JP3160757B2 - ガスタービンエンジン排気温度制御装置および制御方法 - Google Patents
ガスタービンエンジン排気温度制御装置および制御方法Info
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- JP3160757B2 JP3160757B2 JP24375096A JP24375096A JP3160757B2 JP 3160757 B2 JP3160757 B2 JP 3160757B2 JP 24375096 A JP24375096 A JP 24375096A JP 24375096 A JP24375096 A JP 24375096A JP 3160757 B2 JP3160757 B2 JP 3160757B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば航空機
のターボファンエンジン、ターボシャフトエンジンや発
電用ガスタービン等のガスタービンエンジン排気温度制
御装置および方法に関する。
のターボファンエンジン、ターボシャフトエンジンや発
電用ガスタービン等のガスタービンエンジン排気温度制
御装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンは、回転型圧縮機
とタービンとを組み合わせた原動機であり、航空機用タ
ーボファンエンジンにおいては、タービン通過後あるい
はアフターバーナ燃焼後のガスエネルギを効果的に推力
に変換するための排気ジェットノズル等を、ターボシャ
フトエンジン、発電用ガスタービン等のガスタービンエ
ンジンにおいてはタービン通過後のガスエネルギを効果
的に回転軸出力に変換するための出力タービン等を備え
た熱機関である。
とタービンとを組み合わせた原動機であり、航空機用タ
ーボファンエンジンにおいては、タービン通過後あるい
はアフターバーナ燃焼後のガスエネルギを効果的に推力
に変換するための排気ジェットノズル等を、ターボシャ
フトエンジン、発電用ガスタービン等のガスタービンエ
ンジンにおいてはタービン通過後のガスエネルギを効果
的に回転軸出力に変換するための出力タービン等を備え
た熱機関である。
【０００３】ガスタービンエンジン制御の役割は、エン
ジンの定常作動時及び負荷変動状態にある過渡作動時に
おいて、エンジンの有する性能（推力、出力等）が操作
員（または上位の装置）の要求通りに発揮されるように
するとともに、エンジン各部の温度、圧力、回転数等が
定められた制限値を満足し（制限制御という。）、エン
ジン作動が常に最適に保たれるよう供給する燃料流量等
を適切に調節することである。
ジンの定常作動時及び負荷変動状態にある過渡作動時に
おいて、エンジンの有する性能（推力、出力等）が操作
員（または上位の装置）の要求通りに発揮されるように
するとともに、エンジン各部の温度、圧力、回転数等が
定められた制限値を満足し（制限制御という。）、エン
ジン作動が常に最適に保たれるよう供給する燃料流量等
を適切に調節することである。
【０００４】制限制御のうちで、排気温度の制御は極め
て重要である。なぜなら、第１に、同じ内燃機関でも、
ピストンエンジンにおいて、シリンダが高温燃焼ガスと
冷気を交互に取り扱うので、壁温を燃焼ガス温度に比べ
低く保てるのに対し、ガスタービンエンジンでは、ター
ビン翼は回転による遠心力に加えて常に高温ガスにさら
されるため、タービン翼は強度的及び熱的に材料の限界
付近で使用されることが多く、第２に、負荷変動に強い
というガスタービンの特性を発揮するために、低負荷か
ら高負荷までの急加速性が要求されるのに対し、急加速
時は定常作動時よりも多量の燃料が供給され、燃焼ガス
温度は非常に高温となるため、タービン翼温度及び燃焼
ガス温度に対応する排気温度を制限値内に正確に制御す
ることで、間接的に燃焼ガス温度を最適に制御し、ひい
てはタービン翼の温度制限超過を防ぎ、過温度によるタ
ービン翼破損に起因するエンジン破壊を防止しているか
らである。
て重要である。なぜなら、第１に、同じ内燃機関でも、
ピストンエンジンにおいて、シリンダが高温燃焼ガスと
冷気を交互に取り扱うので、壁温を燃焼ガス温度に比べ
低く保てるのに対し、ガスタービンエンジンでは、ター
ビン翼は回転による遠心力に加えて常に高温ガスにさら
されるため、タービン翼は強度的及び熱的に材料の限界
付近で使用されることが多く、第２に、負荷変動に強い
というガスタービンの特性を発揮するために、低負荷か
ら高負荷までの急加速性が要求されるのに対し、急加速
時は定常作動時よりも多量の燃料が供給され、燃焼ガス
温度は非常に高温となるため、タービン翼温度及び燃焼
ガス温度に対応する排気温度を制限値内に正確に制御す
ることで、間接的に燃焼ガス温度を最適に制御し、ひい
てはタービン翼の温度制限超過を防ぎ、過温度によるタ
ービン翼破損に起因するエンジン破壊を防止しているか
らである。
【０００５】さて、例えば航空機用ターボファンエンジ
ンを例に挙げると、この種のエンジンの系統図の一例は
図３に示すようになり、ガスタービンエンジン１、パワ
ーレバー９、制御装置１２、燃料制限装置１１、油圧燃
料コントロール２により主に構成される。ここで、前記
ガスタービンエンジン１のエンジン出力が増加すると、
これに伴って流入する空気の量が増加し、吸入空気量に
応じた燃料を供給し続けるように油圧燃料コントロール
２を制御すると、さらにエンジン出力が増加してしま
う。また、ターボファンエンジンでは、排気ノズル３を
噴出する高圧ガスによって発生する推力値を直接正確に
検出することは困難であるため、燃焼ガスの温度（排気
温度）から推力値を算出している。
ンを例に挙げると、この種のエンジンの系統図の一例は
図３に示すようになり、ガスタービンエンジン１、パワ
ーレバー９、制御装置１２、燃料制限装置１１、油圧燃
料コントロール２により主に構成される。ここで、前記
ガスタービンエンジン１のエンジン出力が増加すると、
