JPH05133246A - エンジンの過回転防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 航空機用ガスタービンエンジン等で、構造簡
単なメカニカル方式の過回転防止装置を提供すること。 【構成】 エンジンの回転速度が所定の値を越えると、
その回転軸と関連して回転するフライウェイト２ａ，２
ｂに作用する遠心力がバネ３ａ，３ｂ荷重に打ち勝っ
て、フライウェイトが外径側に変位するよう、フライウ
ェイトの質量とバネ力を調整しておき、フライウェイト
の周りに同心状に回転可能に配置したリング４ａ，４ｂ
と接触させてリングを駆動する。そしてその回転変位を
リンク１２などを用いて燃料流量制御装置９に伝達し、
燃料遮断弁または燃料流量絞り弁を作動させて、燃料流
量を遮断または減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、航空機用ガスタービン
エンジン等の燃料制御装置に適用される過回転速度防止
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来の航空機用ガスタービンエン
ジンに用いられている燃料ポンプと過回転防止装置の一
例を示す縦断面図である。図中（０１）は歯車式燃料ポ
ンプ、（０２）は燃料流量制御装置、（０３）は燃料ノ
ズル、（０４）は過回転制御装置、（０５）はフライウ
ェイト、（０６）はバネ、（０７）はレバー、（０８）
はバイパス燃料オリフィス、（０９）はスロットル、
（０１０）はバイパス燃料、（０１１）はポンプ入口燃
料、（０１２）はポンプ出口燃料をそれぞれ示す。

【０００３】ガスタービンエンジンに供給される燃料
は、エンジンのガスジェネレータから歯車などを介して
駆動される歯車式燃料ポンプ（０１）で加圧され、燃料
流量制御装置（０２）で調量した後、燃焼器内の燃料ノ
ズル（０３）に送られる。燃料流量制御装置（０２）で
は、パイロットのスロットル操作に従って燃料流量を増
減させ、出力を調整することができる。

【０００４】ガスタービンエンジンの燃料制御では、回
転体の破損を防止するため、出力の調整のほかに過回転
防止機能が重要である。図２中の過回転制御装置（０
４）は歯車式燃料ポンプ（０１）に直結されており、エ
ンジンが過回転状態になると、フライウェイト（０５）
がバネ（０６）に打ち勝ってレバー（０７）を回転させ
る。そうすると燃料オリフィス（０８）が開口し、燃料
をバイパスさせて燃料ノズル（０３）に送られる流量を
減じて、過回転を防止することができる。２軸式ガスタ
ービンエンジンにおいては、前記の装置をそれぞれの軸
に２組装備している。

【０００５】更に、エンジンの出力タービン軸が破断し
たとき、出力タービンは空転状態となって許容回転速度
を越え、バーストする。これを未然に防止するため、破
断時に軸が軸方向に変位することを利用して燃料を遮断
する、図３に示すような装置が設けられている。図３
中、（０２１）は出力タービン、（０２２）は出力軸、
（０２３）はプローブ、（０２４）はクランク、（０２
５）はケーブル、（０２６）はクランク、（０２７）は
燃料遮断弁、（０２８）は燃料入口、（０２９）は燃料
ノズルをそれぞれ示す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の回転速度制御装
置は、図２に示されるように、構造が複雑で、重量、信
頼性、コストなどの点で改良の余地が大きかった。最近
のガスタービンエンジンでは、過回転防止装置を含む燃
料流量制御装置は、従来のハイドロメカニカル式から完
全デジタル電子式エンジンコントローラ（Full Authori
ty Digital Electronic Control 、以後ＦＡＤＥＣと称
する）に置き変わりつつあるが、それでもＦＡＤＥＣが
故障したときのバックアップとして、メカニカルな過回
転防止装置が必要とされている。しかし従来の複雑な過
回転防止装置をＦＡＤＥＣと併用することは、重量、コ
ストなどの点で実用的でなかった。

【０００７】また、２軸式ガスタービンにおいては、そ
れぞれの軸の過回転を防止するには２組の過回転防止装
置を必要とした。

【０００８】従来の単純な過回転防止装置においては、
通常許容最大回転速度を越えたとき燃料を遮断するが、
燃料を遮断すると、エンジンの過回転による破壊を防止
することはできるものの、エンジンの失火を招くので、
出力を復帰するには再度エンジンの再始動操作を必要と
し、航空機の緊急操作として極めて危険である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の課
題を解決するために、エンジンの回転とともに回転する
フライウェイトと、同フライウェイトを内径側に賦勢す
るバネと、上記フライウェイトの周りに同心状に回転可
能に配置されたリングと、同リングの回転変位を燃料流
量制御装置に伝達する手段とを備えたことを特徴とする
エンジンの過回転防止装置を提案するものである。

