KR101541432B1 - 증분적 조정을 통한 가스 터빈 엔진의 안정화 - Google Patents

증분적 조정을 통한 가스 터빈 엔진의 안정화 Download PDF

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도날드 구티에르
하니 리츠칼라
피터 스투트타포드
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Abstract

본 발명에 따르면, 미리규정된 상한치에 대해 GT 엔진의 연소 다이나믹 및 방출물을 측정 및 조정하기 위해 자동 조정 제어기 및 그에 의해 실시되는 조정 공정이 제공된다. 초기에, 조정 공정은 복수의 연소장치 및 복수의 조건에 대한 방출물의 연소 다이나믹을 모니터링하는 단계를 포함한다. 하나 이상의 조건이 미리규정된 상한치를 초과하는 것으로 결정되면, 엔진상의 모든 연소장치의 연료 회로에 대한 연료 유동 스플릿은 미리결정된 양만큼 조절된다. 연소 다이나믹 및/또는 방출물이 GT 엔진의 규정된 범위 내에서 작동할 때까지, 제어 시스템은 계속하여 연소장치 다이나믹을 모니터링하고, 미리결정된 양만큼 연료 유동 스플릿을 반복적으로 조절한다.

Description

증분적 조정을 통한 가스 터빈 엔진의 안정화{STABILIZING A GAS TURBINE ENGINE VIA INCREMENTAL TUNING}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2009년 5월 26일자로 출원된 미국 가출원 61/181,253호, 및 2010년 5월 24일자로 출원된 미국 특허출원 12/786,189호에 대한 우선권을 주장하며, 이들 문헌은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
기술분야
본 발명은 일반적으로 가스 터빈 엔진을 자동으로 조정(tuning)하는 것에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 하나 이상의 연료 유동 스플릿(split)을 연소장치 내에서 증분적으로 조절함으로써, 또는 기체상태의 연료 온도를 증분적으로 조절함으로써 가스 터빈 엔진을 자동으로 조정하는 제어 시스템을 제공하기 위한 공정 및 시스템이 구체화된다.
가스 터빈 엔진은 기계적 일 또는 추력을 생성하기 위해 작동한다. 구체적으로, 지상-기반의 가스 터빈 엔진은 통상적으로 발전의 목적으로 커플링된 발전기를 갖는다. 가스 터빈 엔진의 샤프트는 발전기에 커플링된다. 샤프트의 기계적 에너지는 적어도 전력 그리드(power grid)에 전기를 공급하는 발전기를 구동하는데 사용된다. 발전기는 주 차단기(main breaker)를 통해 전력 그리드의 하나 이상의 요소와 소통한다. 전기에 대한 수요가 있을 때는, 주 차단기가 폐쇄될 때 발전기로부터 전력 그리드로 전류가 흐를 수 있다. 발전기로부터의 전류의 인출은 가스 터빈에 가해질 부하(load)를 유발한다. 이러한 부하는 본질적으로 발전기의 전기 출력을 유지하기 위해 가스 터빈이 극복해야만 하는 발전기에 인가된 저항이다.
점점 더, 제어 시스템은 가스 터빈 엔진의 작동을 조절하는데 사용된다. 작동시에, 제어 시스템은 압력, 온도, 연료 유량, 및 엔진 주파수(frequencies)를 포함하는 가스 터빈 엔진의 현재 작동 조건을 알려주는 복수의 정보(indication)를 수신한다. 반응시에, 제어 시스템은 가스 터빈 엔진의 입력을 조절하고, 그로 인해 제어 시스템의 메모리에 코딩된 순람표(look-up table)의 관점에서 복수의 정보에 기초하여 가스 터빈 엔진의 성능을 변경한다. 시간이 갈수록, 이러한 성능은 가스 터빈 엔진의 기계적 퇴화 또는 주변 온도나 연료 성분과 같은 작동 조건의 변화로 인해 바람직한 작동 범위 밖으로 떨어질 수 있다. 예를 들어, 가스 터빈 엔진은 규제된 방출 제한을 넘어 작동하기 시작할 수 있다. 따라서, 제어 시스템을 업데이트하기 위해서는 다수의 수동 조정이 요구된다. 수동 조정은 노동 집약적이며, 가스 터빈 엔진의 길어진 정지 시간 및 조정 과정에서의 조작자 실수와 같은 사업과 관련된 비효율성을 생성할 수 있다. 또한, 수동 조정이 유효하지 않을 수 있지만 (예컨대, 높은 다이나믹 이벤트) 조정 작업이 하드웨어에 대한 잠재적인 손상을 보호하는데 이로울 수 있는 시간의 특정 윈도우(window)가 존재하기 때문에, 이러한 윈도우 동안 자동으로 조정함으로써 수동 조정으로 통상적으로 간과되는 이러한 이점이 포착될 것이다.
본 발명에 따르면, 가스 터빈 엔진의 작동 조건의 모니터링 및 미리 결정된 상한치를 초과하는 조건에 대한 대응의 신규한 방법이 제공된다. 초기에, 다양한 엔진 작동 조건이 모니터링될 수 있다. 예시적으로, 이러한 작동 조건은 방출물, 및 린 블로우 아웃(Lean Blow Out, LBO), 콜드 톤(Cold Tone, CT), 핫 톤(Hot Tone, HT), 및 스크리치(Screech)와 같은 연소장치 다이나믹 모드(dynamics mode)를 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되지 않는다. 모니터링되는 작동 조건이 하나 이상의 소정의 상한치를 초과할 때는, 이러한 조건을 한계 안으로 끌어들여 이러한 조건을 조절하도록 엔진 파라미터가 변경되고, 그로 인해 가스 터빈 엔진이 조정된다.
더욱 구체적으로, 연소 다이나믹이라고도 불리는 압력 요동이 가스 터빈 엔진의 각각의 연소장치에서 (예컨대, 압력 트랜스듀서를 활용하여) 검출될 수 있다. 다음, 압력 신호를 진폭 대 주파수 포맷으로 변환하기 위해, 압력 신호에 푸리에 변환(Fourier Transform)이 가해질 수 있다. 기간(timeframe) 내의 미리결정된 주파수 밴드에서의 최대 진폭은 미리결정된 압력 상한치 또는 경보 레벨 제한치와 비교될 수 있다. 비교 시에, 압력 상한치가 최대 진폭에 의해 초과되는 것이 확인될 때, 적절한 수정 조치가 취해진다. 몇몇 예에서, 적절한 조치는 수동으로 실시된다. 다른 예에서, 적절한 조치는 제어 시스템에 의해 실행된다. 예를 들어, 제어 시스템은 연소장치의 연료 회로 내에서 하나 이상의 연료 유동 스플릿을 변화시키는 공정을 개시할 수 있다. 예시적 실시예에서, 하나의 연료 유동 스플릿은 한 번에 미리규정된 증분만큼 변화된다. 본원에 설명되는 바와 같이, 문구 "미리규정된 증분(predefined increment)"은 제한적으로 해석되도록 여겨지지 않으며, 연료 유동 스플릿에 대한 조절의 넓은 범위를 포함할 수 있다. 일례로, 미리규정된 증분은 하나 이상의 연료 유동 스플릿에 일관되게 적용되는 조절의 균일한 양이다. 다른 예에서, 미리규정된 양은 연료 유동 스플릿에 걸쳐 또는 특정 연료 유동 스플릿에 대한 개별 조절에 걸쳐 변화되는 조절의 다양한 양이다. 연료 유동 스플릿을 이러한 방식으로 변화시킴으로써, 연소장치 내의 연료-공기 혼합이 변경되고, 그로 인해 연소 특징이 영향을 받는다. 연소 특징이 영향을 받으면, 압력 요동이 변화된다.
일단 안정화된 변화된, 이러한 연소 다이나믹 진폭은 조절된 연료 유동 스플릿이 진폭을 용인가능한 범위 내로 이동시켰는지를 확인하기 위해 미리결정된 상한치와 재차 비교된다. 진폭이 미리결정된 상한치를 넘어 남아있다면, 연료 유동 스플릿은 한 번 더 미리규정된 증분만큼 조절되고 이 공정은 필요에 따라 반복적으로 반복된다. 유리하게, 연료 유동 스플릿에 대한 변경은 동일한 미리결정된 증분으로 일관되고 균일하게 가해지며, 그로 인해 미리규정된 상한치가 초과될 때마다 증분의 사용자화된 값을 연산하는 처리 시간이 절감된다.
