JPH08319854A - ガスタービン燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスタービン燃料供給装置に関し、燃料油の
供給をコントローラで制御するサーボ弁を用い、ゴミ、
等の汚染のないコンパクトな燃料供給系とする。 【構成】 燃料供給装置１１からの油はサーボ弁ブロッ
ク１３内のサーボ弁２０でその流量を制御し、遮断弁１
４を介してエンジン本体１０に供給される。サーボ弁２
０は励磁コイルで駆動するフラッパを有し、フラッパの
位置によるノズル部の圧力差でスプールを駆動し、高圧
油をプレッシャポートＰ_s より流入させ、コントロール
ポートＡ，Ｂよりその流量が制御されて遮断弁１４を介
し、エンジン本体１０に供給される。サーボ弁２０の制
御はコントローラ１２がその励磁コイルの電流を制御
し、フラッパの駆動を行う。従って、燃料油はその圧力
差により流量が制御され、ゴミ、等の汚染がなくコンパ
クトになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は非常用発電装置として用
いられるガスタービン軸の回転数制御に利用される燃料
供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来のガスタービンのエンジン本
体の燃料供給装置のシステムブロック図である。図にお
いて、１０はエンジン本体でプライマリー回路をもつ２
系統式が主流である。１１は燃料供給装置、３０は油圧
供給装置でサーボ弁ブロック３１内のサーボ弁３２に接
続されている。３３は油圧シリンダでリンク機構３４で
調量弁（絞り弁）３５の開度を調節するものである。３
６は手動絞り弁、３７は遮断弁である。３８はサーボ弁
３２の油圧流量を制御するコントローラである。なお、
手動絞り弁３６、遮断弁３７はエンジン本体１０に付属
する場合もあるが、本例ではエンジン外に配置した例で
示す。

【０００３】このような構成の燃料供給装置において、
エンジン本体１０への燃料はまず、遮断弁３７を開き、
燃料供給装置１１より調量弁３５で流量が制御され、
又、手動絞り弁３６で調節されて供給されるが、調量弁
３５の開度はサーボ弁ブロック３１内のサーボ弁３２を
コントローラ３７で油圧供給装置３０からの油量を制御
し、油圧シリンダ３３を駆動し、リンク機構３４で調整
してエンジン本体１０への燃料供給を制御している。

【０００４】このように、従来の燃料供給装置は調量弁
３５の駆動に油圧供給装置３０、サーボ弁３２、油圧シ
リンダ３３、リンク機構３４等の別置の機器と油圧源が
必要になる他、燃料系統にもプライマリー回路が必要に
なり、システムが複雑になっている。

【０００５】又、その他の調量弁３５の制御としてはコ
ントローラ３８によりステッピングモータを使用し、角
度制御によって燃料供給装置１１の流量を制御する方式
も採用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、この種のエンジ
ンの燃料系統の流体制御にサーボ弁を使用した場合、ゴ
ミ汚染によるサーボ弁ノズルの目づまり及びスプールの
スティックの発生が懸念され、トラブルの原因となるた
め、使用が敬遠されがちであった。又、ステッピングモ
ータによる制御においてはステップ数による段階的な制
御により分解能、等で改善すべき点があった。

【０００７】又、制御面からも発電装置に適用する場合
負荷ドリフトに対して緊急負荷投入、遮断機能の信頼性
が最も確保できる燃料供給システムが望まれており、ゴ
ミ汚染、等の発生しないサーボ弁を採用することが課題
となっていた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために、フラッパ、同フラッパ駆動用励磁コ
イル、前記フラッパの位置によりパイロット油用通路内
で圧力差を生じせしめるノズル部、同ノズル部の前記圧
力差により直線移動するスプール及び同スプールの移動
により燃料油の流量を制御するポート部とよりなるサー
ボ弁と；同サーボ弁の前記励磁コイルの電流を制御し、
前記フラッパを駆動させるコントローラと；前記サーボ
弁のポート部より燃料油を受け、エンジン運転時に同燃
料油をエンジン本体に供給する遮断弁とを具備してなる
ことを特徴とするガスタービン燃料供給装置を提供す
る。

【０００９】

【作用】本発明はこのような手段により、エンジン停止
時には燃料油は遮断弁を閉としてエンジンへの流入がブ
ロックされている。始動時にはまず、コントローラの開
指令によりサーボ弁は開状態となっており、遮断弁を開
とすると共にコントローラの電流制御によりサーボ弁の
励磁コイルの電流を制御し、フラッパを所定の位置、即
ち、パイロット油用通路に設けられたノズル部の間で所
定の位置に移動させ、その位置に応じてパイロット油用
通路のノズル部の左右で圧力差が生ずる。この圧力差に
よりスプールが所定量だけ直線移動し、このスプールの
位置により燃料油のポート部の開口部を所定の開口にし
て燃料油の必要量を遮断弁を介してエンジン本体へ供給
する。

