JP2003148168A - ガスタービンエンジンの燃料制御装置 - Google Patents
ガスタービンエンジンの燃料制御装置Info
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Abstract
学的影響を補償する燃料制御装置を提供する。 【解決手段】 燃料制御装置は、NDOTActual
率をNDOTDem and率に一致または追従させると
きに使用され、数個のエンジン作動パラメータを測定す
る機構と、上記測定されたエンジン作動パラメータに基
づいて初期のエンジン燃料需要を決定する機構とを含
む。燃料制御装置は、また、エンジン作動中に、測定さ
れた作動パラメータに基づいて、燃料の燃焼ガスとエン
ジン金属部との間で移動する熱量を推定し、それに基づ
いて有効な燃料流調整を推定する機構を含む。さらに、
初期に予想されたエンジン燃料需要と、推定された有効
燃料流調整とに基づいて、最終的なエンジン燃料需要を
決定する機構を含む。
Description
された米国仮出願第60/332,247号の優先権を
請求し、その内容の全体は、この言及により、本開示と
矛盾が生じない程度まで本文に組み込まれる。
ンと共に使用される燃料制御システムに関し、より詳し
くは、実際のコアエンジンの加速減速率を要求された率
に合せようとするとき、内蔵されたリアルタイム熱力学
エンジンモデルからの計算された信号を用いる燃料制御
システムに関する。
システムは、エンジンへの燃料流を調節して、ガスジェ
ネレータの実際の速度変化率(NDOTActual)
をガスジェネレータの要求速度変化率(NDOT
Demand)に一致または追従させるものである。最
大要求NDOT率は加速スケジュールから得られる。こ
の加速スケジュールは、もともとエンジン製造者から提
供され、サージやストールや過熱からエンジンを保護す
るために時間を掛けて開発されている。その結果、加速
スケジュールは個々のエンジンモデルに対して特有すな
わち唯一無二なものである。上記スケジュールは、典型
的には、測定されたガスジェネレータ速度(NH)と入
口空気温度と圧力との関数としてNDOTDemand
を表している。スケジュールは、線形ではなく複雑な形
態をしている。上記スケジュールが複雑なのは、一部に
は、エンジンがコンプレッサストール領域で作動するの
を防止する必要があるためである。
は、比例プラス積分(時には微分)NDOT制御ループ
を使用して燃料流を調節して、コアエンジンガスジェネ
レータの測定された実際の加減速率(NDOT
Actual)と要求された加減速率(NDOT
Demand)との間の誤差を零にする。エンジンは非
線形の非常に複雑な機械であるために、要求されたND
OT率に実際のNDOT率を一致または追従させるの
が、時には不完全となり、特にエンジンの急激な加減速
の際は、不完全となる。すなわち、過渡現象が著しいと
きは、制御システムはNDOTD emandとNDOT
Actualの間の誤差を零にすることができない。
Demandに追従できないのは、部分的には、制御ル
ープの安定性を保証するために最優先で求められる制御
デザイントレードオフすなわち帯域幅の限定に起因して
いる。しかし、より重要なことは、現在の最新式制御シ
ステムが、NDOT率の追従に悪影響を及ぼすNDOT
制御ループに対する外乱、例えばエンジンのリアルタイ
ムな熱力学的影響を補償していないことである。
追従させることができないために、実際のNDOTが加
速限界を越える場合、エンジンサージ現象が起こり得
る。エンジンサージは、駆動される負荷に対して、トル
クの急激な乱れを生じさせる。ヘリコプタに用いた場
合、上記エンジンサージ現象は、典型的には、エンジン
出力シャフトとクラッチとギアボックスとシャフト駆動
の主ロータと尾部ロータとから通常構成される負荷シス
テムに対して、トルクの乱れを告げるものである。トル
クの突然の乱れは、未制動のロータ駆動トレインに音が
して、機械部品の瞬間的な過剰ストレスとなり、エンジ
ン駆動トレインの損傷という結果となる。
OTActual率をNDOTDe mand率に一層正
確に一致させて、エンジンのリアルタイムな熱力学的影
響を補償する改良型NDOT追従システムが要望されて
いる。
Actual率をNDOTDemand率に一致または
追従させる試みがなされる時の、エンジンのリアルタイ
ムな熱力学的影響を補償する燃料制御装置に関する。こ
こに開示された燃料制御システムは、NDOT率の追従
不足の主原因が、燃焼ガスとエンジン金属部との間で移
動する熱の影響であるという認識に立っている。エンジ
ンを加速するとき、熱は、NDOT制御によって計量さ
れる燃焼燃料からエンジン金属部に逸れて行く。その結
