JPH05187897A - 流体計量装置 - Google Patents
流体計量装置Info
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- JPH05187897A JPH05187897A JP4112390A JP11239092A JPH05187897A JP H05187897 A JPH05187897 A JP H05187897A JP 4112390 A JP4112390 A JP 4112390A JP 11239092 A JP11239092 A JP 11239092A JP H05187897 A JPH05187897 A JP H05187897A
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- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D7/00—Control of flow
- G05D7/005—Control of flow characterised by the use of auxiliary non-electric power combined with the use of electric means
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- 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
- F02C9/26—Control of fuel supply
- F02C9/263—Control of fuel supply by means of fuel metering valves
-
- 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
- F02C9/26—Control of fuel supply
- F02C9/28—Regulating systems responsive to plant or ambient parameters, e.g. temperature, pressure, rotor speed
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- Y10T137/2496—Self-proportioning or correlating systems
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料流量をバーナ圧力関数に厳密に対応させ
る。 【構成】 電気信号に応答して、計量された流体を可変
圧力でタービンエンジンに供給する燃料制御装置。ソレ
ノイドはその電気信号に応答して、出口に向かう燃料の
流量を変化させると共に、オリフィスの両側の圧力差を
流量の関数として調整する。
る。 【構成】 電気信号に応答して、計量された流体を可変
圧力でタービンエンジンに供給する燃料制御装置。ソレ
ノイドはその電気信号に応答して、出口に向かう燃料の
流量を変化させると共に、オリフィスの両側の圧力差を
流量の関数として調整する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は流体計量装置に関し、特
に、流量を計量弁の行程の関数として非直線的に増加さ
せるフリータービンエンジンの燃料計量装置に関する。
に、流量を計量弁の行程の関数として非直線的に増加さ
せるフリータービンエンジンの燃料計量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジン、特にフリーター
ビン形のタービンエンジンの場合、速度、従って、出力
動力はエンジンに供給される燃料流量を制御することに
より調整される。この燃料制御は、一般に、いくつかの
エンジン動作パラメータを測定し、それらに基づいて燃
料流量を計算し且つスケジューリングする燃料制御用コ
ンピュータにより維持される。制御用コンピュータは、
実際の燃料計量を実行する流れ機構、すなわち、計量装
置を調整するために、スケジューリングされている燃料
流量の関数として電気制御信号を発生する。
ビン形のタービンエンジンの場合、速度、従って、出力
動力はエンジンに供給される燃料流量を制御することに
より調整される。この燃料制御は、一般に、いくつかの
エンジン動作パラメータを測定し、それらに基づいて燃
料流量を計算し且つスケジューリングする燃料制御用コ
ンピュータにより維持される。制御用コンピュータは、
実際の燃料計量を実行する流れ機構、すなわち、計量装
置を調整するために、スケジューリングされている燃料
流量の関数として電気制御信号を発生する。
【０００３】多くのフリータービンエンジンで要求され
る燃料条件が、燃料／空気比Ｗｆ／Ｐｂに比例する単位
で測定した場合に定数に近似する速度の関数であること
は知られている。尚、Ｗｆは燃料流量、Ｐｂはバーナ圧
力である。
る燃料条件が、燃料／空気比Ｗｆ／Ｐｂに比例する単位
で測定した場合に定数に近似する速度の関数であること
は知られている。尚、Ｗｆは燃料流量、Ｐｂはバーナ圧
力である。
【０００４】従って、フリータービンエンジンについて
燃料をスケジューリングするためには、電子制御回路及
び流れ本体はバーナ圧力と同期して燃料流量を増加さ
せ、エンジン速度を増すようにすべきである。燃料流量
とバーナ圧力との関係がほぼ一致するならば、その結果
として得られる比は所望の一定のスケジュールに対応す
る。速度に関する圧縮機圧力Ｐｂの理想的関係は、一次
の二乗法則に近似している。従って、燃料流量を速度の
二乗関数として瞬時にスケジューリングする燃料制御用
コンピュータと流れ本体は、現在のシステムと比べて有
利である。
燃料をスケジューリングするためには、電子制御回路及
び流れ本体はバーナ圧力と同期して燃料流量を増加さ
せ、エンジン速度を増すようにすべきである。燃料流量
とバーナ圧力との関係がほぼ一致するならば、その結果
として得られる比は所望の一定のスケジュールに対応す
