JP2011132952A - ターボ機械を始動する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンの始動時間の変化を減少することができる方法の提供。
【解決手段】始動過程を通して動力機械の始動手段を能動的に制御する閉ループ制御原理を採用する。負荷整流インバータ（ＬＣＩ）の形態を有してもよい始動手段の公称動作スケジュール５１５を調整する方法５００を提供してもよい。方法５００の実施形態は、１つにはガスタービンと関連する動作パラメータ５０５に基づいて部分的に公称動作スケジュールを調整してもよい。動作パラメータ５０５は、回転子速度、所望の始動時間などを含んでもよいが、それに限定されない。制御システムは、ガスタービンと関連する動作パラメータ５０５に関するデータを受信してもよい。
【選択図】図５

Description

本発明は、一般にターボ機械の動作に関し、特に、ターボ機械の始動時間と関連する変化を減少する方法に関する。

「高速始動」は、操作員がターボ機械の始動を開始した後のある特定の時間内に負荷を送出することをターボ機械に要求する排出規制動作が可能な動作モードであると考えられてもよい。ターボ機械がいつ動作するかを判定する際の主な要因は、変動するエネルギー需要である。動作に対する十分な要求が発生するまで、ターボ機械は一般にアイドル状態にある。動作が要求されると、ターボ機械は所望のエネルギー（電気、機械的トルク、蒸気など）を送出する前に始動過程を実行する。

燃焼型ガスタービンに限らず、いくつかの周知のターボ機械の始動過程は、通常、異なる速度で動作する複数のモードを含む。それらのモードは、パージ、点火、暖機及び動作速度への加速を含むが、それらに限定されない。始動時間は始動開始からガスタービンが動作速度に到達する時点までの範囲である。

始動過程中、ガスタービンの回転子を加速するために利用可能なトルクの発生源は２つある。すなわち、点火過程中に放出されるエネルギー及び始動手段を介して回転子に加えられるトルクである。点火過程中に放出されるエネルギーは、回転子を駆動する機械的トルクに変換される。しかし、低速の場合、このトルクは回転子を動作速度まで駆動するには不十分であるので、ガスタービンに負のトルク、すなわち、抗力が加えられる。高速になると、点火過程により得られる機械的トルクが非常に大きなトルク入力を供給する。回転子の速度が動作速度に近づくにつれて、ガスタービンは自己持続状態になるので、始動手段からのトルクを要求しなくなる。

通常、始動時間は広い範囲で変化する。通常、そのような変化は、動作パラメータの変化によって起こり、そのためガスタービンを動作速度まで加速するために燃料行程基準（ＦＳＲ）などへの調整が要求されてもよい。始動手段は一定のスケジュールに基づいて動作するので、ＦＳＲは調整される。本質的には、この一定のスケジュールは回転子の速度が遅いほど大きなトルクを供給する。回転子の速度が上がれば、トルクは減少する。

現在の始動過程には若干の問題点がある。始動時間の変化は、用途によっては許容されない場合もある。始動時間の変化によって、ガスタービンは動作条件に適合しなくなることもある。

米国特許第４０１５４３０号明細書 米国特許第４２０４２５８号明細書 米国特許第４４２３５９３号明細書 米国特許第４４９０７９１号明細書 米国特許出願公開第２００６／０２３３６３７号明細書 欧州特許第９２４２６号明細書 独国特許出願公開第３３７５１８１号明細書

従って、ガスタービンを始動する方法を改良することが望まれている。方法は、ガスタービンを動作速度まで加速することと関連する始動時間の変化を減少してもよい。方法は、ガスタービンが正常モード、高速始動モードなどのいずれかで動作している場合に適用されるべきである。更に、この方法は、従来より一貫性及び再現性に優れた始動時間を可能にすべきである。

本発明の一実施形態において、動力機械（１００）の始動過程中に始動システム（１５５）を能動的に制御する方法（５００）は、動力機械（１００）の動作と関連するパラメータ（５０５）の目標範囲（５１０）を判定することと；パラメータ（５０５）の測定値（１６０）を判定することと；目標範囲と測定値との差であるパラメータ差（５２５、５２７）を判定することと；パラメータ差（５２７）に基づいて始動システム（１５５）の動作スケジュール（５１５）を調整することとから成り、方法（５００）は、パラメータ差（５２７）に基づいて始動システム（１５５）の出力（５３３）を調整し、且つ出力（５３３）は、始動過程中の動力機械（１００）の加速に寄与する。

