JPS61106926A - ガスタ−ビンエンジンのサ−ジング防止方法 - Google Patents

ガスタ−ビンエンジンのサ−ジング防止方法

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JPS61106926A
JPS61106926A JP22591084A JP22591084A JPS61106926A JP S61106926 A JPS61106926 A JP S61106926A JP 22591084 A JP22591084 A JP 22591084A JP 22591084 A JP22591084 A JP 22591084A JP S61106926 A JPS61106926 A JP S61106926A
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surging
actuator
compressor
engine
gas turbine
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JP22591084A
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Kenji Amano
賢治 天野
Mitsuru Asai
満 浅井
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Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/48Control of fuel supply conjointly with another control of the plant
    • F02C9/50Control of fuel supply conjointly with another control of the plant with control of working fluid flow
    • F02C9/54Control of fuel supply conjointly with another control of the plant with control of working fluid flow by throttling the working fluid, by adjusting vanes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)

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】 産業上の利用分野 本発明は、2軸式ガスタービンエンシソにおいて、エン
ジン運転時にサージングを防止する方法に関し、とくに
サージング領域に入ることを予測検出してその領域に入
ることを防止する方法に関する。
従来の技術 従来から燃焼ガスによってコンブレッサタービンを回転
駆動させ、コンプレッサタービンからのガスにより出力
タービンを回転駆動させる2軸式ガスタービンエンジン
が知られている。2軸式ガスタービンエンジンの構成は
、第7図に示すようになっている。図において、1は圧
縮機、2は熱交換器、3は燃焼器、4は燃料アクチュエ
ータ、5はコンプレッサタービン、6は可変ノズル、7
は可変ノズルアクチュエータ、8は出力タービンである
。作動は圧縮機1により空気を圧縮し、熱交換器2によ
りさらに高温にして燃焼器3により燃焼させて高温ガス
を作り、コンプレッサタービン5を駆動する。さらにコ
ンプレッサタービン5を通ったガスは可変ノズル6を通
り、出力タービン8が駆動される。ここでエンジン効率
は、タービン入口温度T4が高い程熱効率が良くなるた
めに燃料制御および可変ノズル制御を行なっている。
このようなガスタービンエンジンの特性として1、、イ
         °“・ 180′″″: t J:
5 E ・ ”22 ”*t、=−*ot数(エンジン
回転数)N+に応じたサージング領域Sがある。エンジ
ンがサージング領域Sに入ると、エンジンの運転は不能
になり、また空気の脈動によりインペラ等に悪影響を及
ぼす。そのため、エンジン運転中、サージング領域Sに
入ることは防止されなければならない。
従来は、第8図に示すように、空気流量Gaと圧縮機出
口圧P3と大気圧poとの圧力比P3/POとの関係よ
りコンプレッサの特性を予め把握し、サージング領域S
に入らない安全な範囲で可変ノズル7の制御、エンジン
回転数の制御を行っている。
ところが、エンジンを効率よく運転しようとすると、第
8図に示すように、サージング領域Sに近い部分(T4
ライン)で運転を行なうことが望ましいが、そうすると
、長時間運転中にエンジン負荷状態の変化により、サー
ジング領域Sに入ることがある。従来このような場合に
は、手動にて可変ノズルおよびエンジン回転数の制御を
行い、サージングを防止するようにしていた。    
     11また、別のサージング防止方法として、
空気取入口直後の空気圧とコンプレッサタービン入口の