따라서, 자동 조정 공정의 예시적 실시예에서, 가스 터빈 엔진을 모니터링 및 제어하기 위한 제어 시스템이 제공된다. 이 제어 장치는 일반적으로 연소장치의 자동 조정과 관련된 처리의 대부분을 관리하며, 자동 조정 제어기로 불릴 수 있다. 초기에, 이 공정은 복수의 조건에 대한 연소장치의 연소 다이나믹 및 방출물을 모니터링하는 단계를 포함한다. 하나 이상의 조건이 미리결정된 상한치를 초과하는 것으로 결정되면, 연료 회로로의 연료 유동 스플릿은 미리결정된 양만큼 조절된다. 제어 시스템, 또는 자동 조정 제어기는 연소 다이나믹이 미리결정된 상한치 아래로 떨어질 때까지 연소 장치의 모니터링 및 미리결정된 양만큼 연료 유동 스플릿의 동적 조절을 계속한다.
또한, 자동 조정 공정의 대안적인 실시예에서, 가스 터빈 엔진은 모니터링되고, 모니터링으로부터 복구된 데이터에 기초하여 자동으로 조절된다. 일반적으로, 자동 조절은 바람직한 작동 범위 내에 또는 한계치 위/아래에서 연소 다이나믹 및 방출물을 유지시키기 위해 연료 유동 스플릿을 상방 또는 하방으로 증가시키는 단계를 수반한다. 특히, 대안적인 공정은 초기에 모니터링 단계 동안 연소장치에서 압력 신호를 검출하는 단계를 포함한다. 모니터링 단계에 이어, 또는 그와 동시에, 검출된 압력 신호에 알고리즘이 적용된다. 일례로, 알고리즘의 적용 단계는 압력 신호를 주파수 기반의 데이터 또는 스펙트럼으로 변환하기 위해 압력 신호에 푸리에 변환을 수행하는 단계를 수반한다. 주파수 기반의 데이터의 진폭은 서로 다른 알려진 조건에 대한 미리결정된 상한치(진폭)와 비교된다. 주파수 기반의 데이터의 진폭이 그의 개별적인 미리결정된 상한치를 초과하는 것으로 결정되는 경우, 연료 유동 스플릿에 증분적 조절이 이루어진다. 일례로, 증분적 조절은 고정된 양 또는 미리결정된 양으로 실시되는 연료 유동 스플릿의 변경이다. 이러한 증분적 조절은 조절되는 연료 회로의 유형 및/또는 감시되는 주파수 밴드에 따라 연료 유동 스플릿을 증가 또는 감소시킬 수 있다. 이러한 대안적인 공정은 가스 터빈 엔진이 제안된 범위 내에서 작동한다는 것을 주파수 기반의 데이터가 지시할 때까지 반복적으로 반복된다.
일례로, 대안적인 공정이 다수 차례 반복적으로 반복되어 특정 연료 회로에 대한 연료 유동 스플릿이 최대 용인가능한 값에 도달한 경우, 제2 연료 회로에 영향을 미치는 제2 연료 유동 스플릿이 미리규정된 고정된 양만큼 조절될 수 있다. 가스 터빈 엔진이 제안된 범위 내에서 작동하고 있다는 것을 측정된 주파수 기반의 데이터가 지시하면, 대안적인 공정은 종결된다. 그렇지 않으면, 제2 연료 유동 스플릿은, 주파수 기반의 데이터의 진폭이 제2 연료 유동 스플릿의 용인가능한 레벨 또는 최대 용인가능한 값에 도달할 때까지, 동일한 미리규정된 고정된 양만큼 반복적으로 조절된다. 실시예에서, 미리규정된 고정된 양은 어떤 연료 유동 스플릿이 모닝터링되는지, 특정 연료 유동 스플릿에 가해진 조절의 증분의 수, 또는 연료 유동 스플릿의 조절에 영향을 미치는 다른 조건이나 파라미터에 기초하여 변화할 수 있다.
다른 예에서, 대안적인 공정이 다수 차례 반복적으로 반복되어 특정 연료 회로에 대한 연료 유동 스플릿이 최대 허용가능한 값에 도달하는 경우, 연료 유동 스플릿의 증분적 조절은 중단된다. 증분적 조절이 중단되면, 특정 성능 범위 내에서 가스 터빈 엔진을 작동시키기 위해 가스 온도의 조절이 이루어질 수 있다. 가스 온도에 대한 조절이 가스 터빈 엔진을 적절하게 조정하는 것에 실패하면, 경보 지시가 조작자에게 전달된다. 이러한 경보 지시는 콘솔, 페이저(pager), 모바일 장치, 또는 전기적 메세지를 발송하고 조작자에게 통지를 전달하는데 적합한 다른 기술로 전달될 수 있다. 조작자에게는 연료 가스 온도의 증가 또는 엔진 착화 온도의 증가의 옵션이 주어질 것이다. 이러한 옵션이 선택되면, 자동 조정 제어기는 이러한 파라미터들 중 하나를 증분적으로 조절할 것이며 유닛이 순응되거나 최대 한계치가 도달될 때까지 이 공정을 반복할 것이다. 이 공정이 성공하지 못하는 경우, 경고 지시는, 자동 조정이 제안된 범위 내로 가스 터빈 엔진의 작동을 복귀시키는 것에 실패하였으며, 조정을 완료하기 전에 연소장치 또는 제어 시스템에 대한 수동 조절이 추천된다는 것을 조작자에게 경보할 수 있다.
본 발명의 추가적인 장점 및 특징들은 이어지는 설명에서 부분적으로 제공될 것이며, 부분적으로는 다음을 검토함으로써 본 기술분야의 통상의 기술자에게 자명해질 것이며, 또는 본 발명의 실시로부터 알 수 있을 것이다. 이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명이 설명될 것이다.
본 발명은 아래에서 첨부 도면을 참조로 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 사용되기에 적합한 예시적 조정 환경의 블록도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따라, 연료 부화 조건에 대한 추천된 연료 유동 스플릿 조절을 나타내는 예시표,
도 3은 본 발명의 실시예에 따라, 2개의 주입 포트가 제공된 연소장치에 대한 추천된 연료 유동 스플릿 조절을 나타내는 예시표,
도 4는 본 발명의 실시예에 따라, 연소장치로부터 측정치를 수집하는 단계 및 측정치에 기초하여 연료 유동 스플릿을 변경하는 단계를 포함하는 조정 공정을 실시하기 위한 자동 조정 제어기를 채용하기 위한 전체적인 방법의 순서도이다.
본 발명의 주제는 법정 요건을 충족하도록 본원에 구체적으로 설명된다. 그러나, 기재 그 자체는 본 특허의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 오히려, 본 발명자들은 청구된 주제가, 다른 현재 또는 미래 기술과 관련하여, 본 명세서에 기재된 것들과 유사한 다른 구성요소, 구성요소들의 조합, 단계, 또는 단계들의 조합을 포함하여 다른 방식으로 또한 구현될 수 있는 것으로 고려하고 있다.
당업자가 이해하는 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 무엇보다도 방법, 시스템 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로 구현될 수 있다. 따라서, 실시예들은 하드웨어 실시예, 소프트웨어 실시예, 또는 하드웨어 및 소프트웨어를 결합하는 실시예의 형태를 취할 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명은 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 매체에 구현된 컴퓨터 사용가능한 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취한다.
컴퓨터 판독가능 매체는 휘발성 및 비휘발성 매체, 지우기 가능 및 지우기 불가능 매체, 및 데이터베이스, 스위치, 및 다양한 다른 네트워크 장치에 의해 판독가능한 컨템플레이트 매체(contemplates media) 모두를 포함한다. 네트워크 스위치, 라우터, 및 관련 구성요소들은 특성상 종래기술이며, 전술한 것들과의 통신 수단이다. 예시적으로, 그리고 비제한적으로, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 포함한다.