本発明の別の実施形態において、ガスタービン（１００）の始動過程中に負荷整流インバータ（ＬＣＩ）（１５５）を能動的に制御する方法（５００）は、ガスタービン（１００）の動作と関連するパラメータ（５０５）の目標範囲（５１０、５１３）を判定することと；パラメータ（５０５）の測定値（１６０）を判定することと；目標範囲（５１３）と測定値（１６０）との差であるパラメータ差（５２５）を判定することと；パラメータ差（５２５）に基づいてＬＣＩ（１５５）の動作スケジュール（５１５）を調整することとから成り、方法（５００）は、ガスタービン（１００）の始動過程中にパラメータ差（５２５）に基づいてＬＣＩ（１５５）の出力を連続的に調整し、且つ出力はガスタービン（１００）の加速に寄与する。

図１はターボ機械を始動する周知の方法が動作する環境を示した概略図である。 図２は図１の周知の始動方法に係る加速曲線を示したグラフである。 図３は図１の周知の始動方法に係る温度曲線を示したグラフである。 図４は本発明の一実施形態が動作してもよい環境を示した概略図である。 図５は、本発明の一実施形態に係るターボ機械を始動するために使用される方法のアルゴリズムを示した処理図である。 図６は本発明の一実施形態に係る図５の方法に従った加速曲線を示したグラフである。 図７は本発明の一実施形態に係る図５の方法に従った温度曲線を示したグラフである。

本発明は、動力機械の始動時間と関連する変化を減少するという技術的効果を有する。本発明の実施形態は、始動時間の変化を減少するという目標をもって動力機械の始動システムを能動的に制御してもよい。本発明の実施形態は、正常モード、高速始動モードなどの多様なモードで動作する動力機械に適用されてもよいが、モードはそれらに限定されない。

前述のように、「高速始動」は動力機械の１つの動作モードであると考えられてもよい。一般に、このモードは、動力機械の始動が開始された後のある特定の時間内に排出規制に従って動作しつつ負荷を送出することを動力機械に要求する。本明細書において使用される場合の用語「高速始動」は、本発明の範囲内に入るそのようなすべてのモード及びその同等物を含むことを意図する。

本発明の一実施形態は、高速始動モードで動作するように設定されたガスタービンなどの動力機械を始動する方法を提供する。尚、動力機械はガスタービンに限定されない。ガスタービンは、重構造ガスタービン、航空機派生ガスタービンなどを含んでもよいが、それらに限定されない。本発明の方法の実施形態はガスタービンに関連して説明されるが、本発明はガスタービンへの適用に限定されない。本発明の実施形態は、始動過程の一部で始動システムを必要とする他の工業機械に適用されてもよい。

本明細書において詳細な実施形態が開示される。しかし、本明細書において開示される特定の構造及び機能の詳細は、例示的な実施形態を説明する目的で示される代表的な構造及び機能であるにすぎない。しかし、実施形態は、多くの代替形態で実施されてもよく、本明細書に記載される実施形態のみに限定されると解釈されるべきではない。

従って、例示的な実施形態は種々の変形及び代替形態が可能であるが、実施形態は例として図面に示され且つ詳細に説明される。しかし、開示される特定の形態に実施形態を限定しようとする意図はまったくなく、実施形態は、その範囲内に入るすべての変形、同等物及び代替形態を含むことが理解されるべきである。

種々の要素を説明するために本明細書において「第１の」、「第２の」などの用語が使用されてもよいが、それらの要素はそれらの用語により限定されてはならないことが理解されるだろう。それらの用語は単に１つの要素を別の要素と区別するために使用されているだけである。例えば、実施形態の範囲から逸脱することなく第１の要素は第２の要素と呼ばれてもよく、同様に、第２の要素は第１の要素と呼ばれることも可能だろう。本明細書において使用される場合の用語「及び／又は」は、それに関連して挙げられている項目のうち１つ以上の項目のあらゆる組み合わせを含む。

本明細書において使用される用語は特定の実施形態を説明するためだけに使用され、実施形態を限定することを意図しない。本明細書において使用される単数形は、明示して指示のない限り複数形も含むことを意図する。更に、本明細書において使用される場合の用語「具備する」及び／又は「含む」は、そこに挙げられている特徴、数字、ステップ、動作、要素及び／又は構成要素の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、要素、構成要素及び／又はそれらの集合の存在又は追加を除外しないことが理解されるだろう。

尚、いくつかの代替実現形態において、記載されている機能／動作は、図面に示される順序とは異なる順序で実行されてもよい。例えば、関連する機能性／動作に応じて、２つの連続する図はほぼ同時に実行されてもよいが、場合によっては逆の順序で実行されてもよい。

