JP2000329418A

JP2000329418A - ガスタービンエンジン駆動ターボ冷却装置

Info

Publication number: JP2000329418A
Application number: JP11135735A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Watanabe; 厚渡辺
Original assignee: Toyota Turbine and Systems Inc
Current assignee: Toyota Turbine and Systems Inc
Priority date: 1999-05-17
Filing date: 1999-05-17
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2019-05-17
Also published as: JP3487546B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ターボ冷却装置のコンプレッサのサージを適
切に回避すべくターボ冷却装置のコンプレッサにサージ
が発生しているか否かを正確に判断する。【解決手段】パワータービン６を駆動し、パワーター
ビン６に駆動連結されたコンプレッサ２１により冷媒２
１’を加圧し、加圧された冷媒２１’を膨張せしめる時
に得られる放熱を利用して冷却を行うガスタービンエン
ジン１０とターボ冷凍機２０とからなるガスタービンエ
ンジン駆動ターボ冷却装置では、例えばガスタービンエ
ンジン１０のガスジェネレータ回転数Ｎ１のようなパワ
ータービン６を駆動するための力を示すパラメータと、
コンプレッサ２１の回転数Ｎ２とに基づき、コンプレッ
サ２１にサージが発生しているか否かが判断するされ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスタービンエンジ
ン駆動ターボ冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガスタービンエンジンを駆動し、
ガスタービンエンジンに駆動連結されたコンプレッサに
より冷媒を加圧し、加圧された冷媒を膨張せしめる時に
得られる放熱を利用して冷却を行うガスタービンエンジ
ン駆動ターボ冷却装置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のガス
タービンエンジン駆動ターボ冷却装置では、冷却装置の
コンプレッサにサージが発生しているか否かが、冷却装
置のコンプレッサを回転させるための力を示すパラメー
タと冷却装置のコンプレッサの回転との両方に基づいて
判断されない。そのため、冷却装置のコンプレッサにサ
ージが発生しているか否かを正確に判断することができ
ない。そのため、適切なサージ回避作動を行うことがで
きない。

【０００４】前記問題点に鑑み、本発明は、ターボ冷却
装置のコンプレッサのサージを適切に回避すべくターボ
冷却装置のコンプレッサにサージが発生しているか否か
を正確に判断することができるガスタービンエンジン駆
動ターボ冷却装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、ガスタービンエンジンを駆動し、前記ガスター
ビンエンジンに駆動連結されたコンプレッサにより冷媒
を加圧し、加圧された冷媒を膨張せしめる時に得られる
放熱を利用して冷却を行うガスタービンエンジン駆動タ
ーボ冷却装置において、前記コンプレッサを回転させる
ための力を示すパラメータと、前記コンプレッサの回転
とに基づき、前記コンプレッサにサージが発生している
か否かを判断するガスタービンエンジン駆動ターボ冷却
装置が提供される。

【０００６】請求項２に記載の発明によれば、前記冷却
装置のコンプレッサを回転させるための燃焼ガスを排出
するガスジェネレータを具備し、前記ガスジェネレータ
のコンプレッサの回転を示すパラメータと前記冷却装置
のコンプレッサの回転とに基づき、前記冷却装置のコン
プレッサにサージが発生しているか否かを判断する請求
項１に記載のガスタービンエンジン駆動ターボ冷却装置
が提供される。

【０００７】請求項１及び２に記載のガスタービンエン
ジン駆動ターボ冷却装置では、コンプレッサを回転させ
るための力を示すパラメータとコンプレッサの回転とに
基づきコンプレッサにサージが発生しているか否かが判
断される。そのため、コンプレッサのサージを適切に回
避すべくコンプレッサにサージが発生しているか否かを
正確に判断することができる。

【０００８】請求項３に記載の発明によれば、前記ガス
ジェネレータのコンプレッサの回転を示すパラメータが
ほぼ一定の時であって前記冷却装置のコンプレッサの回
転変動が小さい時に前記冷却装置のコンプレッサにサー
ジが発生していないと判断し、前記ガスジェネレータの
コンプレッサの回転を示すパラメータがほぼ一定の時で
あって前記冷却装置のコンプレッサの回転変動が大きい
時に前記冷却装置のコンプレッサにサージが発生してい
ると判断する請求項２に記載のガスタービンエンジン駆
動ターボ冷却装置が提供される。

【０００９】請求項３に記載のガスタービンエンジン駆
動ターボ冷却装置では、ガスジェネレータのコンプレッ
サの回転を示すパラメータがほぼ一定の時であって冷却
装置のコンプレッサの回転変動が大きい時に冷却装置の
コンプレッサにサージが発生していると判断される。つ
まり、冷却装置のコンプレッサにサージが発生している
と判断するために、冷却装置のコンプレッサの回転変動
が大きいことに加え、ガスジェネレータのコンプレッサ
の回転を示すパラメータがほぼ一定であることが条件と
される。そのため、冷却装置のコンプレッサにサージが
発生しているか否かを正確に判断することができる。

