JP2900371B2 - Two-shaft gas turbine engine - Google Patents
Two-shaft gas turbine engineInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は二軸式ガスタービン機関に関し、特に、自動
車に搭載される二軸式ガスタービン機関に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a two-shaft gas turbine engine, and more particularly to a two-shaft gas turbine engine mounted on an automobile.
二軸式ガスタービン機関は、(1)回転運動だけなの
で、低振動で連続した高回転が行える、(2)連続燃焼
機関なので、ガソリン、軽油はもとより、灯油やメタノ
ールなど多種類の燃料が使用できる、(3)低速トルク
が大きいという自動車に適したトルク特性を持っている
等の特徴を備えているので、近年、自動車機関としての
実用化が検討されている。The two-shaft gas turbine engine (1) can rotate continuously with high speed because of only the rotary motion. (2) Because it is a continuous combustion engine, it uses not only gasoline and light oil, but also various fuels such as kerosene and methanol. (3) It has characteristics such as having a large low-speed torque and suitable torque characteristics for automobiles. Therefore, in recent years, practical application as an automobile engine has been studied.
第10図は自動変速機付の自動車に搭載される従来の二
軸式ガスタービン機関の一般的に構成の一例を示すもの
である。FIG. 10 shows an example of a general configuration of a conventional two-shaft gas turbine engine mounted on an automobile having an automatic transmission.
図において、Cはコンプレッサ、HEは熱交換器、CCは
燃焼器、CTはコンプレッサタービンであり、コンプレッ
サCとコンプレッサタービンCTとは回転軸にて直結さ
れ、燃焼器CCにはアクチュエータA1を介して燃料が供給
されている。吸入空気(以下吸気という)はコンプレッ
サCにて圧縮され、熱交換器HEにて加熱され、燃焼器CC
にて燃料と混合されて燃焼し、その燃焼ガスがコンプレ
ッサタービンCTを回転させる。このコンプレッサタービ
ンCTとコンプレッサCとは総称してガスジェネレータGG
と呼ばれることがあり、このコンプレッサタービンCTの
回転数がコンプレッサCの圧縮度を左右する。コンプレ
ッサタービンCTを駆動した燃焼ガスは、アクチュエータ
A2に調整される可変ノズルVNを経てパワタービン(出力
タービン)PTを駆動した後、熱交換器HEを経て排気ガス
となって大気に排出される。In the figure, C is a compressor, HE is a heat exchanger, CC is a combustor, and CT is a compressor turbine. The compressor C and the compressor turbine CT are directly connected by a rotating shaft, and the combustor CC is connected to the combustor CC via an actuator A1. Fuel is being supplied. The intake air (hereinafter referred to as “intake”) is compressed by the compressor C, heated by the heat exchanger HE, and is heated by the combustor CC.
The fuel is mixed with fuel and burned, and the combustion gas rotates the compressor turbine CT. The compressor turbine CT and the compressor C are collectively referred to as a gas generator GG.
The rotation speed of the compressor turbine CT affects the degree of compression of the compressor C. The combustion gas that drives the compressor turbine CT is
After driving the power turbine (output turbine) PT through the variable nozzle VN adjusted to A2, the gas is exhausted into the atmosphere via the heat exchanger HE and discharged to the atmosphere.
以上が二軸式ガスタービンGTの構成であり、パワター
ビンPTの回転は減速歯車R/Gによって減速されて自動変
速機A/Tに伝えられ、シフト状態に応じた回転数に変換
された後に差動歯車Dを介して車輪Wに伝達される。The configuration of the two-shaft gas turbine GT is as described above. The rotation of the power turbine PT is reduced by the reduction gear R / G, transmitted to the automatic transmission A / T, and converted into a rotational speed corresponding to the shift state. The power is transmitted to the wheels W via the dynamic gear D.
なお、アクチュエータA1は制御回路CONTからの指令に
よって燃料を燃焼器CCに供給し、アクチュエータA2は制
御回路CONTからの指令によって可変ノズルVNの開度を調
整する。この制御回路CONTには、アクセルペダルの開度
や図示しないセンサからの機関の運転状態パラメータが
入力されており、制御回路CONTは機関の運転状態に応じ
てアクチュエータA1,A2を駆動する。The actuator A1 supplies fuel to the combustor CC according to a command from the control circuit CONT, and the actuator A2 adjusts the opening of the variable nozzle VN according to a command from the control circuit CONT. The opening degree of the accelerator pedal and the operating state parameters of the engine from a sensor (not shown) are input to the control circuit CONT, and the control circuit CONT drives the actuators A1 and A2 according to the operating state of the engine.
