特許 5789266 排気温度対タービン圧力比に基づくタービン制御方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5789266

(24)【登録日】2015年8月7日

(45)【発行日】2015年10月7日

(54)【発明の名称】排気温度対タービン圧力比に基づくタービン制御方法および装置

(51)【国際特許分類】

   F02C 9/00 20060101AFI20150917BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20150917BHJP

   F02C 9/16 20060101ALI20150917BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20150917BHJP

   F04D 27/00 20060101ALI20150917BHJP

   F02C 7/042 20060101ALI20150917BHJP

   F02C 7/057 20060101ALI20150917BHJP

   F02C 9/54 20060101ALI20150917BHJP

【ＦＩ】

   F02C9/00 B

   F02C7/00 A

   F02C9/16 Z

   F01D25/00 V

   F01D25/00 W

   F04D27/00 101F

   F02C7/042

   F02C7/057

   F02C9/54

【請求項の数】9

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2012-540369(P2012-540369)

(86)(22)【出願日】2010年11月19日

(65)【公表番号】特表2013-512380(P2013-512380A)

(43)【公表日】2013年4月11日

(86)【国際出願番号】EP2010067792

(87)【国際公開番号】WO2011064143

(87)【国際公開日】20110603

【審査請求日】2013年11月15日

(31)【優先権主張番号】CO2009A000052

(32)【優先日】2009年11月27日

(33)【優先権主張国】IT

(73)【特許権者】

【識別番号】505347503

【氏名又は名称】ヌオーヴォ ピニォーネ ソシエタ ペル アチオニ

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(74)【代理人】

【識別番号】100113974

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 拓人

(72)【発明者】

【氏名】ボタレッリ，クラウディオ

【審査官】 米澤 篤

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−３０９２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３５７３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１３０８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−７７８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５５６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１０７７０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−９７９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２７８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１７６７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１８１３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２０５５６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ９／００

Ｆ０１Ｄ ２５／００

Ｆ０２Ｃ ７／００

Ｆ０２Ｃ ７／０４２

Ｆ０２Ｃ ７／０５７

Ｆ０２Ｃ ９／１６

Ｆ０２Ｃ ９／５４

Ｆ０４Ｄ ２７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機、燃焼器、および少なくともタービンを備えるガスタービンの動作点を制御する方法であって、
前記タービンの排気管でタービン排気圧を決定するステップと、
前記圧縮機で圧縮機吐出圧力を測定するステップと、
前記タービン排気圧および前記圧縮機吐出圧力に基づいてタービン圧力比を決定するステップと、
前記タービン圧力比の関数として前記タービンの前記排気管で排気温度を計算するステップと、
前記排気温度および前記タービン圧力比によって定めた平面内の参照排気温度曲線を特定するステップであって、前記参照排気温度曲線が、前記ガスタービンを動作させるのに最適であるそれらの点を含む、特定するステップと、
前記動作点を前記参照排気温度曲線上に維持するように前記ガスタービンを制御するステップと、
を含む、方法。

【請求項2】

前記動作点を前記参照排気温度曲線上に維持するように前記圧縮機の入口に配設した入口案内翼の角度を調整するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記参照排気温度曲線を使用して前記燃焼器の入口温度を制御するステップをさらに含み、前記入口温度が、前記タービンの第１段ノズルの下流の燃焼生成物の温度である、
請求項１または２記載の方法。

【請求項4】

タービン排気圧を決定する前記ステップが、
前記タービンの煙道中の質量の流れによる排気圧降下を計算するステップと、
煙突効果による圧力回復を計算するステップであって、前記煙突効果が、前記タービンの前記排気管と大気への煙道吐出との間の高度差によるものである、圧力回復を計算するステップと、
前記質量の流れおよび前記圧力回復による前記排気圧降下を共に加えて前記タービン排気圧を得るステップと
を含む、請求項１乃至３のいずれか記載の方法。

【請求項5】

前記タービン圧力比を決定する前記ステップが、前記圧縮機吐出圧力を前記タービン排気圧で割って前記タービン圧力比を得るステップを含む、請求項１乃至４のいずれか記載の方法。

【請求項6】

前記排気温度を計算する前記ステップが、
前記排気温度および前記タービン圧力比によって定めた前記平面内の前記ガスタービンについての複数の動作点を特定するステップと、
前記特定した複数の点に複数の双線形補間を適用するステップと、
希薄ガスについての点の第１の集合、およびリッチガスについての点の第２の集合を決定するステップと、
を含む、請求項１乃至５のいずれか記載の方法。

【請求項7】

線形補間を前記第１の集合および前記第２の集合内の同じタービン圧力比を有する点に適用するステップをさらに含む、請求項１乃至６のいずれか記載の方法。

【請求項8】

ポリトロープ補正を前記線形補間の結果に適用して設定点の排気温度を計算するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

ガスタービンの動作点を制御する制御装置を有するガスタービンであって、
流体を圧縮するように構成される圧縮機と、
前記圧縮機の吐出部に接続され、圧縮流体と燃料を混合するように構成される燃焼器と、
前記圧縮機に接続され、前記燃焼器からの燃焼したガスを膨張させて前記ガスタービンの出力へパワーを発生させるように構成される少なくともタービンと、
圧縮機吐出圧力を測定するために前記圧縮機の前記吐出部に設けた圧力センサと、
前記圧力センサと通信するプロセッサであって、
前記タービンの排気管でタービン排気圧降下を決定し、
前記タービン排気圧および前記圧縮機吐出圧力に基づいてタービン圧力比を決定し、
前記タービン圧力比の関数として前記タービンの前記排気管で排気温度を計算し、
前記排気温度および前記タービン圧力比によって定めた平面内の参照排気温度曲線を特定し、ただし、前記参照排気温度曲線が、前記ガスタービンを動作させるのに最適であるそれらの点を含むものであり、
前記動作点を前記参照排気温度曲線上に維持するように前記ガスタービンを制御する
ように構成されるプロセッサと、
を備える、ガスタービン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書中に開示した主題の実施形態は、一般に、ガスタービンを制御する方法およびシステムに関し、より詳細には、タービンを制御する機構および技法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、発電所やジェットエンジンに使用されるターボ機械は、新しい発見およびより良い材料に基づいて絶え間なく進化している。加えて、これらの機械の製造者は、「環境に優しい」ものとなるように、すなわち、動作中に生産される汚染物質の量を減らすように機械を製造または改良すべきとする増大する圧力を受けている。

【0003】

したがって、ターボ機械の排ガスを減らすこと、広範なガス燃料の使用を求めることを特に検討することに関する進行中の研究が存在する。これらの要求を満たすことは、特にこれらの装置の広範な動作を考慮すると、ますます困難になる。首尾よく応用を開発するためには、精確なターボ機械排気温度制御が、これらの条件の下で、関連要因となる。

【0004】

ターボ機械が生成する汚染物質を減らす１つの手法は、排気温度対圧縮機圧力比の理論的枠組みに基づく。このことについては、米国特許出願公開第２００８／０２４３３５２号（その内容全体は参照により本明細書に含まれる）が、現在の制御システムが、ガスタービンの安全で効率の良い動作を実現するために、燃料の流れ、入口案内翼（ＩＧＶ）、および他の制御入力を調整するスケジューリングアルゴリズムを実行できることについて記載している。ガスタービン制御システムは、所望の動作を実現するために、スケジューリングアルゴリズムに関連して、タービンの制御設定を決定する動作パラメータおよび設定を入力として受け取ることができる。測定される動作パラメータには、圧縮機の入口圧力および入口温度、圧縮機の出口圧力および出口温度、タービン排気温度、ならびに発電機出力が含まれ得る。所望の動作設定には、発電機出力および排気エネルギーが含まれ得る。スケジュール（例えば、排気温度対圧縮機圧力比、燃料分割対燃焼基準温度、インレットブリードヒート（ＩＢＨ）対ＩＧＶ、圧縮機動作限界線対補正した速度および入口案内翼など）が、オフラインフィールドテストまたは実験室データに基づいて、知られた動作境界（例えば、放出、動力学、希薄吹消え、圧縮機サージ、圧縮機の着氷、圧縮機クリアランス、空気力学など）に対してタービンを保護するように定められる。次いで、スケジュールの出力は、制御システム入力の適切な調整を決定する。制御システムによって管理される典型的な制御入力には、燃料の流れ、燃焼器燃料分布（これは「燃料分割」とも呼ばれ得る）、圧縮機入口案内翼位置、およびインレットブリードヒートの流れが含まれ得る。

【0005】

図１は、米国特許出願公開第２００８／０２４３３５２号の図１に類似するものであるが、圧縮機１２、燃焼器１４、圧縮機１２に結合したタービン１６、およびコンピュータ制御システム（コントローラ）１８を有するガスタービン１０の一例を示す。圧縮機１２への入口ダクト２０は、大気を圧縮機１２に送ることができる。入口ダクト２０は、入口２０を通じて圧縮機１２の入口案内翼２１に流れ込む大気の圧力損失に寄与するダクト、フィルタ、スクリーンおよび騒音緩和装置を有してもよい。タービン用の排気ダクト２２は、燃焼ガスを、例えば、排出制御装置および騒音緩和装置を通じてタービン１０の出口から誘導する。入口圧力損失の量および背圧は、コンポーネントの追加により、および入口２０および排気ダクト２２を詰まらせるゴミやチリにより時間と共に変化し得る。タービン１０は、電力を生み出す発電機２４を駆動することができる。

【0006】

米国特許出願公開第２００８／０２４３３５２号に記載されているように、ガスタービン１０の動作は、タービン１０、発電機および周囲環境の様々な性能関連変数を測定するように設計されたいくつかのセンサ２６によって監視することができる。例えば、冗長な温度センサ２６の群は、ガスタービン１０を囲む室温、圧縮機吐出温度、タービン排気温度、およびガスタービン１０を通じてのガス流の他の温度測定値を監視することができる。同様に、冗長な圧力センサ２６の群は、ガスタービン１０を通じてのガス流中の他の位置にある、圧縮機入口および出口タービン排気で、周囲気圧、ならびに静的および動的な圧力レベルを監視することができる。冗長な湿度センサ２６、例えば乾湿球温度計の群は、圧縮機１２の入口ダクトにおける周囲湿度を測定することができる。冗長なセンサ２６の群には、ガスタービン１０の動作に関する様々なパラメータを感知する流量センサ、速度センサ、火炎検出器センサ、弁位置センサ、案内翼角度センサなどがやはり含まれ得る。本明細書で用いられる場合、「パラメータ」は、タービンの動作条件を定めるために使用できる事項を指しており、例えば、タービン内の定められた位置での温度、圧力、およびガス流量であるが、これらに限定されない。