これに伴って流入する空気の量が増加し、吸入空気量に
応じた燃料を供給し続けるように油圧燃料コントロール
２を制御すると、さらにエンジン出力が増加してしま
う。また、ターボファンエンジンでは、排気ノズル３を
噴出する高圧ガスによって発生する推力値を直接正確に
検出することは困難であるため、燃焼ガスの温度（排気
温度）から推力値を算出している。
【０００６】そこで、同図の構成においては、前記ガス
タービンエンジン１の吸入空気量及び操作員が前記パワ
ーレバー９の位置によって指示する出力（推力）要求に
応じて、前記ガスタービンエンジン１に供給する燃料の
量を適切に設定することにより、排気温度を直接的に制
御し、この作用に基づいて、前記ガスタービンエンジン
１の推力を間接的に制御している。このため、前記燃料
制限装置１１は、前記制御装置１２からの各種制限制御
信号と加速制御信号とパワーレバー指示に基づく定常制
御信号と減速制御信号と排気温度制限値信号ＥＧＴMAX
と、温度センサ１０の検出する排気温度信号ＥＧＴと
を、排気温度制御回路Ａ及び高・低値選択回路Ｃによっ
て演算処理し、前記油圧燃料コントロール２へ燃料供給
指令信号ｆを出力する。
タービンエンジン１の吸入空気量及び操作員が前記パワ
ーレバー９の位置によって指示する出力（推力）要求に
応じて、前記ガスタービンエンジン１に供給する燃料の
量を適切に設定することにより、排気温度を直接的に制
御し、この作用に基づいて、前記ガスタービンエンジン
１の推力を間接的に制御している。このため、前記燃料
制限装置１１は、前記制御装置１２からの各種制限制御
信号と加速制御信号とパワーレバー指示に基づく定常制
御信号と減速制御信号と排気温度制限値信号ＥＧＴMAX
と、温度センサ１０の検出する排気温度信号ＥＧＴと
を、排気温度制御回路Ａ及び高・低値選択回路Ｃによっ
て演算処理し、前記油圧燃料コントロール２へ燃料供給
指令信号ｆを出力する。
【０００７】前記排気温度制御回路Ａは、前記排気温度
信号ＥＧＴと前記排気温度制限値信号ＥＧＴMAXの温度
差信号を常時発生する減算器２１と、この温度差信号を
受け、固定値の利得をもって前記温度差信号を増幅する
増幅器２４を備え、出力信号ａを発生する。
信号ＥＧＴと前記排気温度制限値信号ＥＧＴMAXの温度
差信号を常時発生する減算器２１と、この温度差信号を
受け、固定値の利得をもって前記温度差信号を増幅する
増幅器２４を備え、出力信号ａを発生する。
【０００８】前記高・低値選択回路Ｃは、前記制御装置
１２が出力する各種制限制御信号ｇ（例えば、ガスジェ
ネレータ圧力制御信号やファン回転数制限制御信号）と
前記排気温度制御回路Ａの出力信号ａを常時比較して最
低値を選択出力する第１の低値選択回路２７と、遅延器
により保持した回路出力信号ｄの前回値を前記第１の低
値選択回路２７の出力信号ｂに対して加算器により重畳
させて積分演算を行う積分回路Ｄを結合する傍ら、この
積分器出力信号ｃと前記制御装置からの所定加速スケジ
ュールに従った加速制御信号ｈと前記制御装置からのパ
ワーレバー指示に従った定常制御信号ｉを常時比較して
最低値を選択出力する第２の低値選択回路２９と、この
低値選択回路の出力信号ｄと前記制御装置１２からの所
定減速スケジュールに従った減速制御信号ｊを常時比較
して高値を選択出力する高値選択回路３０を備え、前記
油圧燃料コントロール２へ適切な前記燃料供給指令信号
ｆを出力することによって前記排気温度信号ＥＧＴを制
御する。
１２が出力する各種制限制御信号ｇ（例えば、ガスジェ
ネレータ圧力制御信号やファン回転数制限制御信号）と
前記排気温度制御回路Ａの出力信号ａを常時比較して最
低値を選択出力する第１の低値選択回路２７と、遅延器
により保持した回路出力信号ｄの前回値を前記第１の低
値選択回路２７の出力信号ｂに対して加算器により重畳
させて積分演算を行う積分回路Ｄを結合する傍ら、この
積分器出力信号ｃと前記制御装置からの所定加速スケジ
ュールに従った加速制御信号ｈと前記制御装置からのパ
ワーレバー指示に従った定常制御信号ｉを常時比較して
最低値を選択出力する第２の低値選択回路２９と、この
低値選択回路の出力信号ｄと前記制御装置１２からの所
定減速スケジュールに従った減速制御信号ｊを常時比較
して高値を選択出力する高値選択回路３０を備え、前記
油圧燃料コントロール２へ適切な前記燃料供給指令信号
ｆを出力することによって前記排気温度信号ＥＧＴを制
御する。
【０００９】つぎに、前記構成の動作を説明する。以
下、説明の便宜上、低負荷（例えば、アイドル状態）で
作動するガスタービン１に対し、操作員によるパワーレ
バー操作によって最大定格推力（出力）までの急加速が
要求される場合について説明する。
下、説明の便宜上、低負荷（例えば、アイドル状態）で
作動するガスタービン１に対し、操作員によるパワーレ
バー操作によって最大定格推力（出力）までの急加速が
要求される場合について説明する。
【００１０】いま、アイドル状態においては、パワーレ
バー９のアイドル位置に対応する定常制御信号ｉが低値
選択回路２９及び高値選択回路３０において選択出力さ
れているが、急加速要求によって、パワーレバー９が最
大定格推力位置に移動すると、定常制御信号ｉは最大定
格推力相当と高くなる。また、急加速要求開始直後は、
排気温度制限値信号ＥＧＴMAXが排気温度信号ＥＧＴに
比べて十分余裕があるため、前記排気温度制御回路Ａの
出力信号ａは十分高く、同様に前記制御装置１２の出力
する各種制限制御信号ｇも高いので、低値選択回路２７
の出力信号ｂも高い（正値）。よって、積分回路Ｄの出
力信号ｃも高い。
バー９のアイドル位置に対応する定常制御信号ｉが低値
選択回路２９及び高値選択回路３０において選択出力さ
れているが、急加速要求によって、パワーレバー９が最
大定格推力位置に移動すると、定常制御信号ｉは最大定
格推力相当と高くなる。また、急加速要求開始直後は、
排気温度制限値信号ＥＧＴMAXが排気温度信号ＥＧＴに
比べて十分余裕があるため、前記排気温度制御回路Ａの
出力信号ａは十分高く、同様に前記制御装置１２の出力