また、一般に第10図のの位置の吸気圧をP3、の位
置の温度をT4というように、吸気圧Pや温度Tに付され
た添え字は、○で囲まれた番号の位置の吸気圧Pや温度
Tを示す。In general the intake pressure of the position of the FIG. 10 P 3, the temperature of the location of the so called T 4, subscript attached to the intake air pressure P and temperature T, the position of the enclosed numbers ○ Shows intake pressure P and temperature T.
以上のように構成された二軸式ガスタービン機関にお
いては、従来、ガスジェネレータGGの加速時間taccを短
くして車両の加速性能を向上させるために、ガスジェネ
レータGGを加速する際は可変ノズルVNの開度αSを全開
にしていた。これは、第11図に示すように、燃焼器CCの
出口温度T4が同じであれば、可変ノズルVNの開度αSを
全開側、即ち、可変ノズルVNに与える電圧が小さい方が
ガスタービンGTの加速時間taccが短いからである。Conventionally, in the two-shaft gas turbine engine configured as described above, in order to shorten the acceleration time t acc of the gas generator GG and improve the acceleration performance of the vehicle, a variable nozzle is used when accelerating the gas generator GG. the degree of opening α S of VN has been fully opened. This is because, as shown in FIG. 11, the combustor if the outlet temperature T 4 is the same in CC, full-opening the opening alpha S of the variable nozzle VN, i.e., toward the voltage applied to the variable nozzle VN is small gas This is because the acceleration time t acc of the turbine GT is short.
なお、通常、ガスジェネレータGGのアイドル時におい
ては、可変ノズルは燃料消費量を小さくするために、全
開となるよう制御されている。Normally, when the gas generator GG is idling, the variable nozzle is controlled to be fully opened in order to reduce the fuel consumption.
ところが、従来のように、ガスジェネレータGGを加速
する際に可変ノズルVNの開度αSを全開にすると、確か
に、ガスジェネレータGGが最大加速度に達するまでの加
速時間taccは短いが、その加速特性は加速初期の加速度
が小さく、所定時間後に加速度が急に増大するため、加
速初期に思った程の加速感が得られず、運転フィーリン
グが悪いという課題がある。However, as in the prior art, when fully opening the opening alpha S of the variable nozzle VN in accelerating the gas generator GG, indeed, the acceleration time t acc to the gas generator GG reaches a maximum acceleration is small, its The acceleration characteristic has a problem that the acceleration in the initial stage of acceleration is small and the acceleration rapidly increases after a predetermined time, so that the feeling of acceleration as expected in the initial stage of acceleration cannot be obtained and the driving feeling is poor.
本発明の目的は、ガスジェネレータGGの加速初期に充
分な加速感が得られ、運転フィーリングを向上させた二
軸式ガスタービン機関を提供することにある。An object of the present invention is to provide a two-shaft gas turbine engine in which a sufficient acceleration feeling can be obtained in the initial stage of acceleration of the gas generator GG and the operation feeling is improved.
前記目的を達成する本発明の二軸式ガスタービン機関
は、第1図に示すように、コンプレッサCに直結され、
燃焼器CCからの燃焼ガスによって駆動されるコンプレッ
サタービンCTと、負荷に連結された出力タービンPTと、
この出力タービンPTとコンプレッサタービンCTとの間に
設けられた可変ノズルVNとを備えた二軸式ガスタービン
機関において、機関の運転状態パラメータから機関の加
速状態を検出する加速状態検出手段1と、機関の加速初
期に可変ノズルVNを閉じる制御を実行し、機関の加速期
間中の後半において、可変ノズルVNを開く制御を実行す
る可変ノズル駆動手段2とを設けたことを特徴としてい
る。The two-shaft gas turbine engine of the present invention that achieves the above object is directly connected to a compressor C as shown in FIG.
A compressor turbine CT driven by combustion gas from the combustor CC, and an output turbine PT connected to a load;
In a two-shaft gas turbine engine including a variable nozzle VN provided between the output turbine PT and the compressor turbine CT, an acceleration state detecting means 1 for detecting an acceleration state of the engine from an operation state parameter of the engine; Variable nozzle drive means 2 is provided for executing control for closing the variable nozzle VN at the beginning of the acceleration of the engine, and executing control for opening the variable nozzle VN during the latter half of the acceleration period of the engine.