【0007】

また、米国特許出願公開第２００８／０２４３３５２号に記載した燃料制御システム２８は、燃料供給から燃焼器１４へ流れる燃料、一次燃料ノズルおよび二次燃料ノズルの中に流れる燃料間の１つまたは複数の分割、および燃焼室の中に流れる二次空気と混合される燃料量を調節する。燃料制御システム２８は、燃焼器のために燃料のタイプを選択することもできる。燃料制御システム２８は、別個のユニットであってもよく、またはメインコントローラ１８の構成部品であってもよい。コントローラ１８は、センサ入力および人間の操作者からの命令を用いてガスタービンの動作を制御するためのプログラムおよびオペレーションを実行する少なくとも１つのプロセッサを有するコンピュータシステムであり得る。コントローラ１８によって実行されるプログラムおよびオペレーションは、数ある中でも、動作パラメータの感知またはモデリング、動作境界のモデリング、動作境界モデルの適用、スケジューリングアルゴリズムの適用、および境界制御論理を境界上の閉ループへ適用することを含み得る。コントローラ１８が発生させた指令により、ガスタービンのアクチュエータに、例えば、流れ、燃料分割および燃焼器へ流れる燃料のタイプを調節する燃料供給と燃焼器の間の弁を調整させ（アクチュエータ２７）、圧縮機の入口案内翼２１を調整し（アクチュエータ２９）、インレットブリードヒートを調整し、ならびにガスタービンの他の制御設定を作動させことができる。

【0008】

米国特許出願第２００２／０１０６００１号および第２００４／００７６２１８号（その内容全体が、参照により本明細書に組み込まれる）は、作動流体中の水蒸気含有率が、設計値から実質的に変わるときに、ガスタービンの入口温度および燃焼参照温度を精確に計算するためのタービン制御アルゴリズムを調整する方法およびシステムを記載する。これらの参考文献は、入口温度を制御するためにタービン温度排気およびタービン圧力比を用いることを開示する。

【発明の概要】

【0009】

しかし、伝統的な方法およびシステムは、ガスタービンを制御するその能力に限界があり、したがって、より精確な入口温度制御、ならびに／あるいはより精確な燃焼パラメータ制御および／またはより精確な排ガス制御を実現するシステムおよび方法を提供することが望まれている。

【0010】

例示的な一実施形態によれば、圧縮機、燃焼器、および少なくともタービンを備えるガスタービンの動作点を制御する方法がある。この方法は、タービンの排気管でタービン排気圧を決定するステップと、圧縮機で圧縮機圧力吐出を測定するステップと、タービン排気圧および圧縮機圧力吐出に基づいてタービン圧力比を決定するステップと、タービン圧力比の関数としてタービンの排気管で排気温度を計算するステップと、排気温度およびタービン圧力比によって定めた平面内の参照排気温度曲線を特定するステップであって、参照排気温度曲線が、ガスタービンを動作させるのに最適であるそれらの点を含む、特定するステップと、動作点を参照排気温度曲線上に維持するようにガスタービンを制御するステップとを含む。

【0011】

例示的な別の実施形態によれば、ガスタービンの動作点を制御する制御装置を有するガスタービンがある。このガスタービンは、流体を圧縮するように構成される圧縮機と、圧縮機の吐出部に接続され、圧縮流体と燃料を混合するように構成される燃焼器と、圧縮機に接続され、燃焼器からの燃焼したガスを膨張させてガスタービンの出力へパワーを発生させるように構成される少なくともタービンと、圧縮機圧力吐出を測定するために圧縮機の吐出部に設けた圧力センサと、圧力センサと通信するプロセッサとを備える。このプロセッサは、タービンの排気管でタービン排気圧を決定し、タービン排気圧および圧縮機圧力吐出に基づいてタービン圧力比を決定し、タービン圧力比の関数としてタービンの排気管で排気温度を計算し、排気温度およびタービン圧力比によって定めた平面内の参照排気温度曲線を特定し、ただし、参照排気温度曲線が、ガスタービンを動作させるのに最適であるそれらの点を含むものであり、動作点を参照排気温度曲線上に維持するようにガスタービンを制御するように構成される。

【0012】

例示的なさらなる別の実施形態によれば、コンピュータ実行可能命令を含むコンピュータ可読媒体が存在し、この命令は、実行時に、圧縮機、燃焼器、および少なくともタービンを備えるガスタービンの動作点を制御する方法を実施する。この方法は、タービンの排気管でタービン排気圧を決定するステップと、圧縮機で圧縮機圧力吐出を測定するステップと、タービン排気圧および圧縮機圧力吐出に基づいてタービン圧力比を決定するステップと、タービン圧力比の関数としてタービンの排気管で排気温度を計算するステップと、排気温度およびタービン圧力比によって定めた平面内の参照排気温度曲線を特定するステップであって、参照排気温度曲線が、ガスタービンを動作させるのに最適であるそれらの点を含む、特定するステップと、動作点を参照排気温度曲線上に維持するようにガスタービンを制御するステップとを含む。

【0013】

明細書に組み込まれており、明細書の一部を構成する添付図面は、１つまたは複数の実施形態を例示し、詳細な説明と共に、これらの実施形態を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】従来のガスタービンの概略図である。

【図2】開示した主題の一実施形態で検討されるガスタービンの概略図である。

【図3】例示的な一実施形態によるタービンの排気温度対圧力比の変化を示すグラフである。

【図4】例示的な一実施形態によるガスタービンの動作点と最適動作点の間の関係の概略図である。

【図5】例示的な一実施形態による排気温度対タービン圧力比の平面の概略図である。

【図6】例示的な一実施形態による図５の平面内の参照排気温度曲線の概略図である。

【図7】例示的な一実施形態によるタービンの排気温度設定点を計算するステップを示す流れ図である。

【図8】例示的な一実施形態によるガスタービンを制御するステップを示す流れ図である。

【図9】ガスタービンを制御するために使用したコントローラの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

例示的な実施形態の以下の説明は、添付図面を参照する。様々な図面における同じ参照符号は、同一または類似の要素を特定する。以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。一軸型ガスタービンシステムの述語および構造に関して、便宜上、以下の実施形態について述べる。しかし、次に述べる実施形態は、これらのシステムに限定されるものではなく、他のシステム、例えば多軸型ガスタービンに適用されてもよい。

【0016】

明細書全体を通して、「一実施形態」（「ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」または「ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」）の言及は、実施形態に関連して説明した特定の特性、構造または特徴が、開示した主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、明細書全体を通して様々な箇所におけるフレーズ「一実施形態では」（「ｉｎ ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」または「ｉｎ ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」）の出現は、必ずしも同じ実施形態を言及するものではない。さらに、特定の特性、構造または特徴は、１つまたは複数の実施形態において任意の適当なやり方で組み合わされてもよい。

【0017】

図１に関して上述したように、タービン１０の様々なパラメータが、監視に求められる量を決定するために測定および／または計算され得る。そのような量は、タービンの入口温度である。タービンの入口温度を最適な範囲内に維持することによって、タービンの動作は、スムーズになると共に制御下になると考えられる。タービンの入口温度が最適な範囲から出ると、コントローラ１８は、入口温度を調整するために、例えば圧縮機の空気流量、したがって圧縮機圧力比を変更するように構成される。最適な範囲から出る入口温度を決定できるイベントは、例えば、ガスタービンの負荷の変化、またはガス燃料の組成の変化である。

【0018】

しかし、次に述べられる新規な実施形態は、ガスタービンを制御するために伝統的な理論的枠組みに頼らず、むしろ新規な理論的枠組み、例えば、タービン圧力比に基づくタービン温度排気の制御に頼る。この新規な理論的枠組みは、ガスタービンの状態のより精確な評価を提供し、ガスタービンの機能に生じる変化、例えば、負荷変化により敏感でもある。

【0019】

例示的な実施形態によれば、排気温度は、タービン圧力比の関数として決定され、排気温度は、例えばベース負荷、低負荷、高負荷などに対応するガスタービンの効率的な動作を確実にするために、ある境界内で監視および維持される。排気温度およびタービン圧力比の決定に関するさらなる詳細は、図２に関して次に述べる。図２は、入口ダクト３６を通じて流体（例えば、空気）を受け取るように構成される圧縮機３２を有するガスタービン３０を示す。圧力、温度、湿度などの少なくとも１つを測定するために、センサ３４が、入口ダクト３６に配設されてもよい。

【0020】

流体は、圧縮機３２によって圧縮され、圧縮流体は、経路４２を介して燃焼器４０へ送られて、送りダクト４４が供給する燃料（例えば、天然ガス）と混合される。より多くのセンサ３４が、圧縮流体および／または燃料の特性を測定するために燃焼器４０内または燃焼器４０の周囲に配設されてもよい。燃焼器４０内の燃焼が行われ、この燃焼は、圧縮流体と燃料の混合物の温度を入口温度まで上昇させる。後で開示するように、燃料は、送りダクト４４を介して一次バーナおよび二次バーナに与えられる。弁４５ａおよび４５ｂを使用して燃料を一次バーナおよび二次バーナに与える。制御装置７０は、弁４５ａおよび４５ｂを調整して、所望の燃料の割合を一次弁および二次弁に与えるようにやはり構成される。高いエネルギーを有する燃焼したガスの流れが、ダクト５２を介してタービン５０へ供給され、このタービン５０は、発電機５４へ至るシャフト５６と機械的に接続可能である。発電機５４は、電力を発生させることができる。タービン５０は、シャフト５８を介して圧縮機３２にやはり機械的に接続され、それによって必要な駆動力を圧縮機３２に供給する。吐出ガスは、タービン５０から出口ダクト６０を通じて放たれる。入口ダクト５２と出口ダクト６０は共に、センサ３４によって監視することができる。

【0021】

センサ３４からのデータは、制御装置７０に与えられる。制御装置７０は、入力ポート７２を介して追加のデータを受け取ることができる。制御装置７０が算出したプロセスに基づいて、例えば、翼を回転させるための指令、シャフトの回転速度を変更するための指令などの様々な指令が、出力ポート７４を介してガスタービン３０の様々な部分に与えられる。制御装置７０の詳細構造は後述する。

