JP3763610B2 - ガスタービンエンジン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガスタービンエンジンとしては、例えば図１５乃至図１８に示すようなものがある（特開平２−２３８１３２号公報参照）。
【０００３】
すなわち、ガスタービン１は、圧縮機２、燃焼器３、タービン４の基本コンポーネントから構成され、高温ガスによって駆動されるタービンロータ１１と低温ガスを加圧する遠心式コンプレッサインペラ１２とはシャフト１３を介して同軸上に連結され、シャフト１３は一対の転がり軸受け１５を介して負荷を駆動する。
【０００４】
タービン４から排出される高温排気ガスは、図中矢印で示すようにタービンハウジング２６からディフューザ２５を介してレキュペレータ（熱交換機）５に流入し、排気ガスの熱を吸収して燃料消費率を減らすようになっている。図１７にも示すように、ディフューザ２５はプレナムチャンバ２７を介してタービンハウジング２６に接続し、タービンハウジング２６側に対する接合フランジ２５Ａは円形に、プレナムチャンバ２７に対する接合フランジ２５Ｂは四角形にそれぞれ形成されている。
【０００５】
レキュペレータ５は、タービン４から送られる高温排気ガスを通過させる流路（図示せず）がシャフト１３の回転方向に形成され、タービン４から排出される排気ガスの流れ方向に沿うように配置される。この排気ガス流路に対してコンプレッサ２から送られる低温圧縮空気を通過させる流路とが互いに伝熱壁を介して平行に対向して形成される。
【０００６】
レキュペレータ５と燃焼器３は互いに並列に配置され、レキュペレータ５と燃焼器３を共に覆うチャンバ２１が設けられ、コンプレッサ２から吐出する低温圧縮空気がこのチャンバ２１内を通ってレキュペレータ５に導かれる。
【０００７】
コンプレッサ１２から圧送される低温圧縮空気は図中矢印で示すようにフランジ２２に形成された環状流路２３を取ってチャンバ２１内に流入する。チャンバ２１はフランジ２２の外周端に複数のボルト２４を介して締結されている。
【０００８】
レキュペレータ５にはチャンバ２１内に開口する低温圧縮空気の流入口５Ａが形成され、この流入口５Ａから流入してレキュペレータ５を通って加熱された圧縮空気は、ヘッダ５Ｃで曲げられた後、接合フランジ５Ｂを介して燃焼器に流入する。
【０００９】
なお、本従来例では、対向式レキュペレータ５を用いたが、排気ガスと低温圧縮空気が互いに直行して交差する直行流式レキュペレータを用いても良く、その場合、燃焼器３に対する開口部が比較的に大きくなる。
【００１０】
燃焼器３では、燃料噴射弁６から噴射された燃料が燃焼して高温ガスとなり、燃焼器３から流出する燃焼ガスはプレナムチャンバ２７と断熱材３３の間で画成される流路２８で曲げられた後、タービンハウジング外周壁３４の間で渦巻き状に画成される流路２９を通ってタービンロータ１１に導かれ膨張し、タービンロータ１１に回転力を付与するようになっている。
【００１１】
プレナムチャンバ２７には、ディフューザ２５に対する接合フランジ２７Ａと、燃焼器外側チャンバ３４に対する接合フランジ２７Ｂが夫々形成されている。
【００１２】
断熱材３３は、フランジ２２側に接合して設けられ、タービンロータ１１に導かれる燃焼ガスを断熱する。
【００１３】
図１８にも示すように、燃焼器３の端部に取り付けられるキャップ３５には、燃料噴射弁６と点火栓７が取り付けられ、中空構造のキャップ３５内に形成された流路３６には入口３７から配管を介してチャンバ２１から取り出した低温圧縮ガスが流入し、複数の出口３８から燃焼器外側チャンバ３４内に流入させることにより、燃料噴射弁６と点火栓７を冷却するとともに、燃焼器３を断熱するようになっている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のガスタービンエンジンにあっては、上記各基本コンポーネントの接続部分に各部品の積み重ね寸法公差を吸収するために設けられた隙間からのガスの漏れにより、燃焼器をバイパスする流量が発生する。このバイパス分の流量は、量産品の場合、製品によってバラツキ幅をもつ。バイパス分の流量がばらつくと、実際に燃焼器３を通過する流量と燃料流量の比（Ａ／Ｆ）が製品によってばらつくことになり、Ａ／Ｆが大きいときに発生するハイドロカーボン（ＨＣ）の濃度が、燃料流量が少ないアイドル運転時に、ばらつくという問題があった。
【００１５】
従来、この問題を解決するために、燃焼器の保炎領域下流に設けられた希釈口の面積を機械加工により１品１品チューニングすることにより、バイパス空気流量を調整していた。
【００１６】
また、アイドル運転時にＨＣ濃度に合わせて希釈口面積を設定すると、Ａ／Ｆが小さくなる定格運転時には、カーボンが燃焼器壁面に付着しやすくなるという問題もあった。
【００１７】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、量産品の寸法ばらつきに起因する、アイドル運転時のハイドロカーボン濃度のばらつきの調整を容易に行うことができ、しかも、エンジン投入負荷、回転数に応じて、燃焼器バイパス流量を制御することにより、負荷増大のときのＡ／Ｆの減少によるカーボンの発生を抑制することができるガスタービンエンジンを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、タービンから排出される排気ガスと、圧縮機から燃焼器に送られる圧縮空気とをそれぞれ通して排気ガスの熱を回収する熱交換器を備えるガスタービンにおいて、圧縮機からの圧縮空気を熱交換器をバイパスして燃焼器下流とタービンとの間に導入するバイパス流路を設け、エンジンの運転条件に応じてこのバイパス流路の開口面積を調整可能な調量器を備えた構成とする。
【００１９】
また、本発明は、調量器を、アクチュエータにより作動するバルブと、このバルブの初期位置を調整可能な調整機構とから構成する。
【００２０】
また、本発明は、アクチュエータの駆動力として圧縮機出口圧力を用いることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、アクチュエータの駆動力として、燃料噴射弁に付与する燃料圧力を用いることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、アクチュエータの駆動力として、燃料噴射弁からの燃料戻り圧力を用いることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、バイパス流路が、圧縮機ディフューザプレートと、タービンプレナムと、プレナム内部に形成された流路を構成する薄板部材とで囲まれる空間に連通すると共に、薄板部材とプレナムとで構成される隙間にて燃焼器下流側通路に開口することを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
なお、以下の記載においては、前記従来技術で説明した部品、部材等と同一の部品や部材等は同一の参照番号を付して説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１および図２を参照して説明する。
