JP5551238B2 - ターボ機械燃焼室に調整された流量の燃料を供給する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、ターボ機械の燃焼室に送られる燃料の流量の調整に関する。本発明は、全てのタイプのターボ機械に適用可能であり、特に、航空タービンおよび工業用固定タービンに適用可能である。

図１は、例えば、航空機ターボ機械で使用するための知られている従来の流量調整器をきわめて模式的に示す図である。

低圧燃焼回路１は、低圧ポンプを使用してタンクから取り出された燃料を高圧ポンプ２に供給する。高圧ポンプ２からの出口は、計量ユニットを通る流れ断面を調節するため電気油圧式サーボ弁３ａによって制御されるスライド位置を有する計量ユニット３に接続されている。例えば、スプリングによって調整されるバイパス弁４は、それぞれが計量ユニットの入口と出口とに接続されるポートを有し、計量ユニットを通る流量がその流れ断面の関数となるように前記入口と出口との圧力差ｄＰを維持する。燃料の速度はターボ機械の速度に関連付けられるので、高圧ポンプによって過度に送られた燃料を低圧燃料回路１に戻すために、バイパス弁４は戻りループ５内に取り付けられる。

通常はターボ機械の電子調整器ユニット内に組み込まれている電子制御ユニット６は、計量ユニットのスライド位置をサーボ制御して所望の流量の関数として決定される設定位置をとるようにサーボ弁３ａを制御し、実際のスライド位置はセンサ３ｂによって検出される。ポンプによって送られた高圧燃料は、ターボ機械の種々の部分、特に、ヒータ７、および低圧燃料回路１に接続されている低圧ポートを経由して高圧燃料を受け取る高圧ポートを有するサーボ弁３ａのためのサーボ制御の油圧流体としても使用される。ヒータ７は、一般には、燃料／油熱交換器である。ヒータ７は、サーボ制御に使用される燃料内に生じる可能性のある凍結を除去し、ターボ機械で使用される潤滑油を冷却する働きをする。

計量ユニット３からの出口は、例えば、電磁弁９ａによって制御される遮断弁９を介して、噴射器が取り付けられた燃焼室８に接続されている。遮断弁９は、閉止加圧遮断弁であり、ターボ機械を過速度から保護するのに使用される場合もある。電磁弁９ａは、制御ユニットによって、必要な場合に遮断弁９を閉鎖するように制御される。近接センサ９ｂは、制御ユニット６に、遮断弁の開閉状態を表す情報を提供する。変形形態では、計量ユニットと停止遮断弁との間に第２のバイパス弁が挿置されて、過速度が検出された場合に、噴射された流量を迂回させるために過速度のサーボ弁または電磁弁によって制御される場合がある。

国際公開第０３／０２３２０８号の文献では、計量ユニットと、計量ユニットの入口と出口との間の一定の圧力差を維持するバイパス弁と、計量ユニットから下流側の遮断加圧弁とを有する、ガスタービンエンジンに送られる燃料の流量を調整する装置について記載されている。

一定の圧力差を受ける計量ユニットの流れ断面を制御することで、体積流量が調整されるようにする。

制御された質量流量を送りつつ、調整精度を改善するために、温度の関数としての燃料の密度変化を考慮に入れるのが望ましい。このためには、計量ユニットのスライドに、燃料の密度差を補償するのに適した熱膨張係数を有するように選択された材料製のロッドを取り付け、そのため流れ断面の小さな変化が所与の検出されたスライド位置に対して温度の関数として得られることが知られている。また、国際公開第９９／３５３８５号の文献では、計量ユニットに関連付けられたバイパス弁の調整スプリングを支承するバイメタルディスクを使用して、温度の関数としての燃料の密度変化を考慮することも知られている。

さらに、米国特許出願公開第２００８／０１６３９３１号の文献では、一装置を使用した燃料の質量流量の測定について記載されており、この装置により、装置を通る圧力低下に応じて装置を通る燃料の流れ断面と燃料の密度とにより測定が可能となる。測定装置は、ポンプユニットからの出口に取り付けられ、質量流量は、所望の質量流量および測定された質量流量を表す情報を受信するサーボ制御ループによって可変絞り弁を制御することで調整される。停止遮断弁も備えられている。

