タービンガイドベーンの位置を制御するためのシステム、方法および装置
【課題】タービンガイドベーンの位置を制御するためのシステム、方法および装置を提供すること。
【解決手段】本発明の例示的実施形態によれば、少なくとも１つのタービンガイドベーンを制御するための方法が提供される。本方法は、少なくとも１つのタービンガイドベーンに関連する基準信号（６０２）を受信するステップと、少なくとも１つのタービンガイドベーンに関連するアクチュエータ位置（６２２）および角度位置（６２４）を測定するステップと、角度位置（６２４）に少なくとも部分的に基づいて不感帯信号（６２１）を生成するステップと、不感帯信号（６２１）および基準信号（６０２）に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つのタービンガイドベーンを操作するステップとを含む。
【解決手段】本発明の例示的実施形態によれば、少なくとも１つのタービンガイドベーンを制御するための方法が提供される。本方法は、少なくとも１つのタービンガイドベーンに関連する基準信号（６０２）を受信するステップと、少なくとも１つのタービンガイドベーンに関連するアクチュエータ位置（６２２）および角度位置（６２４）を測定するステップと、角度位置（６２４）に少なくとも部分的に基づいて不感帯信号（６２１）を生成するステップと、不感帯信号（６２１）および基準信号（６０２）に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つのタービンガイドベーンを操作するステップとを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的にタービンに関し、詳細には、タービンガイドベーンの位置を制御するためのシステム、方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービン圧縮機は、タービンの入口内の調節可能なガイドベーンを利用して、ある動作範囲にわたって空気流および圧力を制御することが多い。ガイドベーンは、通常、圧縮機ケーシングの固定（非回転）部に列をなして配置されており、場合によっては、４０から６０枚、またはそれ以上のベーンが各タービン上で使用されている。ベーンブレードの軸端部は、通常、圧縮機ケーシングを貫通して延在しており、各個々のベーンブレードを同時に回転させるリンク装置に取り付けられていることもある。例えば、「単一中心リング」を使用し、リングが圧縮機入口ケーシングの周囲で円周方向に回転する際、各個々のベーンブレードを回転させることができる。これらのベーンの一列が制御されるか、それとも複数の列が制御されるかに応じて、リンク装置要素をひとまとめにし、ベーンの列を同時に制御してもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７４２２４１４（Ｂ２）号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リンク装置を動かしてガイドベーンを調節するために、通常、油圧アクチュエータを含むサーボシステムが使用される。例えば、リゾルバ、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ：ｌｉｎｅａｒ ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）または線形可変差動磁気抵抗（ＬＶＤＲ：ｌｉｎｅａｒ ｖａｒｉｂａｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ）デバイスなどのトランスデューサを使用して、油圧アクチュエータの位置を監視し、サーボシステム内のコントローラにフィードバックすることができる。そのようなシステムに関する複雑な問題の１つは、幾何学的かつ回転的変換ばかりでなくリンク装置の製造公差および磨耗にも起因して、ベーンブレードのトランスデューサ測定値と実際の角度との間に複雑な非線形関係があり得ることである。ガイドベーンおよび／または可変ステータベーンの位置決めにおける正確さを欠くと、それに応じて機械を通る流れの制御における正確さを欠くことになり、おそらくは出力または効率性またはその両方の損失がもたらされる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の必要性のいくつかまたは全ては、本発明のある実施形態により対処することができる。本発明のある実施形態が、例えば圧縮機入口ベーンおよび可変ステータベーンなど、タービンガイドベーンの位置を制御するためのシステム、方法および装置を含んでいてもよい。
【０００６】
本発明の例示的実施形態によれば、少なくとも１つのタービンガイドベーンを制御するための方法が提供される。本方法は、少なくとも１つのタービンガイドベーンに関連する基準信号を受信するステップと、少なくとも１つのタービンガイドベーンに関連するアクチュエータ位置および角度位置を測定するステップと、角度位置に少なくとも部分的に基づいて不感帯信号を生成するステップと、不感帯信号および基準信号に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つのタービンガイドベーンを操作するステップとを含む。
【０００７】
別の例示的実施形態によれば、タービン内の空気流を制御するためのシステムが提供される。そのシステムは、ガスタービンと、タービン軸方向空気流を制御するように動作可能な少なくとも１つのガイドベーンと、コントローラとを含む。コントローラは、少なくとも１つのガイドベーンに関連する基準信号を受信し、少なくとも１つのガイドベーンに関連するアクチュエータ位置および角度位置を測定し、角度位置に少なくとも部分的に基づいて不感帯信号を生成し、不感帯信号および基準信号に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つのガイドベーンを操作するように構成されている。
【０００８】
別の例示的実施形態によれば、タービン内の空気流を制御するための装置が提供される。装置は、タービン軸方向空気流を制御するように動作可能な少なくとも１つのガイドベーンと、コントローラとを含む。コントローラは、少なくとも１つのガイドベーンに関連する基準信号を受信し、少なくとも１つのガイドベーンに関連するアクチュエータ位置および角度位置を測定し、角度位置に少なくとも部分的に基づいて不感帯信号を生成し、不感帯信号および基準信号に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つのガイドベーンを操作するように構成されている。
【０００９】
本発明の他の実施形態および態様が、本明細書に詳細に記載されており、本特許請求する発明の一部と考えられる。以下の詳細な説明、添付図面、および特許請求の範囲を参照すると、他の実施形態および態様を理解することができる。
【００１０】
ここで、添付の表および図面を参照するが、それらは必ずしも縮尺通りに描かれていない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の例示的実施形態による直接ベーン角度制御システムに使用されている機器のブロック図である。
【図２】本発明の例示的実施形態による例示的直接ベーン制御システムのブロック図である。
【図３】例示的制御システムのブロック図である。
【図４】例示的な架空のガイドベーン角度対コマンドのグラフである。
【図５】本発明の例示的実施形態によるリンク装置ヒステリシスを有する例示的ガイドベーン角度対コマンドのグラフである。
【図６】本発明の例示的実施形態による例示的複合不感帯制御システムのブロック図である。
【図７】本発明の例示的実施形態による例示的ガイドベーン基準位置のグラフである。
【図８】本発明の例示的実施形態による例示的方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態が示されている添付図面を参照して、本発明の実施形態についてより完全に述べる。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施されてもよく、本明細書に記載されている実施形態に限定されると見なされるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完全なかつ完結したものとなるように、かつ当業者に本発明の範囲を十分に伝えるように提供されている。全体を通じて、類似の数字は類似の要素を指している。
【００１３】
