JP2003003864A - フレームアウトを検出する方法、フレームアウト検出装置及びガスタービンエンジン - Google Patents

フレームアウトを検出する方法、フレームアウト検出装置及びガスタービンエンジン

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特有の追加のエンジンセンサを取り付けるこ
となく、エンジン（１０）のためのフレームアウトを検
出する。 【解決手段】 費用効果が良くかつ信頼性のある様態で
のエンジンのフレームアウト検出（５８）を容易にす
る、エンジン（１０）のためのフレームアウト検出装置
（５０）を説明する。制御装置により実行される方法
は、エンジンの減速度とも記載するガスジェネレータ速
度（５６）の変化率を検出する段階と、エンジンの減速
度が所定の閾値を超えたときにフレームアウトであると
判定する段階とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本出願は、一般的にはガスタ
ービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービン
エンジンのフレームアウト検出装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】ターボジェット、ターボファン及びガス
タービンエンジンベースの発電装置において、ガスジェ
ネレータにおけるフレームアウト（エンジンが運転中に
突然燃焼焔が消えて運転停止状態になる現象）の信頼で
きる検出は、フレームアウトに続く適切な処置を触媒に
行うために重要である。エンジンの形式及びエンジンの
用途にもよるが、適切な応答処置はエンジンの再点火プ
ロセスを開始する場合がある。或いは、再点火が危険で
あると判断された場合には、適切な応答処置はエンジン
への燃料供給を遮断する場合がある。
【０００３】少なくとも幾つかの公知のフレームアウト
検出装置では、エンジンに特にフレームアウト検出のた
めのセンサを備えている。そのようなセンサは種々のフ
レームアウト検出装置に使用されており、紫外線フレー
ム検出器、燃焼器圧力変換器、燃料マニホルド圧力変換
器を含む。エンジンのフレームアウト検出のために、複
数のフレームアウト検出用センサが、エンジンに組み合
わされる。この追加されたエンジンのフレームアウト検
出用センサは、エンジン全体の費用と重量の増加をもた
らす。更に、エンジンの複雑さ故に、追加のセンサを取
り付けることは、エンジンの信頼性に悪影響を及ぼす。
さらに、追加のセンサを使用することは、フレームアウ
ト検出におけるエンジンごとのばらつきを生じさせ、こ
のばらつきが少なくとも幾つかの公知の装置におけるフ
レームアウトの誤表示の原因となる可能性がある。
【０００４】
【発明の概要】例示的な実施形態において、ガスタービ
ンエンジン燃焼器のためのフレームアウト検出装置は、
費用効果が良くかつ信頼性のある態様でのエンジンのフ
レームアウト検出を可能にする。より具体的には、フレ
ームアウト検出装置は、エンジンのフレームアウト検出
に特有の追加のエンジンセンサを取り付けることなく、
エンジンのフレームアウトを検出する。むしろ、フレー
ムアウト検出装置は、エンジンのフレームアウト状態を
監視するために、ガスジェネレータ速度の変化率のよう
な既存のセンサのデータを使用する。
【０００５】本装置を用いたガスタービンエンジンのフ
レームアウトを検出する方法は、ガスジェネレータ速度
の変化率を検出する段階と、エンジンの減速度が所定の
閾値を超えたときにフレームアウトであると判定する段
階とを含む。その結果、このフレームアウト検出装置を
使用した上記フレームアウト検出の方法は、他の公知の
フレームアウト検出装置よりも費用効果が良くかつより
信頼性がある。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は、ガスタービンエンジン１
０の概略図であり、該ガスタービンエンジンは、直列に
連結された、少なくとも１つの圧縮機１２、燃焼器１
６、高圧タービン１８、低圧タービン２０、入口２２、
及び排気ノズル２４を含む。１つの実施形態において、
エンジン１０は、オハイオ州シンシナチ所在のＧｅｎｅ
ｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙから商業的に
入手可能なＬＭ２５００＋型エンジンである。圧縮機１
