JP2022139821A - 燃料供給システムおよび燃料供給方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスタービンエンジンにおいて燃料ギアポンプを介して燃焼室に供給される燃料の流量をより簡易な構成で正確に計測することができる燃料供給システムおよび燃料供給方法を提供する。【解決手段】電動モータ410により駆動され、燃料タンク内の燃料を、燃焼器200Aに燃料を供給する燃料ノズル600-1,2に送る燃料ギアポンプ400と、前記電動モータ410の回転数を制御する制御部800Aと、前記燃料ギアポンプ400が吐出する燃料の流量を計測する流量計測部と、を備え、前記制御部800Aは、前記流量の目標値に対して前記電動モータが実際に吐出した燃料流量と前記目標値との差が第1閾値以上である場合、前記燃料ギアポンプ400が吐出する燃料の流量の計測値を前記目標値に近づけるように前記電動モータ410の回転数を調整する、燃料供給システム100A。【選択図】図1
Description
本発明は、燃料供給システムおよび燃料供給方法に関する。
従来、ガスタービンエンジンに対する燃料供給量を制御するために、燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量を計測することが行われているが、燃料ギアポンプの吐出量特性は動作環境や経年劣化により変化する場合がある。このような特性変化が発生すると、燃料の流量を正確に計測することができなくなるため、エンジンに対して適切な量の燃料を供給することができなくなる可能性があった。このような課題を解決するために、ギアポンプから吐出した燃料を、固定オリフィスと加圧バルブとの並列流路を経て、ガスタービンエンジンの燃料ノズルに供給し、並列流路の前後の差圧に基づいて並列流路を通過する燃料の実流量を検出する技術が開発されている(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1の技術では、固定オリフィスや加圧バルブなどにより並列流路を設ける必要があるため燃料供給系が複雑化し、コストが増大する可能性があった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、ガスタービンエンジンにおいて燃料ギアポンプを介して燃焼室に供給される燃料の流量をより簡易な構成で正確に計測することができる燃料供給システムおよび燃料供給方法を提供することを目的の一つとする。
この発明に係る燃料供給システムおよび燃料供給方法は、以下の構成を採用した。
(1):この発明の一態様に係る燃料供給システムは、電動モータにより駆動され、燃料タンク内の燃料を、燃焼器に燃料を供給する燃料ノズルに送る燃料ギアポンプと、前記電動モータの回転数を制御する制御部と、前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量を計測する流量計測部と、を備え、前記制御部は、前記流量の目標値に対して前記電動モータが実際に吐出した燃料流量と前記目標値との差が第1閾値以上である場合、前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量の計測値を前記目標値に近づけるように前記電動モータの回転数を調整する燃料供給システムである。
(2):上記(1)の態様において、前記目標値は、前記燃料ギアポンプの過去の吐出流量特性に基づいて回転数ごとに定められ、前記制御部は、前記電動モータの現在の回転数と、前記過去の吐出流量特性を示す流量特性情報とに基づいて前記現在の回転数に対する前記流量の目標値を取得するものである。
(3):上記(1)または(2)の態様において、前記流量計測部は、燃料供給ラインにおいて前記燃料ノズルの上流側における圧力である燃料圧力を計測するとともに、前記燃焼器内の圧力である燃焼器内圧を計測する圧力計測部と、前記燃料圧力と前記燃焼器内圧との差に基づいて前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量を算出する流量算出部と、を備えるものである。
(4):上記(1)から(3)のいずれかの態様において、現在の燃料圧力と過去の燃料圧力との差圧が第2閾値以上である場合、前記燃料ノズルが劣化したと判定する劣化判定部をさらに備えるものである。