컴퓨터 저장 매체, 또는 기계 판독가능 매체는 정보를 저장하는 임의의 방법 또는 기술로 실현되는 매체를 포함한다. 저장된 정보의 예는 컴퓨터 사용가능 명령, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 및 다른 데이터 표현을 포함한다. 컴퓨터 저장 매체는 RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리 또는 다른 메모리 기술, CD-ROM, 디지털 다용도 디스크(DVD), 홀로그래프 매체 또는 다른 광학 디스크 저장소, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장소, 및 다른 자기 저장 장치를 포함하며, 이것으로 제한되지 않는다. 이러한 메모리 구성요소들은 데이터를 순간적으로, 임시적으로, 또는 영구적으로 저장할 수 있다.
통신 매체는 통상적으로 데이터 구조 및 프로그램 모듈을 포함하는 컴퓨터 사용가능 명령을 모듈화된 데이터 신호로 저장한다. 용어 "모듈화된 데이터 신호(modulated data signal)"는 정보를 신호로 인코딩하기 위해 변경되거나 또는 하나 이상의 특성 집합을 갖는 전파된 신호를 지칭한다. 예시적인 모듈화된 데이터 신호는 캐리어 웨이브(carrier wave) 또는 다른 전송 기구를 포함한다. 통신 매체는 임의의 정보 전달 매체를 포함한다. 비제한적인 예로써, 통신 매체는 유선 네트워크 또는 직접 유선 연결과 같은 유선 매체, 음향, 적외선, 무선통신, 마이크로파, 확산 스펙트럼, 및 다른 무선 매체 기술과 같은 무선 매체를 포함한다. 전술한 것들의 조합들은 컴퓨터 판독가능 매체의 범위 내에 포함된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 일반적으로 가스 터빈 엔진의 자동 조정에 관한 것이다. 도 1을 참조하면, 복수의 연소장치(115)를 수용하는 가스 터빈 엔진(110)이 도시된다. 일반적으로, 논의의 목적으로, 가스 터빈(GT) 엔진(110)은 임의의 저 방출물 연소장치를 포함할 수 있다. 일례로, 이러한 저 방출물 연소장치는 GT 엔진(110) 주위에서 캔-환형(can-annular) 구성으로 배열될 수 있다. GT 엔진의 일 유형(예컨대, 중하중용 GT 엔진)에는 통상적으로 6 내지 18개의 개별 연소장치가 제공되나, 이에 제한되지 않으며, 이들 각각은 연소장치 라이너, 단부 커버, 및 케이싱으로 피팅된다. GT 엔진의 다른 유형(예컨대, 경하중용 GT 엔진)에는 더 적은 연소장치가 제공될 수 있다. 따라서, GT 엔진의 유형에 기초하여, GT 엔진(110)을 작동하기 위해 활용되는 여러 상이한 연료 회로가 존재할 수 있다. 또한, GT 엔진(110)에 부착된 복수의 연소장치(115) 각각에 대응하는 개별 연료 회로가 존재할 수 있다. 따라서, 자동 조정 제어기(150), 및 그로 인해 실행되는 조정 공정(도 4의 도면부호 400 참조)은 임의의 개수의 GT 엔진의 구성에 적용될 수 있으며, 이하에서 설명되는 GT 엔진의 유형은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되지 않아야 한다는 것으로 간주 및 이해되어야 한다.
전술한 바와 같이, 복수의 연소장치(115)(예컨대, 저 방출물 연소장치)는 연소장치 라이너 내에서 상승된 레벨의 압력 요동을 겪을 수 있다. 압력 요동은 "연소 다이나믹(combustion dynamics)"으로 지칭된다. 홀로, 연소 다이나믹은 복수의 연소장치(115)의 일체성 및 수명에 극적인 영향력을 가질 수 있으며, 결과적으로 종국적 고장을 유발하게 된다. 이러한 연소 다이나믹은 복수의 연소장치(115) 내의 여러 그룹의 노즐들 사이의 연소장치 가스 유동의 연료 유동 스플릿을 조절함으로써 완화될 수 있다. 일반적으로, 연료 유동 스플릿은 복수의 연소장치(115) 각각에 대해 공통적으로 조절되며, 그로 인해 연소장치(버너)는 개별 버너 레벨에서 조정되는 것과 달리 유사하게 조정된다. 이러한 서로 다른 "연료 유동 스플릿(fuel flow split)"은 용인가능한 방출물 레벨을 촉진함과 동시에 연소 다이나믹의 용인가능한 레벨(종래의 저 레벨)이 유지되는 것을 보장하도록 가끔 조정된다. 용인가능한 방출물 레벨은 GT 엔진(110)에 의해 발생되는 공해물질의 양과 관련된다. 각각의 연료 회로에 대한 연료 유동 스플릿을 지배하는 스케줄(schedule)은 통상적으로 GT 엔진(110)의 제어 시스템(미도시) 안에 하드 코딩(hard coded)된다. 일례로, 이러한 스케줄은 다른 것들 중에서, GT 엔진(110)상의 터빈 입구 기준 온도(TIRF) 또는 하중이 될 수 있는 기준(reference)의 함수이다.
시간이 갈수록, 여러 파라미터들이 연소 다이나믹에 영향을 미칠 것이다. 특히, 주변 조건 변화 및/또는 가스 성분 변화 및/또는 정상 마모는 GT 엔진의 작동을 퇴화시킬 수 있다. 이러한 퇴화는 용인가능한 제한치 내에서 연소 다이나믹 및 방출물을 유지하기 위해 연소장치의 정기적인 "재조정(re-tuning)"을 야기한다. 본원에서 논의된 바와 같이, 자동 조정 제어 시스템, 또는 도 1의 자동 조정 제어기(150)는 연소 다이나믹, 공기 유동, 연료 유동, 방출물, 및 압력 분포와 같은 파라미터의 관점에서 GT 엔진(110) 및 복수의 연소장치(115)의 상태를 평가하는데 사용된다. 이러한 파라미터들에 기초하여, 경고가 없어질 때까지 연료 유동 스플릿을 증분적으로 조절함으로써 적절한 연료 유동 스플릿이 도착되고, 경고는 압력 펄스의 진폭이 미리결정된 상한치를 뛰어넘는 것을 감지할 때 설정된다. 따라서, 본 발명의 실시예는 연료 유동 스플릿의 작은, 일관된 증분적 변화를 사용하여 연소 다이나믹 및 방출물의 자동 조정을 가능하게 하는 자동 조정 제어기(150) 및 관련조정 공정에 관련된다.
자동 조정 제어기(150)에 의해 실시되는 전체적인 조정 공정은 바로 아래에 설명된 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. 초기에, 복수의 연소장치(115)의 압력 신호의 다양한 구성이 모니터링 및 기록된다. 이러한 기록된 압력 신호는 푸리에 변환을 거쳐, 진폭 대 주파수 데이터 포맷 또는 스펙트럼으로 전환된다. 그 다음, 진폭 및 주파수가 모니터링되고 진폭은 각각의 미리규정된 주파수 밴드에 대해 미리규정된 상한치와 비교된다. 미리규정된 상한치는 일반적으로 미리규정된 주파수 밴드에 대해 평방인치당 파운드(psi)의 관점으로 규정된다. 그러나, 다른 예에서, 미리결정된 상한치는 다른 용어 또는 단위로 표현될 수 있고, 다른 유형의 장치(예컨대, 가속도계)가 연소장치(115)의 성능을 측정하는데 사용된다. 하나 이상의 주파수 기반의 진폭이 미리결정된 주파수 밴드에 대해 그의 개별적인 미리결정된 상한치를 초과한다는 결정이 이루어지면, 자동 조정 제어기(150)는 어떤 연료 유동 스플릿을 조정할지를 일차적으로 결정하고, 이차적으로는 특정 주파수 밴드와 관련된 연료 유동 스플릿을 변경한다. 연료 유동 스플릿에 대해 이루어진 이러한 조정은 미리규정된 양으로 실행된다.
