JPS5945811B2 - 抽気通路を備えたガスタ−ビンの燃料制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原動機の燃料制御技術さらに評言すれば燃料流
量を回転圧縮機を有するガスタービンのバーナに対して
調節し、この場合圧縮機の排気圧を検出して原動機の加
速中など時間変化に応じた燃料流量を設定するのに利用
するものである。

通常、この種の流量制御には圧縮機の排気圧を検出し燃
料調節エレメントの位置を圧縮気排気圧の変化の関数と
して変化させるために検出機が用いられる。

一般的なタイプの制御については圧縮機排気圧検出器と
燃料調節エレメントが起動される状況が参照番号１２７
，１２８でそれぞれ示されている米国特許第３，１４２
，１５４号に開示されている。

本発明は圧縮機排気口から空気が抽気されこの空気用が
補助的機能を果たすか補助機器を動作させるのに用いら
れるタイプのタービン用燃料制御装置に関する。

圧縮機排気圧が所定の値であってこの時抽気量が増大す
るときは原動機の動作を抽気量の増加にも拘らず同一に
保つためにバーナへの燃料流量を増加させる位置にまで
燃料調節エレメントを変位させることが望ましい。

それ故、燃料調節エレメントの位置は圧縮機排気圧の関
数としてのみならず抽気量の関数としても変位されるべ
きである。

抽気量を測定する一法は圧縮機排気口ｔこ連通した抽気
通路において空気圧を測定することである。

抽気流量が増すと抽気圧は低下する。

抽気がゼロのときは抽気圧は大体圧縮機排気圧に等しく
なりこの条件下で、燃料調節エレメントの位置は圧縮機
排気圧の所定の関数関係での変化をもたらす標準式に従
って変化される。

抽気量の増加中に燃料をこの抽気量の関数として増加さ
せるためには、抽気圧と圧縮機排気圧との比の変化の非
線型関数として上記の標準式を改変することが提案され
た。

しかしこのような提案は複雑な回転機構、３次元カム等
を用いて標準式の所定の非線型変化を達成しなければな
らない。

・本発明は抽気量が増加するにつれて所要燃料の供給を
増大させるように標準プログラム（式）を可変する新規
で改良された燃料制御装置を提供するもので従来に比べ
て精緻な機器を必要としない特色を有するものである。

本発明によれば上述の課題を達成するために抽気圧を検
出するととも【こ標準式を変化させて抽気圧と圧縮機排
気圧との比の減少度の一次関数として燃料流量を増加せ
しめるように独特の圧縮機排気圧検出器を備えた燃料制
御装置を提供するものである。

また、抽気圧と圧縮機排気圧との比の変化を様々な一次
関数を用い、圧縮機排気検出器のエレメントの相対的大
きさを変化することによって上記の標準式を変更し得る
ものである。

構造上本発明は圧力検出器が抽気圧力を検出して圧縮機
排気圧と抽気圧との間の加重した差値に応じて燃料調節
エレメントを変位させるように普通の圧縮機排気圧検出
器を改良することを特色とするものである。

実施例に関する添付図面に従って本発明の構成を詳述す
る。

本発明による改良された燃料制御装置１０は通常型の回
転圧縮機１５を駆動するガスタービン１４のバーナノズ
ル１３に成端する管路１１に対し加圧液体燃料の供給流
量を調節するものとして示されている。

細長いハウジング１７の吸入口１６から空気が取入れら
れ圧縮機１５の回転翼、燃焼室１９、タービン２０の翼
の順序で通った後ハウジングの排出口から排出される。

燃料制御□□装置１０はケーシング２３内部で軸線方向
と回転方向の変位が自在をこなされた燃料計量弁の型を
した燃料調節エレメント２１を備えている。

加圧燃料は入口通路２４からケーシング入流入し上記計
量弁２１内部に画成された室２５＆こ流入してからさら
にこの室２５の壁面ｌこ形設されたほぼ矩形のポート２
６から流出する。

ポート２６はケーシング２３内に形設された同様な形状
のポート２７よ整合し得るようになされ出口通路２９と
連通して管路１１、バーナノズル１３につながるように
なされている。

