JP2010019249A - 過回転防止を可能にする方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ（２４）を含むガスタービンエンジン（１０）用の過回転防止システム（４０）を提供する。
【解決手段】本過回転防止システムは、ガスタービンエンジンに結合した燃料供給源に結合された燃料絞り／遮断弁（５０）と、燃料絞り／遮断弁に結合されかつ過回転状態を示す信号を該燃料絞り／遮断弁に与えるように構成された第１の燃料システムインタフェース（５６）と、第１の燃料システムインタフェースに直列に結合されかつ過回転状態を示す信号を燃料絞り／遮断弁に与えるように構成された第２の燃料システムインタフェース（５８）と、過回転状態の発生を特定しかつそのような発生に対応する信号を第１の燃料システムインタフェース及び第２の燃料システムインタフェースに与えるように構成された制御システム（１００）とを含む。
【選択図】 図４

Description

本開示の分野は、総括的にはガスタービンエンジンロータに関し、より具体的には、ロータ過回転状態を防止するために使用する燃料システムインタフェースに関する。

ガスタービンエンジンは一般的に、ロータ過回転防止を行う過回転防止システムを含む。公知のシステムでは、過回転防止システムは、ロータ速度を限界ロータ速度以下に維持するか又はエンジン燃焼器への燃料流を遮断するかのいずれかを行う。公知の防止システムの１つの形式は、ロータ速度を示す信号を機械的速度センサから受信する。機械的速度センサは、ロータが通常運転最大速度以上で回転する結果としての過回転状態を示す回転フライウェイト検知システムを含む。フライウェイト検知システムは、油圧機械式に燃料バイパス弁に結合され、過回転状態を検知した場合に燃料バイパス弁により、エンジンに供給することができる燃料の量を減少させる。

公知の過回転防止システムの他の形式は、電子制御センサから過回転信号情報を受信する。公知の電子制御装置は、そのような電子制御センサにより過回転状態であることを引き出す。そのようなシステムは、エンジン速度が通常最大値を越えた場合に、迅速な燃料遮断及びエンジン運転停止を行う。

幾つかの公知の航空機では、推進システムを使用して、種々の航空機機能を行うように排出ガスの流れを制御している。例えば、そのようなシステムを使用して、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）、短距離垂直離着陸（ＳＴＯＶＬ）及び／又は超短距離離着陸（ＥＳＴＯＬ）航空機用のスラストを得ることができる。少なくとも幾つかの公知のＳＴＯＶＬ及びＥＳＴＯＬは、短距離及び超短距離離着陸を可能にする垂直スラストポストを使用する。垂直スラストポスト又はノズルを使用する航空機では、共通プレナムからの排出ガスは、離陸及び着陸運転時にはスラストポストに導かれ、また所定の高度では、排出ガスは、共通プレナムから一連の弁を介して巡航ノズルに導かれる。

少なくとも幾つかの公知のガスタービンエンジンは燃焼制御システムを含み、この燃焼制御システムは、該制御システムに対して電気信号を送信するための対称チャネルを含む。しかしながら、そのようなチャネルは、各チャネルにおける共通の設計不具合により制御システムの作動及び／又はガスタービンエンジンの運転時に過渡現象を引き起こすのを許すおそれがある。例えば、少なくとも１つのそのような公知の燃焼制御システムは、タービン及び／又は圧縮機の設計限界値を越えた回転速度で生じるタービン及び／又は圧縮機ホイール過渡現象から機体及び／又はパイロットを保護する過回転システムである。より具体的には、回転速度が設計限界値を越えた場合には、過回転システムは、燃料がエンジンに流れるのを阻止することによってガスタービンエンジンを運転停止させることになる。従って、過回転システムは、タービン及び／又は圧縮機ホイール過渡現象が発生するのを防止することができる。

しかしながら、そのような過回転システムを制御する完全自動デジタルエンジン制御装置（ＦＡＤＥＣ）内部における回路が共通の設計不具合を有する場合には、たとえ設計限界値を越える回転速度に達していなくても、ＦＡＤＥＣの両チャネルは、燃料がエンジンに流れるのを阻止するように過回転システムに不用意に命令して、予期しないエンジン運転停止を引き起こすおそれがある。

従って、運転状態が設計限界値の範囲内にある場合には、ガスタービンエンジンを不用意に運転停止させることのない燃焼制御システムを有するのが好ましい。

１つの態様では、ロータが過回転になるのを防止するようにガスタービンエンジンを組立てる方法を提供する。本方法は、第１の燃料システムインタフェースを第２の燃料システムインタフェースに直列に結合して、該第１の燃料システムインタフェース及び第２の燃料システムインタフェースの少なくとも１つがガスタービンエンジンに結合されるようにするステップを含む。本方法はまた、制御システムを第１の燃料システムインタフェース及び第２の燃料システムインタフェースに結合するステップを含む。制御システムは、過回転状態の発生を特定するように構成される。本方法はまた、過回転状態が発生したことを第１の燃料システムインタフェース及び第２の燃料システムインタフェースの両方が示した時にエンジンへの燃料流を中断するように制御システムをプログラミングするステップを含む。

