JPH0587242U - ガスタービンエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスタービンエンジンに係り、圧縮空気の温
度に応じて燃料スケジュールを適性化して始動性能の向
上を図る。 【構成】 タービンの温度、回転速度および圧縮機出口
の空気圧力を検出する温度検出手段、回転数検出手段お
よび圧力検出手段と、これらの検出手段に接続されター
ビンの温度、回転速度および圧縮機出口の空気圧力に基
づいて燃料流量を調節する燃料流量調節手段とを具備し
ており、始動時の温度状態に応じて燃料流量を適性化す
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はガスタービンエンジンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

ガスタービンエンジンの構成要素として、ガスジェネレータがある。このガス ジェネレータは、空気取入口から取入れた流入空気を圧縮機において圧縮し、該 圧縮空気を燃焼器において燃料と混合して燃焼させることによって高温高圧の燃 焼ガスを発生させ、この燃焼ガスを利用して高圧タービンを回転させるとともに 、高圧タービンを挿通させた後の排出ガスを後段に配される低圧タービンに供給 する。すなわち、ガスジェネレータは、低圧タービンへ供給する高温高圧ガスの 発生装置としての機能を有している。

【０００３】 高圧タービンには、圧縮機が連結されており、燃焼によって得られた回転力は 次の燃焼に使用される空気の圧縮作業に利用されることになる。また、低圧ター ビンには、駆動輪等の負荷が接続されており、排出ガスを低圧タービンに挿通し て得られた回転力によって負荷を駆動するようになっている。

【０００４】 このように構成されたガスタービンエンジンは、ガスジェネレータ側の高圧タ ービンと負荷側の低圧タービンとが機械的に結合されていないので、それ自体を トルクコンバータ的に作用させることができ、特に車両用として使用されること が多い。

【０００５】 ところで、このようなガスタービンエンジンにあっては、一般に、燃焼器入口 の空気温度を上昇させることにより燃焼器に供給される燃料を節約する技術が知 られている。また、負荷側の低圧タービンを挿通させられた後の排ガスは、依然 として高温状態であり、熱エネルギ的に不経済であるので、燃焼器の前段に熱交 換器を配し、排ガスの廃熱を回収して燃焼器入口の空気温度を上昇させることが 行われる。

【０００６】 また、燃焼器においては、高圧タービンの回転速度に合わせて燃料の噴出量を 調整することにより、効率の向上を図ることができるので、高圧タービンの回転 数に応じた燃料流量の最適値を予め燃料スケジュールとして設定しておき、該燃 料スケジュールに基づいて燃焼が行われる。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、このように熱交換器を配設したガスタービンエンジンにあって 、長時間停止された状態から始動される場合と短時間の停止後に始動される場合 （車両用ガスタービンにおいて想定される）とを比較すると、始動時の燃焼器に 供給される圧縮空気に温度の相違を生じることがある。すなわち、熱交換器の加 熱状態によって燃焼室に供給される圧縮空気の温度が大きく異なり、しかも、該 熱交換器の熱容量が大きいために、定常状態となるまでの時間がかかって、始動 時の状態によっては、前記燃料スケジュールによっても所望の始動性能を得るこ とができないという不都合があった。

【０００８】 本考案は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、燃焼器入口の圧縮空 気の温度に応じて燃料スケジュールを適性化して始動性能の向上を図ることを目 的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案は、吸入空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮 機に熱交換器を介して接続され圧縮空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器と、 該燃焼器に接続され燃焼ガスを挿通させることにより回転力を得るタービンとを 具備するガスタービンエンジンにおいて、タービンの回転速度を検出する回転数 検出手段と、タービンの温度を検出する温度検出手段と、圧縮機出口の空気圧力 を検出する圧力検出手段と、これらの検出手段に接続されタービンの温度、回転 速度および圧縮機出口の空気圧力に基づいて燃料流量を調節する燃料流量調節手 段とを具備しているガスタービンエンジンを提案している。

