JP2015151933A - ガスタービンエンジンの停止制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転中の回転軸と動圧空気軸受との接触による摩耗の発生を抑制すると共に、エネルギーの有効利用を図ることができるガスタービンエンジンの停止制御装置を提供する。【解決手段】タービン及びコンプレッサに連結された回転軸を回転自在に支持する動圧空気軸受を備えたガスタービンエンジンの停止制御を行う停止制御装置であって、回転軸の回転により発電する発電機と、回転軸の回転数が予め設定された軸受接触回転数以下であるか否かを判定する回転数判定部と、ガスタービンエンジンの停止制御を行う制御部と、回転数判定部が回転数は軸受接触回転数以下であると判定した場合に、発電機で生じた電力を蓄えるための蓄電部と、を備え、制御部は、停止制御中に、回転数判定部が回転数は軸受接触回転数以下であると判定した場合、発電機によって回転軸の回転エネルギーを電力に変換して蓄電部に蓄電されることで回転軸に制動力を付与する。【選択図】図１

Description

本発明の一側面は、ガスタービンエンジンの停止制御装置に関する。

従来、ガスタービンエンジンの停止に関する技術文献として、特開昭５９―０３９９３５号公報が知られている。この公報には、ガスタービンの停止時にガスタービンの回転軸に制動力を付与する制動装置を備えることで、ガスタービンの停止時間の短縮を図るガスタービン駆動発電装置が記載されている。

特開昭５９―０３９９３５号公報 特開２００３―１７２１５３号公報

ところで、ガスタービンの回転軸を支持する軸受として、回転軸の回転により生じる空気圧によって回転軸を支持する動圧空気軸受を採用する場合がある。動圧空気軸受を採用すると、潤滑油の供給が不要となり、ガスタービンエンジンの小型化に有利である。しかしながら、この場合、ガスタービンエンジンの停止時に、回転軸の回転数が低下すると、動圧空気軸受で発生する空気圧が不足し、回転中の回転軸と動圧空気軸受とが接触して摩耗が生じる。また、ガスタービンエンジンの停止時に回転軸の回転数が低下すると、発電機において出力電圧の低下が起こるため、通常運転時の高電圧用蓄電器への蓄電や高電圧を利用した機器の駆動を行うことができず、エネルギーの有効利用について改善の余地がある。

このため、本技術分野においては、ガスタービンエンジンの停止制御において、発電機によって回転軸に制動力を付与することで、回転軸の回転停止までの時間を短縮して回転中の回転軸と動圧空気軸受との接触による摩耗の発生を抑制することができると共に、制動時の回転軸の回転エネルギーを電力として回収でき、エネルギーの有効利用を図ることができるガスタービンエンジンの停止制御装置が望まれている。

上記課題を解決するため、本発明の一側面は、タービン及びコンプレッサに連結された回転軸と、回転軸の回転により生じる空気圧によって回転軸を回転自在に支持する動圧空気軸受と、を備えたガスタービンエンジンの停止制御を行う停止制御装置であって、回転軸の回転により発電する発電機と、回転軸の回転数を検出する回転数検出部と、回転数検出部の検出結果に基づいて、回転数が予め設定された軸受接触回転数以下であるか否かを判定する回転数判定部と、ガスタービンエンジンの停止制御を行う制御部と、停止制御中に、回転数判定部が回転数は軸受接触回転数以下であると判定した場合に、発電機で生じた電力を蓄えるための蓄電部と、を備え、制御部は、停止制御中に、回転数判定部が回転数は軸受接触回転数以下であると判定した場合、発電機によって回転軸の回転エネルギーを電力に変換して蓄電部に蓄電されることで回転軸に制動力を付与する。

本発明の一側面に係るガスタービンエンジンの停止制御装置によれば、ガスタービンエンジンの停止制御において、発電機によって回転軸に制動力を付与することで、回転軸の回転停止までの時間を短縮して回転中の回転軸と動圧空気軸受との接触による摩耗の発生を抑制することができると共に、制動時の回転軸の回転エネルギーを電力として回収でき、エネルギーの有効利用を図ることができる。

