JPS61112739A - ガスタービン機関への液体燃料の計量装置 - 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】 本発明の１つの態様は、液体燃料用計量装置、特に計量
すべき燃料の体積熱容量に従って調節できる計量装置に
関するものである。

特に、本発明はガスタービン機関への液体燃料の供給量
を計量する装置に関する。大部分のガスタービン機関用
燃料の発熱量（；ｆＡｇ　）ははとんど同一でありかつ
燃料の計量は体積を基準にして実施されているので、任
意の燃料の体積全熱量（１７ｍ３）はその密度（ｋｇ／
ｒｒＬ３）にほぼ従って変化する。

ゆえに使用される燃料の密夏を基準にして燃料の計量を
調節することが便利である。例えば、英国特許第１００
２８１６号には、燃料を充たした室内で回転しかつそれ
らが燃料密度に感受性をもつガバナー重錘を用いてガス
タービン機関に計量された燃料の密度調節を行う装置が
提案されている。

これらの重錘の動きは燃料用の計量オリフィスのサイズ
を変化させる。このような装置では、機関速度条件がこ
のようなガバナーによって左右される純粋に液圧機械的
燃料制御システムにおいて一般に現存する形式の回転部
品を有する計量装置を必要とする。さらに最近のガスタ
ービン機関燃料制御形式のものは、所望の燃料流量に対
応する値をもつ電気制御信号に応答するもので、かつ上
記のような回転部品は含まない。

本発明の第１の目的は、連続的に回転する部品を使用せ
ずＫ、燃料の体積全熱量に従って燃料流量が調節できる
計量装置を提供するにある。

本発明の一態様によれば、ガスタービン機関への液体燃
料を計量する装置が提供され、該装置は流入ポート及び
流出ポートをもつハウジング、サーボ圧力に応答して前
記ポートの１つを通る燃料流量を調整するように可動な
制御部材、電気制御信号の大きさに従って前記サーボ圧
力を調整する装置、及び前記燃料の密度に従って前記１
つのポートの位置を調節する装置を含む。

本発明の他の態様によれば、本発明は計量装置及びサー
ボ圧力作動式しゃ断弁をもつガスタービン機関燃料制御
装置に関する。

例えば、米国特許第４２２９９３７号において、サーボ
圧力作動式しゃ断弁を含むガスタービン機関用の燃料制
御システムが提供されていることが知られている。この
従来型装置において、サーボ圧力レベルは電気機械式作
動器によって作動される制御弁装置によって設定される
。この制御弁装置は３個の弁を含みかつこの作動器の最
後の作動によって設定されたレベルにサーボ圧力を維持
するように構成されている。

本発明の他の目的は、上述の一般形式の燃料制御装置を
提供することＫあり、ここにおいて、しゃ新井用のサー
ボ圧力は単一の制御弁によってその最後に選択された値
に維持される。

本発明のさらに他の態様によって提供されるガスタービ
ン機関用の燃料制御装置は、計量装置、前記計量装置の
下流に配設されかつ第１サーボ圧力信号に応答するしゃ
断弁、燃料流量が前記しゃ断弁によって阻止されるレイ
ルに前記第１サーボ圧力信号を設定する第１．ｚイロッ
ト弁、及び前記第１パイロット弁用であってかつこの装
置が最後に付勢された作動状態にこの装置を維持するた
めのラッチ装置を含む電磁装置を含む。

成る特定の実施例において、前記燃料制御装置は前記計
量装置の流入部と低圧もどりライン間に逃し弁を含み、
前記逃し弁は前記計量弁流入部における圧力と第２サー
ボ圧力信号とに応答し、さらにこの装置は前記第２サー
ボ圧力信号を前記逃し弁がほぼ全開されるレベルに設定
するため前記第１７ξイロツト弁と合致した第２７ぞイ
ロット弁を含む。

附図を参照して、本発明の詳な説明用としての実施例に
ついて、本発明を以下に説明する。

第１図に示すように、ガスタービン機関１０は、確動容
積型ポンプ１１から燃料を供給され、燃料流量は複式デ
ジタルコンピュータ１３，１４の制御を受ける可変式計
量装置１２によって調整される。制限弁・しゃ新井装置
１５が計量装置１２と機−１０との間の燃料流動経路内
に配設される。

装置１５もまたコンピュータ１３及び１４によって制御
される。コンピュータ１３．１４は機関出力選択装置１
８からの信号及び機関１０の検出された諸状態に応答す
る。コンピュータ１３．１４はそれぞれのデータ伝送主
路によって機関１０及び装置１２，１５と連通する。

