JPS6060222A - ガスタ−ビンエンジン用燃料制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービンエンジンの燃料制御システム、特
にガス発生ユニット及び別個の動力タービンを有するエ
ンジン用の上記システムに関する。

デジタル計算機によって制御されるステップモ−タで作
動される燃料調量装置を提供することが提案され、この
計′Ｓ機はエンジンの運転状態に応答する。このような
システムにおいて、計算機の故障は、故障が起きた運転
位置でステップモータを停止または「凍結」させる。こ
のような装置は、調量装置を流通する流量が斐求に対応
してエンジンを加速または減速しているときに、もし上
記の凍結が起こると加速捷たは減速が継続する。

本発明の目的は、調量装置が、ステップモータとトルク
モータの両方によって作動され、かつステップモータが
エンジンの定常運転時のみに適した燃料流量を提供し、
調量装置が定常運転位置からトルクモータによって離れ
る方向に押動される加速または減速燃料流量を提供する
ために調量装置を位置づけるような燃料制御システムを
提供するにある。

本発明によれば、ガスタービンエンジン用燃料制偶１シ
ステムは、第１の電気信号に応答するステップモータと
、前記ステップモータの運転位置に応答して第１出力を
提供する装置と、第２電気信号に応答して第２出力を提
供するトルクモータと、前記出力の和に応答して前記満
量装置を位置づける制御装置と、前記エンジンの運転状
態に応答して前記第１及び第２血気信号を発生する計算
機装置とを含む。

図面を参照しつつ、本発明の説明のみのだめの実施例に
ついて以下に本発明を説明する。

各図面を通じ、互いに関連して【照しかつ各図において
関連する抽品には、同一の参照符号がつげられている。

第１図から分かるように、ガスタービンエンジン１０は
、圧縮機１２及びタービン１６をもつガス発生後部分１
１を會む。エンジン１０は、さらに別動の作用タービン
１４ケ含む。

燃料はガス発生機１１によって駆動される稙；動答積ポ
ンプ１５によってガス発生機１１に供給される。この燃
料は、エンジン１０の運転状態に応答する計算機１７に
よってその作用が制御される司変調情装置１６を通過す
る。

ポンプ１５の出力は、供給ライン２０に接続され、該ラ
インは、第２図にさらに詳細に示しかつ後述する逃し弁
装置２１を通過する。ポンプ１５と逃し弁装置２１との
間には燃料を高圧ライン２６に供給するフィルタ装＠２
２が配設される。

調量装置１６は、第６図にさらに詳細に示され、供給ラ
イン２０から送出２イン１９への燃料流量を調整する調
量器２４を含む。調量器２４は、スリーブ２６内を滑動
しかつ室２７内のサーボ圧力に応答する制御要素２５を
含む。はね２８が制御要素２５に作用して、制御要素を
しゃ断位置に押動し、これにより、フィン２０．２３内
にシステム圧力が存在しない状態ではＭｆｔｆｔ器上４
料流量をしゃ断する。高圧ライン２６と、ポンプ１５の
入口と連通ずる低圧ライン６１間にレストリフタ２９と
制御弁６０が直列に接続され、室２７内の圧力は、レス
トリフタ２９と弁６０間の圧力である。

弁６０は、制御部材３２を有し、該部材は、計算機１７
からの制御信号に応答する駆動回路６６からライン６４
への電流信号に応答するトルクモータろろによって中立
位置（図示せず）から時計方向筐たは反時計方向に可動
である。フィードバックはね３５が制依１ｊ要素２５と
制御部口３２を連結し、これにより要素２５の運動しよ
至２７内の圧力を変化させてこの運動に対抗する。

