JPH03141830A - Controller of doble axis gas-turbine engine - Google Patents

Controller of doble axis gas-turbine engine

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JPH03141830A
JPH03141830A JP27722589A JP27722589A JPH03141830A JP H03141830 A JPH03141830 A JP H03141830A JP 27722589 A JP27722589 A JP 27722589A JP 27722589 A JP27722589 A JP 27722589A JP H03141830 A JPH03141830 A JP H03141830A
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JP
Japan
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compressor
turbine
temperature
pressure ratio
variable nozzle
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Application number
JP27722589A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Amano
賢治 天野
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve responsiveness of opening control of a variable nozzle by converting the temperature at inlet of a target compressor turbine to a target pressure ratio, and controlling the opening of the variable nozzle so that a value of the pressure ratio becomes equal to the target pressure ratio. CONSTITUTION:Outlet pressure P3 of a compressor C, outlet pressure P5 of a compressor turbine CT and the number of revolutions N1 of a gas generator GG are detected by respective sensors SP3, SP5, SN1. Temperature T4 is calculated by using the relation between the number of revolutions N1 and the inlet temperature T4 of the compressor turbine CT. When the temperature T4 is not at the target value, and an engine PT is under a normal condition, a pressure ratio P3/P5 is compared with a target value of a memory means 1 and a comparison means 2. The opening of a variation nozzle VN is adjusted by a control means 3 through stably maintaining the number of revolutions N1 of the compressor C so that the temperature T4 becomes the target value. Thereafter the calculation of temperature T4 is not performed, but adjusted only by the pressure P3/P5. In this way, the responsiveness of control can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は二軸式ガスタービン機関の制御装置に関し、特
に、二軸式ガスタービン機関のコンプレッサタービンの
出口温度を温度センサを用いずに推定して機関を制御す
る制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a control device for a two-shaft gas turbine engine, and in particular, to a control device for estimating the outlet temperature of a compressor turbine of a two-shaft gas turbine engine without using a temperature sensor. The present invention relates to a control device that controls an engine.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

二軸式ガスタービン機関は、低振動で連続した高回転が
行える、灯油やメタノールなど多種類の燃料が使用でき
る、自動車に適した低速トルクの大きなトルク特性を持
っている等の特徴を備えているので、近年、自動車用機
関としての実用化が検討されている。
Two-shaft gas turbine engines have the following characteristics: they can run at high speeds continuously with low vibrations, can use a variety of fuels such as kerosene and methanol, and have large low-speed torque characteristics suitable for automobiles. Therefore, in recent years, practical application as an engine for automobiles has been considered.

第7図は自動変速機付の自動車に搭載される従来の二軸
式ガスタービン機関GTの一般的な構成の一例を示すも
のである。
FIG. 7 shows an example of a general configuration of a conventional two-shaft gas turbine engine GT installed in an automobile equipped with an automatic transmission.

図において、Cはコンプレッサ、HEは熱交換器、CC
は燃焼器、CTはコンプレッサタービンであり、コンブ
し・ンサCとコンブし・ンサタービンCTとは回転軸に
て直結され、燃焼器CCにはアクチュエータ^1を介し
て燃料が供給されている。吸入空気(吸気)はコンプレ
ッサCにて圧縮され、熱交換器HEにて加熱され、燃焼
器CCにて燃料と混合されて燃焼し、その燃焼ガスがコ
ンプレッサタービンCTを回転させる。このコンプレッ
サタービンCTとコンプレッサCとは総称してガスジェ
ネレータGGと呼ばれ、この回転数N1がコンプレッサ
Cの圧縮度を左右する。コンプレッサタービンCTを駆
動した燃焼ガスは、アクチュエータ八2に調整される可
変ノズルVNを経てパワタービン(出力タービン)PT
を駆動した後、熱交換器HEを経て排気ガスとなる。
In the diagram, C is a compressor, HE is a heat exchanger, and CC
is a combustor, CT is a compressor turbine, the combustor C and the combustor turbine CT are directly connected by a rotating shaft, and fuel is supplied to the combustor CC via an actuator ^1. Intake air (intake air) is compressed by a compressor C, heated by a heat exchanger HE, mixed with fuel and combusted in a combustor CC, and the combustion gas rotates a compressor turbine CT. The compressor turbine CT and the compressor C are collectively called a gas generator GG, and the rotation speed N1 determines the degree of compression of the compressor C. The combustion gas that drove the compressor turbine CT passes through a variable nozzle VN adjusted by an actuator 82 to a power turbine (output turbine) PT.
After driving, the gas passes through the heat exchanger HE and becomes exhaust gas.

出力タービンPTの回転は減速歯車R/Gによって減速
されて自動変速aA/Tに伝えられ、シフト状態に応じ
た回転数に変換された後に差動歯車りを介して車輪Wに
伝達される。
The rotation of the output turbine PT is decelerated by the reduction gear R/G and transmitted to the automatic transmission aA/T, converted to a rotation speed according to the shift state, and then transmitted to the wheels W via the differential gear.

なお、アクチュエータAI、 A2を駆動する制御回路
C0NTには、アクセルペダルの開度や図示しないセン
サからの機関の運転状態パラメータが入力されており、
制御回路C0NTは機関の運転状態に応じてアクチュエ
ータAt、 A2を介して燃料流量及び可変ノズルVN
O開度を調整する。
The control circuit C0NT that drives the actuators AI and A2 receives the accelerator pedal opening and engine operating state parameters from a sensor (not shown).
The control circuit C0NT controls the fuel flow rate and the variable nozzle VN via actuators At and A2 according to the operating state of the engine.
Adjust the O opening.

