JPS5949413B2 - 二軸ガスタ−ビンの温度プロテクタ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は二軸ガスタービン、ことに自動車用の二軸ガス
タービン、の制御回路の改良に関する。

従来の熱交換器付二軸ガスタービンを第１図に、またそ
の制御装置を第２図に示す。

第１図に示す従来タービンでは、ガスゼネタービン２と
直結されたコンプレッサ１により取入れられた空気は熱
交換器４を通りあたためられた後、燃焼器５に入り、こ
こで燃料ポンプ８から燃料調整弁７を経て供給される燃
料を燃焼せしめる。

ここで発生した燃焼ガスをガスゼネタービン２に導き仕
事をなさしめる。

ガスゼネタービン２を出たガスはバリアプルベーン９を
経てパワータービン３に入り、ここで仕事をしてから熱
交換器４を通り排気として排出される。

パワータービン３の出力軸は負荷１１を駆動するが、こ
の軸の回転数ＮＰはパワータービン回転数検出器１５で
検出され燃料・バリアプルベーン制御装置１９に入力さ
れる。

またガスゼネタービン回転数ＮＧは検出器１４で検出さ
れ同じく燃料・バリアプルベーン制御装置１９に入力さ
れる。

他方ガスゼネタービン入口温度Ｔ７はガスゼネタービン
入口温度検出器１６で検出されその測定値Ｔ７も燃料・
バリアプルベーン制御装置１９に入力される。

またアクセルペダル１２と連動のガスゼネタービン目標
回転数の設定器１３で設定されるガスゼネタービン目標
回転数Ｎｆも燃料・バリアプルベーン制御装置１９に入
力される。

さらに、コンプレッサ入口温度Ｔ１は検出器５１で検出
され、その測定値Ｔ１は燃料・バリアプルベーン制御装
置１９に入力される。

燃料・バリアプルベーン制御装置１９がら発生するバリ
アプルベーン開ｉＶＧはコンバータ１８を介してバリア
プルベーン駆動機構１０に至り、この機構１０でバリア
プルベーン９を制御する。

また燃料・バリアプルベーン制御装置１９がら発生する
燃料流量信号Ｇｆはコンバータ１７を介し燃料調整弁駆
動機構７に至り、この機構７により弁６を制御するので
ある。

この従来の燃料・バリアプルベーン制御装置１９の詳細
を第２図に示しである。

すなわちガスゼネタービン目標回転数の設定器１３より
の定常運転米 時ガスゼネタービン回転数目標値ＮＧは比較器２１に入
る。

この比較器の他方の入力はガスゼネタービン回転数検出
器１４からのガスゼネ回転数測定値ＮＧである。

この比較器２１の出力はガスゼネタービン回転数ガバナ
２２に入り、ガスゼネタービン回転数ガバナ出力ΔＧｆ
Ｎが最小値選択回路おに入る。

設定器１３よりの定常運転時ガスゼネ回転数目標値ＮＧ
らたパワータービンの目標回転数設定器２３に入力し、
この設定器２３の出力である定常運転時パワータービン
回転数目標値Ｎｐ”は比較器２４に入り、ここでパワー
タービン回転数検出器１５からのパワータービン回転数
測定値と比較される。

この比較器２４の出力はパワータービンオーバスピード
プロテクタ２５に入り、このプロテクタ２５の出力ΔＧ
ｆＰが最小値選択回路３５に入る。

ガスゼネタービン回転数検出器１４からのガスゼネ回転
数測定値ＮＧは加速時最大燃料線間数発生器２７に入り
、この関数発生器２７の出力であ。

る燃料流量変化分の最大値ΔＧｆ ｍ ａ Ｘは最小値
選択回路３５に入る。

これはオーバヒートおよびサージングの防止のためであ
る。

またガスゼネタービン回転数測定値Ｎｃは、コンプレッ
サ入ロ温度検出器５１通基準コンプレッサ入口温度設定
器５λ比較器５３、ゲイン設定器（ガスゼネタービン回
転数修正信号）５４、加算器５５、および関数発生器（
定常運転時ガスゼネタービン入口温度計画線）５６で構
成される定常運転時ガスゼネタービン入口温度計画値を
計算する回路に導かれ、関数発生器５６の出力である定
常運転時ガスゼネタービン入口温度目標値Ｔ−は加算器
２９に入る。