第１図に示すように、計量装置１２はライン２０上のポ
ンプ１１から燃料を受入れる。第４図にさらにその詳細
を示す計量弁２１は燃料をライン２０上に受けかつ室２
３内のサーボ圧力に応答する制御部材２２を含む。ライ
ン２０と低圧もどりライン２７間に、フィルタユニット
２４、流量リストリクタ２５及び弁２６が直列に配設さ
れる。弁２６を通る流量、従って室２３内の圧力は、二
重コイル型トルクモータ２９によって付勢可能な制御要
素２８の位置に応答する。トルクモータ２９のコイルは
、各コンピュータ１３．１４からライン３０．３１上に
あられれる信号に応答する。制御部材２２からの位置信
号は、ラック・ピニオン装置３５を介して部材２２と協
動する複式同期型リゾルバ３４から、各２イン３２．３
３を通ってコンピュータ１３，１１１ｍ供給される。制
御部材２２は収容スリーブ３６内を滑動でき、このスリ
ーブは流入ポート３７及び流出ポート３８を有し、かつ
調節プラグ３９とねじ係合される。プラグ３９は調節可
能に回転できるが軸方向の動きは阻止されている。スリ
ーブ３６はそれによって所望の軸方向位置へ設定される
。

装置１２は計量弁２１の流入部からもどりライン２７に
燃料を逃がすように作動する弁４０を含む。弁４０は円
穴４２内を滑動可能な制御要素４１をもちライン２０と
２７間の流量を制御する。

制御要素４１は、ノ・ウジング４４と制御要素４１の一
端との間に形成された室４３内のサーボ圧力に応答する
。ピストン４５は制御要素４１内を滑動可能でかつ軸部
４６を含み、この軸部は制御要素５１の末端を貫通しか
つ該端と協働して室４３内のサーボ圧力を調整する弁４
７を形成する。弁４７はフィルタ２４と計量弁２１の下
流の燃料流路と連通ずるライン４９との間で流量リスト
リクタ４８と直列に接続される。従ってピストン４５は
計量弁２１の上流と下流との間の圧力差に応答しかつ燃
料温度に応答するバイメタルの円板層５２上のカラー５
１によって支持されたばね５０に応答する運動に抗して
偏倚される。別のばね５３はライン２０内に圧力が存在
しない場合に弁４０をしゃ断するように作用する。室４
３はライン５４を通って装置１５内の別の弁（これにつ
いては後述する）と連通し、この弁は通路５５によって
低圧もどりライン２７にライン５４を接続するように作
用する。

計量弁２１に作用する圧力差が増大すると、ピストン４
５を下向きに動かし、弁４７を開いて室４３内のサーボ
圧力を減する。次いで制御要素４１は下方へ移動して、
上記の圧力差が七のもとの値に戻るまで逃し流量を増大
する。ライン５４゜５５を介して室４３を低圧部に接続
すると、弁４０は全開されてすべての燃料をライン２０
からもどりライン２７へ有効に逃がす。

燃料は計量弁２１から通路６０を通って装置１５に流動
する。第３図に示すように、通路６０は流量制限弁６２
及び複合圧力昇騰・しゃ新井６３によって機関１０への
流出通路６１と連通する。流量制限弁６２は通路６０内
の燃料圧力によつて開位置に向けて押動されかっばね６
４によってこの圧力に抗して偏倚される。弁６２はまた
、室６５内のサーボ圧力によってしゃ断状態に押動され
、このサーボ圧力は、フィルタユニット２４からの高圧
ライン６７と低圧もどり通路５５との間で直列接続され
たパイロット弁６６によって調整される。、Ｊイロット
弁６６は２つの軸方向に整合されたノズル６８．６９と
、一方のノズルの流動面積を増すと同時に他方のノズル
の流動面積を減するように作動する制御要素７０を含み
、それによってノズル６８．６９間の圧力は要素７０の
位置によって定まる。要素７０は各コンピュータ１３．
１４からのライ７７１，７２への電気信号に応答するト
ルクモータによって位置決めされる。

ライン７１．７２上の信号は、機関１０における過度の
速度または過度の温度状態に応答して発生されて、パイ
ロット弁６６を室６５内の圧力を増大して弁６２０制御
要素７３を下向きに動かして通路６１への燃料流量を減
するように作用する。

制御要素７３に配設された制限止め具７４は、弁６２が
燃料流量を完全にはしゃ断できないように、バイノ々ス
オリフイス７５を制御要素７３の最下方位置において開
いたままにさせる。