本発明のある実施形態により、圧縮機入口ベーンおよび可変ステータベーンの角度位置制御が可能になり、したがって、タービン内の空気流制御が向上し得る。ある例示的実施形態によれば、リゾルバまたはエンコーダなどの回転角度測定デバイスの使用およびフィードバック制御システムにおけるそれらの使用を用いて、軸流圧縮機のための入口ガイドベーンおよび可変ステータベーンの角度位置の直接検知および直接制御を実現してもよい。例示的実施形態によれば、本発明は、ヒステリシスを有するシステムの直接フィードバック制御におけるどんな問題をも軽減するために、直接ベーン角度位置測定（ｄｉｒｅｃｔ ａｎｇｕｌａｒ ｖａｎｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）と従来の線形的アクチュエータ位置測定（ｌｉｎｅａｒ ａｃｔｕａｔｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）の機構を組み合わせる制御アルゴリズムを含んでいてもよい。
【００１４】
本発明の例示的実施形態は、圧縮機システムで使用するための入口ベーンまたは可変ステータベーンの直接回転角度測定を可能にする。例示的実施形態によれば、その測定値は、向上した精度および再現性でガスタービンまたは圧縮機システムのガイドベーンを位置決めするために、フィードバック制御システムに使用されてもよい。
【００１５】
次に、本発明の例示的実施形態による、ガイドベーンの位置を制御するための種々の構成要素、リンク装置、センサ、およびサーボシステム構成について、添付図面を参照して述べる。
【００１６】
図１は、本発明の例示的実施形態による、直接ベーン角度制御システムに使用される機器の例示的ブロック図を示す。本発明の例示的実施形態によれば、図１に示されている構成要素が、ガスタービン上の軸流圧縮機の入口ガイドベーン（ＩＧＶ：ｉｎｌｅｔ ｇｕｉｄｅ ｖａｎｅ）および可変ステータベーン（ＶＳＶ：ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｔａｔｏｒ ｖａｎｅ）を制御するのに利用されてもよい。本発明の例示的実施形態によれば、油圧サーボ１０２を使用し、ガイドベーンアクチュエータ１１０を操作してもよい。ガイドベーンアクチュエータは、集合的にガイドベーンリンク装置システム１１４と呼ばれる（例えば引締めねじ、トルクチューブ、ユニゾンリング、レバー等などの）任意の数の構成要素に接続されていてもよい。本発明の例示的実施形態によれば、ガイドベーンリンク装置システム１１４の構成要素が、アクチュエータ１１０の直線運動をガイドベーン作動リング１１６の回転運動に変換するのに利用されてもよい。個々のベーンはレバーを介してベーン作動リング１１６に接続されていてもよく、ベーンは、ベーン作動リング１１６の運動に従って回転してもよい。本発明の例示的実施形態によれば、図１に示されている通り、線形可変差動トランスデューサ（ＬＶＤＴ：ｌｉｎｅａｒ ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）などの線形平行移動検知デバイス（ｌｉｎｅａｒ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）１１２が、ガイドベーンアクチュエータ１１０のラムまたはピストンの線形位置を監視するのに利用されてもよい。本発明の例示的実施形態によれば、また、（例えばリゾルバ、回転可変差動トランスデューサ（ＲＶＤＴ：ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）、またはエンコーダなどの）回転角度検知デバイス１１８が、個々のガイドベーンの回転を直接測定するのに使用されてもよい。
【００１７】
図２は、本発明の例示的実施形態による例示的直接ベーン制御システム２００のブロック図を示す。制御システム２００は、コントローラ２０２を含んでいてもよい。例示的実施形態によれば、コントローラ２０２は、メモリ２０４と、１つまたは複数のプロセッサ２０６と、１つまたは複数の入出力インターフェース２０８とを含んでいてもよい。本発明のある実施形態は、１つまたは複数のネットワークインターフェース２１０を含み得る。メモリ２０４は、オペレーティングシステム２１２とデータ２１４とを含んでいてもよい。本発明の例示的実施形態によれば、メモリ２０４は、１１２などの線形平行移動検知デバイスおよび１１８などの回転角度検知デバイスから受信された入力に基づいて、図１の１１０などの油圧アクチュエータを制御するための１つまたは複数の専用モジュールを用いて構成またはプログラムされていてもよい。例えば、メモリは、サーボモジュール２１６と、不感帯モジュール２１８とを含んでいてもよく、それらについて以下にさらに詳細に述べる。
【００１８】
図３は、典型的な制御システムのブロック図を示す。この図は、本発明のある実施形態を使用することにより克服される可能性がある問題を示すために含まれている。図３の制御システム３００は、例えば、ガスタービン圧縮機上の入口ガイドベーンまたは可変ステータベーンの位置制御のための機械的リンク装置を介して作動している油圧サーボシステムに利用されてもよい。例えば、位置コマンドまたは位置基準３０２がフィードバック３０４と加算されて、誤差３０６を生じてもよい。制御利得３０８が誤差３０６に適用されて、サーボ３１０への入力を供給し、それによりアクチュエータ３１２を制御してもよい。アクチュエータ位置３２０は、線形位置センサ３１８により（例えば、ＬＶＤＴ位置センサにより）測定され、フィードバック３０４に使用されてもよい。この場合、ガイドベーン位置３２４は、線形位置センサ３１８に基づいて調節されてもよく、線形位置センサ３１８は、リンク装置３１４により実際のガイドベーンから分離されていてもよい。本制御システム３００を使用してリンク装置３１４の出力を調節し、基準３０２の出力に一致させてもよい。リンク装置３１４が適切でありかつ線形位置センサ３１８が適切に較正されると仮定すれば、線形位置センサ３１８の出力は、フィードバック制御目的でガイドベーン位置を予測するのに十分である可能性がある。
【００１９】
図４は、前述の架空の状態を示し、そこでは、図１の１１４などのリンク装置は適切であり（例えば、ヒステリシスまたは遊びがなく）、図１の１１２などの線形平行移動検知デバイスは、適切に較正される。例えば、図４は、ガイドベーン角度４０２対ガイドベーンコマンド４０４の関数としてプロットされている理想的なトラッキングライン４０６を示す。トラッキングライン４０６は、この理想的な完全なシステムにおける理想的な応答４０８に従っており、そのような場合には、図３の３００などの単純な制御システムが、そのような適切なシステムを制御するのに適している可能性がある。
【００２０】
しかし、油圧アクチュエータのラムの直線運動を個々のガイドベーンの回転運動に変換するのに使用される任意の実際の機械的リンク装置では、リンク装置構成要素間の種々の嵌合における製造公差の累積により生起する、小さいがゼロでない量のスロップまたは遊びが必然的に存在している可能性がある。このスロップまたは遊びは、ベーン位置決めシステムに２つの望ましくない影響をもたらすおそれがある。すなわち（１）絶対位置決め精度が不足し得ること、および（２）ヒステリシスなどの影響により、再現性が不足し得ることになるおそれがある。本発明の例示的実施形態は、これらの影響をどちらも軽減することができる。
【００２１】
図５は、本発明の例示的実施形態による、リンク装置ヒステリシスを有する例示的ガイドベーン角度対コマンド５００のグラフを示す。この図では、ガイドベーン角度５０２は、ガイドベーンコマンド５０４の関数としてプロットされている。図４の場合と同様に、理想的なトラッキングライン５０６は、２つの変数（５０２、５０４）間の線形関係として示されている。しかし、図１の１１４などのリンク装置が不完全である場合、実際のガイドベーン角度５０８は、理想的なトラッキングライン５０６に従わず、代わりに、位置決め誤差５１０を有する可能性がある。
【００２２】
既存の制御方法から脱却して、本発明の例示的実施形態によれば、図１の１１４などのリンク装置システムにおける遊び、非線形性等によるガイドベーンの位置決めにおける誤差が、図１の１１２などの線形平行移動検知デバイスを使用して、図１の１１０などのアクチュエータで測られた測定値と、図１の１１８などの回転角度検知デバイスを使用してガイドベーンで測られた測定値とを組み合わせることにより、少なくとも部分的に補償する、または低減することができる。
【００２３】
図６は、本発明の例示的実施形態による複合不感帯制御システムのブロック図６００を示しており、この複合不感帯制御システムは、ガイドベーンアクチュエータ位置６２２およびガイドベーン角度位置６２４をフィードバックとして利用し、また付加的に不感帯プロセス６２０またはモジュールを利用して、ガイドベーン制御における位置決め精度および再現性を向上させることができる。
【００２４】
