JP2006170189A - ガスタービンの加速性能を評価するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンエンジンの性能を監視する方法を提供する。
【解決手段】本方法は、エンジン（１０２）の加速中に、エンジン制御装置（１０６）からの調整器（１０４）指数及び加速調整器に累積した時間を蓄積する段階（２０２）を含む。また、少なくとも１つのエンジンセンサ（１０８）値が、定常状態テークオフ出力に達した後に監視される（２０４）。回帰方程式において調整器指数、累積時間及び１つ又はそれ以上の監視エンジンセンサ値を用いて、現在のエンジン調整器使用量を標準状態に正規化する（２０６）。本方法はさらに、正規化した現在のエンジン調整器使用量を以前のテークオフデータから得たエンジン調整器使用量の過去の値と比較する段階（２０８）と、比較の結果を利用してエンジンに対する事前予防メンテナンスを行うか否かを指示する段階（２１０、２１２）とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジンの性能を分析しかつそれらの加速性能特性を評価するための方法及び装置に関する。

ガスタービンエンジンは、適切な推力応答性を得るために、アイドル状態から最高出力までの最小加速時間を満たさなければならない。この要求を満たすのに必要な燃料の量は、使用によってエンジンが摩耗するにつれて増加する傾向にある。最終的に、ある期間の後には最大許容燃料流量に達して、加速率（ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅ）が低下する。加速率が低下すると、テークオフ及び緊急措置の間における性能に悪影響を与えるおそれがある。

少なくとも１つの公知の加速傾向を求める方法では、エンジンを加速する場合のある出力設定値からより高い出力設定値までの時間の測定値を使用する。しかしながら、Ｎ１軌跡方式（Ｎ１ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ）及び／又はＮ２ドット加速方式（Ｎ２ｄｏｔ ｓｔｒａｔｅｇｙ）を使用しているエンジンにおいては、エンジンが古くなるにつれてたとえエンジン性能レベルは低下したとしても、一般的にエンジン寿命の大半の期間にわたって加速時間は一定に保たれる。

幾つかの公知のディジタル制御エンジンでは、主としてファン速度軌跡及び／又はコア速度加速度に基づいた加速方式を採用している。これらのエンジンが摩耗すると、加速率は、それに応じて燃料流量を増加させることによって維持される。この方式は、オペレータがエンジン寿命の大部分にわたって比較的一定の加速時間を得られる利点がある。しかしながら、一旦最大許容燃料流量に達すると、依然として操作性に悪影響を受けることになる。さらに、この加速方式では、何時エンジンが遅い応答性を示し始めることになるかをオペレータに知らせるような情報がオペレータに与えられない。従って、この方式を使用したエンジンで事前予防メンテナンスを計画することは、困難である。
特開２００２−１８０８５１号公報

従って、本発明の幾つかの構成では、ガスタービンエンジンの性能を監視する方法を提供する。本方法は、エンジンの加速中に、エンジン制御装置からの調整器指数及び加速調整器に累積した時間を蓄積する段階を含む。また、少なくとも１つのエンジンセンサ値が、定常状態テークオフ出力に達した後に監視される。回帰方程式において調整器指数、累積時間及び１つ又はそれ以上の監視エンジンセンサ値を用いて、現在のエンジン調整器使用量を標準状態に正規化する。本方法はさらに、正規化した現在のエンジン調整器使用量を以前のテークオフデータから得たエンジン調整器使用量の過去の値と比較する段階と、比較の結果を利用して、エンジンに対する事前予防メンテナンスを行うか否かを指示する段階とを含む。

また、本発明の幾つかの構成では、ガスタービンエンジンを監視するための装置を提供する。本装置は、プロセッサと、プロセッサに動作可能に結合された少なくとも１つの入力ポートと、その中に命令を格納した記憶装置とを含む。この命令は、加速中にエンジン制御装置からの調整器指数及び加速調整器に累積した時間を蓄積し、また定常状態テークオフ出力に達した後に少なくとも１つのエンジンセンサ値を監視することをプロセッサに命令するように構成される。この命令はまた、回帰方程式において調整器指数、累積時間及び１つ又はそれ以上の監視エンジンセンサ値を用いて現在のエンジン調整器使用量を標準状態に正規化することをプロセッサに命令するように構成される。この命令はまた、正規化した現在のエンジン調整器使用量を以前のテークオフデータから得たエンジン調整器使用量の過去の値と比較することをプロセッサに命令する。プロセッサはまた、比較の結果を使用して、エンジンに対する事前予防メンテナンスを行うべきであることを指示するように命令される。

