JP2006300065A

JP2006300065A - ガスタービンエンジン点火システムのための方法及び装置

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Publication number: JP2006300065A
Application number: JP2006115499A
Authority: JP
Inventors: Robert L Ponziani; ロバート・ルイス・ポンジアーニ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2006-11-02
Also published as: GB0607855D0; FR2884869A1; US20060241886A1; GB2426043B; US7191084B2; GB2426043A

Abstract

【課題】燃焼器（２０）、該燃焼器（２０）に結合された圧力変換器（４４）、及びスパーク検出器（４２）を含むガスタービンエンジン（１０）内部に結合された点火器（４０）をテストする方法を提供する。
【解決手段】本方法は、ガスタービンエンジン（１０）を作動させるステップと、ガスタービンエンジン（１０）内部の作動圧力をモニタするステップと、モニタした圧力が第１の所定の圧力範囲の範囲内にある時に点火器（４０）を作動させるステップと、点火器（４０）が第１の所定の圧力範囲の範囲内でスパークを発生しない場合には第１の指示を生成するステップとを含む。
【選択図】図２

Description

本出願は、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点火器性能をモニタするための方法及び装置に関する。

少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンは、圧縮機、燃焼器、点火システム及びタービンを含む。圧縮機に流入した空気は、加圧されかつ燃焼器に導かれ、燃焼器において、空気は燃料と混合されかつ点火システムを使用して点火されて、タービンを駆動するのに使用する高温燃焼ガスを生成する。

少なくとも一部の公知の点火システムは、点火器に対する出力である比較的一定の電圧を発生する。点火器は、点火器ギャップ間にスパークを発生して燃焼器内の燃料−空気混合気の燃焼を開始する。一旦点火システムにより燃焼過程が開始すると、燃焼器に対する燃料の連続的かつ制御した流入量は通常、燃焼過程を維持しかつその燃焼過程により生じる動力を維持するのに十分である。

より具体的には、スパークが燃焼器内部における所定の周囲圧力の点火器ギャップを飛び越えるには、十分に高い電圧が必要になる。燃焼器内部の周囲圧力が高くなるにつれて、スパークを発生するのに必要な最低電圧も高くなる。スパーク事象の間、点火器ギャップ、すなわちスパーク経路内に存在する燃料／空気混合気の一部分が、スパークを発生することができるようにイオン化する。周囲圧力が高くなるにつれて、イオン化されなければならない燃料／空気混合気の分子の量もまた増加する。従って、スパークを発生させるためには、点火器に供給する電圧もまた高くして、これらの付加的なガスの分子をイオン化し、それによってスパークを発生させるのを可能にしなければならない。

所定の電圧及び／又はスパークギャップに対して燃焼器内部の周囲圧力が高かすぎる場合には、点火器がスパークしないことになる。より具体的には、燃焼器内部の周囲圧力は、最終的には点火器先端電圧が所定のスパークギャップにわたるガスをイオン化することができず、従ってスパークを発生することができない状態になる圧力に達する可能性があり、本明細書ではこの圧力を「クエンチ圧力」と呼ぶ。さらに、電極と接地側との間のスパークギャップは、各スパークにより点火器先端材料の一部分が遊離するにつれて広くなる。スパークギャップが増大するにつれて、点火器の残存有効寿命が短縮し、クエンチ圧力の低下が起こる。その結果、点火器に比較的一定の電圧を供給している場合には、何らかの点火器スパークギャップの増大により、対応するクエンチ圧力の低下が生じる。

少なくとも一部の公知の点火器は、該点火器を励起した時間に反比例した寿命予測値を有する。例えば、点火器が励起されるたびに、点火器の残存寿命は短縮される。点火器の寿命予測値の低下を促進する可能性があるその他の因子には、点火器に供給する作動電圧、点火器材料並びに／又は作動環境の腐食性及び温度がある。従って、幾つかの独立した様々な因子が、その使用期間の間に各点火器の寿命予測値に影響を与える可能性がある。

少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンは、およそ１２０００時間を超えて作動してきた点火器を含む。しかしながら、新品の点火器の寿命予測値及び／又は使用済みの点火器の残存寿命を推定することは、難しいことである。従って、少なくとも一部の公知の点火器は、所定量のエンジン時間にわたって点火器を使用した時に交換される。例えば、少なくとも一部の公知の点火器は、日常的な定期整備作業の間に交換される。従って、少なくとも一部の点火器は、点火器がその有効寿命の終わりに到達する前に交換されるのに対して、他の点火器は、点火器がその有効寿命の終わりに到達した後に交換される場合がある。その有効寿命の終わりの前に点火器を交換することは、ガスタービンエンジンの整備及び運転コストを増加させる。一方、その有効寿命の終わりで点火器を交換することは、正常運転時にエンジンが始動するこができなくなる可能性を増大させる。
米国特許第４，０３２，８４２号公報米国特許第５，１５５，４３７号公報