(5):上記(4)の態様において、前記劣化判定部は、前記電動モータの現在の回転数と、過去における前記電動モータの回転数と吐出圧力との関係を示す圧力特性情報とに基づいて、前記過去の燃料圧力の値を取得するものである。
(6):上記(1)の態様において、前記流量計測部は、燃料供給ラインにおいて、前記燃料ギアポンプが吐出した燃料を前記燃料ノズルのそれぞれに送るマニホールドの上流側に設置された流量計により前記燃料の流量を計測するものである。
(7):この発明の一態様に係る燃料供給方法は、燃料ギアポンプによって、燃料タンク内の燃料を、燃焼器に燃料を供給する燃料ノズルに送る燃料供給方法であって、前記燃料ギアポンプを電動モータにより駆動し、前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量を計測し、前記流量の目標値に対して前記電動モータが実際に吐出した燃料流量と前記目標値との差が第1閾値以上である場合、前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量の計測値を前記目標値に近づけるように前記電動モータの回転数を調整する燃料供給方法である。
(1)~(7)によれば、ギアポンプによって、燃料タンク内の燃料を、燃焼器に燃料を供給する燃料ノズルに送る燃料供給システムにおいて、ギアポンプを電動モータにより駆動し、ギアポンプが吐出する燃料の流量を計測し、流量の目標値に対して電動モータが実際に吐出した燃料流量と目標値との差が第1閾値以上である場合、前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量の計測値を目標値に近づけるように電動モータの回転数を調整することにより、ガスタービンエンジンにおいて燃料ギアポンプを介して燃焼室に供給される燃料の流量をより簡易な構成で正確に計測することができる。
以下、図面を参照し、本発明の燃料供給システムおよび燃料供給方法の実施形態について説明する。実施形態の燃料供給システムは、例えばガスタービンエンジンによって推進力を得る航空機に搭載される。このガスタービンエンジンは、例えば、ターボシャフト・エンジンである。ターボシャフト・エンジンは、例えば、吸気口や、圧縮機、燃焼室、タービンなどを備える。圧縮機は、吸気口から吸入される吸入空気を圧縮する。燃焼室は、圧縮機の下流に配置され、圧縮された空気と燃料とを混合した気体を燃焼させ、燃焼ガスを生成する。タービンは、圧縮機に接続され、燃焼ガスの力で圧縮機と一体回転する。タービンの出力軸が、上記の回転により回転することで、タービンの出力軸に接続された発電機が稼働する。航空機は、発電機により発電された電力によってプロペラを回転させることにより飛翔することができる。
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態の燃料供給システム100Aの構成例を示す図である。例えば、燃料供給システム100Aは、ガスタービンエンジンの燃焼器に対する燃料の供給量を調整するシステムである。燃料供給システム100Aは、燃焼器200Aと、燃料タンク300と、燃料ギアポンプ400と、燃料マニホールド500と、燃料ノズル600と、燃料供給ライン700と、制御装置800Aとを備える。燃料タンク300、燃料ギアポンプ400、燃料マニホールド500、および燃料ノズル600は、燃料供給ライン700によって、燃料タンク300、燃料ギアポンプ400、燃料マニホールド500、燃料ノズル600の順に接続され、その接続順方向に燃料を送ることにより、燃料タンク300に蓄えられた燃料を燃焼器200Aに供給する。以下では、燃料供給ライン700において燃料供給源である燃料タンク300に近い側を上流といい、燃料タンク300から遠い側を下流という。
図1は、第1実施形態の燃料供給システム100Aの構成例を示す図である。例えば、燃料供給システム100Aは、ガスタービンエンジンの燃焼器に対する燃料の供給量を調整するシステムである。燃料供給システム100Aは、燃焼器200Aと、燃料タンク300と、燃料ギアポンプ400と、燃料マニホールド500と、燃料ノズル600と、燃料供給ライン700と、制御装置800Aとを備える。燃料タンク300、燃料ギアポンプ400、燃料マニホールド500、および燃料ノズル600は、燃料供給ライン700によって、燃料タンク300、燃料ギアポンプ400、燃料マニホールド500、燃料ノズル600の順に接続され、その接続順方向に燃料を送ることにより、燃料タンク300に蓄えられた燃料を燃焼器200Aに供給する。以下では、燃料供給ライン700において燃料供給源である燃料タンク300に近い側を上流といい、燃料タンク300から遠い側を下流という。
