JPH033927A - ガスタービンエンジンの制御装置及びその方法 - Google Patents
ガスタービンエンジンの制御装置及びその方法Info
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- JPH033927A JPH033927A JP2105117A JP10511790A JPH033927A JP H033927 A JPH033927 A JP H033927A JP 2105117 A JP2105117 A JP 2105117A JP 10511790 A JP10511790 A JP 10511790A JP H033927 A JPH033927 A JP H033927A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/16—Control of working fluid flow
- F02C9/18—Control of working fluid flow by bleeding, bypassing or acting on variable working fluid interconnections between turbines or compressors or their stages
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
- F04D27/02—Surge control
- F04D27/0207—Surge control by bleeding, bypassing or recycling fluids
- F04D27/0223—Control schemes therefor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ガスタービンエンジンに係り、特に、エンジ
ンの過渡的運転の間にコンプレッサ抽気弁を制御する装
置とその方法に関する。
ンの過渡的運転の間にコンプレッサ抽気弁を制御する装
置とその方法に関する。
従来、技術的に良く知られている様に、ある定常状態の
運転モードから他の運転モードへ出来るだけ速やかに移
動するためには、ガスタービンエンジンを、そのエンジ
ンのサージラインに近接して運転してやる必要がある。
運転モードから他の運転モードへ出来るだけ速やかに移
動するためには、ガスタービンエンジンを、そのエンジ
ンのサージラインに近接して運転してやる必要がある。
サージラインを越えての運転は、急激な推進損失及び／
若しくはエンジンの過熱を引き起こすことから許容出来
ない。
若しくはエンジンの過熱を引き起こすことから許容出来
ない。
典型的には、エンジン制御では、種々のエンジンパラメ
ータがモニターされると共に、制御しようとする（適切
な安全係数を有する）特定のエンジンのサージ特性を考
慮しながら、エンジンを自動的に制御するために用いら
れるエンジンパラメータのスケジュールが含まれている
。
ータがモニターされると共に、制御しようとする（適切
な安全係数を有する）特定のエンジンのサージ特性を考
慮しながら、エンジンを自動的に制御するために用いら
れるエンジンパラメータのスケジュールが含まれている
。
エンジンの定常状態での運転中に、高度、マツハ数及び
エンジンの出力レベル等のパラメータに基づく特定のス
ケジュールに従って、コンプレッサの抽気弁を調節する
ことは知られている。過渡時のエンジン運転中において
は、定常状態の抽気弁位置は、コンプレッサの実際の速
度変化率とコンプレッサのスケジュールされた最大速度
変化率の比の関数である量だけ余計に開くようにリセッ
トされ、エンジン速度（すなわち、出力レベル）に対応
する様にバイアスされる。実際の変化率がスケジュール
された最大変化率に近づけば近づく程、抽気弁は一層開
放される。かかるシステムは、レオン・クルコスキ（Ｌ
ｅｏｎ Ｋｒｕｋｏｓｋｉ）及びニコラ・ラウダディオ
（Ｎｉｃｏｌａ Ｌａｕｄａｄｉｏ）所有の米国特許４
．７５６，１５２号明細書に開示されている。
エンジンの出力レベル等のパラメータに基づく特定のス
ケジュールに従って、コンプレッサの抽気弁を調節する
ことは知られている。過渡時のエンジン運転中において
は、定常状態の抽気弁位置は、コンプレッサの実際の速
度変化率とコンプレッサのスケジュールされた最大速度
変化率の比の関数である量だけ余計に開くようにリセッ
トされ、エンジン速度（すなわち、出力レベル）に対応
する様にバイアスされる。実際の変化率がスケジュール
された最大変化率に近づけば近づく程、抽気弁は一層開
放される。かかるシステムは、レオン・クルコスキ（Ｌ
ｅｏｎ Ｋｒｕｋｏｓｋｉ）及びニコラ・ラウダディオ
（Ｎｉｃｏｌａ Ｌａｕｄａｄｉｏ）所有の米国特許４
．７５６，１５２号明細書に開示されている。
コンプレッサの運転線が失速線に近づけば近づく程、エ
ンジン性能はより良くなる。理想的には、コンプレッサ
の圧力比は、エンジンの全運転範囲にわたって、失速線
からほぼ一定の安全距離だけ下側に保持されることが望
ましい。エンジンが減速された時、もし抽気弁の抽気開
放面積が変化していない場合には、コンプレッサの圧力
比は上昇する。このことは、失速余裕を減少することと
なる。米国特許４，７５６，１５２号に示された関数発
生器は、その様なエンジン減速から引き起こされる圧力
比の上昇を少なくとも部分的に補償するため、圧力比を
減少するための抽気弁を開放する要求を発生ずる。その
要求は、部分的には、制御システムに組み込まれたコン
プレッサ速度の最大変化率に従属する。しかしながら、
コンプレッサ速度の最大変化率のスケジュールを指令す
るエンジン要求は、しばしば、コンプレッサ抽気要求と
は異なっている。コンプレッサ抽気要求をコンプレッサ