【００１０】請求項４に記載の発明によれば、前記ガス
ジェネレータのコンプレッサの回転を示すパラメータ及
び前記燃焼器への燃料供給量がほぼ一定の時であって前
記冷却装置のコンプレッサの回転変動が小さい時に前記
冷却装置のコンプレッサにサージが発生していないと判
断し、前記ガスジェネレータのコンプレッサの回転を示
すパラメータ及び前記燃焼器への燃料供給量がほぼ一定
の時であって前記冷却装置のコンプレッサの回転変動が
大きい時に前記冷却装置のコンプレッサにサージが発生
していると判断する請求項２に記載のガスタービンエン
ジン駆動ターボ冷却装置が提供される。

【００１１】請求項４に記載のガスタービンエンジン駆
動ターボ冷却装置では、ガスジェネレータのコンプレッ
サの回転を示すパラメータ及び燃焼器への燃料供給量が
ほぼ一定の時であって冷却装置のコンプレッサの回転変
動が大きい時に冷却装置のコンプレッサにサージが発生
していると判断される。つまり、冷却装置のコンプレッ
サにサージが発生していると判断するために、冷却装置
のコンプレッサの回転変動が大きいことに加え、ガスジ
ェネレータのコンプレッサの回転を示すパラメータがほ
ぼ一定であること、更には燃焼器への燃料供給量がほぼ
一定であることが条件とされる。そのため、冷却装置の
コンプレッサにサージが発生しているか否かを正確に判
断することができる。例えば、ガスタービンエンジンの
吸気系の圧力損失が急増したときにガスジェネレータの
コンプレッサの回転を一定に維持するような制御を行う
場合、ガスジェネレータのコンプレッサの回転を示すパ
ラメータのみに基づいてサージ判定を行うと誤った判定
をしてしまうが、ガスジェネレータのコンプレッサの回
転を示すパラメータに加え燃焼器への燃料供給量にも基
づいてサージ判定を行うと正確な判定を行うことができ
る。

【００１２】請求項５に記載の発明によれば、前記冷却
装置のコンプレッサの回転変動が大きい時とは、前記冷
却装置のコンプレッサの回転変動幅が大きいときである
請求項３又は４に記載のガスタービンエンジン駆動ター
ボ冷却装置が提供される。

【００１３】請求項５に記載のガスタービンエンジン駆
動ターボ冷却装置では、冷却装置のコンプレッサの回転
変動幅が大きい時にコンプレッサにサージが発生してい
ると判断される。そのため、冷却装置のコンプレッサの
回転変動幅が大きい時にコンプレッサにサージが発生し
ていると判断することにより、冷却装置のコンプレッサ
の回転変動幅が大きい状態を適切に回避することができ
る。

【００１４】請求項６に記載の発明によれば、前記冷却
装置のコンプレッサの回転変動が大きい時とは、前記冷
却装置のコンプレッサの回転変動率が大きいときである
請求項３又は４に記載のガスタービンエンジン駆動ター
ボ冷却装置が提供される。

【００１５】請求項６に記載のガスタービンエンジン駆
動ターボ冷却装置では、冷却装置のコンプレッサの回転
変動率が大きい時にコンプレッサにサージが発生してい
ると判断される。そのため、冷却装置のコンプレッサの
回転変動率が大きい時にコンプレッサにサージが発生し
ていると判断することにより、冷却装置のコンプレッサ
の回転変動率が大きい状態を適切に回避することができ
る。

【００１６】請求項７に記載の発明によれば、前記冷却
装置のコンプレッサにサージが発生していると判断され
た時、前記冷却装置のコンプレッサへの冷媒供給量を変
更する請求項１〜６のいずれか一項に記載のガスタービ
ンエンジン駆動ターボ冷却装置が提供される。

【００１７】請求項８に記載の発明によれば、前記冷却
装置のコンプレッサにサージが発生していると判断され
た時、前記冷却装置のコンプレッサへの冷媒供給量を増
加する請求項７に記載のガスタービンエンジン駆動ター
ボ冷却装置が提供される。

【００１８】請求項９に記載の発明によれば、前記冷却
装置のコンプレッサにサージが発生していると判断され
た時、前記冷却装置のコンプレッサへの冷媒供給量を変
更するための絞り弁の開度を変更する請求項１〜６のい
ずれか一項に記載のガスタービンエンジン駆動ターボ冷
却装置が提供される。

【００１９】請求項１０に記載の発明によれば、前記冷
却装置のコンプレッサにサージが発生していると判断さ
れた時、前記絞り弁の開度を大きくする請求項９に記載
のガスタービンエンジン駆動ターボ冷却装置が提供され
る。

【００２０】請求項７から１０に記載のガスタービンエ
ンジン駆動ターボ冷却装置では、冷却装置のコンプレッ
サにサージが発生していると判断された時に冷却装置の
コンプレッサへの冷媒供給量が変更される。冷却装置の
コンプレッサへの冷媒供給量が変更されることにより冷
却装置のコンプレッサのサージの発生原因が排除され、
それゆえ、冷却装置のコンプレッサのサージを適切に回
避することができる。

【００２１】請求項１１に記載の発明によれば、前記ガ
スジェネレータのコンプレッサの回転を示すパラメータ
と前記冷却装置のコンプレッサの回転とが予め定められ
た関係にある時に前記冷却装置のコンプレッサにサージ
が発生していないと判断し、前記ガスジェネレータのコ
ンプレッサの回転を示すパラメータと前記冷却装置のコ
ンプレッサの回転とが予め定められた関係にない時に前
記冷却装置のコンプレッサにサージが発生していると判
断する請求項２に記載のガスタービンエンジン駆動ター
ボ冷却装置が提供される。