別の態様では、ロータを含むガスタービンエンジン用の過回転防止システムを提供する。本過回転防止システムは、ガスタービンエンジンに結合した燃料供給源に結合された燃料絞り／遮断弁を含む。本システムはまた、燃料絞り／遮断弁に結合された第１の燃料システムインタフェースを含む。第１の燃料システムインタフェースは、過回転状態を示す信号を燃料絞り／遮断弁に与えるように構成される。本システムはまた、第１の燃料システムインタフェースに直列に結合された第２の燃料システムインタフェースを含む。第２の燃料システムインタフェースは、過回転状態を示す信号を燃料絞り／遮断弁に与えるように構成される。本システムはまた、過回転状態の発生を特定しかつそのような発生に対応する信号を第１の燃料システムインタフェース及び第２の燃料システムインタフェースに与えるように構成された制御システムを含む。

さらに別の態様では、ガスタービンエンジンを提供する。本ガスタービンエンジンは、ロータと、該エンジンに燃料を供給してロータを作動させるように構成された燃料送給システムと、燃料送給システムに結合された過回転防止システムとを含む。過回転防止システムは、燃料送給システムに結合された燃料絞り／遮断弁と、該燃料絞り／遮断弁に結合された第１の燃料システムインタフェースとを含む。第１の燃料システムインタフェースは、過回転状態を示す信号を燃料絞り／遮断弁に与えるように構成される。本ガスタービンエンジンはまた、第１の燃料システムインタフェースに直列に結合された第２の燃料システムインタフェースを含む。第２の燃料システムインタフェースは、過回転状態を示す信号を燃料絞り／遮断弁に与えるように構成される。本ガスタービンエンジンはまた、過回転状態の発生を特定しかつそのような発生に対応する信号を第１の燃料システムインタフェース及び第２の燃料システムインタフェースに与えるように構成された制御システムを含む。

従って、本明細書に記載した実施形態は、上記の特徴を含むことによって不用意なガスタービンエンジン運転停止を防止するのを可能にする。

例示的なガスタービンエンジンの概略図。 図１に示すガスタービンエンジンで使用することができる例示的なロータ過回転防止システムの概略図。 図２に示すロータ過回転防止システムで使用することができるプライオリティ論理表。 図２に示すロータ過回転防止システムに結合された例示的な制御システムの概略図。 複数の独立した過速度センサに結合された、図４に示す制御システムの概略図。

ロータ過回転状態を特定しかつ防止することは、万一ロータ回転速度が最大速度を超えた場合にエンジンに発生する可能性がある損傷の理由から極めて重要である。また、過回転状態の誤った判定を最少にすることも望ましい。過回転状態の誤った判定を最少にすることは、ロータ過回転状態の防止を可能にする判定及び措置が航空機の損失を招く可能性がある単一エンジン航空機において特に重要である。

従って、各対称チャネルにおける共通の設計不具合により、制御システムの作動及び／又はガスタービンエンジンの運転時に過渡現象を引き起こすのを許さないロータ過回転防止システムを有するのが望ましい。例えば、１つの実施形態では、過回転防止システムは、複数の異なる燃料システムインタフェースを有しており、従って共通の設計不具合を含まない。別の実施例では、過回転防止システムは、非対称ドライバ回路を有する制御システムを含む。本明細書に記載した実施形態は、２つの異なるドライバ回路、すなわち、より具体的にはガスタービンエンジン内での燃焼を制御するために使用するトルクモータドライバ回路及びソレノイドドライバ回路を含む。さらに別の実施例では、過回転防止システムは、複数の独立した論理アルゴリズムを備えた制御システムを含む。

図１は、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４及び燃焼器１６を含む例示的なガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０はまた、高圧タービン１８及び低圧タービン２０を含む。圧縮機１２と低圧タービン２０とは、第１のロータシャフト２４によって結合され、また圧縮機１４と高圧タービン１８とは、第２のロータシャフト２６によって結合される。運転中に、空気は低圧圧縮機１２を通って流れ、加圧空気は、低圧圧縮機１２から高圧圧縮機１４に供給される。加圧空気は次に、燃焼器１６に送給され、燃焼器１６からのガス流は、タービン１８及び２０を駆動する。

図２は、例えば実施例のエンジン１０で使用する例示的なロータ過回転防止システム４０の概略図である。この例示的な実施形態では、エンジン１０は、燃料送給システム４４と流れ連通状態になった燃料調量システム４２を含む。燃料調量システム４２は、燃料調量弁４６及び燃料絞り／遮断弁５０を含む。燃料送給システム４４は、燃料調量システム４２を通して燃料をエンジン１０に供給し、燃料調量システム４２は、エンジン１０への燃料の流量を制御する。燃料絞り／遮断弁５０は、燃料調量弁４６の下流に位置し、かつ該燃料調量弁４６から燃料流を受ける。１つの実施形態では、燃料絞り／遮断弁５０は、加圧遮断弁である。