そこで図面を参照すると、いくつかの図を通して種々の図中符号は同様の部分を示す。図１は、ターボ機械を始動する周知の方法が動作する環境を示した概略図である。図１において、ガスタービンの形のターボ機械１００は、圧縮機部分１１０、燃焼系統１２０、燃料供給系統１２５、タービン部分１３０、回転子１４０及びタービン制御システム１５０を含む。燃焼系統１２０は燃料供給系統１２５の燃料回路１２７から燃料を受け取ってもよい。燃料供給系統１２５の実施形態は複数の燃料回路１２７を具備してもよい。この場合、複数の燃料回路は、ガス燃料回路、液体燃料回路、又は混合ガス燃料又は合成ガス燃料を送出するように構成されたＩＧＣＣ回路のうち少なくとも１つを含んでもよい。本発明の実施形態は、単一の燃料回路１２７又は複数の燃料回路１２７を具備する燃料供給系統１２５を有するガスタービン１００に適用されてもよい。

一般に、圧縮機部分１１０は、複数の入口案内翼（ＩＧＷ）１１５と、図１に太い矢印により示されるように吸気を圧縮するように構成された複数の動翼及び静翼とを含む。燃焼系統１２０の内部で圧縮空気と燃料は混合され、点火され、動作流体を形成する。

一般に、動作流体は燃焼系統１２０からタービン部分１３０に向かって下流側へ流れる。タービン部分１３０は、複数の回転構成要素及び静止構成要素（いずれも図示せず）を含む。それらの構成要素は、回転子１４０の周囲に配置され、動作流体を機械的トルクに変換するように機能してもよい。機械的トルクは、圧縮機部分１１０及びガスタービン１００と一体に形成された負荷１４５を回転子１４０を介して駆動するために使用されてもよい。

動作中、ガスタービン１００を始動する周知の方法は次のようなステップを含む。負荷整流インバータ（ＬＣＩ）などの始動手段１５５は、ガスタービン１００を事前定義済みパージ速度まで加速する。尚、始動手段はＬＣＩに限定されない。通常、始動手段１５５は事前に定義された一定のスケジュールに従って動作する。事前定義済みタイマが時間切れになるまで、パージ速度は維持される。このタイマは、十分な気流が排気系統（図示せず）を通過するように保証するために使用され、十分な気流が通過した後にパージ処理は完了する。

パージが完了した後、始動手段１５５はガスタービン１００を事前定義済み点火速度まで減速する。この点火速度で、燃焼系統１２０及び燃料回路１２７の弁は、点火燃料流れを供給するための事前定義済み位置に切り換えられ、開ループ燃料流れ原理に従って制御される。点火後に事前定義済み準備タイマが時間切れになった後、始動手段１５５及び制御システム１５０は協働してガスタービンをＦＳＮＬなどの一次動作速度まで加速するが、一次動作速度はＦＳＮＬに限定されない。始動手段１５５の一定のスケジュールは、性能、吸気条件及び他の動作変数などの動作パラメータの変化を考慮に入れない。尚、動作パラメータはここで挙げたパラメータに限定されない。そこで、制御システム１５０は、ターボ機械の燃焼又は排気などの始動時間及び温度を変化させるガスタービン１００のＦＳＲを調整することにより補償を実行することを要求されてもよい。尚、ＦＳＲは燃焼又は排気に限定されない。

図２は、図１の周知の始動方法に係る加速曲線を示したグラフである。図２は回転子の速度（％）と始動時間（秒）との関係を示す。１００％の速度はガスタービン１００が一次動作速度に到達していることを示す。図２は同じガスタービン１００の複数回の始動中に起こりうる変化を更に示す。速度の変化は、ガスタービン１００の始動過程に対する動作パラメータの変化の影響を示す。始動１は所望の始動又は公称始動であると考えられてもよい。始動２は、おそらくはガスタービン１００の燃焼過剰によって総始動時間が公称時間より著しく短くなっているために急速始動であると考えられてもよい。始動３は、おそらくはガスタービン１００の燃焼不足によって総始動時間が公称時間より相当に長くなっているために低速始動であると考えられてもよい。前述のように、ガスタービン１００の燃焼過剰又は燃焼不足は動作パラメータの変化に起因すると考えられてもよい。

図３は図１の周知の始動方法に係る温度曲線を示したグラフである。図３はガスタービン１００の温度と始動時間（秒）との関係を示す。この温度は、燃焼温度、普遍的基準温度、排気温度などであってもよいが、それらに限定されない。等温線は、物理的理由及び／又は熱力学的理由によってガスタービン１００が到達することを許容される最高温度を示す。図３は同じガスタービン１００の複数回の始動中に起こりうる変化を更に示す。温度の変化は、ガスタービン１００の始動過程に対する動作パラメータの変化の影響を示す。始動１は所望の始動又は公称始動であると考えられてもよい。始動２は、ガスタービン１００の公称始動であると考えられる始動１より温度が相当に高いために燃焼過剰始動であると考えられてもよい。始動３は、おそらくはガスタービン１００の燃焼不足によって始動１より温度が相当に低くなっているために燃焼不足始動であると考えられてもよい。