速度の最大変化率のスケジュールと結び付けることは、
制御システム設計者即ちエンジニアが、さもなければ安
全余裕が許容するまで十分に閉止する様に抽気をスケジ
ュールすることの妨げとなる。他の方法である従来の制
御システムら、それに先行する抽気開放／抽気閉止シス
テムの改良であるという事実にも拘わらず、−貫して小
さな許容できるサージ余裕を備えた過渡時のコンプレッ
サ運転曲線を与えていない。
ンジン性能はより良くなる。理想的には、コンプレッサ
の圧力比は、エンジンの全運転範囲にわたって、失速線
からほぼ一定の安全距離だけ下側に保持されることが望
ましい。エンジンが減速された時、もし抽気弁の抽気開
放面積が変化していない場合には、コンプレッサの圧力
比は上昇する。このことは、失速余裕を減少することと
なる。米国特許４，７５６，１５２号に示された関数発
生器は、その様なエンジン減速から引き起こされる圧力
比の上昇を少なくとも部分的に補償するため、圧力比を
減少するための抽気弁を開放する要求を発生ずる。その
要求は、部分的には、制御システムに組み込まれたコン
プレッサ速度の最大変化率に従属する。しかしながら、
コンプレッサ速度の最大変化率のスケジュールを指令す
るエンジン要求は、しばしば、コンプレッサ抽気要求と
は異なっている。コンプレッサ抽気要求をコンプレッサ
速度の最大変化率のスケジュールと結び付けることは、
制御システム設計者即ちエンジニアが、さもなければ安
全余裕が許容するまで十分に閉止する様に抽気をスケジ
ュールすることの妨げとなる。他の方法である従来の制
御システムら、それに先行する抽気開放／抽気閉止シス
テムの改良であるという事実にも拘わらず、−貫して小
さな許容できるサージ余裕を備えた過渡時のコンプレッ
サ運転曲線を与えていない。
抽気開放面積が増加すると、パイロットの動作はその様
な減少を要求していないにも拘わらず、エンジンは減速
率を低下させる結果を生じる熱力学的な再適合状態とな
る。この望ましくない減速率における低下は制御装置に
抽気開放面積の減少（あるいは、増加をより小さくする
こと）を要求させる。抽気位置の変化は、また、エンジ
ン圧力比（ＥＰＲ）の変化をも生じる。燃料の流れは一
般的にＥＰＲに関係していることから、抽気位置の変化
は燃料速度の変化をもたらす。これらの現象は、以後、
「抽気システム相互作用」と呼ばれ、ある定常状態の位
置から他へ移行する際、好ましくない抽気バルブ及びス
ラストの発振を引き起こす。
な減少を要求していないにも拘わらず、エンジンは減速
率を低下させる結果を生じる熱力学的な再適合状態とな
る。この望ましくない減速率における低下は制御装置に
抽気開放面積の減少（あるいは、増加をより小さくする
こと）を要求させる。抽気位置の変化は、また、エンジ
ン圧力比（ＥＰＲ）の変化をも生じる。燃料の流れは一
般的にＥＰＲに関係していることから、抽気位置の変化
は燃料速度の変化をもたらす。これらの現象は、以後、
「抽気システム相互作用」と呼ばれ、ある定常状態の位
置から他へ移行する際、好ましくない抽気バルブ及びス
ラストの発振を引き起こす。
従来の技術では、抽気スケジュールをコンプレッサ速度
の最大変化率に結び付けることは、上記で議論した発振
を取り除くという要求と一緒にされ、制御システムは急
激な減速の最初の段階における安全性に対して要求され
る以上の安定性を持って設計されることとなっていた。
の最大変化率に結び付けることは、上記で議論した発振
を取り除くという要求と一緒にされ、制御システムは急
激な減速の最初の段階における安全性に対して要求され
る以上の安定性を持って設計されることとなっていた。
本発明により低減しあるいは解消しようとすることは、
この様な問題でありそして好ましくないスラスト振動で
ある。
この様な問題でありそして好ましくないスラスト振動で
ある。
本発明の目的は、エンジンの過渡時において、安全性を
犠牲にすることなく、コンプレッサを失速線により近接
させながら運転することを可能とするガスタービンエン
ジンのコンプレッサ抽気制御システムを提供することに
ある。
犠牲にすることなく、コンプレッサを失速線により近接
させながら運転することを可能とするガスタービンエン
ジンのコンプレッサ抽気制御システムを提供することに
ある。
本発明の他の目的は、過渡運転を通してコンプレッサを
比較的一定なサージ余裕を持って運転することの可能な
抽気制御システムを提供することにある。
比較的一定なサージ余裕を持って運転することの可能な
抽気制御システムを提供することにある。
更に、本発明の他の目的は、エンジンの過渡時を通して
、コンプレッサがその定常状態動作特性に近接して運転
することが可能な抽気制御システムを提供することにあ
る。
、コンプレッサがその定常状態動作特性に近接して運転
することが可能な抽気制御システムを提供することにあ
る。
本発明のさらに他の目的は、エンジンがある定常状態運
転モードから他の定常状態運転モードに通過するときの
過渡時のエンジン運転において、抽気開放面積の発振を
避けることのできる抽気制御システムを提供することに
ある。
転モードから他の定常状態運転モードに通過するときの
過渡時のエンジン運転において、抽気開放面積の発振を
避けることのできる抽気制御システムを提供することに
ある。
〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明によれば
、エンジンの過渡時において、制御システムは、コンプ
レッサ抽気バルブを、飛行条件によってバイアスされ、
そしてエンジン出力レベルによ修正されたコンプレッサ
速度の変化率を関数として、全開と全閉位置の間に調整
する。
、エンジンの過渡時において、制御システムは、コンプ
レッサ抽気バルブを、飛行条件によってバイアスされ、
そしてエンジン出力レベルによ修正されたコンプレッサ
