JPH0578660B2

JPH0578660B2 -

Info

Publication number: JPH0578660B2
Application number: JP59012176A
Authority: JP
Inventors: Deibitsuto Pisaano Aran
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-01-28
Filing date: 1984-01-27
Publication date: 1993-10-29
Also published as: GB2171224A; GB2180372A; JPS59162324A; IT8419281A0; US4532763A; GB8402066D0; GB8606904D0; GB2171224B; GB2134285B; IT1173111B; GB2180372B; GB2134285A; DE3402358A1; GB8618137D0; FR2540182B1; CA1211817A; FR2540182A1

Description

【発明の詳細な説明】発明の技術分野この発明はガスタービン機関に対する自動燃料
制御装置、更に具体的に云えば、機関速度の変化
率に応答して機関に供給される燃料の量を制御す
る自動燃料制御装置に関する。

発明の背景ガスタービン機関では、燃料を燃焼器で燃焼さ
せて、推力を発生する為に推進ガスを膨脹させる
熱を発生する。機関はより多くの燃料を加えるこ
とによつて加速することが出来る。然し、追加す
る燃料の量は、機関の失速と呼ばれる状態を防止
する為に、精密に制御しなければならない。機関
の失速は、例えば機関が比較的低速にある時に起
り得る。この時、燃焼器を取巻く金属要素は比較
的低温である。一層多くの燃料を追加すると、燃
焼は一層強くなるが、燃焼によつて発生された熱
が、推進ガスではなく、金属要素によつて吸収さ
れ、従つてガスの膨脹の増加は比較的少なく、機
関が失速することがある。

これと反対に、機関が比較的高速で或る期間の
間運転されてから、一時的に比較的低い速度に下
げ、この時追加の燃料を噴射することによつて加
速しようと試みると、失速が起ることがあるが、
これは異なる理由で発生する。即ち、それまでの
高速状態によつて燃焼器が高温になつている。低
速状態では、普通は燃焼器の温度が低くなるが、
この特定の場合、燃焼器の金属は高温からまだ冷
めておらず、従つて熱貯蔵部として作用する。機
関を加速しようとして燃料を噴射すると、燃焼す
る燃料と共に燃焼器の金属要素が推進ガスに熱を
注入する。この過剰の熱が機関の失速を招く原因
になり得る。

更に、どんな状態でも、燃焼器に噴射し得る燃
料の量には限界がある。限界を定めないと、航空
機のパイロツトが瞬時的な加速を要求した時、燃
料制御装置が過大な量の燃料を燃焼器に噴射し、
機関を失速させる惧れがある。

機関の失速を防止する様に加速を制御する古典
的な方法は、機関速度の関数として燃料の送出し
流量を制御するものである。送出しの流量に誤り
の余裕をプログラムすることにより、失速が少な
くなる。即ち、例えば低温の燃焼器に対する燃料
の送出し流量は、同じ状態の下で高温の燃焼器が
許容し得る分だけ制限する。こういう余裕によ
り、低温の燃焼器に供給される燃料が少なすぎた
り、高温の燃焼器に供給される燃料が多過ぎたり
する様な状態が発生しない様にする。然し、こう
いう余裕を用いることは、理論的に可能な加速を
達成出来ないことは明らかである。所定の一組の
動作状態で供給される燃料は、一般的には所定の
時刻に起きている状態に応答しない誤りの余裕に
よつて制限される。

更に、機関はどの２台を持つて来ても、同一で
あるものではなく、従つて、夫々に同じ量の燃料
が供給されても、加速が異なる。加速度が過大で
あると、機関の寿命を短くする熱サイクルを起す
惧れがあるので、機関の加速度を感知して制御す
ることが望ましい。加速度を感知することは問題
を孕む。これは、一般的に速度信号が高周波数の
雑音成分を含んでおり、加速度を制限する為に時
間微分を求める時に、この雑音成分が増幅される
からである。この為、制御しようとする加速度を
直接的に計算することは困難である。

更に、多くの機関燃料制御装置は、入力パラメ
ータとして圧縮機静吐出圧力P₃を用いるのが普
通である。これは少なくとも２つの問題を招く。
１つは、使われる圧力変換器によつて発生される
信号が一般的にアナログ信号であつてデイジタル
化しなければならないこと、もう１つは、必要な
圧力範囲（約10乃至350psi）にわたつて正確な圧
力変換器が高価であることである。