また、一般に、第7図の■の位置の吸気圧をP3、■の
位置の温度をT4というように、吸気圧Pや温度Tに付
された添え字は、○で囲まれた番号の位置の吸気圧Pや
温度Tを示し、ガスジェネレータGGの回転軸の回転数
がN3、減速歯車R/Gを経たパワタービンPTの出力
軸の回転数がN3で表わされる。
In addition, in general, the subscripts attached to the intake pressure P and temperature T are the positions of numbers surrounded by circles, such as P3 for the intake pressure at position ■ in Figure 7, and T4 for the temperature at position ■. The rotational speed of the rotational shaft of the gas generator GG is represented by N3, and the rotational speed of the output shaft of the power turbine PT via the reduction gear R/G is represented by N3.

以上のように構成された二軸式ガスタービン機関におい
ては、ガスジェネレータGGの加速、減速、定常運転時
に、燃焼器CCの出口温度(コンプレ・ンサタービンの
入口温度)T4、パワタービンの出口温度T6を組み合
わせて制御してしする。例えGヨ、機関が加速から定常
に移る場合、第8図に示すように、ガスジェネレータG
Gの加速時には燃焼器CCの出口温度T4を一定にする
制御を、ガスジェネレータGGが定常の時はパワタービ
ンの出口温度T6もしくは燃焼器CCの出口温度T、を
一定にする制御を従来行っている。
In the two-shaft gas turbine engine configured as described above, during acceleration, deceleration, and steady operation of the gas generator GG, the outlet temperature of the combustor CC (inlet temperature of the compressor turbine) T4 and the outlet temperature of the power turbine T6 are controlled. Combine and control. For example, when the engine shifts from acceleration to steady state, the gas generator G
Conventionally, control is performed to keep the outlet temperature T4 of the combustor CC constant during acceleration of G, and control to keep the outlet temperature T6 of the power turbine or the outlet temperature T of the combustor CC constant when the gas generator GG is steady. .

コンプレッサタービンCTの入口温度T4は非常に高温
であるので直接検出することは困難である。
The inlet temperature T4 of the compressor turbine CT is so high that it is difficult to directly detect it.

そこで、このコンプレッサタービンCTの入口温度T、
の算出方法には従来いくつかの方法が提案されている。
Therefore, the inlet temperature T of this compressor turbine CT,
Several methods have been proposed to calculate .

例えば、特開昭55−12263号公報や特公昭57−
49746号公報では、出力タービンPTの出口温度T
、を推定し、その温度からコンプレ・ンサタービンCT
の入口温度T4を推定している。
For example, JP-A-55-12263 and JP-A-57-
49746, the outlet temperature T of the output turbine PT
, and from that temperature the compressor turbine CT
The inlet temperature T4 is estimated.

ところが、コンプレッサタービンCTの入口温度T4を
推定する場合、従来の方法では温度のパラメータがどう
しても必要となっているが、機関内の温度の測定は温度
センサとして用いる熱電対の応答遅れや、熱交換器HE
や燃焼器CC等による温度分布により正確な情報を得る
ことが一般に困難であるという問題がある。特に、機関
の加速時や減速時には誤差が大きくなり、時としてコン
プレ・ノサタービンCTの入口温度T4が許容値を越え
、タービンが溶損に至って機関の破損などの問題が生し
る。
However, when estimating the inlet temperature T4 of the compressor turbine CT, the conventional method requires a temperature parameter, but measuring the temperature inside the engine is difficult due to the response delay of the thermocouple used as a temperature sensor and the heat exchange Vessel HE
There is a problem in that it is generally difficult to obtain accurate information due to the temperature distribution caused by the combustor CC and the like. In particular, the error increases when the engine accelerates or decelerates, and sometimes the inlet temperature T4 of the compressor/nosa turbine CT exceeds a permissible value, causing problems such as melting of the turbine and damage to the engine.

そこで、本発明者はコンプレッサタービンCTの入口温
度T4を推定するに当たり、温度のパラメータを使用せ
ず、二軸式ガスタービン機関の特性を利用して、吸気ま
たは燃焼ガスの圧力とガスジェネレータGGの回転数の
みから正確にコンプレッサタービンCTの入口温度T4
を推定することができる二軸式ガスタービン機関の制御
装置を提案した(特願平1−191532号)。
Therefore, in estimating the inlet temperature T4 of the compressor turbine CT, the present inventor did not use the temperature parameter, but utilized the characteristics of the two-shaft gas turbine engine to estimate the pressure of the intake air or combustion gas and the gas generator GG. Accurately determine the inlet temperature T4 of the compressor turbine CT from only the rotation speed
proposed a control system for a two-shaft gas turbine engine that can estimate

(発明が解決しようとする課題) ところが、この提案の二軸式ガスタービン機関の制御装
置では、演算したコンプレ・ノサタービンCTの人口温
度T4と目標(I!T 、 ”とを比較して制御してい
るので、目標値T 4”に制御するまでに時間が多少か
かり、目標値までの制御が遅くなるという問題がある。
(Problem to be Solved by the Invention) However, in the proposed control device for a two-shaft gas turbine engine, control is performed by comparing the calculated population temperature T4 of the compressor/nosa turbine CT with the target (I!T, ”). Therefore, there is a problem that it takes some time to control to the target value T4'', and the control to reach the target value is delayed.