速度の変化率を関数として、全開と全閉位置の間に調整
する。
より明確には、過渡時のエンジン動作において一貫して
小さく、しかし許容できるコンプレッサのサージ余裕を
維持するために、過渡時動作のための全閉抽気面積の追
加割合が、飛行条件のためにバイアスされて、エンジン
速度の変化率に基づいて関数発生器によって決定される
。補正係数は、エンジン出力レベルに対応するためにプ
ログラムされた抽気開放面積の定常状態の割合に追加さ
れ、そして、結合された量が抽気開放面積をリセットす
るために使用される。関数発生器の抽気スケジュールは
、スケジュールされたエンジン速度の許容される最大変
化率のいずれに対しても独立である。
小さく、しかし許容できるコンプレッサのサージ余裕を
維持するために、過渡時動作のための全閉抽気面積の追
加割合が、飛行条件のためにバイアスされて、エンジン
速度の変化率に基づいて関数発生器によって決定される
。補正係数は、エンジン出力レベルに対応するためにプ
ログラムされた抽気開放面積の定常状態の割合に追加さ
れ、そして、結合された量が抽気開放面積をリセットす
るために使用される。関数発生器の抽気スケジュールは
、スケジュールされたエンジン速度の許容される最大変
化率のいずれに対しても独立である。
本発明は、特に、高低圧コンプレッサを備えたエンジン
の減速時における使用に好適である。高圧コンプレッサ
の減速は低圧コンプレッサにかかる圧力比を上昇させる
原因となり、低圧コンプレッサの動作点をその失速線に
より近く移動させる様になる。従って、安全余裕を減少
させることとなる。抽気開放面積の増大は、低圧コンプ
レッサにかかる圧力比を減少することにより生じるこれ
らのことを補償し、もって、その動作点をその失速線か
らさらに離れて移動する。減速率と失速線に向かう動作
点の移動量との間には直線的な関係がある。この直線的
な関係はエンジンが動作している飛行条件によって変化
する。本発明の制御システムにおいて、関数発生器は、
減速率及び飛行条件の両者を補償するために開かれなけ
ればならない抽気量を示す信号を発生する（例えば、高
度は飛行条件を示すために使われる）。これにより、コ
ンプレッサの動作点の失速線に向かう移動を減少させる
ことができる。
の減速時における使用に好適である。高圧コンプレッサ
の減速は低圧コンプレッサにかかる圧力比を上昇させる
原因となり、低圧コンプレッサの動作点をその失速線に
より近く移動させる様になる。従って、安全余裕を減少
させることとなる。抽気開放面積の増大は、低圧コンプ
レッサにかかる圧力比を減少することにより生じるこれ
らのことを補償し、もって、その動作点をその失速線か
らさらに離れて移動する。減速率と失速線に向かう動作
点の移動量との間には直線的な関係がある。この直線的
な関係はエンジンが動作している飛行条件によって変化
する。本発明の制御システムにおいて、関数発生器は、
減速率及び飛行条件の両者を補償するために開かれなけ
ればならない抽気量を示す信号を発生する（例えば、高
度は飛行条件を示すために使われる）。これにより、コ
ンプレッサの動作点の失速線に向かう移動を減少させる
ことができる。
抽気流速は、抽気解放面積と、抽気人口及び出口での関
連ガス圧力との関数である。抽気入力ガス圧力は、エン
ジンの出力レベルと共に変化する。
連ガス圧力との関数である。抽気入力ガス圧力は、エン
ジンの出力レベルと共に変化する。
したがって、減速中の失速余裕を制御するために、出力
レベルの変化を補償することが必要である。
レベルの変化を補償することが必要である。
本発明の制御システムでは、特定の減速率及び歩行条件
に対する抽気開放領域の変化のスケジュールされた量が
、エンジン出力に従属する補正係数によって掛算される
。その掛算結果は、最終的に減速中に抽気開放領域をリ
セットするために使用される。好ましくは、抽気スケジ
ュール及び出力レベル補正係数が低圧コンプレッサ過渡
運転線を、定常状態運転線よりも小さい一定の小さな割
合に維持する。これは、減速中を通して最小安全レベル
に近接した失速余裕を維持する。
に対する抽気開放領域の変化のスケジュールされた量が
、エンジン出力に従属する補正係数によって掛算される
。その掛算結果は、最終的に減速中に抽気開放領域をリ
セットするために使用される。好ましくは、抽気スケジ
ュール及び出力レベル補正係数が低圧コンプレッサ過渡
運転線を、定常状態運転線よりも小さい一定の小さな割
合に維持する。これは、減速中を通して最小安全レベル
に近接した失速余裕を維持する。
本発明の最適実施例によれば、信号が関数発生器に入力
され、新しい抽気位置信号を発生するために使用される
航に、ヒステリシスコンストラクトが減速率信号に加え
られる。ヒステリシスコンストラクトは、入出力間の差
が帯域幅と呼ばれる特定値の２分の１を越えるまで信号
定数の出力を保持する関数である。入力が出力と帯域幅
の２分の１よりも大きい時出力は入力と帯域幅の２分の
１との差に等しくなるように設定される。入力が出力と
帯域幅の２分の１との差よりも小さい時、出力は入力と
帯域幅の２分の１の和に等しくなるように設定される。
され、新しい抽気位置信号を発生するために使用される
航に、ヒステリシスコンストラクトが減速率信号に加え
られる。ヒステリシスコンストラクトは、入出力間の差
が帯域幅と呼ばれる特定値の２分の１を越えるまで信号
定数の出力を保持する関数である。入力が出力と帯域幅
の２分の１よりも大きい時出力は入力と帯域幅の２分の
１との差に等しくなるように設定される。入力が出力と
帯域幅の２分の１との差よりも小さい時、出力は入力と
帯域幅の２分の１の和に等しくなるように設定される。
ほかの場合には、出力は一定になっている。帯域幅は、
ノイズによる入力の変化及び抽気システム相互作用の出