燃料は弁６２から通路８０を通って弁６３に流動する。

弁６３は制御要素８１をもち、この制御要素は通路８０
内の圧力によって開状態に押動され、かっばね８２及び
室８３内の圧力によってこの圧力に抗して偏倚される。

室８３内の圧力は、高圧ライン６７と低圧もどり通路５
５との間で流量リストリクタ８５と直列に接続されたノ
ズル８４の形態のパイロット弁によって調整される。

制御要素８６は、ノズル８４をしゃ断する位置と、整合
されたノズル８７をしゃ断する位置（図示）との間で可
動で、ノズル８７はライン５４によって室４３（第２図
）内のサーボ圧力を制御する別のパイロット弁をもつ。

制御要素８６の時計方向位置（図示）において、室８３
内の圧力は低く、かつ弁６３０制御要素８１は通路８０
内の燃料圧力によってばね８２の偏倚力に抗して持ち上
げられる。この作用状態にお〜・て、弁６３は圧力昇騰
弁として作用し、システム内の圧力が全体として、種々
のサーボシステムをそれらの適正な状態にさせるように
十分高くなるまで、機関１０に燃料が流入しなことを保
証する。そのうえ、ノズル８７はしゃ断され、かつ室４
３（第２図）内の圧力は実際上ポンプ送出圧力であるの
で、逃し弁４０は計量弁２１と制限弁６２の直列接続に
起こる圧力差に応答する。

制御要素８６の反時計方向位置において、ノズル８４は
しゃ断され、室８３内の圧力は高く、制御要素８１を下
向きに押動して弁６３をしゃ断する。これによる８７の
開きは室４３内の圧力を解放し、上述のように逃し弁４
０を全開状態にさせる。

機関１０を始動するときは、モータ８８が付勢されて要
素８６をその時計回転位置に設定して、ノズル８４を開
き、かつノズル８７をしゃ断する。

室８３内の圧力を逃がすと、要素８１は通路８０内の圧
力の上昇に応答してもち上げられる。ライン５４内のサ
ーボ圧力が上昇すると逃し弁４０をしゃ断して通路８０
内の圧力を含むシステム圧力を上昇させて弁２１を開か
せる。

制御要素８６はＨｙｄｒａｎｌｉｃ　５ｅｒｖｏ　Ｃｏ
ｎｔｒｏｌ　Ｃｏｒ−ｐｏｒａｔｉＯｎ　から入手でき
る形式の二状態トルクモータ８８の電機子に連結される
。モータ８８はコイル９６，９７をもち、これらのコイ
ルはコンピュータ１３．１４それぞれからの２イン８９
．９０上の電気信号に応答し、各ライン上の信号の極性
は制御要素８６の作用方向を定める。通常、コンピュー
タ１３，１４のうち、ただ１つだけが作用し、これはコ
ンピュータのうちの一方が故障した場合、システムの制
御は他方のコンピュータに移譲される。トルクモータ８
８は二重コイル装置９１を含み、この装置９１はライ／
９２上の信号によって付勢されて燃料流量をしゃ断する
。ライン８９．９０上のいかなる信号もこれらのライン
の唯一つにのみあられれるので、ライン９２上の一つの
信号がトルクモータの任意の既存の作用状態をオーバー
ライドして燃料流量をしゃ断させる。

ライン９２上の信号は手動式オーバーライドスイツチ９
３（第１図）から得られる。弁６３をそのしゃ断位置に
させると、マイクロスイッチ９４が作動してコンピュー
タ１３．１４に信号を提供しかつ指示装置９５（第１図
）に信号を与える。

トルクモータ８８は、永久磁石を含み、これを用いてラ
イン８９，９０及び９２内の電流は協働して偏倚ばね（
不図示）に抗して制御要素８６を動かす。本発明におい
て、これらの偏倚ばねの定数は低減されそれによってモ
ータ８８の両方の作用状態において、永久磁石はばね偏
倚力に打勝ってモータの電機子と制御要素８６をモータ
が付勢された最後の作用位置に、たとえ付勢電流が印加
されたライン８９，９０または９２の１つから実質的に
除去されたとしても、保持する。よってモータ８８はラ
ッチ装置を含み、このラッチ装置・はモニタを二安定装
置とさせ、弁ノズル８４．８７によって制御されたサー
ボ圧力をノズルがモータ８８の作用によって最後に設定
されたレベルに維持する。

ノズル弁２６への燃料圧カライン１００は、圧力調整弁
１０１を具備し、この圧力調整弁はライン１００内の圧
力に応答してばね１０３によってこの圧力に抗して偏倚
されるプランジャ１０２をもつ。この装置はライン１０
０内の圧力の増加がプランジャ１０２を動かしてオリフ
ィス１０４を通る流量を減少させるように構成され、こ
こにおいてオリフィス１０４はリストリクタ２５と直列
に接続されている。