本発明の二軸式ガスタービン機関によれば、二軸式ガ
スタービン機関を搭載した車両の加速状態を検出される
と、加速開始時には可変ノズルが閉じられるので、出力
タービンPTの膨張比が大きくなってその出力が増し、機
関の出力が大きくなって加速初期の車両加速度が大きく
なる。そして、加速期間の後半には可変ノズルが開かれ
るので、ガスタービン自体の出力が確保され、加速時間
が短縮されると共に、加速時のサージ発生が低減され
る。According to the two-shaft gas turbine engine of the present invention, when the acceleration state of the vehicle equipped with the two-shaft gas turbine engine is detected, the variable nozzle is closed at the start of acceleration, so that the expansion ratio of the output turbine PT increases. As a result, the output increases, the output of the engine increases, and the vehicle acceleration in the initial stage of acceleration increases. Then, since the variable nozzle is opened in the latter half of the acceleration period, the output of the gas turbine itself is secured, the acceleration time is shortened, and the occurrence of surge during acceleration is reduced.
以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明す
る。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
第2図は自動変速機付き車両に搭載された本発明の二
軸式ガスタービン機関の一実施例の構成を示すものであ
り、第10図に示した二軸式ガスタービン機関と同じ構成
部品については同じ符号(記号)を付してある。FIG. 2 shows a configuration of an embodiment of a two-shaft gas turbine engine of the present invention mounted on a vehicle with an automatic transmission, and has the same components as those of the two-shaft gas turbine engine shown in FIG. Are given the same symbols (symbols).
図においてGTはガスタービンであり、このガスタービ
ンGTには燃料ポンプ,オイルポンプ,スタータモータ等
が接続するフロントギヤ3、コンプレッサC、熱交換器
HE、燃焼器CC、コンプレッサCに回転軸で直結されたコ
ンプレッサタービンCT、可変ノズルVN、パワタービン
(出力タービン)PT及び減速歯車R/G等がある。吸気は
コンプレッサCにて圧縮され、熱交換器HEにて加熱さ
れ、燃焼器CCにて燃料と混合されて燃焼し、その燃焼ガ
スがコンプレッサタービンCTを回転させる。コンプレッ
サタービンCTを駆動した燃焼ガスは、可変ノズルVNを経
てパワタービンPTを駆動した後、熱交換器HEを経て排気
ガスとなって大気に排出される。A1は燃焼器CCに燃料を
供給するアクチュエータ、A2は可変ノズルVNの開度を調
整するアクチュエータである。In the figure, GT is a gas turbine. The gas turbine GT has a front gear 3, a compressor C, a heat exchanger to which a fuel pump, an oil pump, a starter motor, etc. are connected.
There are a compressor turbine CT, a variable nozzle VN, a power turbine (output turbine) PT, a reduction gear R / G, etc., which are directly connected to the HE, the combustor CC, and the compressor C via a rotating shaft. The intake air is compressed by the compressor C, heated by the heat exchanger HE, mixed with fuel in the combustor CC and burned, and the combustion gas rotates the compressor turbine CT. The combustion gas that has driven the compressor turbine CT drives the power turbine PT via the variable nozzle VN, and then is discharged to the atmosphere as exhaust gas via the heat exchanger HE. A1 is an actuator for supplying fuel to the combustor CC, and A2 is an actuator for adjusting the opening of the variable nozzle VN.
ガスタービンGTの減速歯車R/Gには自動変速機A/Tが接
続されており、ガスタービンGTのパワタービンPTの回転
は減速歯車R/Gによって減速されて自動変速機A/Tのトル
クコンバータT/Cを介して変速機構Tに伝えられ、シフ
ト状態に応じた回転数に変換されて車軸駆動出力とな
る。なお、このトルクコンバータT/Cにはロックアップ
クラッチL/Cが設けられている。The automatic transmission A / T is connected to the reduction gear R / G of the gas turbine GT, and the rotation of the power turbine PT of the gas turbine GT is reduced by the reduction gear R / G and the torque converter of the automatic transmission A / T. The transmission is transmitted to the transmission mechanism T via the T / C, and is converted into a rotational speed according to the shift state to be an axle drive output. The torque converter T / C is provided with a lock-up clutch L / C.
ガスタービンGTおよび自動変速機A/Tを制御する制御
回路10には、アナログ信号用の入力インタフェースIN
a、デジタル信号用の入力インタフェースINd、入力イン
タフェースINaからの信号をデジタル変換するアナログ
−デジタル変換器A/D、中央処理ユニットCPU、ランダム
アクセスメモリRAM、読み出し専用メモリROM、および出
力回路OUT等があり、それぞれバスライン11で接続され
ている。The control circuit 10 for controlling the gas turbine GT and the automatic transmission A / T has an input interface IN for analog signals.
a, an input interface INd for digital signals, an analog-digital converter A / D for digitally converting a signal from the input interface INa, a central processing unit CPU, a random access memory RAM, a read-only memory ROM, and an output circuit OUT. And are connected by a bus line 11, respectively.