【００１０】このサーボ弁のフラッパは通常のものより
も剛性を上げ、ノズル穴やスプールクリアランスを大き
くすることができるので、そのために、ゴミの混入、等
による不具合を防止することもできる。

【００１１】このようなサーボ弁を燃料供給系に使用す
ることにより、従来のように燃料供給系を制御するため
の油圧供給減とそれらの装置を別に設ける必要がなく、
又、ステッピングモータによる制御のように段階的な制
御でなく連続的な流量の制御が可能となり分解能や追従
性が向上するものである。更に、燃料系統の調量弁とそ
れを制御するためのサーボ弁とが一体化が可能となり、
装置をコンパクトにし、小型化ができるものである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面に基づい
て具体的に説明する。図１は本発明の一実施例に係るガ
スタービン燃料供給装置の全体のシステムブロック図で
ある。図において、１０はエンジン本体、１１は燃料供
給装置、１２はコントローラでサーボ弁ブロック１３へ
の燃料供給装置１１からの燃料を制御する。１４はサー
ボ弁ブロック１３内の遮断弁、２０はコントローラ１２
で制御されるサーボ弁である。このように、本システム
では、燃料供給装置１１からの燃料はサーボ弁２０でそ
の流量がコントローラ１２により制御され、遮断弁１４
を介してエンジン本体１０に供給されるものである。

【００１３】次に、図２は図１に用いられるサーボ弁２
０の断面図である。図において、サーボ弁２０本体には
プレッシャポートＰ_s とコントロールポートＡ，Ｂ及び
ドレンポートＤ_r が設けられ、各パイロット油用の通路
にはフィルタ１、オリフィス２，３が設けられ、ノズル
７に通路が導かれている。４はマグネットでマグネット
のＮ極とＳ極をはさんで可動部材６ａがその中心部で上
下に移動可能に設けられ、コイル５が巻かれている。こ
の可動部材６ａの中央部にはフラッパ６が取付けられ、
可動部材６ａの駆動に伴ってノズル７内で左右に移動す
るように構成される。８はスプールで両端にバネ８ａ，
８ｂで左右に移動可能であり、そのポート部８Ｃ，８Ｄ
によりコントロールポートＡ，Ｂを開閉可能としてい
る。９は位置検出器（ＬＶＤＴ）でスプール８が移動し
た時の位置を検出するものである。

【００１４】このような構成のサーボ弁２０の作動につ
いて説明する。まず、Ｐ_s （プレッシャポート）より高
圧油を導入すると、油は通路を通り、パイロット油とな
ってフィルタ１からオリフィス２及び３を通じて流れ、
このパイロット油は、マグネット４とコイル５により左
右に動作するフラッパ６の左右の動きに応じてノズル
７、出口に圧力差を発生する。このフラッパ６は図示省
略のコントローラ１２により制御され、駆動するもので
ある。

【００１５】この圧力がスプール８両端のチャンバにか
かる圧力差となり、スプール８がバネ８ａ，８ｂの弾性
力に抗して左右に移動する。これによりポート部８Ｃ，
８Ｄが移動し、開の位置で高圧油はコントロールポート
Ａ及びＢに導びかれる。

【００１６】このサーボ弁２０の特徴は耐ゴミ性の向上
を図るべく、オリフィス２及び３とノズル７を通常の弁
より大径化し、スプール８のクリアランスを増加し、こ
れに伴いスプールエッジ形状も改善してプレッシャポー
トＰ_s より高圧油を供給するようにし、ポート部８Ｃ，
８Ｄにより油量を連続的に制御できるようにしたもので
ある。又、フラッパ６も可部部材６ａとコイル４により
繰返し動作に対し耐久性のある構造としたものである。

【００１７】さらに、スプール８の端に位置検出器（Ｌ
ＶＤＴ）９を付属することでスプール８の位置をサーボ
弁としてフィードバック位置制御することで補償できる
ようにして制御性の向上を可能とするものである。

【００１８】次にこのようなサーボ弁２０を組込んだガ
スタービン燃料供給装置の作用について図１のシステム
フローに基づいて説明する。まず、始動時にはある適切
なタイミングでサーボブロック１３内の遮断弁１４を開
き、着火後サーボ弁２０の開度をコントローラ１２で制
御し、油量を調整してエンジン回転数が定回転となるよ
うに制御する。このコントローラ１２による制御は、サ
ーボ弁２０内のコイル５（図２参照）に励磁電流を流
し、これを制御することにより可動部材６ａがマグネッ
ト４のＮ極，Ｓ極間で上下に移動する。可動部材６ａの
移動はフラッパ６を左右に駆動し、前述のようにノズル
７の出口間に圧力差を生じさせ、この圧力差でスプール
８を左右に移動させるものである。