力への影響が最小になるように選択される。本発明に関
して、パイロットがエンジンを減速させるためにスロッ
トルを遅らせると、燃料流量が即座に減少し、コンプレ
ッサが減速し始める。ヒステリシスコンストラクトを減
速率に加えることなく、制御システムは瞬時に実際の減
速率に基づいて抽気流量率を簡単に設定する。従って、
パイロットの要求によって減速率が増加すると、抽気開
放面積が増大し、コンプレッサに係る圧力比を低減させ
る。結果短手の抽気流量はエンジンの熱力学的再適合を
生じさせる。この再適合は、減速率に僅かな減少を与え
る。減速率の減少に対する制御システムの応答は、２つ
ある。それは、所望の減速率を維持するために、燃料制
御がさらに燃料流量を低減させる間中、抽気制御に抽気
開放面積を減少せしめさせる。ヒステリシスがないと、
エンジンスラスト発振がある。ヒステリシスコンストラ
クトを減速率に加えることによって、減速率の（選択さ
れた帯域幅よりも小さな）小さなゆらぎ関数発生器に送
られる減速率信号の大きさに変動を与えない。ヒステリ
シスコンストラクトは、抽気流量応答に、選択された帯
域幅による減速率の変化を遅らせしめ、それによって、
減速中の抽気流量発振（従って、スラスト発振）に対す
るポテンシャルを低減させる。
ノイズによる入力の変化及び抽気システム相互作用の出
力への影響が最小になるように選択される。本発明に関
して、パイロットがエンジンを減速させるためにスロッ
トルを遅らせると、燃料流量が即座に減少し、コンプレ
ッサが減速し始める。ヒステリシスコンストラクトを減
速率に加えることなく、制御システムは瞬時に実際の減
速率に基づいて抽気流量率を簡単に設定する。従って、
パイロットの要求によって減速率が増加すると、抽気開
放面積が増大し、コンプレッサに係る圧力比を低減させ
る。結果短手の抽気流量はエンジンの熱力学的再適合を
生じさせる。この再適合は、減速率に僅かな減少を与え
る。減速率の減少に対する制御システムの応答は、２つ
ある。それは、所望の減速率を維持するために、燃料制
御がさらに燃料流量を低減させる間中、抽気制御に抽気
開放面積を減少せしめさせる。ヒステリシスがないと、
エンジンスラスト発振がある。ヒステリシスコンストラ
クトを減速率に加えることによって、減速率の（選択さ
れた帯域幅よりも小さな）小さなゆらぎ関数発生器に送
られる減速率信号の大きさに変動を与えない。ヒステリ
シスコンストラクトは、抽気流量応答に、選択された帯
域幅による減速率の変化を遅らせしめ、それによって、
減速中の抽気流量発振（従って、スラスト発振）に対す
るポテンシャルを低減させる。
本発明の好適な実施例として、図面に参照符号１０で示
されたツインスプールターボファンガスタービンエンジ
ンを用いる。このエンジンは、軸を介して高圧タービン
１４に接続された低圧コンプレッサ１２、軸を介して高
圧タービン１８に接続された高圧コンプレッサ１６、及
び上記高圧タービンと上記高圧コンプレッサの間に配置
されたバーナ１２０から構成されている。抽気弁２２は
、高低圧コンプレッサ間に配設され、エンノンのある作
動状態の間、エンジン流路からくるコンプレッサの空気
を吐出させる働きをする。
されたツインスプールターボファンガスタービンエンジ
ンを用いる。このエンジンは、軸を介して高圧タービン
１４に接続された低圧コンプレッサ１２、軸を介して高
圧タービン１８に接続された高圧コンプレッサ１６、及
び上記高圧タービンと上記高圧コンプレッサの間に配置
されたバーナ１２０から構成されている。抽気弁２２は
、高低圧コンプレッサ間に配設され、エンノンのある作
動状態の間、エンジン流路からくるコンプレッサの空気
を吐出させる働きをする。
技術的に良く知られているように、そして本発明の実施
例でもそうであるように、抽気弁開面積は、例えばバー
ナ部への燃料流量を制御する電子エンジン制御手段によ
って調節される。その抽気弁２２の制御に直接関連した
電子エンジン制御手段の部分のみが、図面に示されてい
る。また、説明の都合上、それは簡単に示されている。
例でもそうであるように、抽気弁開面積は、例えばバー
ナ部への燃料流量を制御する電子エンジン制御手段によ
って調節される。その抽気弁２２の制御に直接関連した
電子エンジン制御手段の部分のみが、図面に示されてい
る。また、説明の都合上、それは簡単に示されている。
補正された低ロータ速度Ｎ、Ｃ，飛行マプハ数（Ｍｎ）
、及び飛行高度（ＡＬＴ）を示す信号は、全て関数発生
器２４に与えられる。この関数発生器２４は、経験的に
開発された定常状態抽気予定から定常状態抽気位置信号
Ｂｓｓを発生する。Ｂｓｓは、完全に閉の状態から１０
０％開の状態までのどこかにある抽気弁の所望の定常状
態位置を示す。
、及び飛行高度（ＡＬＴ）を示す信号は、全て関数発生
器２４に与えられる。この関数発生器２４は、経験的に
開発された定常状態抽気予定から定常状態抽気位置信号
Ｂｓｓを発生する。Ｂｓｓは、完全に閉の状態から１０
０％開の状態までのどこかにある抽気弁の所望の定常状
態位置を示す。
高圧ロータ速度（Ｎ、）の変化率は、一定間隔で計算さ
れ、「ヒステリシス」と表記されたブロックによって表
されたヒステリシスコンストラクトに与えられる。ヒス
テリシス２６からの出力Ｒは、エンジン作動時の飛行条
件を表している高度信号ノ ］０８０と共に、関数発生器２８に与えられる。関数発
生器は、過渡手きな抽気位置リセット信号ＢＴを発生す
るように設計されている。その信号ＢＴは、減速中に生
ずる失速余裕の損失を無くすために、抽気弁２２がさら
にどの程度開放されるべきかを指示する。飛行条件は、
エンジン減速率及び要求された抽気開放面積間の関係に
影響を持つので、エンジン作動時の飛行条件を明らかに
するために、関数発生器２８内で出力信号ＢＴにたいし
てバイアスをかけている。しかし、その関数発生器２８