本発明のさらに別の構成では、１つ又は複数の機械可読媒体を提供する。本１つ又は複数の媒体は、それに記録された命令を有し、この命令は、加速中にエンジン制御装置からの調整器指数及び加速調整器に累積した時間を蓄積し、また定常状態テークオフ出力に達した後に少なくとも１つのエンジンセンサ値を監視することをプロセッサに命令するように構成される。この命令はさらに、回帰方程式において調整器指数、累積時間及び１つ又はそれ以上の監視エンジンセンサ値を用いて現在のエンジン調整器使用量を標準状態に正規化し、また正規化した現在のエンジン調整器使用量を以前のテークオフデータから得たエンジン調整器使用量の過去の値と比較することをプロセッサに命令するように構成される。この命令はさらに、比較の結果を利用して、エンジンに対する事前予防メンテナンスを行うべきであるという指示を与えることをプロセッサに命令するように構成される。

本発明のさらに別の構成では、ガスタービンエンジンの性能を監視する方法を提供する。本方法は、正規化した加速性能を求めるための回帰方程式を決定する段階を含む。本方法はさらに、エンジンの加速中にエンジン制御装置からの調整器指数及び加速調整器に累積した時間を蓄積する段階と、定常状態テークオフ出力に達した後に少なくとも１つのエンジンセンサ値を監視する段階とを含む。本方法はまた、回帰方程式において調整器指数、累積時間及び少なくとも１つの監視エンジンセンサ値を用いて現在のエンジン調整器使用量を標準状態に正規化する段階を含む。本方法はまた、正規化した現在のエンジン調整器使用量を以前のテークオフデータから得たエンジン調整器使用量の過去の値と比較する段階と、比較の結果を利用して、エンジンに対する事前予防メンテナンスを行うか否かを指示する段階とを含む。

本発明のさらに別の構成では、ガスタービンエンジン装置を提供し、本ガスタービンエンジン装置は、ファン速度軌跡及びコア速度加速度を含む加速方式を採用するように構成されたガスタービンエンジンを含む。本ガスタービンエンジン装置にはさらに、エンジン制御装置と、複数の加速調整器と、少なくとも１つのエンジンセンサと、プロセッサと、プロセッサに動作可能に結合された少なくとも１つの入力ポートと、記憶装置とが含まれる。記憶装置は、加速中にエンジン制御装置からの調整器指数及び加速調整器に累積した時間を蓄積し、また定常状態テークオフ出力に達した後に少なくとも１つのエンジンセンサ値を監視することをプロセッサに命令するように構成された命令をその中に格納する。記憶装置はまた、回帰方程式において調整器指数、累積時間及び１つ又はそれ以上の監視エンジンセンサ値を用いて現在のエンジン調整器使用量を標準状態に正規化することをプロセッサに命令するように構成された命令をその中に格納する。命令はまた、正規化した現在のエンジン調整器使用量を以前のテークオフデータから得たエンジン調整器使用量の過去の値と比較させ、比較の結果を利用して、エンジンに対する事前予防メンテナンスを行うか否かを指示させる。

本発明のさらに別の構成では、ガスタービンエンジンの性能を監視する方法を提供する。本方法は、テークオフ加速中における現在のエンジン調整器使用量を以前のテークオフデータから得たエンジン調整器使用量の過去の値と比較する段階と、比較の結果を利用して、エンジンに対する事前予防メンテナンスを行うか否かを指示する段階とを含む。

このように、本発明の構成により、加速時間の変化を測定することに依存しない、加速性能の傾向を求める方法が得られることが、明らかになったであろう。このような構成は、Ｎ１軌跡方式及び／又はＮ２ドット加速方式を採用しているエンジンの場合に好都合である。このような加速性能の傾向を求める方法は、性能不足を生じる可能性を追跡し、それに関連する運転事象を回避するための有用なツールとなる。

本発明の幾つかの構成により、ガスタービンエンジンのメンテナンスを行うべきであることを指示する警報を行うことを含む技術的効果が得られる。それに加えて、加速時間の変化を測定することに依存しない、従ってＮ１軌跡方式及び／又はＮ２ドット加速方式を採用しているエンジンの場合に好都合である加速性能の傾向を求める方法を提供する。加速性能の傾向を求めることによって、性能不足が生じる可能性が追跡され、本発明の幾つかの構成の付加的な技術的効果は、使用可能な加速率の低下に関連する運転事象が回避されることである。