【００１９】このスプールの移動量により、ポート部８
Ｃ，８ＤがコントロールポートＡ，Ｂの開度を調整する
が、この移動量とコイル４に流す電流との関係は予めコ
ントローラ１２に設定しておけば良いものである。又、
図示省略するが、前述のように、スプール８の移動量は
位置検出器９で検出され、コントローラ１２にフィード
バックし、その位置精度を温度ドリフト、等から補償す
るようにすれば、より高精度の制御ができるものであ
る。

【００２０】以上説明した実施例は、要するにサーボ弁
２０を燃料供給システムへ適用する場合の要求として、
スプール位置制御を行うためのノズルフラッパ６の部分
の改善、即ちノズル７の穴の大径化、フラッパ６の剛性
の向上を行い、更にスプール８のクリアランス等の増大
化及び位置検出器（ＬＶＤＴ）９をスプール８に直結
し、その位置精度を温度ドリフト等から補償できる構造
としたものである。

【００２１】このようなサーボ弁２０をガスタービンの
エンジン本体２０の燃料供給装置の系統へ組込んでコン
トローラ１２で制御することにより、（ａ）着火特性、
即ち、初期燃料、（ｂ）着火補助特性、即ち；スタータ
ＯＦＦのタイミング、（Ｃ）サージ特性、即ち；コンプ
レッサ圧になるサージの回避要否、等を考慮した最適な
エンジンコントロール起動シーケンスを確立することが
できるものである。

【００２２】更に、このようなサーボ弁をガスタービン
燃料供給系に使用すれば、図３に示す従来例のように油
圧供給装置３Ｄ、サーボ弁３２、リンク機構３４、等を
別に設ける必要がなくなり、燃料供給系の調量弁３５と
制御系とを一体化してコンパクトな燃料供給装置が実現
できるものである。

【００２３】なお、本発明の燃料供給装置はガスタービ
ンのエンジンに適用した例で説明したが、これに限定さ
れず、その使用分野は船用の油圧制御弁、超高速物流船
の舵取り装置、ウォータジェットの噴流方向制御用油圧
シリンダ及び製鉄所等、従来、電磁弁によるＯＮ−ＯＦ
Ｆ制御が主流の汚染環境設備等に採用することができる
ものである。

【００２４】

【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
によれば、フラッパ、フラッパ駆動用励磁コイル、ノズ
ル部、ノズル部で生ずる圧力差により移動するフラッパ
及びフラッパの移動位置により燃料油の流量を制御する
ポート部からなるサーボ弁と、同サーボ弁を制御するコ
ントローラと、遮断弁とから構成する燃料供給装置とし
たので、次のような効果を奏するものである。

【００２５】（１）従来のように燃料供給系とは別に油
圧供給源、等の装置を設ける必要がなく、装置の小型化
及びコスト低減が図れ、ガスタービンによる発電装置パ
ッケージ内の操作性が向上する。

【００２６】（２）制御性能面では、ステッピングモー
タの制御によるステップ数と比べると無段階の制御が可
能になる。又、油圧シリンダを使用した場合の間接制御
による遅れ等が回避出来るため分解能、追従性の向上が
図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るガスタービン燃料供給
装置のシステムブロック図である。

【図２】本発明の一実施例に係るガスタービン燃料供給
装置に用いられるサーボ弁の断面図である。

【図３】従来のガスタービン燃料供給装置のシステムブ
ロック図である。

【符号の説明】

１ フィルタ ２，３ オリフィス ４ マグネット ５ コイル ６ フラッパ ７ ノズル ８ スプール ９ 位置検出装置 １０ エンジン本体 １１ 燃料供給装置 １２ コントローラ １３ サーボブロック弁 １４ 遮断弁 ２０ サーボ弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フラッパ、同フラッパ駆動用励磁コイ
   ル、前記フラッパの位置によりパイロット油用通路内で
   圧力差を生じせしめるノズル部、同ノズル部の前記圧力
   差により直線移動するスプール及び同スプールの移動に
   より燃料油の流量を制御するポート部とよりなるサーボ
   弁と；同サーボ弁の前記励磁コイルの電流を制御し、前
   記フラッパを駆動させるコントローラと；前記サーボ弁
   のポート部より燃料油を受け、エンジン運転時に同燃料
   油をエンジン本体に供給する遮断弁とを具備してなるこ
   とを特徴とするガスタービン燃料供給装置。