果、実際のNDOT率は減少して、NDOT追従性能が
低下する。逆に、エンジンを減速するとき、熱はエンジ
ン金属部から燃焼ガスに移動する。その結果、NDOT
Actualが減少して、NDOT追従性能が再び低下
する。
共に使用される燃料制御システムを指向する。上記燃料
制御システムは、数個のエンジン作動パラメータを測定
する機構と、測定された上記エンジン作動パラメータに
基づいて、エンジン燃料の初期需要を決定する機構とを
含んでいる。上記制御システムは、更に、エンジン作動
中に、測定された上記作動パラメータに基づいて、上記
燃料の燃焼ガスと上記エンジン金属部の間で移動する熱
量を推定するとともに、それから有効な燃料流の調節を
推定する機構を含んでいる。また、ここに開示されてい
る制御システムは、予想された初期のエンジン燃料需要
と、推定された有効な燃料流の調整とに基づいて、最終
的な燃料需要を決定する機構を含んでいる。
タを測定する機構は、エンジンガスジェネレータの実際
の回転速度を表す信号を供給する装置と、実際のエンジ
ンコンプレッサ排出圧力を測定する素子とを含んでい
る。
する機構は、更に、閉ループNDOT制御器を含むこと
が考えられる。上記閉ループNDOT制御器は、ガスジ
ェネレータ速度信号から決定されるガスジェネレータ速
度の実際の変化率と、ガスジェネレータ速度の最大およ
び最小所望変化率との比較に対応して、燃料流を調節す
る。また、上記ガスジェネレータ速度の最大および最小
所望変化率は、加速減速スケジュールに基づいて決定さ
れ、ガスジェネレータ速度信号と入口空気の温度と圧力
との関数であることが考えられる。
属部との間で移動する熱量を推定する機構は、エンジン
燃焼モデルを含んでいる。燃焼室モデルは、燃料の燃焼
によって発生する熱量と、供給空気の圧縮によって発生
する熱量と、ガスジェネレータの出口ガス温度とを推定
する。
しくは、燃料流調整器モデルを含む。上記燃料流調整器
モデルは、上記推定された移動熱とガスジェネレータ効
率と燃料の加熱係数とから、リアルタイムな熱力学的影
響を補償するに必要な有効燃料流調整を予測する。好ま
しい実施例においては、有効燃料流調整を推定する機構
は、更に、利得増幅された有効燃料流調整を与える増幅
手段を備えている。
た好ましくは、最終的なエンジン燃料需要に基づいて、
エンジンに燃料を供給する燃料計量システムを備えてい
る。上記燃料計量装置は、定容量形ポンプと計量圧力調
整弁とを含むか、或いは可変配送システムである。
ネレータとを有するガスタービンエンジンの燃料を制御
する方法を指向する。ここに開示された燃料制御方法
は、複数のエンジン作動パラメータを測定するステップ
と、それから初期のエンジン燃料を決定するステップと
を含む。上記燃料制御方法は、また、エンジン作動中
に、複数の測定された作動パラメータに基づいて、燃料
の燃焼ガスとエンジン金属部との間で移動する熱量を推
定するステップと、上記燃焼ガスと上記エンジン金属部
との間で推定熱移動に基づいて、有効な燃料流調整を推
定するステップと、上記初期のエンジン燃料需要と上記
推定された燃料流調整とに基づいて、最終的なエンジン
燃料需要を決定するステップとを含む。
タを測定するステップは、実際のガスジェネレータ速度
を測定するステップと、それを表す信号を与えるステッ
プと、実際のエンジンコンプレッサ排出圧力を計測する
ステップと、それを表す信号を与えるステップとを含
む。
プは燃料流制御器の使用を含み、上記燃料流制御器は、
ガスジェネレータ速度信号から決定されるガスジェネレ
ータ速度の実際の変化率を、所望のガスジェネレータ速
度変化率と繰返し比較することが考えられる。上記所望
のガスジェネレータ速度変化率は、加速減速スケジュー
ルから決定され、ガスジェネレータ速度信号の関数であ
る。
移動する熱量を推定するステップは、燃料の燃焼によっ
て発生する熱量を推定するステップと、供給空気の圧縮
によって発生する熱量を推定するステップと、ガスジェ
ネレータ排出ガス温度を推定するステップとを含んでい
ることが、目下のところ好ましい。
は、好ましくは、上記推定された熱移動とガスジェネレ
ータ効率と燃料の加熱係数とから、有効な燃料流調整を
決定することを含む。上記有効な燃料流調整を推定する
ステップは、利得倍増形有効燃料流調整と、それを表す
信号とを与える増幅器を更に含む。
終的なエンジン燃料需要の信号に基づき、燃料計量シス
テムを用いて燃料をエンジンに供給することを含む。一
実施例では、燃料計量装置は可変容量形ベーンポンプを
含む。
めの燃料制御システムを指向し、上記燃料制御システム
は、複数のエンジン作動パラメータを測定するための手
段と、上記複数の測定されたエンジン作動パラメータに