この加算器２９の他方の入力はガスゼネタービン入口温
度の過熱余裕量設定器３０からのガスゼネタービン入口
温度煽熱余裕量ΔＴである。

加算器２９の出力は温度プロテクタ３１に入り、その出
力は比較器３３に入る。

比較器３３の他方の入力には、ガスゼネタービン入口温
度検出器１６よりのガスゼネタービン入口温度測定値Ｔ
７を位相進み補償回路３２を通し得た位相進み補償後の
ガスゼネタービン入口温度測定値Ｔ７Ｃである。

比較器３３の出力はＰ動作調節器３４に入り、この調節
器３４の出力であるガスゼネタービン入ロ温度プロテク
タ出力ΔＧｆＴは最小値選択回路３５に入る。

最小値選択回路３５の出力である燃料流量変化分Δｑは
加算器３６に入り、ここでガスゼネタービン回転数検出
器１４から定常運転時燃料計画線関数発生器２６を介し
て得だ定常運転時燃料計画流量Ｇｆｓと加算される。

加算器３６の出力は最大値選択回路３８に入る。

また前記定常運転時燃料計画流量ＧｆＳは吹消え防止燃
料流量設定器３γを経て急減速時の吹消え防止のだめの
燃料流量Ｇｆｍｉｎ を得て、これが前述の最大値選択
回路３８に入る。

最大値選択回路３８の出力すなわち燃料流量Ｇｔは第１
図に示すコンバータ１γを経て燃料調整弁駆動機構γに
至る。

他方、ガスゼネタービン入口温度検出器１６からの信号
〒７は前述のように位相進み補償回路３２に入り、この
回路３２からの位相進み補償後のガスゼネタービン入口
温度測定値Ｔｉｃは比較器３９に入る。

この比較器３９の他方の入力は吸気温度Ｔ１の効果を加
味した定常運転時ガスゼネターピン入口温度計画値を計
算する回路（５１〜５６）から得られた定常運転時ガス
ゼネタービン入口温米 度目標値Ｔ７である。

比較器３９の出力は加算器４０に至り、ここで後述する
バリアプルベーン開度判定器４５からの信号と加算され
る。

加算器荀の出力はｐＩ動作調節器４１に入り、この調節
器４１の出力である定常運転時バリアプルベーン開度Ｖ
Ｔは比較器４４に入る。

一方、ガスゼネタービン目標回転数の設定器１３よりの
定常運転時ガ米 スゼネ回転数目標値ＮＧは比較器４２においてガスゼネ
タービン回転数検出器１４からのガスゼネ回転数測定値
Ｎｃと比較され、その出力は急加減速時バリアプルベー
ン開度調節器４３に導かれ、この調節器４３の出力であ
る急加減速時バリアプルベーン開度ＶＮが前述の比較器
４４の他方の入力となる。

比較器４４の出力であるバリアプルベーン開度ＶＧは前
述の判定器４５の入力となると共に、コンバータ１８（
第１図）を介してバリアプルベーン駆動機構１０に送ら
れる。

燃料・バリアプルベーン制御装置１９は車両用ガスター
ビン制御装置として次の機能を具備すべ（１）低燃費を
維持できるように決定した燃料計画線上で、定常時の運
転を行なう。

（２）急加減速性能を向上させる。

（３）過大な燃料投入による、材料のオーバヒートの防
止、およびパワーのアンバランスによる回転部のオーバ
スピードを防止する。

（１）〜（３）の機能をすべて満たすため、燃料流量は
第３図に示したＧｆＳ線をはさむ最大燃料線（Ｇｆｍａ
Ｘ線）と最小燃料線（Ｇ４ｍｉｎ線）との範囲にあって
、設計点基準にして、α％の傾きで比例制御される。