調量装置１６もステップモータ４０と該モータ　・用の
、駆動回路４１を含み、回路４１は泪Ｚ’ｌ−機１７か
らのジイン４２上の信号を制（Ｌｌｌするように応答す
る。ジイン４２上の信号は、単位時間ごとのステップ敷
としてあられされるモータ４０の１９丁要速度ケあられ
す。ライン４２に１ｄ号が存在しないときは、回路４１
はモータ４１に持絖惰号を与えてモータをその最終の運
転位置に維持する。ステップモータ４０は、歯車４４を
介してナツト４６を駆動し、ナツト４６は軸部４５とね
じ係合される。

引張ばね４６は、軸部４５と制４１１部月６２間に結合
され、これにより制御部口６２はトルクモータ６６、ス
テップモータ４０、および醐量制例製素２５の作動位置
に対応する力の平衡によって位置づけられる。ステップ
モータ駆動回路４１はまた、手動スイッチ５６（第１図
）からのライン５２上の信号に応答し、これによりライ
ン４２上に信号が存在しない場合でも、モータ４０はス
イッチ５６によってステップ動作する。

制御要素２５は、不還弁４８を具備する貫通路４７を有
し、これにより、制御要素２５がそのしゃ断位置にある
とき、送出２イン１９は低圧戻りライン６１と連通ずる
。変位変換器４９は制御要素２５の位置をあられす計算
機１７信号をマシ算機１７へのライン５０に提供する。

調量装置１６は、さらに、ライン２ろ内のシステム圧力
の上昇によって押動されて通路６２と低圧戻りライン６
１間の連通を増大するプランジャ要素６１をもつ弁６０
を含む。要素６１は、送出ライン１９内の圧力に応答す
るばね負荷されたプランジャによって反対方向へ押動さ
れる。よって、弁６０は調量器２４にかかる圧力差の増
加に応答して通路６２内の圧力を減少する。プランジャ
要素６１はまた、空虚なベローズユニット６５に結合さ
れたレバー６４によって作用され、該ベローズユニット
は、ライン６６を介しでエンジン圧縮機１２の給入圧力
Ｐ１を受ける。この装置により圧力Ｐ１の減少がプラン
ジャ６１を通路６２内の圧力全滅する方向に押動する。

逃し弁装的゛２１は第２図にその計細を示し、供給ライ
ン２０とポンプ１５の人口に連、ＩＩＪする逃し通路７
２間の流量を制御する段階貿素７１をもつ弁７０を譬む
。質素７１はばね７８によってしゃ断位置に偏倚され、
か゛つこれは通路６２及びレストリクタフ４によって高
圧ライン２ろと連通ずる室７６内の圧力に応答する。室
７６内の圧力ｔよこのようにして調量圧力の低下及び圧
縮機流入圧力）’　Ｉ　Ｋ　、１：　！ｌ）　弁６０　
（８１Ｅ　３　図）　ｖｃよ−，）　でｍ　ｖ−ａれ、
に１゛４量圧力低下が増大すると室７６内の圧力を低下
させ、かつ弁７０を開いて燃料をボノゾ１５の入ロレこ
逃し尻ず。この装置によって調量器２４に発生する圧力
＆ｉＬ、圧縮機１５１ｊ人圧力Ｐ１のノツ［与の値には
１１一定に維持される。装ｊｔ＆、　２１は甘だ、電磁
弁７５を含み、該弁は常閉状態にあるが、付勢されると
室７６を戻りライン７６’ｃ弁してポンプ１５の入口に
接続する。弁７５は、エンジン１０をしや断する要求に
応答して、討昇憬１／からの）１ン７７上の信号によっ
て付勢されて、弁７０をして供給通路２０内のほとんど
すべての燃料をポンプ１５の入口に逃し戻させる。

燃料送出ライン１９は、昇圧弁８０によってエンジン１
０と連通し、昇圧弁８０は、その詳細を第４図に示しか
っばね８２によってしゃ断位置に偏倚ネれるｉｌｉ制御
安制御安全８１、要素８１はライン１９内の圧力によっ
てはね８２の作用力に抗して移動して送出ライン８６を
通りエンジン１０への燃料＠、蟻をｄｌ−す。弁８０の
機能は、このゾステＪ・内の燃料圧力が、必要な作動ヤ
ーポ゛圧力を提供するのに十分な予め定めたンベルに達
する１で、エンジン１０への燃料流星゛を防止すること
にある。

