JP2002371989A - 圧縮機の制御制御方法、および監視装置 - Google Patents

圧縮機の制御制御方法、および監視装置

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JP2002371989A
JP2002371989A JP2002112766A JP2002112766A JP2002371989A JP 2002371989 A JP2002371989 A JP 2002371989A JP 2002112766 A JP2002112766 A JP 2002112766A JP 2002112766 A JP2002112766 A JP 2002112766A JP 2002371989 A JP2002371989 A JP 2002371989A
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compressor
stall
monitoring
precursor
parameter
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Sanjay Bharadwaj
サンジェイ・バラドワイ
Narayanan Venkateswaran
ナラヤナン・ベンカテスワラン
Chung-Hei Simon Yeung
チャン−ヘイ・(シモン)・ヤン
Steven Mark Schirle
スティーブン・マーク・シャール
Jonnalagadda Venkata Rama Prasad
ジョナラガッダ・ベンカタ・ラマ・プラサド
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮機の動作範囲全体を通して高い効率と同
等の高いサイクル圧力比と十分なサージマージンの双方
とを同時に達成する監視装置を提供する。 【解決手段】 圧縮機(14)の動作状態の良否を監視
する装置は、圧縮機(14)に動作結合され、少なくと
も1つの圧縮機パラメータを監視する少なくとも1つの
センサ(30)と、失速前兆検出アルゴリズムを具現化
し、少なくとも1つのセンサに動作結合され、失速前兆
を計算するプロセッサシステム(36、60、70、9
0)とを有する。監視装置には、失速前兆を所定のベー
スラインデータと比較する比較器(40)が設けられ、
比較器に動作結合する制御装置(42)が、失速前兆が
所定のレベルの圧縮機動作能力を表すベースラインデー
タから外れた場合に、圧縮機のサージ及び失速を防止す
るために修正動作を開始する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転する機械的構
成要素の動作状態の良否を監視するための非侵入型モニ
タリングに関する。特に、本発明は、回転失速及びサー
ジの前兆を検出することにより圧縮機の動作状態の良否
及び性能を先を見越した監視する方法及び装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】効率の良い発電機器を求める世界市場は
1980年代半ば以来急速に広がってきており、この傾
向はこの先も続いて行くと予想される。ガスタービンを
利用するトッピングサイクルと、ランキンに基づくボト
ミングサイクルとから構成されるガスタービン組み合わ
せサイクル発電所は発電の分野においては顧客が好む選
択肢であり続ける。これは、設備への投資が相対的に安
く済むことと、ガスタービンを利用する組み合わせサイ
クルの動作効率が絶えず改善されていることとがあいま
って、発電コストが最小限に抑えられるためであると考
えられる。
【0003】発電に使用されるガスタービンの場合、機
械効率を向上させるために圧縮機はより高い圧力比で動
作できなければならない。ガスタービンの動作中、圧縮
機失速として知られている現象が起こることがある。圧
縮機失速とは、タービン圧縮機の圧力比が当初は所定の
速度で何らかの臨界値を越え、その結果、後に圧縮機の
圧力比が低下し、エンジン燃焼器へ送り出される空気流
量が減少する現象である。圧縮機失速が発生する原因
は、エンジンが余りに急速に加速されること、あるいは
エンジンの正規動作中に空気圧力又は温度の入口プロフ
ァイルが不当に歪むことなど多様である。異物の混入又
はエンジン制御システムの一部の誤動作に起因する圧縮
機の損傷によっても、圧縮機の失速と、その後の圧縮機
劣化が起こりうる。圧縮機失速が検出されないままに続