本実施形態に係るガスタービンエンジンシステムを示すブロック図である。 動圧空気軸受を示す断面図である。 負荷吸収装置を示す回路図である。 ＥＣＵによる負荷吸収装置の制御の流れを示すフローチャートである。 発電機の回転数に対する発電電圧特性を示すグラフである。 昇圧コンバータの駆動に関するＰＭＷ信号特性を示すグラフである。 ガスタービンエンジンの停止時の動作特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１に示されるように、本実施形態に係るガスタービンエンジンシステム１は、ガスタービンエンジン１０及び発電機２０を備え、ガスタービンエンジン１０によって発電機２０を駆動する発電システムである。

ガスタービンエンジンシステム１は、例えば、バッテリーの電力を利用して電気モータにより駆動する電気自動車に備えることができる。この場合、ガスタービンエンジンシステム１は、電気自動車のバッテリーの充電量が低下した場合にバッテリーに対して電力を充電する充電システムとして機能する。すなわち、ガスタービンエンジンシステム１は、電気自動車のバッテリー充電用のレンジエクステンダーを構成してもよい。なお、ガスタービンエンジンシステム１は、車載用である場合に限られず、施設等に固定された設備であってもよい。

図１に示すガスタービンエンジンシステム１は、例えば、ガスタービンエンジン１０、発電機２０、ＥＣＵ［EngineControl Unit］３０、リレー４０、及び負荷吸収装置５０を備えている。ＥＣＵ３０、リレー４０、負荷吸収装置５０、及び、後述する回転数検出部１７は、ガスタービンエンジン１０の停止制御を行うガスタービンエンジンの停止制御装置１００を構成する。ガスタービンエンジン１０の停止制御とは、ガスタービンエンジン１０に対する燃料供給を止めてガスタービンエンジン１０の回転を停止させる制御である。ガスタービンエンジン１０の停止制御は、例えば、電気自動車のバッテリーの充電量が所定の閾値以上に十分に充電された場合に開始される。

本実施形態に係るガスタービンエンジン１０は、例えば、一軸式のガスタービンエンジンである。ガスタービンエンジン１０は、コンプレッサ１１、燃焼器１２、タービン１３、回転軸１４、動圧空気軸受１５、１６、及び回転数検出部１７を備えている。

コンプレッサ１１は、外部から吸引された空気を圧縮する圧縮機構である。コンプレッサ１１は、回転軸１４を介してタービン１３と連結しており、タービン１３及び回転軸１４と一体に回転する。コンプレッサ１１で圧縮された空気は、燃焼器１２に送られる。

燃焼器１２は、燃料と圧縮空気を混合させて燃焼するための装置である。燃焼器１２では、例えば、圧縮空気中に灯油等の燃料を噴霧することで連続燃焼が行われる。燃焼により発生した燃焼ガスは、燃焼器１２からタービン１３に送られる。タービン１３は、燃焼ガスのエネルギー（例えば、膨張仕事）を回転軸１４の回転エネルギーに変換する機構である。ガスタービンエンジン１０では、燃焼ガスによるタービン１３の回転により回転軸１４及びコンプレッサ１１が回転される。

回転軸１４は、コンプレッサ１１及びタービン１３を連結するシャフトである。回転軸１４は、例えば、コンプレッサ１１のタービン１３と反対側に突出して発電機２０に接続されている。すなわち、回転軸１４は、ガスタービンエンジン１０の出力軸としても機能する。なお、回転軸１４は、必ずしも出力軸として機能する必要はなく、ギア等を介して別体の出力軸に回転を伝達する構成であってもよい。回転軸１４の回転により発電機２０が発電する構成であればよい。

回転軸１４は、二つの動圧空気軸受１５、１６によって回転自在に支持されている。動圧空気軸受１５は、例えば、コンプレッサ１１と発電機２０との間に設けられている。動圧空気軸受１６は、例えば、コンプレッサ１１とタービン１３との間に設けられている。動圧空気軸受１５、１６の位置は、上述した位置に限られない。

動圧空気軸受１５、１６は、回転軸１４の回転により生じる空気圧によって回転軸を回転自在に支持する動圧型の空気軸受である。動圧空気軸受１５、１６は、例えば、同じ構成を有している。以下、動圧空気軸受１５の構成について図２を用いて説明する。図２は、動圧空気軸受１５の構成を示す断面図である。