本発明は、温度のパラメータを使用せず、二軸式ガスタ
ービン機関の特性を利用して、吸気または燃焼ガスの圧
力とガスジェネレータGGの回転数のみから正確にコン
プレッサタービンCTの入口温度T4を推定できる二軸
式ガスタービン機関の制御装置において、コンプレッサ
タービンCTの入口温度T4を目標値T4“に制御する
時間を短くすることができるようにすることを目的とし
ている。
The present invention does not use temperature parameters, but utilizes the characteristics of a two-shaft gas turbine engine to accurately determine the inlet temperature T4 of the compressor turbine CT from only the pressure of intake air or combustion gas and the rotational speed of the gas generator GG. It is an object of the present invention to provide a control device for a two-shaft gas turbine engine capable of estimating the time required to control the inlet temperature T4 of a compressor turbine CT to a target value T4''.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

前記目的を達成する本発明は、第1図に示すように、コ
ンプレッサCとこれと同軸のコンプレ・ンサタービンC
Tと、燃焼器CCと、可変ノズルVNと、別軸の出力タ
ービンPTとを備えた二軸式ガスタービン機関の制御装
置であって、前記コンプレッサCの出口圧力P、の検出
手段sp、と、前記コンプレッサタービンCTの出口圧
力P、の検出手段SPsと、両者C,CTを結ぶ軸の回
転数N1の検出手段SN、と、コンプレッサタービンの
目標入口温度T411より演算される目標圧力比P3/
P5”を記憶する目標値記憶手段1と、機関定常時に、
検出された圧力P3゜P、の比P3/PSを目標圧力比
P 3/ P s”と比較する圧力比比較手段2と、圧
力比P、/P、が目標圧力比P 2/ P s”より大
きい場合に可変ノズルVNを閉じ方向に制御し、圧力比
P 3/ P sが目標圧力比P3/ps”以下の場合
に可変ノズルVNを開き方向に制御する可変ノズル開度
制御手段3と、前記可変ノズル開度制御手段3の制御に
応じて前記軸の回転数N、を一定に保持するように燃料
を制御する燃料制御手段4とを備えている。
As shown in FIG. 1, the present invention achieves the above object, as shown in FIG.
A control device for a two-shaft gas turbine engine comprising a combustor CC, a variable nozzle VN, and a separate output turbine PT, the control device comprising: a detection means sp for the outlet pressure P of the compressor C; , a detection means SPs for the outlet pressure P of the compressor turbine CT, a detection means SN for the rotational speed N1 of the shaft connecting both C and CT, and a target pressure ratio P3/ which is calculated from the target inlet temperature T411 of the compressor turbine.
A target value storage means 1 for storing "P5", and when the engine is steady,
Pressure ratio comparison means 2 compares the ratio P3/PS of the detected pressure P3゜P, with the target pressure ratio P3/Ps'', and the pressure ratio P, /P is the target pressure ratio P2/Ps'' a variable nozzle opening degree control means 3 which controls the variable nozzle VN in the closing direction when the pressure ratio P 3 / P s is smaller than the target pressure ratio P 3 / ps, and controls the variable nozzle VN in the opening direction when the pressure ratio , a fuel control means 4 for controlling fuel so as to maintain the rotational speed N of the shaft constant in accordance with the control of the variable nozzle opening degree control means 3.

〔作用〕[Effect]

本発明の二軸式ガスタービン機関の制御装置によればミ
コンブレッサCの出口圧力P、とコンプレッサタービン
CTの出口圧力P、とガスジェネレータGGの回転軸の
回転数N1とが各センサによって求められると、圧力P
 2. P sとから一義的に決まる回転数N、とコン
プレッサタービンCTの人口温度T4の関係を用いて温
度T4が演算される。
According to the control device for a two-shaft gas turbine engine of the present invention, the outlet pressure P of the microcompressor C, the outlet pressure P of the compressor turbine CT, and the rotation speed N1 of the rotating shaft of the gas generator GG are determined by each sensor. , pressure P
2. The temperature T4 is calculated using the relationship between the rotation speed N, which is uniquely determined from Ps, and the artificial temperature T4 of the compressor turbine CT.

そして、温度T4が目標値T4”に等しくなく、かつ機
関の定常状態の時に、圧力比P、/P、が目標値P 2
/ P s”と比較され、T4=T、”になるようにコ
ンプレッサCの回転数N1を一定に保持しながら可変ノ
ズルVNの開度α、が調整され、以後は定常状態が維持
される限り温度T4を演算することなく、圧力P x、
 P sの検出のみでこの調整動作が繰り返される。
Then, when the temperature T4 is not equal to the target value T4'' and the engine is in a steady state, the pressure ratio P, /P is equal to the target value P2.
/Ps'', and the opening degree α of the variable nozzle VN is adjusted while keeping the rotational speed N1 of the compressor C constant so that T4=T,''. From then on, as long as the steady state is maintained. Without calculating the temperature T4, the pressure P x,
This adjustment operation is repeated only by detecting P s.

〔実施例〕〔Example〕

以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

第2図は自動変速機付き車両に搭載された本発明の二軸
式ガスタービン機関の一実施例の構成を示すものであり
、第7図に示した二軸式ガスタービン機関と同じ構成部
品については同じ符号(記号)を付しである。
FIG. 2 shows the configuration of an embodiment of a two-shaft gas turbine engine of the present invention installed in a vehicle with an automatic transmission, and the same components as the two-shaft gas turbine engine shown in FIG. 7 are shown. The same reference numerals (symbols) are given for the above.

