JP2966344B2 - ガスタービンの空気流量制御方法および空気流量制御装置 - Google Patents

ガスタービンの空気流量制御方法および空気流量制御装置

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JP2966344B2 JP9751796A JP9751796A JP2966344B2 JP 2966344 B2 JP2966344 B2 JP 2966344B2 JP 9751796 A JP9751796 A JP 9751796A JP 9751796 A JP9751796 A JP 9751796A JP 2966344 B2 JP2966344 B2 JP 2966344B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービンやジェ
ットエンジンの空気流量制御方法および空気流量制御装
置に関する。さらに詳しくは、フィ−ドバック制御に起
因する制御系の振動が防止される空気流量制御方法およ
び空気流量制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、ガスタ−ビンやジェットエン
ジン(以下、ガスタービン等という)においては、図3
に示すように、フィードバック制御により可変翼の位置
や角度を制御して燃焼器への空気流量制御がなされてい
る。すなわち、位置センサ31からの位置検出値が空気
流量制御装置C´の位置制御フィードバック部11に入
力され、この位置制御フィードバック部11によりフィ
ードバック指令値が生成され、ついでこのフィードバッ
ク指令値と位置指令値とが調整部51により演算処理さ
れ、空気流量制御用アクチュエータ1Aの制御量が生成
・出力される。そして、この制御量により空気流量制御
用アクチュエータが操作され、それにともない駆動軸2
Aが駆動されて可変翼3Aの位置や角度がフィードバッ
ク制御される。
【0003】ところで、この空気流量制御によりガスタ
ービン等の圧縮機におけるサ−ジングや燃焼器における
吹き消え防止を図ることもできるが、そのためには、空
気流量制御を高精度で、しかも高応答でなすことが不可
欠である。そして、ガスタービン等における空気流量を
高速制御する場合、空気流量制御用アクチュエータを高
速で駆動して可変翼の位置や角度を調節することにな
る。
【0004】しかしながら、このフィードバック制御に
おいては、図3に示すように、センサの取付けの都合上
や検出信号の伝送の都合上あるいはコスト軽減の都合上
などのため、完全剛体ではなく多少の弾性を有している
駆動軸の根元が検出位置に用いられている。そのため、
駆動軸の撓みなどによる先端と根元との間の位相遅れに
より、フィ−ドバック制御に起因する制御不安定が制御
対象に発生する。つまり、フィードバック制御による振
動が制御系に発生する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の課題に鑑みなされたものであって、ガスタ−ビン等
において空気流量制御をアクチュエ−タの駆動軸の根元
を検出位置としてフィ−ドバック制御を行った場合に
も、フィ−ドバック制御に起因する制御不安定が制御対
象に生じることのない空気流量制御方法および空気流量
制御装置を提供することを目的としている。
【0006】
【0007】
【0008】
【課題を解決するための手段】 本発明のガスタ−ビン等
の空気流量制御方法の第1形態は、主制御手段と、補助
制御手段と、調整手段と、位置センサと、歪ゲージとを
いて可変翼の角度を所定位置として空気流量を制御す
ガスタ−ビン等の空気流量制御方法であって、前記位
置センサにより前記可変翼を駆動している駆動軸の位置
が検出され、前記主制御手段により、前記駆動軸の位置
に基づいてフィードバック制御のための主指令値が生成
され、前記歪ゲージにより前記駆動軸の歪量が検出さ
れ、前記補助制御手段により、前記歪量に基づいて制御
不安定を引き起こしている主指令値を相殺する補正指令
値が生成され、前記調整手段により、前記補正指令値を
主指令値に加算して前記駆動軸を駆動している、空気制
御用アクチュエ−タの制御量が生成されて出力されるこ
とを特徴とする。また、本発明のガスタ−ビン等の空気
流量制御方法の第2形態は、主制御手段と、補助制御手
段と、調整手段と、角度センサと、歪ゲージとを用いて
可変翼の角度を所定位置として空気流量を制御するガス
タ−ビン等の空気流量制御方法であって、前記角度セン
サにより前記可変翼の角度が検出され、前記主制御手段
により、前記可変翼の角度に基づいてフィードバック制
御のための主指令値が生成され、前記歪ゲージにより前
記可変翼を駆動している駆動軸の歪量が検出され、前記
補助制御手段により、前記歪量に基づいて制御不安定を
引き起こしている主指令値を相殺する補正指令値が生成
され、前記調整手段により、前記補正指令値を主指令値
に加算して前記駆動軸を駆動している、空気制御用アク
チュエ−タの制御量が生成されて出力されることを特徴
とする。
【0009】
【0010】 一方、本発明のガスタ−ビン等の空気流
量制御装置の第1形態は、可変翼を駆動している駆動軸