よって弁１０１はライン１００内の圧力をほぼ一定に維
持しようとする。ライン１００内の圧力はまた計量弁ス
リーブ３６内のポート１０６に加えられて制御部材２２
をしゃ断位置に向けて偏倚する。

第４図に示す計量装置の詳細説明において、第２図に示
された部品類に対応する部品類は同一の参照数字をもっ
て示されている。計量弁制御部材２２は、ピストン部分
１１０を含み、該ピストン部分は室２３内のサーボ圧力
に応答しかつ本システムの固定部１１１内をそれ自身軸
方向に滑動可能なスリーブ３６内を滑動可能である。だ
は１１２は部分１１１に対するスリーブ３６の回転を防
止する。

スリーブ３６はその上端において調節プラグ３９とねじ
係合し、該調節プラグは部分１１１内で回転できるが適
切な手段によってそれに対する軸方向運動は抑止されて
いる。よってプラグ３９を回転すると部分１１１内でス
リーブ３６を軸方向に調節させる。調節可能な最大燃料
停止部材１１３はプラグ３９内に担持され、かつ調節可
能な最小燃料停止部材１１４は部分１１１に支持される
。

流入ポート３７は、指数関数的な形状をもち、それによ
ってその流通面積は制御部拐２２の移動と共に指数関数
的に変動する。この指数関数的な形状は、単位距離だけ
制御部材２２を移動すると制御部材２２のすべての初期
位置に対して計量された流量の同一パーセントの変化を
生ずる。制御部材２２を単位距離だけ移動すると、それ
によって、計量された流量が最初に低いときよりも最初
に高いときは一層大きい流量変化を生ずる。ポート３７
０指数関数的な形状は高い燃料流量状態に対して速やか
な応答を与えかつ低流量において高度の燃料計量精度を
与える。同様に、この指、数関数的な形状のもつ効果は
比重補正のためのスリーブ３６の軸方向運動が計量範囲
全体にわたって制御部材２２の各位置に対して燃料流量
の一定、ｅ−セントの調節を与えることである。

計量オリフィスを通る質量の流れは比重の平方根に応じ
て変化するので、２０℃で比重が０．７２６、と０．８
３６の間の値をもつ燃料に対する補正はスリーブ３６の
総移動量を０．１７８ｍｍとすることによって実施され
る。スリーブ３６及びプラグ３９の内ねじ山のピッチは
０．６３５ｘｍであるので、スリーブ３６の軸方向所要
範囲はプラグ３９を１０１°回転して得られる。