１つの態様では、燃焼器、該燃焼器に結合された圧力変換器、及びスパーク検出器を含むガスタービンエンジン内部に結合された点火器をテストする方法を提供する。本方法は、ガスタービンエンジンを作動させるステップと、ガスタービンエンジン内部の作動圧力をモニタするステップと、モニタした圧力が第１の所定の圧力範囲の範囲内にある時に点火器を作動させるステップと、点火器が第１の所定の圧力範囲の範囲内でスパークを発生しない場合には第１の指示を生成するステップとを含む。

別の態様では、ガスタービンエンジンに結合された制御システムを提供する。ガスタービンエンジンは、燃焼器、少なくとも１つの点火器、燃焼器に結合された圧力変換器、及びスパーク検出器を含む。本制御システムは、ガスタービンエンジンを作動させ、ガスタービンエンジン内部の作動圧力をモニタし、モニタした圧力が第１の所定の圧力範囲の範囲内にある時に点火器を作動させ、また点火器が第１の所定の圧力範囲の範囲内でスパークを発生しない場合には第１の指示を生成するようにプログラムされたプロセッサを含む。

さらに別の態様では、ガスタービンエンジン組立体を提供する。本ガスタービンエンジン組立体は、燃焼器、少なくとも１つの点火器、燃焼器に結合された圧力変換器、及びスパーク検出器を含むガスタービンエンジンと、ガスタービンエンジンに結合された制御システムとを含む。制御システムは、ガスタービンエンジンを作動させ、ガスタービンエンジン内部の作動圧力をモニタし、モニタした圧力が第１の所定の圧力範囲の範囲内にある時に点火器を作動させ、また点火器が第１の所定の圧力範囲の範囲内でスパークを発生しない場合には第１の指示を生成するようにプログラムされたプロセッサを含む。

図１は、航空機（図示せず）上に取付けられた例示的なガスタービンエンジン組立体８の概略図である。この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン組立体８は、直列流れ連通した状態で、周囲空気１４を受けるための入口１２、ファン１６、圧縮機１８、燃焼器２０、高圧タービン２２及び低圧タービン２４を有する高バイパスターボファン型ガスタービンエンジン１０を含む。高圧タービン２２は、第1のシャフト２６を用いて圧縮機１８に結合され、また低圧タービン２４は、第２のシャフト２８を用いてファン１６に結合される。ガスタービンエンジン１０は、該ガスタービンエンジン１０の上流側３４から後方に該ガスタービンエンジン１０の下流側３６まで延びる対称軸線３２を有する。この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１０はまた、燃焼器２０に直接結合された少なくとも１つの点火器４０を含む。ガスタービンエンジン１０はまた、各々がガスタービンエンジン１０に結合された少なくとも１つのスパーク検出器４２と少なくとも１つの圧力変換器４４とを含む。この例示的な実施形態では、スパーク検出器４２は、点火器４０が発生したスパークを検出するように構成され、圧力変換器４４は、点火器４０にほぼ隣接した燃焼器２０内部の圧力（本明細書ではＰＳ３と呼ぶ）を測定するように構成される。

作動時、空気流（Ｐ３）は、入口１２を通ってガスタービンエンジン１０に流入し、圧縮機１８を使用して加圧される。加圧空気は、高い圧力及び温度で下流方向に燃焼器２０に導かれる。燃焼器２０内に燃料が導入され、燃焼器２０内で空気（Ｐ３）と燃料とが混合されかつ点火されて、高温燃焼ガスを発生する。具体的には、圧縮機１８からの加圧空気は、燃焼器２０内で燃料と混合されかつ点火器４０を使用して点火され、それによって燃焼ガスを発生する。次にそのような燃焼ガスを利用して、圧縮機１８を駆動する高圧タービン２２を駆動し、またファン１６を駆動する低圧タービン２４を駆動する。