幾つかの構成では、また図１のブロック図を参照すると、ガスタービンエンジン装置１００は、ガスタービンエンジン１０２と、１つ又はそれ以上のエンジン調整器１０４と、エンジン制御装置１０６とを含む。エンジン１０２、調整器１０４及び制御装置１０６は、様々な構成のファン速度軌跡方式又はコア速度加速方式のいずれか又は両方を採用するように構成される。さらに、少なくとも１つのエンジンセンサ１０８が設けられる。センサ１０８は、ファン速度センサ、燃料調量バルブ位置センサ、タービン出口温度センサ、周囲温度センサ及び／又は周囲圧力センサ或いはそれらの組合せを含むことができる。さらに、１つ又は複数のセンサ１０８は、これらのタイプのセンサのいずれか又は全ての１つ以上を含むことができる。

ガスタービンエンジン装置１００はまた、プロセッサ１１０と、１つ又はそれ以上の入力ポート１１２と、記憶装置とを含むコンピュータ制御装置を含む。記憶装置は、ランダムアクセスメモリすなわちＲＡＭ及び／又は読取り専用メモリすなわちＲＯＭのような一次記憶装置１１４を含むことができる。記憶装置はまた、ハードディスク・ドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブなどのような二次記憶装置すなわち格納装置１１６を含むことができる。当技術分野では、記憶を行う多くのタイプの記憶及び格納装置が知られている。従って、一次記憶装置１１４と二次記憶装置１１６との選択及び／又は記憶装置を２つ又はそれ以上のタイプ又はセクションに分割するか否かでさえも、設計上の選択としてディジタル回路及び／又はコンピュータ設計の技術に優れた設計技術者に任せることができる。

本発明の幾つかの構成では、本明細書で述べる方法の１つ又はそれ以上の構成の段階を実行することをプロセッサ１１０に命令するように構成された命令が、記憶装置に格納されている。例えば、これらの命令は、記憶装置１１４内に（例えば、ＲＯＭ内のファームウェアとして）記憶することができ、或いは二次記憶格納装置１１６によって読取られるＣＤ−ＲＯＭのような１つ又は複数の媒体１１８上に格納することができる。他の普通タイプの媒体には、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、磁気媒体（テープ、ディスクなど）、フラッシュメモリ格納装置、ＲＯＭカードなどが含まれる。用いる媒体のタイプ及びプログラムを媒体上に設ける（例えば、同一の又は異なるタイプの媒体の幾つかにわたって命令を任意に又は他の方法で分割することによって）か否かもまた、設計上の選択に任せられる。そのような選択は、例えば、おそらくコンピュータ設計技術者と相談してコンピュータプログラマが行うことができる。

幾つかの構成では、ガスタービン装置１００のコンピュータ制御装置の部分はまた、１つ又はそれ以上のディスプレイ及び／又は警報装置１２０を含む。例えば、ディスプレイ１２０は、ＣＴＲディスプレイ、ＬＣＤディスプレイ、プラズマディスプレイ又はプリンタを含む。多くの構成では、警報はディスプレイ１２０上に視覚的に指示されるが、可聴警報装置を用いることもできる。（可聴装置とは、本明細書では、警報の「音響表示」を提供することであると考えている。従って、本明細書で用いる場合、警報を「表示すること」とは、可聴及び／又は可視警報信号の任意の組合せを意味する。）本発明の幾つかの構成では、プロセッサ１１０を制御するために人による入力装置１２２を設けている。例えば、装置１２２は、マウス又はトラックボール及び／或いはキーボード又はボタンパッドのようなポインティング装置を含むことができる。

本発明の幾つかの構成では、また図１と図２のフローチャート２００とを参照すると、本発明の少なくとも１つの技術的効果は、エンジン１０２の加速中に、プロセッサ１１０がエンジン制御装置１０６の調整器使用量を監視する１０８ことによって達成される。プロセッサ１１０は、この使用量を標準設定の状態に正規化し、得られた使用量の時間の経過における傾向を求める。エンジン１０２の運転中に、エンジン制御装置１０６は、指令入力状態と現在のエンジン１０２の運転状態との差に基づいて、調整器１０４（図１には、その１つのみを示す）を選択する。つまり、エンジン制御装置によってなされる選択は、エンジン１０２が、加速すること、減速すること又は定常状態のままであることを必要とするか否かにより決まる。