発明の目的この発明の目的は、新規で改良されたタービン
機関燃料制御装置を提供することである。

この発明の目的は、広範囲の動作状態の下でタ
ービンの加速を一層一様に近い形で出来る様にす
る新規で改良されたタービン機関燃料制御装置を
提供することである。

この発明の目的は、機関の加速度を含むパラメ
ータに応答して、供給される燃料を調整する新規
で改良されたタービン機関燃料制御装置を提供す
ることである。

この発明の別の目的は、入力として圧縮機静吐
出圧力に依存しない新規で改良された機関燃料制
御装置を提供することである。

この発明の別の目的は、所定の時刻に機関に供
給される燃料を制限する新規で改良された機関燃
料制御装置を提供することである。

発明の概要この発明は所望の燃料送出し流量を表わす信号
に応答して動作し、機関の加速度の関数として並
びに他の動作状態の関数として、供給される燃料
の量を調整するタービン機関制御装置を提供す
る。

発明の詳細な記載図面に示すこの発明の実施例では、タービン機
関３の所望の速度を表わす入力信号が導線４に加
えられ、アナログ加算器７の正の入力（＋）に供
給される。導線４の入力信号は航空機のパイロツ
トが出すことが出来る。アナログ加算器７の出力
が掛算器ブロツク９に供給される。このブロツク
の出力が最小値選択器１２の入力に供給される。
最大計量弁速度計画装置１６から取出した、コン
ジツト１５の信号がアナログ加算器１８の正の入
力（＋）に供給され、その出力が掛算器ブロツク
２１に供給される。ブロツク２１の出力が最小値
選択器１２の他方の入力に供給される。アナログ
加算器１８は、他の全てのアナログ加算器と同じ
く、その負の入力に入る信号をその正の入力に入
る信号から減算する様に作用する。選択器１２が
２つの入力信号の内の小さい方を選択して、その
信号を出力２４を介して第１の選択信号として送
出す様に作用する。選択器１２の作用は、出力２
４に出る最大値を、アナログ加算器１８及び掛算
器２１で修正したコンジツト１５の信号の値に制
限することである。

最小値選択器１２の出力２４が最大値選択器２
７の入力に接続される。最小計量弁速度計画装置
３１から取出した、コンジツト３０の信号がアナ
ログ加算器３３の正の入力（＋）に供給される。
アナログ加算器３３の出力が掛算器ブロツク３５
に供給され、その出力が最大値選択器２７の他方
の入力に供給される。最大値選択器２７はその２
つの入力信号の内の大きい方を選択し、それを第
２の選択信号として出力３８に通す。選択器２７
の作用は、出力３８に出る最小値を、アナログ加
算器３３及び掛算器３５によつて修正した導線３
０の信号の値に制限することである。

出力３８が最小値選択器４１の入力に接続され
る。最小値選択器４１の他方の入力がコンジツト
４４に接続される。このコンジツトは最大加速度
計画装置４７から取出した信号を伝える。最小値
選択器４１はその２つの入力信号の内の小さい方
の信号を選択して、それを第３の選択信号として
出力４９に通す。選択器４１の１つの作用は、そ
の出力４９に出る最大値を計画装置４７によつて
定められた限界に制限することである。

出力４９が最大値選択器５２の１つの入力に接
続される。最大値選択器５２の他方の入力がコン
ジツト５５に接続される。このコンジツトは、最
小加速度計画装置５８（これは減速度計画装置と
も呼ぶことが出来る）から取出した信号を伝え
る。最大値選択器５２が２つの入力信号の内の大
きい方を選択して、それを第４の選択信号として
出力６０に通す。選択器５２の１つの作用は、出
力６０に出る最小値を計画装置５８によつて定め
られた限界に制限することである。

出力６０が積分器６３の入力に接続される。積
分器６３の出力６４、即ち予備出力信号が、コン
ジツト６５を介してアナログ加算器７の負の入力
（−）に帰還される。積分器６３の出力６４がア
ナログ加算器６８の正の入力（＋）に接続され、
この加算器の負の入力（−）がコンジツト７１に
接続される。コンジツト７１はタービン機関３に
ある回転するフアン羽根又は圧縮機の動翼の様な
部品の実際の回転速度を表わす信号を伝える。こ
の速度がこの装置の被制御変数である。

