JP2002517667A - シャフト破損検出装置 - Google Patents

シャフト破損検出装置

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JP2002517667A JP2000553706A JP2000553706A JP2002517667A JP 2002517667 A JP2002517667 A JP 2002517667A JP 2000553706 A JP2000553706 A JP 2000553706A JP 2000553706 A JP2000553706 A JP 2000553706A JP 2002517667 A JP2002517667 A JP 2002517667A
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エイチ． トンプソン，アンドリュー
リシオ，カーミン
エイチ． ノウブル，アントニオ
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プラット アンド ホイットニー カナダ インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ガスタービンエンジンにおいてシャフト分離が発生したことを判定する制御論理に関する。好適実施例における制御論理は、シャフト回転速度および／またはコンプレッサ圧力の入力を受け、これらのパラメータを用いて、ガスタービンエンジンの致命的な損傷が生じる前に、シャフト分離を瞬時に判定する。制御論理は、また、複数の間隔のサンプリングを行い、シャフト分離の判定を確認するために、複数のチャンネルに亘ってサンプリングを行う。シャフト分離が確認されたときには、エンジンへの燃料の流れが遮断され、エンジンが停止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガスタービンエンジンにおけるシャフトの故障を測定する論理シ
ステムに関し、特に、ガスタービンエンジンにおけるシャフトの分離の直接の兆
候を検出する方法、および、これらの検出機能を実現する装置、に関する。
【０００２】
【背景技術】
ガスタービンエンジンは長年に亘って当業者に知られており、このエンジンで
は、コンプレッサブレードの列を含むシャフトが、エンジンから出力される推力
を発生させるための駆動シャフトとして用いられる。この種のエンジンは、一般
に、航空機に採用されており、プロペラ駆動装置と組み合わせてターボプロップ
システムとして用い、あるいは、プロペラの無い、ターボシャフト、ターボジェ
ットあるいはターボファンシステムとして、用いることもできる。単一の駆動シ
ャフトにコンプレッサブレードを備えてなるエンジンは、一軸流コンプレッサエ
ンジンとして知られている。他の形式のエンジンとして、２本の同軸の駆動シャ
フトを含むものがあり、２軸流コンプレッサエンジンと呼ばれている。このエン
ジンでは、低圧コンプレッサブレードの列が、第１駆動シャフトによって駆動タ
ービンに接続されている。これらの低圧コンプレッサブレードの列の下流に、高
圧コンプレッサブレードの列があり、分割した駆動タービンによって駆動される
第２同軸駆動シャフトに接続されている。
【０００３】 エンジンが１軸形式であろうと２軸形式であろうと、駆動シャフトは、温度、
加速度、遠心力による応力、軸方向応力、等が激しく変化する中で、一度に数時
間の間、数万ｒｐｍで回転し得るものでなければならない。
【０００４】 シャフトを数年間使用した後に、駆動シャフトの一つがシャフトの残りの部分
から分離する、という状況が発生する。駆動シャフトは、上述したような高速で
回転しているので、シャフトの故障つまり”分離”は、突然に、かつ急激に起こ
る。ガスタービンエンジンのシャフトの故障が生じると、続いて全体の故障が１
秒以内に発生することがあり、さらに、故障個所より下流側の回転要素が制御不
能に加速される一方で、故障個所より上流側のエンジンの回転要素が減速しよう
として、急激なエンジンの破局的故障を招来することがある。故障個所の下流側
での制御不能な加速は、最も危険である。その理由は、これらの回転要素の回転
速度が、回転要素に作用する遠心力によって該回転要素を駆動シャフトから分離
させてしまう速度点に到達してしまうことがあり、エンジンハウジングが、これ
らの回転要素をエンジンハウジング内部に拘束し得ない可能性がある、からであ
る。ジェット飛行機においては、これを拘束し得ない場合に、エンジンの他の部