２とタービン１８とは第１のシャフト２６によって連結
され、タービン２０と駆動負荷２８とは第２のシャフト
３０によって連結されている。
【０００７】運転中、空気はエンジン入口２２の中へ流
れ、圧縮機１２を通り、加圧される。次に、この加圧さ
れた空気は、燃焼器１６に送り込まれ、そこで燃料と混
合されて点火される。燃焼器１６からの空気流は、回転
タービン１８及び２０を駆動し、排気ノズル２４を通っ
てガスタービンエンジン１０から出ていく。
【０００８】図２は、エンジン１０(図１に示す)に用い
ることができるフレームアウト検出装置５０の概略図で
ある。或いは、フレームアウト検出装置５０は他の形式
の発電装置に使用することもできる。フレームアウト検
出装置５０には、ガスジェネレータ速度５２と、エンジ
ン入口温度５４と、ガスジェネレータ速度の変化率５６
とが入力される。図に示す通り、装置５０は、ガスジェ
ネレータ速度の変化率５６（エンジンの減速度）に基づ
いて、また閾値予測６０に基づいて、エンジンフレーム
アウト５８が発生したと判定する。より具体的には、閾
値予測６０は、ガスジェネレータ速度５２とエンジン入
口温度５４との関数として組み立てられている。ガスジ
ェネレータ速度５２と、エンジン入口温度５４と、ガス
ジェネレータ速度の変化率５６とは、本明細書では説明
しない他の装置においてエンジン性能を監視する技術で
使用される信号である。さらに、装置５０は、これらの
信号５２、５４、５６をフレームアウト検出のために使
用するので、エンジン１０に追加のセンサを取り付ける
必要はない。追加のセンサが不要であることは、センサ
を取り付けるためにエンジン構成部品を分解する必要が
ないので、エンジンの信頼性の維持及び向上を促進す
る。更に、装置５０は追加のセンサが不要であるため、
追加のセンサをガスタービンエンジン内に取り付けた時
に発生しがちな、フレームアウト検出におけるエンジン
ごとのばらつきの低減が助長され、従って、誤ったフレ
ームアウト表示を減少させ、又は排除することが容易に
なる。１つの実施形態において、時間遅延論理デバイス
６２が装置５０に導入され、所定の閾値を満たしたと言
ういかなる誤表示も低減することを可能にする。
【０００９】装置５０における論理は、エンジンのテス
トデータに基づいた閾値予測スケジュールで実行され
る。この予測スケジュールは、急減速とそれに伴うフレ
ームアウトの間に観測されるエンジン１０の減速度テス
トデータに基づいている。他の実施形態においては、装
置５０は、エンジンの正常な減速時には機能しないよう
に構成されている。
【００１０】フレームアウト検出に対する是正処置は、
１つの実施形態では、エンジンに燃料を供給する燃料弁
を閉じるようエンジン制御装置に信号を送ることを含
む。別の実施形態においては、ガスタービンエンジン１
０は、オハイオ州シンシナチ所在のＧｅｎｅｒａｌ Ｅ
ｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙから商業的に入手可能
なＧＥ９０型航空機エンジンであり、フレームアウト検
出に対する是正処置は、エンジンを再点火する目的で、
燃焼器の点火装置を作動させることを含む。エンジンの
フレームアウトが表示されている時、エンジン１０への
燃料供給を遮断することにより、エンジン１０の爆発的
な再点火の可能性や、他の予期しない即ち不適切な事象
が取り除かれる。１つの実施形態において、エンジンの
フレームアウトが発生したかどうかを判断するために、
閾値予測６０に加えて減速度の閾値を利用する論理回路
６８に、燃料供給信号６４と燃料レギュレータ信号６６
が入力される。
【００１１】上述のエンジンのフレームアウト検出装置
は、費用効果が良くかつ信頼性がある。この装置は、エ
ンジンの減速度を予め定められた閾値と比較し、その比
較に基づいてフレームアウト状態を判断するための論理
回路６８を含む。予め定められた閾値は、１つの実施形
態では、エンジン入口温度及びガスジェネレータ速度の
うちの少なくとも１つに基づいている。別の実施形態で
は、フレームアウト検出は、燃料遮断弁に送られる信号
を発生させ、燃料がエンジンに供給されるのを阻止し、
その結果エンジンの爆発的な再点火を防ぐ。更に、上述
の装置は、エンジン内に追加のセンサを使用したり、取
り付けたりすることなく、エンジンのフレームアウトを
検出する。その結果、追加のセンサによるエンジンの重
量増加の恐れを減少、又は取り除くことが可能となる。
更に、検出装置は既存のセンサを使用するので、この装