基づいて初期のエンジン燃料需要を決定するための手段
とを含む。上記燃料制御システムは、更に、エンジン作
動中に燃料の燃焼ガスとエンジン金属部との間で移動す
る熱量を測定する手段と、測定された熱移動に基づいて
有効な燃料流調整を推定する手段と、上記初期のエンジ
ン燃料需要と上記推定された有効な燃料流調整とに基づ
いて、最終的なエンジン燃料需要を決定する手段とを含
む。
方法を指向し、上記方法は、複数のエンジンパラメータ
を測定するステップと、上記複数の測定されたエンジン
作動パラメータに基づいて初期のエンジン燃料需要を決
定するステップと、燃料の燃焼ガスとエンジン金属部と
の間で移動する熱量を測定するステップとを含んでい
る。上記方法は、更に、燃焼ガスとエンジン金属部との
間における測定された熱移動に基づいて有効な燃料流調
整を推定することと、上記初期のエンジン燃料需要と上
記推定された有効な燃料流調整とに基づいて最終的なエ
ンジン燃料需要を決定することとを含んでいる。
OTActual率とNDOTDe mand率とをより
正確に一致させることにより、エンジンのリアルタイム
な熱力学的影響を補償することは、当業者には容易に理
解される。ここに開示された燃料制御システムの独特な
種々特徴は、下記説明と添付の図面と請求の範囲とから
容易に明らかになる。
通常の技術的知識を有する者が、その作り方や使用法を
より容易に理解できるように、図面が参照される。
詳細に説明される好ましい実施形態から当該技術分野に
おいて通常の技術的知識を有する者には容易に明らかと
なる。
明の類似要素を識別していて、図1には、参照番号10
0によって遍く指定された従来技術のNDOT追従シス
テムの概略図が示されている。上記追従システム100
は従来型のNDOTコントローラを含み、上記NDOT
コントローラは積分制御ロジック40と比例制御ロジッ
ク80とを用いて所望の燃料流(WF)を割り出す。
が測定されるが、典型的には、ガスジェネレータスプー
ルシャフト(図示せず)に作動可能に取り付けられた回
転計によって測定が行なわれる。NHの測定値は、実際
のNDOT率および要求されたNDOT率を決定するす
るために使用される。実際のNDOT率は、差分計すな
わち微分ロジック14に、NHの検知値を表す信号を付
与することによって得られる。微分ロジック14の出力
は、測定NHの時間変化率、NDOTActu alを示
す信号である。上述したように、測定されたNHはND
OTDeman dを決定するために使用される。それ
は、測定NHを加速スケジュール(図示せず)に適用す
ることによって行なわれる。上記加速スケジュールは、
典型的にはエンジン製造業者によって提供され、エンジ
ン試作試験中に時間を掛けて開発される。その結果、加
速スケジュールは、個々のエンジンモデルに対して特有
な、すなわち唯一無二なものである。上記スケジュール
は、エンジンがコンプレッサストール領域で作動するの
を防ぐ必要があるために、非線形の複雑な形態をしてい
る。
Demandとを示す信号が、加算ジャンクション20
に提供される。上記加算ジャンクション20では、ND
OTActu alを示す信号は、NDOTDemand
率から減じられる。これによって、比率トラッキング誤
差(NDOTerror)、すなわち、ガスジェネレー
タ速度の実際の変化率と所望の変化率との間の差が与え
られる。トラッキングシステム100は、連続する反復
ステップにより、トラッキング誤差を減少させ、零にな
るように試みる。このプロセスは、実際のNDOT率を
要求された率に一致または追従させる試みと呼ばれる。
積分制御ロジック40の入力信号として提供される。N
DOTerrorとNDOTwinとは、非線形補償器
24に加えられる。NDOTwinはオークションサ回
路(図示せず)の生成物であり、上記オークションサ回
路は、加速と減速とトルクと温度に関するエンジン作動
限界に基づいて、最大NDOT率と最小NDOT率とを
定めるようになっている。西暦2001年9月26日に
出願された同一出願人米国特許出願第09/963,1
80号は、NDOTwinを決定するための方法をより
詳細に開示している。なお、その開示内容は、この言及
によって本文に組み込まれる。非線形補償器24の出力
は、NDOTerr_comp_lim である。上記
NDOT err_comp_lim は、NDOT積分
利得ロジック32と比例制御ロジック80とに供給され
る。
大きさの関数であり、NDOTer
r_comp_lim を、高圧コンプレッサ排出圧力
(P3)に対する燃料流(WF)の経時変化率に変換す
る。この変化率は、以後、WF/P3DOTと呼ぶ。次
に、積分器36は、WF/P3DOTをWF/P3
intに変換する。上記WF/P3intは、(積分ロ