図２に示されるように、動圧空気軸受１５は、例えば、スリーブ部１５ａ、トップフォイル１５ｂ、及びバンプフォイル１５ｃを備えている。スリーブ部１５ａは、動圧空気軸受１５の本体部分であり、回転停止した回転軸１４を支える十分な強度を有する円筒状の部材である。回転軸１４は、スリーブ部１５ａ内を通るように配置されている。

トップフォイル１５ｂは、筒状のスリーブ部１５ａの内側で回転軸１４を囲むように配置された金属製薄板である。トップフォイル１５ｂは、回転軸１４の側面と対向する軸受面を形成する。バンプフォイル１５ｃは、スリーブ部１５ａとトップフォイル１５ｂとの間に配置された金属製薄板である。バンプフォイル１５ｃは、トップフォイル１５ｂに接する山部と、スリーブ部１５ａに接する谷部と、からなる波形状を有している。トップフォイル１５ｂ及びバンプフォイル１５ｃは、回転軸１４の周方向における一端がスリーブ部１５ａに固定された固定端とされ、他端が自由端とされている。

このように構成された動圧空気軸受１５では、回転軸１４の回転により、回転軸１４及びトップフォイル１５ｂの間に空気が引き込まれ、その空気圧によって回転軸１４が支持される。一方で、回転軸１４の回転数Ｎが低下すると、回転軸１４及びトップフォイル１５ｂの間に生じる空気圧が不足し、回転する回転軸１４とトップフォイル１５ｂとの接触により摩耗が生じるおそれがある。なお、図２に示す動圧空気軸受１５の構成は一例である。動圧空気軸受１５、１６の構成は、図２に示す構成に限られない。

回転数検出部１７は、回転軸１４の回転数Ｎを検出するためのセンサである。回転数検出部１７は、例えば、磁気式又は光式の非接触センサを用いることができる。回転数検出部１７は、検出した回転軸１４の回転数Ｎに応じた回転数信号をＥＣＵ３０に出力する。回転数検出部１７は、ガスタービンエンジンの停止制御装置１００を構成する。

発電機２０は、例えば、永久磁石を用いたＰＭ型のモータジュネレータである。永久磁石を用いたＰＭ型のモータジュネレータは、電磁石を用いる場合と比べて励磁のための電源回路等が不要となるので、発電機２０の小型化に有利である。なお、発電機２０において、永久磁石に代えて電磁石を用いてもよい。

発電機２０は、例えば、永久磁石が固定された回転子と、回転子を囲むように配置された励磁コイルからなる固定子と、を備えている。回転子は、例えば、発電機２０の外部まで突出する入力軸であり、回転軸１４に連結されている。この回転子は、回転軸１４と一体的に回転する。この発電機２０では、例えば、ガスタービンエンジン１０の回転軸１４の回転によって、永久磁石を有する回転子が回転することで、励磁コイルからなる固定子が励磁され、発電が行われる。

発電機２０において生じた電力は、例えば、三相交流電流として取り出される。発電機２０の出力端子であるＵ、Ｖ、Ｗは、例えば、図示しない整流器を介して、直流電圧に変換した後、電気自動車のメインのバッテリー（図示せず）と電気的に接続している。このバッテリーは、例えば、３００Ｖの高電圧リチウムイオンバッテリーである。発電機２０は、ガスタービンエンジン１０の駆動により、リチウムイオンバッテリーに充電可能な高電圧の出力電圧の発電を行う。

また、発電機２０は、ガスタービンエンジン１０の始動時においてスターターとして機能する。すなわち、発電機２０は、ガスタービンエンジン１０の始動時においては、逆にバッテリーからの電力を図示しないインバータを介して直流電圧から交流電圧に変換し供給することでガスタービンエンジン１０の回転軸１４を回転させ、ガスタービンエンジン１０の始動を補助する。

また、発電機２０は、ガスタービンエンジン１０の停止時において制動装置として機能する。発電機２０は、リレー４０を介して出力電力が負荷吸収装置５０に導かれることで、回転軸１４に制動力を付与する。回転軸１４に対する発電機２０の制動力の付与は、ＥＣＵ３０が制御している。