分に深刻な損害を与えるとともに、飛行機の胴体部分に損害を与えることになる
。
【０００５】 エンジンハウジングを通して飛散する構成要素を拘束しようとする種々の試み
がなされてきた。一つの試みでは、ニッケルコバルト合金のような高強度材料か
らなる中実の拘束リングを、エンジンの回転要素を周方向に囲むように、外周側
エンジンハウジングに一体化している。このような拘束リングは、構成要素の破
片をエンジンハウジング内に拘束するのに有効ではあるが、エンジンの重量を明
らかに増加させてしまい、燃料の節約や乗客定員を犠牲にする。破損したエンジ
ン構成要素をエンジン自体の内部に捕捉することも、エンジンの回復不能な広範
な損害を招き、しばしば、その故障の後、エンジン全体を交換することが必要と
なる。これは、航空機の運用コストを実質的に増加させる。
【０００６】 従って、駆動シャフトの故障の直接的な兆候を識別し、駆動シャフトの故障個
所より下流側の部分が、回転要素に過剰な応力を与えるレベルにまで加速する前
に、エンジンを停止させるための警告プロトコルを開発する必要がある。これら
の前兆は、エンジン構成要素が破断し始める前に瞬間的に現れるので、このよう
な警告プロトコルは、さらに自動化されていなければならず、好ましくは、高速
オンボードプロセッサを利用した制御論理の形であることが望ましい。構成要素
の破砕が起こる前に、シャフトの故障の早期警告兆候を表示しつつエンジンを停
止することが可能となれば、重い拘束リングの使用の必要性を排除し得る。さら
に、構成要素の高速の破片によるエンジンの損傷も同様に防止し得る。しかしな
がら、最も重要なことは、構成要素が破片となる機会がなくなることで、乗客客
室部分の安全性および保全を改善でき、エンジンの運行の安全性を大幅に改善し
得ることである。
【０００７】
【発明の開示】
本発明の特徴は、駆動シャフトの故障を直ちに判定し、その切迫した故障が検
出されたときは、エンジンへの燃料の流れを遮断して、エンジンを停止させる方
法を提供することにある。
【０００８】 本発明の他の特徴は、シャフトの故障を判定し、このシャフト故障の判定に応
答してエンジンへの燃料流を停止するように停止システムへ制御信号を送る制御
論理を用いた電子システムを提供することにある。
【０００９】 本発明の一つの形態によれば、コンプレッサと該コンプレッサの下流のタービ
ンとを接続する回転シャフトを備えてなる運転中のタービンエンジンの制御方法
が提供される。この制御方法は、ｉ）シャフト切断状態を検出するステップと、
ii）このシャフト切断状態の検出に応答して、エンジンへの燃料の流れを停止す
るステップと、を備えている。好ましくは、この制御方法はさらに、ａ）２つ以
上の段階でのシャフト回転速度を検出するステップと、ｂ）各段階の間のシャフ
ト回転速度の変化割合を計算するステップと、ｃ）もし回転速度の変化割合が所
定の限界よりも低下していれば、シャフト切断状態であると確定するステップと
、を備えている。さらに、この制御方法はさらに、ａ）２つ以上の段階でのシャ
フト回転速度を検出するステップと、ｂ）各段階の間のシャフト回転速度の変化
割合を計算するステップと、ｃ）もし回転速度の変化割合が所定の限界よりも低
下していれば、１）２つ以上の段階でのコンプレッサ下流の圧力を検出し、２）
各段階の間の圧力の変化を計算し、３）もし圧力の変化が所定の限界よりも低下
していれば、シャフト切断状態であると確定するステップと、を備えている。
【００１０】 本発明の他の形態によれば、同軸状に回転する第１シャフトと第２シャフトと
を備え、第１のブレード列が第１シャフトに接続されるとともに第２のブレード
列が第１のブレード列の下流側の第２シャフトに接続されたタービンエンジンの
制御方法が提供される。この制御方法は、ｉ）第１のブレード列の回転速度を検
出するステップと、ii）第２のブレード列の回転速度を検出するステップと、ii
i）第１のブレード列の回転速度を第２のブレード列の回転速度と比較するステ
ップと、iv）もし第１のブレード列の回転速度が、第２のブレード列の回転速度
に対応した最小要求レベルに達していなければ、エンジンへの燃料の流れを停止
するステップと、を備えている。
【００１１】 本発明のさらに他の形態によれば、コンプレッサと該コンプレッサの下流のタ
ービンとを接続する回転シャフトを備えたタービンエンジンの制御装置が提供さ
れる。この制御装置は、上記シャフトの回転速度を検出する速度センサと、上記
速度センサから信号を受けるとともに、これらの信号を比較するプロセッサと、
上記プロセッサから受けた信号に応答して、エンジンへの燃料の流れを停止する