国際公開第０３／０２３２０８号 国際公開第９９／３５３８５号 米国特許出願公開第２００８／０１６３９３１号明細書

本発明の目的は、調整および遮断アセンブリの構造を簡略化しつつ、燃料流が調整される精度をさらに改善することである。

本発明の第１の態様では、上記の目的は：
低圧燃料回路から燃料を受け取る高圧ポンプによって、高圧燃料を供給するステップと、
高圧ポンプからの出口に接続された流量調整ユニットを使用して、位置制御弁および可変絞り閉止加圧遮断弁を介して、制御された流量で高圧燃料を供給するステップと
を含む方法であって、
燃料室に供給される燃料の実質量流量を示す値は、遮断弁の入口と出口との圧力差を表す情報および遮断弁を通る流れ断面を表す情報に基づいて、計算ユニットによって計算され、
位置制御弁の位置は、実質量流量を示す計算値と所望の質量流量を示す値との差の関数として計算ユニットによって制御される方法によって達成される。

調整精度は、燃料の実質量流量を測定することによって改善されれ、それによって前記流量は、所望の値にサーボ制御され得る。

また、実質量流量を測定するのに、閉止加圧遮断弁が使用される。したがって、燃料流量の調整機能および閉止加圧遮断の機能は、可変絞り遮断弁に関連付けられた可変位置弁によって果たされ、そのため、従来の計量ユニットがないので、図１に示されたような先行技術の装置に比べて簡略化された構造によって果たされる。また、ターボ機械の過速度が検出された場合に閉鎖するように制御されることで、同じ遮断弁が過速度保護機能を果たすように使用されることも可能である。

本発明の方法の一特徴によれば、実質量流量Ｗ_ｆを示す値は、以下の数式を適用することで計算される。

ここで、Κは、特に、遮断弁を通る流れ断面の関数である値の係数であり、ρは、前記弁を通過する燃料の密度であり、ΔＰは、前記弁の入口と出口との圧力差である。

遮断弁を通る流れ断面を表す情報は、遮断弁のスライドの位置Ｘを検出することで与えることができる。

この方法の一実施形態では、遮断弁を通過する燃料の温度Ｔを表す情報は、計算ユニットに提供され、Κの値は、位置Ｘおよび温度Ｔの関数として決定される。

計算ユニットに遮断弁を通過する燃料の密度ρを表す情報を提供するのに、密度計が使用される場合もある。密度計はさらに、遮断弁を通過する燃料の温度Ｔを表す情報も提供するのが好ましい。

実質量流量を正確に計算できるためには、遮断弁を通過する燃料の温度Ｔを表す情報および／または密度ρを表す情報は、遮断弁の近く、好ましくは、遮断弁のできる限り近くで、燃料の流れ方向の上流側または下流側で取得されるべきである。

別の実施形態では、遮断弁のスライドの位置Ｘは、スライドに固定されたロッドに関連付けられた位置センサによって与えられ、ロッドは、前記弁を通過する燃料の密度に関する温度の影響が、前記弁を通る流れ断面を決定するスライドの位置に与える温度の影響によって実質的に補償されるような熱膨張係数を有するように選択される材料で作られている。

有利には、遮断弁の設定位置は、燃料の実質量流量を示す値と所望の質量流量との差の関数として計算ユニットによって決定され、前記弁の実位置を表す情報は、前記実位置を決定された設定位置になるようにサーボ制御するために計算ユニットに提供される。

別の特徴によれば、燃料供給遮断は、位置制御弁を、高圧ポンプから受け取られた燃料のほぼ全てが低圧燃料回路に戻される位置にすることで行われる。したがって、過速度の場合の質量流量を調整する機能、加圧を行う機能、および遮断を行う機能に加えて、正常停止の場合または燃焼室のフレームアウトの場合の閉止遮断機能を容易に組み込むことができる。