【００２２】請求項１１に記載のガスタービンエンジン
駆動ターボ冷却装置では、ガスジェネレータのコンプレ
ッサの回転を示すパラメータと冷却装置のコンプレッサ
の回転とが予め定められた関係にない時に冷却装置のコ
ンプレッサにサージが発生していると判断される。つま
り、冷却装置のコンプレッサにサージが発生しているか
否かを判断するために、冷却装置のコンプレッサの回転
だけでなく、ガスジェネレータのコンプレッサの回転を
示すパラメータも判断材料として使用される。そのた
め、冷却装置のコンプレッサにサージが発生しているか
否かを正確に判断することができる。

【００２３】請求項１２に記載の発明によれば、前記冷
却装置のコンプレッサを回転させるための燃焼ガスを排
出する燃焼器を具備し、前記燃焼器への燃料供給量と前
記冷却装置のコンプレッサの回転とに基づき、前記冷却
装置のコンプレッサにサージが発生しているか否かを判
断する請求項１に記載のガスタービンエンジン駆動ター
ボ冷却装置が提供される。

【００２４】請求項１２に記載のガスタービンエンジン
駆動ターボ冷却装置では、燃焼器への燃料供給量と冷却
装置のコンプレッサの回転とに基づき冷却装置のコンプ
レッサにサージが発生しているか否かが判断される。つ
まり、冷却装置のコンプレッサにサージが発生している
か否かを判断するために、冷却装置のコンプレッサの回
転だけでなく、燃焼器への燃料供給量も判断材料として
使用される。そのため、冷却装置のコンプレッサのサー
ジを適切に回避すべく冷却装置のコンプレッサにサージ
が発生しているか否かを正確に判断することができる。

【００２５】請求項１３に記載の発明によれば、前記冷
却装置のコンプレッサを回転させるための燃焼ガスを排
出する燃焼器を具備し、前記燃焼器から排出される燃焼
ガス流量と前記冷却装置のコンプレッサの回転とに基づ
き、前記冷却装置のコンプレッサにサージが発生してい
るか否かを判断する請求項１に記載のガスタービンエン
ジン駆動ターボ冷却装置が提供される。

【００２６】請求項１３に記載のガスタービンエンジン
駆動ターボ冷却装置では、燃焼器から排出される燃焼ガ
ス流量と冷却装置のコンプレッサの回転とに基づき冷却
装置のコンプレッサにサージが発生しているか否かが判
断される。つまり、冷却装置のコンプレッサにサージが
発生しているか否かを判断するために、冷却装置のコン
プレッサの回転だけでなく、燃焼器から排出される燃焼
ガス流量も判断材料として使用される。そのため、冷却
装置のコンプレッサのサージを適切に回避すべく冷却装
置のコンプレッサにサージが発生しているか否かを正確
に判断することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。

【００２８】図１は本発明のガスタービンエンジン駆動
ターボ冷却装置の第一の実施形態の概略構成図である。
図１において、１０は２軸式ガスタービンエンジンであ
り、吸気１ａはガスタービンエンジン１０のコンプレッ
サ３により圧縮され燃焼器４内に供給される。燃焼器４
から排出された燃焼ガスはガスタービンエンジン１０の
コンプレッサタービン５を回転せしめる。コンプレッサ
３、コンプレッサタービン５と燃焼器４から構成される
部分をガスジェネレータという。このコンプレッサター
ビン５の回転数を、以下、ＧＧ（ガスジェネレータ）回
転数Ｎ１という。コンプレッサタービン５を通過した燃
焼ガスは、ターボ冷凍機２０のコンプレッサ２１を回転
させるためにコンプレッサ２１に駆動連結されたパワー
タービン６に供給され、パワータービン６を回転せしめ
る。パワータービン６を回転せしめた燃焼ガス６ａはガ
スタービンエンジン１０から排出される。パワータービ
ン６とコンプレッサ２１とは減速機７を介して駆動連結
されている。コンプレッサ２１の回転数を、以下、出力
軸回転数Ｎ３という。ガスタービンエンジン１０はエン
ジンコントローラ１１により制御される。エンジンコン
トローラ１１は燃焼器４に供給すべき燃料供給量Ｇｆを
算出し、エンジンコントローラ１１からの信号１１ａに
基づき燃焼器４に燃料が供給される。また、エンジンコ
ントローラ１１は、ＧＧ回転数Ｎ１、出力軸回転数Ｎ
３、パワータービン６の出口の排気ガス温度であるター
ビン出口温度Ｔ６等のデータを読み込む。一方、ガスタ
ービンエンジン１０には、エンジンコントローラ１１か
らスタータ（図示せず）等のエンジン補機を作動させる
ためのコントローラ出力信号が１１ｃが供給される。