本発明は方法、システム又はコンピュータプログラムとして実現されてもよいことが理解されるだろう。従って、本発明は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）又は本明細書においてすべて一般に「回路」、「モジュール」又は「システム」と呼ばれるソフトウェアの態様とハードウェアの態様とを組み合わせた実施形態のいずれかの形態をとってもよい。更に、本発明は、コンピュータ使用可能プログラムコードが実現されているコンピュータ使用可能記憶媒体に格納されたコンピュータプログラムの形態をとってもよい。本明細書において使用される場合の用語「ソフトウェア」及び「ファームウェア」は、互換性を有し且つプロセッサにより実行されるためにＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ及び不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含むメモリに格納された任意のコンピュータプログラムを含む。上記のメモリの種類は単なる例であり、コンピュータプログラムを記憶するために使用可能なメモリの種類に関して本発明を制限するものではない。

任意の適切なコンピュータ可読媒体が利用されてよい。コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ可読媒体は、例えば、電子システム、電子装置又は電子伝播媒体、磁気システム、磁気装置又は磁気伝播媒体、電磁システム、電磁装置又は電磁伝播媒体、赤外線システム、赤外線装置又は赤外線伝播媒体、あるいは半導体システム、半導体装置、半導体デバイス又は半導体伝播媒体であってもよいが、それらに限定されない。コンピュータ可読媒体の更に特定された例（それらに限定されない）は、１つ以上のワイヤを有する電気接続、携帯型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）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、光ファイバ、携帯型コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ‐ＲＯＭ）、光記憶装置、インターネット又はイントラネットを支援する媒体のような送信媒体、あるいは磁気記憶装置を含むだろう。尚、例えば、紙又は他の媒体を光学的走査によってプログラムを電子的に取り込み、コンパイルし、解釈し又は必要に応じて適切な方法により処理することが可能であり、更に、コンピュータメモリに格納可能であるという理由により、コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ可読媒体は、プログラムが印刷された紙又は別の適切な媒体であってもよいだろう。本明細書に関しては、コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ可読媒体は、命令実行システム又は命令実行装置により使用するために、あるいは命令実行システム又は命令実行装置と関連して使用するためのプログラムを含み、格納し、通信し、伝播し又は搬送することが可能である任意の媒体であってもよい。

本明細書において使用される場合の用語「プロセッサ」は、中央処理装置、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）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路及び本明細書において説明される機能を実行可能な他の任意の回路又はプロセッサを示す。

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＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語で書き込まれてもよい。しかし、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、「Ｃ」プログラミング言語又はそれに類似する言語などの従来の手続き型プログラミング言語で書き込まれてもよい。プログラムコードは、ユーザのコンピュータですべて実行されてもよく、独立型ソフトウェアパッケージとして一部がユーザのコンピュータで実行されてもよく、一部がユーザのコンピュータで実行され且つ一部が遠隔コンピュータで実行されてもよく、あるいは遠隔コンピュータですべて実行されてもよい。遠隔コンピュータで実行される場合、遠隔コンピュータは、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）を介してユーザのコンピュータに接続されてもよいが、外部コンピュータ（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）に対する接続が実行されてもよい。

以下に、本発明の実施形態に係る方法、装置（システム）及びコンピュータプログラムを示したフローチャート及び／又はブロック図を参照して本発明を説明する。フローチャート及び／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り実現可能であることが理解されるだろう。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を介して実行された命令がフローチャート及び／又はブロック図の１つ以上のブロックにおいて指定される機能／動作を実現する手段を形成するように機械を形成するために、そ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もよい。

それらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読メモリに格納されてもよく、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、特定の態様で機能することを指示可能である。コンピュータ可読メモリに格納された命令は、フローチャート及び／又はブロック図の１つ以上のブロックにおいて指定される機能／動作を実現する命令手段を含む製造物品を生成する。コンピュータプログラム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ロードされてもよい。それらの命令は、コンピュータ実現処理を生成するために、コンピュータ又は他のプログラム可能装置において一連の動作ステップを実行させてもよい。コンピュータ又は他のプログラム可能装置において実行された場合、命令は、フローチャート及び／又はブロック図のブロックで指定される機能／動作を実現するためのステップを提供する。

再び図を参照すると、図４は、本発明の一実施形態が動作してもよい環境を示した概略図である。図２に示される構成要素の大半は、図１に関して説明したガスタービン１００の構成要素と同一である。図４を参照して、ガスタービン１００に適用される本発明の一実施形態に焦点を絞って説明する。本発明の一実施形態は変形制御システム１５０を提供してもよい。