図２は、（図１に示す）ガスタービンエンジン組立体８で使用することができる例示的なフル・オーソリティ・デジタル・エンジン制御（ＦＡＤＥＣ）システム５０の簡略化した概略図である。この例示的な実施形態では、ＦＡＤＥＣ５０は、ガスタービンエンジン１０に結合され、データ収集システム（ＤＡＳ）５２を含み、ＤＡＳ５２は、スパーク検出器４２及び／又は圧力変換器４４から受信したアナログデータをサンプリングし、そのアナログデータを後続する処理のためにデジタル信号に変換する。コンピュータ５４は、ＤＡＳ５２からサンプリングされかつデジタル化されたセンサデータを受信し、高速データ解析を実行する。単一の燃焼器２０のみを図示しているが、ガスタービンエンジン１０はその各々がスパーク検出器４２及び圧力変換器４４を含む複数の燃焼器２０を備えることができ、スパーク検出器４２及び圧力変換器４４はスパークを検出しかつ各それぞれの点火器４０に隣接する圧力を測定するように構成することができることを理解されたい。より具体的には、少なくとも１つのスパーク検出器４２及び少なくとも１つの圧力変換器４４は、ＤＡＳ５２及び／又はコンピュータ５４の少なくとも１つに結合され、ＤＡＳ５２及び／又はコンピュータ５４の少なくとも１つは、ガスタービンエンジン１０内で点火スパーク事象が発生した時点を判定するようにプログラムされたアルゴリズムを含む。

コンピュータ５４は、キーボード（オペレータコンソール）５６を介してオペレータから指令を受信する。それに限定されないが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）及び／又はブラウン管のような関連のモニタ５８により、オペレータがコンピュータ５４から受信したデータを観察することを可能にする。コンピュータ５４は、オペレータが与えた指令及びパラメータを使用して、制御信号及び情報をＤＡＳ５２に提供する。

１つの実施形態では、コンピュータ５４は、フロッピディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ又はその他のデジタル源（ネットワーク又はインタネット、さらに今後開発されるデジタル手段などの）のようなコンピュータ読取可能媒体６２から命令及び／又はデータを読取るための、例えばフロッピディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、光磁気ディスク（ＭＯＤ）装置及び／又はネットワーク接続装置（イーサネット（登録商標）などの）を含むあらゆる他のデジタル装置のような装置６０を含む。別の実施形態では、コンピュータ５４は、ファームウェア（図示せず）内に記憶した命令を実行する。コンピュータ５４は、本明細書に記載した機能を実行するようにプログラムされており、本明細書で使用する場合、コンピュータという用語は、一般にコンピュータとして知られているその集積回路そのものに限定されるものではなく、広くコンピュータ、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、プログラム可能ロジックコントローラ、特定用途向け集積回路及びその他のプログラム可能回路を意味し、本明細書では、これらの用語は互換可能に使用している。

さらに、本明細書に記載した方法及び装置は、航空機用設定として説明しているが、本発明の利点は、それに限定されないが、例えば発電プラントなどの産業用設定で一般的に使用するそれらのシステムについても得られると思われる。従って、またこの例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１０及びＦＡＤＥＣ５０は、航空機（図示せず）のような輸送手段に結合されて、ＦＡＤＥＣ５０によって収集した情報は、輸送手段上のコンピュータ５４内に記憶するか、又はそれに代えてそのような情報は、地上配備の設備に送信され、ローカルコンピュータ（図示せず）上にダウンロードされる。別の実施形態では、ガスタービンエンジン１０及びＦＡＤＥＣ５０は、発電プラントのような地上配備の設備内に取付けられる。

図３は、燃焼器、該燃焼器に結合された圧力変換器、及びスパーク検出器を含むガスタービンエンジン内部に結合された点火器をテストする例示的な方法１００を示すフローチャートである。方法１００は、ガスタービンエンジン１０を作動させるステップ１０２と、ガスタービンエンジン１０内部の作動圧力をモニタするステップ１０４と、モニタした圧力が第１の所定の圧力範囲の範囲内にある時に点火器４０を作動させるステップ１０６と、点火器４０が第１の所定の圧力範囲の範囲内でスパークを発生しない場合には第１の指示を生成するステップ１０８とを含む。

図４は、図３に示す方法を利用した例示的なガスタービンエンジンのグラフ図である。例えば、作動時、ガスタービンエンジン１０は、初期化すなわち始動される。ガスタービンエンジン１０内部の圧力（Ｐ３）は増大し、従って燃焼器２０内部の圧力（ＰＳ３）を増大させる。この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン圧力（Ｐ３）は、それに限定されないが、エンジン速度及び航空機高度を含む複数のエンジン因子に応じて変化する。従って、またこの例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１０内部の作動圧力をモニタするステップ１０４は、例えば第１の圧力変換器４４を使用して燃焼器２０内部の圧力をモニタするステップを含む。別の実施形態では、ガスタービンエンジン１０内部の作動圧力をモニタするステップ１０４は、第２の圧力変換器（図示せず）を使用して、ガスタービンエンジン１０内部の何れかの位置における圧力（限定されないが、例えば圧縮機吐出圧力（ＣＤＰ））をモニタするステップを含む。