する各種制限制御信号ｇも高いので、低値選択回路２７
の出力信号ｂも高い（正値）。よって、積分回路Ｄの出
力信号ｃも高い。
【００１１】そのため、低値選択回路２９が受ける加速
制御信号ｈと定常制御信号ｉと前記出力信号ｃのうちで
は、加速制御信号ｈが選択され、出力信号ｄとして出力
される。さらに、前記出力信号ｄは、減速制御信号に比
べ十分高く、前記高値選択回路３０においても選択出力
されるので、前記加速制御信号ｈである出力信号ｄが燃
料供給指令信号ｆとして、前記油圧燃料コントロール２
へ出力される。
制御信号ｈと定常制御信号ｉと前記出力信号ｃのうちで
は、加速制御信号ｈが選択され、出力信号ｄとして出力
される。さらに、前記出力信号ｄは、減速制御信号に比
べ十分高く、前記高値選択回路３０においても選択出力
されるので、前記加速制御信号ｈである出力信号ｄが燃
料供給指令信号ｆとして、前記油圧燃料コントロール２
へ出力される。
【００１２】加速後半において、加速制御信号ｈによっ
て加速中、すなわち排気温度が上昇傾向にある状況にお
いて、排気温度信号ＥＧＴが排気温度制限値信号ＥＧＴ
MAXに近づくと、前記排気温度制御回路Ａの出力信号ａ
の値は、時点ｔ１において正値から負値へ変化し（排気
温度制御回路による燃料調節の開始）、第１の低値選択
回路２７の出力信号ｂとなる。
て加速中、すなわち排気温度が上昇傾向にある状況にお
いて、排気温度信号ＥＧＴが排気温度制限値信号ＥＧＴ
MAXに近づくと、前記排気温度制御回路Ａの出力信号ａ
の値は、時点ｔ１において正値から負値へ変化し（排気
温度制御回路による燃料調節の開始）、第１の低値選択
回路２７の出力信号ｂとなる。
【００１３】この結果、積分回路Ｄの出力信号ｃは、減
少を開始し、この信号ｃが第２の低値選択回路の出力信
号ｄとして、高値選択回路３０へ出力される。また、通
常の加速においては、信号ｄが減速制御信号よりも高値
であるから、そのまま油圧燃料コントロール２へ燃料供
給指令信号ｆとして出力される。図４（ａ）と（ｂ）の
実線は、それぞれ、前述のパワーレバー操作に対応した
急加速時の排気温度信号ＥＧＴと燃料供給指令信号ｆを
示したものである。
少を開始し、この信号ｃが第２の低値選択回路の出力信
号ｄとして、高値選択回路３０へ出力される。また、通
常の加速においては、信号ｄが減速制御信号よりも高値
であるから、そのまま油圧燃料コントロール２へ燃料供
給指令信号ｆとして出力される。図４（ａ）と（ｂ）の
実線は、それぞれ、前述のパワーレバー操作に対応した
急加速時の排気温度信号ＥＧＴと燃料供給指令信号ｆを
示したものである。
【００１４】信号ｆは、急加速開始の時点ｔ０から時点
ｔ１までは、加速制御信号ｈと等しいが、排気温度制御
回路による燃料調節が開始した時点ｔ１以降、減少側に
転じており、これにともない、ＥＧＴが制限値内に保持
されていることがわかる。なお、同図において、加速時
間はＴ１で示されている。
ｔ１までは、加速制御信号ｈと等しいが、排気温度制御
回路による燃料調節が開始した時点ｔ１以降、減少側に
転じており、これにともない、ＥＧＴが制限値内に保持
されていることがわかる。なお、同図において、加速時
間はＴ１で示されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】前記燃料制限装置１１
における排気温度制御は、高・低値選択回路Ｃの低値選
択回路２９に結合された積分回路Ｄを通じて実施してお
り、前記排気温度制御回路Ａの増幅器２４の増幅器利得
である固定値ゲイン２２が、排気温度の積分制御の積分
ゲインに相当するが、この積分ゲインは、前記ガスター
ビンエンジンの最大定格出力において、適切な排気温度
制御特性が得られるように設定している。
における排気温度制御は、高・低値選択回路Ｃの低値選
択回路２９に結合された積分回路Ｄを通じて実施してお
り、前記排気温度制御回路Ａの増幅器２４の増幅器利得
である固定値ゲイン２２が、排気温度の積分制御の積分
ゲインに相当するが、この積分ゲインは、前記ガスター
ビンエンジンの最大定格出力において、適切な排気温度
制御特性が得られるように設定している。
【００１６】しかしながら、本構成では、過渡作動時等
の最大定格出力以外のエンジン作動状態において、適切
な排気温度制御特性が得られるとは限らない。特に、高
運動性が要求される航空機等では、迅速なエンジン加速
性が要求され、エンジン加速時間を短縮するために、前
記制御装置の所定加速スケジュールを高めて加速制御信
号を高める手段がとられるが、そうした場合、エンジン
加速中の前記油圧燃料コントロールからの燃料供給量が
増大し、エンジン加速中に排気温度が制限値を超過しや
すい状況となる。しかしながら、前述したように、エン
ジン加速中の排気温度制御特性が適切でないと、排気温
度の制限値超過、ハンティング等の望ましくない現象が
発生するため、前記加速制御信号を高めることはでき
ず、加速時間を短縮するという要求を満足することがで
きない。
の最大定格出力以外のエンジン作動状態において、適切
な排気温度制御特性が得られるとは限らない。特に、高
運動性が要求される航空機等では、迅速なエンジン加速
性が要求され、エンジン加速時間を短縮するために、前
記制御装置の所定加速スケジュールを高めて加速制御信
号を高める手段がとられるが、そうした場合、エンジン
加速中の前記油圧燃料コントロールからの燃料供給量が
増大し、エンジン加速中に排気温度が制限値を超過しや
すい状況となる。しかしながら、前述したように、エン
ジン加速中の排気温度制御特性が適切でないと、排気温
度の制限値超過、ハンティング等の望ましくない現象が
発生するため、前記加速制御信号を高めることはでき
ず、加速時間を短縮するという要求を満足することがで
きない。
【００１７】すなわち、前記固定値ゲイン２２が低い場
合、エンジンの加速特性を向上させるため、前記制御装
置１２の出力する加速制御信号を高めていくと、急加速
要求開始後、前記燃料制限装置の出力信号である燃料供