弁２１は第１図に示す位置から下向き（こ変位すると、
ポート２６がポート２７と重なり合う面積が漸増し出口
通路２９への流量を増加させる。

同様りこして、第１図の位置でポート２６が右側に進む
ように弁２１が回転すると、ポート２６とポート２７と
の重なり合う面積が大きくなり燃料流量が増す。

この弁２１の回転は本発明で特（こ詳述する必要のない
機構によって行われるのでこの種の機構について詳細は
省略する。

弁２１の軸線方向の変位は圧縮機排気圧検出器３０によ
り測定された圧縮機１５の排気口から排出される空気の
圧力（記号Ｐ３で示す）の変化に応じてなされる。

この圧力検出器はケーシング２３内の室３３に収設した
密閉ベローズ３１を含み、このベローズの内部または室
３４は通路３５を経て、タービンハウジング１７の圧縮
機排気口区間３７Ｌｌこ終端を有する管３６に連通して
いる。

従って、ベローズの内部ｊま圧縮機排気圧Ｐ３になって
いる。

ベローズ３１の下端部は上側４１がベローズ室３４の下
方壁を画成したピストン４０で封止されこのピストン４
０は燃料弁２１に杆体４３で連結されている。

ピストンの下方壁４４は断面積がベローズ３１よりも小
さく真空にされていて圧力の絶対標準を与えるためのベ
ローズ４５が封止されている。

コイルばね４６はこのベローズ４５をとり囲むようにし
てケーシング２３の下方壁とピストン４０の下側４４と
の間で伸縮しピストン４０を上向きに弾定している。

前述のように、圧縮機排気圧Ｐ３の上昇でピストン４０
は下向きに押し下げられて弁２１も下方に変位し通路２
９への燃料流量を増加する。

Ｐ３が下がると、ばね４６はピストン４０を押し上げる
から弁２１は上昇して燃料流量を減少させる。

この弁の変位量はこのようにＰ３の関数として変化する
。

タービン１４を用いていると、圧縮空気の量は圧縮機１
５の排出口から抽気され補助機器の動作に用いるか補助
的機能をなすのに用いられる。

このために、絞り５１を有する抽気通路５０は圧縮機排
気区間３７に連通しさらにこの区間から抽気する空気流
量を弁５３の全閉位置から様々の開放位置への変位ｔこ
よって調節する。

絞５１のため、抽気される空気の流量はこの絞りと抽気
弁５３との中度点で抽気通路５０と連通した閉管路５４
内の抽気圧ＰＢを検出することによって測定できる。

抽気弁５３を全閉して抽気を止めると、抽気圧ＰＢは圧
縮機排気圧Ｐ３に等しくなる。

抽気弁５３を全開するとこの時のＰＢはＰ３のｉ８０％
まで降圧する。

□ □空気を圧縮機排気区間３７・から抽気通
路５０を経て抽気すると、タービン１４の能力が低減さ
れる。

抽気が行われるときタービンの能力の低下を防ぐためｔ
こは、抽気流量の増加従って抽気圧ＰＢの低下１こつれ
てタービンへの燃料流量を増加させることが望ましい。

本発明は、この燃料流量が圧縮機排気圧Ｐ３と抽気圧Ｐ
Ｂとの加重した差値の関数として燃料調節エレメントま
たは弁２１を変位せしめること（こより、抽気流量の増
大【こつれて予ゆ定めておいた式に従い増／Ｊｌｌする
こさができる、という発見に基礎を置くものである。

この場合の式はきわめて簡単に求められるだけでなく、
複雑な機器を要さず圧縮機排気王検出器３０により圧縮
機排気圧Ｐ３だけでなく抽気圧ＰＢを検出測定しこの検
出器を用いてこれら肉圧力値の関数として燃料調節エレ
メント２１を変位せしめることができるのである。

さらに評言すれば、本発明は室３３およびピストン４０
の被蓋してない表面を抽気通路５０内の空気圧ＰＢにさ
らすることにより実現される。

このために、抽気通路５０に連通した管路５４が検出器
３０につながれさらにゲージング２３の通路６０を経て
室３３と連通している。

このようにして、抽気圧はピストン４０の下側または下
方壁４４の被蓋されていない部分に上昇力として作用し
て燃料弁２１を上向きに変位させる。

抽気圧ＰＢが抽気流量の増大により圧縮機排気圧Ｐ３に
対して低下すると、ピストンに作用する上向きの力が減
少して燃料弁２１は下降し燃料流量を増加させる。

反対に、抽気流量が減ると、抽気圧ＰＢが圧縮機排気圧
Ｐ３ｔこ対して上昇して燃料弁を上向きに変位させ燃料
流量を少なくさせる。

燃料弁２１は、圧縮機排気圧Ｐ３がピストン４０に加え
る下向きの力が抽気圧ＰＢとはね４６のピストンに作用
する上向きの合成力と釣り合うと、軸線方向に固定した
位置に止まる。