いてしまうと、タービンの損傷を招くほどに圧縮機の温
度が上昇し、圧縮機内で誘起される振動応力が増加す
る。
【0004】点火温度が上昇すると、組み合わせサイク
ルの効率と比出力が増加する可能性があることは良く知
られている。更に、所定の点火温度に対して、組み合わ
せサイクル効率を最大にする最適サイクル圧力比が識別
されることも知られている。この最適サイクル圧力比は
理論上は点火温度の上昇と共に大きくなることがわかっ
ている。従って、軸流圧縮機では圧力比のレベルを絶え
ず上げることが要求され、それと同時に部品数を最小に
し、操作を単純にし、且つ総費用を安く抑えることも目
標になっている。更に、軸流圧縮機は総サイクル効率を
増大させる圧縮効率で、高められたレベルのサイクル圧
力比をもって動作することが期待されている。また、軸
流圧縮機は、組み合わせサイクル動作の変動する動力出
力特性と関連する質量流量の広い範囲にわたり空気力学
的及び流体力学的に安定した性能を示すことが期待され
ている。
【0005】本発明に至った一般的要件は、組み合わせ
サイクル効率が改善され且つ高い信頼性及び有用性を得
るための証明済みの技術に基づく工業用ガスタービンを
市場が必要としていることであった。
【0006】1つの方法は、圧縮機を通る空気の流量及
び圧力上昇を測定することにより圧縮機の動作状態の良
否を監視する。圧力上昇の値の範囲は事前に選択され、
その範囲を越えると圧縮機の動作は不良であるとみな
し、機械を停止する。そのような圧力変化は、例えば、
不安定な燃焼、圧縮機自体の回転失速事象及びサージ事
象などのいくつかの原因によるものと考えられる。これ
らの事象を判定するために、圧縮機における圧力上昇の
変化の大きさと速度を監視する。そのような事象が起こ
ると、圧力上昇の大きさは急激に落ち込み、大きさとそ
の変化の速度を監視するアルゴリズムがその事象を確認
する。しかし、この事象は回転失速又はサージの予測特
性を提供せず、先を見越してそのような事象を処理する
ための十分な先行時間をとってリアルタイム制御システ
ムに情報を提供することができない。
【0007】
【発明の概要】従って、本発明は、圧縮機の動作範囲全
体を通して高い効率と同等の高いサイクル圧力比と、十
分なサージマージンの双方が同時に要求されるという問
題を解決する。すなわち、本発明は、カルマンフィルタ
により生成される失速前兆を使用して、先を見越して圧
縮機の動作状態の良否を監視し且つ制御するシステム及
び方法を指向している。実施例においては、例えば、圧
縮機を流れるガスの圧力及び速度、圧縮機ケーシングに
加わる力及び振動などの動的圧縮機パラメータを測定す
るために、圧縮機の周囲に少なくとも1つのセンサを配
置する。監視されたセンサデータはフィルタリングさ
れ、保存される。センサによりあらかじめ指定された量
のデータが収集され、デジタル化されたならば、動的モ
デルパラメータを獲得するために、監視データに対して
時系列解析を実行する。
【0008】カルマンフィルタは動的モデルパラメータ
を新たに監視されたセンサデータと組み合わせて、フィ
ルタリング済み推定値を計算する。カルマンフィルタ
は、最新のデータサンプルに基づいて後続するデータサ
ンプルのフィルタリング済み推定値を更新する。監視デ
ータとフィルタリング済み推定値との、「イノベーショ
ン」として知られている差を比較し、所定の回数の比較
が実行されたときにイノベーションの標準偏差を計算す
る。標準偏差の大きさをベースライン圧縮機の既知の相
関の標準偏差と比較し、その差を利用して、劣化圧縮機
動作マップを推定する。これに対応する圧縮機動作能力
尺度を計算し、設計目標と比較する。圧縮機の動作能力
が不十分であると考えられる場合には、先を見越して起
こりうる回転失速事象及びサージ事象を予測し、緩和す
るためにリアルタイム制御システムにより修正動作を開
始し、それにより、要求されている圧縮機動作能力レベ
ルを維持する。
【0009】修正動作の中には、圧縮機を閾値に近いレ
ベルで動作させるために、例えば、圧縮機可変羽根、入
口空気熱、圧縮機抽気、燃焼器燃料混合等に対して調整
を実行するなどの動作ライン制御パラメータを変化させ
ることが含まれるであろう。修正動作は圧縮機サージ事
象が発生する前に、動作ライン閾値と圧縮機サージ事象
の発生との間で識別されるマージンの中で開始されるの
が好ましい。それらの修正過程は、所望のレベルの圧縮
機動作能力が実現されるまで繰り返される。
【0010】カルマンフィルタは、一組の一次線形微分
