JP2013139766A - 流体分離の監視及び／又はバルブの正常性の監視を行うためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流体分離の監視及び／又はバルブの正常性の監視を行うためのシステム及び方法を提供すること。
【解決手段】本発明の主題は、全体的に、ガスタービン用の燃料システム及び該燃料システムにおける流体分離を監視する方法に関する。より詳細には、本システム及び方法は、圧力差を測定し、該測定値を所定値と比較することを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明の主題は、全体的に、ガスタービンに関し、より詳細には、流体分離の監視及び／又はバルブの正常性の監視を行うためのシステム及び方法に関する。

ガスタービンエンジンは、発電などの分野で広く利用されている。従来のガスタービンシステムは、圧縮機と、１以上の燃焼器と、タービンとを含む。圧縮機において加圧空気が発生して燃焼器に供給され、ここで加圧空気が燃料と混合されて燃焼する。高温燃焼ガスは、燃焼器からタービンに流れ、ガスタービンシステムを駆動して電力を生成する。

ガスタービンシステムにおいて、燃料システムが燃料を燃焼器に供給する。燃焼器外部での意図しない燃焼を避けるために、燃料システムは、高温空気又は２次燃料などの他のシステム流体を供給する配管から燃料供給配管を区分するよう構成されている。多くのガスタービンシステムにおいて、燃料システムは、不活性ガスを利用して他のシステム流体から燃料を区分する。このようなガスタービンシステムにおいて、燃料と他のシステム流体との間の流体分離を維持するために、流体システムは、燃料供給配管と他のシステム流体を供給する配管との間のキャビティを不活性ガスで充填し、該不活性ガスを燃料及び他のシステム流体よりも高い圧力に維持する。

現在のところガスタービンにおける流体分離を維持するために、燃料と他のシステム流体を分離する不活性ガスは、一定の所定圧力に保たれている。この所定圧力は、タービン作動条件の最悪の見通しに基づいて燃料及び他のシステム流体のこれまでの最大圧力に安全マージンを加えることによって決定される。この方法は、タービンに流入する空気の周囲温度及び該タービンに加わる負荷など、多くの要因が燃料及び他のシステム流体の圧力に影響を及ぼす可能性があるので、極めて高く且つ過度に控えめな不活性ガス圧力要件をもたらすことが多かった。更に、現行の方法の高い不活性ガス圧力要件は、高い不活性ガス流量、大きな高圧不活性ガス貯蔵要件、及びシステム作動における融通性のない制御限界をもたらす。

従って、不活性ガスの所要圧力の変化を考慮した、ガスタービンにおいて流体分離を監視するための新規のシステム及び方法が必要とされる。

加えて、燃料システム内では、バルブを用いて燃料及び他のシステム流体の流量を制御する。これらのバルブの保守整備は、ガスタービンシステムの運転効率及び安全性にとって不可欠である。例えば、漏洩バルブは、タービンシステムの予定外のシャットダウン又は燃料と他のシステム流体の危険な混合を生じる可能性がある。現在のところ、燃料システムにおけるバルブの保守状況を判定する第一の方法は物理的検査である。しかしながら、物理的検査は、タービンを非運転状態にする必要があることが多いので、高価で多大な時間がかかる。また、物理的検査により特定のバルブ保守に対処することは困難である。

従って、高コストのシャットダウンを回避するような、ガスタービンにおけるバルブの正常性を監視する新規のシステム及び方法が必要とされる。

本発明の態様及び利点は、その一部を以下の説明に記載しており又はその説明から自明なものとすることができ、或いは本発明を実施することにより知ることができる
一実施形態では、第１の流体源キャビティと、隔離キャビティと流れ連通した第２の流体源キャビティとを有するガスタービンにおける流体分離を監視する方法が提供される。本方法は、第１の流体源キャビティとガスタービンの隔離キャビティとの間の圧力差を取得するステップと、圧力差を所定値と比較するステップとを含む。

別の実施形態では、本発明の主題は、燃料を含む燃料キャビティと、
流体を含む流体キャビティと、燃料キャビティ及び流体キャビティと流れ連通し、燃料と流体との間の流体分離を選択的に維持するよう構成された不活性キャビティとを含むガスタービンを開示する。ガスタービンはまた、燃料キャビティと不活性キャビティとの間の圧力差を取得するよう構成されたコントローラを含む。コントローラは更に、圧力差を所定値と比較するよう構成されている。

別の実施形態では、本発明の主題は、バルブの正常性を監視する方法を開示する。本方法は、隔離キャビティ及び該隔離キャビティと流れ連通した流体源キャビティのうちの少なくとも一方の複数の流体パラメータ測定値を取得するステップと、複数の流体パラメータ測定値の経時的傾向を決定するステップと、流体パラメータ測定値の経時的傾向に少なくとも部分的に基づいてバルブに対する保守状況を確立するステップとを含む。

更に別の実施形態では、本発明の主題は、流体源キャビティと、流体源キャビティと流れ連通した隔離キャビティと、隔離キャビティと流体源キャビティとの間の流体流れを選択的に調整するよう構成されたバルブとを有するガスタービンを開示している。ガスタービンはまた、隔離キャビティ及び流体源キャビティのうちの少なくとも一方の複数の流体パラメータ測定値を取得するよう構成されたコントローラを有する。コントローラは更に、複数の流体パラメータ測定値の経時的傾向を決定し、流体パラメータ測定値の経時的傾向に少なくとも部分的に基づいてバルブに対する保守状況を確立するよう構成されている。

本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照するとより理解できるであろう。本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例証しており、本明細書と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。