本発明の例示的実施形態によれば、公称ガイドベーン基準信号６０２を、制御システム６００への入力として使用することができる。公称ガイドベーン基準信号６０２は、加算合流部６０４で不感帯信号６２１と加算されて、ガイドベーン基準信号６０６を生成してもよい。例示的実施形態では、測定されたガイドベーンアクチュエータ位置フィードバック信号６１９が、ガイドベーン基準信号６０６から差し引かれてもよく、結果として生じる誤差信号は、内部フィードバックループ６２６内で利用されてもよい。例示的実施形態によれば、内部フィードバックループ６２６は、制御利得６０８と、サーボ６１０と、（可動制限を有する）油圧アクチュエータ６１２と、ガイドベーンアクチュエータ位置センサ６１８とを含んでいてもよい。本発明の例示的実施形態によれば、ガイドベーンアクチュエータ位置センサ６１８は、以下に記載される内部フィードバックループ６２６および外部フィードバックループ６２８の両方の内部で使用するためのガイドベーンアクチュエータ位置フィードバック信号６１９を供給してもよい。
【００２５】
本発明の例示的実施形態によれば、外部フィードバックループ６２８は、ガイドベーンアクチュエータ位置６２２を受信してもよく、このガイドベーンアクチュエータ位置は、（ヒステリシスを有する）リンク装置システム６１４を制御するのに利用されてもよく、ガイドベーンアクチュエータ位置センサ６１６により測定されてもよいガイドベーンアクチュエータ位置６２４をもたらす。例示的実施形態では、結果として生じる測定されたガイドベーン角度位置フィードバック信号６１７は、（内部フィードバックループ６２６により生成される）測定されたガイドベーンアクチュエータ位置フィードバック信号６１９から差し引かれてもよく、結果として生じる誤差は、不感帯プロセス６２０またはモジュール内に供給されてもよい。例示的実施形態によれば、不感帯プロセス６２０またはモジュールは、公称ガイドベーン基準信号６０２に付加されてもよい不感帯信号６２１を生成してもよい。
【００２６】
例示的実施形態によれば、不感帯プロセス６２０は、不感帯プロセス６２０への関連する入力信号が所定の大きさを超過していない限り、約ゼロである不感帯信号６２１を生成することができる。例示的実施形態によれば、出力信号６２１は、入力信号が所定の大きさを超過しているとき、不感帯プロセス６２０の入力信号に線形的に関連している可能性がある。例えば、不感帯信号６２１は、関連する入力信号が最大測定限界の約０．０５％を超過していない限り、約ゼロの出力信号を含んでいる可能性がある。入力信号が最大測定限界の約０．０５％を超過しているとき、不感帯出力信号６２１は、不感帯プロセス６２０の入力信号に線形的に関連している可能性がある。本発明の例示的実施形態によれば、所定の限界が、必要に応じて設定または調節されてもよく、リンク装置システムおよび他の要素の条件によって、例えば最大測定限界の約０．０１パーセントから最大測定限界の約１０パーセントまで変動してもよい。例示的実施形態によれば、不感帯出力信号６２１は、ガイドベーンアクチュエータ（線形）位置６２２とガイドベーンアクチュエータ角度位置６２４との差に基づいていてもよい。
【００２７】
図７は、本発明の例示的実施形態の、時間の関数としてのガイドベーン基準位置のグラフである。本グラフの実曲線は、例示的公称ガイドベーン基準位置７０２を表し、この例示的公称ガイドベーン基準位置は、図６の６０２などの制御システムへの入力として使用されてもよい。図１の１１４などの機械的リンク装置が遊びおよび／またはヒステリシスを含む場合、かつ図３の３００などの制御システムが図３の３０４などの線形アクチュエータからのフィードバックのみが用いられる所で利用される場合、ガイドベーン位置が、例示的公称ガイドベーン位置７０２に正確に従わない可能性がある。そのような場合が、図７に７０４と表示された曲線に示されている。しかし、（ヒステリシスを有する）比較的類似した機械的システムでは、図６にあるものなどの複合不感帯制御システム６００が利用される場合、線形および角度アクチュエータフィードバックを用いる実際のガイドベーン位置７０６は、公称ガイドベーン基準位置７０２により正確に従う可能性がある。
【００２８】
次に、少なくとも１つのタービンガイドベーンを制御するための例示的方法８００について、図８のフローチャートを参照して述べる。方法８００はブロック８０２で開始し、そこでは、本発明の例示的実施形態によれば、本方法は、少なくとも１つのタービンガイドベーンに関連する基準信号を受信するステップを含む。ブロック８０４では、方法８００は、少なくとも１つのタービンガイドベーンに関連するアクチュエータ位置と角度位置とを測定するステップを含む。ブロック８０６では、方法８００は、角度位置に少なくとも部分的に基づいて、不感帯信号を生成するステップを含む。ブロック８０８では、方法８００は、不感帯信号および基準信号に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも１つのタービンガイドベーンを操作するステップを含む。方法８００は、ブロック８０８の後に終了する。
【００２９】
したがって、本発明の例示的実施形態は、向上した精度でガスタービンまたは圧縮機システムのガイドベーンを位置決めすることを実現する、あるシステムおよび方法を作り出す技術的効果をもたらすことができる。本発明の例示的実施形態は、向上した精度でガスタービンまたは圧縮機システムのガイドベーンを位置決めするためのシステムおよび方法を実現するさらなる技術的効果をもたらすことができる。
【００３０】
本発明の例示的実施形態では、直接ベーン制御システム１００、２００および複合不感帯制御システム６００は、実行されて動作のいずれかを促進する任意の数のソフトウェアアプリケーションおよび／またはハードウェアアプリケーションを含んでいてもよい。
【００３１】
例示的実施形態では、１つまたは複数のＩ／Ｏインターフェースが、直接ベーン制御システム１００、２００および複合不感帯制御システム６００と、１つまたは複数の入出力デバイスとの間の通信を促進してもよい。例えば、ＵＳＢポート、シリアルポート、ディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、および／またはディスプレイ、キーボード、キーパッド、マウス、コントロールパネル、タッチスクリーンディスプレイ、マイクロホン等などの１つまたは複数のユーザインターフェースデバイスが、直接ベーン制御システム１００、２００および複合不感帯制御システム６００とのユーザ相互作用を促進してもよい。１つまたは複数のＩ／Ｏインターフェースは、多種多様な入力デバイスからデータおよび／または取扱説明書を受信するかまたは収集するのに利用されてもよい。受信されたデータは、本発明の種々の実施形態で所望される１つまたは複数のコンピュータプロセッサにより処理されてもよいかつ／または１つまたは複数のメモリデバイス内でソートされてもよい。
【００３２】
１つまたは複数のネットワークインターフェースが、直接ベーン制御システム１００、２００および複合不感帯制御システム６００の入力／出力を１つまたは複数の適切なネットワークおよび／または接続部、例えばシステムに関連付けられた任意の数のセンサとの通信を容易にする接続部に接続することを容易にすることができる。１つまたは複数のネットワークインターフェースは、１つまたは複数の適切なネットワーク、例えば外部デバイスおよび／または外部システムとの通信のための、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク、インターネット、セルラーネットワーク、無線周波数ネットワーク、ブルートゥース（登録商標）が使用可能なネットワーク、ワイファイ（登録商標）が使用可能なネットワーク、衛星を利用したネットワーク、任意の有線ネットワーク、任意の無線ネットワーク等、への接続をさらに促進してもよい。
【００３３】
所望に応じて、本発明の実施形態が、図１、２および６に示されている構成要素のおおよそを有する、直接ベーン制御システム１００、２００と、複合不感帯制御システム６００とを含んでいてもよい。
【００３４】
本発明は、本発明の例示的実施形態によるシステム、方法、装置および／またはコンピュータプログラムのブロック図ならびに流れ図を参照して記載されている。当然のことながら、ブロック図および流れ図の１つまたは複数のブロック、ならびにブロック図および流れ図それぞれのブロックの組合せを、コンピュータ実行可能プログラム命令により実施することができる。同様に、本発明のいくつかの実施形態によれば、ブロック図および流れ図のいくつかのブロックが、必ずしも示されている順番で実施される必要がない可能性があるか、または全く実施される必要がない可能性がある。
【００３５】
