JPS61286536A - 燃料制御装置 - 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】 技術分野 本発明は、概してガスタービンエンジン用の燃料制御装
置に係り、更に詳細にはエンジンの過速度運動に対する
保護を提供するガスタービンエンジンの燃料制御装置の
改善された流体機械的部分に係る。

背景技術 機械的な過負荷や２１度の作動温度に起因する破壊の危
険性を低減するために、多くのガスタービンエンジンの
作動速度には上限が設けられている。

特に航空機の推進駆動に使用されているエンジンに於て
は、エンジンの燃料制御装置の中の計量弁の破損、或い
は付随する電子エンジン制御装置から計量弁が過度に高
い流量を提供するように指令する誤った信号が送られる
ことによって、エンジンの過速度運転状態が生じる。過
去に於ては、このエンジンの過速度運転状態はエンジン
を本質的に停止させることによって回避された。しかし
ながら、当業者によく知られているように、航空機用ガ
スタービンエンジンが完全に停止させられた時に生じる
空力抵抗は無視できない。何故ならば、かかる抵抗力は
この作動不能となったエンジンを含む複数のエンジンを
有する航空機の全運動効率に悪影響を及ぼすのみならず
、長期間に亙るエンジンの保守特性に対しても悪影響を
及ぼすからである。

発明の開示 従って、本発明の第一の目的は、エンジンの過速度運転
状態に応答して生ずるエンジンの停止によるエンジンの
空力抵抗の効果を低減する、ガスタービンエンジン用の
燃料制御装置を提供することである。

本目的及び、以下の詳細な説明と共に特許請求の範囲と
添付の図面とからより明らかになるであろう、本発明の
他の幾つかの目的は、エンジンの過速度運転状態に応答
して海面高度に於けるエンジンの最低推力に対応する値
まで燃料流量を低下させる燃料制御Ｉ装置によって達成
される。このことにより実質的に、本装置が使用されて
いない場合には燃料の供給が完全に停止して作動不能と
なるエンジンによって生じる空力抵抗が低減され、従っ
て一つ或いはそれ以上のエンジンがかかる状態を経験す
るような複数のエンジンを有する航空機の効率及び保守
特性が高められるのである。エンジンへ供給される燃料
の流量は、エンジンの燃料制御装置内のバイパス回路に
よって減少させられる。このバイパス回路は、エンジン
の過速度運転状態に応答して燃料制止弁を作動させるこ
とにより、エンジンへ供給される燃料流れを有効にバイ
パスさせて低減するものである。このバイパス回路は、
計量弁の破損、或いは付随する電子エンジン制御装置の
誤った指令に起因して計量弁が大流量の燃料を提供する
ような位置に設定された場合でも、上述の制限された燃
料流量を維持する流量制限装置を含んでいる。エンジン
制止弁は、エンジンの過速度運転状態を示す信号に応答
してバイパス回路を開閉する、バイパス回路と通じてい
る転換弁によって変化する流体圧によって作動させられ
る。このバイパス回路は、計量弁の入口と流量制限装置
の下流の位置との間に連結された如何なる既存の圧力調
節弁と共に用いられることも可能である。通常の作動条
件下で、転換弁によりてバイパス回路が閉じられ制限装
置内に燃料が流れなくなった時には、圧力調節弁が実際
に計量弁前後の圧力差を感知することによってエンジン
へ供給される燃料に対する通常の状態での制御が行われ
る。

発明を実施するための最良の形態及び工業への応用 図面を参照して、ガスタービンエンジン１５の燃焼器１
０へ送られる燃料の流量は、流体機械的部分２０と電子
エンジン制御Ｉ　（ＥＥＣ）部分（図示されていないン
とを有する燃料制御装置によって制御される。説明の目
的で図面には、流体機械的部分２０のうち本発明に係る
部分のみが詳細に示されている。、流体機械的燃料制御
装置はそれ自体従来技術に於て一般によく知られており
、その代表的なものとしては、ユナイテッド・テクノロ
ジ社のハミルトン・スタンダード・ディヴイジョンによ
って製造されているＪ　ＦＣ−６０型及びＪＦＣ−６８
型の燃料制御装置が挙げられる。