ジックに基づく)高圧コンプレッサ排出圧力当たりの全
燃料流の一部である。
err_comp_lim は、一連の増幅器が使用さ
れている比例制御ロジック80にも与えられ、比例ロジ
ックに基づく高圧コンプレッサ排出圧力当たりの全燃料
流の第2構成成分、WF/P3propとなる。NHの
測定値が定格速度の50%よりも大きい場合は、WF/
P3propを表す信号が加算ジャンクション44に与
えられる。加算ジャンクション44では、WF/P3
propがWF/P3intとWF/P3NDOTとに
加えられ、WF/P3となる。最後に、乗算器50によ
ってWF/P3とP3とを乗じて、コアエンジンに要求
される燃料流WFとなる。
に、継続的に繰返される。各連続的な繰返しは、実際の
NDOTを要求されたNDOTに一致または追従させ、
NDOTerrorを減少させて零になるよう試みられ
る。しかし、上述したように、エンジンは非線形の非常
に複雑な機械なので、実際のNDOT率と要求されたN
DOT率との一致または追従は不完全であることが多
く、特に、エンジンの急速な加減速時にはそうである。
より詳細には、現在の最新式制御器は、激しい作動過渡
現象時の例えば熱力学的影響といった外乱や損失を補償
していないために、制御システムは、エンジンに指令を
出して、要求された加速スケジュールに正確に追随すな
わち追従させるということができない。図2−A〜図2
−Cについて以下に記載されているように、本開示の燃
料制御システムは、エンジンのリアルタイムな熱力学的
影響を補償し、それに応じて所望の燃料流を調整するも
のである。
本開示の燃料制御システム300の好ましい実施形態の
概略が記載されている。燃料制御システム300は、N
DOT制御器200と、オークション回路210,22
0と、燃料計量装置230と、コアエンジン240と、
適応熱力学エンジンモデル255と、エンジンコンバス
タモデルと、燃料調整器モデル310とを含んでいる。
キングシステム100と同様に機能する。ガスジェネレ
ータ速度(NH)と高圧コンプレッサ排出圧力(P3)
とは、センサによって測定され、NDOT制御器200
に与えられる。エンジン加速スケジュールに基づくND
OTdemandも、NDOT制御器200に与えられ
る。NDOT制御器200は、上述したトラッキングシ
ステム100用の方法と同様の方法を用いて、実際のN
DOT率を要求NDOT率に追従させることを試み、コ
アエンジンに与える所望の燃料流(WF)量を決定す
る。NDOT制御器200の出力は、所望のWFを表す
信号である。
テムと異なる。従来技術のシステムでは、WFが、ND
OT制御器200によって、1時間当たりポンド(pp
h)の単位で加算ジャンクション212に与えられ、エ
ンジンのリアルタイムな熱力学的影響を補償するように
調整される。エンジンコンバスタモデル250と燃料流
調整器モデル310とが、WF信号に必要な調整を与え
る。エンジンコンバスタモデル250は、適応空気熱力
学エンジンモデル255の構成要素である。両者すなわ
ちエンジンコンバスタモデル250と適応空気熱力学エ
ンジンモデルとは、2001年9月26日に出願された
米国特許第09/963,221号に記載されている。上
記米国特許は、この言及によって、その全容がここに組
み込まれる。エンジン燃焼室モデル250は、燃焼中の
燃焼ガスからエンジン金属部への移動熱量を決定する。
燃焼室への燃料流(WFcomb)が検知され、燃焼室
空気流(Wcomb)と高圧コンプレッサエンタルピー
(h3.0)とが、適応熱力学エンジンモデル255に
よって計算される。これらの信号は燃焼室モデルへの入
力として与えられる。燃焼室モデルは、これらの信号か
ら、燃焼による熱と、圧縮による熱と、燃焼室放出ガス
温度と、最後に、燃焼ガスからエンジン金属部へ移動す
る熱およびエンジン金属部から移動する熱とを決定す
る。これらの機能を行なう操作ステップは、以下に詳細
に記載される。
移動する熱をBTU/秒で表した信号を、燃料流調整器
モデル310に与える。燃料流調整器モデル310は、
燃焼室モデル250からの信号を捕らえ、有効燃料流す
なわち熱伝導と見なすに必要な等価燃料流(WF
METAL)を決定し、そして、それに関する信号をp
ph単位で加算ジャンクション212に与える。
属部の温度よりも高いと、熱はエンジン金属部に移動
し、WFMETALは負となる。WFMETALを正の
利得K WFLEAD(典型的には1以下)で乗算し、そ
の結果得られた変数WFLEA D(負の値)を、加算ジ
ャンクション212において、NDOT制御器200の
下流の常規需要燃料流WFから引くことにより、WF
Demandにおいて増加変化量が発生して、熱損失を