より具体的には、調整器指数（すなわち、エンジン制御装置１０６によって選択された調整器１０４の指数）は、地上アイドル状態からテークオフ出力までの加速中に、プロセッサ１１０によって（例えば、１つ又は複数の入力ポート１１２を介して）、蓄積される１０２。この運転中に各加速調整器１０４に累積した時間もまた、測定されかつ蓄積される。エンジンセンサ１０８はまた、監視状態２０４をプロセッサ１１０（例えば、１つ又は複数の入力ポート１１２を介して）に伝える。これらの検知状態は、ファン速度、燃料調量バルブ位置、タービン出口温度、周井温度及び圧力のような運転条件などの値が含まれ、定常状態テークオフ出力に達した後に記録される。これらのデータは、プログラムされた命令による回帰方程式すなわちルーチンに対するプロセッサ１１０による入力として用いて、正規化した加速性能を計算すなわち求める。この正規化段階は、現在の加速性能を、異なる条件の下で行われた可能性がある以前の加速により得た類似のデータと比較することができるのを保証するために設けられる。そのようなデータは、異なる標高をもつ空港でのテスト、全く温度の異なる日におけるテスト及び／又は異なるエンジンブリード構成によるテストにおいて収集された可能性がある。これらの及び他の異なる条件は、より多い又はより少ない程度で加速性能に影響を与える可能性がある。

２０６における回帰ルーチンは、多数の模擬テークオフ加速過渡現象を用いることによって幾つかの構成において導き出した関係又は方程式を利用する。これらの過渡現象は、異なるエンジンの品質、劣化レベル及び／又は燃料調量バルブの不規則な測定誤差レベルにおいて、特定の運転状況（高度、周囲温度、ブリード設定値など）にわたってシミュレートされる。多変数回帰適用を用いて、センサ１０８のデータ、運転条件及び調整器１０４使用量（すなわち、どの調整器１０４が制御状態にあるか、またどれくらい長い時間そうなっているか）の関数として、正規化した加速調整器１０４使用量を求める。回帰適用は、当業者にはよく知られている幾つかの方法、例えば線形回帰、多項式使用の応答曲面適合又はニューラルネットワークのいずれかによって得られる。

次に、この正規化した性能は、現在の正規化したエンジン調整器使用量を以前のテークオフデータから得た過去の値と比較する２０８ことによって、傾向が求められる。調整器使用量が、燃料流量が過剰である２１０ことを示した場合、例えば、ディスプレイ１２０（例えば）を用いて警報が表示され、またその状況を是正するために、優秀なメンテナンス要員によってエンジン１０２に対して事前予防メンテナンスが行われる２１２。警報自体には、優秀なメンテナンス要員又は技術者によって解釈される正規化したエンジンパラメータを大量に表示することが含まれており、その結果、ステップ２１０は、全ての構成においてプロセッサ１１０によって又はプロセッサ１１０のみによって行う判定である必要はない。

このように、本発明の構成は、エンジンが古くなっても変化しない加速時間ではなくて、エンジンが古くなるにつれて変化する調整器使用量を監視するエンジンを提供することが分かるであろう。

本開示は、エンジンが古くなっても変化しない加速時間ではなくて、エンジンが劣化するにつれて変化する調整器使用量を監視するような傾向を求める方法を提案している。従って、Ｎ１軌跡方式及び／又はＮ２ドット加速方式を採用しているエンジンに対して、事前予防メンテナンスを行うことができる。

本発明を様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができることは、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。

本発明のガスタービンエンジン装置の１つの構成のブロック図。 本発明の幾つかの構成で用いる方法を示すフローチャート。

符号の説明

１００ ガスタービンエンジン装置
１０２ ガスタービンエンジン
１０４ エンジン調整器
１０６ エンジン制御装置
１０８ エンジンセンサ
１１０ プロセッサ
１１２ 入力ポート
１１４ 一次記憶装置
１１６ 二次記憶装置
１１８ 媒体
１２０ ディスプレイ
１２２ 人による入力装置

Claims (10)