연료 유동 스플릿 조절이 일단 이루어지면, 처리가 반복된다. 즉, 다이나믹 압력 진폭이 미리결정된 상한치보다 큰 경우, 다수의 미리결정된 주파수 밴드에 대한 진폭과 미리결정된 상한치와의 모니터링 및 비교 단계, 및 미리결정된 연료 유동 스플릿의 조절 단계가 반복된다. 구체적으로, 다이나믹 압력 진폭이 미리결정된 상한치 위에 존재하는 것으로 알려질 때, 동일한 미리결정된 조절이 연료 유동 스플릿에 대해 이루어진다. 조정 공정은 다이나믹 압력 진폭이 미리결정된 하한치 아래로 떨어지거나 연료 유동 스플릿이 더 이상 조절될 수 없을 때까지 필요에 따라 반복된다.
제1 연료 유동 스플릿이 더 이상 조절될 수 없다면, 제2 연료 유동 스플릿이 제2 미리규정된 속도만큼 조절되거나, 조작자에게 경고 지시가 알려진다. 제2 연료 유동 스플릿의 조절과 관련하여, 조정 공정은 다이나믹 압력 진폭이 미리결정된 상한치 아래로 떨어지거나 제2 연료 스플릿이 더 이상 조절될 수 없을 때까지 반복된다. 제2 연료 유동 스플릿이 더 이상 조절될 수 없다면, 제3 또는 그 이상의 연료 유동 스플릿이 조절된다.
연료 유동 스플릿을 연속적으로 반복하여 조절하기 위한 계획(scheme)이 바로 위에 설명되었지만, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 연료 유동 스플릿을 조절하는 다른 유형의 적절한 계획이 사용될 수 있으며, 본 발명의 실시예가 한 번에 하나의 연료 유동 스플릿에 집중하는 그러한 계획으로 제한되지 않는 것으로 간주 및 이해하여야 한다. 예를 들어, 조정 계획의 일 실시예는 다이나믹 압력 진폭이 미리결정된 상한치 아래로 떨어지거나 특정 수의 반복이 도달될 때까지 어느 것이 먼저 일어나는가에 무관하게 미리규정된 증분만큼 제1 연료 유동 스플릿을 반복적으로 조절할 수 있다. 특정 수의 반복이 도달되면, 조정 계획은 다이나믹 압력 진폭이 미리결정된 상한치 아래로 떨어지거나 다른 특정 수의 반복이 도달될 때까지 어느 것이 먼저 일어나는가에 무관하게 다른 미리규정된 증분만큼 제2 연료 유동 스플릿이 반복적으로 조절되도록 한다. 다른 특정 수의 반복이 도달되면, 조정 공정은 제1 연료 유동 스플릿으로 복귀한다. 구체적으로, 조정 계획은 다이나믹 압력 진폭이 미리결정된 상한치 아래로 떨어지거나 제3 특정 수의 반복이 도달될 때까지 어느 것이 먼저 일어나는가에 무관하게 미리규정된 증분만큼 제1 연료 유동 스플릿이 재차 반복적으로 조절되도록 한다. 그 다음, 조정 계획은 조절의 목적으로 제2 연료 유동 스플릿으로 복귀하거나 제3 연료 유동 스플릿으로 선회할 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하여, 이제 조정 공정의 예시적 실시가 상세하게 설명될 것이다. 먼저, 도 1은 본 발명의 실시예에 사용되기에 적합한 예시적 조정 환경(100)을 도시한다. 예시적 조정 환경(100)은 자동 조정 제어기(150), 연산 장치(140), 및 GT 엔진(110)을 포함한다. 자동 조정 제어기(100)는 데이터 저장소(135) 및 처리 유닛(130)을 포함하며, 처리 유닛은 획득 구성요소(131), 처리 구성요소(132), 및 조절 구성요소(133)의 실행을 지원한다. 일반적으로, 처리 유닛(130)은 실행되는 구성요소들(131, 132, 133)의 작동을 지원하기 위해 컴퓨팅 유닛(예컨대, 중앙 처리 유닛, 마이크로프로세서 등)의 몇몇 형태로 구현된다. 본원에서 활용되는 바와 같이, 용어 “처리 유닛(process unit)”은 일반적으로 소프트웨어, 어플리케이션, 및 컴퓨터 프로그램의 실행의 하부에서 작동 소프트웨어를 지원하는, 처리 능력 및 저장 메모리를 갖춘 전용 컴퓨팅 장치를 지칭한다. 일례로, 처리 유닛(130)은 컴퓨터에 일체화되거나 작동가능하게 결합된 물리적(tangible) 하드웨어 요소, 또는 기계로 구성된다. 다른 예에서, 처리 유닛은 (전술한) 컴퓨터 판독가능 매체에 결합된 프로세서(미도시)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터 판독가능 매체는 프로세서에 의해 실행가능한 복수의 컴퓨터 소프트웨어 구성요소를 적어도 일시적으로 저장한다. 본원에서 활용되는 바와 같이, 용어 “프로세서"는 제한적으로 의도되지 않으며, 연산 능력(computational capacity)으로 작용하는 처리 유닛의 임의의 요소를 포함할 수 있다. 이러한 능력의 경우, 프로세서는 명령을 처리하는 물리적 물품(article)으로 구성될 수 있다. 예시적 실시예에서, 처리는 페칭(fetching), 디코딩/인터프리팅, 실행, 및 라이팅 백 명령(writing back instruction)(예컨대, 모션 패턴의 애니메이션을 나타냄으로써 물리적 제스쳐를 재구성 하는 것)을 수반할 수 있다.
또한, 자동 조정 제어기(100)에는 데이터 저장소(135)가 제공된다. 일반적으로, 데이터 저장소(135)는 조정 공정과 관련된 정보 또는 GT 엔진(100)의 모니터링시에 생성된 데이터를 저장하도록 구성된다. 다양한 실시예에서, 이러한 정보는 GT 엔진(110)에 결합된 센서(120)에 의해 제공된 측정 데이터[예컨대, 측정치(121, 122, 123, 124)]를 제한 없이 포함할 수 있다. 추가로, 데이터 저장소(135)는 저장된 정보의 적절한 접근을 위해 검색가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 데이터 저장소(135)는 측정된 다이나믹 압력 진폭을 대응하는 미리결정된 상한치와 비교하여 어떤 연료 유동 스플릿을 증가시킬 것인지를 결정하기 위해 스케줄에 대하여 검색가능할 수 있다. 데이터 저장소(135)에 저장된 정보는 설정가능하며 조정 공정과 관련된 임의의 정보를 포함할 수 있는 것으로 이해 및 간주되어야 한다. 이러한 정보의 내용 및 볼륨(volume)은 어떠한 방식으로도 본 발명의 실시예의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
실시예에서, 자동 조정 제어기(100)는 [예컨대, 도 1의 데이터 저장소(135)를 활용하여)] 순람표를 기록할 것이다. 이러한 순람표는 GT 엔진 및 그에 부착된 연소장치의 작동 조건과 관련된 다양한 정보를 포함할 수 있다. 예시적으로, 순람표는 효율적인 작동의 외측 한계를 규정하는 제안된 허용 밴드(tolerance band)와의 작동 곡선(operating curve)을 포함할 수 있다. GT 엔진의 자동 조정의 공정을 실행할 때, 자동 조정 제어기는 작동 곡선에서 조정 공정의 양태들을 기록하기 위해 자동으로 재프로그래밍될 수 있다. 즉, 순람표 내의 작동 곡선은 조정 공정 중에, 그리고 그로부터의 결과적인 사건을 반영하도록 변경된다. 유리하게, 변경된 작동 곡선은 다음 조정 절차 동안 접속될 수 있으며, 그로 인해 각각의 후속적인 조정을 더욱 효율적으로 (예컨대, 조건을 미리결정된 상한치 아래로 만드는데 필요한 연료 유동 조절 증분의 수를 감소시킴) 만든다. 이러한 방식으로, 순람표(예컨대, 작동 행렬)는 한 번에 하나의 파라미터의 증분적 조절을 통해 자동적으로 발전될 수 있다. 증분적 조절이 작동 곡선에 저장되기 때문에, 자동 조정 제어기는 임의의 특정 작동 시스템에 대한 최적 조정 능력을 학습하게 된다. 이는 안정점이 빈번하지 않을 수 있는 자동 그리드 제어(AGC, auto grid control) 중인 유닛, 또는 연료 특성 또는 주변 조건에서 급작스런 사이클 변화를 겪는 유닛에 대해 이익이 될, 요구되는 조정의 양을 상당히 감소시킨다.