ＥＣＵ３０は、ガスタービンエンジンシステム１を統括的に制御する電子制御ユニットである。ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]などを備えており、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＣＰＵで実行することで各種の制御を行う。ＥＣＵ３０は、ガスタービンエンジン１０の停止制御装置１００を構成している。

ＥＣＵ３０は、制御部３１と、回転数判定部３２と、を有している。制御部３１は、例えば、電気自動車のバッテリーの充電量が予め設定された充電開始閾値以下になった場合、ガスタービンエンジン１０を始動させる始動制御を行う。充電開始閾値は、例えば、バッテリー容量等に応じて予め設定された固定値である。制御部３１は、例えば、始動制御において、発電機２０をスターターとして駆動させ、ガスタービンエンジン１０に燃料供給を行うことで、ガスタービンエンジン１０を始動させる。

また、制御部３１は、例えば、電気自動車のバッテリーの充電量が予め設定された充電終了閾値以上になった場合、ガスタービンエンジン１０を停止させる停止制御を行う。充電終了閾値は、例えば、バッテリー容量等に応じて予め設定された固定値である。制御部３１は、停止制御において、ガスタービンエンジン１０に対する燃料供給を停止することで、ガスタービンエンジン１０を停止させる。また、制御部３１は、停止制御において、発電機２０の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗと電気自動車のバッテリーとの電気的な接続状態を切断状態にする。

回転数判定部３２は、回転数検出部１７の回転数信号（検出結果）に基づいて、回転軸１４の回転数Ｎが予め設定された軸受接触回転数Ｎｓ以下であるか否かを判定する。軸受接触回転数Ｎｓとは、発電機２０による制動力の付与を開始するための閾値である。軸受接触回転数Ｎｓは、回転する回転軸１４と動圧空気軸受１５、１６との接触時間が少なくなるように適切な値が設定される。軸受接触回転数Ｎｓは、例えば、実測又は設計上で回転軸１４と動圧空気軸受１５、１６との接触が発生する回転数より、余裕をもって所定数（例えば５００ｒｐｍ）多い回転数とすることができる。なお、軸受接触回転数Ｎｓは、実測又は設計上で回転軸１４と動圧空気軸受１５、１６との接触が発生する回転数としてもよい。

制御部３１は、停止制御中に、回転数判定部３２が回転数Ｎは予め設定された軸受接触回転数Ｎｓ以下であると判定した場合、発電機２０により回転軸１４に制動力を付与する。制御部３１は、発電機２０により回転軸１４に制動力を付与するため、リレー４０にリレー駆動信号を出力する。

リレー４０は、発電機２０の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗと負荷吸収装置５０との接続状態を切り替えるための継電器である。リレー４０は、例えば、スイッチ４１〜４３と、駆動部４４と、を有している。スイッチ４１〜４３は、通常開放されており、発電機２０の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗと負荷吸収装置５０とは接続されていない。駆動部４４は、ＥＣＵ３０の制御部３１からリレー駆動信号を入力されることでスイッチ４１〜４３を閉じ、発電機２０の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗと負荷吸収装置５０とを接続させる。なお、駆動部４４は、グランド（例えば車体フレーム）Ｇと電気的に接続されている。

図３は、負荷吸収装置５０を示す回路図である。負荷吸収装置５０は、例えば、整流回路６０、昇圧コンバータ７０、及び蓄電部８０を備えている。整流回路６０は、発電機２０で生じた交流電流を直流電流に変換する回路である。整流回路６０は、発電機２０の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗからそれぞれ入力された交流電流を整流するためのダイオード６１〜６６を有している。また、整流回路６０は、電圧変動を平滑化するためのコンデンサ６７を有している。

