JP2004076636A

JP2004076636A - ガスタービンエンジンの制御装置およびガスタービンエンジンの過回転防止機能部の試験方法

Info

Publication number: JP2004076636A
Application number: JP2002236641A
Authority: JP
Inventors: Akio Kawasumi; 川住　明生
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2002-08-14
Filing date: 2002-08-14
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】ガスタービンエンジンに取付けた状態で、上記ガスタービンエンジンの過回転防止機能が正常に機能することを容易に確認ことを目的とする。
【解決手段】ガスタービンエンジン１の過回転を防止するための過回転防止機能部５を備えたガスタービンエンジンの制御装置３において、ガスタービンエンジン１の回転数を検出して得られた検出信号と、ガスタービンエンジン１の擬似回転数を示す擬似信号とを入力自在であり、上記検出信号または上記擬似信号を過回転防止機能部５に選択的に出力自在であるセレクタ１１を設け、ガスタービンエンジンの制御装置３に設けられたセレクタ１１は、ガスタービンエンジン１に設置自在な構成であり、過回転防止機能部５は、セレクタ１１から受け取った信号に応じて、ガスタービンエンジン１の過回転を防止するための指令信号を、ガスタービンエンジン１の過回転防止装置９に出力する。
【選択図】　　　図１

Description

【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の制御装置およびガスタービンエンジンの過回転防止機能部の試験方法に係り、特に、上記ガスタービンエンジンの制御装置に設けられたセレクタを用いて、上記ガスタービンエンジンの回転数を検出して得られた検出信号または上記ガスタービンエンジンの擬似回転数を示す擬似信号を、選択的に上記制御装置の過回転防止機能部に入力するガスタービンエンジンの制御装置およびガスタービンエンジンの過回転防止機能部の試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、ガスタービンエンジンの過回転を防止するための過回転防止機能部５を備えた従来のガスタービンエンジンの制御装置３Ａの概略構成を示す図である。
【０００３】
ガスタービンエンジン１Ａは、たとえばジェットエンジンとして航空機に使用されるものであり、高温高圧の燃焼ガスを噴出させることによって推進力や回転力を得るエンジンである。
【０００４】
ガスタービンエンジン１Ａは、中空のエンジンケース（図示せず）をベースとして備え、このエンジンケース内には、圧縮機（図示せず）と燃焼室を構成する燃焼器（図示せず）とタービン（図示せず）とが、ガスタービンエンジン１Ａの上流側から順に設けられている。また、上記圧縮機と上記タービンとはタービン軸（図示せず）によって連動連結されており、上記タービンの回転力によって上記圧縮機が回転するようになっている。
【０００５】
そして、上記圧縮機と上記タービンと上記タービン軸とは、ベアリングで支持されることにより、上記エンジンケース内で、このエンジンケースの中心軸を回転軸にして、回転自在になっている。
【０００６】
そして、吸入した空気を上記圧縮機が圧縮し、この圧縮された空気に、上記燃焼器内で燃料を加えて連続的に燃焼加熱し、これによって生じた高温高圧ガスで上記タービンを回転し、このタービンの回転力で上記圧縮機を回転させると共に、上記タービンの回転力や、上記ガスタービンエンジン１Ａから排出される排気ガスの推力を出力として得るようになっている。
【０００７】
また、ガスタービンエンジン１Ａには、このガスタービンエンジン１Ａが運転状態にあるときに、上記ガスタービンエンジン１Ａを制御するガスタービンエンジン制御装置（ＥＣＵ；Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）３Ａが設けられている。
【０００８】
ガスタービンエンジン制御装置３Ａは、ＣＰＵ（図示せず）を備えると共に、ガスタービンエンジン１Ａの運転状態を示す複数の入力信号を入力し、これらの入力信号を、図示しないメモリに予め格納されているプログラムにしたがって、上記ＣＰＵで電算処理し、この処理結果に応じた信号を出力して、上記ガスタービンエンジン１Ａに供給される燃料の流量、上記圧縮機の静翼の角度、ＡＣＣＳ（Ａｃｔｉｖｅ　Ｃｌｅａｒａｎｃｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ）等をコントロールすることによって、上記ガスタービンエンジン１Ａ全体を制御するものである。
