JPS6122128B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガスタービン用の燃料制御装置に関
し、特にフライウエイト式速度センサを有する燃
料制御装置に関する。

〔従来の技術〕

ガスタービン用の燃料制御装置の技術分野にお
いては、当該燃料制御装置はＷ_f/p×Ｐ原理に基
づいて設計されていることがよく知られている。

ここで、Ｗ_f＝燃料流量（ポンド／時間） Ｐ ＝コンプレツサ吐出圧力 である。この種の燃料制御装置は、1958年２月11
日にS.G.ベストに許可されて本願出願人に譲渡さ
れた米国特許第2822666号の明細書に詳述されて
おり、本願出願人のハミルトン・スタンダード部
門の製造するJFC―12、JFC―25、JFC―60など
の装置に該当する。

この種の燃料制御装置は、演算部と検出部とを
有するものと考えることができる。燃料制御装置
は、特定のエンジン状態パラメータを監視してい
る。

たとえば、定常状態ではＷ_f/pをコンプレツサ
速度Ｎの関数とし、加速状態ではＷ_f/pをコンプ
レツサ速度Ｎとコンプレツサ入口温度Ｔ_T2の関数
としている。こうして、燃料制御装置は、所望の
タービン速度を達成するように燃料流を制御し、
サージ、オーバーヒート、高濃度噴出、低濃度噴
出などを起こさないようにしている。

ある状況下では、燃料制御に要求される事項の
ひとつとして、非常事態における燃料流制御があ
る。非常事態とは、たとえば、コンプレツサ速度
が所定の最小限界値以下に下がつたときなどであ
る。このような非常事態のときには、演算部によ
つて、制御リンクを可調節ストツパに当接させ
る。この可調節ストツパは低速度飽和点としてよ
く知られており、低速度飽和点では速度サーボ機
構は所定の非常運転モードを実施する。制御リン
クを可調節ストツパに当接するにあたつては、従
来の加速カムによつて示された温度関数に基づい
て実施される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の従来の燃料制御装置に生ずる問題点は、
正常運転モード（定常運転と加速運転とを含む）
から非常運転モードへ移行する点がばらばらであ
ることである。この理由は、非常運転モードが開
始する点または終了する点が、低速度飽和点の広
い範囲内で生じるからである。また、他の問題点
として、この移行点に再現性がないことが挙げら
れる。所定の速度でタービンを起動させるため
に、そして低速度領域での過大速度を避けるため
には、上述の移行点を特定の速度とし、しかもそ
の再現性を確実にすることが非常に重要となる。

したがつて、本発明の目的は、ガスタービン用
の燃料制御装置において、正常運転モードと非常
運転モードとが実施可能な場合に、正常運転モー
ドから非常運転モードへの移行またはその逆を所
定のコンプレツサ速度で実施できる燃料制御装置
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕 上述の問題点を解決するために、本発明の燃料
制御装置は、燃料流を制御するための演算部と、
演算部を位置決めするための速度センサとを有
し、前記演算部での燃料流制御は正常運転モード
と非常運転モードとを実施でき、前記正常運転モ
ードでは監視された運転状態パラメータに応答し
て燃料流が制御され、前記非常運転モードは低速
領域で実施され、前記速度センサは、パイロツト
弁と、少なくともひとつのフライウエイトと、パ
イロツト弁に作用する速度加減スプリングと、少
なくともひとつの偏倚スプリングとを有し、前記
パイロツト弁の変位は、タービン速度に応答して
前記フライウエイトによつて調節され、このフラ
イウエイトによる調節は前記速度加減スプリング
に対抗して作用し、前記偏倚スプリングは低速度
領域でのみ前記フライウエイトに力をかけ、この
偏倚スプリングによる力は、前記速度加減スプリ
ングの力に対抗して、前記フライウエイトから前
記パイロツト弁にかける力を増加させる、ことを
特徴とする。

