JP2004316649A - ガスタービン燃焼ダイナミックスを監視するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ガスタービンシステムのオペレータへの支援を提供するシステムに関する。
【解決手段】 ガスタービンシステムの調整を行うためのシステム（１０）は、エンジン制御システム（３４）に接続されてガスタービンエンジン（２０）の運転状態を示すデータを送信するように構成されている、コンピュータ（３２、３５）にインストールされたサーバー（３１０）と、データベースを備えたクライアントアプリケーション（３０４）と、を含み、クライアントアプリケーションが、サーバーによって送信されるガスタービン運転状態データを受け取り、これによりユーザーがガスタービン運転データを解析して望ましいガスタービン運転状態を求める。望ましい運転状態は、エンジン制御システムに伝達されて、望ましいガスタービン運転状態に基づいてガスタービン燃焼制御システム運転パラメータの調整を容易にする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、一般にコンピュータネットワークベースのシステムに関し、更に詳細には、種々の問題点に対してガスタービンシステムのオペレータへの支援を提供するシステム及び方法に関する。

ガスタービン燃焼ダイナミックス又はガスタービンシステムに関する問題に対し、世界中の多くの事業部に配置された多数の従業員を抱える企業において適時に助けを得ることは重要な課題である。問題を解決するために組織内に人を配置することは、こうした企業では困難な場合がある。別の課題は、資格を有する人とその問題について検討する機会を得ることである。問題を検討するために適切な人を配置し、互いに都合の良い時間を見つける過程で、通常は、専門家とのメッセージの交換及び電話の呼び出しの間のタイムラグによる遅れが存在する。

例えば、ガスタービンエンジンのオペレータが、問題を解決するためにガスタービンシステムの専門家とのコンタクトを望む場合、オペレータは、通常、問題の特定のために、電話、問題を特定する用紙への記入、ＷＷＷ上のインターネットを介した調査請負、或いは音声メールのような従来の方法のうちの１つを使用する。これらの方法は一般に、煩雑で非人間的であり、時間がかかる。音声メールシステムは理解するには複雑であるだけでなく、ガスタービンのオペレータの要求に応答しない場合がある。総合的には、従来の方法は極めて思い通りにならないものであり、必ずしもガスタービンのオペレータの問題を解決する助けにはならない可能性がある。

１つの態様において、ガスタービンシステムの調整を行うためのシステムが提供される。このシステムは、コンピュータにインストールされたサーバーを含み、該サーバーはガスタービンエンジン制御システムに接続され、且つガスタービンエンジンの運転状態を示すデータを送信するように構成される。このシステムはまた、データベースを含むクライアントアプリケーションを含み、このクライアントアプリケーションは、サーバーによって送信されるガスタービンの運転状態のデータを受け取るように構成され、これによりユーザーがガスタービン運転データを解析して望ましいガスタービンの運転状態を求めることが可能であり、該望ましい運転状態はガスタービンエンジン制御システムに伝達されて、望ましいガスタービン運転状態に基づく少なくとも１つのガスタービン燃焼制御システムの運転パラメータの調整を容易にする。

別の態様において、ガスタービンシステムの調整を行うための方法が提供される。この方法は、コンピュータにインストールされたサーバーを使用してガスタービン運転状態を示すデータを送信する段階を含み、このサーバーは、ガスタービンエンジン制御システムに接続されている。この方法はまた、データベースを備えたクライアントアプリケーションにおいてガスタービン運転状態を示すデータを受け取る段階と、ガスタービンの運転を示すデータを解析する段階と、解析されたデータを用いて望ましいガスタービン運転状態を求める段階と、ガスタービンエンジン制御システムに望ましい運転状態を伝達して、望ましいガスタービン運転状態に基づいて少なくとも１つのガスタービン燃焼制御システムの運転パラメータを調整することを容易にする段階とを含む。

本明細書では、本方法及び装置を産業環境で使用されるガスタービンエンジンに関連して説明しているが、ここで説明される方法及び装置が、限定ではないが、航空機に取り付けられたタービンを含む他の燃焼タービンシステム用途に有用とすることができることは企図される。更に、ここに示された原理及び教示は、限定ではないが、天然ガス、ガソリン、石油、ディーゼル燃料、及びジェット燃料といった種々の可燃性燃料を使用するガスタービンエンジンに適用可能である。従って下記の説明は、限定ではなく例証としてのみ示される。

