JPH0218415B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、コンプレツサ及び燃焼室を備えたガ
スタービン機関の燃料供給流量調整装置に係る。

この種の装置は、機関のシヤフト又は補助手段
によつて駆動される燃料供給用容積式ポンプと、
燃料タンクから燃料をポンプに導く吸入用管路
と、ポンプによつて加圧された燃料を機関の燃焼
室に送出する供給管路と、供給用管路中に挿入さ
れた主流量調整器、及びこの主流量調整器の流路
断面積に所定の値を与える手段と、供給用管路を
主流量調整器の上流で吸入用管路に連結している
燃料用戻り管路とを含んでいる種類の装置であ
る。

例えば第2394680号として公告されたフランス
国特許出願によつて、前述の種類の装置がすでに
公知である。この装置の戻り管路には少なくとも
２個の補助流量調整器が挿入されており、そのう
ち一方は、ポンプの吐出圧力によつて制御され、
他方はコンプレツサの段の吐出圧力によつて制御
される。この装置は過渡状態においてコンプレツ
サの過熱又はストールの如き故障を回避すること
を意図している。しかしながら、この装置は補助
流量調整器の個数が多いことさらにこれらの補助
流量調整器が弾性的復帰手段を含んでいること等
から、装置の構造が複雑であるという問題点を有
している。また、この装置は、少なくとも２つの
補助流量調整器が互いに独立に作動するので、動
作モードを規定するのが困難である。

本発明の目的は、従来の装置が有する欠点を解
消するために、より単純な構成で高い安全性を有
するガスタービン機関用の燃料供給流量調整装置
を提供することにある。

本発明の前記目的は、燃料ポンプと、ガスター
ビン機関の燃料タンクからの燃料を上述のポンプ
に導く第１通路と、そのポンプから吐出された燃
料を機関の燃焼室に供給する第２通路と、この第
２通路の途中に設けられており通過する燃料流量
を調整する主流量調整器と、主流量調整器の上流
の第２通路と第１通路とを接続し、ポンプから吐
出された燃料の一部を第１通路に戻すための第３
通路と、この第３通路の途中に設けられており、
主流量調整器を通過するときの燃料の圧力低下量
とを検出し、この検出した圧力低下量とガスター
ビン機関のコンプレツサによつて吐出された空気
の圧力値とほぼ比例するように、第３通路の燃料
戻り流量を調整する補助流量調整器とを備えた燃
料供給流量調整装置によつて達成される。

本発明の補助流量調整器は、燃料が補助流量調
整器を通過する時の燃料の圧力低下量を検出しか
つその量を第１の変化量に変換する第１検知手段
と、コンプレツサによつて圧縮された空気圧を検
出しかつその値を第２の変位量に変換する第２検
知手段と、第１の変位量から第２の変位量を減算
する減算手段と、減算された結果に対応して燃料
の戻り流量を調整する戻り弁とから構成されるの
が望ましい。

さらに、第１検知手段は、導入口と送出口とに
おいて夫々第３通路に接続されていると共に気密
的に密閉した第１チヤンバと、この第１チヤンバ
内に配置されていると共に気密的に密閉した第１
ベローズと、この第１ベローズの内部と第２通路
を連通する第４通路とからなり、第２検知手段
が、第１チヤンバに隣接して配置されると共に気
密的に密閉した第２チヤンバと、この第２チヤン
バ内に配置されており、伸長方向が第１ベローズ
の伸長方向の同一であり、かつ中が真空であつて
気密的に密閉した第２ベローズと、第２チヤンバ
の内部とコンプレツサの吐出側を連通する第５通
路とからなり、減算手段は、一端が第１ベローズ
の変位端に連結されており、他端が第２ベローズ
の変位端に連結されており、支点が第１チヤンバ
と第２チヤンバとの隔壁に気密的に配設されたレ
バーとからなり、戻り弁が第１ベローズの変位端
に連結されているのが望ましい。