別の態様では、本発明は、上述の方法を実施するのに適した流量調整装置も提供する。

この目的は：
入口で低圧燃料回路から燃料を受け取り、出口で高圧燃料を送るのに適した高圧ポンプと、
高圧ポンプからの出口に接続され、位置制御バイパス弁を含む流量調整ユニットと、
燃焼室に供給するために高圧燃料の流れを通すように構成された可変絞りの閉止加圧遮断弁と
を備える装置であって、
遮断弁は、入口と出口との圧力差を表す情報および遮断弁を通る流れ断面を決定する遮断弁の可動スライドの位置を表す情報を提供するのに適したセンサに関連付けられ、
前記センサに接続された計算ユニットは、特に、入口と出口との圧力差を表す情報および遮断弁の可動スライドの位置を表す情報に基づいて、遮断弁を通過する燃料の実質量流量を示す値を計算するのに適しており、実質量流量と設定質量流量との差をなくすために前記差の関数として位置制御弁の位置を制御するのに適している装置によって達成される。

遮断弁はさらに、過速度遮断弁となる場合もある。

この装置の一実施形態では、装置は、計算ユニットに遮断弁を通過する燃料の温度を表す情報を提供するのに適したセンサを含む。

装置は、計算ユニットに遮断弁を通過する燃料の密度を表す情報を、場合によっては、遮断弁を通過する燃料の温度を表す情報と共に提供するのに適した密度計を含む場合がある。

装置の別の実施形態では、遮断弁のスライドは、位置センサと協働し、かつ遮断弁を通過する燃料の密度に関する温度の影響を実質的に補償するのに適した熱膨張係数を示す材料から成るロッドを備える。

装置の一特徴によれば、位置センサは、位置制御弁に関連付けられて、計算ユニットに前記弁の実位置を表す情報を提供し、計算ユニットは、前記弁の実位置を実質量流量と所望の質量流量との差の関数として計算された設定位置になるようにサーボ制御するのに適している。

有利には、位置制御弁は、閉止加圧遮断弁となる弁を開放する圧力より低い燃料の加圧最小閾値を規定するスプリングを備える。

位置制御弁の位置は、電気油圧式サーボ弁または電気モータによって制御されてもよい。電気モータによって制御される場合、サーボ弁の位置を制御するための油圧サーボ制御流体として利用できる燃料を使用する必要がない。したがって、通常はフィルタとヒータとを含む油圧流体回路は、ターボ機械の他の可動（または可変形状）部分が油圧流体を必要とせずに、例えば、電気的に作動できる場合は、省略され得る。

装置の有利な実施形態によれば、装置はさらに、装置のコンポーネントの特定の特性関数を表す情報が記憶され、計算ユニットによって読み取られるのに適したデータ記録媒体を含む。

計算ユニットは、ターボ機械の電気調整ユニットに組み込まれてもよい。したがって、計算手段を変更せずに、上述した装置のコンポーネント間の製造のばらつきを考慮に入れることができる。

変形形態では、計算ユニットは、装置のコンポーネントの特定の特性関数を表す情報が記憶される専用の局所計算ユニットであり、計算ユニットは、燃料の質量流量を測定および調整するために局所的に計算を行うことができる。

本発明の方法および装置の他の特徴および利点は、非限定的な例として示された以下の説明を読めば明らかになるであろう。添付図面について説明する。

上述した、ターボ機械の知られている燃料供給および遮断装置をきわめて図式的に示す図である。 本発明の装置の一実施形態を示す図である。 弁部材の位置Ｘおよび燃料の温度Ｔの関数として質量流量を計算するのに使用される係数Κの変形例を示すグラフである。 本発明の他の実施形態の図である。 本発明の他の実施形態の図である。 本発明の他の実施形態の図である。

図２を参照して、航空機ターボ機械に適用するための本発明の一実施形態について以下に説明する。

低圧（ＬＰ）燃料は、低圧燃料回路１０によって高圧ポンプ１２の入口に供給される。回路１０は、低圧ポンプ（図示せず）によって航空機のタンクからの燃料を供給される。図示された例では、高圧ポンプ１２は、周知の方法でターボ機械のタービンシャフトに機械的に結合された補機ギアボックスユニットによって駆動される回転歯車容積移送式ポンプである。したがって、ポンプ１２は、その出口で、ターボ機械の速度の関数である割合で高圧（ＨＰ）燃料を送る。