【００２９】コンプレッサ２１への冷媒供給量はベーン
ダンパ２２により調節され、コンプレッサ２１は供給さ
れた冷媒２１’を加圧する。コンプレッサ２１により加
圧された冷媒２１’は凝縮・蒸発器２３に供給される。
凝縮・蒸発器２３は、コンプレッサ２１により加圧され
た冷媒２１’を膨張せしめ、放熱作用により冷媒温度を
低下せしめる。その冷媒により冷却された冷水２４ｂは
空気調和機２４に供給され、空気を冷却する。空気の冷
却に使用された冷水２４ａは凝縮・蒸発器２３に戻さ
れ、再び冷却される。２５は、コンプレッサ２１により
加圧されて温度上昇した冷媒２１’をある程度の温度ま
で冷却するための冷却水２５ａを供給する冷却塔であ
る。つまり、コンプレッサ２１により加圧された冷媒２
１’は、膨張せしめられる前に冷却水２５ａにより冷却
される。冷媒２１’の冷却に使用された冷却水２５ｂは
冷却塔２５に戻され、再び冷却される。ターボ冷凍機２
０から冷凍機コントローラ２６へは冷水２４ａの入口温
度を示す冷水入口温度Ｔｉｎ、冷水２４ｂの出口温度を
示す冷水出口温度Ｔｏｕｔ等のデータ２６ｂが入力され
る。一方、冷凍機コントローラ２６からターボ冷凍機２
０へはベーンダンパ２２の目標開度θＶのような出力信
号２６ａが供給される。

【００３０】更に本実施形態では、エンジンコントロー
ラ１１は、ＧＧ回転数Ｎ１と出力軸回転数Ｎ３とに基づ
きコンプレッサ２１にサージが発生しているか否かを判
断し、冷凍機コントローラ２６に対しコンプレッサ２１
においてサージが発生しているか否かを示す信号１１ｄ
（ＶＳＧ＝１又はＶＳＧ＝０）を供給する。また、冷凍
機コントローラ２６は、コンプレッサ２１においてサー
ジが発生している時にはベーンダンパ２２の目標開度θ
Ｖを修正し、修正された目標開度θＶを示す出力信号を
ターボ冷凍機２０に対し供給する。

【００３１】図２及び図３はコンプレッサ２１において
サージが発生しているか否かを判断する判断方法を示し
たフローチャートである。この判断はエンジンコントロ
ーラ１１により実行される。図２及び図３に示すよう
に、このルーチンが開始されると、まずステップ２０１
にてＧＧ回転数Ｎ１、出力軸回転数Ｎ３、タービン出口
温度Ｔ６等のデータが読み込まれる。次いでステップ２
０２にて、それらのデータに基づいて燃料供給量Ｇｆが
算出される。次いでステップ２０３にてガスジェネレー
タＧＧが定常であるか否か、つまり、ＧＧ回転数Ｎ１が
ほぼ一定であるか否かが判断される。

【００３２】図４はガスジェネレータＧＧが定常である
か否かを判断するためのルーチン（図４（ａ））及びＧ
Ｇ回転数Ｎ１のデータと時間ｔとの関係を示したグラフ
（図４（ｂ））を示している。図４（ａ）に示すルーチ
ンは、例えばＧＧ回転数Ｎ１のデータが予め定められた
数ｎだけ得られた時に実行される。このルーチンが開始
されると、まずステップ４０１において、隣接するＧＧ
回転数Ｎ１のデータの差分の積算値Ａｔが算出される。
次いでステップ４０２において、積算値Ａｔが閾値Ｋｓ
より大きいか否かが判断される。ＹＥＳの時にはガスジ
ェネレータＧＧは過渡であると判断され、ステップ４０
３にてその旨を示すフラグがたてられる。一方、ＮＯの
時にはガスジェネレータＧＧは定常である、つまり、Ｇ
Ｇ回転数Ｎ１はほぼ一定であると判断され、ステップ４
０４にてその旨を示すフラグがたてられる。

【００３３】図２及び図３の説明に戻り、ステップ２０
３にてガスジェネレータＧＧが定常であると判断された
時にはステップ２０４に進み、過渡であると判断された
時にはステップ２０９に進み、コンプレッサ２１におい
てサージが発生していないことを示すフラグがたてられ
る（ＶＳＧ←０）。ステップ２０４では、出力軸回転数
の変化率ｄＮ３／ｄｔが閾値−Ｋ１より大きくかつ閾値
Ｋ２よりも小さいか否かが判断される。ＹＥＳの時には
ステップ２０８に進み、ＮＯの時、つまり出力軸回転数
の変化率ｄＮ３／ｄｔが閾値−Ｋ１以下である時、ある
いは、出力軸回転数の変化率ｄＮ３／ｄｔが閾値Ｋ２以
上である時には、出力軸回転数Ｎ３の変動率が大きいと
判断しステップ２０５に進む。ステップ２０５では、隣
接する出力軸回転数Ｎ３のデータの差分（Ｎ３−Ｎ３Ｓ
の絶対値）が閾値Ｋ３よりも大きいか否かが判断され
る。ＹＥＳの時には出力軸回転数Ｎ３の変動幅が大きい
と判断しステップ２０６に進み、ＮＯの時にはステップ
２０６に進む。