添付図を参照した本明細書において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示を説明する。

燃料システムの全てのバルブが開放構成にある、本開示の例示的な実施形態によるガスタービンの燃料システムのブロック図。 黒塗りで示された特定のバルブが閉鎖構成にある、通常運転モードにおける図１の燃料システムのブロック図。 黒塗りで示された特定のバルブが閉鎖構成にある、不活性パージモードにおける図１の燃料システムのブロック図。 第１の流体を第２の流体から隔離するよう構成された本開示の例示的な実施形態によるガスタービンのブロック図。 第１の流体を第２の流体から隔離するよう構成された本開示の例示的な実施形態によるガスタービンのブロック図。 本開示の例示的な実施形態によるガスタービンシステムにおける流体分離を監視する方法のフローチャート。 本開示の例示的な実施形態によるバルブの正常性を監視する方法のフローチャート。

本発明の主題は、一般に、ガスタービン用の燃料システム及び燃料システムにおける流体分離を監視するための関連方法に関する。より詳細には、本システム及び方法は、圧力差を測定し、該測定値を所定値と比較することを含む。次に、その１以上の実施例を図面に示している本発明の実施形態について詳細に説明する。各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、当業者であれば、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、種々の修正及び変形を本発明において実施できる点は理解されるであろう。例えば、一実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。

図１は、本開示の態様に従って構成されたガスタービンシステム１００の燃料システム１０２の例示的な実施形態を示す概略配管図である。しかしながら、本明細書で開示される方法及びシステムは、ガスタービン又は本質的に発電プラントの他の任意のタイプでの使用に限定されない点は理解されたい。加えて、本明細書で開示される方法及びシステムはまた、本明細書で例示された厳密な構成以外の様々な他の配管レイアウト及び構成で実施できる点は理解されたい。

図１において、燃料システム１０２の全てのバルブは、開放構成の状態にある。図２及び３では、燃料システム１０２の特定のバルブは、黒塗りで示した閉鎖構成の状態にある。図２及び３のバルブ構成は各々、以下で詳細に説明するように、燃料システム１０２の特定の作動モードに相当する。

図１で分かるように、ガスタービンシステム１００は、タービン１０４、燃焼器１０８、及び圧縮機１０６を含む。燃焼器１０８は、燃料システム１０２から燃料、不活性ガス、及び空気を受け取るよう構成される。燃焼器１０８が受け取った燃料及び空気が燃焼し、タービン１０４及びその後にタービン排出出口ポート１１０に吐出される。燃焼器１０８における燃料及び空気の燃焼は、タービン１０４を駆動するのに使用される。次いで、タービン１０４は、シャフト１０９を介して圧縮機１０６と作動連通し、タービン１０４が圧縮機１０６に動力を供給する。圧縮機１０６は、圧縮機空気入口ポート１１１にて空気を受け取り、該空気が圧縮機１０６を通過するときにこのような空気の圧力を増大させるよう構成される。加圧された吐出空気の一部は、上流側圧縮機吐出パージバルブ１２０及び下流側圧縮機吐出パージバルブ１２２を通って燃焼器１０８に送ることができる。

図１で分かるように、燃料システム１０２はまた、燃料源１４０から燃料を受け取る。燃料は、シンガス、天然ガス又は他の何れかの好適な燃料とすることができる。燃料バルブ１４２及び制御バルブ１４４は、燃料源１４０から燃焼器１０８への燃料の流れを選択的に調整するよう構成される。

図１に示すように、燃料システム１０２はまた、不活性流体を供給するための不活性流体源１３０を含み、該不活性流体を用いて燃料システム１０２の一部をパージすることができる。不活性流体は、窒素、蒸気、二酸化炭素又は他の何れかの不活性媒体とすることができる。図示の例示的な実施形態では、不活性流体源１３０からの不活性流体は、不活性流体供給バルブ１３２及び／又は１３４につながる２つの分岐部を通って供給される。不活性流体供給バルブ１３２、１３４は、不活性流体源１３０からの不活性流体の流れを選択的に調整するよう構成される。

ガスタービンシステム１００はまた、コントローラ１６０を含むことができる。以下で更に詳細に説明するように、コントローラ１６０は、入力又は送信源から信号を受け取り、少なくとも部分的にはこのような信号に応答して特定の機能を実行するよう構成される。例えば、コントローラ１６０は、このような信号を受け取るために、例えば図１に示すような有線接続を介して又は無線接続を介して送信源に通信可能に結合することができる。このような例示的な実施形態では、コントローラ１６０は、メモリと、ガスタービンシステム１００に関連するプログラム命令又はマイクロ制御コードを実行するよう動作可能な汎用又は専用マイクロプロセッサのようなマイクロプロセッサ、ＣＰＵ又は同様のものとを含むことができる。メモリは、ＤＲＡＭのようなランダムアクセスメモリ、或いは、ＲＯＭ又はＦＬＡＳＨのようなリードオンリーメモリに相当することができる。一実施形態では、プロセッサは、メモリ内に記憶されたプログラム命令を実行する。メモリは、プロセッサとは別個の構成要素とすることができ、或いは、プロセッサ内に内蔵して含めることもできる。