この例示的な実施形態では、ＦＡＤＥＣ５０は、第２の圧力変換器から受信したデータを利用して、点火器４０にほぼ隣接する圧力を推定する。より具体的には、ＦＡＤＥＣ５０は、ガスタービンエンジン１０内部の複数の点から受信した圧力を利用して、点火器４０に隣接する圧力を求めることができる。例えば、ＦＡＤＥＣ５０が圧縮機吐出圧力を示す信号を受信する場合には、ＦＡＤＥＣ５０は、圧縮機吐出圧力に基づいて点火器４０に隣接する圧力を求めるアルゴリズムを含む。さらに、ＦＡＤＥＣ５０は、受信したエンジン圧力信号におけるあらゆるラグを補正するのを可能にするアルゴリズムを含む。例えば、急激なエンジン圧力上昇の間に、ＦＡＤＥＣ５０は、エンジン圧力が所定の圧力範囲のいずれかの範囲内にあることになる時点を推定するアルゴリズムを含み、従ってガスタービンエンジン１０内部の推定圧力に基づいてスパーク事象を開始する。この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１０内部の圧力は、ガスタービンエンジン１０が作動している間、連続的にモニタされる。

方法１００はまた、モニタした圧力が第１の所定の圧力範囲の範囲内にある時に点火器４０を作動させるステップ１０６を含む。より具体的には、図４に示すように、ＦＡＤＥＣ５０は、点火器４０を作動させて、ガスタービンエンジン１０内部で燃焼過程を開始するのを可能にする。ＦＡＤＥＣ５０は、スパーク検出器４２から受信した信号を利用して、点火器４０がスパーク事象を開始したか否かを判定する。ほぼ同時に、ＦＡＤＥＣ５０は、圧力変換器４４から受信した信号を利用して、点火器４０にほぼ隣接する圧力を求める。この例示的な実施形態では、ＦＡＤＥＣ５０は、エンジンの始動シーケンス、地上路での移動、離陸、巡航及び着陸の間に点火器４０を複数回作動させる。

例えば、始動時、ＦＡＤＥＣ５０は、少なくとも１つのスパーク事象を開始するように点火器４０を作動させて、ガスタービンエンジン１０を始動するのを可能にする。ガスタービンエンジン１０が始動した後に、離陸時にエンジン１０には付加的な燃料が供給され、従ってガスタービンエンジン１０内部の圧力（Ｐ３）が増大する。例えば離陸時に、ガスタービンエンジン１０内部の圧力は、最終的には燃焼器２０内部の圧力（ＰＳ３）が第１の所定の圧力範囲１５０に入るまで増大することになる。この例示的な実施形態では、第１の所定の圧力範囲１５０は、およそ７０ｐｓｉ〜およそ９０ｐｓｉの間にある。ＦＡＤＥＣ５０は次に、第１の所定の圧力範囲１５０の範囲内でスパーク事象３００を開始するように点火器４０を作動させる。ＦＡＤＥＣ５０は、スパーク検出器４２から受信した信号を利用して、点火器４０がスパーク事象を開始したか否かを判定する。ほぼ同時に、ＦＡＤＥＣ５０は、圧力変換器４４から受信した信号を利用して、点火器４０にほぼ隣接する圧力（ＰＳ３）を求める。ＦＡＤＥＣ５０がスパーク検出器４２から信号を受信しない、すなわちスパーク点火器４０が第１の所定の圧力範囲１５０の範囲内でスパークを発生しなかった場合には、ＦＡＤＥＣ５０は、点火器４０が第１の所定の圧力範囲１５０の範囲内でスパークを発生しなかったことを示す第１の指示を生成する。１つの実施形態では、第１の指示は、航空機に搭乗しているパイロット及び／又は他の関心のある搭乗員に送信される。別の実施形態では、第１の指示は、その航空機において点火器４０が点火しなかったことを地上局要員に通知するのを可能にするために、地上局要員に送信される。この例示的な実施形態では、第１の指示は、オペレータ及び／又は地上整備要員が点火器４０を交換するのを促すために利用される。

