JP2011007191A - 燃料システムの過渡状態を軽減するための方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料システムの過渡状態を軽減するための方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、燃料システム(160)の過渡状態の影響を低減することができる方法(600)の形態をとる。本質的に、本発明の1つの実施形態は、圧力制御セル(PCC)(240)を燃料システム(160)と組み合わせる。PCC(240)は、過渡事象中に燃料システム(160)内に残存する燃料の一部を除去する追加容積(205)を考慮することができる。過渡事象中、燃料開路(207、217)に対して燃料の急激な減少が必要とされる場合、燃料は、燃料システム(160)のマニホルド(215、220)から流出しPCC(240)に流入できるようにすることができる。この燃料は、PCC(240)内に蓄えることができ、もはや燃焼缶(120)が利用することはできない。本発明の利点は、望ましくないロータ速度の増大及び希薄ブローアウト事象の可能性を低減することができることである。
【選択図】 図6
【解決手段】本発明は、燃料システム(160)の過渡状態の影響を低減することができる方法(600)の形態をとる。本質的に、本発明の1つの実施形態は、圧力制御セル(PCC)(240)を燃料システム(160)と組み合わせる。PCC(240)は、過渡事象中に燃料システム(160)内に残存する燃料の一部を除去する追加容積(205)を考慮することができる。過渡事象中、燃料開路(207、217)に対して燃料の急激な減少が必要とされる場合、燃料は、燃料システム(160)のマニホルド(215、220)から流出しPCC(240)に流入できるようにすることができる。この燃料は、PCC(240)内に蓄えることができ、もはや燃焼缶(120)が利用することはできない。本発明の利点は、望ましくないロータ速度の増大及び希薄ブローアウト事象の可能性を低減することができることである。
【選択図】 図6
Description
本出願は、全体的に、燃焼プロセスに関連する燃料システムに関し、より詳細には、燃料システムに対する過渡特性の作用を軽減する方法に関する。
燃料システムは、幅広い種類の機械の燃焼プロセスに関連している。燃料システムは一般に、限定ではないが、天然ガスなどの燃料を燃焼プロセスに輸送する役割を果たす。燃料システムは一般に、マニホルドと、燃焼プロセスへの燃料流を全体的に制御するバルブとを含む。燃料システムはまた、バルブに供給される燃料の圧力を制御することができる。バルブは、燃焼プロセスへのガス流の1次制御機構として機能することができる。
ターボ機械は、燃焼プロセスを伴う機械の非限定的な実施例である。限定ではないが、ガスタービン、航空機転用エンジンタービン、又は同様のものなどの一部のターボ機械は、少なくとも1つの燃焼缶を有する複数の燃料システムを有する。これらの燃料システムは、燃焼缶に燃料を送給する。
過渡事象後の連続作動を含む、ターボ機械の過渡要件は、次第に厳しいものになってきた。過渡事象中、燃焼プロセスへの燃料流が急激に減少する場合がある。過渡状態は、限定ではないが、負荷遮断、負荷制限、又は同様のものを含むことができる。これにより、ターボ機械ロータが許容できない高速度になる可能性が高くなる恐れがある。ロータの高速度は、燃料流が急激に減少した後にバルブの下流側に残存する燃料により生じる可能性がある。この燃料は、燃焼プロセスによって消費され、ロータ速度を増大させることができる。本質的に、燃焼プロセスへの燃料流の制御は、過渡事象の間は所望の応答よりも遅くなる。
燃料システムに影響を及ぼす過渡状態の間、既知の制御方式は一般に、以下のこと、すなわち、a)過渡後の状態を維持することができる燃料回路に火炎を固定すること、b)妥当な場合、他の燃料回路への燃料流を急激に低減することを伴う。この方式は、全燃料流を急激に低減すると共に、燃焼缶の希薄ブローアウトを回避しようとすることを含む。燃料回路に残存するガス燃料の圧縮可能容積に起因して、燃料が急激に減少した後、燃焼プロセスへのかなりの燃料流が継続する可能性がある。過渡事象後、この残存燃料が燃焼し、ターボ機械を過速度状態に向けて駆動することができ、更に、燃焼缶への空気流を増大させて、希薄ブローアウトを引き起こす可能性がある。
過渡事象中に公知のシステム及び制御原理を用いることに関して幾つかの欠点がある。公知のシステムは、過渡事象中に比較的緩慢に応答する燃料システムを有することができる。更に、一部の公知のシステムは、過渡状態中に遙かに多くの空気がターボ機械に流入可能になり、希薄ブローアウトの危険性が高くなる場合がある。
上記の理由から、燃料システムに対して過渡状態の影響を軽減するシステムが望ましいとすることができる。システムは、過渡事象中に更に高速の燃料システム応答を可能にする必要がある。システムはまた、過速度状態及びリーンブローアウトのリスクを軽減する必要がある。
本発明の1つの実施形態によれば、燃料システムにより生じる過渡状態を軽減する方法であって、燃料システムを設ける段階を含み、燃料システムが、燃料の流量を制御するよう構成されたバルブと、燃焼プロセスの構成要素に燃料を分配するよう構成され且つバルブの下流側に配置される1次マニホルドとを備える、燃焼プロセスに燃料を送給するよう構成された1次燃料回路と、燃料システム過渡状態中に1次マニホルド内の圧力を軽減するように構成された圧力制御セル(PCC)と、を備え、本方法が更に、燃料システム過渡状態を検出する段階と、燃料システム過渡状態の検出後、PCCを利用して、1次マニホルド内の圧力を低下させる段階と、を含み、PCCが、燃料システムに対する燃料システム過渡状態の影響を軽減する、
本発明の別の実施形態によれば、ターボ機械により生じる過渡状態を軽減する方法であって、燃焼缶及び該燃焼缶に燃料を送給するよう適合された燃料システムを備えるターボ機械を設ける段階を含み、該燃料システムが、燃焼缶に燃料を供給するよう構成された第1の燃料回路と、燃料システム過渡状態中に第1のマニホルド内の圧力を低下させるよう構成された圧力制御セル(PCC)とを備え、前記第1の燃料回路が、燃料の流れを制御するよう構成されたデバイスと、燃焼缶の構成要素に燃料を分配するよう構成され且つデバイスの下流側に配置される第1のマニホルドとを含み、本方法が更に、燃料システム過渡状態を検出する段階と、燃料システム過渡状態の検出後、PCCを利用して1次マニホルド内の圧力を軽減させる段階を更に含み、PCCが、燃料システム過渡状態中に1次マニホルド内の燃料の一部を除去し、燃料システムに対する燃料システム過渡状態の影響を軽減するステップを実施する。