補償する。エンジン減速時にガス温度が金属の温度より
も低いと、WFMETALとWFLEADは正となり、
WFDemandにおいて減少変化量が発生して、熱利
得を補償する。定常状態では、ガス温度と金属温度は安
定化し、WFMETALとWFLEADとは本質的に零
である。WF Demandへの付加的寄与も零であり、
したがって、エンジン燃焼室モデル250と燃料流調整
器モデル310とを含むWFMETALループは、定常
状態運転条件中における常規の統御作用を妨げることは
ない。
された燃料流(WFadj)である。WFadjで表す
信号は直列のオークション回路210,220に加えら
れる。上記回路210,220は,エンジン作動パラメ
ータに基づいて、燃料流の許容範囲(最大と最小)を特
定する。WFmaxはエンジンの加速度とトルクと温度
のリミッタとに基づいて定められ、WFminはエンジ
ンフレームアウト(燃焼停止)特性の関数となってい
る。オークション回路210,220からの出力信号
は、要求される最終的な燃料流(WFDemand)を
表す。この信号は、燃料計量装置230に与えられる。
燃料計量装置230は流体力学燃料配送システムを意味
し、上記システムは主燃料ポンプや昇圧ポンプなどの構
成部品を含み得る。燃料計量装置230はコアエンジン
に供給される燃料を計量する役割を担い、その出力はコ
アエンジンに供給される燃料(WFin)を表わす。ま
た、代替えのポンピング装置および計量装置として、可
変式配送ポンピングシステムなどの制御システム300
を使用することが考えられる。
燃焼室モデル250は、上述したように、燃料の燃焼に
よって発生した熱量を予想する機構を含んでいる。この
機構すなわち方法の概略図は、参照番号260によって
識別される領域内に示されている。WFinの測定され
た信号は、まず、3600秒/時によって除算さられ
る。これによって、燃料流信号を1秒当たりポンド(l
b/s)に変換する。この値は、WFcombで表さ
れ、オークション回路262で、燃料と空気の比に基づ
いて燃焼され得る燃料の最大量と比較される。オークシ
ョン回路262の出力は、WFcombの最低値と、燃
焼される最大可能燃料である(すなわち、空気流(W
comb)*0.066)。その結果得られる出力は、燃焼
室効率(ηco mb)とともに、乗算器264に加えら
れる。上記燃焼室効率(ηcomb)は、燃料と空気の
比(WFcomb/Wcomb)および燃焼室入口温度
(T3. 0)の関数である。燃焼室効率(ηcomb)
は、測定された作動パラメータに基づいており、公称値
によって表わされる。上記公称値は作動パラメータの関
数として変化する。この代わりに、エンジン構成部品の
劣化を補償するために、長期に渡って適合する動的部品
効率を開発することが可能である。米国特許第09/9
63,221号は、この言及によってここに組み込まれ
るが、エンジン構成部品の効率を一致させて構成部品の
劣化を補う方法を開示している。上記から得られる出力
信号は、乗算器266において燃料の加熱係数(KLH
V)によって乗算されて、燃焼による熱Qfuel(B
TU/秒)を表す信号となる。
る機構または方法の概略図を表す。上述したように、空
気流(Wcomb)とエンタルピー(h3.0)とは、
エンジン燃焼室モデル280に与えられる。信号は乗算
器282に与えられ、その結果、圧縮による熱Q
combair(BTU/秒)の出力信号となる。
ジャンクション286に与えられ、加算ジャンクション
286は温度モデル320へ出力信号を提供する。温度
モデル320は、燃焼室出口ガス温度(T4.0)と、
金属部に移動する熱(QME TAL)とを決定する。燃
焼と圧縮とに依る複合熱は、Qcombによって表され
る。上記Qcombは、燃料と空気の混合物の全重量に
よって除算され、その結果、燃焼室の出口ガスエンタル
ピー(h4.0)を表す信号となる。ガステーブル29
6と空気燃料比とh4.0信号とに基づいて、T4.0
が決定される。信号を整えるために、数的安定要素30
4が使用される。T4.0を前の時間ステップから始
め、数的安定要素304の出力について、入力が出力と
合致するまで繰り替えされる。その結果得られたT
4.0信号は、ライン306から熱移動モデル330に
加えられる。
4.0を、エンジン金属部へ移動する等価熱(Q
METAL)に変換する方法を提供する。概略図から分
かるように、QMETALを決定する方法は反復してい
る。まず最初に、T4.0が加算ジャンクション334
に与えられ、以前に計算されたTMETAL(最初は
零)が、そこから差し引かれる。この結果得られた信号
は、エンジンのサーマルマス係数(KTHMASS)お
よび熱伝導係数(KHTcoef)と共に、乗算器33