図においてGTはガスタービンであり、このガスタービ
ンGTには燃料ポンプ、オイルポンプ、スタータモータ
等が接続するフロントギヤF/G 、コンプレッサC1
熱交換器HE、燃焼器CC,コンプレッサCに回転軸で
直結されたコンプレッサタービンCT、可変ノズルVN
、出力タービンPT及び減速歯車R/G等がある。吸気
はコンプレッサCにて圧縮され、熱交換器HEにて加熱
され、燃焼器CCにて燃料と混合されて燃焼し、その燃
焼ガスがコンプレッサタービンCTを回転させる。コン
プレッサタービンCTを駆動した燃焼ガスは、可変ノズ
ルVNを経て出力タービンPTを駆動した後、熱交換器
HEを経て排気ガスとなって大気に排出される。A1は
燃焼器CCに燃料を供給するアクチュエータ、A2は可
変ノズルVNの開度α、を調整するアクチュエータであ
る。
In the figure, GT is a gas turbine, and this gas turbine GT includes a front gear F/G to which a fuel pump, an oil pump, a starter motor, etc. are connected, and a compressor C1.
Heat exchanger HE, combustor CC, compressor turbine CT directly connected to compressor C by a rotating shaft, variable nozzle VN
, an output turbine PT, a reduction gear R/G, etc. Intake air is compressed by a compressor C, heated by a heat exchanger HE, mixed with fuel and combusted in a combustor CC, and the combustion gas rotates a compressor turbine CT. The combustion gas that has driven the compressor turbine CT passes through the variable nozzle VN to drive the output turbine PT, and then passes through the heat exchanger HE and is discharged into the atmosphere as exhaust gas. A1 is an actuator that supplies fuel to the combustor CC, and A2 is an actuator that adjusts the opening degree α of the variable nozzle VN.

ガスタービンGTの減速歯車R/Gには自動変速機A/
Tが接続されており、ガスタービンGTの出力タービン
PTの回転は減速歯車R/Gによって減速されて自動変
速機A/Tに内蔵されるトルクコンパータを介して変速
機構に伝えられ、シフト状態に応じた回転数に変換され
て車軸駆動出力となる。
The reduction gear R/G of the gas turbine GT is equipped with an automatic transmission A/
The rotation of the output turbine PT of the gas turbine GT is reduced by the reduction gear R/G and transmitted to the transmission mechanism via the torque converter built in the automatic transmission A/T, and the shift state is changed. It is converted into a rotation speed corresponding to the rotation speed and becomes the axle drive output.

ガスタービンGTおよび自動変速機A/Tを制御する制
御回路10には、アナログ信号用の入力インタフェース
INa 、デジタル信号用の入力インタフェースINd
 、人力インタフェースINaからの信号をデジタル変
換するアナログ−デジタル変換器A/D、中央処理ユニ
ットCPU 、ランダムアクセスメモリRAM 、Ef
Eみ出し専用メモリROM 、および出力回路0tlT
等があり、それぞれパスラインIIで接続されている。
The control circuit 10 that controls the gas turbine GT and the automatic transmission A/T includes an input interface INa for analog signals and an input interface INd for digital signals.
, an analog-to-digital converter A/D that digitally converts the signal from the human interface INa, a central processing unit CPU, a random access memory RAM, Ef
E-only memory ROM and output circuit 0tlT
etc., and each is connected by a pass line II.

また、二軸式ガスタービン機関にはガスジェネレータG
Gの回転数N、を検出する回転数センサSN、。
In addition, a gas generator G is used for a two-shaft gas turbine engine.
A rotation speed sensor SN, which detects the rotation speed N, of G.

減速歯車R/Gを経たガスタービンGTの回転数N3を
検出する回転数センサSN、、及び車軸駆動回転数N、
を検出する回転数センサSNPのような回転数センサと
、大気温度を検出する温度センサST、、コンプレッサ
Cの出口温度T3を検出する温度センサST!、熱交換
器HEの出口温度T3.を検出する温度センサShs、
パワタービンPTの出口温度T、を検出する温度センサ
ST、のような温度センサと、コンプレッサCの出口圧
力P、を検出する圧カセンサSP3.コンプレッサター
ビンCTの出口圧力P、を検出する圧力センサSP、の
ような圧力センサ等が設けられてし−「る。
a rotation speed sensor SN that detects the rotation speed N3 of the gas turbine GT via the reduction gear R/G, and an axle drive rotation speed N;
A rotation speed sensor such as a rotation speed sensor SNP that detects the temperature, a temperature sensor ST that detects the atmospheric temperature, and a temperature sensor ST that detects the outlet temperature T3 of the compressor C! , the outlet temperature of the heat exchanger HE T3. a temperature sensor Shs that detects
A temperature sensor such as a temperature sensor ST that detects the outlet temperature T of the power turbine PT, and a pressure sensor SP3 that detects the outlet pressure P of the compressor C. A pressure sensor such as a pressure sensor SP for detecting the outlet pressure P of the compressor turbine CT is provided.

アナログ信号用の人力インタフェースINaには、前述
のセンサからの信号Nl、Nx+Np、 P 3.PS
、TO。
The human interface INa for analog signals includes signals Nl, Nx+Np, and P3 from the aforementioned sensors. P.S.
, T.O.

