JP4142673B2 - Control device for gas turbine engine - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービンエンジンの制御装置に関し、特にコンプレッサの圧力センサに異常があった際にも安全に運転を継続できるようにするための制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for a gas turbine engine, and more particularly to a control device for allowing safe operation to continue even when an abnormality occurs in a pressure sensor of a compressor.
航空機用ガスタービンエンジンにおいては、エンジンの運転状態を最適に制御するために種々のセンサを用いているが、コンプレッサの出口圧(P3)は、燃料流量(Qfr)と共にQfr/P3として制御パラメータとすると、加速、減速時における空燃比特性が向上し、且つ失火し難くなることから、最も重要な制御パラメータの一つとされており、適正値を得られることが求められていた。このような制御パラメータの基礎となる値を出力するセンサが故障すると、制御パラメータが異常を呈し、エンジンの適正制御に支障を来すので、センサ故障時の対策は極めて重要である。 In an aircraft gas turbine engine, various sensors are used to optimally control the operating state of the engine. The compressor outlet pressure (P3) and the fuel flow rate (Qfr) are set as control parameters such as Qfr / P3. Then, since the air-fuel ratio characteristics at the time of acceleration and deceleration are improved and misfire is difficult, it is regarded as one of the most important control parameters, and it is required to obtain an appropriate value. If a sensor that outputs such a value serving as the basis of a control parameter fails, the control parameter exhibits an abnormality, which hinders proper control of the engine. Therefore, a countermeasure at the time of sensor failure is extremely important.
センサの故障対策としては、1つの計測ポイントに複数個のセンサを設け、各センサの出力値を比較して異常の有無を判定することが一般的であるが、コンプレッサの出口は、エンジンの構造上の制約や製造コストの観点から、複数個のセンサを設けることは困難である。 As a countermeasure against sensor failure, it is common to provide a plurality of sensors at one measurement point and compare the output values of each sensor to determine the presence or absence of an abnormality. In view of the above constraints and manufacturing costs, it is difficult to provide a plurality of sensors.
そこで従来は、コンプレッサの出口圧が異常値を示した場合には、センサの出力値をフィルタリングしたり、ある固定値で代替したりして対処していた。またセンサの出力値が異常を呈した際には、無負荷運転モードに移行する技術も知られている(特許文献1を参照されたい)。
しかしこの従来の対処法では、エンジンの運転状態によっては代替値と正常値との差が大きくなりすぎて減速時間が長くなってしまうことがあり、センサの異常時に安定した運転を継続するには操縦者の技量に大きく頼らざるを得ない面があった。また文献1に記載の制御方法は、定置式エンジンには有効であるが、航空機用エンジンへの適用は実質的に不可能である。 However, with this conventional countermeasure, the difference between the substitute value and the normal value may become too large depending on the engine operating condition, resulting in a longer deceleration time. I had to rely heavily on the skill of the pilot. The control method described in Document 1 is effective for a stationary engine, but is not practically applicable to an aircraft engine.
このような従来技術の不都合に鑑み、本発明は、コンプレッサの出口圧を検出するセンサの出力値が異常を示した場合にも、エンジンの運転状態を急変させずに安定した状態に比較的速やかに収束させることができるようにすることを課題とした。 In view of such disadvantages of the prior art, the present invention is relatively quick to a stable state without suddenly changing the operating state of the engine even when the output value of the sensor for detecting the outlet pressure of the compressor shows an abnormality. It was set as a subject to be able to be converged to.