る。速度に関する圧縮機圧力Ｐｂの理想的関係は、一次
の二乗法則に近似している。従って、燃料流量を速度の
二乗関数として瞬時にスケジューリングする燃料制御用
コンピュータと流れ本体は、現在のシステムと比べて有
利である。
【０００５】入力信号から非直線的に燃料流量をスケジ
ューリングするガスタービンエンジン用燃料計量装置は
既に存在している。それらの装置は、一般的には、オリ
フィスの開き、すなわち、有効流れ面積を調整する制御
計量弁から構成される。弁を非直線的に位置決めするこ
とにより、燃料の流量が変化するように、弁は所望のス
ケジュールに従って形状を定められている。一般に、そ
れらの装置は、燃料流量が弁の位置又はオリフィスの開
口面積のみの関数であるように弁の両側の一定の圧力差
を維持する圧力調整器を具備している。
ューリングするガスタービンエンジン用燃料計量装置は
既に存在している。それらの装置は、一般的には、オリ
フィスの開き、すなわち、有効流れ面積を調整する制御
計量弁から構成される。弁を非直線的に位置決めするこ
とにより、燃料の流量が変化するように、弁は所望のス
ケジュールに従って形状を定められている。一般に、そ
れらの装置は、燃料流量が弁の位置又はオリフィスの開
口面積のみの関数であるように弁の両側の一定の圧力差
を維持する圧力調整器を具備している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】燃料流量を理想のバー
ナ圧力関数に厳密に対応させることである。
ナ圧力関数に厳密に対応させることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明においては、流体
を可変圧力で供給する手段と、電気信号に応答して流体
の流量を計量する手段とを含む流体計量装置がタービン
に接続する出口へ燃料を供給する。さらに、流量を計量
する手段は、出口に向かう流体の流量を変化させるため
の制御オリフィスと、制御オリフィスの両側の圧力差を
流量の関数として調整する手段とを有する。この調整す
る手段は、流量の二乗に比例して圧力差を変化させるの
が好ましい。圧力差をこのようにして変化させると共
に、制御オリフィスの面積を電気信号に従って直線的に
変化させれば、その電気信号の関数としての流量は二乗
法則関数に近似する。さらに、電気信号が速度を表わす
場合、流量と速度との関係は二乗法則に近似することに
なる。
を可変圧力で供給する手段と、電気信号に応答して流体
の流量を計量する手段とを含む流体計量装置がタービン
に接続する出口へ燃料を供給する。さらに、流量を計量
する手段は、出口に向かう流体の流量を変化させるため
の制御オリフィスと、制御オリフィスの両側の圧力差を
流量の関数として調整する手段とを有する。この調整す
る手段は、流量の二乗に比例して圧力差を変化させるの
が好ましい。圧力差をこのようにして変化させると共
に、制御オリフィスの面積を電気信号に従って直線的に
変化させれば、その電気信号の関数としての流量は二乗
法則関数に近似する。さらに、電気信号が速度を表わす
場合、流量と速度との関係は二乗法則に近似することに
なる。
【０００８】本発明によれば、理想のバーナ圧力関数に
厳密に対応していることから、この方式により燃料流量
を発生するのが有利であろう。本発明の別の利点は、流
量が電気信号の二乗関数として変化すると、装置の精度
が向上するということである。二乗流量関数は、直線的
な流量より厳密に自然対数関数に対応する。従って、小
数点のパーセンテージとしての精度はその向上の分だけ
高くなるのである。本発明の上記の目的、特徴及び面並
びにその他の目的、特徴及び面は、以下の詳細な説明を
添付の図面と関連させて読むことにより、さらに明確に
理解され且つより十分に説明されるであろう。
厳密に対応していることから、この方式により燃料流量
を発生するのが有利であろう。本発明の別の利点は、流
量が電気信号の二乗関数として変化すると、装置の精度
が向上するということである。二乗流量関数は、直線的
な流量より厳密に自然対数関数に対応する。従って、小
数点のパーセンテージとしての精度はその向上の分だけ
高くなるのである。本発明の上記の目的、特徴及び面並
びにその他の目的、特徴及び面は、以下の詳細な説明を
添付の図面と関連させて読むことにより、さらに明確に
理解され且つより十分に説明されるであろう。
【０００９】
【実施例】図１に示すような負荷２８を駆動する動力を
供給するときに使用すべきタービンエンジン１０は、空
気入口を含むハウジングを有する。その入口を通った空
気は、第１段圧縮機１２と、第２段圧縮機１４と、第２
段圧縮機１４に軸で結合する第１のタービン２０と、軸
により第１段圧縮機１２に結合する第２のタービン２２
と、排気ノズル２５の中に配置された駆動タービン２４
とに供給される。燃焼室１８の内部に配置されている複
数の燃料ノズル１６は、オペレータからの入力と、燃料
スケジュール回路４０とに応答して燃料計量制御装置１
００から計量された燃料を受け取る。燃焼室１８内の燃
料と、第１段圧縮機１２及び第２段圧縮機１４により燃
焼室１８に供給される空気とは燃料−空気混合物として
組み合わされ、燃焼して、燃焼の生成物が排気ノズル２
５を通過してゆく際にスラストを発生する。駆動タービ
ン２４に加えられたスラストは軸２６を介して負荷２８
に伝わる。
供給するときに使用すべきタービンエンジン１０は、空
気入口を含むハウジングを有する。その入口を通った空
気は、第１段圧縮機１２と、第２段圧縮機１４と、第２
段圧縮機１４に軸で結合する第１のタービン２０と、軸
により第１段圧縮機１２に結合する第２のタービン２２
と、排気ノズル２５の中に配置された駆動タービン２４
とに供給される。燃焼室１８の内部に配置されている複
数の燃料ノズル１６は、オペレータからの入力と、燃料
スケジュール回路４０とに応答して燃料計量制御装置１
００から計量された燃料を受け取る。燃焼室１８内の燃
料と、第１段圧縮機１２及び第２段圧縮機１４により燃
焼室１８に供給される空気とは燃料−空気混合物として
組み合わされ、燃焼して、燃焼の生成物が排気ノズル２