給指令信号ｆは、図４（ｂ）の破線で示すように加速初
期段階で増加し、排気温度信号ＥＧＴの増加も迅速とな
る。この迅速なＥＧＴの上昇に対し、時点ｔ１’以降、
排気温度制御回路の作動により信号ｆは減少するが、減
少の度合いが緩慢なため、ＥＧＴの制限値超過及び変動
が発生する（同図（ａ）破線）。しかも、ＥＧＴの整定
に時間を要するため、加速時間は、Ｔ１’であり、加速
スケジュールを高める前の加速時間Ｔ１とほとんど変わ
らない。一方、図には示していないが、前記固定値ゲイ
ン２２を高めると、同様の急加速要求に対し、ＥＧＴが
振動するハンティング現象が発生し、制御特性は悪化す
る。
合、エンジンの加速特性を向上させるため、前記制御装
置１２の出力する加速制御信号を高めていくと、急加速
要求開始後、前記燃料制限装置の出力信号である燃料供
給指令信号ｆは、図４（ｂ）の破線で示すように加速初
期段階で増加し、排気温度信号ＥＧＴの増加も迅速とな
る。この迅速なＥＧＴの上昇に対し、時点ｔ１’以降、
排気温度制御回路の作動により信号ｆは減少するが、減
少の度合いが緩慢なため、ＥＧＴの制限値超過及び変動
が発生する（同図（ａ）破線）。しかも、ＥＧＴの整定
に時間を要するため、加速時間は、Ｔ１’であり、加速
スケジュールを高める前の加速時間Ｔ１とほとんど変わ
らない。一方、図には示していないが、前記固定値ゲイ
ン２２を高めると、同様の急加速要求に対し、ＥＧＴが
振動するハンティング現象が発生し、制御特性は悪化す
る。
【００１８】このように、本構成では、制御装置の所定
加速スケジュールを高めて加速制御信号を高めると、過
渡作動時の排気温度制御特性が悪化し、排気温度の制限
値超過等が発生するため、加速時間を短縮することがで
きない。本発明は、上記課題を解決するためになされた
もので、定常作動時、過渡作動時等のガスタービンエン
ジンの運用におけるいかなる作動状態においても、優れ
た制御特性をもって排気温度を運用制限値以下に抑える
ように燃料供給ができ、さらに加速時間を短縮すること
ができるガスタービンエンジン排気温度制御装置および
制御方法を提供することを目的としている。
加速スケジュールを高めて加速制御信号を高めると、過
渡作動時の排気温度制御特性が悪化し、排気温度の制限
値超過等が発生するため、加速時間を短縮することがで
きない。本発明は、上記課題を解決するためになされた
もので、定常作動時、過渡作動時等のガスタービンエン
ジンの運用におけるいかなる作動状態においても、優れ
た制御特性をもって排気温度を運用制限値以下に抑える
ように燃料供給ができ、さらに加速時間を短縮すること
ができるガスタービンエンジン排気温度制御装置および
制御方法を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、ガスタービンエンジン排気温度制御装
置に係わる手段として、ガスタービンエンジンの排気温
度を示す排気温度信号ＥＧＴと前記排気温度の制限値を
示す排気温度制限値信号ＥＧＴMAXとを比較して増幅
し、排気温度信号ＥＧＴが排気温度制限値信号ＥＧＴ
MAXに近づくと正値から負値に変化する出力信号ａを出
力する第１の排気温度制御回路と、前記出力信号ａある
いはガスタービンエンジンの動作に係わる各種制御量を
示す各種制限制御信号ｇのうち最も低い値の信号を出力
信号ｂとして選択的に出力する第１の低値選択回路と、
第２の低値選択回路の出力信号ｄの遅延信号を前記出力
信号ｂに加算し出力信号ｃとして前記第２の低値選択回
路に出力する積分回路と、前記出力信号ｃあるいはガス
タービンエンジンの加速時の加速スケジュールを規定す
る加速制御信号ｈ、パワーレバーの指示値を示す定常制
御信号ｉのうち最も低い値の信号を前記出力信号ｄとし
て選択的に出力する前記第２の低値選択回路と、前記出
力信号ｄあるいはガスタービンエンジンの減速時の減速
スケジュールを規定する減速制御信号ｊのうち何れか高
い値の信号を燃料供給指令信号ｆとしてガスタービンエ
ンジンへの燃料供給量を制御する油圧燃料コントロール
に選択出力する高値選択回路とからなり、ガスタービン
エンジンの加速時に前記加速制御信号ｈを選択して燃料
供給指令信号ｆとすると共に、ガスタービンエンジンの
加速時において前記排気温度信号ＥＧＴが排気温度制限
値信号ＥＧＴMAXに近づくと、前記出力信号ａを選択し
て燃料供給指令信号ｆとするガスタービンエンジン排気
温度制御装置において、前記排気温度信号ＥＧＴと排気
温度制限値信号ＥＧＴMAXとを比較して増幅し、排気温
度信号ＥＧＴが排気温度制限値信号ＥＧＴ MAX に近づく
とゼロから負値に変化する出力信号ｋを出力する第２の
排気温度制御回路と、前記第２の低値選択回路と高値選
択回路との間に介挿され、前記出力信号ｋを出力信号ｄ
に加算して高値選択回路に出力する加算器とを具備する
手段を採用する。このような手段において、排気温度制
限値信号ＥＧＴMAXから排気温度信号ＥＧＴを減算する
減算器と、ガスタービンエンジンの回転数を示す回転数
信号Ｎｇの変化分を算出して出力信号Ｎｇ2’を出力す
る微分回路と、前記出力信号Ｎｇ2’によって制御され
る利得に基づいて前記減算器の出力を増幅し、かつ、排
気温度信号ＥＧＴが排気温度制限値信号ＥＧＴ MAX に近
づくとゼロから負値に変化する出力信号ｋを出力する増
幅器とから第２の排気温度制御回路を構成するという手
段を採用しても良い。また、本発明では、ガスタービン
エンジン排気温度制御方法に係わる手段として、ガスタ
ービンエンジンの加速時に加速スケジュールを規定する
加速制御信号ｈを燃料供給指令信号ｆとしてガスタービ
ンエンジンへの燃料供給量を制御する油圧燃料コントロ
ールに出力すると共に、ガスタービンエンジンの加速時
においてガスタービンエンジンの排気温度を示す排気温
度信号ＥＧＴが前記排気温度の制限値を示す排気温度制
限値信号ＥＧＴMAXに近づくと正値から負値に変化する
出力信号ａを前記燃料供給指令信号ｆとするガスタービ
ンエンジン排気温度制御方法において、排気温度信号Ｅ