本発明の別の実施形態によれば、ターボ機械により生じる過渡状態を軽減する方法であって、燃焼缶及び該燃焼缶に燃料を送給するよう適合された燃料システムを備えるターボ機械を設ける段階を含み、該燃料システムが、燃焼缶に燃料を供給するよう構成された第1の燃料回路と、燃料システム過渡状態中に第1のマニホルド内の圧力を低下させるよう構成された圧力制御セル(PCC)とを備え、前記第1の燃料回路が、燃料の流れを制御するよう構成されたデバイスと、燃焼缶の構成要素に燃料を分配するよう構成され且つデバイスの下流側に配置される第1のマニホルドとを含み、本方法が更に、燃料システム過渡状態を検出する段階と、燃料システム過渡状態の検出後、PCCを利用して1次マニホルド内の圧力を軽減させる段階を更に含み、PCCが、燃料システム過渡状態中に1次マニホルド内の燃料の一部を除去し、燃料システムに対する燃料システム過渡状態の影響を軽減するステップを実施する。
本明細書で使用される特定の用語は便宜上のものに過ぎず、本発明に対する限定として解釈すべきではない。例えば、「上側」、「下側」、「左側」、「前側」、「右側」、「水平方向」、「垂直方向」、「上流側」、「下流側」、「前方」、「後方」、「頂部」、「底部」などの用語は、図示の構成を単に説明しているに過ぎない。実際に、本発明の実施形態の1つ又は複数の要素は、あらゆる方向に配向することができ、従って、特に明記しない限り、この用語は、このような変形形態を含むものとして理解されたい。
本明細書で使用する場合に、前に数詞のない要素又はステップの表現は、そうではないことを明確に述べていない限り複数のそのような要素又はステップの存在を排除するものではないと理解されたい。更に、本発明の「1つの実施形態」という表現は、記載した特徴を組み入れた付加的な実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図するものではない。
本発明は、燃料システムに対する過渡状態の影響を低減する技術的作用を有する。以下の検討では、限定ではないが、燃焼缶を有するガスタービンなどのターボ機械の燃料システムと一体化された本発明の1つの実施形態に焦点をあてる。本発明の他の実施形態は、過渡現象の作用の軽減を必要とする他の燃料システムと一体化することができる。
本質的に、本発明の1つの実施形態は、燃料システムと圧力制御セル(PCC)を組み合わせる。PCCは、過渡事象中に燃料システム内に残存する燃料の一部を除去するシステムの一部である追加容積を考慮することができる。過渡状態中に、燃料回路に対して燃料の急激な減少が必要とされる場合でも、燃料は、燃料システムのマニホルドから出てPCCに流入可能にすることが許容される。この燃料はPCC内で蓄えられ、もはや燃焼缶が利用することはできない。本発明の利点は、ロータ速度の望ましくない増大、及び希薄ブローアウト事象の発生の可能性を低減することとすることができる。
ここで、複数の図にわたって種々の数字が同様の部品及び/又は要素を表している各図を参照すると、図1は、本発明の実施形態が作動する環境を示す概略図である。図1において、ターボ機械100は、圧縮機セクション110と、各缶120が燃料ノズル125を備えた、燃焼システムの複数の燃焼缶120と、タービンセクション130と、トランジションセクション140につながる流路135とを含む。燃料供給システム160は、限定ではないが、天然ガスなどの燃料を燃焼システムに供給することができる。
一般に、圧縮機セクション110は、複数のガイドベーン(IGV)と、流体を加圧するよう構成された複数の回転ブレード及び固定ベーンとを含む。複数の燃焼缶120は、燃料供給システム160に結合することができる。各燃焼缶120内では、加圧空気と燃料とが混合され、点火され、更に流路135内で消費されて、これにより作動流体を生成する。
作動流体の流路135は一般に、燃料ノズル125の後端から下流側にトランジションセクション140を通ってタービンセクション130内に進む。タービンセクション130は、何れも図示していない複数の回転及び固定構成部品を含み、これらは、作動流体を機械トルクに変換し、該トルクを用いて、限定ではないが、発電機、機械駆動装置、又は同様のものなどの負荷170を駆動することができる。負荷170の出力は、タービン制御システム190又は同様のものが、ターボ機械100の作動を制御するためのパラメータとして用いることができる。排気温度データ180もまた、タービン制御システム190又は同様のものが、ターボ機械100の作動を制御するためのパラメータとして用いることができる。
図2は、図1に示すターボ機械100に関連する燃料供給システム160の実施例を示す概略図である。燃料供給システム160の実施例は、燃料を受け取る上流端部を有する停止バルブ200を含む。停止バルブ200は、一般に、燃料供給システム160の圧力を調節する。停止バルブ200の下流側端部は、「P2容積」と呼ぶことができる中間容積205の上流側端部に直接又は間接的に接続することができる。中間容積205及び停止バルブ200は、燃料供給システム160の圧力レギュレータとして作動可能に機能することができる。
燃料回路は、燃料を燃料ノズル125に送給する燃料供給システム160内の構成部品及び構造とみなすことができる。図2に示すように、一部のターボ機械100は、複数の燃料回路を含むことができる。本発明は、複数の燃料回路を備えたターボ機械100に限定されるものではない。本発明の実施形態は、単一の燃料回路を含むターボ機械100と共に用いることができる。更に、本発明は、ターボ機械100での使用に限定されるものではない。本発明の実施形態は、単一又は複数の燃料回路を含むあらゆる機械に適用することができる。
図2は、燃料供給システム160の1次回路207の非限定的な実施例を示している。ここで、1次回路207は、制御バルブ210及び1次マニホルド215を含むことができる。制御バルブ210は、中間容積205からの燃料を受け取ることができる。制御バルブ210はまた、1次マニホルド215に流入する燃料の流れを制御することができ、該マニホルドは一般に、燃料ノズル125の一部に受け取った燃料を分配する役割を果たす。
追加回路217は、1次回路207と同様の一般的構成を有することができる。ここで、追加回路217は、制御バルブ210及び追加マニホルド220を含むことができる。上述のように、制御バルブ210は、追加マニホルド220に流入する燃料の流れを制御することができ、該追加マニホルド220は、一般に、燃焼缶120の燃料ノズル125の一部に受け取った燃料を分配する役割を果たす。