〔作用〕

本発明の燃料制御装置は特に速度センサの構成
に特徴があり、この構成についてその作用を述べ
る。

パイロツト弁の変位量は演算部の位置決めに利
用されるのであるが、パイロツト弁を変位させる
力としては次のものがある。すなわち、第２図に
示す本発明の実施例を参照して説明すると、第１
の力は速度加減スプリング３８による下向きの力
である。この力はスラスト軸受３２を介してパイ
ロツト弁３６に作用する。コンプレツサ速度が低
速度飽和点以上のときは、従動子ローラ２０とフ
ランジ２０とがかみあうので、速度加減スプリン
グ３８の高さ位置はコンプレツサ速度の増加とと
もに低くなり、その圧縮力は大きくなる。パイロ
ツト弁３６を変位させる第２の力は、フライウエ
イト３４による上向きの力である。フライウエイ
ト３４による力は、コンプレツサ速度の増加とと
もに大きくなる。正常運転モードでは、基本的に
これら２つの力がつりあうことになる。パイロツ
ト弁を変位させる第３の力は、偏倚スプリングす
なわちねじりスプリング１００，１０４による上
向きの力である。偏倚スプリングによる力は、フ
ライウエイト３４を介して、パイロツト弁に作用
しており、コンプレツサ速度が所定速度以下にな
つたときのみ偏倚スプリングによる力が有効とな
る。

ここで、コンプレツサ速度が低速度飽和点以下
になつたと仮定する。このとき、フイードバツク
リンク２６はストツパ２８に当接して、パイロツ
ト弁３６には、速度加減スプリング３８からの下
向きの力がかかつている。一方、パイロツト弁３
６には、偏倚スプリング１００，１０４による上
向きの力がかかることになる。フライウエイト３
４の遠心力に基づく上向きの力は、コンプレツサ
速度が小さいために、無効なものとなる。その結
果、低速度飽和点以下では、パイロツト弁３６に
対する軸線方向の力のつりあいは速度に無関係に
一定となり、正常運転モードと非常運転モードと
の間の移行は常に一定の速度で実施されることと
なる。

〔実施例〕

まず最初に、第１図を参照して、本発明が解決
すべき問題点をより明確にする。第１図は、燃料
制御装置の運転モードを示すもので、Ｗ_f/pとＮ
の関係を示す。燃料制御装置は、正常運転モード
では、正常運転と加速運転とを制御するように働
き、特定のタービン運転状態パラメータの関数と
して働く。典型的な燃料制御装置の構成とその動
作の詳細については、上述の米国特許第2822666
号明細書を参照されたい。これらの点は、本発明
の理解には重要ではないので、次のような簡単な
説明にとどめる。

燃料制御装置の演算部は特定の運転状態パラメ
ータを監視し、そのパラメータとしては、パワー
レバーの位置、コンプレツサ入力温度、コンプレ
ツサ吐出圧力、コンプレツサ速度などがある。ま
た、演算部は燃料流を調節し、この調節は、第１
図の曲線Ａで示す定常運転モードと、曲線Ｂで示
す加速運転モードとに基づいて実施される。さら
に、ある所定速度たとえば定格速度の10％のとこ
ろでは、加速運転モードから非常運転モード（垂
直線Ｃの左側）に切り換えている。定格速度の10
％というのは、何らかの故障が生じた場合と考え
られる。

しかしながら、従来の燃流制御装置では、運転
モードを切り換える速度（すなわち移行点）がい
ろいろな速度で起こつてしまつていた。そして、
その移行点は、垂直線Ｃの左側になつたり右側に
なつたりした。こうなると、低速度領域で、非常
な加速度状態を引き起こすだけでなく、もし移行
点がタービンエンジン起動点Ｄを越えたときは、
その起動が妨害されることにもなる。

燃料制御装置の動作は、第２図を参照するとさ
らによく理解できる。第２図の一部には、典型的
な燃料制御装置の演算部が示されている。３次元
カム１０をＮとＴ_T2との関数として位置決めする
ことによつて、第１図の曲線Ｂで示す加速運転モ
ードが実施できる。加速運転モードの値はカム輪
郭から得られ、演算部の他の部分へ伝達される
（従動子１２とボツクス１４を参照）。そして、当
該技術分野において周知の方法で、適切な燃料流
となるように計算される。カム１０は、第１図の
曲線Ｅで示す非常運転モードを実施するためにも
使われ、曲線ＥはＴ_T2の関数として変化する。