몇몇 실시예에서, 연료 유동 스플릿의 조절에 의한 조정이 방출물 또는 다이나믹 경보를 완화시키지 못한다면, 전술한 단락에서 지시된 최적의 비순응(out-of-compliance) 스플릿 조정점으로부터 연료 온도를 조절하기 위해, 증분적 바이어스(bias)가 공급될 수 있다. 그러나, 연료 온도 조작 능력이 없거나 제한적임으로 인해, 연료 온도의 증분적 바이어스가 선택권이 아니고 유닛이 경보 모드를 유지하는 경우, GT 장치의 착화 곡선(firing curve)의 조정을 허용하도록 요청을 할 수 있다. 조작자 요청이 수용되는 경우, 증분적 착화 온도 바이어스는 전술한 단락에서 설명된 최적 비순응 지점에서 기존 유닛 착화 곡선에 제공된다.
자동 조정 제어기(100)에 저장된 순람표를 계속하여 참조하여, 이제 다양한 순람표 구성이 설명될 것이다. 일례로, 다수의 순람표에는 스플릿 대 TIRF, 또는 부하의 그래프가 제공된다. 각각의 이러한 순람표는 다수의 주변 온도와 가스 파라미터의 조합과 관련된다. "가스 파라미터(gas parameter)"는 가스 조성물 및 성질의 특성이며, 공칭 초기값에 비교되는 상대값으로 실시될 수 있다. 조정 조절은 안정한 TIRF, 또는 부하에서 수행된다. 경보 레벨 또는 방출물 레벨이 초과되어 증분적 바이어스 조절이 필요할 때마다, 알고리즘은 일차적으로 어떠한 주변 온도 및 가스 파라미터 패밀리가 유닛에서 작동 중인지, 그 다음 어떤 연료 스플릿을 어떤 방향으로 변경할지를 결정한다. 이차적으로, 소정의 바이어스 증분(상향 또는 하향) 및 현재의 TIRF, 또는 부하가 기록된다. 그러면, 알고리즘은 기록된 주변 온도 및 가스 파라미터에 따라 어떤 표가 수정되어야 하는지를 결정한다. 일단 규정되면, 알고리즘은 스플릿 대 TIRF 그래프의 어떤 지점이 TIRF에 대한 현재의 값을 브라켓(bracket)하고 있는지를 결정한다. 이러한 두 지점이 식별되면, 두 지점에 대한 바이어스 값은 증분적으로 (상향 또는 하향으로) 수정되고, 증분은 올바른 순람표에 저장된다.
또한, 예시적 조정 환경(100)은 연산 장치(140)를 포함하며, 연산 장치는 GT 엔진(100)을 자동으로 조정하기 위해 조작자에게 고장을 경고하는 사용자 인터페이스(UI) 디스플레이(155)를 현시하는 현시 장치(145)에 작동가능하게 결합된다. 도 1에 도시된 연산 장치(140)는 다양한 유형의 연산 장치의 형태를 취할 수 있다. 비제한적인 예로써, 연산 장치(140)는 퍼스널 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 손바닥 크기의 장치, 가전제품(예컨대, 페이저), 손바닥 크기 장치(예컨대, 개인용 휴대 단말기), 다양한 서버 등일 수 있다. 그러나 본 발명이 이러한 연산 장치들의 실시로 제한되지 않으며, 본 발명의 실시예의 범위 내에서 다양한 서로 다른 유형의 연산 장치로 실시될 수 있다는 것을 유의하여야 한다.
도 4를 참조하여, 이제 도 1의 예시적 조정 환경(100)의 관점에서 조정 공정(200)이 논의될 것이다. 일반적으로, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라, 복수의 연소장치(115)로부터 측정치를 수집하는 단계 및 측정치에 기초하여 연료 유동 스플릿을 변경하는 단계를 포함하는 조정 공정을 실행하기 위해, 도 1의 자동 조정 제어기(150)를 채용하는 전체적인 방법(400)의 흐름도이다. 초기에, 전체적인 방법(400)은 GT 엔진(100)의 연소 다이나믹을 나타내는 데이터를 모니터링하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 연소 다이나믹(122)은 측정 데이터를 획득 요소(131)에 통신하는 센서(120)(예컨대, 압력 트랜스듀서)를 사용하여 복수의 연소장치(115)의 각각에 대해 측정된다. 다른 실시예에서, 센서(120)는 GT 엔진(100)으로부터 검출되는 방출물(121)을 전달한다. 다른 실시예에서, GT 엔진(110)으로부터 수집된 측정 데이터는 GT 파라미터(123) 및 가스 매니폴드 압력(124)을 포함할 수 있으며, 이것으로 제한되지 않는다.
몇몇 예에서, GT 엔진(100)으로부터 수집된 데이터는 정규화된다. 예를 들어, 센서(120)는 복수의 연소장치(115)의 각각에서 압력 요동을 검출하고 이러한 요동을 연소 다이나믹(122)으로 보고하는 압력 트랜스듀서로 구성될 수 있다. 요동은 시간 구간에 걸쳐 측정되고 압력 가변성의 이동 평균(rolling average)의 형태로 획득 요소(131)로 전송될 수 있다.
전체적인 방법(430)의 단계(430)는 [도 1의 처리 요소(132)를 활용하여] 데이터를 진폭 대 주파수 포맷으로 변환하기 위해, 측정된 데이터를 푸리에 변환, 또는 다른 적절한 알고리즘을 통과시키는 단계를 포함한다. 진폭 대 주파수 포맷은 그래프, 차트, 또는 행렬과 같은 다양한 구성을 취할 수 있으며, 이하에서는 "스펙트럼(spectrum)"으로 지칭된다. 일례로, 진폭 대 주파수 포맷이 행렬의 구성을 취할 때, 행렬은 연소장치 식별, 주파수, 및 진폭과 같은 값의 카테고리를 포함할 수 있다.
실시예에서, 스펙트럼은 주파수 범위에 의해 분할되거나 다수의 주파수 밴드로 구분될 수 있으며, 각각의 밴드는 진폭의 관점에서 고유의 미리결정된 상한치를 갖는다. 스펙트럼은 임의의 개수의 주파수 밴드로 구분될 수 있다. 일례로, 스펙트럼은 조정되는 GT 엔진(100)의 유형에 기초하여 4 내지 6 개의 주파수 밴드, 또는 윈도우로 구분될 수 있으며, 각각의 주파수 밴드는 서로 다른 파라미터를 표현한다. 작동 시에, 특정 주파수 밴드에 대한 미리결정된 상한치(즉, 경보 레벨 한계)가 초과되면, 스케줄은 어떤 연료 유동 스플릿을 어떤 방향(상향 또는 하향)으로 조절할 것인지를 자동 조정 제어기(150)에 지시한다. 통상적으로, 처리되는 측정된 데이터의 유형(예컨대, 연소장치 다이나믹 또는 방출물 레벨) 및 처리되는 측정된 데이터의 속성(예컨대, 연소장치 다이나믹 톤, NOx 또는 Co와 같은 방출물의 유형)에 기초하여, 변경될 적절한 연료 유동 스플릿 및 적절한 조절 방법이 선택된다.
단계(440)에서, 최대 다이나믹 압력 진폭이 각각의 주파수 밴드 내에서 식별된다. 최대 다이나믹 압력 진폭은 하나 이상의 주파수 밴드 내에서 측정된 데이터[연소장치 다이나믹(122)]의 각각의 클래스에 대해 최대 다이나믹 압력 진폭을 선택함으로써 결정될 수 있다. 미리결정된 상한치(즉, 경보 제한 레벨) 및 각각의 주파수 밴드로부터 유도된 최대 다이나믹 압력 진폭 모두는 평방인치당 파운드(psi)의 관점에서 측정된다.