の位置を検出する位置センサからの検出値に基づいてフ
ィードバック制御のための主指令値を生成する主制御手
段と、前記駆動軸の歪量を検出する歪ゲージからの歪量
に基づいて制御不安定を引き起こしている主指令値を相
殺する補正指令値を生成する補助制御手段と、前記補正
指令値を主指令値に加算して空気制御用アクチュエ−タ
の制御量を生成して出力する調整手段とを備えてなるこ
とを特徴とする。
【0011】 発明のガスタ−ビン等の空気流量制御装
置の第2形態は、可変翼の角度を検出する角度センサか
らの検出値に基づいてフィードバック制御のための主指
令値を生成する主制御手段と、前記駆動軸の歪量を検出
する歪ゲージからの歪量に基づいて制御不安定を引き起
こしている主指令値を相殺する補正指令値を生成する補
助制御手段と、前記補正指令値を主指令値に加算して空
気制御用アクチュエ−タの制御量を生成して出力する調
整手段とを備えてなることを特徴とする。
【0012】
【作用】本発明は、前記のごとく構成されているので、
制御対象、例えば可変翼の位置や角度を制御している空
気流量制御用アクチュエ−タのフィ−ドバック制御に起
因する振動などの制御不安定が防止される。そのため、
空気流量制御に必要とされる高応答性や高位置制御を実
現でき、ガスタービン等の圧縮機におけるサージングや
燃焼器における吹き消えが防止される。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明はかか
る実施の形態のみに限定されるものではない。
【0014】本発明のガスタ−ビン等の空気流量制御方
法に用いられる空気流量制御装置の一実施の形態を図1
に概略図で示す。
【0015】図1に示すように、本発明の一実施の形態
のガスタービン等の空気流量制御装置(以下、単に制御
装置という)C1は、空気流量制御用アクチュエ−タ1
Aをフィ−ドバック制御することにより、可変翼3Aを
指定された位置とする制御系において、位置指令値と位
置制御フィ−ドバック部11からのフィ−ドバック指令
値(主指令値)と、防振制御フィ−ドバック部41から
の補正指令値とを調整部51にて演算処理することによ
り、フィ−ドバック制御に起因する振動が空気流量制御
用アクチュエ−タ1Aに発生する場合、補正指令値によ
り主指令値が相殺されるようにされてなるものである。
【0016】より具体的には、駆動軸2Aの根元には駆
動軸2Aの位置を検出している主検出手段としての位置
センサ21、例えば差動変圧器(LVDT:Linea
rVariable Differential Tr
ansfomer)が設けられており、この位置センサ
21により駆動軸2Aの位置が検出され、ついでその検
出値(主検出値)は、位置制御フィ−ドバック部11に
入力される。位置制御フィ−ドバック11は、入力され
た検出値(主検出値)を演算処理してフィ−ドバック指
令値(主指令値)を算出して調整部51に入力する。
【0017】また、駆動軸2Aの位置センサ21による
位置が検出されている箇所には、補助検出手段として歪
ゲ−ジ31が貼り付けられており、この歪ゲ−ジ31に
より駆動軸2Aの歪量が検出され、ついでその検出値
(補助検出値)は防振制御フィ−ドバック部41に入力
される。防振制御フィ−ドバック部41は、入力された
歪量と別途入力されている前記位置センサ21からの検
出値とを演算処理して補正指令値を算出して調整部51
に入力する。
【0018】ここで、この防振制御フィ−ドバック部4
1での補正指令値の算出は次のようにしてなされる。
【0019】例えば、位置センサ21からの主検出値
と、位置指令値とを用いる位置制御フィ−ドバック部1
1において調整される制御ゲインにより振動が励起され
るとする。その場合、この振動を空気流量制御用アクチ
ュエ−タ1Aと可変翼3Aとの位相差でとらえ、先の制
御ゲインを打ち消すようなフィ−ドバックゲインに歪量
を乗じ、さらに駆動軸2Aの剛性率で割ることにより補
正指令値が生成される。
【0020】しかして、調整部51は、これら入力され
たフィ−ドバック指令値(主指令値)および補正指令値
と、別途入力されている位置指令値とを演算処理して空
気流量制御用アクチュエ−タ1Aの制御量を生成して空
気流量制御用アクチュエ−タ1Aに入力する。この調整
部51における演算処理は、例えば、位置制御フィード
バック部11を用いてある位置指令値と位置センサ21
からの位置検出値(主検出値)との偏差に調整された制
御ゲインを乗じて得られたものと、前述した補助制御手
段としての防振制御フィ−ドバック部41からの補正指
令値とを加算するようにしてなされる。
【0021】このように、この実施の形態では防振制御
フィ−ドバック部41において、位置センサ21からの
駆動軸2Aの位置検出値(主検出値)と歪ゲ−ジ31に
よる駆動軸2Aとの歪量(補助検出値)に基づいて補正
指令値を生成し、これを用いて調整部51によりフィ−
ドバック制御に起因する空気流量制御用アクチュエ−タ
1Aの振動が防止される。すなわち、空気流量制御用ア
クチュエ−タ1Aを含む制御対象の制御不安定が防止さ
れる。
【0022】図2に、ガスタ−ビン等の燃焼器22と、