方程式として特徴づけられるシステム誤差の動的モデル
を含む。すなわち、カルマンフィルタは、変数(状態変
数)がそれぞれ対応する誤差の原因に対応するような方
程式――それらの誤差の原因の相互間の動的関係を表現
するような方程式を含む。誤差の相対的寄与を考慮に入
れるため、重み付け係数を適用する。カルマンフィルタ
は新たな測定値を受信するにつれて、過去の測定値の全
てを同時に考慮に入れながら絶えず状態変数の値を再評
価し、それにより、それぞれの入力から帰納的に更新さ
れる一組の状態変数に基づいて1つ以上の選択されたパ
ラメータの値を予測することができる。
【0011】本発明の別の実施例では、失速尺度を計算
するためにテンポラル高速フーリエ変換(FFT)を使
用する。
【0012】本発明の更に別の実施例では、失速尺度を
計算するために統計的プロセスという意味での相関積分
技法を使用しても良い。
【0013】本発明の更に別の実施例においては、2次
ガウス−マルコフプロセスにより拡張された自己回帰
(AR)モデルを使用して、失速尺度を推定する。
【0014】1つの見方によれば、本発明は、先を見越
して圧縮機を監視し且つ制御する方法であって、(a)
少なくとも1つの圧縮機パラメータを監視することと、
(b)監視されたパラメータを解析して、時系列データ
を獲得することと、(c)カルマンフィルタを使用して
時系列データを処理して、失速前兆を判定することと、
(d)失速前兆を所定のベースライン値と比較して、圧
縮機劣化を識別することと、(e)あらかじめ選択され
たレベルの圧縮機動作能力を維持するために、修正動作
を実行して圧縮機劣化を軽減することと、(f)監視さ
れる圧縮機パラメータが所定の閾値内に入るまで、前記
修正動作を実行する過程を繰り返すこととから成る方法
を提供する。この方法の過程(c)は、i)時系列データ
を処理して、動的モデルパラメータを計算することと、
ii)動的モデルパラメータと圧縮機パラメータの新たな
測定値をカルマンフィルタで組み合わせて、フィルタリ
ング済み推定値を生成することと、iii)フィルタリン
グ済み推定値と新たな測定値との差の標準偏差を計算
し、失速前兆を生成することとを更に含む。修正動作は
動作ラインパラメータを変更することにより開始される
のが好ましい。修正動作は圧縮機に対する負荷を減少さ
せることを含む。動作ラインパラメータは閾値に近い値
に設定されるのが好ましい。
【0015】別の面においては、本発明は、圧縮機の動
作状態の良否を監視する装置であって、圧縮機に動作結
合され、少なくとも1つの圧縮機パラメータを監視する
少なくとも1つのセンサと、カルマンフィルタを具現化
し、前記少なくとも1つのセンサに動作結合され、失速
前兆を計算するプロセッサシステムと、失速前兆を所定
のベースラインデータと比較する比較器と、比較器に動
作結合され、失速前兆が所定のレベルの圧縮機動作能力
を表すベースラインデータから外れた場合に、圧縮機の
サージ及び失速を防止するために修正動作を開始する制
御装置とを具備する装置を提供する。装置は、少なくと
も1つのセンサに動作結合し、少なくとも1つのセンサ
からの入力データをサンプリングし且つデジタル化する
アナログ/デジタル(A/D)変換器と、A/D変換器
に結合し、監視されるパラメータに対して時系列解析
(t, x)を実行して、動的モデルパラメータを計算する
構成システムと、対応する失速尺度データを含む既知の
複数組の圧縮機データを格納するメモリを有するルック
アップテーブル(LUT)とを更に具備する。
【0016】更に別の面においては、本発明は、圧縮機
と、燃焼器とを有する種類のガスタービンを提供し、圧
縮機の動作状態の良否を監視する方法は本発明の様々な
実施例に従って実行される。
【0017】更に別の面においては、本発明は、圧縮機
の動作状態の良否を監視し且つ制御する装置であって、
少なくとも1つの圧縮機パラメータを測定する手段と、
失速尺度を計算する手段と、失速尺度を所定のベースラ
イン値と比較する手段と、失速尺度が前記ベースライン
値から外れた場合に修正動作を開始する手段とを具備す
る装置を提供する。一実施例では、失速尺度を計算する
手段はカルマンフィルタを具現化している。別の実施例
においては、失速尺度を計算する手段は高速フーリエ変
換(FFT)アルゴリズムを具現化している。更に別の
実施例では、失速尺度を計算する手段は相関積分アルゴ
リズムである。
【0018】更に別の実施例においては、本発明は、少