【0022】

例示的な実施形態によれば、ガスタービンの提案した新しい制御は、出口６０で測定／決定されるタービン温度排気（ｔｔｘ）か、圧縮機３２の吐出圧力とタービン５０の排気圧の間の比として測定／決定されるタービン圧力比（ｔｐｒ）かに基づいている。図２を参照すると、圧縮機３２の吐出圧力は、点８０で測定し、タービン５０の排気圧は、点６０で測定する。しかし、例示的な実施形態によれば、排気圧は、燃焼器４０内部で、タービン５０の入口で、またはタービン５０内部で測定／評価されてもよい。これらの圧力は、後でより詳細に述べる。ｔｔｘを決定するための次に述べる事項は、例示のためのものであり、開示した主題を限定するものではないことに留意されたい。

【0023】

図３は、（ｔｔｘ，ｔｐｒ）平面を示す。この平面内の各点は、図４に示すように、集合Ａに属するとみなすことができる。集合Ａは、燃焼モデルに基づいてガスタービン３０の動作点を含むものとして定義される。集合Ａは、点の部分集合Ｂを包含する。これらの点は、次に述べるように決定され、ガスタービン３０の最適な動作点として定義される。

【0024】

一定の入口温度、一定の速度、一定のＩＧＶ角度、一定の空気の比湿、および一定のブリード条件に対応する平面（ｔｔｘ，ｔｐｒ）のこれらの点、すなわち、集合Ａからの点は、曲線９０によって表すことができ、この曲線９０は、上向きのくぼみを有し得る。タービン圧力比ｔｐｒは、圧縮機入口温度によって変化し得る。ｔｐｒ＝ｔｐｒ₀で接線９２を有する放物線であり得る曲線９０の近似値を求めるときに導入される誤差は小さく、ｔｐｒ₀の近くｔｐｒの値については無視することができる。当業者は、他の近似関数を使用してもよいことが認識されよう。

【0025】

圧縮機入口温度、圧縮機速度、およびＩＧＶ角度を徐々に変えると、曲線９０は、例えば、その一次導関数において何らの不連続性もなく、徐々に変化する。したがって、ｔｔｘに基づいて計算できる一定の入口温度の軌跡は、接線９２を線形補間することによって近似値を求めることができる。

【0026】

上述の集合Ｂの点に基づいて、後述する関数ｆが、集合Ｃに属する点を決定するために適用される。集合Ｃの点は、制御論理の通りにガスタービンが動作するための設定点である。言い換えれば、集合Ｃに属する点が、次に述べるように計算され、ガスタービン３０の操作者が、ガスタービンを集合Ｃ内に維持するためにいくつかのパラメータを制御する。図４は、この概念を示す。

【0027】

例示的な実施形態によれば、関数ｆは、ｆ＝ｇ・ｈ・ｌとして定義することができ、ただし、ｇ、ｈおよびｌは、数学関数または演算子である。例えば、ｇは、適切な燃料特性を用いる線形補間であってもよく、ｈは、ＩＧＶの角度およびガスタービン速度の双線形補間であってもよく、およびｌは、ｐ・Ｔ^((1-γ^)/γ⁾＝一定によって与えられるポリトロープ補正であってもよい。定義域Ｂを設定すると、値域Ｃが、関数ｆを通じて全面的に定められる。Ｂ内の局所摂動は、Ｃ内の局所摂動をもたらす。応用に応じて、より多くのまたはより少ない関数、または様々な関数が、関数ｆを定義するために使用されてもよい。言い換えれば、上記のｇ、ｈ、およびｌの関数の代わりに、他の関数が使用されてもよく、または異なるいくつかの関数が使用されてもよい。

【0028】

次に、ガスタービン３０を効率的に動作させるために維持することが望まれる設定ｔｔｘ温度の決定を述べる。ガスタービンが、以下の範囲、すなわち、室温ｔａｍｂ（範囲がｔａｍｂ_i-1≦ｔａｍｂ≦ｔａｍｂ_iであることに留意されたい）、ＩＧＶ角度ｉｇｖ（範囲がｉｇｖ_j-1≦ｉｇｖ≦ｉｇｖ_jであることに留意されたい）、およびガスタービン速度ｔｎｈ（範囲がｔｎｈ_k-1≦ｔｎｈ≦ｔｎｈ_kであることに留意されたい）についての範囲で動作できると仮定する。また、ガスタービンは、最適な入口温度で制御されるものと考える。上記の範囲に基づいて、ガスタービンの動作点は、以下の各点によって定められる曲線によって図５に示す（ｔｔｘ，ｔｐｒ）空間内で表すことができる。希薄燃料および最低室温について４つの点Ａ１〜Ａ４があり、希薄燃料および最高室温について４つの点Ｂ１〜Ｂ４があり、リッチ燃料および最低室温について４つの点Ｃ１〜Ｃ４があり、リッチ燃料および最高室温について４つの点Ｄ１〜Ｄ４がある。点の個数は、補間関数の性質に従って変わり得る。

【0029】

希薄燃料およびリッチ燃料は、次のように定義される。産業的用途向けのガスタービンは、９０％を上回るＣＨ₄を含有する天然ガスを使用している。天然ガスは、リッチガス燃料であると考えられる。天然ガスを不活性ガス、例えば窒素、二酸化炭素、およびアルゴンとブレンドすることによって、より希薄なガス燃料、すなわち低いＬＨＶ値をもたらす（ＬＨＶは、ガスの低い発熱量であり、ガスを燃焼することによってガスの単位質量から得ることができるエネルギー量を説明している）。リッチ燃料は、天然ガスをエタン、プロパンおよび／またはブタンのようなより重い炭化水素とブレンドすることによって得ることができる。

【0030】

上述の点集合ごとに、中心点（Ａ５、Ｂ５、Ｃ５およびＤ５）が、２つの双線形補間（上述の関数ｇ）を用いて計算される。双線形補間は、規則的な格子上の２変数の補間関数についての線形補間の拡張である。双線形補間は、まず、一方向に線形補間を行い、次いで他の方向に再び線形補間を行う。点Ａ５およびＢ５は、希薄ガスについての温度制御曲線１００を定め、点Ｃ５およびＤ５は、リッチガスについての温度制御曲線１０２を定める。上述したように、双線形補間ではない別の関数が使用されてもよい。

【0031】

ｔｔｘ設定点は、ＬＨＶ実際ノカ゛ス、ＬＨＶリッチカ゛ス、およびＬＨＶ希薄カ゛スに基づき２つの制御曲線１００および１０２上の実際の圧力比に対応する２つの縦座標の線形補間（上述の関数ｈ、または別の応用例では、他の関数）を用いて決定される。

【0032】

より多くの点が、他の条件および／または検討されるパラメータの値について計算される場合、より多くのｔｔｘ設定点を決定することができる。対応するｔｐｒ比に対してこれらの点をプロットすることによって、図６に示す参照排気温度曲線１０４になる。参照排気温度曲線１０４は、２つの制御曲線１００と１０２の間にあることに留意されたい。例示的な一実施形態（図示せず）によれば、曲線１０４は、曲線１００および１０２に平行である。

【0033】

ｔｔｘ設定点を計算するステップは、図７に示すブロック図において表すことができる。この図によれば、データセレクタユニット１１０は、室温ｔａｍｂ、翼ＩＧＶの回転角、シャフトの回転速度ｔｎｈ、およびリッチガスマトリックスデータを入力として受け取る。リッチガスマトリックスデータの一例は、
ｔｔｘｒ

【0034】

【表1】

であり、リッチガスのタービン圧力比マトリックスは、
ｔｐｒｒ

【0035】

【表2】

によって与えられる。

【0036】

（図５に示す）８つの点Ｃ１〜Ｃ４およびＤ１〜Ｄ４は、データセレクタユニット１１０によって出力される。この出力は、補間器ユニット１１２に入力として与えられる。リッチガスマトリックスデータの代わりに希薄ガスマトリックスデータを使用することを除いて、同じプロセスが、同じパラメータについてデータセレクタユニット１１４によって繰り返される。補間器１１２および１１６からの出力、すなわち、ｔｐｒ実際の制御曲線に対するリッチガスｔｔｘ、ｔｐｒ実際の制御ガスに対する希薄ガスｔｔｘは、２つのｔｔｘ設定点を計算するために、計算ユニット１１８に入力として与えられる。線形補間器１２０は、２つのｔｔｘ設定点を受け取り、それらを補間して最終的な点、ｔｔｘ設定点を生成する。線形補間器１２０の出力に基づいて、点火ユニット１２２は、ガスタービンのｔｔｘ設定点の変数を計算することができる。線形補間器１２０および点火ユニット１２２は、燃料ガスＬＨＶに関する情報を直接受け取ることができることに留意されたい。

【0037】

ｔｔｘ設定点をとると、コントローラ７０は、ガスタービンを効率的に動作させるために、この値を監視し、ガスタービン３０の様々なパラメータ（例えば、ＩＧＶの角度、燃料量など）を調整して、所定の範囲内にｔｔｘ設定点を維持するようにプログラムされてもよい。シングルシャフトガスタービンを使用する例示的な一実施形態では、ｔｔｘ設定点は、ＩＧＶ角度を制御することによって調整することができる。ここで、ガスタービンが従うことが望まれる参照排気温度曲線ｔｔｘｈ１０４が、計算される。

【0038】

ガスタービンの動作パラメータを特定する３つのベクトルを検討する。これらのベクトルは、ｔａｍｂ、ｉｇｖ、およびｔｎｈであり、これらのベクトルは、室温、ＩＧＶ翼の角度、およびシャフトの回転速度に対応する。これら３つのベクトルについての数式は、
ｔａｍｂ＝［ｔａｍｂ_i］＝［ｔａｍｂ₁，ｔａｍｂ₂，…，ｔａｍｂ₇］
であり、ただし添え字ｉは、
ｔａｍｂ＜ｔａｍｂ₂の場合は２、
ｔａｍｂ₂≦ｔａｍｂ＜ｔａｍｂ₃の場合は３、
ｔａｍｂ₃≦ｔａｍｂ＜ｔａｍｂ₄の場合は４、
ｔａｍｂ₄≦ｔａｍｂ＜ｔａｍｂ₅の場合は５、
ｔａｍｂ₅≦ｔａｍｂ＜ｔａｍｂ₆の場合は６、
ｔａｍｂ₆≦ｔａｍｂの場合は７
であり、式中、ｔａｍｂは実際の室温である。