図１の図示の例示的な実施形態では、コントローラ１６０は、第１の差圧トランスデューサ１５０及び第２の差圧トランスデューサ１５２などの送信源から信号を受け取るよう構成される。第１及び第２の差圧トランスデューサ１５０、１５２は、バルブが閉鎖構成の状態にあるときに、差圧トランスデューサ１５０、１５２のそれぞれのバルブにかかるそれぞれの差圧を求めるよう構成される。例えば、第１の差圧トランスデューサ１５０は、燃料バルブ１４２にかかる第１の差圧測定値を求めるよう構成され、第２の差圧トランスデューサ１５２は、下流側圧縮機吐出パージバルブ１２２にかかる第２の差圧測定値を求めるよう構成される。ガスタービンシステム１００は、ガスタービンシステム１００の何れかの好適なバルブにかかる差圧を求めるよう構成された追加の差圧トランスデューサ（例えば、上流側圧縮機吐出パージバルブ１２０、下流側圧縮機吐出パージバルブ１２２又は制御バルブ１４４）を含むことができる点は、当業者には理解されるはずであろう。

加えて、図１に示すように、コントローラ１６０は、不活性流体供給バルブ１３２、１３４の流量測定装置１３６からの信号を受け取るよう構成することができる。流量測定装置は、例えば、流量又は質量流センサとすることができる。流量測定装置１３６の各々は、対応する不活性流体供給バルブ１３２、１３４を通って不活性流体の流れを測定するよう構成することができる。従って、コントローラ１６０は、流量測定装置１３６からの信号を受け取ることができ、ここで各信号は、不活性流体供給バルブ１３２、１３４のうちの特定のバルブを通る不活性流体の流れに相当する。代替の実施形態では、コントローラ１６０はまた、追加の流量測定装置からの信号を受け取るよう構成することができ、該追加の流量測定装置は、燃料システム１０２の何れかの部分を通るそれぞれの流体流れを求めるよう構成される。

図２は、特定のバルブが閉鎖されるような通常運転モード又は構成状態にある、図１の燃料システム１０２の例示的な実施形態を示す。閉鎖構成の状態にある図２のバルブは、黒塗りで示されている。通常運転モードでは、燃料が燃料源１４０から燃料キャビティ１８０に提供され、不活性流体源１３０からの不活性流体が不活性キャビティ１７０に供給され、圧縮機１０６からの加圧吐出空気が空気キャビティ１９０に供給される。

加えて、図２で分かるように、ガスタービンシステム１００の通常運転モードでは、上流側及び下流側圧縮機吐出パージバルブ１２０、１２２は閉鎖構成の状態にある。第２の差圧トランスデューサ１５２は、不活性流体キャビティ１７０の不活性流体と燃料キャビティ１８０の燃料との間の圧力差に相当する第２の差圧測定値を求めるよう構成される。従って、コントローラ１６０は、燃料キャビティ１８０と不活性キャビティ１７０との間の第２の圧力差を第２の差圧トランスデューサ１５２から取得するよう構成される。

上述の実施形態又は他の何れかの実施形態では、第２の差圧トランスデューサ１５２は、燃料キャビティ１８０と不活性キャビティ１７０との間の第２の圧力差を取得する必要はない点を理解されたい。例えば、コントローラ１６０は、燃料キャビティ１８０の圧力を取得（例えば、圧力トランスデューサを用いて）し、不活性キャビティ１７０の圧力を取得（例えば、別の圧力トランスデューサを用いて）して、燃料キャビティ１８０の圧力と不活性キャビティ１７０の圧力を比較して第２の圧力差を求めることにより、燃料キャビティ１８０と不活性キャビティ１７０の間の第２の圧力差を取得するよう構成することができる。同様の方法を用いて、燃料システム１０２内の他の何れかの差圧を求めることができる。従って、例示的な実施形態では、別個の圧力トランスデューサ又はセンサを用いて、燃料システム１０２の何れかのキャビティ内の圧力測定値を取得することができ、次いで、このような圧力測定値をコントローラ１６０に送信し、燃料システム１０２のキャビティ間のそれぞれの差圧を求めることができる。また、通常運転モードでは、コントローラ１６０は、上述の追加の差圧トランスデューサの何れかから差圧を受け取るよう構成することができる。

追加の例示的な実施形態では、燃料源１４０の燃料は、単位体積当たり約５％を上回る水素濃度を含有する可能性がある。このような例示的な実施形態では、燃料システム１０２は、燃焼器１０８と流体連通したバックアップ燃料源１９９を含むことができる。このような実施形態では、バックアップ燃料源１９９は、単位体積当たり約５％未満の水素を有するバックアップ燃料を含み、コントローラ１６０は、通常運転モード（例えば、図２に示すモード）から、燃焼器１０８がバックアップ燃料で作動する不活性パージモードまで燃料システム１０２を調整するよう構成することができる。単位体積当たり約５％未満の水素を有するバックアップ燃料は、単位体積当たり約５％を上回る水素を有する燃料よりも危険が少なく、及び／又は規制することができるので、燃料源１４０の燃料と別のシステム流体（例えば、圧縮機１０６からの加圧空気）との間の流体分離が危うい場合には、コントローラ１６０は、燃料システム１０２を不活性パージモードに調整することができる。

図３は、不活性パージモード又は構成（例えば、バックアップ燃料源１９９での作動中に生じる構成）における図１の燃料システム１０２の例示的な実施形態を示し、ここでは燃料システム１０２の特定のバルブが閉鎖されている。図３において、不活性燃料供給バルブ１３２と上流側及び下流側圧縮機吐出パージバルブ１２０、１２２が開放構成の状態にある。燃料システム１０２の他のバルブ１３４、１４２、１４４は閉鎖構成の状態にある。コントローラ１６０は、少なくとも部分的には、以下で説明するような圧力差の低下又は燃料バルブ１４２の上流側で所定閾値を上回る燃料圧力と同時に起こるバックアップ燃料での計画運転に応答して、燃料システム１０２を通常運転モード（例えば、図２に示す構成）からこのような不活性パージモードに調整することができる。図３に示す不活性パージモードでは、タービン１０６からの加圧吐出空気が燃焼器１０８に供給され、バックアップ燃料でのガスタービンシステム１００の運転中に燃焼器１０８内の燃料ノズル（図示せず）にわたって正の圧力比を維持するようにする。加えて、不活性パージモードでは、燃料源１４０は、意図しない燃焼を回避するため吐出空気から区分される。従って、燃料バルブ１４２及び制御バルブ１４４は、燃料システム１０２の残りの部分から燃料を区分するために閉鎖構成状態にある。