なくとも1つの圧縮機パラメータを測定する手段と、失
速尺度を計算する手段と、失速尺度を所定のベースライ
ン値と比較する手段と、失速尺度が前記ベースライン値
から外れた場合に修正動作を開始する手段とを設けるこ
とにより、圧縮機の動作状態の良否を監視し且つ制御す
る方法を提供する。
【0019】更に別の実施例においては、本発明は、圧
縮機の動作状態の良否を監視する装置であって、圧縮機
に動作結合され、少なくとも1つの圧縮機パラメータを
監視する少なくとも1つのセンサと、カルマンフィルタ
を具現化し、少なくとも1つのセンサに動作結合され、
失速前兆を計算するプロセッサシステムと、失速前兆を
所定のベースラインデータと比較する比較器と、比較器
に動作結合され、失速前兆が所定のレベルの圧縮機動作
能力を表すベースラインデータから外れた場合に、圧縮
機のサージ及び失速を防止するために修正動作を開始す
る制御装置とを具備する装置を提供する。一実施例で
は、失速前兆検出アルゴリズムはカルマンフィルタであ
る。別の実施例においては、失速前兆検出アルゴリズム
はテンポラル高速フーリエ変換である。更に別の実施例
においては、失速前兆検出アルゴリズムは相関積分であ
る。別の実施例では、失速前兆検出アルゴリズムは、2
次ガウス−マルコフプロセスにより拡張された自己回帰
(AR)モデルを含む。
【0020】更に別の面では、本発明は、圧縮機におけ
る回転失速及びサージの前兆を検出する方法であって、
圧縮機を流れるガスの圧力及び速度を測定することと、
オフライン校正計算と組み合わせてカルマンフィルタを
使用して、回転失速及びサージの将来の前兆を予測する
こととから成り、カルマンフィルタは誤差の定義及びそ
れらの誤差の時間の経過に伴う確率的行動と、誤差と、
測定される圧力値及び速度値との関係と、誤差が回転失
速及びサージの前兆の予測にどのような影響を及ぼすか
ということを利用する。
【0021】本発明の利点は、単に本発明を実施する最
良の態様であると考えられる構成の実例として本発明の
好ましい実施例のみを図示し且つ説明する以下の詳細な
説明から当業者には明白になるであろう。
【0022】
【発明の実施の形態】そこで図1を参照すると、図中符
号10で指示されるガスタービンエンジンは圧縮機14
を有するハウジング12を具備する。圧縮機14は軸流
形の圧縮機であっても良く、ハウジング内部にその前端
部に隣接して配置されている。圧縮機14は環状の空気
入口16を通して空気を受け入れ、圧縮空気を燃焼室1
8へ送り出す。燃焼室18内部で空気は燃料と共に燃焼
し、その結果発生する燃焼ガスはノズル又は案内羽根構
造20によりタービンロータ24のロータブレード22
へ誘導されて、ロータを駆動する。シャフト13はター
ビンロータ24を圧縮機14と駆動自在に結合する。タ
ービンブレード22から出た排気ガスは排気ダクト19
を通り周囲の大気中に向かって後方へ排出される。
【0023】次に図2を参照すると、本発明の一実施例
がブロック線図の形で概略的に示されている。この実施
例では、圧縮機の1つの段しか示されていないが、実際
には、圧縮機はそのような段をいくつか含んでいる場合
もある。この場合、例えば、圧力、圧縮機14を通って
流れるガスの速度、圧縮機14のケーシング26に加わ
る力、振動などの動的圧縮機パラメータを測定するため
に、圧縮機ケーシング26の周囲に複数のセンサ30が
配置されている。動圧は本発明を詳細に説明する上で1
つのパラメータの例であると考えられる。圧縮機14の
動作状態の良否を評価するために、上記のような他の圧
縮機パラメータを監視しても良いことは理解されるであ
ろう。センサ30からの圧力データはA/D変換器32
でデジタル化され、サンプリングされる。A/D変換器
32からのデジタル化信号はカルマンフィルタ36及び
オフライン校正システム34で受信される。圧縮機14
の正規の動作中に所定量のデータが収集されると、校正
システム34は時間の経過に伴うセンサドリフトを補正
しつつそれらのデータの時系列解析を実行して、動的モ
デルパラメータを生成する。動的モデルパラメータはカ
ルマンフィルタ36で受信され、カルマンフィルタ36
はそれらの動的モデルパラメータと、A/D変換器32
によりデジタル化された新たな圧力データとを組み合わ
せて、フィルタリング済み評価値を生成する。測定デー
タとフィルタリング済み評価値との差(以下、「イノベ
ーション」という)を更に処理して、失速の前兆を識別
する。
【0024】失速尺度値を速度(rpm)、入口案内羽根