この例示的な実施形態では、燃料絞り／遮断弁５０は、燃料調量弁４６の下流にかつ燃料送給システム４４と流れ連通状態で結合される。燃料絞り／遮断弁５０は、燃料管路５２によって燃料調量弁４６に結合される。別個の燃料管路５４は、絞り／遮断弁５０を燃焼器１６に結合して、燃料絞り／遮断弁５０が、該燃料絞り／遮断弁５０が受ける燃料圧力及び所望の吐出圧力に基づいて燃焼器１６への燃料の流量を調整しかつ制御するのを可能にする。絞り／遮断弁５０は、燃料調量弁４６と共同して作動して、基準運転時において調量燃料流を可能にする。弁５０の絞り機能は、燃料調量弁４６に応答して、燃料調量弁４６における一定の圧力低下を維持しかつ燃料調量弁４６のオリフィス面積に比例した燃料流量を燃焼器に１６に送給する。

運転時に、ロータ過回転防止システム４０は、タービン１８及び２０（図１に示す）のようなエンジンロータが過回転状態として知られる事前設定運転最大回転速度よりも大きい速度で作動することを防止するのを可能にする。さらに、システム４０により、エンジンの独立した速度検知システム（図２には図示せず）が通常エンジン運転限界値を超えたと判定した場合に、両方のエンジンロータが過回転状態として知られる事前設定運転最大回転速度よりも大きい速度に加速されるのを防止することが可能になる。さらに、システム４０により、エンジンの独立した検知システム（図２には図示せず）が通常エンジン運転限界値を超えたと判定した場合に、エンジンロータがオーバブースト状態として知られる事前設定運転最大ブーストよりも大きいブーストに加速されるのを防止することが可能になる。

この例示的な実施形態では、ロータ過回転防止システム４０は、第１の燃料システムインタフェース５６と第２の燃料システムインタフェース５８とを含む。第２の燃料システムインタフェース５８は、絞り／遮断弁５０と第１の燃料システムインタフェース５６との間に直列に結合される。制御管路６４及び６８は、それぞれ第１の燃料システムインタフェース５６を第２の燃料システムインタフェース５８に結合しまた第２の燃料システムインタフェース５８を絞り／遮断弁５０に結合する。第１の燃料システムインタフェース５６及び第２の燃料システムインタフェース５８は、絞り／遮断弁５０に対して制御圧力を与える。この例示的な実施形態では、第１の燃料システムインタフェース５６は、過回転サーボ弁７０及び遮断シャトル弁７４を含む。さらに、この例示的な実施形態では、第２の燃料システムインタフェース５８は、過回転サーボ弁７８及び遮断シャトル弁８０を含む。この例示的な実施形態では、サーボ弁７０及び７８は、電動油圧式サーボ弁（ＥＨＳＶ）である。それに代えて、ロータ過回転防止システム４０が本明細書に記載したように機能するのを可能にするその他の形式のサーボ弁も使用することができる。例えば、ソレノイド、又は直列に配置したソレノイド及びＥＨＳＶの組合せを使用して、ＥＨＳＶの機能を行わせることができる。本明細書では過回転防止システムとして説明しているが、過回転防止システム４０はまた、本明細書に記載したシステム及び方法を使用して、オーバブースト状態を防止するのを可能にすることができる。

この例示的な実施形態では、ロータ過回転防止システム４０により、過回転検出及び燃料流量制御の独立した手段及び二次的手段が得られて、燃料調量弁４６及び燃料絞り／遮断弁５０が行う燃料流量制御を補う。サーボ弁７８は、少なくとも１つの独立した検知システム（図４及び図５に示す）に結合され、従って少なくとも１つの独立した検知システムから過回転表示を受ける。さらに、サーボ弁７０は、少なくとも１つの独立した検知システムに結合され、少なくとも１つの独立した検知システムから電気的過回転表示を受信する。

図３は、燃料調量弁４６と過回転防止システム４０との間の例示的な関係のプライオリティ論理表９０を示している。上記のように、ロータ過回転状態が発生したと燃料調量弁４６が判定した場合には、燃料調量弁４６及び燃料絞り／遮断弁５０は、燃焼器１６への燃料流を阻止する。表９０は、燃料調量弁４６及び燃料絞り／遮断弁５０が燃焼器１６への燃料流を停止した場合には、燃焼器１６には燃料が供給されずにエンジン１０に対する損傷が防止されることを示している。しかしながら、この例示的な実施形態では、過回転防止の付加的階層として、燃焼器１６への燃料流はまた、第１の燃料システムインタフェース５６及び第２の燃料システムインタフェース５８により過回転状態が判定された時に、絞り／遮断弁５０によって中断させることもできる。この過回転防止の付加的階層は、万一燃料調量弁４６が動作不能又は誤動作状態になった場合でも、過回転状態がエンジン１０に損傷を与えるのを防止することができる。例えば、たとえ燃料調量弁４６が過回転状態の発生を判定しても、汚染物質により燃料調量弁４６が「開いた」状態（すなわち、燃焼器への燃料流を可能にする）のままになった場合にも、燃料システムインタフェース５６及び５８は、過回転状態を検出しかつエンジン１０に対する損傷の発生可能性を防止する。