燃焼器200Aは、ガスタービンエンジンの構成要素の一つであり、燃料を圧縮された空気と燃焼する装置である。図1では簡単のため、空気を圧縮して燃焼器200Aに送る圧縮機は省略されている。燃焼器200Aには、燃焼室内に燃料を供給するための燃料ノズル600が設置される。図1では簡単のため、燃焼器200Aに2つの燃料ノズル600-1および600-2が設置された例を示しているが、燃焼器200Aに設置される燃料ノズル600の数は2つに限定されない。燃焼器200Aに設置される燃料ノズル600の数は1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。
燃料タンク300は、燃料を蓄える容器である。燃料ギアポンプ400は、燃料タンク300から燃料を引き抜いて燃料マニホールド500に送るポンプである。一般に、ガスタービンエンジンに設けられる燃料ギアポンプの動力は、燃料ギアポンプを搭載するガスタービンエンジンの駆動系から伝達されることが多いのに対し、本実施形態における燃料ギアポンプ400は、電動モータ410によって駆動される。電動モータ410の回転数は、インバータにより任意の回転数に制御可能であり、制御装置800Aによって燃料流量に応じた所定の回転数に調整される。燃料マニホールド500は、燃焼器200Aに供給する燃料を複数の燃料ノズル600に分配するために分岐した管路である。
また、燃料供給ライン700において燃料ギアポンプ400の下流側、かつ燃料マニホールド500の上流側の部分には遮断弁710および燃料流量計720が設置される。遮断弁710は、緊急時において、燃焼器200Aへの燃料供給を遮断するための安全弁である。燃料流量計720は、燃料供給ライン700を流れる燃料の流量を計測可能な機器である。燃料流量計720は、燃料供給ライン700を流れる燃料の流量を計測すると、その計測値を制御装置800Aに通知する。制御装置800Aは、燃料流量計720から通知された燃料流量の計測値に基づいて電動モータ410の回転数を補正する。
このように構成された燃料供給システム100Aは、燃料ギアポンプ400を、回転数が調整可能な電動モータ410によって駆動するとともに、電動モータ410の回転数を、燃焼器200Aに供給される燃料流量の計測値に基づいて補正することができる。このような構成によれば、燃料流量の計測に構成の複雑な燃料流量計量ユニットを用いる必要がなくなるとともに、燃料ギアポンプ400の動力をガスタービンエンジンの駆動系から伝達する必要がなくなるため、燃料供給システム100Aの構成を簡素化することができる。したがって、実施形態の燃料供給システム100Aによれば、システム構成を複雑化させることなく燃料流量を正確に計測することが可能となり、低コストかつ高精度な燃料供給システムを実現することができる。
なお、このような効果を奏することのできる燃料供給システム100Aは、制御装置800Aが、燃料流量の計測値に基づいて電動モータ410の回転数を制御する機能を有することによって実現され得るものである。以下では、このような制御機能を有する制御装置800Aの構成について詳細に説明する。
図2は、第1実施形態における制御装置800Aの構成例を示すブロック図である。例えば、制御装置800Aは、ECU(Electronic Control Unit)であり、通信部810と、記憶部840と、制御部850Aとを備える。これらの構成要素のうち制御部850Aは、例えば、CPU(Central Processing Unit)などのハードウェアプロセッサがプログラム(ソフトウェア)を実行することにより実現される。これらの構成要素のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)などのハードウェア(回路部;circuitryを含む)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めHDD(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリなどの記憶装置(非一過性の記憶媒体を備える記憶装置)に格納されていてもよいし、DVDやCD-ROMなどの着脱可能な記憶媒体(非一過性の記憶媒体)に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。