昇圧コンバータ７０は、整流回路６０から入力された電圧が蓄電部８０に充電できる電圧に満たない場合に昇圧を行うための回路である。昇圧コンバータ７０は、コイル７１、逆流防止用のダイオード７２、トランジスタ７３、抵抗７４、７５を有している。昇圧コンバータ７０では、トランジスタ７３のエミッタが（−）側の導線に接続されると共に、コレクタが（＋）側の導線に接続されている。また、トランジスタ７３のベースがＥＣＵ３０に接続されている。トランジスタ７３のベースとＥＣＵ３０とは、抵抗７４を介して接続されている。また、トランジスタ７３のベースは、抵抗７４を介して（−）側の導線に接続されている。なお、昇圧コンバータ７０の（−）側の導線は、ＥＣＵ３０とも接続されている。この昇圧コンバータ７０では、ＥＣＵ３０からＰＷＭ［Pulse Width Modulation］信号が入力され、トランジスタ７３のベースに電圧が加えられることで、整流回路６０から入力された入力電圧の昇圧が行われる。

蓄電部８０は、昇圧コンバータ７０を通じて入力された発電機２０の電力を蓄えるためのキャパシター８１を有している。キャパシター８１は、整流回路６０及び昇圧コンバータ７０を介して、発電機２０で生じた電力を蓄電する。キャパシター８１は、停止制御中のガスタービンエンジン１０の回転軸１４の回転数Ｎが軸受接触回転数Ｎｓ以下の場合に、負荷吸収装置５０に接続されることで発電機２０に生じた電力を蓄える。このときの発電機２０の出力電圧は、ガスタービンエンジン１０の通常運転時の電圧（例えば、３００Ｖ）と比べて、低い電圧（例えば、３０Ｖ以下）となる。発電機２０の出力電圧は、回転軸１４の回転数Ｎの低下に応じて低くなる。キャパシター８１は、例えば、１２Ｖの電圧で充電可能に構成されている。

ＥＣＵ３０は、蓄電部８０における（＋）側及び（−）側の導線と接続されており、キャパシター８１に入力されるキャパシター電圧（キャパシター８１に対する入力電圧）Ｖｄｃを認識している。ＥＣＵ３０は、キャパシター電圧Ｖｄｃがキャパシター８１の充電可能な電圧を下回った場合、昇圧コンバータ７０にＰＷＭ信号を入力することで、キャパシター８１の充電可能な電圧までキャパシター電圧Ｖｄｃを昇圧させる。キャパシター８１に蓄えられた電力は、例えば、ヘッドライト又は電装系等の電気自動車の補機へ電力を供給する補機バッテリーに供給される。なお、負荷吸収装置５０は、上述した構成に限定されない。

次に、ＥＣＵ３０による負荷吸収装置５０の制御の流れについて図４を参照して説明する。図４は、ＥＣＵ３０による負荷吸収装置５０の制御の流れを示すフローチャートである。前提として、ＥＣＵ３０は、ガスタービンエンジン１０の停止制御を開始している。すなわち、ＥＣＵ３０は、ガスタービンエンジン１０に対する燃料供給を停止すると共に、発電機２０と電気自動車のバッテリーとの電気的な接続状態を切断状態にしている。以下の制御は、停止制御の一部である。

図４に示されるように、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ３０の制御部３１は、回転数検出部１７から回転数信号を入力される。制御部３１は、回転数検出部１７の回転数信号に基づいてガスタービンエンジン１０の回転軸１４の回転数Ｎを認識する。また、制御部３１は、負荷吸収装置５０からキャパシター８１に入力されるキャパシター電圧Ｖｄｃを入力される。

次に、ステップＳ１０２において、ＥＣＵ３０の回転数判定部３２は、ガスタービンエンジン１０の回転軸１４の回転数Ｎが予め設定された軸受接触回転数Ｎｓ以下であるか否かを判定する。回転数判定部３２は、回転数Ｎが軸受接触回転数Ｎｓ以下ではないと判定した場合、ステップＳ１０９に移行する。ステップＳ１０９においては、リレー４０のＯＦＦ状態が維持される。その後、再びステップＳ１０１に戻る。一方、回転数判定部３２は、ステップＳ１０２において、回転数Ｎが軸受接触回転数Ｎｓ以下であると判定した場合、ステップＳ１０３に移行する。

ステップＳ１０３において、回転数判定部３２は、ガスタービンエンジン１０の回転軸１４の回転が停止したか否かを判定する。ＥＣＵ３０は、ガスタービンエンジン１０の回転軸１４の回転が停止したと判定した場合、ステップＳ１０９に移行する。回転数判定部３２は、ガスタービンエンジン１０の回転軸１４の回転が停止していないと判定した場合、ステップＳ１０４に移行する。

