JPS5948296B2 - 二軸ガスタ−ビンの起動時バリアブルベ−ン制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、二軸ガスタービンのバリアプルベーン制御装
置の改良、ことに自動車用のこの種装置の起動時バリア
プルベーン制御回路に関する。

第１図および第２図は従来の熱交換器付二軸ガスタービ
ンとその制御装置を示している。

すなわち、従来の二軸ガスタービンにお・いでは、大気
からの空気をコンプレッサ１で圧縮し、熱交換器４で排
気熱により加熱して燃焼器５に導く。

燃焼器５には燃焼ポンプ８からの燃料を、燃料調整弁駆
動機構７により制御される燃料調整弁６を介して供給し
、ここで燃焼せしめる。

燃焼器５で生成する燃焼ガスはまずガスゼネタービン（
以下、ガスゼネと略す）２を駆動し、次にバリアプルベ
ーン９を介してパワータービン３を駆動した後、熱交換
器４を介して排出される。

パワータービン３の出力軸は負荷１１にリンクされてい
る。

なお、参照番号１４はガセゼネ回転数検出器、１５はパ
ワータービン回転数検出器、１６はガスゼネ入口温度検
出器、１７はコンプレッサ吸気温度検出器、１０はバリ
アプルベーン駆動機構である。

この二軸ガスタービンの制御は上述の燃料調整弁駆動機
構７およびバリアプルベーン駆動機構１０で行うが、そ
の制御装置、すなわち燃料・バリアプルベーン制御装置
は参照番号２０で示され、その詳細は第２図に示される
。

燃料・バリアプルベーン制御装置２０は、アクセルペダ
ル１２（第１図参照）の踏み込み程度に応じてガス回転
数設定器１３より出力される定常運転時ガスゼネ回転数
設定値Ｎ６＊と、ガスゼネ回転数検出器１４から得たガ
スゼネ回転数測定値Ｎ６と、パワータービン回転数検出
器１５から得たパワータービン回転数測定値Ｎ、と、ガ
スゼネ入口温度検出器１６から得たガスゼネ入口温度Ｔ
７の測定値〒７と、コンプレッサ吸気温度検出器１７か
ら得たコンプレッサ吸気温度Ｔ１の測定値↑１ とを入
力して、吸気温度補正を含む適当な制御演算した後、超
勤時あるいは通常運転時のバリアプルベーン開度指令■
６および燃料流量指令Ｇｆ を出力する。

これらの指令信号はそれぞれコンバータ１９および１８
にて操作信号に変換されてバリアプルベーン駆動機構１
０および燃料調整弁駆動機構７に供給される。

この燃料・バリアプルベーン制御装置２０は、上記のよ
うに２つの指介を出力する機能を持つが、特に車両用ガ
スタービン向きとしては次の機能が具備されている。

すなわち、（１）低燃費を維持できるように計画したガ
スゼネ入口温度および燃料計画線上で、定常時の運転を
行う。

（２）急加減速性能を向上させる。

（３）過大な燃料投入による、ガスタービン材料のオー
バヒート防止、およびパワーのアンバランスによる回転
部のオーバスピードの防止。

燃料・バリアプルベーン制御装置２０は、第２図に示す
ように、起動時バリアプルベーン開度指令■Ｇ８を出力
する起動時バリアプルベーン開度設定器２１と、ガスゼ
ネ入口温度測定値Ｔ７ を受けて位相進み補償後のガス
ゼネ入口温度Ｔ。

を出力する進み補償回路２２と、測定値Ｎ６およびＴ″
１を受けて定常運転時ガスゼネ入口温度計画値Ｔ７＊を
出力する関数発生器（定常運転時ガスゼネ入口温度計画
線）２３と、設定値Ｎ＊、測定値Ｎ６、温度Ｔ７ｏおよ
び計画値Ｔ７＊を受けて通常運転時バリアプルベーン開
度指令■ＧＡを出力する通常運転時バリアプルベーン制
御回路２４と、この通常運転時バリアプルベーン開度指
令■ＧＡと起動時バリアプルベーン開度指令■Ｇ８とを
選択的に切り換えてバリアプルベーン開度指令ＶＧを得
る運転モード切換スイッチ２６と、測定値Ｎ６を受けて
運転モード切換回転数Ｎ６Ｔとの比較を行ない運転モー
ド切換信号Ｓ６Ｔを出力する運転モード切換判定回路２
５と、設定値Ｎ６″、測定値Ｎ６、Ｎ１、温度計画値Ｔ
７＊および温度Ｔ７ｏを受けで燃料流量指令Ｇ、を出力
する起動・通常運転時燃料制御回路２７とを包含する。