通常、複数の燃料回路を含むターボ機械100は、基本的に特定の動作範囲で指定回路に燃料を運ぶ燃料ステージングプロセスを利用することができる。例えば、限定ではないが、1次回路207は、負荷範囲の大部分で燃料を受け取ることができ、追加回路217は、より高い負荷範囲の間でのみ燃料を受け取ることができる。更に、限定ではないが、ベース負荷動作など、燃料回路207、217の両方が燃料を受け取る場合の動作範囲が存在することができる。
図3Aから3C、すなわち総称的に図3は、図2に示された燃料供給システム160の過渡事象中の作動の実施例を示すグラフである。過渡事象は、タービン制御システム190により検出することができる。1次回路207及び追加回路217の制御バルブ210は、燃料流を低減するよう閉鎖し始める。これが起こると、1次及び追加マニホルド215、220内の圧力は、マニホルド215、220から出て燃料ノズル125に関連するノズル有効面積を通過する燃料流により低下する。燃料流は、マニホルドと燃焼缶120との間の圧力差によって駆動される。
制御システム190はまた、ロータ速度の望ましくない増大の可能性を低減する目的で燃料流を制御する。ロータ速度の望ましくない増大は、より多くの空気流を駆動する傾向になり、燃焼システムの希薄ブローアウトをより発生し易くする可能性がある、燃空(F/A)比の低下につながる。従って、ロータ速度増大の量を低減することにより、希薄ブローアウト事象の可能性を有意に低減することができる。
全体的に図3は、過渡事象中のターボ機械100の時間に対する動作パラメータを示している。これらの動作パラメータは、一般に、動作データ180とみなすことができる。図3の水平時間軸は、3つの特定の時間期間、すなわち、順番に、T(0)、T(1)、及びT(2)を含む。T(0)は、過渡状態が発生した時間とみなすことができる。T(1)は、タービン制御システム190が過渡事象に相当する時間とみなすことができる。T(2)は、ターボ機械100がほぼ定常状態運転に達した時間とみなすことができる。
図3Aは、時間に対するターボ機械100のロータ速度を示すグラフ300である。ここで、ロータ速度は、speed_1データ系列305により表される。図3Bは、時間に対するターボ機械100の燃料流を示すグラフ310である。ここで、1次マニホルド215の燃料流は、PF_1データ系列315で表され、追加マニホルド220の燃料流は、AF_1データ系列320で表され、全燃料流は、TF_1データ系列323で表される。図3Cは、時間に対するターボ機械100の制御バルブストロークを示すグラフ325である。ここで、1次回路207及び追加回路217の制御バルブ210の位置は、PS_1データ系列330でそれぞれ表され、追加マニホルド220の燃料流は、AS_1データ系列335で表される。図3全体を通じて示されるように、タービン制御システム190が過渡事象に応答し始めた後に、ロータ速度が大幅に増大する。時間T(1)では、ロータの加速は継続しているが、燃料流及び制御バルブストロークは減少している。上述のように、このロータの継続的加速は、燃料供給システム160のマニホルド内に残存する燃料に起因する場合があり、該燃料は、燃焼缶120内で燃焼される。
図4は、本発明の1つの実施形態による、燃料供給システム160と一体化された圧力制御セルシステム223の1つの実施形態を示す概略図である。圧力制御セルシステム223の1つの実施形態は、図2及び4には図示されていないものを含む、様々な燃料供給システム160と一体化することができる。以下の検討では、図2及び4で検討する燃料供給システム160と一体化された圧力制御セルシステム223の非限定的な実施形態に焦点を当てる。
本質的に、本発明の1つの実施形態は、独立した容積である1次制御セル(PCC)240を燃料供給システム160と一体化する。PCC240に流入し且つこれから流出する燃料流は、少なくとも1つのバルブにより制御することができる。PCC240には、最初に、限定ではないが、不活性ガス、空気、又はこれらの組み合わせなどの流体を大気に近い圧力で充填することができる。過渡事象中、本発明の1つの実施形態は、燃料を燃料マニホルドからPCC240に流すことを可能にすることができる。
本発明の1つの実施形態は、PCC240への流れを制御し、燃料ノズル125よりも遙かに大きな有効面積を有するバルブを備えることができる。この特徴は、それぞれのマニホルド圧力を他の既知のシステムよりも相対的に高速に低下させることを可能にすることができる。この特徴はまた、PCC240の圧力を増大させると共に、燃料マニホルドの圧力を低下させることを可能にすることができる。ここではPCC240内にある燃料容積は、ロータを加速させるのにはもはや利用可能ではないエネルギーとみなすことができる。本発明の追加の利点は、ロータ加速の減少はまた、最大空気流量を低下させ、希薄ブローアウト事象の可能性を低減することができる。ターボ機械100の定常状態条件に達した後、追加容積からの燃料は、燃料排出部250を介して徐々に排出することができる。
再度図4を参照すると、圧力制御セルシステム223の1つの実施形態は、第1のPCCバルブ225、第2のPCCバルブ230、第3のPCCバルブ235、1次制御セル(PCC)240、パージ源245、及び燃料排出部250を含むことができる。第1のPCCバルブ225は一般に、燃料供給システム160から圧力制御セルシステム223を分離する役割を果たす。具体的には、本発明の1つの実施形態において、第1のPCCバルブ225は、追加マニホルド220から出てPCC240に流入する燃料の流れを制御することができる。第2のPCCバルブ230は一般に、PCC240をパージ源245から分離する役割を果たす。具体的には、本発明の1つの実施形態において、第2のPCCバルブ230は、パージ源245から出てPCC240に流入するパージの流れを制御することができる。第3のPCCバルブ235は一般に、燃料排出部250からPCC240を分離する役割を果たす。具体的には、本発明の1つの実施形態において、第3のPCCバルブ235は、PCC240から出て燃料排出部250に流入する燃料の流れを制御することができる。
PCC240は、本質的に、限定ではないが、燃料供給システム160の1次マニホルド215又は追加マニホルド220などのマニホルド内で過剰燃料を受け取る1次容積として機能を果たす。この過剰燃料は、上述のような過渡事象の結果として生じるものとすることができる。PCC240のサイズは、特定の燃焼システムをサポートするようカスタマイズすることができる。例えば、限定ではないが、特定の燃焼システムは、約5立方フィートから約25立方フィートまでの範囲を含む容積を有するPCC240を必要とする。
