JP2000248964A - ガスタービンエンジン - Google Patents

ガスタービンエンジン

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JP2000248964A
JP2000248964A JP11096730A JP9673099A JP2000248964A JP 2000248964 A JP2000248964 A JP 2000248964A JP 11096730 A JP11096730 A JP 11096730A JP 9673099 A JP9673099 A JP 9673099A JP 2000248964 A JP2000248964 A JP 2000248964A
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combustion
switching
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Hiroyoshi Muramatsu
弘宜 村松
Masaaki Endo
雅明 遠藤
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    • F02C7/22—Fuel supply systems
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D2260/202—Heat transfer, e.g. cooling by film cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 拡散燃焼と予混合燃焼との各ステージの相互
切換えを行わせる際における回転数の変動を抑制する。 【構成】 拡散燃焼用の所定流量の燃料を第１のノズル
を通して燃焼器に供給する第１ステージと、予混合燃焼
用の所定流量の燃料を第２のノズルを通して燃焼器に供
給する第２ステージとの相互切換えを、回転数または負
荷の状態に応じて行うようにした２ステージ燃焼切換方
式を採用するガスタービンエンジンにあって、拡散燃焼
と予混合燃焼とのステージの切換えと同時に、燃料をし
ゃ断する一方のノズル側に所定量のエアパージを行う手
段と、そのステージの切換え時に他方のノズル側に供給
される燃料の流量を一定期間制限する手段とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、負荷状態に応じて拡散
燃焼と予混合燃焼との相互切換えを行う２ステージ燃焼
切換方式を採用するガスタービンエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のガスタービンエンジンに
あっては、始動時または低負荷時には着火性または保炎
性を良くするべく燃料のみを第１のノズルから燃焼器内
に拡散させるいわゆる拡散燃焼を行わせ、通常の負荷時
にはエミッション効率を良くするべく予め所定の空燃比
になるように混合された燃料を第２のノズルから燃焼器
内に供給するいわゆる予混合燃焼を行わせる２ステージ
燃焼切換方式が採用されている。
【０００３】このような２ステージ燃焼切換方式を採用
するに際して、ステージの切換え時に、燃料を供給する
側のノズル系統における燃料ギャラリの容積に起因する
燃料の供給遅れや、燃料をしゃ断する側におけるノズル
のコーキング防止のためのエアパージによってそのノズ
ル系統のギャラリ内に残留する燃料が燃焼器内に吹き出
されることによって、一時的に回転数が変動してしまう
という問題がある。
【０００４】拡散燃焼と予混合燃焼との相互切換えを行
わせる際における回転数の変動を抑制するには各ノズル
系統の燃料ギャラリを短くしてその容積を小さくすれば
よいが、高温部分を避けたり、ノズルの設置箇所などに
よる配設上の制約からして限界があり、その切換え時に
おける回転数の変動を充分に抑制することができないも
のになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
題点は、２ステージ燃焼切換方式を採用するガスタービ
ンエンジンにあっては、ステージの切換え時に、燃料を
供給する側のノズル系統における燃料ギャラリの容積に
起因する燃料の供給遅れや、燃料をしゃ断する側におけ
るノズルのコーキング防止のためのエアパージによって
そのノズル系統のギャラリ内に残留する燃料が燃焼器内
に吹き出されることによって、一時的に回転数が変動し
てしまうことである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、２ステージ燃
焼切換方式を採用するガスタービンエンジンにおいて、
拡散燃焼と予混合燃焼との各ステージの相互切換えを行
わせる際における回転数の変動を有効に抑制するべく、
ステージの切換えと同時に、燃料をしゃ断する一方のノ
ズル側に所定量のエアパージを行う手段と、そのステー
ジの切換え時に他方のノズル側に供給される燃料の流量
を一定期間制限する手段とを設けるようにしている。
【０００７】