さらに、第２図について述べたように、計量弁２１に生
ずる圧力降下を制御する弁４０は燃料温度に応答するの
で、この圧力降下は温度の増大とともに太き（なる。こ
の温度の調節は、燃料温度が増大すると燃料密度が低下
するので必要なことである。さらに、所与の温度におい
て低い密度（標準密度）をもつ燃料は高い標準密度をも
つ燃料よりも温度に関して大きい圧力降下の修正が必要
である。よって、本発明によって提供された計量調節を
行わなければ、低い標準密度をもつ燃料は、所要の機関
入力（Ｊ／θｅｃ　）を維持するためには、高い温度に
おいては一層大きい圧力降下が必要となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ガスタービン機関用燃料制御システムの構成
を示す線図、第２図及び第３図は、第１図のシステムの
部分詳細図、第４図は、第１図の一部を形成する計量装
置のさらに詳細な拡大図である。 図中の符号、１０・・・ガスタービン機関、１１・・・
確動容積型ポンプ、１２・・・可変式計量装置、１３゜
１４・・・デジタルコンピュータ、１５・・・制限弁・
しゃ新井装置、１６．１７・・・データ伝送主路、１８
・・・機関出力選択装置、２０・・・ライン、２１・・
・計量弁、２２・・・制御部材、２３・・・室、２４・
・・フィルタユニット、２５・・・流量リストリクタ、
２６・・・弁、２７・・・低圧もどりライン、２８・・
・制御要素、２９・・・トルクモータ、３０．３１・・
・ライン、３２゜３３・・・ライン、３４・・・複式同
期型リゾルノｚ１３５・・・ラック・ピニオン装置、３
６・・・収容スリーブ、３７・・・流入ポート、３８・
・・流出ポート、３９・・・調節プラグ、４０・・・弁
、４１・・・制御要素、４２・・・向火、４３・・・室
、４４・・・ハウジング、４５・・・ピストン、４６・
・−軸部、４７・・・弁、４８川流量リストリクタ、４
９・・・ライン、５ｏ川ばね、５１・・・カラー、５２
・・・円板層、５３・・・ばね、５４．５５・・・ライ
ン、６０・・・通路、６１・・・流出通路、６２・・・
流量制御弁、６３・・・圧力奔騰・しゃ新井、６４・・
・ばね、６５・・・室、６６・・リセイロット弁、６７
・・・高圧ライン、６８．６９−ノズル、７０−・・制
御要素、７１　、７２・・・ライン、７３・・・制御要
素、７４・・・制限止め具、７５・・・バイパスオリフ
ィス、８０・・・ｉ路、８１・・・制御要素、８２・・
・ばね、８３・・−室、８４・−・ノズル、８５・・・
流量リストリクタ、８６・・・制御要素、８７・・・ノ
ズル、８８・・・トルクモータ、８９．９０・・・ライ
ン、９１・・・二重コイル装置、９２・・・ライン、９
３・・・オーバーライドスイッチ、９４川マイクロスイ
ツチ、９５・・・指示装置、１００・・・燃料圧カライ
ン、１０１・・・圧力調整弁、１０２・・・プランジャ
、１０３・・・ばね、１０４・・・オリフィス、１０６
・・・ポート、１１０・・・ピストン部分、１１１・・
・固定部、１１２・・・だぼ、１１３・・・最大燃料停
止部材、１１４・・・最小燃料停止部材、を示す。 （ほか２名） ＩＣＩ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガスタービン機関への液体燃料の計量装置であつて
   、流入ポート及び流出ポートをもつハウジング、前記ポ
   ートのうちの一つを流通する流量を調整するためサーボ
   圧力に応答して可動な制御部材、及び電気制御信号の大
   きさに従つて前記サーボ圧力を調整する装置を含み、さ
   らに前記燃料の密度に従つて前記一つのポートの位置を
   調節する装置を含むガスタービン機関への液体燃料の計
   量装置。 ２、相対的に静止された本体を含み、前記サーボ圧力が
   前記本体と前記制御部材間に作用し、前記ハウジングが
   前記本体に対して可動なスリーブを含む特許請求の範囲
   第１項記載のガスタービン機関への液体燃料の計量装置
   。 ３、前記スリーブが前記本体内を軸方向に滑動可能であ
   る特許請求の範囲第２項記載のガスタービン機関への液
   体燃料の計量装置。 ４、前記スリーブが前記本体に対して回転可能であるが
   該本体に対する軸方向運動は抑止されている部分と螺合
   する特許請求の範囲第３項記載のガスタービン機関への
   液体燃料の計量装置。 ５、前記部分が前記制御部材と係合可能で該制御部材の
   一方向への運動を制限する軸方向に調節可能な停止部材
   を含む特許請求の範囲第４項記載のガスタービン機関へ
   の液体燃料の計量装置。 ６、前記本体上に取付けられかつ前記制御部材と係合可
   能で第２方向への前記制御部材の運動を制限する別の軸
   方向に調節可能な停止部材を含む特許請求の範囲第５項
   記載のガスタービン機関への液体燃料の計量装置。 ７、ガスタービン機関用燃料制御装置であつて、計量装
   置、前記計量装置の下流に配設されかつ第１サーボ圧力
   信号に応答するしや断弁、前記しや断弁によつて燃料流
   量が防止されるレベルに前記第１サーボ圧力信号を設定
   する第１パイロット弁、及び前記第１パイロット弁用電
   磁作動装置を含み、前記電磁装置が該装置をそれが最後
   に付勢された作用状態に維持するラッチ装置を含むガス
   タービン機関用燃料制御装置。 ８、前記電磁装置が、各反対極性の電気入力信号に応答
   して相反する各方向へ可動な要素をもつ二状態トルクモ
   ータ、前記要素の前記運動に抗する偏倚装置、及び前記
   要素の前記運動を助長する永久磁石を含み、前記要素に
   前記偏倚装置によつて作用される力が、前記入力信号が
   存在しない場合には各永久磁石によつて前記要素に作用
   される力に打勝つには不十分である特許請求の範囲第７
   項記載のガスタービン機関用燃料制御装置。 ９、前記トルクモータが相反する各方向へ前記要素を移
   動するように付勢可能な第１コイル、及び前記第１コイ
   ルをオーバーライドしかつ前記要素を前記サーボ圧力が
   前記しや断弁をして燃料流量を防止させる位置に移動さ
   せるように付勢可能なコイル装置をもつ特許請求の範囲
   第８項記載のガスタービン機関用燃料制御装置。