第２図に示すように、３次元カム１０のフラン
ジ２２と、従動子ローラ２０とは、フイードバツ
クリンク２６のプラテン２４が低速度飽和ストツ
パ２８に当接するときには、互いに離れている。
このとき、コンプレツサ速度は、第１図の垂直線
Ｃで示す移行点の値に等しいか小さくすべきであ
る。そうすれば、非常運転モードは適正に実施さ
れる。しかしながら、数字３０で示す速度センサ
の性質のために、スラスト軸受３２にかかる軸線
方向の力は、この移行点ではほぼ零である。した
がつて、スラスト軸受３２およびパイロツト弁３
６は軸線方向に変位しやすくなり、これが移行点
の精度と再現性に悪影響を及ぼすことになる。

以上のような問題点こそ、本発明が解決すべき
問題点である。次に、本発明の実施例を、第２図
〜第５図を参照して説明する。第２図に示すよう
に、速度センサ３０は、フライウエイト３４と、
パイロツト弁３６と、加速加減スプリング３８と
を有する。また、速度加減スプリング３８の圧縮
力に対抗する緩衝スプリング４０を設けることも
でき、パイロツト弁３６にかかる荷重をバランス
するのに役立つ。

この実施例では、フライウエイト３４は、カツ
プ状部材４２の中に設けられ、カツプ状部材４２
は、軸受４６により回転可能に支持したシヤフト
４４に取り付けられている。シヤフト４４に固定
した歯車４８は駆動機構５０によつて駆動され、
駆動機構５０は、タービンエンジンのコンプレツ
サ（図示せず）によつて適切に駆動される。フラ
イウエイト要素５２，５４は、軸受５１によつ
て、直立するフオーク形の部材５６に枢動可能に
支持される。部材５６はカツプ状部材４２と一体
にされている。したがつて遠心力は、フライウエ
イト要素５２，５４の先端５８，６０（第３図、
第４図参照）を介して、パイロツト弁３６の端部
に伝達される。このように、フライウエイトが回
転すると、フライウエイトはパイロツト弁に荷重
を伝え、そして明らかに回転数の変化はパイロツ
ト弁に対する荷重を変化させて、パイロツト弁の
軸線方向の力のつりあいに不均衡をもたらす。そ
の結果、パイロツト弁３６は軸線方向に変位し、
ライン６０からの調節された高圧を、チヤンバー
６２かチヤンバー７４のいずれかに導く。チヤン
バー６２に至る通路は、環状通路６４、ポート６
６、ライン６８、ステム７２内の通路７０を経由
する。また、チヤンバー７４に至る通路は、環状
通路６４、ポート７６、ライン７８、ステム７２
内の通路８０を経由する。この実施例におけるシ
リンダはカム１０を構成し、このカム１０はステ
ム７２上をスライドする。すなわち、速度が減少
するときはカム１０は上方へ移動し、速度が増加
するときはカム１０は下方へ移動する。ステム７
２にはピストン８２が設けられており、チヤンバ
ー６２と７４を隔てている。

チヤンバー６２が高圧と連通しているときは、
チヤンバー７４はドレインに連通しており、チヤ
ンバー７４が高圧と連通しているときはチヤンバ
ー６２がドレインに連通している。すなわち、パ
イロツト弁３６の領域８４は、開口８８を介して
流体をポート７６からドレインポート８６に導入
する働きをしており、領域９０は、開口９２を介
して流体をドレインに導いている。