図１は、ガスタービン２０を含むガスタービンシステム１０の切取側面図である。ガスタービン２０は、圧縮機部分２２、複数の燃焼器缶２６を含む燃焼器部分２４、シャフト（図示せず）を用いて圧縮機部分２２に連結されたタービン部分２８を含む。

運転中、周囲空気が圧縮機部分２２へ運ばれて、そこで周囲空気よりも高い圧力まで圧縮される。次に、圧縮された空気は燃焼器部分２４へ運ばれ、そこで圧縮空気と燃料が混合されて比較的高圧高速のガスを生成する。タービン部分２８が、燃焼器部分２４から排出された高圧高速ガスからエネルギーを取り出す。燃焼した燃料混合物を用いて、例えば、電気、熱、及び／又は力学的エネルギーといったエネルギーを生成する。１つの実施形態において、燃焼した燃料混合物は、キロワット時（ｋＷｈ）で計測される電気エネルギーを発生する。しかしながら、本発明は電気エネルギーの発生に限定されるものではなく、力学的仕事量及び熱などの他の形態のエネルギーを含む。ガスタービンシステム１０は、通常、ガスタービンシステム１０に取り付けられた自動制御システム及び／又は電子制御システム（図示せず）からの種々の制御パラメータによって制御される。

図２は、図１に示されるガスタービンシステム１０の簡略な概略図である。ガスタービンシステム１０はまた、ガスタービン２０に電気的に接続された複数のセンサ３０を含む。例示的な実施形態において、少なくとも１つのセンサ３０は、各燃焼器缶２６に機械的に連結される。燃焼ダイナミックスモニタ（ＣＤＭ）３２、すなわちデータ収集システムは、センサ３０からアナログデータをサンプリングし、このアナログデータを後続の処理のためにデジタル信号に変換する。コンピュータ３４は、ＤＡＳ３２及びオンボード・システムモニタ（ＯＳＭ）３５のうち少なくとも１つからサンプリングされてデジタル化されたセンサデータを受け取り、高速データ解析を行う。例示的な実施形態において、コンピュータ３４はガスタービン制御システムであり、ガスタービン２０から複数の信号入力を受け取るように構成されている。燃焼器缶２６の４個だけが図示されているが、ガスタービンエンジン２０は４個より多いか又は少ない燃焼器缶２６を含むことができることを認識されたい。例えば、１つの例示的な実施形態においては、ガスタービンエンジン２０は２４個の燃焼器缶２６を含む。

コンピュータ３４は、キーボード３６を介してオペレータからのコマンドを受け取る。限定ではないが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）及び冷陰極管のような付随するモニタ３８により、オペレータはコンピュータ３４から受け取られたデータを観察することができる。オペレータにより与えられたコマンド及びパラメータは、コンピュータ３４によってＣＤＭ３２及びＯＳＭ３５へ制御信号及び情報を提供するために使用される。

１つの実施形態において、コンピュータ３４は、例えばフロッピー（登録商標）ディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、光磁気ディスク（ＭＯＤ）デバイス、又は、イーサネット（登録商標）デバイスのようなネットワーク接続デバイスを含む他の何れかのデジタルデバイスといったデバイス４０を含む。ネットワーク接続デバイスは、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、或いは、ネットワーク又はインターネットのような他のデジタルソース、並びに未だ開発されていないデジタル手段のようなコンピュータ可読媒体４２からの命令及び／又はデータを読み取るためのものである。別の実施形態において、コンピュータ３４は、ファームウェア（図示せず）に格納された命令を実行する。コンピュータ３４は、本明細書で説明される機能を果たすためにプログラムされており、本明細書で使用されるコンピュータという用語は、コンピュータとして一般に知られる集積回路のみに限定されるものではなく、コンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラム可能な論理コントローラ、特定用途向け集積回路、及び他のプログラム可能な回路を広く意味し、これらの用語は本明細書では互換的に使用される。更に、本明細書に説明される方法及び装置は、産業環境において説明されているが、本発明の利益が、例えば、限定ではないが、航空機のような輸送手段の環境で一般に用いられるシステムのような非産業的システムにもたらされることが企図される。