これらの実行可能プログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、プロセッサ、または他のプログラム可能なデータ処理装置上にロードされて、コンピュータ、プロセッサ、または他のプログラム可能なデータ処理装置上で実行する命令が流れ図の単数または複数のブロックに明記されている１つまたは複数の機能を実行するための手段を作り出すような、特別のマシンを作り出してもよい。これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置に命令して、コンピュータ可読メモリ内に格納されている命令が、流れ図の単数または複数のブロックに明記されている１つまたは複数の機能を実行する命令手段を含む製品を作り出すような特定の方法で機能するコンピュータ可読メモリ内に格納されていてもよい。例として、本発明の実施形態が、内部で実施されるコンピュータ可読プログラムコードまたはプログラム命令を有するコンピュータ使用可能媒体を含むコンピュータプログラムを提供してもよく、前記コンピュータ可読プログラムコードは、実行されて、流れ図の単数または複数のブロックに明記されている１つまたは複数の機能を実施するようになされている。コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置上にロードされて、一連の動作要素またはステップがコンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で実施されて、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で実行する命令が、流れ図の単数または複数のブロックに明記されている機能を実施するための要素またはステップを実現するような、コンピュータ実施型プロセスを作り出してもよい。
【００３６】
したがって、ブロック図および流れ図のブロックが、明記された機能を実施するための手段の組合せ、明記された機能を実施するための要素またはステップと明記された機能を実施するためのプログラム命令手段との組合せをサポートする。また、当然のことながら、ブロック図および流れ図の各ブロック、ならびにブロック図および流れ図のブロックの組合せは、明記された機能、要素もしくはステップ、または専用のハードウェアとコンピュータ命令との組合せを実施する、専用のハードウェアベースのコンピュータシステムにより実施することができる。
【００３７】
本発明を、現在最も実践的かつ多様な実施形態と考えられるものに関連して記載したが、本発明は開示された実施形態に限定されるべきではなく、逆に、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれる種々の修正形態および等価の装置を包含するものと理解すべきである。本明細書に特定の用語が使用されているが、それらは一般的かつ記述的な意味で使用されているに過ぎず、限定目的ではない。
【００３８】
本記述は、例を使用して、最良の形態を含めて本発明を開示しており、また、任意のデバイスまたはシステムを作製し使用することおよび任意の援用されている方法を実施することを含めて、いずれの当業者も本発明を実践することができるようにしている。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲に記載されており、当業者に思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言と僅かにしか異ならない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあるものとされる。
【符号の説明】
【００３９】
１００、２００ 直接ベーン制御システム
１０２ 油圧サーボ（システム）
１１０ ガイドベーンアクチュエータ
１１２ 線形平行移動検知デバイス（ＬＶＤＴ）
１１４ リンク装置システム
１１６ ガイドベーン作動リング
１１８ 回転角度検知デバイス（ＲＶＤＴ）
２０２ コントローラ
２０４ メモリ
２０６ プロセッサ（単数または複数）
２０８ 入出力インターフェース（単数または複数）
２１０ ネットワークインターフェース（単数または複数）
２１２ オペレーティングシステム
２１４ データ
２１６ サーボモジュール
２１８ 不感帯モジュール
３００ 制御システム
３０２ 位置基準
３０４ フィードバック
３０６ 誤差
３０８、６０８ 制御利得
３１０、６１０ サーボ
３１２ アクチュエータ
３１４ リンク装置
３１８ 線形位置センサ
３２０ アクチュエータ位置
３２４ ガイドベーン位置
４０２、５０２ ガイドベーン角度
４０４、５０４ ガイドベーンコマンド
４０６、５０６ 理想的なトラッキングライン
４０８ 理想的な応答
５００ リンク装置ヒステリシスを有する例示的ガイドベーン角度対コマンド
５０８ 実際のガイドベーン角度
５１０ 位置決め誤差
６００ （複合不感帯）制御システム
６０２ 公称ガイドベーン基準信号
６０４ 加算合流部
６０６ ガイドベーン基準信号
６１２ （位置限界を有する）油圧アクチュエータ
６１４ （ヒステリシスを有する）リンク装置システム
６１６ ガイドベーンアクチュエータ位置センサ
６１７ ガイドベーン角度位置フィードバック信号
６１８ ガイドベーンアクチュエータ位置センサ
６１９ ガイドベーンアクチュエータ位置フィードバック信号
６２０ 不感帯プロセス
６２１ 不感帯信号
６２２ ガイドベーンアクチュエータ（線形）位置
６２４ ガイドベーンアクチュエータ角度位置
６２６ 内部フィードバックループ
６２８ 外部フィードバックループ
７０２ 公称ガイドベーン（基準）位置
７０４ 線形アクチュエータフィードバックのみを用いたガイドベーン位置
７０６ 線形および角度アクチュエータフィードバックを用いたガイドベーン位置
８００ 方法
８０２、８０４、８０６、８０８ ブロック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的にタービンに関し、詳細には、タービンガイドベーンの位置を制御するためのシステム、方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービン圧縮機は、タービンの入口内の調節可能なガイドベーンを利用して、ある動作範囲にわたって空気流および圧力を制御することが多い。ガイドベーンは、通常、圧縮機ケーシングの固定（非回転）部に列をなして配置されており、場合によっては、４０から６０枚、またはそれ以上のベーンが各タービン上で使用されている。ベーンブレードの軸端部は、通常、圧縮機ケーシングを貫通して延在しており、各個々のベーンブレードを同時に回転させるリンク装置に取り付けられていることもある。例えば、「単一中心リング」を使用し、リングが圧縮機入口ケーシングの周囲で円周方向に回転する際、各個々のベーンブレードを回転させることができる。これらのベーンの一列が制御されるか、それとも複数の列が制御されるかに応じて、リンク装置要素をひとまとめにし、ベーンの列を同時に制御してもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７４２２４１４（Ｂ２）号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リンク装置を動かしてガイドベーンを調節するために、通常、油圧アクチュエータを含むサーボシステムが使用される。例えば、リゾルバ、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ：ｌｉｎｅａｒ ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）または線形可変差動磁気抵抗（ＬＶＤＲ：ｌｉｎｅａｒ ｖａｒｉｂａｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ）デバイスなどのトランスデューサを使用して、油圧アクチュエータの位置を監視し、サーボシステム内のコントローラにフィードバックすることができる。そのようなシステムに関する複雑な問題の１つは、幾何学的かつ回転的変換ばかりでなくリンク装置の製造公差および磨耗にも起因して、ベーンブレードのトランスデューサ測定値と実際の角度との間に複雑な非線形関係があり得ることである。ガイドベーンおよび／または可変ステータベーンの位置決めにおける正確さを欠くと、それに応じて機械を通る流れの制御における正確さを欠くことになり、おそらくは出力または効率性またはその両方の損失がもたらされる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の必要性のいくつかまたは全ては、本発明のある実施形態により対処することができる。本発明のある実施形態が、例えば圧縮機入口ベーンおよび可変ステータベーンなど、タービンガイドベーンの位置を制御するためのシステム、方法および装置を含んでいてもよい。
【０００６】
本発明の例示的実施形態によれば、少なくとも１つのタービンガイドベーンを制御するための方法が提供される。本方法は、少なくとも１つのタービンガイドベーンに関連する基準信号を受信するステップと、少なくとも１つのタービンガイドベーンに関連するアクチュエータ位置および角度位置を測定するステップと、角度位置に少なくとも部分的に基づいて不感帯信号を生成するステップと、不感帯信号および基準信号に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つのタービンガイドベーンを操作するステップとを含む。