不活性パージモードでは、第１の差圧トランスデューサ１５０は、不活性パージ流体キャビティ１７１の不活性流体と燃料パージキャビティ１８１の燃料との間の圧力差に相当する第１の差圧測定値を求めるよう構成される。従って、図３に示す例示的な実施形態にいて、コントローラ１６０は、第１の差圧トランスデューサ１５０を用いて燃料パージキャビティ１８１と不活性パージ流体キャビティ１７１との間の第１の圧力差を取得するよう構成される。また、不活性パージモードでは、コントローラ１６０は、上述の追加の差圧トランスデューサの何れかからの差圧を受け取るよう構成することができる。

バックアップ運転モードでは、ガスタービンシステム１００は、燃料源１４０からの燃料で作動しない。従って、バックアップ運転モードでは、燃料は、流体混合を避けるために加圧吐出空気から区分される。燃料バルブ１４２は、燃料システム１０２の残りの部分から燃料を区分するために閉鎖構成に調整される。

バックアップ燃料モードでは、第１の差圧トランスデューサ１５０を用いて、燃料バルブ１４２により分離される燃料と不活性流体との間の圧力差を監視する。上述のように、第１の圧力差低下が所定値を下回る場合、コントローラは、ガスタービンの負荷を軽減するか又は圧縮機１０６からの吐出空気に燃料源１４０が接触する恐れから保護するための他の所定の措置をとることができる。

図４は、本開示の特定の例示的な実施形態による、ガスタービン４００の流体システム４０２のブロック図を示す。図４に示す実施形態では、流体システム４０２は、第１の流体源キャビティ４３２と隔離キャビティ４２２との間の流れを選択的に調整するよう構成された第１のバルブ４５０を含む。流体システム４０２の第１の流体源キャビティ４３２は、第１の流体源４３０からの第１の流体を受け取るよう構成される。第１の流体は、燃料又は他の何れかの流体とすることができる。図４に示す実施形態では、流体システム４０２はまた、第２の流体源キャビティ４４２と隔離キャビティ４２２との間の流れを選択的に調整するよう構成された第２のバルブ４７０を含む。流体システム４０２の第２の流体源キャビティ４４２は、第２の流体源４４０から第２の流体を受け取るよう構成される。第２の流体は、空気又は他の何れかの好適な流体とすることができる。加えて、図４のガスタービン４００の流体システム４０２は、流体源４２０から隔離キャビティ４２２への流体の流れを選択的に調整するよう構成された第３のバルブ４６０を含む。流体は、窒素、蒸気、二酸化炭素又は他の何れかの不活性媒体とすることができる。

図４に示す例示的な実施形態では、第１及び第２のバルブ４５０、４７０は、閉鎖構成の状態にある。従って、第１の流体源キャビティ４３２には、第１の流体供給部４３０から第１の流体が供給され、第２の流体源キャビティには、第２の流体供給部４４０から第２の流体が供給される。図４で分かるように、第３のバルブ４６０は、流体供給部４２０からの流体が隔離キャビティに供給されるように開放構成の状態にある。

図４で分かるように、ガスタービン４００の流体システム４０２はまた、コントローラ４１０を含む。コントローラ４１０は、上述の実施形態のコントローラ１６０と同様とすることができる。コントローラ４１０は、圧力トランスデューサ４１６及び差圧トランスデューサ４１２などの送信源から信号を受け取るよう構成される。圧力トランスデューサ４１６は、流体隔離キャビティ４２２の圧力測定値を取得するよう構成され、差圧トランスデューサ４１２は、第２のバルブ４７０にかかる差圧測定値を求めるよう構成される。代替の実施形態では、コントローラ４１０は、流体システム４０２の他の何れかのキャビティのそれぞれの圧力を求めるよう構成された追加の圧力トランスデューサから信号を受け取るよう構成することができる。コントローラ４１０はまた、流体システム４０２の何れかの好適なバルブ（例えば、第１のバルブ４５０）にかかる差圧を求めるよう構成された追加の差圧トランスデューサから信号を受け取るよう構成することができる。

加えて、図４に示すように、コントローラ４１０は、第３のバルブ４６０を通る流体の流量を求める流量測定装置４１８から信号を受け取るよう構成される。代替の実施形態では、コントローラ４１０は、流体システム４０２の他の何れかのバルブを通るそれぞれの流体の流量を求めるよう構成された追加の流量測定装置から信号を受け取るよう構成することができる。