図３は、燃焼ダイナミックスモニタ（ＣＤＭ）３２及びオンボード・システムモニタ（ＯＳＭ）（３５）（図２に示す）と共に使用することができる例示的なネットワークアーキテクチャ３００の概略図である。ネットワークは、少なくとも１つのクライアントアプリケーション３０４と通信可能に接続された広帯域セグメント３０２を含む。例示的な実施形態において、広帯域セグメント３０２は、遠隔のタービン設置場所と本社又は他の遠隔のタービン設置場所に位置する調整エンジニアとの間で情報を調整する、ガスタービン制御システムと通信するための専用イントラネットである。他の実施形態において、広帯域セグメント３０２はインターネットである。マイクロプロセッサを含むスプリット／リレー装置３０６、及び狭帯域ネットワークセグメント３０８はまた、広帯域セグメント３０２に通信可能に接続される。サーバー３１０は、狭帯域セグメント３０８に接続される。例示的な実施形態において、狭帯域セグメント３０８は、遠隔アクセスサーバーであり、サーバー３１０は、オンボード・システムモニタ（ＯＳＭ）３５及び／又は燃焼ダイナミックスモニタ（ＣＤＭ）３２である。

運転中、ＯＳＭ３５及びＣＤＭ３２は、現地でタービン運転パラメータを監視する。ＯＳＭ３５及びＣＤＭ３２を調整するために、ダイヤルアップ接続がＯＳＭ３５及びＣＤＭ３２からの狭帯域セグメント３０８に関して構築される。例示的な実施形態において、クライアント３０４は、調整されているタービンから遠隔の位置にあるワークステーションを監視している。遠隔の場所で、調整エンジニアは、調整ワークステーションとして構成されたクライアント３０４からガスタービン運転を監視することができる。次に、調整エンジニアは、タービンエンジンの場所に配置された技師に調整指令を伝達する。ＯＳＭ３５及びＣＤＭ３２によって受け取られたデータは、データストリームとして狭帯域セグメント３０８を介して送信される。スプリット／リレー３０６は、バッファ中にデータストリームを受け取り、このストリームをデータパケットに分割して、次いで、これを広帯域セグメント３０２を介してクライアントの予め定められたリストに送信することができる。例示的な実施形態において、ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）が、データパケットの送信に使用される。スプリット／リレー３０６は、入力ソケットを監視して入ってくるトラフィックに対して待機しており、狭帯域セグメント３０８からのトラフィックが到着すると、バッファに読み込まれ、そこで読み込まれた後にパケット化されて、クライアントのリストに転送される。パケットは、それぞれのクライアントの各出力ソケットに転送され、クライアントリストの最後になると、スプリット／リレー３０６がクライアントリストを再初期化し、次の入力データストリームの到着を待機する。例示的な実施形態において、スプリット／リレー３０６は、広帯域セグメント３０２を介してパケットを送信する前に、各データパケットにソースＩＰアドレスを挿入する。次いで、各クライアント３０４は、各データパケット中のソースＩＰアドレスを読み込み、クライアント３０４が通信を予定しているソース以外からのメッセージを何れも廃棄することができる。

図４は、ガスタービンシステムの調整を行うための例示的な方法４００を示すフローチャートである。方法４００は、コンピュータにインストールされたサーバーを用いてガスタービンの運転状態を示すデータを送信する段階４０２と、ここでサーバーはガスタービンエンジン制御システムに接続されており、クライアントアプリケーションでこれらのデータを受け取る段階４０４を含み、ここでクライアントアプリケーションはデータベースを含む。また方法４００は、ガスタービンの運転を示すデータを解析する段階４０６と、解析されたデータを用いて望ましいガスタービン運転状態を求める段階４０８と、ガスタービンエンジン制御システムに望ましい運転状態を伝達して、望ましいガスタービン運転状態に基づく少なくとも１つのガスタービン燃焼制御システムの運転パラメータの調整を容易にする段階４１０とを含む。