【0039】

ｉｇｖ角度ベクトルは、
ｉｇｖ＝［ｉｇｖ_j］＝［ｉｇｖ₁，ｉｇｖ₂，…，ｉｇｖ₆］として定められ、ただし、添え字ｊは、
ｉｇｖ＜ｉｇｖ₂の場合は２、
ｉｇｖ₂≦ｉｇｖ＜ｉｇｖ₃の場合は３、
ｉｇｖ₃≦ｉｇｖ＜ｉｇｖ₄の場合は４、
ｉｇｖ₄≦ｉｇｖ＜ｉｇｖ₅の場合は５、
ｉｇｖ₅≦ｉｇｖの場合は６
であり、式中、ｉｇｖは実際のｉｇｖ角度である。

【0040】

ｔｎｈシャフト速度ベクトルは、
ｔｎｈ＝［ｔｎｈ_k］＝［ｔｎｈ₁，ｔｎｈ₂，ｔｎｈ₃，ｔｎｈ₄］として定義され、添え字ｋは、
ｔｎｈ＜ｔｎｈ₂の場合は２であり、
ｔｎｈ₂≦ｔｎｈ＜ｔｎｈ₃の場合は３であり、
ｔｎｈ₃≦ｔｎｈの場合は４であり、
ただし、ｔｎｈは、実際のシャフト速度の割合である。ｉ、ｊおよびｋの値は、応用例によって異なり、多数の可能性を含み得る。

【0041】

４つの３Ｄマトリックスは、参照排気温度曲線ｔｔｘｈ、すなわち、ガスタービンを制御するための操作者が使用する参照曲線を計算するために導入される。例示的な実施形態によれば、ｔｔｘｈは、点の軌跡として見ることができ、この軌跡ではガスタービンが、最適なｔｔｘ値およびｔｐｒ値で動作する。４つのマトリックスは、排気温度希薄燃料マトリックスｔｔｘｌ、圧力比希薄燃料マトリックスｔｐｒｌ、排気温度リッチ燃料マトリックスｔｔｘｒ、および圧力比リッチ燃料ｔｐｒｒである。これらのマトリックスの要素を以下に挙げる。
希薄燃料の場合、ｔｔｘｌ＝［ｔｔｘｌ_i,j,k］、
希薄燃料の場合、ｔｐｒｌ＝［ｔｐｒｌ_i,j,k］、
リッチ燃料の場合、ｔｔｘｒ＝［ｔｔｘｒ_i,j,k］、および
リッチ燃料の場合、ｔｐｒｒ＝［ｔｐｒｒ_i,j,k］
である。

【0042】

実際の動作条件ｔａｍｂ、ｉｇｖおよびｔｎｈが、範囲ｔａｍｂ_i-1≦ｔａｍｂ＜ｔａｍｂ_i、ｉｇｖ_j-1≦ｉｇｖ＜ｉｇｖ_j、およびｔｎｈ_k-1≦ｔｎｈ＜ｔｎｈ_k内にあると仮定すると、実際の参照曲線ｔｔｘｈは、
ｔｔｘｈ＝ｔｔｘｈａ＋Δｔｔｘｈ
によって与えられ、ただし、ｔｔｘｈａは、最適なｔｔｘおよびｔｐｒの点でのガスタービンの動作についての参照曲線を定め、圧縮機入口圧力およびガスタービン排気圧降下を考慮もし、Δｔｔｘｈは、タービンの入口圧力降下および排気圧降下が変化する間に、タービン入口温度を最適な値に維持するために使用されるｔｔｘｈａの補正である。

【0043】

参照曲線ｔｔｘｈａは、
ｔｔｘｈａ＝ｔｔｘｈｒ・（ＬＨＶ−ＬＨＶｌ）／（ＬＨＶｒ−ＬＨＶｌ）＋ｔｔｘｈｌ・（ＬＨＶｒ−ＬＨＶ）／（ＬＨＶｒ−ＬＨＶｌ）
として定義され、ただし、ｔｔｘｈａを定めるパラメータは、次のように定義され、すなわち、
ｔｔｘｈｒ＝ｔｔｘｒ_i-1＋（ｔｔｘｒ_i−ｔｔｘｒ_i-1）／（ｔｐｒｒ_i−ｔｐｒｒ_i-1）・（ｔｐｒ−ｔｐｒｒ_i-1）、
ｔｔｘｈｌ＝ｔｔｘｌ_i-1＋（ｔｔｘｌ_i−ｔｔｘｌ_i-1）／（ｔｐｒｌ_i−ｔｐｒｌ_i-1）・（ｔｐｒ−ｔｐｒｌ_i-1）
であり、
ＬＨＶは、実際の燃料の低い発熱量であり、
ＬＨＶｌは、希薄燃料の低い発熱量であり、
ＬＨＶｒは、リッチ燃料の低い発熱量である。
以下の双線形補間が適用され、すなわち、
ｔｔｘｌ_i-1＝双線形補間（ｔｔｘｌ_i-1,j-1,k-1，ｔｔｘｌ_i-1,j,k-1，ｔｔｘｌ_i-1,j,k，ｔｔｘｌ_i-1,j-1,k，ｉｇｖ，ｔｎｈ）＝
ｔｔｘｌ_i-1,j-1,k-1（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｔｘｌ_i-1,j,k-1・（ｉｇｖ−ｉｇｖ_j-1）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｔｘｌ_i-1,j,k・（ｉｇｖ−ｉｇｖ_j-1）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ−ｔｎｈ_k-1）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｔｘｌ_i-1,j-1,k・（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ−ｔｎｈ_k-1）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）、
ｔｔｘｌ_i＝双線形補間（ｔｔｘｌ_i,j-1,k-1，ｔｔｘｌ_i,j,k-1，ｔｔｘｌ_i,j,k，ｔｔｘｌ_i,j-1,k，ｉｇｖ，ｔｎｈ）＝
ｔｔｘｌ_i,j-1,k-1・（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｔｘｌ_i,j,k-1・（ｉｇｖ−ｉｇｖ_j-1）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｔｘｌ_i,j,k・（ｉｇｖ−ｉｇｖ_j-1）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ−ｔｎｈ_k-1）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｔｘｌ_i,j-1,k・（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ−ｔｎｈ_k-1）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）、
ｔｐｒｌ_i-1＝双線形補間（ｔｐｒｌ_i-1,j-1,k-1，ｔｐｒｌ_i-1,j,k-1，ｔｐｒｌ_i-1,j,k，ｔｐｒｌ_i-1,j-1,k，ｉｇｖ，ｔｎｈ）＝
ｔｐｒｌ_i-1,j-1,k-1・（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｐｒｌ_i-1,j,k-1・（ｉｇｖ−ｉｇｖ_j-1）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｐｒｌ_i-1,j,k・（ｉｇｖ−ｉｇｖ_j-1）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ−ｔｎｈ_k-1）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｐｒｌ_i-1,j-1,k・（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ−ｔｎｈ_k-1）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）、
ｔｐｒｌ_i＝双線形補間（ｔｐｒｌ_i,j-1,k-1，ｔｐｒｌ_i,j,k-1，ｔｐｒｌ_i,j,k，ｔｐｒｌ_i,j-1,k，ｉｇｖ，ｔｎｈ）＝
ｔｐｒｌ_i,j-1,k-1・（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｐｒｌ_i,j,k-1・（ｉｇｖ−ｉｇｖ_j-1）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｐｒｌ_i,j,k・（ｉｇｖ−ｉｇｖ_j-1）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ−ｔｎｈ_k-1）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｐｒｌ_i,j-1,k・（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ−ｔｎｈ_k-1）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）、
ｔｔｘｒ_i-1＝双線形補間（ｔｔｘｒ_i-1,j-1,k-1，ｔｔｘｒ_i-1,j,k-1，ｔｔｘｒ_i-1,j,k，ｔｔｘｒ_i-1,j-1,k，ｉｇｖ，ｔｎｈ）＝
ｔｔｘｒ_i-1,j-1,k-1・（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｔｘｒ_i-1,j,k-1・（ｉｇｖ−ｉｇｖ_j-1）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｔｘｒ_i-1,j,k・（ｉｇｖ−ｉｇｖ_j-1）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ−ｔｎｈ_k-1）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｔｘｒ_i-1,j-1,k・（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ−ｔｎｈ_k-1）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）、
ｔｔｘｒ_i＝双線形補間（ｔｔｘｒ_i,j-1,k-1，ｔｔｘｒ_i,j,k-1，ｔｔｘｒ_i,j,k，ｔｔｘｒ_i,j-1,k，ｉｇｖ，ｔｎｈ）＝
ｔｔｘｒ_i,j-1,k-1・（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｔｘｒ_i,j,k-1・（ｉｇｖ−ｉｇｖ_j-1）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｔｘｒ_i,j,k・（ｉｇｖ−ｉｇｖ_j-1）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ−ｔｎｈ_k-1）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｔｘｒ_i,j-1,k・（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ−ｔｎｈ_k-1）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）、
ｔｐｒｒ_i-1＝双線形補間（ｔｐｒｒ_i-1,j-1,k-1，ｔｐｒｒ_i-1,j,k-1，ｔｐｒｒ_i-1,j,k，ｔｐｒｒ_i-1,j-1,k，ｉｇｖ，ｔｎｈ）＝
ｔｐｒｒ_i-1,j-1,k-1・（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｐｒｒ_i-1,j,k-1・（ｉｇｖ−ｉｇｖ_j-1）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｐｒｒ_i-1,j,k・（ｉｇｖ−ｉｇｖ_j-1）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ−ｔｎｈ_k-1）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｐｒｒ_i-1,j-1,k・（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ−ｔｎｈ_k-1）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）、および
ｔｐｒｒ_i＝双線形補間（ｔｐｒｒ_i,j-1,k-1，ｔｐｒｒ_i,j,k-1，ｔｐｒｒ_i,j,k，ｔｐｒｒ_i,j-1,k，ｉｇｖ，ｔｎｈ）＝
ｔｐｒｒ_i,j-1,k-1・（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｐｒｒ_i,j,k-1・（ｉｇｖ−ｉｇｖ_j-1）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｐｒｒ_i,j,k・（ｉｇｖ−ｉｇｖ_j-1）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ−ｔｎｈ_k-1）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）＋
ｔｐｒｒ_i,j-1,k・（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ）／（ｉｇｖ_j−ｉｇｖ_j-1）・（ｔｎｈ−ｔｎｈ_k-1）／（ｔｎｈ_k−ｔｎｈ_k-1）
である。

