JPS5930896B2 - 燃料制御電圧発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一軸成熱交換器付ガスタービン機関の種々の作
動状態を検出し、この作動状態に応じた量の燃料を供給
する為の燃料制御電圧を発生する燃料制御電圧発生装置
に関する。

ガスタービンの燃料供給量を制御する電気式燃料制御電
圧発生装置として色々な方式が考えられているが、いず
れの方式に於いても機関の始動、加速、減速及び回転数
を制御する為の燃料制御電圧を発生している。

又同時に機関の最高許容回転数、最高許容温度及びサー
ジングを考慮して設計されている。

公知の方式として、機関の回転数に応じて予めその最高
許容温度に達しないように又サージングを回避するよう
に燃料制御電圧を決定しておくというプログラム制御方
式やコンプレッサ出口圧力（以下ＣＤＰという）及び回
転数に応じて燃料制御電圧を決定するＣＤＰ制御方式等
がある。

本発明はこのＣＤＰ制御方式を一軸式熱交換器付タービ
ンに用い、特にＣＤＰにより始動、加速、減速制御用の
燃料制御電圧を発生してこれら各状態ζこおいて最適な
燃料を供給すると共に、回転数電圧が途絶えたときの燃
料制御電圧の発生を停止させるフェイルセーフ回路を設
けて断線時等に確実に燃料を停止させることを目的とし
ている。

以下本発明の実施例を第１図に示す構成図に沿って説明
する。

１はコンプレッサタービン回転数ＮＰに比例した電圧ｖ
ＮＰを発生する回転数電圧発生器、２及び３はこの発生
器１の出力が入力されるそれぞれ無負荷回転数設定電圧
発生器と定格回転数設定電圧発生器、４は最高許容回転
数設定電圧発生器、５は始動燃料制御電圧と加速燃料制
御電圧を切換える為の燃料制御電圧切換回転数設定器、
６は無負荷運転と定格運転を切換える為の回転数切換器
、７はコンプレッサ出口部に取付けた圧力センサの出力
信号ＣＤＰを増幅する圧力信号増幅器、８，９．１０は
この増幅器７の出力がそれぞれ入力される始動燃料制御
電圧発生器、加速燃料制御電圧発生器及び減速燃料制御
電圧発生器、１１は熱交換器出口空気温度Ｔ３．５に比
例した電圧■Ｔ３．５を発生する温度信号増幅器、１２
は始動燃料制御電圧と加速燃料制御電圧を切換える為の
燃料制御電圧切換器、１３は排気温度Ｔ６に比例した電
圧ＶＴ６を発生する増幅器、１４はこの増幅器に接続さ
れる最高許容温度設定電圧発生器、１５は熱交換器出口
空気温度による燃料制御電圧を補正する為の補正回路、
１６はタービン回転数が設定回転数に達すると設定回転
数到達信号を発生する設定回転数到達信号発生器、１７
は複数の入力のうちの最小値を選択する最小値選択回路
、１８は最大値選択回路、１９はフェイルセイフ回路、
２０は最小値選択回路、２１は本発明による燃料制御電
圧発生装置の制御電圧を増幅して、燃料アクチュエータ
を駆動する増幅器、２２は増幅器２１の出力に応じてガ
スタービンに供給する燃料を調量するアクチュエータで
ある。

次に上記各部の構成を第２図以下に示す回路図により詳
細に説明する。

回転数電圧発生器１は電磁ピックアップなどのコンプレ
ッサタービン回転数検出器の出力信号ＮＰを電圧信号ｖ
ＮＰに変換する公知の構成のもので、テレダイン社のＦ
−Ｖ変換器４７０２を用いた。

この回路図を第２図に入出力特性を第３図に示した。

各回転数設定電圧発生器２，３及び４はそれぞれ無負荷
回転数設定電圧、定格回転数設定電圧及び最高許容回転
数設定電圧を発生するもので、回路図を第４図に、第５
図に出力信号を示す。