５を通過してゆく際にスラストを発生する。駆動タービ
ン２４に加えられたスラストは軸２６を介して負荷２８
に伝わる。
【００１０】燃料ノズル１６に供給される燃料の流量Ｗ
ｆは、燃料源３８から供給され、燃料計量制御装置１０
０へポンプ３６によって送り出される計量された燃料で
ある。
ｆは、燃料源３８から供給され、燃料計量制御装置１０
０へポンプ３６によって送り出される計量された燃料で
ある。
【００１１】電子感知・計算部材４２は、オペレータに
より制御される入力部材から第１の入力である信号Ｎｇ
ｓを受信し、第１の比較機４８はその信号を駆動タービ
ン２４の実際速度に対応する信号Ｎｆによって評価す
る。比例＋積分回路４６において比較器４８の出力を積
分し、その出力を第２の比較器４４へ伝送する。第２の
比較器は比例＋積分回路４６の出力を第１段圧縮機１２
の速度を表わす信号Ｎｇによって評価して、操作信号Ｎ
ｄを発生し、その信号は燃料スケジュール回路４０へ伝
送される。経験上、圧縮機１２の動作速度（信号Ｎｇ）
は図４に示すような曲線に従ってＰｃの変化に応じて変
化することが認められている。操作信号Ｎｄは燃料スケ
ジュール回路４０で評価され、タービン１０に供給する
燃料を制御するために、燃料計量制御装置１００へ信号
Ｉが伝送される。
より制御される入力部材から第１の入力である信号Ｎｇ
ｓを受信し、第１の比較機４８はその信号を駆動タービ
ン２４の実際速度に対応する信号Ｎｆによって評価す
る。比例＋積分回路４６において比較器４８の出力を積
分し、その出力を第２の比較器４４へ伝送する。第２の
比較器は比例＋積分回路４６の出力を第１段圧縮機１２
の速度を表わす信号Ｎｇによって評価して、操作信号Ｎ
ｄを発生し、その信号は燃料スケジュール回路４０へ伝
送される。経験上、圧縮機１２の動作速度（信号Ｎｇ）
は図４に示すような曲線に従ってＰｃの変化に応じて変
化することが認められている。操作信号Ｎｄは燃料スケ
ジュール回路４０で評価され、タービン１０に供給する
燃料を制御するために、燃料計量制御装置１００へ信号
Ｉが伝送される。
【００１２】図５に示すような本発明の燃料計量制御装
置１００はハウジング（本体）１０１を有し、その入口
ダクト１０２は、燃料供給源３８のポンプ３６から出て
いる燃料供給導管３５に接続している。流入する流体Ｗ
ｎは、この後、燃料計量制御装置１００により流量調節
されて、導管３９によりエンジン、すなわち、タービン
１０に達する。燃料計量制御装置１００は、供給源３８
からの燃料を加圧し、次に、燃料スケジュール回路４０
から受信した電気信号Ｉの二乗関数として計量された流
れをタービン１０に供給することにより、燃料流量Ｗｆ
を制御する。
置１００はハウジング（本体）１０１を有し、その入口
ダクト１０２は、燃料供給源３８のポンプ３６から出て
いる燃料供給導管３５に接続している。流入する流体Ｗ
ｎは、この後、燃料計量制御装置１００により流量調節
されて、導管３９によりエンジン、すなわち、タービン
１０に達する。燃料計量制御装置１００は、供給源３８
からの燃料を加圧し、次に、燃料スケジュール回路４０
から受信した電気信号Ｉの二乗関数として計量された流
れをタービン１０に供給することにより、燃料流量Ｗｆ
を制御する。
【００１３】入口導管１０２から流入した燃料は、入口
フィルタ１０４を通過した後、導管１２０の中でポンプ
１０７の１対の歯車１０６及び１０８により加圧され
る。電機子１１２と、固定子コイル１１４とを具備する
モータ１１３により動力を与えられる駆動軸１１０がそ
れらの歯車１０６，１０８を回転させる。一般に、電機
子１１２と固定子コイル１１４は、速度、すなわち、ポ
ンプ１０７の流量が固定子コイル１１４に印加される電
圧によって制御されるような直流モータを形成する。ポ
ンプは装置の定格最大流量をわずかに越える適切な燃料
流量を供給することが一般に望ましい。
フィルタ１０４を通過した後、導管１２０の中でポンプ
１０７の１対の歯車１０６及び１０８により加圧され
る。電機子１１２と、固定子コイル１１４とを具備する
モータ１１３により動力を与えられる駆動軸１１０がそ
れらの歯車１０６，１０８を回転させる。一般に、電機
子１１２と固定子コイル１１４は、速度、すなわち、ポ
ンプ１０７の流量が固定子コイル１１４に印加される電
圧によって制御されるような直流モータを形成する。ポ
ンプは装置の定格最大流量をわずかに越える適切な燃料
流量を供給することが一般に望ましい。
【００１４】導管１２０内でポンプ１０７から起こる超
過圧力を、戻り導管１２２にある超過圧力戻り止めボー
ル１１６により解放しても良い。戻り止めボール１１６
は導管１２０の開口１１７の座にばね１１８により圧接
されている。導管１２０内の圧力が設計最大圧力を越え
ると、ばね１１８の力を上回る力が作用することにな
り、戻り止めボール１１６は開口１１７の座から離れる
ので、ポンプ１０７の上流側流路と下流側流路との間に
流体連通が成立し、導管１２０内の超過圧力を防止す
る。
過圧力を、戻り導管１２２にある超過圧力戻り止めボー
ル１１６により解放しても良い。戻り止めボール１１６
は導管１２０の開口１１７の座にばね１１８により圧接
されている。導管１２０内の圧力が設計最大圧力を越え
ると、ばね１１８の力を上回る力が作用することにな
り、戻り止めボール１１６は開口１１７の座から離れる
ので、ポンプ１０７の上流側流路と下流側流路との間に
流体連通が成立し、導管１２０内の超過圧力を防止す
る。
【００１５】導管１２０の中の加圧された燃料は導管又
はパイプ１２４を経てハウジング１０１内のフィルタ１
２６に至る。フィルタ１２６は導管１２４のフィッティ
ング１２５にばね１２８により圧接されている。ろ過さ
れた後、加圧燃料は導管１３０を経てハウジング１０１
の孔１３１の中にある供給圧力チャンバ１３２に入る。
供給圧力チャンバ１３２の中の燃料、すなわち、流体
は、孔１３１の中に配置された調整器アセンブリ１７０
により調整される圧力Ｐ１を有する。
はパイプ１２４を経てハウジング１０１内のフィルタ１
２６に至る。フィルタ１２６は導管１２４のフィッティ