表９０に示すように、燃料流は、燃料システムインタフェース５６及び燃料システムインタフェース５８の両方が過回転状態の発生を検知した時にのみ中断される。上記のように、絞り／遮断弁５０は、燃焼器１６に供給される燃料の圧力を制御し、第１の燃料システムインタフェース５６及び第２の燃料システムインタフェース５８が過回転状態を検知した時には閉じる（すなわち、燃焼器１６への燃料流を中断する。）
プライオリティ論理表９０は、その下では燃料調量弁４６、燃料絞り／遮断弁５０、過回転防止システム４０及び絞り／遮断弁５０に影響を与える様々な信号の組合せに照らしてエンジン燃料流を開始させることができる条件を示している。より具体的には、プライオリティ論理表９０は、過回転状態を示す信号の受信の結果として燃料絞り／遮断弁５０が起動する場合に、燃料流は過回転速度信号が消滅した時にのみ開始させることができることを示している。

この例示的な実施形態では、サーボ弁７８は、過回転状態の発生を示す信号の受信時にシャトル弁８０を開く。そのような信号は、下記でより詳細に説明する論理制御システム（図５に示す）によって発信させることができる。しかしながら、シャトル弁８０単独では、絞り／遮断弁５０が燃焼器１６への燃料流を中断させることにはならない。それどころか、サーボ弁７０は、過回転状態の発生を示す信号の受信時にシャトル弁７４を開く。第１の燃料システムインタフェース５６及び第２の燃料システムインタフェース５８は互いに直列に結合されているので、両シャトル弁７４及び８０が開いた時にのみ、絞り／遮断弁５０を閉じさせかつ燃焼器１６への燃料流を中断させる制御圧力が該絞り／遮断弁５０に供給されることになる。第１の燃料システムインタフェース５６及び第２の燃料システムインタフェース５８の両方による過回転判定を必要とすることによって、過回転状態の誤った判定の可能性を減少させることが可能になる。従って、誤った指示に基づく望ましくないまた不用意なエンジン運転停止もまた、低減させることが可能になる。

図４は、ロータ過回転防止システム４０に結合された例示的な制御システム１００の概略図である。それに代えて、制御システム１００は、過回転防止システム４０内に組込むことができる。この例示的な実施形態では、制御システム１００は、第１のドライバ制御システム１０２と第２のドライバ制御システム１０４とを含む。この例示的な実施形態では、第１のドライバ制御システム１０２及び第２のドライバ制御システム１０４は、完全自動デジタル電子制御装置（ＦＡＤＥＣ）であり、この制御装置はオハイオ州シンシナチ所在のＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｖｉａｔｉｏｎから購入可能である。

この例示的な実施形態では、第１のドライバ制御システム１０２は、第１のドライバＡ１０６及び第２のドライバＡ１０８を含む。別の実施形態では、第１のドライバ制御システム１０２は、第１のドライバＡ１０６及び第２のドライバＡ１０８に結合される。第１のドライバ制御システム１０２は、第１の論理アルゴリズム及び第２の論理アルゴリズムを含むソフトウェアがプログラミングされる。この例示的な実施形態では、第１のドライバＡ１０６は、ソレノイド電流ドライバであり、また第２のドライバＡ１０８は、トルクモータ電流ドライバである。従って、第１のドライバＡ１０６及び第２のドライバＡ１０８は異なるドライバの形式であるので、第１のドライバＡ１０６における不具合は、第２のドライバＡ１０８においては繰り返されない。別の実施形態では、各ドライバＡ１０６及び１０８が異なる論理及び／又は出力を使用して制御されるように、第１のドライバＡ１０６は、第１の好適なドライバの形式となっており、また第２のドライバＡ１０８は、第１のドライバの形式とは異なる第２の好適なドライバの形式となっている。

この例示的な実施形態では、第２のドライバ制御システム１０４は、第１のドライバＢ１１０及び第２のドライバＢ１１２を含む。別の実施形態では、第２のドライバ制御システム１０４は、第１のドライバＢ１１０及び第２のドライバＢ１１２に結合される。第２のドライバ制御システム１０４は、第１の論理アルゴリズム及び第２の論理アルゴリズムを含むソフトウェアがプログラミングされる。より具体的には、この例示的な実施形態では、第１のドライバＢ１１０は、ソレノイド電流ドライバであり、また第２のドライバＢ１１２は、トルクモータ電流ドライバである。従って、第１のドライバＢ１１０及び第２のドライバＢ１１２は異なるドライバの形式であるので、第１のドライバＢ１１０における不具合は、第２のドライバＢ１１２においては繰り返されない。別の実施形態では、各ドライバＢ１１０及び１１２が異なる論理及び／又は出力で制御されるように、第１のドライバＢ１１０は、第１の好適なドライバの形式となっており、また第２のドライバＢ１１２は、第１のドライバの形式とは異なる第２の好適なドライバの形式となっている。この例示的な実施形態では、第１のドライバＡ１０６及び第１のドライバＢ１１０は、同じドライバの形式のものであり、また第２のドライバＡ１０８及び第２のドライバＢ１１２は、同じドライバの形式のものである。

