JP2011144806A - ガスタービンエンジンで使用するための燃料制御アセンブリシステム及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンエンジン燃焼システムで使用するための燃料制御アセンブリを提供すること。
【解決手段】ガスタービンエンジン（１０）で使用するための燃料制御アセンブリ（２８、３００）が提供される。燃料制御アセンブリは、トリップ流体システム（１０２）からの流体圧力を選択的に放出するように構成された第１のトリップ装置（１０６）と、第１のトリップ装置に結合した１以上のガス燃料制御バルブ（１００、３０２）とを含み、該ガス燃料制御バルブは、パージ空気作動中にガス燃料制御バルブを安全位置まで移動可能にする第２のトリップ装置（１１５）を含む
【選択図】 図２

Description

本発明は、広義には、ガスタービンエンジンで使用するための燃焼システムに関し、より詳細には、ガスタービンエンジン燃焼システムで使用するための燃料制御アセンブリに関する。

少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンは、圧縮機セクション、燃焼器セクション、及び１以上のタービンセクションを含む。圧縮機は空気を加圧し、加圧した空気が燃料と混合されて燃焼器に送られる。次いで、混合気が点火され、高温の燃焼ガスを発生する。燃焼ガスは、タービンに送られて燃焼ガスからエネルギーを抽出して圧縮機を作動させ、並びに発電機などの負荷を駆動するため又は飛行中の航空機を推進するための有用な仕事をもたらす。

少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンは、多くの異なる動作条件で運転し、燃焼器の性能により、広範囲のエンジン動作条件にわたるエンジン運転が可能になる。より具体的には、燃焼器性能を制御することにより、ＮＯｘエミション及び燃焼ダイナミックスレベルを所定限度内に維持しながら、ガス燃料組成（例えば、発熱量及び比重）のより大きな形態を可能にすることができる。乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）燃焼システムを備えたガスタービンは通常、複数ノズルの予混合燃焼器を含む燃料供給システムを利用する。

希薄予混合燃焼は、ピーク火炎温度及びＮＯｘ生成を低く維持するために、燃焼器火炎ゾーンから上流側での燃料及び空気の予混合と、燃料の希薄可燃限界付近での運転とを伴う。希薄予混合燃焼固有の安定性の問題と、ガスタービン運転範囲にわたって生じる広い燃空比範囲とに対処するために、少なくとも一部の公知のＤＬＮ燃焼器は通常、複数のガス燃料制御バルブを含む。ガスタービン燃料システムは、各ガス燃料制御バルブに供給するために別個に制御される供給回路を有する。制御システムは、タービン運転範囲にわたって各ガス燃料制御バルブへの燃料流（燃料スプリット）を変化させ、火炎安定性、低エミッション、及び許容可能な燃焼器寿命を維持する。燃料スプリットは、有効なガス燃料制御バルブ間の総燃料流を分割し、燃焼器への所望の燃料流を達成するよう機能する。

公知のガスタービンエンジンの運転中、どのガス燃料制御バルブを作動状態にするかを選択的に選ぶことが望ましい場合が多い。例えば、一部のエンジンでは、様々な段の運転中に複数の燃料回路を用いて異なる燃料を供給する。異なる燃料回路の作動を選択する際には、新しい回路を作動させる前に存在する可能性がある何らかの過剰な燃料の作動燃料回路を最初にパージすることが一般的である。これは、残留する燃料を燃料回路から洗浄するパージ空気作動で成し遂げられる。公知のシステムでは、１以上のガス燃料制御バルブは、パージ空気作動中に閉鎖位置まで移動される。しかしながら、公知のシステムでは、パージ空気作動中には、予期しない又は予定外の制御信号を受け取ったときにガス燃料制御バルブを開放する可能性がある。パージ作動中のこのようなバルブの開放は、バルブを通じた燃料の漏出を許容する可能性があり、ガスタービンエンジンに損傷を及ぼす恐れがある。より具体的には、パージ空気に漏出する燃料が点火し、場合によってはガスタービンエンジンを損傷させる可能性がある。従って、パージ空気作動中に個々のガス燃料制御バルブを流体力学的に閉鎖することができる燃料制御システムを有することが望ましい。

米国特許第６８９２５４４号明細書

第１の態様では、ガスタービンエンジンで使用するための燃料制御アセンブリが提供される。燃料制御アセンブリは、トリップ流体システムからの流体圧力を選択的に放出するように構成された第１のトリップ装置を含む。１以上のガス燃料制御バルブが第１のトリップ装置に結合される。ガス燃料制御バルブは、パージ空気作動中に該ガス燃料制御バルブを安全位置まで移動可能にする第２のトリップ装置を含む。

第２の態様では、ガスタービンエンジンシステムが提供される。ガスタービンエンジンシステムは、１以上の燃焼器と、該燃焼器に結合され且つ燃焼器への供給燃料を調節するように構成された燃料制御アセンブリとを含む。燃料制御アセンブリは、トリップ流体システムからの流体圧力を選択的に放出するように構成された第１のトリップ装置を含む。１以上のガス燃料制御バルブが第１のトリップ装置に結合される。ガス燃料制御バルブは、パージ空気作動中に該ガス燃料制御バルブを安全位置まで移動可能にする第２のトリップ装置を含む。