なお、ＧｆｍａＸ線は、急加速時におけるオーバヒート
あるいはサージング防止を意図し、Ｇｆｍｉｎ線は急減
速時の吹消え防止のための空燃比維持を意図して設定し
た線である。

急加減速時には、急加減速性能向上のため、調節器４３
は、急加減速の程度に応じてバリアプルベーン９を急開
閉する。

このとき、調節器４３の不感帯±Δ、比例調節部のゲイ
ンＫＮ 、ＮＮ ％上下限値ＶＮｍａ ｘ 、 ＶＮｍ
ｉ ｎは適当な値に設定するものとする。

また、Ｐ工調節器４１は、定常運転時のガスゼネタービ
ン入口温度制御用に設けたものである。

加算器４０とバリアプルベーン開度判定器４５とにより
構成されるフィードバックループは、バリアプルベーン
開度信号ＶＧを上限値ＶＧｍ ａ ｘと下限値ｖＧｍ
ｉ ｎの範囲内に押えるためのリミッタ機能をもつ。

急加速時のオーバヒート・サージング防止については、
ガスゼネ回転数ＮＧにより定する定常運転時ガスゼネタ
ービン入口温度目標値ＴＦにさらに過熱余裕量ΔＴを上
積みした線の上限を材料の耐久限界温度ＴＴｍａ！で切
り、ガスゼネタービツ入口温度の測定値（位相進み補償
した結果）Ｔ７ｃがこの設定線を越える量に比例して燃
料流量を減少させることで行なう。

ＴＦ線は、定常運転時、コンプレッサ・マツプ上で動作
点が効率最大線上にのるように決められた、ガスゼネタ
ービン入口温度計画線である。

ナオ、コンバータ１γ、１８はそれぞれ、制御装置内の
信号を燃料調整弁駆動機構γおよびバリアプルベーン駆
動機構１０の操作信号に変換するだめのものである。

このような従来のものの欠点は、ガスゼネタービン入口
温度の過熱余裕量ΔＴが第４図に示すように、吸気温度
Ｔ′１によらず固定されている場合、吸気温度の変化に
よるガスタービンの運転状態の変化が考慮されていない
ことにある。

すなわち吸気温度が低下した場合、ガスゼネタービン入
口温度の過熱余裕量ΔＴは大きくてもよいが、ΔＴを一
定値に押えていると、加速時、燃料流量の指令信号Ｇｆ
は、ΔＴにより制限さね、加速性能も悪化する。

一方、吸気温度が上昇した場合、ガスゼネタービン入口
温度の過熱余裕量ΔＴは小さくしなければならないカ瓢
ΔＴを一定にしていると、加速時、燃料流量の指令信号
Ｇｆが過剰になり、エンジンのオーバヒート、サージン
グのおそれがあった。

本発明は上述の点を改善せんとしてなされたもので、本
発明によれば、ガスゼネタービン入口温度の過熱余裕量
ΔＴを固定値としていたのを、コンプレッサ吸気温度と
設計値との偏差（Ｔ Ｉ −ＴＩＤ、’に比例して、ガ
スゼネタービン入口温度の過熱余裕量の修正信号Δｌを
発生させる調節器（５γ）と、この修正信号Δｌを基準
値Δ和から減算（ΔＴ＝Δ和−ΔＴＭ ） して、ガス
ゼネタービン入口温度の過熱余裕量ΔＴを定める比較器
（５９）とから成ることを特徴としている。

以下本発明を添付図面第５図に例示したその好適な実施
例について詳述する。

本発明は、第２図のガスゼネタービン入口温度の過熱余
裕量設定器３０を、第５図に示した要素５１〜５９から
成る回路に置き換え、制御性能の向上を図るものである
。

但し、第５図では、本発明回路と他の要素との接続関係
を明らかにするため、周辺の要素も含めて示しである。

温度検出器５１で検知された、コンプレッサ１の入口温
度測定値Ｔ１は比較器５３に導かわう基準コンプレッサ
入口温度設定器５２の出力ＴＩＤと比較され、偏差信号
ＴＩ ＴＩＤをゲイン設定器５７に送出する。