このような課題を解決するために、本発明によるガスタービンエンジンの制御装置は、コンプレッサ(2)の出口圧(P3)を検出する出口圧検出手段(高圧センサ8)と、ファン(6)の入口圧(P1)を検出する入口圧検出手段(低圧センサ9)とを有するガスタービンエンジンの制御装置であって、エンジンの回転速度と吸気温度と前記入口圧検出手段の出力値との関係に基づいてコンプレッサの出口圧を推定する出口圧推定手段(高圧値推定部24)と、前記出口圧検出手段の出力値が正常であるか否かを判別する出力値判定手段(高圧センサ出力判定部22)と、前記出口圧検出手段の出力値が正常でないと前記出力値判定手段にて判定された場合には、前記出口圧検出手段の出力値を前記出口圧推定検出手段の出力値で置換し、更に前記出口圧推定検出手段の出力値が異常と判定された場合には、前記出口圧検出手段の出力値を前記入口圧検出手段の出力値で置換する出力選択手段(出力選択部23)とを有する。
In order to solve such a problem, a control apparatus for a gas turbine engine according to the present invention includes an outlet pressure detecting means (high pressure sensor 8) for detecting an outlet pressure (P3) of a compressor (2), and a fan (6). A control apparatus for a gas turbine engine having an inlet pressure detecting means (low pressure sensor 9) for detecting an inlet pressure (P1), wherein a relationship between an engine speed, an intake air temperature, and an output value of the inlet pressure detecting means. Outlet pressure estimating means (high pressure value estimating section 24) for estimating the outlet pressure of the compressor based on the output value determining means (high pressure sensor output determining section) for determining whether or not the output value of the outlet pressure detecting means is normal 22) and when the output value determination means determines that the output value of the outlet pressure detection means is not normal, the output value of the outlet pressure detection means is replaced with the output value of the outlet pressure estimation detection means And If the output value of the outlet pressure estimated detection means is determined to be abnormal, the output selecting means for replacing the output value of the outlet pressure detecting means by the output value of the inlet pressure detecting means (the output selection unit 23) Have
このような本発明によれば、コンプレッサの出口圧検出手段が異常を起こしても、安定的に運転を継続し得る代替値が与えられるため、エンジン挙動の急変を抑制し、エンジンの運転を安定的に継続することが可能となる。 According to the present invention as described above, even if the compressor outlet pressure detection means malfunctions, an alternative value that can continue operation stably is provided, so that sudden changes in engine behavior are suppressed and engine operation is stabilized. Can be continued.
以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明が適用された制御装置で制御されるガスタービンエンジンの概略構成を示している。このガスタービンエンジン1は、コンプレッサ2及び高圧タービン3を連結する高圧軸4と、低圧タービン5及びファン6を連結する低圧軸7とを有し、コンプレッサ2の出口圧P3を高圧センサ8で、ファン6の入口圧P1を低圧センサ9で、高圧軸4の回転速度N2を高圧軸回転センサ10で、ファン6の入口温度T1を吸気温センサ11で、それぞれ検出し、これらの出力値及びその他の各種運転状況検出センサの出力に基づいてエンジンが最適な応答を示すように、燃料流量制御器15によって燃料調量弁16を制御して燃焼室17に供給する燃料流量が制御されるようになっている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a gas turbine engine controlled by a control device to which the present invention is applied. This gas turbine engine 1 has a high-pressure shaft 4 that connects a compressor 2 and a high-
高圧センサ8は、高温・高圧の過酷な条件下に設けられるので、例えば故障するなどしてその出力が異常となった場合にも最低限の安定的運転を継続できるように、高圧センサ8の異常時の対応装置が設けられている。この異常時対応装置は、運転モード判別部21と、高圧センサ出力判定部22と、出力選択部23と、高圧値推定部24とからなっている。
Since the high-pressure sensor 8 is provided under severe conditions of high temperature and high pressure, the high-pressure sensor 8 is configured so that the minimum stable operation can be continued even when the output becomes abnormal due to failure, for example. A device for responding to an abnormality is provided. This abnormality response device includes an operation
運転モード判別部21では、例えば、高圧軸回転センサ10の出力値N2並びにスロットルレバーアングルセンサ12の出力TAに基づいて、モード判別値が予め設定されたモード判別値マップ31・32(図2、3)を参照してその時の運転状態を判別する。ここで判別される運転状態としては、始動ST、低負荷定常運転LR、加速運転AC、高負荷定常運転HR、減速運転DC、緊急時燃料遮断COなどが設定されている。なお、本実施例においては、高圧軸回転センサ10並びにスロットルレバーアングルセンサ12の出力値に基づくモード判別値を例示したが、これらの値を参照するだけでなく、例えば速度計や高度計の値や事前に設定したフライトスケジュールなども参照し、判別精度をより一層高めることが考えられる。
In the operation mode
高圧値推定部24には、吸気温センサ11が出力するファン6の入口温度T1にて高圧軸回転センサ10の出力値N2を補正したエンジン回転速度補正値N2Cと、低圧センサ9が出力するファン6の入口圧P1との関係をベンチテストで実測して設定された推定高圧値算出マップが格納されており、ファン6の入口温度T1及び入口圧P1と、高圧軸回転速度N2とを入力し、推定高圧値P3Eを求める。但し、N2Cは次式で与えられる。
The high pressure
次に本発明による制御パラメータの選択処理フローについて図4を参照して説明する。 Next, a control parameter selection processing flow according to the present invention will be described with reference to FIG.