本発明の実施形態は、始動過程を通してガスタービン１００の始動手段１５５を能動的に制御する閉ループ制御原理を採用する。制御システム１５０は、本発明の方法の一実施形態をガスタービン１００に適用するアルゴリズムを含むように構成されてもよい。本発明は、負荷整流インバータ（ＬＣＩ）１５５の形態を有してもよい始動手段１５５の公称動作スケジュールを調整する方法を提供する。方法の実施形態は、１つにはガスタービン１００と関連する１つの動作パラメータ１６０に基づいて部分的に公称動作スケジュールを調整してもよい。以下に説明するように、この動作パラメータは、回転子速度、所望の始動時間などを含んでもよいが、それに限定されない。制御システム１５０は、ガスタービン１００と関連する動作パラメータ１６０を受信してもよい。

一般に、動作パラメータ１６０は、始動過程中にガスタービン１００に直接又は間接的に影響を及ぼすパラメータを含む。それらの動作パラメータ１６０は、ガスタービン１００の排気温度、燃焼温度、燃焼基準温度、周囲条件、回転子速度、回転子加速及び物理的特性を含んでもよいが、それらに限定されない。周囲条件は、温度、湿度及び気圧を含んでもよいが、それらに限定されない。ガスタービン１００の物理的特性又は特徴は、圧縮機部分１１０の汚損、吸気系統（図示せず）の清浄度、燃料供給系統１２５、燃焼系統１２０又はＩＧＶ１１５の構成要素の精度／校正を含んでもよいが、それらに限定されない。

本発明の実施形態の閉ループ制御原理は、動作パラメータの目標値（又は目標範囲）と動作パラメータの測定値、すなわち、リアルタイム値との差を能動的に判定する。その差は、ＬＣＩ１５５の公称動作スケジュールを調整するために使用される。

この原理は、燃焼不足又は燃焼過剰の発生を減少又は排除することなどの多くの利点を提供するが、利点はそれに限定されない。これにより、ガスタービン１００の総始動時間が短縮されてもよい。更に、始動過程中にＬＣＩ１５５を能動的に制御することにより、ガスタービン１００は再現性をもってほぼ最適の始動過程を実行してもよい。更なる利点は、熱過渡状態が減少するので、部品の耐用年数が延びることである。図５を参照して、制御システム１５０により採用される本発明の方法の一実施形態を更に詳細に説明する。

図５は、本発明の一実施形態に係るシステムを能動的に制御する方法５００のアルゴリズムを示した処理図である。

方法５００を実行するように構成された制御システムは、操作員が以下に説明されるステップをナビゲートできるようにするためのグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を構成してもよい。本発明の一実施形態は、ＬＣＩ１５５の公称動作スケジュールに必要な調整をリアルタイムで判定してもよい。以下に説明されるように、ステップ５１０及び５１５において使用されるアルゴリズムは、多次元ルックアップテーブル、物理ベースモデルなどの形態であってもよい。これにより、始動過程に対する複数のパラメータの影響が正確に判定されてもよい。

本質的には、方法５００の一実施形態は、所望のパラメータに適合するためにＬＣＩ１５５の動作を調整してもよい。このパラメータは、例えば、時間、速度又は温度の形態を有してもよいが、それに限定されない。パラメータが時間である場合、操作員はガスタービン１００の始動を特定の時間内に完了させることを望んでもよい。その場合、方法５００は、その特定の時間内に始動過程を完了させるためにＬＣＩ１５５の公称動作スケジュールをどのように調整すべきかを判定してもよい。

ブロック５１０において、方法５００は、パラメータの目標値を判定するためにパラメータ目標スケジュールブロックを採用してもよい。ルックアップテーブルは独立変数であるパラメータＨ及びパラメータＶを含んでもよい。パラメータＨ、Ｖ、は、速度、時間などの形態を有してもよい。ブロック５１０は入力パラメータ５０５を受信してもよい。次に、ブロック５１０は、パラメータＨ、Ｖ及びルックアップテーブルに対する他の入力に基づいてパラメータ目標値５１３を判定してもよい。

次に説明する限定的な意味を持たない実施例は、使用中にブロック５１０がどのように機能するかの一実施例を提供する。この限定的な意味を持たない実施例は、以下に説明されるように、方法５００の他の要素を説明する際に使用されてもよい。操作員は、ガスタービン１００の始動過程を特定の時間内に完了させることを望んでもよい。この場合、入力パラメータ５０５は時間である。パラメータＨも時間であってもよく、パラメータＶは回転子速度であってもよい。ブロック５１０に対する他の入力は周囲条件及び圧縮機部分１１０の汚損であってもよい。図示されるように、ブロック５１０の出力であるパラメータ目標値５１３は、所望の時間内に回転子１４０をＦＳＮＬまで加速するために必要な回転子加速であってもよい。