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と共に使用可能な例示的な燃料制御アセンブリの概略図。 図１に示すガスタービンエンジンと共に使用可能な代替の燃料制御アセンブリの概略図。

本明細書におけるシステム及び方法は、産業環境で使用されるガスタービンエンジンの関連で記載されるが、航空機に導入されるタービン（これに限定されるものではない）を含む他の燃焼タービンシステム用途に適用してもよい。加えて、本明細書で記載される原理及び技術は、限定ではないが、天然ガス、ガソリン、灯油、ディーゼル油、及びジェット燃料など、様々な可燃性燃料で稼働するガスタービンエンジンに適用することができる。従って、本明細書の以下の説明は、限定ではなく例証として記載される。一般に、本明細書で記載される実施形態は、本明細書で記載される特徴を実施することにより、ガスタービンエンジンにおいて１以上のガス燃料制御バルブの選択的制御を可能にする。

図１は、ガスタービンエンジンシステム１０の概略図である。例示的な実施形態では、ガスタービンエンジンシステム１０は、圧縮機１２、１以上の燃焼器１４、圧縮機１２に駆動可能に結合したタービン１６、制御システム又はコントローラ１８、及び燃料制御アセンブリ２８を含む。燃焼器１４は、圧縮機１２と流れ連通するように圧縮機１２に結合される。燃料制御アセンブリ２８は、燃焼器１４に結合され、燃料を燃焼器１４に送るように構成される。入口ダクト２０は、周囲空気を圧縮機１２に送る。一実施形態では、噴射される水及び／又は他の加湿剤もまた、入口ダクト２０を介して圧縮機１２に送られる。入口ダクト２０は、複数のダクト、フィルタ、スクリーン、及び／又は消音装置を含むことができ、これらは、入口ダクト２０を介して圧縮機１２の１以上の入口案内翼２１に流入する周囲空気の圧力損失の一因となる。

運転中、入口ダクト２０は、空気を圧縮機１２に送る。入口空気は、さらに高い圧力及び温度まで加圧される。加圧空気は、燃焼器１４に向けて吐出され、ここで加圧空気が燃料と混合され、点火されて燃焼ガスを生成し、これがタービン１６に流れて圧縮機１２を駆動する。燃焼ガスが生成されてタービン１６に送られ、ここでガスストリーム熱エネルギーが機械的回転エネルギーに変換される。排出ガスは、タービン１６から流出し、排気ダクト２２を通って流れる。

例示的な実施形態では、排気ダクト２２は、例えば、エミッション制御及び／又は消音装置を介してタービン１６から燃焼ガスを送る。排気ダクト２２は、タービン１６に対する背圧を誘起する消音材料及び／又はエミッション制御装置を含むことができる。入口圧力損失及び背圧の量は、ダクト２０、２２への構成部品の追加、及び／又は入口及び／又は排出ダクト２０、２２それぞれを閉塞するダスト及び塵の集積に起因して時間の経過と共に変化する可能性がある。タービン１６は、電力を生成する発電機２４を駆動することができる。圧縮機１２への入口損失及びタービン排気圧力損失は、ガスタービンエンジンシステム１０を通過する補正した流れと相関する傾向がある。その上、入口損失及びタービン背圧の量は、ガスタービンエンジンシステム１０を通る流量に伴って変化する可能性がある。

ガスタービンエンジンシステム１０の運転は、タービン１６、発電機２４、及び周囲環境の種々の状態を検出する複数のセンサ２６により監視することができる。例えば、温度センサ２６は、ガスタービンエンジンシステム１０を囲む周囲温度、圧縮機吐出温度、タービン排出ガス温度、及びガスタービンエンジンシステム１０を通って流れるガスストリームの他の温度測定値を監視することができる。圧力センサ２６は、周囲圧力と、圧縮機１２の入口ダクト２０、排気ダクト２２、及び／又はガスタービンエンジンシステム１０内に定められるガスストリームにおける他の位置の静的及び動的圧力レベルとを監視することができる。湿球及び乾球温度計、などの湿度センサ２６は、入口ダクト２０における周囲湿度を測定する。センサ２６はまた、流量センサ、速度センサ、火炎検出器センサ、バルブ位置センサ、ガイドベーン角度センサ、及び／又はガスタービンエンジンシステム１０の作動に対して種々のパラメータを検知する他のセンサを含むことができる。本明細書で使用される用語「パラメータ」とは、その値を用いて、所定位置での温度、圧力、及びガス流量のようなガスタービンエンジンシステム１０の運転状態を定義することができる物理的特性を指す。

燃料制御アセンブリ２８は、燃焼器１４に結合されて燃料供給源から燃焼器１４に流れる燃料を調節し、燃焼器１４内に定められる燃焼室の周りに結合した種々のガス燃料制御バルブ１００（図２に示す）に流入する燃料間のスプリットを制御する。燃料制御アセンブリ２８はまた、燃焼器１４に供給される燃料のタイプを選択することができる。燃料制御アセンブリ２８はまた、１次ガス燃料制御バルブ１００に流れる燃料の量及び２次ガス燃料制御バルブ１００に流れる燃料の量を決定する燃料スプリットコマンドを生成し実施することができる。