先ず、運転モード判別部21でモードチェックを行い、その時の運転モード(始動ST、低負荷定常運転LR、加速運転AC、高負荷定常運転HR、減速運転DC、緊急時燃料遮断COのいずれか)を判別する(ステップ1)。
First, the operation mode
次いで高圧センサ出力判定部22内に格納された基準値マップ33(図5)を参照し、その時の運転モードに対応する基準値(例えば始動モードであれば図5のA〜Dの範囲、低負荷定常運転モードであればB〜Cの範囲)を設定する(ステップ2)。
Next, the reference value map 33 (FIG. 5) stored in the high-voltage sensor
同時に高圧センサ8の出力値P3を取り込み(ステップ3)、この値と基準値とを高圧センサ出力判定部22で比較し、規定範囲内の値であるか否かを判別する(ステップ4)。より詳しく言うと、このステップでは、高圧センサ8の出力値P3をたとえば10msec毎にサンプリングし、サンプリングした値を基準値と比較してその差が所定範囲を超えていたならば高圧センサ8の異常と判定する。
At the same time, the output value P3 of the high-pressure sensor 8 is captured (step 3), and this value is compared with the reference value by the high-pressure sensor
ここで高圧センサ8が正常と判定された場合は、出力選択部23はその時の出力値P3を制御パラメータとして出力する(ステップ5)。他方、ここで異常と判定された場合は、前回が正常であったか否かをチェックし(ステップ6)、前回正常であった場合は、今回の異常値は一過性のものであると推定し、記憶してある前回のP3値を制御パラメータとして出力する(ステップ7)。この反対に前回も異常であった場合は、高圧センサ8が異常であるものと確定し、高圧値推定部24から得た推定高圧値P3Eが正常か否かを判別する(ステップ8)。
If it is determined that the high-pressure sensor 8 is normal, the
この推定高圧値P3Eの正否判別は、基礎となる高圧軸4の回転速度N2、ファン6の入口温度T1及び入口圧P1の値を、時間履歴と所定の閾値とを参照することによって行う。なお、ファン6の入口温度T1及び入口圧P1は、機体側に2つ、エンジン側に1つ設けられた各センサから出力される3つの値を比較し、2つの値が合致したらその値を正しい値とみなすものとし、高圧軸4の回転速度N2は、機体側に2つ、エンジン側に2つ設けられた各センサから出力される4つの値を比較し、3つが合致したらその値を正しい値とみなすものとする。 Whether the estimated high pressure value P3E is correct or not is determined by referring to the time history and a predetermined threshold value for the rotational speed N2 of the high pressure shaft 4, the inlet temperature T1 of the fan 6, and the inlet pressure P1. In addition, the inlet temperature T1 and the inlet pressure P1 of the fan 6 are compared with three values output from each sensor provided on the airframe side and on the engine side, and if the two values match, the values are used. The rotation speed N2 of the high-pressure shaft 4 is assumed to be a correct value, and the four values output from each sensor provided on the fuselage side and two on the engine side are compared. It shall be regarded as a correct value.