【０００９】
ここで、上記複数の入力信号として、たとえば、上記圧縮機や上記タービンや上記タービン軸の回転数を回転数センサー（図示せず）で検出して得られた回転数検出信号、スロットルレバー（推力調整レバー）からの推力指令信号、上記タービン入り口温度を温度センサー（図示せず）で検出して得られた温度検出信号、上記タービン出口温度を温度センサー（図示せず）で検出して得られた温度検出信号等を掲げることができる。
【００１０】
また、上記ガスタービンエンジン制御装置３ＡのＣＰＵは、たとえば、上記回転数検出信号が第１の所定の値（ガスタービンエンジン１Ａの回転数の上昇側の制限値）を超えた場合、上記ガスタービンエンジン１Ａに供給している燃料の流量を削減して、上記タービン等の回転数が上記第１の所定の値よりも上昇しないように制御し、上記ガスタービンエンジン１Ａが過回転によって損傷することを防いでいる。
【００１１】
なお、上記燃料の流量を削減する場合、上記ガスタービンエンジン１Ａに設けられている図示しない燃料コントロール装置（ＦＣＵ；Ｆｕｅｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）が、上記ＣＰＵからの指令に応じて、燃料ポンプの燃料吐出量を下げる。
【００１２】
また、ガスタービンエンジン１Ａをたとえば試験運転する場合に使用するものとして、ガスタービンエンジン１Ａには、図２に示すように、回転数センサー７と過回転防止機能部（ＯＳＬ；オーバースピードリミッター）５と過回転防止装置９とが設けられている。
【００１３】
ガスタービンエンジン１Ａに設けられている回転数センサー７は、上記ガスタービンエンジン１Ａの回転数（たとえば上記ガスタービンエンジン１Ａのタービン軸の回転数）を検出し、この検出によって得られた回転数検出信号を、ガスタービンエンジン制御装置３Ａに設けられた過回転防止機能５に出力するものである。
【００１４】
ガスタービンエンジン制御装置３Ａに設けられている上記過回転防止機能部５は、上記回転数検出センサー７が出力した回転数検出信号を入力し、この回転数検出信号の値に応じて、すなわち、たとえば上記回転数検出信号の値が、上記第１の所定の値よりも大きい第２の所定の値よりも大きくなったことを検出したときに、ガスタービンエンジン１Ａの過回転を防止するための指令信号を、ガスタービンエンジン１Ａに設けられている過回転防止装置９に出力するものである。
【００１５】
なお、上記過回転防止機能部５は、ガスタービンエンジンの制御装置３Ａに設けられた上記ＣＰＵの制御によって、上記動作をするものではなく、上記ＣＰＵとは独立して上記動作をするものである。
【００１６】
ガスタービンエンジン１Ａに設けられている過回転防止装置９は、上記過回転防止機能部５から上記指令信号を受け取ったときに、上記ガスタービンエンジン１Ａに供給されている燃料をカットし、すなわち、上記ガスタービンエンジン１Ａへの燃料の供給がされないようにし、または、上記ガスタービンエンジン１Ａに供給されている燃料の量を削減するものである。
【００１７】
なお、上記燃料のカットや削減は、たとえば、上記燃料コントロール装置の燃料ポンプの吐出口と、ガスタービンエンジン１Ａの燃焼器の燃料ノズル（図示せず）との間の燃料の流路に設けられた燃料バルブ（図示せず）を、過回転防止装置９が完全に閉じまたは一部閉じる（燃料の流路の断面積を小さくする）ことによって行う。
【００１８】
したがって、なんらかの要因で、ガスタービンエンジンの制御装置３Ａの上記ＣＰＵが、たとえば、上記燃料コントロール装置を制御することができなくなり、ガスタービンエンジン１Ａの回転数が上記第１の所定の値を超えて上昇し、上記第２の所定の値になった場合、上記過回転機能部５と上記過回転防止装置９とがはたらいて、ガスタービンエンジン１Ａに供給されている燃料をカットし、または、ガスタービンエンジン１Ａに供給されている燃料の流量をたとえば半分に削減し、ガスタービンエンジン１Ａの回転数が上記第２の所定の値よりも上昇しないようにして、ガスタービンエンジン１Ａの損傷を防止している。
【００１９】
すなわち、ガスタービンエンジンの制御装置３ＡのＣＰＵと、過回転防止機能部５との多重系によって、たとえば、試験運転時におけるガスタービンエンジン１Ａの過回転を防止している。
【００２０】