方法５００のブロック５２５において、ジャンクションはパラメータ目標値５１３とパラメータ測定値１６０との差を判定してもよい。パラメータ測定値１６０を受信した後、加算ジャンクションは、生成された差を誤差信号５２７などとして出力してもよい。図５においてジャンクション５２５は加算器ブロックとして示されるが、本発明は、ブロック５２５のジャンクションとして加算器を使用することに限定されない。方法５００の他の実施形態は、パラメータ目標値５１３とパラメータ測定値１６０との差を判定するためのスケーラ、乗算器などの他のエンジンを含んでもよいが、それに限定されない。

ブロック５１０と関連する限定的な意味を持たない実施例の説明を続けると、パラメータ目標値５１３は回転子加速度の目標値であってもよい。パラメータ測定値１６０は回転子加速度の現在の値であってもよい。従って、誤差信号５２７は、パラメータ目標値５１３とパラメータ測定値１６０との差を示してもよい。

パラメータ測定値１６０はガスタービン１００の動作データから取り出されてもよい。この動作データは、入力パラメータ５０５としてユーザが選択してもよい他のパラメータであると考えられてもよい。動作データは、圧縮機部分１１０により吸引される空気の物理的特性、圧縮機部分１１０の物理的特性、燃料の物理的特性、燃料供給系統１２５の物理的特性及びガスタービン１００の現在の動作パラメータに関連してもよい。空気の物理的特性は、温度、圧力、湿度及び他の周囲条件を含んでもよいが、それに限定されない。圧縮機部分１１０の物理的特性は、圧縮機の清浄度及び汚損に関するデータを提供してもよい。それらの物理的特性は、流量、圧力、差圧などを含んでもよいが、それに限定されない。燃料の物理的特性は、燃料の加熱値、比重、温度、ウォッベ指標などを含んでもよいが、それに限定されない。燃料供給系統１２５の物理的特性は燃料供給系統１２５の構成要素の精度に関連してもよい。このデータは、弁基準値とフィードバック値との差、圧力、流量などを含んでもよいが、それに限定されない。ガスタービン１００の現在の動作パラメータは、ターボ機械の速度及び加速を含んでもよいが、それに限定されない。

ブロック５２０において、方法５００は始動手段調整ブロックを採用してもよい。ブロック５２０は、目標パラメータに適合するようにガスタービン１００に必要とされる調整を判定するためにルックアップテーブル、物理ベースモデルなどの形態を有してもよい。図示されるように、ルックアップテーブルなどは入力パラメータ５０５及び誤差信号５２７を受信してもよい。入力パラメータ５０５はブロック５２０のパラメータＨであってもよい。次に、ブロック５２０は、誤差信号５２７及び入力パラメータ５０５に基づいて始動手段調整コマンド５２３を生成してもよい。コマンド５２３は、ＬＣＩ１５５の公称動作スケジュールに対して実行されてもよい調整であると考えられてもよい。

先に説明したブロックと関連する限定的な意味を持たない実施例の説明を続けると、誤差信号５２７は、指定された時間内に回転子１４０がＦＳＮＬに到達するために必要とされる回転子加速に対する調整を示してもよい。ブロック５２０は、加速度に基づく誤差信号をＬＣＩ動作スケジュールに基づく値に変換してもよい。

ブロック５１５において、方法５００は、ＬＣＩに対する現在のコマンドを判定するためにＬＣＩ公称スケジュールブロックを採用してもよい。ルックアップテーブルは、独立変数である始動平均トルク及びパラメータＨを含んでもよい。パラメータＨは、速度、時間などの形態を有してもよい。ブロック５１５は入力パラメータ５０５を受信してもよい。次に、ブロック５１５は、始動平均トルク、パラメータＨ及びルックアップテーブルに対する他の入力に基づいて始動手段コマンド目標５１７を判定してもよい。

先に説明したブロックと関連する限定的な意味を持たない実施例の説明を続けると、始動手段コマンド目標５１７は、所望の始動時間に基づくトルクコマンドの公称値を示してもよい。ブロック５１５は、この場合には始動時間である入力パラメータ５０５を始動手段コマンド目標５１７に基づくトルクに変換してもよい。始動手段コマンドは公称ＬＣＩ動作スケジュールに基づいてもよい。