アナログ加算器６８の出力が安定化器ブロツク
７３の様な動的補償手段の入力に接続される。こ
のブロツクの出力が積分器７５の入力に接続され
ると共に、コンジツト７７を介してアナログ加算
器１８，３３の負の入力（−）に帰還される。安
定化器ブロツク７３は下記の伝達関数を持つこと
が好ましい。

１＋St₁／１＋St₂ こゝでＳは複素数周波数変数であり、t₁及びt₂
はボード解析又はナイキスト基準の様な古典的な
周波数領域方式によつて計算される時定数であ
る。安定化器ブロツク７３が信号の過渡状態の影
響を少なくする。積分器７５の出力が燃料制御装
置７９に接続される。この燃料制御装置がガスタ
ービン機関の燃焼器（図に示してない）に送出さ
れる燃料の量を制御する。毎分あたりのポンド数
で表わした送出される燃料の量は、積分器７５の
出力信号に比例することが好ましい。積分器７５
の入力信号が、燃料送出し流量の時間微分に比例
することにも注意されたい。この為、機関３の回
転速度は燃料送出し流量に大いに依存するから、
そしてこの速度の時間微分はこの燃料送出し流量
の時間微分に大いに依存するから、積分器７５の
入力にある信号は、機関の回転速度の時間微分、
即ち機関の加速度を表わす。従つて、燃料送出し
流量の時間微分を精密に制御することにより、機
関の加速度が制御される。これは機関の加速度の
直接的な測定を必要としない。

図面に示した装置の動作は次の通りである。最
大及び最小燃料計量弁速度計画装置１６，３１並
びに最大及び最小加速度計画装置４７，５８が、
予定のプログラミングに従つて、選ばれた温度、
圧力及び機関の部品の速度の様な機関の種々の動
作パラメータを夫々考慮に入れる。パラメータの
数値が変換器（図に示していない）によつて感知
される。特定のプログラミングは、機関の特性、
及び種々の運転状態に対して許容し得る燃料の流
量に関する工学的な考慮を含めた多くの因子に関
する。計画装置１６，３１，４７，５８の構成は
この分野で周知であり、プログラミングの方法自
体も周知である。例として云えば、これらの計画
装置は米国特許第4184327号に記載されたフアン
速度計画装置３３の形式であつてもよい。

感知されたパラメータの数値に応答して、計画
装置が現在の動作状態の下で機関の失速並びに大
及び過小加速度の様な事態を防止する為に許容し
得る燃料の最大量及び最小量を表わす信号を発生
する。計画装置１６，３１の最大及び最小信号
が、コンジツト７７から来る帰還信号により、ア
ナログ加算器１８，３３で修正される。この帰還
信号は、安定化器ブロツク７３の作用を無視する
と、予備出力信号（即ち、積分器６３の出力に出
る）と実際の機関速度（コンジツト７１に出る）
の間の差を反映する。この様に修正された最大及
び最小信号に、掛算器ブロツク２１，３５で重み
がつけられ又は倍率がかけられる。掛算器ブロツ
ク２１の出力が最小値選択器１２に供給され、掛
算器ブロツク３５の出力が最大値選択器２７に供
給される。掛算器ブロツク９，２１，３５によつ
て倍率を掛けることは、それらが受取る信号のレ
ベルを調節して、これらの信号が、最大値選択器
２７で行なわれる様に、装置内の他の構成要素の
信号と両立し得る様に調節する様に作用する。

導線４の入力信号が、典型的には、ジエツト機
のパイロツトの様なタービンの運転者の制御の下
にある装置によつて発生されるのが典型的である
が、入力信号が自動装置によつて発生されてもよ
い。入力信号はパイロツトが希望する機関速度を
表わす。アナログ加算器７で、所望の機関速度を
表わすこの信号から、積分器６３の出力信号が減
算される。その結果得られた信号に掛算器ブロツ
ク９で重みをかけて、最小値選択器１２に送る。

最小値及び最大値選択器１２，２７は、速度誤
差信号を表わすアナログ加算器７の出力を、計画
装置１６，３１によつて設定された最大及び最小
の限界にかける様に作用する。即ち、最小値及び
最大値選択器１２，２７は、アナログ加算器７に
よつて供給された速度誤差信号を、コンジツト１
５，３０に出る２つの信号の間に事実上制限する
又は拘束する。この第１の拘束信号、即ち最大値
選択器２７の出力３８の信号が、コンジツト４
４，５５に出る信号、即ち、現在の運転状態の下
で許され、計画装置４７，５８によつて設定され
た最大及び最小の加速度を表わす信号の間に、最
大値及び最小値選択器５２，４１によつて更に拘
束される。見方を変えれば、導線４と積分器６３
の間にある回路素子は、所望の機関速度信号の作
用又は影響を制限する様に作用する。