Txs、T6やアクセルペダルからのアナログ信号θa
cc等が入力され、デジタル信号用の人力インタフェー
スINdにはキースイッチからのオンオフ信号、シフト
レバ−からのシフト位置信号、ブレーキからのブレーキ
信号等のデジタル信号が人力される。
Txs, analog signal θa from T6 and accelerator pedal
cc, etc. are input, and digital signals such as an on/off signal from a key switch, a shift position signal from a shift lever, and a brake signal from a brake are input to a human input interface INd for digital signals.

一方、出力回路0tlTからは、燃焼器CCのアクチュ
エータA1に対して燃料流量を指示する信号Gf、アク
チュエータA2に対して可変ノズルVNの開度を指示す
る信号α8、トルクコンバータのロックアツプクラッチ
のオンオフを指示する信号S3、変速機構の変速信号S
、、S2やスロットルワイヤ信号θ。等が出力される。
On the other hand, from the output circuit 0tlT, a signal Gf instructs the fuel flow rate to the actuator A1 of the combustor CC, a signal α8 instructs the opening degree of the variable nozzle VN to the actuator A2, and an on/off of the lock-up clutch of the torque converter. A signal S3 instructing the
,, S2 and throttle wire signal θ. etc. are output.

以上のように構成された二軸式ガスタービン機関におい
て制御回路10はコンプレッサCの出口圧力P3と、コ
ンプレッサタービンCTの出口圧力P。
In the two-shaft gas turbine engine configured as described above, the control circuit 10 controls the outlet pressure P3 of the compressor C and the outlet pressure P of the compressor turbine CT.

と、ガスジェネレータGGの回転数N、 とから燃焼器
CCの出口温度T4を算出して機関の制御を行う。
The outlet temperature T4 of the combustor CC is calculated from the rotational speed N of the gas generator GG, and the engine is controlled.

よって、ここではまず、圧力P3と圧力P、と回転数N
1とから燃焼器CCの出口温度T4を算出する過程につ
いて説明する。
Therefore, here, first, pressure P3, pressure P, and rotation speed N
The process of calculating the outlet temperature T4 of the combustor CC from 1 and 1 will be explained.

可変ノズルVNにより負荷制御される二軸式ガスタービ
ン機関では、その機関特性からタービン修正回転数N、
/JT、と、コンプレッサCの出口圧力P、と、コンプ
レッサタービンCTの出口圧力Psとの比Pi/Psの
関係は一義的に決まり、その関係は第4図に示すように
1本の曲線で近似できる。
In a two-shaft gas turbine engine whose load is controlled by a variable nozzle VN, the corrected turbine rotation speed N,
/JT, the outlet pressure P of the compressor C, and the ratio Pi/Ps of the outlet pressure Ps of the compressor turbine CT are uniquely determined, and the relationship is expressed by a single curve as shown in Figure 4. Can be approximated.

ここで、θ4は標準大気温度(15°C)を基準とし、
コンプレッサタービンCTの入口温度T4を無次元化し
たものであり、次式ので定義される。
Here, θ4 is based on standard atmospheric temperature (15°C),
It is a dimensionless version of the inlet temperature T4 of the compressor turbine CT, and is defined by the following equation.

θ、 =74 /273.16+15   ・・・ ■
従って、各二軸式ガスタービン機関において、第4図に
示す特性曲線を予め求めて制御回路10に記憶させてお
けば、機関運転時に検出値として得られるP3/P% 
とこの特性曲線よりN、/J’T、が得られ、■式から
コンプレッサタービンCTの入口温度T4を演算により
求めることができる。尚、制御回路10に記憶させるの
はPI/PsとN、/J’T。
θ, =74/273.16+15...■
Therefore, in each two-shaft gas turbine engine, if the characteristic curve shown in FIG. 4 is determined in advance and stored in the control circuit 10, the P3/P% obtained as a detected value during engine operation
From this characteristic curve, N, /J'T can be obtained, and the inlet temperature T4 of the compressor turbine CT can be calculated from equation (2). Note that PI/Ps, N, and /J'T are stored in the control circuit 10.

との関係ではなくP、/P5 とN、/17.の関係で
も良い。
Rather than the relationship between P, /P5 and N, /17. It may be related to

そして、以上のようなPI/P、とN、/JT、の関係
を用いれば、回転数N1を検出すれば、目標としている
コンプレッサタービンCTの入口温度T4′より得られ
るN I / j77V1)ら、目標とする機関状態の
(P、/PS)”を演算により求めることができる。
Then, using the above relationship between PI/P and N, /JT, if the rotation speed N1 is detected, N I / j77V1), which can be obtained from the target inlet temperature T4' of the compressor turbine CT, is obtained. , the target engine state (P, /PS)" can be obtained by calculation.

ところで、第6図は可変ノズルVIJを持っ二軸式ガス
タービン機関の各構成要素特性により、機関性能をシご
ニレ−ジョンした結果得られる圧力比P3/PS と可
変ノズルVNO開度α、との特性を示すものである。こ
の図より、所定回転数N、において、可変ノズルVNの
開度α3と圧力比P3/P。
By the way, Fig. 6 shows the pressure ratio P3/PS and the variable nozzle VNO opening α obtained by adjusting the engine performance based on the characteristics of each component of a two-shaft gas turbine engine with a variable nozzle VIJ. This shows the characteristics of From this figure, at a predetermined rotation speed N, the opening degree α3 of the variable nozzle VN and the pressure ratio P3/P.