図５は、本開示の特定の例示的な実施形態による、ガスタービン５００の流体システムのブロック図を示す。図５に示す実施形態では、流体システム５０２は、第１の流体源キャビティ５３２と隔離キャビティ５２２との間の流れを選択的に調整するよう構成された第１のバルブ５５０を含む。流体システム５０２の第１の流体源キャビティ５３２は、第１の流体源５３０から第１の流体を受け取るよう構成される。第１の流体は、燃料又は他の何れかの流体とすることができる。図５に示す実施形態では、流体システム５０２はまた、第２の流体源キャビティ５４２と隔離キャビティ５２２との間の流れを選択的に調整するよう構成された第２のバルブ５７０を含む。流体システム５０２の第２の流体源キャビティ５４２は、第２の流体源５４０から第２の流体を受け取るよう構成される。第２の流体は、空気又は他の何れかの好適な流体とすることができる。加えて、図４のガスタービン５００の流体システム５０２はまた、隔離キャビティ５２２から出て大気ベント又はドレイン５２１への流れを選択的に調整するよう構成された第３のバルブ５６０を含む。図５では、隔離キャビティ５２２は、大気ベント５２１に起因して第１及び第２の流体源キャビティ５３２、５４２に対して低い圧力である。

図５で分かるように、ガスタービン５００の流体システム５０２はまた、コントローラ５１０を含む。コントローラ５１０は、上述の実施形態のコントローラ１６０又は４１０と同様とすることができる。コントローラ５１０は、圧力トランスデューサ５１６などの送信源から信号を受け取るよう構成される。圧力トランスデューサ５１６は、流体隔離キャビティ５２２の圧力測定値を取得するよう構成される。代替の実施形態では、コントローラ５１０は、流体システム５０２の他の何れかのキャビティのそれぞれの圧力を求めるよう構成された追加の圧力トランスデューサから信号を受け取るよう構成することができる。

上述のように、コントローラ５１０は、圧力トランスデューサ５１６を用いて隔離キャビティ５２２の圧力を求めることができる。隔離キャビティの圧力は、第１及び第２の流体源キャビティ５３２、５４２の圧力よりも低いので、隔離キャビティ５２２の圧力が増大している場合には、第１の流体及び／又は第２の流体が隔離キャビティ５２２に漏洩していると推測することができる。従って、第１及び第２のバルブ５５０、５７０が適切にシールしていない可能性があり、以下でより詳細に説明するように保守又は交換を必要とする場合がある。

上記で述べたことを繰り返すと、上記で開示された方法及びシステムは、ガスタービン又は発電プラントの他の任意のタイプでの使用に限定されない点は理解されたい。加えて、上記で開示された方法及びシステムはまた、本明細書で例示された厳密な構成以外の様々な他の配管レイアウト及び構成で実施できる点は理解されたい。

ここで図６を参照すると、本開示の例示的な態様による例示的な方法のフローチャートが提供される。本方法５００は、上述の燃料システム１０２のコントローラ１６０又は上述のガスタービン４００のコントローラ４１０によって実施することができる。特定の例示的な実施形態では、本方法は、第１の流体源キャビティと隔離キャビティとの間の圧力差を取得して、該圧力差を所定値と比較することを含むことができる。

ステップ６１０で始まり、圧力差を取得する。例示的な実施形態では、圧力差は、隔離キャビティ（例えば、不活性キャビティ）と第１の流体源キャビティ（例えば、燃料キャビティ）との間の圧力差であり、ここで、隔離キャビティ及び第１の流体源キャビティは流れ連通している。従って、例えば、図２を参照して上述したように、燃料キャビティ１８０と不活性キャビティ１７０との間の圧力差は、第１の差圧トランスデューサ１５０を用いて取得することができ、或いは、図４を参照すると、圧力差は、差圧トランスデューサ４１２を用いて第１の流体源キャビティ４３２と隔離キャビティ４２２との間で取得することができる。同様に、第１の差圧トランスデューサ１５０を用いて、図３の燃料パージキャビティ１８１と不活性パージキャビティ１７１との間の差圧を取得することができる。種々の実施形態では、圧力差は、差圧トランスデューサを用いて、圧力トランスデューサと上述の方法を用いて、或いは他の何れかの好適な方法を用いて取得することができる。

ステップ６２０において、例えば、図２のコントローラ１６０又は図４のコントローラ４１０を用いて差圧を所定値と比較する。図４を参照すると、例示的な実施形態では、所定値は、第１の流体源キャビティ４３２の第１の流体と第２の流体源キャビティ４４２の第２の流体との間の流体分離を維持するよう選択された値である。従って、所定値は、隔離キャビティ４２２の圧力が、第１の流体源キャビティ４３２の圧力及び第２の流体源キャビティ４４２の圧力よりも高いように選択することができる。例えば、第１の流体源キャビティ４３２の圧力及び第２の流体源キャビティ４４２の圧力の大きい方よりも好適な割合だけ上回って維持されるように選択することができる（例えば、第１の流体源キャビティ４３２の圧力及び第２の流体源キャビティ４４２の圧力の大きい方よりも約５％、１０％、２０％又は２５％上回る）。

ステップ６３０において、圧力差が所定値よりも小さいものと判定されると、第１及び第２の流体間の流体分離が危うい可能性があると推測することができる。しかしながら、圧力差が所定値よりも大きいものと判定された場合、流体分離が維持されていると推測することができる。

ステップ６４０において、圧力差が所定値よりも小さくなった場合に警告を出すことができる。従って、例えば、圧力差が所定値よりも小さくなり、第１及び第２の流体源間の流体分離が危うい可能性がある場合には、コントローラは、圧力差の低下をタービンオペレータに警告又はワーニングすることができる。警告は、アラーム、サイレン、視覚的インジケータ又は他の何れかの好適な警告とすることができる。代替の実施形態では、コントローラは、圧力差が所定値よりも小さくなった場合に、タービンを通常運転モードから調整することができる。例えば、コントローラは、圧力差が所定値よりも小さくなった場合に、タービンを異なる負荷出力に調整することができる。例えば、図２を参照すると、圧力差が所定値よりも小さくなると、燃料源１４０の燃料と圧縮機１０６からの空気との間の流体分離が危うくなる可能性がある。従って、例えば、コントローラ１６０は、燃料システム１０２を図３に示す不活性パージ構成に調整して燃料源１４０の燃料を空気キャビティ１８０の吐出空気から更に離隔し、バックアップ燃料で運転するようにすることができ、或いは、コントローラ１６０は、燃料システム１０２を調整してタービン負荷を変えることができる。