【０００７】
別の例示的実施形態によれば、タービン内の空気流を制御するためのシステムが提供される。そのシステムは、ガスタービンと、タービン軸方向空気流を制御するように動作可能な少なくとも１つのガイドベーンと、コントローラとを含む。コントローラは、少なくとも１つのガイドベーンに関連する基準信号を受信し、少なくとも１つのガイドベーンに関連するアクチュエータ位置および角度位置を測定し、角度位置に少なくとも部分的に基づいて不感帯信号を生成し、不感帯信号および基準信号に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つのガイドベーンを操作するように構成されている。
【０００８】
別の例示的実施形態によれば、タービン内の空気流を制御するための装置が提供される。装置は、タービン軸方向空気流を制御するように動作可能な少なくとも１つのガイドベーンと、コントローラとを含む。コントローラは、少なくとも１つのガイドベーンに関連する基準信号を受信し、少なくとも１つのガイドベーンに関連するアクチュエータ位置および角度位置を測定し、角度位置に少なくとも部分的に基づいて不感帯信号を生成し、不感帯信号および基準信号に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つのガイドベーンを操作するように構成されている。
【０００９】
本発明の他の実施形態および態様が、本明細書に詳細に記載されており、本特許請求する発明の一部と考えられる。以下の詳細な説明、添付図面、および特許請求の範囲を参照すると、他の実施形態および態様を理解することができる。
【００１０】
ここで、添付の表および図面を参照するが、それらは必ずしも縮尺通りに描かれていない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の例示的実施形態による直接ベーン角度制御システムに使用されている機器のブロック図である。
【図２】本発明の例示的実施形態による例示的直接ベーン制御システムのブロック図である。
【図３】例示的制御システムのブロック図である。
【図４】例示的な架空のガイドベーン角度対コマンドのグラフである。
【図５】本発明の例示的実施形態によるリンク装置ヒステリシスを有する例示的ガイドベーン角度対コマンドのグラフである。
【図６】本発明の例示的実施形態による例示的複合不感帯制御システムのブロック図である。
【図７】本発明の例示的実施形態による例示的ガイドベーン基準位置のグラフである。
【図８】本発明の例示的実施形態による例示的方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態が示されている添付図面を参照して、本発明の実施形態についてより完全に述べる。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施されてもよく、本明細書に記載されている実施形態に限定されると見なされるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完全なかつ完結したものとなるように、かつ当業者に本発明の範囲を十分に伝えるように提供されている。全体を通じて、類似の数字は類似の要素を指している。
【００１３】
本発明のある実施形態により、圧縮機入口ベーンおよび可変ステータベーンの角度位置制御が可能になり、したがって、タービン内の空気流制御が向上し得る。ある例示的実施形態によれば、リゾルバまたはエンコーダなどの回転角度測定デバイスの使用およびフィードバック制御システムにおけるそれらの使用を用いて、軸流圧縮機のための入口ガイドベーンおよび可変ステータベーンの角度位置の直接検知および直接制御を実現してもよい。例示的実施形態によれば、本発明は、ヒステリシスを有するシステムの直接フィードバック制御におけるどんな問題をも軽減するために、直接ベーン角度位置測定（ｄｉｒｅｃｔ ａｎｇｕｌａｒ ｖａｎｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）と従来の線形的アクチュエータ位置測定（ｌｉｎｅａｒ ａｃｔｕａｔｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）の機構を組み合わせる制御アルゴリズムを含んでいてもよい。
【００１４】
本発明の例示的実施形態は、圧縮機システムで使用するための入口ベーンまたは可変ステータベーンの直接回転角度測定を可能にする。例示的実施形態によれば、その測定値は、向上した精度および再現性でガスタービンまたは圧縮機システムのガイドベーンを位置決めするために、フィードバック制御システムに使用されてもよい。
【００１５】
次に、本発明の例示的実施形態による、ガイドベーンの位置を制御するための種々の構成要素、リンク装置、センサ、およびサーボシステム構成について、添付図面を参照して述べる。
【００１６】
図１は、本発明の例示的実施形態による、直接ベーン角度制御システムに使用される機器の例示的ブロック図を示す。本発明の例示的実施形態によれば、図１に示されている構成要素が、ガスタービン上の軸流圧縮機の入口ガイドベーン（ＩＧＶ：ｉｎｌｅｔ ｇｕｉｄｅ ｖａｎｅ）および可変ステータベーン（ＶＳＶ：ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｔａｔｏｒ ｖａｎｅ）を制御するのに利用されてもよい。本発明の例示的実施形態によれば、油圧サーボ１０２を使用し、ガイドベーンアクチュエータ１１０を操作してもよい。ガイドベーンアクチュエータは、集合的にガイドベーンリンク装置システム１１４と呼ばれる（例えば引締めねじ、トルクチューブ、ユニゾンリング、レバー等などの）任意の数の構成要素に接続されていてもよい。本発明の例示的実施形態によれば、ガイドベーンリンク装置システム１１４の構成要素が、アクチュエータ１１０の直線運動をガイドベーン作動リング１１６の回転運動に変換するのに利用されてもよい。個々のベーンはレバーを介してベーン作動リング１１６に接続されていてもよく、ベーンは、ベーン作動リング１１６の運動に従って回転してもよい。本発明の例示的実施形態によれば、図１に示されている通り、線形可変差動トランスデューサ（ＬＶＤＴ：ｌｉｎｅａｒ ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）などの線形平行移動検知デバイス（ｌｉｎｅａｒ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）１１２が、ガイドベーンアクチュエータ１１０のラムまたはピストンの線形位置を監視するのに利用されてもよい。本発明の例示的実施形態によれば、また、（例えばリゾルバ、回転可変差動トランスデューサ（ＲＶＤＴ：ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）、またはエンコーダなどの）回転角度検知デバイス１１８が、個々のガイドベーンの回転を直接測定するのに使用されてもよい。
【００１７】
図２は、本発明の例示的実施形態による例示的直接ベーン制御システム２００のブロック図を示す。制御システム２００は、コントローラ２０２を含んでいてもよい。例示的実施形態によれば、コントローラ２０２は、メモリ２０４と、１つまたは複数のプロセッサ２０６と、１つまたは複数の入出力インターフェース２０８とを含んでいてもよい。本発明のある実施形態は、１つまたは複数のネットワークインターフェース２１０を含み得る。メモリ２０４は、オペレーティングシステム２１２とデータ２１４とを含んでいてもよい。本発明の例示的実施形態によれば、メモリ２０４は、１１２などの線形平行移動検知デバイスおよび１１８などの回転角度検知デバイスから受信された入力に基づいて、図１の１１０などの油圧アクチュエータを制御するための１つまたは複数の専用モジュールを用いて構成またはプログラムされていてもよい。例えば、メモリは、サーボモジュール２１６と、不感帯モジュール２１８とを含んでいてもよく、それらについて以下にさらに詳細に述べる。
【００１８】