燃料流コントローラと、を備えている。
【００１２】 最後に、本発明の他の形態によれば、同軸状に回転する第１シャフトと第２シ
ャフトとを備え、第１のブレード列が第１シャフトに接続されるとともに第２の
ブレード列が第１のブレード列の下流側の第２シャフトに接続されたタービンエ
ンジンの制御装置が提供される。この制御装置は、第１のブレード列の回転速度
を検出する速度センサと、第２のブレード列の回転速度を検出する速度センサと
、これらの速度センサから信号を受けるとともに、これらの信号を比較するプロ
セッサと、上記第１のブレード列の回転速度が上記第２のブレード列の回転速度
に比例した最小レベルに達していないことを示す上記プロセッサから受けた信号
に応答して、エンジンへの燃料の流れを停止する燃料コントローラと、を備えて
いる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、エンジンの燃焼室領域に流入する空気を圧縮加圧するために２軸コン
プレッサシステムを用いている、標準的な２軸エンジン１０の断面を示している
。このエンジン１０は、インナシャフト２２上で回転する低圧コンプレッサブレ
ード列１５を有する。この低圧コンプレッサブレードの回転速度は、図１のエン
ジンの前端近傍に示されたパラメータＮＬでもって表される。低圧コンプレッサ
ブレードの領域の下流側には、高圧コンプレッサブレード列２０がある。このブ
レードは、低圧シャフト２２と同軸なシャフト２１の回りを回転する。このブレ
ード領域の回転速度は、図１の図の中間部近傍に示されたパラメータＮＨでもっ
て表される。シャフト２１，２２のそれぞれは、エンジンのタービン領域２５に
おける分離したタービンによって駆動される。
【００１４】 運転中は、燃焼室領域２４で、タービン領域２５のタービンの駆動に必要な力
が生成される。これらのタービンは、次に、２軸のシャフト２１，２２を駆動し
、これらが、エンジンを通過する空気流を動かし、かつ加圧する。このようなエ
ンジンは、また、エンジン前部のプロペラを駆動するための付加的なタービンを
タービン領域に加えることで、あるいは、当業者に知られ理解される他の構造的
変更によって、ターボプロップ型エンジンとして動作させることもできる。
【００１５】 どのような形式のガスタービンエンジンであっても、その運転における重大な
懸念は、回転シャフトの故障である。さらに、回転シャフトの故障に拘わらずエ
ンジンへの燃料の流れがある程度継続するガスタービンの適用、例えばここで述
べる２軸エンジンなどにおいては、シャフトの故障のときにエンジンへの燃料の
流れを停止する手段を提供することが望ましい。例えば、低圧コンプレッサ領域
１５を駆動するシャフト２２が破断つまり”分離”したとすると、低圧コンプレ
ッサ領域１５は、急激に減速し始め、他方、シャフト２２を駆動するタービンは
、まだ燃料供給されていて、シャフト負荷が急激に低下するので、制御不能に加
速し始める。このタービンの無制御な加速の始まりによって、タービンは、その
設計最高速度を短時間で越えてしまい、そして、分解し始めて、高い運動エネル
ギの破片を生成し、エンジンハウジングが何らかの形式の拘束構造でもって保護
されていなければ、エンジンハウジングからその破片が放出されてしまう。この
ようなエンジンの故障を導く一連の現象の全体は、１秒も掛からずに発生する。
そのため、本発明者は、故障の最も早期の兆候でもって故障を検出し、エンジン
の停止を、故障に瞬間的に反応し得る自動システムでもって実行すべきである、
と考えた。
【００１６】 本発明の好ましい実施例においては、エンジン動作のあるパラメータの変化に
基づいてシャフト分離の存在を判断する論理シーケンスが開発されている。この
好ましい実施例は、低圧コンプレッサシャフトについてシャフト故障を検出する
論理シーケンスを提供しているが、後述する説明から当業者が理解できるように
、同様の論理シーケンスを、高圧コンプレッサシャフトの故障の判定に利用する
ことが可能である。
【００１７】 図２は、図１において説明した２軸コンプレッサ配置を用いたターボプロップ
エンジンのコンピュータモデルで実施されたテストを示している。縦軸は、減速
度であり、パラメータＤｅｌｔａによって標準化されたパラメータＮＬＤｏｔに
よって示される。この標準化によって、エンジンの運用航行を通してパラメータ
もしくは計算された量の比較分析が可能となる。データの標準化は、数学および
統計の分野で公知であり、この標準化の達成に必要なステップは、当業者に知ら
れ、かつ理解されている。その結果のパラメータＮＬＤｏｔ／Ｄｅｌｔａは、秒