本発明の装置は航空機用ターボジエツト機関の
非常用調整装置として有効に用いられ得る。

本発明の装置の配置及び利点は添付図面を参照
して、以下の説明によつて明らかにされる。

まず第１図において、矢印は液体燃料の流れの
方向を示す。本発明の第１通路に相当する管路１
０によつて導かれる燃料を本発明の第２通路に相
当する管路３０中の容積式ポンプ２０によつて加
圧し、管路３０は燃料をターボジエツト機関の燃
焼室CCに導き、ターボジエツト機関については
コンプレツサCP及びタービンTUを図示してい
る。燃料の供給流量はハンドレバー３１を用いて
調節され、ハンドレバー３１は作動装置３２を介
して主流量調整器３３（例えば絞り弁）の流路断
面を作動する。

第１図のガスタービン機関用の燃料供給流量調
整装置は、気密な中央隔壁６０によつて隔てられ
ている二つのチヤンバ４０及び５０を定める気密
な囲障と、気密であつて伸縮自在に変形し得る第
１ベローズ４２と、気密であつて第１ベローズの
伸長方向と同じ伸長方向に変形し得る第２ベロー
ズと、燃料供給用の管路１０を第１チヤンバ４０
の送出口を規定する孔４６と通じさせる管路４５
と、接触子４８と、隔壁６０を貫通するレバー６
１とを含んでおり、第１チヤンバ４０の導入口は
管路４１によつて主流量調整器３３の上流で管路
３０と通じており、第２チヤンバ５０は圧力取入
れ管路５１によつてコンプレツサCPの適当に選
択された段の吐出側と通じている。管路４１及び
４５は本発明の第３通路に相当している。第１ベ
ローズ４２はその一方の底（固定底）によつて第
１チヤンバ４０の壁４３に固定され、第１ベロー
ズ４２の内部は管路４４によつて主流量調整器３
３の下流で管路３０と通じている。第２ベローズ
５２はその一方の底（固定底）によつて第２チヤ
ンバ５０の壁５３に固定され、壁５３は壁４３の
延長であつて、この第２ベローズ５２の内部は真
空となつている。前記管路４５は壁４３に対向す
る壁４７に設けられた孔４６によつて第１チヤン
バ４０に通じている。前記接触子４８は、第１ベ
ローズ４２の変位端に固定されると共に孔４６に
対向して配置され、第１ベローズ４２の伸長に応
じて孔４６を開閉可能としている。また、接触子
４８は孔４６と協働して戻り弁を構成している。
レバー６１は気密な支点６２によつて隔壁６０に
連結されており、レバー６１の両端はそれぞれ、
一方は節点６３によつて第１ベローズ４２の変位
端に、他方は節点６４によつて第２ベローズ５２
の変位端に連結されている。このように、減算手
段としてのレバー６１によつて、第１ベローズ４
２の第１の変位量から第２ベローズ５２の第２の
変位量を減算し得る。

本発明の装置はこのように天秤に類似してお
り、天秤のさおがレバー６１、天秤の２枚の皿が
それぞれ第１ベローズ４２及び第２ベローズ５２
の変位端によつて構成されている。

本発明による第１検知手段は、第１チヤンバ４
０と、第１ベローズ４２と、管路４４とから構成
されており、第２検知手段は、第２チヤンバ５０
と、第２ベローズ５２と、管路５１とから構成さ
れている。また、本発明による補助流量調整器
は、前述の第１検知手段と、第２検知手段と、減
算手段と、戻り弁とから構成されている。

以下の記号を用いて本発明の装置の平衡方程式
を導く。

Ｓ：主流量調整器３３の可変の流路断面積、 Ｑ：Ｓを横切る燃料の供給流量、 Ｐ：主流量調整器３３の上流における燃料の圧
力、 Ｐ―ΔP：主流量調整器３３の下流における燃料
の圧力、 Ｋ：公知の法則Ｑ＝Ｋ・Ｓ・（ΔP）^1/2に従う主流
量調整器３３の流量係数、 S₁：第１ベローズ４２の断面積、 S₂：第２ベローズ５２の断面積、 L₁：支点６２及び節点６３を結合するレバー６
１の腕の長さ、 L₂：支点６２及び節点６４を結合するレバー６
１の腕の長さ、 P_E：第２チヤンバ５０内を占める空気圧、即ち
管路５１が連結されているコンプレツサCP
の適当に選択された段内の空気圧。