の角度(IGV)及び圧縮機段の関数としてルックアッ
プテーブル(LUT)38を構成し且つ記入する。LU
T38に記入された値は、失速の前兆を判定するために
オフライン校正システム34により処理された測定セン
サデータと比較される既知の値である。すなわち、LU
T38は圧縮機14の失速尺度があると想定される状態
を識別するのである。所定数のイノベーションを収集す
るときに、「イノベーション」の標準偏差を計算する。
「イノベーション」の標準偏差の大きさを決定計算シス
テム40においてベースライン圧縮機の既知の相関値と
比較する。決定計算システム40は、カルマンフィルタ
36からの失速尺度が決定計算システム40で受信され
たベースライン値から外れた場合にそれを識別する。圧
縮機14の動作状態の良否を識別するために、失速又は
サージの有無は「1/0」により指示される。しかし、
カルマンフィルタ36により計算される失速尺度は、失
速又はサージが識別された場合に制御システム42にそ
れを緩和する動作を開始させるために絶えず変動してい
る信号である。この緩和動作は、圧縮機14の動作ライ
ンパラメータを変化させることにより開始されても良
い。イノベーションの標準偏差の大きさは、圧縮機動作
が不良であると考えられる場合にその危険を軽減するた
めに制御システム42が適切な動作を実行するのに十分
なリードタイムをもって制御システム42に情報を提供
する。
【0025】既存の伝達関数を介する測定前兆値とベー
スライン失速尺度との差を使用して、劣化圧縮機動作マ
ップ及びそれに対応する圧縮機の動作能力尺度を推定す
る。すなわち、動作停止マージンを計算し、それを設計
目標と比較する。関心ある圧縮機の動作能力が十分であ
るか否かをそこで判断する。圧縮機の動作能力が不十分
であると考えられれば、能動制御を実行する必要が生
じ、制御システム42へ圧縮機14を能動的に制御する
ようにとの命令が送信される。
【0026】次に図3を参照すると、図中符号36で指
示されるカルマンフィルタの概略図が示されている。こ
の場合、A/D変換器32からのサンプリング済み圧力
データは図中符号44で指示されるプラントの動的状態
モデルに供給される。動的状態モデル44は測定圧力デ
ータからデータ(例えば、この実施例では失速前兆デー
タ)を推論するために使用される。動的状態モデル44
の出力信号は測定モデル46で受信され、測定モデル4
6は信号をセンサ30(図2)からのオフセット雑音に
対して校正する。カルマンフィルタ36からのフィルタ
リング済み推定値がセンサ測定値の範囲内に確実におさ
まるように、測定モデル46の校正済み出力信号は図中
符号50で指示されるカルマン利得を監視するために供
給される。比較器48の出力信号は、失速尺度を示す標
準偏差を計算する装置56でも受信される。失速尺度は
決定計算装置40及び制御システム42(図2)に供給
される。
【0027】測定圧力データとベースライン圧縮機値と
の比較は、圧縮機の動作能力を指示する。この圧縮機動
作能力データは、圧縮機サージを防止するように制御シ
ステムの所望の修正動作を開始させることにより、失速
に近い動作を回避するために追加マージンが必要とされ
ていた場合と比べてより高い効率で圧縮機を動作させる
ために使用されても良い。圧縮機のサージを防止し且つ
失速に近い動作を回避するためにオペレータが手操作で
修正動作を開始できるように、図4に示すように、失速
前兆信号は表示装置45又はその他の表示手段にも提供
されて良い。
【0028】次に図4を参照すると、別の実施例が示さ
れている。この実施例において図2の概略図と共通する
要素は同じような図中符号で指示されているが、符号の
前に「1」が追加されている。この実施例では、失速尺
度を計算するために、テンポラル高速フーリエ変換(F
FT)アルゴリズム60を有する信号処理システムを使
用する。圧縮機の周囲に配置された複数のセンサによ
り、時間の関数として圧縮機データを測定する。測定デ
ータに対してFFTを実行し、特定の頻度で大きさの変
化を識別し、それをベースライン圧縮機値と比較して、
圧縮機の動作状態の良否を判定すると共に、所定のレベ
ルの圧縮機動作能力を維持するために制御システム14
2による軽減動作を開始させる。
【0029】図5に示す更に別の実施例では、失速尺度
を計算するために、統計的プロセスという意味での相関
積分技法を有する信号処理システム70を使用する。こ
の実施例の場合にも、図2の概略図と共通する要素につ