なお、上記ガスタービンエンジン１Ａの回転数が上記第１の所定の値よりも大きくなったことを過回転防止機能部５が検出したときに、上記ガスタービンエンジン１Ａの回転数を低下すべき旨の信号を上記ガスタービンエンジン制御装置３Ａの上記ＣＰＵに上記過回転防止機能部５が出力し、この出力された信号を入力した上記ＣＰＵが、上記燃料コントロール装置を制御して、上記過回転防止装置９が作動する前に上記ガスタービンエンジン１Ａの回転数を低下させることもある。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来は、過回転防止機能部５を備えたガスタービンエンジン制御装置３Ａを上記ガスタービンエンジン１Ａに組み付ける前に、回転数センサー７が出力する検出信号の代わりに、ガスタービンエンジン１Ａの擬似回転数を示す擬似信号を過回転防止機能部５に入力し、ガスタービンエンジン１Ａの過回転防止機能部５が正常に機能することを確かめている。なお、上記擬似回転数は、上記第２の所定の値もしくはそれ以上の値の回転数である。
【００２２】
そして、ガスタービンエンジン制御装置３Ａを上記ガスタービンエンジン１Ａに組み付けた後は、上記擬似信号を上記回転防止機能部５に入力することは困難であるので、回転防止機能部５が正常に機能することを確かめてはいない。
【００２３】
しかし、上記組み付けをするときに、ガスタービンエンジン制御装置３Ａがたとえば衝撃を受けたこと等、なんらかの要因で、上記回転防止機能部５が損傷を受け、ガスタービンエンジン制御装置３Ａを上記ガスタービンエンジン１Ａに組み付けた後、上記回転防止機能部５が正常に機能しなくなっているおそれがある。
【００２４】
そして、上記組み付け後に、回転防止機能部５が正常に機能しなくなっていると、ガスタービンエンジン１Ａを試験運転している状態において、ガスタービンエンジン制御装置３ＡのＣＰＵが、なんらかの要因でガスタービンエンジン１Ａの回転数の上昇を抑制することができなくなったときに、上記回転数の上昇によってガスタービンエンジン１Ａが損傷するおそれがある。
【００２５】
したがって、上記組み付け後に上記回転防止機能部５が正常に働くことを確認することが、ガスタービンエンジン１Ａを運転中の過回転から保護するためには望ましいことである。
【００２６】
ガスタービンエンジン制御装置３Ａは、上記ガスタービンエンジン１Ａの上記エンジンケースの外側であって、上記エンジンケースを覆っているカウルの内側の狭いスペースに、他の補機と共に設けられているので、上記組み付け後、たとえば、図２に示す位置ＰＳ１で、回転数センサー７が出力する検出信号の代わりに、ガスタービンエンジン１Ａの擬似回転数を示す擬似信号を過回転防止機能部５に入力するように、信号線を切り替えることは難しい。
【００２７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ガスタービンエンジンに取付けた状態で、上記ガスタービンエンジンの過回転防止機能が正常に機能することを容易に確認することができるガスタービンエンジンの制御装置およびガスタービンエンジンの過回転防止機能部の試験方法を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、ガスタービンエンジンの過回転を防止するための過回転防止機能部を備えたガスタービンエンジンの制御装置において、上記ガスタービンエンジンの回転数を検出して得られた検出信号と、上記ガスタービンエンジンの擬似回転数を示す擬似信号とを入力自在であり、上記検出信号または上記擬似信号を上記過回転防止機能部に選択的に出力自在であるセレクタを設け、上記ガスタービンエンジンの制御装置に設けられた上記セレクタは、上記ガスタービンエンジンに設置自在な構成であり、上記過回転防止機能部は、上記セレクタから受け取った信号に応じて、上記ガスタービンエンジンの過回転を防止するための指令信号を、上記ガスタービンエンジンの過回転防止装置に出力するガスタービンエンジンの制御装置である。
【００２９】
請求項２に記載の本発明は、ガスタービンエンジンに設置されたガスタービンエンジンの制御装置に設けられ、上記ガスタービンエンジンの過回転を防止可能な過回転防止機能部が正常に機能するか否かを試験するガスタービンエンジンの過回転防止機能部の試験方法において、上記ガスタービンエンジンの運転中に、上記過回転防止機能部に入力されている上記ガスタービンエンジンの回転数を示す検出信号を、セレクタを用いて上記ガスタービンエンジンの過回転を示す擬似信号に切り替える切り替え工程と、上記擬似信号に応じて上記過回転防止機能部が機能するか否かを確認する確認工程とを有するガスタービンエンジンの過回転防止機能部の試験方法である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係るガスタービンエンジンの制御装置３の概略構成を示す図である。