制御システム１８は、プログラムを実行し、センサ入力及び人間のオペレータからの命令を用いてガスタービンエンジンシステム１０の運転を制御する１以上のプロセッサを含むコンピュータシステムとすることができる。制御システム１８により実行されるプログラムは、例えば、燃焼器１４への燃料流を調節するスケジュールアルゴリズムを含むことができる。制御システム１８により生成されたコマンドにより、燃料制御アセンブリ２８は、燃焼器１４に供給される燃料の流量、燃料スプリット、及びタイプを調節するガス燃料制御バルブ１００を調整し、ガスタービンエンジンシステム１０に関する制御設定を有効にする。

例示的な実施形態では、制御システム１８は、部分的には、制御システム１８のコンピュータメモリ内に格納されたアルゴリズムに基づいてガスタービンエンジンシステム１０を調節する。このようなアルゴリズムにより、制御システム１８が、タービン排気中のＮＯｘ及びＣＯエミッションを一定の所定エミッション限度内に維持し、燃焼器燃焼温度を所定温度限界内に維持する。アルゴリズムは、現在の圧縮機圧力比、周囲絶対湿度、入口圧力損失、及びタービン排気背圧についてのパラメータ変数への入力を含む。アルゴリズムで使用される入力のパラメータに起因して、制御システム１８は、周囲温度及び湿度の季節的な変動、並びにガスタービンエンジンシステム１０の入口ダクト２０を通過する入口圧力損失及び排気ダクト２２における排気背圧の変化に対応する。周囲条件、入口圧力損失及び排気背圧についての入力パラメータにより、制御システム１８で実行されるＮＯｘ、ＣＯ、及びタービン点火アルゴリズムは、ガスタービンエンジンシステム１０の運転の季節的変動並びに入口損失及び背圧の変化を自動的に補正できる。従って、オペレータが手動でガスタービンエンジンシステム１０を調整して、周囲条件の季節的変動並びに入口圧力損失又はタービン排気背圧の変化を考慮する必要性が軽減される。

例示的な実施形態では、燃焼器１４はＤＬＮ燃焼システムとすることができる。制御システム１８は、ＤＬＮ燃焼システムを制御し、燃料スプリットを決定するようプログラムされ、修正することができる。

図２は、ガスタービンエンジンシステム１０（図１に示す）で使用することができる例示的な燃料制御アセンブリ２８の概略図である。例示的な実施形態では、燃料制御アセンブリ２８は、トリップ流体システム１０２、油圧流体制御システム１０４、第１の又は１次電子トリップ装置１０６、及び１以上のガス燃料制御バルブ１００を含む。トリップ流体システム１０２は、所定位置圧力でトリップ流体の流れを燃料制御アセンブリ２８に供給する。油圧流体制御システム１０４は、油圧流体の流れを燃料制御アセンブリ２８に送る。

１次電子トリップ装置１０６は、トリップ流体ドレイン管路１０８に結合され、トリップ流体システム１０２からのトリップ流体をトリップ流体ドレイン管路１０８に送る。制御システム１８（図１に示す）は、１次電子トリップ装置１０６に結合され、該１次電子トリップ装置１０６の作動を制御する。制御システム１８から信号を受信すると、１次電子トリップ装置１０６は、トリップ流体システム１０２からのトリップ流体をトリップ流体ドレイン管路１０８に送ることにより、トリップ流体システム１０２内の流体圧力を選択的に放出するよう動作する。一実施形態では、制御システム１８は、１２５ボルト直流（ＤＣ）信号を１次電子トリップ装置１０６に伝送する。代替の実施形態では、制御システム１８は、１２０ボルト交流（ＡＣ）信号、２４ボルトＤＣ信号、及び
燃料制御アセンブリ２８が本明細書で記載されるように機能することができる他の何れかの信号電圧のうちの１つを伝送する。

ガス燃料制御バルブ１００は、ハウジング筐体１１２を含み、該ハウジング筐体には、第１の又は１次トリップリレーカートリッジ１１４、第２の又は２次トリップリレーカートリッジ１１５、ガスバルブ１１６、ガスバルブ１１６に結合した油圧シリンダ１１７、第２の又は２次電子トリップ装置１１８、サーボバルブ１２０、低圧ドレイン管路１２２、及び油圧流体フィルタアセンブリ１２４を収容する。

油圧流体制御システム１０４は、油圧流体をガス燃料制御バルブ１００に提供し、ガスバルブ１１６の作動を可能にする。油圧流体制御システム１０４は、第１の又は油圧動作回路１２６及び第２の又は油圧トリップ回路１２８を含む。オリフィス１３０は、油圧流体制御システム１０４に結合され、油圧動作回路１２６及び油圧トリップ回路１２８間にある。オリフィス１３０は、油圧動作回路１２６において好適な油圧を維持し、油圧シリンダ１１７及びガスバルブ１１６の作動を可能にするよう動作する。特定の実施形態では、オリフィス１３０は、油圧トリップ回路１２８における油圧流体及び／又は油圧流体圧が損失した状態での油圧動作回路１２６の正の油圧を維持できる。