단계(450)에 도시된 바와 같이, 식별된 최대 다이나믹 압력 진폭은 적절한 미리결정된 상한치와 비교된다. [이상값(outlier) 최대 주파수를 비교 또는 처리하는 특정한 우선순위는 없음.] 이러한 미리결정된 상한치는 평가되는 측정된 데이터 및/또는 조정되는 연료 회로의 유형에 기초할 수 있다. 비교를 통해, 단계(460)에 도시된 바와 같이, 최대 다이나믹 압력 진폭이 미리결정된 상한치를 초과하였는지 여부에 대한 결정이 이루어진다. 최대 다이나믹 압력 진폭이 미리결정된 상한치를 초과하지 않은 경우, 즉, GT 엔진(100)이 특정 측정된 데이터와 관련하여 제안된 범위 내에서 작동 중인 경우, 조정 공정은 다른 조건으로 이동한다. 즉, 조정 공정은 단계(470)에 도시된 바와 같이, 측정된 데이터의 다른 세트를 모니터링 및 평가하도록 진행된다. 명확성을 위해, 다이나믹 압력 진폭만이 일련의 주파수 빈(bin)으로 모니터링된다. 다른 파라미터들은 주파수 빈의 함수가 아니지만, 여전히 최대 조정 한계로 취급된다.
그러나 최대 다이나믹 압력 진폭이 미리결정된 상한치를 초과하지 않으면, 연료 유동 스플릿이 조절을 위해 선택된다. 이는 도 4의 단계(480)에서 지시된다. 전술한 바와 같이, 적절한 연료 유동 스플릿은 이하에서 도 2 및 도 3을 참조로 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 스케줄에 의해 선택된다. 다음으로, 이러한 선택된 연료 유동 스플릿은 단계(490)에 도시된 바와 같이, 미리구체화된 양만큼 증분적으로 조절된다. 연료 유동 스플릿을 증분적으로 조절하는 것은, GT 엔진(100)에 장착된 복수의 연소장치(115) 중 적어도 하나에 증분적 바이어스 조절(160)을 전송하는 도 1의 조절 요소(133)에 의해 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 다가오는 증분적 바이어스 조절(160)의 인식에 반응하여, 연소장치(115) 상의 자동 밸브가 대상 연료 회로에 대한 연료 유동 스플릿을 조절한다.
이러한 미리규정된 양은 통상적으로 실험적 경험 및 (행렬에 의해 제공된) 연소장치 식별에 기초한다. 일례로, 증분적 조절의 미리규정된 양은 분사 포트들 사이에서 연료 유동 스플릿의 0.25% 조절이다. 따라서, 연료 유동 스플릿을 미리구체화된 양만큼 상향 또는 하향으로 증가시킴으로써, 분사 지점을 통한 연료 유동 분포의 패턴이 변화된다. 그러나 연료 유동 스플릿이 변경된다 하더라도, 연료 회로에 대한 전체적인 연료 유동은 대체로 일정하게 유지된다.
증분적 바이어스 조절(160)이 적용되면, 자동 조정 제어기(150)는 GT 엔진(100)으로부터 추출된 데이터를 획득 및 처리하기 전에 일정 시간 대기한다. 이는 도 4의 단계(500)에 도시된다. 시간 주기의 대기는 연료 유동 스플릿을 조정하는 것이 GT 엔진(100)의 조정에 충분한 것인지 여부에 대한 결정을 체크하기 전에 GT 엔진(100)이 안정화하는 것을 보장한다. 실시예에서, 조절들 사이에서 대기하는 시간 주기는 파라미터, 또는 처리되는 측정된 데이터의 유형에 기초하여 변화할 수 있다. 예를 들어, 연소 다이나믹을 안정화하는데 요구되는 시간 주기는 방출물을 안정화하는데 요구되는 기간보다 적을 수 있다.
단계(510)에서, 증분의 최대 수가 도달되었는지 여부를 알아내기 위한 결정이 실시된다. 연료 유동 스플릿이 조절될 수 있는 증분의 최대 수가 도달되지 않은 경우, 처리가 반복될 수 있다. 따라서, 비교 단계(450)가 추가적인 증분적 조절이 필요하다고 지시하는 경우, 연료 유동 스플릿은 적어도 한 번 더 조절될 수 있다. 그러나 연료 유동 스플릿이 조절될 수 있는 증분의 최대 수가 도달되지 않은 경우, (스케줄에 의해 결정된 바와 같이) 다른 연료 유동 스플릿이 조절될 수 있거나, 또는 조작자에게 경보가 전송될 수 있다. 이는 단계(520)에서 도시된다. 일 실시예에서, 경보 지표(180)는 처리 요소(132)에 의해 연산 장치(140)로 전송된다. 경보에 반응하여, 조작자는 GT 엔진(100)을 수동으로 조정하거나 GT 엔진(100)을 서비스받기 위해 기술자와 접촉하는 조치를 취할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 조작자에게 경보를 발송하는 것은 스케줄에 의해 지시된 바와 같이, 취해지는 제1 조치이다. 즉, 푸리에 변환을 통한 데이터 처리시에 특정 파라미터에 대해 측정된 데이터가 대응하는 미리결정된 상한치를 초과한다면, 제1 조치는 연료 유동 스플릿의 증분적 조절에 대항하는 불일치가 있음을 조작자에게 통지한다.
다른 실시예는 순응성 작동을 달성하기 위해 자동 조정 제어기(150)가 연료 가스 온도 및/또는 착화 온도를 증분적으로 조절하는 것을 허용하도록 조작자에게 허용한다.
이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라, 연료 부화(fuel-rich) 조건에 대한 추천된 연료 유동 스플릿 조절을 도시하는 예시적 차트(200), 또는 스케줄이 제공된다. 도시된 바와 같이, 차트(200)는 조정되는 GT 엔진에 의해 소비되는 연료의 유형의 지시부(210)를 포함한다. 또한, 차트는 모니터링되는 조건을 나열하는 행(220)을 포함한다. 이 예시적 차트(200)에서, 파라미터 A-D인 모니터링되는 4개의 조건이 존재한다. 이 예에서는 4개의 조건이 모니터링되지만, 모니터링되는 조건의 개수는 제한적으로 간주되지 않으며, GT 엔진을 자동 조정하기 위해 임의의 개수의 조건이 관찰될 수 있다. 일반적으로, 파라미터 A-D는 압력 트랜스듀서, 방출물 시험 장치, 가속도계, 및 GT 엔진의 작동을 모니터링할 수 있는 다른 항목을 사용하여 측정되는 특정 조건을 나타낼 수 있다. 예시적으로, 파라미터 A는 린-블로아웃(LBO)을 나타낼 수 있고, 파라미터 B(221)는 콜드 톤(CT)을 나타낼 수 있으며, 파라미터 C는 핫 톤(HT)을 나타낼 수 있고, 파라미터 D는 질소산화물(NOx)을 나타낼 수 있다. 따라서, 이 예에서, 파라미터 A-C는 압력 데이터와 관련되는 반면, 파라미터 D는 가스 조성물과 관련된다. 통상적으로, 가스 조성물은 방출물(예컨대, CO 및 NOx)의 농도 레벨을 모니터링함으로써 결정된다. 전술한 것들 중 하나와 유사한 증분적 조절을 이용하는 조정 공정은 방출물과 관련된 조건의 맥락에서 사용될 수 있다.
파라미터 A-D 각각은 조정 공정 동안 자동적으로 모니터링된다. 또한, 처리 공정 동안 모니터링된 데이터는 각각의 조건에 대한 최대 진폭을 결정하기 위해 푸리에 변환을 통해 처리된다. 이러한 조건에 대한 임의의 최대 진폭이 각각의 파라미터 A-D에 대해 매핑된 개별, 미리결정된 한계를 각각 초과하거나 그 아래로 떨어지는 경우, 조치(230)가 실행된다.