【００１０】

【作用】

本考案に係るガスタービンエンジンにあっては、回転数検出手段によってター ビンの回転速度が検出され、温度検出手段によってタービンの温度が検出され、 圧力検出手段によって圧縮機出口の空気圧力が検出される。そして、これらの検 出手段によって検出された回転速度、タービンの温度、圧縮機出口の空気圧力に 基づいて燃料流量調節手段によって燃料流量が決定され適性流量に調節された燃 料が燃焼室に噴射されることになる。

【００１１】

【実施例】

以下、本考案に係るガスタービンエンジンの一実施例について、図１ないし図 ３を参照して説明する。 これら各図において、符号Ｂは燃焼器、Ｃは圧縮機、Ｅは熱交換器、Ｆは燃料 流量調節手段、Ｒは回転数検出手段、Ｈは温度検出手段、Ｐは圧力検出手段、Ｌ は負荷、ＨＴは高圧タービン（タービン）、ＬＴは低圧タービン、Ｗｆは燃料流 量、ΔＷｆは流量オフセット量、１はガスタービンエンジン、２はガスジェネレ ータ、３は負荷側タービン系、４は圧縮機入口流路、５は低温流路、６は高圧タ ービン入口流路、７はガスジェネレータ軸、８はタービン接続流路、９は負荷出 力軸、１０は高温流路、１１は低圧タービン出口流路である。

【００１２】 本実施例のガスタービンエンジン１は、高温高圧ガスを発生させるガスジェネ レータ２と、該ガスジェネレータ２によって発生させられた高温高圧ガスによっ て負荷Ｌを駆動する負荷側タービン系３とを具備している。

【００１３】 ガスジェネレータ２にあっては、圧縮機入口流路４を通じて取入れられた流入 空気が、圧縮機Ｃによって圧縮され、熱交換器Ｅの低温流路５を挿通させられた 後に燃焼器Ｂに流入させられる。該燃焼器Ｂにおいて発生させられた高温高圧の 燃焼ガスは、高圧タービン入口流路６を通じて高圧タービンＨＴを挿通させられ 、高圧タービンＨＴに回転力を付与する。高圧タービンＨＴには前記圧縮機Ｃが ガスジェネレータ軸７によって連結されており、高圧タービンＨＴの回転がガス ジェネレータ軸７によって圧縮機Ｃに伝達され圧縮機Ｃが回転させられることに なる。そして、高圧タービンＨＴを挿通させられた後の高温高圧の排出ガスをタ ービン接続流路８を介して負荷側タービン系３に供給するようになっている。

【００１４】 負荷側タービン系３にあっては、前記タービン接続流路８を通じて供給された 排出ガスを低圧タービンＬＴに挿通させて回転力を発生させ、低圧タービンＬＴ に負荷出力軸９を介して接続された負荷Ｌを駆動するようになっている。また、 低圧タービンＬＴを挿通させられた排出ガスは、前記ガスジェネレータ２に配設 された熱交換器Ｅの高温流路１０に低圧タービン出口流路１１を通じて導かれ、 前記低温流路５を挿通させられる圧縮空気との間に熱交換を行って、該圧縮空気 を加熱するようになっている。

【００１５】 前記高圧タービンＨＴの内部には、該高圧タービンＨＴを挿通させられる燃焼 ガスの温度を計測する温度検出手段Ｈが配置され、また、前記ガスジェネレータ 軸７には、該ガスジェネレータ軸７の回転速度を検出する回転数検出手段Ｒが配 設されている。さらに、圧縮機Ｃ出口には、圧縮空気の圧力を検出する圧力検出 手段Ｐが配置されている。これらの検出手段Ｈ・Ｒ・Ｐは前記燃料流量調節手段 Ｆに接続されている。