【００１０】

【作用】本発明は前記の構成を有するので、エンジンの
回転が過回転制限速度を越えると、同エンジンの回転と
ともに回転するフライウェイトが、遠心力によりバネ荷
重に打ち勝って外径側に変位し、同フライウェイトの周
りに同心状に回転可能に配置されたリングと接触して同
リングを駆動する。そうすると、その回転変位が燃料流
量制御装置に伝達され、燃料供給を遮断または減少させ
る。したがって、エンジンが過回転制限速度を越えるこ
とが阻止され、致命的なエンジンの破損が防止される。

【００１１】本発明においてはまた、許容最大回転速度
を越えたとき燃料を完全には遮断せず、単に減少させる
だけにして、エンジンをアイドル回転数に維持すれば、
失火を招くことがないため、緊急に出力を回復すること
が容易で、航空機等で緊急操作の安全性を確保できる。

【００１２】

【実施例】図１は２軸式ガスタービンエンジンに本発明
を適用した一実施例を示す縦断面図である。図中、
（１）は出力タービン軸、（２ａ），（２ｂ）はフライ
ウェイト、（３ａ），（３ｂ）はバネ、（４ａ），（４
ｂ）はリング、（５）はハウジング、（６）はガスジェ
ネレータ軸、（７ａ），（７ｂ）は歯車、（８ａ），
（８ｂ）はラグ、（９）は燃料制御装置、（１０Ａ）は
一次燃料供給回路、（１０Ｂ）は二次燃料供給回路、
（１１）は燃料リリーフ弁、（１２）はリンク、（１３
ａ），（１３ｂ）はピン、（１４）はＦＡＤＥＣ、（１
５）は燃料ポンプ、（１６）はスラスト軸受、（１７）
は破断部、（１８）ははすば歯車をそれぞれ示す。

【００１３】本実施例においては、出力タービン軸
（１）の先端に３個のフライウェイト（２ａ）が、バネ
（３ａ）で内径側に向かう所定の初期荷重をもって、取
り付けられている。３個のフライウェイト（２ａ）の周
りには、半径方向および軸方向にそれぞれ微小な隙間
（Ｄ１，Ｓ１，Ｓ２）をもって、リング（４ａ）が配置
される。このリング（４ａ）は、回転可能にハウジング
（５）で支持されている。ガスジェネレータ軸（６）に
は補機を駆動するための歯車（７ａ）が設けられてお
り、その歯車（７ａ）と噛合う歯車（７ｂ）の先端に、
３個のフライウェイト（２ｂ）が、バネ（３ｂ）で内径
側に向かう所定の初期荷重をもって、取り付けられてい
る。これら３個のフライウェイト（２ｂ）の周りには、
半径方向の微小な隙間（Ｄ２）をもって、リング（４
ｂ）を配置する。このリング（４ｂ）は、出力タービン
軸（１）の先端に取り付けられた上記リング（４ａ）と
隣接して、回転可能に上記ハウジング（５）で支持され
ている。２つのリング（４ａ），（４ｂ）にはそれぞれ
ラグ（８ａ），（８ｂ）が設けられ、燃料制御装置
（９）の２次燃料供給回路（１０Ｂ）に設けられた燃料
リリーフ弁（１１）を駆動するリンク（１２）にそれぞ
れピン（１３ａ），（１３ｂ）で結合されている。上記
バネ（３ａ），（３ｂ）の初期荷重は、出力タービンお
よびガスジェネレータの許容最高回転速度におけるフラ
イウェイト（２ａ），（２ｂ）の遠心力と等しく設定さ
れている。

【００１４】今ＦＡＤＥＣ（１４）の故障により、出力
タービンまたはガスジェネレータのどちらかが許容最高
回転速度を越えた時には、フライウェイト（２ａ）また
は（２ｂ）の遠心力がバネ荷重に打ち勝って外径側に変
位し、リング（４ａ）または（４ｂ）に接触して回転力
を伝える。その回転変位はリンク（１２）により燃料リ
リーフ弁（１１）を開放し、二次燃料供給回路（１０
Ｂ）を経てエンジンへ供給される燃料の流量を減じて、
過回転を防止する。リリーフされた燃料は燃料ポンプ
（１５）の上流へ戻される。