もし電磁弁７５（第２図）が一つの要求に尾、答してエ
ンジンを停止するように付勢されｔしは、７ステムを通
る燃料圧力を低減させ、弁８０ケはね８２の作用によっ
て完全にしゃ断させる。それと同時に、制御要素８１の
軸部８４は、ばね８６の作用に抗して＆杉弁８５をその
弁座から持ち一トけ、それによって送出ジイン８６を緩
衝接続部８７に接続する。

計ｒ算機１７は、動力タービン１４の速度に対応する信
号Ｎ０、動力タービン１４の速度に対応する名目上同一
の信号ＮＰＩ　、ＮＦ２、出力タービンブ。

レード湿度に対応する信号Ｔ、エン、ジン出力セレクタ
装置９０の作動位置θによる調量制御要素２５（第３図
）の位置に対応する信号、及びエン・ジン吸気圧力Ｐ２
に対応する信号などを含むエンジン１０の検出された状
態に応答する。計算機１７１ｒＪ、エンジンの定常運転
状態において、調和制御要素が静止ステップモータ４０
によって所定位置に保持されるように配置される。加速
捷たは減速中に、計ｑ５機１７はトルクモータ３６への
ツイン３４上に信号を提供して、その定常運転値から燃
料流：ｌ：を増加し゛または減少する。さらに、トルク
モータ６６への信号が維持されている限り、ステツゾモ
ータ４０は付勢されて、１１１１部４５を、モータ６り
からのトルクを助長する方向に移動する。トルクモータ
６６への信号は、燃料（ＪＩＥ　ｆｆｉの制御が１呼び
ステッゾモータ４０のみの制御の下になるまで、エンジ
ン１０が燃料流量の変化に応答しかつシステムが新しい
定常状態に近づくにつれて漸次に減少される。

第５図の制御（般能線図は、アナログ！ｔ　８機である
ような計算機を示すが、別の配置では、この計算機はデ
ジタル方式とすることもできる。いずれの場合でも、計
算機の発する信号は、上述のように、ガス発生機速度Ｎ
　Ｇ、出力タービン速度ＮＰ、出力タービンブレード温
度Ｔ、及びエンジン出力セレクタの作動位置θに応答す
る。しかし第５図では、人力信号としてはＮＰとθとあ
値のみが示される。

計算機１７は、信号ＮＰ及びθに応答して比例増幅器、
積分及び微分組合せ回路１’　０２へのライン１０１上
に速度誤差信号を提供する。回路１０２は、トルクモー
タ３６のＮＡＤ山回％３６へのライン６７上に制御信号
を提供（７、この制御信号は加速または減速を行うのに
必俣な燃料流量の変化を示す。ライン３７上の信号は捷
た別の差動増幅器制御回路４１（第６図）へのライン４
２上に出力信号を提供する。この配置によって、ステッ
プモータ４２は、比較的緩徐に、かつトルクモータろ６
によってレバー制御部材６２に加えられた動きに。

従う方向に移動する。

第５図に示すブロック１０４は、エンジン１゜が加速中
に、制御部材６２の角度位置θに対してプロットした燃
料流量Ｆを示す。ライン１０１上の加速度誤差信号はト
ルクモータ６３への２イン６４に、弁６０を通る流量を
増加しかつ制御要素２５を急速に移動させて燃料流量Ｆ
を増大させる信号を与える。この効果は線ＡＢによって
ブロック１０４内に示され、ここにＡは始めの定常状態
を示す。ステップモータ４０の追従は漸増的にレバー制
御部材３２に作用を及はすから゛、速度誤差信号が減少
すると、ステップモータ４０は比較的緩徐に制御部材３
２を線ＡＢ上の状態ＣからＤで示す新規の定常状態に駆
動し続ける。