航空機が離陸を続行する時、Ｐ３は、第２の所定の圧力範囲１５２まで増大し続ける。ＦＡＤＥＣ５０は次に、第１の所定の圧力範囲１５０よりも高い第２の所定の圧力範囲１５２の範囲内でスパーク事象３００を開始するように点火器４０を作動させる。この例示的な実施形態では、第２の所定の圧力範囲１５２は、およそ１２０ｐｓｉ〜およそ１４０ｐｓｉの間にある。別の実施形態では、第２の所定の圧力範囲１５２は、およそ１１０ｐｓｉ〜およそ１５０ｐｓｉの間にある。この例示的な実施形態では、第１及び第２の所定の圧力範囲１５０及び１５２の両方は、両方とも特定のエンジンに基づいて定められる。例えば、この例示的な実施形態では、第１及び第２の所定の圧力範囲１５０及び１５２の両方は、例示的なガスタービンエンジン１０（図１に示す）の作動特性に基づいて定められる。これに代えて、第１及び第２の所定の圧力範囲１５０及び１５２の両方を、複数の異なるガスタービンエンジンの異なる作動特性を補正するように調整することができる。

この例示的な実施形態では、ＦＡＤＥＣ５０は次に、第２の所定の圧力範囲１５２の範囲内でスパーク事象３００を開始するように点火器４０を作動させる。ＦＡＤＥＣ５０は、スパーク検出器４２から受信した信号を利用して、点火器４０がスパーク事象を開始したか否かを判定する。ほぼ同時に、ＦＡＤＥＣ５０は、圧力変換器４４から受信した信号を利用して、点火器４０にほぼ隣接する圧力（ＰＳ３）を求める。ＦＡＤＥＣ５０がスパーク検出器４２から信号を受信しない、すなわちスパーク点火器４０が第２の所定の圧力範囲１５２の範囲内でスパークを発生しなかった場合には、ＦＡＤＥＣ５０は、点火器４０が第２の所定の圧力範囲１５２の範囲内でスパークを発生しなかったことを示す第２の指示を生成する。１つの実施形態では、第２の指示は、航空機に搭乗しているパイロット及び／又は他の関心のある搭乗員に送信される。別の実施形態では、第２の指示は、その航空機において点火器４０が点火しなかったことを地上局要員に通知するのを可能にするために、地上局要員に送信される。この例示的な実施形態では、第２の指示は、オペレータ及び／又は地上整備要員が点火器４０を交換するために整備を計画するのを促すために利用される。

正常飛行条件の間には、ガスタービンエンジン１０内部の圧力は通常、点火器クエンチ圧力以上になっている。従って、この例示的な実施形態では、航空機が点火器クエンチ圧力を越えたガスタービンエンジン圧力で運転されている時には、方法１００は使用されない。別の実施形態では、ＦＡＤＥＣ５０は、第２の所定の圧力範囲１５２よりも高い第４の所定の圧力範囲１５６の範囲内でスパーク事象３００を開始するように点火器４０を作動させる。第４の所定の圧力範囲１５６においてスパーク事象を開始することにより、点火器４０が比較的高いガスタービンエンジン圧力及び／又は比較的高い高度で適正に機能していることをオペレータが確認するのを可能にすることができる。より具体的には、第４の所定の圧力範囲１５６の範囲内でスパーク事象を開始することにより、点火器４０が適正に機能していること及び例えばガスタービンエンジンの消炎の結果として全ての飛行条件の間に点火器４０がガスタービンエンジン１０を適正に再始動させるように作動することになることのより大きな自信をオペレータが持つようにするオペレータに対する指示が得られる。

この例示的な実施形態では、例えば着陸時に、Ｐ３が第２の所定の圧力範囲１５２まで低下するので、第２の所定の圧力範囲１５２の範囲内で、少なくとも１つの付加的な点火器テストが実行される。具体的には、ＦＡＤＥＣ５０は、第２の所定の圧力範囲１５２の範囲内でスパーク事象３００を開始するように点火器４０を作動させる。ＦＡＤＥＣ５０は、スパーク検出器４２から受信した信号を利用して、点火器４０がスパーク事象を開始したか否かを判定する。ほぼ同時に、ＦＡＤＥＣ５０は、圧力変換器４４から受信した信号を利用して、点火器４０にほぼ隣接する圧力（ＰＳ３）を求める。ＦＡＤＥＣ５０がスパーク検出器４２から信号を受信しない、すなわちスパーク点火器４０が第２の所定の圧力範囲１５２の範囲内でスパークを発生しなかった場合には、ＦＡＤＥＣ５０は、点火器４０が第２の所定の圧力範囲１５２の範囲内でスパークを発生しなかったことを示す第２の指示を生成する。