ポンプ２０がガスタービン機関のシヤフト又は
独立の補助機関によつて駆動される場合、主流量
調整器３３に与えられた流路断面積Ｓの一定値に
対して本発明装置が平衡状態にあるとき（動作が
定常状態であるとき）、第１ベローズ４２の断面
積S₁に対する接触子４８の表面積の値を無視する
と、 ΔP・S₁・L₁＝P_E・S₂・L₂ (1) と表わすことができる。

公知の法則により主流量調整器３３の部分では Ｑ＝Ｋ・Ｓ・（ΔP）^1/2 (2) が成り立つから、前記二つの式からΔPを消去し
て Ｑ／（P_E）^1/2＝Ｓ・Ｋ・（S₂・L₂／S₁・L₁）^1/2 (3) を得る。

パラメータＫ、S₁、L₁、S₂及びL₂は定数であ
るから Ｋ（S₂・L₂／S₁・L₁）^1/2＝K₁ (4) と書くことができる。ただしK₁は本装置を特徴
づける定数である。

従つて、本発明の装置がある平衡状態にあると
き、即ち動作の定常状態が確立されるとき、式(3)
は、 Ｑ／（P_E）^1/2＝K₁・Ｓ (5) と表わすことができる。

ハンドレバー３１を操作して与えられる主流量
調整器３３の流路断面積Ｓのすべての値に対し
て、燃焼室CC中に注入される燃料の供給流量Ｑ
は従つて空気圧P_Eの平方根に比例するに留まる。

また方程式(1)から演繹して次の式が成立する。

ΔP＝P_E・S₂・L₂／S₁・L₁＝K₂・P_E (6) ここでK₂もまた定数である。

この関係式(6)を考えると、本発明の装置が空気
圧P_Eに比例する圧力低下量ΔPを維持すべく作動
することがわかる。第１図は可能な具体例の一形
状のみを表わしており、この比例を維持すること
を可能にするあらゆる他の形状の具体例が本発明
に属する。

燃料の供給流量Ｑが何らかの理由、例えばポン
プ２０の速度が変化するという理由によつて変化
する際、方程式(2)は主流量調整器３３によつて課
せられる圧力低下量ΔPが供給流量Ｑの増減に応
じて増減することを示す。不均衡状態が生じる
が、第１ベローズ４２は接触子４８を移動させて
ポンプ２０の上流に戻る燃料の戻り流量を圧力低
下量ΔPの増減に応じて増減させる。管路４１及
び４５は、接触子４８及び孔４６によつて構成さ
れる戻り弁を介して戻り管路を形成する。この戻
り管路内を流れる燃料の戻り流量の変化が、主流
量調整器３３を通過する供給流量Ｑのあらゆる変
化を自動的に補償する。

今、流路断面積Ｓが、ハンドレバー３１の操作
によつて得られる新らしい値に移行する際、本発
明の装置がどのように一つの平衡状態から他の平
衡状態に移行するか（過渡状態）を説明するため
に第２図のグラフを考える。このグラフは場
（Ｑ／P_E，P_E）中に第１図の装置を備えたターボ
ジエツト機関の機能及び調節特性を示している。
グラフの検討を単純化するために混合気の燃料濃
度（リツチ度）に比例する補助変数Q′＝Ｑ／P_E
を縦軸に用いている。

曲線は主流量調整器３３の流路断面積Ｓの極
小値S_nioに対応するターボジエツト機関の点火及
びアイドル運転の特性曲線であり、曲線はＳの
極大値S_naxに対応するターボジエツト機関の全負
荷状態（全ガス状態）の特性曲線である。曲線Ｌ
は２つの曲線及びをそれぞれ点Ｆ及び点Ｇに
おいて横切つており、機関の定常状態における特
性曲線を表わしている。曲線は中間の特性曲線
である。