追加の例示的な実施形態では、第１の流体は、単位体積当たり約５％を上回る水素濃度を含有する燃料とすることができる。また、所定値は、第１の所定値とすることができる。このような例示的な実施形態では、コントローラは更に、圧力差が第２の所定値よりも小さくなった場合に、単位体積当たり約５％よりも少ない水素濃度を有するバックアップ燃料源１９９に移行し、或いは、圧力差が第３の所定値よりも小さくなった場合にはシャットダウンするよう構成することができる。第１、第２、及び第３の所定値は、これらの値が、可能性のある流体分離障害及びひいては可能性のある危険性のリスクが増大することに相当するよう決定することができる。従って、意図しない流体分離障害は、第１の所定値よりも小さい圧力差からは最も起こりにくく、第３の所定値よりも小さい圧力差から最も起こりやすい。これに応じて、第１、第２、及び第３の所定値よりも小さい圧力差に対するそれぞれの応答は、安全性の増大する応答を表している。従って、警告の作動は、最小限の非常的安全応答を表し、ガスタービンシステム１００のシャットダウンは、このような応答は最も危険な状況に対する応答であるので、最大限の非常的安全応答である。

上述の例示的な実施形態及び他の例示的な実施形態では、燃料システム１０２のバルブは、燃料システム１０２が安全に作動するよう適切に機能すべきである。例えば、図２に示す燃料システム１０２の通常運転モードでは、下流側圧縮機吐出パージバルブ１２２は閉鎖構成の状態にあり、圧縮機１０６の加圧された吐出空気を不活性流体から実質的に区分する必要がある。しかしながら、時間の経過に伴って、燃料システム１０２のバルブが許容可能なレベルで機能しなくなる可能性があり、バルブを補修、保守又は交換することが必要となる場合がある。バルブが補修、保守又は交換を必要としているか否かを判断する助けとして、コントローラ１６０は、燃料システム１０２におけるバルブの主要パラメータを経時的に監視し、バルブの保守状況を判定するよう構成することができる。

図７は、本開示の例示的な態様による例示的な方法のフローチャートを示す。方法６００は、上述の燃料システム１０２のコントローラ１６０又は上述のガスタービン４００のコントローラ４１０によって実施することができる。特定の例示的な実施形態では、本方法は、複数の流体パラメータ測定値を取得し、該複数の流体パラメータ測定値の経時的な傾向を決定し、該流体パラメータ測定値の経時的な傾向に少なくとも部分的に基づいてバルブの保守状況を確立することを含む。

ステップ７１０で始まり、複数の流体パラメータ測定値を取得する。種々の実施形態では、複数の流体パラメータ測定値は、複数の差圧測定値、複数の圧力測定値又は複数の流体流れ測定値とすることができる。従って、例えば、本方法は、供給源キャビティ（例えば、燃料キャビティ１８０、空気キャビティ１９０又は第１及び第２の流体源キャビティ４３０、４４０）と隔離キャビティ（例えば、不活性キャビティ１７０又は不活性流体キャビティ４２２）との間の複数の差圧測定値を取得することを含むことができる。例示的な実施形態では、複数の差圧測定値は、例えば、差圧トランスデューサ（例えば、第１及び第２の差圧トランスデューサ１５０、１５２、４１２）又は圧力トランスデューサと上述の方法とを用いて取得することができる。加えて、本方法はまた、（例えば、圧力トランスデューサ４１６を用いて）供給源キャビティ及び隔離キャビティの少なくとも１つの複数の圧力測定値を取得すること又は、（例えば、流量測定装置１３６、４１８又は流量計を用いて）供給源キャビティ及び隔離キャビティ間の複数の流体流れ測定値を取得することを含むことができる。代替の実施形態では、多様な複数の流体パラメータ測定値を取得することができる。例えば、複数の差圧測定値及び複数の流体流れ測定値を取得することができる。代替の実施形態では、複数の差圧測定値、複数の圧力測定値、及び複数の流体流れ測定値のあらゆる好適な組合せを取得することができる。

ステップ７２０において、複数の流体パラメータの経時的な傾向を決定する。例えば、複数の流体パラメータ測定値の値が経時的に増大している場合、複数の流体パラメータ測定値の傾向は正であり、或いは、複数の流体パラメータ測定値の値が経時的に減少している場合、複数の流体パラメータ測定値の傾向は負である。また、このような実施形態では、複数の流体パラメータ測定値の値が経時的に実質的に一定である場合、複数の流体パラメータ測定値の傾向は実質的に一定である。

ステップ７２０において、コントローラ１６０又は４１０は、不活性流体供給バルブ１３２、１３４又は第３のバルブ４６０を閉鎖構成に調整し、流体パラメータ測定値（例えば、バルブ１３２、１３４又は４６０にかかる差圧）を取得するようにすることができる。コントローラ１６０又は４１０は、短期間の間にバルブ１３２、１３４又は４６０を調整することができる。コントローラ１６０又は４１０は、バルブ１３２、１３４又は４６０のそれぞれにかかる圧力の経時的減少率の傾向を示し、更に傾向データを蓄積することができる。このようなデータを用いて、例えば、以下で説明されるような方式で保守が必要であるかどうかを推測することができる。