ング１２５にばね１２８により圧接されている。ろ過さ
れた後、加圧燃料は導管１３０を経てハウジング１０１
の孔１３１の中にある供給圧力チャンバ１３２に入る。
供給圧力チャンバ１３２の中の燃料、すなわち、流体
は、孔１３１の中に配置された調整器アセンブリ１７０
により調整される圧力Ｐ１を有する。
【００１６】調整器アセンブリ１７０は、ほぼ円筒形の
形状を呈し、中心に開口１３７を有する弁座１３８を含
む。供給圧力チャンバ１３２から中心開口１３７を経
て、導管１４８により入口導管１０２に接続する戻り孔
１４６に至る連通を成立させるために、弁座１３８は孔
１３１にある段差部に螺合している。
形状を呈し、中心に開口１３７を有する弁座１３８を含
む。供給圧力チャンバ１３２から中心開口１３７を経
て、導管１４８により入口導管１０２に接続する戻り孔
１４６に至る連通を成立させるために、弁座１３８は孔
１３１にある段差部に螺合している。
【００１７】弁座１３８に関するボール弁１４０の位置
は、供給圧力チャンバ１３２から弁座１３８の開口１３
７を経て戻り孔１４６に至る燃料の連通を調整して、供
給圧力チャンバ１３２から戻り孔１４６までの間にＰ１
−Ｐ０の燃料の圧力降下を発生させる。戻り孔１４６に
達した燃料は、導管１４８を経て、入口導管１０２に流
入する燃料と共にポンプ１０７へ循環される。
は、供給圧力チャンバ１３２から弁座１３８の開口１３
７を経て戻り孔１４６に至る燃料の連通を調整して、供
給圧力チャンバ１３２から戻り孔１４６までの間にＰ１
−Ｐ０の燃料の圧力降下を発生させる。戻り孔１４６に
達した燃料は、導管１４８を経て、入口導管１０２に流
入する燃料と共にポンプ１０７へ循環される。
【００１８】調整器アセンブリ１７０は、燃料計量制御
装置１００の本体であるハウジング１０１の孔１３１に
ある段差部と、円板形スペーサ１５０との間に密封され
た第１のダイアフラムアセンブリ１５２を有する。第１
のダイアフラムアセンブリ１５２は、第１の裏当て板１
５８と、第２の裏当て板１６０との間に挟まれた可撓性
の円板を有する。第２の裏当て板１６０はステム１４２
によってボール弁１４０に結合している。ダイアフラム
アセンブリ１５２が動くと、ボール弁１４０の位置が変
わり、供給圧力チャンバ１３２の中の圧力Ｐ１が調整さ
れる。
装置１００の本体であるハウジング１０１の孔１３１に
ある段差部と、円板形スペーサ１５０との間に密封され
た第１のダイアフラムアセンブリ１５２を有する。第１
のダイアフラムアセンブリ１５２は、第１の裏当て板１
５８と、第２の裏当て板１６０との間に挟まれた可撓性
の円板を有する。第２の裏当て板１６０はステム１４２
によってボール弁１４０に結合している。ダイアフラム
アセンブリ１５２が動くと、ボール弁１４０の位置が変
わり、供給圧力チャンバ１３２の中の圧力Ｐ１が調整さ
れる。
【００１９】調整器アセンブリ１７０は、孔１３１の中
に配置された第２のダイアフラムアセンブリ１５６を含
む。第２のダイアフラムアセンブリ１５６は２つの環状
スペーサ要素１５４及び１６６の間に装着されている。
第２のダイアフラムアセンブリ１５６は、第１の裏当て
板１６２と、第２の裏当て板１６４との間に挟まれた可
撓性の円板を有する。第２の裏当て板１６２はリンク１
４４により第１のダイアフラムアセンブリ１５２の第１
の裏当て板１５８に結合している。結合リンク１４４は
第１のダイアフラムアセンブリ１５２の上方の裏当て板
１５８に堅固に装着されている。第２のダイアフラムア
センブリ１５６と、第１のダイアフラムアセンブリ１５
２と、スペーサ１５４の本体とは、孔１３１の中の第２
のチャンバ、すなわち、制御圧力チャンバ１３４を形成
する。制御圧力チャンバ１３４は、第２のダイアフラム
アセンブリ１５６の裏当て板１６２と関連する下面と、
第１のダイアフラムアセンブリ１５２の裏当て板１５８
と関連する上面とに作用する流体圧力Ｐ３を有する。こ
の圧力Ｐ３はフィードバック導管２００と、スペーサ本
体１５４にある開口２０１とを経てチャンバ１３４に供
給される。
に配置された第２のダイアフラムアセンブリ１５６を含
む。第２のダイアフラムアセンブリ１５６は２つの環状
スペーサ要素１５４及び１６６の間に装着されている。
第２のダイアフラムアセンブリ１５６は、第１の裏当て
板１６２と、第２の裏当て板１６４との間に挟まれた可
撓性の円板を有する。第２の裏当て板１６２はリンク１
４４により第１のダイアフラムアセンブリ１５２の第１
の裏当て板１５８に結合している。結合リンク１４４は
第１のダイアフラムアセンブリ１５２の上方の裏当て板
１５８に堅固に装着されている。第２のダイアフラムア
センブリ１５６と、第１のダイアフラムアセンブリ１５
２と、スペーサ１５４の本体とは、孔１３１の中の第２
のチャンバ、すなわち、制御圧力チャンバ１３４を形成
する。制御圧力チャンバ１３４は、第２のダイアフラム
アセンブリ１５６の裏当て板１６２と関連する下面と、
第１のダイアフラムアセンブリ１５２の裏当て板１５８
と関連する上面とに作用する流体圧力Ｐ３を有する。こ
の圧力Ｐ３はフィードバック導管２００と、スペーサ本
体１５４にある開口２０１とを経てチャンバ１３４に供
給される。
【００２０】孔１３１の中の第３のチャンバ、すなわ
ち、計量圧力チャンバ１３６は、第２のダイアフラムア
センブリ１５６の裏当て板１６４と関連する上面と、ス
ペーサ要素１６６と、調整器アセンブリ１７０の端キャ
ップ２７１とにより形成される。計量された燃料の流体
圧力Ｐ２はスペーサ要素１６６にある開口１８９と、計
量弁１７５の下流側にある計量孔１９０に接続する導管
１８８とを経てチャンバ１３６に伝わる。この圧力Ｐ２
は、端キャップ２７１の凹部に取り付けられたばね１６
８から発生する力と組合わさって、第２のダイアフラム
アセンブリ１５６の裏当て板１６４と関連する上面に作
用する。第２のダイアフラムアセンブリ１５６の裏当て
板１６４に作用するばね力を変化させるために、ナット
１７３により可動保持器１７２を調整することができ
る。
ち、計量圧力チャンバ１３６は、第２のダイアフラムア
センブリ１５６の裏当て板１６４と関連する上面と、ス