各発生器２，３．４は共に公知の反転増幅器２ａ、３ａ
、４ａを用いたもので、入力信号は回転数電圧発生器１
からのコンプレッサタービン回転数信号ＶＮＰで出力信
号はＶＮ−Ｉ 、ＶＮ−Ｒ及びｖＮ２Ｍである。

切換回転数設定器５は回転数信号ＶＮＰが設定回転数（
燃料制御電圧切換回転数）以上になると出力信号が反転
する比較器５ａを用いた。

この回路図を第６図に示す。

回転数切換器６は回転数切換指令信号Ｎｓに応じて、両
発生器２，３から入力される無負荷回転数電圧と定格回
転数電圧とを切換えていずれかの回転数電圧を出力する
ものでトランジスタ６ａ及びリレー６ｂを用いた。

この回路図を第８図に示す。

圧力信号増幅器７はコンプレッサ出口部の圧力を検出す
る圧力センサからの圧力信号ＣＤＰを増幅するものでバ
ーブラウン社のインストルメンテーション型差動増幅器
３６６０Ｊを用いた。

この回路図を第９図に、入出力関係を第１０図ａに示し
た。

燃料制御電圧発生器８，９゜１０は演算増幅器８ａ、９
ａ、１０ａを用いたもので、それぞれ始動燃料制御電圧
Ｇｆ１、加速燃料制御電圧Ｇｆ２、減速燃料制御電圧Ｇ
ｆ３を発生するものである。

この回路図及出力信号を第９図、第１０図すに示す。

燃料制御電圧切換器１２は前記燃料制御電圧切換回転数
設定器５の出力に応じて両発生器８，９からの始動燃料
制御電圧と加速燃料制御電圧とを切換えていずれかの制
御電圧を出力するもので、リレー１２ａ及びトランジス
タ１２ｂを用いた。

この回路図及び出力信号を第６図、第７図に示す。

増幅器１１及び１３は熱交換器出口空気温度Ｔ３゜５、
排気温度Ｔ６に比例した電圧（ＶＴ、、及びＶＴ６を発
生するもので前記増幅器７と同じ差動増幅器を用いた。

この回路図及び出力信号を第１１図と第１２図ａに示す
。

最高許容温度設定電圧発生器１４は排気温度信号ｖＴ６
を入力とする反転増幅器１４ａを用いたもので、機関の
最高許容温度を設定するものである。

この回路図及出力信号を第１１図、第１２図すに示す。

１５１は増幅器１１からの熱交換器出口空気温度信号Ｖ
Ｔ３，５及び燃料制御電圧切換器１２からの燃料制御電
圧Ｇｆを入力とする燃料制御電圧補正回路で、温度信号
ｖＴ３．５の変化に応じて制御電圧Ｇｆを補正するもの
である。

この回路１５１は演算増幅器１５ａと掛算器（バーブラ
ウン社４２０２）１５ｂよりなる。

１５２はこの補正を後述の発生器１６からの信号により
キャンセルするキャンセル回路でリレー１５ｃ及トラン
ジスタ１５ｄを用いた。

これら両回路１５１，１５２は補正回路１５を構成する
もので、この回路図を第１３図に示す。

設定回転数到達信号発生器１６は、第１４図に示すよう
に演算増幅器による比較器１６ａ、１６ｂ及びダイオー
ドによる選択回路１６ｃ、１６ｄより成り、第１５図に
示すような領域で到達信号が発生するようになっている
。

最小値選択回路１７は回転数切換器６、最高許容回転数
設定電圧発生器４、補正回路１５、及び最高許容温度設
定電圧発生器１４からの各出力電圧ｙＮ、ＶＮＭ、Ｇｆ
’ 、ＶＴＭを入力とし、これらのうちの最小値を出力
するもので、第１６図に示すように演算増幅器１７ａ
、１７ｂ 、１７ｃ、１７ｄ１ダイオードｉｒｅ、１７
ｆ、１７ｇ、１７ｈからなる。