通信部810は、制御装置800Aを電動モータ410および燃料流量計720と通信可能に接続する通信インタフェースである。制御装置800Aは、通信部810を介して燃料流量計720から燃料の流量に関する信号(以下「流量信号」という。)を入力するとともに、電動モータ410の回転数を調整するための制御信号を、通信部810を介して電動モータ410に出力する。なお、制御装置800Aは、電動モータ410および燃料流量計720のそれぞれについて、別々の通信インタフェースを備えるように構成されてもよい。
記憶部840は、HDDやフラッシュメモリ等の記憶装置を用いて構成される。記憶部840には、制御装置800Aが実行するプログラムのデータや、他の装置との間で送受信された通信データのほか、制御装置800Aの動作に関する各種情報が記憶される。
制御部850Aは、制御装置800Aの動作を制御する機能を有する。ここで、制御部850Aの制御機能には、燃料流量の計測値に基づいて電動モータ410の回転数を制御する機能が含まれる。具体的には、制御部850Aは、これらの機能を実現するための構成として、例えば、流量計測部851と、モータ制御部852とを備える。
流量計測部851は、通信部810を介して入力される流量信号に基づいて、燃焼器200Aに供給される燃料の流量値を取得する。流量計測部851は、取得した流量値を燃料流量の計測値としてモータ制御部852に通知する。
モータ制御部852は、制御装置800Aを搭載するガスタービンエンジン(以下「自エンジン」という。)の現在の状況に応じて設定された燃料流量の目標値と、流量計測部851によって計測された実際の燃料流量とを比較し、目標値と計測値との差が所定の第1閾値を超えた場合に、実際の燃料流量を目標値に近づけるように電動モータ410の回転数を調整する。ここで、モータ制御部852による回転数の調整機能は、自エンジンの状態に応じて決定された回転数を補正する、いわば補助的な機能である。
そこで、以下では、自エンジンの状態に応じて電動モータ410の回転数を適宜決定し、決定した回転数となるように電動モータ410を制御することを「通常制御」といい、通常制御によって決定された電動モータ410の回転数を上記の補助的な機能として調整することを「特別制御」ということにする。モータ制御部852は、通常制御と特別制御の両方を実施するように構成されてもよいし、通常制御が他の機能部によって実施される場合には、特別制御のみを実施するように構成されてもよい。以下では、モータ制御部852は、特別制御のみを実施し、通常制御は図示しない他の機能部によって実施されるものとする。
図3は、モータ制御部852が特別制御によって電動モータ410の回転数を調整する方法を説明する図である。図3は、電動モータ410の回転数と、燃料ギアポンプ400が吐出する燃料の流量との関係の一例を示す図である。例えば、図3において、燃料流量の目標値をQ2として回転数r1で電動モータ410を駆動しているとする。この状況は、通常制御により自エンジンの状態に応じた目標値Q2が決定され、決定された目標値Q2の燃料流量を実現するために必要な電動モータ410の回転数としてr1が決定された状況である。
しかしながら、図3に示す状況では、実際の燃料流量の計測値は、目標値Q2よりも低いQ1となっている。このような目標値と計測値との間の乖離は、燃料ギアポンプ400の吐出流量特性が、温度や経年劣化等の要因により変化することによって発生し得るものである。このような吐出流量特性の変化が発生している状況では、実際の燃料の流量を回転数から正確に把握することができない。そのため、燃料ギアポンプ400における燃料流量の計測のみでは、燃焼器200Aに対して適切な量の燃料を供給できなくなってしまうことが懸念される。
そこで、本実施形態の制御装置800Aでは、モータ制御部852が、燃料流量の計測値と目標値との差を監視し、その差が第1閾値を超えた場合に特別制御を実施することにより、実際の燃料流量を目標値に近づけるように電動モータ410の回転数を制御することが可能となっている。