圧縮機排気圧が加える下向きの力が、圧力Ｐ３の作用す
る有効ピストン面積Ａ１Ｐ３を乗じた値に等しくなり、
この時の面積Ａ１はベローズ３１の有効横断面積に相当
する。

抽気圧が加える上向きの力はこの圧力の作用する有効ピ
ストン面積とＰ３とを乗じた値になる。

ここで、Ａ２をベローズ４５の有効横断面積とすると、
上記後者の面積はＡＩ Ａ２となる。

従って、弁２１に加わる力が釣り合い弁が静止するのは
、Ｆｓをばねの力として Ｆｓ＝Ｐ３Ａ、−ＰＢ（Ａ、−Ａ２） （１）のと
きである。

圧力検出器３０が果たす燃料流量への作用を完全に挟握
するには、燃料流量が所定の基準点から燃料弁２１の軸
線方向の変位りの変化が一次関数として変化しまたこの
ような軸線方向の変位が弁２１に作用する力の一次関数
としで変化するものと想定しておく。

ばねの伸び率をＳとすると、変数Ｐ３ ＋ ＰＨの関数
としての弁２１の軸線方向変位りは次式で表わされる。

ここでＡ２−１さらにＡ１＝ＫＡ２としＫを定数とする
と、式（２）は次のように書き直される。

式（３）から、検出器３０により弁２１の変位りが圧力
Ｐ３とＰＢとの「重みづけした」差値の所定の一次関数
として変化させられ、この変位りは（「重みづけした」
の意味をＰ３．ＰＢまたはこれら双方に定数を乗じたも
のとして）本発明による制御装置１旧こおいてベローズ
３１および４５の面積Ａ１およびＡ２の比によって決め
られることが理解されるであろう。

ここで、ベローズ３１の面積Ａ１をベローズ４５の面積
Ａ２の２倍従ってＫを２に仮定すると、式さらにここで
抽気がゼロでＰＢ ｆＪｓ Ｐ ３に等しくなっている
さすると、式（４）は次式になる従って、弁２１の変位
りは圧力Ｐ３と抽気圧が等しい（すなわちＰＢ／Ｐｓ＝
１）とすると圧縮機排気圧Ｐ３の変化の関数として変わ
る式に従うことがわかる。

この時の式を以下「標準式」とし第２図の曲線６５で示
される。

ここで、排気弁５３を開放してＰＢをＰ３に対して小さ
くすると、Ｐ３の変化により、ＰＢ／Ｐ３の一次関数と
して標準式６５から派生する様々な異なった式に従って
燃料弁２１の変位りをもたらす。

ＰＢ／Ｐ３の値が０．９５ 、０．９０ 、０．８５
、０．８０のときの各式（Ｋ−２として）は第２図にお
いてそれぞれ曲線６６．６７．６８，６９で示される。

弐６６ないし６９の変化を説明するには式（３）を次式
のように書き改めると役立つ。

式（６）から、通路３５を経て検出器３０に通常作用す
るＰ３信号は括弧内の係数が乗ぜられ、この係数を以下
乗数Ｍと呼ぶと、ＰＢ／Ｐ３の一次関数として変化する
。

第５図の曲線７０はＫが２に等しいときのＰＢ／Ｐ３の
変化に対して乗数Ｍの変化を示す。

ＰＢ／Ｐ３が１のとき、Ｐ３にはたらく乗数Ｍも１に等
しく従って燃料弁２１はＰ３が変化するにつれ標準式６
５（第２図）ｆこ応じて変位する。

抽気が始まりＰＢ／Ｐ３の値を１よりも小さくすると、
Ｐ３信号にはたらく乗数Ｍの値は曲線７０（第５図）に
従って直線的；こ増加してＰ３の変化は第２図に示す弐
６６ないし６９の表わす式によって弁２１の変位を生じ
させる。