アナログ信号用の入力インタフェースINaには、ガス
タービンGTに設けられた図示しないセンサからの信号
N1,N3,Np,P3,T35,T6やアクセルペダルからのアナ
ログ信号等が入力され、デジタル信号用の入力インタフ
ェースINdにはキースイッチからのオンオフ信号、シフ
トレバーからのシフト位置信号、ブレーキからのブレー
キ信号等のデジタル信号が入力される。なお、ここでN1
はガスジェネレータGGの回転軸の回転数、N3は減速歯車
R/Gの出力軸の回転数、Npは変速機構Tの出力軸の回転
数、P3はコンプレッサCの出口温度、T35は燃焼器CCの
入口温度、T6はパワタービンPTの出口温度を示してい
る。An analog signal input interface INa receives a signal from a sensor (not shown) provided in the gas turbine GT.
N 1 , N 3 , N p , P 3 , T 35 , T 6 , analog signals from the accelerator pedal, etc. are input. The input interface INd for digital signals is an on / off signal from a key switch, and a shift from a shift lever. Digital signals such as a position signal and a brake signal from a brake are input. Where N 1
Is the rotational speed of the rotating shaft of the gas generator GG, N 3 is the reduction gear
R / G output shaft rotation speed, N p is output shaft rotation speed of transmission mechanism T, P 3 is compressor C outlet temperature, T 35 is combustor CC inlet temperature, T 6 is power turbine PT outlet temperature Is shown.
一方、出力回路OUTからは、燃焼器CCのアクチュエー
タA1に対して燃料流量を指示する信号Gf、アクチュエー
タA2に対して可変ノズルVNの開度を指示する信号αS、
トルクコンバータT/CのロックアップクラッチL/Cのオン
オフを指示する信号S3、変速機構Tの変速信号S1,S2や
スロットルワイヤ信号θTH等が出力される。On the other hand, from the output circuit OUT, a signal Gf for instructing the fuel flow rate to the actuator A1 of the combustor CC, a signal α S for instructing the actuator A2 of the opening degree of the variable nozzle VN,
Signal S 3 that instructs the on-off of the lock-up clutch L / C of the torque converter T / C, transmission signal S 1, S 2 and throttle wire signal theta TH, etc. of the transmission mechanism T is output.
次に以上のように構成された二軸式ガスタービン機関
における制御回路10の動作を第3図のフローチャート及
び第4図から第9図の特性図を用いて説明する。なお、
二軸式ガスタービン機関においては、機関の定常状態で
はパワタービンPTの出口温度T6によって機関を制御する
ことができるが、機関の過渡状態、即ち機関加速時や加
速直後は、パワタービンPTの出口温度T6を測定する熱電
対に追従遅れがあるために、機関過渡状態では燃焼器出
口温度T4で制御される。Next, the operation of the control circuit 10 in the two-shaft gas turbine engine configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG. 3 and the characteristic diagrams of FIGS. In addition,
Two in-shaft gas turbine engine, it is possible to control the engine by the outlet temperature T 6 of Pawatabin PT in the steady state of the engine, the transient state of the engine, immediately after ie engine acceleration or acceleration, the outlet temperature of Pawatabin PT for the thermocouple to measure T 6 is follow-up delay, the engine transient state is controlled by the combustor exit temperature T 4.
ステップ301においては、制御回路10に機関の運転状
態パラメータが入力され、ステップ302にて機関の運転
状態に応じた燃料流量Gfが演算される。そして、ステッ
プ303にて機関の運転状態パラメータから機関が加速状
態か否かが判定される。この機関の加速状態は、アクセ
ルペダルの踏み込み量の単位時間内の増加量やガスジェ
ネレータGGの回転軸の回転速度の増加率等で判定すれば
良い。In step 301, the operating state parameters of the engine are input to the control circuit 10, and in step 302, the fuel flow rate Gf according to the operating state of the engine is calculated. Then, in step 303, it is determined from the operating state parameters of the engine whether the engine is in an acceleration state. The acceleration state of the engine may be determined based on the increase amount of the depression amount of the accelerator pedal within a unit time, the increase rate of the rotation speed of the rotation shaft of the gas generator GG, and the like.
機関が加速状態にあると判定された時(YES)はステ
ップ305に進み、加速時の可変ノズルVNの開度αSがガス
ジェネレータGGの回転軸の回転数N1及び減速歯車R/Gの
出力軸の回転数N3の関数として演算される。このステッ
プ305における演算により、本発明では加速時の可変ノ
ズルVNの開度αSは閉じる方向に制御される。Engine when it is determined that the acceleration state (YES), the process proceeds to step 305, the variable nozzle VN during acceleration opening degree alpha S is the rotational speed N 1 and the reduction gear R / G of the rotating shaft of the gas generator GG It is calculated as a function of the rotational speed N 3 of the output shaft. The calculation in step 305, the opening degree alpha S of the variable nozzle VN during acceleration in the present invention is closed is controlled so.