ペーサ要素１６６と、調整器アセンブリ１７０の端キャ
ップ２７１とにより形成される。計量された燃料の流体
圧力Ｐ２はスペーサ要素１６６にある開口１８９と、計
量弁１７５の下流側にある計量孔１９０に接続する導管
１８８とを経てチャンバ１３６に伝わる。この圧力Ｐ２
は、端キャップ２７１の凹部に取り付けられたばね１６
８から発生する力と組合わさって、第２のダイアフラム
アセンブリ１５６の裏当て板１６４と関連する上面に作
用する。第２のダイアフラムアセンブリ１５６の裏当て
板１６４に作用するばね力を変化させるために、ナット
１７３により可動保持器１７２を調整することができ
る。
【００２１】供給燃料（流体）の流体圧力Ｐ１は、供給
圧力チャンバ１３２で調整された後、供給導管１７４を
経て計量弁１７５の孔１７１に伝わる。計量弁１７５
は、ハウジング１０１の孔１７１の中にねじ結合部２７
３により配置又は保持されているノズル１７７を有す
る。ノズル１７７は、供給流体を計量孔１９０の中へ連
通させるためのオリフィス１７６を有する。
圧力チャンバ１３２で調整された後、供給導管１７４を
経て計量弁１７５の孔１７１に伝わる。計量弁１７５
は、ハウジング１０１の孔１７１の中にねじ結合部２７
３により配置又は保持されているノズル１７７を有す
る。ノズル１７７は、供給流体を計量孔１９０の中へ連
通させるためのオリフィス１７６を有する。
【００２２】このオリフィス１７６に対向して、ほぼ円
筒形の電機子弁１８０を有する線状のソレノイド１７８
がある。電機子弁１８０をオリフィス１７６に関してソ
レノイド１７８に供給される電流の関数として位置決め
することにより、燃料はオリフィス１７６を通って計量
される。電流は、コンピュータ４２からの電気信号Ｉに
応答して、コネクタプラグ１８４に電気的に接続するケ
ーブル１８２を介してソレノイド１７８に供給される。
ケーブル１８２は、ソレノイド１７８へ電流を送り出す
端子１８３及び１８５に接続するリード線を含む。計量
オリフィス１７６のすぐ下流側の流体圧力は計量圧力Ｐ
２であり、先に説明した通り、この圧力は調整器アセン
ブリ１７０の計量圧力チャンバ１３６に伝わる。計量圧
力Ｐ２は計量孔１９０を経てさらに伝わり、ブリード絞
り穴１９２を通過した後、導管３９を経てタービン１０
の燃料ノズル１６に連通すべき計量された燃料流れＷｆ
として、フィッティング２０６から出る。ブリード絞り
穴１９２は選択的に大きさを定められており、燃料ノズ
ル１６に供給される燃料の流体圧力をＰ２からＰ３へ降
下させる。制御流体圧力Ｐ３は導管２００により調整器
アセンブリ１７０の制御圧力チャンバ１３４に伝わる。
筒形の電機子弁１８０を有する線状のソレノイド１７８
がある。電機子弁１８０をオリフィス１７６に関してソ
レノイド１７８に供給される電流の関数として位置決め
することにより、燃料はオリフィス１７６を通って計量
される。電流は、コンピュータ４２からの電気信号Ｉに
応答して、コネクタプラグ１８４に電気的に接続するケ
ーブル１８２を介してソレノイド１７８に供給される。
ケーブル１８２は、ソレノイド１７８へ電流を送り出す
端子１８３及び１８５に接続するリード線を含む。計量
オリフィス１７６のすぐ下流側の流体圧力は計量圧力Ｐ
２であり、先に説明した通り、この圧力は調整器アセン
ブリ１７０の計量圧力チャンバ１３６に伝わる。計量圧
力Ｐ２は計量孔１９０を経てさらに伝わり、ブリード絞
り穴１９２を通過した後、導管３９を経てタービン１０
の燃料ノズル１６に連通すべき計量された燃料流れＷｆ
として、フィッティング２０６から出る。ブリード絞り
穴１９２は選択的に大きさを定められており、燃料ノズ
ル１６に供給される燃料の流体圧力をＰ２からＰ３へ降
下させる。制御流体圧力Ｐ３は導管２００により調整器
アセンブリ１７０の制御圧力チャンバ１３４に伝わる。
【００２３】孔１９０にあるブリード絞り穴１９２とフ
ルイディクスから見て平行である流路１９４の中に配置
されている逆止め弁１９７は、導管３９に供給される燃
料（流体）の圧力降下を制限する。逆止め弁１９７はボ
ール１９６を有し、そのボールは円錐コイルばね１９８
により流路１９４の座１９５に圧接されて、流路１９４
を閉鎖している。逆止め弁１９６は、所定の圧力を越え
ない限り、流路１９０から流路１９４を経て流路２００
に至る連通を阻止する。この所定の圧力限界に達する
と、円錐コイルばね１９８の力を上回る力が加わり、逆
止め弁１９７は開放して、孔１９０と導管２００とを直
接流体連通させ、ある量の流体かブリード絞り穴１９２
をバイパスするようにさせる。ブリード絞り穴１９２の
両側の圧力降下は流量に伴って大きくなるので、逆止め
弁１９７は燃料の流量にかかわらずこの圧力差を最大限
に制限するように作用する。
ルイディクスから見て平行である流路１９４の中に配置
されている逆止め弁１９７は、導管３９に供給される燃
料（流体）の圧力降下を制限する。逆止め弁１９７はボ
ール１９６を有し、そのボールは円錐コイルばね１９８
により流路１９４の座１９５に圧接されて、流路１９４
を閉鎖している。逆止め弁１９６は、所定の圧力を越え
ない限り、流路１９０から流路１９４を経て流路２００
に至る連通を阻止する。この所定の圧力限界に達する
と、円錐コイルばね１９８の力を上回る力が加わり、逆
止め弁１９７は開放して、孔１９０と導管２００とを直
接流体連通させ、ある量の流体かブリード絞り穴１９２
をバイパスするようにさせる。ブリード絞り穴１９２の
両側の圧力降下は流量に伴って大きくなるので、逆止め
弁１９７は燃料の流量にかかわらずこの圧力差を最大限
に制限するように作用する。
【００２４】計量孔１９０に配置されているボール弁２
０２は、導管２００に供給される燃料の最小流体圧力を
制御する。燃料が出口フィッティング２０６まで流れて
来る前に装置が最小圧力になるようにするために、ボー
ル弁２０２はばね２０４により計量孔１９０の座２０１
に圧接されている。流体圧力かばね２０４の定格を越え
ると、ボール２０２は座２０１から離れ、出口圧力Ｐ３
と燃料流量Ｗｆの流体連通はタービンエンジン１０の燃
料ノズル１６に向かって始まる。