【0044】

補正Δｔｔｘｈは、
Δｔｔｘｈ＝ｔｔｘｈ・（（ｐａｍｂ実際＋Δｐ排気 参照）／（ｐａｍｂ実際＋Δｐ排気））⁽γ^/(1-γ^))-1)＋
（（ｐａｍｂ実際−Δｐ入口 参照）／（ｐａｍｂ実際−Δｐ入口））⁽γ^/(1-γ^))-1)）によって与えられ、
ただし、γ＝ａ・ｔｐｒ＋ｂであり、ａおよびｂは一定であり、γは、ガスタービンのポリトロープ拡張（ｐ・ｔ^((1-γ^)/γ⁾＝一定）にフィットするようになされる。

【0045】

補正Δｔｔｘｈは、数ある中でも、実際のガスタービンの排気圧降下および入口圧力降下を考慮に入れる。ガスタービン温度制御曲線（例えばｔｔｘｈ）が、参照排気圧降下Δｐ排気 参照および参照入口圧力降下Δｐ入口 参照に依存するとき、例えば関数Δｔｔｘｈを用いて様々な排気圧降下および入口圧力降下についてこれらの曲線を補正することが可能である。

【0046】

実際の入口圧力降下値Δｐ入口 実際は、圧縮機の入口でのチリの量により評価する代わりに測定されてもよい。言い換えれば、圧縮機吸気系統の圧力降下は、流れの条件に依存すると共に、吸い込みフィルタ内のチリに依存し、周期的なチリの付着および剥離が、時間と共に入口圧力降下の予測できない変動性を引き起こし得る。一応用例では、例えば熱量計の故障または較正の問題によりＬＨＶ信号が利用できない場合、コントローラ７０は、ＬＨＶテ゛フォルトを使用して実際のＬＨＶに優先するように構成されてもよい。

【0047】

上記の双線形補間、線形補間、およびポリトロープ拡張は、上に示すようにガスタービンのパラメータ、例えば、許容範囲の様々な点ｉ、ｊおよびｋでのＩＧＶ角度およびシャフト回転速度に適用されるときに、参照曲線ｔｔｘｈ上にｔｔｘ設定点を生成する。例示的な一実施形態では、複数のｔｔｘ設定点が、様々な条件の場合にガスタービンについて計算され、これら全ての点ｔｔｘ設定点が、ｔｔｘｈ曲線の一部である。次に述べるように、他の参照曲線は、ｔｔｘｈから決定することができる。これらの追加の参照曲線は、ガスタービンの動作を制御するために使用することもできる。

【0048】

例示的な実施形態によれば、参照排気温度対圧縮機圧力比曲線ＴＴＲＸは、ガスタービンを制御するために使用することができる。ＴＴＲＸ曲線は、ＴＴＲＸ＝Ｍｉｎ（Ｉｓｏｔｈｅｒｍ_NO，ｔｔｘｈ）として定義することができ、ただし、Ｉｓｏｔｈｅｒｍ_NOは、通常の動作条件でガスタービンの等温線として定義される。一応用例では、Ｉｓｏｔｈｅｒｍ_NOは、タービンのロータが曝され得る最高温度を表す。排気温度対ＩＧＶの制御曲線は、ＴＴＲＸＧＶ＝ＴＴＲＸとして定義することができる。排気温度対燃料の制御曲線は、ピーク負荷モードがオフの場合にはＴＴＲＸＢ＝ＴＴＲＸＢ_NOとして定義することができ、ピーク負荷モードがオンの場合にはＴＴＲＸＢ＝ＴＴＲＸＢ_PKとして定義することができる。ピーク負荷モードは、一定の動作条件（室温、圧力、シャフト速度、ＩＧＶ位置、および燃料ガスの組成）で実行し、公称のものより高いパワーを出力するガスタービンとして定義される。この条件は、ガスタービンの動作入口温度が、公称温度より高いときに生じる。ＴＴＲＸＢ_NOは、ＴＴＲＸ＋Ｍｉｎ（（ＩＧＶ最大−ＩＧＶ設定点）・Δ１，Δ２）によって与えられ、ただし、Δ２は、Ｍｉｎ関数の値を制限する値であり、ＴＴＲＸＢ_PKは、Ｍｉｎ（Ｉｓｏｔｈｅｒｍ_PK，ｔｔｘｈ＋ΔＰＫ）によって与えられる。

【0049】

ΔＰＫは、
ΔＰＫ＝Δｔｔｘｒ・（ＬＨＶ−ＬＨＶｌ）／（ＬＨＶｒ−ＬＨＶｌ）＋Δｔｔｘｌ・（ＬＨＶｒ−ＬＨＶ）／（ＬＨＶｒ−ＬＨＶｌ）によって与えられ、
ＬＨＶは、実際の燃料の最低発熱量、
ＬＨＶｌは、希薄燃料の最低発熱量、
ＬＨＶｒは、リッチ燃料の最低発熱量、
Δｔｔｘｌ＝Δｔｔｘｌ_i-1＋（Δｔｔｘｌ_i−Δｔｔｘｌ_i-1）・（ｔａｍｂ−ｔａｍｂ_i-1）／（ｔａｍｂ_i−ｔａｍｂ_i-1）、および
Δｔｔｘｒ＝Δｔｔｘｒ_i-1＋（Δｔｔｘｒ_i-1−Δｔｔｘｒ_i-1）・（ｔａｍｂ−ｔａｍｂ_i-1）／（ｔａｍｂ_i−ｔａｍｂ_i-1）である。

【0050】

上記のＩＧＶによる排気温度制御および燃料曲線による排気温度制御は、次のように、ガスタービンの制御に用いることができる。ガスタービンは、例えば、タービンのシャフトの速度、（圧縮機に与えられる空気量を直接制御する）ＩＧＶの角度、燃焼器に与えられる燃料量、燃焼器に与えられる燃料／空気の比などを変えることによって制御することができる。例示的な実施形態によれば、シングルシャフトガスタービンについては、まず、ＩＧＶの角度を使用してガスタービンの動作を制御し、すなわち、（ｔｔｘ対ｔｐｒ平面内で）上で計算したｔｔｘｈ曲線上のｔｔｘ実際 点を維持する。言い換えれば、ガスタービンの様々な状態（例えば、負荷の変化）により実際のｔｔｘ実際 点がｔｔｘｈ曲線から外れるとき、第１の制御は、ＩＧＶの角度を調整して、ガスタービンのｔｔｘ実際 点をｔｔｘ設定点にもたらすようにする。しかし、この制御は、飽和点、すなわちＩＧＶの角度がさらに修正できないまたはＩＧＶの角度がさらに修正するように望まれない点に到達することができる。このとき、ガスタービンに与えられる燃料量は、ｔｔｘ実際 点がｔｔｘ設定点と一致するようになされるまで変更されてもよい。この制御が飽和になる場合、圧縮機が与える流体と燃焼器の中に噴射される燃料との間の比を変更し、したがって燃料の流量を制限し、ｔｔｘ実際 点をさらに調節することも可能である。

【0051】

ｔｔｘ対ｔｐｒ平面内のｔｔｘｈ曲線を十分に決定するために、次に、タービン圧力比ｔｐｒの決定について述べる。ガスタービン排気圧は、測定されるよりも、評価されることはさほど難しくない。タービン圧力比ｔｐｒに関わる圧力が測定されてもよいが、計算は、測定したｔｐｒよりももっと精確であるので、次に述べるようにｔｐｒを計算することが好ましい。このことについては、ガスタービン中の位置８０および６０で渦が現れる可能性があり、圧力が短い距離にわたって変動し得るときに、この渦は、測定した圧力をあまり精確でないものにさせることに留意されたい。評価は、煙道圧降下、排気データ、および周囲気圧の特性に基づいて行われ得る。例示的な実施形態によれば、タービン圧力比ｔｐｒは、評価した排気圧降下および絶対的な圧縮機吐出圧力に基づいて決定される。一実施形態では、排気圧降下は、点６０（図２参照）で決定され、一方、絶対的な圧縮機吐出圧力は、点８０（図２参照）で決定される。別の実施形態では、多段を有する圧縮機については、絶対的な圧縮機吐出圧力が、最終段の下流にある吐出し口ディフューザの後で決定される。例示的な本実施形態によれば、絶対的な圧縮機吐出圧力が測定される。

【0052】

例示的な実施形態によれば、排気圧降下は、２つの項、タービン５０の煙道中の質量の流れによる圧力降下、および煙突効果による圧力回復からなる。煙突効果は、ガスタービン排気管と大気への煙道吐出との間に高さの違いがある場合に現れ得る。第１項は、ａ_a・ρ排気・ｖ²によって与えられ、第２項は、（ρ空気−ρ排気）・Δｈによって与えられる。本計算に使用する各定数、パラメータ、および変数の意味は、後に与える。したがって、煙道中の質量の流れによる総排気圧降下は、以下のように表すことができ、
Δｐ排気＝ａ_a・ｐ排気・ｖ²−（ρ空気−ρ排気）・Δｈ、この式は、
ａ_a・ρ排気・ｖ²＝ａ_a・ρ排気・（Ｗ排気／（ρ排気・ａ_b））²＝
ａ_a・（Ｗ排気／ａ_b）²／ρ排気＝ａ／ρ排気・Ｗ排気²のように書き直すことができる。

【0053】

この式を簡単にするために、煙道中のガスの密度ρが実際の排気圧降下から独立しており、ここでは周囲気圧である吐出圧力だけに依存すると仮定するが、これは、排気圧降下は周囲気圧のごくわずかに過ぎないと考えられるからである。したがって、この簡単化によって導入される誤差は、無視することができる。排気密度ρ排気は、
ρ排気＝ρ排気 参照・ｔｔｘ参照／ｔｔｘ実際・ｐａｍｂ実際／ｐａｍｂ参照
のように表すことができる。
大気密度は、
ρ空気＝ρ空気 参照・ｔａｍｂ参照／ｔａｍｂ実際・ｐａｍｂ実際／ｐａｍｂ参照、
のように表すことができ、ただし、
ρ排気は、ｔｔｘ実際温度およびｐａｍｂ実際周囲気圧での排気の密度、
ρ排気 参照は、ｔｔｘ参照温度およびｐａｍｂ参照周囲気圧での排気の密度、
ρ空気は、実際の圧力および温度での大気の密度、
ρ空気 参照は、参照圧力および温度での大気の密度、
Δｈは、ガスタービンの排気と、外気への煙道の吐出との間の高度差、
ｖは、煙道内部の排気速度、
ｔｔｘ参照は、参照排気温度、
ｔｔｘ実際は、実際の排気温度、
ｐａｍｂ参照は、参照周囲気圧、
ｐａｍｂ実際は、実際の周囲気圧、
Ｗ排気実際は、実際の排気の質量流量、および
ａは、特定の排気ダクトに典型的な定数である。