機関が加速状態にないと判定された時(NO)はステッ
プ304に進み、ここで現在のガスジェネレータGGの制御
がT4制御か否か、即ち、加速直後の定常状態か否かが判
定される。加速直後の定常状態の時(YES)は、ステッ
プ306に進んで燃焼器出口温度T4が目標燃焼器出口温度T
4setになるように可変ノズルVNの開度αSが演算され、
加速直後の定常状態でない時(NO)、つまりT6制御の時
は、ステップ307に進んでパワタービン出口温度T6が目
標パワタービン出口温度T6setになるように可変ノズルV
Nの開度αSが演算される。Engine when it is determined that no acceleration state (NO), the process proceeds to step 304, where whether or not the control is T 4 control the current of the gas generator GG, i.e., whether the steady state immediately after acceleration is determined You. When steady state immediately after acceleration (YES), the routine proceeds to step 306 the combustor outlet temperature T 4 is the target combustor outlet temperature T
Opening alpha S of the variable nozzle VN is calculated to be 4set,
When acceleration is not in a steady state immediately after (NO), i.e. T 6 when the control is variable nozzle V as Pawatabin outlet temperature T 6 becomes the target Pawatabin outlet temperature T 6Set proceeds to step 307
Opening alpha S of N is calculated.
ステップ305またはステップ306またはステップ307が
終了するとステップ308に進み、演算した可変ノズルVN
の開度αSや燃料流量Gf等がガスタービンGTに出力され
る。そして、ステップ309にて所定のサイクルタイムだ
け時間が調整され、時間調整後は再びステップ301に戻
って前述の制御が繰り返される。When Step 305, Step 306, or Step 307 is completed, the process proceeds to Step 308, where the calculated variable nozzle VN is calculated.
Opening alpha S and the fuel flow rate Gf, etc. is output to the gas turbine GT. Then, in step 309, the time is adjusted by a predetermined cycle time, and after the time adjustment, the process returns to step 301 and the above-described control is repeated.
次に、前述のステップ305におけるガスジェネレータG
Gの加速中の可変ノズルVNの開度αSの決め方の例につい
て説明する。Next, the gas generator G in the aforementioned step 305
It will be described an example of opening α how to determine the S of the variable nozzle VN in acceleration G.
第4図は機関を定常で運転しているときの、燃焼器CC
の出口温度T4の最高温度と、パワタービンPTの出口温度
T6の最高温度と、サージによって可変ノズルVNの開度α
Sを閉じることができる限界を示したものであり、可変
ノズルVNの開度αSの閉じ限界値をαS(M)とする。機関
加速中に、パワタービンPTの回転数N3が一定であると仮
定する(実際にはN3は変化する)と、機関加速中は第5
図に太線で示すように可変ノズルVNの開度αSを制御す
る。例えば、ガスジェネレータGGの回転軸の回転数N1を
NidleからNratedに加速する場合、即ち、点Aから点D
へ加速する場合、従来は破線で示したように、回転数N1
がNidleからNratedになるまで可変ノズルVNを開状態に
し、点A→点E→点Dのように制御していたが、この実
施例では回転数N1がNidleのときに可変ノズルVNの開度
αSを点Aから点Bで示す開度まで閉方向に制御し、そ
の後はこの開度を維持させ、点Cにおいて可変ノズルVN
の閉じ限界値αS(M)に重なった後は、可変ノズルVNの閉
じ限界値αS(M)を超えて閉じないように制御する。そし
て、回転数N1がNratedになる点Dまで可変ノズルVNの開
度αSを開く方向に制御する。FIG. 4 shows the state of the combustor CC during steady operation of the engine.