まず構成を説明すると、図１の圧縮機（コンプレッサ）２と、レキュペレータ５の間と、燃焼器３とタービン４との間とを連通する図２に示す燃焼器バイパス流路４０が、圧縮機ディフューザプレート４１を貫通して形成されている。燃焼器バイパス流路４０のシャフト１３を中心とする周方向位置は、圧縮機ディフューザが、ベーン付きの場合、ベーン後流の位置とする。また燃焼器バイパス流路４０の流路開口面積を調整する調量器４２がフランジ２２に支持部材５２を介して取り付けられている。
【００２７】
調量器４２は、例えば、図２に示すように電動アクチュエータ４３に締結された回転軸４４の端面に締結された、穴４５の開いた円盤状バルブ４６、手動によって回転軸４４を回転させバルブ４６の初期位置を調整可能なハンドル９０、圧縮機出口流路４７からの空気の漏れを防止するシール材４８より構成されている。また、電動アクチュエータ４３を制御するためのコントローラ８６が存在し、回転数検出装置８７、エンジン負荷を代表するタービン出口温度検出装置８８からの信号が入力される。
【００２８】
燃焼器バイパス流路４０は、流路２８を形成する薄板部材４９と圧縮機ディフューザプレート４１の間の空間５０と連通しており、空間５０と流路２８との間は、薄板部材４９端部の隙間５１を介して連通している。
【００２９】
次に第１の実施の形態の作用を説明する。
エンジン出荷前のエンジン調整の際、アイドル運転において、図２の燃焼器バイパス流路４０の開口面積を調量器４２ハンドル９０を手動で回転させることによって調節し、ＨＣ濃度があらかじめ決められた許容範囲に収まるまで、開口面積を大きくする。
【００３０】
これにより、アイドル運転時において、圧縮機２、燃焼器３、タービン４、レキュペレータ５の各基本コンポーネントの接続部分に設けられた隙間からのガスの漏れという形で発生する燃焼器をバイパスする流量を一定量に調整したことになる。すなわち、燃焼器バイパス流量の一つである燃焼器バイパス流路４０を通過する流量を調整することにより、燃焼器バイパス流量の総量を一定にしているわけである。ここで、各基本コンポーネントの接続部分に隙間が必要な理由は、各部品の寸法公差内の寸法ばらつきの集積による、積み重ね寸法公差を吸収するためである。よって、量産品では、各製品で、積み重ね寸法公差がばらつき、接続部分の隙間の面積が異なるため、燃焼器バイパス流量もばらつくことになり、Ａ／Ｆがばらつき、ＨＣ濃度がばらつく。燃焼器バイパス流量そのものを測定することは困難であるため、本実施の形態のような調整が必要となる。
【００３１】
これまで、前述の調整は、燃焼器３の保炎領域下流に設けられた希釈口の面積を機械加工することにより、調整していた。そのため、調整の度に燃焼器３をエンジンから分解する必要があり、本実施の形態と比較して、大きな作業量を必要としていた。本実施の形態では、エンジンを分解せずに、しかも運転中にＨＣ濃度をモニターしながら、調整を行うことができ、調整作業量を大幅に減少させた。
【００３２】
調量器４２のシャフト１３に対する周方向位置を、圧縮機ディフューザのベーン後流位置とすることにより、調量器４２の軸４４による主流への影響の度合いを低減している。
【００３３】
燃焼器バイパス流路４０を通過した空気は、空間５０を介して、薄板部材４９端部の隙間５１を通って、流路２８に流れ込む。薄板部材４９端部の隙間５１は、薄板部材４９全周にわたって存在するため、流路２８内の流れには、ほとんど影響を与えない。また、空間５０に低温空気を供給することにより、従来例図１５に示す断熱材３３と同等かそれ以上の断熱効果を果たし、加えて軽量となる。
【００３４】
従来、アイドル運転時のＨＣ濃度を小さくすべく、燃焼器３の保炎領域下流の希釈口面積を設定すると、燃料流量が大きくなり、Ａ／Ｆが小さくなる定格運転時には、カーボンが燃焼器壁面に付着しやすくなるという問題があった。
【００３５】
この問題を解決するために第１の実施の形態では、回転数、投入負荷に応じて、燃焼器をバイパスする流量を調量器４２によって制御する。回転数、投入負荷と燃料流量、空気流量、圧縮機圧力比の関係を以下に説明する。
【００３６】
ガスタービンエンジンにおいて、アイドル運転から定格負荷投入運転までの運転線は、図３、図４に夫々示す２種類が代表的である。図３は、燃料消費率を小さくするために、負荷投入に応じて回転数を上昇させる場合、図４は、負荷投入耐力を大きくとるために、アイドル運転時も回転数は定格回転数と同じで、回転数一定で定格負荷まで運転する場合である。
【００３７】
図３（ａ）は、圧縮機の性能曲線であり、横軸は空気流量、縦軸は圧縮機圧力比であり、例として、回転数６万ｒｐｍ、７万ｒｐｍ、８万ｒｐｍ一定のときの圧縮機流量特性が示されている。エンジン運転範囲は、図中に矢印で示されており、アイドル運転時は６万ｒｐｍ側、定格負荷運転時は８万ｒｐｍ側である。
【００３８】
図３（ｂ）は、横軸が投入負荷、縦軸が燃料流量であり、矢印で示した運転範囲のように、負荷に応じて、回転数、燃料流量を増加させている。
【００３９】
図４（ａ）は、図３（ａ）と同じく圧縮機の性能曲線である。エンジン運転範囲は、図中に矢印で示された定格回転数８万ｒｐｍ上の範囲であり、空気流量大、圧力比小側がアイドル運転時、空気流量小、圧力比大側が定格負荷運転時である。
【００４０】
図４（ｂ）は、図３（ｂ）と同じく、横軸が投入負荷、縦軸が燃料流量であり、矢印で示した運転範囲のように、負荷に応じて、回転数一定のまま燃料流量を増加させている。
【００４１】
このように、回転数と負荷がわかれば、エンジンの運転点を特定することができる。よって、燃焼器バイパス流路４０の開口面積は、図３の回転数一定の時、負荷に応じて図５のように制御される。
【００４２】
なお、負荷に応じた最適な調量器開度は、実験により求められる。図４の負荷とともに回転数が上昇する場合は、各回転数ごとに図５に示す実験により求められたマップがあり、回転数検出装置８７と負荷を代表するタービン出口温度検出装置８８からの信号を送られたコントローラ８６によって制御され、電動アクチュエータ４３が駆動される。
【００４３】
また、バイパス流路４０の開口面積を連続的ではなく、図６に示すように、実験により求められた回転数、負荷の時に、アイドル時開口面積から全閉へとステップ状に制御することもできる。この場合、排気成分管理のきめ細かさでは、図５に劣るものの、調量器４２を電磁弁等のより簡単なものに置き換えることができる。
【００４４】
これまで述べてきたように、負荷に応じたバイパス流路４０の開口面積制御により、アイドル運転時にＡ／Ｆが大きいことによるＨＣ濃度の増加、定格運転時にＡ／Ｆが小さいことによるカーボンの発生といった相矛盾する問題を解決することができる。
【００４５】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を図７および図８を参照して説明する。
【００４６】
第２の実施の形態の構成を説明すると、第１の実施の形態においては図２の調量器４２は駆動力として電動アクチュエータを使用していたが、本第２の実施の形態では、代わりに圧縮機出口圧力を駆動力として使用できる調量器６１を使用する。
【００４７】