油圧動作回路１２６は、油圧流体を油圧シリンダ１１７に送り、ガスバルブ１１６を作動させる。ガスバルブ１１６は、開放位置と閉鎖位置との間を移動可能に油圧駆動される。サーボバルブ１２０は、油圧シリンダ１１７及び油圧動作回路１２６に結合され、油圧シリンダ１１７への油圧流体の流れを調節する。制御システム１８は、サーボバルブ１２０に結合されてその作動を制御する。サーボバルブ１２０は、制御システム１８からの信号を受け取ると、油圧動作回路１２６からの油圧流体をガスバルブ１１６に送ることにより、油圧シリンダ１１７内の油圧流体圧力を選択的に放出するよう動作する。ガスバルブ１１６は、サーボバルブ１２０から油圧流体の流れを受け取った後に開放位置と閉鎖位置との間に選択的に位置付けすることができる。サーボバルブ１２０が、油圧流体を油圧シリンダ１１７に送ると、油圧シリンダ１１７は、ガスバルブ１１６を作動させて燃焼器１４（図１に示す）への燃料の流れを調節する。

１次トリップリレーカートリッジ１１４は、油圧トリップ回路１２８及び油圧動作回路１２６に結合される。１次トリップリレーカートリッジ１１４は、油圧トリップ回路１２８内の油圧流体圧力の損失時に移動可能になる。１次トリップリレーカートリッジ１１４は、油圧動作回路１２６に結合され、サーボバルブ１２０と油圧シリンダ１１７との間でのサーボバルブ１２０から油圧シリンダ１１７への油圧流体の流れを制御する。１次トリップリレーカートリッジ１１４は、油圧トリップ回路１２８における油圧流体圧力の損失を検知すると、油圧動作回路１２６内の油圧システム圧力を放出する。１次トリップリレーカートリッジ１１４はさらに、低圧ドレイン管路１２２に結合され、１次トリップリレーカートリッジ１１４が、油圧トリップ回路１２８内の油圧流体圧力の損失中に油圧動作回路１２６からの油圧流体を低圧ドレイン管路１２２に通して送る。

１次トリップリレーカートリッジ１１４は、第１の又は非フェールセーフ位置（図示せず）と第２の又はフェールセーフ位置（図２に示す）との間を移動可能である。非フェールセーフ位置では、１次トリップリレーカートリッジ１１４は、油圧流体の流れをサーボバルブ１２０から油圧シリンダ１１７へ送り、ガスバルブ１１６の作動を可能にする。フェールセーフ位置では、１次トリップリレーカートリッジ１１４は、サーボバルブ１２０から油圧シリンダ１１７への油圧流体の流れを阻止して、油圧シリンダ１１７から低圧ドレイン管路１２２へ油圧流体の流れを送り、十分な油圧が油圧シリンダ１１７及びガスバルブ１１６に送られるのを阻止する。例示的な実施形態では、１次トリップリレーカートリッジ１１４は、正の油圧が油圧トリップ回路１２８から１次トリップリレーカートリッジ１１４に送られるときには非フェールセーフ位置にある。油圧トリップ回路１２８からの油圧が損失すると、１次トリップリレーカートリッジ１１４は、非フェールセーフ位置からフェールセーフ位置に移動する。

油圧トリップ回路１２８は、油圧流体を２次電子トリップ装置１１８、１次トリップリレーカートリッジ１１４、及び２次トリップリレーカートリッジ１１５に送る。２次電子トリップ装置１１８は、油圧トリップ回路１２８を介して１次トリップリレーカートリッジ１１４及び２次トリップリレーカートリッジ１１５と流れ連通して結合される。２次電子トリップ装置１１８は、油圧トリップ回路１２８から流体圧力を選択的に放出するように構成される。低圧ドレイン管路１２２は、２次電子トリップ装置１１８に結合され、該２次電子トリップ装置１１８が、油圧トリップ回路１２８から低圧ドレイン管路１２２を通って油圧流体を運ぶことが可能になる。制御システム１８は、２次電子トリップ装置１１８に結合されて該２次電子トリップ装置１１８の作動を制御し、信号を２次電子トリップ装置１１８に伝送するように構成される。

２次トリップリレーカートリッジ１１５は、油圧トリップ回路１２８を介して１次トリップリレーカートリッジ１１４及び２次電子トリップ装置１１８と流れ連通して結合される。２次トリップリレーカートリッジ１１５はさらに、トリップ流体システム１０２を介して１次電子トリップ装置１０６に結合される。２次トリップリレーカートリッジ１１５は、油圧トリップ回路１２８からの流体圧力を選択的に放出するように構成される。低圧ドレイン管路１２２は、２次トリップリレーカートリッジ１１５に結合され、該２次トリップリレーカートリッジ１１５が、油圧トリップ回路１２８から低圧ドレイン管路１２２を通って油圧流体を運ぶことが可能になる。例示的な実施形態では２次トリップリレーカートリッジ１１５は、トリップ流体システム１０２からの正のトリップ流体圧力で油圧トリップ回路１２８内の正の油圧を維持することができる。トリップ流体システム１０２からの正のトリップ流体圧力が損失すると、２次トリップリレーカートリッジ１１５は、油圧流体の流れを油圧トリップ回路１２８から低圧ドレイン管路１２２に送り、油圧トリップ回路１２８内及び１次トリップリレーカートリッジ１１４での油圧トリップ回路油圧の損失を促進する。