点火の瞬間（曲線のの点Ａ）には、P_Eの値
は大気圧の値P_Aに等しく、注入される燃料の供
給流量Q_Aは関係式(5)によれば Q_A＝Q′_A・P_A＝K₁・S_nio（P_A）^1/2 (7) に対応する。

ターボジエツト機関が始動すると作動点は特性
曲線と曲線Ｌとの交点Ｆまでこの特性曲線に
沿つて移動する。アイドル運転時の供給流量Q_R
の値はこのとき Q_R＝Q′_R・P_ER＝K₁・S_nio（P_ER）^1/2 (8) 式(8)中P_ERはそのときの空気圧P_Eに対応するあ
る値である。

ゆえに Q_R／Q_A＝（P_ER／P_A）^1/2 (9) となる。

ターボジエツト機関の回転数を増大させるため
に、パイロツトはハンドレバー３１を操作して主
流量調整器３３の流路断面積Ｓを増大させる。本
発明の装置の本質的利点を示すために、ここで、
この操作が急激であるためにＳがほぼ瞬間的に極
大値S_nax（特性極線）に移行する極端な場合を
考える。まさにこの瞬間に極大流量 Q_M＝Q′_M・P_ER＝K₁・S_nax（P_ER）^1/2 (10) となり、これが特性曲線の点Ｍに対応し、混合
気の燃料濃度はこの特性曲線によつて定められ
る値に制限されて、すなわち Q′_M＝K₁・S_nax／（P_ER）^1/2 (11) となる。この場合の供給流量Ｑの値がターボジエ
ツト機関の正しい運転のために許容される限界
（曲線Q′_nax）に対応する値より小に留まらなけれ
ばならないのは明らかである。極大流量Q_Mとな
ることによりターボジエツト機関は急速に加速
し、空気圧P_Eは増大し、即ち作動点は曲線と
曲線Ｌの交点Ｇまで曲線に沿つて移動する。一
層正確には、混合気の濃度Q′は K₁・S_nax／（P_ER）^1/2 から K₁・S_nax／（P_ER）^1/2 まで移行する。

このように、本発明の装置ではS_naxによつて混
合気濃度の極大が規定されるため、ターボジエツ
ト機関の最適な加速値を得ることを可能にしなが
らハンドレバー３１の操作量を減少させている。

ここに、本発明の装置が一つの平衡状態（P_E，
Ｑ）から他の平衡状態（P_E，Q′）に移行する時
の作動を考察する。コンプレツサCP内の空気圧
P_Eが例えば増加すると、孔４６からの戻り流量
が減少し、流量調整器３３の流量Ｑ及び圧力低下
量ΔPが増加する。圧力低下量ΔPが増加すると孔
４６からの戻り流量が増加するように構成されて
いるため、供給流量は平衡状態Q′に最終的に移
行する。ここで、供給流量Q′の値がハンチング
を起こさないために、管路４４は、例えばオリフ
イス又は縮径等によつて十分かつ適切な流路抵抗
を有している。こうすることによつて圧力低下量
ΔPの変動によるレバー６１の応答速度を遅くし
得、レバー６１の発振を阻止し得る。

第２図には、許容し得る最大濃度（特に燃料過
濃による燃焼室の事故等のあらゆる危険を免れる
ための最大濃度）を表わす曲線Q′_nax＝f₁（P_E）以
外に、特に燃料過薄による失火等のあらゆる危険
を免れるために、許容し得る最小濃度を示す曲線
Q′_nio＝f₂（P_E）が示されている。