空気圧との差圧を利用して制御する方法(特公昭56−
7049号)、アクセルペダルの踏み込み鰻等を利用し
てガス温度が許容値を□越えないように制御する方法(
特開昭58−乞22924号)等が知られている。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来の方法では、エンジンがサージング
領域に入ることを予測検出することは困難であった。そ
のため、サージングを防止するためには、エンジンの運
転領域を必然的にサージング領域から相当離れた領域に
せざるを得す、エンジンの高性能化をある程度抑えざる
を得ないという問題があった。
そこで本発明は、エンジンの運転領域をサージング領域
に近い領域に設定し、ニシジンの高性能化をはかりつつ
、サージングの発生を確実に防止することを目的とする
問題点を解決するための手段 この目的を達成するために、本発明のガスタービンエン
ジンのサージング防止方法においては、空気を吸引圧縮
する圧縮機と、圧縮された空気を燃料と混合し燃焼させ
る燃焼器と、燃焼器からのガスによって回転駆動される
コンプレッサタービンと、コンプレッサタービンからの
ガスを制御する可変ノズルと、可変ノズルにより制御さ
れたガスによって回転駆動される出力タービンと、を備
えた2軸式ガスタービンエンジンの圧縮機の入口圧と出
口圧が測定され、この入口圧と出口圧の圧力変化が演算
され、その圧力変化からエンジンの゛サージングが予測
検出され予測検出された信号がサージング防止用アクチ
ュエータに送られる。
サージング防止用アクチュエータは、たとえば、可変ノ
ズルを制御する可変ノズルアクチュエータ、燃焼器への
燃料量を1IJillする燃料アクチュエータのいずれ
か一方、又は両方から成り、これらのアクチュエータに
よってエンジンの運転領域が変更される。
作用 このような方法1おいては、検出される圧縮機の入口圧
、出口圧の変化最が、微分器等によって演算され、いず
れか一方の変化量が予め設定された一定値を越えるとサ
ージング領域に入るおそれがあると判断される。また、
サージング領域に入るおそれがないまでも、演算された
圧力変化量の大きさに応じて、エンジン運転領域がサー
ジング領域に近づく度合が判断され得る。
この圧力の変化量は、後述の如く、実際に検出される入
口圧、出口圧の変化の立上り部分で検出可能であるので
、実際にサージング領域に入ってしまう前に予測検出し
て確実にサージング防止用アクチュエータに信号を送る
ことが可能となり、サージング防止用アクチュエータが
適切にtill mされて、エンジンの運転領域がサー
ジング領域に入ることは確実に防止される。
実施例 以下に本発明のガスタービンエンジンのサージング防止
方法の望ましい実施例を図面を参照して説明する。
第1図は、第7図に示した2軸式ガスタービンエンジン
について本発明の方法を実施するための装置を付加した
ものを示している。すなわち、圧縮機1の入口に、入口
圧を検出する検出端10が設けられ、出口には出口圧を
検出する検出端11が設けられる。より具体的な検出位
置は、第2図に示すように、圧縮e11の入口圧、出口
圧は、検出端10.11の位置で測定される。12はデ
ィフユーザ、13はロータ軸、14はハウジングを示し
ている。その他の機器配設は、第7図に示したものと同
一か又はそれに準じたものであるので、同一の符号を付
して説明を省略する。
つぎに、本実施例におけるサージング防止のための制御
l装置について説明する。第3図にブロック図を示すよ
うに、圧縮機1の入口圧P1と出口圧P3の検出値は、
それぞれ演算器16.17に入力される。同時に、演算
器16.17にはエンジン回転数が入力されている。演
算器16.17は、微分器18.19に接続され、微分
器18.19からの信号は、演算器20に入力される。
演算器20からの出力信号が、本実施例では、可変ノズ
ル6の制御量を調整する可変ノズルアクチュ7一 エータ7と、燃焼器3への燃料量を制御しエンジン回転
数を調整する燃料アクチュエータ4の両方に入力される
なお本実施例では、サージング防止用アクチュエータと
して、可変ノズルアクチュエータ7と燃料アクチュエー
タ4の両方としたが、いずれか一方であってもよい。
このような装置を用いて本発明の方法はつぎのように実
施される。
検出端10.11で測定された入口圧P 1 、出口圧
P3は演算器16.17に入力され、加速、減速におけ
るエンジン回転に対するPl、P3の圧力変動がOに補
正される。この圧力信号が微分器18.19に送られ、
第5図および第6図に示すように、Pl、P3の検出値
が微分され、その変化率が演算される。すなわち、微分
器は、Pl、P3の圧力の急激な変動を検出する。一般
にサージング領域に入るときは、Plは正圧の方向、P
3は負圧の方向に変化する。そして、サージング領域に
入るときは、Pl、P3は急激に変化する。
そこで、微分器18.19により、圧力の初期(変化立
上がり時)の変化率を演算することにより、変化−八P
+、ΔP3が予測検出される。ここで微分器18.19
の出力をVOとすると■0= K (drl/dt)で
ある。Kは係数であり実験により求める。微分器18.