油圧流体制御システム１０４は、該油圧流体がサーボバルブ１２０及び油圧シリンダ１１７で使用するのに好適であるように、油圧流体フィルタアセンブリ１２４を通して油圧流体を送る。油圧流体フィルタアセンブリ１２４は、油圧流体を濾過するための高容量フィルタ１３２と、可視インジケータ１３４とを含む。高容量フィルタ１３２は、大きな含油汚染物質、塵、及び細片を油圧流体から除去することができる。可視インジケータ１３４は、油圧流体フィルタアセンブリ１２４にわたる推奨圧力差をいつ超過したかを表示し、高容量フィルタ１３２を交換することが必要となる。

例示的な実施形態では、ガスバルブ１１６は、油圧損失時にガスバルブ１１６を安全位置まで付勢するバイアス部材１３６を含む。１次トリップリレーカートリッジ１１４は、サーボバルブ１２０に結合され、油圧トリップ回路１２８から油圧流体圧力の損失時にサーボバルブ１２０からガスバルブ１１６への油圧流体の流れを阻止する。例示的な実施形態では、ガスバルブ１１６の安全位置は完全閉鎖位置である。代替の実施形態では、ガスバルブ１１６の安全位置は、完全開放位置、部分的開放位置、又は部分的閉鎖位置である。

例示的な実施形態では、１次トリップリレーカートリッジ１１４は、１以上の２位置油圧作動バルブ２００、ガスバルブポート２１０、油圧流体ポート２１２、及びドレイン管路ポート２１４を含む。バルブ２００は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能である。第１の位置では、バルブ２００は、油圧流体ポート２１２とガスバルブポート２１０との間を流れ連通して結合され、油圧動作回路１２６が油圧シリンダ１１７と流れ連通して結合される。第２の位置（図２に示す）では、バルブ２００は、ドレイン管路ポート２１４とガスバルブポート２１０との間で結合され、油圧シリンダ１１７が低圧ドレイン管路１２２と流れ連通して結合される。作動時に、１次トリップリレーカートリッジ１１４が油圧トリップ回路１２８から正の油圧流体圧力を受け取ると、バルブ２００は第１の位置に移動し、油圧流体圧力が油圧動作回路１２６から油圧シリンダ１１７に供給される。油圧トリップ回路の油圧流体圧力が減少すると、バルブ２００は第２の位置に移動し、油圧シリンダ１１７が油圧動作回路１２６から分離され、さらに、油圧シリンダ１１７及びガスバルブ１１６において油圧流体圧力が減少する。油圧シリンダ１１７において油圧が減少すると、付勢部材１３６は、ガスバルブ１１６を安全位置に移動させる。

例示的な実施形態では、２次電子トリップ装置１１８は、１以上の電気作動バルブ２１６を含む。バルブ２１６は、第１の又は作動位置と第２の又は非作動位置との間で移動可能である。第１の位置において、バルブ２１６は、油圧トリップ回路１２８から低圧ドレイン管路１２２を通る油圧流体の流れを阻止し、油圧トリップ回路１２８において正の流体圧力を可能にするよう位置付けられる。第２の位置（図２に示す）において、バルブ２１６は、油圧トリップ回路１２８から低圧ドレイン管路１２２を通る油圧流体の流れを送るよう位置付けられる。作動中、バルブ２１６は、通常は第１の位置にあり、正の油圧トリップ回路流体圧力を１次トリップリレーカートリッジ１１４に提供できる。制御システム１８から第１の信号を受信すると、バルブ２１６は、第１の位置に移動し、その結果、油圧トリップ回路の油圧流体が、油圧トリップ回路１２８から低圧ドレイン管路１２２を通って送られるのが阻止され、従って、１次トリップリレーカートリッジ１１４において正の油圧トリップ回路油圧流体圧力が生じることになる。制御システム１８からの第１の信号が損失すると、バルブ２１６は第１の位置から第２の位置に移動し、その結果、油圧トリップ回路油圧流体が、油圧トリップ回路１２８から低圧ドレイン管路１２２を通って送られ、従って、１次トリップリレーカートリッジ１１４において油圧トリップ回路油圧流体圧力の減少が生じることになる。代替の実施形態では、バルブ２１６は、制御システム１８から第２の信号を受信すると、第１の位置から第２の位置に移動する。別の実施形態では、制御システム１８は、１２５ボルトＤＣ信号を２次電子トリップ装置１１８に伝送するように構成される。