예시적으로, 파라미터 B(221)(예컨대, CT 조건)에 대한 최대 진폭이 파라미터 B(221)에 대해 매핑된 개별적인, 미리결정된 상한치를 초과하는 경우, 조치(231, 232, 233)들이 순서(250)에 기초하여 실시된다. 구체적으로, 파라미터 B(221)에 대한 최대 다이나믹 압력 진폭이 미리결정된 상한치를 초과하는 경우, 순서(250)에 의해 지시되는 바와 같이, 스플릿 2(232)가 증분적 양만큼 먼저 증가된다. 다음으로, 그 연료 유동 스플릿에 대한 조절의 최대 수에 도달될 때까지 증분적 양만큼 스플릿 2(232)를 반복적으로 증가시키면, 스플릿 1(231)이 감소된다. 다음, 스플릿 1(231)의 조절이 효과가 없는 경우, 스플릿 3(233)이 실행된다. 마지막으로, 스플릿 3(233)이 최대 주파수 진폭을 미리결정된 상한치 아래로 감소시키는 효과가 없는 경우, 경보가 조작자에게 전송된다. 관련된 필드에서 인식될 것과 같이, 전술한 예시적 방법은 7FA 엔진과 같은 특정 엔진의 자동 조정 공정의 예시일 뿐이며, 다른 엔진의 자동 조정을 위해 상이한 모니터링되는 파라미터 및 다양한 연료 유동 스플릿을 포함하는 다른 방법이 있을 것이다.
미리결정된 상한치가 초과 되었다는 관점에서 어떠한 조치가 취해질지를 선택하는 스케줄[예컨대, 차트(200)]의 단일 구성이 설명되었지만, 조직화된 체계를 제공하는 다른 유형의 적절한 스케줄이 사용될 수 있으며, 본 발명의 실시예가 본원에 설명된 조건 및 조치로 제한되지 않는 것으로 본 기술분야의 통상의 기술자에게 이해 및 간주되어야 한다. 추가적으로, 자동 조정 제어기는 다양한 연소 시스템과 사용될 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 따라서, 본 발명은 3개의 연료 스플릿 조절로만 제한되지 않는다. 연료 노즐 및 연료 유동 스플릿의 정확한 양은 연소장치 구성 및 조정되는 GT 엔진의 유형에 따라 변할 수 있다. 따라서, 상이한 연소 시스템의 경우, 조절 지점의 개수는 본 발명의 본질을 벗어남 없이 본 명세서에 도시된 것보다 많거나 적을 수 있다.
또한, 차트(200)는 다양한 모니터링 조건을 위한 다중 주파수 밴드에 대한 응답으로 연료 유동 스플릿에 대한 조절을 도시한다. 다중 주파수가 그들의 개별적인 미리결정된 상한치를 초과하는 경우, 어떠한 주파수를 먼저 처리할지를 결정하기 위해 자동 조정 제어기에 의해 이루어지는 선호도 또는 우선권은 없다. 그러나, 다른 예에서, 어떠한 순서로 주파수를 처리할 것인지를 결정하기 위해, 도 1의 자동 조정 제어기(150)에 의해 몇몇 선호적인 가이드라인이 활용된다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라, 2개의 분사 포트가 제공된 연소장치에 대한 추천된 연료 유동 스플릿 조절(320)을 도시하는 예시적 차트(300)가 도시된다. 2개의 분사 포트만이 제공되어 있기 때문에, 제공된 분사 포트들 사이의 연료 분배를 위해 조절될 수 있는 단 하나의 연료 유동 스플릿이 존재한다. 또한, 이 예에서는 조정되는 GT 엔진의 두 가지 조건(310)이 측정된다. 이러한 조건(310)은 파라미터 A 및 파라미터 B로 지시된다. 파라미터 A 또는 B가 대응하는, 미리결정된 상한치를 초과하는 경우, 스케줄은 어떤 연료 유동 스플릿 조절(320)을 취할지를 지시한다. 지정된 연료 유동 스플릿을 최대 추천된 횟수로 조절하는 것이 GT 엔진을 정상 작동 범위로 돌려보내지 못한다면, 다음 단계로 조작자에게 경보를 전송하는 단계 또는 기술자에게 자동으로 전화를 거는 단계가 수반된다.
자동 조정으로부터 야기되는 다양한 이점은 자동 조정이 현재의 조정 공정과 비교될 때 실현될 수 있다. 즉, 본 발명의 조정 공정은 자동으로 실시될 수 있기 때문에, 수동 조정의 단점이 극복된다. 예를 들어, 자동 조정은 신속하고 빈번하게 실시될 수 있으며, 이는 수동 조정 이전에 발생할 수 있었던 퇴화를 실질적으로 방지할 것이다. 또한, 빈번한 조정은 엔진 수명을 향상시키면서 과도한 오염물을 감소시키고/낮은 방출물을 촉진한다.
본 발명은 제한적인 것이 아니라 예시적인 관점에서 모두 의도된 특정 실시예와 관련하여 설명되었다. 대안적인 실시예는 본 발명의 범위를 벗어남 없이 본 발명과 관련된 기술분야의 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.
전술한 것으로부터, 본 발명이 시스템 및 방법에 내재적이고 자명한 다른 장점들과 함께, 앞서 제공된 모든 목적 및 주제를 달성하는데 매우 적합한 것임을 알 수 있을 것이다. 특정한 특징부 및 서브 컴비네이션이 유용하며, 다른 특징부 및 서브 컴비네이션을 참조하지 않고 채용될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 이는 특허청구범위에 의해 고려되며, 그 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 가스 터빈 엔진의 연소장치를 자동으로 조정하기 위해 처리 유닛에 의해 실시되는 컴퓨터화된 방법으로서,
    상기 가스 터빈 엔진의 복수의 작동 조건을 모니터링하는 단계와,
    상기 복수의 작동 조건 중 적어도 두 개가 상기 복수의 작동 조건 중의 적어도 두 개와 관련된 임계치들을 극복한다고 결정하는 단계와,
    상기 복수의 작동 조건 중 적어도 두 개가 상기 임계치들을 극복한다고 결정하는 단계에 기초하여,
    (a) 스케줄에 대해 상기 복수의 작동 조건 중의 적어도 두 개의 각각의 식별을 비교하는 단계로서, 상기 스케줄은 상기 복수의 작동 조건 중의 적어도 두 개의 각각에 대해, 조절을 위한 미리규정된 연료 유동 스플릿 및 상기 미리규정된 연료 유동 스플릿을 위한 미리규정된 조절 방식의 식별을 제공하는, 상기 비교하는 단계와,
    (b) 부분적으로, 상기 비교하는 단계 및 미리규정된 선호적인 가이드라인에 기초하여, 상기 스케줄로부터 조절을 위한 목표로 상기 복수의 작동 조건 중의 적어도 두 개 중의 하나의 작동 조건에 대응하는 상기 미리규정된 연료 유동 스플릿을 선택하는 단계와,
    (c) 상기 미리규정된 조절 방식에 따라서 미리 규정된 증분만큼 상기 선택된 미리규정된 연료 유동 스플릿을 조절하는 단계를 포함하는 공정을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 선택된 미리규정된 연료 유동 스플릿은 상기 연소장치의 연료 회로의 두 개 이상의 연료 노즐로 지향되는 전체 연료 유동의 일부를 지배하고, 상기 미리규정된 증분만큼 상기 선택된 미리규정된 연료 유동 스플릿을 조절하는 단계는 균일한 조절량을 상기 선택된 미리규정된 연료 유동 스플릿에 일관적으로 적용하는 단계를 포함하는,처리 유닛에 의해 실시되는 컴퓨터화된 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 터빈 엔진의 복수의 작동 조건을 모니터링하는 단계는,
    상기 연소장치의 압력 펄스를 기록하는 단계와,
    상기 기록된 압력 펄스와 관련된 주파수 판독을 형성하기 위해 상기 기록된 압력 펄스를 푸리에 변환을 통과시키는 단계를 포함하는 처리 유닛에 의해 실시되는 컴퓨터화된 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 작동 조건 중 적어도 두 개가 상기 임계치들을 극복한다고 결정하는 단계는,
    적어도 하나의 연소장치 모드와 관련된 미리결정된 상한치들에 대해 상기 압력 펄스의 최대 진폭을 비교하는 단계와,
    상기 최대 진폭이 상기 미리결정된 상한치들 중 적어도 하나를 초과한다고 검출하는 단계를 포함하는 처리 유닛에 의해 실시되는 컴퓨터화된 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 선택된 미리규정된 연료 유동 스플릿에 대한 조절이, 상기 선택된 미리규정된 연료 유동 스플릿에 대응하는 상기 복수의 작동 조건 중의 적어도 두개 중의 하나의 작동 조건을 각각의 임계치 아래로 감소시켰다고 확인하는 단계를 더 포함하는 처리 유닛에 의해 실시되는 컴퓨터화된 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 확인하는 단계는,
    상기 선택된 미리규정된 연료 유동 스플릿에 대응하는 상기 복수의 작동 조건 중의 적어도 두 개의 작동 조건 중의 하나의 작동 조건이 안정화되도록, 시간 주기 동안 잠시 멈추는 단계와,
    상기 연소장치의 압력 펄스를 다시 기록(rerecording)하는 단계와,
    상기 다시 기록된 압력 펄스로부터 유도된 후속적인 최대 진폭이 상기 미리결정된 상한치들 중 적어도 하나를 초과하는지 결정하는 단계를 포함하는 처리 유닛에 의해 실시되는 컴퓨터화된 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 후속적인 최대 진폭이 상기 미리결정된 상한치들 중 적어도 하나를 초과하는 것으로 결정될 때, 상기 미리규정된 증분만큼 상기 선택된 미리규정된 연료 유동 스플릿의 다른 조절을 실시하는 단계를 더 포함하는 처리 유닛에 의해 실시되는 컴퓨터화된 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 후속적인 최대 진폭이 용인가능한 작동 범위 내인 것으로 결정될 때, 상기 선택된 미리규정된 연료 유동 스플릿의 조절을 중단시키는 단계를 더 포함하는 처리 유닛에 의해 실시되는 컴퓨터화된 방법.