その入出力信号を第１７図に示す。最大値選択回路・１
８はこの最小値選択回路１７及び減速燃料制御電圧発生
器１０の各出力電圧Ｇｆ“及びＣｆ３を入力とし、これ
らのうち最大値を出力するもので演算増幅器１８ａ、１
８ｂとダイオード１８ｃ、１８ｄを用いている。

この回路構成は第１６図に示すとおりで、その入力信号
は第１８図に示すとおりである。

フェイルセーフ回路１９は回転数電圧発生器１の回転数
電圧ＶＮｐが入力され、回転数検出器からの信号が断線
等の故障により途絶えたとき燃料制御電圧を停止させる
ためのもので、この回路１９の出力電圧ＶＦは最大値選
択回路１８の出力Ｗｆ、とともに最小値選択回路２０に
入力され、最小値選択回路２０の出力Ｗｆは第２０図の
特性図のようにガスタービンのフェイルセーフ回転数以
下の回転信号Ｎｐが入力される領域では燃料制御電圧を
出力しない。

第１９図に示すようにフェイルセーフ回路１９は比較器
１９ａからなり、最小値選択回路２０は演算増幅器２０
ａ、２０ｂ１ダイオード２０ｃ、２０ｄを用いている。

次に上記構成の作動を説明する。

ガスタービン機関がスタータ等の始動装置により始動さ
れ回転数がフェイルセーフ回路１９で判別されるフェイ
ルセーフ回転数以上になると、コンプレッサ出口圧力Ｃ
ＤＰの信号ＶＣＤＰに応じた始動燃料制御電圧発生器８
の出口Ｇｆ１を補正回路１５によって熱交換器出口空気
温度の信号Ｖ Ｔ３，５により補正した制御電圧Ｇｆ’
（Ｇｆ、’）が、得られ、この制御電圧Ｇｆ’（Ｇｆ
１’）は各選択回路１７，１８．２０で選択され、増幅
器２１で増幅された後燃料調量を行なうアクチュエータ
２２に入力され、ガスタービン機関には始動に最適な量
の燃料が供給される。

回転が上昇し切換回転数設定器５で決まる設定回転数以
上になるとこの設定器５の出力ＶＮＣによって燃料制御
電圧切換器１２からは加速燃料制御電圧発生器９の出力
信号Ｇｆ２が出力され、上記信号Ｇｆ１同様に補正回路
１５で捕虫された後、この補正された制御電圧Ｇｆ’（
Ｃｆ’、）が各選択回路１７．１８．２０で選択され、
この制御電圧Ｇｆ’（Ｇｆ’、）に応じて燃料が機関に
供給される。

今回転数切換指令信号Ｎｓが無負荷運転を指示している
ときは回転数切換器６は無負荷回転数設定電圧ＶＮ１を
出力するため、機関の回転数が上昇してこの設定電圧Ｖ
Ｎ１に対応する無負荷設定回転数に到達すると最小値選
択回路１７はこの設定電圧ＶＮ１を選択出力し、機関に
はこの電圧ＶＮ１により量を制御された燃料が供給され
ほぼこの無負荷設定回転数付近（比例制御領域）に保た
れる。

なお、機関回転数がこの設定回転数に到達すると設定回
転数到達信号発生器１６から到達信号”ＲＥが発生し補
正回路１５のキャンセル回路１５２に入力されリレー１
５ｃが働いて燃料制御電圧Ｇｆの燃交換器出口温度Ｔ３
．５による補正をキャンセルする。

続いて回転数切換指令信号Ｎｓが手動ないし自動で切替
り、ガスタービン機関によって被駆動体例えば車両用冷
凍機のコンプレッサ等所定負荷の被駆動体を駆動すべく
ガスタービン機関の回転数を定格運転に切換えられると
回転数切換器６が定格回転数を設定する定格回転数設定
電圧ｖＮＲを切換えて出力する。