以下に、燃料・バリアプルベーン制御装置２０のバリア
プルベーン開度の制御方式について述べる。

起動時、ガスゼネ２の負荷を減らし、アイドリング回転
数までの昇進を促進させるため、バリアプルベーン９は
、通常の運転範囲からさらに開いた全開位置に、起動時
バリアプルベーン開度設定器２１によりセットされる。

運転モード切換判定回路２５は、回転数測定値Ｎ６を人
力し、あらがしめ決められたモード切換回転数Ｎ６□と
比較し、Ｎ６＜Ｎ６□の時Ｓ６□−０，Ｎ６ンＮ６□の
時、Ｓ６□＝１を出力する。

運転モード切換スイッチ２６は、運転モード切換信号Ｓ
ＧＴを受け、５６Ｔ−〇の時、接点すとＣとを接続し、
Ｓ、＝１の時、ａとＣとを接続する。

しかるに、起動時は、運転モード切換スイッチ２６の接
点すとＣとが接続され、開度設定器２１の出力は、コン
バータ１９を経て、バリアプルベーン駆動機構１０に送
出され、バリアプルベーン９が制御される。

ガスゼネ回転数測定値Ｎ６が昇速し、Ｎ６≧Ｎ６□とな
ると、切換スイッチ２６の接点ａとＣとが接続され、通
常運転時バリアプルベーン制御回路２４の出力がコンバ
ータ１９を経てバリアプルベーン駆動機構１０に送出さ
れ、通常運転時のパノリアブルベーンの制御が行われる
。

進み補償回路２２は、ガスゼネ入口温度測定値Ｔ７ を
入力し、検出遅れ分に位相進み補償を施し、通常運転時
バリアプルベーン制御回路２４に送出する。

関数発生器２３はガスゼネ回転数測定値Ｎ６およびコン
プレッサ吸気温度測定値Ｔ１ を入力し、吸気温度補正
を施した定常運転時のガスゼネ入口温度計画値Ｔ７′１
′を演算し、通常運転時バリアプルベーン制御回路２４
に送出する。

バリアプルベーン制御回路２４は、定常運転時には低燃
費維持のため、ガスゼネ入口温度Ｔ７ を計画線に沿っ
た値Ｔ７′Ａに制御するようにバリアプルベーン開度指
令値を計算する。

一方、急加減速時には、急加減速性能を向上させるため
、急加減速の程度に応じてバリアプルベーン９を開閉す
るようバリアプルベーン開度指令値を計算する。

ことような従来の制御装置においては、二軸ガスタービ
ンの起動中、昇速促進のため、バリアプルベーン開度は
全開位置にセットされており、第４図に示すように回転
測定値Ｎ、が上昇し、運転モードが起動から通常運転に
切り換えられると、起動中のバリアプルベーン開度と通
常運転時の開度とではバリアプルベーンの運転範囲の差
が大きいため、切換時にバリアプルベーン９がバンチン
グを起こし、アイドリング回転数Ｎ６□への整定か遅れ
るという欠点があった。

本発明の目的は、この従来装置の欠点を改善せんとする
ものである。

すなわち、二軸ガスタービンの起動時、ガスゼネ軸の昇
速をそこなわず、かつ、回転数が上昇して運転モードが
起動から通常運転に切り換えられる際、バリアプルベー
ン開度をバンチングを起こすことなく、連続的に移行さ
せることを目的とする。

本発明によれば、従来、起動時のバリアプルベーン開度
を全開位置で一定としていたのを、ガスゼネ回転数測定
値Ｎ６の関数としてバリアプルベーン開度を制御するよ
うにし、この関数をゼロ回転からスタータ・カッＩ・ア
ウト回転数Ｎ、Ｃまでは。