例えば、図3の例において、実際のモータ回転数がrのときに計測された燃料流量がQ1であり、、そのときの燃料流量の目標値がQ2であるときに、計測値Q1と目標値Q2との差ΔQが第1閾値QTHより大きい場合、モータ制御部852は、目標値Q2に関して想定されている吐出流量特性(例えば図3では直線C0によって表される)において計測値Q1を与えると想定される現在のモータ回転数r1を定義し、目標値Q2を与えると想定されるモータ回転数r2を定義する。そして、モータ制御部852は、このように定義したモータ回転数r1とr2との差を補正して、計測値Q1が目標値Q2に近づくように電動モータ410の回転数を増加させる。つまり、モータ制御部852は、実際のモータ回転数rに対して差分値Δr(=r2-r1)の補正を行うことにより、モータ回転数をr+Δrに近づける。
この場合、モータ制御部852は、燃料流量の目標値に関して想定されている吐出流量特性を示す情報(以下「流量特性情報」という。)と、現在のモータ回転数とに基づいて、現在のモータ回転数に対して想定される燃料流量の目標値を取得する。なお、流量特性情報は、燃料ギアポンプ400の過去の吐出流量特性を示すものであり、例えば記憶部840に予め記憶されている。例えば、流量特性情報は、過去の基準時点における吐出流量特性を示すものであってもよいし、過去の所定期間における吐出流量特性の統計値によって表されてもよい。一般に、燃料流量の目標値は燃料ギアポンプ400の初期の吐出流量特性に基づいて決定されることが多いため、本実施形態における流量特性情報は、燃料ギアポンプ400の初期の吐出流量特性を示す情報であるものとする。この場合、流量特性情報は、エンジンの払い出し時等の初期運行段階において実施される検査や試験等において計測された情報に基づいて生成されるとよい。
なお、実際の燃料流量を目標値に近づけるようにモータの回転数を調整することは、実際の燃料流量が目標値に一致するようにモータの回転数を調整することを含む。例えば、モータ制御部852は、フィードバック制御により、実際の燃料流量が目標値に追従するようにモータ回転数を変更してもよいし、フィードフォワード制御により、実際の燃料流量が目標値に一致するようにモータ回転数を変更してもよい。また、モータ回転数の増大過程において燃料流量の目標値が更新された場合、モータ制御部852は、実際の燃料流量を更新後の目標値に近づけるようにモータ回転数を調整してもよい。また、この場合、モータ制御部852は、更新後の目標値と実際の燃料流量(計測値)との差が第1閾値以下となった場合には、特別制御を終了するように構成されてもよい。
図4は、第1実施形態における特別制御に係る処理の流れの一例を示すフローチャートである。ここでは、フローの開始時点においてガスタービンエンジンが稼働中であり、燃料ギアポンプ400による燃料の吐出流量が通常制御によって制御されている状況を想定する。この状況において、まず、流量計測部851が、燃料流量計720が出力する流量信号に基づいて燃料供給ライン700を流れる燃料の流量を計測する(ステップS101)。流量計測部851は、燃料流量の計測値をモータ制御部852に通知する。
続いて、モータ制御部852が、記憶部840に記憶されている流量特性情報を参照し、現在の電動モータ410の回転数に対して想定されている燃料流量の目標値を取得する(ステップS102)。続いて、モータ制御部852は、現在の燃料流量の目標値と、ステップS101において取得された燃料流量の計測値との差ΔQを算出し(ステップS103)、算出したΔQの値が予め定められた第1閾値QTHを超えているか否かを判定する(ステップS104)。ここで、ΔQの値が第1閾値QTHを超えていると判定した場合、モータ制御部852は、燃料流量の計測値を現在の目標値に近づけるように電動モータ410の回転数を調整する特別制御を開始する(ステップS105)。一方、ステップS104においてΔQの値が第1閾値QTHを超えていないと判定した場合、モータ制御部852は、ステップS101に処理を戻し、通常制御による電動モータ410の制御を継続する。なお、特別制御の実施中において、燃料流量の目標値は特別制御の開始時点の流量に固定されてもよいし、自エンジンの状態変化等に応じて随時変更されてもよい。
モータ制御部852は、ステップS105において特別制御を開始すると、続いて、燃料流量の計測値が目標値に収束したか否かを判定する(ステップS106)。なお、ここでの収束とは、計測値が目標値から許容誤差の範囲内の値となることを意味する。ここで計測値が目標値に収束していないと判定した場合、モータ制御部852は、計測値が目標値に収束したと判定されるまでステップS106を繰り返し実行する。一方、ステップS106において計測値が目標値に収束したと判定した場合、モータ制御部852は、特別制御を終了して(ステップS107)、ステップS101に処理を戻す。