  8. 가스 터빈 엔진을 자동으로 조정하기 위해 처리 유닛에 의해 실시되는 컴퓨터화된 방법으로서,
    상기 가스 터빈 엔진의 복수의 작동 조건을 모니터링하는 단계와,
    상기 복수의 작동 조건 중의 적어도 두개가 임계치들을 극복한다고 결정하는 단계와,
    상기 복수의 작동 조건 중 적어도 두 개가 상기 임계치들을 극복한다고 결정하는 단계에 기초하여, 스케줄에 대해 상기 복수의 작동 조건 중의 적어도 두 개의 각각의 식별을 비교하는 단계로서, 상기 스케줄은 상기 복수의 작동 조건 중의 적어도 두 개의 각각을 위해 조절을 위한 연료 유동 스플릿의 식별을 제공하는, 상기 비교하는 단계와,
    상기 비교하는 단계에 기초하여, 선택된 연료 유동 스플릿을 조절을 위한 목표로 결정하는 단계 및
    상기 선택된 연료 유동 스플릿을 조절하는 단계를 포함하는 처리 유닛에 의해 실시되는 컴퓨터화된 방법.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 선택된 미리규정된 연료 유동 스플릿에 대해 일관적으로 적용된 균일한 조절 량은 현재 조절되고 있는 상기 선택된 미리규정된 연료 유동 스플릿의 식별에 기초하는 처리 유닛에 의해 실시되는 컴퓨터화된 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 작동 조건은 가스 터빈 엔진의 방출물을 포함하는 처리 유닛에 의해 실시되는 컴퓨터화된 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 작동 조건은 린 블로우 아웃, 콜드 톤, 핫 톤, 및 스크리치를 포함하는 연소장치 다이나믹을 포함하는 처리 유닛에 의해 실시되는 컴퓨터화된 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 미리규정된 증분만큼 상기 선택된 미리규정된 연료 유동 스플릿을 조절하는 단계는 상기 스케줄에 기초하여 상기 선택된 미리규정된 연료 유동 스플릿을 증가시킬지 또는 감소시킬지 결정하는 단계를 포함하는 처리 유닛에 의해 실시되는 컴퓨터화된 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 미리규정된 증분만큼 상기 선택된 미리규정된 연료 유동 스플릿을 조절하는 단계는 조절을 위해 선택된 상기 미리규정된 연료 유동 스플릿의 식별의 함수로써 상기 선택된 미리규정된 연료 유동 스플릿을 증가시킬지 또는 감소시킬지 결정하는 단계를 포함하는 처리 유닛에 의해 실시되는 컴퓨터화된 방법.
  15. 하나 이상의 연소장치를 포함하는 가스 터빈 엔진으로서, 연료 유동 스플릿이 상기 하나 이상의 연소장치를 위한 연료 회로들을 통하여 연료 유동을 지배하는, 가스 터빈 엔진과,
    자동-조정 공정을 제어하기 위한 자동-조정 제어기를 포함하는 시스템으로서,
    상기 자동-조정 공정은,
    가스 터빈 엔진의 복수의 작동 조건을 모니터링하는 단계와,
    복수의 작동 조건 중의 적어도 두 개가 임계치들을 극복한다고 결정하는 단계와,
    상기 복수의 작동 조건 중 적어도 두 개가 상기 임계치들을 극복한다고 결정하는 단계에 기초하여, 스케줄에 대해 상기 복수의 작동 조건 중의 적어도 두 개의 각각의 식별을 비교하는 단계로서, 상기 스케줄은 상기 복수의 작동 조건 중의 적어도 두 개의 각각에 대해 조절을 위한 연료 유동 스플릿의 식별을 제공하는, 상기 비교하는 단계와,
    상기 비교하는 단계에 기초하여 조절을 위한 목표로 선택된 연료 유동 스플릿을 결정하는 단계와,
    상기 선택된 연료 유동 스플릿을 조절하는 단계를 포함하는, 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 자동-조정 공정은, 상기 선택된 연료 유동 스플릿에 대한 조절을 실행할 방향을 결정하기 위해 상기 스케줄을 활용하는 단계를 더 포함하는 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 자동-조정 공정은,
    상기 선택된 연료 유동 스플릿을 조절하기 위한 증분적 양을 결정하기 위해 상기 스케줄을 활용하는 단계를 더 포함하는 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 자동-조정 공정은,
    상기 선택된 연료 유동 스플릿에 대한 조절을 실행함에 있어서, 상기 선택된 연료 유동 스플릿에 반복적으로 실행될 조절의 수를 결정하는 단계와,
    상기 반복적인 조절의 수가 허용가능한 반복 수에 도달하였을 때, 상기 스케줄에 의해 규정된 조치를 취하는 단계를 더 포함하는 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 스케줄에 의해 규정된 조치는 다른 연료 유동 스플릿을 선택 및 조절하는 단계를 포함하는 시스템.
  20. 컴퓨터 실행가능 명령에 의해 작동될 때, 가스 터빈 엔진의 연소 장치를 자동 조정하기 위한 방법을 수행하는 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 매체로서,
    상기 방법은,
    상기 가스 터빈 엔진의 복수의 작동 조건을 모니터링하는 단계와,
    상기 복수의 작동 조건 중의 적어도 두개가 임계치들을 극복한다고 결정하는 단계와,
    상기 복수의 작동 조건 중 적어도 두 개가 상기 임계치들을 극복한다고 결정하는 단계에 기초하여, 조정 공정을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 조정 공정은,
    (a) 스케줄에 대해 상기 복수의 작동 조건 중의 적어도 두 개의 각각의 식별을 비교하는 단계와,
    (b) 부분적으로, 상기 비교하는 단계에 기초하여, 상기 스케줄로부터 조절을 위한 목표로 미리규정된 연료 유동 스플릿을 선택하는 단계와,
    (c) 상기 미리규정된 연료 유동 스플릿을 조절하는 단계를 포함하며,
    상기 미리규정된 연료 유동 스플릿은 상기 연소장치의 연료 회로의 두 개 이상의 연료 노즐로 지향되는 전체 연료 유동의 일부를 지배하는, 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 매체.
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