０２は、導管２００に供給される燃料の最小流体圧力を
制御する。燃料が出口フィッティング２０６まで流れて
来る前に装置が最小圧力になるようにするために、ボー
ル弁２０２はばね２０４により計量孔１９０の座２０１
に圧接されている。流体圧力かばね２０４の定格を越え
ると、ボール２０２は座２０１から離れ、出口圧力Ｐ３
と燃料流量Ｗｆの流体連通はタービンエンジン１０の燃
料ノズル１６に向かって始まる。
【００２５】動作中、燃料計量制御装置１００は燃料流
量Ｗｆを図６に示すスケジュールに従って電機子弁の位
置の関数として調整する。図２に示すように、電機子弁
の位置ｈは、燃料スケジュール回路４０からソレノイド
１７８に供給される電流Ｉの関数である。図からわかる
通り、電機子弁１８０の位置は、ほぼ、第１段圧縮機の
速度Ｎｇの一次関数であり、そのため、計量燃料流量ス
ケジュールも同様に図３に示すようにＮｇに伴って変化
する。図６に示すスケジュールは非線形関数を表わし、
この場合、燃料流量は、本発明の目的の１つに従って、
ほぼ、計量弁の位置又は速度の二乗である。
量Ｗｆを図６に示すスケジュールに従って電機子弁の位
置の関数として調整する。図２に示すように、電機子弁
の位置ｈは、燃料スケジュール回路４０からソレノイド
１７８に供給される電流Ｉの関数である。図からわかる
通り、電機子弁１８０の位置は、ほぼ、第１段圧縮機の
速度Ｎｇの一次関数であり、そのため、計量燃料流量ス
ケジュールも同様に図３に示すようにＮｇに伴って変化
する。図６に示すスケジュールは非線形関数を表わし、
この場合、燃料流量は、本発明の目的の１つに従って、
ほぼ、計量弁の位置又は速度の二乗である。
【００２６】基本的には、燃料計量制御装置１００は、
ブリード絞り穴１９２により測定される流量に関する計
量ヘッド圧力（Ｐ１−Ｐ３）を増加させることにより、
ほぼ二乗関数の流量を供給する。
ブリード絞り穴１９２により測定される流量に関する計
量ヘッド圧力（Ｐ１−Ｐ３）を増加させることにより、
ほぼ二乗関数の流量を供給する。
【００２７】計量制御装置１００の動作方式をさらに十
分に理解するために、調整器アセンブリ１７０及び逆止
め弁２０２の両側の最小圧力降下（Ｐ１−Ｐ０）により
設定されるアイドリング流量、すなわち、最小流量を考
える。この時点では、流量が少ないため、ブリード絞り
穴１９２の両側の圧力差Ｐ２−Ｐ３はほぼ０である。と
ころが、計量弁１７５を開放し、ｈを増加させることに
よって燃料流量が増すにつれて、圧力差Ｐ２−Ｐ３も大
きくなる。この増加してゆく圧力差が第２のダイアフラ
ムアセンブリ１５６の領域に作用すると、調整器ばね１
６８が調整器アセンブリ１７０（弁）を閉鎖する動作が
助けられ、その後、ヘッド圧力（Ｐ１−Ｐ３）は比例し
て上昇する。
分に理解するために、調整器アセンブリ１７０及び逆止
め弁２０２の両側の最小圧力降下（Ｐ１−Ｐ０）により
設定されるアイドリング流量、すなわち、最小流量を考
える。この時点では、流量が少ないため、ブリード絞り
穴１９２の両側の圧力差Ｐ２−Ｐ３はほぼ０である。と
ころが、計量弁１７５を開放し、ｈを増加させることに
よって燃料流量が増すにつれて、圧力差Ｐ２−Ｐ３も大
きくなる。この増加してゆく圧力差が第２のダイアフラ
ムアセンブリ１５６の領域に作用すると、調整器ばね１
６８が調整器アセンブリ１７０（弁）を閉鎖する動作が
助けられ、その後、ヘッド圧力（Ｐ１−Ｐ３）は比例し
て上昇する。
【００２８】次に、比較のために、ｈに関する燃料流量
Ｗｆの実際の関数を説明する。まず初めに、平衡状態に
ある調整器アセンブリ１７０に関わる力平衡の方程式を
書いてみると、次の式が得られる。 (P1-P3)A3 = (P2-P3)A2 + (F+Kx) + (P1-P0)A4 （１） 式中、（Ｐ１−Ｐ３）Ａ３は、調整器のボール弁１４０
を上方へ動かして弁座１３８から離間させるように作用
する第１のダイアフラムアセンブリ１５２に加わる力で
あり、（Ｐ２−Ｐ３）Ａ２は、調整器のボール弁１４０
を弁座１３８に向かって下方へ動かすように作用する第
２のダイアフラムアセンブリ１５６に加わる力であり、
（Ｆ＋Ｋｘ）は、調整器のボール弁１４０を弁座１３８
に向かって下方へ動かすように作用するばね１６８の初
期引張り力に加えて距離ｘにわたり作用するばね定数Ｋ
であり、（Ｐ１−Ｐ０）Ａ４は、ボール弁１４０を弁座
１３８に向かって下方へ動かすように作用する力であ
る。
Ｗｆの実際の関数を説明する。まず初めに、平衡状態に
ある調整器アセンブリ１７０に関わる力平衡の方程式を
書いてみると、次の式が得られる。 (P1-P3)A3 = (P2-P3)A2 + (F+Kx) + (P1-P0)A4 （１） 式中、（Ｐ１−Ｐ３）Ａ３は、調整器のボール弁１４０
を上方へ動かして弁座１３８から離間させるように作用
する第１のダイアフラムアセンブリ１５２に加わる力で
あり、（Ｐ２−Ｐ３）Ａ２は、調整器のボール弁１４０
を弁座１３８に向かって下方へ動かすように作用する第
２のダイアフラムアセンブリ１５６に加わる力であり、
（Ｆ＋Ｋｘ）は、調整器のボール弁１４０を弁座１３８
に向かって下方へ動かすように作用するばね１６８の初
期引張り力に加えて距離ｘにわたり作用するばね定数Ｋ
であり、（Ｐ１−Ｐ０）Ａ４は、ボール弁１４０を弁座
１３８に向かって下方へ動かすように作用する力であ
る。
【００２９】そこで、恒等式により次のようになる。 (P1-P2) + (P2-P3) = (P1-P3) （２） さらに、固定オリフィス１９２の両側の圧力降下に関わ
る方程式により考える。 P2 - P3 = (Wf/K1)2 （３） 式中、Ｗｆは燃料流量であり、Ｋ１はブリード絞り穴１
９２の有効面積及び流量定数である。また、可変計量オ
リフィス１７６の両側の圧力降下も考慮に入れなければ
ならないが、これは次の方程式により表わせる。 P1 - P2 = (Wf/K2h)2 （４） 式中、ｈは電機子弁１８０の開口距離であり、Ｋ2 はソ
レノイド１７８を動かすための電機子弁１８０の有効面
積／単位距離である。式３，４を式２と、式１の結果に