ステップＳ１０４において、制御部３１は、リレー４０をＯＮ状態（スイッチ４１〜４３が閉じた状態）に切り替える。これにより、発電機２０と負荷吸収装置５０とが電気的に接続される。その結果、発電機２０の出力が負荷吸収装置５０へ導かれ、発電機２０において回転軸１４の回転を制動する制動力の付与が行われる。

その後、ステップＳ１０５において、制御部３１は、直流変換後の発電機２０の発電電圧Ｖｉｎを算出する。直流変換後の発電機２０の発電電圧Ｖｉｎは、負荷吸収装置５０の整流回路６０における直流変換後の出力電圧に相当する。なお、この出力電圧は、昇圧コンバータ７０の入力電圧と同じである。

ここで、図５は、回転数Ｎに対する発電電圧特性を示すグラフである。図５の縦軸は、発電電圧Ｖｉｎを示し、横軸はガスタービンエンジン１０の回転数Ｎを示している。図５に示すように、発電電圧Ｖｉｎと回転数Ｎとは所定の比例関係にあると仮定できる。制御部３１は、図５に示す比例関係を利用して、回転数Ｎから発電電圧Ｖｉｎを算出する。なお、発電電圧Ｖｉｎは、必ずしも回転数Ｎから算出する必要はなく、負荷吸収装置５０の整流回路６０から検出する態様であってもよい。

ステップＳ１０６において、制御部３１は、キャパシター８１に入力されるキャパシター電圧Ｖｄｃから発電電圧Ｖｉｎを減じた差分の電圧ΔＶを算出する。ＥＣＵ３０は、負荷吸収装置５０から入力されたキャパシター電圧Ｖｄｃと、ステップＳ１０５で算出した発電電圧Ｖｉｎとに基づいて、電圧ΔＶを算出する。

その後、ステップＳ１０７において、制御部３１は、電圧ΔＶに基づいて、昇圧コンバータ７０へ出力するＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比を算出する。ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比とは、パルス信号のパルス幅τをパルス信号の周期Ｔで除した値である。制御部３１は、回転数Ｎの低下により発電電圧Ｖｉｎが下がって、キャパシター８１に入力されるキャパシター電圧Ｖｄｃとの差分が大きくなると、キャパシター８１に充電可能な電圧を保てなくなることを避けるため、昇圧コンバータ７０へ出力するＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比を適切に算出する。

ここで、図６は、昇圧コンバータ７０の駆動に関するＰＭＷ信号特性を示すグラフである。図６の縦軸はＤｕｔｙ比を示し、横軸は電圧ΔＶを示している。図６に示されるように、昇圧コンバータ７０を適切に駆動するために必要なＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比と、電圧ΔＶとは比例関係を有する。制御部３１は、図５に示す比例関係を利用して、電圧ΔＶからＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比を算出する。なお、ＥＣＵ３０は、ΔＶが０又は負の値である場合には、Ｄｕｔｙ比を０として算出する。

ステップＳ１０８において、制御部３１は、算出したＤｕｔｙ比のＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比信号を昇圧コンバータ７０に出力する。これにより、昇圧コンバータ７０では、発電電圧Ｖｉｎをキャパシター８１に対して充電可能な電圧まで十分に昇圧させることができる。なお、Ｄｕｔｙ比が０の場合にステップＳ１０８を行う必要はない。その後、制御部３１は、ステップＳ１０１に戻り、処理を繰り返す。この処理は、ＥＣＵ３０が停止制御を終了するまで繰り返される。

以上、ＥＣＵ３０による負荷吸収装置５０の制御の流れについて説明したが、当該制御の流れは上述するものに限られない。例えば、ＥＣＵ３０は、回転軸１４が停止したと判定した場合、リレー４０をＯＦＦ状態に切り替えた後、停止制御を終了してもよい。