ポンプ１２の出口と噴射器を有する燃焼室１６との間のＨＰ燃料回路１４には、制御可変位置弁２０と可変絞り弁４０とが取り付けられている。

この例での弁２０は、弁４０に送られるポンプからの燃料流量の一部を決定する位置のスライドまたはプラグ２２を有するバイパス弁であり、燃料流量の残りの過剰分はパイプ２４を介して低圧燃料回路１０に戻される。

スライド２２の位置は、スライドの両側に弁２０のチャンバに接続された制御出口を有し、ＨＰ燃料を受け取る高圧ポートとＬＰ燃料回路１０に接続される低圧ポートとを有する電気油圧式サーボ弁３０によって制御される。燃料は、油圧サーボ制御流体として使用され、ＨＰ燃料は、フィルタ３２と、ターボ機械の潤滑油と熱交換することで動作するヒータ３４とを介してサーボ弁３０に取り込まれる。サーボ弁３０は、励磁信号をサーボ弁の制御巻線３６に出す計算ユニット６０によって電気的に制御される。スプリング２５は、始動時の燃料の最小加圧閾値を規定するために弁２０に組み込まれ、そのことで、特に、サーボ弁３０が弁２０を制御することができるようにする。

有利には、位置センサ２６が、計算ユニット６０に弁２０の位置を表す情報Ｙを提供する。例として、センサ２６は、周知の方法でスライド２２に固定されたロッド２８と協働するＬＶＤＴ（線形可変差動変圧器）式の誘導センサとすることができる。

可変絞り弁４０は、ピストン形成スライド４２の位置Ｘの関数である燃料の流れ断面を有する。スライド４２は、スプリング４４によって弁４０の閉鎖位置に向かって付勢されるので、開放度は弁４０の入口における燃料の圧力の関数になる。弁４０の流れ断面は、好ましくは、入口と出口との圧力差の範囲を最小限に抑えるように規定される。

例えば、ＬＶＤＴ式の位置センサ４６は、スライド４２に固定されたロッド４８と協働して、計算ユニット６０にスライド４２の位置Ｘを表す情報を提供する。

別のセンサ５０が、弁４０の入口と出口とに接続されて、計算ユニット６０に弁４０の入口と出口との圧力差ΔＰを表す情報を提供する。

さらに、密度計５２がＨＰ燃料回路に取り付けられて、計算ユニット６０に弁４０を通過する燃料の密度ρを表す情報を提供する。密度計５２は、弁４０の近く、例えば、出口のすぐ近くに配置される。有利には、密度計は、温度プローブを含み、計算ユニット６０に弁４０を通過する燃料の温度Ｔを表す情報を提供する。密度計と異なる温度センサを使用することも可能である。

例として、密度計５２は、燃料流の中心に配置された複数の同心管の間の静電容量を測定することで燃料の誘電率Ｅを表す信号を提供するプローブを備える。誘電率Ｅを表す信号は、密度ρを表す情報となる。温度Ｔと誘電率Ｅとがわかれば、計算ユニット６０によって、予めさまざまなタイプの燃料の温度の関数として誘電率の値が記憶されたテーブルから燃料のタイプが認識される。燃料のタイプが特定されると、予めさまざまなタイプの燃料の温度の関数として密度ρが記憶された曲線から密度ρが計算される。他の知られているタイプの密度計を使用することもできる。

有利には、弁４０は、閉止加圧遮断弁となる。弁４０は、スライド４２がスプリング４４の作用を受ける側と同じ側に位置し、弁に入り込む燃料の流れを受ける側の反対側に位置するチャンバ４０ａを有する。チャンバ４０ａは、ダイアフラム４１を介してＬＰ燃料回路に接続される第１のポートと、電子調整ユニット６２によって制御される電磁弁５４を介してＨＰ燃料回路に接続される第２のポートとを有する。

電磁弁５４が開放されている時、チャンバ４０ａにかかる高い圧力がスプリング４４と共に動作して、入口の燃料の圧力に逆らって弁４０を閉鎖する。

電磁弁が閉鎖されている（通常位置）時、チャンバ４０ａの低い圧力により、スプリング４４による戻し力に逆らって弁４０が開放される。スプリング４４は、燃料が燃焼室の噴射器に供給される最小燃料加圧閾値を規定するように調整される。弁２０では、スプリング２５は、燃料を油圧サーボ制御流体として使用できるのに十分な加圧値であるが、弁４０を開放するための閾値より低い加圧値に調整されることに留意されたい。知られているように、燃料の加圧は、ターボ機械の種々の可動部分または可変形状部分を作動させるための油圧流体として燃料が使用されるのに有効である。