6に与えられる。上記熱伝導係数は次の公式によって決
定される。 KHTcoef=KHTcoefgain(T4.0/
460)KH Tcoefexp
coefexpとは、それぞれ、利得係数と熱伝導の累
乗指数とを示し、両者とも実験によって経験的に決定さ
れている。乗算器336から得られた信号は、動的熱伝
導値を示し、積分器338に与えられる。積分器338
の出力は金属部温度TMETALである。ジャンクショ
ン340において、T4.0は金属部温度TMETAL
から差し引かれる。乗算器342において、ジャンクシ
ョン340の出力と熱伝導係数とが乗算される。乗算器
342は、金属部に移動する熱QMETALを表す出力
信号を有する。
デル310に与えられ、燃料流調整器モデル310にお
いて、燃焼室効率(ηcomb)を表す信号によって除
算される。その結果得られる信号は、燃料の加熱値(K
LHV)によって除算される。これら方法のステップ
は、燃焼ガスとエンジン金属部との間で移動する熱を、
1秒間当たりの有効燃料移動に変換する。次に、1秒間
当たりの有効燃料移動は1時間当たりの有効燃料移動に
変換される。KWFlead利得増幅器312がWF
METALに適用されて、WFに対する所望の調整を決
定し、リアルタイムの熱力学的な損失(WFLEAD)
を補償する。KWFleadは、典型的には、零より大
きく且つ1以下となるように選択された値を有する(0
<KWFle ad<1または=1)一定値である。
ジン燃焼室モデル250が、金属部へ移動する熱の決定
方法の代表実施例に過ぎないということである。エンジ
ン燃焼室モデル250は、動的モデルに基づいて金属部
に移動する熱決定するために、燃料流と空気流とエンタ
ルピーという入力を用いる方法を示している。追加ある
いはより少数のデータ入力とセンサ測定を有する代替え
のエンジンモデルが使用されてもよい。さらに、燃焼ガ
スとエンジン金属部の間で移動する熱を推定するより
も、寧ろ、QMETALが測定されてもよい。しかし、
これは、現時点では、高応答性の高温かつ高信頼性温度
センサーをエンジンの至る所に配置されねばならないの
で、実際的ではなく費用効果がない。
の図は4つのグラフを示し、エンジン加減速シミュレー
ション時の様々なエンジンパラメータに関する時間的変
化を詳述する。シミュレーションに使用される燃料制御
システム300は、WFME TAL制御ループ(すなわ
ち有効な燃料流調整モデル)を使用禁止状態にして使用
される。図4は図3−Dの変化部の拡大図であり、時間
に対するNDOTAc tualとNDOTDemand
を示す。図面から明らかなように、急速にエンジンを加
速する時は、NDOTActual率はゆっくり反応し
て、要求されたNDOT率すなわち加速限界に至り、次
に上記加速限界を過ぎて、結果的には、低下したサージ
マージン(サージ限界)になる。
Dおよび図4と同じエンジン加減速シミュレーションを
示すが、WFMETALループは使用可能になってい
て、WFを決定する際に、エンジンのリアルタイムな熱
力学的影響が補償されている。
の燃料制御システム300は、従来のトラッキングシス
テム100よりも著しく改善されている。エンジンを急
速に加速するとき、NDOTActualは深刻な遅滞
を伴うことなくNDOTDe mandにぴたりと追従す
る。なお、実際のNDOT率は加速限界を越えることは
ない。
示されているが、信号処理機能がデジタルコンピュータ
で為し得ることは当業者には容易に理解される。
られているが、請求の範囲に述べられた本発明の精神と
範囲から逸脱することなく、様々な変更および修正が本
発明に対して為し得ることは当業者には容易に理解され
る。
むデジタル制御システムの概略図である。
する熱を補償するために、本開示の好ましい実施形態に
従って形成された、所望のコアエンジン燃料流が調整さ
れる精密燃料制御システムの概略図である。図2−Aの
(イ),(ロ),(ハ)は図2−Bの(イ),(ロ),(ハ)にそれぞれ
接続される。
する熱を補償するために、本開示の好ましい実施形態に
従って形成された、所望のコアエンジン燃料流が調整さ
れる精密燃料制御システムの概略図である。図2−Bの
(ニ),(ホ),(ヘ),(ト),(チ),(リ),(ヌ),(ル),(ヲ)は、図
2−Cの(ニ),(ホ),(ヘ),(ト),(チ),(リ),(ヌ),(ル),
(ヲ)にそれぞれ接続される。
する熱を補償するために、本開示の好ましい実施形態に
従って形成された、所望のコアエンジン燃料流が調整さ
れる精密燃料制御システムの概略図である。
プが使用禁止である場合の模擬エンジン加減速時におけ
る様々な媒介変数の時間変化のグラフ表示である。
プが使用禁止である場合の模擬エンジン加減速時におけ