例示的な実施形態では、２次トリップリレーカートリッジ１１５は、１以上の２位置油圧作動バルブ２１８を含む。バルブ２１８は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能である。第１の位置では、バルブ２１８は、油圧トリップ回路１２８からの油圧流体の流れが低圧ドレイン管路１２２を通って送出でいないように位置付けられ、油圧トリップ回路１２８における正の油圧流体圧力は、１次トリップリレーカートリッジ１１４に供給される。第２の位置（図２に示す）では、バルブ２１８は、油圧トリップ回路１２８が低圧ドレイン管路１２２と流れ連通して結合されるように位置付けられ、油圧トリップ回路１２８から低圧ドレイン管路１２２を通って送られる油圧流体の流れで油圧トリップ回路１２８から油圧流体圧力が放出される。トリップ流体システム１０２は、２次トリップリレーカートリッジ１１５に結合され、正の流体圧力を有するトリップ流体の流れを２次トリップリレーカートリッジ１１５に供給する。作動中、２次トリップリレーカートリッジ１１５は、トリップ流体システム１０２から受け取った正のトリップ流体圧力で第１の位置にある。トリップ流体システム１０２からのトリップ流体圧力の損失時には、２次トリップリレーカートリッジ１１５は、第２の位置に移動する。

ガスタービンエンジンシステム１０の正常作動中、種々の燃料を燃料供給システム（図示せず）から燃料制御アセンブリ２８に供給することができる。燃料制御アセンブリ２８は、複数のガス燃料制御バルブ１００を通る燃焼器１４への燃料の流量を調節する。燃料のタイプの変更、又はガスタービンエンジンシステム１０で使用される燃料混合気の変更が生じる場合、パージ作業中に１以上のガス燃料制御バルブ１００から過剰な燃料が除去される。これにより、前の燃料をガス燃料制御バルブ１００から除去することができ、燃料制御バルブ１００は、新しい燃料混合気を受け取れる状態にすることができる。パージ作業中、制御システム１８は、２次電子トリップ装置１１８に信号を伝送する。制御システム１８からの信号を受信すると、２次電子トリップ装置１１８は、油圧トリップ回路１２８からの流体圧力を放出し、低圧ドレイン管路１２２を通して油圧流体を吐出する。油圧トリップ回路１２８から油圧が放出されると、１次トリップリレーカートリッジ１１４は、油圧動作回路１２６から油圧流体圧力を放出し、油圧シリンダ１１７から低圧ドレイン管路１２２を通して油圧流体を送る。油圧シリンダ１１７内の流体圧力が損失すると、ガスバルブ１１６は、付勢部材１３６により安全位置に流体力学的に移動される。油圧シリンダ１１７内の圧力の損失により、ガスバルブ１１６は確実に作動することができない。従って、制御システム１８からサーボバルブ１２０に伝送される予定外の制御信号は、ガスバルブ１１６を作動させることはない。２次電子トリップ装置１１８は、他のガス燃料制御バルブとは独立してガス燃料制御バルブ１００を安全に閉鎖できるように作動し、従って、個々のガス燃料制御バルブ１００のパージ作業中に他のガス燃料制御バルブの継続的作動が可能になり、すなわち、予定外の点火事象がパージ空気作業中に生じる可能性を低減することができる。

ガスタービンエンジンシステム１０の作動中、制御システム１８は、限定ではないが、温度、排気圧力、及び燃焼エミションなどの複数の作動パラメータを監視する。従って、制御システム１８は、ガスタービンエンジンシステム１０が正常な作動パラメータ内で作動していない期間中にはガスタービンエンジンシステム１０の運転を停止させるよう作動する。ガスタービンエンジンシステム１０の運転停止中には、燃料制御アセンブリ２８の燃焼器１４への燃料供給動作を確実にできないようにする必要がある。制御システム１８は、１次電子トリップ装置１０６に信号を伝送し、次いで、該１次電子トリップ装置１０６は、トリップ流体システム１０２からのトリップ流体を放出するよう作動し、燃料制御アセンブリ２８の各ガス燃料制御バルブ１００がトリップ流体圧力の損失を生じるようにする。トリップ流体圧力が損失すると、各ガス燃料制御バルブ１００の各２次トリップリレーカートリッジ１１５は、油圧トリップ回路１２８の油圧流体圧力を低下させるよう作動する。油圧トリップ回路１２８から油圧が放出されると、１次トリップリレーカートリッジ１１４は、油圧動作回路１２６から油圧流体圧力を放出し、その結果、上述のように各ガスバルブ１１６が安全位置に移動する。この作動によって、各ガス燃料制御バルブ１００を同時に安全位置まで流体力学的に移動させることができる。