航空機が着陸運転の準備をしている時には、Ｐ３は、第１の所定の圧力範囲１５０まで低下する。ＦＡＤＥＣ５０は次に、第１の所定の圧力範囲１５０の範囲内でスパーク事象３００を開始するように点火器４０を作動させる。ＦＡＤＥＣ５０は、スパーク検出器４２から受信した信号を利用して、点火器４０がスパーク事象を開始したか否かを判定する。ほぼ同時に、ＦＡＤＥＣ５０は、圧力変換器４４から受信した信号を利用して、点火器４０にほぼ隣接する圧力（ＰＳ３）を求める。ＦＡＤＥＣ５０がスパーク検出器４２から信号を受信しない、すなわちスパーク点火器４０が第１の所定の圧力範囲１５０の範囲内でスパークを発生しなかった場合には、ＦＡＤＥＣ５０は、点火器４０が第１の所定の圧力範囲１５０の範囲内でスパークを発生しなかったことを示す第１の指示を生成する。

この例示的な実施形態では、ＦＡＤＥＣ５０はまた、第３の所定の圧力範囲１５４の範囲内で点火器テストを実行するようにプログラムされる。この例示的な実施形態では、第３の所定の圧力範囲は、０ｐｓｉから第１の所定の圧力範囲１５０の間にある。第３の所定の圧力範囲１５４の範囲内で点火器４０をテストすることにより、点火システム全体のオペラビリティを確認することが可能になる。例えば、ガスタービンエンジン１０が第３の所定の圧力範囲１５４の範囲内で作動している時には、クエンチ圧力は、点火器４０が第３の所定の圧力範囲１５４の範囲内で必ずスパークを発生することになるほど十分に低くなる。従って、第３の所定の圧力範囲１５４の範囲内でスパーク事象を発生させることにより、ガスタービンエンジン点火システムのオペラビリティをテストすることが可能になる。より具体的には、この例示的な実施形態では、第３の所定の圧力範囲１５４の範囲内でスパーク事象を発生させることにより点火器４０、スパークセンサ４２、圧力変換器４４及び／又はＦＡＤＥＣ５０のオペラビリティをテストすることができ、スパークが発生したこと及び／又はその発生したスパークがスパークセンサ４２によって検出されたこと及びこれがＦＡＤＥＣ５０に伝達されたことを保証することが可能になる。

従って、正常運転時に、ＦＡＤＥＣ５０は、関心のある３つの燃焼器圧力すなわち第１の所定の圧力範囲１５０、第２の所定の圧力範囲１５２及び第３の所定の圧力範囲１５４、すなわちスパークが発生する所望の最低圧力において点火器スパークテストを実行する。具体的には、第２の所定の圧力範囲１５２の範囲内で点火器４０をテストすることにより、点火器のクエンチ圧力が第２の所定の圧力範囲１５２から第１の所定の圧力範囲１５０に劣化した時に、ユーザ又はオペレータが点火器の残存寿命の間に点火器交換を計画するための、第１の所定の圧力範囲１５０からのマージンが得られる。従って、所定のエンジン環境圧力、すなわち点火器がスパーク発生できない場合の第１の所定の圧力範囲１５０は、交換することになる点火器の有効寿命の終わりに十分に近くなっていると思われる。

別の例示的な実施形態では、飛行エンベロープの間に点火器劣化曲線を作成するために、複数回、すなわち複数のクエンチ圧力データポイント４００においてテストされる。より具体的には、ＦＡＤＥＣ５０内にインストールされたアルゴリズムは、クエンチ圧力データポイント４００を利用して、点火器テストの間に収集されたクエンチ圧力データポイントを表す劣化プロファイルを作成する。例えば、図４に示すように、正常運転時には、例示的な点火器はその寿命の大部分の間にわたって正常に機能することになる、すなわち点火器クエンチ圧力は比較的一定に保持されることになる。しかしながら、点火器が劣化し始めると、点火器クエンチ圧力は、点火器が作動しなくなるまで急速に低下、すなわち急下降することになる。従って、この例示的な実施形態の間に、範囲１５６の範囲内で複数のクエンチ圧力データポイント４００を収集して、クエンチ圧力の「限界を見極める」ことを可能にする。より具体的には、複数のクエンチ圧力データポイント４００を利用して、特定の点火器の現在のクエンチ圧力を求める。現在のクエンチ圧力を求めた後に、オペレータは、点火器を交換するか又は点火器を交換する整備を計画するかのいずれかにする時点における所定のレベルにクエンチ圧力が低下するまで、点火器クエンチ圧力の変化に追従するようにその後の飛行についてのテストを実行することができる。