は、エンジン作動時の出力レベルから生ずる差、すなわ
ち所定の抽気開放面積に対する実際の抽気流の差を考慮
していない。この実施例においては、高度が、出力信号
Ｂ７をバイアスするために使用される飛行条件パラメー
タになっている。
れ、「ヒステリシス」と表記されたブロックによって表
されたヒステリシスコンストラクトに与えられる。ヒス
テリシス２６からの出力Ｒは、エンジン作動時の飛行条
件を表している高度信号ノ ］０８０と共に、関数発生器２８に与えられる。関数発
生器は、過渡手きな抽気位置リセット信号ＢＴを発生す
るように設計されている。その信号ＢＴは、減速中に生
ずる失速余裕の損失を無くすために、抽気弁２２がさら
にどの程度開放されるべきかを指示する。飛行条件は、
エンジン減速率及び要求された抽気開放面積間の関係に
影響を持つので、エンジン作動時の飛行条件を明らかに
するために、関数発生器２８内で出力信号ＢＴにたいし
てバイアスをかけている。しかし、その関数発生器２８
は、エンジン作動時の出力レベルから生ずる差、すなわ
ち所定の抽気開放面積に対する実際の抽気流の差を考慮
していない。この実施例においては、高度が、出力信号
Ｂ７をバイアスするために使用される飛行条件パラメー
タになっている。
周囲圧力、エンジンマツハ数あるいはエンジン入力総合
圧力等の他のパラメータもまた、使用可能である。
圧力等の他のパラメータもまた、使用可能である。
これらの差を考慮するために、関数発生器３２は、その
入力として、エンジン出力レベルを示すパラメータであ
る補正された低圧コンプレッサ速度Ｎ、Ｃを持つ。その
関数発生器３２は、ここで補正係数として参照される信
号Ｆを発生する。補正関数Ｆ及び過渡的抽気位置リセッ
ト信号ＢＴが、掛算器３４で共に掛算される。掛算器３
４の出力ＢＣＴは、以下に補正された過渡的抽気位置リ
セット信号として参照される。ＢＣＴは、減速による失
速余裕の損失を最小化するために要求される付加的抽気
開放面積である。
入力として、エンジン出力レベルを示すパラメータであ
る補正された低圧コンプレッサ速度Ｎ、Ｃを持つ。その
関数発生器３２は、ここで補正係数として参照される信
号Ｆを発生する。補正関数Ｆ及び過渡的抽気位置リセッ
ト信号ＢＴが、掛算器３４で共に掛算される。掛算器３
４の出力ＢＣＴは、以下に補正された過渡的抽気位置リ
セット信号として参照される。ＢＣＴは、減速による失
速余裕の損失を最小化するために要求される付加的抽気
開放面積である。
もし、エンジン出力レベルが、関数発生器２８内の実験
的曲線に基づくエンジン出力レベルと同一であるように
なった場合、その時のＦの値は、１．０であり、Ｂｒは
Ｂｃｔに等しい。もしそうでなければ、場合によっては
Ｆは１．０の間の値を持つ。この値は、完全に開放され
た抽気面積に対する割合すなわちパーセントを表す。従
って、もし１３ｃ７が０．３であれば、それは、減速に
よる失速余裕の損失を補償するために、抽気開放面積が
その完全開放面積の３０％に等しい量だけ増大されるべ
きであることを意味する。
的曲線に基づくエンジン出力レベルと同一であるように
なった場合、その時のＦの値は、１．０であり、Ｂｒは
Ｂｃｔに等しい。もしそうでなければ、場合によっては
Ｆは１．０の間の値を持つ。この値は、完全に開放され
た抽気面積に対する割合すなわちパーセントを表す。従
って、もし１３ｃ７が０．３であれば、それは、減速に
よる失速余裕の損失を補償するために、抽気開放面積が
その完全開放面積の３０％に等しい量だけ増大されるべ
きであることを意味する。
補正された過渡的抽気位置リセット信号ＢＣＴは、レー
ト制限器３６を通過し、加算器において定常状態抽気位
置信号Ｂｓｓに加算される。結合された信号Ｂ ｓｓ＋
Ｂ ｃ↑は、さらに１．０の値を有する信号を入力す
る様に構成されている。したがって、低値選択ゲート出
力信号４２は、弁２２が完全に開放されることを意味す
る１、０よりも決して大きくない。出力信号４２は選択
回路４４に与えられる。この選択回路の機能を以下に説
明する。
ト制限器３６を通過し、加算器において定常状態抽気位
置信号Ｂｓｓに加算される。結合された信号Ｂ ｓｓ＋
Ｂ ｃ↑は、さらに１．０の値を有する信号を入力す
る様に構成されている。したがって、低値選択ゲート出
力信号４２は、弁２２が完全に開放されることを意味す
る１、０よりも決して大きくない。出力信号４２は選択
回路４４に与えられる。この選択回路の機能を以下に説
明する。
フィードバック新都ＰＳは、抽気弁２２から線４８を介
して決定カイロ４６に送られる。決定回路４６は、フィ
ードバック信号ＦＳが有効でないか、信頼できない時の
み、信号５０をセレクタ４４に送る。有効でないまたは
信頼できないことは、抽気弁の現在位置すなわち開放面
積が信頼性を持って決定され得ないことを意味する。も
し、選択回路４４がそのような信号を受けなければ、そ
れは、フィードバック信号ＦＳが良好（Ｇ）であり、選
択回路出力信号５２が、１．０の値より低いすなゎち定
常状態抽気位置信号（Ｂｓｓ）と補正された過渡的抽気
位置リセット信号（ＢＣＴ）の合計であるところの信号
４２の値を有することを意味する。選択回路出力信号５
２は、抽気弁の位置をリセットするために使用される。
して決定カイロ４６に送られる。決定回路４６は、フィ
ードバック信号ＦＳが有効でないか、信頼できない時の
み、信号５０をセレクタ４４に送る。有効でないまたは
信頼できないことは、抽気弁の現在位置すなわち開放面
積が信頼性を持って決定され得ないことを意味する。も
し、選択回路４４がそのような信号を受けなければ、そ
れは、フィードバック信号ＦＳが良好（Ｇ）であり、選
択回路出力信号５２が、１．０の値より低いすなゎち定
常状態抽気位置信号（Ｂｓｓ）と補正された過渡的抽気
位置リセット信号（ＢＣＴ）の合計であるところの信号