第２の拘束された信号、即ち積分器６３の入力
に出る信号は、計画装置１６，３１，４７，５８
によつて定められた限界内に拘束されているが、
積分器６３によつて積分されると、出力６４の予
備出力信号となり、この後予備出力信号が、それ
から実際の機関速度を減算することによつてアナ
ログ加算器６８で更新される。アナログ加算器６
８の出力が安定化ブロツク７３に送られる。この
ブロツクは周知の方法で信号の安定性を高め、安
定化した後の信号がコンジツト７７を介して帰還
され、最大及び最小計量弁速度計画の効果を修正
する。この後、安定化器７３の出力信号が積分器
７５によつて積分され、燃料供給制御装置７９に
対する。燃料の送出しを制御する信号として供給
される。装置７９がタービン機関３に供給される
燃料の量を制御するが、この燃料制御作用を助け
る弁（図に示してない）を含んでいる。

この為、この発明は、運転者の指令に応答し
て、ガスタービン機関に供給される燃料を修正す
ることにより、機関速度の様な被制御変数を制御
する。供給される燃料は、燃料計量弁速度計画に
よつて定められた最大及び最小の限界によつて制
限される。これらの計画の目的は、燃料の流量を
制限すること、並びに最大及び最小機関加速度計
画によつて定められた限界の作用を受ける様にす
ることである。この為、アナログ加算器７に帰還
される積分器６３の出力、アナログ加算器１８，
３３に帰還される積分器７５の入力、及びコンジ
ツト７１を介してアナログ加算器６８に帰還され
る実際の機関速度と云う３つの帰還源を持つ閉ル
ープ装置を説明した。

この発明の制御装置の重要な利点は、積分器６
３が存在すること（並びにアナログ加算器７を介
して入力信号に対する帰還ループが付設されてい
ること）によつて得られる。その１つの理由は、
コンジツト６４の予備出力信号が所望の機関速度
の時間的な軌跡を表わすことである。この軌跡が
帰還並びに計画装置１６，３１，４７，５８によ
つて絶えず修正され、これらの計画によつて定め
られた限界が殆んど同時に且つ絶えず保たれる様
にする。更に、加速度自体を実際に測定せずに、
機関の加速度がこの発明の装置に対する入力とし
て間接的に利用される。

速度誤差信号を少なくとも２通りの方法で制限
するこの発明の構成を説明した。第１に、誤差信
号が燃料流量の上限及び下限の間で制限される。
第２に、誤差信号が機関の加速度の上限及び下限
の間で制限される。この様に制限された誤差信号
を積分し、現在の機関速度で修正し、安定化して
再び積分してから燃料制御装置に印加し、機関に
送出される燃料の量を制御する。

この発明の１実施例を説明したが、当業者であ
れば、この発明の範囲内で種々の変更が可能であ
ることは明らかであろう。従つて、この発明は特
許請求の範囲の記載のみによつて限定されること
を承知されたい。

【図面の簡単な説明】

図面はガスタービン機関に関連して示したこの
発明の１実施例のブロツク図である。主な符号の説明４：入力導線、１２，４１：
最小値選択器、１６，５２：最大燃料計画装置、
２７：最大値選択器、３１：最小燃料計画装置、
４７：最大加速度計画装置、５８：最小加速度計
画装置。