【実施例】図１は、ガスタービンエンジンの制御系統の
構成要素を示している。
【０００８】ここでは、ＥＣＵ１の制御下において、拡
散燃焼用の燃料および予混合燃焼用の燃料を供給する燃
料供給部２と、供給燃料を選択的に切り換えて拡散燃焼
用の燃料ノズル４または予混合燃焼用の燃料ノズル５に
与える燃料切換部３と、コンプレッサ８から取り出した
パージ用のエアを燃料ノズル４，５に選択的に与えるパ
ージエアオン，オフ切換部６とからなっている。図中、
７は燃焼器、９はタービンをそれぞれ示している。
【０００９】ＥＣＵ１は、全体の制御を行うほか、回転
センサによって検出したロータの回転数が所定になるよ
うにフィードバック制御を行うようになっている。
【００１０】本発明は、このように構成されたガスター
ビンエンジンにあって、回転数または出力（負荷）の状
態に応じて拡散燃焼と予混合燃焼とのステージの切換え
を相互に行う制御手段と、そのステージの切換えと同時
に、燃料がしゃ断される一方のノズル側に所定量のエア
パージを行う制御手段と、そのステージの切換え時に他
方のノズル側に供給される燃料の流量を一定期間制限す
る制御手段とをとるようにしている。
【００１１】ステージ切換えの制御手段およびエアバー
ジの制御手段としては、具体的に、ＥＣＵ１において、
回転数または出力（負荷）の状態をみながら、燃料切換
部３およびエアパージオン，オフ切換部６の各切換えの
制御をなすことによって行われる。
【００１２】また、供給燃料の流量を一定期間制限する
制御手段としては、具体的に、燃料供給部２における拡
散燃焼用および予混合燃焼用の各供給燃料の流量を調整
できるようにしたうえで、ＥＣＵ１の制御下で、各供給
燃料の流量調整を行わせることによって実行される。
【００１３】図２は、拡散燃焼から予混合燃焼への切換
えをエアパージなしで行ったときの回転数Ｎと燃料流量
Ｑｆとの変化状態を示している。この場合、予混合燃焼
用のノズル５の系統における燃料ギャラリの容積に起因
する燃料の供給遅れに起因する流量Ｑｆの変動に応じて
回転数Ｎが一時的に変動する。
【００１４】図３は、燃料供給がしゃ断される拡散燃焼
用のノズル４にエアパージだけを行ったときの回転数Ｎ
と燃料流量Ｑｆとの変化状態を示している。この場合、
ノズル４の系統のギャラリ内に残留する燃料が燃焼器７
内に吹き出されることに起因する流量Ｑｆの変化に応じ
て回転数Ｎが一時的に変動する。
【００１５】図４は、拡散燃焼から予混合燃焼への切換
えを行うと同時に、燃料供給がしゃ断される拡散燃焼用
のノズル４にエアパージを行ったときの回転数Ｎと燃料
流量Ｑｆとの変化状態を示している。この場合、ステー
ジの切換えによる変動分とエアパージによる変動分とが
合成されて、回転数Ｎと燃料流量Ｑｆとの変化が大きく
なっている。
【００１６】図５は、拡散燃焼から予混合燃焼への切換
えをエアパージなしで行うときに、予混合燃焼用のノズ
ル５側に供給される燃料の流量Ｑｆを一定期間Ｔのあい
だ制限することによって、回転数Ｎの変動を所定に遅ら
せるようにしたときの回転数Ｎと燃料流量Ｑｆとの変化
状態を示している。
【００１７】図６は、拡散燃焼から予混合燃焼への切換
えを行うに際して、燃料供給がしゃ断される拡散燃焼用
のノズル４にエアパージを行うとともに、予混合燃焼用
のノズル５側に供給される燃料の流量Ｑｆを一定期間Ｔ
のあいだ制限したときの回転数Ｎの変化状態を示してい
る。
【００１８】しかして、その場合、拡散燃焼から予混合
燃焼への切換え時に供給燃料の流量Ｑｆを一定期間Ｔの
あいだ制限することによって遅らされた回転数Ｎの変化
のピーク点ｐ１と、エアパージだけを行ったときの回転
数Ｎの変化のピーク点ｐ２との発生タイミングが一致す
るように流量制限する一定期間Ｔを設定する。そして、
そのピーク点ｐ１とピーク点ｐ２との各振幅がほぼ同じ
になるようにそのときの制限量を決定することにより、
互いの変動分が相殺されるようになって、拡散燃焼から
予混合燃焼への切換えを行うと同時にエアパージを行う
ときの回転数Ｎの変動を最小限に抑制できるようにな
る。
【００１９】このことは、通常の運転状態から低負荷、
低回転状態になって予混合燃焼から拡散燃焼に切換える
場合にあっても同様である。ただし、その場合にはエア
パージの応答が遅いので、回転数のフィードバック制御
によってその変動分が抑制されている。
【００２０】図７は、本発明を実施する際におけるＥＣ
Ｕ１による具体的な処理のフローを示している。
【００２１】図７に示すフローにあって、拡散燃焼を第
１ステージＳＴ１，予混合燃焼を第２ステージＳＴ２と
したとき、ステップＳ１において、ＳＴ１＝１００％，
ＳＴ２＝０％の計量系のもとで、拡散燃焼による始動が
行われる（ステップＳ１）。
【００２２】次いで、ステップＳ２およびステップＳ３
で、始動完了後における出力Ｐおよび回転数Ｎの状態を
みてステージ切換えの判定を行う。すなわち、ステップ
Ｓ２において、出力Ｐが５０％以上になったか否かをみ
る（ステップＳ２）。そのときＰ＞５０％であれば、次
にステップＳ３において、回転数Ｎが定格の８０％以上