この例示的な実施形態では、エンジン１０は、該エンジン１０内の過回転状態を検知するセンサシステム１１４のようなセンサシステムを含む。より具体的には、センサシステム１１４は、第１のロータシャフト２４（図１に示す）及び／又は第２のロータシャフト２６（図１に示す）のいずれかの回転速度を測定する少なくとも１つの速度センサを含む。従って、センサシステム１１４は、ロータシャフト２４及び／又はロータシャフト２６の回転速度を電気速度信号として出力する。具体的には、電気速度信号は、センサシステム１１４から、速度信号が過回転状態を示すかどうかを判定する論理を含む制御システム１００に送信される。より具体的には、速度信号は、第１のドライバ制御システム１０２及び第２のドライバ制御システム１０４に送信されて、第１のドライバＡ１０６、第２のドライバＡ１０８、第１のドライバＢ１１０及び第２のドライバＢ１１２が各々、送信速度信号を受信して、過回転状態が存在するかどうかを判定するようになる。

第１のドライバ制御システム１０２は、第１の燃料システムインタフェース５６及び第２の燃料システムインタフェース５８に結合され、また第２のドライバ制御システム１０４は、第１の燃料システムインタフェース５６及び第２の燃料システムインタフェース５８に結合されて、それらインタフェースに対して過速度信号を送信する。より具体的には、各ドライバ制御システム１０２及び１０４は、第１の燃料システムインタフェース５６及び／又は第２の燃料システムインタフェース５８のいずれかに送信しようとする過速度信号について過回転状態が存在することを独立して判定しなければならない。この例示的な実施形態では、第１のドライバＡ１０６は、第１の燃料システムインタフェース５６に通信可能に結合され、第２のドライバＡ１０８は、第２の燃料システムインタフェース５８に通信可能に結合され、第１のドライバＢ１１０は、第１の燃料システムインタフェース５６に通信可能に結合され、また第２のドライバＢ１１２は、第２の燃料システムインタフェース５８に通信可能に結合される。従って、第１のドライバ１０６及び１１０は、第１の燃料システムインタフェース５６に結合され、また第２のドライバ１０８及び１１２は、第２の燃料システムインタフェース５８に結合される。より具体的には、この例示的な実施形態では、ソレノイド電流ドライバは、第１の燃料システムインタフェース５６に結合され、またトルクモータ電流ドライバは、第２の燃料システムインタフェース５８に結合される。

センサシステム１１４から送信された速度信号が、過回転状態を示している場合には、各ドライバ１０６、１０８、１１０及び１１２は、過速度信号をそれぞれの燃料システムインタフェース５６又は５８に送信する。より具体的には、この例示的な実施形態では、第１のドライバ１０６及び１１０の両方は、過速度信号を第１の燃料システムインタフェース５６に送信して、シャトル弁７４を開口させ、また第２のドライバ１０８及び１１２の両方は、過速度信号を第２の燃料システムインタフェース５８に送信して、シャトル弁８０を開口させる。速度信号が過回転状態を示していない場合に、第１のドライバ１０６及び１１０における又は第２のドライバ１０８及び１１２における不具合により、それぞれの燃料システムインタフェース５６又は５８に過速度信号が送信される可能性がある。しかしながら、両燃料システムインタフエェース５６及び５８は、燃料が燃焼器１６に流れるのを阻止する前に過速度信号を受信しなければならないので、このようなドライバ作動過渡信号により、燃料が燃焼器１６に流れるのを阻止されることにならない。従って、第１のドライバ１０６及び１１０並びに第２のドライバ１０８及び１１２の非対称性により、燃料が燃焼器１６に流れるのが阻止される前に付加的な安全冗長度が得られる。

図５は、複数の独立した過速度センサ２２０及び２２２に結合された制御システム１００の概略図である。上記のように、制御システム１００は、第１のドライバ制御システム１０２と第２のドライバ制御システム１０４とを含む。

この例示的な実施形態では、第１のドライバ制御システム１０２は、第１のドライバＡ１０６及び第２のドライバＡ１０８を含み、第１の論理アルゴリズム及び第２の論理アルゴリズムを含むソフトウェアがプログラミングされる。さらに、この例示的な実施形態では、第１のドライバＡ１０６は、第１の論理アルゴリズムの出力によって制御され、また第２のドライバＡ１０８は、第２の論理アルゴリズムの出力によって制御される。