Claims

【特許請求の範囲】１ガスタービン機関で燃料送出し信号を制御す
る装置に於て、 (a) 機関に送出す燃料の所望の流量を表わす入力
信号を受取る手段と、 (b) 燃料送出し流量の最大値及び最小値を表わす
限界の間で前記入力信号の影響を制限する燃料送
出し流量制限手段と、 (c) 機関の加速度の最大値及び最小値を表わす限
界の間で前記入力信号の影響を制限する加速度制
限手段と、 (d) 前記燃料送出し流量制限手段(b)及び加速度制
限手段(c)によつて制限された信号を積分して予備
出力信号を発生する第１の積分手段と、 (e) 前記予備出力信号に従つて前記入力信号を修
正する帰還手段と、 (f) 機関の予定の部品の回転速度に従つて前記予
備出力信号を修正して修正信号を発生する手段
と、 (g) 前記修正信号を積分して燃料送出しを制御す
る信号を発生する第２の積分手段と、 (h) 前記予備出力信号から取出した信号の関数と
して前記燃料流量制限手段(b)によつて加えられる
限界を修正する手段とを含み、該限界は第２の積
分手段による燃料流量の第１の時間微分の関数と
して修正される装置。２入力信号によつて表わされた所望の速度まで
ガスタービン機関の速度を駆動する装置に於て、 (a) 前記入力信号から取出した微分信号に選ばれ
た数を乗ずる第１の掛算手段と、 (b) 機関の選ばれた動作パラメータの予定の関数
として、最大燃料流量信号を発生する最大燃料計
画手段と、 (c) 前記最大燃料流量信号に選ばれた数を乗ずる
第２の掛算手段と、 (d) 機関の選ばれた動作パラメータの予定の関数
として最小燃料流量信号を発生する最小燃料計画
手段と、 (e) 前記最小燃料流量信号に選ばれた数を乗ずる
第３の掛算手段と、 (f) 前記微分信号及び前記最大燃料流量信号に選
ばれた数を乗じた値の内の小さい方を選択して、
それを表わす第１の選択信号を発生する第１の選
択手段と、 (g) 該第１の選択信号及び前記最小燃料流量信号
に選ばれた数を乗じた値の内の大きい方を選択し
て、それを表わす第２の選択信号を発生する第２
の選択手段と、 (h) 機関の選ばれた動作パラメータの予定の関数
として最大機関加速度信号を発生する最大機関加
速度計画手段と、 (i) 機関の選ばれた動作パラメータの予定の関数
として最小機関加速度信号を発生する最小機関加
速度計画手段と、 (j) 前記第２の選択信号及び前記最大機関加速度
信号の内の小さい方を選択して、それを表わす第
３の選択信号を発生する第３の選択手段と、 (k) 前記第３の選択信号及び前記最小機関加速度
信号の内の大きい方を選択して、それを表わす第
４の選択信号を発生する第４の選択手段と、 (l) 前記第４の選択信号を時間積分して予備出力
信号を発生する第１の積分手段と、 (m) 該第１の積分手段の予備出力信号に従つて前
記入力信号を修正する第１の帰還手段と、 (n) 機関の現在の速度に従つて前記予備出力信号
を更新する更新手段と、 (o) 該更新手段の更新した予備出力信号を安定化
する動的補償手段と、 (p) 該補償手段の安定化した更新した予備出力信
号に従つて前記最大燃料流量信号及び最小燃料流
量信号の両方を修正する第２の帰還手段と、 (q) 前記補償手段の安定化した更新された予備出
力信号を時間積分して出力信号を発生する第２の
積分手段と、 (r) 前記出力信号に応答して機関に供給される燃
料を修正する機関燃料制御手段とを有する装置。３誤差信号を発生するために所望の機関速度を
表わす目標信号を予備出力信号と比較し、前記誤
差信号を積分して前記予備出力信号を発生し、前
記積分された誤差信号の関数として燃料送出し手
段により機関に送出される燃料を修正し、前記誤
差信号をを限界内に制限する制限手段を有するガ
スタービン機関の燃料制御装置に於て、前記誤差信号から取出した前記予備出力信号を
受取り、該予備出力信号を積分し、該積分した信
号を燃料送出し手段に送る積分手段と、前記積分した予備出力信号を前記制限手段に結
合して、燃料流量の時間微分の関数として前記限
界を修正する帰還手段とを含む装置。４入力信号に応答して被制御変数を所望の値に
駆動する方法に於て、 (a) 前記入力信号を処理して予定の範囲内の値を
持つ処理済み信号を発生し、 (b) 前記処理済み信号の値に略等しい時間微分を
持つ予備出力信号を発生し、 (c) 前記予備出力信号から取出した信号を前記入
力信号から減算し、 (d) 前記被制御変数から取出した信号を前記予備
出力信号から減算し、 (e) 減算した予備出力信号に従つて前記予定の範
囲を修正し、 (f) 被制御変数から取出した信号を減算した後の
予備出力信号の関数である時間微分を持つ出力信
号を発生し、 (g) 該出力信号に従つて被制御変数を修正する工
程から成る方法。