この例示的な実施形態では、期待点火器寿命の下限値はおよそ５００時間の作動であり、中央限界値はおよそ８００〜９００時間の作動であり、また上限値はおよそ１２００時間のエンジン作動である。次に、ＦＡＤＥＣ５０は、点火器性能モデルを使用して、点火器４０の残存有効寿命を予測するのを可能にする。

従って、正常運転時に、ＦＡＤＥＣ５０は、関心のある３つの燃焼器圧力において、すなわちスパークが起こる所望の最低圧力、及びユーザ又はオペレータが点火器のクエンチ圧力が低下した時に残存点火器寿命の間での点火器交換を計画するための、最低値からの適切なマージンを与えるより高い圧力、及び点火システムのオペラビリティを確認するための第１の圧力よりも低い第３の圧力において、点火器スパークテストを実行する。

本明細書に記載したのは、ガスタービン点火システムにおける点火器をテストする方法及び装置である。本システムは、十分に高速の（低い時定数の）圧力センサと、点火器スパークが発生した時点を示す点火器スパークセンサと、以前の既知のエンジン設計性能パラメータから引き出した環境圧力予想値と、タイミング調整及び計算を実行する電子機器とを含む。本システムは、エンジン環境圧力が関心のある幾つかのポイントに到達した時点を求め、そして当該時点を予測して完全なスパークチャージを形成するための既に蓄えている十分な時間を有しているので、スパーク事象を開始する。本システムは、最初に、スパークが発生したかどうかを判定し、そうである場合には点火器はエンジン環境圧力のそのレベルで許容可能であり、またそうでない場合には点火器は故障しており、エンジン圧力のそのレベルで許容できないことになる。さらに、付加的な圧力において実行した点火器テスト事象を利用して、テスト方法及びテストした点火システム構成要素が作動可能であること、並びに点火システムがより低い圧力では依然として機能していることを確認する。

さらに、コンピュータ、すなわちＦＡＤＥＣ５０は、ガスタービンエンジン内部の環境圧力を連続的にモニタし、エンジン圧力が関心のある圧力の範囲に入る時点を予想し、次にスパーク事象を直ちに開始させて関心のある圧力範囲の範囲内で発生するようにする。コンピュータは、各テスト圧力における点火システムテストの結果と各圧力に対応する点火器のスパーク又は非スパークを測定し、記録しかつ報告する。コンピュータは次に、ユーザ又はオペレータ又は整備要員に状況信号を提供して、点火器を交換するか又はそれに代えて点火器整備作業を計画させる。さらに、コンピュータは、より低い圧力で点火を開始させ、点火システムがクエンチ圧力以下で依然として機能していることを保証し、その状況をオペレータ又はユーザに提供する。

本明細書では、ガスタービンエンジン点火器の残存作動寿命をモニタしかつ推定するための例示的な方法及び装置を説明している。図示した方法及び装置は、本明細書に記載した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、本明細書に記載した他の構成要素から独立してかつ別個に利用することができる。例えば、コンピュータアルゴリズムもまた、多様な他のタービンエンジンと組合せて使用することができる。

さらに、本明細書に記載した方法及び装置は、ガスタービンエンジンのユーザ又はオペレータが、点火器の差し迫ったスパークの故障の前に定期的にガスタービンエンジン点火器及び／又は点火システムをテストして個々の点火器を綿密にモニタすることができるようにする。従って、本明細書に記載した方法及び装置は、ユーザに点火器の最大効用を提供し、第二に、ユーザ又はオペレータが故障の発生前に点火器の交換を計画する機会を提供する。

様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で本発明を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。

例示的なガスタービンエンジンの断面図。図１に示すガスタービンエンジンで使用することができる例示的なフル・オーソリティ・デジタル・エンジン制御システム（ＦＡＤＥＣ）の概略図。ガスタービンエンジン点火器をテストする例示的な方法を示すフローチャート。図３に示す方法を利用した例示的なガスタービンエンジン１０のグラフ図。

符号の説明

８ガスタービンエンジン組立体
１０ガスタービンエンジン
１８圧縮機
２０燃焼器
４０点火器
４２スパーク検出器
４４圧力変換器
５０フル・オーソリティ・デジタル・エンジン制御（ＦＡＤＥＣ）システム
５２データ収集システム
５４コンピュータ
５６オペレータコンソール
５８モニタ
６２コンピュータ読取可能媒体