明らかに、同様な状態の連続が、方向は逆であるが減速
中にブロック１０４内に示される。

計算機１７またはその入力もしくは出力回路の故障はラ
イン３７．４２から信号を除去させるように配置されて
いる。ライン６７からの信号の除去は、制御部材６２（
第６図）がステップモータ４０から生ずる力及び制御要
素２５の位置にのみ応答する効果をもつ。２イン４２上
に信号が存在しないときは、モータ４０は故障が起った
作動位置に効果的に固定される。モータ４０はエンジン
１０の定常運転状態のみを制御するから、モータ４０の
除勢がエンジン１０をその設計限度を越えて加速または
減速させるという危険はない。

従って上述のような故障は、故障発生時にこの７ステム
を定常状態に保持させる。しかし、故障発生に引続いて
のスイッチ５６の手動操作は、もし必要ならば、このシ
ステムヲ新規な定常運転状態に設定させることができる
。

第６図及び第７図の態形式の制御機能がアナログ作用の
形で示されるがこれはデジタル式にも実施できる。第６
図の制御機能に対し、計算機１７は、エンジン出力セレ
クタレパ−９０の作動位置０、エンジン吸気圧力Ｐ２、
エンジン吸気温度Ｔ２及びガス発生機１１の速度ＮＯに
対応するイキ号に応答する。

信号ＮＧは回路１５０内でポンプ１５の性能に対応する
因子ＫＰ倍されて、ライ１５１上にポンプ１５によって
送出された燃料流量に対応する信号ＦＰを提供する。信
号ＮＧ及びＴ２は関数発生機１５２に加えられ、該発生
機はＮＧ／ＶＩ７に対応する信号を別の関数発生機１５
６に供給し、該関数発生機の特性は第７図（ａｌに示さ
れ、かつライン１５４上に信号Ｆｌ／Ｆ２を供給し、こ
こにト°１はＮＣ及び１゛２の値に対応する定常状態の
燃料流量：の計算１直である。４５号Ｆ１／Ｆ２は回路
１５５内で信号２２倍されて、２イン１５６上にＦｌの
１１０−に対応する信号ケ提供する。

ライン１５６上のＦ１伯号は、ライン１５１上のポンプ
送出信号ＦＰから回路１５７によって差引かれて、エン
ジン１０の定常運転状態において弁７０（第２図）から
散水される逃し流量に対応する差異信号ＦＳｉを提供す
る。信号Ｐ２及びＦＳｉは、関数発生器１５８に作用さ
れ該発生器の特徴は、第７図（ｂ）に示され、これはエ
ンジン１゜の定常運転状態における調量装置２４（第６
図）に生ずる圧力降下の平方根に対応する出力信号Ｖ１
■ローを供給する。

第７図（Ｃ）にその特徴を示した別の関数発生器１５９
はメロ汀及びＦ１信号に応答してライン１６０上に制御
信号Ｃ１を・発生し、信号Ｃ１はステップモータ４０の
所望の作動位置に対応し、所要の定常運転燃料流量を提
供する。信号ｃ１は、ステップモータ４０の駆動回路４
１に供給される。

本実施例のために、ステップモータ４ｏは、回路４１へ
の２イン１６１上に位置フィードバック信号を提供し、
これにより、モータ４ｏが所望の定常運転燃料流量に対
応する作動位置にあるときモータ４０にはステッゾノξ
ルスが供給されない。

関数発生器１６２は、ライン１６６上に信号Ｆ’２を発
生するための出力安求信号θに応答し、前記信号Ｆ２は
、１８号θに対応する所望の総燃料流量を示す（すなわ
ち加速または減速を実施する流量変更と定常運転燃料量
の合計）。信号Ｆ２は、回路１６４によってポンゾ送出
信号ＦＰから差引かれて弁７０（第２図）から要求され
た逃し流量に対応し、この逃し流量は、セレクタ装置９
０及びエンジン１０の作動状態によって適当とする定常
運転、加速まだは減速に対するものである。逃し流量信
号ＦＳ２及び信号Ｐ２は、関数発生器１５７と同一の関
数発生器１６４に与えられ、関数発生器１６４は、定常
運転、加速及び減速を含む任意の燃料流量状態において
調量装＠２４を通る圧力降下の平方根に対応する出力信
号ＶＨ巧を提供する。信号Ｖ１弔フー及びト“２は関数
発生器１５９と同一の関数発生器１６５に与えられる。