る様々な媒介変数の時間変化のグラフ表示である。
プが使用禁止である場合の模擬エンジン加減速時におけ
る様々な媒介変数の時間変化のグラフ表示である。
プが使用禁止である場合の模擬エンジン加減速時におけ
る様々な媒介変数の時間変化のグラフ表示である。
御システムの追従性能を示す図3−Dの拡大グラフ表示
である。
プが使用可能な場合の模擬エンジン加減速時における様
々な媒介変数の時間変化のグラフ表示である。
プが使用可能な場合の模擬エンジン加減速時における様
々な媒介変数の時間変化のグラフ表示である。
プが使用可能な場合の模擬エンジン加減速時における様
々な媒介変数の時間変化のグラフ表示である。
プが使用可能な場合の模擬エンジン加減速時における様
々な媒介変数の時間変化のグラフ表示である。
燃料制御システムの劇的に改善されたNDOT追従性能
を示す図5−Dの拡大グラフ表示である。
Claims (23)
- 【請求項1】 a) 複数のエンジン作動パラメータを
測定するための手段と、 b) 上記複数の測定されたエンジン作動パラメータに
基づいて初期のエンジン燃料需要を決定するための手段
と、 c) エンジン作動中に、上記複数の測定された作動パ
ラメータに基づいて、燃料の燃焼ガスとエンジン金属部
との間で移動する熱量を推定するための手段と、 d) 上記燃焼ガスと上記エンジン金属部との間で移動
する推定熱量に基づいて、有効な燃料流調整を推定する
ための手段と、 e) 初期のエンジン燃料需要と上記推定された有効な
燃料流調整とに基づいて、最終的なエンジン燃料需要を
決定するための手段とを備えていることを特徴とするガ
スタービンと共に使用するための燃料制御システム。 - 【請求項2】 請求項1に記載の制御システムにおい
て、 上記複数のエンジン作動パラメータを測定するための手
段は、エンジンガスジェネレータの実際の回転速度を示
すガスジェネレータ速度信号を与えるための手段を含ん
でいることを特徴とする制御システム。 - 【請求項3】 請求項1に記載の制御システムにおい
て、 上記複数のエンジン作動パラメータを測定するための手
段は、実際のエンジンコンプレッサ排出圧力を示すコン
プレッサ排出信号を与えるための手段を含んでいること
を特徴とする制御システム。 - 【請求項4】 請求項2に記載の制御システムにおい
て、 上記初期のエンジン燃料需要を決定するための手段は、
ガスジェネレータ速度信号から決定されるガスジェネレ
ータ速度の実際の変化率を、ガスジェネレータ速度の最
大および最小所望変化率と繰返し比較する燃料流制御器
を含んでいることを特徴とする制御システム。 - 【請求項5】 請求項4に記載の制御システムにおい
て、 上記ガスジェネレータ速度の最大および最小所望変化率
は、加速または減速のスケジュールに基づいて決定され
ることを特徴とする制御システム。 - 【請求項6】 請求項1に記載の制御システムにおい
て、 上記燃料の燃焼ガスと上記エンジン金属部との間で移動
する熱量を推定するための上記手段は、エンジン燃焼モ
デルを含み、上記モデルは、 a) エンジン燃料の燃焼によって生じる熱量を推定す
るための手段と、 b) エンジン供給空気の圧縮によって生じる熱量を推
定するための手段と、 c) ガスジェネレータの出口ガス温度を推定するため
の手段とを備えていることを特徴とする制御システム。 - 【請求項7】 請求項1に記載の制御システムにおい
て、 上記有効な燃料流調整を推定するための手段は、上記燃
料の燃焼ガスと上記エンジン金属部との間で移動する推
定熱量から上記有効な燃料流調整を決定する燃料流調整
器モデルと、ガスジェネレータ効率と、燃料の加熱係数
とを含んでいることを特徴とする制御システム。 - 【請求項8】 請求項1に記載の制御システムにおい
て、 上記最終的なエンジン燃料需要に基づいて上記エンジン
に燃料を供給する燃料計量装置を更に備えていることを
特徴とする制御システム。 - 【請求項9】 請求項8に記載の制御システムにおい
て、 上記燃料計量装置は可変容量形ベーンポンプを含むこと
を特徴とする制御システム。 - 【請求項10】 請求項7に記載の制御システムにおい
て、 上記有効な燃料流調整を推定する手段は、有効な燃料流
調整を増幅させるための増幅器手段を更に備えているこ
とを特徴とする制御システム。 - 【請求項11】 請求項1に記載の制御システムにおい
て、 上記最終的な燃料需要を決定する手段に、有効燃料流の
推定値を表す信号を与えるための手段を更に備えている
ことを特徴とする制御システム。 - 【請求項12】 a) 複数のエンジン作動パラメータ
を測定することと、 b) 上記複数の測定されたエンジン作動パラメータに
基づいて、初期のエンジン燃料需要を決定することと、 c) エンジン作動中に、上記複数の測定されたエンジ