圧縮機出口圧力を駆動力として使用する調量器６１としては、例えば図７に示すようなものがある。圧力によって弾性変形するダイアフラム５２が中空円筒容器５３の内周壁面に固定されており、空間５４を形成している。ダイアフラム５２の支持と弾性変形を調整する目的でダイアフラム５２と中空円筒容器５３は弾性体５８で締結されている。空間５４は圧力配管６２を介して、圧縮機出口流路４７と連通している。ダイアフラム５２には、取り付け部材５８を介してニードルバルブ５９が取り付けられており、燃焼器バイパス流路６０の開口面積を調整する。
【００４８】
中空円筒容器５３は、フランジ２２に支持部材５５を介して固定される。中空円筒容器５３、支持部材５５には、それぞれねじ５６が切られており、中空円筒容器５３に固定されたハンドル５７を回転させることにより、中空円筒容器５３が紙面の上下方向に移動する。
【００４９】
次に第２の実施の形態の作用を説明する。
第２の実施の形態も、第１の実施の形態と同じように、エンジン出荷前のエンジン調整の際、アイドル運転において、図７の燃焼器バイパス流路６０の開口面積を調量器６１ハンドル５７を手動で回転させることによって調節する。具体的には、ハンドル５７を回転させることによって、中空円筒容器５３を紙面の上下方向に移動させ、中空円筒容器５３にダイアフラム５２、取り付け部材５８を介して取り付けられたニードルバルブ５９が上下に移動することにより、ニードルバルブ５９と燃焼器バイパス流路６０とで形成される開口面積を調節し、ＨＣ濃度があらかじめ決められた許容範囲に収まるまで、開口面積を大きくする。本調整が必要な理由は、第１の実施の形態と同様である。
【００５０】
また、本第２の実施の形態においては、第１の実施の形態に示したアイドル運転時から定格負荷運転時までの負荷の増加に応じた燃焼器をバイパスする流量の制御を、第１の実施の形態に示した図２の電動アクチュエータ４３の代わりに、図７に示す圧縮機出口圧力を駆動力として使用する調量器６１を使用することにより行うものである。
【００５１】
本第２の実施の形態は、図３に示した、燃料消費率を小さくするために、負荷投入に応じて回転数を上昇させる運転の場合に特に有用である。
理由は、図３（ａ）の圧縮機の性能曲線に示すように、圧縮機圧力比が負荷に応じて、大きく変化することによる。図３（ａ）の横軸は空気流量、縦軸は圧縮機圧力比であり、例として、回転数６万ｒｐｍ、７万ｒｐｍ、８万ｒｐｍ一定のときの圧縮機流量特性が示されている。エンジン運転範囲は、図中に矢印で示されており、アイドル運転時は６万ｒｐｍ側、定格負荷運転時は８万ｒｐｍ側である。
【００５２】
本第２の実施の形態では、アイドル運転時には、図７に示すようにニードルバルブ５９と燃焼器バイパス流路６０とで形成される開口面積は、第１の作用の調整で決められ、図７（ａ）の運転範囲に示すように負荷が高くなるにつれて、圧縮機圧力比、つまり圧縮機出口流路４７の圧力が上昇する。圧縮機出口流路４７は、圧力配管６２を介して、中空円筒容器５３内の空間５４と連通しているので、空間５４の圧力も上昇する。空間５４の圧力が上昇すると、図８に示すように空間の体積が増加する方向にダイアフラム５２が弾性変形し、ダイアフラム５２に取り付け部材５８を介して取り付けられているニードルバルブ５９が、紙面の下方向に移動することにより、ニードルバルブ５９と燃焼器バイパス流路６０とで形成される開口面積が減少し、燃焼器バイパス流路６０を通過する流量が減少する。
【００５３】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を図９、図１０、図１１を参照して説明する。
【００５４】
第１の実施の形態においては、図２の調量器４２が駆動力として電動アクチュエータを使用していたが、本第３の実施の形態では、代わりに燃焼器３の燃料噴射弁６の上流の燃料圧力ｐin６４を駆動力として使用できる図９に示す調量器６３を使用する。
【００５５】
燃焼器３の燃料噴射弁６の上流の燃料圧力とは、図１１に示す構成の圧力噴射弁の場合、圧力ｐin６４である。図１１を説明すると、ポンプ６５、ポンプ出口圧力を一定圧力ｐ0 ６６に保つリリーフ弁６７、調量器６８である。圧力ｐin６４は、燃料流量とは、図１２に示すような関係にある。燃料流量と負荷の関係は、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すとおりとなっているので、アイドル運転時から定格負荷運転時までの負荷の増加に応じて、燃料圧力ｐinが増加する。
【００５６】
燃料圧力ｐin６４を駆動力として使用する調量器６３としては、例えば図９に示すようなものがある。圧力によって弾性変形するダイアフラム６９が中空円筒容器７０の内周壁面に固定されており、空間７１を形成している。ダイアフラム６９の支持と弾性変形を調整する目的でダイアフラム６９と中空円筒容器７０は弾性体７２で締結されている。空間７１は圧力配管７３を介して、図１１の燃料圧力ｐin６４部分と連通している。ダイアフラム６９には、取り付け部材７４を介してニードルバルブ７５が取り付けられており、燃焼器バイパス流路７６の開口面積を調整する。
【００５７】
中空円筒容器７０は、フランジ２２に支持部材８４を介して固定されている。中空円筒容器７０、支持部材８４には、夫々ネジ７７が切られており、中空円筒容器７０に固定されたハンドル７８を回転させることにより、中空円筒容器７０が紙面の上下方向に移動する。
【００５８】
次に第３の実施の形態の作用を説明する。
第３の実施の形態においても、第１の実施の形態と同じように、エンジン出荷前のエンジン調整の際、アイドル運転において、図９の燃焼器バイパス流路７６の開口面積を調量器６３ハンドル７８を手動で回転させることによって、調節する。具体的には、ハンドル７８を回転させることによって、中空円筒容器７０を紙面の上下方向に移動させ、中空円筒容器７０にダイアフラム６９、取り付け部材７４を介して取り付けられたニードルバルブ７５が上下に移動することにより、ニードルバルブ７５と燃焼器バイパス流路７６とで形成される開口面積を調節し、ＨＣ濃度があらかじめ決められた許容範囲に収まるまで、開口面積を大きくする。本調整が必要な理由は、第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
次に第２の作用を述べる。
本実施の形態は、第１の実施の形態に示したアイドル運転時から定格負荷運転時までの負荷の増加に応じた燃焼器をバイパスする流量の制御を、第１の実施の形態に示した図２の電動アクチュエータ４３の代わりに、図１１に示す燃焼器３の燃料噴射弁６の上流の燃料圧力ｐin６４を駆動力として使用できる調量器６３を使用することにより、行うものである。
【００６０】
本実施の形態では、アイドル運転時には、図９に示すようにニードルバルブ７５と燃焼器バイパス流路７６とで形成される開口面積は、第１の作用の調整で決められる。燃料圧力ｐin６４は、燃料流量とは、図１２に示すような関係にある。燃料流量と負荷の関係は、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すとおりとなっているので、アイドル運転時から定格負荷運転時までの負荷の増加に応じて、燃料圧力ｐin６４が増加する。燃料圧力ｐin６４部分は、圧力配管７３を介して、中空円筒容器７０内の空間７１と連通しているので、空間７１の圧力も上昇する。空間７１の圧力が上昇すると、図１０のように空間の体積が増加する方向にダイアフラム６９が弾性変形し、ダイアフラム６９に取り付け部材７４を介して取り付けられているニードルバルブ７５が、紙面の下方向に移動することにより、ニードルバルブ７５と燃焼器バイパス流路７６とで形成される開口面積が減少し、燃焼器バイパス流路７６を通過する流量が減少する。