燃焼室に送られる燃料の質量流量は、以下のように調整される。

弁４０を通過する燃料の実質量流量の値Ｗ_ｆが、ベルヌーイ方程式に基づいた以下の数式を適用して計算ユニット６０によって計算される。

ここで、Κは、弁を通る流れ断面の関数である係数である。

実際に、Κの値は、スライド４２の位置Ｘの関数および温度Ｔの関数として決定されるが、いずれも流れ断面の値に影響を与える。

ＸおよびＴの関数としてのΚの変化を示す曲線またはテーブルは、ベンチテストで、質量流量計を使用して、周知のρおよびＴの値を用いて位置Ｘを徐々に増加させることによって予め設定される。Κに対するレイノルズ数の影響も考慮に入れられる場合がある。このことによって、図３に示されたような曲線を得ることができる。図３は、Κが、この例では、位置Ｘの関数として指数関数的に変化する流れ断面を有する所与の値に対して種々の温度Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２に対する位置Ｘの関数として変化する様子を示している。これらの曲線はメモリに記憶されているので、Κの値はＸおよびＴから推定でき、したがって、弁４０を通る実質量流量Ｗ_ｆを測定値Ｘ、Ｔ、ρ、およびΔＰから計算することができる。

質量流量の実値Ｗ_ｆは、弁２０を操作することでターボ機械の動作状態に対応する所望の値にサーボ制御される。

このためには、弁２０の設定位置が、計算された実質量流量と所望の質量流量との差の関数として計算ユニット６０によって計算される。弁２０のスライド２２の位置Ｙと、受け取られ実際に弁４０に送られるＨＰ燃料流の一部との関係は、例えば、テストによって予め設定され、事前に記憶されている。この関係も同様に、ポンプ速度、燃焼室の圧力などの動作状態の関数であるので、リアルタイムで観察され考慮に入れられてもよい。サーボ弁３０は、電子調整ユニット６２によって、弁２０を設定位置にするように制御される。センサ２６があることで、より明確に測定実位置Ｙを設定値にするように動作するサーボ制御ループを構成することができる。

計算された実質量流量と所望の質量流量との差の相対値に基づいて、成形ネットワークを使用してサーボ弁３０を制御して、差がほぼなくなるまで徐々に弁２０の位置を修正することができる。

計算された実質量流量と所望の質量流量との差の関数として、サーボ弁３０に流される設定電流を計算することができ、サーボ弁３０に流される電流と弁４０に実際に送られる燃料流の一部との関係は、例えば、ポンプ１２の（回転）速度または燃焼室の圧力のような動作状態の関数であるので、リアルタイムで考慮に入れられる。

上述の実施形態では、計算ユニット６０に弁４０を通過する燃料の密度ρおよび温度Ｔを表す情報を提供するのに密度計が使用される。

変形形態では、温度の関数としてそれぞれのタイプの燃料の密度変化を提供する情報を参照することで使用されている燃料のタイプを識別するために情報が予め記憶され、計算ユニット６０に利用可能であれば、温度センサのみを使用して情報Ｔを提供することも可能である。

冗長性のために、計算ユニット６０は、電子調整ユニット６２と同じように複製されてもよい。この場合、サーボ弁３０および電磁弁５４の制御巻線ならびに位置Ｘ、Ｙを提供するセンサも複製されなければならない。

有利には、サーボ弁３０は制御巻線３８を含み、制御巻線３８は、コックピットからの命令で励磁されて、弁２０をポンプ１２から受け取られた燃料の全てまたはほぼ全てがＬＰ燃料回路１０に戻される位置にすることで正常にターボ機械を停止させることができる（正常停止の運転停止）。この時、弁４０は、弁２０に接続された入口における圧力差のために閉じる。