従来技術に於て良く知られている形式の通り、加圧され
た燃料は適当なポンプ２７によって入口ストレーナ３０
及びフィルタ３５を通して主燃料管２５へ送られる。ス
トレーナとフィルタとによって燃料の圧力は管４５のタ
ップ４０に於ける値まで幾分下げられる。このタップ４
ｏに於ける圧力は以下に於ては供給圧若しくは高圧（符
号ＨＰによって示されている）と呼ばれる。管４５は、
調節されたサーボ圧（ＲＰ）を出口５５に於て実現し且
維持する圧力調節弁５０へ、供給圧力を有する燃料を供
給する。このサーボ圧の高さは、低排油圧（ＬＰ＞と供
給圧力との間にあって、燃料制御装置の様々な部分に於
ける一定制御圧力として使用される。管２５内の高圧燃
料は、出ロア５を通って燃焼器１０へ放出される前に（
燃料流量を設定する）計量弁６５と制止弁７０とを通過
する。

計量弁６５は、括れた中間部分７５を有しロッド８５に
よってピストン８０に連結されている可動の弁エレメン
ト７０を含んでいる。ロッド８５は、破１１０３によっ
て示されている適当な連結手段によって分析機１００に
機械的に連結されているシャフト９５を駆動するアーム
９０と連結している。分析機１００は、計量弁の位置を
示す電気的なフィードバック信号をＥＥＣへ提供する。

調節されることが可能なストップ１０５と１１０とがそ
れぞれ、弁エレメント７０とピストン８０との移動量に
制限を与えている。弁内部の弁エレメントとピストンと
の間の領域の圧力は、排油圧に維持されており、一方、
ピストン８０の下端部の圧力は調節圧（ＲＰ）に維持さ
れている。

弁エレメント７０及びピストン８０に加わる圧力による
下向きの正味の力がこれらの部品に加わる上向きの正味
の力に等しい時に弁が平衡位置に保たれ通過する燃料の
流量が一定値に保たれることは、当業者に良く理解され
よう。計量弁６５を通過する燃料の流量を調節するため
には、入口１２０を通して調節圧ＲＰの燃料と共に供給
される管１１５内の圧力が調節されることによって、弁
エレメント７０の上面の流体圧力が調節される。

管１１５内の圧力の調節は、出口１３５から排出される
燃料の流量を選択的に変化させるソレノイドアクチュエ
ーテッドフラッパ１３０の位置を設定することにより、
ノズル１２５の有効面積を調節することによって達成さ
れる（Ｘ１節されない場合のこの有効面積は調節ねじ１
２７によって決められる）。ソレノイドアクチュエーテ
ッドフラッパへの入力信号はＥＥＣから送られる。

主燃料管２５を通る燃料流れは、往復運動することが可
能であり流体圧によって作動させられる弁エレメント１
４０を有するチャンバを含む制止弁７０の開閉によって
制御される。弁エレメント１４０はばね１４５によって
下向きにバイアスされており、弁エレメントの上面に於
て管１５０と連結している。管１５０を通じて弁エレメ
ント１４０に高圧の燃料が供給されると、弁エレメント
は弁座１５２に接する位置まで移動し、このことによっ
て主燃料管２５を通過する燃料の流れが遮断される。管
１５０内の圧力が高圧から排油圧に変わると、主燃料管
２５を通る流れが弁エレメントを持ち上げて弁エレメン
トは弁座１５２から離れ、このことによって主燃料１！
２５内を燃料が流れる。制止弁が閉じるとスイッチ１５
５が作動させられ、閉じたことを示す信号がＥＥＣへ送
られる。