圧力制御セルシステム223は、燃料ノズル125の有効面積よりも何倍も大きな有効面積に第1のPCCバルブ225を開放可能にすることができる。この特徴は、過速度事象につながる可能性のある過剰燃料の大部分をPCC240の容積内に移動可能にすることができる。
パージ源245は、限定ではないが、不活性ガス、空気、又はこれらの組み合わせなどのパージ流体をPCC240に提供することができる。これは、圧力制御セルシステム223に複数の利点を与えることができる。第2のPCCバルブ230が開放しているときには、パージ源245により、パージ流体が燃料をPCC240から外に放出可能にすることができる。また、燃料がパージされた後、パージ流体を用いてPCC240を清浄又は清掃することができる。これは、将来使うために圧力制御セルシステム223を準備するのに役立つことができる。
燃料排出250は一般に、PCC240内の流体の大部分が圧力制御セルシステム223から流出させるのを可能にする。第3のPCCバルブ235が開放すると、PCC240内の燃料及び/又はパージ流体が流出する。燃料排出部250は、通気システムのような形態とすることができる。本発明の1つの実施形態において、燃料排出部250は、ターボ機械100のシステムの構成部品を含むことができる。ここで、燃料排出部250は、限定ではないが、ターボ機械100の排気システム及び/又は圧縮機入口システムを含むことができる。
使用中、圧力制御セルシステム223は、最初に、PCC240をパージ流体で線上することができる。次に、PCCバルブ225、230及び235は、閉鎖位置にあることができ、ターボ機械100は、通常モードで動作することができる。
上述のように、タービン制御システム190による過渡事象に対する応答は、過渡事象に関する動作データ180が受け取られるまで、及び/又はタービン制御システム190がロータ加速及びロータ速度増大を検出できるまで、僅かに遅延する可能性がある。過渡事象の検出後、タービン制御システム190は、1次回路207及び追加回路217の各制御バルブ210の位置を調整することができる。例えば、限定ではないが、1次回路207の制御バルブ210は、希薄ブローアウト事象の可能性を低減する目的で火炎を固定するよう開放することができる。ほぼ同時に、追加回路217の制御バルブ210は、燃料流の低減及びロータ速度の制御を目的として閉鎖することができる。
次に、1次回路207が火炎を固定した後、圧力制御セルシステム223は、第1のPCCバルブ225を開放することができる。上述のように、第1のPCCバルブ225の1つの実施形態は、燃料ノズル125の有効面積よりも遙かに大きい有効面積を備えたバルブとすることができる。これは、上述のように、追加マニホルド220の燃料流内の過剰燃料の燃焼を防ぐことができる。
次に、ターボ機械100が相対的定常状態条件を達成すると、PCC240及び追加マニホルド220に関する圧力は、圧縮機排出圧力にほぼ等しいとすることができる。次いで、第1のPCCバルブ225は閉鎖することができ、第3のPCCバルブ235は、PCC240内の燃料を燃料排出部250に向けて流すことができるように、開放することができる。次に、第2のPCCバルブ230は開放することができ、第1のPCCバルブ225は閉鎖することができる。これにより、パージ源245のパージ流体は、PCC240内の燃料を燃料排出部250に向けて流出させることができる。
次に、PCC240内の圧力が所望の量まで減少すると、第2のPCCバルブ230及び3のPCCバルブ235は閉鎖することができる。これは、圧力制御セルシステム223を通常状態に構成/リセットすることができる。
図5Aから5C、すなわち全体的に図5は、本発明の1つの実施形態による、過渡事象中の図4の圧力制御セルシステム223の動作の実施例を示すグラフである。全体的に図5は、本発明の1つの実施形態を備えたターボ機械100で発生する過渡事象中の時間に対するターボ機械100の作動データ180を示している。図5の水平時間軸は、3つの特定の時間期間、すなわち、順番に、T(0)、T(1)、及びT(2)を含む。T(0)は、過渡状態が発生した時間とみなすことができる。T(1)は、タービン制御システム190が過渡事象に相当する時間とみなすことができる。T(2)は、ターボ機械100がほぼ定常状態運転に達した時間とみなすことができる。
図5Aは、時間に対するターボ機械100のロータ速度を示すグラフ500である。ここで、ロータ速度は、speed_2データ系列505により表される。図5Bは、時間に対するターボ機械100の燃料流を示すグラフ510である。ここで、1次マニホルド215の燃料流は、PF_2データ系列515で表され、追加マニホルド220の燃料流は、AF_2データ系列520で表され、全燃料流は、TF_2データ系列525で表される。図5Cは、時間に対するターボ機械100の制御バルブストロークを示すグラフ530である。ここで、1次回路207及び追加回路217の制御バルブ210の位置は、PS_2データ系列535でそれぞれ表され、追加マニホルド220の燃料流は、AS_2データ系列540で表される。図5Cはまた、PCC_Sデータ系列545として表される。
本発明の1つの実施形態の利点は、単に、図3と図5の類似比較によって表される。図5全体を通じて示されるように、ロータ速度増大は、図3A及び5Aを比較したときにT(1)においてより少ないとみなすことができる。これは、追加回路217によって燃焼する燃料の減少を表すことができる。また、図3B及び5Bを比較することで示されるように、全燃料流は、圧力制御セルシステム223の1つの実施形態の下で実質的により高速の1次回路207の燃料流とほぼ等しい。
理解されるように、本発明は、方法、システム、又はコンピュータプログラム製品として具現化することができる。従って、本発明は、全体的にハードウェア実施形態、全体的にソフトウェア実施形態(ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード、その他を含む)、或いは、本明細書では一般に全て「回路」、「モジュール」、又は「システム」と呼ばれる、ソフトウェア及びハードウェア態様を組み合わせた実施形態の形態をとることができる。更に、本発明は、コンピュータ使用可能記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態をとることができ、媒体内にコンピュータ使用可能プログラムコードを具現化させている。本明細書で使用される用語「ソフトウェア」及び「ファームウェア」は同義語であり、RAMメモリ、ROMメモリ、EPROMメモリ、EEPROMメモリ、及び不揮発性RAM(NVRAM)メモリを含む、プロセッサにより実行される溜めにメモリ内に格納されるあらゆるコンピュータプログラムを含む。上述のメモリタイプは、例証に過ぎず、従って、コンピュータプログラムの記憶に利用可能なメモリのタイプに限定されない。