図３は、ガスタービンエンジンシステム１０と共に使用可能な代替の燃料制御アセンブリ３００の概略図である。図２に示す構成部品は、図３における同じ参照符号で表記されている。代替の実施形態では、燃料制御アセンブリ３００は、トリップ流体システム１０２、油圧流体制御システム１０４、１次電子トリップ装置１０６、及び複数のガス燃料制御バルブ３０２を含む。ガス燃料制御バルブ３０２は、トリップリレーカートリッジ３０４、２次電子トリップ装置３０６、ガスバルブ１１６、油圧シリンダ１１７、サーボバルブ１２０、低圧ドレイン管路１２２、及び油圧流体フィルタアセンブリ１２４を含む。トリップリレーカートリッジ３０４は、トリップ流体圧力の損失時に移動可能であるようにトリップ流体システム１０２に結合される。トリップリレーカートリッジ３０４はまた、油圧流体制御システム１０４に結合され、トリップ流体圧力の損失が検知されたときに油圧システム圧力を放出する。トリップリレーカートリッジ３０４はまた、低圧ドレイン管路１２２に結合され、トリップ流体圧力の損失の間にトリップリレーカートリッジ３０４が低圧ドレイン管路１２２を通じて油圧流体を送る。２次電子トリップ装置３０６は、トリップリレーカートリッジ３０４に結合され、トリップ流体システム１０２からの流体圧力を選択的に放出するように構成される。低圧ドレイン管路１２２は、２次電子トリップ装置３０６に結合され、該２次電子トリップ装置３０６が低圧ドレイン管路１２２を通じてトリップ流体を送ることができるようにする。

代替の実施形態では、トリップリレーカートリッジ３０４は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能である。第１の位置において、トリップリレーカートリッジ３０４は、油圧流体制御システム１０４と油圧シリンダ１１７との間の流れ連通を可能にする。第２の位置（図３に示す）において、トリップリレーカートリッジ３０４は、油圧流体制御システム１０４から油圧シリンダ１１７への油圧流体の流れを実質的に阻止し、油圧シリンダ１１７からの油圧流体の流れを低圧ドレイン管路１２２に通して送る。

代替の実施形態では、２次電子トリップ装置３０６は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能である。第１の位置において、トリップ流体システム１０２とトリップリレーカートリッジ３０４との間の流れ連通を可能にし、トリップ流体圧力がトリップリレーカートリッジ３０４に供給される。第２の位置（図３に示す）において、２次電子トリップ装置３０６は、トリップリレーカートリッジ３０４へのトリップ流体の流れを実質的に阻止し、トリップリレーカートリッジ３０４からの油圧流体の流れを低圧ドレイン管路１２２に通して送る。作動中、第１の位置における２次電子トリップ装置３０６に関しては、正のトリップ流体圧力がトリップ流体システム１０２を介してトリップリレーカートリッジ３０４に送られる。第２の位置における２次電子トリップ装置３０６に関しては、トリップ流が低圧ドレイン管路１２２を通じてトリップリレーカートリッジ３０４から送られ、従って、トリップリレーカートリッジ３０４においてトリップ流体圧力が減少する結果となる。トリップ圧力の損失時には、トリップリレーカートリッジ３０４は、油圧シリンダ１１７からの油圧流体を低圧ドレイン管路１２２に通して送り、これによりガスバルブ１１６の作動が阻止される。

本明細書で記載される燃料制御アセンブリは、パージ空気作動中の予定外の点火事象の可能性を低減可能にすることによって、ガスタービンエンジンシステムへの損傷を低減可能にする。より具体的には、本明細書で記載される方法及びシステムは、個々のバルブに対する油圧を低減し、ガスバルブを安全位置まで流体力学的に移動させることを可能にし、その結果、制御システムからサーボバルブへの予定外の信号がパージ空気作動中にガスバルブを作動させて、予定外の点火事象を引き起こす恐れがないようにすることができる。従って、ガスタービンエンジンアセンブリの作動寿命を引き延ばすことが可能となり、ガスタービンエンジンシステムの補修及びメンテナンスコストが低減できる。

上述のシステム及び方法は、パージ空気作動中にガス燃料制御バルブを安全位置まで流体力学的に個々に移動可能にする。従って、本明細書で記載される実施形態は、パージ空気作動中に予定外の点火事象が生じる可能性を低減することができる。具体的には、安全位置までのガス燃料制御バルブの流体力学的移動により、予定外の制御信号がパージ空気作動中のガス燃料制御バルブを作動させる可能性を低減できる。従って、ガスタービンエンジンの作動寿命にわたって生じる可能性がある損傷が低減されるので、ガスタービンエンジンの性能寿命を引き延ばすことができる。

ガスタービンで用いるための燃料制御アセンブリを組み付けるシステム及び方法の例示的な実施形態を上記で詳細に説明した。本システム及び方法は、本明細書で記載される特定の実施形態に限定されず、システムの構成部品及び／又は方法のステップは、本明細書で記載される他の構成部品及び／又はステップとは独立して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、他のシステム及び方法と組み合わせて用いることができ、本明細書で記載されるガスタービンエンジンでの実施にのみ限定されるものではない。むしろ、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。

本明細書では特定の用語が利用されているが、これらは、限定の目的ではなく、一般的及び説明的な意味でのみ用いられる。本発明の原理によれば、図面の何れかの特徴は、他の何れかの図面のあらゆる特徴と組み合わせて言及し及び／又は特許請求することができる。

本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、さらに、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