ン作動パラメータに基づいて、燃料の燃焼ガスとエンジ
ン金属部との間で移動する熱量を推定することと、 d) 上記燃焼ガスと上記エンジン金属部との間におけ
る上記推定された熱移動に基づいて、有効な燃料流調整
を推定することと、 e) 上記初期のエンジン燃料需要と上記推定された有
効な燃料流調整とに基づいて、最終的なエンジン燃料需
要を決定することとを備えていることを特徴とするコン
プレッサとガスジェネレータとを有するガスタービンの
ための燃料制御方法。 - 【請求項13】 請求項12に記載の燃料制御方法にお
いて、 上記複数のエンジン作動パラメータを測定するステップ
は、ガスジェネレータ速度を測定するステップと、上記
ガスジェネレータの実際の回転速度を表すガスジェネレ
ータ速度信号を与えるステップとを含んでいることを特
徴とする燃料制御方法。 - 【請求項14】 請求項12に記載の燃料制御方法にお
いて、 上記複数のエンジン作動パラメータを測定するステップ
は、エンジンコンプレッサ排出圧力を測定するステップ
と、実際のエンジンコンプレッサ排出圧力を表すコンプ
レッサ排出圧力信号とを含んでいることを特徴とする燃
料制御方法。 - 【請求項15】 請求項13に記載の燃料制御方法にお
いて、 上記初期のエンジン燃料需要を決定するステップは、上
記ガスジェネレータ速度信号から決定されるガスジェネ
レータ速度の実際の変化率を、所望の最大および最小ガ
スジェネレータ速度変化率と、繰返し比較する燃料流制
御器の使用を含んでいることを特徴とする燃料制御方
法。 - 【請求項16】 請求項15に記載の燃料制御方法にお
いて、 上記所望の最大および最小ガスジェネレータ速度変化率
は、加速減速スケジュールに基づいて決定されると共
に、ガスジェネレータ速度信号の関数であることを特徴
とする燃料制御方法。 - 【請求項17】 請求項12に記載の燃料制御方法にお
いて、 上記燃料の燃焼ガスと上記エンジン金属部との間におい
て移動する熱量は推定するスッテプは、 a) エンジン燃料の燃焼によって発生する熱量を推定
するステップと、 b) エンジン供給空気の圧縮によって発生する熱量を
推定するステップと、 c) ガスジェネレータ出口のガス温度を推定するステ
ップとを備えていることを特徴とする燃料制御方法。 - 【請求項18】 請求項12に記載の燃料制御方法にお
いて、 上記有効な燃料流調整を推定するステップは、上記推定
された熱移動から有効な燃料流調整を決定し、ガスジェ
ネレータの効率と燃料の加熱係数とを決定することを含
んでいることを特徴とする燃料制御方法。 - 【請求項19】 請求項12に記載の燃料制御方法にお
いて、 最終的なエンジン燃料需要の信号に基づいて、燃料計量
装置を用いて、エンジンに燃料を供給することを更に備
えていることを特徴とする燃料制御方法。 - 【請求項20】 請求項19に記載の燃料制御方法にお
いて、 上記燃料計量装置は可変容量形ベーンポンプを含んでい
ることを特徴とする燃料制御方法。 - 【請求項21】 請求項18に記載の燃料制御方法にお
いて、 上記有効な燃料流調整を推定するステップは、上記有効
な燃料流調整を増幅器手段によって増幅させることを更
に備えていることを特徴とする燃料制御方法。 - 【請求項22】 a) 複数のエンジン作動パラメータ
を測定するための手段と、 b) 上記複数の測定されたエンジン作動パラメータに
基づいて初期のエンジン燃料需要を決定するための手段
と、 c) エンジン作動中に、燃料の燃焼ガスとエンジン金
属部との間で移動する熱量を測定するための手段と、 d) 上記燃焼ガスと上記エンジン金属部との間で移動
する測定熱量に基づいて、有効な燃料流調整を推定する
ための手段と、 e) 上記初期のエンジン燃料需要と上記推定された有
効な燃料流調整とに基づいて、最終的なエンジン燃料需
要を決定するための手段とを備えていることを特徴とす
るガスタービンと共に使用するための燃料制御システ
ム。 - 【請求項23】 a) 複数のエンジン作動パラメータ
を測定することと、 b) 上記複数の測定されたエンジン作動パラメータに
基づいて、初期のエンジン燃料需要を決定することと、 c) 燃料の燃焼ガスとエンジン金属部との間で移動す
る熱量を推定することと、 d) 上記燃焼ガスと上記エンジン金属部との間におけ
る上記測定された熱移動に基づいて、有効な燃料流調整
を推定することと、 e) 上記初期のエンジン燃料需要と上記推定された有
効な燃料流調整とに基づいて、最終的なエンジン燃料需
要を決定することとを備えていることを特徴とするガス
タービンのための燃料制御方法。
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