ＧＴが排気温度制限値信号ＥＧＴ MAX に近づくとゼロか
ら負値に変化する出力信号ｋを生成し、該出力信号ｋを
前記出力信号ｄに加算して燃料供給指令信号ｆとすると
いう手段を採用する。この手段においては、ガスタービ
ンエンジンの回転数変化の激しいときに出力信号ｋを増
加させるという手段を採用しても良い。
に、本発明では、ガスタービンエンジン排気温度制御装
置に係わる手段として、ガスタービンエンジンの排気温
度を示す排気温度信号ＥＧＴと前記排気温度の制限値を
示す排気温度制限値信号ＥＧＴMAXとを比較して増幅
し、排気温度信号ＥＧＴが排気温度制限値信号ＥＧＴ
MAXに近づくと正値から負値に変化する出力信号ａを出
力する第１の排気温度制御回路と、前記出力信号ａある
いはガスタービンエンジンの動作に係わる各種制御量を
示す各種制限制御信号ｇのうち最も低い値の信号を出力
信号ｂとして選択的に出力する第１の低値選択回路と、
第２の低値選択回路の出力信号ｄの遅延信号を前記出力
信号ｂに加算し出力信号ｃとして前記第２の低値選択回
路に出力する積分回路と、前記出力信号ｃあるいはガス
タービンエンジンの加速時の加速スケジュールを規定す
る加速制御信号ｈ、パワーレバーの指示値を示す定常制
御信号ｉのうち最も低い値の信号を前記出力信号ｄとし
て選択的に出力する前記第２の低値選択回路と、前記出
力信号ｄあるいはガスタービンエンジンの減速時の減速
スケジュールを規定する減速制御信号ｊのうち何れか高
い値の信号を燃料供給指令信号ｆとしてガスタービンエ
ンジンへの燃料供給量を制御する油圧燃料コントロール
に選択出力する高値選択回路とからなり、ガスタービン
エンジンの加速時に前記加速制御信号ｈを選択して燃料
供給指令信号ｆとすると共に、ガスタービンエンジンの
加速時において前記排気温度信号ＥＧＴが排気温度制限
値信号ＥＧＴMAXに近づくと、前記出力信号ａを選択し
て燃料供給指令信号ｆとするガスタービンエンジン排気
温度制御装置において、前記排気温度信号ＥＧＴと排気
温度制限値信号ＥＧＴMAXとを比較して増幅し、排気温
度信号ＥＧＴが排気温度制限値信号ＥＧＴ MAX に近づく
とゼロから負値に変化する出力信号ｋを出力する第２の
排気温度制御回路と、前記第２の低値選択回路と高値選
択回路との間に介挿され、前記出力信号ｋを出力信号ｄ
に加算して高値選択回路に出力する加算器とを具備する
手段を採用する。このような手段において、排気温度制
限値信号ＥＧＴMAXから排気温度信号ＥＧＴを減算する
減算器と、ガスタービンエンジンの回転数を示す回転数
信号Ｎｇの変化分を算出して出力信号Ｎｇ2’を出力す
る微分回路と、前記出力信号Ｎｇ2’によって制御され
る利得に基づいて前記減算器の出力を増幅し、かつ、排
気温度信号ＥＧＴが排気温度制限値信号ＥＧＴ MAX に近
づくとゼロから負値に変化する出力信号ｋを出力する増
幅器とから第２の排気温度制御回路を構成するという手
段を採用しても良い。また、本発明では、ガスタービン
エンジン排気温度制御方法に係わる手段として、ガスタ
ービンエンジンの加速時に加速スケジュールを規定する
加速制御信号ｈを燃料供給指令信号ｆとしてガスタービ
ンエンジンへの燃料供給量を制御する油圧燃料コントロ
ールに出力すると共に、ガスタービンエンジンの加速時
においてガスタービンエンジンの排気温度を示す排気温
度信号ＥＧＴが前記排気温度の制限値を示す排気温度制
限値信号ＥＧＴMAXに近づくと正値から負値に変化する
出力信号ａを前記燃料供給指令信号ｆとするガスタービ
ンエンジン排気温度制御方法において、排気温度信号Ｅ
ＧＴが排気温度制限値信号ＥＧＴ MAX に近づくとゼロか
ら負値に変化する出力信号ｋを生成し、該出力信号ｋを
前記出力信号ｄに加算して燃料供給指令信号ｆとすると
いう手段を採用する。この手段においては、ガスタービ
ンエンジンの回転数変化の激しいときに出力信号ｋを増
加させるという手段を採用しても良い。
【００２０】上記構成によれば、ガスタービンエンジン
の最大出力での定常作動状態だけでなく、急加速等の過
渡作動状態において、制御装置が出力する排気温度制限
値信号と排気温度信号との差信号に基づいて出力信号を
発生する第１及び第２の排気温度制御回路のうち、積分
回路に接続された前記第１の排気温度制御回路により安
定かつ精密な排気温度制御特性を、前記第２の排気温度
制御回路の出力信号を加算器により第２の低値選択回路
の出力信号へ重畳させることにより、過渡時の迅速な排
気温度制御特性とを得、前記ガスタービンエンジンのい
かなる作動状態においても排気温度が制限値を越えない
ように供給する燃料の量を制御することができる。
の最大出力での定常作動状態だけでなく、急加速等の過
渡作動状態において、制御装置が出力する排気温度制限
値信号と排気温度信号との差信号に基づいて出力信号を
発生する第１及び第２の排気温度制御回路のうち、積分
回路に接続された前記第１の排気温度制御回路により安
定かつ精密な排気温度制御特性を、前記第２の排気温度
制御回路の出力信号を加算器により第２の低値選択回路
の出力信号へ重畳させることにより、過渡時の迅速な排
気温度制御特性とを得、前記ガスタービンエンジンのい
かなる作動状態においても排気温度が制限値を越えない
ように供給する燃料の量を制御することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１は、本発明のガスタービン
エンジン排気温度制御装置および制御方法の一例を示
し、同図において、図３で示す従来例と同一部分には同
一の符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。
面に基づいて説明する。図１は、本発明のガスタービン
エンジン排気温度制御装置および制御方法の一例を示
し、同図において、図３で示す従来例と同一部分には同
一の符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。
【００２２】図１において、図３と相違する点は、燃料