あらゆる好適なコンピュータ可読媒体を利用することができる。コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読媒体は、例えば、限定ではないが、電気、磁気、光学、電磁気、赤外線、又は半導体のシステム、装置、デバイス、もしくは伝播媒体とすることができる。コンピュータ可読媒体のより具体的な実施例(非網羅的リスト)には、以下のもの、すなわち、1つ又はそれ以上のワイヤを有する電気的接続部、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読出し専用メモリ(ROM)、消去可能・プログラム可能読出し専用メモリ(EPROM又はフラッシュメモリ)、光ファイバ、ポータブルコンパクトディスク読出し専用メモリ(CD−ROM)、光学記憶装置、インターネット又はイントラネットをサポートするものなどの伝送媒体、或いは磁気記憶装置が含まれることになる。プログラムは、例えば紙又は他の媒体を光学的にスキャンすることにより電子的に取り込み、次いで必要に応じて適切な方法でコンパイルし、解釈実行し、又は他の方法で処理し、その後コンピュータメモリ内に記憶させることができるので、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読媒体は、プログラムを印刷する紙又は他の好適な媒体であってもよい点に留意されたい。本明細書の文脈に照らして、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読媒体は、命令実行システム、装置又はデバイスによって或いはこれらと関連して使用するためのプログラムを収容、記憶、通信、伝播、又は移送することができるあらゆる媒体とすることができる。
本明細書で使用される場合、用語「プロセッサ」とは、中央処理ユニット、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路(RISC)、特定用途集積回路(ASIC)、ロジック回路、及び本明細書で説明される機能を実行することができる他の何らかの回路又はプロセッサを意味する。
本発明の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、Java(登録商標)7、Smalltalk又はC++、或いは同様のものなどの、オブジェクト指向プログラミング言語で記述することができる。しかしながら、本発明の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードはまた、「C」プログラミング言語又は同様の言語のような、従来の手続き形プログラミング言語で記述することができる。プログラムコードは、スタンドアロンソフトウェアパッケージとして全体的にユーザコンピュータ上で、部分的にユーザコンピュータ上で、或いは、部分的にユーザコンピュータ上で且つ部分的にリモートコンピュータ上で、又は全体的にリモートコンピュータ上で実行することができる。後者の場合には、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク(LAN)又はワイドエリアネットワーク(WAN)を介してユーザコンピュータに接続することができ、或いは外部コンピュータに対して接続することができる(例えば、インターネットサービスプロバイダを使用してインターネットを介して)。
本発明の実施形態による方法、装置(システム)及びコンピュータプログラム製品のフローチャート図及び/又はブロック図を参照しながら、以下で本発明を説明する。フローチャート図及び/又はブロック図の各ブロック、並びにフローチャート図及び/又はブロック図のブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実施することができる点は理解されるであろう。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに提供されてマシンを形成し、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサによって実行される命令が、フローチャート及び/又はブロック図の1つ又は複数のブロックにおいて指定された機能/動作を実施する手段をもたらすことができる。
これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ可読メモリ内に記憶させることができ、該命令は、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置に命令して特定の方式で機能させることができ、コンピュータ可読メモリ内に記憶された命令が、フローチャート及び/又はブロック図の1つ又は複数のブロックにおいて指定された機能/動作を実施する命令手段を含む製品をもたらす。コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置上にロードして、一連の動作ステップをコンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置上で実行させて、コンピュータに実装されるプロセスを生成し、コンピュータ又は他のプログラム可能装置上で実行される命令が、フローチャート及び/又はブロック図のブロックにおいて指定された機能/動作を実施するステップを提供する。
本発明の1つの実施形態は、タービン制御システム190又は同様のものによって動作することができる。本発明の1つの実施形態のタービン制御システム190は、ターボ機械100を自動的及び/又は連続的に監視して、圧力制御セルシステム223が動作すべきかどうかを判断するよう構成することができる。
或いは、タービン制御システム190は、圧力制御セルシステム223の作動を開始するためのユーザ動作を必要とするよう構成することができる。本発明のタービン制御システム190の1つの実施形態は、スタンドアロンのシステムとして機能することができる。或いは、タービン制御システム190は、限定ではないが、プラント制御システム、分配制御システム、又は同様のものなどの広範なシステム内のモジュール又は同様のものとして一体化することができる。