【００６１】
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態を図１３を参照して説明する。
【００６２】
第４の実施の形態の第３の実施の形態との相違点は、燃焼器３の燃料噴射弁６形式であり、第３の実施の形態の図１２の圧力噴射弁に対して、本第４の実施の形態では、図１３に示すスピル噴射弁を用いる。
【００６３】
図１３を説明すると、ポンプ７９、ポンプ出口圧力を一定圧力ｐ0 ８０に保つリリーフ弁８１、燃料戻り流路８２にある調量器８３である。燃料戻り流量圧力ｐout ８５は、燃料流量とは、図１４に示すような関係にある。燃料流量と負荷の関係は、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すとおりとなっているので、アイドル運転時から定格負荷運転時までの負荷の増加に応じて、燃料戻り流量圧力ｐout ８５が増加する。
【００６４】
本第４の実施の形態では、第３の実施の形態の図９に示す空間７１の圧力配管７３を介した連通先である図１１の燃料圧力ｐin６４部分の代わりに、燃料戻り流量圧力ｐout ８５部分と連通している。
【００６５】
次に第４の実施の形態の作用を説明する。
第３の実施の形態、図９に示す空間７１の圧力配管７３を介した連通先である図１１の燃料圧力ｐin６４部分の代わりに、燃料戻り流量圧力ｐout ８５部分と連通しており、負荷の増加に対応した燃料戻り流量圧力ｐout ８５の増加を燃焼器バイパス流路の制御に用いること以外は、第３の実施の形態と同様である。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、その構成を、タービンから排出される排気ガスと、圧縮機から燃焼器に送られる圧縮空気とをそれぞれ通して排気ガスの熱を回収する熱交換器を備えるガスタービンにおいて、圧縮機からの圧縮空気を熱交換器をバイパスして燃焼器下流とタービンとの間に導入するバイパス流路を設け、エンジンの運転条件に応じてこのバイパス流路の開口面積を調整可能な調量器を備え、調量器は、アクチュエータにより作動するバルブと、このバルブの初期位置を調整可能な調整機構とから構成し、アクチュエータの駆動力として圧縮機出口圧力・燃料噴射弁に付与する燃料圧力・燃料噴射弁からの燃料戻り圧力を用いる構成としたため、量産品の寸法ばらつきに起因する、アイドル運転時のハイドロカーボン濃度のばらつきの調整を容易に行うことができる。
【００６７】
また、本発明においては、エンジン投入負荷、回転数に応じて、燃焼器バイパス流量を制御することにより、負荷増大のときのＡ／Ｆの減少によるカーボンの発生を抑制することができる。
【００６８】
また、本発明においては、圧縮機出口圧力を燃焼器バイパス流路の調量器駆動力及び制御パラメータとして使用することにより、得ることができる。
【００６９】
また、本発明においては、燃料噴射弁の燃料圧力を燃焼器バイパス流路の調量器駆動力及び制御パラメータとして使用することにより、得ることができる。
【００７０】
また、本発明においては、燃料噴射弁の燃料戻り圧力を燃焼器バイパス流路の調量器駆動力及び、制御パラメータとして使用することにより、得ることができる。
【００７１】
また、本発明においては、バイパス流路を、圧縮機ディフューザプレートと、タービンプレナムと、プレナム内部に形成された流路を構成する薄板部材とで囲まれる空間に連通すると共に、薄板部材とプレナムとで構成される隙間にて燃焼器下流側通路に開口するように構成した為、燃焼器下流側のガス流を乱すことがないので、タービン効率を低下させることを最小限に抑えることができる。
【００７２】
また、本発明は、上記効果に加えて、従来の断熱材を廃止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の構成図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のエンジン運転線例その１であり、（ａ）は圧縮機性能曲線を示す図であり、（ｂ）は燃料流量ＶＳ負荷を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態のエンジン運転線例その２であり、（ａ）は圧縮機性能曲線を示す図であり、（ｂ）は燃料流量ＶＳ負荷を示す図である。
【図５】調量器開度ＶＳ負荷その１を示す図である。
【図６】調量器開度ＶＳ負荷その２を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態のバルブ全開時を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態のバルブ全閉時を示す図である。
【図９】本発明の第３及び第４の実施の形態のバルブ全開時を示す図である。
【図１０】本発明の第３及び第４の実施の形態のバルブ全閉時を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の圧力噴射弁を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態の燃料圧力ＶＳ燃料流量を示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態のスピル噴射弁を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態の燃料戻り圧力ＶＳ燃料流量を示す図である。
【図１５】従来のガスタービンエンジンの構成図である。
【図１６】従来のガスタービンエンジンの構成図である。
【図１７】従来のガスタービンエンジンの構成図である。
【図１８】従来のガスタービンエンジンの構成図である。
【符号の説明】
１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン
５ レキュペレータ（熱交換機）
６ 燃料噴射弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガスタービンエンジンとしては、例えば図１５乃至図１８に示すようなものがある（特開平２−２３８１３２号公報参照）。
【０００３】
すなわち、ガスタービン１は、圧縮機２、燃焼器３、タービン４の基本コンポーネントから構成され、高温ガスによって駆動されるタービンロータ１１と低温ガスを加圧する遠心式コンプレッサインペラ１２とはシャフト１３を介して同軸上に連結され、シャフト１３は一対の転がり軸受け１５を介して負荷を駆動する。
【０００４】
タービン４から排出される高温排気ガスは、図中矢印で示すようにタービンハウジング２６からディフューザ２５を介してレキュペレータ（熱交換機）５に流入し、排気ガスの熱を吸収して燃料消費率を減らすようになっている。図１７にも示すように、ディフューザ２５はプレナムチャンバ２７を介してタービンハウジング２６に接続し、タービンハウジング２６側に対する接合フランジ２５Ａは円形に、プレナムチャンバ２７に対する接合フランジ２５Ｂは四角形にそれぞれ形成されている。