制限装置において、第２の排気温度制御回路Ｂを備え、
高・低値選択回路Ｃの第２の低値選択回路２９の出力信
号ｄには、前記第２の排気温度制御回路Ｂの出力信号ｋ
を重畳させる加算器２６を備えている。
制限装置において、第２の排気温度制御回路Ｂを備え、
高・低値選択回路Ｃの第２の低値選択回路２９の出力信
号ｄには、前記第２の排気温度制御回路Ｂの出力信号ｋ
を重畳させる加算器２６を備えている。
【００２３】また、前記第１の排気温度制御回路Ａ及び
第２の排気温度制御回路Ｂには、ガスタービンエンジン
のガスジェネレータ回転数を検出する回転センサ８から
の検出信号である回転数信号Ｎｇを印加し、さらに、こ
の回転数信号Ｎｇの変化分を算出する第１の微分回路２
３及び第２の微分回路３３を備え、その出力信号Ｎｇ
１’及びＮｇ２’によって増幅器２４及び３４の利得を
制御する。
第２の排気温度制御回路Ｂには、ガスタービンエンジン
のガスジェネレータ回転数を検出する回転センサ８から
の検出信号である回転数信号Ｎｇを印加し、さらに、こ
の回転数信号Ｎｇの変化分を算出する第１の微分回路２
３及び第２の微分回路３３を備え、その出力信号Ｎｇ
１’及びＮｇ２’によって増幅器２４及び３４の利得を
制御する。
【００２４】すなわち、第１の排気温度制御回路Ａにお
いては、増幅器２４によって減算器２１の出力信号と微
分回路２３の出力信号Ｎｇ１’とが乗算され、出力信号
ａが低値選択回路２７に印加され、第２の排気温度制御
回路Ｂにおいては、増幅器３４によって減算器３１の出
力信号と微分回路３３の出力信号Ｎｇ２’とが乗算さ
れ、出力信号ｋが加算器２６に印加される。なお、第２
の排気温度制御回路Ｂは、エンジン加速時に迅速な燃料
制御効果（燃料減少作用）を得るためにあるので、加速
制御信号ｈに従う通常のエンジン加速中に、加算器２６
によって、正値の増幅器３４の出力信号ｋが重畳され
て、低値選択回路２９の出力信号ｄが燃料増加側にバイ
アスすることのないよう、前記出力信号ｋが正値となら
ないように増幅器３４は設定している。
いては、増幅器２４によって減算器２１の出力信号と微
分回路２３の出力信号Ｎｇ１’とが乗算され、出力信号
ａが低値選択回路２７に印加され、第２の排気温度制御
回路Ｂにおいては、増幅器３４によって減算器３１の出
力信号と微分回路３３の出力信号Ｎｇ２’とが乗算さ
れ、出力信号ｋが加算器２６に印加される。なお、第２
の排気温度制御回路Ｂは、エンジン加速時に迅速な燃料
制御効果（燃料減少作用）を得るためにあるので、加速
制御信号ｈに従う通常のエンジン加速中に、加算器２６
によって、正値の増幅器３４の出力信号ｋが重畳され
て、低値選択回路２９の出力信号ｄが燃料増加側にバイ
アスすることのないよう、前記出力信号ｋが正値となら
ないように増幅器３４は設定している。
【００２５】つぎに、前記構成の動作を説明する。い
ま、加速時間を短縮するために制御装置１２の所定加速
スケジュールを高めているガスタービンエンジン１にお
いて、操作員によるパワーレバー操作によって低負荷か
ら最大定格までの急加速が要求されるとすると、急加速
要求開始後は、排気温度制限値信号ＥＧＴMAXが排気温度
信号ＥＧＴに比べて十分余裕があるため、前記制御装置
１２からの加速制御信号ｈが低値選択回路２９において
選択出力され、増幅器３４の上述の設定により、加算器
２６の出力信号ｅは、低値選択回路２９の出力信号ｄと
等しく、高値選択回路３０においても本信号が選択さ
れ、燃料供給指令信号ｆとなって、油圧燃料コントロー
ルに供給される。
ま、加速時間を短縮するために制御装置１２の所定加速
スケジュールを高めているガスタービンエンジン１にお
いて、操作員によるパワーレバー操作によって低負荷か
ら最大定格までの急加速が要求されるとすると、急加速
要求開始後は、排気温度制限値信号ＥＧＴMAXが排気温度
信号ＥＧＴに比べて十分余裕があるため、前記制御装置
１２からの加速制御信号ｈが低値選択回路２９において
選択出力され、増幅器３４の上述の設定により、加算器
２６の出力信号ｅは、低値選択回路２９の出力信号ｄと
等しく、高値選択回路３０においても本信号が選択さ
れ、燃料供給指令信号ｆとなって、油圧燃料コントロー
ルに供給される。
【００２６】加速中に排気温度信号ＥＧＴが排気温度制
限値信号ＥＧＴMAXに近づくと、前記排気温度制御回路Ａ
の出力信号ａは、正値から負値へ変化し、低値選択回路
２９の出力信号ｄを燃料減少側に調節するが、排気温度
制御回路Ａの設定が最大定格作動での安定性を重視して
おり、本回路にもとづく燃料供給指令信号ｆの変化は緩
やかである。
限値信号ＥＧＴMAXに近づくと、前記排気温度制御回路Ａ
の出力信号ａは、正値から負値へ変化し、低値選択回路
２９の出力信号ｄを燃料減少側に調節するが、排気温度
制御回路Ａの設定が最大定格作動での安定性を重視して
おり、本回路にもとづく燃料供給指令信号ｆの変化は緩
やかである。
【００２７】他方、前記排気温度制御回路Ｂの出力信号
ｋの負値側への変化は、図２（ｂ）時点ｔ１における信
号ｆの減少に示すように、加算器２６を通じて迅速に燃
料供給指令信号ｆの変化となって現れ、排気温度制御回
路Ａの燃料制限作用を補い、これを受けた油圧燃料コン
トロールの燃料供給により、同図（ａ）に示すように排
気温度信号ＥＧＴも迅速に排気温度制限値に整定する。
加速時間はＴと短い。さらに、エンジンが整定後は、ガ
スジェネレータ回転数信号Ｎｇの変化分はわずかで、排
気温度制御回路Ｂの作用もわずかであり、排気温度の制
御は、主として排気温度制御回路Ａの作用により実施さ
れる。なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変更できる。
ｋの負値側への変化は、図２（ｂ）時点ｔ１における信
号ｆの減少に示すように、加算器２６を通じて迅速に燃
料供給指令信号ｆの変化となって現れ、排気温度制御回
路Ａの燃料制限作用を補い、これを受けた油圧燃料コン
トロールの燃料供給により、同図（ａ）に示すように排
気温度信号ＥＧＴも迅速に排気温度制限値に整定する。