図6は、本発明の1つの実施形態による、圧力制御セルシステム223を作動させる方法600を示すフローチャートである。本発明の1つの実施形態において、方法600を実施するタービン制御システム190は、フラフィカルユーザインタフェース(GUI)又は同様のものと一体化することができる。GUIは、オペレータが以下で説明する方法600を進めることを可能にする。GUIはまた、圧力制御セルシステム223のステータスの少なくとも1つの通知を提供することができる。
方法600は、圧力制御セルシステム223の様々な構成の作動を制御するよう適合することができる。これは、限定ではないが、圧力制御セルシステム223の上述の実施形態を含むことができる。
方法600のステップ605において、燃焼プロセスが実施することができる。上述のように、燃焼プロセスの非限定的な実施例は、少なくとも1つの燃焼缶120を有するターボ機械100を包含する。以下の検討では、圧力制御セルシステム223と一体化されたターボ機械100への方法600の適用について説明する。方法600は、燃焼プロセスを有する他の機械を作動させるよう修正することもできる。
ステップ610において、方法600は、許容条件が満たされるかどうかを判断することができる。本発明の1つの実施形態では、圧力制御セルシステム223を作動させるためのPCC許容条件が作動前に満たされることを必要とすることができる。PCC許容条件は一般に、燃料供給システム160に影響を及ぼす可能性のある過渡事象をタービン制御システム190が検出した場合に、圧力制御セルシステム223が作動できる状態になっていることを確認する許容条件とみなすことができる。PCC許容条件は、限定ではないが、a)PCCバルブ225、230、235の作動可能位置の確認、b)パージ源245がパージ流体の十分な圧力及び/又は供給量を有することの表示、PCC240がパージされたことの表示、又は同様のことを含むことができる。本発明の1つの実施形態において、ユーザは、PCC許容条件を定義することができる。初期許容条件が満たされた場合、方法600は、ステップ615に進むことができ、そうでなければ、ステップ635にジャンプし、ここで方法600は、圧力制御セルシステム223のリセットを開始することができる。
本発明の1つの実施形態において、方法600は、圧力制御セルシステム223が初期化され、本質的に作動できる状態にあることを通知することができる。本発明の1つの実施形態において、GUIは、ポップアップウィンドウ、アラーム、又は他の同様の手法として通知することができる。
ステップ615において、方法600は、過渡事象が検出されたかどうかを判断することができる。上述のように、過渡状態は、限定ではないが、負荷遮断、負荷制限、又は同様のものを含むことができる。タービン制御システム190は、作動データを受け取ることができ、該データは、図3及び5で使用された動作パラメータを含むことができる。ここで、方法600は、上述のように過渡事象が発生したかどうかを判断することができる。過渡事象が発生した場合、方法600はステップ620に進むことができ、層でない場合、方法600はステップ605に戻ることができる。
ステップ620において、方法600は、燃料供給システム160への燃料流を調整することができる。上述のように、タービン制御システム190は、過速度事象の可能性を低減する目的で、1次回路207及び追加回路217の各制御バルブ210の位置を制御することができる。例えば、限定ではないが、1次回路207の制御バルブ210は、希薄ブローアウト事象の可能性を低減する目的で、火炎を固定するよう開放することができる。ほぼ同時に、追加回路217の制御バルブ210は、燃料流の低減及びロータ速度の制御を目的として閉鎖することができる。
ステップ730において、方法600は、第1のPCCバルブ225を開放位置に調整することができる。第1のPCCバルブ225の1つの実施形態は、燃料ノズル125の有効面積よりも遙かに大きな有効面積を備えたバルブとすることができる。
これにより、追加マニホルド220内に残存する過剰燃料がPCC240内に流入できるようにすることができる。これは、追加マニホルド220における過剰燃料の燃焼を防ぐことができる。
これにより、追加マニホルド220内に残存する過剰燃料がPCC240内に流入できるようにすることができる。これは、追加マニホルド220における過剰燃料の燃焼を防ぐことができる。
ステップ635において、方法600は、PCC240内の燃料の圧力及び/又は量を低減することができる。タービン制御システム190は、タービン機械100が相対的定常状態条件を達成したときを判断することができる。ここで、方法600は、第1のPCCバルブ225を閉鎖位置に調整し、次いで、第3のPCCバルブ235を開放位置に調整することができる。これによりPCC240内の燃料を燃料排出部250に向けて流すことを可能にすることができる。上述のように、ステップ635はまた、上述の圧力制御セルシステム223のリセットプロセスを開始するのに利用することができる。
ステップ640では、方法600は、PCC240をパージすることができる。ここで、方法600は、PCCバルブ230を開放位置に調整することができ、第1のPCCバルブ225を閉鎖位置に調整することができる。これにより、パージ源245のパージ流体がPCC240内の燃料を燃料排出部250に向かって移動させることが可能になる。次に、方法600の1つの実施形態は、PCC240内の圧力が所望の量にまでいつ減少したかを判断することができる。次に、第2のPCCバルブ230及び第3のPCCバルブ235は、閉鎖位置に調整することができる。これは、圧力制御セルシステム223を通常すなわち「作動可能」状態に構成及び/又は復帰させることができる。図6に示すように、本発明の1つの実施形態において、方法600は、ステッ640が実質的に完了した後にステップ605に戻ることができる。
ステップ645において、方法600は、圧力制御セルシステム223の作動を停止させることができる。図6に示すように、方法600の実施形態は、ステップ730の間及び/又は後で圧力制御セルシステム223の作動を停止させることができる。本発明の1つの実施形態は、ユーザが、圧力制御セルシステム223の作動を手動で停止させることができる。或いは、方法600は、限定ではないが、プラント制御システムなどのシステムと一体化することができ、これにより、圧力制御セルシステム223の作動の自動停止が可能になる。圧力制御セルシステム223の作動が停止されると、方法600は、ステップ635に進むことができ、そうでない場合、方法600はステップ730に戻ることができる。