ここまでは、ベローズ４２及び５２と、レバー
６１とによつて構成される変形可能なシステムの
剛性がゼロであると仮定してきた。しかしなが
ら、第３図に示す如く、例えば本発明の装置の応
答をターボジエツト機関の作動特性曲線に一層良
く適応させるために、この変形可能なシステムに
例えばばね６５の如き弾性的復帰要素を少なくと
も一つ加えることによつて一定の剛性を与えるこ
とができる。この場合、ばね６５は壁４３及びレ
バー６１に連結されて孔４６方向への接触子４８
の作動に対向したり、又与えられた力で孔４６方
向へ接触子４８を作動させたりする。この弾性的
復帰作用はまたベローズ自身によつても行われ
る。１個以上の復帰要素の適用点を適当に選択す
ることによつて、例えば第４図に示す如く、第２
図の曲線の如き特性曲線の平均的傾斜を変更し
て、Ａ又はＢの如き新たな特性曲線を得るこ
とができる。ばね６５の配置に関しては明らかに
自由であり、例えばベローズ４２中に収納されて
もよい。空気圧取入れ用の管路が接続されている
コンプレツサCP（第１図）の段の選択もまた任意
であることを考慮するならば、本発明の装置の作
動を所定のタービン機関の特性曲線に適応させる
多くの手段を自由に用い得ることがわかる。

最後にこの説明を終えるにあたつて、第１図の
図中に、ハンドレバー３１によつてそれ自身制御
される作動装置３２によつて作動される主流量調
整器３３の構成の種々の可能性を考える。ここ
に、作動装置３２は特にハンドレバー３１と主流
量調整器３３との間の単純な機械的結合から構成
されており、スロツトル全開という極大値はこの
とき主流量調整器３３の流路断面積Ｓの極大値に
よつて定められる。この時の運転状態はターボジ
エツト機関の回転速度の値を見てパイロツトがハ
ンドレバー３１を操作することによつて修正され
得る。しかし、この作動装置３２はまた電動機例
えばステツピングモータによつて構成され得て、
この電動機の回転は計算機３４によつて制御され
る。計算機３４はハンドレバー３１の位置に係る
情報信号を電気的結合部３１１を経て受容し、ま
たこの計算機３４からの制御信号は電気的結合部
３４１を経てこの電動機に送出される。

本発明の範囲を逸脱せずに他の解決策もまた可
能である。第５図は例えば二つの作動状態を有す
る無人ターボジエツト機関の制御についての単純
化された具体例を示している。第５図には燃料供
給用の管路３０と、第１チヤンバ４０に連絡して
いる戻り管路４１と、第１ベローズ４２の内部に
連結している管路４４とが見られる。管路４１と
管路４４との間に含まれ管路３０の一部である管
路３５はバイパス管路３６を備えている。本発明
による主管路はバイパス管路３６からなり、補助
管路は管路３５からなる。第１図の主流量調整器
３３は、それぞれ管路３５中及びバイパス管路３
６中に配置された固定流路断面積を有する２個の
流量調整器３７及び３８（例えば２個のダイヤフ
ラム弁）によつて置換されている。バイパス管路
３６中に電子コツク３９が配置されていてこのバ
イパス管路３６を塞ぐことを可能にしている。電
子コツク３９の閉鎖は、燃料の流路断面を補助調
整弁としての流量調整器３７の流路断面だけにす
るので、“点火―アイドル運転”状態を定義する
こととなる。電子コツク３９の開放は“巡航スロ
ツトル全開”状態を定め、この運転状態において
は、燃料の流路断面積は流量調整器３７と主調整
弁としての流量調整器３８との流路断面積の和に
等しい。