同様に、この例示的な実施形態では、第２のドライバ制御システム１０４は、第１のドライバＢ１１０及び第２のドライバＢ１１２に結合され、第１の論理アルゴリズム及び第２の論理アルゴリズムを含むソフトウェアがプログラミングされる。この例示的な実施形態では、第１のドライバＢ１１０は、第１の論理アルゴリズムの出力によって制御され、また第２のドライバＢ１１２は、第２の論理アルゴリズムの出力によって制御される。

この例示的な実施形態では、第１の論理アルゴリズムは、例えば第２の論理アルゴリズムとは異なる方法、算出法及び／又は過回転閾値を使用して、過回転状態の発生を判定する。１つの実施形態では、第１の論理アルゴリズム及び第２の論理アルゴリズムは、いずれかの論理アルゴリズムに含まれる例えばソフトウェア欠陥のような不具合が他方の論理アルゴリズムには含まれないように開発される。さらに、２つの独立した論理アルゴリズムは、単一のかつ共通のソフトウェア障害により過回転防止システム４０が燃焼器１６への燃料流の不必要な停止を不用意に引き起こす可能性があるリスクを減少させるのを可能にする。

さらに、この例示的な実施形態では、第１のドライバ制御システム１０２は、第１の組の過速度センサ２２０及び第２の組の過速度センサ２２２に結合される。過速度センサ２２０は分離しており、過速度センサ２２２とは独立して機能する。さらに、過速度センサ２２０及び２２２は、エンジン運転パラメータを測定しかつ第１及び第２のドライバ制御システム１０２及び１０４にエンジン運転情報を与えるようにエンジン１０内に配置される。この例示的な実施形態では、第１のドライバ制御システム１０２は、第１のドライバＡ１０６の作動を制御し、かつ第１の論理アルゴリズムを使用してロータ過回転状態を特定する。第１のドライバ制御システム１０２は、第１の論理アルゴリズムを実行して、ロータ過回転状態を特定し、かつそれに従って第１のドライバＡ１０６の作動を制御する。第１の論理アルゴリズムは、第１の組の論理センサ２２０によって得られたエンジン運転測定値に基づいて、第１のドライバＡ１０６の所望の作動を決定する。

この例示的な実施形態では、第１のドライバ制御システム１０２は、第２の論理アルゴリズムを実行することによって第２のドライバＡ１０８の状態を制御し、第２の論理センサ２２２によって得られたエンジン運転測定値をロータ過回転状態の発生の判定及び第２のドライバＡ１０８の所望の作動の決定の基礎とする。

同様に、第２のドライバ制御システム１０４は、過速度センサ２２０及び過速度センサ２２２に結合される。この例示的な実施形態では、第２のドライバ制御システム１０４は、第１のドライバＢ１１０の作動を制御し、かつ第１の論理アルゴリズムを使用して過回転状態を特定する。第２のドライバ制御システム１０４は、第１の論理アルゴリズムを実行して、ロータ過回転状態を特定し、かつそれに従って第１のドライバＢ１１０の作動を制御する。第１の論理アルゴリズムは、第１の組の論理センサ２２０により得られたエンジン運転情報を使用して、第１のドライバＢ１１０の所望の作動を決定する。

この例示的な実施形態では、第２のドライバ制御システム１０４は、第２の論理アルゴリズムを実行することによって第２のドライバB１１２の状態を制御し、第２の論理センサ２２２によって得られたエンジン運転測定値を過回転状態の発生の判定及び第２のドライバB１１２の所望の作動の決定の基礎とする。

この例示的な実施形態では、過回転防止システム４０が燃焼器１６への燃料流を停止させることになる過回転状態を第１のドライバ制御システム１０２が信号で知らせることができる前に、第１の論理アルゴリズムは、第１の組の論理センサ２２０によって得られたエンジン運転情報に基づいて過回転状態が発生しつつあることを判定しまければならず、また第２の論理アルゴリズムもまた、第２の組の論理センサ２２２によって得られたエンジン運転情報に基づいて過回転状態が発生しつつあることを判定しなければならない。さらに、第１のドライバ制御システム１０２は、第２のドライバ制御システム１０４もまた過回転状態の発生を信号で知らせている状態でない場合には、過回転防止システム４０が燃料流を停止させるようにすることができない。しかしながら、第２のドライバ制御システム１０４が過回転状態を信号で知らせている場合には、第１の論理アルゴリズムは、第１の組の論理センサ２２０によって得られたエンジン運転情報に基づいて過回転状態が発生しつつあると判定しなければならず、また第２の論理アルゴリズムもまた、第２の組の論理センサ２２２によって得られたエンジン運転情報に基づいて過回転状態が発生しつつあると判定しなければならない。