図7は、本発明の1つの実施形態による、圧力制御セルシステム223を作動させるための例示的なシステム700のブロック図である。方法600の要素は、システム700において具現化され、該システム700によって実施することができる。システム700は、1つ又はそれ以上のユーザ又はクライアント通信デバイス702或いは同様のシステム又はデバイス(図7には2つが図示されている)を含むことができる。各通信デバイス702は、例えば、限定ではないが、コンピュータシステム、パーソナルデジタルアシスタント、携帯電話、又は電子メッセージを送受信できる何れかのデバイスとすることができる。
通信デバイス702は、システムメモリ704又はローカルファイルシステムを含むことができる。システムメモリ704は、例えば、限定ではないが、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)を含むことができる。ROMは、基本入力/出力システム(BIOS)を含むことができる。BIOSは、通信デバイス702の素子又は構成部品間の情報転送を助ける基本ルーチンを含むことができる。システムメモリ704は、通信デバイス702の全体のオペレーションを制御するオペレーティングシステム706を含むことができる。システムメモリ704はまた、ブラウザ708又はウェブブラウザを含むことができる。システムメモリ704はまた、図6の方法600の要素と類似し、又はこれを含むことができる、圧力制御セルシステム223を作動させるためのデータ構造610又はコンピュータ実行可能コードを含むことができる。
システムメモリ704は更に、テンプレートキャッシュメモリ712を含むことができ、これは、圧力制御セルシステム223を作動させるための図6の方法600と共に用いることができる。
通信デバイス702はまた、通信デバイス702の他の構成部品のオペレーションを制御するプロセッサ又は処理ユニット714を含むことができる。オペレーティングシステム706、ブラウザ708、及びデータ構造710は、処理ユニット714上で動作することができる。処理ユニット714は、システムバス716によりメモリシステム704及び通信デバイス702の他の構成部品に結合することができる。
通信デバイス702はまた、複数の入力デバイス(I/O)、出力デバイス、又は組み合わせ入力/出力デバイス718を含むことができる。各入力/出力デバイス718は、入力/出力インターフェース(図6には図示されていない)によってシステムバス716に結合することができる。入力及び出力デバイス、又は組み合わせI/Oデバイス718により、ユーザは、通信デバイス702を作動させてインターフェース接続し、更にブラウザ708及びデータ構造710のオペレーションを制御して、圧力制御セルシステム223を利用するためのソフトウェアにアクセスし、作動し、及び制御することが可能になる。I/Oデバイス718は、本明細書で説明されるオペレーションを実施するために、キーボード及びコンピュータポインティングデバイス又は同様のものを含むことができる。
I/Oデバイス718はまた、例えば限定ではないが、ディスクドライブ、光学、機械、磁気、又は赤外線の入力/出力デバイス、モデム、又は同様のものを含むことができる。I/Oデバイス718は、記憶媒体720にアクセスするのに用いることができる。媒体720は、通信デバイス702などのシステムが使用するため、又は該システムと関連してコンピュータ読取り可能命令又はコンピュータ実行可能命令もしくは他の情報を収容、格納、通信、又は伝送することができる。
通信デバイス702はまた、ディスプレイ又はモニタ722などの他のデバイスを含み、又はこれと接続することができる。モニタ722は、ユーザが通信デバイス702とインターフェース接続することを可能にする。
通信デバイス702はまた、ハードドライブ724を含むことができる。ハードドライブ724は、ハードドライブインターフェース(図7には図示していない)を介してシステムバス716に結合することができる。ハードドライブ724はまた、ローカルファイルシステム又はシステムメモリ704の一部を形成することができる。通信デバイス702のオペレーションにおいて、プログラム、ソフトウェア、及びデータをシステムメモリ704とハードドライブ724との間で転送及び交換することができる。
通信デバイス702は、少なくとも1つのユニットコントローラ726と通信することができ、ネットワーク728を介して他のサーバ又は通信デバイス702に類似した他の通信デバイスにアクセスすることができる。システムバス716は、ネットワークインターフェース730によりネットワーク728に結合することができる。ネットワークインターフェース730は、ネットワーク728に結合するためのモデム、Ethernet(登録商標)カード、ルータ、ゲートウェイ、又は同様のものとすることができる。カップリングは、有線又は無線接続とすることができる。ネットワーク728は、インターネット、プライベートネットワーク、イントラネット、又は同様のものとすることができる。
少なくとも1つのユニットコントローラ726はまた、ファイルシステム、ROM、RAM、及び同様のものを含むことができるシステムメモリ732を含むことができる。システムメモリ732は、通信デバイス702におけるオペレーティングシステム706と同様のオペレーティングシステム734を含むことができる。システムメモリ732はまた、圧力制御セルシステム223を制御するためのデータ構造736を含むことができる。データ構造736は、圧力制御セルシステム223を制御するため、方法600に関して説明されたものと同様のオペレーションを含むことができる。サーバのシステムメモリ732はまた、他のファイル738、アプリケーション、モジュール、及び同様のものを含むことができる。
少なくとも1つのユニットコントローラ726はまた、少なくとも1つのユニットコントローラ726内の他のデバイスのオペレーションを制御するプロセッサ742又は処理ユニットを含むことができる。少なくとも1つのユニットコントローラ726はまた、I/Oデバイス744を含むことができる。I/Oデバイス744は、通信デバイス702のI/Oデバイス718と類似したものとすることができる。少なくとも1つのユニットコントローラ726は更に、I/Oデバイス744と共に少なくとも1つのユニットコントローラ726に対するインターフェースを提供する、モニタ又は同様のものなどの他のデバイス746を含むことができる。少なくとも1つのユニットコントローラ726はまた、ハードディスクドライブ748を含むことができる。システムバス750は、少なくとも1つのユニットコントローラ726の異なる構成部品を接続することができる。ネットワークインターフェース752は、システムバス750を介してネットワーク728に少なくとも1つのユニットコントローラ726を結合することができる。