計量弁６５と制止弁７０との間の位置に於て主燃料管２
５から枝分かれをしている戻り管１６５の途中に、制止
弁７０と類似の構造を有するウィンドミルバイパス弁１
６０が配！されている。制止弁と同様に、ウィンドミル
バイパス弁６１０はばねによって下向きにバイアスされ
ている流体によって作動させられる往復運動することが
可能な弁エレメント（図示されていない）を含んでいる
。

バイパス弁エレメントが閉じると、管１７０によって弁
エレメントに加えられる流体圧力によって戻り管１６５
内の流れが遮断される。一方、弁エレメントに排油圧が
加えられることによって、弁エレメントは持ち上げられ
管１６５内を燃料が流れることが可能となる。

管１５０及び１７０の中の流体圧力はシーフェンス弁１
７５によって制御される。シーフェンス弁１７５は管１
８０及び１８５を通して供給される流体圧力によって作
動させられるスプール型の弁エレメント（図示されてい
ない）を有している。

管１８０への高圧燃料の供給はソレノイド制止パイロッ
ト弁１９０によって制御され、一方、管１８５への高温
燃料の供給はソレノイド始動パイロット弁２００によっ
て制御される。これらソレノイド弁はＥＥＣから送られ
る信号によって作動する。制止弁７０とウィンドミルバ
イパス弁１６０とシーフェンス弁１７５とは、付随する
制御管群とソレノイド弁と共に、通常の作動条件下に於
けるエンジンの始動と停止とをＩｌｌ　ＩＩする回路を
含んでいることは、当業者に理解されよう。燃料制御の
この部分に関する詳細な説明は米国特許第４゜４９３．
１８７号に記載されている。エンジン１５が始動させら
れる必要がある時、シーフェンス弁１７５はパイロット
弁の適切な作動によって制止弁７０へ排油圧を供給すべ
く設定され、このことによって弁エレメント１４０は主
燃料ｌＩ２５を通して排出されるポンプ燃料によって持
ち上げられられて弁座１５２から離れ、管２５内を燃料
が連続的に流れる。これと同時に、シーフェンス弁１７
５はウィンドミルバイパス弁１６５の弁エレメントに高
圧力を供給して戻り管１６５が閉じられ、このことによ
ってポンプから排出される全ての燃料が燃焼器１０に於
て使用されることになる。

エンジン１５が停止される必要がある時、パイロット弁
１９０と２００とは制止弁７０とウィンドミルバイパス
弁１６０とに供給される制御圧力を逆向きにし、このこ
とによって弁７０は閉じられ加圧された燃料はＩＦ１６
５及びウィンドミルバイパス弁を経由してポンプへ送り
返される。

圧力調節弁２１０が計量弁６５前後の圧力差を一定の予
め決められた値に維持しており、このことによってエン
ジンへ送られる燃料の流ｍは計量弁の流路断面積の関数
として精密にプログラムされることが可能である。圧力
調節弁２１０は、適当なｉ１節機構及び温度補償機構が
提供されているマウント２２５上に支持されたばね２２
０によって上向きにバイアスされた。往復運動すること
が可能な弁エレメント２１５を含んでいる。図示されて
いる通り、この弁へ流入する燃料の漏れを最小限に抑え
る目的で弁エレメント２１５の面に延在する溝２２７へ
高圧の流体が供給されることが可能である。管２３０及
び２３５によって弁エレメント２１５の相対する端面に
加えられる圧力の差がＩｌｌ　Ｉｌｌされている。（要
求される圧力差の維持のために不必要な）過剰の燃料流
れは、主燃料管２５から圧力調節弁２１０及び戻り管１
６５を経由してポンプへ送り返される。