その空気流量制御装置C2との具体的な構成例が示され
ている。図2に示す例では、空気流量制御用アクチュエ
−タ1Bは、駆動軸2Bを介して可変翼3Bの位置制御
を行うことにより、燃焼器22へ流入する空気流量を制
御している。
【0023】以上、本発明を実施の形態に基づいて説明
してきたが、本発明はかかる実施の形態のみに限定され
るものではなく、種々改変が可能である。例えば、実施
の形態では位置センサを用いて可変翼の位置制御を行っ
たが、角度センサを用いて可変翼の角度制御を行っても
よい。
【0024】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
空気流量制御用アクチュエ−タのフィ−ドバック制御に
起因する振動など制御不安定が防止されるので、空気流
量制御用アクチュエ−タにより駆動される可変翼に対し
て高応答性や高位置制御が実現でき、ガスタービン等の
圧縮機におけるサージングや燃焼器における吹き消えが
防止されるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガスタービン等の空気流量制御方法に
用いられる空気流量制御装置の概略図である。
【図2】同空気流量制御装置の具体的な構成を示す一部
切欠き斜視図である。
【図3】従来のガスタービン等の空気流量制御装置の概
略図である。
【符号の説明】
1A,1B 空気流量制御用アクチュエータ 2A,2B 駆動軸 3A,3B 可変翼 11 位置制御フィードバック部(主制
御手段) 21 位置センサ(主検出手段) 22 燃焼器 31 歪ゲージ(補助検出手段) 41 防振制御フィードバック部(補助
制御手段) 51 調整部(調整手段) C1,C2 空気流量制御装置
フロントページの続き (56)参考文献 実開 平1−136639(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02C 9/22

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主制御手段と、補助制御手段と、調整手
    段と、位置センサと、歪ゲージとを用いて可変翼の角度
    を所定位置として空気流量を制御するガスタ−ビン等の
    空気流量制御方法であって、前記位置センサにより前記可変翼を駆動している駆動軸
    の位置が検出され、 前記主制御手段により、前記駆動軸の位置に基づいてフ
    ィードバック制御のための主指令値が生成され、前記歪ゲージにより前記駆動軸の歪量が検出され、 前記補助制御手段により、前記歪量に基づいて制御不安
    定を引き起こしている主指令値を相殺する補正指令値が
    生成され、 前記調整手段により、前記補正指令値を主指令値に加算
    して前記駆動軸を駆動している、空気制御用アクチュエ
    −タの制御量が生成されて出力されることを特徴とする
    ガスタ−ビン等の空気流量制御方法。
  2. 【請求項2】 主制御手段と、補助制御手段と、調整手
    段と、角度センサと、歪ゲージとを用いて可変翼の角度
    を所定位置として空気流量を制御するガスタ−ビン等の
    空気流量制御方法であって、 前記角度センサにより前記可変翼の角度が検出され、 前記主制御手段により、前記可変翼の角度に基づいてフ
    ィードバック制御のための主指令値が生成され、 前記歪ゲージにより前記可変翼を駆動している駆動軸の
    歪量が検出され、 前記補助制御手段により、前記歪量に基づいて制御不安
    定を引き起こしている主指令値を相殺する補正指令値が
    生成され、 前記調整手段により、前記補正指令値を主指令値に加算
    して前記駆動軸を駆動している、空気制御用アクチュエ
    −タの制御量が生成されて出力される ことを特徴とする
    ガスタ−ビン等の空気流量制御方法。
  3. 【請求項3】 可変翼を駆動している駆動軸の位置を検
    出する位置センサからの検出値に基づいてフィードバッ
    ク制御のための主指令値を生成する主制御手段と、前記
    駆動軸の歪量を検出する歪ゲージからの歪量に基づいて
    制御不安定を引き起こしている主指令値を相殺する補正
    指令値を生成する補助制御手段と、前記補正指令値を主
    指令値に加算して空気制御用アクチュエ−タの制御量を
    生成して出力する調整手段とを備えてなることを特徴と
    するガスタ−ビン等の空気流量制御装置。
  4. 【請求項4】 可変翼の角度を検出する角度センサから
    の検出値に基づいてフィードバック制御のための主指令
    値を生成する主制御手段と、前記駆動軸の歪量を検出す
    る歪ゲージからの歪量に基づいて制御不安定を引き起こ
    している主指令値を相殺する補正指令値を生成する補助
    制御手段と、前記補正指令値を主指令値に加算して空気
    制御用アクチュエ−タの制御量を生成して出力する調整
    手段とを備えてなることを特徴とするガスタ−ビン等の
    空気流量制御装置。
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