ここで推定高圧値P3Eが正常と判定されたならば、推定高圧値P3Eを制御パラメータとして出力選択部23から出力してエンジンを制御する(ステップ9)。他方、ここで推定高圧値P3Eが異常と判定された場合は、低圧センサ9の出力P1を制御パラメータとして出力選択部23が出力し、エンジン制御を行う(ステップ10)。
If it is determined that the estimated high pressure value P3E is normal, the estimated high pressure value P3E is output as a control parameter from the
低圧センサ9の出力値P1、即ちファン6の入口圧は、その計測環境自体がセンサにとって比較的良好であり、またエンジン側と機体側との双方にセンサが設けられているので、高い信頼性を確保し得る。従って、高圧センサ8の出力値P3、即ちコンプレッサ2の出口圧とは異なるものの、相似した傾向の値が得られるので、求められる最低限の安定性を確保し得るエンジンの運転を継続するには、ある定数で代替したり、信頼のおけない高圧センサ8の出力値P3を補正したりして制御するよりは遙かに有利である。
The output value P1 of the low-
また低圧センサ9の出力値P1で代替すると、P1値が小となる高空での失火の防止に、またエンジン回転速度が低いためにP1とP3との相対差が小さく且つP1の絶対値が大となる地上あるいは低空での空燃比特性の劣化の防止に、それぞれ寄与し得る。
If the output value P1 of the low-
このようにして、本発明においては、コンプレッサ2の出口圧を検出する高圧センサ8が異常を起こした場合には、最低限の安定的な運転を継続し得る代替値として、最終的にはファン6の入口圧を検出する低圧センサ9の出力値P1を与えることにより、エンジン挙動の急変を抑制し、エンジン運転の安定的な継続を実現することができる。
Thus, in the present invention, when the high-pressure sensor 8 that detects the outlet pressure of the compressor 2 has an abnormality, the fan is finally replaced with an alternative value that can continue the minimum stable operation. By giving the output value P1 of the
なお、低圧センサ9の出力値P1が異常の場合は、標準大気圧(1.003kgf/cm2)の値を与えることで対処する。
When the output value P1 of the low-
1 ガスタービンエンジン
2 コンプレッサ
6 ファン
8 高圧センサ
9 低圧センサ
22 高圧センサ出力判定部
23 出力選択部
24 高圧値推定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas turbine engine 2 Compressor 6 Fan 8
Claims (1)
エンジンの回転速度と吸気温度と前記入口圧検出手段の出力値との関係に基づいてコンプレッサの出口圧を推定する出口圧推定手段と、
前記出口圧検出手段の出力値が正常であるか否かを判別する出力値判定手段と、
前記出口圧検出手段の出力値が正常でないと前記出力値判定手段にて判定された場合には、前記出口圧検出手段の出力値を前記出口圧推定検出手段の出力値で置換し、更に前記出口圧推定検出手段の出力値が異常と判定された場合には、前記出口圧検出手段の出力値を前記入口圧検出手段の出力値で置換する出力選択手段と、
を有することを特徴とするガスタービンエンジンの制御装置。 A control device for a gas turbine engine having outlet pressure detecting means for detecting an outlet pressure of a compressor and inlet pressure detecting means for detecting an inlet pressure of a fan,
Outlet pressure estimating means for estimating the outlet pressure of the compressor based on the relationship between the rotational speed of the engine, the intake air temperature, and the output value of the inlet pressure detecting means;
Output value determination means for determining whether or not the output value of the outlet pressure detection means is normal;
When the output value determination means determines that the output value of the outlet pressure detection means is not normal, the output value of the outlet pressure detection means is replaced with the output value of the outlet pressure estimation detection means, and An output selection means for replacing the output value of the outlet pressure detection means with the output value of the inlet pressure detection means when the output value of the outlet pressure estimation detection means is determined to be abnormal ;
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