ゲイン設定器５７は、吸気温度の偏差ＴＩ−ＴＩＤの大
きさに比例して、ガスゼネタービン入口温度の過熱余裕
量の修正信号Δ−を発生し、比較器５９に送出する。

ゲイン設定器５γは、Ｔ １＞Ｔ Ｉ ＤのときはΔ珈
〉０、Ｔ １ ＜Ｔ ＩＤのときはΔＴＭ＜０、Ｔ１−
ＴＩＤのときはΔＴＭ＝０なる信号を出力するものとす
る。

比較器５９は、基準ガスゼネタービン入口温度の過熱余
裕量設定器５８の出力ΔＴＤとゲイン設定器５γの出力
ΔＴＭとの差を演算し、加算器２９にガスゼネタービン
入口温度の過熱余裕量ΔＴ＝ΔＴＤ−ΔＴＭを送出する
。

結局、吸気温度の低いときはガスゼネタービン入口温度
の過熱余裕量ΔＴを増加させ（第４図Ｂ線）、吸気温度
の高いときは過熱余裕量ΔＴを減少（第４図Ｃ線）させ
ることになる。

なお、コンプレッサマツプ上の定常作動線を吸気温度に
よらず効率最大線に一致させるため、ガスゼネタービン
入口温度目標値Ｔ−は、第５図に示すように、修正ガス
ゼネタービン回転数ＮｆＧに対して定める。

すなわち、ゲイン設定器５４で吸気温度Ｔ１と基準吸気
温度ＴＩＤとの大小に応じた修正信号ＮＧＣを計算し、
この信号ＮＧＣをガスゼネタービン回転数測定値ＮＧに
加算して得られる、修正ガスゼネタービン回転数ＮＧ′
の関数として、ガスゼネタービン入口温度目標値Ｔｔを
定めるのである。