【0054】

例示的な本実施形態では、排気の組成は、予混合モード動作にわたってほぼ一定であり、したがってその密度は、所与の温度でほぼ一定であると仮定する。

【0055】

排気の質量流量は、次のように評価することができる。圧縮機の空気の質量流量が、圧縮機の圧力比から独立していると仮定するが、これは、この仮定によって導入される誤差は、排気圧降下を評価する場合には無視しても構わないためである。ガスタービンの軸流圧縮機の空気の質量流量は、以下の伝達関数によって評価することができる。
Ｗ空気実際＝ＳＧ_ha・ｐ入口実際／ｐ入口参照・（ｆ₃・ｘ³＋ｆ₂・ｘ²＋ｆ₁・ｘ＋ｆ₀）・ｆ₄・Ｗ空気参照・ｋ、ただし、
ｆ₀＝ａ₀・ｙ³＋ｂ₀・ｙ²＋ｃ₀・ｙ、
ｆ₁＝ａ₁・ｙ³＋ｂ₁・ｙ²＋ｃ₁・ｙ、
ｆ₂＝ａ₂・ｙ³＋ｂ₁・ｙ²＋ｃ₂・ｙ、
ｆ₃＝ａ₃・ｙ³＋ｂ₁・ｙ²＋ｃ₃・ｙ、
ｔｎｈ実際／ｔｎｈ参照＜ｔｎｈ閾値の場合、ｆ₄＝ａ₄₁・ｚ³＋ｂ₄₁・ｚ²＋ｃ₄₁・ｚ＋ｄ₄₁、
ｔｎｈ実際／ｔｎｈ参照≧ｔｎｈ閾値の場合、ａ₄₂・ｚ³＋ｂ₄₂・ｚ²＋ｃ₄₂・ｚ＋ｄ₄₂、
ｘ＝ｉｇｖ実際／ｉｇｖ参照、
ｙ＝ｔｎｈ実際／ｔｎｈ参照・（ｔ入口参照／ｔ入口実際）^0.5、
ｚ＝ｔｎｈ実際／ｔｎｈ参照・（ｔ入口参照／ｔ入口実際）、ならびに
ａ_iおよびａ_ijは、応用特有の定数である。

【0056】

ガスタービンは、ＩＢＨシステムを備えるので、いくつかの部分負荷動作条件で、圧縮機の空気質量流量の一部は再循環し、排気ダクトに入らない。また、燃料ガス質量流量は、排気ダクトを通じて完全に入る。したがって、Ｗ排気実際＝Ｗ空気実際・（１−ＩＢＨ一部）＋Ｗ燃料実際である。この例示的な実施形態では、軸受けへの空気は、冷却送風機からの空気を補償すると仮定した。

【0057】

ガスタービンが排気温度制御にある間、燃料／空気の質量比は、特定の燃料ガスの組成についてほぼ一定であると考えると、燃料／空気の質量流れ比は、次のように評価することができ、すなわち、
ｆａ比＝Ｗ燃料実際／Ｗ空気実際＝Ｗ燃料参照／Ｗ空気参照・ＬＨＶ参照／ＬＨＶ実際＝ｆａ比 参照・ＬＨＶ参照／ＬＨＶ実際。

【0058】

ＩＢＨ一部は、コントロールパネルによって生成され、システムが故障していない間制御される設定点である。次いで、排気質量流量は、
Ｗ排気実際＝Ｗ空気実際・（１−ＩＢＨ一部）・（１＋ｆａ比 参照・ＬＨＶ参照／ＬＨＶ実際）として評価される。

【0059】

湿っぽい空気の比重ＳＧ_haは、次のように比湿に基づいて計算することができ、すなわち、
ＳＧ_ha＝ρ_ha／ρ_da、
ｍ_ha＝ｍ_da＋ｍ_wv、
ｍ_da＝ｍ_ha・（１−ｓｈ）、
ｍ_wv＝ｍ_ha・ｓｈ、および
ｖ_ha＝ｍ_ha／ρ_ha＝ｍ_da／ρ_da＋ｍ_wv／ρ_wv
である。

【0060】

この最後の式にρ_haを掛けると、以下の数式、
ｍ_ha＝ｍ_da・ρ_ha／ρ_da＋ｍ_wv・ρ_ha／ρ_wvが得られる。ただし、
ρ_ha／ρ_da＝ＳＧ_haおよびρ_ha／ρ_wv＝ρ_ha・ρ_da／ρ_da・ρ_wv＝ＳＧ_ha／ＳＧ_wvである。

【0061】

したがって、
ｍ_ha＝ｍ_da・ρ_ha／ρ_da＋ｍ_wv・ρ_ha／ρ_wv＝ｍ_da・ＳＧ_ha＋ｍ_wv・ＳＧ_ha／ＳＧ_wv、または
ｍ_ha＝（１−ｓｈ）・ｍ_ha・ＳＧ_ha＋ｓｈ・ｍ_ha・ＳＧ_ha／ＳＧ_wvである。
この最後の式をｍ_haで割ると、
１＝（１−ｓｈ）・ＳＧ_ha＋ｓｈ・ＳＧ_ha／ＳＧ_wv、または
ＳＧ_wv＝ＳＧ_ha・（（１−ｓｈ）・ＳＧ_wv＋ｓｈ）である。
最終的に、
ＳＧ_ha＝ＳＧ_wv／（（１−ｓｈ）・ＳＧ_wv＋ｓｈ）である。

【0062】

比湿信号が利用できない、または送信機が故障モード中である場合、比湿信号は、表１に示すデータの補間によって生成される比湿対室温の曲線によって代用されてもよい。

【0063】

【表3】

以下の表記が、上記の計算に使用されている。
ｐ入口実際は、圧縮機入口での実際の空気圧であり、
ｐ入口参照は、圧縮機入口での参照空気圧であり、
ｔａｍｂは、室温であり、
ｔ入口実際は、圧縮機入口での実際の空気湿度であり、少なくとも２つの熱電対を用いて測定することができ、それによって熱電対の最大の読取り値が、ｔ入口実際であると考えられ、または１つの熱電対が故障しているおよび／または読取り値の差があまりに大きい（例えば１０Ｆ）場合、ｔａｍｂは、ｔ入口実際と考えられる。
ｔ入口参照は、圧縮機入口での参照空気湿度であり、
ｔｎｈ実際は、圧縮機の実際の速度であり、
ｔｎｈ参照は、圧縮機の参照速度であり、
ｉｇｖ実際は、実際のｉｇｖ角度であり、
ｉｇｖ参照は、参照ｉｇｖ角度であり、
Ｗ空気実際は、圧縮機入口での実際の空気質量流量であり、
Ｗ空気参照は、圧縮機入口での参照空気質量流量であり、
Ｗ排気実際は、実際の排気の質量流量であり、
Ｗ燃料実際は、燃料の質量流量であり、
ＩＢＨ一部は、圧縮機吐出からブリードした空気の一部であり、
ｆａ比 参照は、参照燃料空気質量比であり、
ＬＨＶ参照は、参照ガス燃料のＬＨＶであり、
ＬＨＶ実際は、実際のガス燃料のＬＨＶであり、
ｓｈは、空気比湿であり、
ＳＧ_xxは、ｘｘの比重（以下の添え字の並びを参照）であり、
ρ_xxは、ｘｘの密度（以下の添え字の並びを参照）であり、
ｍ_xxは、ｘｘの質量（以下の添え字の並びを参照）であり、
ｖ_xxは、ｘｘの体積（以下の添え字の並びを参照）であり、
ｈａは、湿っぽい空気であり、
ｗｖは、水蒸気であり、および
ｄａは、乾燥空気である。

【0064】

比重、圧縮機を通過する質量流量、および上述したような他のパラメータを計算したら、次いで、タービン圧力比ｔｐｒを計算することが可能である。ｔｐｒを計算するためのアルゴリズムは、次のように概要を述べることができる。

【0065】

− ｓｈ信号が有効で利用できる場合、ＳＧ_haを計算してＳＧ_wv／（（１−ｓｈ）・ＳＧ_wv＋ｓｈ）になり、ｓｈ送信機信号が故障である場合、ｓｈテ゛フォルトとなる。

【0066】

− ｘ＝ｉｇｖ実際／ｉｇｖ参照、ｙ＝ｔｎｈ実際／ｔｎｈ参照・（ｔ入口参照／ｔ入口実際）^0.5、およびｚ＝ｔｎｈ実際／ｔｎｈ参照・（ｔ入口参照／ｔ入口実際）を仮定する。

【0067】

− ｆ₀＝ａ₀・ｙ³＋ｂ₀・ｙ²＋ｃ₀・ｙ、
− ｆ₁＝ａ₁・ｙ³＋ｂ₁・ｙ²＋ｃ₁・ｙ、
− ｆ₂＝ａ₂・ｙ³＋ｂ₁・ｙ²＋ｃ₂・ｙ、
− ｆ₃＝ａ₃・ｙ³＋ｂ₁・ｙ²＋ｃ₃・ｙ、
− ｔｎｈ実際／ｔｎｈ参照＜ｔｎｈ閾値の場合、ｆ₄＝ａ₄₁・ｚ³＋ｂ₄₁・ｚ²＋ｃ₄₁・ｚ＋ｄ₄₁、および、
− ｔｎｈ実際／ｔｎｈ参照≧ｔｎｈ閾値の場合、ａ₄₂・ｚ³＋ｂ₄₂・ｚ²＋ｃ₄₂・ｚ＋ｄ₄₂。

【0068】

− Ｗ空気実際＝ＳＧ_ha・ｐ入口実際／ｐ入口参照・（ｆ₃・ｘ³＋ｆ₂・ｘ²＋ｆ₁・ｘ＋ｆ₀）・ｆ₄・Ｗ空気参照・ｋを定義する。

【0069】

− Ｗ排気実際＝Ｗ空気実際・（１−ＩＢＨ一部）・（１＋ｆａ比 参照・ＬＨＶ参照／ＬＨＶ実際）を評価する。

【0070】

− ρ空気＝ρ空気 参照・ｔａｍｂ参照／ｔａｍｂ実際・ｐａｍｂ実際／ｐａｍｂ参照を計算する。

【0071】

− ρ排気＝ρ排気 参照・ｔｔｘ参照／ｔｔｘ実際・ｐａｍｂ実際／ｐａｍｂ参照を計算する。

【0072】

− Δｐ排気＝ａ_a・ρ排気・ｖ²−（ρ空気−ρ排気）・Δｈを計算する。

【0073】

− ｔｐｒ＝ｃｐｄ／（ｐａｍｂ実際＋Δｐ排気）を評価する。ただし、ｃｐｄは、この応用例で測定される絶対的な圧縮機吐出圧力である。

【0074】

したがって、ｔｔｘｈ曲線１０４（図６参照）は、この段階で十分に決定される。ガスタービンのための温度制御曲線が、参照排気圧降下Δｐ排気 参照および参照入口圧力降下Δｐ入口 参照についてセットアップさた場合、すでに上述したように補正Δｔｔｘｈを用いて、異なる排気圧降下および入口圧力降下、例えば実際のものについて、温度制御曲線を補正することが可能である。