使用時には、限定ではないが、燃焼動的圧力、ガスタービン入口空気温度、ガスタービン排気温度、ガスタービン負荷、及びガスタービンエミッションデータなどを示すデータの運転データがＣＤＭ３２及びＯＳＭ３５のうち少なくとも１つによって収集される。収集されたデータは、広帯域セグメント３０２及び狭帯域ネットワークセグメント３０８を介してクライアント３０４に送信される。１つの実施形態において、収集されたデータは、電話接続回線、衛星、又はインターネット接続のうちの少なくとも１つを用いて送信される。遠隔の場所に位置するユーザー、すなわち専門家は、運転データを受け取り、望ましいガスタービン運転状態に基づいてデータを解析する。例えば、ユーザーは、受け取ったデータを既知の許容可能なガスタービン運転状態と比較し、受け取ったガスタービンパラメータに望ましい範囲にないものがあるか否かを判定する。例示的な実施形態において、データは、クライアントアプリケーション３０４に位置する燃焼ダイナミックスの専門家によって解析される。

次に、専門家は、燃焼制御システムの調整が望ましいかどうかを判定する。１つの実施形態において、専門家がガスタービンシステム１０の運転パラメータの何れかの調整を望む場合、望ましい変更は、電話を通じて現地のオペレータに伝達される。別の実施形態において、望ましい変更はガスタービン制御システム３４に直接伝達される。望ましい変更がオペレータに伝達される場合には、オペレータは、この望ましい変更をガスタービンエンジン制御システム３４に直接入力する。望ましい変更がガスタービン制御システム３４に直接伝達される場合には、ガスタービン２０に送られる前にガスタービン制御システム３４とクライアントアプリケーション３０４の両方でこの入力の妥当性を確認する。

１つの実施形態において、入力は、ガスタービンシステム１０の近くに位置するオペレータによって妥当性が確認され、ここで遠隔の専門家は、例えば電話で望ましい変更を現場のオペレータに伝える。現場のオペレータは、ガスタービンエンジン制御システム３４に望ましい変更を入力する前に、口頭で入力を検証する。別の実施形態において、入力は、限定ではないが、クライアントアプリケーション３０４のような遠隔のコンピュータによって妥当性が確認される。１つの実施形態において、クライアントアプリケーション３０４は、ソフトウェア画面を含む。本明細書で使用されるソフトウェア画面は、入力が既知の運転状態に基づいて適切で一応信頼できそうなものであるかどうか検証するようプログラムされたソフトウェアを意味する。クライアントサーバー３０４に入力された望ましい変更が、許容可能なウィンドウ内にない場合は、クライアントアプリケーション３０４とサーバー３１０のうちの少なくとも１つにおいてエラー表示が生成される。変更が許容できるものである場合には、現在の値、新しい値、及び変更されるべき入力が、「ＯＫ／キャンセル」選択を備えるクライアントサーバー３０４上の確認ウィンドウに送信される。次に、遠隔の専門家又は現場のオペレータは、変更を確認するためにＯＫ又はキャンセルを選択できる。

入力が確認された後、制御調整信号がクライアントアプリケーション３０４からガスタービン制御システム３４に転送されて、実行され、すなわち、入力がガスタービン２０へ送られて、少なくとも１つの望ましい運転パラメータが変更される。新しく調整されたモードでのガスタービン２０の運転が監視され、望ましい有益な運転特性が得られるまでこのプロセスが繰り返される。

本発明は、遠隔の位置からの燃焼システムの調整及び修正を行い、限定ではないが、燃焼圧力ダイナミックス、温度、負荷、環境、及びエミッションデータといった運転データをリアルタイムで利用する方法を提供する。更に、望ましい調整を求めるための遠隔位置で解析を行う方法が、燃焼タービンでの望ましい有益な運転効率を促進するために提供される。

上述の方法及び装置は、ガスタービンエンジンの燃焼ダイナミックスを監視して診断するためのコスト効果に優れた信頼性のある方法を提供する。更に具体的には、この方法は、比較的短い時間でガスタービンエンジンのリアルタイムの解析及び調整の提供を容易にし、従って、ガスタービンの休止時間を低減する。