本発明は上述のようにして成るので、コンプレッサ入口
温度を検出し、これを基準温度と比較し、基準温度より
低い場合には、ガスゼネタービン入口温度の過熱余裕量
ΔＴを太きくシ、基準温度より高い場合には、ΔＴを小
さくすることにより、吸気温度の変化によらず、加速性
能を維持し、かつ、オーバヒート、サージングを防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の二軸ガスタービンの系統図、第２図はそ
の制御装置の系統図、第３図はガスゼネタービン回転数
測定値ＮＧと燃料流量Ｇｆとの関係を示すグラフ、第４
図はガスゼネタービン入口温度目標値ＴＦ、！−ガスゼ
ネタービン入口温度の過熱余裕量ΔＴとの関係を示すグ
ラフ、第５図は本発明の構成を示す系統図、第６図はＴ
１ ＜Ｔ ＩＤの時の過渡応答を示す時間対ガスゼネ
ターピン回転数測定値のグラフである。 １・・・・・・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、γ・・・・・・燃焼調整弁駆動機構、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機構、１１
・・・・・・負荷、１２・・・・・・アクセルペダル、
１３・・・・・・ガスゼネタービン目標回転数の設定器
、１４・・・・・・ガスゼネタービン回転数検出器、１
５・・・・・・パワータービン回転数検出器、１６・・
・・・・ガスゼネタービン入口温度検出器、１γ、１８
・・・・・・コンバータ、１９・・・・・Ｍ・バリアプ
ルベーン制御装置、２１，２４゜３３．３９，４２，４
４・・・・・・比較器、２９，３６，４０・・・・・・
加算器、２２・・・・・・ガスゼネタービン回転数ガバ
ナ、２３・・・・・・パワータービンの目標回転数設定
器、２５・・・・・・パワータービンのオーバスピード
プロテクタ、２６・・・・・・関数発生器（定常運転時
燃料計画線）、２７・・・・・・関数発生器（加速時最
大燃料線）、３０・・・・・・ガスゼネタービン入口温
度の過熱余裕量設定器、３１・・・・・・温度プロテク
タ、３２・・・・・・位相進み補償回路、３４・・・・
・・Ｐ動作調節器、３５・・・・・・最小値選択回路、
３７・・・・・・吹消え防止燃料流量設定器、３８・・
・・・・最大値選択回路、４２・・・・・−ＰＩ動作調
節器、４３・・・・・・急加減速時バリアプルベーン開
度調節器、４５・・・・・・バリアプルベーン開度判定
器、５１・・・・・・コンプレッサ入口温度検出器、５
２・・・・・・基準コンプレッサ入口温度設定器、５３
，５９・・・・・・比較器、５４・・・・・・ゲイン設
定器（ガスゼネタービン回転数修正信号）、５５・・・
・・・加算器、５６・・・・・・関数発生器（定常運転
時ガスゼネタービン入口温度計画線）、５γ・・・・・
・ゲイン設定器（ガスゼネタービン入口温度の過熱余裕
量の修正信号）、５８・・・・・・基準ガスゼネタービ
ン入口温度の過熱余裕量設定器。 Ｎｒ：定常運転時ガスゼネタービン回転数目標値、ＮＧ
：ガスゼネタービン回転数測定値、Ｎｒ：定常運転時パ
ワータービン回転数目標値（オーバスピード防上）、Ｎ
Ｐ：パワータービン回転数測定値、Ｔ７”定常運転時ガ
スゼネタービン入口温度目標値、Ｔ７ ：ガスゼネター
ビン入口温度、Ｔ７ ：ガスゼネタービン入口温度測定
値、Ｔ２Ｃ：位相進み補償後のガスゼネタービン入口温
度測定値、Ｔ７ｍａｘ：タービン材料の耐久限界温度、
ΔＴ：ガスゼネタービン入口温度の過熱余裕量、Ｇｆ
：燃料流量、Ｇｆｓ：定常運転時燃料計画流量、ΔＧｆ
：燃料流量変化分、ΔＧｆＮ：ガスゼネタービン回転数
ガバナ出力、ΔＧｆｐ：パワータービンのオーバスピー
ドプロテクタ出力、ΔＧｆＴ：ガスゼネタービン入ロ温
度プロ温度プロテクタ出力ｍａｘ”燃料流量変化分の最
大値（オーバヒート、サージングの防止）、Ｇｆｍｉｎ
”急減速時の吹消え防止のための燃料流量、ｖＧ：バ
リアプルベーン開度（設計点基準）、ＶＧｍａｘ ：バ
リアプルベーン開度上限値、ＶＧｍｉｎ：バリアプルベ
ーン開度下限値、ＶＴ：定常運転時バリアプルベーン開
度、ｖＮ：急加減速時バリアプルベーン開度、Δ：急急
加速連判定基準ＫＮ 、に’Ｎ ニゲイン、Ｔ１ ：コ
ンプレッサ入口温度、Ｔ１ ：コンプレッサ入口温度測
定値、ＴＩＤ ：基準コンプレッサ入口温度、ｋｃ ：
ガスゼネタービン回転数修正信号、Ｎ２Ｏ：修正ガスゼ
ネタービン回転数、ΔＴＤ：基準ガ基準ガス−ネタ−ビ
ン入口温度余裕量、ΔＴＭ：ガスゼネタービン入口温度
の過熱余裕量の修正信号、Ｋ１．に２：比例ゲイン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 二軸ガスタービンで、ガスゼネタービン回転数の関
   数として設定したガスゼネクタービン入口温度計画値に
   過熱余裕量を加算して得る限界温度を実測値が超過した
   時に超過分に比例して燃料流量を減少させる回路におい
   て、コンプレッサ吸気温度とその設計値との偏差に比例
   して、ガスゼネタービン入口温度の過熱余裕量の修正信
   号を発生させる調節器と、前記修正信号を過熱余裕量の
   基準値から減算してガスゼネタービン入口温度の過熱余
   裕量を定める比較器とから成ることを特徴とする、二軸
   ガスタービンの温度プロテクタ回路。