上述の燃料！１ｉ！Ｊ　ＩＩＩ装置２０の部分は本発明
に含まれないが、本発明の過速度状態制御が最も有用で
あるような環境の例として説明された。

先に説明されている通り、過速度状態に於けるエンジン
の停止に伴った空力抵抗を減少させるために、エンジン
へ最低限の燃料が供給され続けられ、エンジンが海面高
度に於ても幾らかの推力を発生するようにすることが望
ましい。このことは本発明に於ては、制止弁７０の周囲
を流れる燃料流れを切り替えるバイパス管２５０と、こ
のバイパス管２５０の中に配置された転換弁２６０と、
転換弁２６０とソレノイドパイロット弁２７０とを結ぶ
制御管２６５とを含んだ制御手段２５５とによって達成
される。

バイパス管２５０は、制止弁周囲の燃料流れを切り替え
るべくその相対する両端部に於て主燃料管と連結してい
る。バイパス管２５０の中のバイパス管が制御管２３５
と連結する位置より僅か上流側に配置された流れ制限器
（オリフィス）２７５は、管２５０を通過する燃料流量
を海面高度に於てエンジンが最低限の正の推力を維持す
るために十分なだけの値に制限する。転換弁２６０は、
バイパス管２５０の開閉を制御し、往復運動することが
可能であって、流体力によって作動させらればね２８５
によって下向きにバイアスされている弁エレメント２８
０を含んでいる。図示されている通り、弁エレメント２
８０は概してその中央に配置されたランド２９０と溝２
９５及び３００を含んでおり、溝２９５は制御！！２６
５と通じている。

図示されている通り、ソレノイドパイロット弁２７０は
制御管２６５の入口への従って転換弁のランド２９０の
下面への高圧燃料の供給を制御する。

本発明の過速度状態制御システムの作動は以下の通りで
ある。通常の作動条件の場合、（図示されている如く）
転換弁エレメント２８０は座に接しており、バイパス管
内の流れは全てせき止められている。管２５０内に燃料
は流れないので、圧力制御弁のための制御管２３５がオ
リフィス２７５の下流に於てバイパス管２５０と繋がっ
ていても、圧力調節弁２１０は計量弁エレメント７５の
前後の圧力差を感知し維持する。過速度運転状態が感知
された場合、高圧燃料によって連結弁２６５を開くべく
ＥＥＣからソレノイド弁２７０へ信号が送られる。この
高圧燃料は転換弁エレメントランド２９０の下面に加え
られ、ばね２８５の下向きのパイアスカに抗して弁を持
ち上げる。転換弁エレメントが座から離れることによっ
て、高圧の燃料が転換弁エレメント内の円周状の溝２９
５を連続的に通過し、更には管１５０へ流入する。

管１５０へ高圧の燃料を供給することにより、制止弁エ
レメント１４０の内側に高圧力が加わり、この弁エレメ
ントが座と接して主燃料管２５内の燃料流れをせき止め
る。しかしながら、この様な転換弁の作動に伴ってその
弁エレメントの下側に於てバイパス管２５０が開の状態
となる。この時点で主燃料管２５はせき止められ一方バ
イパス管は開かれているので、今度は燃料は計量弁とオ
リフィス２７５とバイパス管２５０と閉じた制止弁７０
の周囲とを通って出ロア５へ流れる。主燃料管２５は閉
じられバイパス管２５０は開かれているので、圧力調節
弁２１０は今度は順番に連結されている計量弁６５とオ
リフィス２７５との前後の圧力差を感知し維持する。こ
の圧力差が一定に保たれること及びオリフィス２７５の
流れ断面積が一定に保たれることによって、一定の最低
限の燃料流量がエンジンへ供給され、海面高度に於ても
エンジンは予め決められた一定の推力を発生させ続ける
ことが可能となる。このことによって、エンジンが完全
に停止してしまった場合に生じる空力抵抗及びこれに伴
う不利な空気力学的特性が低減される。