関数発生器１６５は出力信号Ｃ２を発生し、該信号はも
しトルクモータ６６のみが作用して紘燃料流ｔ１．を提
供したならばトルクモータ３３に作用されるように要求
される電６ｔｔ信号に対応する。ライン１６１上のステ
ップモータ位置信号は、回路１６６によって信号Ｃ２か
ら差引かれてライン３７上に信号Ｔを与え、該信号Ｔは
、ステップモータ４０によって設整された定常運転状態
から変化して加速または減速を実施するように要求され
るトルクモータ電流に対応する。ａｌ、！量装置２４は
、第６図について図示記述されたように、ステップモー
タ４０及びトルクモータ６′５の作動位置に応答する。

第８図に示す態形式の制御システムは、第５図のシステ
ムの変形である。計算機１７は信号ＮＧ。

Ｐ２．Ｔ２及びθに応答してライン１８０上に出力信号
ＦＴを提供し、信号ＦＴは、定常運転、加速または減速
のうち適当とするものに対する必要総燃料流量に対応す
る。ライン１８１上のフィードバック信号は、ステップ
モータ４０の作動位置、従ってエンジン１０への燃料流
量を示す。ライン１８１上の信号は、回路１８２によっ
て信号ＦＴから差引かれる。回路１８２からのライン１
８６上の出力信号は、トルクモータ６ろが加速または減
速を提供するように移動させなければならない量に対応
し、この信号はまたステップモータ４０を制嶺１するの
に用いられ、これによってステップモータは新規の定常
運転状態に移動する。ライン１８３上の信号−、「不感
・々ンド」回路１８４によってステップモータ回路４１
に加えられて、ライン１８６上の僅かな遷移信号に応答
してステップモータ４０がハンチングを起すのを防止す
る。。