各図のフローチャート及びステップ図は、本発明の様々な実施形態による、システム、方法、及びコンピュータプログラム製品の可能な実施のアーキテクチャ、機能、及び動作を示している。この点に関して、フローチャート又はステップ図における各ステップは、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な命令を含むモジュール、セグメント、又はコード部分を表すことができる。幾つかの別の実施形態においては、ステップ内に記載された機能は、図に記載された順序とは異なる順序で行うことができる点に留意されたい。例えば、連続して示す2つのステップは、実際には、実質的に同時に実行することもでき、或いは、これらのステップは、含まれる機能に応じて逆の順序で実行してもよい場合がある。また、ステップ図及び/又はフローチャート図の各ステップ及びステップの組み合わせは、特定の機能又は動作を行う専用ハードウェアベースのシステム、或いは専用ハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせによって実施することができる点に留意されたい。
本発明で使用した用語は、特定の実施形態を説明するためものに過ぎず、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用する場合に、数詞のない表現は、文脈がそうでないことを明示していない限り、複数の形態も同様に含むことを意図している。更に、本明細書で使用する場合に、「含む」及び/又は「有する」という用語は、記載した形状部、完全体、ステップ、動作、要素及び/又は構成部品の存在を明示しているが、1つ又はそれ以上のその他の形状部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び/又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことが分かるであろう。
本明細書では、特定の実施形態を図示し且つ説明してきたが、図示した特定の実施形態は、同一の目的を達成するために考えられる特定の構成と置き換えることができること、また本発明は、他の環境における他の用途も有することを理解されたい。本出願は、本発明のあらゆる改造及び変更を保護することを意図している。添付の請求項は、本発明の技術的範囲を本明細書に記載した特定の実施形態に限定することを決して意図するものではない。
本発明はその幾つかの例示的な実施形態についてのみ詳細に図示し説明してきたが、本発明の新規な教示及び利点から実質的に逸脱することなく、特に前述の教示に照らして開示した実施形態に対して、様々な変更、省略及び付加を行うことができるので、本発明をこれらの実施形態に限定することを意図するものではないことを当業者には理解されたい。
従って、提出した請求項により定められる本発明の技術的思想及び範囲内に含めることができる全てのこのような変更、省略、付加及び均等物が保護されるものとする。例えば、限定ではないが、図2及び4は、1つだけの追加回路217を例示している。本発明の他の実施形態は、より多くの追加回路217を含む燃料供給システム160と一体化することができる。別の実施例として、限定ではないが、図2及び4は、追加回路217と一体化された圧力制御セルシステム223を示している。本発明の他の実施形態は、圧力制御セルシステム223を1次回路207と一体化することができる。更に、本発明の他の実施形態は、1つのPCC240を燃料供給システム160の複数のマニホルドと一体化することができる。或いは、本発明の他の実施形態は、マニホルド1つにつき1つのPCC240で構成された燃料供給システム160を有する。
Claims (10)
- 燃料システム(160)により生じる過渡状態を軽減する方法(600)であって、
燃料システム(160)を設ける段階であって、
燃料の流量を制御するよう構成されたバルブ(210)と、燃焼プロセス(110、120)の構成要素に燃料を分配するよう構成され且つ前記バルブ(210)の下流側に配置される1次マニホルド(215)とを備える、燃焼プロセス(110、120)に燃料を送給するよう構成された1次燃料回路(207)と、
燃料システム過渡状態中に前記1次マニホルド(215)内の圧力を軽減するように構成された圧力制御セル(PCC)(240)と
を備える燃料システム(160)を設ける段階と、
前記燃料システム過渡状態を検出する段階と、
前記燃料システム過渡状態の検出後、前記PCCを利用して、前記1次マニホルド(215)内の圧力を低下させる段階と、
を含んでおり、前記PCC(240)が、前記燃料システム(160)に対する燃料システム過渡状態の影響を軽減する、方法(600)。 - 前記PCC(240)内の圧力を軽減する段階を更に含む、請求項1記載の方法(600)。
- 前記PCC(240)内の圧力を低下させるために、前記PCC(240)内の燃料を排出するよう構成された燃料排出部(250)を利用する段階を更に含む、請求項2記載の方法(600)。
- 前記PCC(240、640)をパージする段階を更に含む、請求項1記載の方法(600)。
- パージ源(245)を利用して前記PCC(240)をパージする段階を更に含む、請求項4記載の方法(600)。
- 前記パージ源(245)が、不活性ガス、空気、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも1つを含む、請求項5記載の方法(600)。
- 前記1次燃料システム(207)が更にPCC回路を備え、該PCC回路が、PCC(240)と、前記1次マニホルド(215)及び前記PCC(240)間に配置される第1のPCCバルブ(225)と、パージ源(245)及び前記PCC(240)間に配置される第2のPCCバルブ(230)と、燃料排出部(250)及び前記PCC(240)間に配置される第3のPCCバルブ(235)とを含む、請求項1記載の方法(600)。
- 前記燃料システムの過渡状態が検出された後、前記1次マニホルド(215)から前記PCC(240)に燃料を移動させることができる位置に前記第1のPCCバルブ(225)を調整する段階を更に含む、請求項7記載の方法(600)。
- 前記PCC(240)から前記燃料排出部(250)に燃料を流すことを可能にする位置に前記第2のPCCバルブ(230)を調整する段階を更に含む、請求項8記載の方法(600)。
- 前記パージ源(245)が前記PCC(240)をパージ可能にする位置に第3のPCCバルブ(235)を調整する段階を更に含む、請求項9記載の方法(600)。
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