なお、ステップS106およびS107において、モータ制御部852は、計測値と目標値との差ΔQが所定の閾値以下となった場合に特別制御を終了するように構成されてもよい。また、この場合、特別制御の終了を判定する際の閾値は、特別制御の開始を判定する際の第1閾値QTHと同じ値に設定されてもよいし、第1閾値QTHよりも小さい値に設定されてもよい。
このように構成された第1実施形態の燃料供給システム100Aは、燃料ギアポンプ400によって、燃料タンク300内の燃料を、燃焼器200Aに燃料を供給する燃料ノズル600に送るものである。燃料供給システム100Aは、燃料ギアポンプ400を電動モータ410により駆動し、燃料ギアポンプ400が吐出する燃料の流量を計測する。燃料供給システム100Aは、流量の目標値に対して電動モータ410が実際に吐出した燃料流量と目標値との差が所定の第1閾値以上である場合、燃料ギアポンプ400が吐出する燃料の流量の計測値を目標値に近づけるように電動モータ410の回転数を調整する。このような構成を備えることにより、実施形態の燃料供給システム100Aは、ガスタービンエンジンにおいて燃料ギアポンプを介して燃焼室に供給される燃料の流量をより簡易な構成で正確に計測することができる。
<第2実施形態>
図5は、第2実施形態の燃料供給システム100Bの構成例を示す図である。燃料供給システム100Bは、燃焼器200Aに代えて燃焼器200Bを備える点、制御装置800Aに代えて制御装置800Bを備える点、図1の燃料流量計720に代えて燃料圧力計730を備える点で第1実施形態の燃料供給システム100Aと異なる。燃焼器200Bは、燃焼圧力計210をさらに備える点で第1実施形態の燃焼器200Aと異なる。燃料供給システム100Bの他の構成は燃料供給システム100Aと同様である。そのため、図5において、燃料供給システム100Aと同じ構成については図1と同じ符号を付すことにより説明を省略する。
図5は、第2実施形態の燃料供給システム100Bの構成例を示す図である。燃料供給システム100Bは、燃焼器200Aに代えて燃焼器200Bを備える点、制御装置800Aに代えて制御装置800Bを備える点、図1の燃料流量計720に代えて燃料圧力計730を備える点で第1実施形態の燃料供給システム100Aと異なる。燃焼器200Bは、燃焼圧力計210をさらに備える点で第1実施形態の燃焼器200Aと異なる。燃料供給システム100Bの他の構成は燃料供給システム100Aと同様である。そのため、図5において、燃料供給システム100Aと同じ構成については図1と同じ符号を付すことにより説明を省略する。
燃焼圧力計210は、燃焼器200Bの燃焼室内の圧力(以下「燃焼器内圧」という。)を計測する圧力計である。燃焼圧力計210は、燃焼器200Bにおいて燃焼器内圧を計測可能な位置に設置される。燃焼圧力計210は、制御装置800Bと通信可能に接続され、燃焼器内圧に関する信号を制御装置800Bに出力する。
燃料圧力計730は、燃料供給ライン700を流れる燃料の圧力(以下「燃料圧力」という。)を計測する圧力計である。燃料圧力計730は、第1実施形態の燃料流量計720と同様に、燃料ギアポンプ400の下流側、かつ燃料マニホールド500の上流側の部分に設置される。すなわち、燃料圧力は燃料ギアポンプ400の吐出圧力である。燃料圧力計730は、制御装置800Bと通信可能に接続され、燃料圧力に関する信号を制御装置800Bに出力する。
制御装置800Bは、特別制御を実施するか否かの判定に用いる燃料流量値を圧力の計測値に基づいて算出する点で第1実施形態の制御装置800Aと異なる。
図6は、第2実施形態における制御装置800Bの構成例を示すブロック図である。制御装置800Bは、制御部850Aに代えて制御部850Bを備える点で第1実施形態の制御装置800Aと異なる。また、制御部850Bは、流量計測部851に代えて圧力計測部853および流量算出部854を備える点、劣化判定部855をさらに備える点で第1実施形態における制御部850Aと異なる。制御装置800Bの他の構成は制御装置800Aと同様である。そのため、図6において、制御装置800Aと同じ構成については図2と同じ符号を付すことにより説明を省略する。
圧力計測部853は、通信部810を介して入力される燃焼圧力計210の出力信号に基づいて燃焼器内圧を計測する。また、圧力計測部853は、通信部810を介して入力される燃料圧力計730の出力信号に基づいて燃料圧力を計測する。圧力計測部853は、燃焼器内圧力および燃料圧力の計測値を流量算出部854および劣化判定部855に通知する。
