運転した６個のカンに対する旋回流プロフィールを示す図。 ベース負荷から低負荷まで運転した６個のカンに対する旋回範囲のプロットを示す図。 旋回モデル開発における最小二乗法と主成分分析法との間のグラフ比較を示す図。 ガスタービンシステムの性能を監視するために実行される段階を説明するフローチャート。

符号の説明

５ 圧縮機
１５ 燃焼器
１８ タービン
２０ ガスタービンシステム
２５ タービンのオンライン制御システム
４０ 温度センサ
４５ 運転パラメータセンサ
５０ センサモジュール
６０ データ分析モジュール
７０ 旋回モデル
８０ 統計的計算モジュール
９０ 故障検出モジュール
９５ 故障分類モジュール

Claims (10)

1. ガスタービンシステム（２０）の性能を監視する方法であって、
   複数の燃焼器カン（３０）を準備する段階と、
   複数の温度センサ（４０）を前記複数の燃焼器カンの排気面の周りに円周方向に配置する段階と、
   運転中に前記複数の燃焼器カンのうちの各燃焼器カンから排気ガスが排出されている状態で、複数のガスタービン運転パラメータを変えながら前記複数の燃焼器カンを運転する段階と、
   前記複数の温度センサを用いて前記排気面内の前記排気ガスの温度を測定して、複数の個々の温度測定値を取得する段階と、
   前記排気ガス温度の個々の温度測定値と前記排気ガスを排出している前記複数の燃焼器カンのうちの対応する個々の燃焼器カンとの相関関係を求める段階と、
   前記相関関係を用いて前記ガスタービン運転パラメータの関数として前記排気面内の旋回値を予測する旋回モデル（７０）を開発する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記複数の燃焼器カンを選択されたセットの所定の運転条件で運転するように設定する段階と、
   前記選択されたセットの運転条件で前記複数の燃焼器カンを運転中に、前記複数の温度センサを用いてリアルタイム排気ガス温度データを測定する段階と、
   前記リアルタイム排気ガス温度データに基づいて少なくとも１つの実旋回値を計算する段階と、
   前記モデルを用いて前記選択されたセットの運転条件に対する少なくとも１つの予測旋回値を計算する段階と、
   前記実旋回値と前記予測旋回値とを比較して、少なくとも１つの故障検査統計値を計算する段階と、
   前記故障統計値を基準値と比較する段階と、
   前記故障検査統計値が前記基準値を超えた場合に、前記複数の燃焼器カン中に故障した燃焼器カンが存在することを示す少なくとも１つの故障フラグ信号を生成する段階と、
   を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記故障検査統計値が、前記実旋回値と前記予測旋回値との間の差であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記故障検査統計値を基準値と比較する前記段階が、一定の時間にわたるそれぞれのカンに対する故障検査統計値を、該一定の時間にわたる該故障検査統計値の分布の選択された特徴が該選択された特徴に対応する前記基準値と比較されるように、比較する段階を含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
5. 前記複数の燃焼器カンの中から特定の故障した燃焼器カンを識別する少なくとも１つの故障分類信号を生成する段階を更に含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
6. 複数のガスタービン運転パラメータを変えながら前記複数の燃焼器カンを運転する前記段階が、該複数の燃焼器カンに対して始動条件において用いられるそれぞれの値から該複数の燃焼器カンに対してベース負荷条件において用いられるそれぞれの値までの範囲にあるそれぞれの値の範囲内で、前記ガスタービン運転パラメータの各々を変えることを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 前記ガスタービン運転パラメータが、吸気口ガイドベーンの角度、圧縮機の吐出圧力、燃料流量、圧縮機の吐出温度、補正質量流量、及び出力のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記排気面内の前記排気ガスの温度を測定する前記段階が、前記複数の燃焼器カンのうちの前記燃焼器カンの１つにその各々が対応する複数の極大点を含む、前記排気面内の排気ガス温度プロフィールを作成する段階を含み、相関関係を求める前記段階が、前記複数の極大点のうちの各極大点をその対応する燃焼器カンに関連づける段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
9. 前記複数の温度センサが、前記タービンのオンライン制御システムの温度監視部分の部品であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
10. ガスタービンシステム（２０）の性能を監視する方法であって、
    複数の燃焼器カン（３０）を準備する段階と、
    複数の温度センサ（４０）を前記複数の燃焼器カンの排気面の周りに円周方向に配置する段階と、
    運転中に前記複数の燃焼器カンのうちの各燃焼器カンから排気ガスが排出されている状態で、複数のガスタービン運転パラメータを変えながら前記複数の燃焼器カンを運転する段階であって、前記複数のガスタービン運転パラメータを変えることが、前記複数の燃焼器カンに対して始動条件において用いられるそれぞれの値から該複数の燃焼器カンに対してベース負荷条件において用いられるそれぞれの値までの範囲にあるそれぞれの値の範囲内で、前記ガスタービン運転パラメータの各々を変えることを含み、また前記ガスタービン運転パラメータが、吸気口ガイドベーンの角度、圧縮機の吐出圧力、燃料流量、圧縮機の吐出温度、補正質量流量、及び出力のうちの少なくとも１つを含んでいる段階と、
    前記複数の温度センサを用いて前記排気面内の前記排気ガスの温度を測定する段階であって、前記複数の燃焼器カンのうちの前記燃焼器カンの１つにその各々が対応する複数の極大点を含む前記排気面内の排気ガス温度プロフィールを作成することを含む段階と、
    前記排気ガス温度の個々の温度測定値と前記排気ガスを排出している対応する個々の燃焼器カンとの相関関係を求める段階であって、前記複数の極大点のうちの各極大点をその対応する燃焼器カンに関連づけることを含む段階と、
    前記相関関係を用いて前記ガスタービン運転パラメータの関数として前記排気面内の旋回値を求める旋回モデル（７０）を開発する段階と、
    前記複数の燃焼器カンを選択されたセットの所定の運転条件で運転するように設定する段階と、
    前記選択されたセットの所定の運転条件で前記複数の燃焼器カンを運転中にリアルタイム排気ガス温度データを取得する段階と、
    前記リアルタイム排気ガス温度データに基づいて実旋回値を計算する段階と、
    前記モデルを用いて前記選択されたセットの運転条件に対する予測旋回値を計算する段階と、
    前記実旋回値と前記予測旋回値とを比較して、該実旋回値と該予測旋回値との間の差でありかつ欠陥のある燃焼器カンの存在を示す少なくとも１つの故障検査統計値を生成する段階と、
    前記差を基準値と比較する段階と、
    前記差が前記基準値を超えた場合に、前記複数の燃焼器カン中に故障した燃焼器カンが存在することを示す少なくとも１つの故障フラグ信号を生成する段階と、
    前記複数の燃焼器カンの中から特定の故障した燃焼器カンを識別する少なくとも１つの故障分類信号を生成する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。