当たりの速度変化パーセントを単位として、縦軸上にプロットされている。横軸
は、低圧コンプレッサのＲＰＭによる修正速度を示している。線３０は、低温フ
レームアウトにより生じる減速条件を示し、線４０は、高温フレームアウトによ
り生じる減速条件を示している。線５０は、境界線を表しており、フレームアウ
トのような公知のエンジン異常中に生じる減速度と、低圧コンプレッサシャフト
のシャフト切断によってのみ説明されうる減速度と、を区分する線である。線５
２は、巡航高度において発生したシャフト切断を表しており、線５４は、高温条
件で発生したシャフト切断を示している。種々の運転条件によるシャフト切断の
各線の差は非常に小さいのに対し、フレームアウトを示す線とシャフト切断を示
す線との間には、容易に測定し得る差があることに注目されたい。
【００１８】 図２のグラフは、減速度が、シャフト切断の最も明瞭な証拠を与える”足跡”
であり、かつ最も早く現れる証拠ともなることを、明瞭に示している。
【００１９】 シャフト切断を検出するためにシャフトのコンプレッサ部分の減速特性を用い
ることの利点は、エンジンの高温タービンシャフト領域に用いるセンサに比べて
、コンプレッサシャフトの回転速度の検出に用いるセンサの信頼性が増大するこ
とである。
【００２０】 図３は、低圧コンプレッサシャフトの故障を直ちに検出するために使用し得る
論理シーケンス６０を示している。この論理シーケンスは、”全自動デジタルエ
ンジン制御”つまり”ＦＡＤＥＣ”として知られる制御プロセッサの２つのチャ
ンネルに亘って実行される。このＦＡＤＥＣは、基本的には、マルチチャンネル
のオンボードコンピュータであり、航空機のパイロットから限られた数の入力を
受けるとともに、エンジン全体に配置された種々のセンサ、スイッチ、ドライバ
から、継続的に入力を受ける。ＦＡＤＥＣは、これらのデバイスからの種々の入
力を分析し、かつこれらのデバイスの動作を制御するために、これらのデバイス
に制御信号を送り返す。ＦＡＤＥＣシステムは、当該技術分野で公知であり、１
９８８年１月１２日に発行されたリレイの米国特許第４，７１８，２２９号に最
初に開示されている。
【００２１】 本発明の好適実施例におけるＦＡＤＥＣは、シャフト切断が起こったかどうか
を判別するために、ＮＬおよびＰ３圧力の入力を受ける論理シーケンスを実行す
ることができる。
【００２２】 ＮＬのサンプルから計算したＮＬＤｏｔに基づいてシャフト切断を宣言するこ
ともできるが、しかし、より確実なシステムとするには、例えば、対応するＰ３
圧力の異常変化を検出して、シャフト切断を確認する。シャフトが故障していな
い状態での不注意なエンジンの停止を回避するためには、故障が生じていること
を確認する第２のパラメータを用いることが望ましい。
【００２３】 低圧コンプレッサシャフトの故障の間に素早く変化するパラメータは、パラメ
ータ”Ｐ３”と呼ばれる燃焼室入り口の圧力であることが、実験的に見いだされ
た。この圧力は、エンジンの高圧コンプレッサブレードの下流端と燃焼室入り口
との間の領域で測定される。実験によって、シャフト切断状態に対応してＰ３圧
力が低下することが示された。このように、低速コンプレッサの突然の減速の測
定に基づくシャフト切断の検出を確認するためのバックアップとして、パラメー
タの測定を行うことが可能である。勿論、Ｐ３パラメータの代替として、シャフ
ト切断によって同様に影響を受ける他の物理的パラメータを測定することもでき
る。以後の本発明の説明では、説明のために、Ｐ３パラメータの測定を論理シー
ケンスに組み合わせて説明する。
【００２４】 減速の入力は、低圧コンプレッサブレード領域の入力端の近傍もしくは低圧コ
ンプレッサのシャフトの近傍に配置された回転速度センサから、導かれる。ＦＡ
ＤＥＣに伝達された回転速度の変化は、ＦＡＤＥＣシステムによって、加速度も
しくは減速度の計算に用いられる。Ｐ３圧力は、燃焼室入り口に配置されてその
領域の絶対圧を測定する圧力センサから導かれる。回転速度センサと圧力センサ
の１組のセットは、ＦＡＤＥＣの一つのチャンネルに通じており、回転速度セン
サと圧力センサの第２のセットは、ＦＡＤＥＣのバックアップチャンネルである
第２のチャンネルに通じている。
【００２５】 図３は、ＮＬＤｏｔの計算のためのＮＬ７１およびＰ３圧力低下７２に対する
センサ入力と情報伝達する第１のＦＡＤＥＣチャンネルを示している。論理シー
ケンスは、下記の通りである。
【００２６】 （１）ＦＡＤＥＣは、情報伝達チャンネルの一つにおいて、約２０ミリ秒間隔