ステップ７３０において、バルブの保守状況を確立する。例示的な実施形態では、保守状況は、バルブ（例えば、図２の燃料システム１０２又は図４の流体システム４０２の何れかのバルブ）の物理的状況を示すことができる。従って、負の保守状況は、バルブの検査、補修又は交換を行うべきであることを示すことができ、他方、正の保守状況は、バルブが許容可能なレベルで機能していることを示すことができる。第１の実施例において、複数の流体パラメータ測定値が複数の差圧測定値であり、複数の差圧測定値が正である場合には、減少傾向は、流体が高圧でバルブを通ってキャビティから漏出し、低圧でキャビティ内に入ることを示すことができるので、バルブに対し負の保守状況が確立され、他方、実質的に一定の傾向は、バルブに対し正の保守状況が確立される。例えば、図２の燃料システム１０２の不活性キャビティ１７０と燃料キャビティ１８０との間の複数の差圧測定値の傾向が増大している場合には、経時的な差圧測定値の減少に起因して、不活性ガスがバルブ１４２を通って燃料キャビティ１８０内に漏洩していると推測することができる。第２の実施例において、複数の流体パラメータ測定値が複数の差圧測定値であり、複数の差圧測定値が負である場合には、増大傾向は、流体が高圧でバルブを通ってキャビティから漏出し、低圧でキャビティ内に入ることを示すことができるので、バルブに対して負の保守状況が確立され、他方、実質的に一定の傾向は、バルブに対し正の保守状況が確立される。第３の実施例において、複数の流体パラメータ測定値が複数の圧力測定値である場合には、減少傾向は、流体が測定中のキャビティからバルブを通って別のキャビティに漏洩していることを示すことができるので、バルブに対して負の保守状況が確立され、他方、実質的に一定の傾向は、バルブに対し正の保守状況が確立される。例えば、図２の燃料システム１０２の不活性キャビティ１７０の複数の圧力測定値の傾向が減少している場合には、経時的な圧力測定値の減少に起因して、不活性ガスが制御バルブ１４２を通って燃料キャビティ１８０内に漏洩している、或いは、下流側圧縮機吐出バルブ１２２を通って空気キャビティ１９０内に漏洩していると推測することができる。第４及び最後の実施例において、複数の流体パラメータ測定値が複数の流体流れ測定値である場合には、増大傾向は、より多くの流体が経時的にキャビティ内に流入し、従ってバルブが漏洩する可能性があることを示すことができるので、バルブに対して負の保守状況が確立され、他方、実質的に一定の傾向は、バルブに対し正の保守状況が確立される。例えば、図２の燃料システム１０２の不活性キャビティ１７０への複数の流体流れ測定値の傾向が増大している場合には、経時的な流体流れ測定値の増大に起因して、不活性ガスが制御バルブ１４２を通って燃料キャビティ１８０内に漏洩している、或いは、下流側圧縮機吐出バルブ１２２を通って空気キャビティ１９０内に漏洩していると推測することができる。

ステップ７４０において、バルブが負の保守状況を有すると判定された場合には、バルブの物理的検査、補修又は交換を行うべきであると推測することができ、或いは、バルブが正の保守状況を有すると判定され場合には、バルブは正常な状態にあると推測することができる。

ステップ７５０において、バルブが負の保守状況を有すると判定された場合には、このような判定に少なくとも部分的に応答して、バルブの物理的検査、補修又は交換を行うことができる。

この場合も同様に、本明細書で開示される方法及びシステムは、ガスタービン又は本質的に発電プラントの他の任意のタイプでの使用に限定されない点は理解されたい。加えて、本明細書で開示される方法及びシステムはまた、本明細書で例示された厳密な構成以外の様々な他の配管レイアウト及び構成で実施できる点は理解されたい。

本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

１００ ガスタービンシステム
１０２ 燃料システム
１０４ タービン
１０６ 圧縮機
１０８ 燃焼器
１０９ シャフト
１１０ タービン排出出口ポート
１１１ 圧縮機空気入口ポート
１２０ 上流側圧縮機吐出パージバルブ
１２２ 下流側圧縮機吐出パージバルブ
１３０ 不活性流体源
１３２ 不活性バルブ
１３４ 不活性バルブ
１３６ 流量計
１４０ 燃料源
１４２ 第１の制御バルブ
１４４ 第２の制御バルブ
１５０ 第１の差圧トランスデューサ
１５２ 第２の差圧トランスデューサ
１５４ 第３の差圧トランスデューサ
１５６ 第４の差圧トランスデューサ
１６０ コントローラ
１７０ 不活性キャビティ
１８０ 燃料キャビティ
１９０ 空気キャビティ
４００ 燃料システム
４１０ コントローラ
４１２ 第１の差圧トランスデューサ
４１４ 第２の差圧トランスデューサ
４１６ 圧力トランスデューサ
４１８ 流量計
４２０ 不活性流体源
４２２ 不活性流体キャビティ
４３０ 第１の流体源
４３２ 第１の流体源キャビティ
４４０ 第２の流体源
４４２ 第２の流体源キャビティ
４５０ 第１のバルブ
４６０ 第３のバルブ
４７０ 第２のバルブ

Claims (20)