図３は、典型的な制御システムのブロック図を示す。この図は、本発明のある実施形態を使用することにより克服される可能性がある問題を示すために含まれている。図３の制御システム３００は、例えば、ガスタービン圧縮機上の入口ガイドベーンまたは可変ステータベーンの位置制御のための機械的リンク装置を介して作動している油圧サーボシステムに利用されてもよい。例えば、位置コマンドまたは位置基準３０２がフィードバック３０４と加算されて、誤差３０６を生じてもよい。制御利得３０８が誤差３０６に適用されて、サーボ３１０への入力を供給し、それによりアクチュエータ３１２を制御してもよい。アクチュエータ位置３２０は、線形位置センサ３１８により（例えば、ＬＶＤＴ位置センサにより）測定され、フィードバック３０４に使用されてもよい。この場合、ガイドベーン位置３２４は、線形位置センサ３１８に基づいて調節されてもよく、線形位置センサ３１８は、リンク装置３１４により実際のガイドベーンから分離されていてもよい。本制御システム３００を使用してリンク装置３１４の出力を調節し、基準３０２の出力に一致させてもよい。リンク装置３１４が適切でありかつ線形位置センサ３１８が適切に較正されると仮定すれば、線形位置センサ３１８の出力は、フィードバック制御目的でガイドベーン位置を予測するのに十分である可能性がある。
【００１９】
図４は、前述の架空の状態を示し、そこでは、図１の１１４などのリンク装置は適切であり（例えば、ヒステリシスまたは遊びがなく）、図１の１１２などの線形平行移動検知デバイスは、適切に較正される。例えば、図４は、ガイドベーン角度４０２対ガイドベーンコマンド４０４の関数としてプロットされている理想的なトラッキングライン４０６を示す。トラッキングライン４０６は、この理想的な完全なシステムにおける理想的な応答４０８に従っており、そのような場合には、図３の３００などの単純な制御システムが、そのような適切なシステムを制御するのに適している可能性がある。
【００２０】
しかし、油圧アクチュエータのラムの直線運動を個々のガイドベーンの回転運動に変換するのに使用される任意の実際の機械的リンク装置では、リンク装置構成要素間の種々の嵌合における製造公差の累積により生起する、小さいがゼロでない量のスロップまたは遊びが必然的に存在している可能性がある。このスロップまたは遊びは、ベーン位置決めシステムに２つの望ましくない影響をもたらすおそれがある。すなわち（１）絶対位置決め精度が不足し得ること、および（２）ヒステリシスなどの影響により、再現性が不足し得ることになるおそれがある。本発明の例示的実施形態は、これらの影響をどちらも軽減することができる。
【００２１】
図５は、本発明の例示的実施形態による、リンク装置ヒステリシスを有する例示的ガイドベーン角度対コマンド５００のグラフを示す。この図では、ガイドベーン角度５０２は、ガイドベーンコマンド５０４の関数としてプロットされている。図４の場合と同様に、理想的なトラッキングライン５０６は、２つの変数（５０２、５０４）間の線形関係として示されている。しかし、図１の１１４などのリンク装置が不完全である場合、実際のガイドベーン角度５０８は、理想的なトラッキングライン５０６に従わず、代わりに、位置決め誤差５１０を有する可能性がある。
【００２２】
既存の制御方法から脱却して、本発明の例示的実施形態によれば、図１の１１４などのリンク装置システムにおける遊び、非線形性等によるガイドベーンの位置決めにおける誤差が、図１の１１２などの線形平行移動検知デバイスを使用して、図１の１１０などのアクチュエータで測られた測定値と、図１の１１８などの回転角度検知デバイスを使用してガイドベーンで測られた測定値とを組み合わせることにより、少なくとも部分的に補償する、または低減することができる。
【００２３】
図６は、本発明の例示的実施形態による複合不感帯制御システムのブロック図６００を示しており、この複合不感帯制御システムは、ガイドベーンアクチュエータ位置６２２およびガイドベーン角度位置６２４をフィードバックとして利用し、また付加的に不感帯プロセス６２０またはモジュールを利用して、ガイドベーン制御における位置決め精度および再現性を向上させることができる。
【００２４】
本発明の例示的実施形態によれば、公称ガイドベーン基準信号６０２を、制御システム６００への入力として使用することができる。公称ガイドベーン基準信号６０２は、加算合流部６０４で不感帯信号６２１と加算されて、ガイドベーン基準信号６０６を生成してもよい。例示的実施形態では、測定されたガイドベーンアクチュエータ位置フィードバック信号６１９が、ガイドベーン基準信号６０６から差し引かれてもよく、結果として生じる誤差信号は、内部フィードバックループ６２６内で利用されてもよい。例示的実施形態によれば、内部フィードバックループ６２６は、制御利得６０８と、サーボ６１０と、（可動制限を有する）油圧アクチュエータ６１２と、ガイドベーンアクチュエータ位置センサ６１８とを含んでいてもよい。本発明の例示的実施形態によれば、ガイドベーンアクチュエータ位置センサ６１８は、以下に記載される内部フィードバックループ６２６および外部フィードバックループ６２８の両方の内部で使用するためのガイドベーンアクチュエータ位置フィードバック信号６１９を供給してもよい。
【００２５】
本発明の例示的実施形態によれば、外部フィードバックループ６２８は、ガイドベーンアクチュエータ位置６２２を受信してもよく、このガイドベーンアクチュエータ位置は、（ヒステリシスを有する）リンク装置システム６１４を制御するのに利用されてもよく、ガイドベーンアクチュエータ位置センサ６１６により測定されてもよいガイドベーンアクチュエータ位置６２４をもたらす。例示的実施形態では、結果として生じる測定されたガイドベーン角度位置フィードバック信号６１７は、（内部フィードバックループ６２６により生成される）測定されたガイドベーンアクチュエータ位置フィードバック信号６１９から差し引かれてもよく、結果として生じる誤差は、不感帯プロセス６２０またはモジュール内に供給されてもよい。例示的実施形態によれば、不感帯プロセス６２０またはモジュールは、公称ガイドベーン基準信号６０２に付加されてもよい不感帯信号６２１を生成してもよい。
【００２６】
例示的実施形態によれば、不感帯プロセス６２０は、不感帯プロセス６２０への関連する入力信号が所定の大きさを超過していない限り、約ゼロである不感帯信号６２１を生成することができる。例示的実施形態によれば、出力信号６２１は、入力信号が所定の大きさを超過しているとき、不感帯プロセス６２０の入力信号に線形的に関連している可能性がある。例えば、不感帯信号６２１は、関連する入力信号が最大測定限界の約０．０５％を超過していない限り、約ゼロの出力信号を含んでいる可能性がある。入力信号が最大測定限界の約０．０５％を超過しているとき、不感帯出力信号６２１は、不感帯プロセス６２０の入力信号に線形的に関連している可能性がある。本発明の例示的実施形態によれば、所定の限界が、必要に応じて設定または調節されてもよく、リンク装置システムおよび他の要素の条件によって、例えば最大測定限界の約０．０１パーセントから最大測定限界の約１０パーセントまで変動してもよい。例示的実施形態によれば、不感帯出力信号６２１は、ガイドベーンアクチュエータ（線形）位置６２２とガイドベーンアクチュエータ角度位置６２４との差に基づいていてもよい。
【００２７】
図７は、本発明の例示的実施形態の、時間の関数としてのガイドベーン基準位置のグラフである。本グラフの実曲線は、例示的公称ガイドベーン基準位置７０２を表し、この例示的公称ガイドベーン基準位置は、図６の６０２などの制御システムへの入力として使用されてもよい。図１の１１４などの機械的リンク装置が遊びおよび／またはヒステリシスを含む場合、かつ図３の３００などの制御システムが図３の３０４などの線形アクチュエータからのフィードバックのみが用いられる所で利用される場合、ガイドベーン位置が、例示的公称ガイドベーン位置７０２に正確に従わない可能性がある。そのような場合が、図７に７０４と表示された曲線に示されている。しかし、（ヒステリシスを有する）比較的類似した機械的システムでは、図６にあるものなどの複合不感帯制御システム６００が利用される場合、線形および角度アクチュエータフィードバックを用いる実際のガイドベーン位置７０６は、公称ガイドベーン基準位置７０２により正確に従う可能性がある。
【００２８】
次に、少なくとも１つのタービンガイドベーンを制御するための例示的方法８００について、図８のフローチャートを参照して述べる。方法８００はブロック８０２で開始し、そこでは、本発明の例示的実施形態によれば、本方法は、少なくとも１つのタービンガイドベーンに関連する基準信号を受信するステップを含む。ブロック８０４では、方法８００は、少なくとも１つのタービンガイドベーンに関連するアクチュエータ位置と角度位置とを測定するステップを含む。ブロック８０６では、方法８００は、角度位置に少なくとも部分的に基づいて、不感帯信号を生成するステップを含む。ブロック８０８では、方法８００は、不感帯信号および基準信号に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも１つのタービンガイドベーンを操作するステップを含む。方法８００は、ブロック８０８の後に終了する。
【００２９】