【００３４】ステップ２０６では、コンプレッサ２１に
おいてサージが発生していることを示すフラグがたてら
れる（ＶＳＧ←１）。つまり、本実施形態では、ＧＧ回
転数Ｎ１はほぼ一定の時であって出力軸回転数Ｎ３の変
動率が大きくかつ出力軸回転数Ｎ３の変動幅が大きい時
にコンプレッサ２１においてサージが発生していると判
断される。一方、ＧＧ回転数Ｎ１はほぼ一定でない時、
又は出力軸回転数Ｎ３の変動率が小さい時、あるいは出
力軸回転数Ｎ３の変動幅が小さい時には、コンプレッサ
２１においてサージが発生していないと判断する。

【００３５】次いでステップ２０７ではカウンタｉがゼ
ロにされ（ｉ←０）、ステップ２０８ではカウンタｉが
インクリメントされる（ｉ←ｉ＋１）。このカウンタｉ
は、一度サージ判定がなされた時にその判断（ＶＳＧ＝
１）を一定期間だけ保持するために使用される。つま
り、ステップ２１０においてカウンタｉが閾値ＮＳＧよ
りも大きいか否かが判断され、ＮＯの時にはＶＳＧ＝１
をまだ保持すべきと判断しステップ２１３に進む。一
方、ＹＥＳの時にはステップ２１１にてカウンタｉをイ
ンクリメントする（ｉ←ＮＳＧ＋１）と共に、ステップ
２１２にてコンプレッサ２１においてサージが発生して
いることを示すフラグをクリアする（ＶＳＧ←０）。次
いでステップ２１３では、コンプレッサ２１においてサ
ージが発生しているか否かを示す信号を冷凍機コントロ
ーラ２６に対し出力すると共に、燃料供給量Ｇｆを示す
信号をガスタービンエンジン１０に対し出力する。ステ
ップ２１４ではこのルーチンを終了するか否かが判断さ
れ、ＹＥＳの時にはこのルーチンを終了し、ＮＯの時に
はステップ２０１に戻り、上述したステップが繰り返さ
れる。

【００３６】図５はエンジンコントローラ１１のサージ
判定に基づいてベーンダンパ２２の目標開度θＶを制御
する制御方法を示したフローチャートである。この判断
は冷凍機コントローラ２６により実行される。図５に示
すように、このルーチンが開始されると、まずステップ
５０１において、コンプレッサ２１においてサージが発
生しているか否かを示すエンジンコントローラ１１から
供給されたデータ（ＶＳＧ＝１又はＶＳＧ＝０）が読み
込まれると共に、冷水入口温度Ｔｉｎ、冷水出口温度Ｔ
ｏｕｔ等のデータも読み込まれる。次いでステップ５０
２において、冷水入口温度Ｔｉｎ、冷水出口温度Ｔｏｕ
ｔ等のデータに基づきベーンダンパ２２の目標開度θＶ
が算出される。

【００３７】ステップ５０３では、エンジンコントロー
ラ１１から供給されたサージ判定データがＶＳＧ＝１で
あったか否かが判断される。ＹＥＳの時にはステップ５
０４に進み、ステップ５０２にて算出されたベーンダン
パ２２の目標開度θＶは、サージを回避すべく修正され
る。例えばコンプレッサ２１においてサージが発生して
いる時には、ベーンダンパ２２の目標開度θは、コンプ
レッサ２１への冷媒供給量を増加せしめるべく、大きく
なるように変更される。一方、ＮＯの時にはベーンダン
パ２２の目標開度θＶは修正されない。ステップ５０５
では、ベーンダンパ２２の目標開度θＶを示すデータが
ターボ冷凍機２０に対し出力される。つまり、コンプレ
ッサ２１においてサージが発生している時にはステップ
５０４にて修正された目標開度θＶを示すデータが出力
され、サージが発生していない時にはステップ５０２に
て算出された目標開度θＶを示すデータがそのまま出力
される。次いでステップ５０６ではこのルーチンを終了
するか否かが判断され、ＹＥＳの時にはこのルーチンを
終了し、ＮＯの時にはステップ５０１に戻り、上述した
ステップが繰り返される。

【００３８】図６は本実施形態の作用を示した図であ
る。図６に示すようにＧＧ回転数Ｎ１がほぼ一定の時に
出力軸回転数Ｎ３が変動し始めると（時間ｔ１）、時間
ｔ２においてステップ２０３にてＹＥＳと判断されると
共にステップ２０４にてＮＯと判断され、かつ、ステッ
プ２０５にてＹＥＳと判断され、ステップ２０６におい
てサージが発生したことを示すフラグＶＳＧ＝１がたて
られる。また、ステップ５０４においてベーンダンパ２
２の目標開度θＶが修正される。この目標開度θＶの修
正によりサージの回避が図られ、ステップ２０４にてＹ
ＥＳと判断されるかステップ２０５にてＮＯと判断さ
れ、かつ、ステップ２１０にてＹＥＳと判断された時
（時間ｔ３）に、フラグＶＳＧ＝１がクリアされる（Ｖ
ＳＧ←０）。時間ｔ２から時間ｔ３の間にコンプレッサ
２１への冷媒供給量が変更されたため、その影響によ
り、時間ｔ４から時間ｔ５の間においてタービン出口温
度Ｔ６が多少変動する。