【０００５】
レキュペレータ５は、タービン４から送られる高温排気ガスを通過させる流路（図示せず）がシャフト１３の回転方向に形成され、タービン４から排出される排気ガスの流れ方向に沿うように配置される。この排気ガス流路に対してコンプレッサ２から送られる低温圧縮空気を通過させる流路とが互いに伝熱壁を介して平行に対向して形成される。
【０００６】
レキュペレータ５と燃焼器３は互いに並列に配置され、レキュペレータ５と燃焼器３を共に覆うチャンバ２１が設けられ、コンプレッサ２から吐出する低温圧縮空気がこのチャンバ２１内を通ってレキュペレータ５に導かれる。
【０００７】
コンプレッサ１２から圧送される低温圧縮空気は図中矢印で示すようにフランジ２２に形成された環状流路２３を取ってチャンバ２１内に流入する。チャンバ２１はフランジ２２の外周端に複数のボルト２４を介して締結されている。
【０００８】
レキュペレータ５にはチャンバ２１内に開口する低温圧縮空気の流入口５Ａが形成され、この流入口５Ａから流入してレキュペレータ５を通って加熱された圧縮空気は、ヘッダ５Ｃで曲げられた後、接合フランジ５Ｂを介して燃焼器に流入する。
【０００９】
なお、本従来例では、対向式レキュペレータ５を用いたが、排気ガスと低温圧縮空気が互いに直行して交差する直行流式レキュペレータを用いても良く、その場合、燃焼器３に対する開口部が比較的に大きくなる。
【００１０】
燃焼器３では、燃料噴射弁６から噴射された燃料が燃焼して高温ガスとなり、燃焼器３から流出する燃焼ガスはプレナムチャンバ２７と断熱材３３の間で画成される流路２８で曲げられた後、タービンハウジング外周壁３４の間で渦巻き状に画成される流路２９を通ってタービンロータ１１に導かれ膨張し、タービンロータ１１に回転力を付与するようになっている。
【００１１】
プレナムチャンバ２７には、ディフューザ２５に対する接合フランジ２７Ａと、燃焼器外側チャンバ３４に対する接合フランジ２７Ｂが夫々形成されている。
【００１２】
断熱材３３は、フランジ２２側に接合して設けられ、タービンロータ１１に導かれる燃焼ガスを断熱する。
【００１３】
図１８にも示すように、燃焼器３の端部に取り付けられるキャップ３５には、燃料噴射弁６と点火栓７が取り付けられ、中空構造のキャップ３５内に形成された流路３６には入口３７から配管を介してチャンバ２１から取り出した低温圧縮ガスが流入し、複数の出口３８から燃焼器外側チャンバ３４内に流入させることにより、燃料噴射弁６と点火栓７を冷却するとともに、燃焼器３を断熱するようになっている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のガスタービンエンジンにあっては、上記各基本コンポーネントの接続部分に各部品の積み重ね寸法公差を吸収するために設けられた隙間からのガスの漏れにより、燃焼器をバイパスする流量が発生する。このバイパス分の流量は、量産品の場合、製品によってバラツキ幅をもつ。バイパス分の流量がばらつくと、実際に燃焼器３を通過する流量と燃料流量の比（Ａ／Ｆ）が製品によってばらつくことになり、Ａ／Ｆが大きいときに発生するハイドロカーボン（ＨＣ）の濃度が、燃料流量が少ないアイドル運転時に、ばらつくという問題があった。
【００１５】
従来、この問題を解決するために、燃焼器の保炎領域下流に設けられた希釈口の面積を機械加工により１品１品チューニングすることにより、バイパス空気流量を調整していた。
【００１６】
また、アイドル運転時にＨＣ濃度に合わせて希釈口面積を設定すると、Ａ／Ｆが小さくなる定格運転時には、カーボンが燃焼器壁面に付着しやすくなるという問題もあった。
【００１７】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、量産品の寸法ばらつきに起因する、アイドル運転時のハイドロカーボン濃度のばらつきの調整を容易に行うことができ、しかも、エンジン投入負荷、回転数に応じて、燃焼器バイパス流量を制御することにより、負荷増大のときのＡ／Ｆの減少によるカーボンの発生を抑制することができるガスタービンエンジンを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、タービンから排出される排気ガスと、圧縮機から燃焼器に送られる圧縮空気とをそれぞれ通して排気ガスの熱を回収する熱交換器を備えるガスタービンにおいて、圧縮機からの圧縮空気を熱交換器をバイパスして燃焼器下流とタービンとの間に導入するバイパス流路を設け、エンジンの運転条件に応じてこのバイパス流路の開口面積を調整可能な調量器を備えた構成とする。
【００１９】
また、本発明は、調量器を、アクチュエータにより作動するバルブと、このバルブの初期位置を調整可能な調整機構とから構成する。
【００２０】
また、本発明は、アクチュエータの駆動力として圧縮機出口圧力を用いることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、アクチュエータの駆動力として、燃料噴射弁に付与する燃料圧力を用いることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、アクチュエータの駆動力として、燃料噴射弁からの燃料戻り圧力を用いることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、バイパス流路が、圧縮機ディフューザプレートと、タービンプレナムと、プレナム内部に形成された流路を構成する薄板部材とで囲まれる空間に連通すると共に、薄板部材とプレナムとで構成される隙間にて燃焼器下流側通路に開口することを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
なお、以下の記載においては、前記従来技術で説明した部品、部材等と同一の部品や部材等は同一の参照番号を付して説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１および図２を参照して説明する。
まず構成を説明すると、図１の圧縮機（コンプレッサ）２と、レキュペレータ５の間と、燃焼器３とタービン４との間とを連通する図２に示す燃焼器バイパス流路４０が、圧縮機ディフューザプレート４１を貫通して形成されている。燃焼器バイパス流路４０のシャフト１３を中心とする周方向位置は、圧縮機ディフューザが、ベーン付きの場合、ベーン後流の位置とする。また燃焼器バイパス流路４０の流路開口面積を調整する調量器４２がフランジ２２に支持部材５２を介して取り付けられている。
【００２７】
調量器４２は、例えば、図２に示すように電動アクチュエータ４３に締結された回転軸４４の端面に締結された、穴４５の開いた円盤状バルブ４６、手動によって回転軸４４を回転させバルブ４６の初期位置を調整可能なハンドル９０、圧縮機出口流路４７からの空気の漏れを防止するシール材４８より構成されている。また、電動アクチュエータ４３を制御するためのコントローラ８６が存在し、回転数検出装置８７、エンジン負荷を代表するタービン出口温度検出装置８８からの信号が入力される。