流量算出部854は、圧力計測部853から通知される燃焼器内圧および燃料圧力の計測値に基づいて燃焼器200Bに供給される燃料の流量を算出する。例えば、流量算出部854は、次の(1)により、燃焼器200Bに流入する燃料の流量を算出することができる。この(1)式は、質量流量のオリフィス式を体積流量の式に変換することによって得られる。なお、燃焼器内圧は、空気を圧縮して燃焼器200Aに送る圧縮機の出口の圧力で代用可能である。この場合、燃料供給システム100Bは、燃焼圧力計210に代えて圧縮機出口圧力を計測する圧力計を備えればよい。
(1)式において、Qは燃料流量を表し、Δpは燃料圧力と燃焼器内圧との差圧を表す。また、ρは燃料密度を表し、Aは燃料ノズル600を接続するオリフィスの面積を表す。αは無次元の流量係数を表す。流量算出部854は、算出した燃料流量の値を、燃料供給ライン700を流れる燃料の流量の計測値としてモータ制御部852に通知する。なお、第2実施形態では圧力計測部853および流量算出部854を組み合わせたものが「流量計測部」の一例である。
劣化判定部855は、燃料圧力の計測値に基づいて燃料ノズル600の劣化の有無を判定する。具体的には、劣化判定部855は、燃料ギアポンプ400の過去の吐出圧力特性に基づき、燃料ギアポンプ400の現在の稼働状況に対して想定される燃料圧力(以下「基準圧力」という。)の値と、実際の燃料圧力の値(計測値)との差が所定の第2閾値を超えている場合に、燃料ノズル600が劣化した(例えば、燃料ノズル600が詰まった)と判定する。この場合、例えば、劣化判定部855は、燃料ギアポンプ400の過去の吐出圧力特性を示す情報(以下「圧力特性情報」という。)と現在のモータ回転数とに基づいて、現在のモータ回転数に対して想定される基準圧力の値を取得する。この場合の圧力特性情報は、電動モータ410の回転数と、燃料ギアポンプ400の吐出圧力との関係を示す情報であり、例えば記憶部840に予め記憶されている。
例えば、圧力特性情報は、過去の基準時点における吐出圧力特性を示すものであってもよいし、過去の所定期間における吐出圧力特性の統計値によって表されてもよい。本実施形態における圧力特性情報は、燃料ギアポンプ400の初期の吐出圧力特性を示す情報であるものとする。この場合、圧力特性情報は、流量特性情報と同様に、エンジンの払い出し時等の初期運行段階において実施される検査や試験等において計測された情報に基づいて生成されるとよい。劣化判定部855は、判定結果を示す情報を所定の態様で出力する。例えば、劣化判定部855は、判定結果を示す情報を記憶部840に記録してもよいし、通信部810を介して他の装置に出力してもよい。
図7は、第2実施形態における特別制御に係る処理の流れの一例を示すフローチャートである。ここでは、第1実施形態における特別制御と同様の処理については図4と同じ符号を付すことにより説明を省略する。また、図7においても、図4と同様に、フローの開始時点においてガスタービンエンジンが稼働中であり、燃料ギアポンプ400による燃料の吐出流量が通常制御によって制御されている状況を想定する。この状況において、まず、圧力計測部853が、燃焼圧力計210および燃料圧力計730の出力信号に基づいて燃料圧力および燃焼器内圧を計測する(ステップS201)。
続いて、劣化判定部855が、記憶部840に記憶されている圧力特性情報と、電動モータ410の現在の回転数とに基づいて、現在の回転数に対して想定される基準圧力の値を取得する(ステップS202)。続いて、劣化判定部855は、取得された基準圧力の値と、燃料圧力の計測値との差分を算出し、その差分値が第2閾値を超えているか否かを判定する(ステップS203)。ここで、差分値が第2閾値を超えていると判定した場合、劣化判定部855は燃料ノズル600が劣化していると判定し、判定結果を示す情報を所定の態様で出力する(ステップS204)。一方、ステップS203において、差分値が第2閾値を超えていないと判定した場合、劣化判定部855は、ステップS204をスキップしてステップS205に処理を進める。続いて、流量算出部854は、燃料圧力と燃焼器内圧との差圧Δpに基づいて、燃焼器200Bに供給される燃料の流量を算出する(ステップS205)。以降では、ステップS205で算出された値を燃料流量の計測値として、特別制御に関するステップS103~S107が実行される。