とは1対1に対応しており、回転数N、と可変ノズルV
Nの開度α3により、圧力比P3/PSが決定されるこ
とをか分かる。よって、圧力比P2/PSと目標とする
圧力比(P3/PS)”とを比較し、圧力比P3/PS
を目標値(P3/P3)、(P5)“に制御することに
よって可変ノズルVNの開度α8を決定することができ
る。この目標値(P:l/PS)”は予め演算して読み
出し専用メモリROMさせるか、あるいはコンプレッサ
タービンCTの入口温度T4の目標値T4”より演算に
より求めても良い。
There is a one-to-one correspondence between the rotation speed N and the variable nozzle V.
It can be seen that the pressure ratio P3/PS is determined by the opening degree α3 of N. Therefore, the pressure ratio P2/PS is compared with the target pressure ratio (P3/PS), and the pressure ratio P3/PS is determined.
The opening degree α8 of the variable nozzle VN can be determined by controlling the variable nozzle VN to the target value (P3/P3) and (P5).This target value (P:l/PS) is calculated in advance and read-only. It may be stored in the memory ROM or calculated from the target value T4'' of the inlet temperature T4 of the compressor turbine CT.

以上のようにすれば、目標とするコンプレッサタービン
CTの入口温度T4”に対応する目標圧力比(P3/P
5)”になるように、可変ノズルVNの開度α8を制御
することにより結果として、コンプレッサタービンCT
の入口温度T4は目標値T41に制御されることになる
By doing the above, the target pressure ratio (P3/P
5)" By controlling the opening degree α8 of the variable nozzle VN, as a result, the compressor turbine CT
The inlet temperature T4 is controlled to the target value T41.

次に、機関の加速時および定常時の制御回路10の制御
動作を第3図に示すフローチャートを用いて説明する。
Next, the control operation of the control circuit 10 during acceleration and steady state of the engine will be explained using the flowchart shown in FIG.

ステップ301においては、ガスジェネレータGGの回
転数N、を検出し、ステップ302においてはコンプレ
ッサCの出口圧力P、とコンプレッサタービンCTの出
口圧力P、とを検出する。そして、ステップ303にお
いて、コンプレッサCの出口圧力P3とコンプレッサタ
ービンCTの出口圧力P。
In step 301, the rotational speed N of the gas generator GG is detected, and in step 302, the outlet pressure P of the compressor C and the outlet pressure P of the compressor turbine CT are detected. Then, in step 303, the outlet pressure P3 of the compressor C and the outlet pressure P of the compressor turbine CT.

との比の値P 3/ P sを演算し、読み出し専用メ
モI)ROMに予め記憶させておいた特性曲線(第4図
)と前述の■式とからコンプレッサタービンCTの入口
温度T4を演算により求める。更に、この実施例ではス
テップ301で検出した回転数N+ と目標とするコン
プレッサタービンCTの入口温度T4′とから、目標圧
力比(P3/P5)”を演算する。
Calculate the ratio value P3/Ps of Find it by Further, in this embodiment, a target pressure ratio (P3/P5) is calculated from the rotational speed N+ detected in step 301 and the target inlet temperature T4' of the compressor turbine CT.

ステップ304ではステップ303で演算したコンプレ
ッサタービンCTの入口温度T4が目標値T 4”と等
しいか否かが比較され、等しい場合(YES)はこのル
ーチンを終了するが、等しくない場合(NO)はステッ
プ305に進み、ガスジェネレータGGが加速状態か否
かを判定する。ガスジェネレータGGの加速状態と定常
状態の判別は、アクセルペダルの踏み込み量とアクセル
ペダルの単位時間内の変化量やガスジェネレータGGの
回転軸の回転速度の変化率等で判定すれば良い。
In step 304, it is compared whether the inlet temperature T4 of the compressor turbine CT calculated in step 303 is equal to the target value T4'', and if they are equal (YES), this routine is terminated, but if they are not equal (NO), it is compared. Proceeding to step 305, it is determined whether the gas generator GG is in an acceleration state.Discrimination between an acceleration state and a steady state of the gas generator GG is made based on the amount of depression of the accelerator pedal and the amount of change in the accelerator pedal within a unit time. The determination may be made based on the rate of change in the rotational speed of the rotating shaft.

ガスジェネレータGGが定常状態にあると判定された時
(NO)はステップ309に進み、続くステップ309
からステップ311においてステップ303で演算した
目標圧力比(P2/P5)”と圧力比P3/PSとの大
小が比較され、(Pi/P3)、(P5)”≦P)/P
Sの場合(NO〉はステップ309からステップ310
に進んで可変ノズルVNの開度α、を閉じる制御が行わ
れ、(Pz/P3)、(P5)“>P3/PSの場合(
YES)はステップ309からステップ311に進んで
可変ノズルVNの開度α、を開く制御が行われる。
When it is determined that the gas generator GG is in a steady state (NO), the process proceeds to step 309, and the subsequent step 309
Then, in step 311, the target pressure ratio (P2/P5) calculated in step 303 is compared with the pressure ratio P3/PS, and (Pi/P3), (P5)"≦P)/P
In the case of S (NO>, step 309 to step 310
Then, control is performed to close the opening degree α of the variable nozzle VN, and if (Pz/P3), (P5) ">P3/PS (
If YES), the process proceeds from step 309 to step 311, where control is performed to open the opening degree α of the variable nozzle VN.