代入すると、次の結果が得られる。 [(Wf/K2h)2 + (Wf/K1)2]A3 = (Wf/K1)2A2 + (F+Kx) + (P1-P0)A4 （５） 代数方程式５を配列し直すと、次のような方程式６とな
る。
る方程式により考える。 P2 - P3 = (Wf/K1)2 （３） 式中、Ｗｆは燃料流量であり、Ｋ１はブリード絞り穴１
９２の有効面積及び流量定数である。また、可変計量オ
リフィス１７６の両側の圧力降下も考慮に入れなければ
ならないが、これは次の方程式により表わせる。 P1 - P2 = (Wf/K2h)2 （４） 式中、ｈは電機子弁１８０の開口距離であり、Ｋ2 はソ
レノイド１７８を動かすための電機子弁１８０の有効面
積／単位距離である。式３，４を式２と、式１の結果に
代入すると、次の結果が得られる。 [(Wf/K2h)2 + (Wf/K1)2]A3 = (Wf/K1)2A2 + (F+Kx) + (P1-P0)A4 （５） 代数方程式５を配列し直すと、次のような方程式６とな
る。
【００３０】
【数１】
【００３１】上記の情報から、初期設定時にＰ２−Ｐ３
＝０又はＷｆ＝０を式６に代入すると、次の方程式７が
得られることがわかる。
＝０又はＷｆ＝０を式６に代入すると、次の方程式７が
得られることがわかる。
【００３２】
【数２】
【００３３】従って、調整器アセンブリ１７０の初期設
定を定数として表わすことができる。ところが、以上の
説明から、
定を定数として表わすことができる。ところが、以上の
説明から、
【００３４】
【数３】
【００３５】も定数ＫＡとして表わせることがわかる。
上記の代入から、Ｗｆを次の方程式で表わすことができ
るようになる。
上記の代入から、Ｗｆを次の方程式で表わすことができ
るようになる。
【００３６】
【数４】
【００３７】好ましい実施例及び実現形態の詳細な説明
を開示したが、本発明について、特許請求の範囲に規定
するような本発明の趣旨から逸脱せずに様々な変形や変
更を実施しうることは当業者には自明であろう。
を開示したが、本発明について、特許請求の範囲に規定
するような本発明の趣旨から逸脱せずに様々な変形や変
更を実施しうることは当業者には自明であろう。
【図１】明細書中に開示する本発明の原理に従って構成
された燃料計量（制御）装置を有するタービンの燃料系
統を示す概略図。
された燃料計量（制御）装置を有するタービンの燃料系
統を示す概略図。
【図２】図１のタービンについてＩとｈの関係を示すグ
ラフ。
ラフ。
【図３】図１のタービンについて圧縮機の速度と、燃料
流量／エンジン圧力比との関係を示すグラフ。
流量／エンジン圧力比との関係を示すグラフ。
【図４】図１のタービンについて圧縮機の速度と、燃料
流量との関係を示すグラフ。
流量との関係を示すグラフ。
【図５】図１の燃料計量（制御）装置の断面図。
【図６】図５の燃料計量（制御）装置について燃料流量
と、弁行程との関係を示すグラフ。
と、弁行程との関係を示すグラフ。
１０ タービンエンジン ３６ ポンプ ３８ 燃料供給源 ４０ 燃料スケジュール回路 ４２ 電子感知・計算部材（コンピュータ） １００ 燃料計量制御装置 １３２ 供給圧力チャンバ １３４ 制御圧力チャンバ １３６ 計量圧力チャンバ １３８ 弁座 １４０ ボール弁 １４４ リンク １５２ 第１のダイアフラムアセンブリ １５６ 第２のダイアフラムアセンブリ １７０ 調整器アセンブリ １７５ 計量弁 １７６ オリフィス １７８ ソレノイド １８０ 電機子弁 １９０ 計量孔 １９２ ブリード絞り穴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・レウェリン・ロバーツ アメリカ合衆国 45069 オハイオ州・ウ エスト チェスター・レイクウッド サー クル・7554
Claims (1)
- 【請求項１】 流体を可変供給圧力で供給する手段と；
装置の出口に向かう流体の流量を変化させるための制御
オリフィス領域を有し、電気信号に応答して前記出口に
向かう前記流体を計量する手段と；前記制御オリフィス
領域の両側の圧力差を前記流量の関数として調整する手
段とを具備する流体計量装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US690,448 | 1991-04-24 | ||
| US07/690,448 US5137046A (en) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | Fluid metering apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05187897A true JPH05187897A (ja) | 1993-07-27 |
Family
ID=24772501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4112390A Withdrawn JPH05187897A (ja) | 1991-04-24 | 1992-04-06 | 流体計量装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5137046A (ja) |
| JP (1) | JPH05187897A (ja) |
| CA (1) | CA2057346A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004028092A (ja) * | 2002-05-31 | 2004-01-29 | General Electric Co <Ge> | 制御システムの電子部品が温度過昇状態に曝されたとき使用される自動エンジン保護システム |
| JP2013160428A (ja) * | 2012-02-03 | 2013-08-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4237904C2 (de) * | 1992-11-10 | 1995-10-05 | Tuchenhagen Otto Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Durchflusses eines zu dosierenden fließfähigen Stoffes |