第２図の曲線６５ないし６９から、圧縮機排気圧Ｐ３が
ゼロよりも大きい所定の値のとき、ＰＶＰ３の与えられ
た変化でＰ３の値に関係なく弁２１の変位りの定率の変
化が生ずることがわかる。

例えば、Ｋが２のとき、ＰＢ／Ｐ３のｆ直が５％小さく
なるとＰ３の値に拘らず弁２１の変位りは５％増加し、
この変位りにつれて流量が一次的に変わるとして、燃料
流量が５％増す。

こうして、燃料流量は圧縮機排気圧Ｐ３に対する抽気圧
ｐＢの比の減少の関数として直線的に増加する。

かくしてタービン１４への流量は抽気流が生じたとき受
入れ自在の式に従って増加させることができる。

ベローズ３１および４５の面積Ａ１およびＡ２の比を変
えることにより、定数には異なる値で設定できこれによ
って弁２１の変位りを異った変化率ｔこし、これに応じ
てＰＢ／Ｐ３の値の所定の変化について燃料流量も異っ
た比率で変えられる。

こうして、Ｋを３にとると、乗数Ｍは第５図の曲線７１
で示すようにＰＢ／Ｐ３の変化に対して変化し弁２１は
第５図の式６５および７６ないし７９に応じて変位され
る。

ベローズ３１と４５をに＝４を与える寸法にすると、乗
数Ｍは第５図の線８０で示すＰＢ／Ｐ３変化につれて変
化し弁２１は第４図の式６５および８６ないし８９に従
って変位する。

こうして、検出器３０はベローズ３１と４５ゐ面積Ａ１
とＡ２を選択して適切なに値を決めるだけで各種のター
ビン１４（もしくは製造元の異なるタービン）における
燃料の供給条件に全て合致させることができる。

標準式または曲線６５はに値に関係なく同じであること
は第２ないし４図から明らかである。

本発明による検出器３０を用いると、Ｋの値は常に１よ
りも大きくなりこの結果弁２１はＰＢ／Ｐ３値が減少す
るにつれ燃料流量を増す方向に変位することになる。

前述のことから、本発明は圧縮機排気圧検出器３０を独
特の構成になして抽気圧も検出してこの抽気圧と圧縮機
排気圧よの比の減少に応じて燃料流量を適切に増加せし
める新規で改良された燃料制御装置１０をもたらすもの
であることが明らかになった。

このようなことは通常の検出器に比較的簡単な変更を加
えることにより、またベローズ３１および４５の面積比
を単に変えるだけで達成することができ、検出器は様々
なタービン１４の必要条件にたやすく合致させることを
可能にする。

検出器３０は計量弁２１として燃料調節エレメントに関
連させて述べたが、この圧力検出器は別な燃料調節エレ
メントに連結したり前出の米国特許に開示されているエ
レメント１９８のようなエレメントを間接的に変位させ
るために圧力信号等の非機械的に出力を用い得ることも
言う迄もない。

次に本発明の実施態様を列記する。

（１）前記関数は一次である請求の範囲１所載の制御装
置。

（２）前記検出手段はＫを定数として関係式Ｐ３に−Ｐ
Ｂ（Ｋ−１）の変化に従って前記弁の変位を変化せしめ
る請求範囲１所載の制御装置。

（３）前記検出手段が、前記圧縮機排気区間）こ連通し
た第１の室、前記抽気通路に連通した第２の室、各これ
らの室の壁は各室内の圧力変化に応答して変位すること
、および上記各室の壁に連結されこれら壁の変位に応答
して前記燃料調節エレメントの変位を行わせる手段より
構成された、請求範囲１所載の制御装置。

（４）前記壁は前記室の一方の内部の圧力の上昇に応答
して一方の方向（こまた他方の室の内部の圧力の上昇に
応答して反対の方向に前記連結された手段を変位せしめ
るように配設してなる上記（３）所載の制（財）装置。