【００１５】本実施例においては、一次燃料供給回路
（１０Ａ）（概ねアイドル回転数までの燃料を供給する
系統）と二次燃料供給回路（１０Ｂ）（概ねアイドル回
転数以上の燃料を供給する系統）を有するので、前記の
リング（４ａ）または（４ｂ）が回転変位したとき、二
次燃料系統の燃料は完全に遮断し、一次燃料によってエ
ンジンのアイドル回転を維持するようにしてもよい。

【００１６】次に、万一、出力タービンのスラスト軸受
（１６）が破損したとき、出力タービン軸（１）はガス
力により、後方（図１では右方）に移動する。そうする
と、フライウェイト（２ａ）はその端面（Ｓ２）でリン
グ（４ａ）に接触し、燃料リリーフ弁（１１）を開放し
てエンジンをアイドル回転数に絞り、致命的なエンジン
の破損を防止する。同様に、出力タービン軸（１）が破
損したとき、破断部（１７）よりも前方（図１では左
方）の部分は、はすば歯車（１８）のスラストにより、
前方に移動する。そうすると、フライウェイト（２ａ）
はその端面（Ｓ１）でリング（４ａ）に接触し、燃料リ
リーフ弁（１１）を開放してエンジンをアイドル回転数
に絞り、致命的なエンジンの破損を防止する。

【００１７】

【発明の効果】本発明の適用により、構造の極めて簡単
な回転速度制御装置が実現し、次の効果が得られる。 １）従来の回転速度制御装置は図２に示すように燃料ポ
ンプとは別に複雑な構造の装置を必要としたが、本発明
による簡単な過回転防止装置を用いることにより、軽量
化、信頼性の向上、コストの低減などが達成される。 ２）最近のガスタービンエンジンでは、過回転防止装置
を含む燃料流量制御装置が、従来のハイドロメカニカル
式からＦＡＤＥＣに置き変わりつつあるが、本発明によ
り、ＦＡＤＥＣと併用して、その故障時にこれをバック
アップできる極めて簡単な過回転防止装置が実現する。 ３）従来２軸式ガスタービンにおいては、それぞれの軸
の過回転を防止するためには２組の過回転防止装置を必
要としたが、本発明では１組の過回転防止装置で１個の
燃料遮断弁を操作し、両方の軸の過回転を防止すること
ができる。 ４）本発明の過回転防止装置においては、許容最大回転
速度を越えたとき燃料を完全に遮断することなく、単に
減少させるだけに留めることができるので、エンジンを
アイドル回転数に維持することができる。したがって失
火を招くことがないため、緊急に出力を回復することが
容易で、航空機の緊急操作の安全性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例を示す縦断面図であ
る。

【図２】図２は従来の燃料ポンプと過回転防止装置の一
例を示す縦断面図である。

【図３】図３は従来の出力軸過回転防止装置の一例を示
す縦断面図である。

【符号の説明】

（０１） 歯車式燃料ポンプ （０２） 燃料流量制御装置 （０３） 燃料ノズル （０４） 過回転制御装置 （０５） フライウェイト （０６） バネ （０７） レバー （０８） バイパス燃料オリフィス （０９） スロットル （０１０） バイパス燃料 （０１１） ポンプ入口燃料 （０１２） ポンプ出口燃料 （０２１） 出力タービン （０２２） 出力軸 （０２３） プローブ （０２４） クランク （０２５） ケーブル （０２６） クランク （０２７） 燃料遮断弁 （０２８） 燃料入口 （０２９） 燃料ノズル （１） 出力タービン軸 （２ａ），（２ｂ） フライウェイト （３ａ），（３ｂ） バネ （４ａ），（４ｂ） リング （５） ハウジング （６） ガスジェネレータ軸 （７ａ），（７ｂ） 歯車 （８ａ），（８ｂ） ラグ （９） 燃料制御装置 （１０Ａ） 一次燃料供給回路 （１０Ｂ） 二次燃料供給回路 （１１） 燃料リリーフ弁 （１２） リンク （１３ａ），（１３ｂ） ピン （１４） ＦＡＤＥＣ （１５） 燃料ポンプ （１６） スラスト軸受 （１７） 破断部 （１８） はすば歯車

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの回転とともに回転するフライ
   ウェイトと、同フライウェイトを内径側に賦勢するバネ
   と、上記フライウェイトの周りに同心状に回転可能に配
   置されたリングと、同リングの回転変位を燃料流量制御
   装置に伝達する手段とを備えたことを特徴とするエンジ
   ンの過回転防止装置。