また、燃焼室の炎が消えた（フレームアウトの運転停止）の場合に、電子調整ユニット６２によって、サーボ弁３０に作用して、弁２０をポンプ１２から受け取られた燃料の全てまたはほぼ全てがＬＰ燃料回路に迂回される位置にすることで燃料供給が遮断されてもよく、この時、弁４０が閉じる。

ターボ機械のタービンシャフトの回転速度を測定することで過速度が検出された場合、調整ユニット６２が弁４０を閉鎖するように電磁弁５４を制御し、サーボ弁３０の制御電流がオフにされる。

したがって、単にコンポーネント２０、３０、４０、５０、計算ユニット６０、および電子調整ユニット６２を使用すれば、質量流量を調整する機能、運転停止する機能、過速度の場合に運転停止する機能、可変形状部分を駆動するために加圧する機能の全てが組み合わせられる。

有利な特徴によれば、流量調整装置のコンポーネントの予め設定された個々の特性関数は、デジタルデータ媒体、例えば、装置と物理的に関連付けられた無線自動識別（ＲＦＩＤ）コンポーネント６４に記憶することができる。

個々の特性関数は、少なくともＸの関数として、また場合によってはＴの関数としてΚの値を得ることができる関係を含み、また、センサの伝達関数、すなわち、センサによって送られた信号と検出されたＸ、ΔＰ、ρ、ＴおよびＹなどの大きさの値との関係を含むことができ、必要であれば、Ｘと弁４０を通る流れ断面との関係およびＹと弁２０によって受け取られて送られる流れの一部（または戻される一部）との関係も含むことができる。

デジタルデータ媒体がＲＦＩＤコンポーネントである場合、計算ユニット６０は、ターボ機械の電子調整ユニット６２に組み込まれているか否かに関係なく、ＲＦＩＤコンポーネントと通信するようになっている。

変形形態では、このデジタル情報を計算ユニット６０のメモリに記憶することができる。この場合の計算ユニットは特別な計算ユニットであってもよく、ターボ機械の電子調整ユニットに組み込まれず、対応する流量調整装置に局所的に関連付けられる。

このような条件下で、局所計算ユニットは、データＸ、ΔＰおよび密度計から送られたデータから実質量流量Ｗ_ｆを計算することができ、Ｗ_ｆの値を、場合によっては、データＴおよび燃料のタイプに関係するデータと共に電子調整ユニット６２に送信することができ、その後、調整ユニット６２が弁２０のスライドの設定位置を決定する。この場合、密度計、可変絞り弁、圧力差ΔＰセンサ、位置Ｘセンサで形成されるアセンブリは、局所計算ユニットと共に、ターボ機械の調整ユニットから独立した質量流量計を構成してもよい。弁２０のスライドの設定位置は、局所計算ユニット６０によって計算することもできる。

流量調整装置のコンポーネントの特性関数を表すデジタル情報は、当該コンポーネントを含む機器の受け取り時に予め記憶されてもよい。例えば、デジタル情報はコンポーネントが使用される前に行われるテストで取得されてもよい。このことで、計算ユニット６０によって行われる計算の時に、さまざまな調整装置のこれらのコンポーネントに関する製造のばらつきを無視することができ、ひいては調整精度を高めることができる。

図４は、密度計を備えていないという点で図２の実施形態とは異なる。

使用される燃料のタイプに関する情報、および所与の温度で、例えば、平均利用温度で燃料タイプごとの密度を表す情報を予め記憶して計算ユニット６０に利用可能にすることも可能である。

温度の関数としての弁４０を通過する燃料の密度変化は、少なくとも近似的に補償を達成できる熱膨張係数を有するように選択された材料製のロッド４８を使用して補償される。検出位置Ｘに対して流れ断面が温度の関数として少し増大するようにロッドの長さを変化させる材料が選択されるので、燃料の密度は温度が上昇すると低くなる。説明の冒頭で上述したように、このような補償技術自体は知られている。ロッド４８の材料は、アルミニウム、ステンレス鋼、インバー（「Ｉｎｖａｒ」、登録商標）などから選択されてもよい。

所与の位置Ｘに対して、係数Κに値が選択される、例えば、最も一般的な燃料の使用で平均使用温度に対して予め設定された値が選択される。

上述の違いを除けば、調整装置の構造および動作は図２の実施形態と同様である。

図４の実施形態は、図２の実施形態に比べて簡略化されており、温度の関数としての密度変化を近似的に補償するので、さらに温度の関数としての係数Κの変化を補償しないので、実質量流量の計算の精度はわずかに劣る。