置を完全なフレームアウト検出状態に維持するために何
ら特別な較正やメンテナンスを必要とせず、又、他のエ
ンジンのフレームアウト検出装置において存在が知られ
ているエンジンごとのばらつきも減少、又は取り除くこ
とが可能となる。結果として、フレームアウト検出装置
は費用効果が良くかつ信頼性のある態様で、エンジンの
フレームアウトの検出を助ける。
【００１２】本発明を、様々な特定の実施形態について
説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及
び技術的範囲内の変更で実施可能であることは当業者に
は明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された
符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範
囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】 フレームアウト検出装置の概略図。
【符号の説明】
５０ フレームアウト検出装置 ５２ エンジンコア速度 ５４ エンジン入口温度 ５６ ガスジェネレータ速度の変化率 ５８ フレームアウト検出 ６０ 閾値予測 ６２ 時間遅延論理デバイス ６４ 燃料オン ６６ レギュレータ ６８ 論理回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケール・レスター・ラインブリンク アメリカ合衆国、オハイオ州、ミドルタウ ン、ディア・ラン、6043番

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 フレームアウト検出装置（５０）を用い
    てガスタービンエンジンのフレームアウト（５８）を検
    出するための方法であって、 ガスジェネレータ速度の変化率（５６）を検出する段階
    と、 エンジンの減速度が予め定められた閾値を超えたときに
    フレームアウトであると判定する段階と、を含むことを
    特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 爆発的な再点火を防ぐために燃料遮断弁
    を閉じる段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１
    に記載の方法。
  3. 【請求項３】 フレームアウト（５８）であると判定す
    る前記段階は、ガスジェネレータ速度（５２）の関数と
    して前記閾値を予め定める段階をさらに含むことを特徴
    とする、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 フレームアウト（５８）であると判定す
    る前記段階は、エンジン入口温度（５４）の関数として
    前記閾値を予め定める段階をさらに含むことを特徴とす
    る、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 フレームアウト（５８）であると判定す
    る前記段階は、エンジンのテストデータに基づいた閾値
    予測（６０）スケジュールを実行する段階をさらに含む
    ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 閾値予測（６０）スケジュールを実行す
    る前記段階は、急減速とそれに伴うフレームアウト（５
    ８）のうちの少なくとも１つからのエンジンテストデー
    タを観測する段階をさらに含むことを特徴とする、請求
    項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 ガスタービンエンジン（１０）のための
    フレームアウト検出装置（５０）であって、 ガスジェネレータ速度の変化信号で得られた比率（５
    ６）と予め定められた閾値とを比較するように構成さ
    れ、ガスジェネレータ速度の変化率がエンジンの減速度
    を示す論理デバイス（６２）と、 前記エンジンの減速度が前記予め定められた閾値を越え
    たときにエンジンフレームアウト（５８）を表す信号を
    与えるように構成されている回路と、を含むことを特徴
    とする装置（５０）。
  8. 【請求項８】 燃料遮断弁を閉じて爆発的な再点火を防
    ぐために信号（６４、６６）を与えるように構成された