になったか否かをみる（ステップＳ３）。そのとき、Ｎ
＞８０％であれば第１ステージＳＴ１から第２ステージ
ＳＴ２への切り換えの判定を行う。
【００２３】そして、ステップＳ４において、そのとき
のステージ状態をみて、第２ステージＳＴ２になってい
なければ、ＳＴ１＝０％，ＳＴ２＝１００％の計量系の
もとで、第２ステージＳＴ２への切換えが行われる（ス
テップＳ５）。
【００２４】その第２ステージＳＴ２への切換えに際し
て、拡散燃焼用の燃料ノズル４に対するエアパージが同
時に行われるとともに、予混合燃焼用の供給燃料の流量
の制限が一定期間のあいだ行われる。
【００２５】また、ステップＳ４の判定時に既に第２ス
テージＳＴ２に切り換わって通常の運転状態になってい
るときには、ステップＳ２およびステップＳ３に戻っ
て、通常の運転状態時における出力Ｐおよび回転数Ｎの
状態をみてステージ切換えの判定を行う。
【００２６】その際、ステップＳ２の判定時に出力Ｐが
定格の５０％以下に低下したとき、またはステップＳ３
の判定時に回転数ＮＰが定格の８０％以下に低下したと
きには、ステップＳ６において、そのときのステージ状
態をみて、第２ステージＳＴ２になっていれば、ＳＴ１
＝１００％，ＳＴ２＝０％の計量系のもとで、第１ステ
ージＳＴ１への切換えが行われる。
【００２７】その第１ステージＳＴ１への切換えに際し
て、予混合燃焼用の燃料ノズル５に対するエアパージが
同時に行われるとともに、拡散燃焼用の供給燃料の流量
の制限が一定期間のあいだ行われる。
【００２８】なお、ステップＳ６の判定時に既に第１ス
テージＳＴ２に切り換わって低負荷、低回転数の運転状
態になっているときには、ステップＳ２およびステップ
Ｓ３に戻って、出力Ｐおよび回転数Ｎの状態をみてステ
ージ切換えの判定を行う。
【００２９】
【効果】以上、本発明は、拡散燃焼用の所定流量の燃料
を第１のノズルを通して燃焼器に供給する第１ステージ
と、予混合燃焼用の所定流量の燃料を第２のノズルを通
して燃焼器に供給する第２ステージとの相互切換えを、
回転数または負荷の状態に応じて行うようにした２ステ
ージ燃焼切換方式を採用するガスタービンエンジンにあ
って、拡散燃焼と予混合燃焼とのステージの切換えと同
時に、燃料をしゃ断する一方のノズル側に所定量のエア
パージを行う手段と、そのステージの切換え時に他方の
ノズル側に供給される燃料の流量を一定期間制限する手
段とを設けるようにしたもので、拡散燃焼と予混合燃焼
との各ステージの相互切換えを行わせる際における回転
数の変動を有効に抑制することができるという利点を有
している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するためのガスタービンエンジン
の制御系統の構成例を示すブロック図である。
【図２】拡散燃焼から予混合燃焼への切換えをエアパー
ジなしで行ったときの回転数Ｎと燃料流量Ｑｆとの変化
状態を示す特性図である。
【図３】エアパージだけを行ったときの回転数Ｎと燃料
流量Ｑｆとの変化状態を示す特性図である。
【図４】拡散燃焼から予混合燃焼への切換えを行うと同
時にエアパージを行ったときの回転数Ｎと燃料流量Ｑｆ
との変化状態を示す特性図である。
【図５】拡散燃焼から予混合燃焼への切換えをエアパー
ジなしで行う際、供給燃料の流量を一定期間のあいだ制
限したときの回転数Ｎと燃料流量Ｑｆとの変化状態を示
す特性図である。
【図６】拡散燃焼から予混合燃焼への切換えを行う際、
エアパージを行うとともに供給燃料の流量を一定期間の
あいだ制限したときの回転数Ｎの変化状態を示す特性図
である。
【図７】本発明を実施する際におけるＥＣＵによる具体
的な処理のフローを示す図である。
【符号の説明】
１ ＥＣＵ ２ 燃料供給部 ３ 燃料切換部 ４ 拡散燃焼用の燃料ノズル ５ 予混合燃焼用の燃料ノズル ６ エアパージオン，オフ切換部 ７ 燃焼器 ８ コンプレッサ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年４月１６日（１９９９．４．１
６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 拡散燃焼用の所定流量の燃料を第１のノ
    ズルを通して燃焼器に供給する第１ステージと、予混合
    燃焼用の所定流量の燃料を第２のノズルを通して燃焼器
    に供給する第２ステージとを有し、回転数または負荷の
    状態に応じて第１ステージと第２ステージとの切換えを
    相互に行う手段と、そのステージの切換えと同時に、燃
    料がしや断される一方のノズル側に所定量のエアパージ
    を行う手段と、そのステージの切換え時に他方のノズル
    側に供給される燃料の流量を一定期間制限する手段とを
    設けるようにしたことを特徴とするガスタービンエンジ
    ン。
JP11096730A 1999-02-26 1999-02-26 ガスタービンエンジン Withdrawn JP2000248964A (ja)

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