ガスタービンエンジンの燃焼ダイナミックスを監視して診断するための例示的な方法及び装置が、詳細に上述されている。図示された装置は、本明細書に説明される特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ各々の構成要素は、本明細書に説明される他の構成要素と独立的に及び分離して用いることができる。例えば、本明細書に説明される方法は、限定ではないが、ディーゼルエンジンなどの種々の他の装置と組み合わせて使用することも可能である。

請求項に示される参照番号は、本発明の範囲を狭めるものではなく、本発明の理解を容易にするためのものである。

ガスタービンを含むガスタービンシステムの切取側面図。 図１に示されるガスタービンシステムの概略図。 図２に示される燃焼ダイナミックスモニタ（ＣＤＭ）及びオンボード・システムモニタ（ＯＳＭ）と共に使用することができる例示的なネットワークアーキテクチャの概略図。 ガスタービンエンジンシステムの燃焼ダイナミックスを監視するための例示的な方法。

符号の説明

１０ ガスタービンシステム
２０ ガスタービンエンジン
３１０ サーバー
３０４ クライアントアプリケーション

Claims (10)

1. ガスタービンシステムの調整を行うためのシステム（１０）であって、
   ガスタービンエンジン制御システム（３４）に接続されてガスタービンエンジン（２０）の運転状態を示すデータを送信するように構成されている、コンピュータ（３２、３５）にインストールされたサーバー（３１０）と、
   データベースを含むクライアントアプリケーション（３０４）と、
   を備え、
   前記クライアントアプリケーションが、
   前記サーバーによって送信される前記ガスタービン運転状態データを受け取り、
   これによりユーザーが前記ガスタービン運転データを解析して望ましいガスタービン運転状態を求めることが可能である、
   ように構成されており、前記望ましい運転状態は、前記ガスタービンエンジン制御システムに伝達されて、前記望ましいガスタービン運転状態に基づいて少なくとも１つのガスタービン燃焼制御システム運転パラメータの調整を容易にすることを特徴とするシステム。
2. 前記クライアントアプリケーション（３０４）が更に、オペレータを用いて前記ガスタービン制御システム（３４）に望ましいガスタービン運転状態を伝達するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム（１０）。
3. 前記サーバー（３１０）は更に、複数の圧力センサ（３０）から受け取られたデータを送信するように構成され、少なくとも１つの圧力センサは燃焼器缶（２６）に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のシステム（１０）。
4. 前記サーバー（３１０）は更に、ガスタービンエンジン燃焼ダイナミックスを示すデータを送信するように構成され、前記クライアントアプリケーション（３０４）が更に、前記ガスタービンエンジン燃焼ダイナミックスを示すデータを受け取るように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム（１０）。
5. 前記サーバーと前記クライアントアプリケーション（３０４）との間の相互接続（３０６）を更に備え、該相互接続デバイスは、電話回線、インターネット接続、及び衛星接続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１に記載のシステム（１０）。
6. 前記相互接続（３０６）は、前記相互接続からデータ通信パケットを受け取るように構成されたデータネットワークスプリット／リレー装置を含むことを特徴とする請求項５に記載のシステム（１０）。
7. 前記データネットワークスプリット／リレー装置（３０６）は、
   ネットワーク入力ソケットと、
   前記ネットワーク入力ソケットを介して前記ネットワークからデータを受け取るように構成されたバッファと、
   バッファされた入力データを読み込んで、クライアントの予め定められたリストに出力データを送るようにプログラムされたマイクロプロセッサと、
   を備えることを特徴とする請求項６に記載のシステム（１０）。
8. 前記エンジン制御システム（３４）は更に、前記望ましい運転状態を確認するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム（１０）。
9. ガスタービン運転状態を示すデータを送信するために、前記サーバー（３１０）が更に、燃焼動的圧力、ガスタービン入口空気温度、ガスタービン排気口温度、ガスタービン負荷、及びガスタービンエミッションデータのうちの少なくとも１つを示すデータを送信するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム（１０）。
10. 前記ガスタービンエンジン制御システム（３４）が、燃焼ダイナミックスモニタ（ＣＤＭ）（３２）とオンボード・システムモニタ（ＯＳＭ）（３５）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１に記載のシステム（１０）。

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