で、回転速度をサンプリングするとともに、標準化したＮＬＤｏｔを計算する。
このサンプリングの実時間間隔は変えることができるが、好適実施例においては
、サンプリングの時間間隔は、２０〜３０ミリ秒の範囲にある。
【００２７】 （２）もし、いくつかの連続したサンプルの中で、算出された標準化ＮＬＤｏ
ｔが、標準化ＮＬＤｏｔの境界（図２のグラフから導かれる）を越えたら、この
パラメータはセットされ、論理シーケンスは、Ｐ３のテストへ移行する。好適実
施例においては、３つの連続したサンプルおよびＮＬＤｏｔ計算値によってパラ
メータがセットされるが、異なる個数の連続したサンプル、例えば、１個のサン
プル、あるいは４個もしくはさらに多数のサンプルとすることもできる。
【００２８】 （３）もし、Ｐ３値が、そのときのエンジン運転条件において予想されるＰ３
値を下回っていたら、この論理は、シャフト切断状態であると宣言する。好適実
施例においては、Ｐ３値が予想値よりも２０ｐｓｉａ以上下回っていた場合に、
シャフト切断状態であると宣言する。しかしながら、このシャフト故障を宣言す
るのに必要なＰ３測定値とＰ３予想値との差は、当業者に理解できるように、変
えることが可能である。
【００２９】 （４）もし論理がシャフト故障を宣言したら、その発見の確認のために、信号
７５をバックアップチャンネル８０へ送る。ここでは、同時に、チャンネル７０
で実行されていたのと同じサンプリングおよび比較テスト８１〜８３が実行され
ている。もし、チャンネル８０によってその結果が確認されたら、チャンネル８
０は信号８５をチャンネル７０へ返し、両チャンネルが、エンジン停止のための
信号を出力する。
【００３０】 （５）両チャンネルは合致し、信号を、フィールドプログラマブルゲートアレ
イ回路（ＦＰＧＡ’ｓ）７６，８６へそれぞれ送る。これらのＦＰＧＡ’ｓは、
信号をチャンネル７０，８０から受けて、エンジンへ燃料の遮断を要求し、これ
により直ちにエンジンが減速し、シャフト切断状態を表す。
【００３１】 この論理シーケンスの利点としては、３つの点がある。
【００３２】 （１）この論理シーケンスは、ＦＡＤＥＣの厳密な処理速度に依存して、約８
０〜１００ミリ秒の総時間でもって、シャフト故障を宣言かつ確認することがで
きる。実際のところ、切断個所の下流のタービンによる破壊は、シャフト切断後
、１秒未満で生じるが、５０〜６０ミリ秒の応答時間によって、ＦＡＤＥＣシス
テムが、エンジンに損傷が広がる前に、エンジンを停止し得るものとなる。
【００３３】 （２）この論理シーケンスおよびＦＡＤＥＣプロセッサは、人間によるいかな
る制御の応答よりも、より早く、故障に応答することができる。もし、標準化Ｎ
ＬＤｏｔおよびＰ３の情報をコックピットのパイロットへ与えた場合、パイロッ
トが故障検出の警告灯による警告を受けると仮定しても、応答時間は少なくとも
５〜２５秒であり、これは、エンジンの損傷を防止するには、十分な速さではな
い。開示された論理シーケンスは、通常の人間の反射よりも速い時間枠でもって
達成かつ実行可能であり、エンジンの損傷の拡大あるいは拘束されない破片によ
る機体の損傷を防止するのに十分な速さである。
【００３４】 （３）この論理シーケンスは、疑似条件下でのエンジン停止を回避するために
、複数のバックアップならびに論理の合致を用いている。複数の連続したサンプ
ルにより標準化したＮＬＤｏｔを証明する設計、２次的な確認のためのＰ３パラ
メータの使用、第３番目の確認のための第２チャンネルとの情報伝達、これらは
、全て、全てのデータがシャフト切断を示さない限りは、エンジン停止を防止す
るものとなっている。これにより、シャフト切断に起因しない疑似的ないしは予
測されない条件下でのエンジン停止を回避している。最終的に、これにより、種
々の異なった飛行条件下での論理システムの安全な取り扱いが可能となる。
【００３５】 図４は、ＦＡＤＥＣと情報伝達する２つのチャンネルの中の一方が使用できな
いときに動作するシステムを示している。これは、チャンネルの一方がセンサの
一つと情報伝達できないとき、あるいは、チャンネルとＦＡＤＥＣプロセッサと
の接続が異常であるとき、に起こり得る。図４において、チャンネル７０が動作
チャンネルであり、チャンネル６０は、機能していないチャンネルである。動作
のこのモードにおいては、ＮＬＤｏｔの超過の確認７１，Ｐ３の低下の確認７２
、シャフト切断故障の宣言７３、の各ステップは、通常通り行われる。しかしな
がら、チャンネル６０が使用できない場合、”確認後”の状態に対し履行されず
、チャンネル７０が達した結論が確認される。このような論理シーケンスの利点