全開位置で一定とし、回転数ＮＳＣ以上では回転数測定
値Ｎ６の１−昇とともにバリアプルベーンを閉じていき
、運転モード切換時には、はぼアイドリング時のバリア
プルベーン開度になるようにし、さらにバリアプルベー
ンを閉じていく際、回転数測定値Ｎ６の上昇速度を検知
してあらかじめ設定した上昇速度と比較し、検知した上
昇速度が小さい場合には、バリアプルベーンを閉じる量
を減らし、昇速をそこなわないようにしている。

これにより、運転モード切換時、バリアプルベーンがバ
ンチングを起こすことなく、連続的に移行することがで
きる。

すなわち、本発明は二軸ガスタービンのバリアプルベー
ン制御回路において、ガスゼネ回転数の関数として起動
時のパリｊ′ブルーンン開度計画値を出力する回路と、
ガスゼネ回転数の上昇速度を検知し、あらかじめ設定し
た一Ｌ昇速度と比較し、検知した一Ｌ昇速度が小さい場
合にはバリアプルベーン開度の修正信号を出力する回路
と、ガスゼネ回転数をスタータ・カッｊ・アウト回転数
と比較し、ガスゼネ回転数が小さい場合には前記開度計
画値出力回路の出力のみ、ガスゼネ回転数が等しいか大
きい場合には前記開度計画値出力回路および修正信号出
力回路の出力を加算して、起動時バリアプルベーン開度
指令を出力する回路と、ガスゼネ回転数を運転モード切
換回転数と比較し、ガスゼネ回転数が小さい場合には前
記開度指令出力回路の出力をバリアプルベーン開度指令
とし、ガスゼネ回転数が等しいか大きい場合には通常運
転時バリアプルベーン制御回路の出力をバリアプルベー
ン開度指令として運転モードの切換を行なう回路とより
なることを特徴とする二軸ガスタービンの起動時バリア
プルベーン制御回路で１、起動時には昇速をそこなわず
、かつ運転モード切換時にはバンチングを起こすことな
く連続的にバリアプルベーンを移行させるそとができる
。

以下、第３図に例示した本発明の好適な実施例について
詳述する。

本発明の要旨は、制御装置２０において、第２図の起動
時バリアプルベーン開度設定器２１を、第３図に示す要
素５１〜５８からなる起動時バリアプルベーン制御回路
に置き換えたことである。

なお第３図にお・いて、本発明に係わる要素と他の要素
との接続関係を明らかにするため周辺の要素も示してあ
り、同一要素は第２図の要素と同一参照番号で示しであ
る。

起動時バリアプルベーン制御回路は、ガスゼネ回転数測
定値Ｎ６を微分してガスゼネ同転数変化率ｄＮ６／ｄｔ
を得る微分器５１と、ガスゼネ回転数変化率設定値（ｄ
ＮＧ／ｄｔ） ｓｅｔを出力する回転数変化率設定器５
２と、これら変化率も・よび設定値を比較する比較器５
３と、回転数変化率によるバリアプルベーン開度補正値
■Ｇ８１を得るゲインに１のバリアプルベーン開度調節
器５４とで開度修正信号出力回路Ａを成し、ガスゼネ回
転数測定値Ｎ６をスタータ・カットアウト回転数ＮＳＣ
と比較してスタータ・カッ１〜アウト回転数判定信号Ｓ
ｓｃを得るスタータカットアラＩ・回転数判定回路（第
３図のこの回路の上部に示すヒステリシス特性（Ｎｓｏ
＞ Ｎ５ｏ）を有する。