加速時間はＴと短い。さらに、エンジンが整定後は、ガ
スジェネレータ回転数信号Ｎｇの変化分はわずかで、排
気温度制御回路Ｂの作用もわずかであり、排気温度の制
御は、主として排気温度制御回路Ａの作用により実施さ
れる。なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変更できる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ガスタービンエンジンの加速時において排気温度信号Ｅ
ＧＴが排気温度制限値信号ＥＧＴ MAX に近づくと、負値
に変化した出力信号ｋが出力信号ｄつまり第２の低値選
択回路の出力（積分回路の後段）に加算されるので、燃
料供給指令信号ｆが直ちに減少して排気温度が該排気温
度の制限値を超過することを効果的に抑制することがで
きる。また、排気温度が該排気温度の制限値に迅速に整
定されるので、加速時間を短縮することができる。
ガスタービンエンジンの加速時において排気温度信号Ｅ
ＧＴが排気温度制限値信号ＥＧＴ MAX に近づくと、負値
に変化した出力信号ｋが出力信号ｄつまり第２の低値選
択回路の出力（積分回路の後段）に加算されるので、燃
料供給指令信号ｆが直ちに減少して排気温度が該排気温
度の制限値を超過することを効果的に抑制することがで
きる。また、排気温度が該排気温度の制限値に迅速に整
定されるので、加速時間を短縮することができる。
【図１】 本発明によるガスタービンエンジン排気温度
制御方式の一例を示す概略的な系統図である。
制御方式の一例を示す概略的な系統図である。
【図２】 図１の排気温度制御動作を説明するための信
号波形図である。
号波形図である。
【図３】 従来の、ガスタービンエンジン排気温度制御
方式を示す概略的な系統図である。
方式を示す概略的な系統図である。
【図４】 図３の排気温度制御動作を説明するための信
号波形図である。
号波形図である。
１ ガスタービンエンジン ２ 油圧燃料コントロール ３ 排気ノズル ４ タービン ５ 回転軸 ６ ファン ７ ガスジェネレータ ８ 回転センサ ９ パワーレバー １０ 温度センサ １１ 燃料制限装置 １２ 制御装置 ２１、３１ 減算器 ２２ 固定値ゲイン ２３、３３ 微分回路 ２４、３４ 増幅器 ２６ 加算器 ２７、２９ 低値選択回路 ３０ 高値選択回路 Ａ 第１の排気温度制御回路 Ｂ 第２の排気温度制御回路 Ｃ 高・低値選択回路 Ｄ 積分回路 ＥＧＴ 排気温度信号 ＥＧＴMAX 排気温度制限値信号 Ｎｇ ガスジェネレータの回転
数信号 ａ 第１の排気温度制御回路
の出力信号 ｂ 第１の低値選択回路の出
力信号 ｃ 積分回路の出力信号 ｄ 第２の低値選択回路の出
力信号 ｅ 加算器の出力信号 ｆ 燃料供給指令信号 ｇ 各種制限制御信号 ｈ 加速制御信号 ｉ 定常制御信号 ｊ 減速制御信号 ｋ 第２の排気温度制御回路
の出力信号
数信号 ａ 第１の排気温度制御回路
の出力信号 ｂ 第１の低値選択回路の出
力信号 ｃ 積分回路の出力信号 ｄ 第２の低値選択回路の出
力信号 ｅ 加算器の出力信号 ｆ 燃料供給指令信号 ｇ 各種制限制御信号 ｈ 加速制御信号 ｉ 定常制御信号 ｊ 減速制御信号 ｋ 第２の排気温度制御回路
の出力信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 草川 剛 東京都西多摩郡瑞穂町殿ケ谷229番地 石川島播磨重工業株式会社 瑞穂工場内 (72)発明者 森岡 禎 東京都品川区上大崎１丁目１番17号 石 川島システムテクノロジー株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−193471（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−93503（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−115746（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−22304（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−7942（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02C 9/28 F02C 9/00
Claims (4)
- 【請求項１】 ガスタービンエンジン（１）の排気温度
を示す排気温度信号ＥＧＴと前記排気温度の制限値を示
す排気温度制限値信号ＥＧＴMAXとを比較して増幅し、
排気温度信号ＥＧＴが排気温度制限値信号ＥＧＴMAXに
近づくと正値から負値に変化する出力信号ａを出力する
第１の排気温度制御回路（Ａ）と、前記出力信号ａある
いはガスタービンエンジンの動作に係わる各種制御量を
示す各種制限制御信号ｇのうち最も低い値の信号を出力
信号ｂとして選択的に出力する第１の低値選択回路（２
７）と、第２の低値選択回路（２９）の出力信号ｄの遅
延信号を前記出力信号ｂに加算し出力信号ｃとして前記
第２の低値選択回路に出力する積分回路（Ｄ）と、前記
出力信号ｃあるいはガスタービンエンジンの加速時の加
速スケジュールを規定する加速制御信号ｈ、パワーレバ
ー（９）の指示値を示す定常制御信号ｉのうち最も低い
値の信号を前記出力信号ｄとして選択的に出力する前記
第２の低値選択回路と、前記出力信号ｄあるいはガスタ
ービンエンジンの減速時の減速スケジュールを規定する
減速制御信号ｊのうち何れか高い値の信号を燃料供給指
令信号ｆとしてガスタービンエンジンへの燃料供給量を
制御する油圧燃料コントロール（２）に選択出力する高
値選択回路（３０）とからなり、ガスタービンエンジン
の加速時に前記加速制御信号ｈを選択して燃料供給指令
信号ｆとすると共に、ガスタービンエンジンの加速時に
おいて前記排気温度信号ＥＧＴが排気温度制限値信号Ｅ
ＧＴMAXに近づくと、前記出力信号ａを選択して燃料供