【0075】

上記の温度制御論理の１つまたは複数の利点を次に述べる。ガスタービンを制御するために上記開発した手順全体は、マトリックスに基づいたものであるので、手順は柔軟であり、簡単な現場チューニングを可能にする。この手順は、実際の燃料のＬＨＶ（または別に指定のある場合、他の燃料特性）に基づいて、定格負荷運転中およびピーク負荷運転中に、制御された排気温度をバイアスすることができる。このバイアスに基づいて、汚染物排出、燃焼動力学、および燃焼器のターンダウンマージンをより良く制御することが可能である。

【0076】

ピークモードを使用可能にするとき、ベース負荷出力が駆動機械の電力需要をカバーするのに十分である場合、ガスタービンは、通常の入口温度に留まってもよく、ベース負荷出力が駆動機械の電力需要をカバーしない場合、ガスタービンは、オーバーファイアに留まってもよい。ピーク点火値は、燃料特性によってバイアスされてもよい。ピークモードを常に使用可能に維持するこの「スマート」挙動に基づいて、修正ウォッベ指数（ＭＷＩ）ベース負荷が変化する場合にガスタービンをより反応しやすく構成し、および／または任意の動作点から始まるより大きい負荷ステップアップ（最大の運転予備力）を引き受けるようにガスタービンを構成することが可能である。

【0077】

ＭＷＩは、ＬＨＶ_gas／（ＳＧ_gas・Ｔ_gas）^0.5によって与えられ、ここで、ＬＨＶ_gasはガスのより低い発熱量であり、ＳＧ_gasはガスの比重であり、Ｔ_gasは燃料ガスの温度である。

【0078】

図８に示される例示的な一実施形態によれば、圧縮機、燃焼器、および少なくともタービンを備えるガスタービンの動作点を制御する方法がある。この方法は、タービンの排気管でタービン排気圧を決定するステップ８００と、圧縮機で圧縮機圧力吐出を測定するステップ８０２と、タービン排気圧および圧縮機圧力吐出に基づいてタービン圧力比を決定するステップ８０４と、タービン圧力比の関数としてタービンの排気管で排気温度を計算するステップ８０６と、排気温度およびタービン圧力比によって定めた平面内の参照排気温度曲線を特定するステップ８０８であって、参照排気温度曲線が、ガスタービンを動作させるのに最適であるそれらの点を含む、特定するステップ８０８と、動作点を参照排気温度曲線上に維持するようにガスタービンを制御するステップ８１０とを含む。

【0079】

代替として、タービンを制御するために、以下のステップを実行することもできる。ガスタービンは、圧縮機の入口に配設した入口案内翼を有し、動作点を参照排気温度曲線上に維持するように圧縮機に入る流体の量を調整するように構成されてもよい。ガスタービンのプロセッサは、参照排気温度曲線を使用して燃焼器の入口温度を制御し、ただし、入口温度は、タービンの第１段ノズルの下流の燃焼生成物の温度であるように構成されてもよく、またはタービンの煙道中の質量の流れによるタービン排気圧を計算し、煙突効果による圧力回復を計算し、ただし、煙突効果が、タービンの排気管と大気への煙道吐出との間の高度差によりものであり、質量の流れおよび圧力回復によるタービン排気圧を共に加えてタービン排気圧を得るように構成されてもよい。

【0080】

タービン排気圧が、実際の排気温度および実際の周囲気圧での排気の密度であるρ排気、参照排気温度および参照周囲気圧での排気の密度であるρ排気 参照、実際の圧力および温度での大気の密度であるρ空気、参照圧力および温度での大気の密度であるρ空気 参照、ガスタービンの排気管と大気への煙道吐出との間の高度差であるΔｈ、煙道内部の排気速度であるｖ、参照排気温度であるｔｔｘ参照、実際の排気温度であるｔｔｘ実際、参照周囲気圧であるｐａｍｂ参照、実際の周囲気圧であるｐａｍｂ実際、圧縮機入口での実際の空気圧であるｐ入口実際、圧縮機入口での参照空気圧であるｐ入口参照、室温であるｔａｍｂ、圧縮機入口での実際の空気温度であるｔ入口実際、圧縮機入口での参照空気温度であるｔ入口参照、圧縮機の実際の速度であるｔｎｈ実際、圧縮機の参照速度であるｔｎｈ参照、実際のｉｇｖ角度であるｉｇｖ実際、参照ｉｇｖ角度であるｉｇｖ参照、圧縮機入口での実際の空気質量流量であるＷ空気実際、圧縮機入口での参照空気質量流量であるＷ空気参照、実際の排気質量流量であるＷ排気実際、燃料質量流量であるＷ燃料実際、圧縮機吐出からブリードした空気の一部であるＩＢＨ一部、参照燃料空気質量比であるｆａ比 参照、参照ガス燃料のＬＨＶであるＬＨＶ参照、実際のガス燃料のＬＨＶであるＬＨＶ実際、空気比湿であるｓｈ、湿っぽい空気であるｈａ、水蒸気であるｗｖ、乾燥空気であるｄａ、ｈａ、ｗｖまたはｄａの比重であるＳＧ_xx、ｈａ、ｗｖまたはｄａの密度であるρ_xx、ｈａ、ｗｖまたはｄａの質量であるｍ_xx、およびｈａ、ｗｖまたはｄａの体積であるＶ_xxに依存し得る。

【0081】

プロセッサは、圧縮機圧力吐出をタービン排気圧で割ってタービン圧力比を得るように構成されてもよく、あるいは排気温度およびタービン圧力比によって定めた平面内のガスタービンについての複数の動作点を特定し、または特定した複数の点に複数の双線形補間を適用し、および希薄ガスについての点の第１の集合、およびリッチガスについての点の第２の集合を決定するように構成されてもよい。さらに、プロセッサは、線形補間を第１の集合および第２の集合内の同じタービン圧力比を有する点に適用するように構成されてもよく、あるいはポリトロープ補正を線形補間の結果に適用して設定点の排気温度を計算するように構成されてもよい。

【0082】

例示的な一実施形態によれば、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ実行可能命令を含み、この命令は、実行時に、圧縮機、燃焼器、および少なくともタービンを備えるガスタービンの動作点を制御する方法を実施する。

【0083】

例示的な実施形態によれば、平面（ｔｔｘ，ｔｐｒ）内に表される排気温度参照曲線ｔｔｘｈ、排気温度閾値曲線ｔｔｘｔｈ、および他の曲線は、低い発熱量（ＬＨＶ）の代わりに燃料を特徴付ける他のパラメータに基づいて計算されてもよい。そのようなパラメータは、例えば、ＮＯｘ（窒素酸化物）ファクタ、上位燃焼性と下位燃焼性の比（下限燃焼限界は、自己伝播火炎を支持する燃料および空気（または他の酸化剤）の混合物の所与の体積中の可燃物の最小の割合であり、上限燃焼限界は、自己伝播火炎を支持する所与の体積中の可燃物の最高の割合である）などであり得る。言い換えれば、ｔｔｘｈ曲線は、上述の例示的な一実施形態において、ｔｔｘｈ＝ｔｔｘｈａ＋Δｔｔｘｈとして計算されたものであり、ただし、ｔｔｘｈａ＝ｔｔｘｈｒ・（ＬＨＶ−ＬＨＶｌ）／（ＬＨＶｒ−ＬＨＶｌ）＋ｔｔｘｈｌ・（ＬＨＶｒ−ＬＨＶ）／（ＬＨＶｒ−ＬＨＶｌ）である。しかし、ｔｔｘｈａは、燃料の低い発熱量ＬＨＶに依存し、例えば、ＮＯｘファクタ、上位燃焼性と下位燃焼性の比などに依存しない。

【0084】

したがって、ガスタービンが、同じＭＷＩの添え字を有するが異なるＮＯｘファクタを有する第１の燃料および第２の燃料の連続した供給を受ける場合、ｔｔｘｈを計算するための上述のアルゴリズムは、このファクタはｔｔｘｈａ関数の一部ではないのでＮＯｘファクタに敏感でない。ＭＷＩファクタは、ｔｔｘｈａの式に反映されているＬＨＶに従属するので、ｔｔｘｈａおよび暗黙的にｔｔｘｈ曲線は、燃料のＭＷＩ添え字の変化に影響される。しかし、第１の燃料および第２の燃料は、同様のＭＷＩ添え字を有するので、ｔｔｘｈ曲線およびＬＨＶ変数に基づく他の曲線は、異なる燃料がガスタービンに与えられることを「見る」ことができないであろう。

【0085】

このため、例示的な実施形態によれば、ｔｔｘｈ、ｔｔｘｔｈ、および他の曲線は、ＮＯｘファクタ、上位燃焼性と下位燃焼性の比、または燃料の他のパラメータ特性の関数として計算することができる。一応用例では、同じ数学関数およびアルゴリズムを使用して、新しいｔｔｘｈ、ｔｔｘｔｈ曲線を計算することができるが、ＬＨＶパラメータは、新しいパラメータによって置き換えられる。しかし、他の関数および／またはアルゴリズムを使用して、ＮＯｘファクタ、上位燃焼性と下位燃焼性の比などに基づいてｔｔｘｈ、ｔｔｘｔｈ、および他の曲線を計算してもよい。言い換えれば、コントローラ７０は、所与の燃料パラメータにそれぞれ対応する複数の（ｔｔｘ，ｔｐｒ）平面内の所望の曲線を計算するように構成することができる。

【0086】

限定ではなく例示のために、図９には、例示的な本実施形態による動作を実行できる典型的なコントローラ９００の一例が示される。図２に関して上述したコントローラ７０は、コントローラ９００の構造を有することができる。しかし、例示的な本実施形態の原理は、プロセッサ、コンピュータシステムなどに同様に適用可能であることを認識されたい。