４２の値を有することを意味する。選択回路出力信号５
２は、抽気弁の位置をリセットするために使用される。
他方、もし、信号５０が選択回路４４に送られる場合に
は、それは、フィードバック信号（ＦＳ）が不良（Ｂ）
すなわち信頼できないことを意味する。その時、選択回
路出力信号５２は、計算機５６の出力信号５４に等価で
ある。
は、それは、フィードバック信号（ＦＳ）が不良（Ｂ）
すなわち信頼できないことを意味する。その時、選択回
路出力信号５２は、計算機５６の出力信号５４に等価で
ある。
計算機５６は、低圧コンプレッサの速度Ｎ Ｃ＋及びバ
ーナ圧力Ｐａの変化率を表す信号を受は取る。これら２
つの入力に基づいて、計算機５６は抽気弁が完全に開放
されているかあるいは完全に閉成されているかを決定す
る。従って、信号５４は抽気弁が完全に閉成されるべき
であることを意味する０、０であるか、抽気弁が完全に
開放されるべきであることを意味する１、０である。フ
ィードバック位置信号４８が信頼できるとき、抽気はＢ
ｃｒによって示される増大量と定常状態抽気信号Ｂｓｓ
に従って位置付けられる。そのような増大量は、エンジ
ンが減速ではなく加速を意味するＲの全負値に対して０
．０（例えば、８０丁−〇、０）である。
ーナ圧力Ｐａの変化率を表す信号を受は取る。これら２
つの入力に基づいて、計算機５６は抽気弁が完全に開放
されているかあるいは完全に閉成されているかを決定す
る。従って、信号５４は抽気弁が完全に閉成されるべき
であることを意味する０、０であるか、抽気弁が完全に
開放されるべきであることを意味する１、０である。フ
ィードバック位置信号４８が信頼できるとき、抽気はＢ
ｃｒによって示される増大量と定常状態抽気信号Ｂｓｓ
に従って位置付けられる。そのような増大量は、エンジ
ンが減速ではなく加速を意味するＲの全負値に対して０
．０（例えば、８０丁−〇、０）である。
減速率が落ち、パイロットが突然減速途中で加速を求め
る状況において、補正された過渡抽気位置信号Ｂ０の値
は速やかに前値から減少する。もし、ＢＣＴが突然減少
あるいは除去されると、エンジンの安定性は維持されな
い。速度制限器３６はＢＣＴの値の減少が加算器３８に
印加される速度を制御すなわち制限するために設けられ
ている。これは、ある・条件下で、抽気弁があまりに急
速に閉じるのを防止する。
る状況において、補正された過渡抽気位置信号Ｂ０の値
は速やかに前値から減少する。もし、ＢＣＴが突然減少
あるいは除去されると、エンジンの安定性は維持されな
い。速度制限器３６はＢＣＴの値の減少が加算器３８に
印加される速度を制御すなわち制限するために設けられ
ている。これは、ある・条件下で、抽気弁があまりに急
速に閉じるのを防止する。
第２図は第１図に示されたものと同様のエンジンの低圧
コンプレッサの減速応答を説明するグラフである。低圧
コンプレッサに係る圧力比が縦軸にプロットされ、コン
プレッサを介する補正された流量速度が横軸にプロット
されている。コンプレッサの失速線はグラフ上にＳＬで
表示され、定常状態運転線はＳＳで表示されている。失
速は、ハツチング領域で生ずる。失速余裕（例えば、失
速線と定常状態運転線との間の垂直距離）は全ての定常
状態運転線に対してかなり一定である。過渡運転線の特
性は幾つかの特徴を明確にするために誇張されている。
コンプレッサの減速応答を説明するグラフである。低圧
コンプレッサに係る圧力比が縦軸にプロットされ、コン
プレッサを介する補正された流量速度が横軸にプロット
されている。コンプレッサの失速線はグラフ上にＳＬで
表示され、定常状態運転線はＳＳで表示されている。失
速は、ハツチング領域で生ずる。失速余裕（例えば、失
速線と定常状態運転線との間の垂直距離）は全ての定常
状態運転線に対してかなり一定である。過渡運転線の特
性は幾つかの特徴を明確にするために誇張されている。
グラフにはスケールが示されていない。
減速の初期に、エンジンは定常位置°ａ で運されてお
り、定常状態″ｂ゛にエンジンを減速するために、パイ
ロットが突然スロットルを動かしたと仮定する。もし、
抽気がなければ、過渡運転線はグラフにＮＢで示された
線を追従する。その場合、エンジンサージすなわち失速
が、失速線に点”Ｃ”で出会う時に起こる。ＰＡで示さ
れた曲線は過渡運転線を表している。その線は、米国特
許４，７５６，１５２号に開示された従来の制御システ
ムを有するエンジンのコンプレッサによるものである。
り、定常状態″ｂ゛にエンジンを減速するために、パイ
ロットが突然スロットルを動かしたと仮定する。もし、
抽気がなければ、過渡運転線はグラフにＮＢで示された
線を追従する。その場合、エンジンサージすなわち失速
が、失速線に点”Ｃ”で出会う時に起こる。ＰＡで示さ
れた曲線は過渡運転線を表している。その線は、米国特
許４，７５６，１５２号に開示された従来の制御システ
ムを有するエンジンのコンプレッサによるものである。
典型的なスナップ（例えば、突然の）減速に対して、定
常状態と過渡運転線間の差であるエクスカーションは初
め毎秒約１５％で成長する。このエクスカーションの成
長は抽気弁が開放されるや否や停止し逆転する。従来の
制御システムの制限によって、抽気は望ましい程遠やか
には開放されない。過渡の途中段階の間は、実際に要求
される以上抽気が必要である。
常状態と過渡運転線間の差であるエクスカーションは初
め毎秒約１５％で成長する。このエクスカーションの成
長は抽気弁が開放されるや否や停止し逆転する。従来の
制御システムの制限によって、抽気は望ましい程遠やか
には開放されない。過渡の途中段階の間は、実際に要求
される以上抽気が必要である。
本発明の制御システムを用いて減速中に起こる運転線は
ＰＩで示されている。本発明の制御システムでは、過渡
運転線ＰＩが減速モードの大部分で望ましい所に入り込