以上詳細に説明したように、本発明装置によれ
ば、主流量調整器を通過するときの燃料の圧力低
下量を検出し、この検出した圧力低下量とコンプ
レツサから吐出された空気の圧力値とがほぼ比例
するように燃料戻り量が調整される。即ち、本発
明では主流量調整器による圧力低下量という変数
を用いて燃料戻り量が制御されるものであり、し
かもその圧力低下量とコンプレツサからの空気圧
とがほぼ比例するように燃料戻り量が制御される
のである。従つて本発明によれば、燃焼室に供給
される燃料流量は圧力低下量の影響を受けないこ
ととなる。さらに圧力低下量とコンプレツサから
の空気圧とがほぼ比例関係を継持するように制御
されるため、供給燃料流量は主流量調整器の流路
断面積をパラメータとしコンプレツサからの空気
圧を変数とする関係の形で規定されることとな
る。このことは、主流量調整器の流路断面積の最
大最小から燃焼室に供給される燃料流量さらに燃
焼室の混合気濃度の最大最小が規定できることを
示している。従つて加速時及び減速時の混合気濃
度の限界を主流量調整器の流路断面積の最大最小
だけで規定できることになる。即ち、従来の装置
の如く、制御される機関側に制御限界ストツパを
設ける必要がないので構成が簡単であり、にもか
かわらず混合気濃度を安全範囲内で制御すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の一具体例の説明図、第
２図は第１図の具体例の作動及び調整特性を示す
グラフの説明図、第３図は第１図の具体例の補助
給油調整器の１変形例の説明図、第４図は第３図
の変形例使用による特性の変化を説明するグラフ
の説明図、第５図は第１図の具体例の主給油調整
器の１変形例の説明図である。 ３０……管路、３３……主流量調整器、３５，
３６……管路、３７，３８……流量調整器、３９
……電子コツク、４０，５０……チヤンバ、４
２，５２……ベローズ、４３，５３……壁、４６
……孔、４８……接触子、６０……隔壁、６１…
…レバー、６２……支点、６３，６４……節点、
６５……ばね。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コンプレツサを備えたガスタービン機関用の
   燃料供給流量調整装置であつて、燃料ポンプと、
   該機関の燃料タンクからの燃料を前記ポンプに導
   く第１通路と、前記ポンプから吐出された燃料を
   該機関の燃焼室に供給する第２通路と、該第２通
   路の途中に設けられており通過する燃料流量を調
   整する主流量調整器と、該主流量調整器の上流の
   前記第２通路と前記第１通路とを接続しており、
   前記ポンプから吐出された燃料の一部を前記第１
   通路に戻すための第３通路と、該第３通路の途中
   に設けられており、前記主流量調整器を通過する
   ときの燃料の圧力低下量を検出し、該検出した圧
   力低下量と前記コンプレツサから吐出された空気
   の圧力値とがほぼ比例するように、前記第３通路
   の燃料戻り流量を調整する補助流量調整器とを備
   えたことを特徴とする燃料供給流量調整装置。 ２ 前記補助流量調整器が、前記圧力低下量を検
   出しかつその量を第１の変位量に変換する第１検
   知手段と、前記空気圧を検出しかつその値を第２
   の変位量に変換する第２検知手段と、前記１の変
   位量から前記第２の変位量を減算する減算手段
   と、前記減算された結果に対応して前記燃料の戻
   り流量を調整する戻り弁とを備えていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 前記第１検知手段が、導入口と送出口とにお
   いて夫々前記第３通路に接続されていると共に気
   密的に密閉した第１チヤンバと、この第１チヤン
   バ内に配置されていると共に気密的に密閉した第
   １ベローズと、この第１ベローズの内部と前記第
   ２通路を連通する第４通路とからなり、前記第２
   検知手段が、前記第１チヤンバに隣接して配置さ
   れていると共に気密的に密閉した第２チヤンバ
   と、この第２チヤンバ内に配置されており、伸長
   方向が前記第１ベローズの伸長方向と同一であ
   り、かつ中が真空であつて気密的に密閉した第２
   ベローズと、前記第２チヤンバの内部と前記コン
   プレツサの吐出側を連通する第５通路とからな
   り、前記減算手段は、一端が前記第１ベローズの
   変位端に連結されており、他端が前記第２ベロー
   ズの変位端に連結されており、支点が前記第１チ
   ヤンバと前記第２チヤンバとの隔壁に気密的に配
   設されたレバーとを備えており、前記戻り弁が前
   記第１ベローズの変位端に連結されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の装置。 ４ 前記レバーと前記隔壁との間に弾性部材が連
   結されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項に記載の装置。 ５ 前記主流量調整器は、前記燃料を流すための
   主管路と、この主管路の途中に設けられており、
   この主管路を開閉するためのコツクと、前記主管
   路の途中に設けられており、該主管路を流れる燃
   料の流量を調整するための主調整弁と、前記主管
   路に並列接続されており、前記燃料を流すための
   補助管路と、この補助管路の途中に設けられてお
   り、該補助管路を流れる燃料の流量を調整するた
   めの補助調整弁とを備えたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項から第４項のいずれか一項に記
   載の装置。