設定電圧ｖＮＲは設定電圧ＶＮ１より大きいため、最小
値選択回路１７からは補正回路１５からの燃料制御電圧
Ｇ ｆ’ （Ｇｆ’、）が出力され、燃料供給量が増加
し、ガスタービン機関の回転数は上昇する。

そして回転数が定格回転数に達すると最小値選択回路１
７は設定電圧ｖＮＲを出力し、機関はこのほぼ定格回転
数付近（比例制御領域）に制御される。

逆に定格運転から無負荷運転に切換指令信号ＮＳの指示
が変ったときは回転数切換器６（つまり最小値選択回路
１７）の出力がｖＮＲカラｖＮ、ニ切換す、ｖＮｌはｖ
ＮＲより小さいため最大値選択回路１８は減速燃料制御
電圧発生器１０からの制御電圧Ｇｆ３を出力する。

このため機関に供給される燃料は減少せられ、機関回転
数は無負荷回転数まで下降し無負荷運転される。

機関が何らかの理由で、最高許容回転数以上となるよう
なときは、最高許容回転数設定電圧発生器４の設定電圧
ＶＮＭが最小値選択回路１７′から選択され増幅器２１
に入力されるため、燃料制御電圧は減少して供給燃料量
を減少させ、機関が最高許容回転数以上となることを防
止する。

同様に機関の排気温度が最高許容温度以上となるような
ときは、最高許容温度設定電圧発生器１４の設定電圧Ｖ
’ＴＭが最小値選択回路１７で選択出力され燃料制御電
圧は減少し、機関が最高許容温度以上となることを防止
する。

又断線等のトラブルにより回転数電圧ｖＮＰが途絶えた
ときはフェイルセーフ回路１９の出力ｖＦが最小値選択
回路２０で選択されて、燃料制御電圧つまり燃料供給を
停止させる。

又機関の回転数が設定回転数領域（比例制御領域）に到
達すると設定回転数到達信号発生器１６が到達信号を発
生するため、指令信号Ｎ８の定格運転を指令する信号と
この到達信号とを用いて被駆動体である負荷を機関に接
続し運転することにより、回転数を安定させて運転する
ことが可能となる。

又この到達信号を補正回路１５のキャンセル回路１５２
に帰還させて、燃料制御電圧Ｇｆの熱交換器出口空気温
度Ｔ３．５による補正をキャンセルしているため、負荷
が大きくなった場合この設定回転数領域（比例制御領域
）外に機関回転数が達することを防ぐことができる。