Maximum temperature and the outlet temperature of Pawatabin PT of the outlet temperature T 4
And the maximum temperature of T 6, the opening degree of the variable nozzle VN by surge α
This shows the limit at which S can be closed, and the closing limit value of the opening degree α S of the variable nozzle VN is α S (M) . During engine acceleration, and it assumed to be constant rotational speed N 3 of Pawatabin PT (actual N 3 changes to), during engine acceleration fifth
Controls the opening alpha S of the variable nozzle VN as shown by bold lines in FIG. For example, the rotation speed N 1 of the rotation shaft of the gas generator GG is
When accelerating from N idle to N rated , that is, from point A to point D
When accelerating to, as is conventional indicated by a broken line, the rotational speed N 1
The variable nozzle VN was kept open from N idle to N rated , and the control was performed in the order of point A → point E → point D. In this embodiment, the variable nozzle VN is controlled when the rotation speed N 1 is N idle. controlled in the closing direction the opening alpha S of VN from the point a to the opening indicated at point B, then to maintain this opening, the variable nozzle VN at point C
After overlapping the closed limit alpha S (M) is controlled so as not to close beyond the closed limit value of the variable nozzle VN α S (M). Then, the opening degree α S of the variable nozzle VN is controlled to open in a direction to a point D at which the rotation speed N 1 becomes N rated .
この結果、時間に対するガスジェネレータGGの加速度
特性は第6図のようになり、この実施例の制御によれ
ば、ガスジェネレータ加速度は第6図の実線の特性(α
ST=2.4)のように立ち上がり、従来の制御によれば、
ガスジェネレータGGの加速度は破線の特性(αST=1.
2)となる。加速度が最高に達するまでの時間について
だけみれば、破線で示した従来の制御のほうが短いが、
従来の制御では加速初期において加速度が小さいのに対
し、この実施例の制御では加速初期において加速度が大
きく、加速初期の加速フィーリングとしてはこの実施例
の装置の方が良い。As a result, the acceleration characteristic of the gas generator GG with respect to time is as shown in FIG. 6, and according to the control of this embodiment, the gas generator acceleration becomes the characteristic (α
ST = 2.4), and according to the conventional control,
The acceleration of the gas generator GG is indicated by the broken line (α ST = 1.
2) Looking only at the time until the acceleration reaches the maximum, the conventional control indicated by the broken line is shorter,
In the conventional control, the acceleration is small in the initial stage of acceleration, whereas in the control of this embodiment, the acceleration is large in the initial stage of acceleration, and the apparatus of this embodiment is better in acceleration feeling in the initial stage of acceleration.
第8図は前述のステップ305におけるガスジェネレー
タGGの加速中の可変ノズルVNの開度αSの決め方の別の
例を示すものである。この例では定常状態でパワタービ
ン出口温度T6が最高温度になる可変ノズルVNの上限開度
αS6(M)だけで可変ノズルVNの開度αSを制御しており、
可変ノズルVNの開度αSは回転数N1がNidleのとき、点A
から点Bで示す可変ノズルVNの上限開度αS6(M)からΔ
αSだけ低い開度まで閉方向に制御される。その後はこ
の開度が可変ノズルVNの閉じ限界値αS6(M)からΔαSだ
け低い開度を保って開方向に変化し、回転数N1がNrated
になったときに点Cから点Dへと制御される。この図に
おける開度ΔαSは負の値から正の値までとることがで
きる定数である。FIG. 8 shows a further example of how to determine the degree of opening alpha S of the variable nozzle VN during acceleration of the gas generator GG in step 305 described above. In this example, the opening α S of the variable nozzle VN is controlled only by the upper limit opening α S6 (M) of the variable nozzle VN at which the power turbine outlet temperature T 6 reaches the maximum temperature in the steady state,
Opening alpha S of the variable nozzle VN when the rotational speed N 1 is N idle, point A
From the upper limit opening αS6 (M) of the variable nozzle VN indicated by point B from Δ
It is controlled in the closing direction until lower by alpha S opening. After that, this opening changes in the opening direction while maintaining the opening lower by Δα S from the closing limit value α S6 (M) of the variable nozzle VN, and the rotation speed N 1 becomes N rated.
Is controlled from point C to point D. The opening degree Δα S in this figure is a constant that can take a negative value to a positive value.
第9図は前述のステップ305におけるガスジェネレー
タGGの加速中の可変ノズルVNの開度αSの決め方の更に
別の例を示すものである。この例では同様に定常状態で
の燃焼器出口温度T4が最高温度になる可変ノズルVNの上
限開度αS4(M)だけで可変ノズルVNの開度αSは回転数N1
がNidleのときに、点Aから点Bで示す可変ノズルVNの
閉じ限界値αS4(M)からΔαSだけ低い開度まで閉方向に
制御される。その後はこの開度が可変ノズルVNの閉じ限
界値αS4(M)からΔαSだけ低い開度を保って開方向に変
化し、回転数N1がNratedになったときに点Cから点Dへ
と制御される。この図における開度ΔαSも負の値から
正の値までとることができる定数である。また、可変ノ
ズルVNの開度αSは破線で示すように、点A→点B→点
E→点Dのように制御しても良い。Figure 9 shows a further example of how to determine the degree of opening alpha S of the variable nozzle VN during acceleration of the gas generator GG in step 305 described above. Opening alpha S upper opening alpha S4 (M) only variable nozzle VN of the variable nozzle VN combustor outlet temperature T 4 in the steady state in the same manner in this example is the maximum temperature the rotational speed N 1
Is N idle, the closing direction is controlled from the point A to the opening degree lower by Δα S from the closing limit value α S4 (M) of the variable nozzle VN indicated by the point B. Then the opening is kept lower opening only [Delta] [alpha] S varies in the opening direction from the variable nozzle VN closed limit α S4 (M), the point from the point C when the rotational speed N 1 becomes N rated D is controlled. The opening degree Δα S in this figure is also a constant that can take a negative value to a positive value. Further, the opening degree alpha S of the variable nozzle VN, as indicated by a broken line, may be controlled so that the point A → point B → point E → point D.