ステップ５３０において、方法５００は、入力パラメータ５０５の要求に適合するようにガスタービン１００を加速するために必要な始動手段要求５３３を判定してもよい。ステップ５１５で生成された始動手段コマンド５１７を調整するために、ジャンクション５３０などは、ステップ５２０で生成された始動手段調整コマンド５２３を使用してもよい。これは、本質的には、始動手段１５５の公称動作スケジュールをリアルタイムで調整する効果を有してもよい。

図５においてジャンクション５３０はスケーラブロックとして示されるが、本発明は、ブロック５３０のジャンクションとしてスケーラを使用することに限定されない。方法５００の他の実施形態は、要素５１７及び５２３の値を組み合わせるために、スケーラ、乗算器などの他のエンジンを含むが、それに限定されない。

種々のブロックと関連する限定的な意味を持たない実施例の説明を続けると、始動手段要求５３３は、ＬＣＩ１５５へ送出されるトルクコマンドを示してもよく且つ所望の始動時間に基づく。始動手段要求５３３は、公称ＬＣＩ動作スケジュールに対する調整であると考えられてもよい。始動手段要求５３３は、先に説明した誤差信号５２７を減少するために使用される。

図６は、本発明の一実施形態に係る図５の方法５００に従った加速曲線を示したグラフである。図６は回転子の速度（％）と始動時間（秒）との関係を示す。１００％の速度は、ガスタービン１００が公称動作速度又は一次動作速度に到達したことを示す。図２と比較して、図６は、同じガスタービン１００の複数回の始動中に起こりうる変化が著しく減少したことを示す。図６において、始動１、始動２及び始動３は、湾曲に若干の相違はあるが、ほぼ同じトレンドに従っている。更に、図６は、始動１、始動２及び始動３の始動完了時間がほぼ同一の持続時間を有することを示す。本発明の実施形態は、ガスタービン１００の燃焼過剰及び／又は燃焼不足を著しく減少してもよい。

図７は、本発明の一実施形態に係る図５の方法５００に従った温度曲線を示したグラフである。図７はガスタービン１００の温度と始動時間（秒）との関係を示す。この温度は、例えば、燃焼温度、汎用基準温度、排気温度などであってもよいが、それに限定されない。この場合、等温線は、物理的理由及び／又は熱力学的理由によってガスタービン１００が到達することが許容される最高温度を示す。図３と比較して、図７は、同じガスタービン１００の複数回の始動中に起こりうる変化が著しく減少したことを示す。図３に示される始動時間中に起こる温度の変化は相当に大きく減少している。前述のように、本発明の実施形態は、ガスタービン１００の燃焼過剰及び／又は燃焼不足を著しく減少してもよい。

前述のように、本発明の実施形態は、ターボ機械を始動するために必要とされる時間を相当に短縮してもよい。始動手段１５５は、ガスタービン１００により発生されるトルクのリアルタイム判定と関連して閉ループ原理に従って動作するので、本発明の実施形態は始動時間の変化を著しく減少してもよい。

本発明の他の可能な実施形態を形成するために、いくつかの例示的な実施形態に関連して先に説明された多くの種々の特徴及び構成が選択的に更に適用されてもよいことは当業者には理解されるだろう。更に、以下に示されるいくつかの特許請求の範囲に含まれるあらゆる組み合わせ及び可能な実施形態は本出願の一部であることを意図するが、本発明が可能な限りすべて詳細に提供又は説明されるわけではないことも当業者には理解されるだろう。また、本発明のいくつかの例示的な実施形態の説明から、当業者は、改良、変更及び変形を認識するだろう。当業者の理解の範囲内のそのような改良、変更及び変形も添付の特許請求の範囲に含まれることが意図される。更に、以上の説明は本出願の説明済みの実施形態のみに関連すること、並びに添付の特許請求の範囲及びそれと同等のものにより定義される本出願の精神及び範囲から逸脱することなく多くの変更及び変形が実施されてもよいことは明らかなはずである。

１００ ターボ機械
１１０ 圧縮機部分
１１５ 入口案内翼（ＩＧＶ）
１２０ 燃焼系統
１２５ 燃料供給系統
１２７ 燃料回路
１３０ タービン部分
１４０ 回転子
１４５ 負荷
１５０ 制御システム
１５５ 始動システム
１６０ パラメータ測定値
２００ グラフ
３００ グラフ
５００ ブロック図
５０５ 入力パラメータ
５１０ パラメータ目標スケジュールブロック
５１３ パラメータ目標
５１５ 始動手段公称スケジュールブロック
５１７ 始動手段コマンド
５２０ 始動手段調整ブロック
５２３ 始動手段調整コマンド
５２５ ジャンクション
５２７ 誤差信号
５３０ ジャンクション
５３３ 始動手段要求
６００ グラフ
７００ グラフ

Claims (10)