は、他方のチャンネル７０が動作可能であればシャフト故障を検出するための全
てのステップが実行されることから、一方の動作していないチャンネル６０の修
理が航空機にとって必要とならない、ということである。この結果、必要な故障
確認の実行を維持しつつ、飛行機の運用時間を延ばすことができる。
【００３６】 図１〜図４は、航空機エンジンが、巡航高度での飛行中や離陸時のような全速
運転にあるときに用いるのに適した論理シーケンスを示している。しかし、エン
ジンの初期始動時、およびエンジンのサブアイドル回転上昇中は、他の論理シー
ケンスが好ましい。これらの論理シーケンスが、図５および図６にそれぞれ示し
てある。
【００３７】 図５は、エンジンの点火後の初期始動状態にあるときに機能する論理シーケン
スを示している。”ＮＨ”は高速コンプレッサの回転速度を表しており、”Ｘ％
”は、このコンプレッサの最高全開速度に対する高速コンプレッサの到達速度の
割合を表している。”ＮＬ”は低速コンプレッサの回転速度を表しており、”最
小％”は、全開速度に対する低速コンプレッサの到達速度の割合を表している。
これらのパラメータＸ％および最小％の実際の値は、当業者に理解されるように
、対応するエンジンの形式や設計によって、異なるものとなる。
【００３８】 しかしながら、最小％は、常に、Ｘ％の関数となる。”ＰＷ１５０Ａ”として
知られる形式のようなターボプロップエンジンに論理シーケンスを適用した本発
明の好適実施例においては、好ましいＸ％は、約６１％〜６４％の範囲であり、
１９，０００〜２０，０００ｒｐｍに対応する。この特定のＸ％に対し、最小％
は、２７％〜２８％の間であり、７５００〜７５１０ｒｐｍに対応する。
【００３９】 図５の論理シーケンスは、最初にＮＨの値をテストし、これを最大ＲＰＭのパ
ーセンテージ（Ｘ％）に割り当てることで、動作する。次に、ＮＬの値がテスト
され、最大ＲＰＭのパーセンテージ（最小％）に割り当てられる。もし、低速コ
ンプレッサにおけるＲＰＭの最小％が、好ましくは２０ミリ秒ずつの３個の間隔
で計測された高速コンプレッサのＸ％の各々の値と適合しない場合には、エンジ
ンの始動が、エンジンへの燃料停止によって、中止される。
【００４０】 アイドルに先行する始動の回転上昇期間における論理シーケンスは、図５に示
した初期始動に用いられるものと基本的に同一である。ＮＨが測定されて、値（
Ｘ％）に割り当てられ、また、ＮＬが測定されて、値（最小％）に割り当てられ
る。もし、低速コンプレッサにおけるＲＰＭの最小％が、複数回の間隔で測定さ
れた高速コンプレッサのＸ％の各々の値と適合しない場合は、エンジンの始動は
、エンジンへの燃料流の停止によって、中止される。
【００４１】 本発明を詳細な実施例に基づいて説明したが、これは、本発明を図示するため
の目的であって、限定するものではなく、開示された詳細な実施例に対し、付属
の請求の範囲の範囲内で、他の変形例や改良が可能であることは当業者に明らか
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ２軸ガスタービンエンジンの断面図である。
【図２】 ２軸コンプレッサターボシャフトエンジンの低圧コンプレッサにおける修正回
転速度と標準化した減速度との関係を示すグラフである。
【図３】 シャフト分離の検出に必要なステップおよびエンジン停止の流れを示す論理図
である。
【図４】 情報伝達チャンネルの一つが使用できないときに実行されるシャフト分離の検
出に必要なステップおよび処理の流れを示す論理図である。
【図５】 シャフト分離が初期始動時もしくは低出力運転中に検出された場合のシャフト
分離の検出に必要なステップおよびエンジン停止の流れを示す論理図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年５月１８日（２０００．５．１８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】 従って、駆動シャフトの故障の直接的な兆候を識別し、駆動シャフトの故障個
所より下流側の部分が、回転要素に過剰な応力を与えるレベルにまで加速する前
に、エンジンを停止させるための警告プロトコルを開発する必要がある。これら
の前兆は、エンジン構成要素が破断し始める前に瞬間的に現れるので、このよう
な警告プロトコルは、さらに自動化されていなければならず、好ましくは、高速
オンボードプロセッサを利用した制御論理の形であることが望ましい。構成要素
の破砕が起こる前に、シャフトの故障の早期警告兆候を表示しつつエンジンを停