上記のように、論理センサ２２０は分離しており、論理センサ２２２とは独立して作動する。エンジン運転パラメータを別個に測定することによって、例えば誤動作センサによって生じる誤った過回転判定を減少させることが可能になる。さらに、論理センサ２２０及び２２２によって得られたエンジン運転情報を解析することによって、２つの分離したドライバ制御システム１０２及び１０４では、例えば誤動作ドライバ制御システムによって生じる誤った過回転判定を減少させることが可能になる。さらに、第１のドライバ制御システム１０２及び第２のドライバ制御システム１０４の各々に２つの独立した論理アルゴリズムをプログラミングすることによって、例えば単一のソフトウェア障害によって生じる誤った過回転判定を減少させることが可能になる。

上記したようなロータ過回転防止システムは、一体形の絞り／遮断システムを含む。本明細書に記載したシステム及び方法は、複合絞り／遮断システムに限定されるものではなく、むしろ本システム及び方法は、燃料調量及び絞り機能とは別個の分離式遮断システムとして実施することができる。さらに、特定の実施形態は、バイパス形式の燃料調量システム内で実施することができ、また分離した調量／絞り機能を含まない直接噴射形式のシステム内で実施することができる。

上記のロータ過回転防止システムは、すこぶる故障し難くかつ堅牢である。本ロータ過回転防止システムにより、迅速な燃料遮断が可能になって、ロータ過回転によって生じるエンジンへの損傷が防止される。さらに、上記のロータ過回転防止システムにより、多くの可能性のある誤った過回転判定の原因に対処して、誤った過回転判定による不必要なかつ費用のかかる可能性がある燃料遮断を防止することが可能になる。上記のロータ過回転防止システムにより、例えば共通の設計不具合及び／又は共通の構成要素破損不具合のような共通の不具合が誤った過回転判定による不必要な燃料遮断を引き起こすのを防止することが可能になる。その結果、本ロータ過回転防止システムにより、費用効果がありかつ信頼性がある方法でロータ過回転が防止される。

上記のロータ過回転防止システムは、第１の燃料システムインタフェースと第２の燃料システムインタフェースとを含み、これら第１及び第２の燃料システムインタフェースにより、例えば燃料調量システムのような第１の過回転防止の形態を含むエンジンに対して冗長過回転防止を可能にする。エンジンへの燃料流を中断する前に両燃料システムインタフェースによって過回転判定を行うことを必要とすることによって、上記のロータ過回転防止システムは、誤った過回転状態の判定の可能性を減少させるのを可能にする。

さらに、上記のロータ過回転防止システムは、非対称ドライバ構成を有する電流ドライバシステムを含み、非対称ドライバ構成は、該電流ドライバシステムのドライバ内の不具合の影響を減少させるのを可能にする。より具体的には、電流ドライバシステムは、第１の燃料システムインタフェースに結合された第１及び第２のソレノイド電流ドライバと、第２の燃料インタフェースに結合された第１及び第２のトルクモータ電流ドライバとを含む。従って、ドライバのいずれか１つが開始した誤った動作（ｆａｌｓｅ ｐｏｓｉｔｉｖｅ）は、燃料が燃焼器に流れるのを防止することにはならない。従って、電流ドライバシステムの非対称ドライバ構成により、不用意なエンジン運転停止を防止することが可能になる。特定の重要部位において電流ドライバシステム内に非対称機構を選択的に付加することによって、エンジンを運転停止させるのに先立って、１つのチャネルにおけるソレノイドドライバ及び他のチャネルにおけるトルクモータドライバの作動が必要とされることになるので、共通の設計上不具合が持ち込まれる可能性を減少させることが可能になり、従って、そのような設計は、共通の設計不備によりエンジンを不用意に運転停止させるのを実質的に防止する。

さらに、上記のロータは、その各々が複数の独立した過速度センサに結合された第１のドライバ制御システム及び第２のドライバ制御システムを含む。各ドライバ制御システムは、少なくとも第１の論理アルゴリズム及び第２の論理アルゴリズムを含む。２つの独立した論理アルゴリズムは、単一のかつ共通のソフトウェア障害により過回転防止システムがエンジンへの燃料流の不必要な停止を不用意に引き起こす可能性があるリスクを減少させるのを可能にする。

以上、ガスタービンエンジン内での燃焼を制御するためのシステム及び方法の例示的な実施形態を詳細に説明している。本システム及び方法は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、本システムの構成要素及び／又は本方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素及び／又はステップとは独立してかつ別個に利用することができる。例えば、本システム及び方法はまた、他の燃焼システム及び方法と組合せて使用することができ、また本明細書に記載したようなガスタービンエンジンのみでの実施に限定されるものではない。それどころか、この例示的な実施形態は、多くのその他の制御用途と関連させて実施しかつ利用することができる。

本発明の様々な実施形態の特定の特徴は幾つかの図面においては示しておりまた他の図面においては示していない場合があるが、このことは、専ら便宜上のためである。本発明の原理によると、図面のあらゆる特徴は、あらゆるその他の図面のあらゆる特徴と組合せて参照しかつ／又は特許請求することができる。