【００２８】
燃焼器バイパス流路４０は、流路２８を形成する薄板部材４９と圧縮機ディフューザプレート４１の間の空間５０と連通しており、空間５０と流路２８との間は、薄板部材４９端部の隙間５１を介して連通している。
【００２９】
次に第１の実施の形態の作用を説明する。
エンジン出荷前のエンジン調整の際、アイドル運転において、図２の燃焼器バイパス流路４０の開口面積を調量器４２ハンドル９０を手動で回転させることによって調節し、ＨＣ濃度があらかじめ決められた許容範囲に収まるまで、開口面積を大きくする。
【００３０】
これにより、アイドル運転時において、圧縮機２、燃焼器３、タービン４、レキュペレータ５の各基本コンポーネントの接続部分に設けられた隙間からのガスの漏れという形で発生する燃焼器をバイパスする流量を一定量に調整したことになる。すなわち、燃焼器バイパス流量の一つである燃焼器バイパス流路４０を通過する流量を調整することにより、燃焼器バイパス流量の総量を一定にしているわけである。ここで、各基本コンポーネントの接続部分に隙間が必要な理由は、各部品の寸法公差内の寸法ばらつきの集積による、積み重ね寸法公差を吸収するためである。よって、量産品では、各製品で、積み重ね寸法公差がばらつき、接続部分の隙間の面積が異なるため、燃焼器バイパス流量もばらつくことになり、Ａ／Ｆがばらつき、ＨＣ濃度がばらつく。燃焼器バイパス流量そのものを測定することは困難であるため、本実施の形態のような調整が必要となる。
【００３１】
これまで、前述の調整は、燃焼器３の保炎領域下流に設けられた希釈口の面積を機械加工することにより、調整していた。そのため、調整の度に燃焼器３をエンジンから分解する必要があり、本実施の形態と比較して、大きな作業量を必要としていた。本実施の形態では、エンジンを分解せずに、しかも運転中にＨＣ濃度をモニターしながら、調整を行うことができ、調整作業量を大幅に減少させた。
【００３２】
調量器４２のシャフト１３に対する周方向位置を、圧縮機ディフューザのベーン後流位置とすることにより、調量器４２の軸４４による主流への影響の度合いを低減している。
【００３３】
燃焼器バイパス流路４０を通過した空気は、空間５０を介して、薄板部材４９端部の隙間５１を通って、流路２８に流れ込む。薄板部材４９端部の隙間５１は、薄板部材４９全周にわたって存在するため、流路２８内の流れには、ほとんど影響を与えない。また、空間５０に低温空気を供給することにより、従来例図１５に示す断熱材３３と同等かそれ以上の断熱効果を果たし、加えて軽量となる。
【００３４】
従来、アイドル運転時のＨＣ濃度を小さくすべく、燃焼器３の保炎領域下流の希釈口面積を設定すると、燃料流量が大きくなり、Ａ／Ｆが小さくなる定格運転時には、カーボンが燃焼器壁面に付着しやすくなるという問題があった。
【００３５】
この問題を解決するために第１の実施の形態では、回転数、投入負荷に応じて、燃焼器をバイパスする流量を調量器４２によって制御する。回転数、投入負荷と燃料流量、空気流量、圧縮機圧力比の関係を以下に説明する。
【００３６】
ガスタービンエンジンにおいて、アイドル運転から定格負荷投入運転までの運転線は、図３、図４に夫々示す２種類が代表的である。図３は、燃料消費率を小さくするために、負荷投入に応じて回転数を上昇させる場合、図４は、負荷投入耐力を大きくとるために、アイドル運転時も回転数は定格回転数と同じで、回転数一定で定格負荷まで運転する場合である。
【００３７】
図３（ａ）は、圧縮機の性能曲線であり、横軸は空気流量、縦軸は圧縮機圧力比であり、例として、回転数６万ｒｐｍ、７万ｒｐｍ、８万ｒｐｍ一定のときの圧縮機流量特性が示されている。エンジン運転範囲は、図中に矢印で示されており、アイドル運転時は６万ｒｐｍ側、定格負荷運転時は８万ｒｐｍ側である。
【００３８】
図３（ｂ）は、横軸が投入負荷、縦軸が燃料流量であり、矢印で示した運転範囲のように、負荷に応じて、回転数、燃料流量を増加させている。
【００３９】
図４（ａ）は、図３（ａ）と同じく圧縮機の性能曲線である。エンジン運転範囲は、図中に矢印で示された定格回転数８万ｒｐｍ上の範囲であり、空気流量大、圧力比小側がアイドル運転時、空気流量小、圧力比大側が定格負荷運転時である。
【００４０】
図４（ｂ）は、図３（ｂ）と同じく、横軸が投入負荷、縦軸が燃料流量であり、矢印で示した運転範囲のように、負荷に応じて、回転数一定のまま燃料流量を増加させている。
【００４１】
このように、回転数と負荷がわかれば、エンジンの運転点を特定することができる。よって、燃焼器バイパス流路４０の開口面積は、図３の回転数一定の時、負荷に応じて図５のように制御される。
【００４２】
なお、負荷に応じた最適な調量器開度は、実験により求められる。図４の負荷とともに回転数が上昇する場合は、各回転数ごとに図５に示す実験により求められたマップがあり、回転数検出装置８７と負荷を代表するタービン出口温度検出装置８８からの信号を送られたコントローラ８６によって制御され、電動アクチュエータ４３が駆動される。
【００４３】
また、バイパス流路４０の開口面積を連続的ではなく、図６に示すように、実験により求められた回転数、負荷の時に、アイドル時開口面積から全閉へとステップ状に制御することもできる。この場合、排気成分管理のきめ細かさでは、図５に劣るものの、調量器４２を電磁弁等のより簡単なものに置き換えることができる。
【００４４】
これまで述べてきたように、負荷に応じたバイパス流路４０の開口面積制御により、アイドル運転時にＡ／Ｆが大きいことによるＨＣ濃度の増加、定格運転時にＡ／Ｆが小さいことによるカーボンの発生といった相矛盾する問題を解決することができる。
【００４５】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を図７および図８を参照して説明する。
【００４６】
第２の実施の形態の構成を説明すると、第１の実施の形態においては図２の調量器４２は駆動力として電動アクチュエータを使用していたが、本第２の実施の形態では、代わりに圧縮機出口圧力を駆動力として使用できる調量器６１を使用する。
【００４７】
圧縮機出口圧力を駆動力として使用する調量器６１としては、例えば図７に示すようなものがある。圧力によって弾性変形するダイアフラム５２が中空円筒容器５３の内周壁面に固定されており、空間５４を形成している。ダイアフラム５２の支持と弾性変形を調整する目的でダイアフラム５２と中空円筒容器５３は弾性体５８で締結されている。空間５４は圧力配管６２を介して、圧縮機出口流路４７と連通している。ダイアフラム５２には、取り付け部材５８を介してニードルバルブ５９が取り付けられており、燃焼器バイパス流路６０の開口面積を調整する。
【００４８】
中空円筒容器５３は、フランジ２２に支持部材５５を介して固定される。中空円筒容器５３、支持部材５５には、それぞれねじ５６が切られており、中空円筒容器５３に固定されたハンドル５７を回転させることにより、中空円筒容器５３が紙面の上下方向に移動する。
【００４９】
次に第２の実施の形態の作用を説明する。