むようになっている。第２図に示されているように、減
速モードの初期にその初期エクスカーション後に定常状
態運転線に実質的に並行な線をたどる。それは、減速モ
ードの大部分に渡って、定常状態運転線よりも圧力比で
約５％下にある。
ＰＩで示されている。本発明の制御システムでは、過渡
運転線ＰＩが減速モードの大部分で望ましい所に入り込
むようになっている。第２図に示されているように、減
速モードの初期にその初期エクスカーション後に定常状
態運転線に実質的に並行な線をたどる。それは、減速モ
ードの大部分に渡って、定常状態運転線よりも圧力比で
約５％下にある。
定常状態運転線よりも上のエクスカーションは減速開始
後の抽気弁の開放遅れによる。この遅れに寄与する要素
の１つは、ヒステリヒスコンストラクトの減速率への適
用である。本発明の制御システム派、減速率がヒステリ
ヒスの帯域幅を越えるまでは過渡抽気リセット要求を出
さない。このスレッショルド値に達すると、抽気弁が開
放され、エクスカーションの成長が逆転スる。従来の制
御システムでは、本発明のスレッショルドよりも大きな
スレッショルドを越えなければ成らない。
後の抽気弁の開放遅れによる。この遅れに寄与する要素
の１つは、ヒステリヒスコンストラクトの減速率への適
用である。本発明の制御システム派、減速率がヒステリ
ヒスの帯域幅を越えるまでは過渡抽気リセット要求を出
さない。このスレッショルド値に達すると、抽気弁が開
放され、エクスカーションの成長が逆転スる。従来の制
御システムでは、本発明のスレッショルドよりも大きな
スレッショルドを越えなければ成らない。
単一スプール型エンジンでは、定常状態位置から他の状
態への滑らかな移行の問題は、エンジンの減速時よりも
むしろ加速中に生ずる。本発明がそのような場合にも適
用できることは明らかである。
態への滑らかな移行の問題は、エンジンの減速時よりも
むしろ加速中に生ずる。本発明がそのような場合にも適
用できることは明らかである。
本発明によれば、エンジンの過渡時において、安全性を
犠牲にすることなく、コンプレッサを失速線により近接
させながら運転することができる。
犠牲にすることなく、コンプレッサを失速線により近接
させながら運転することができる。
第１図は、本発明の制御システムを含むツインスプール
型ガスタービンエンジンの概略構成図出ある。 第２図は、従来技術に対する本発明の詳細な説明するた
めに、代表的コンプレッサ応答を示している図である。 ＩＯ・・・ガスタービンエンジン １２・・・低圧コンプレッサ ｌ ４・・・低圧タービン ！ ６・・・高圧コンプレッサ ■ ８・・・高圧タービン
型ガスタービンエンジンの概略構成図出ある。 第２図は、従来技術に対する本発明の詳細な説明するた
めに、代表的コンプレッサ応答を示している図である。 ＩＯ・・・ガスタービンエンジン １２・・・低圧コンプレッサ ｌ ４・・・低圧タービン ！ ６・・・高圧コンプレッサ ■ ８・・・高圧タービン
Claims (13)
- （１）コンプレッサ及びコンプレッサ抽気弁を有するガ
スタービンエンジンにおいて、エンジンの過渡状態中に
上記抽気弁を制御する装置であって、上記制御装置は、 エンジンの過渡状態中に、上記コンプレッサ運転線がコ
ンプレッサ失速線方向へ移行するのを低減させるために
用いる過渡抽気リセット位置信号を、上記過渡状態中に
発生する関数発生手段、エンジンの出力レベルによって
決まる過渡抽気リセット位置信号の補正係数を発生する
手段、上記補正係数を過渡抽気リセット位置信号に印加
し、補正された過渡抽気リセット位置信号を発生する手
段、 エンジンの定常状態の運転に適した定常状態抽気位置信
号を発生する手段、 上記定常状態抽気位置信号を上記補正された過渡抽気位
置信号に加算し、結合信号を生成する手段、及び 上記結合信号に応答し、上記結合信号値の関数として、
エンジンの過渡状態中に上記抽気弁の位置を調節する手
段、 から構成され、上記過渡抽気リセット位置信号は、１）
コンプレッサの速度変化率の関数で、２）コンプレッサ
速度の最大許容変化率のいかなるスケジュールにも独立
で、３）エンジンが作動している飛行条件を表している
パラメータによってバイアスされている値を有すること
を特徴とするタービンエンジンの抽気弁制御装置。 - （２）高圧コンプレッサ、低圧コンプレッサ、及びコン
プレッサ抽気弁を有するガスタービンマルチスプール型
エンジンにおいて、エンジンの減速中に上記抽気弁を制
御する装置であって、上記制御装置は、 上記複数のコンプレッサの第１のコンプレッサの速度変
化率を表わす第１の信号を発生する手段、上記第１信号
を入力として有し、第２の信号を出力として有するヒス
テリシス手段、 上記エンジンの出力レベルを表わす第３の信号を生成す
る手段、 上記第２信号に応答し、飛行条件を表わすパラメータに
よってバイアスされた過渡抽気調節信号を、エンジン減
速中に発生する関数発生手段、上記第３信号に応答して
、エンジン出力レベルの関数である過渡抽気調節補正係
数を発生する手段、 上記補正係数を過渡抽気調節信号に印加し、補正された
過渡抽気調節信号を発生する手段、エンジンの定常状態
での運転に適した定常状態抽気位置信号を発生する手段
、 上記補正された過渡抽気調節信号を上記定常状態抽気位
置信号に加算し、結合信号を生成する手段、及び 上記結合信号に応答し、上記結合信号の値の関数として
、エンジンの減速中に上記抽気弁の位置を調節する手段
、 から構成されていることを特徴とするガスタービンエン
ジンの制御装置。 - （３）上記エンジン出力レベルを表わす手段が、上記複
数のコンプレッサの１つの速度であ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の制御装置。 - （４）上記抽気弁が低圧コンプレッサの出口抽気弁であ