| US6065451A (en) * | 1997-08-26 | 2000-05-23 | Alliedsignal Inc. | Bypass valve with constant force-versus-position actuator |
| US6148601A (en) * | 1998-05-08 | 2000-11-21 | Hamilton Sundstrand Corporation | Engine fuel control system and method |
| US6467505B1 (en) * | 2000-10-11 | 2002-10-22 | Flowmatrix Inc. | Variable pressure regulated flow controllers |
| US6666015B2 (en) * | 2002-01-28 | 2003-12-23 | Hamilton Sundstrand | Simplified fuel control for use with a positive displacement pump |
| US6883329B1 (en) | 2003-01-24 | 2005-04-26 | Power Systems Mfg, Llc | Method of fuel nozzle sizing and sequencing for a gas turbine combustor |
| US7552731B2 (en) * | 2003-11-14 | 2009-06-30 | Remcore, Inc. | Remote control gas regulation system |
| AU2006346658B2 (en) * | 2006-07-28 | 2012-09-20 | SIT S.p.a | A device for controlling the delivery of a combustible gas to a burner apparatus |
| US7841184B2 (en) * | 2007-04-19 | 2010-11-30 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Start flow measurement |
| US8763362B1 (en) * | 2008-10-03 | 2014-07-01 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Injector element which maintains a constant mean spray angle and optimum pressure drop during throttling by varying the geometry of tangential inlets |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3106934A (en) * | 1958-12-24 | 1963-10-15 | Bendix Corp | Integrating and proportional flow control apparatus |
| US3152603A (en) * | 1961-12-22 | 1964-10-13 | Bendix Corp | Constant head control valve |
| US3853142A (en) * | 1973-05-02 | 1974-12-10 | Gen Motors Corp | Flow control system |
| US4117857A (en) * | 1976-12-22 | 1978-10-03 | Woodward Governor Company | Fuel control system for a prime mover |
| US4454713A (en) * | 1981-06-04 | 1984-06-19 | Chandler Evans Inc. | Pulse width modulated fuel metering system |
| US4578945A (en) * | 1983-11-10 | 1986-04-01 | Chandler Evans Inc. | Overspeed limiter for gas turbine fuel control |
-
1991
- 1991-04-24 US US07/690,448 patent/US5137046A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-12-10 CA CA 2057346 patent/CA2057346A1/en not_active Abandoned
-
1992
- 1992-04-06 JP JP4112390A patent/JPH05187897A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004028092A (ja) * | 2002-05-31 | 2004-01-29 | General Electric Co <Ge> | 制御システムの電子部品が温度過昇状態に曝されたとき使用される自動エンジン保護システム |
| JP2013160428A (ja) * | 2012-02-03 | 2013-08-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2057346A1 (en) | 1992-10-25 |
| US5137046A (en) | 1992-08-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990608 |