【００３９】図７は本実施形態の変形例を示したフロー
チャートである。この変形例では、図７に示すように、
ステップ２０４において出力軸回転数の変化率ｄＮ３／
ｄｔが閾値−Ｋ１より大きくかつ閾値Ｋ２よりも小さい
か否かが判断される。ＹＥＳの時にはステップ７０１に
進んでカウンタｉｉがゼロにされ（ｉｉ←０）、ステッ
プ７０２にてフラグＶＳＧ＝０がたてられる（ＶＳＧ←
０）。一方、ＮＯの時、つまり出力軸回転数の変化率ｄ
Ｎ３／ｄｔが閾値−Ｋ１以下である時、あるいは、出力
軸回転数の変化率ｄＮ３／ｄｔが閾値Ｋ２以上である時
には、出力軸回転数Ｎ３の変動率が大きいと判断しステ
ップ７０３に進み、カウンタｉｉがインクリメントされ
る（ｉｉ←ｉｉ＋１）。次いでステップにてカウンタｉ
ｉが閾値Ｋ４より大きいか否かが判断される。ＮＯの時
にはステップ７０２に進み、フラグＶＳＧ＝０がたてら
れる（ＶＳＧ←０）。一方、ＹＥＳの時にはステップ７
０５に進み、フラグＶＳＧ＝１がたてられ（ＶＳＧ←
１）、次いでステップ７０６にてカウンタｉｉがＫ４に
される（ｉｉ←Ｋ４）。つまり本変形例では、サージが
発生していると判断するために、出力軸回転数Ｎ３の変
動幅が大きいこと（図２のステップ２０５）は条件とさ
れないが、代わりに出力軸回転数Ｎ３の変動率の大きい
状態が所定期間Ｋ４以上継続することが条件とされる
（ステップ７０４）。

【００４０】本実施形態の更に他の変形例では、サージ
が発生していると判断するために、ガスジェネレータＧ
Ｇが定常である（ＧＧ回転数Ｎ１がほぼ一定である）こ
と、出力軸回転数Ｎ３の変動率が大きいこと、及び出力
軸回転数Ｎ３の変動幅が大きいことの他に、燃焼器４へ
の燃料供給量Ｇｆがほぼ一定であることを条件とするこ
とも可能である。

【００４１】また本実施形態の更に他の変形例では、サ
ージが発生していると判断するために、ガスジェネレー
タＧＧが定常である（ＧＧ回転数Ｎ１がほぼ一定であ
る）こと、及び出力軸回転数Ｎ３の変動率が大きいこと
のみを条件とすることも可能であり、あるいは、サージ
が発生していると判断するために、ガスジェネレータＧ
Ｇが定常である（ＧＧ回転数Ｎ１がほぼ一定である）こ
と、及び出力軸回転数Ｎ３の変動幅が大きいことのみを
条件とすることも可能である。

【００４２】以下、本発明のガスタービンエンジン駆動
ターボ冷却装置の第二の実施形態について説明する。本
実施形態の構成は図１に示した第一の実施形態の構成と
ほぼ同様である。上述したように第一の実施形態ではガ
スジェネレータＧＧが定常であって出力軸回転数Ｎ３の
変動が大きい時にサージが発生していると判断される
が、本実施形態では、コンプレッサ２１にサージが発生
していない時のＧＧ回転数Ｎ１と出力軸回転数Ｎ３との
関係が予め冷凍機コントローラ２６内に記憶され、ＧＧ
回転数Ｎ１と出力軸回転数Ｎ３との関係がその記憶され
ている関係から逸脱した時にサージが発生していると判
断される。

【００４３】以下、本発明のガスタービンエンジン駆動
ターボ冷却装置の第三の実施形態について説明する。本
実施形態の構成は図１に示した第一の実施形態の構成と
ほぼ同様であるが、ガスタービンエンジン１０は、コン
プレッサ３及びコンプレッサタービン５を具備し、パワ
ータービン６を具備しない。本実施形態の構成を図８に
示す。上述したように第一の実施形態ではガスジェネレ
ータＧＧが定常であって出力軸回転数Ｎ３の変動が大き
い時にサージが発生していると判断されるが、本実施形
態では、燃焼器４への燃料供給量Ｇｆと出力軸回転数Ｎ
３とに基づき、コンプレッサ２１にサージが発生してい
るか否かが判断される。詳細には、燃焼器４への燃料供
給量Ｇｆがほぼ一定であって出力軸回転数Ｎ３の変動が
大きい時にサージが発生していると判断される。

【００４４】また本実施形態の変形例では、コンプレッ
サ２１にサージが発生していない時の燃料供給量Ｇｆと
出力軸回転数Ｎ３との関係が予め冷凍機コントローラ２
６内に記憶され、燃料供給量Ｇｆと出力軸回転数Ｎ３と
の関係がその記憶されている関係から逸脱した時にサー
ジが発生していると判断される。