スロットル弁装置によって燃料調量を実施するシステム
について上述したが、この調量装置は、調量オリフィス
を通って生ずる圧力差を変更するように作用する逃し弁
をもって代え得ることが理解できるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ガスタービンエンジンの燃料制御システムの
ブロック線図、第２図は、第１図の７１テムの部分を形
成する逃し弁装置ｆ′ｔの線図、第６図に［、第１図の
システムの部分を形成する可変調琶装置の線図、第４図
は、第１図のシステムの部分を形成する昇圧弁の線図、
第５図は、本システムの制御機能を示す線図、第６図は
、態形状の制御機能を示す線図、第７図は、第６図の部
分をｊ？に成する要素の機能を示す図、第８図は、制御
機能のさらに別の形式を示す線図である。 図中の符号、１０・・・エンジン、１１・・・ガス発生
機、１２・・・圧縮機、１６・・・タービン、１４・・
・作用タービン、１５・・・排出ポンプ、１６・・・可
変調量装置、１７・・・計算機、１９・・・送出ライン
、２０・・・供給ライン、２１・・・逃し弁装置、２２
・・・フィルタユニット、２６・・・高圧ライン、２４
・・・１ｉ−ｉｊｔ装置、２５・・・制＠Ｉ璧素、２６
・・・スリーブ、２７・・・室、２８・・・ばね、２９
・・・レストククタ、６０・・・制偶ｌ弁、６１・・・
低圧ライン、６２・・・制＃部材、６６・・・トルクモ
ーフ、６４・・・ライン、６５・・・フィードバックは
ね、６６・・・駆動回路、４０・・・ステップモータ、
４１・・・駆動回路、４２・・・ライン、４６・・・ナ
ツト、４４・・・歯車、４５・・・軸部、４６・・・引
張ばね、４７・・・通路、４８・・・不還弁、４９・・
・変位変換器、５０・・・ライン、５２・・・ライン、
５６・・・手動スイッチ、６０・・・弁、６１・・・プ
ランジャ要素、６２・・・通路、６３・・・プランジャ
、６４・・・レバー、６５・・・Ｋ゛ローズユニツト６
６・・・ライン、７０・・・弁、７１・・・段付要素、
７２・・・流出通路、７６・・・室、７４・・・レスト
リフタ、７５・・・電磁弁、７６・・・戻シンイン、７
７・・・ライン、７８・・・ばね、８０・・・昇圧弁、
８１・・・制御要素、８２・・・ばね、８６・・・送出
ライン、８４・・・軸部、８５・・・板形弁、８６・・
・ばね、８７・・・緩衝接続部、９０・・・エンジシ出
力セレククレバー。 １００・・・差動増幅器、１．０１・・・ライン、１０
２・・・集積・微分回路、１０６・・・差動増幅器、１
０４・・・ブロック、１５０・・・回路、１５１ライン
、１５２・・・関数発生器、１５６・・・関数発生器、
１５４−・・ライン、１５５・・・回路、１５６・・・
ライン、１５７・・・回路、１５８・・・関蚊発生器、
１５９・・・関数発生器、１６０・・・ライン、１６１
・・・ライン、１６２・・・関数発生器、１６６・・・
ライン、１６４・・・回路、１６５・・・関数発生器、
１６６・・・回路、１８０・・・ライン、１８１・・・
ライン、１８２・・・回路、１Ｂ６・・・ライン、１８
４・・・不感バンド回路を示す。 代理人　弁理士（８１０７）佐々木消陸（ほか６名）Ｆ
ＩＧ、　ｌ。 ＦＩＧ、２゜ ＦＩＧ、３゜ ＦＩＧ、４、 ＦＩＣ，５゜ ＦＩ　Ｇ、６゜ ＦＩＣ，，７゜ ＦＩＧ、８゜ 第１頁の続き ｏ発　明　者　バイロン・アーサー・　アスペンサー　
ン・ メリカ合衆国、ニュー・シャーシー、ヒルサイド、コロ
ペス・アヴエニュお

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１電気信号に応答するステップモータと、前記ス
   テップモータの作動位置に対応する第１出力を提供する
   装置と、第２電気信号に応答して第２出力を提供するト
   ルクモータと、前記出力の和に応答して調量装置を位置
   づける制御装置と、エンジンの運転状態に応答して前記
   第１及び第２電気信号を発生する計算機装置を含むガス
   タービンエンジン用燃料制御システム。 ２、第１出力を提供する装置がばね及びねじ係合された
   要素を含み、前記要素がそれぞれ前記ステップモータの
   軸及び前記ばねの一端に結合される特許請求の範囲第１
   項記載のガスタービンエンジン用燃料制御システム。 ３　前記げねの他端が前記トルクモータの出力要素と協
   働する特許請求の範囲第２項記載のガスタービンエンジ
   ン用燃料制御システム。 ４　前記制御装置が、前記第１及び第２出力によって作
   用される制御要素をもつサーボ弁を含み、前記燃料調量
   装置が前記サーボ弁によって制御されるサーボ圧力に応
   答するｌＦｈ許請求の範囲第６項記載のガスタービンエ
   ンジン用燃料制御システム。 ５、前記サーボ弁制御要素が前記トルクモータの出力要
   素である特許請求の範囲飽４項記載のガスタービンエン
   ジン用燃料制御システム。 ６　前記燃料調量装置と前記サーボ弁制御要素を連結す
   る別のばねを含み、これにより前記サーボ圧力の変動に
   応答する前記調量装置の作動が前記制御要素を前記変動
   と反対方向に偏倚する特許請求の範囲第４項寸たけ第５
   瑣記載のガスタービンエンジン用燃料制ｔ１７ステム。