止することが可能となれば、重い拘束リングの使用の必要性を排除し得る。さら
に、構成要素の高速の破片によるエンジンの損傷も同様に防止し得る。しかしな
がら、最も重要なことは、構成要素が破片となる機会がなくなることで、乗客客
室部分の安全性および保全を改善でき、エンジンの運行の安全性を大幅に改善し
得ることである。 このような試みの一つが、１９９４年３月１５日にラザハムに付与された米国
特許第５，２９３，７７４号に開示されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】
【発明の開示】 本発明の特徴は、駆動シャフトの故障を直ちに判定し、その切迫した故障が検
出されたときは、エンジンへの燃料の流れを遮断して、エンジンを停止させる改
良された方法を提供することにある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１７】 上記燃料流コントローラは、１つあるいは複数の燃料制御バ
ルブを制御するラピッドレスポンスゲートアレイシステムを含むことを特徴とす
る請求項１６記載の制御装置。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年８月３０日（２０００．８．３０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３６】 図１〜図４は、航空機エンジンが、巡航高度での飛行中や離陸時のような全速
運転にあるときに用いるのに適した論理シーケンスを示している。しかし、エン
ジンの初期始動時、およびエンジンのサブアイドル回転上昇中は、他の論理シー
ケンスが好ましい。これらの論理シーケンスが、図５に示してある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正内容】

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コンプレッサと該コンプレッサの下流のタービンとを接続する
    回転シャフトを備えたタービンエンジンの制御方法であって、 ｉ）シャフト切断状態を検出するステップと、 ii）このシャフト切断状態の検出に応答して、エンジンへの燃料の流れを停止
    するステップと、 を備えている制御方法。
  2. 【請求項２】 上記のステップｉ）は、 ａ）２つ以上の段階でのシャフト回転速度を検出するステップと、 ｂ）各段階の間のシャフト回転速度の変化割合を計算するステップと、 ｃ）もし回転速度の変化割合が所定の限界よりも低下していれば、シャフト切
    断状態であると確定するステップと、 を備えていることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 各検出段階の間隔は、２０〜３０ミリ秒の範囲にあることを特
    徴とする請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 上記ステップａ）およびステップｂ）は繰り返し行われ、上記
    ステップｃ）は、ステップｂ）の計算の各々について、もし回転速度の変化割合
    が所定の限界よりも低下していれば、シャフト切断状態であると確定することを
    特徴とする請求項２記載の方法。
  5. 【請求項５】 上記ステップａ）およびステップｂ）は、３回繰り返されるこ
    とを特徴とする請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 シャフト回転速度は、コンプレッサの近傍で検出されることを
    特徴とする請求項２記載の方法。
  7. 【請求項７】 エンジンのコンプレッサは、第１のブレード列を備えた上流端
    を有し、シャフト回転速度が、上記第１のブレード列の上流側で検出されること
    を特徴とする請求項２記載の方法。
  8. 【請求項８】 シャフト回転速度が上記第１のブレード列の近傍で検出される
    ことを特徴とする請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 ａ）２つ以上の段階でのシャフト回転速度を検出するステップ
    と、 ｂ）各段階の間のシャフト回転速度の変化割合を計算するステップと、 ｃ）もし回転速度の変化割合が所定の限界よりも低下していれば、１）２つ以
    上の段階でのコンプレッサ下流の圧力を検出し、２）各段階の間の圧力の変化を
    計算し、３）もし圧力の変化が所定の限界よりも低下していれば、シャフト切断