以上のように本発明装置によれば、ガスタービン機関は
始動時、加速時、並びに減速時にコンプレッサ出口圧力
（ＣＤＰ）に応じた燃料制御電圧により燃料制御される
ため、失火、サージング等の問題のない適切な燃料供給
が可能となり、またフェイルセーフ回路により断線時等
に確実に燃料供給を停止でき、さらに機関の排気温度に
より最高許容温度を設定して燃料制御されるためオーバ
ーヒートの問題もない等、常に最適な燃料を供給でき、
効率よく機関を運転することができるという優れた効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図の回転数電圧発生器の一実施例を示す電気回路図、第
３図はその特性図、第４図は第１図の無負荷回転数、定
格回転数並びに最高許容回転数設定電圧発生器の一実施
例を示す電気回路図第５図はその特性図、第６図は第１
図の燃料制御電圧切換器及び切換回転数設定器の一実施
例を示す電気回路図、第７図はこの特性図、第８図は第
１図の回転数切換器の一実施例を示す電気回路図第９図
は第１図の圧力信号増幅器、加速燃料制御電圧発生器、
始動燃料制御電圧発生器及び減速燃料制御電圧発生器の
一実施例を示す電気回路図、第１０図はその特性図、第
１１図は第１図の熱交換器出口空気温度乃至排気温度に
比例した電圧を発生する各増１扁器及び最高許容温度設
定電圧発生器の一実施例を示す電気回路図、第１２図は
その特性図、第１３図は第１図の補正回路の一実施例を
示す電気回路図、第１４図は第１図の設定回転数到達信
号発生器の一実施例を示す電気回路図、第１５図はその
特性図１、第１６図は第１図の最小値選択回路及び最大
値選択回路の一実施例を示す電気回路図、第１７図及び
第１８図はその特性図、第１９図は第１図のフェイルセ
イフ回路の一実施例を示す電気回路図、第２０図はその
特性図である。 １・・・・・・回転数電圧発生器、２・・・・・・無負
荷回転数設定電圧発生器、３・・・・・・定格回転数設
定電圧発生器、５・・・・・・切換回転数設定器、６・
・・・・・回転数切換器、７・・・・・・圧力信号増幅
器、８・・・・・・始動燃料制御電圧発生器、９・・・
・・・加速燃料制御電圧発生器、１０・・・・・・減速
燃料制御電圧発生器、１１・・・・・・温度信号増幅器
、１２・・・・・・燃料制御電圧切換器、１４・・・・
・・最高許容温度設定電圧発生器、１５・・・・・・補
正回路、１７・・・・・・最小値選択回路、１８・・・
・・・最大値選択回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一軸式熱交換器付ガスタービン機関における機関の
   回転数に応じた電圧を発生する回転電圧発生器と、 この回転数電圧発生器からの回転数電圧がそれぞれ入力
   され、機関の無負荷回転数を設定する電圧を発生する無
   負荷回転数設定電圧発生器、および機関の定格回転数を
   設定する電圧を発生する定格回転数設定電圧発生器と、 前記無負荷回転数設定電圧発生器と定格回転数設定電圧
   発生器の出力設定電圧が入力されいずれか一方の設定電
   圧を出力する回転数切換器と、機関のコンプレッサ出口
   圧力を検出する検出器からの圧力信号電圧が共に入力さ
   れ、この圧力信号電圧に応じてそれぞれ始動燃料制御電
   圧、加速燃料制御電圧、並びに減速燃料制御電圧を発生
   する始動燃料制御電圧発生器、加速燃料制御電圧発生器
   、並びに減速燃料制御電圧発生器と、前記回転数電圧発
   生器からの回転数電圧が入力され所定回転数以上か以下
   かを判別して切換信号を出力する切換回転数設定器と、 この切換回転数設定器の切換信号並びに前記始動燃料制
   御電圧発生器、加速燃料制御電圧発生器からの２つの燃
   料制御電圧が入力され、この切換信号に応じて両燃料制
   御電圧のうちのいずれか一方を出力する燃料制御電圧切
   換器と、 機関の熱交換器の出口空気温度を検出する検出器からの
   温度信号が入力され、この温度信号に応じた温度信号電
   圧を出力する温度信号増幅器と、この温度信号増幅器か
   らの温度信号電圧並びに前記燃料制御電圧切換器からの
   燃料制御電圧が入力され、この温度信号電圧の大きさに
   応じてこの燃料制御電圧を補正した電圧を出力する補正
   回路と、 機関の排気温度に応じた温度信号電圧が入力され、この
   温度信号電圧により最高許容温度設定電圧を発生する最
   高許容温度設定電圧発生器と、前記回転数切換器の出力
   電圧、前記補正回路の出力電圧、並びに前記最高許容温
   度設定電圧発生器の出力電圧が入力され、これらの出力
   電圧のうちの最小値を選択して出力する最小値選択回路
   と、この最小値選択回路の出力電圧と前記減速燃料制御
   電圧発生器の出力電圧が入力され、これらの出力電圧の
   うち最大値を選択して出力する最大値選択回路と、 前記回転数電圧発生器からの回転数電圧が入力され、こ
   の電圧信号が途絶えたとき燃料制御電圧を停止させるフ
   ェイルセーフ回路と、 前記最大値選択回路からの出力電圧と前記フェイルセー
   フ回路からの出力電圧のうち最小値を選択して出力する
   と共にこの出力電圧により機関に供給する燃料の量を制
   御する最小値選択回路とを備えたことを特徴とする燃料
   制御電圧発生装置。