したがつて、正常な制御動作いおいては、カム
１０の軸線方向の位置はコンプレツサ速度の直接
の関数となり、このとき従動子ローラ２０はカム
１０のフランジ２２に当接して、カム１０の位置
をフイードバツクリンク２６を介してフイードバ
ツクし、、速度加減スプリング３８の高さを調節
する。これにより、速度加減スプリング３８にか
かる圧縮荷重が調節され、最終的には、フライウ
エイト要素５２，５４及び緩衝スプリング４０に
よつて発生する上向きの力は、速度加減スプリン
グ３８による下向きの力と等しくなる。このと
き、パイロツト弁３６の領域８４と９０は中立位
置にきて、チヤンバー６２，７４に対する流出入
はほとんどなくなる。

本発明によれば、偏倚スプリングすなわちねじ
りスプリング１００，１０４は緩衝スプリング４
０の力を増加させるために設けられている。すな
わち、ねじりスプリング１００，１０４は、フラ
イウエイト要素５２，５４を半径方向外方に偏倚
させてパイロツト弁３６を上方に押し上げるよう
に働き、軸受３２に予荷重をかける。この実施例
では、ねじりスプリング１００，１０４は、ほぼ
Ｕ字形をしており、Ｕ字形の各脚の端部は曲げら
れて、フライウエイト５２，５４の壁面に設けた
穴に挿入されている。ねじりスプリングは、スト
ツプ棒１０２のまわりに巻き付けるように構成す
ることができる。スプリング・ワイヤの直径は比
較的小さいので、フライウエイト要素の側縁の隣
りに配置することができ、したがつて従来の速度
センサの寸法を変更する必要がない。従来の装置
を変更する点としては、フライウエイト要素の壁
面に穴をあけることだけである。ほかの構成例と
しては、単一のねじりスプリングを設けて各フラ
イウエイト要素の壁面を横切るようにすることで
あり、こうすると穴をあける必要もない。

〔発明の効果〕

本発明では、速度センサに偏倚スプリングを設
けて、フライウエイトを介して偏倚スプリングの
力をパイロツト弁に作用するように構成し、しか
も偏倚スプリングによる力は低速領域でのみ有効
に働くようになつているので、燃料制御装置にお
ける正常運転モードと非常運転モードとの切り換
えが、常に一定の速度で実施できてかつ再現性が
良好であるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はＷ_f／ＰとＮの関係を示すグラフで、
燃料制御装置の演算部で実施される運転モードを
示す。第２図は、本発明の実施例の部分切断正面
図であり、その一部を概略的に示したものであ
る。第３図は、第２図の３―３線で切断した断面
図であるが、必ずしも同一尺度で描かれていな
い。第４図は、第２図に示すフライウエイトの平
面図である。第５図は、ねじりスプリングの斜視
図である。 １０……３次元カム、１２……従動子、１４…
演算部の一部をボツクスで示したもの、３０……
速度センサ、３４……フライウエイト、３６……
パイロツト弁、３８……速度加減スプリング、１
００，１０４……ねじりスプリング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ガスタービン用の燃料制御装置において、こ
   の燃料制御装置は、燃料流を制御するための演算
   部１０，１２，１４と、演算部を位置決めするた
   めの速度センサ３０とを有し、前記演算部での燃
   料流制御は正常運転モードと非常運転モードとを
   実施でき、前記正常運転モードでは監視された運
   転状態パラメータに応答して燃料流が制御され、
   前記非常運転モードは低速領域で実施され、前記
   速度センサ３０は、パイロツト弁３６と、少なく
   ともひとつのフライウエイト３４と、パイロツト
   弁に作用する速度加減スプリング３８と、少なく
   ともひとつの偏倚スプリング１００，１０４とを
   有し、前記パイロツト弁の変位は、タービン速度
   に応答して前記フライウエイトによつて調節さ
   れ、このフライウエイトによる調節は前記速度加
   減スプリングに対抗して作用し、前記偏倚スプリ
   ングは抵速度領域でのみ前記フライウエイトに力
   をかけ、この偏倚スプリングによる力は、前記速
   度加減スプリングの力に対抗して、前記フライウ
   エイトから前記パイロツト弁にかける力を増加さ
   せる、ことを特徴とするガスタービン用の燃料制
   御装置。