【００４５】以下、本発明のガスタービンエンジン駆動
ターボ冷却装置の第四の実施形態について説明する。本
実施形態の構成は図１に示した第一の実施形態の構成と
ほぼ同様であるが、ガスタービンエンジン１０が、コン
プレッサ３及びコンプレッサタービン５を具備し、パワ
ータービン６を具備しない図８に示した構成となる。上
述したように第一の実施形態ではガスジェネレータＧＧ
が定常であって出力軸回転数Ｎ３の変動が大きい時にサ
ージが発生していると判断されるが、本実施形態では、
燃焼器４から排出される燃焼ガス流量と出力軸回転数Ｎ
３とに基づき、コンプレッサ２１にサージが発生してい
るか否かが判断される。詳細には、燃焼器４から排出さ
れる燃焼ガス流量がほぼ一定であって出力軸回転数Ｎ３
の変動が大きい時にサージが発生していると判断され
る。

【００４６】また本実施形態の変形例では、コンプレッ
サ２１にサージが発生していない時の燃焼ガス流量と出
力軸回転数Ｎ３との関係が予め冷凍機コントローラ２６
内に記憶され、燃焼ガス流量と出力軸回転数Ｎ３との関
係がその記憶されている関係から逸脱した時にサージが
発生していると判断される。

【００４７】尚、他の実施形態では、サージが発生して
いると判断するために必要とされる上述した各条件の組
み合わせを必要に応じて変更することも可能である。ま
た、他の実施形態では、ガスタービンエンジンが３以上
の軸を有することも可能である。更に他の実施形態で
は、ガスタービンエンジンがコンプレッサ３及びコンプ
レッサタービン５を具備しなくてもよい。その場合、燃
焼器４に圧縮空気を供給するための供給手段を設けると
効果的である。

【００４８】

【発明の効果】請求項１及び２に記載の発明によれば、
コンプレッサのサージを適切に回避すべくコンプレッサ
にサージが発生しているか否かを正確に判断することが
できる。

【００４９】請求項３に記載の発明によれば、冷却装置
のコンプレッサにサージが発生していると判断するため
に、冷却装置のコンプレッサの回転変動が大きいことに
加え、ガスジェネレータのコンプレッサの回転を示すパ
ラメータがほぼ一定であることを条件とすることによ
り、冷却装置のコンプレッサにサージが発生しているか
否かを正確に判断することができる。

【００５０】請求項４に記載の発明によれば、冷却装置
のコンプレッサにサージが発生していると判断するため
に、冷却装置のコンプレッサの回転変動が大きいことに
加え、ガスジェネレータのコンプレッサの回転を示すパ
ラメータがほぼ一定であること、更には燃焼器への燃料
供給量がほぼ一定であることを条件とすることにより、
冷却装置のコンプレッサにサージが発生しているか否か
を正確に判断することができる。

【００５１】請求項５に記載の発明によれば、冷却装置
のコンプレッサの回転変動幅が大きい時にコンプレッサ
にサージが発生していると判断することにより、冷却装
置のコンプレッサの回転変動幅が大きい状態を適切に回
避することができる。

【００５２】請求項６に記載の発明によれば、冷却装置
のコンプレッサの回転変動率が大きい時にコンプレッサ
にサージが発生していると判断することにより、冷却装
置のコンプレッサの回転変動率が大きい状態を適切に回
避することができる。

【００５３】請求項７から１０に記載の発明によれば、
コンプレッサのサージの発生原因を排除することによ
り、冷却装置のコンプレッサのサージを適切に回避する
ことができる。

【００５４】請求項１１に記載の発明によれば、冷却装
置のコンプレッサにサージが発生しているか否かを判断
するために、冷却装置のコンプレッサの回転だけでな
く、ガスジェネレータのコンプレッサの回転を示すパラ
メータも判断材料として使用することにより、冷却装置
のコンプレッサにサージが発生しているか否かを正確に
判断することができる。

【００５５】請求項１２に記載の発明によれば、冷却装
置のコンプレッサにサージが発生しているか否かを判断
するために、冷却装置のコンプレッサの回転だけでな
く、燃焼器への燃料供給量も判断材料として使用するこ
とにより、冷却装置のコンプレッサのサージを適切に回
避すべく冷却装置のコンプレッサにサージが発生してい
るか否かを正確に判断することができる。

【００５６】請求項１３に記載の発明によれば、冷却装
置のコンプレッサにサージが発生しているか否かを判断
するために、冷却装置のコンプレッサの回転だけでな
く、燃焼器から排出される燃焼ガス流量も判断材料とし
て使用することにより、冷却装置のコンプレッサのサー
ジを適切に回避すべく冷却装置のコンプレッサにサージ
が発生しているか否かを正確に判断することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスタービンエンジン駆動ターボ冷却
装置の第一の実施形態の概略構成図である。