    状態であると確定するステップと、 をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 エンジンは、燃焼室を備えるととともに、コンプレッサから
    上記燃焼室への入り口を備え、上記圧力が上記燃焼室の入り口において検出され
    ることを特徴とする請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 上記ステップａ）の検出および上記ステップｂ）の計算は、
    ２重に行われ、もしステップｃ）において、２重の計算について、回転速度の変
    化割合が所定の限界よりも低下していれば、シャフト切断状態であると確定する
    ことを特徴とする請求項９記載の方法。
  12. 【請求項１２】 同軸状に回転する第１シャフトと第２シャフトとを備え、第
    １のブレード列が第１シャフトに接続されるとともに第２のブレード列が第１の
    ブレード列の下流側の第２シャフトに接続されたタービンエンジンの制御方法で
    あって、 ｉ）第１のブレード列の回転速度を検出するステップと、 ii）第２のブレード列の回転速度を検出するステップと、 iii）第１のブレード列の回転速度を第２のブレード列の回転速度と比較する
    ステップと、 iv）もし第１のブレード列の回転速度が、第２のブレード列の回転速度に対応
    した最小要求レベルに達していなければ、エンジンへの燃料の流れを停止するス
    テップと、 を備えている制御方法。
  13. 【請求項１３】 第２のブレード列が該第２のブレード列の最高速度の６１％
    〜６５％の範囲で回転している場合に、上記最小要求レベルは、第１のブレード
    列の最高速度の約２７〜２８％であることを特徴とする請求項１２記載の方法。
  14. 【請求項１４】 コンプレッサと該コンプレッサの下流のタービンとを接続す
    る回転シャフトを備えたタービンエンジンの制御装置であって、 上記シャフトの回転速度を検出する速度センサと、 上記速度センサから信号を受けるとともに、これらの信号を比較するプロセッ
    サと、 上記プロセッサから受けた信号に応答して、エンジンへの燃料の流れを停止す
    る燃料流コントローラと、 を備えている制御装置。
  15. 【請求項１５】 上記速度センサは、コンプレッサの第１のブレード列の上流
    かつ近傍においてシャフト回転速度を検出するように構成されていることを特徴
    とする請求項１４記載の制御装置。
  16. 【請求項１６】 圧力センサをさらに備え、上記燃料流コントローラは、上記
    プロセッサからの信号の組み合わせに応答して、エンジンへの燃料の流れを停止
    することを特徴とする請求項１５記載の制御装置。
  17. 【請求項１７】 上記圧力センサは、上記コンプレッサの下流側の圧力を検出
    するように構成されていることを特徴とする請求項１６記載の制御装置。
  18. 【請求項１８】 上記プロセッサは、デジタルシステムであることを特徴とす
    る請求項１７記載の制御装置。
  19. 【請求項１９】 上記プロセッサは、全自動デジタルエンジン制御装置である
    ことを特徴とする請求項１８記載の制御装置。
  20. 【請求項２０】 上記燃料流コントローラは、１つあるいは複数の燃料制御バ
    ルブを制御するラピッドレスポンスゲートアレイシステムを含むことを特徴とす
    る請求項１９記載の制御装置。
  21. 【請求項２１】 同軸状に回転する第１シャフトと第２シャフトとを備え、第
    １のブレード列が第１シャフトに接続されるとともに第２のブレード列が第１の
    ブレード列の下流側の第２シャフトに接続されたタービンエンジンの制御装置で
    あって、 第１のブレード列の回転速度を検出する速度センサと、 第２のブレード列の回転速度を検出する速度センサと、 これらの速度センサから信号を受けるとともに、これらの信号を比較するプロ
    セッサと、 上記第１のブレード列の回転速度が上記第２のブレード列の回転速度に比例し
    た最小レベルに達していないことを示す上記プロセッサから受けた信号に応答し
    て、エンジンへの燃料の流れを停止する燃料コントローラと、 を備えている制御装置。
JP2000553706A 1998-06-05 1999-06-03 シャフト破損検出装置 Pending JP2002517667A (ja)

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