1. 動力機械（１００）の始動過程中に始動システム（１５５）を能動的に制御する方法（５００）において、
   動力機械（１００）の動作と関連するパラメータ（５０５）の目標範囲（５１０）を判定することと；
   前記パラメータ（５０５）の測定値（１６０）を判定することと；
   前記目標範囲と前記測定値との差であるパラメータ差（５２５、５２７）を判定することと；
   前記パラメータ差（５２７）に基づいて始動システム（１５５）の動作スケジュール（５１５）を調整することとから成り、
   前記方法（５００）は前記パラメータ差（５２７）に基づいて前記始動システム（１５５）の出力（５３３）を調整し、且つ前記出力（５３３）は始動過程中の前記動力機械（１００）の加速に寄与する方法（５００）。
2. 前記動力機械（１００）は回転子（１４０）を具備するターボ機械（１００）である請求項１記載の方法（５００）。
3. 前記始動システム（１５５）は負荷整流インバータ（ＬＣＩ）（１５５）である請求項２記載の方法（５００）。
4. 前記パラメータ（５０５）は、前記ターボ機械（１００）の排気温度、燃焼温度、周囲条件、回転子速度、回転子加速、時間又は物理的パラメータのうち少なくとも１つである請求項３記載の方法（５００）。
5. 前記パラメータ（５０５）の目標範囲（５１０）を判定するステップは、
   前記動力機械（１００）の動作に関連する第１のパラメータを選択するステップと；
   前記動力機械（１００）の動作に関連する第２のパラメータを選択するステップと；
   前記第２のパラメータの値を判定するために前記第１のパラメータに関するリアルタイムデータを受信するルックアップテーブルを具備するアルゴリズム（５２０）を利用するステップとを含み、
   前記第２のパラメータの値は前記パラメータ（５０５）の目標値である請求項４記載の方法（５００）。
6. 始動手段調整コマンド（５２３）を判定するためのステップを実行することを更に含み、前記ステップは、
   前記パラメータ（５０５）の前記目標値に関するデータを受信するステップと；
   前記パラメータ（５０５）の測定値に関するデータを受信するステップと；
   前記目標値と前記測定値との差を含む誤差信号（５２７）を生成するステップと；
   前記誤差信号（５２７）に基づいて始動手段調整コマンド（５２３）を生成するために始動手段調整ブロック（５２０）を利用するステップとを含む請求項５記載の方法（５００）。
7. 始動手段要求（５３３）を判定するためのステップを実行することを更に含み、前記ステップは、
   前記始動手段調整コマンド（５２３）を受信するステップと；
   前記始動システム（１５５）の公称スケジュールに基づく始動手段コマンド（５１７）を受信するステップと；
   前記始動手段調整コマンド（５２３）を前記始動手段コマンド（５１７）と組み合わせることにより、始動手段要求（５３３）を生成するためにジャンクション（５３０）を利用するステップとを含み、
   前記始動手段要求（５３３）は前記誤差信号（５２７）に基づいて前記公称スケジュール（５１５）を調整する請求項６記載の方法（５００）。
8. ガスタービン（１００）の始動過程中に負荷整流インバータ（ＬＣＩ）（１５５）を能動的に制御する方法（５００）において、
   ガスタービン（１００）の動作と関連するパラメータ（５０５）の目標範囲（５１０、５１３）を判定することと；
   前記パラメータ（５０５）の測定値（１６０）を判定することと；
   前記目標範囲（５１３）と前記測定値（１６０）との差であるパラメータ差（５２５）を判定することと；
   前記パラメータ差（５２５）に基づいて前記ＬＣＩ（１５５）の動作スケジュール（５１５）を調整することとから成り、
   前記方法（５００）は、前記ガスタービン（１００）の始動過程中に前記パラメータ差（５２５）に基づいて前記ＬＣＩ（１５５）の出力を連続的に調整し、且つ前記出力は前記ガスタービン（１００）の加速に寄与する方法（５００）。
9. 前記パラメータ（５０５）の目標値（５１０、５１３）を判定するステップは、
   前記ガスタービン（１００）の動作に関連する第１のパラメータを選択するステップと；
   前記ガスタービン（１００）の動作に関連する第２のパラメータを選択するステップと；
   前記第１のパラメータに関するリアルタイムデータを受信するルックアップテーブルを具備するアルゴリズム（５２０）を利用することにより前記第２のパラメータの値を判定するステップとを含み、
   前記第２のパラメータの値は前記アルゴリズムの出力であり且つ前記第２のパラメータの値は前記パラメータ（５０５）の前記目標値である請求項８記載の方法（５００）。
10. 前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータは、それぞれ動作時間又は回転子速度のうち少なくとも１つである請求項９記載の方法（５００）。

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