【００１６】 前記燃料流量調節手段Ｆは、例えば、回転数検出手段Ｒによって検出されたガ スジェネレータ軸７の回転速度および燃料流量と圧縮機Ｃ出口圧力との比に基づ いて、図２に示す標準スケジュールを構成するとともに、ガスジェネレータ軸７ の回転開始直後に前記温度検出手段Ｈによって検出された高圧タービンＨＴ内部 の温度に基づいて、図３に示すように、燃料の流量オフセット量ΔＷｆを決定す る。該流量オフセット量ΔＷｆは、例えば、低温時に大きく、高温時に小さい値 となるように設定されており、該流量オフセット量ΔＷｆに基づいて前記標準ス ケジュールを図２に破線で示すように流量オフセット量ΔＷｆだけオフセットさ せて、新たな燃料スケジュールを作成することにより、燃焼器Ｂに噴出する燃料 の流量を低温時には多く、高温時には少なくするようになっている。

【００１７】 これによって、低温始動時および高温始動時の燃料流量を適性化することがで きるので、始動時の圧縮空気の温度状態に関わらず始動特性を向上することがで きるばかりでなく、定常運転に達するまでの過渡状態において、過度の温度上昇 を防止して燃焼器Ｂおよびタービン各部の焼損を防止することができる。また、 高温始動時にあっても、燃料流量が適性化されるので、省エネルギーを図ること ができる。

【００１８】 〈他の実施態様〉 なお、本考案に係るガスタービンエンジン１にあっては、次の技術を採用する ことができる。 温度検出手段Ｈを任意の温度センサとすること。 回転数検出手段Ｒを任意の回転速度センサとすること。 圧力検出手段Ｐを任意の圧力センサとすること。 標準スケジュールに流量オフセット量ΔＷｆを負荷する燃料流量調節手段 Ｆに代えて、温度および回転速度の任意の関数による燃料流量調節手段を使用す ること。 ガスジェネレータ２を有しない直結式のガスタービンに適用すること。

【００１９】

【考案の効果】

本考案に係るガスタービンエンジンにあっては、タービンの温度、回転速度お よび圧縮機出口の空気圧力を検出する温度検出手段、回転数検出手段および圧力 検出手段と、これらの検出手段に接続されタービンの温度、回転速度および圧縮 機出口の空気圧力に基づいて燃料流量を調節する燃料流量調節手段とを具備して いるので、以下の効果を奏する。 （１） 低温時における始動特性を向上し、かつ、高温時において燃料の浪費を 防止することができる。 （２） 熱交換器の設置によって生ずる始動特性の悪化を防止するので、熱交換 器を有効に利用することができ、省エネルギー性を向上したガスタービンを構成 することができる。 （３） 高温時の過度な温度上昇を防止して、燃焼器およびタービン各部の焼損 を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案にかかるガスタービンエンジンの一実施
例を示す模式図である。

【図２】図１のガスタービンエンジンのガスジェネレー
タ軸の回転速度と燃料流量との関係を示すグラフであ
る。

【図３】図１のガスタービンエンジンの高圧タービンの
内部温度と燃料の流量オフセット量との関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

Ｂ 燃焼器 Ｃ 圧縮機 Ｅ 熱交換器 Ｆ 燃料流量調節手段 Ｈ 温度検出手段 Ｐ 圧力検出手段 Ｌ 負荷 Ｒ 回転数検出手段 ＨＴ 高圧タービン ＬＴ 低圧タービン Ｗｆ 燃料流量 ΔＷｆ 流量オフセット量 １ ガスタービンエンジン ２ ガスジェネレータ ３ 負荷側タービン系 ４ 圧縮機入口流路 ５ 低温流路 ６ 高圧タービン入口流路 ７ ガスジェネレータ軸 ８ タービン接続流路 ９ 負荷出力軸 １０ 高温流路 １１ 低圧タービン出口流路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸入空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機
   に熱交換器を介して接続され圧縮空気に燃料を混合して
   燃焼させる燃焼器と、該燃焼器に接続され燃焼ガスを挿
   通させることにより回転力を得るタービンとを具備する
   ガスタービンエンジンにおいて、タービンの回転速度を
   検出する回転数検出手段と、タービンの温度を検出する
   温度検出手段と、圧縮機出口の空気圧力を検出する圧力
   検出手段と、これらの検出手段に接続されタービンの温
   度、回転速度および圧縮機出口の空気圧力に基づいて燃
   料流量を調節する燃料流量調節手段とを具備しているこ
   とを特徴とするガスタービンエンジン。