本ヒステリシス特性は、ガスゼネ同転数の変動により、
判定信号Ｓ。

が状態１とＯとを繰返して加算器５８の出力が変動する
のを防止するため、一旦、スタータカットアウト後は判
定信号Ｓ。

を状態１に保持するためのものである。

Ｎ５ｏとＮｓＤとの幅はガスゼネ回転数上昇時の変動量
を見込んざものとする。

）５５と、このスタータ・カットアウト回転数判定信号
ＳＳＣにより制御される切換スイッチ５６と、加算器５
８とで起動時バリアプルベーン開度指令■Ｇ５を出力す
る開度指令出力回路Ｂを成し、さらにガスゼネ回転数測
定値Ｎ６の関数として起動時のバリアプルベーン開度計
画値■Ｇ５ｏを出力する関数発生器５７を包含し、起動
時バリアプルベーン開度指令■Ｇ８は運転モード切換判
定回路２５と運転モード切換スイッチ２６とで成る運転
モードの切換えを行なう回路Ｃに与えられる。

作用について述べると、ガスゼネ回転数測定値Ｎ６はス
タータ・カットアウト回転数判定回路５５に導かれ、こ
こでスタータ・カットアウト回転数Ｎ５ｏと比較され、
測定値Ｎ６が上昇中でＮ６〈Ｎ５゜の時、スタータ・カ
ットアウト回転数判定信号５８ｏ−１が、Ｎ６≧Ｎ８ｏ
の時、５８ｏ＝０が切換スイッチ５６に送出される。

切換スイッチ５６は、５５ｏ＝１の時接点を閉じてバリ
アプルベーン開度調節器５４の出力を加算器５８に送出
するが、５５Ｃ＝０の時は接点が開かれ、バリアプルベ
ーン開度調節器５４から加算器５８に至る回路が切れる
。

関数発生器５７は、ガスゼネ回転数測定値Ｎ６を人力し
、起動時バリアプルベーン開度計画値■Ｇ５゜を出力す
るもので、０＜Ｎ６〈Ｎ８ｏの間はバリアプルベーン９
を全開位置で一定とし、Ｎ６ンＮ５ｏでは回転数測定値
Ｎ６が上昇するにつれて閉じていき、運転モード切換回
転数Ｎ６１でほぼアトリング時のバリアプルベーン開度
となるよう設定する。

したがってＮ６＜Ｎ５Ｃの時は、関数発及器５７の出力
は全開位置を指令し、これにより、ガスゼネ２の負荷が
減り、回転数測定値Ｎ６の昇速か促進される。

回転数測定値Ｎ６が上昇し、タービンが自刃で昇速でき
るようになると、スタータ・モータはカットアウトされ
る。

次に、スタータ・モータがカットアウトされた後（Ｎｃ
＞ Ｎ５ｏ）のバリアプルベーン開度の制御方法につ
いて述べる。

微分器５１はガスゼネ回転数測定値Ｎ６を入力し、ガス
ゼネ回転数変化率ｄＮ６／ｄｔを演算し、比較器５３に
送出する。

同時に、回転数変化率設定器５２であらかじめ設定され
た回転数変化率（ｄＮ６／ ｄｔ） ｓｅｔの信号も比
較器５３に送出され、ここで先の微分器５１の出力ｄＮ
６／ｄｔと比較され、偏差信号子ｄＮ６／ｄｔ） ｓｅ
ｔ −ｄＮ６／ｄｔをバリアプルベーン開度調節器５４
に送出する。

バリアプルベーン開度調節器５４は、（ｄＮ６／ｄｔ）
ｓｅｔ＞ｄＮ６／ｄｔの時、回転数測定値Ｎ６の上昇速
度があらかじめ設定された上昇速度より小さいため、昇
速を促進させるように、偏差信号の大小の程度に応じて
回転数変化率によるバリアプルベーン開度補正値ＶＧＳ
Ｉ （＞ ０ ）を出力し、関数発生器５７の出力であ
る起動時バリアプルベーン開度計画値■ＧＳｏに加算す
る。

このように開度補正値■ＧＳ０によって標準の開度であ
る開度計画値■Ｇ８ｏを修正することにより実際のバリ
アプルベーン開度対回転数で最適な開度指令■Ｇ５を与
えることができる。

一方、（ｄＮ６／ｄｔ） ｓｅｔ≦ｄＮ６／ｄｔの時は
、測定値Ｎ６の上昇速度はあらかじめ設定された上昇速
度より大きいため、起動時バリアプルベーン開度計画値
■Ｇ５ｏに対する修正は必要なく、バリアプルベーン開
度調節器５４は■ＧＳ□−〇を出力する。