本明細書は最良の形態を含む幾つかの実施例を使用して、本発明を開示し、さらにあらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の当業者による実施を可能にする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図している。

１０ ガスタービンエンジン
１２ 低圧圧縮機
１４ 高圧圧縮機
１６ 燃焼器
１８ 高圧タービン
２０ 低圧タービン
２４ 第１のロータシャフト
２６ 第２のロータシャフト
４０ 過回転防止システム
４２ 燃料調量システム
４４ 燃料送給システム
４６ 燃料調量弁
５０ 燃料絞り／遮断弁
５２ 燃料管路
５４ 燃料管路
５６ 第１の燃料システムインタフェース
５８ 第２の燃料システムインタフェース
６４ 制御管路
６８ 制御管路
７０ サーボ弁
７４ 遮断シャトル弁
７８ 過回転サーボ弁
８０ 遮断シャトル弁
９０ プライオリティ論理表
１００ 制御システム
１０２ 第１のドライバ制御システム
１０４ 第２のドライバ制御システム
１０６ 第１のドライバＡ
１０８ 第２のドライバＡ
１１０ 第１のドライバＢ
１１２ 第２のドライバＢ
１１４ センサシステム
２２０ 過速度センサ
２２２ 過速度センサ

Claims (10)

1. ロータ（２４）を含むガスタービンエンジン（１０）用の過回転防止システム（４０）であって、
   前記ガスタービンエンジンに結合した燃料供給源に結合された燃料絞り／遮断弁（５０）と、
   前記燃料絞り／遮断弁に結合されかつ過回転状態を示す信号を該燃料絞り／遮断弁に与えるように構成された第１の燃料システムインタフェース（５６）と、
   前記第１の燃料システムインタフェースに直列に結合されかつ過回転状態を示す信号を前記燃料絞り／遮断弁に与えるように構成された第２の燃料システムインタフェース（５８）と、
   過回転状態の発生を特定しかつそのような発生に対応する信号を前記第１の燃料システムインタフェース及び第２の燃料システムインタフェースに与えるように構成された制御システム（１００）と、を含む、
   過回転防止システム（４０）。
2. 前記燃料絞り／遮断弁（５０）が、前記第１の燃料システムインタフェース（５６）及び第２の燃料システムインタフェース（５８）の両方からの過回転状態を示す信号に応答して、前記ガスタービンエンジン（１０）に供給している前記燃料供給源を中断するように構成される、請求項１記載の過回転防止システム（４０）。
3. 前記エンジン（１０）内に配置されかつエンジン運転情報を前記制御システム（１００）に与えるように構成されたセンサ（２２０、２２２）をさらに含む、請求項１又は２記載の過回転防止システム（４０）。
4. 前記第１の燃料システムインタフェース（５６）が、遮断シャトル弁（７４）に結合されたサーボ弁（７０）を含む、請求項１乃至３のいずれか１項記載の過回転防止システム（４０）。
5. 前記サーボ弁（７０）が、電動油圧式サーボ弁（ＥＨＳＶ）を含む、請求項４記載の過回転防止システム（４０）。
6. 前記第２の燃料システムインタフェース（５８）が、第２の遮断シャトル弁（８０）に結合されたサーボ弁（７８）を含む、請求項１乃至５のいずれか１項記載の過回転防止システム（４０）。
7. 前記サーボ弁（７８）が、ＥＨＳＶを含む、請求項６記載の過回転防止システム（４０）。
8. ガスタービンエンジン（１０）であって、
   ロータ（２４）と、
   該エンジンに燃料を供給して前記ロータを作動させるように構成された燃料送給システム（４４）と、
   前記燃料送給システムに結合された過回転防止システム（４０）と、
   を含み、前記過回転防止システムが、
   前記燃料送給システムに結合された燃料絞り／遮断弁（５０）と、
   前記燃料絞り／遮断弁に結合されかつ過回転状態の発生を示す信号を該燃料絞り／遮断弁に与えるように構成された第１の燃料システムインタフェース（５６）と、
   前記第１の燃料システムインタフェースに直列に結合されかつ過回転状態の発生を示す信号を前記燃料絞り／遮断弁に与えるように構成された第２の燃料システムインタフェース（５８）と、
   過回転状態の発生を特定しかつそのような発生に対応する信号を前記第１の燃料システムインタフェース及び第２の燃料システムインタフェースに与えるように構成された制御システム（１００）と、を含む、
   ガスタービンエンジン（１０）。
9. 前記燃料絞り／遮断弁（５０）が、前記第１の燃料システムインタフェース（５６）及び第２の燃料システムインタフェース（５８）の両方からの過回転状態の発生を示す信号に応答して、該ガスタービンエンジンに供給している前記燃料送給システムを中断するように構成される、請求項８記載のガスタービンエンジン（１０）。
10. 該エンジン内に配置されかつエンジン運転情報を前記制御システム（１００）に与えるように構成されたセンサ（２２０、２２２）をさらに含む、請求項８または９記載のガスタービンエンジン（１０）。

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