いては、同じような図中符号の前に数字「2」を追加し
て指示している。動作状態の良い圧縮機の相関積分の長
期間統計的特性を取り出し、それを利用して制御下限を
求める。相関積分は連続して計算されるため、サーボル
ープごとに積分の大きさを制御下限と比較する。相関積
分を制御下限と比較したときに相関積分が統計的プロセ
ス制御のいずれかの規則に違反した場合、関心ある圧縮
機の動作状態は不良であると考えられる。相関積分は、
次の等式により計算される。
【0030】
【数1】
【0031】式中、xiは瞬時Iにおける信号xであり、N
はサンプルの総数であり、rは近傍の半径であり、Cは相
関積分である。
【0032】図6に示す更に別の実施例では、2次ガウ
ス−マルコフプロセスにより拡張された自己回帰(A
R)モデルを有する信号処理システム90を使用して失
速尺度を判定する。この場合にも、図2の概略図と共通
する要素については、同じような図中符号の前に数字
「3」を追加して指示している。ARモデルは、オフラ
イン計算装置34(図2)によりオフライン時系列解析
から構成できる状態変数の形態で示されている。ARガ
ウス−マルコフモデルは次の等式に従う。
【0033】 x(n+1)=Ax(n)+Gw(n) (1) y(n)=Cx(n)+Hw(n)+v(n) (2)
【0034】等式(1)は圧縮機14の動的状態と、プ
ラントモデル44と、測定モデル46との関係を示し、
式中、xは動的状態を表し、「A」はプラントモデルを表
し、「G」は測定モデルを表し、「w」は雑音ベクトルを
表す。等式(2)は、圧縮機14の出力(y)と、プロ
セスモデル「C」と、出力に対する雑音「v」の影響との
関係を示し、「H」は出力に対するセンサ雑音の影響を
示す。
【0035】次に図7を参照すると、Y軸上に圧力比を
示し、X軸上に空気流量を示すグラフが示されている。
先に述べた通り、ガスタービンエンジンを加速すると、
その結果、圧縮機の圧力比が当初は何らかの臨界値(サ
ージライン94)を越え、その後、圧縮機圧力比と、燃
焼器へ送り出される空気の流量が急激に減少するという
圧縮機失速又はサージが起こると考えられる。そのよう
な状態が検出されず、継続したままであると、燃焼器の
温度と、圧縮機内で誘起される振動応力がガスタービン
に対する損傷を引き起こすほどに高くなってしまう。従
って、圧縮機失速の始まり又は前兆を検出するのに応答
して修正動作を開始することにより、先に確認したよう
な問題の発生を防止できるであろう。図中92で指示さ
れるラインは圧縮機14が動作している動作ラインを表
す。圧縮機14に流入する空気の流量が増すにつれて、
圧縮機が動作するときの圧力比は増加する。マージン9
6は、ガスタービンエンジン10がグラフに示すような
動作ライン92により設定される値を越えて動作するよ
うになると、圧縮機失速の始まりを指示する信号が発生
されることを表している。圧縮機14の圧縮機サージ及
び失速に近い動作を回避するためには、リアルタイム制
御システム42による修正措置をマージン96内で開始
しなければならない。
【0036】本発明を現時点で最も実用的であり且つ好
ましい実施例であると考えられる構成に関連して説明し
たが、本発明は開示された実施例には限定されず、特許
請求の範囲の趣旨の範囲内に含まれる様々な変形及び等
価の構成を包含するものであることは理解されるであろ
う。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容
易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限
縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 典型的なガスタービンエンジンの概略図。
【図2】 圧縮機制御動作及びカルマンフィルタを使用
する回転失速及びサージの前兆の検出を示す概略図。
【図3】 図2に示すようなカルマンフィルタを詳細に
示す図。
【図4】 失速尺度を計算するためにテンポラルFFT
を使用する本発明の別の実施例を示す図。
【図5】 失速尺度を計算するために相関積分アルゴリ
ズムを使用する本発明の別の実施例を示す図。
【図6】 失速尺度を評価するために2次ガウス−マル
コフプロセスにより拡張された自己回帰モデルを使用す
る本発明の別の実施例を示す図。
【図7】 図1に示すような圧縮機段に関して圧力比を
Y軸上に示し、空気流量をX軸上に示すグラフ。
【符号の説明】
10…ガスタービンエンジン、14…圧縮機、18…燃