したがって、本発明の例示的実施形態は、向上した精度でガスタービンまたは圧縮機システムのガイドベーンを位置決めすることを実現する、あるシステムおよび方法を作り出す技術的効果をもたらすことができる。本発明の例示的実施形態は、向上した精度でガスタービンまたは圧縮機システムのガイドベーンを位置決めするためのシステムおよび方法を実現するさらなる技術的効果をもたらすことができる。
【００３０】
本発明の例示的実施形態では、直接ベーン制御システム１００、２００および複合不感帯制御システム６００は、実行されて動作のいずれかを促進する任意の数のソフトウェアアプリケーションおよび／またはハードウェアアプリケーションを含んでいてもよい。
【００３１】
例示的実施形態では、１つまたは複数のＩ／Ｏインターフェースが、直接ベーン制御システム１００、２００および複合不感帯制御システム６００と、１つまたは複数の入出力デバイスとの間の通信を促進してもよい。例えば、ＵＳＢポート、シリアルポート、ディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、および／またはディスプレイ、キーボード、キーパッド、マウス、コントロールパネル、タッチスクリーンディスプレイ、マイクロホン等などの１つまたは複数のユーザインターフェースデバイスが、直接ベーン制御システム１００、２００および複合不感帯制御システム６００とのユーザ相互作用を促進してもよい。１つまたは複数のＩ／Ｏインターフェースは、多種多様な入力デバイスからデータおよび／または取扱説明書を受信するかまたは収集するのに利用されてもよい。受信されたデータは、本発明の種々の実施形態で所望される１つまたは複数のコンピュータプロセッサにより処理されてもよいかつ／または１つまたは複数のメモリデバイス内でソートされてもよい。
【００３２】
１つまたは複数のネットワークインターフェースが、直接ベーン制御システム１００、２００および複合不感帯制御システム６００の入力／出力を１つまたは複数の適切なネットワークおよび／または接続部、例えばシステムに関連付けられた任意の数のセンサとの通信を容易にする接続部に接続することを容易にすることができる。１つまたは複数のネットワークインターフェースは、１つまたは複数の適切なネットワーク、例えば外部デバイスおよび／または外部システムとの通信のための、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク、インターネット、セルラーネットワーク、無線周波数ネットワーク、ブルートゥース（登録商標）が使用可能なネットワーク、ワイファイ（登録商標）が使用可能なネットワーク、衛星を利用したネットワーク、任意の有線ネットワーク、任意の無線ネットワーク等、への接続をさらに促進してもよい。
【００３３】
所望に応じて、本発明の実施形態が、図１、２および６に示されている構成要素のおおよそを有する、直接ベーン制御システム１００、２００と、複合不感帯制御システム６００とを含んでいてもよい。
【００３４】
本発明は、本発明の例示的実施形態によるシステム、方法、装置および／またはコンピュータプログラムのブロック図ならびに流れ図を参照して記載されている。当然のことながら、ブロック図および流れ図の１つまたは複数のブロック、ならびにブロック図および流れ図それぞれのブロックの組合せを、コンピュータ実行可能プログラム命令により実施することができる。同様に、本発明のいくつかの実施形態によれば、ブロック図および流れ図のいくつかのブロックが、必ずしも示されている順番で実施される必要がない可能性があるか、または全く実施される必要がない可能性がある。
【００３５】
これらの実行可能プログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、プロセッサ、または他のプログラム可能なデータ処理装置上にロードされて、コンピュータ、プロセッサ、または他のプログラム可能なデータ処理装置上で実行する命令が流れ図の単数または複数のブロックに明記されている１つまたは複数の機能を実行するための手段を作り出すような、特別のマシンを作り出してもよい。これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置に命令して、コンピュータ可読メモリ内に格納されている命令が、流れ図の単数または複数のブロックに明記されている１つまたは複数の機能を実行する命令手段を含む製品を作り出すような特定の方法で機能するコンピュータ可読メモリ内に格納されていてもよい。例として、本発明の実施形態が、内部で実施されるコンピュータ可読プログラムコードまたはプログラム命令を有するコンピュータ使用可能媒体を含むコンピュータプログラムを提供してもよく、前記コンピュータ可読プログラムコードは、実行されて、流れ図の単数または複数のブロックに明記されている１つまたは複数の機能を実施するようになされている。コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置上にロードされて、一連の動作要素またはステップがコンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で実施されて、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で実行する命令が、流れ図の単数または複数のブロックに明記されている機能を実施するための要素またはステップを実現するような、コンピュータ実施型プロセスを作り出してもよい。
【００３６】
したがって、ブロック図および流れ図のブロックが、明記された機能を実施するための手段の組合せ、明記された機能を実施するための要素またはステップと明記された機能を実施するためのプログラム命令手段との組合せをサポートする。また、当然のことながら、ブロック図および流れ図の各ブロック、ならびにブロック図および流れ図のブロックの組合せは、明記された機能、要素もしくはステップ、または専用のハードウェアとコンピュータ命令との組合せを実施する、専用のハードウェアベースのコンピュータシステムにより実施することができる。
【００３７】
本発明を、現在最も実践的かつ多様な実施形態と考えられるものに関連して記載したが、本発明は開示された実施形態に限定されるべきではなく、逆に、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれる種々の修正形態および等価の装置を包含するものと理解すべきである。本明細書に特定の用語が使用されているが、それらは一般的かつ記述的な意味で使用されているに過ぎず、限定目的ではない。
【００３８】
本記述は、例を使用して、最良の形態を含めて本発明を開示しており、また、任意のデバイスまたはシステムを作製し使用することおよび任意の援用されている方法を実施することを含めて、いずれの当業者も本発明を実践することができるようにしている。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲に記載されており、当業者に思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言と僅かにしか異ならない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあるものとされる。
【符号の説明】
【００３９】
１００、２００ 直接ベーン制御システム
１０２ 油圧サーボ（システム）
１１０ ガイドベーンアクチュエータ
１１２ 線形平行移動検知デバイス（ＬＶＤＴ）
１１４ リンク装置システム
１１６ ガイドベーン作動リング
１１８ 回転角度検知デバイス（ＲＶＤＴ）
２０２ コントローラ
２０４ メモリ
２０６ プロセッサ（単数または複数）
２０８ 入出力インターフェース（単数または複数）
２１０ ネットワークインターフェース（単数または複数）
２１２ オペレーティングシステム
２１４ データ
２１６ サーボモジュール
２１８ 不感帯モジュール
３００ 制御システム
３０２ 位置基準
３０４ フィードバック
３０６ 誤差
３０８、６０８ 制御利得
３１０、６１０ サーボ
３１２ アクチュエータ
３１４ リンク装置
３１８ 線形位置センサ
３２０ アクチュエータ位置
３２４ ガイドベーン位置
４０２、５０２ ガイドベーン角度
４０４、５０４ ガイドベーンコマンド
４０６、５０６ 理想的なトラッキングライン
４０８ 理想的な応答
５００ リンク装置ヒステリシスを有する例示的ガイドベーン角度対コマンド
５０８ 実際のガイドベーン角度
５１０ 位置決め誤差
６００ （複合不感帯）制御システム
６０２ 公称ガイドベーン基準信号
６０４ 加算合流部
６０６ ガイドベーン基準信号
６１２ （位置限界を有する）油圧アクチュエータ
６１４ （ヒステリシスを有する）リンク装置システム
６１６ ガイドベーンアクチュエータ位置センサ
６１７ ガイドベーン角度位置フィードバック信号
６１８ ガイドベーンアクチュエータ位置センサ
６１９ ガイドベーンアクチュエータ位置フィードバック信号