以上のように、ガスジェネレータGGの加速時に加速開
始時には可変ノズルVNの開度αSを閉じる制御を実行
し、加速期間の後半は可変ノズルVNの開度αSを開く制
御を実行したときの、可変ノズルVNの開度αSに対する
燃料流量Gf、ガスジェネレータGGの回転軸の回転数N1、
出力軸の回転数N3の時間的推移は第7図のようになる。
なお、この図における破線は、ガスジェネレータGGの加
速時に可変ノズルVNの開度αSを開く制御を実行する。
従来の可変ノズルVNの開度αSに対する燃料流量Gf、ガ
スジェネレータGGの回転軸の回転数N1、出力軸の回転数
N3の時間的推移を示すものである。このように本実施例
の装置では、従来の装置に比べてガスジェネレータGGの
加速時間は長くなるが、出力軸の回転数N3については、
従来装置よりも高い値が得られる。即ち、この実施例を
含めて本発明の機関では、第6図に示すようにガスジェ
ネレータGGの加速時の車両加速度の立ち上がりが早くな
り、車両の加速フィーリングが向上する。As described above, at the start acceleration during acceleration of the gas generator GG running close controlling the opening alpha S of the variable nozzle VN, the second half of the acceleration period is when executing a control to open the opening alpha S of the variable nozzle VN , fuel flow rate Gf for opening alpha S of the variable nozzle VN, the rotational speed N 1 of the rotating shaft of the gas generator GG,
Time course of the rotational speed N 3 of the output shaft is as Figure 7.
The broken line in this figure, performs control to open the opening alpha S of the variable nozzle VN during acceleration of the gas generator GG.
Fuel flow rate Gf for opening alpha S of a conventional variable nozzle VN, the rotational speed N 1 of the rotating shaft of the gas generator GG, the rotational speed of the output shaft
Shows the time course of N 3. As described above, in the device of the present embodiment, the acceleration time of the gas generator GG is longer than that of the conventional device, but the rotation speed N 3 of the output shaft is
Higher values are obtained than in the conventional device. That is, in the engine of the present invention including this embodiment, as shown in FIG. 6, the rise of the vehicle acceleration at the time of acceleration of the gas generator GG is accelerated, and the acceleration feeling of the vehicle is improved.
このように、ガスジェネレータGGの加速時における車
両加速度の立ち上がりが早くなるのは、可変ノズルVNを
閉じる程、パワタービンPTの膨張比P5/P6が大きくなっ
てパワタービンPTの出力が大きくなり、その結果、機関
出力が大きくなって車両加速度Gが大きくなるからであ
る。In this manner, the vehicle acceleration rises faster when the gas generator GG is accelerated because the closer the variable nozzle VN, the larger the expansion ratio P 5 / P 6 of the power turbine PT and the larger the output of the power turbine PT. As a result, the engine output increases and the vehicle acceleration G increases.
以上説明したように、本発明の二軸式ガスタービン機
関によれば、加速開始時には可変ノズルVNの開度αSを
閉じる制御を実行し、加速期間の後半は可変ノズルVNの
開度αSを開く制御を実行することにより、加速初期に
パワタービンの膨張比が大きくなってその出力が増し、
機関の出力が大きくなって車両加速度が大きくなるの
で、車両加速度の立ち上がりが早くなり、車両の運転フ
ィーリングが良くなるという効果がある。As described above, according to the two-shaft gas turbine engine of the present invention, at the start of acceleration, control is performed to close the opening α S of the variable nozzle VN, and during the second half of the acceleration period, the opening α S of the variable nozzle VN is controlled. By executing the control to open the power, the expansion ratio of the power turbine increases in the initial stage of acceleration, and the output increases,
Since the output of the engine is increased and the vehicle acceleration is increased, the rise of the vehicle acceleration is accelerated and the driving feeling of the vehicle is improved.