このようにして、Ｎ６１＞ Ｎ６ンＮ５ｏの範囲では、
バリアプルベーン９は関数発生器５７で決定される計画
値に沿って制御され、Ｎｃ ＃ＮＧＴではバリアプルベ
ーン９はほぼアイドリング時のバリアプルベーン開度と
なる。

したがって、起動時バリアプルベーン制御回路を上記構
成にすることにより、ガスゼネ軸の昇速を促進し、スタ
ータ・モータのカットアウト後は昇速をそこなうことな
く、回転数の上昇とともにバリアプルベーンを閉じてい
き、運転モードが起動から通常運転に切り換えられる際
、ハンチングを起こすことなく、連続的にアイドリング
時のバリアプルベーン開度に移行することができる（第
４図参照）。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱交換器付二軸ガスタービンの系統図、第２図
はその制御回路の従来例を示す図、第３図は本発明によ
る制御回路を示す図、第４図はガスゼネ回転数測定値お
よびバリアプルベーン開度指令を時間を関数として示す
図である。 １１・・・・・・コンプレッサ、２・・・・・・ガスゼ
ネタービン、３・・・・・・パワータービン、４・・・
・・・熱交換器、５・・・・・・燃焼器、６・・・・・
・燃料調整弁、７・・・・・・燃料調整弁駆動機構、８
・・・・・・燃料ポンプ、９・・・・・・バリアプルベ
ーン、１０・・・・・・バリアプルベーン駆動ｉ構、１
１・・・・・・負荷、１２・・・・・・アクセル・ペダ
ル、１３・・・・・・ガスゼネＭ転数設定器、１４・・
・・・・ガスゼイ・回転数検出器、１５・・・・・・パ
ワータービン回転数検出器、１６・・・・・・ガスゼネ
入口温度検出器、１７・・・・・・コンプレッサ吸気温
度検出器、１８．１９・・・・・・コンバータ、２０・
・・・・・燃料・バリアプルベーン制御装置゛２１・・
・・・・起動時バリアプルベーン開度設定器、２２・・
・・・・進み補償回路、２３・・・・・・関数発生器、
２４・・・・・・通常運転時バリアプルベーン制御回路
、２５・・・・・・運転モード切換判定回路、２６・・
・・・・運転モー ド切換スイッチ、２７・・・・・・
起動・通常運転時燃料制御回路、５１・・・・・・微分
器、５２・・・・・・回路数変化率設定器、５３・・・
：比較器、５４・・・・・・バリアプルベーン開度調節
器、５５・・・・・・スタータ・カットアウト ・・・関数発生器、５８・・・・・・加算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 二軸ガスタービンのバリアプルベーン制御装置にお
   いて、ガスゼネタービン回転数の関数として起動時のバ
   リアプルーベン開度計画値を出力する回路５７と、前記
   ガスゼネタービン回転数の上昇速度を検知し、あらかじ
   め設定した上昇速度と比較し、検知した上昇速度が小さ
   い場合にはバリアプルベーン開度の修正信号を出力する
   回路Ａと、ガスゼネタービン同転数をスタータ・カッＩ
   ・アウト回転数と比較し、ガスゼネタービン回転数が小
   さい場合には前記開度計画値出力回路の出力のみ、ガス
   ゼネタービン回転数が等しいか大きい場合には前記開度
   計画値出力回路お・よび修正信号出力回路の出力を加算
   しで、起動時バリアプルベーン開度指令を出力する回路
   Ｂと、ガスゼネタービン回転数を運転モード切換回転数
   と比較し、ガスゼネタービン同転数が小さい場合には前
   記開度指令出力回路の出力をバリアプルベーン開度指令
   とし、ガスゼネタービン回転数が等しいか大きい場合に
   は通常運転時バリアプルベーン制御回路２４の出力をバ
   リアプルベーン開度指令として運転モードの切換えを行
   なう回路Ｃとよりなることを特徴とする、二転ガスター
   ビンの起動時バリアプルベーン制！ｉｎ回路。