６２０ 不感帯プロセス
６２１ 不感帯信号
６２２ ガイドベーンアクチュエータ（線形）位置
６２４ ガイドベーンアクチュエータ角度位置
６２６ 内部フィードバックループ
６２８ 外部フィードバックループ
７０２ 公称ガイドベーン（基準）位置
７０４ 線形アクチュエータフィードバックのみを用いたガイドベーン位置
７０６ 線形および角度アクチュエータフィードバックを用いたガイドベーン位置
８００ 方法
８０２、８０４、８０６、８０８ ブロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのタービンガイドベーンを制御するための方法であって、
前記少なくとも１つのタービンガイドベーンに関連する基準信号（６０２）を受信するステップと、
前記少なくとも１つのタービンガイドベーンに関連するアクチュエータ位置（６２２）および角度位置（６２４）を測定するステップと、
前記角度位置（６２４）に少なくとも部分的に基づいて不感帯信号（６２１）を生成するステップと、
前記不感帯信号（６２１）および前記基準信号（６０２）に少なくとも部分的に基づいて前記少なくとも１つのタービンガイドベーンを操作するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記不感帯信号（６２１）を生成する前記ステップが、前記アクチュエータ位置（６２２）と前記角度位置（６２４）との差にさらに基づく、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記不感帯信号（６２１）を生成する前記ステップが、関連する入力信号が所定の大きさを超過していない限り、約ゼロの出力信号を生成することを含み、前記入力信号が前記所定の大きさを超過しているとき、前記出力信号が前記入力信号に線形的に関連している、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記不感帯信号（６２１）を生成する前記ステップが、関連する入力信号が最大測定限界の約０．０５パーセントを超過していない限り、約ゼロの出力信号を生成することを含み、前記入力信号が前記最大測定限界の約０．０５パーセントを超過しているとき、前記出力信号が連続的、かつ前記入力信号に線形的に関連している、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つのタービンガイドベーンを操作する前記ステップが、前記アクチュエータ位置（６２２）にさらに基づく、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つのタービンガイドベーンを操作する前記ステップが、前記アクチュエータ位置（６２２）に少なくとも部分的に基づくフィードバックを含む内部フィードバックループ（６２６）にさらに基づく、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つのタービンガイドベーンを操作する前記ステップが、前記角度位置（６２４）を含む外部フィードバックループ（６２８）にさらに基づく、請求項１記載の方法。
【請求項８】
タービン内の空気流を制御するためのシステムであって、
ガスタービンと、
タービン軸方向空気流を制御するように動作可能な少なくとも１つのガイドベーンと、
コントローラとを備え、前記コントローラが、
前記少なくとも１つのガイドベーンに関連する基準信号（６０２）を受信し、
前記少なくとも１つのガイドベーンに関連するアクチュエータ位置（６２２）および角度位置（６２４）を測定し、
前記角度位置（６２４）に少なくとも部分的に基づく不感帯信号（６２１）を生成し、
前記不感帯信号（６２１）および前記基準信号（６０２）に少なくとも部分的に基づいて前記少なくとも１つのガイドベーンを操作する
ように構成されている、システム。
【請求項９】
前記不感帯信号（６２１）が、前記アクチュエータ位置（６２２）と前記角度位置（６２４）との差にさらに基づく、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記不感帯信号（６２１）が、関連する入力信号が所定の大きさを超過していない限り、約ゼロの出力信号を含み、前記入力信号が前記所定の大きさを超過しているとき、前記出力信号が前記入力信号に線形的に関連している、請求項８記載のシステム。
【請求項１】
少なくとも１つのタービンガイドベーンを制御するための方法であって、
前記少なくとも１つのタービンガイドベーンに関連する基準信号（６０２）を受信するステップと、
前記少なくとも１つのタービンガイドベーンに関連するアクチュエータ位置（６２２）および角度位置（６２４）を測定するステップと、
前記角度位置（６２４）に少なくとも部分的に基づいて不感帯信号（６２１）を生成するステップと、
前記不感帯信号（６２１）および前記基準信号（６０２）に少なくとも部分的に基づいて前記少なくとも１つのタービンガイドベーンを操作するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記不感帯信号（６２１）を生成する前記ステップが、前記アクチュエータ位置（６２２）と前記角度位置（６２４）との差にさらに基づく、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記不感帯信号（６２１）を生成する前記ステップが、関連する入力信号が所定の大きさを超過していない限り、約ゼロの出力信号を生成することを含み、前記入力信号が前記所定の大きさを超過しているとき、前記出力信号が前記入力信号に線形的に関連している、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記不感帯信号（６２１）を生成する前記ステップが、関連する入力信号が最大測定限界の約０．０５パーセントを超過していない限り、約ゼロの出力信号を生成することを含み、前記入力信号が前記最大測定限界の約０．０５パーセントを超過しているとき、前記出力信号が連続的、かつ前記入力信号に線形的に関連している、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つのタービンガイドベーンを操作する前記ステップが、前記アクチュエータ位置（６２２）にさらに基づく、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つのタービンガイドベーンを操作する前記ステップが、前記アクチュエータ位置（６２２）に少なくとも部分的に基づくフィードバックを含む内部フィードバックループ（６２６）にさらに基づく、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つのタービンガイドベーンを操作する前記ステップが、前記角度位置（６２４）を含む外部フィードバックループ（６２８）にさらに基づく、請求項１記載の方法。
【請求項８】
タービン内の空気流を制御するためのシステムであって、
ガスタービンと、
タービン軸方向空気流を制御するように動作可能な少なくとも１つのガイドベーンと、
コントローラとを備え、前記コントローラが、
前記少なくとも１つのガイドベーンに関連する基準信号（６０２）を受信し、
前記少なくとも１つのガイドベーンに関連するアクチュエータ位置（６２２）および角度位置（６２４）を測定し、
前記角度位置（６２４）に少なくとも部分的に基づく不感帯信号（６２１）を生成し、
前記不感帯信号（６２１）および前記基準信号（６０２）に少なくとも部分的に基づいて前記少なくとも１つのガイドベーンを操作する
ように構成されている、システム。
【請求項９】
前記不感帯信号（６２１）が、前記アクチュエータ位置（６２２）と前記角度位置（６２４）との差にさらに基づく、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記不感帯信号（６２１）が、関連する入力信号が所定の大きさを超過していない限り、約ゼロの出力信号を含み、前記入力信号が前記所定の大きさを超過しているとき、前記出力信号が前記入力信号に線形的に関連している、請求項８記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２３１７６４（Ｐ２０１１−２３１７６４Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９６６５８（Ｐ２０１１−９６６５８）
【出願日】平成２３年４月２５日（２０１１．４．２５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２５日（２０１１．４．２５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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