第２の実施の形態も、第１の実施の形態と同じように、エンジン出荷前のエンジン調整の際、アイドル運転において、図７の燃焼器バイパス流路６０の開口面積を調量器６１ハンドル５７を手動で回転させることによって調節する。具体的には、ハンドル５７を回転させることによって、中空円筒容器５３を紙面の上下方向に移動させ、中空円筒容器５３にダイアフラム５２、取り付け部材５８を介して取り付けられたニードルバルブ５９が上下に移動することにより、ニードルバルブ５９と燃焼器バイパス流路６０とで形成される開口面積を調節し、ＨＣ濃度があらかじめ決められた許容範囲に収まるまで、開口面積を大きくする。本調整が必要な理由は、第１の実施の形態と同様である。
【００５０】
また、本第２の実施の形態においては、第１の実施の形態に示したアイドル運転時から定格負荷運転時までの負荷の増加に応じた燃焼器をバイパスする流量の制御を、第１の実施の形態に示した図２の電動アクチュエータ４３の代わりに、図７に示す圧縮機出口圧力を駆動力として使用する調量器６１を使用することにより行うものである。
【００５１】
本第２の実施の形態は、図３に示した、燃料消費率を小さくするために、負荷投入に応じて回転数を上昇させる運転の場合に特に有用である。
理由は、図３（ａ）の圧縮機の性能曲線に示すように、圧縮機圧力比が負荷に応じて、大きく変化することによる。図３（ａ）の横軸は空気流量、縦軸は圧縮機圧力比であり、例として、回転数６万ｒｐｍ、７万ｒｐｍ、８万ｒｐｍ一定のときの圧縮機流量特性が示されている。エンジン運転範囲は、図中に矢印で示されており、アイドル運転時は６万ｒｐｍ側、定格負荷運転時は８万ｒｐｍ側である。
【００５２】
本第２の実施の形態では、アイドル運転時には、図７に示すようにニードルバルブ５９と燃焼器バイパス流路６０とで形成される開口面積は、第１の作用の調整で決められ、図７（ａ）の運転範囲に示すように負荷が高くなるにつれて、圧縮機圧力比、つまり圧縮機出口流路４７の圧力が上昇する。圧縮機出口流路４７は、圧力配管６２を介して、中空円筒容器５３内の空間５４と連通しているので、空間５４の圧力も上昇する。空間５４の圧力が上昇すると、図８に示すように空間の体積が増加する方向にダイアフラム５２が弾性変形し、ダイアフラム５２に取り付け部材５８を介して取り付けられているニードルバルブ５９が、紙面の下方向に移動することにより、ニードルバルブ５９と燃焼器バイパス流路６０とで形成される開口面積が減少し、燃焼器バイパス流路６０を通過する流量が減少する。
【００５３】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を図９、図１０、図１１を参照して説明する。
【００５４】
第１の実施の形態においては、図２の調量器４２が駆動力として電動アクチュエータを使用していたが、本第３の実施の形態では、代わりに燃焼器３の燃料噴射弁６の上流の燃料圧力ｐin６４を駆動力として使用できる図９に示す調量器６３を使用する。
【００５５】
燃焼器３の燃料噴射弁６の上流の燃料圧力とは、図１１に示す構成の圧力噴射弁の場合、圧力ｐin６４である。図１１を説明すると、ポンプ６５、ポンプ出口圧力を一定圧力ｐ0 ６６に保つリリーフ弁６７、調量器６８である。圧力ｐin６４は、燃料流量とは、図１２に示すような関係にある。燃料流量と負荷の関係は、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すとおりとなっているので、アイドル運転時から定格負荷運転時までの負荷の増加に応じて、燃料圧力ｐinが増加する。
【００５６】
燃料圧力ｐin６４を駆動力として使用する調量器６３としては、例えば図９に示すようなものがある。圧力によって弾性変形するダイアフラム６９が中空円筒容器７０の内周壁面に固定されており、空間７１を形成している。ダイアフラム６９の支持と弾性変形を調整する目的でダイアフラム６９と中空円筒容器７０は弾性体７２で締結されている。空間７１は圧力配管７３を介して、図１１の燃料圧力ｐin６４部分と連通している。ダイアフラム６９には、取り付け部材７４を介してニードルバルブ７５が取り付けられており、燃焼器バイパス流路７６の開口面積を調整する。
【００５７】
中空円筒容器７０は、フランジ２２に支持部材８４を介して固定されている。中空円筒容器７０、支持部材８４には、夫々ネジ７７が切られており、中空円筒容器７０に固定されたハンドル７８を回転させることにより、中空円筒容器７０が紙面の上下方向に移動する。
【００５８】
次に第３の実施の形態の作用を説明する。
第３の実施の形態においても、第１の実施の形態と同じように、エンジン出荷前のエンジン調整の際、アイドル運転において、図９の燃焼器バイパス流路７６の開口面積を調量器６３ハンドル７８を手動で回転させることによって、調節する。具体的には、ハンドル７８を回転させることによって、中空円筒容器７０を紙面の上下方向に移動させ、中空円筒容器７０にダイアフラム６９、取り付け部材７４を介して取り付けられたニードルバルブ７５が上下に移動することにより、ニードルバルブ７５と燃焼器バイパス流路７６とで形成される開口面積を調節し、ＨＣ濃度があらかじめ決められた許容範囲に収まるまで、開口面積を大きくする。本調整が必要な理由は、第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
次に第２の作用を述べる。
本実施の形態は、第１の実施の形態に示したアイドル運転時から定格負荷運転時までの負荷の増加に応じた燃焼器をバイパスする流量の制御を、第１の実施の形態に示した図２の電動アクチュエータ４３の代わりに、図１１に示す燃焼器３の燃料噴射弁６の上流の燃料圧力ｐin６４を駆動力として使用できる調量器６３を使用することにより、行うものである。
【００６０】
本実施の形態では、アイドル運転時には、図９に示すようにニードルバルブ７５と燃焼器バイパス流路７６とで形成される開口面積は、第１の作用の調整で決められる。燃料圧力ｐin６４は、燃料流量とは、図１２に示すような関係にある。燃料流量と負荷の関係は、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すとおりとなっているので、アイドル運転時から定格負荷運転時までの負荷の増加に応じて、燃料圧力ｐin６４が増加する。燃料圧力ｐin６４部分は、圧力配管７３を介して、中空円筒容器７０内の空間７１と連通しているので、空間７１の圧力も上昇する。空間７１の圧力が上昇すると、図１０のように空間の体積が増加する方向にダイアフラム６９が弾性変形し、ダイアフラム６９に取り付け部材７４を介して取り付けられているニードルバルブ７５が、紙面の下方向に移動することにより、ニードルバルブ７５と燃焼器バイパス流路７６とで形成される開口面積が減少し、燃焼器バイパス流路７６を通過する流量が減少する。
【００６１】
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態を図１３を参照して説明する。
【００６２】
第４の実施の形態の第３の実施の形態との相違点は、燃焼器３の燃料噴射弁６形式であり、第３の実施の形態の図１２の圧力噴射弁に対して、本第４の実施の形態では、図１３に示すスピル噴射弁を用いる。
【００６３】