図５は、バイパス弁２０が計算ユニット６０によって制御される電気モータ１３０によって作動されるという点で図２の実施形態と異なる実施形態を示す図である。

電気モータ１３０は、リニアモータまたは回転モータとしてもよい。電気モータ１３０は、弁４０に送られるポンプ１２からのＨＰ燃料流の一部およびＬＰ燃料回路１０に戻されるＨＰ燃料流の一部を制御するために、弁のスライドまたはプラグの位置に作用する。弁の位置Ｙは、弁１２０のスライド（図示せず）に固定されたロッド１２８と協働するセンサ１２６によって提供される。

電気油圧式サーボ弁の代わりに電気モータを使用することで、サーボ弁のサーボ制御油圧流体を送るのが無用になる。弁４０のチャンバ４０ａのポートの流れ断面およびサーボ弁４４のポートの流れ断面は、凍結に影響されないほど大きいので、電気アクチュエータが使用される場合のように、ターボ機械の他の可変形状コンポーネントが油圧流体を使用して作動されないのであれば、フィルタとヒータとは省略されてもよい。

上述の違いを除けば、調整装置の構造および動作は図２の実施形態と同様である。図５の実施形態では、図４を参照して説明したような密度計を使用せずに、質量流量を測定するための措置もとられてもよい。

上述したように、ＨＰ燃料は、容積移送式高圧ポンプによって送られるものとする。

また、本発明は、図６に示された遠心高圧ポンプを使用する場合にも使用可能である。

図６では、遠心ポンプ１１２が、ポンプ１１２と弁４０との間に直列に接続された位置制御弁２２０に高圧燃料を供給する。弁２２０は、過剰燃料をＬＰ燃料回路１０に戻さないという点で、図２または図４の弁２０および図５の弁１２０とは異なる。弁２２０は、そのスライド２２２の位置に応じて、多かれ少なかれポンプ１１２からの供給をスロットルで調整し、ポンプ１１２はその構造によって、流量に関係なくほぼ一定の圧力を送る。スライド２２２は、閉鎖スプリング２２５の作用を受け、位置センサ２２６と協働するロッド２２８に固定されて、計算ユニットにスライド２２２の位置Ｙを表す情報を提供する。正常停止遮断は、弁２２０を閉鎖するように制御することで得られる。それ以外では、燃料供給装置は、図２または図４または図５の燃料供給装置と同様にしてもよく、位置制御弁の位置は電気油圧式サーボ弁または電気モータで制御され、燃料の実質量流量は密度計を用いて測定されてもよいし、密度計を用いずに測定されてよい。

Claims (21)

1. 低圧燃料回路から燃料を受け取る高圧ポンプによって、高圧燃料を供給するステップと、
   高圧ポンプからの出口に接続された流量調整ユニットを使用して、位置制御弁および可変絞り閉止加圧遮断弁を介して、制御された流量で高圧燃料を供給するステップと
   を含む、ターボ機械の燃焼室に調整された流量で燃料を供給する方法であって、
   燃焼室に供給される燃料の実質量流量を示す値が、遮断弁の入口と出口との圧力差を表す情報および遮断弁を通る流れ断面を表す情報に基づいて、計算ユニットによって計算され、
   位置制御弁の位置が、実質量流量を示す計算値と所望の質量流量を示す値との差の関数として流量計算ユニットによって制御されることを特徴とする方法。
2. 実質量流量Ｗ_ｆを示す値が、数式
   

   