【００３１】
ガスタービンエンジンの制御装置３は、過回転防止機能部５に出力する信号を切り替えるためのセレクタ１１が設けられている点が、従来のガスタービンエンジンの制御装置３Ａとは異なり、その他の点は、従来のガスタービンエンジンの制御装置３Ａとほぼ同様に構成されている。
【００３２】
上記セレクタ１１は、ガスタービンエンジン１の回転数を検出して得られた検出信号と、ガスタービンエンジン１の擬似回転数を示す擬似信号（回転数センサー擬似信号）１５とを入力自在であり、上記検出信号または上記擬似信号を過回転防止機能部５に選択的に出力自在な構成である。なお、セレクタ１１は、ガスタービンエンジン１が停止状態にあるときだけでなく、運転状態にあるときも、過回転防止機能部５に出力する信号を切り替えることができるように構成されている。
【００３３】
上記検出信号は、回転数センサー７が検出してセレクタ１１に入力される信号であり、上記擬似信号１５は、たとえば、上記ガスタービンエンジン１の外部に設けられた擬似信号発生装置（図示せず）が発生し、ガスタービンエンジン１のカウルの外周に、すなわち信号線の接続が容易な箇所に設けられている擬似信号入力用端子（図示せず）を介して、セレクタ１１に入力される信号である。
【００３４】
また、セレクタ１１は、上記ガスタービンエンジンの制御装置３内に設けられ、上記ガスタービンエンジン１に設置自在な構成であると共に、選択信号１３を入力して、上述のように、上記検出信号、上記擬似信号のいずれかを、過回転防止機能部５に選択的に出力するようになっている。
【００３５】
上記選択信号１３は、上記擬似信号入力用端子と共に、たとえば上記カウルの外周に設けられた選択信号入力用端子を介して、セレクタ１１に入力されるものとする。
【００３６】
なお、上記擬似信号発生装置が上記擬似信号１５と共に上記選択信号１３を発生できるように構成し、上記擬似信号発生装置から延出している各信号線（上記擬似信号１５と上記選択信号１３とを伝達するための各信号線）を、上記擬似信号入力用端子と上記選択信号入力用端子とにそれぞれ接続するようにしてもよい。このように構成することによって、オペレータの作業負担が軽減される。
【００３７】
選択信号１３がセレクタ１１に入力されていないデフォルト状態では、上記セレクタ１１は、上記回転数センサー７から受け取った上記検出信号を、上記過回転防止機能部５に出力するようになっている。
【００３８】
上記デフォルト状態において、上記セレクタ１１が、上記回転数センサー７から受け取った上記検出信号を、上記過回転防止機能部５に出力するようにすれば、上記擬似信号１５と上記選択信号１３とが上記セレクタ１１に入力されていない状態では、回転数センサー７が出力する信号が過回転防止機能部５に常に入力されるので、セレクタ１１の切り替えをしなくても、すなわちオペレータに切り替え作業の負担をかけることなく、ガスタービンエンジン１が運転状態にあるときに、回転数センサー７からの検出信号を受け取って過回転防止機能部５が機能可能な状態にあり、ガスタービンエンジン１の回転数の上昇による損傷を防止することができる。
【００３９】
次に、ガスタービンエンジン１を試験運転しているときに、ガスタービンエンジン１に設置された過回転防止機能部５が正常に機能するか否かを試験する場合について説明する。
【００４０】
上記ガスタービンエンジン１の作動中（ガスタービンエンジン１が運転状態にあるとき）に、まず、上記過回転防止機能部５に入力されている上記ガスタービンエンジン１の回転数を示す検出信号（回転数センサー７から出力されている検出信号）を、セレクタ１１を用いて、上記ガスタービンエンジン１の過回転を示す擬似信号１５に切り替える。
【００４１】
続いて、上記擬似信号１５を入力した上記過回転防止機能部５が正常に機能するか否かを確認する。なお、上記過回転防止機能部５の上記機能の確認は、たとえば、ガスタービンエンジン１の運転音が、ガスタービンエンジン１の回転数の低下によって減少することをオペレータが聞いて確認してもよいし、ガスタービンエンジン１に供給されている燃料の流量が減少することをオペレータが見て確認してもよい。
【００４２】
ガスタービンエンジン１のガスタービンエンジン制御装置３によれば、ガスタービンエンジン制御装置３に設けられたセレクタ１１を用いて、過回転防止機能部５に入力される信号を切り替え、過回転防止機能部５が正常に働くか否かを確認することができるので、ガスタービンエンジン制御装置３がガスタービンエンジン１に組み付けられた状態でも、過回転防止機能５が正常に機能することを容易に確認することができる。なお、上記セレクタ１１の切り替えること等による上記過回転防止機能５が正常に機能することの確認は、ガスタービンエンジン１の運転中に行ってもよいし、ガスタービンエンジン１が停止しているときに行ってもよい。