以上説明した本実施形態に係るガスタービンエンジンシステム１によれば、まず、回転軸１４の軸受として動圧空気軸受１５、１６を採用しているので、通常の軸受と比べて潤滑油の供給及び循環が不要となり、ガスタービンエンジンシステムの低コスト化及び小型化に有利である。そして、このガスタービンエンジンシステム１によれば、ガスタービンエンジン１０の停止制御中に、回転数Ｎが軸受接触回転数Ｎｓ以下となった場合、発電機２０により回転軸１４に制動力を付与することで、回転する回転軸１４と動圧空気軸受１５、１６との接触による摩耗を抑制することができる。

ここで、図７は、ガスタービンエンジン１０の停止時の動作特性を示すグラフである。図７の縦軸はガスタービンエンジン１０の回転軸１４の回転数Ｎを示し、横軸は時間ｔを示している。図７において、ガスタービンエンジン１０に対する燃料供給が停止された時点ta、回転数Ｎが軸受接触回転数Ｎｓに至った時点ｔｂを示す。また、本実施形態のガスタービンエンジンシステム１の動作特性を改良後特性として実線で示す。一方、発電機２０による制動力の付与を行わない従来のガスタービンエンジンシステムの動作特性を従来特性として一点鎖線で示す。

図７に示されるように、本実施形態のガスタービンエンジンシステム１では、燃料停止後、ガスタービンエンジン１０の回転軸１４の回転数Ｎが次第に低下する。そして、ガスタービンエンジンシステム１では、回転数Ｎが軸受接触回転数Ｎｓに至った時、発電機２０により回転軸１４に制動力が付与される。これにより、ガスタービンエンジンシステム１は、従来と比べて、回転軸１４の回転停止時間を短縮できると共に、回転する回転軸１４と動圧空気軸受１５、１６との接触による摩耗を抑制することができる。

更に、このガスタービンエンジンシステム１によれば、発電機２０によって回転軸１４の回転エネルギーを電力に変換して負荷吸収装置５０の蓄電部８０に蓄電させることにより、回転軸１４に制動力を付与するので、制動時の回転軸１４の回転エネルギーを電力として回収でき、制動時に回転エネルギーを電力として回収しない場合と比べて、エネルギーの有効利用を図ることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ガスタービンエンジンシステム１の構成は、上述した構成に限られず、本発明には、ガスタービンエンジンシステム１の各構成要素を周知の他の構成要素に変更したものも含まれる。

１…ガスタービンエンジンシステム １０…ガスタービンエンジン １１…コンプレッサ １２…燃焼器 １３…タービン １４…回転軸 １５、１６…動圧空気軸受 １５ａ…スリーブ部 １５ｂ…トップフォイル １５ｃ…バンプフォイル １７…回転数検出部 ２０…発電機 ３０…ＥＣＵ ３１…制御部 ３２…回転数判定部 ４０…リレー ４１-４３…スイッチ ４４…駆動部 ５０…負荷吸収装置 ６０…整流回路 ６１-６６…ダイオード ６７…コンデンサ ７０…昇圧コンバータ ７１…コイル ７２…ダイオード ７３…トランジスタ ７４、７５…抵抗 ８０…蓄電部 ８１…キャパシター １００…ガスタービンエンジンの停止制御装置。

Claims (1)

1. タービン及びコンプレッサに連結された回転軸と、前記回転軸の回転により生じる空気圧によって前記回転軸を回転自在に支持する動圧空気軸受と、を備えたガスタービンエンジンの停止制御を行う停止制御装置であって、
   前記回転軸の回転により発電する発電機と、
   前記回転軸の回転数を検出する回転数検出部と、
   前記回転数検出部の検出結果に基づいて、前記回転数が予め設定された軸受接触回転数以下であるか否かを判定する回転数判定部と、
   前記ガスタービンエンジンの停止制御を行う制御部と、
   前記停止制御中に、前記回転数判定部が前記回転数は前記軸受接触回転数以下であると判定した場合に、前記発電機で生じた電力を蓄えるための蓄電部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記停止制御中に、前記回転数判定部が前記回転数は前記軸受接触回転数以下であると判定した場合、前記発電機によって前記回転軸の回転エネルギーを電力に変換して前記蓄電部に蓄電することで前記回転軸に制動力を付与するガスタービンエンジンの停止制御装置。

Images