り、上記第１信号が高圧コンプレッサの速度変化率を表
わし、さらに上記第３信号が低圧コンプレッサの速度を
表わしていることを特徴とする請求項３に記載のガスタ
ービンエンジンの制御装置。 - （５）飛行条件を表わすパラメータが高度であることを
特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジンの制
御装置。 - （６）高圧コンプレッサ、低圧コンプレッサ及び上記複
数のコンプレッサの１つと関連づけられたコンプレッサ
抽気弁を有するガスタービンエンジンを制御する方法で
あって、上記方法は、 定常状態抽気位置信号の関数として、エンジンの定常状
態運転中の抽気弁の位置を設定し、上記複数コンプレッ
サの１つを、定常状態運転線に沿って運転せしめる段階
と、 １）コンプレッサ速度の最大許容変化率のいかなるスケ
ジュールにも独立で、２）エンジンが作動している飛行
条件を表わしているパラメータによってバイアスされ、
上記１つのコンプレッサの速度変化率の関数である過渡
抽気位置調節信号を発生する段階と、 上記バイアスされた過渡抽気調節信号をエンジン出力レ
ベルに対して補正する段階と、 上記定常状態信号と上記補正された過渡調節信号を加算
し、エンジンの減速中に上記信号の和の関数として上記
抽気弁位置を調節する段階、から成ることを特徴とする
ガスタービンエンジンの制御方法。 - （７）上記コンプレッサの上記１つの速度変化率を表わ
す信号を発生する段階、及びヒステリシス概念を上記率
信号に与え、ヒステリシス出力信号を生成する段階を有
し、上記の過渡抽気位置調節信号を発生する段階が、上
記ヒステリシス出力信号の関数として上記過渡抽気調節
信号を発生する段階を有することを特徴とする請求項６
に記載のガスタービンエンジンの制御方法。 - （８）上記コンプレッサの上記１つが、低圧コンプレッ
サであり、上記抽気弁が低圧コンプレッサの出口に配置
され、さらに上記抽気調節信号をエンジン出力レベルに
対して補正する段階が、低圧コンプレッサ速度の関数で
ある補正係数を発生する段階及び上記バイアスされた過
渡抽気調節信号を上記補正係数と掛算する段階を有する
ことを特徴とする請求項７に記載のガスタービンエンジ
ンの制御方法。 - （９）エンジンの減速中に上記抽気弁位置を調節する段
階は、定常状態の運転線にほぼ並行で、かつその線上ま
たはその線よりも下側にある運転線にそって、上記評価
ユニット（６）が、減速の主要期間中、上記コンプレッ
サの上記１つを運転せしめることを特徴とする請求項７
に記載のガスタービンエンジンの制御方法。 - （１０）上記コンプレッサの上記１つが低圧コンプレッ
サであることを特徴尾とする請求項９に記載のがスター
ビンエンジンの制御方法。 - （１１）上記抽気弁が上記低圧コンプレッサの出口に配
置されていることを特徴とする請求項１０に記載のガス
タービンエンジンの制御方法。 - （１２）抽気弁の位置を検知し、それを示すフィードバ
ック信号を発生する段階を有し、さらに、上記評価ユニ
ット（６）が、フィードバック信号が使用不可又は信頼
性に欠けるか否かを決定する段階、及びフィードバック
信号が使用不可または信頼性に欠ける時に非調節開閉で
ちゅきべんを運転する段階を有することを特徴とする請
求項１０に記載のガスタービンエンジンの制御方法。 - （１３）エンジンの減速中、突然に加速を要求された時
、あまりに急速な抽気弁開放速度を防止するために、エ
ンジン減速中の抽気弁の調節速度が制限されることを特
徴とする請求項１２に記載のガスタービンエンジンの制
御方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US342,001 | 1989-04-21 | ||
| US07/342,001 US4991389A (en) | 1989-04-21 | 1989-04-21 | Bleed modulation for transient engine operation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH033927A true JPH033927A (ja) | 1991-01-10 |
| JP3081215B2 JP3081215B2 (ja) | 2000-08-28 |
Family
ID=23339919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02105117A Expired - Fee Related JP3081215B2 (ja) | 1989-04-21 | 1990-04-20 | ガスタービンエンジンの制御装置及びその方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4991389A (ja) |
| JP (1) | JP3081215B2 (ja) |
| FR (1) | FR2646208B1 (ja) |
| GB (1) | GB2232207B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001020760A (ja) * | 1999-06-25 | 2001-01-23 | General Electric Co <Ge> | 最適性能を得るための工業用ガスタービンの運転方法 |
| JP2014181700A (ja) * | 2013-03-15 | 2014-09-29 | General Electric Co <Ge> | タービンシステム向けの圧縮器始動抽気システム及び圧縮器始動抽気システムの制御方法 |
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