   を適用することで計算されることを特徴とし、ここで、Κが、遮断弁を通る流れ断面の関数である値の係数であり、ρが、前記弁を通過する燃料の密度であり、ΔＰが、前記弁の入口と出口との圧力差である、請求項１に記載の方法。
3. 遮断弁を通る流れ断面を表す情報が、そのスライドの位置Ｘを検出することによって与えられることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 遮断弁を通過する燃料の温度Ｔを表す情報が、計算ユニットに与えられ、Κの値が、位置Ｘおよび温度Ｔの関数として決定されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 燃料の密度ρが、温度Ｔおよび使用される燃料のタイプに応じて評価されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 密度計が、計算ユニットに遮断弁を通過する燃料の密度を表す情報を提供するために使用されることを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載の方法。
7. 密度計が、遮断弁を通過する燃料の温度Ｔを表す情報も提供するためにも使用されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 遮断弁のスライドの位置Ｘが、スライドに固定されたロッドに関連付けられた位置センサによって与えられ、ロッドが、前記弁を通過する燃料の密度に関する温度の影響が、前記弁を通る流れ断面を決定するスライドの位置に関する温度の影響によって実質的に補償されるような熱膨張係数を有するように選択された材料で作られることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
9. 遮断弁の設定位置が、燃料の実質量流量を示す値と所望の質量流量との差の関数として計算ユニットによって決定され、前記弁の実位置を表す情報が、前記実位置を決定された設定位置にサーボ制御するために計算ユニットに供給されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 燃料供給遮断が、位置制御弁を、高圧ポンプから受け取られた燃料のほぼ全てが低圧燃料回路に戻される位置にすることによって行われることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 位置制御弁が、燃料をサーボ制御油圧流体として使用することができる加圧閾値を規定するように作動するスプリングを備え、加圧閾値が、閉止加圧遮断弁を構成する遮断弁を開放するための圧力より下げられることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 入口で低圧燃料回路から燃料を受け取り、出口で高圧燃料を送るのに適した高圧ポンプ（１２）と、
    高圧ポンプからの出口に接続され、位置制御バイパス弁（２０）を含む流量調整ユニットと、
    燃焼室に供給するために高圧燃料流を通すように構成された可変絞りの閉止加圧遮断弁（４０）と
    を備える、ターボ機械の燃焼室に調整された流量で燃料を供給するための装置であって、
    遮断弁（４０）が、入口と出口との圧力差を表す情報および遮断弁を通る流れ断面を決定する遮断弁の可動スライドの位置を表す情報を提供するのに適したセンサ（４６、５０）に関連付けられ、
    前記センサに接続された計算ユニット（６０）が、入口と出口との圧力差を表す情報および遮断弁の可動スライドの位置を表す情報に基づいて、遮断弁を通過する燃料の実質量流量を示す値を計算するのに適しており、実質量流量と設定質量流量との差をなくすために前記差の関数として位置制御弁の位置を制御するのに適していることを特徴とする装置。
13. 計算ユニットに遮断弁を通過する燃料の温度を表す情報を提供するのに適したセンサを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
14. 計算ユニットに遮断弁を通過する燃料の密度を表す情報を提供するのに適した密度計（５２）を含むことを特徴とする、請求項１２または１３に記載の装置。
15. 遮断弁のスライドが、位置センサと協働し、かつ遮断弁を通過する燃料の密度に関する温度の影響を実質的に補償するのに適した熱膨張係数を示す材料で作られたロッドを備えることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
16. 位置センサ（２６）が、位置制御弁（２０）に関連付けられて、計算ユニットに前記弁の実位置を表す情報を提供し、計算ユニットが、前記弁の実位置を実質量流量と所望の質量流量との差の関数として計算された設定位置にサーボ制御するのに適していることを特徴とする、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 位置制御弁（１２０）が、電気モータ（１３０）によって制御されることを特徴とする、請求項１２から１６のいずれか一項に記載の装置。
18. 位置制御弁（２０）が、遮断弁（４０）の開放圧力より低い燃料の最小加圧閾値を規定するスプリング（２５）を備えることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
19. 装置のコンポーネントの特定の特性関数を表す情報が記憶され、計算ユニット（６０）によって読み取られるのに適したデータ記録媒体（６４）をさらに含むことを特徴とする、請求項１２から１８のいずれか一項に記載の装置。
20. 計算ユニットが、ターボ機械の電子調整ユニット（６２）に組み込まれることを特徴とする、請求項１２から１９のいずれか一項に記載の装置。
21. 計算ユニットが、装置のコンポーネントの特定の特性関数を表す情報が記憶される専用の局所計算ユニットであることを特徴とする、請求項１２から１９のいずれか一項に記載の装置。

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