1. ガスタービンエンジン（１０２）の性能を監視する方法であって、
   エンジン（１０２）の加速中に、エンジン制御装置（１０６）からの調整器（１０４）指数及び加速調整器に累積した時間を蓄積する段階（２０２）と、
   定常状態テークオフ出力に達した後に、少なくとも１つのエンジンセンサ（１０８）値を監視する段階（２０４）と、
   回帰方程式において前記調整器指数、累積時間及び少なくとも１つの監視エンジンセンサ値を用いて、現在のエンジン調整器使用量を標準状態に正規化する段階（２０６）と、
   前記正規化した現在のエンジン調整器使用量を以前のテークオフデータから得たエンジン調整器使用量の過去の値と比較する段階（２０８）と、
   前記比較の結果を利用してエンジンに対する事前予防メンテナンスを行うか否かを指示する段階（２１０、２１２）と、
   を含む方法。
2. 前記調整器指数及び累積時間が、地上アイドル状態からテークオフ出力までの加速中に取得される、請求項１記載の方法。
3. 前記少なくとも１つのエンジンセンサ値が、ファン速度、燃料調量バルブ位置、タービン出口温度、周囲温度及び周囲圧力からなる群の１つ又はそれ以上を含む、請求項１記載の方法。
4. 前記蓄積調整器指数及び測定時間を回帰方程式に適用する段階が、線形回帰、多項式使用の応答曲面適合及びニューラルネットワークからなる群の少なくとも１つを利用する段階を含む、請求項１記載の方法。
5. ガスタービンエンジンを監視するための装置であって、
   プロセッサ（１１０）と、前記プロセッサに動作可能に結合された少なくとも１つの入力ポート（１１２）と、その中に命令を格納した記憶装置（１１４、１１６）とを含み、前記命令が、
   加速中に、エンジン制御装置（１０６）からの調整器（１０４）指数及び加速調整器に累積した時間を蓄積し（２０２）、
   定常状態テークオフ出力に達した後に、少なくとも１つのエンジンセンサ（１０８）値を監視し（２０４）、
   回帰方程式において前記調整器指数、累積時間及び少なくとも１つの監視エンジンセンサ値を用いて、現在のエンジン調整器使用量を標準状態に正規化し（２０６）、
   前記正規化した現在のエンジン調整器使用量を以前のテークオフデータから得たエンジン調整器使用量の過去の値と比較し（２０８）、
   前記比較の結果を利用してエンジンに対する事前予防メンテナンスを行うべきであることを指示する（２１０、２１２）、
   ことを前記プロセッサ（１１０）に命令するように構成されている、
   装置。
6. 地上アイドル状態からテークオフ出力までの加速中に前記調整器指数及び累積時間を取得するように構成されている、請求項５記載の装置。
7. 前記少なくとも１つのエンジンセンサ値が、ファン速度、燃料調量バルブ位置、タービン出口温度、周囲温度及び周囲圧力からなる群の１つ又はそれ以上を含む、請求項５記載の装置。
8. 該装置が、前記回帰方程式を用いるために、線形回帰、多項式使用の応答曲面適合及びニューラルネットワークからなる群から選択された少なくとも１つの演算を実行するように構成されている、請求項５記載の装置。
9. ガスタービンエンジン装置（１００）であって、
   ファン速度軌跡及びコア速度加速度からなる群の少なくとも１つを含む加速方式を採用するように構成されたガスタービンエンジンと、エンジン制御装置（１０６）と、複数の加速調整器（１０４）と、少なくとも１つのエンジンセンサ（１０８）と、プロセッサ（１１０）と、前記プロセッサに動作可能に結合された少なくとも１つの入力ポート（１１２）と、その中に命令を格納した記憶装置（１１４、１１６）とを含み、前記命令が、
   加速中に、前記エンジン制御装置からの調整器指数及び前記加速調整器に累積した時間を蓄積し（２０２）、
   定常状態テークオフ出力に達した後に、少なくとも１つのエンジンセンサ値を監視し（２０４）、
   回帰方程式において前記調整器指数、累積時間及び少なくとも１つの監視エンジンセンサ値を用いて、現在のエンジン調整器使用量を標準状態に正規化し（２０６）、
   前記正規化した現在のエンジン調整器使用量を以前のテークオフデータから得たエンジン調整器使用量の過去の値と比較し（２０８）、
   前記比較の結果を利用して前記エンジンに対する事前予防メンテナンスを行うか否かを指示する（２１０、２１２）、
   ことを前記プロセッサに命令するように構成されている、
   ガスタービンエンジン装置。
10. ガスタービンエンジン（１０２）の性能を監視する方法であって、
    テークオフ加速中における現在のエンジン調整器（１０４）使用量を以前のテークオフデータから得たエンジン調整器使用量の過去の値と比較する段階（２０８）と、
    前記比較の結果を利用してエンジンに対する事前予防メンテナンスを行うか否かを指示する段階（２１０、２１２）と、
    を含む方法。

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