【0087】

例示的なコントローラ９００は、処理／制御装置９０２、例えばマイクロプロセッサ、縮小命令セット・コンピュータ（ＲＩＳＣ）、または他の中央処理モジュールなどを含むことができる。処理装置９０２は、単一の装置である必要はなく、１つまたは複数のプロセッサを含むことができる。例えば、処理装置９０２は、マスタープロセッサと、マスタープロセッサに通信するように結合した関連したスレーブプロセッサとを含むことができる。

【0088】

処理装置９０２は、記憶装置／メモリ９０４内の利用できるプログラムによって指図されるとシステムの基本機能を制御することができる。したがって、処理装置９０２は、図８に説明した機能を実行することができる。より詳細には、記憶装置／メモリ９０４は、コントローラ上で機能およびアプリケーションを実行するためのオペレーティングシステムおよびプログラムモジュールを含むことができる。例えば、プログラム記憶装置は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、プログラマブルおよび／または消去可能ＲＯＭ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、加入者インタフェースモジュール（ＳＩＭ）、ワイヤレスインタフェースモジュール（ＷＩＭ）、スマートカード、または他のリムーバブルメモリ装置などのうちの１つまたは複数を含むことができる。プログラムモジュールおよび関連した特徴は、インターネットなどのネットワークを介して電子的にダウンロードされるようなデータ信号によってコントローラ９００に伝送することもできる。

【0089】

記憶装置／メモリ９０４に記憶できるプログラムの１つは、特定用途プログラム９０６である。前述の通り、特定用途プログラム９０６は、ガスタービンの関連パラメータを記憶でき、ｔｔｘ設定点を計算するための命令を含むと共にＩＧＶなどを開閉するために命令を送信することもできる。プログラム９０６および関連した特徴は、プロセッサ９０２によって動作可能なソフトウェアおよび／またはファームウェアにおいて実行することができる。プログラム記憶装置／メモリ９０４は、ガスタービンの関連パラメータなどのデータ９０８、または例示的な本実施形態に関連した他のデータを記憶するために使用することもできる。例示的な一実施形態では、プログラム９０６およびデータ９０８は、不揮発性電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭなどに記憶され、それによって並列コンピューティングシステム９００の電源を切っても情報が失われない。

【0090】

プロセッサ９０２は、発電所内の制御ステーションに関連したユーザインタフェース９１０要素に結合することもできる。発電所のユーザインタフェース９１０は、例えば、液晶ディスプレイなどのディスプレイ９１２、キーパッド９１４、スピーカ９１６、およびマイクロフォン９１８を含むことができる。これらおよび他のユーザインタフェース構成要素が、当業界で知られているようにプロセッサ９０２に結合される。キーパッド９１４は、電話番号のダイヤルすることおよび１つまたは複数のキーに割り当てられた動作を実行することを含む様々な機能を実行するための英数字キーを備えてもよい。代替として、他のユーザインタフェース機構が、用いられてもよく、例えば、音声指令、スイッチ、タッチパッド／スクリーン、ポインティングデバイス、トラックボール、ジョイスティックまたは他の任意のユーザインタフェース機構を用いるグラフィカルユーザインタフェースである。

【0091】

コントローラ９００は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）９２０を含むこともできる。ＤＳＰ９２０は、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換、音声符号化／復号化、暗号化／暗号解読、エラー検出および補正、ビットストリーム変換、フィルタリングなどを含む様々な機能を実行することができる。一般にアンテナ９２４に結合した送受信機９２２は、ワイヤレス装置に関連した無線信号を送受信することができる。

【0092】

図９のコントローラ９００は、例示的な本実施形態の原理を適用できるコンピュータ環境の典型的な例として与えられる。本明細書に記載した説明から、当業者は、本発明が、様々な他の現在知られているおよび将来のモバイルコンピュータ環境および固定コンピュータ環境に同様に適用可能であることを理解されよう。例えば、特定用途アプリケーション９０６および関連した特徴、ならびにデータ９０８は、様々なやり方で記憶することができ、様々な処理装置で動作可能であることができ、追加、より少ないまたは異なるサポート回路およびユーザインタフェース機構を有するモバイル装置において動作可能であることができる。例示的な本実施形態の原理は、非モバイル端末、すなわち、地上通信線コンピュータシステムに同様に適用可能であることに留意されたい。

【0093】

開示した例示的な実施形態は、新しい理論的枠組み、例えば排気温度対タービン圧力比に基づいてガスタービンを制御するガスタービンおよび方法を提供する。この説明は、本発明を限定することを意図するものではないことを理解されたい。反対に、例示的な実施形態は、代替形態、修正形態、および均等物を対象として含むことが意図されており、これらの代替形態、修正形態、および均等物は、特許請求の範囲によって画定される本発明の精神および範囲に含まれる。さらに、例示的な実施形態の詳細な説明では、クレームした発明を包括的に理解するために、多数の特定の詳細が記載されている。しかし、当業者は、様々な実施形態はそのような特定の詳細がなくても実施できることを理解されよう。

【0094】

例示的な本実施形態の特徴および要素が、特定の組み合わせにおける実施形態に記載されているが、各特徴または要素は、実施形態の他の特徴および要素がなくても単独で使用することができ、あるいは本明細書に開示した他の特徴および要素を有するまたは有さない様々な組み合わせで使用することができる。

【0095】

当業者によってやはり理解されるように、例示的な本実施形態は、無線通信装置に、方法として発電所内の制御ステーションに、またはコンピュータプログラム製品に具体化されてもよい。したがって、例示的な本実施形態は、完全にハードウェアの実施形態の形態をとってもよく、またはハードウェアとソフトウェアの態様を組み合わせる一実施形態の形態をとってもよい。さらに、例示的な本実施形態は、媒体に具体化したコンピュータ可読命令を有するコンピュータ可読記憶媒体に記憶されているコンピュータプログラム製品の形態をとってもよい。ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、光記憶デバイス、またはフロッピディスクもしくは磁気テープのような磁気記憶デバイスが含まれる任意の適当なコンピュータ可読媒体が利用されてもよい。コンピュータ可読媒体の他の非限定の例には、フラッシュ型メモリまたは他の知られたメモリが含まれる。

【0096】

例示的な本実施形態の特徴および要素が、特定の組み合わせにおける実施形態に記載されているが、各特徴または要素は、本実施形態の他の特徴および要素がなくても単独で使用することができ、あるいは本明細書に開示した他の特徴および要素を有するまたは有さない様々な組み合わせで使用することができる。本出願で与えられる方法または流れ図は、特別にプログラムされたコンピュータまたはプロセッサによって実行するためにコンピュータ可読記憶媒体内で有形に具体化したコンピュータプログラム、ソフトウェア、またはファームウェアにより実現されてもよい。

【0097】

本明細書は、最良の形態を含んだ例を用いて本発明を開示し、任意の当業者が、任意の装置またはシステムを生産および使用し、任意の組み込まれた方法を実施するなどの本発明の実施を可能にもする。本発明の特許性の範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者が想到する他の例を含み得る。そのような他の例は、それらの例が、特許請求の範囲の文言とは異ならない構造的要素を有する場合、またはそれらの例が特許請求の範囲の文言内の均等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。

【符号の説明】

【0098】

１０ ガスタービン
１２ 圧縮機
１４ 燃焼器
１６ タービン
１８ コンピュータ制御システム（コントローラ）、メインコントローラ、コントローラ
２０ 入口ダクト、入口
２１ 入口案内翼
２２ 排気ダクト
２４ 発電機
２６ センサ
２７ アクチュエータ
２８ 燃料制御システム
２９ アクチュエータ
３０ ガスタービン
３２ 圧縮機
３４ センサ
３６ 入口ダクト
４０ 燃焼器
４２ 経路
４４ 送りダクト
４５ａ 弁
４５ｂ 弁
５０ タービン
５２ ダクト、入口ダクト
５４ 発電機
５６ シャフト
５８ シャフト
６０ 出口ダクト、出口、点、位置
７０ 制御装置、コントローラ
７２ 入力ポート
７４ 出力ポート
８０ 点、位置
９０ 曲線
９２ 接線
１００ 温度制御曲線、制御曲線、曲線
１０２ 温度制御曲線、制御曲線、曲線
１０４ 参照排気温度曲線、曲線、参照排気温度曲線ｔｔｘｈ、ｔｔｘｈ曲線
１１０ データセレクタユニット、壁
１１２ 補間器ユニット、補間器、一次バーナ
１１４ データセレクタユニット、二次バーナ
１１６ 補間器、燃料供給ライン
１１８ 計算ユニット、燃料供給ライン
１２０ 線形補間器、一次領域
１２２ 点火ユニット
１２４ 火炎
１２６ 二次領域
１４０ データセレクタユニット
１４２ 双線形補間器ユニット、補間器
１４４ データセレクタユニット
１４６ 補間器ユニット、補間器
１４８ 計算ユニット
１５０ 線形補間器
２００ 一次モード
２０２ 希薄−希薄モード、希薄−希薄プレフィルモードサブモード
２０４ 希薄−希薄モード、希薄−希薄過渡モード
２０６ 希薄−希薄モード、希薄−希薄定常状態、希薄−希薄定常状態モード
２２０ 閾値曲線ｔｔｘｔｈ、曲線
２２２ 曲線
２２４ ｔｔｘｔｈ＋Δｔｔｘ₁閾値曲線
２４０ 曲線ｔｔｘｈ、曲線
２４２ 曲線
２５０ 予混合二次、予混合二次モード
２６０ 動作点、ガスタービンの動作点
２６０ａ 位置
２６０ｂ 位置
２６０ｃ 動作点
２６２ 曲線、閾値曲線
２６４ 曲線、閾値曲線
２６６ ｔｔｘｈ曲線、ｔｔｘｈ
２７０ 等温曲線
２８０ 予混合過渡、予混合過渡モード
２９０ 予混合定常状態、予混合定常状態モード、予混合モード、予混合モード
３００ 動作点
３００ａ 新しい位置
９００ コントローラ
９０２ 処理／制御装置、処理装置、プロセッサ
９０４ 記憶装置／メモリ
９０６ 特定用途プログラム、プログラム、特定用途アプリケーション
９０８ データ
９１０ ユーザインタフェース
９１２ ディスプレイ
９１４ キーパッド
９１６ スピーカ
９１８ マイクロフォン
９２０ デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
９２２ 送受信機
９２４ アンテナ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】