図１３を説明すると、ポンプ７９、ポンプ出口圧力を一定圧力ｐ0 ８０に保つリリーフ弁８１、燃料戻り流路８２にある調量器８３である。燃料戻り流量圧力ｐout ８５は、燃料流量とは、図１４に示すような関係にある。燃料流量と負荷の関係は、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すとおりとなっているので、アイドル運転時から定格負荷運転時までの負荷の増加に応じて、燃料戻り流量圧力ｐout ８５が増加する。
【００６４】
本第４の実施の形態では、第３の実施の形態の図９に示す空間７１の圧力配管７３を介した連通先である図１１の燃料圧力ｐin６４部分の代わりに、燃料戻り流量圧力ｐout ８５部分と連通している。
【００６５】
次に第４の実施の形態の作用を説明する。
第３の実施の形態、図９に示す空間７１の圧力配管７３を介した連通先である図１１の燃料圧力ｐin６４部分の代わりに、燃料戻り流量圧力ｐout ８５部分と連通しており、負荷の増加に対応した燃料戻り流量圧力ｐout ８５の増加を燃焼器バイパス流路の制御に用いること以外は、第３の実施の形態と同様である。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、その構成を、タービンから排出される排気ガスと、圧縮機から燃焼器に送られる圧縮空気とをそれぞれ通して排気ガスの熱を回収する熱交換器を備えるガスタービンにおいて、圧縮機からの圧縮空気を熱交換器をバイパスして燃焼器下流とタービンとの間に導入するバイパス流路を設け、エンジンの運転条件に応じてこのバイパス流路の開口面積を調整可能な調量器を備え、調量器は、アクチュエータにより作動するバルブと、このバルブの初期位置を調整可能な調整機構とから構成し、アクチュエータの駆動力として圧縮機出口圧力・燃料噴射弁に付与する燃料圧力・燃料噴射弁からの燃料戻り圧力を用いる構成としたため、量産品の寸法ばらつきに起因する、アイドル運転時のハイドロカーボン濃度のばらつきの調整を容易に行うことができる。
【００６７】
また、本発明においては、エンジン投入負荷、回転数に応じて、燃焼器バイパス流量を制御することにより、負荷増大のときのＡ／Ｆの減少によるカーボンの発生を抑制することができる。
【００６８】
また、本発明においては、圧縮機出口圧力を燃焼器バイパス流路の調量器駆動力及び制御パラメータとして使用することにより、得ることができる。
【００６９】
また、本発明においては、燃料噴射弁の燃料圧力を燃焼器バイパス流路の調量器駆動力及び制御パラメータとして使用することにより、得ることができる。
【００７０】
また、本発明においては、燃料噴射弁の燃料戻り圧力を燃焼器バイパス流路の調量器駆動力及び、制御パラメータとして使用することにより、得ることができる。
【００７１】
また、本発明においては、バイパス流路を、圧縮機ディフューザプレートと、タービンプレナムと、プレナム内部に形成された流路を構成する薄板部材とで囲まれる空間に連通すると共に、薄板部材とプレナムとで構成される隙間にて燃焼器下流側通路に開口するように構成した為、燃焼器下流側のガス流を乱すことがないので、タービン効率を低下させることを最小限に抑えることができる。
【００７２】
また、本発明は、上記効果に加えて、従来の断熱材を廃止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の構成図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のエンジン運転線例その１であり、（ａ）は圧縮機性能曲線を示す図であり、（ｂ）は燃料流量ＶＳ負荷を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態のエンジン運転線例その２であり、（ａ）は圧縮機性能曲線を示す図であり、（ｂ）は燃料流量ＶＳ負荷を示す図である。
【図５】調量器開度ＶＳ負荷その１を示す図である。
【図６】調量器開度ＶＳ負荷その２を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態のバルブ全開時を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態のバルブ全閉時を示す図である。
【図９】本発明の第３及び第４の実施の形態のバルブ全開時を示す図である。
【図１０】本発明の第３及び第４の実施の形態のバルブ全閉時を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の圧力噴射弁を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態の燃料圧力ＶＳ燃料流量を示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態のスピル噴射弁を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態の燃料戻り圧力ＶＳ燃料流量を示す図である。
【図１５】従来のガスタービンエンジンの構成図である。
【図１６】従来のガスタービンエンジンの構成図である。
【図１７】従来のガスタービンエンジンの構成図である。
【図１８】従来のガスタービンエンジンの構成図である。
【符号の説明】
１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン
５ レキュペレータ（熱交換機）
６ 燃料噴射弁
Claims (6)
- タービンから排出される排気ガスと、圧縮機から燃焼器に送られる圧縮空気とをそれぞれ通して排気ガスの熱を回収する熱交換器を備えるガスタービンにおいて、
圧縮機からの圧縮空気を熱交換器をバイパスして燃焼器下流とタービンとの間に導入するバイパス流路を設け、
エンジンの運転条件に応じてこのバイパス流路の開口面積を調整可能な調量器を備えた
ことを特徴とするガスタービンエンジン。 - 調量器は、アクチュエータにより作動するバルブと、このバルブの初期位置を調整可能な調整機構とから構成する
ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。 - アクチュエータの駆動力として圧縮機出口圧力を用いる
ことを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン。 - アクチュエータの駆動力として燃料噴射弁に付与する燃料圧力を用いる
ことを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン。 - アクチュエータの駆動力として燃料噴射弁からの燃料戻り圧力を用いる
ことを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン。 - バイパス流路は、圧縮機ディフューザプレートと、タービンプレナムと、プレナム内部に形成された流路を構成する薄板部材とで囲まれる空間に連通すると共に、薄板部材とプレナムとで構成される隙間にて燃焼器下流側通路に開口する
ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
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