1. 第１の流体源キャビティと、第２の流体源キャビティと、前記第１及び第２の流体源キャビティと流れ連通した隔離キャビティとを有するガスタービンにおける流体分離を監視する方法であって、
   前記ガスタービンの第１の流体源キャビティと前記ガスタービンの隔離キャビティとの間の圧力差を取得するステップと、
   前記圧力差を所定値と比較するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記第１の流体源キャビティの第１の流体と前記第２の流体源キャビティの第２の流体との間で流体分離が維持されるような値を前記所定値に割り当てるステップを更に含む、請求項１記載の方法。
3. 前記所定値に値を割り当てるステップが、前記隔離キャビティの圧力が前記第１の流体源キャビティの圧力及び前記第２の流体源キャビティの圧力のうちの大きい方よりも約１０％大きい、請求項２記載の方法。
4. 前記第１の流体源キャビティと前記隔離キャビティとの間の圧力差を取得するステップが、
   前記第１の流体源キャビティの圧力を取得するステップと、
   前記隔離キャビティの圧力を取得するステップと、
   前記第１の流体源キャビティの圧力と前記隔離キャビティの圧力とを比較するステップと、
   を含む、請求項１記載の方法。
5. 前記第１の流体源キャビティと前記隔離キャビティとの間の圧力差を取得するステップが、差圧トランスデューサを用いて前記第１の流体源キャビティと前記隔離キャビティとの間の圧力差を取得するステップを含む、請求項１記載の方法。
6. 燃料システムであって、
   燃料を含む燃料キャビティと、
   流体を含む流体キャビティと、
   前記燃料キャビティ及び前記流体キャビティと流れ連通し、前記燃料と前記流体との間の流体分離を選択的に維持するよう構成された不活性キャビティと、
   前記燃料キャビティと前記不活性キャビティとの間の圧力差を取得するよう構成され、前記圧力差を所定値と比較するよう更に構成されている
   を備える、燃料システム。
7. 前記コントローラが、前記圧力差が前記所定値よりも小さくなった場合に警告を作動させるよう更に構成されている、請求項６記載の燃料システム。
8. 前記燃料が、単位体積当たり約５％を上回る水素濃度を含有し、前記所定値が第１の所定値であり、前記コントローラが更に、前記圧力差が第２の所定値よりも小さくなった場合に、単位体積当たり約５％よりも少ない水素濃度を有するバックアップ燃料源に移行し、前記圧力差が第３の所定値よりも小さくなった場合にはシャットダウンするよう構成されている、請求項７記載の燃料システム。
9. 前記所定値が、前記燃料キャビティの燃料と前記流体キャビティの流体との間に流体分離が維持されるように選択される、請求項６記載の燃料システム。
10. 前記所定値は、不活性キャビティの圧力が燃料キャビティの圧力と流体キャビティの圧力のうちの大きい方よりも約１０％大きいように選択される、請求項９記載の燃料システム。
11. 前記コントローラが、燃料キャビティ圧力及び不活性キャビティ圧力を取得して、前記燃料キャビティ圧力及び不活性キャビティ圧力を比較することにより、前記燃料キャビティ及び不活性キャビティ間の圧力差を取得するよう構成されている、請求項６記載の燃料システム。
12. 前記圧力差を測定するよう構成され、且つ前記コントローラと通信状態にある差圧トランスデューサを更に備える、請求項６記載の燃料システム。
13. バルブの正常性を監視する方法であって、
    隔離キャビティ及び該隔離キャビティと流れ連通した流体源キャビティのうちの少なくとも一方の複数の流体パラメータ測定値を取得するステップと、
    前記複数の流体パラメータ測定値の経時的傾向を決定するステップと、
    前記流体パラメータ測定値の経時的傾向に少なくとも部分的に基づいてバルブに対する保守状況を確立するステップと、
    を含む、方法。
14. 前記複数の流体パラメータ測定値を取得するステップが、前記隔離キャビティと前記流体源キャビティとの間の複数の差圧測定値と、前記隔離キャビティへの複数の流体流れ測定値と、前記隔離キャビティ及び前記流体源キャビティの少なくとも一方の複数の圧録測定値と、のうちの少なくとも１つを取得するステップを含む、請求項１２記載の方法。
15. 前記バルブに対する保守状況を確立するステップが、前記傾向が減少している場合に前記バルブに対する不満足な保守状況を確立するステップを含む、請求項１３記載の方法。
16. 前記バルブに対する保守状況を確立するステップが、前記傾向が増大している場合に前記バルブに対する不満足な保守状況を確立するステップを含む、請求項１３記載の方法。
17. ガスタービンであって、
    流体源キャビティと、
    前記流体源キャビティと流れ連通した隔離キャビティと、
    前記隔離キャビティと前記流体源キャビティとの間の流体流れを選択的に調整するよう構成されたバルブと、
    前記隔離キャビティ及び前記流体源キャビティのうちの少なくとも一方の複数の流体パラメータ測定値を取得するよう構成されたコントローラと、
    を備え、前記コントローラが更に、前記複数の流体パラメータ測定値の経時的傾向を決定するよう構成され、前記コントローラが更に、前記流体パラメータ測定値の経時的傾向に少なくとも部分的に基づいて前記バルブに対する保守状況を確立するよう構成されている、ガスタービン。
18. 前記複数の流体パラメータ測定値が、前記隔離キャビティと前記流体源キャビティとの間の複数の差圧測定値と、前記隔離キャビティへの複数の流体流れ測定値と、前記隔離キャビティ及び前記流体源キャビティの少なくとも一方の複数の圧録測定値と、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１６記載のガスタービン。
19. 前記コントローラは、前記傾向が減少している場合に前記バルブに対する不満足な保守状況を確立するよう構成されている、請求項１７記載のガスタービン。
20. 前記コントローラは、前記傾向が増大している場合に前記バルブに対する不満足な保守状況を確立するよう構成されている、請求項１７記載のガスタービン。