ステップ310またはステップ311が終了するとステ
ップ312に進み、ガスジェネレータGGの回転軸の回
転速度N、が検出され、続くステップ313ではガスジ
ェネレータGGの回転軸の回転速度Ntを一定にする制
御が行われる。この回転速度N。
When step 310 or step 311 is completed, the process proceeds to step 312, where the rotation speed N of the rotation shaft of the gas generator GG is detected, and in the subsequent step 313, control is performed to keep the rotation speed Nt of the rotation shaft of the gas generator GG constant. . This rotation speed N.

を一定にする制御は、ステップ310で可変ノズルVN
を開いた場合は回転数N、が上がるので燃料流量Gfを
減らし、ステップ311で可変ノズルVNを閉じた場合
は回転数N+が落ちるので燃料流量Gfを増やすように
行われる。そして、ステップ314で出口圧力P、、P
、を検出した後に、テップ305に戻り、機関が定常状
態である限り前述のステップ309からステップ314
の動作を繰り返す。
In step 310, the variable nozzle VN is controlled to be constant.
If the variable nozzle VN is opened in step 311, the rotational speed N increases, so the fuel flow rate Gf is decreased, and if the variable nozzle VN is closed in step 311, the rotational speed N+ decreases, so the fuel flow rate Gf is increased. Then, in step 314, the outlet pressure P, , P
, the process returns to step 305 and steps 309 to 314 described above are performed as long as the engine is in a steady state.
Repeat the action.

一方、ステップ305においてガスジェネレータGGが
加速状態にあると判定された時(YES)はステップ3
06に進み、続くステップ307からステップ308に
おいてステップ303で演算したコンプレッサタービン
CTの入口温度T4と目標値T4”との差から燃料の増
減量が演算される。即ち、ステップ306ではコンプレ
ッサタービンCTの入口温度T4と目標値T、*との差
ΔT、が演算され、ステップ307では目標燃料流量G
f”と現在の燃料流MGfとの差ΔGfが演算され、ス
テップ308においてこのΔGfを用いて現在の燃料流
量Gfが補正される。この時、燃焼ガス流IG、は、コ
ンプレッサタービンCTの流量特性より第5図に示すp
 s/p s  c 4−’T4/P3特性から求める
ことができる。また、Hをエンタルピ、ηeeを燃焼器
CCの燃焼効率、LIIVを1 kgで何カロリー出る
かを示す低発熱量とすれば、燃焼器CCの入出力のエネ
ルギバランスにより、次式■、■が成立する。
On the other hand, when it is determined in step 305 that the gas generator GG is in the acceleration state (YES), step 3
06, and in subsequent steps 307 and 308, the increase or decrease in fuel is calculated from the difference between the inlet temperature T4 of the compressor turbine CT calculated in step 303 and the target value T4''. The difference ΔT between the inlet temperature T4 and the target value T,* is calculated, and in step 307, the target fuel flow rate G
The difference ΔGf between "f" and the current fuel flow MGf is calculated, and the current fuel flow rate Gf is corrected using this ΔGf in step 308. At this time, the combustion gas flow IG is determined based on the flow rate characteristics of the compressor turbine CT. p shown in Figure 5.
It can be determined from the s/p sc 4-'T4/P3 characteristics. Furthermore, if H is the enthalpy, ηee is the combustion efficiency of the combustor CC, and LIIV is the low calorific value indicating how many calories are produced per 1 kg, then the following equations To establish.

G4H4”  =  G*s”H25+Gf”*  7
7 cc*LHV  −■G4+14   =  G3
s*)I3s +Gf  *  ηc−L)IV  −
■■式はステップ303での演算時のエネルギバランス
であり、■式は目標値T4”の時のエネルギバランスで
ある。また、エンタルピHは温度と空燃比の関数であっ
て、 H4=f (F/A、T4)  ・・・ ■が成り立つ
。よって、■式から■式より、ΔGf=に*G4 *Δ
T4 が求められ、燃料の補正値を計算することができる。
G4H4" = G*s"H25+Gf"* 7
7 cc*LHV −■G4+14 = G3
s*)I3s +Gf*ηc-L)IV-
The formula ■■ is the energy balance during the calculation in step 303, and the formula ■ is the energy balance when the target value T4'' is reached.Enthalpy H is a function of temperature and air-fuel ratio, and H4=f ( F/A, T4) ... ■ holds true. Therefore, from the formula ■ to the formula ■, ΔGf = *G4 *Δ
T4 is determined and a fuel correction value can be calculated.