Claims

燃焼器（２０）、少なくとも１つの点火器（４０）、前記燃焼器（２０）に結合された圧力変換器（４４）、及びスパーク検出器（４２）を含むガスタービンエンジン（１０）に結合された制御システムであって、該制御システムが、
前記ガスタービンエンジン（１０）を作動させ、
前記ガスタービンエンジン（１０）内部の作動圧力をモニタし、
前記モニタした圧力が第１の所定の圧力範囲の範囲内にある時に、前記点火器（４０）を作動させ、
前記点火器（４０）が前記第１の所定の圧力範囲の範囲内でスパークを発生しなかった場合には、第１の指示を生成する、
ようにプログラムされたプロセッサを含む、制御システム。
前記プロセッサが、前記第１の指示に基づいてオペレータが前記点火器（４０）を交換するのを促すようにさらにプログラムされている、請求項１記載の制御システム。
前記プロセッサが、
前記モニタした圧力が前記第１の所定の圧力範囲よりも高い第２の所定の圧力範囲の範囲内にある時に、前記点火器（４０）を作動させ、
前記点火器（４０）が前記第２の所定の圧力範囲の範囲内でスパークを発生しなかった場合には、前記第１の指示とは異なる第２の指示を生成する
ようにさらにプログラムされている、請求項１又は２に記載の制御システム。
前記プロセッサが、前記第２の指示に基づいてオペレータが点火器整備作業を計画するのを促すようにさらにプログラムされている、請求項３記載の制御システム。
前記プロセッサが、
前記スパーク検出器（４２）を使用して前記点火器スパークを検出し、
前記燃焼器圧力を前記検出した点火器スパークの発生の時点と相関させて、該点火器（４０）が前記第１及び第２の所定の圧力範囲の少なくとも１つの範囲内でスパークを発生したか否かを判定する、
ようにさらにプログラムされている、請求項３又は４に記載の制御システム。
前記プロセッサが、
前記モニタした圧力が前記第１の所定の圧力範囲よりも低い第３の所定の圧力範囲の範囲内にある時に、前記点火器（４０）を作動させ、
前記圧力変換器（４４）、スパーク検出器（４２）及び点火器（４０）の少なくとも１つが作動していることを確認するのに利用する、前記第１及び第２の指示とは異なる第３の指示を生成する、
ようにさらにプログラムされている、請求項３乃至５のいずれか１項に記載の制御システム。
前記プロセッサが、前記前第１の指示、第２の指示及び第３の指示の少なくとも１つを遠隔場所に送信するようにさらにプログラムされている、請求項３乃至６のいずれか１項に記載の制御システム。
燃焼器（２０）、少なくとも１つの点火器（４０）、前記燃焼器（２０）に結合された圧力変換器（４４）、及びスパーク検出器（４２）を含むガスタービンエンジン（１０）と、
前記ガスタービンエンジン（１０）に結合された制御システムと、
を含み、前記制御システムが、
前記ガスタービンエンジン（１０）を作動させ、
前記ガスタービンエンジン（１０）内部の作動圧力をモニタし、
前記モニタした圧力が第１の所定の圧力範囲の範囲内にある時に、前記点火器（４０）を作動させ、
前記点火器（４０）が前記第１の所定の圧力範囲の範囲内でスパークを発生しなかった場合には、第１の指示を生成し、
前記モニタした圧力が前記第１の所定の圧力範囲よりも高い第２の所定の圧力範囲の範囲内にある時に、前記点火器（４０）を作動させ、
前記点火器（４０）が前記第２の所定の圧力範囲の範囲内でスパークを発生しなかった場合には、前記第１の指示とは異なる第２の指示を生成する、
ようにプログラムされたプロセッサを含む、
ガスタービンエンジン（１０）組立体。
前記プロセッサが、
前記第１の指示に基づいてオペレータが前記点火器（４０）を交換するのを促し、前記第２の指示に基づいてオペレータが点火器整備作業を計画するのを促すようにさらにプログラムされている、請求項８記載のガスタービンエンジン（１０）組立体。
前記プロセッサが、
前記スパーク検出器（４２）を使用して前記点火器スパークを検出し、
前記燃焼器圧力を前記検出した点火器スパークの発生の時点と相関させて、該点火器（４０）が前記第１及び第２の所定の圧力範囲の少なくとも１つの範囲内でスパークを発生したか否かを判定する、
ようにさらにプログラムされている、請求項８又は９に記載のガスタービンエンジン（１０）組立体。