【図２】コンプレッサにおいてサージが発生しているか
否かを判断する判断方法を示したフローチャートであ
る。

【図３】コンプレッサにおいてサージが発生しているか
否かを判断する判断方法を示したフローチャートであ
る。

【図４】ガスジェネレータＧＧが定常であるか否かを判
断するためのルーチン及びＧＧ回転数Ｎ１のデータと時
間ｔとの関係を示した図である。

【図５】エンジンコントローラのサージ判定に基づいて
ベーンダンパの目標開度θＶを制御する制御方法を示し
たフローチャートである。

【図６】第一の実施形態の作用を示した図である。

【図７】第一の実施形態の変形例を示したフローチャー
トである。

【図８】第３及び第４の実施形態の概略構成図である。

【符号の説明】

６…パワータービン１０…ガスタービンエンジン２０…ターボ冷凍機２１…コンプレッサ２１’…冷媒Ｎ１…ＧＧ回転数Ｎ３…出力軸回転数

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスタービンエンジンを駆動し、前記ガ
スタービンエンジンに駆動連結されたコンプレッサによ
り冷媒を加圧し、加圧された冷媒を膨張せしめる時に得
られる放熱を利用して冷却を行うガスタービンエンジン
駆動ターボ冷却装置において、前記コンプレッサを回転
させるための力を示すパラメータと、前記コンプレッサ
の回転とに基づき、前記コンプレッサにサージが発生し
ているか否かを判断するガスタービンエンジン駆動ター
ボ冷却装置。
【請求項２】前記冷却装置のコンプレッサを回転させ
るための燃焼ガスを排出するガスジェネレータを具備
し、前記ガスジェネレータのコンプレッサの回転を示す
パラメータと前記冷却装置のコンプレッサの回転とに基
づき、前記冷却装置のコンプレッサにサージが発生して
いるか否かを判断する請求項１に記載のガスタービンエ
ンジン駆動ターボ冷却装置。
【請求項３】前記ガスジェネレータのコンプレッサの
回転を示すパラメータがほぼ一定の時であって前記冷却
装置のコンプレッサの回転変動が小さい時に前記冷却装
置のコンプレッサにサージが発生していないと判断し、
前記ガスジェネレータのコンプレッサの回転を示すパラ
メータがほぼ一定の時であって前記冷却装置のコンプレ
ッサの回転変動が大きい時に前記冷却装置のコンプレッ
サにサージが発生していると判断する請求項２に記載の
ガスタービンエンジン駆動ターボ冷却装置。
【請求項４】前記ガスジェネレータのコンプレッサの
回転を示すパラメータ及び前記ガスジェネレータの燃焼
器への燃料供給量がほぼ一定の時であって前記冷却装置
のコンプレッサの回転変動が小さい時に前記冷却装置の
コンプレッサにサージが発生していないと判断し、前記
ガスジェネレータのコンプレッサの回転を示すパラメー
タ及び前記燃焼器への燃料供給量がほぼ一定の時であっ
て前記冷却装置のコンプレッサの回転変動が大きい時に
前記冷却装置のコンプレッサにサージが発生していると
判断する請求項２に記載のガスタービンエンジン駆動タ
ーボ冷却装置。
【請求項５】前記冷却装置のコンプレッサの回転変動
が大きい時とは、前記冷却装置のコンプレッサの回転変
動幅が大きいときである請求項３又は４に記載のガスタ
ービンエンジン駆動ターボ冷却装置。
【請求項６】前記冷却装置のコンプレッサの回転変動
が大きい時とは、前記冷却装置のコンプレッサの回転変
動率が大きいときである請求項３又は４に記載のガスタ
ービンエンジン駆動ターボ冷却装置。
【請求項７】前記冷却装置のコンプレッサにサージが
発生していると判断された時、前記冷却装置のコンプレ
ッサへの冷媒供給量を変更する請求項１〜６のいずれか
一項に記載のガスタービンエンジン駆動ターボ冷却装
置。
【請求項８】前記冷却装置のコンプレッサにサージが
発生していると判断された時、前記冷却装置のコンプレ
ッサへの冷媒供給量を増加する請求項７に記載のガスタ
ービンエンジン駆動ターボ冷却装置。
【請求項９】前記冷却装置のコンプレッサにサージが
発生していると判断された時、前記冷却装置のコンプレ
ッサへの冷媒供給量を変更するための絞り弁の開度を変
更する請求項１〜６のいずれか一項に記載のガスタービ
ンエンジン駆動ターボ冷却装置。
【請求項１０】前記冷却装置のコンプレッサにサージ
が発生していると判断された時、前記絞り弁の開度を大
きくする請求項９に記載のガスタービンエンジン駆動タ
ーボ冷却装置。
【請求項１１】前記ガスジェネレータのコンプレッサ
の回転を示すパラメータと前記冷却装置のコンプレッサ
の回転とが予め定められた関係にある時に前記冷却装置
のコンプレッサにサージが発生していないと判断し、前
記ガスジェネレータのコンプレッサの回転を示すパラメ
ータと前記冷却装置のコンプレッサの回転とが予め定め
られた関係にない時に前記冷却装置のコンプレッサにサ
ージが発生していると判断する請求項２に記載のガスタ
ービンエンジン駆動ターボ冷却装置。
【請求項１２】前記冷却装置のコンプレッサを回転さ
せるための燃焼ガスを排出する燃焼器を具備し、前記燃
焼器への燃料供給量と前記冷却装置のコンプレッサの回
転とに基づき、前記冷却装置のコンプレッサにサージが
発生しているか否かを判断する請求項１に記載のガスタ
ービンエンジン駆動ターボ冷却装置。
【請求項１３】前記冷却装置のコンプレッサを回転さ
せるための燃焼ガスを排出する燃焼器を具備し、前記燃
焼器から排出される燃焼ガス流量と前記冷却装置のコン
プレッサの回転とに基づき、前記冷却装置のコンプレッ
サにサージが発生しているか否かを判断する請求項１に
記載のガスタービンエンジン駆動ターボ冷却装置。