【００４３】
また、ガスタービンエンジン制御装置３において、ガスタービンエンジン１が実際に運転状態（たとえばアイドリング状態の運転状態）にあるときに、セレクタ１１を用いて、過回転防止機能部５に入力される信号を擬似信号１５に切り替えて、過回転防止機能部５が正常に働くか否かを確認し、この確認後直ちに、過回転防止機能部５に入力される信号を上記回転数センサー７の検出信号に切り替えて、ガスタービン１の運転試験を続行すれば、ガスタービン１が停止した状態で確認する場合よりも一層確実に、過回転防止機能部５が正常に機能することを確認することができ、しかも、上記確認のためにガスタービンエンジン１を停止する必要がないので、ガスタービンエンジン１の試験運転を効率よく実行することができる。
【００４４】
また、上記実施の形態では、１軸のガスタービンエンジン１を掲げて説明したが、２軸以上の軸を備えるガスタービンエンジンにも、上記実施の形態を適用することができる。この場合、高圧タービン軸等、ガスタービンエンジンの中で最も回転が上昇するタービン軸の回転数を、回転数センサー７が検知することが望ましい。
【００４５】
さらに、上記実施形態のガスタービンエンジンとして、ターボジェットエンジン、ターボファンエンジン、ターボプロップエンジン、ターボシャフトエンジン等を考えることができる。
【００４６】
また、上記実施の形態では、過回転防止機能部５は、回転数センサー７から回転数を示す検出信号を入力し、ガスタービンエンジンの制御装置３のＣＰＵは、上記回転数センサー７とは異なる別の回転数センサーから、回転数を示す検出信号を入力しているが、上記ＣＰＵと上記過回転防止機能部５とのそれぞれが、１つの回転数センサーから、回転数を示す検出信号を入力するようにしてもよい。
【００４７】
また、上記実施の形態では、ガスタービンエンジンの回転数を検出して、ガスタービンエンジンの過回転を防止しているが、ガスタービンエンジンの運転状態を示す上記回転数以外のパラメータ（たとえば、ガスタービンエンジンのタービン入り口や出口の温度、燃料の流量等）を検出して、上記ガスタービンエンジンの過回転を防止するようにしてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、ガスタービンエンジンに取付けた状態で、上記ガスタービンエンジンの過回転防止機能が正常に機能することを容易に確認することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るガスタービンエンジンの制御装置の概略構成を示す図である。
【図２】ガスタービンエンジンの過回転を防止するための過回転防止機能部を備えた従来のガスタービンエンジンの制御装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１　ガスタービンエンジン
３　ガスタービンエンジンの制御装置
５　過回転防止機能部
７　回転数センサー
９　過回転防止装置
１１　セレクタ
１３　選択信号
１５　回転数センサー擬似信号

Claims

ガスタービンエンジンの過回転を防止するための過回転防止機能部を備えたガスタービンエンジンの制御装置において、
上記ガスタービンエンジンの回転数を検出して得られた検出信号と、上記ガスタービンエンジンの擬似回転数を示す擬似信号とを入力自在であり、上記検出信号または上記擬似信号を上記過回転防止機能部に選択的に出力自在であるセレクタを設け、
上記ガスタービンエンジンの制御装置に設けられた上記セレクタは、上記ガスタービンエンジンに設置自在な構成であり、
上記過回転防止機能部は、上記セレクタから受け取った信号に応じて、上記ガスタービンエンジンの過回転を防止するための指令信号を、上記ガスタービンエンジンの過回転防止装置に出力することを特徴とするガスタービンエンジンの制御装置。
ガスタービンエンジンに設置されたガスタービンエンジンの制御装置に設けられ、上記ガスタービンエンジンの過回転を防止可能な過回転防止機能部が正常に機能するか否かを試験するガスタービンエンジンの過回転防止機能部の試験方法において、
上記ガスタービンエンジンの運転中に、上記過回転防止機能部に入力されている上記ガスタービンエンジンの回転数を示す検出信号を、セレクタを用いて上記ガスタービンエンジンの過回転を示す擬似信号に切り替える切り替え工程と；
上記擬似信号に応じて上記過回転防止機能部が機能するか否かを確認する確認工程と；
を有することを特徴とするガスタービンエンジンの過回転防止機能部の試験方法。