先に説明されたように、スイッチ１５５はパイロットに
エンジンの過速度運転状態を知らせる、或いは過速度制
御システムを試験する目的で、制止弁７０の作動を示す
ものである。

以上に於ては、本発明の特定の実施例についてのみ説明
したが、種々の修正があり得ることは当業者にとって明
らかであろう。従って、高圧及び調節圧の燃料が種々の
制御弁の作動のために用いられるように意図されている
が、複数の別々の制御用流体が用いられることが可能で
あることは理解されよう。同様に、以上では制御弁の特
定の構造についてのみ説明したが、過速度運転状態に応
答してエンジンの最低限の推力を維持すべく最低限の燃
料を制止弁に於て自動的にバイパスさせることが可能な
、他の同等の弁機構が使用されることも可能である。従
って、特許請求の範囲は、このこと及び本発明の範囲に
含まれる他の全ての実施例を包含していると解釈される
べきである。

【図面の簡単な説明】

添付の単一の図は、本発明を含んだガスタービンエンジ
ンの燃料制御装置の部分の部分概要図である。 １０・・・燃焼器、１５・・・ガスタービンエンジン。 ２０・・・流体力学的部分、２５・・・主燃料管、２７
・・・ポンプ、３０・・・入口トレーナ、３５・・・フ
ィルタ。 ４０・・・タップ、４５・・・管、５０・・・圧力調節
弁、５５・・・出口、６５・・・計量弁、７０・・・制
止弁（弁エレメント）、７５・・・出口、８０・・・ピ
ストン、８５・・・ロッド、９０・・・アーム、９５・
・・シャフト、１００・・・分析機、１０５．１１０・
・・ストップ、１１５・・・管、１２０・・・入口、１
２５・・・ノズル、１２７・・・調節ねじ、１３０・・
・ソレノイドアクチュエーテッドフラッパ、１３５・・
・出口、１４０・・・弁エレメント。 １４５・・・ばね、１５０・・・管、１５２・・・弁座
、１５５・・・スイッチ、１６０・・・ウィンドミルバ
イパス弁。 １６５・・・戻り管、１７０・・・管、１７５・・・シ
ーフェンス弁、１８０．１８５・・・管、１９０・・・
ソレノイド制止パイロット弁、２００・・・ソレノイド
始動パイロット弁、２１０・・・圧力調節弁、２１５・
・・弁エレメント、２２０・・・ばね、２２５・・・マ
ウント、２２７・・・溝、２３０．２３５・・・管、２
５０・・・バイパス管、２５５・・・制御手段、２６０
・・・転換弁、２６５・・・制御管、２７０・・・ソレ
ノイドバイロフト弁。 ２７５・・・オリフィス、２８０・・・弁エレメント、
２８５・・・ばね、２９０・・・ランド、２９５．３０
０・・・溝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 燃焼器を有するガスタービンエンジンのための燃料制御
   装置であって、燃料が制止弁を有する主燃料管を通って
   前記燃焼器へ供給されており、通常のエンジンの作動条
   件の下で前記制止弁が開かれた場合には前記燃焼器への
   燃料流れを生じ閉じられた場合には前記燃料流れを停止
   させるよう構成された燃料制御装置にして、 前記主燃料管内の燃料流れを前記制止弁を迂回させるた
   めに前記主燃料管と相対する両端部に於て連結している
   バイパス管と、 前記バイパス管内に配置され前記バイパス管を通過する
   燃料の流量を海面高度に於て前記エンジンの最低限の正
   の推力を維持するために十分な量に制限するための手段
   と、 前記バイパス管と通じ且前記制止弁に連結されており、
   エンジンの通常の作動条件の下では前記バイパス管をせ
   き止め、エンジンが過速度運転状態にある時には前記制
   止弁を閉じると同時に前記バイパス管を開いて前記エン
   ジンへ前記制限された流れを前記制止弁を迂回させて供
   給する制御手段と、 を含んでいることを特徴とする燃料制御装置。