焼室、30…センサ、32…A/D変換器、34…オフ
ライン校正システム36…カルマンフィルタを有する信
号処理システム、38…ルックアップテーブル、40…
決定計算システム、42…制御システム、60…テンポ
ラル高速フーリエ変換(FFT)アルゴリズムを有する
信号処理システム、80…相関積分技法を有する信号処
理システム、90…自己回帰(AR)モデルを有する信
号処理システム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サンジェイ・バラドワイ インド、560075、カラナタカ、バンガロー ル、ホワイトフィールド・ロード、フーデ ィー・ビレッジ、フェーズ・2、エクスポ ート・プロモーション・インダストリア ル・パーク、サイ・ナンバー152番 (72)発明者 ナラヤナン・ベンカテスワラン インド、560075、カラナタカ、バンガロー ル、ニュー・チッパサンドラ、チャーチ・ ロード、421番 (72)発明者 チャン−ヘイ・(シモン)・ヤン アメリカ合衆国、インディアナ州、エバン スビル、キー・ウエスト・ドライブ、335 番 (72)発明者 スティーブン・マーク・シャール アメリカ合衆国、サウス・カロライナ州、 アンダーソン、ターンベリー・ロード、 111番 (72)発明者 ジョナラガッダ・ベンカタ・ラマ・プラサ ド アメリカ合衆国、ジョージア州、ロズウェ ル、マグノリア・ウォーク、6025番 Fターム(参考) 3H021 AA02 BA25 CA01 DA00 DA17

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機(14)を先を見越した監視し且
    つ制御する方法において、 (a)少なくとも1つの圧縮機パラメータを監視し、 (b)監視されたパラメータを解析して、時系列データ
    を獲得し、 (c)カルマンフィルタを使用して時系列データを処理
    して、失速前兆を判定し、 (d)失速前兆を所定のベースライン値と比較して、圧
    縮機劣化を識別し、 (e)あらかじめ選択されたレベルの圧縮機動作能力を
    維持するために、修正動作を実行して圧縮機劣化を軽減
    し、 (f)監視される圧縮機パラメータが所定の閾値内に入
    るまで、前記修正動作を実行する過程を繰り返す監視制
    御方法。
  2. 【請求項2】 圧縮機(14)の動作状態の良否を監視
    する監視装置において、 前記圧縮機に動作結合され、少なくとも1つの圧縮機パ
    ラメータを監視する少なくとも1つのセンサ(30)
    と、 カルマンフィルタを具現化し、前記少なくとも1つのセ
    ンサに動作結合され、失速前兆を計算するプロセッサシ
    ステム(36)と、 失速前兆を所定のベースラインデータと比較する比較器
    (40)と、 前記比較器に動作結合され、失速前兆が所定のレベルの
    圧縮機動作能力を表すベースラインデータから外れた場
    合に、圧縮機のサージ及び失速を防止するために修正動
    作を開始する制御装置(42)とを具備する監視装置。
  3. 【請求項3】 圧縮機(14)と、燃焼器(18)とを
    有する種類のガスタービンの監視方法において、 (a)少なくとも1つの圧縮機パラメータを監視し、 (b)監視されたパラメータを解析して、時系列データ
    を獲得し、 (c)カルマンフィルタを使用して時系列データを処理
    して、失速前兆を判定し、 (d)失速前兆を所定のベースライン値と比較して、圧
    縮機劣化を識別し、 (e)あらかじめ選択されたレベルの圧縮機動作能力を
    維持するために、修正動作を実行して圧縮機劣化を軽減
    し、 (f)監視される圧縮機パラメータが所定の閾値内に入
    るまで、前記修正動作を実行する過程を繰り返すことと
    から成る圧縮機の動作状態の良否を監視する監視方法。
  4. 【請求項4】 圧縮機(14)の動作状態の良否を監視
    し且つ制御する装置において、 少なくとも1つの圧縮機パラメータを測定する手段(3
    0)と、 失速尺度を計算する手段(36、60、70、90)
    と、 失速尺度を所定のベースライン値と比較する手段(4
    0)と、 失速尺度が前記ベースライン値から外れた場合に修正動
    作を開始する手段(42)とを具備する装置。
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