給指令信号ｆとするガスタービンエンジン排気温度制御
装置において、 前記排気温度信号ＥＧＴと排気温度制限値信号ＥＧＴ
MAXとを比較して増幅し、排気温度信号ＥＧＴが排気温
度制限値信号ＥＧＴ MAX に近づくとゼロから負値に変化
する出力信号ｋを出力する第２の排気温度制御回路
（Ｂ）と、 前記第２の低値選択回路と高値選択回路との間に介挿さ
れ、前記出力信号ｋを出力信号ｄに加算して高値選択回
路に出力する加算器（２６）と、 を具備することを特徴とするガスタービンエンジン排気
温度制御装置。 - 【請求項２】 第２の排気温度制御回路は、 排気温度制限値信号ＥＧＴMAXから排気温度信号ＥＧＴ
を減算する減算器（３１）と、 ガスタービンエンジンの回転数を示す回転数信号Ｎｇの
変化分を算出して出力信号Ｎｇ2’を出力する微分回路
（３３）と、 前記出力信号Ｎｇ2’によって制御される利得に基づい
て前記減算器の出力を増幅し、かつ、排気温度信号ＥＧ
Ｔが排気温度制限値信号ＥＧＴ MAX に近づくとゼロから
負値に変化する出力信号ｋを出力する増幅器（３４）
と、 からなることを特徴とする請求項１記載のガスタービン
エンジン排気温度制御装置。 - 【請求項３】 ガスタービンエンジンの加速時に加速ス
ケジュールを規定する加速制御信号ｈを燃料供給指令信
号ｆとしてガスタービンエンジンへの燃料供給量を制御
する油圧燃料コントロール（２）に出力すると共に、ガ
スタービンエンジンの加速時においてガスタービンエン
ジンの排気温度を示す排気温度信号ＥＧＴが前記排気温
度の制限値を示す排気温度制限値信号ＥＧＴMAXに近づ
くと正値から負値に変化する出力信号ａを前記燃料供給
指令信号ｆとするガスタービンエンジン排気温度制御方
法において、排気温度信号ＥＧＴが排気温度制限値信号ＥＧＴ MAX に
近づくとゼロから負値に変化する 出力信号ｋを生成し、
該出力信号ｋを前記出力信号ｄに加算して燃料供給指令
信号ｆとすることを特徴とするガスタービンエンジン排
気温度制御方法。 - 【請求項４】 ガスタービンエンジンの回転数変化の激
しいときに出力信号ｋを増加させることを特徴とする請
求項３記載のガスタービンエンジン排気温度制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24375096A JP3160757B2 (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | ガスタービンエンジン排気温度制御装置および制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24375096A JP3160757B2 (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | ガスタービンエンジン排気温度制御装置および制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1089089A JPH1089089A (ja) | 1998-04-07 |
| JP3160757B2 true JP3160757B2 (ja) | 2001-04-25 |
Family
ID=17108434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24375096A Expired - Lifetime JP3160757B2 (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | ガスタービンエンジン排気温度制御装置および制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3160757B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3716637B2 (ja) * | 1998-09-03 | 2005-11-16 | トヨタ自動車株式会社 | ガスタービン出力制御装置 |
| JP4523693B2 (ja) * | 2000-03-15 | 2010-08-11 | 本田技研工業株式会社 | 航空機用ガスタービン・エンジンの制御装置 |
| US6459963B1 (en) * | 2000-07-31 | 2002-10-01 | General Electric Company | Methods and apparatus for trimming engine control systems |
| JP4745767B2 (ja) * | 2005-09-08 | 2011-08-10 | 三菱重工業株式会社 | 燃料流量制御装置及び発電システム並びに燃料流量制御方法 |
| US20070214795A1 (en) * | 2006-03-15 | 2007-09-20 | Paul Cooker | Continuous real time EGT margin control |
| EP3039270B1 (en) * | 2013-08-27 | 2019-03-06 | United Technologies Corporation | Gas turbine flameout detection |
| US10801361B2 (en) | 2016-09-09 | 2020-10-13 | General Electric Company | System and method for HPT disk over speed prevention |
-
1996
- 1996-09-13 JP JP24375096A patent/JP3160757B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1089089A (ja) | 1998-04-07 |
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