１０ ガスタービンエンジンシステム
１２ 圧縮機
１４ 燃焼器
１６ タービン
１８ 制御システム
２０ 入口ダクト
２１ 入口案内翼
２２ 排気ダクト
２４ 発電機
２６ 圧力センサ
２８ 燃料制御アセンブリ
１００ ガス燃料制御バルブ
１０２ トリップ流体システム
１０４ 油圧流体制御システム
１０６ １次電子トリップ装置
１０８ トリップ流体ドレイン管路
１１２ ハウジング筐体
１１４ １次トリップリレーカートリッジ
１１５ ２次トリップリレーカートリッジ
１１６ ガスバルブ
１１７ 油圧シリンダ
１１８ ２次電子トリップ装置
１２０ サーボバルブ
１２２ 低圧力ドレイン管路
１２４ 油圧流体フィルタアセンブリ
１２６ 油圧動作回路
１２８ 油圧トリップ回路
１３０ オリフィス
１３２ 高容量フィルタ
１３４ 可視インジケータ
１３６ バイアス部材
２００ 油圧作動バルブ
２１０ ガスバルブポート
２１２ 油圧流体ポート
２１４ ドレイン管路ポート
２１６ 電気作動バルブ
２１８ 油圧作動バルブ
３００ 燃料制御アセンブリ
３０２ ガス燃料制御バルブ
３０４ トリップリレーカートリッジ
３０６ ２次電子トリップ装置

Claims (10)

1. ガスタービンエンジン（１０）で使用するための燃料制御アセンブリ（２８、３００）であって、当該燃料制御アセンブリが、
   トリップ流体システム（１０２）からの流体圧力を選択的に放出するように構成された第１のトリップ装置（１０６）と、
   第１のトリップ装置に結合した１以上のガス燃料制御バルブ（１００、３０２）と
   を備えおり、前記ガス燃料制御バルブが、パージ空気作動中に該ガス燃料制御バルブを安全位置まで移動可能にする第２のトリップ装置（１１５）を含む、燃料制御アセンブリ（２８、３００）。
2. 前記ガス燃料制御バルブ（１００、３０２）に結合した油圧流体制御システム（１０４）をさらに備え、第２のトリップ装置（１１５）が、前記油圧流体制御システムから流体圧力を放出するように構成されている、請求項１記載の燃料制御アセンブリ（２８、３００）。
3. 前記ガス燃料制御バルブ（１００、３０２）がさらに、第２のトリップ装置（１１５）に結合したガスバルブ（１１６）を含み、前記ガスバルブが、前記油圧流体制御システム（１０４）から流体圧力の損失時に安全位置まで付勢される、請求項２記載の燃料制御アセンブリ（２８、３００）。
4. 前記油圧流体制御システム（１０４）が、第１の流体回路及び第２の流体回路を含み、前記ガスバルブ（１１６）が第１の流体回路に結合され、第２のトリップ装置が、第２の流体回路に結合されて該第２の流体回路からの流体圧力を放出する、請求項３記載の燃料制御アセンブリ（２８、３００）。
5. 前記ガス燃料制御バルブ（１００、３０２）がさらに、第２のトリップ装置（１１５）及び前記ガスバルブ（１１６）に結合した１次トリップリレーカートリッジ（１１４）を含み、該１次トリップリレーカートリッジが、第２の流体回路からの流体圧力の損失時に第１の流体回路から流体圧力を放出するように構成され、前記ガスバルブが、第１の流体回路からの流体圧力の損失時に安全位置まで付勢される、請求項４記載の燃料制御アセンブリ（２８、３００）。
6. 前記ガス燃料制御バルブ（１００、３０２）がさらに、低圧ドレイン管路（１２２）を含み、前記１次トリップリレーカートリッジ（１１４）が、第２の流体回路からの流体圧力の損失中に第１の流体回路から前記低圧ドレイン管路を通って油圧流体を送るように構成される、請求項５記載の燃料制御アセンブリ（２８、３００）。
7. 前記ガス燃料制御バルブ（１００、３０２）がさらに、低圧ドレイン管路（１２２）を含み、第２のトリップ装置（１１５）が、第２の流体回路から前記低圧ドレイン管路を通って油圧流体を送るように構成される、請求項４記載の燃料制御アセンブリ（２８、３００）。
8. 前記ガス燃料制御バルブ（１００、３０２）がさらに、第２のトリップ装置（１１５）及び前記１次トリップリレーカートリッジ（１１４）に結合した２次トリップリレーカートリッジ（１１５）を含み、該２次トリップリレーカートリッジが、前記トリップ流システムからのトリップ流体圧力の損失時に第１の流体回路から流体圧力を放出するように構成される、請求項５記載の燃料制御アセンブリ（２８、３００）。
9. 前記ガス燃料制御バルブ（１００、３０２）がさらに、第１の流体回路から前記ガスバルブへの油圧流体の流れを調節するため前記ガスバルブ（１１６）に結合したサーボバルブ（１２０）をさらに含み、前記１次トリップリレーカートリッジ（１１４）が、前記サーボバルブに結合されて、第２の流体回路からの流体圧力の損失中に前記サーボバルブから油圧流体の流れを阻止する、請求項５記載の燃料制御アセンブリ（２８、３００）。
10. 第２のトリップ装置の作動を制御するため該第２のトリップ装置に結合した制御システムをさらに備え、第２のトリップ装置が、前記制御システムから受け取った信号に応答して前記油圧流体制御システム（１０４）から流体圧力を放出するように構成される、請求項１記載の燃料制御アセンブリ（２８、３００）。

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