第1図は本発明の構成を示すブロック図、第2図は本発
明の二軸式ガスタービン機関の構成を示す全体概要図、
第3図は第2図の制御回路の制御手順の一例を示すフロ
ーチャート、第4図は機関定常運転時の燃焼器出口温度
とパワタービンの出口温度の最高温度と、サージによる
可変ノズルの開度限界を示す三次元マップ、第5図は機
関加速時の本発明における可変ノズルの制御の一例を示
す図、第6図は第5図の制御による加速度特性を従来と
比較して示す線図、第7図は本発明の可変ノズル制御に
対する燃料流量、ガスジェネレータ回転数、及びパワタ
ービン回転数特性を時間と共に示す線図、第8図及び第
9図は第5図の変形実施例を示すN1−αS特性図、第10
図は従来の二軸式ガスタービン機関の一般的な構成を示
す図、第11図は燃焼器出口温度−加速度特性を示す線図
である。 1…加速状態検出手段、2…可変ノズル駆動手段、C…
コンプレッサ、CC…燃焼器、CT…コンプレッサタービ
ン、HE…熱交換機、PT…パワタービン、VN…可変ノズ
ル。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of the present invention, FIG. 2 is an overall schematic diagram showing a configuration of a two-shaft gas turbine engine of the present invention,
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a control procedure of the control circuit of FIG. 2, and FIG. 4 is a maximum temperature of a combustor outlet temperature and a power turbine outlet temperature during steady engine operation, and a limit of a variable nozzle opening due to a surge. FIG. 5 is a diagram showing an example of control of the variable nozzle according to the present invention at the time of engine acceleration, FIG. 6 is a diagram showing acceleration characteristics by the control of FIG. 7 Figure fuel flow to the variable nozzle control according to the present invention, the gas generator speed and diagrams showing the Pawatabin rotational speed characteristic with time, Figure 8 and Figure 9 is N 1 showing a modified embodiment of FIG. 5 - α S characteristic diagram, 10th
FIG. 11 is a diagram showing a general configuration of a conventional two-shaft gas turbine engine, and FIG. 11 is a diagram showing a combustor outlet temperature-acceleration characteristic. 1 ... Acceleration state detecting means, 2 ... Variable nozzle driving means, C ...
Compressor, CC: Combustor, CT: Compressor turbine, HE: Heat exchanger, PT: Power turbine, VN: Variable nozzle.
Claims (1)
(CC)からの燃焼ガスによって駆動されるコンプレッサ
タービン(CT)と、負荷に連結された出力タービン(P
T)と、この出力タービン(PT)と前記コンプレッサタ
ービン(CT)との間に設けられた可変ノズル(VN)とを
備えた二軸式ガスタービン機関において、 機関の運転状態パラメータから機関の加速状態を検出す
る加速状態検出手段(1)と、 機関の加速初期に前記可変ノズル(VN)を閉じる制御を
実行し、機関の加速期間中の後半において、前記可変ノ
ズル(VN)を開く制御を実行する可変ノズル駆動手段
(2)と、 を備えた二軸式ガスタービン機関。1. A compressor turbine (CT) directly connected to a compressor (C) and driven by combustion gas from a combustor (CC), and a power turbine (P) connected to a load.
T) and a variable nozzle (VN) provided between the output turbine (PT) and the compressor turbine (CT). Acceleration state detection means (1) for detecting a state; control for closing the variable nozzle (VN) in the initial stage of engine acceleration; and control for opening the variable nozzle (VN) in the latter half of the engine acceleration period. And a variable nozzle drive means (2) for performing.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63185546A JP2900371B2 (en) | 1988-07-27 | 1988-07-27 | Two-shaft gas turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63185546A JP2900371B2 (en) | 1988-07-27 | 1988-07-27 | Two-shaft gas turbine engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0237118A JPH0237118A (en) | 1990-02-07 |
JP2900371B2 true JP2900371B2 (en) | 1999-06-02 |
Family
ID=16172698
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP63185546A Expired - Lifetime JP2900371B2 (en) | 1988-07-27 | 1988-07-27 | Two-shaft gas turbine engine |
Country Status (1)
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JPS544A (en) * | 1972-05-22 | 1979-01-05 | Exxon Research Engineering Co | Combination reforming |
JPS595773A (en) * | 1982-06-30 | 1984-01-12 | Canon Inc | Image detector |
-
1988
- 1988-07-27 JP JP63185546A patent/JP2900371B2/en not_active Expired - Lifetime
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JPH0237118A (en) | 1990-02-07 |
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