(発明の効果〕 以上説明したように、本発明の二軸式ガスタービン機関
の制御装置によれば、目標のコンプレッサタービンCT
の入口温度T4′を目標圧力比(P3/P、〉0に変換
し、圧力比P 、/ P 、の値が目標圧力比(P3/
PS)”になるように可変ノズルVNの開度α、を制御
することにより、可変ノズルVNの開度α、を温度で制
御する場合に比べて応答性の良い圧力を用いて短時間で
制御できる効果がある。また、−iに、二軸式ガスター
ビン機関の各部の温度には燃焼器CC等による分布が存
在するが、圧力には分布が少なく、温度による制御に比
べて正確な情報で信頼性良くタービン溶損等の不具合を
防止することができるという効果がある。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the control device for a two-shaft gas turbine engine of the present invention, the target compressor turbine CT
Convert the inlet temperature T4' to the target pressure ratio (P3/P, > 0, and the value of the pressure ratio P, /P,
By controlling the opening degree α of the variable nozzle VN so as to achieve PS), the opening degree α of the variable nozzle VN can be controlled in a shorter time using pressure with better response than when controlling it by temperature. In addition, although there is a temperature distribution in each part of a two-shaft gas turbine engine due to the combustor CC, etc., there is little distribution in pressure, and this provides more accurate information than control based on temperature. This has the effect of being able to reliably prevent problems such as turbine melting damage.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の構成を示すブロック図、第2図は本発
明の二軸式ガスタービン機関の制御装置の構成を示す全
体概要図、第3図は第2図の制御回路の制御手順の概略
を示すフローチャート、第4図はP:l/Pi  Nl
/ je aの関係を示す特性図、第5図はP3/PS
  G4jT</P:+特性を示す特性図、第6図はガ
スジェネレータGGの回転数N、に応した可変ノズルν
Nの開度α、と圧力比P 3/ P 、との関係を示す
特性図、第7図従来の二軸式ガスタービン機関の一般的
な構成を示す図、第8図は従来のガスジェネレータが加
速状態から過渡状態に移行する時の制御特性を示す線図
である。 1・・・目標値記憶手段、2・・・圧力比比較手段、3
・・・可変ノズル開度制御手段、4・・・燃料制御手段
、10・・・制御回路、C・・・コンプレッサ、CC・
・・燃焼器、CT・・・コンプレッサタービン、HE・
・・熱交換機、PT・・・パワタービン、SN、・・・
回転数センサ、ST:1.5T3S、 ST6・・・温
度センサ、spi、 sps・・・圧力センサ、VN・
・・可変ノズル。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the present invention, FIG. 2 is an overall schematic diagram showing the configuration of the control device for a two-shaft gas turbine engine of the present invention, and FIG. 3 is a control procedure of the control circuit shown in FIG. 2. A flow chart showing the outline of P:l/Pi Nl is shown in Fig. 4.
/ je a characteristic diagram showing the relationship, Figure 5 is P3/PS
G4jT</P: Characteristic diagram showing the + characteristic, Fig. 6 shows the variable nozzle ν corresponding to the rotation speed N of the gas generator GG.
Fig. 7 is a diagram showing the general configuration of a conventional two-shaft gas turbine engine; Fig. 8 is a diagram showing a conventional gas generator. FIG. 3 is a diagram showing control characteristics when the vehicle shifts from an acceleration state to a transient state. 1... Target value storage means, 2... Pressure ratio comparison means, 3
...Variable nozzle opening control means, 4. Fuel control means, 10. Control circuit, C. Compressor, CC.
...Combustor, CT...Compressor turbine, HE...
...Heat exchanger, PT...Power turbine, SN,...
Rotation speed sensor, ST: 1.5T3S, ST6...Temperature sensor, spi, sps...Pressure sensor, VN・
...Variable nozzle.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 コンプレッサ(C)とこれと同軸のコンプレッサタービ
ン(CT)と、燃焼器(CC)と、可変ノズル(VN)
と、別軸の出力タービン(PT)とを備えた二軸式ガス
タービン機関の制御装置であって、 前記コンプレッサ(C)の出口圧力(P_3)を検出す
る圧力手段(SP_3)と、 前記コンプレッサタービン(CT)の出口圧力(P_3
)を検出する圧力検出手段(SP_5)と、 両者(C)、(CT)を結ぶ軸の回転数(N_1)を検
出する回転数検出手段(SN_1)と、 コンプレッサタービンの目標入口温度(T_4^*)よ
り演算される目標圧力比(P_3/P_5^*)を記憶
する目標値記憶手段(1)と、 機関定常時に、検出された圧力(P_3)、(P_5)
の比(P_3/P_5)を目標圧力比(P_3/P_5
^*)と比較する圧力比比較手段(2)と、 圧力比(P_3/P_5)が目標圧力比(P_3/P_
5^*)より大きい場合に可変ノズル(VN)を閉じ方
向に制御し、圧力比(P_3/P_5)が目標圧力比(
P_3/P_5^*)以下の場合に可変ノズル(VN)
を開き方向に制御する可変ノズル開度制御手段(3)と
、 前記可変ノズル開度制御手段(3)の制御に応じて前記
軸の回転数(N_1)を一定に保持するように燃料を制
御する燃料制御手段(4)と、 を備えた二軸式ガスタービン機関の制御装置。
[Claims] A compressor (C), a compressor turbine (CT) coaxial with the compressor, a combustor (CC), and a variable nozzle (VN).
A control device for a two-shaft gas turbine engine, comprising: a pressure means (SP_3) for detecting an outlet pressure (P_3) of the compressor (C); and a separate shaft output turbine (PT); Turbine (CT) outlet pressure (P_3
), a rotation speed detection means (SN_1) that detects the rotation speed (N_1) of the shaft connecting both (C) and (CT), and a target inlet temperature (T_4^) of the compressor turbine. *) Target value storage means (1) that stores the target pressure ratio (P_3/P_5^*) calculated from
The ratio (P_3/P_5) of the target pressure ratio (P_3/P_5
The pressure ratio comparison means (2) compares the pressure ratio (P_3/P_5) with the target pressure ratio (P_3/P_
5^*), the variable nozzle (VN) is controlled in the closing direction, and the pressure ratio (P_3/P_5) becomes the target pressure ratio (
P_3/P_5^*) Variable nozzle (VN) in the following cases
a variable nozzle opening degree control means (3) for controlling the opening direction of the nozzle; and a variable nozzle opening degree control means (3) for controlling the fuel so as to keep the rotational speed (N_1) of the shaft constant according to the control of the variable nozzle opening degree control means (3). A control device for a two-shaft gas turbine engine, comprising: a fuel control means (4) for controlling the fuel;
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