19の出力は演算器20に入力され、演算器20では、
可変ノズルアクチュエータ7および燃料アクチュエータ
4の作動開始時間および制御量を演算しその出力により
可変ノズルアクチュエータ7および燃料アクチュエータ
4に入力し可変ノズル6およびエンジン回転数を制御す
る。すなわち、ΔP1、ΔPsのいずれか一方が所定値
を越えると、演算器20から信号が発せられる。
つぎに第4図に本実施例の作動図(エンジン特性図)に
より作動状態を示す。N1=70%のガスジェネレータ
回転数(エンジン回転数)の状態でサージング領域Sに
はいると(A点)、可変ノズル6を制御l(開)すると
、運転領域設定線T4は下がるが、ガスジェネレータ回
転数は高くなり8点の位買になる。そこで燃料を制御す
ることにより、N1=70%のガスジェネータ回転数(
0点)に制御し、サージングを防止しつつ現状のガスジ
ェネレータ回転数に制御する。
なお、上記の説明では、A点がサージング領域Sに入る
直前の制御を図示したが、サージング領域Sに近づいた
ことを予測検出し、運転領域をT4ラインに制御するこ
とがより望ましく、これは八P+、△P3の予測検出精
度を上げることにより容易に行われる。
発明の効果 したがって、本発明によるときは、現実にサージング領
域に入る前に運転領域がサージング領域に近づいたこと
を予測検出し、運転領域を設定領域に変更制御できるよ
うにしたので、運転領域設定をサージング領域に近い領
域に設定しても、確実にサージング領域に入ることを防
止でき、エンジンの高性能化をはかりつつ、サージング
を確実1′〈   。□6゜ヵ、1よ、おいう□□51
.6゜
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る方法を実施するための
ガスタービンエンジンの構成図、第2図は第1図の装置
の圧縮機部の構成図、第3図は第1図の装置における制
御ブロック図、第4図は本発明の方法による制御特性を
示すガスタービンエンジンの特性図、 第5図は第3図の制御装置による圧力の変化量検出の状
態を示す入口圧と時間との関係図、第6図は第3図の制
御装置による圧力の変化−検出の状態を示す出口圧と時
間との関係図、第7図は従来のガスタービンエンジンの
構成図、第8図はガスタービンエンジンのサージング領
域を示す特性図、 である。 1・・・・・・圧Iii機 2・・・・・・熱交換器 3・・・・・・燃焼器 4°°°°°°燃料ア′チ゛1−夕         
   15・・・・・・コンプレッサタービン 6・・・・・・可変ノズル 7・・・・・・可変ノズルアクチュエータ8・・・・・
・出力タービン 10111・・・・・・検出端 16.17・・・・・・演算器 18.19・・・・・・微分器 20・・・・・・演算器 Pl・・・・・・入口圧 P3・・・・・・出口圧 PO・・・・・・大気圧

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)空気を吸引圧縮する圧縮機と、圧縮された空気を
    燃料と混合し燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からのガス
    によって回転駆動されるコンプレッサタービンと、該コ
    ンプレッサタービンからのガスを制御する可変ノズルと
    、該可変ノズルにより制御されたガスによって回転駆動
    される出力タービンと、を備えた2軸式ガスタービンエ
    ンジンの前記圧縮機の入口圧と出口圧を測定し、該入口
    圧と出口圧の圧力変化からエンジンのサージングを予測
    検出し、該予測検出した信号をサージング防止用アクチ
    ュエータに送ることを特徴とするガスタービンエンジン
    のサージング防止方法。
  2. (2)前記サージング防止用アクチュエータが、前記可
    変ノズルの制御量を変更する可変ノズルアクチュエータ
    である特許請求の範囲第1項記載のガスタービンエンジ
    ンのサージング防止方法。
  3. (3)前記サージング防止用アクチュエータが、前記燃
    焼器への燃料量を制御しエンジン回転数を変更する燃料
    アクチュエータである特許請求の範囲第1項記載のガス
    タービンエンジンのサージング防止方法。
  4. (4)前記サージング防止用アクチュエータが、前記可
    変ノズルの制御量を変更する可変ノズルアクチュエータ
    、および前記燃焼器への燃料量を制御しエンジン回転数
    を変更する燃料アクチュエータの両方である特許請求の
    範囲第1項記載のガスタービンエンジンのサージング防
    止方法。
JP59225910A 1984-10-29 1984-10-29 ガスタ−ビンエンジンのサ−ジング防止方法 Expired - Lifetime JPH0612078B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01273835A (ja) * 1988-04-26 1989-11-01 Toyota Motor Corp ガスタービン機関のサージング検出装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS528215A (en) * 1975-07-09 1977-01-21 Nissan Motor Co Ltd Fuel controlling system of gas turbine engine
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