このように構成された第2実施形態の燃料供給システム100Bは、燃料流量計720による直接的な計測に代えて、燃料圧力および燃焼器内圧の計測値に基づく演算により燃料流量を間接的に計測する構成を備える。このような構成を備えることにより、第2実施形態の燃料供給システム100Bは、第1実施形態の燃料供給システム100Aと同様の効果を奏することができる。また、燃料供給システム100Bは、燃料圧力および燃焼器内圧の計測機能を有する既存システムをベースとする場合、燃料流量計720を備えない分、燃料供給システム100Aよりもシステム規模を小さくすることができる。また、第2実施形態の燃料供給システム100Bは、燃料圧力を計測する構成を備えることにより、燃料圧力を基準圧力と比較することが可能となり、これによって燃料ノズル600の劣化の有無も判定することが可能となる。
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
100A,100B…燃料供給システム、200A,200B…燃焼器、210…燃焼圧力計、300…燃料タンク、400…燃料ギアポンプ、410…電動モータ、500…燃料マニホールド、600…燃料ノズル、700…燃料供給ライン、710…遮断弁、720…燃料流量計、730…燃料圧力計、800A,800B…制御装置、810…通信部、840…記憶部、850A,850B…制御部、851…流量計測部、852…モータ制御部、853…圧力計測部、854…流量算出部、855…劣化判定部
Claims (7)
- 電動モータにより駆動され、燃料タンク内の燃料を、燃焼器に燃料を供給する燃料ノズルに送る燃料ギアポンプと、
前記電動モータの回転数を制御する制御部と、
前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量を計測する流量計測部と、
を備え、
前記制御部は、前記流量の目標値に対して前記電動モータが実際に吐出した燃料流量と前記目標値との差が第1閾値以上である場合、前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量の計測値を前記目標値に近づけるように前記電動モータの回転数を調整する、
燃料供給システム。 - 前記目標値は、前記燃料ギアポンプの過去の吐出流量特性に基づいて回転数ごとに定められ、
前記制御部は、前記電動モータの現在の回転数と、前記過去の吐出流量特性を示す流量特性情報とに基づいて前記現在の回転数に対する前記流量の目標値を取得する、
請求項1に記載の燃料供給システム。 - 前記流量計測部は、
燃料供給ラインにおいて前記燃料ノズルの上流側における圧力である燃料圧力を計測するとともに、前記燃焼器内の圧力である燃焼器内圧を計測する圧力計測部と、
前記燃料圧力と前記燃焼器内圧との差に基づいて前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量を算出する流量算出部と、
を備える、
請求項1または2に記載の燃料供給システム。 - 現在の燃料圧力と過去の燃料圧力との差圧が第2閾値以上である場合、前記燃料ノズルが劣化したと判定する劣化判定部をさらに備える、
請求項1から3のいずれか一項に記載の燃料供給システム。 - 前記劣化判定部は、前記電動モータの現在の回転数と、過去における前記電動モータの回転数と吐出圧力との関係を示す圧力特性情報とに基づいて、前記過去の燃料圧力の値を取得する、
請求項4に記載の燃料供給システム。 - 前記流量計測部は、燃料供給ラインにおいて、前記燃料ギアポンプが吐出した燃料を前記燃料ノズルのそれぞれに送るマニホールドの上流側に設置された流量計により前記燃料の流量を計測する、
請求項1に記載の燃料供給システム。 - 燃料ギアポンプによって、燃料タンク内の燃料を、燃焼器に燃料を供給する燃料ノズルに送る燃料供給方法であって、
前記燃料ギアポンプを電動モータにより駆動し、
前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量を計測し、
前記流量の目標値に対して前記電動モータが実際に吐出した燃料流量と前記目標値との差が第1閾値以上である場合、前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量の計測値を前記目標値に近づけるように前記電動モータの回転数を調整する、
燃料供給方法。
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