    論理回路（６８）をさらに含むことを特徴とする、請求
    項７に記載の装置（５０）。
  9. 【請求項９】 ガスジェネレータ速度（５２）入力を含
    み、該ガスジェネレータ速度の関数として前記予め定め
    られた閾値を決定するようにさらに構成されていること
    を特徴とする、請求項７に記載の装置（５０）。
  10. 【請求項１０】 エンジン入口温度（５４）入力を含
    み、該エンジン入口温度の関数として前記予め定められ
    た閾値を決定するようさらに構成されていることを特徴
    とする、請求項７に記載の装置（５０）。
  11. 【請求項１１】 エンジン（１０）のテストデータに基
    づいた閾値予測（６０）スケジュールを実行するための
    論理回路（６８）をさらに含むことを特徴とする、請求
    項７に記載の装置（５０）。
  12. 【請求項１２】 前記論理回路（６８）は、急減速とそ
    れに伴うフレームアウト（５８）のうちの少なくとも１
    つからのエンジン（１０）のテストデータに基づいた閾
    値予測（６０）スケジュールを実行することを特徴とす
    る、請求項１１に記載の装置（５０）。
  13. 【請求項１３】 前記論理デバイスが前記予め定められ
    た閾値に達したことを示した後におけるエンジンのフレ
    ームアウト（５８）の表示を遅らせるための論理回路
    （６８）をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記
    載の装置（５０）。
  14. 【請求項１４】 フレームアウト検出装置（５０）を備
    えるガスタービンエンジン（１０）であって、該装置
    は、 ガスジェネレータ速度の変化信号で得られた比率（５
    ６）と予め定められた閾値とを比較するように構成さ
    れ、前記ガスジェネレータ速度の変化率がエンジンの減
    速度を示す論理デバイス（６２）と、 前記エンジンの減速度が前記予め定められた閾値を越え
    たときにエンジンフレームアウトを表す信号（６４、６
    ６）を与えるように構成されている回路と、を含む、こ
    とを特徴とするガスタービンエンジン（１０）。
  15. 【請求項１５】 前記フレームアウト検出制御装置（５
    ０）は、燃料遮断弁を閉じて爆発的な再点火を防ぐため
    に信号（６４、６６）を与えるように構成された論理回
    路（６８）をさらに含むことを特徴とする、請求項１４
    に記載のガスタービンエンジン（１０）。
  16. 【請求項１６】 前記フレームアウト検出制御装置（５
    ０）は、ガスジェネレータ速度（５２）入力を含み、該
    ガスジェネレータ速度の関数として前記予め定められた
    閾値を決定するようにさらに構成されていることを特徴
    とする、請求項１４に記載のガスタービンエンジン（１
    ０）。
  17. 【請求項１７】 前記フレームアウト検出制御装置（５
    ０）は、エンジン入口温度（５４）入力を含み、該エン
    ジン入口温度の関数として前記予め定められた閾値を決
    定するようさらに構成されていることを特徴とする、請
    求項１４に記載のガスタービンエンジン（１０）。
  18. 【請求項１８】 前記フレームアウト検出制御装置（５
    ０）は、エンジンのテストデータに基づいた閾値予測
    （６０）スケジュールを実行するための論理回路（６
    ８）をさらに含むことを特徴とする、請求項１４に記載
    のガスタービンエンジン（１０）。
  19. 【請求項１９】 前記論理回路（６８）は、急減速とそ
    れに伴うフレームアウト（５８）のうちの少なくとも１
    つからのエンジンのテストデータに基づいた閾値予測
    （６０）スケジュールを実行することを特徴とする、請
    求項１８に記載のガスタービンエンジン（１０）。
  20. 【請求項２０】 前記フレームアウト検出制御装置（５
    ０）は、前記論理デバイス（６２）が前記予め定められ
    た閾値に達したことを示した後におけるエンジンのフレ
    ームアウト（５８）の表示を遅らせるための論理回路
    （６８）をさらに含むことを特徴とする、請求項１４に
    記載のガスタービンエンジン（１０）。
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