（５）前記壁は異なる有効面積を有しそれぞれに圧力が
作用するようにしてなる上喧４）所載の制御装置。

（６）複数のバーナを有するガスタービン、上記バーナ
への燃料流量を制御するために様々な位置に変位し得る
燃料調節エレメントを備えた制御装置の組合せからなり
、上記ガスタービンは圧縮機排気区間および該区間に連
通ずる抽気通路を備え上記圧縮機排気区間の圧力を検出
するとさもに上記抽気通路の圧力を検出してと五ら圧力
の一方の変化に応答して上記燃料調節エレメントを変位
せしめる手段が設けられ、該手段は上記圧縮機排気区間
と上記抽気通路にそれぞれ小連通する第１の室および第
２の室が設けられ、上記第１の室は上記圧縮機排気区間
の圧力上昇に応答して一方向に可動な壁部材を有し１．
上記第２の室は上記抽気通路の圧力低下に応答して上記
一方向に可動な壁部材を有し、これら両壁部材に連結さ
れこれら壁部材の運動に応答して上記燃料調節エレメン
トを変位せしめる手段を備えた制御装置。

（７）圧縮機排気区間を有するとともに該区間に連通し
た抽気通路を有するガスタービンの複数のバーナへの燃
料流量を調節する制御装置であって上記バーナへの燃料
流量を制御するために様様な位置ｔこ変位し得る燃料調
節エレメント、上記圧縮機排気区間の圧力Ｐ３および上
記抽気通路の圧力Ｐ を検出していずれか一方の圧力の
変化に応答して上記燃料調節エレメントの変位りを生起
せしめる手段であって該手段は上記変位りをＰＢ／Ｐ３
の変化の一次関数として変化しこれによってＰＢ／Ｐ３
の所定の変化でＰ３の値に関係なくＤを一定の比率で変
化せしめるよう！ζした制御装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による燃料制御装置を備えたガスタービ
ンの基本構成図、第２図は抽気圧と圧縮機排気圧との様
々な比の定数値に対して圧縮機排気圧に応じた燃料調節
エレメントの変位を示す曲線群、第３図および第４図は
第２図と同様であるが燃料制御装置が様々な圧縮機排気
圧検出器を備えるときの燃料調節エレメントの変位を示
す曲線群、第５図は抽気圧と圧縮機排気圧との比が変化
するとき燃料調節エレメントの変位にはたらく補正係数
を３つの異なった圧縮機排気圧検出器について示す曲線
群である。 １０・・・・・・制御装置、１３・・・・・・バーナ、
１４・・・・・・ガスタービン、′３７・・・・・・圧
縮機排気区間、５０・・・・・・抽気通路、２１・・・
・・・燃料調節エレメント、３０・・・・・□・検出手
段、１３４・・・・・・第１の室、３３・・・・・・第
２の室、４１，４４・・・・・・壁部材、４３・・・・
・・壁部材との連結手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮機排気区間を有するとともに該排気区間に連通
   した抽気通路を有するガスタービンの複数のバーナに送
   給する燃料流量を調節する制御装置であって、様々な異
   なった位置に変位自在になされていて上記複数のバーナ
   への燃料流量を調節する燃料調節エレメント、および上
   記圧縮機排気区間の圧力Ｐ３と上記抽気通路の圧力ＰＢ
   との重みつけした差値を検出して該差値の変化量の所定
   の関数として上記燃料調節エレメントを変位せしめるた
   めの手段を具備したことを特徴とする制御装置。 ２ 複数のバーナを有するガスタービン、およびこれら
   バーナへの燃料流量を様々な異なった位置に変位するこ
   とによって調節する燃料調節エレメントを有する制御装
   置からなり、上記タービンは圧縮機排気区間と該排気区
   間に連通した抽気通路とを有する組合せにおいて、上記
   圧縮機排気区間の圧力Ｐ３と上記抽気通路の圧力ＰＢと
   の重みづけした差値を検出して該差値の変化量の所定の
   関数として上記燃料調節エレメントを変位せしめる手段
   、該手段の内部に設けられ上記圧縮機排気区間に連通し
   た第１の室および上記抽気通路に連通した第２の室、上
   記第１の室の内部にあって上記圧縮機排気区間の圧力の
   上昇に応答して一方向に可動な壁部材、上記第２の室の
   内部にあって上記抽気通路の圧力の低下に応答して上記
   一方向に可動な壁部材、ならびに上記両壁部材に連結さ
   れこれら両壁部材の運動に応答して上記燃料調節エレメ
   ントの変位を生起するように動作し得る手段、によって
   構成されたことを特徴とする抽気通路を備えたタービン
   の燃料制御装置。